JP2012034222A

JP2012034222A - 無線装置

Info

Publication number: JP2012034222A
Application number: JP2010172645A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Kuriyama; 浩充栗山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-02-16

Abstract

【課題】受信信号が弱信号である場合に、ノイズの影響によって、可変利得アンプの利得が不必要に変動することを抑制する。
【解決手段】本発明は、受信信号を増幅する可変利得アンプ３４と、前記受信信号の信号強度が小さいほど、前記可変利得アンプ３４の利得を大きくする利得制御部３５と、を備えた無線装置３である。前記利得制御部３５は、前記信号強度が第１の所定値よりも小さい第１範囲では、前記信号強度が前記第１の所定値よりも大きい第２範囲よりも、前記信号強度の変動による前記利得の変動が小さくなるよう構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、無線装置に関するものである。

特許文献１，２には、受信信号を増幅するデジタル可変利得アンプの利得を、受信信号の強度に応じて自動的に制御するフィードフォワード型の自動利得制御に関する技術が開示されている。
このような自動利得制御は、受信信号の強度が小さければ、可変利得アンプの利得を大きくし、受信信号の強度が大きければ、可変利得アンプの利得を小さくすることで、可変利得アンプの出力を安定させるために行われる。

特開２００４−８０４５５号公報特開２００７−２７３５７号公報

従来の自動利得制御では、図９に示すように、受信信号の強度（可変利得アンプへの入力電力）と利得との関係は、受信信号の強度に対して可変利得アンプの利得が線形的に単調減少するものとなっていた。
図９に示すように自動利得制御を行った場合、受信信号の強度がノイズの影響によって変動するほど受信信号電力が低い範囲では、ノイズによって、不必要に利得が変動するという問題が生じる。

すなわち、無線装置（受信機）の受信感度を高めようとした場合、無線装置は、受信信号電力が非常に小さい弱信号も取り扱うことになる。このような弱信号の強度が、無線装置において発生するノイズのレベル程度まで低くなった場合、信号の強度の変動は、信号に含まれるノイズの影響が大きくなる。

つまり、受信信号自体の強度は変動していないか、または僅かしか変動していない場合であっても、ノイズの影響により、利得が不必要に変動し、可変利得アンプの出力も不必要に変動することになる。この結果、受信感度が却って劣化してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、信号が弱信号である場合に、ノイズの影響によって、利得が不必要に変動することを抑制することを目的とする。

（１）本発明は、受信信号を増幅する可変利得アンプと、前記受信信号の信号強度が小さいほど、前記可変利得アンプの利得を大きくする利得制御部と、を備え、前記利得制御部は、前記信号強度が第１の所定値よりも小さい第１範囲では、前記信号強度が前記第１の所定値よりも大きい第２範囲よりも、前記信号強度の変動による前記利得の変動が小さくなるよう構成されていることを特徴とする無線装置である。
本発明によれば、信号強度が小さい第１範囲では、信号強度の変動による可変利得アンプの利得の変動が小さくなる。したがって、信号が弱信号であっても、利得の不必要な変動を抑制できる。

（２）前記利得制御部は、前記第１範囲では、信号強度にかかわらず、利得をほぼ一定にするのが好ましい。この場合、第１範囲では、ノイズの影響によって信号強度が変動しても、利得は、ほぼ一定となり、ノイズの影響を抑えることができる。

（３）前記第１の所定値は、前記可変利得アンプよりも前段においてアナログ受信信号の処理を行うアナログ信号処理部において受信信号に付加されるノイズのレベルよりもやや大きい値に設定されているのが好ましい。
この場合、第１範囲は、ノイズの影響が生じる全範囲の利得を固定でき、利得可変アンプの出力を安定させることができる。

（４）前記利得制御部は、前記信号強度を示す値と前記利得との対応を規定した参照テーブルを参照することで、前記信号強度に応じた前記利得を得るよう構成され、更に、前記利得制御部は、前記第１範囲内の前記信号強度については、その信号強度にかかわらず前記信号強度を示す値を一定値としてから、前記参照テーブルを参照するのが好ましい。この場合、第１範囲内の信号強度については、信号強度を示す値が一定値となるため、参照テーブルのサイズを小さくすることができる。

（５）前記利得制御部は、前記信号強度が前記第１の所定値よりも大きい値である第２の所定値よりも大きい第３範囲内の信号強度についても、その信号強度にかかわらず前記信号強度を示す値を一定値としてから、前記参照テーブルを参照するのが好ましい。この場合、第３範囲内の信号強度については、信号強度を示す値が一定値となるため、参照テーブルのサイズを小さくすることができる。

