JP3824871B2 - Automatic gain control device and demodulator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変レートディジタル衛星通信システムに適用可能な自動利得制御(AGC:Automatic Gain Control)装置、および復調器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
以下、従来の自動利得制御装置および復調器について説明する。従来の自動利得制御装置を備えた復調器としては、たとえば、文献「バーストモデム用AGC回路」(電子情報通信学会1989年秋季大会B-122,著者:青木,内島,戸澤,湯田)に記載されている、ディジタル衛星通信システム用復調器(ディジタルフィルタの出力情報を用いるPLL方式)がある。
【0003】
図8は、従来の自動利得制御装置を備えたディジタル衛星通信システム用復調器(単に復調器と呼ぶ)の構成を示す図である。図8において、101はアンテナであり、102は利得可変アンプであり、103は周波数変換部、104,105はA/D変換器(A/D)であり、106,107はディジタルフィルタであり、108は自動利得制御装置であり、109はD/A変換器(D/A)であり、110は検波部である。また、自動利得制御装置108において、121はレベル検出部であり、122は減算部であり、123はループフィルタであり、124は係数設定部である。また、ループフィルタ123において、131は乗算器であり、132は加算器であり、133はDフリップフロップである。
【0004】
また、図9は、ディジタルフィルタ106および107の構成を示す図である。従来例では、上記ディジタルフィルタをトランスバーサルフィルタで構成する。図9において、141a,141b,141c,141d,141e,141f,141g,141h,141i,141j,141kはDフリップフロップであり、142a,142b,142c,142d,142eは加算器であり、143a,143b,143c,143d,143e,143fは乗算器であり、144は加算器である。
【0005】
以下、従来の自動利得制御装置を備えた復調器の動作について説明する。まず、アンテナ101では、PSK変調が行われたバースト信号を受信する。利得可変アンプ102では、D/A変換後の自動利得制御装置108出力の制御電圧に基づいて、受信信号の利得を制御する。
【0006】
周波数変換部103では、周波数fR帯の受信信号に対して検波部110から出力される周波数fR´のローカル信号を乗算する。そして、乗算によって生じた2つの周波数成分fR+fR´,fR−fR´から、高調波成分fR+fR´を除去し、受信信号をベースバンド帯の信号(ベースバンド信号)に周波数変換する。
【0007】
A/D変換器104では、検波部110からのサンプリングクロックを用いてベースバンド信号の同相成分をオーバーサンプルし、ディジタルデータであるベースバンド同相データ系列Ii(i=1,2,3,…)に変換する。同様に、A/D変換器105では、検波部110からのサンプリングクロックを用いてベースバンド信号の直交成分をオーバーサンプルし、ディジタルデータであるベースバンド直交データ系列Qi(i=1,2,3,…)に変換する。
【0008】
ディジタルフィルタ106および107は、波形整形フィルタとして動作し、ロールオフフィルタの特性を有する。たとえば、ディジタルフィルタ106では、ベースバンド同相データ系列Iiを、ディジタルフィルタ107では、ベースバンド同相データ系列Qiを、それぞれフィルタリングし、ベースバンド信号に含まれる雑音成分および干渉波成分を除去する。
【0009】
具体的にいうと、ディジタルフィルタ106,107では、入力データを、Dフリップフロップ141a〜141kを直列接続した2n+1(n≧1)段のシフトレジスタに入力する。n個の加算器142a〜142eは、シフトレジスタ内の(n−y+1)番目のデータと、(n+y+1)番目のデータと、を加算する(ただし、y=1,2,・・・,n)。(n+1)個の乗算器143a〜143fは、n個の加算器142a〜142eの出力およびDフリップフロップ141fの出力に対して、ロールオフフィルタのインパルス応答に相当する重み付け係数W0〜Wnを乗算する。重み付け係数W0〜Wnは、ロールオフ率および入力データのオーバーサンプル数(=入力データのサンプリング速度/シンボルレート)によって値が決まる。加算器144は、(n+1)個の乗算器143a〜143fの出力を加算し、その加算結果をディジタルフィルタの出力とする。
【0010】
検波部110では、ディジタルフィルタ106から出力されるデータ系列Idi(i=1,2,3,・・・)、およびディジタルフィルタ107から出力されるデータ系列Qdi(i=1,2,3,・・・)に基づいて、サンプリングクロックのタイミング位相差、受信信号とローカル信号とのキャリア周波数偏差Δf=(fR−fR´)、およびキャリア位相差を求める。そして、これらを補正する制御をサンプリングクロックおよびローカル信号に与え、タイミング同期、キャリア周波数同期、およびキャリア位相同期を確立する。
【0011】
