JP4942674B2 - 受信装置および受信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナで受信されたアナログ信号をデジタル変換して復調する受信装置、および、アンテナで受信されたアナログ信号をデジタル変換して復調する受信制御方法に関するものである。

アンテナで受信されたアナログ信号をデジタル変換して復調する受信装置の従来例としては、例えば図３，図４に示すものがある。

図３に示す従来例の受信装置は、ダイレクトコンバーション方式の受信装置として構成されており、アンテナ１００からの入力信号は、バンドパスフィルタ１０１およびアンプ１０２を通り、局発信号源１０４からの局発信号により、直交復調器１０３にてＩｃｈ，ｑｃｈのベースバンド信号にダウンコンバートされる。それぞれの信号は、ローパスフィルタ１０５および可変アンプ１０６を通過して、Ａ／Ｄコンバータ１０７にてディジタル信号に変換された後に、受信ベースバンド部（ＲＸＢＢ）１１２にて復調処理をされる。ＲＸＢＢ１１２にて受信レベルを計測して、ＣＯＮＴ部１１３より可変アンプ１０６にゲインデータを送り、このゲインデータに基づいて可変アンプ１０６を含む自動利得制御回路にて利得が設定される。

図４に示す従来例の受信装置は、スーパーへテロダイン方式の受信装置として構成されており、アンテナ１００からの入力信号は、バンドパスフィルタ１０１およびアンプ１０２を通り、局発信号源１０４およびミキサ１１３にて１次ＩＦ信号に変換される。その後、ローパスフィルタ１０５を通過して可変アンプ１０６にて適正なレベルまで増幅された後に、再度ミキサ１０８にて２次ＩＦ信号に変換される。この２次ＩＦ信号は、バンドバスフィルタ１１０を通過した後、Ａ／Ｄコンバータ１１１にてディジタル変換される。ＲＸＢＢ部１１２では、入力信号をベースバンド信号に変換した後に、復調を行う。ＲＸＢＢ部１１２で検出したＲＳＳＩレベルに応じて、ＣＯＮＴ部１１３より、ゲインデータを可変アンプ１０６に送り、このゲインデータに基づいて可変アンプ１０６を含む自動利得制御回路にて利得が設定される。

なお、自動利得制御回路の従来例としては、検出したフェージングピッチに基づくフィードバック制御により可変アンプの利得を設定する自動利得制御回路（例えば特許文献１参照）がある。

ＴＤＭＡ方式、ＴＤＤ方式の受信装置を含む無線局においては、上記図３，図４に示す従来例では、アンテナで受信されたアナログ信号を受信アンプで増幅し、増幅された受信信号をＡ／Ｄコンバータでデジタル変換した後、ベースバンド処理部において当該デジタル変換した受信信号の受信電界強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）を測定する。そして、当該測定された受信電界強度に基づいて、次の受信信号を増幅するための前記受信アンプのゲインを設定するフィードバック処理を行う。このような受信アンプのゲイン設定は、受信電界強度が測定された受信スロットの次のスロットにて行われる。
特開２００１−２３０６４４号公報

しかしながら、無線局へ無線信号を送信している相手側無線局、例えば、移動局が高速で移動していたり、無線局と相手側無線局との間に、他の通信装置や物体が移動して横切るような場合に、相手側無線局とのデータ通信中に妨害波が現れて、受信電界強度が変動する。そのため、受信電界強度に基づいて受信アンプのゲインを設定するようにしても、Ａ／Ｄコンバータのダイナミックレンジから外れてしまう頻度が極めて高くなる。また、スロット内では同一の利得（ゲイン）で設定しているため、スロット内のレベル変動に対応することが困難である。そのため、受信スロット間や受信スロット内部で受信レベルが変動した場合には、その内容をフィードバックループに反映させることができないため、受信レベルの変動の周期が早くなり、スロット内での変動があった場合には、アナログ信号からデジタル信号への適切な信号変換処理を行うことができず、受信性能の劣化を招くおそれがある。

そこで、上述した問題を回避するために、デジタル化された受信信号の受信電界強度の測定から受信アンプのゲインの設定までの一連の処理を高速化することが考えられるが、単に高速化を図るだけでは、演算量が増大するため、受信装置の処理負荷の増大を招いてしまう。