本発明によれば、信号が弱信号であっても、利得の不必要な変動を抑制できる。

無線基地局装置の全体構成図である。無線装置のブロック図である。自動利得制御のための信号強度−利得特性を示す図である。（ａ）は信号強度からインデックスを求めるための閾値テーブル、（ｂ）は閾値テーブルをグラフで表現したもの、（ｃ）はインデックスから利得を求めるための参照テーブルである。（ａ）は信号強度からインデックスを求めるための閾値テーブル、（ｂ）は閾値テーブルをグラフで表現したもの、（ｃ）はインデックスから利得を求めるための参照テーブルである。自動利得制御のための信号強度−利得特性を示す図（第１変形例）である。自動利得制御のための信号強度−利得特性を示す図（第２変形例）である。自動利得制御のための信号強度−利得特性を示す図（第３変形例）である。従来の自動利得制御のための信号強度−利得特性を示す図である。

［１．無線基地局装置の全体構成］
図１は、携帯電話などの移動無線端末用の無線基地局装置（無線通信装置）１を示している。この無線基地局装置１は、ベースバンド処理部（無線装置制御部）を有する基地局本体２に対して、無線装置（ＲＥ：ＲｅｄｉｏＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）３を、光ファイバ又は電気ケーブルで接続して構成されている。このように基地局本体２とは分離した無線装置３は、リモート・レディオ・ヘッド（ＲＲＨ）とよばれる。無線装置３には、送受信用のアンテナ４が接続されている。アンテナ４は、アンテナ塔や建物上部に設置される。
なお、無線基地局装置１としては、基地局本体２と無線装置３とが一体的に形成されたものであってもよい。

基地局本体２は、主に、無線信号をデジタル領域でベースバンド信号の処理を行うとともに、無線装置３を制御する。無線装置３は、無線送信機と無線受信機とを含み、移動無線端末との間で、無線信号の送受信を行う。

［２．無線装置の自動利得制御］
無線装置３に備わった受信機は、自動利得制御機能を備えている。図２は、自動利得制御機能を備えた受信機を示している。この受信機は、受信感度が高く設定されており、例えば、−１００ｄＢｍよりも小さい弱信号も受信可能なものである。

この受信機は、アンテナ４にて受信したアナログ信号を処理するアナログ信号処理部（アナログブロック）３１を備えている。アナログ信号処理部３１は、アナログ増幅器、フィルタ、周波数変換部などの素子を備えており、これらの素子によってアナログ信号処理が施されたアナログ受信信号を出力する。

アナログ信号処理部３１は、アナログ受信信号に付加されるノイズの発生源でもある。アナログ信号処理部３１を構成するアナログ回路は、その特性上、ノイズの発生が不可避である。
したがって、アナログ信号処理部３１から出力されるアナログ信号には、アナログ信号処理部３１をノイズ発生源とするノイズが含まれていることになる。

なお、アナログ信号処理部３１をノイズ発生源とするノイズのレベルは、アナログ信号処理部３１及びその周辺回路の回路構成に依存するが、例えば、−百数ｄＢｍである。このノイズのレベルを測定するには、アナログ信号処理部３１への入力を無入力としておき、この状態で、アナログ信号処理部３１から出力される信号（実態はノイズのみ）の電力値を測定すればよい。

アナログ信号処理部３１から出力されたアナログ受信信号は、Ａ／Ｄコンバータ３２によってデジタル受信信号に変換される。受信機が前述のような弱信号を取り扱うことに対応して、Ａ／Ｄコンバータ３２は、広いダイナミックレンジを持つ。

Ａ／Ｄコンバータ３２から出力されたデジタル受信信号は、デジタルダウンコンバータ３３を介して、デジタル可変利得アンプ（ＶＧＡ）３４に入力される。なお、デジタルダウンコンバータ３３は省略可能である。

デジタル可変利得アンプ３４は、入力されたデジタル受信信号を増幅する。デジタル可変利得アンプ３４は、利得制御部３５による制御を受けて、利得を変化させることができる。可変利得アンプ３４は、そのデジタル可変利得アンプ３４に入力される信号の強度が強い（電力が大きい）場合には、利得を減少させて出力信号の大きさを抑え、逆に、入力信号の強度が弱い（電力が小さい）場合には、利得を増大させて出力信号を大きくする。