各同期を確立後、検波部110では、同期検波(あるいは遅延検波)によってデータを判定し、判定したデータを復調データとして出力する。なお、タイミング同期制御方法としては、たとえば、文献「受信信号位相情報を用いたQPSK用タイミング再生方式の検討」(藤村著 電子情報通信学会 論文誌 VOL.J81-B-II no.6,pp.665-668,1998年6月)に記載されている。また、キャリア周波数制御(AFC:Automatic Frequency Control)、キャリア位相制御(APC:Automatic Phase Control)としては、たとえば、文献「小型高安定化バースト搬送波再生回路の構成と特性」(電子情報通信学会昭和63年春季大会SB-3-4,著者:榎本,久保田,梅比良,加藤)に記載されている。
【0012】
自動利得制御装置108では、ディジタルフィルタ106から出力されるデータ系列Idi(i=1,2,3,・・・)およびディジタルフィルタ107から出力されるデータ系列Qdi(i=1,2,3,・・・)を入力とし、受信信号のレベルをある基準レベルに制御するための、電圧データ(ディジタルデータ)を出力する。最後に、D/A変換器109では、この電圧データをアナログ信号に変換し、利得可変アンプ102に与える。
【0013】
ここで、自動利得制御装置108内の動作について説明する。まず、レベル検出部121では、データ系列Idi,Qdiに基づいて、(1)式で受信レベルEi(i=1,2,3,・・・)を算出する。
Ei=Idi 2+Qdi 2 (1)
【0014】
減算器122では、基準レベル値Thから受信レベルEiを減算し(Si=Th−Ei)、ループフィルタ123では、減算器122の出力Si(i=1,2,3,・・・)を入力とする。ループフィルタ123内では、乗算器131が、減算値Siに係数α(α<1)を乗算し、加算器132およびDフリップフロップ133で構成される積分器は、乗算器131の出力Mi(i=1,2,3,・・・)を積分し、この積分値を電圧データVi(i=1,2,3,・・・)として、自動利得制御装置108から出力する。
【0015】
受信レベルEiが基準レベル値を越えている場合を一例として、自動利得制御装置108の動作を説明する。図10は、自動利得制御装置108の動作を説明するための図である。動作開始時において、受信レベルE1は基準レベル値Thを越える大きな値であるため、減算値S1は負の小さな値となる。よって、積分値V1はαS1となり、負の値が入力される。この結果を受けて、自動利得制御装置108からは、図10の時刻▲1▼において負の値である積分値Vi=αS1が電圧データとして出力され、利得可変アンプ102のゲインが下げられる。
【0016】
この状態で、時刻▲1▼における利得制御が行われても、利得制御前のデータが、ディジタルフィルタ106,107内に残っているため、受信レベルEiは時刻▲1▼直後から下がらない。時刻▲1▼における利得制御が行われてから受信レベルEiが下がるまでには、ディジタルフィルタ106,107内のシフトレジスタの段数(2n+1)の半分程度の時間(≒ディジタルフィルタ入力データのサンプリング速度×n)の遅延が発生する。よって誤動作を避けるため、時刻▲1▼における利得制御後、利得制御されたデータEiがレベル検出部121から出力されるまで、自動利得制御装置108は、ループフィルタ123の動作を停止(ホールド)する。
【0017】
つぎに、時刻▲1▼よる利得制御が行われても、受信レベルE2は、まだ基準レベルより大きいため、負の値となるが、減算値S2の絶対値|S2|は、|S2|<|S1|となり、両者のレベル差は狭まる。ループフィルタの積分値はV2=α(S1+S2)となり、図10の時刻▲2▼において電圧データとして出力され、利得可変アンプ102のゲインがさらに下げられる。この様に、|S2|<|S1|の関係となることから判るように、減算値Siの絶対値は、利得制御が繰り返される度に減少していくため(|S1|>|S2|>|S3|>|S4|>…)、ループフィルタ内の積分器(=電圧データ)はオーバーフローすることはない。そして、利得制御が時刻▲1▼→▲2▼→▲3▼→▲4▼→…と繰り返されていく過程で、電圧データViは、受信レベルを基準値に制御するような電圧値に収束する(図10参照)。
【0018】
一方、受信レベルEiが基準レベル値より低い場合は、逆に減算値S2の値が正となり、ループフィルタ内の積分器は正の方向で増加していくが、同様に|S1|>|S2|>|S3|>|S4|>…が成り立つため、電圧データViは、受信レベルを基準値に制御する電圧値に収束する。
【0019】
なお、係数設定部124では、係数αの値を制御する。ここで、係数α(<1)の値を大きな値(たとえば、0.1)にすると、ループフィルタ123の応答速度が上がるため、受信レベルを基準レベル値まで短時間で引込むことができる。しかしながら、引込み後の利得制御電圧のジッタ(揺らぎ)が大きく、不安定となる欠点もある。一方、係数α(<1)の値を小さな値(たとえば、0.001)にすると、ループフィルタ123の応答速度が下がるため、受信レベルを基準レベル値まで引込むのに長時間かかる。しかしながら、引込み後の利得制御電圧のジッタ(揺らぎ)が小さく、高安定となる。そこで、係数設定部124では、受信レベルを基準レベル値まで引込む際は係数αを大きな値で出力し、それ以外は小さな値で出力することで、自動利得制御装置108の高速引込みと、引込み後の高安定と、を実現する。
【0020】
このように、従来の復調器においては、上記一連の動作によるフィードバック制御によって、アンテナ101から入力される受信信号のレベルが大きい場合においても、小さい場合においても、A/D変換器104,105の入力端では一定のレベルとなる。また、従来の自動利得制御装置108については、近年の衛星通信用伝送速度可変ディジタル復調器にも適用される。