本発明は、相手側無線局の移動状態に応じて適切に受信アンプのゲイン設定を行うことができる受信装置、及び受信制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する請求項１に係る発明は、アンテナで受信された他の無線局からのアナログ信号、または、前記アナログ信号をデジタル変換したデジタル信号の何れかを選択する選択手段と、選択した信号の受信電界強度に基づいて受信アンプのゲインを制御する制御手段とを備えた受信装置において、前記選択手段では、前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が所定値以上であり、かつ、前記他の無線局からのアナログ信号受信時の変調方式が所定の多値数に満たない変調方式である場合には、前記アナログ信号の受信信号を選択し、前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が前記所定値未満であり、かつ、前記変調方式が前記所定の多値数以上の変調方式である場合には、前記デジタル信号の受信信号を選択する、ことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の受信装置において、前記制御手段には、ループフィルタが備えられ、前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が、所定値以上である場合には、前記ループフィルタの時定数が相対的に小さくなるように制御され、前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が所定値未満である場合には、前記ループフィルタの時定数が相対的に大きくなるように制御される、ことを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の受信装置において、前記制御手段には、ループフィルタが備えられ、前記変調方式が所定の多値数に満たない変調方式である場合には、前記ループフィルタの時定数が相対的に小さくなるように制御され、前記変調方式が所定の多値数以上の変調方式である場合には、前記ループフィルタの時定数が相対的に大きくなるように制御される、ことを特徴とするものである。

上記目的を達成する、請求項４に係る発明は、アンテナで受信された他の無線局からのアナログ信号をデジタル信号に変換して復調する受信装置における受信制御方法において、前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が所定値以上であり、かつ、前記他の無線局からのアナログ信号受信時の変調方式が所定の多値数に満たない変調方式である場合には、前記アナログ信号の受信信号を選択し、前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が前記所定値未満であり、かつ、前記変調方式が前記所定の多値数以上の変調方式である場合には、前記デジタル信号の受信信号を選択する選択ステップと、前記選択した受信信号の受信電界強度に基づいて、受信アンプのゲインを制御する制御ステップと、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、相手側無線局の移動状態に応じて、アナログ信号の受信電界強度に基づいて受信アンプのゲインを制御したり、デジタル変換された受信信号の受信電界強度に基づいて前記受信アンプのゲインを制御したりするので、相手側無線局の移動状態に応じて適切に受信アンプのゲイン設定を行うことができる受信装置や受信制御方法を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態の受信装置の構成を例示する回路図である。本実施形態の受信装置は、該受信装置の、相手側無線局の移動状態に関する情報として、受信電界強度の変動を示す値の高低に応じて受信アンプのゲイン制御に用いる信号を切り換えるように構成されており、図１に示すように、アンテナ１０、バンドパスフィルタ１１、アンプ１２、直交復調器１３、局発信号源１４、バンドパスフィルタ１５、受信アンプ（可変アンプ）１６、直交復調器１８、局発信号源１９、バンドパスフィルタ２０、Ａ／Ｄコンバータ２１、受信ベースバンド部（ＲＸＢＢ）２２、ＣＯＮＴ部２３、Ｌｏｇアンプ（ＬｏｇＡＭＰ）２４、ループフィルタ（可変ローパスフィルタ）２５、スイッチ（ＳＷ）２６、演算回路（ＣＡＬ）２７、セレクタ（ＳＥＬ）２８を具備して成る。

この受信装置は、図４に示す従来例の受信装置におけるＣＯＮＴ部１１３からのアンプ利得設定データに相当するデータと、ＬＯＧアンプ２４で検出した受信レベルからのフィードバック信号とを、スイッチ２６で切り換える構成を採用している。スイッチ２６の切換えとしては、演算回路（ＣＡＬ）２７が、受信電界強度の変動を示す値が所定値未満である場合には、ＣＯＮＴ部２３の出力信号を導くフィードバックループが選択されるようにスイッチ（ＳＷ）２６を切り換え、受信電界強度の変動を示す値が所定値を超える場合には、ＬＯＧアンプ２４のフィードバックループからの信号が選択されるようにスイッチ（ＳＷ）２６を切り換える。