デジタル可変利得アンプ３４の利得を制御する利得制御部３５は、デジタル可変利得アンプ３４への入力信号の電力値（信号強度）を測定し、その電力値に基づいて利得を決定し、デジタル可変利得アンプ３４の利得を制御する。すなわち、この利得制御は、フィードフォワード型自動利得制御である。

本実施形態の利得制御部３５は、デジタル可変利得アンプ３４への入力信号の電力値（信号強度）を測定する電力計３６と、電力計３６にて測定された電力値の範囲を所定範囲（後述の第２範囲Ａ２）に制限する電力値制限部３７と、電力値から利得を決定するための参照テーブル３８と、を備えている。

前記電力計３６は、デジタル可変利得アンプ３４の入力側に接続されており、デジタル可変利得アンプ３４に入力されるデジタル受信信号（ＩＱデータ）の電力値、すなわちＩＱデータの振幅値、を測定し出力する。

ここで、デジタル可変利得アンプ３４に入力されるデジタル受信信号の電力値が取り得る最小の値をＰ_ｍｉｎとする。なお、本実施形態では、Ｐ_ｍｉｎは、−１００ｄＢｍよりも小さい値であるものとする。
また、デジタル可変利得アンプ３４に入力されるデジタル受信信号の電力値が取り得る最大の値をＰ_ｍａｘとする。
この場合、デジタル可変利得アンプ３４へのデジタル入力信号が取り得る全範囲Ａは、Ｐ_ｍｉｎからＰ_ｍａｘの間の範囲となる（図３参照）。
したがって、電力計３６から出力される電力値は、Ｐ_ｍｉｎからＰ_ｍａｘの間の任意の値をとることになる。

前記電力値制限部３７は、電力計３６から出力された電力値を、前記全範囲Ａ内における一部の範囲（第１の所定値Ｐ_１から第２の所定値Ｐ_２の範囲）内の値に制限する。なお、Ｐ_ｍｉｎ＜Ｐ_１＜Ｐ_２＜Ｐ_ｍａｘである。また、Ｐ_ｍｉｎからＰ_１未満の範囲を「第１範囲Ａ１」といい、Ｐ_１からＰ_２の範囲を「第２範囲Ａ２」といい、Ｐ_２を超えてＰ_ｍａｘまでの範囲を「第３範囲Ａ３」という。

具体的には、電力値制限部３７は、電力計３６から出力された電力値が、第１範囲Ａ１内にある場合（Ｐ_１よりも小さい場合）には、電力値を第１の所定値Ｐ_１に固定し、第３範囲Ａ３内にある場合には、電力値を第２の所定値Ｐ_２に固定する。
つまり、Ｐ_ｍｉｎからＰ_ｍａｘの間の値を取り得る電力値は、電力値制限部３７によって、第１の所定値Ｐ_１から第２の所定値Ｐ_２までの第２範囲Ａ２内の値に制限されることになる。

本実施形態の前記参照テーブル３８は、電力値（信号強度を示す値）と利得との対応を規定したテーブルである。この参照テーブル３８は、第２の範囲内においては、従来と同様に、電力値が小さいほど、利得が大きくなるように、電力値に対する利得が線形的に単調減少するよう設定されている。利得制御部３５は、電力値制限部３７による制限がかけられた電力値に基づいて、この参照テーブル３８を参照することで、電力値に応じた利得を決定する。

本実施形態では、電力値は、第１の所定値Ｐ_１から第２の所定値Ｐ_２までの第２範囲内の値に制限されているため、参照テーブル３８内で規定される電力値は、第１の所定値Ｐ_１から第２の所定値Ｐ_２までの値で足りる。
電力値が、デジタル可変利得アンプ３４へのデジタル入力信号が取り得る全範囲Ａ（Ｐ_ｍｉｎからＰ_ｍａｘまでの範囲）内の任意の値をとる場合には、参照テーブル内で規定される電力値としては、Ｐ_ｍｉｎからＰ_ｍａｘまでの広い範囲に含まれる多くの電力値が必要となる。この場合、参照テーブルのサイズが大きくなる。これに対し、本実施形態では、参照される電力値の範囲Ａ２が、デジタル可変利得アンプ３４に実際に入力される電力値の範囲Ａよりも狭いため、参照テーブル３８のサイズを小さくすることができる。