【0021】
ここで、上記衛星通信用伝送速度可変ディジタル復調器について説明する。この伝送速度可変ディジタル復調器は、文献「衛星通信用伝送速度可変ディジタル復調器」(電子情報通信学会昭和63年秋季大会SB-2-1,著者:岩崎,大谷,谷本,小林,巻田,阿部,柴田)に記載されているように、音声だけでなく、FAX,画像、データ通信にも対応させるため、伝送レートを可変とする。
【0022】
衛星通信用伝送速度可変ディジタル復調器では、A/D変換器の前にアナログ回路で構成されるプリフィルタを用いて隣接波を除去していたが、最近は、自波だけでなく隣接波も含めた信号をサンプリングし、ディジタルフィルタで隣接波を除去する。これは、全ディジタル型の伝送速度可変復調器と呼ばれる。この場合、アナログ回路であるプリフィルタの隣接波除去の役割を、ディジタルフィルタ部が請け負う。このような全ディジタル型の衛星通信用伝送速度可変ディジタル復調器を実現する場合、ディジタルフィルタ106,107は、上記波形整形フィルタ(図9参照)だけでなく、デシメーションフィルタと波形整形フィルタ(図11参照)で構成される。
【0023】
図11は、図9とは異なるディジタルフィルタ106,107の構成を示す図である。図11において、147はデシメーションフィルタであり、148は波形整形フィルタであり、145a,145b,145c,145dはハーフバンドフィルタであり、146a,146b,146c,146dはラッチである。
【0024】
デシメーションフィルタ147では、ローパスフィルタで、入力データの周波数成分のなかから、自波を含むDC〜低周波数の帯域だけを抽出後、入力データのサンプリング速度の1/2以下でデータを間引く。図11では、このローパスフィルタの役目を、ハーフバンドフィルタ145a〜145dが、間引きの役割を、ラッチ146a〜146dが、それぞれ担う。通常、デシメーションフィルタは、たとえば、m個のハーフバンドフィルタ+ラッチの直列接続で構成される。図11の構成は、ハーフバンドフィルタのマルチステージによる実現表記であり、この場合、デシメーションフィルタ147は、隣接波を除去しながら、データのサンプリング速度を1/2m倍に落とす。
【0025】
すなわち、ステージ(1)のハーフバンドフィルタ145aが入力データの周波数帯を約1/2にろ波し、ラッチ146aが入力データのサンプリング速度の1/2倍の速度で出力データを間引く。また、ステージ(2)のハーフバンドフィルタ145bがラッチ146aから出力されるデータの周波数帯を約1/2にろ波し、ラッチ146bが入力データのサンプリング速度の1/4倍の速度で出力データを間引く。同様に、ステージ(m)のハーフバンドフィルタ145dが前段のラッチから出力されるデータの周波数帯を約1/2にろ波し、ラッチ146dが入力データのサンプリング速度の1/2m倍の速度で出力データを間引く。なお、ハーフバンドフィルタの詳細については、たとえば、文献「マルチレート信号処理」(貴家仁志著,ディジタル信号処理シリーズ 第14巻 pp61-pp76,発行所;昭晃堂, 初版1刷発行;1995年10月6日)に記載されている。
【0026】
つぎに、従来の復調器における、伝送レートRsと、受信レベルEiおよびディジタルフィルタ106,107の出力データの|振幅値|と、の関係を式を用いて説明する。伝送レートをRs[baud]、A/D変換器のサンプリング速度をfsamp[Hz]、デシメーションフィルタ出力のオーバーサンプル数ovsの範囲を、2≦ovs<4とすると、デシメーション数mは、
m=int[log2(fsamp/(2Rs))] (2)
また、ovsは、
ovs=fsamp/(Rs*2m) (3)
で求まる。
【0027】
この場合、波形整形フィルタの重み付け係数W0〜Wnは、ロールオフフィルタのインパルスを、オーバーサンプル数ovsでサンプリングした値に基づいて決定する。ただし,式(2)において、int[A]は、[ ]内の値Aの整数値(小数桁切り捨て)を表す。
【0028】
そして、Rsの最大値RX=max(Rs)をRX=fsamp/4(すなわち、fsamp=4Rs時、上記式(2)(3)によりm=1,ovs=2となる)とし、伝送レートがRX時の受信レベルEiの平均値をEXとすると、伝送レートRs(≦RX)時の受信レベルEiの平均値EMは、式(4)で、ディジタルフィルタ出力である|振幅値|の平均値AMは、式(5)で、それぞれ求まる。
EM=EX(ovs/2m) (4)
AM=EM(1/2) (5)
【0029】
上記各式より、伝送レートRsが低くなるとmが増加し(式(2)参照)、mが増加すると、受信レベルEiやディジタルフィルタ106,107の出力データの|振幅値|が減少することが判る(式(4),(5)参照)。また、伝送レートRsによってovs値が変化し(式(3)参照)、ovs値によっても受信レベルEiやディジタルフィルタ106,107の出力データの|振幅値|が変化することが判る(式(4),(5)参照)。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、従来のディジタル衛星通信システム用復調器においては、利得可変アンプが利得を変えた後、ディジタルフィルタ106,107内の信号処理に相当する時間(図1の従来例では、シフトレジスタの段数2n+1の半分程度の時間)が経過するまで、受信レベルEiは利得制御前の値を出力する。したがって、係数αを小さくして引込み時間を短くする場合でも、ディジタルフィルタ106,107内の信号処理に相当する時間が経過するまでは、誤動作防止のため自動利得制御装置108の動作をホールド(停止)する必要があり、これが引込み時間の短縮化を阻害する、という問題があった。