すなわち、この受信装置では、アンテナ１０からの入力信号は、バンドパスフィルタ１１およびアンプ１２を通り、局発信号源１４からの局発信号により、直交復調器１３にてＩＦ信号にダウンコンバートされた後、バンドパスフィルタ１５を通過して受信アンプ１６にて適正なレベルまで増幅された後に、受信アンプ１６、直交復調器１８およびバンドパスフィルタ２０を通過して、Ａ／Ｄコンバータ２１にてディジタル信号に変換された後に、受信ベースバンド部（ＲＸＢＢ）２２にて復調処理をされる。そして、ＲＸＢＢ２２にて受信レベルを計測するとともに、ＣＯＮＴ部２３より、セレクタ（ＳＥＬ）２８へ出力信号を出力する。セレクタ（ＳＥＬ）２８は、演算回路（ＣＡＬ）２７の出力信号およびＣＯＮＴ部２３の出力信号が入力され、時定数制御信号をループフィルタ２５に入力する。演算回路（ＣＡＬ）２７が、入力されるトレーニングシンボルタイミング信号やＬｏｇアンプ２４の検波信号から求められる（詳細は後述する。）、受信電界強度の変動を示す値に応じて、スイッチ２６の切り換えを行なうことにより、受信アンプ１６に選択的に入力された信号に応じて、受信アンプ１６にて利得が設定される。

なお、図１に示す受信装置では、時定数を２段階で制御しているが、変調方式や受信電界強度の変動を示す値に応じて段階数を増やすことも可能である。

本実施形態の受信装置は、「相手側無線局の移動状態に関する情報」を、受信装置内部で生成（推定）するように変更したことである。以下に、相手側無線基地局の移動状態に関する情報として、受信電界強度の変動を示す値の検出方法（推定方法）を図２に基づいて説明する。

図２は実施形態の受信装置に用いる各種信号を例示する図である。図２には、「トレーニングシンボル（ヘッド部）」と、「（N+1 Flame ）受信データ」と、「トレーニングシンボル（テール部）」とから成る（Ｎ＋１）番目のフレームの受信信号を受信する間に、図示のように「トレーニングシンボル（ヘッド部）」および「トレーニングシンボル（テール部）」の間だけアクティブに切り換わる波形を有するトレーニングシンボルタイミング信号をＬｏｇアンプ２４の検波信号とともに演算回路（ＣＡＬ）２８に入力することにより、受信スロットのトレーニングシンボルのヘッド部後端およびテール部後端間でのレベル変動（受信電界強度の変動）（可変ローパスフィルタ２５の瞬時ｔ１における受信レベルおよび瞬時ｔ２における受信レベルの差分値である受信レベル差から求める）を検出して、レベル変動が所定の閾値（所定値）以上である場合（レベル変動が大きい場合）には、相手側無線局の移動速度は高速である、または、通信を行っている相手側無線局との間に、他の通信装置が高速移動して横切るような場合が生じている、と推定し、レベル変動が所定の閾値未満である場合（レベル変動が小さい場合）には、相手側無線局の移動速度は低速である、または、通信を行っている相手側無線局との間に、障害となる通信装置などがいない、と推定する。そして、レベル変動が所定の閾値未満である場合（レベル変動が小さい場合）には、ＣＯＮＴ部２３の出力信号を導くフィードバックループが選択されるようにスイッチ（ＳＷ）２６を切り換え、レベル変動が所定の閾値以上である場合（レベル変動が大きい場合）には、「ＬＯＧアンプ２４のフィードバックループ」が選択されるようにスイッチ（ＳＷ）２６を切り換えるとともに、演算回路（ＣＡＬ）２８の出力信号およびＣＯＮＴ部２３の出力信号を入力されるセレクタ（ＳＥＬ）２９から出力する時定数制御信号をループフィルタ（可変ローパスフィルタ）２５に供給することにより、「ＬＯＧアンプ２４のフィードバックループ」の時定数を可変制御する。