さて、本実施形態では、前記第１範囲を画定するための前記第１の所定値Ｐ_１は、アナログ信号処理部３１を発生源とするノイズレベル近傍の値であって、かつノイズレベルよりも大きい値に設定されている。例えば、前記第１の所定値Ｐ_１は、−１００ｄＢｍに設定することができる。これは、アナログ信号処理部３１を発生源とするノイズの大きさが−百数ｄＢｍである場合に、それよりもやや大きい値としたものである。

デジタル可変利得アンプ３４に入力される電力値が、第１範囲Ａ１内である場合（弱入力時）には、電力計３６によって測定される電力値がノイズの影響により変動する。したがって、第１範囲Ａ１においても、単に、電力値に応じて、利得制御部３５が利得を変動させると、デジタル可変利得アンプ３４の出力が、ノイズによって不必要に変動することになる。したがって、ノイズを除いた本来の受信信号の強度が弱く、利得を大きくして感度を上げる必要があるにもかかわらず、ノイズによって見かけ上の電力値が大きくなり、逆に利得を下げてしまう、という事態が発生し、受信感度が劣化するおそれがある。

これに対し、本実施形態では、デジタル可変利得アンプ３４に入力される電力値が、第１範囲Ａ１内である場合（弱入力時）には、電力値が変動しても利得が変動せず、電力値が第２範囲にあるときの利得よりも大きい利得が維持される。
したがって、ノイズを除いた本来の受信信号の強度が弱い場合には、ノイズによる電力値の変動があっても、利得を高い状態で維持することができ、受信感度の劣化を防ぐことができる。

また、前記第３範囲を画定するための前記第２の所定値Ｐ_２は、デジタル受信信号の電力値として、通信規格又は無線装置の仕様において必要とされる値又はその近傍値に設定されている。受信信号の電力値が、通信規格又は無線装置の仕様において必要とされる値よりも大きい場合には、利得を変動させないことで、参照テーブル３８のサイズ削減に寄与することができる。

［３．しきい値テーブルを用いた利得の決定処理］
図４は、利得制御部３５において、電力値の範囲を制限した上で利得を決定するために、しきい値テーブルを用いた手法の第１の例を示し、図５は、その第２例を示している。
なお、ここでは、電力計３６から出力される電力値のとる範囲を、理解の容易のため便宜的に、０〜１００００で表すものとする（Ｐ_ｍｉｎ＝０、Ｐ_ｍａｘ＝１００００）。また、第１の所定値Ｐ_１を１０００とし、第２の所定値Ｐ_２を９０００とする。

図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）は、電力計３６にて測定した電力値を、インデックス値（信号強度を示す別の値）に変換するためのしきい値テーブルを示している。このインデックス値は、電力値のある範囲を一つの値で代表させるためのものである。利得制御部３５は、このしきい値テーブルを参照することで、電力計３６にて測定した値を、インデックス値に変換する。さらに、利得制御部３５は、インデックス値を利得に変換するための参照テーブル（図４（ｃ）、図５（ｃ））を参照することで、インデックス値を利得に変換する。

図４（ａ）（ｂ）又は図５（ａ）（ｂ）のしきい値テーブルは、複数のインデックス値を有しており、各インデックス値に対応するしきい値が設定されている。利得制御部３５は、電力計３６にて測定した電力値を、しきい値テーブル内のしきい値と比較する。この比較は、値が大きいしきい値から順番に行われ、電力値に対応するインデックスが決定される。

図４（ａ）（ｂ）のしきい値テーブルの場合、複数のインデックス値は、それぞれ、電力値の１００の範囲が、一つのインデックス値で示されるように設定されている。したがって、インデックス値自体には、電力値の制限がかかっていない。
そこで、参照テーブル３８は、図４（ｃ）に示すように、電力値＝１００００〜９０００の範囲（第３範囲）に対応するインデックス値＝１〜１０については、利得が固定の値（最小値）となり、電力値＝８９９９〜１０００（第２範囲）に対応するインデックス値＝１１〜９０までは、インデックス値に応じて徐々に利得が増加し、電力値＝９９９〜０（第１範囲）に対応するインデックス値＝９１〜１００については、利得が固定の値（最大値）となるように設定されている。これにより、図３の関係を実現できる。

一方、図５（ａ）（ｂ）のしきい値のテーブルの場合、例えば、電力値が１００００から９０００の間の値であれば、インデックス値＝１となる。また、電力値が８８５０であれば、インデックス値＝３となる。さらに、電力値が１０００よりも小さければ、インデックス値＝８２となる。
このように、図５（ａ）（ｂ）のしきい値テーブルでは、電力値が１００００から９０００の範囲と、９９９以下の範囲とは、１０００の幅を持った範囲が一つのインデックスに対応しているのに対し、８９９９〜１０００までの範囲は、１００の幅を持った範囲が一つのインデックスに対応している。