【0031】
特に、近年の衛星通信用伝送速度可変ディジタル復調器では、ディジタルフィルタ106,107で広い帯域におよぶ隣接波成分を除去する必要があるため、ディジタルフィルタ106,107の信号処理時間はさらに増大する。したがって、従来の自動利得制御装置108を、近年の衛星通信用伝送速度可変ディジタル復調器に適用する場合には、ホールド時間がさらに増加し、これによって引込みに要する時間も大幅に増大する、という問題があった。
【0032】
また、上記従来の全ディジタル型の衛星通信用伝送速度可変ディジタル復調器においては、伝送レートが低くなると、サンプリングした信号の全帯域に対する自波の信号帯域の比率が減少するため、信号受信レベルEiが減少する。これにより、受信レベルEiの有効ビット数の減少によって、受信レベルEiの量子化雑音が増加し、利得制御が正常に行われなくなる、という問題があった。
【0033】
また、復調器の後段には、ビタビ復号器などの誤り訂正用の復号器が存在する場合が多く、その場合、復調器でデータを軟判定し、ビタビ復号器には軟判定された復調データを入力する。この軟判定のためのしきい値間隔(軟判定しきい値間隔)は、最適な値が存在し、軟判定しきい値間隔が最適値から外れると、誤り訂正能力も低下する。したがって、伝送レートが低くなった場合には、ディジタルフィルタ106,107の出力データの|振幅値|および出力データの有効ビット数も減少するため、検波部110では、復調データを、最適な軟判定しきい値間隔で軟判定(soft decision)することが困難になる、という問題があった。
【0034】
また、伝送レートによって受信レベルEiが異なるため、自動利得制御装置108内の基準レベル値を、その時の伝送レートに応じて、再設定する必要がある、という問題もあった。
【0035】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、自動利得制御の高速引込みと引込み後の高安定動作とを両立し、さらに、利得制御動作や軟判定動作が伝送レートの値に影響されない自動利得制御装置および復調器を得ることを目的とする。
【0036】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる自動利得制御装置にあっては、ディジタルフィルタから出力されるベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを検出するレベル検出手段(後述する実施の形態のレベル検出部21に相当)と、検出された受信レベルをMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該受信レベルをMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル積分手段(受信レベル積分部22に相当)と、前記第1の積分データに所定の増幅率データを乗算し、当該乗算結果と前記第2の積分データとを加算し、当該加算結果を全積分回数(MH+MR)で除算することで、受信レベルの平均値を算出し、当該平均値を受信レベル平均データとして出力する受信レベル平均値算出手段(受信レベル平均値算出部24に相当)と、前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段(制御部23に相当)と、特定の基準値と前記受信レベル平均データとの比をdB値で算出し、当該dB値をレベル比データとして出力する受信レベル比算出手段(受信レベル比算出部25に相当)と、前記レベル比データを所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であればレベル比データ積分値をTdとし、−Td以下であればレベル比データ積分値を−Tdとし、当該レベル比データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段(利得制御電圧データ生成部26に相当)と、前記レベル比データ積分値の差分値を求め、当該差分値の真数値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段(利得制御電圧増幅率算出部27に相当)と、を備えることを特徴とする。
【0037】
つぎの発明にかかる自動利得制御装置にあっては、A/D変換器出力のディジタルデータの受信レベルを算出し、その値があるしきい値以上の場合に、A/D変換器がオーバーフローしていると判定し、その判定結果をオーバーフロー検出信号として出力するオーバーフロー検出手段(オーバーフロー検出部61に相当)と、ディジタルフィルタから出力されるベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを検出するレベル検出手段と、検出された受信レベルをMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該受信レベルをMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル積分手段と、前記第1の積分データに所定の増幅率データを乗算し、当該乗算結果と前記第2の積分データとを加算し、