次に、上記受信装置におけるスイッチ２６の切換条件および時定数制御条件について説明する。
［スイッチ２６の切換条件１；受信電界強度の変動を示す値のみを用いる場合］
アンテナ１０で受信されたアナログ信号をデジタル変換して復調して受信データとして出力する際には、（１）受信装置（移動局）の受信電界強度の変動を示す値が所定値を超える場合には、スイッチ２６が「ＬＯＧアンプ２４のフィードバックループ」を選択するようなループ切換信号をスイッチ２６に入力することにより、アンテナ１０で受信されたアナログ信号の受信電界強度に基づいて受信アンプ１６のゲインを制御し、（２）受信電界強度の変動を示す値が所定値未満である場合には、スイッチ２６がＣＯＮＴ部２３の出力信号を導くフィードバックループを選択するようなループ切換信号をスイッチ２６に入力することにより、前記アナログ信号をデジタル変換した受信信号の受信電界強度に基づいて前記受信アンプのゲインを制御するようにする。
［スイッチ２６の切換条件２；受信電界強度の変動を示す値および変調方式を用いる場合］
アンテナ１０で受信されたアナログ信号をデジタル変換して復調して受信データとして出力する際には、（１）受信電界強度の変動を示す値が所定値を超え、かつ、受信装置（無線局）の変調方式（変調クラス）が前記所定の多値数以下の変調方式（低変調クラス）である場合には、スイッチ２６が「ＬＯＧアンプ２４のフィードバックループ」を選択するようなループ切換信号をスイッチ２６に入力することにより、アンテナ１０で受信されたアナログ信号の受信電界強度に基づいて受信アンプ１６のゲインを制御し、（２）受信電界強度の変動を示す値が所定値未満であり、かつ、受信装置（無線局）の変調方式（変調クラス）が前記所定の多値数を超える変調方式（高変調クラス）である場合には、スイッチ２６が「ＣＯＮＴ部２３の出力信号を導くフィードバックループ」を選択するようなループ切換信号をスイッチ２６に入力することにより、前記アナログ信号をデジタル変換した受信信号の受信電界強度に基づいて前記受信アンプのゲインを制御するようにする。
［時定数制御条件１；受信電界強度の変動を示す値のみを用いる場合］
受信装置（無線局）の受信電界強度の変動を示す値が所定値を超える場合には、時間が短くなるようにループフィルタ２５の時定数を制御（ループフィルタ２５の時定数が相対的に小さくなるように制御）し、受信電界強度の変動を示す値が所定値未満である場合には、時間が長くなるようにループフィルタ２５の時定数を制御（ループフィルタ２５の時定数が相対的に大きくなるように制御）する。
［時定数制御条件２；受信装置の変調方式のみを用いる場合］
受信装置（無線局）の変調方式（変調クラス）が所定の多値数を超える変調方式（高変調クラス）である場合には、時間が長くなるようにループフィルタ２５の時定数を制御（ループフィルタ２５の時定数が相対的に大きくなるように制御）し、受信装置（無線局）の変調方式（変調クラス）が前記所定の多値数に満たない変調方式（低変調クラス）である場合には、時間が短くなるようにループフィルタ２５の時定数を制御（ループフィルタ２５の時定数が相対的に小さくなるように制御）する。

なお、受信装置の変調方式としては、変調方式０に対応するＢＰＳＫ、変調方式１に対応するＢＰＳＫ＋、変調方式２に対応するＱＰＳＫ、変調方式３に対応するＱＰＳＫ＋、変調方式４に対応する８ＰＳＫ、変調方式５に対応する８ＰＳＫ＋、変調方式６に対応する１２ＱＡＭ、変調方式７に対応する１６ＱＡＭ、変調方式８に対応する２４ＱＡＭがあり、これらの受信装置の変調方式の変調方式に関する情報は、外部から入力するようにしても、受信信号から抽出するようにしてもよい。

実施形態の受信装置および実施形態の受信制御方法によれば、受信装置に含まれる自動利得制御回路において、受信信号の受信電界強度（例えばＲＳＳＩ信号）に基づいて受信アンプ１６のゲインを制御する際に、受信装置（無線局）の受信電界強度の変動を示す値に基づいて、受信電界強度の変動を示す値が所定値を超える場合にはレベル変動に追従可能な「ＬＯＧアンプ２４のフィードバックループ」を使用し、受信電界強度の変動を示す値未満には「ＣＯＮＴ部２３の出力信号を導くフィードバックループ」を使用するようにフィードバックループを切り換えることにより、受信電界強度の変動を示す値が所定値未満の場合は勿論、受信電界強度の変動を示す値が所定値を超える場合においてもＡ／Ｄコンバータ２１に入力レベルの最適化を図っているため、受信装置（無線局）の受信電界強度の変動を示す値に応じた最適性能を発揮させることができる。

また、実施形態の受信装置および実施形態の受信制御方法によれば、受信装置（無線局）の受信電界強度の変動を示す値に基づいて「ＬＯＧアンプ２４のフィードバックループ」の時定数を制御することにより、受信電界強度の変動を示す値が所定値未満の場合には安定したフィードバックループを実現し、受信電界強度の変動を示す値が所定値を超える場合には、レベル変動に追従するようにすることができる。