図５（ａ）（ｂ）のようなしきい値テーブルも持つ場合、インデックス値の範囲が制限されたものになっている。したがって、参照テーブル３８としては、図５（ｃ）のように、インデックス値に対して、利得が線形的に増加するもので、図３のような関係が実現できる。

［４．信号強度−利得特性の変形例］
図６は、信号強度−利得の第１変形例を示している。図６では、受信信号の強度の全範囲Ａが、第１範囲Ａ１（Ｐ_ｍｉｎ〜Ｐ_１）と、第２範囲Ａ２（Ｐ_１〜Ｐ_ｍａｘ）の２つの範囲に分けられている。
この第１範囲Ａ１では、図３の場合と同様に、ノイズの影響により信号強度が変動しても、利得が固定であり変動しないため、デジタル可変利得アンプ３４の出力を安定させることができる。
図６では、図３のように第３範囲が設けられていないが、第１範囲が設けられているため、従来よりも参照テーブル３８サイズを小さくすることが可能である。

図７は、信号強度−利得の第２変形例を示している。図３では、第１範囲Ａ１及び第３範囲Ａ３においては、利得は一定値で固定であり、信号強度の変動に対する利得の変動がゼロに抑えられていた。これに対し、図７では、第１範囲Ａ１又は第３範囲Ａ３内であっても利得の値が多少変動するよう構成されている。ただし、第１範囲Ａ１又は第３範囲Ａ３内では、第２範囲に比べて、信号強度の変動による利得の変動が緩やかになっている。
このため、信号強度が第１範囲Ａ１内にある弱信号の場合において、ノイズの影響によって利得が変動する度合いが小さく抑えられ、ノイズによる影響を軽減することができる。

図８は、信号強度−利得の第３変形例を示している。図３では、第１範囲Ａ１及び第３範囲Ａ３においては、それぞれ、利得は一つの値しかとらないのに対して、図８では、利得は、第１範囲Ａ１において二つ（複数）の値をとり、第３範囲Ａ３においても二つ（複数）の値をとる。
このように、第１範囲Ａ１において、段階的に利得を変動させても、第２範囲に比べると、信号強度の変動による利得の変動が緩やかになっている。したがって、信号強度が第１範囲Ａ１内にある弱信号の場合において、ノイズの影響によって利得が変動する度合いが小さく抑えられ、ノイズによる影響を軽減することができる。
また、図８でも、参照テーブルサイズを小さくすることが可能である。

［５．付記］
なお、今回開示した実施形態は例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内での全ての変更が含まれる。

１無線基地局装置
２基地局本体
３無線装置
４アンテナ
３１アナログ信号処理部
３２Ａ／Ｄコンバータ
３３デジタルダウンコンバータ
３４デジタル可変利得アンプ
３５利得制御部
３６電力計
３７電力値制限部
３８参照テーブル

Claims

受信信号を増幅する可変利得アンプと、
前記受信信号の信号強度が小さいほど、前記可変利得アンプの利得を大きくする利得制御部と、
を備え、
前記利得制御部は、前記信号強度が第１の所定値よりも小さい第１範囲では、前記信号強度が前記第１の所定値よりも大きい第２範囲よりも、前記信号強度の変動による前記利得の変動が小さくなるよう構成されている
ことを特徴とする無線装置。
前記利得制御部は、前記第１範囲では、信号強度にかかわらず、利得をほぼ一定にする
請求項１記載の無線装置。
前記第１の所定値は、前記可変利得アンプよりも前段においてアナログ受信信号の処理を行うアナログ信号処理部において受信信号に付加されるノイズのレベルよりもやや大きい値に設定されている
請求項１又は２記載の無線装置。
前記利得制御部は、前記信号強度を示す値と前記利得との対応を規定した参照テーブルを参照することで、前記信号強度に応じた前記利得を得るよう構成され、
更に、前記利得制御部は、前記第１範囲内の前記信号強度については、その信号強度にかかわらず前記信号強度を示す値を一定値としてから、前記参照テーブルを参照する
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線装置。
前記利得制御部は、前記信号強度が前記第１の所定値よりも大きい値である第２の所定値よりも大きい第３範囲内の信号強度についても、その信号強度にかかわらず前記信号強度を示す値を一定値としてから、前記参照テーブルを参照する
請求項４記載の無線装置。