当該加算結果を全積分回数(MH+MR)で除算することで、受信レベルの平均値を算出し、当該平均値を受信レベル平均データとして出力する受信レベル平均値算出手段と、特定の基準値と前記受信レベル平均データとの比をdB値で算出し、当該dB値をレベル比データとして出力する受信レベル比算出手段と、前記オーバーフロー検出信号が出力された場合は、予め規定された所定の値を選択し、前記オーバーフロー検出信号が出力されていない場合は、前記レベル比データを選択し、その選択結果を選択データとして出力する選択手段(選択部62に相当)と、前記選択データを所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であれば選択データ積分値をTdとし、−Td以下であれば選択データ積分値を−Tdとし、当該選択データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、前記選択データ積分値の差分値を求め、当該差分値の真数値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、前記オーバーフロー検出信号が出力された場合は、前記増幅率データ、前記受信レベル積分手段内のレジスタ、および前記受信レベル平均値算出手段内のレジスタをリセットし、前記オーバーフロー検出信号が出力されていない場合は、前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段(制御部23aに相当)と、を備えることを特徴とする。
【0038】
つぎの発明にかかる自動利得制御装置において、前記積分回数MRと前記積分回数MHの合計は、2のべき乗の値をとることを特徴とする。
【0039】
つぎの発明にかかる自動利得制御装置にあっては、初期時、前記受信レベル積分手段が、前記レベル検出手段で検出した受信レベルをMR回にわたって積分し、前記受信レベル平均値算出手段が、前記積分結果を全積分回数MRで除算することで、受信レベルの平均値を算出し、前記制御手段が、前記積分動作の開始/終了タイミングを制御することを特徴とする。
【0040】
つぎの発明にかかる自動利得制御装置において、前記積分回数MRは、2のべき乗の値をとることを特徴とする。
【0041】
つぎの発明にかかる自動利得制御装置にあっては、前記受信レベル比算出手段をROMで構成することを特徴とする。
【0042】
つぎの発明にかかる自動利得制御装置にあっては、前記電圧増幅率算出手段および前記電圧データ生成手段における真数変換部分をROMで構成することを特徴とする。
【0043】
つぎの発明にかかる自動利得制御装置にあっては、ディジタルフィルタから出力される受信ベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを算出し、さらに特定の基準値と当該受信レベルとの比をdB値で算出し、当該dB値を受信レベル比検出値として出力する受信レベル比検出手段(レベル比検出部71に相当)と、前記dB値をMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該dB値をMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル比積分手段(受信レベル比積分部22bに相当)と、前記第1の積分データを積分回数MHで除算して利得制御前のレベル比平均値を算出し、さらに当該利得制御前のレベル比平均値に所定の増幅率データ(dB値)を加算した結果を、第1のレベル比平均値とし、前記第2の積分データを積分回数MRで除算した結果を第2のレベル比平均値とし、当該第1のレベル比平均値と当該第2のレベル比平均値との加算値を“2”で除算した結果をレベル比データとして出力する受信レベル比平均値算出手段(受信レベル比平均値算出部24bに相当)と、前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段(制御部23に相当)と、前記レベル比データを、所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であればレベル比データ積分値をTdとし、−Td以下であればレベル比データ積分値を−Tdとし、当該レベル比データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段(利得制御電圧データ生成部26に相当)と、前記レベル比データ積分値の差分値を求め、当該差分値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段(利得制御電圧増幅率算出部27bに相当)と、を備えることを特徴とする。
【0044】