さらに、実施形態の受信装置および実施形態の受信制御方法によれば、適応変調方式を採用している場合に、変調方式が低変調方式の場合に「ＬＯＧアンプ２４のフィードバックループ」を使用し、変調方式が高変調方式の場合に「ＣＯＮＴ部２３の出力信号を導くフィードバックループ」を使用するようにフィードバックループを切り換えるとともに、受信装置（無線局）の変調方式（変調クラス）に基づいて「ＬＯＧアンプ２４のフィードバックループ」の時定数を変化させて変調方式に依存する振幅変動分の積分時間を可変制御することにより、一定の積分時間で受信レベルを検出する場合に変調方式により異なる検出レベル精度を揃えて、同一検出レベル精度を確保することが可能になるので、変調方式によるフィードバックループの不安定性を低減することができる。

また、本実施形態の受信装置は、「相手側無線局の移動状態に関する情報」を、受信装置内部で生成（推定）するようにしているが、相手側無線局から、相手側無線局自身が取得した移動速度を受信することで、当該受信した移動速度を用いた制御を行なっても良い。

実施形態の受信装置および実施形態の受信制御方法によれば、フィードバックループを切り換えるために外部から情報を入力する必要がないため、回路構成を簡略化できるという効果も得られる。

本発明の実施形態の受信装置の構成を例示する回路図である。 実施形態の受信装置に用いる各種信号を例示する図である。 従来例の受信装置の構成を例示する回路図である。 従来例の受信装置の構成を例示する回路図である。

符号の説明

１０ アンテナ
１１ バンドパスフィルタ
１２ アンプ
１３ 直交復調器
１４ 局発信号源
１５ バンドパスフィルタ
１６ 受信アンプ（可変アンプ）
１８ 直交復調器
１９ 局発信号源
２０ バンドパスフィルタ
２１ Ａ／Ｄコンバータ
２２ 受信ベースバンド部（ＲＸＢＢ）
２３ ＣＯＮＴ部
２４ Ｌｏｇアンプ（ＬｏｇＡＭＰ）
２５ ループフィルタ
２６ スイッチ（ＳＷ）
２７ 演算回路（ＣＡＬ）
２８ セレクタ（ＳＥＬ）

Claims (4)

1. アンテナで受信された他の無線局からのアナログ信号、または、前記アナログ信号をデジタル変換したデジタル信号の何れかを選択する選択手段と、
   選択した信号の受信電界強度に基づいて受信アンプのゲインを制御する制御手段とを備えた受信装置において、
   前記選択手段では、
   前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が所定値以上であり、かつ、前記他の無線局からのアナログ信号受信時の変調方式が所定の多値数に満たない変調方式である場合には、前記アナログ信号の受信信号を選択し、
   前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が前記所定値未満であり、かつ、前記変調方式が前記所定の多値数以上の変調方式である場合には、前記デジタル信号の受信信号を選択する、
   ことを特徴とする受信装置。
2. 請求項１に記載の受信装置において、
   前記制御手段には、ループフィルタが備えられ、
   前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が、所定値以上である場合には、前記ループフィルタの時定数が相対的に小さくなるように制御され、前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が所定値未満である場合には、前記ループフィルタの時定数が相対的に大きくなるように制御される、
   ことを特徴とする受信装置。
3. 請求項１に記載の受信装置において、
   前記制御手段には、ループフィルタが備えられ、
   前記変調方式が所定の多値数に満たない変調方式である場合には、前記ループフィルタの時定数が相対的に小さくなるように制御され、前記変調方式が所定の多値数以上の変調方式である場合には、前記ループフィルタの時定数が相対的に大きくなるように制御される、
   ことを特徴とする受信装置。
4. アンテナで受信された他の無線局からのアナログ信号をデジタル信号に変換して復調する受信装置における受信制御方法において、
   前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が所定値以上であり、かつ、前記他の無線局からのアナログ信号受信時の変調方式が所定の多値数に満たない変調方式である場合には、前記アナログ信号の受信信号を選択し、
   前記アナログ信号に基づく受信電界強度の変動に関する値が前記所定値未満であり、かつ、前記変調方式が前記所定の多値数以上の変調方式である場合には、前記デジタル信号の受信信号を選択する選択ステップと、
   前記選択した受信信号の受信電界強度に基づいて、受信アンプのゲインを制御する制御ステップと、
   を有することを特徴とする受信制御方法。
   

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