つぎの発明にかかる復調器にあっては、RF信号を受信するアンテナ(アンテナ1に相当)と、前記RF信号の利得を利得制御電圧によって制御する利得制御アンプ(利得可変アンプ2に相当)と、前記利得制御アンプの出力信号を受信ベースバンド信号に周波数変換する周波数変換手段(周波数変換部3に相当)と、前記受信ベースバンド信号をオーバーサンプリングし、ディジタルデータに変換するA/D変換手段(A/D変換器4,5に相当)と、前記ディジタルデータに含まれる隣接波成分および雑音成分を除去し、受け取った自波の信号に対して波形整形を行い、その結果をベースバンドデータとして出力するディジタルフィルタ(ディジタルフィルタ6,7に相当)と、前記ベースバンドデータを用いて、キャリア周波数同期、キャリア位相同期、およびタイミング同期を確立し、その後、データを判定し、その結果を復調データとして出力する検波手段(検波部10に相当)と、前記ベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを検出するレベル検出手段と、検出された受信レベルをMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該受信レベルをMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル積分手段と、前記第1の積分データに所定の増幅率データを乗算し、当該乗算結果と前記第2の積分データとを加算し、当該加算結果を全積分回数(MH+MR)で除算することで、受信レベルの平均値を算出し、当該平均値を受信レベル平均データとして出力する受信レベル平均値算出手段と、前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段と、特定の基準値と前記受信レベル平均データとの比をdB値で算出し、当該dB値をレベル比データとして出力する受信レベル比算出手段と、前記レベル比データを所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であればレベル比データ積分値をTdとし、−Td以下であればレベル比データ積分値を−Tdとし、当該レベル比データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、前記レベル比データ積分値の差分値を求め、当該差分値の真数値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、前記電圧データに対してD/A変換を行い、変換後のアナログ信号を前記利得制御電圧として出力するD/A変換手段(D/A変換器9に相当)と、を備えることを特徴とする。
【0045】
つぎの発明にかかる復調器にあっては、RF信号を受信するアンテナと、前記RF信号の利得を利得制御電圧によって制御する利得制御アンプと、前記利得制御アンプの出力信号を受信ベースバンド信号に周波数変換する周波数変換手段と、前記受信ベースバンド信号をオーバーサンプリングし、ディジタルデータに変換するA/D変換手段と、前記ディジタルデータに含まれる隣接波成分および雑音成分を除去し、受け取った自波の信号に対して波形整形を行い、その結果をベースバンドデータとして出力するディジタルフィルタと、前記ベースバンドデータを用いて、キャリア周波数同期、キャリア位相同期、およびタイミング同期を確立し、その後、データを判定し、その結果を復調データとして出力する検波手段と、前記ディジタルデータの受信レベルを算出し、その値があるしきい値以上の場合に、A/D変換手段がオーバーフローしていると判定し、その判定結果をオーバーフロー検出信号として出力するオーバーフロー検出手段と、ディジタルフィルタから出力されるベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを検出するレベル検出手段と、検出された受信レベルをMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該受信レベルをMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル積分手段と、前記第1の積分データに所定の増幅率データを乗算し、当該乗算結果と前記第2の積分データとを加算し、当該加算結果を全積分回数(MH+MR)で除算することで、受信レベルの平均値を算出し、当該平均値を受信レベル平均データとして出力する受信レベル平均値算出手段と、特定の基準値と前記受信レベル平均データとの比をdB値で算出し、当該dB値をレベル比データとして出力する受信レベル比算出手段と、前記オーバーフロー検出信号が出力された場合は、予め規定された所定の値を選択し、前記オーバーフロー検出信号が出力されていない場合は、前記レベル比データを選択し、その選択結果を選択データとして出力する選択手段と、前記選択データを所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であれば選択データ積分値をTdとし、−Td以下であれば選択データ積分値を−Tdとし、当該選択データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、前記選択データ積分値の差分値を求め、当該差分値の真数値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、前記オーバーフロー検出信号が出力された場合は、前記増幅率データ、前記受信レベル積分手段内のレジスタ、および前記受信レベル平均値算出手段内のレジスタをリセットし、前記オーバーフロー検出信号が出力されていない場合は、前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段と、前記電圧データに対してD/A変換を行い、変換後のアナログ信号を前記利得制御電圧として出力するD/A変換手段と、を備えることを特徴とする。
【0046】
つぎの発明にかかる復調器において、前記積分回数MRと前記積分回数MHの合計は、2のべき乗の値をとることを特徴とする。
【0047】
つぎの発明にかかる復調器にあっては、初期時、前記受信レベル積分手段が、前記レベル検出手段で検出した受信レベルをMR回にわたって積分し、前記受信レベル平均値算出手段が、前記積分結果を全積分回数MRで除算することで、受信レベルの平均値を算出し、前記制御手段が、前記積分動作の開始/終了タイミングを制御することを特徴とする。
【0048】
つぎの発明にかかる復調器において、前記積分回数MRは、2のべき乗の値をとることを特徴とする。
【0049】
つぎの発明にかかる復調器にあっては、前記受信レベル比算出手段をROMで構成することを特徴とする。
【0050】
つぎの発明にかかる復調器にあっては、前記電圧増幅率算出手段および前記電圧データ生成手段における真数変換部分をROMで構成することを特徴とする。
【0051】
つぎの発明にかかる復調器にあっては、RF信号を受信するアンテナと、前記RF信号の利得を利得制御電圧によって制御する利得制御アンプと、前記利得制御アンプの出力信号を受信ベースバンド信号に周波数変換する周波数変換手段と、前記受信ベースバンド信号をオーバーサンプリングし、ディジタルデータに変換するA/D変換手段と、前記ディジタルデータに含まれる隣接波成分および雑音成分を除去し、受け取った自波の信号に対して波形整形を行い、その結果をベースバンドデータとして出力するディジタルフィルタと、前記ベースバンドデータを用いて、キャリア周波数同期、キャリア位相同期、およびタイミング同期を確立し、その後、データを判定し、その結果を復調データとして出力する検波手段と、前記ベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを算出し、さらに特定の基準値と当該受信レベルとの比をdB値で算出し、当該dB値を受信レベル比検出値として出力する受信レベル比検出手段と、前記dB値をMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該dB値をMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル比積分手段と、前記第1の積分データを積分回数MHで除算して利得制御前のレベル比平均値を算出し、さらに当該利得制御前のレベル比平均値に所定の増幅率データ(dB値)を加算した結果を、第1のレベル比平均値とし、前記第2の積分データを積分回数MRで除算した結果を第2のレベル比平均値とし、当該第1のレベル比平均値と当該第2のレベル比平均値との加算値を“2”で除算した結果をレベル比データとして出力する受信レベル比平均値算出手段と、前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段と、前記レベル比データを、所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であればレベル比データ積分値をTdとし、−Td以下であればレベル比データ積分値を−Tdとし、当該レベル比データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、前記レベル比データ積分値の差分値を求め、当該差分値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、前記電圧データに対してD/A変換を行い、変換後のアナログ信号を前記利得制御電圧として出力するD/A変換手段と、を備えることを特徴とする。
【0052】
つぎの発明にかかる復調器において、前記ディジタルフィルタは、デシメーションフィルタと波形整形フィルタで構成され、前記デシメーションフィルタが、デシメーションの回数をmとした場合に、間引きした後の出力データのレベルを2m倍し、前記波形整形フィルタが、前記デシメーションフィルタから出力されるデータを、当該データのオーバーサンプル数で除算することを特徴とする。
【0053】
つぎの発明にかかる復調器において、前記検波手段は、データ判定に軟判定処理を採用することを特徴とする。
【0054】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる自動利得制御装置および復調器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0055】
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる復調器の実施の形態1の構成を示す図である。図1において、1はアンテナであり、2は利得可変アンプであり、3は周波数変換部であり、4,5はA/D変換器(A/D)であり、6,7はディジタルフィルタであり、8は自動利得制御装置であり、9はD/A変換器(D/A)であり、10は検波部である。また、自動利得制御装置8において、21はレベル検出部であり、22は受信レベル積分部であり、23は制御部であり、24は受信レベル平均値算出部であり、25は受信レベル比算出部であり、26は利得制御電圧データ生成部であり、27は利得制御電圧増幅率算出部である。
【0056】
また、受信レベル積分部22において、31は加算器であり、32はDフリップフロップであり、受信レベル平均値算出部24において、33はDフリップフロップであり、34は乗算器であり、35は加算器であり、36は除算器であり、受信レベル比算出部25において、37は除算器であり、38はdB変換器であり、利得制御電圧データ生成部26において、39は加算器であり、40はDフリップフロップであり、41はリミタであり、42は真数変換部であり、利得制御電圧増幅率算出部27において、43はDフリップフロップであり、44は加算器であり、45は真数変換部である。
【0057】
また、図2は、ディジタルフィルタ6および7の構成を示す図である。なお、前述した図11と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図2において、51はデシメーションフィルタであり、52は波形整形フィルタであり、53a,53b,53c,53dは3dB増幅部である。また、図3は、波形整形フィルタ52の構成を示す図である。なお、前述した図9と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図3において、54は減衰部である。
【0058】
以下、上記本実施の形態の復調器の動作について説明する。まず、アンテナ1では、PSK変調が行われたバースト信号を受信する。利得可変アンプ2では、D/A変換後の自動利得制御装置8出力の制御電圧に基づいて、受信信号の利得を制御する。
【0059】
周波数変換部3では、周波数fR帯の受信信号に対して検波部10から出力される周波数fR´のローカル信号を乗算する。そして、乗算によって生じた2つの周波数成分fR+fR´,fR−fR´から、高調波成分fR+fR´を除去し、受信信号をベースバンド帯の信号(ベースバンド信号)に周波数変換する。
【0060】
A/D変換器4では、検波部10からのサンプリングクロックを用いてベースバンド信号の同相成分をオーバーサンプルし、ディジタルデータであるベースバンド同相データ系列Ii(i=1,2,3,…)に変換する。同様に、A/D変換器5では、検波部10からのサンプリングクロックを用いてベースバンド信号の直交成分をオーバーサンプルし、ディジタルデータであるベースバンド直交データ系列Qi(i=1,2,3,…)に変換する。
【0061】
ディジタルフィルタ6では、ベースバンド同相データ系列Iiを、ディジタルフィルタ7では、ベースバンド同相データ系列Qiを、それぞれフィルタリングし、ベースバンド信号に含まれる雑音成分および干渉波成分を除去する。その際、デシメーションフィルタ51と波形整形フィルタ52は、伝送レートRs(≦RX)がどのような値でも、受信レベルEiの平均値を、常にRsの最大値RX送信時の受信レベルEXとするデータ系列Idi,Qdiを出力する。なお、各ディジタルフィルタのそれ以外の動作については、従来のディジタルフィルタ106,107と同様である。
【0062】
たとえば、デシメーションフィルタ出力データのオーバーサンプル数ovsの範囲を、2≦ovs<4とした場合、各ディジタルフィルタでは、まず、デシメーションフィルタ51内のm個の3dB増幅部53a〜53dが、ハーフバンドフィルタ145a〜145dの出力信号を3dB増幅(すなわち、振幅を√2倍に増幅)する。そして、波形整形フィルタ52内の減衰部54が、加算器144の出力信号を√(ovs)で除算する。
【0063】
これにより、受信レベルEiの平均値EPは、従来例における受信レベルEiの平均値EM(式(4)参照)のGr=2m/(ovs)倍となるため、伝送レートRsに関係無く、(6)式が成立し、一定値が得られる。
EP=Gr×EM=EX (6)
【0064】
以上の処理によって、受信レベルEiの平均値EPは、伝播距離や降雨の有無等、無線伝送路の状態によってのみ変化し、伝送レートの値によって変化することはない。
【0065】
検波部10では、従来と同様の手順で、ディジタルフィルタ6から出力されるデータ系列Idi(i=1,2,3,・・・)、およびディジタルフィルタ7から出力されるデータ系列Qdi(i=1,2,3,・・・)に基づいて、サンプリングクロックのタイミング位相差、受信信号とローカル信号とのキャリア周波数偏差Δf=(fR−fR´)、およびキャリア位相差を求める。そして、これらを補正する制御をサンプリングクロックおよびローカル信号に与え、タイミング同期、キャリア周波数同期、およびキャリア位相同期を確立する。また、検波部10では、各同期を確立後、同期検波(あるいは遅延検波)によってデータを判定し、判定したデータを復調データとして出力する。
【0066】
データ系列Idi,Qdiの振幅値は、伝送レートが低い場合も、式(6)の処理によって十分大きな値に増幅されるため、データ系列Idi,Qdiの有効ビット数は十分確保される。よって、検波部10では、復調データを軟判定(soft decision)することも容易である。
【0067】
つぎに、本実施の形態の自動利得制御装置8の動作を詳細に説明する。従来の自動利得制御装置108では、受信レベルEiと基準レベルとのレベル差を検出し、利得制御を複数回にわたって行い、徐々にレベル差を“0”に引込む制御を行っていた。これに対し、本実施の形態の自動利得制御装置8では、受信レベルEiの平均値を求め、その平均値と基準レベルとのレベル差を打ち消す利得制御を行うため、基本的に1回の利得制御で引込み動作を完了する。
【0068】
まず、レベル検出部21では、従来と同様に、式(1)にしたがってデータ系列Idi,Qdiから受信レベルEiを出力する。受信レベル積分部22では、(7)式、(8)式によって受信レベルEiを積分する。この積分は、ある周期Lで2回にわたって行われる。
【0069】
【数1】
【0070】
【数2】
【0071】
第1回目の積分は、利得制御を行った後も、しばらくの間(=ディジタルフィルタ6,7の処理時間)出力される利得制御前の受信レベルEiを積分する。ただし、積分回数をMH、積分結果をSHとする。第2回目の積分は、利得制御後の受信レベルEiを積分する。ただし、積分回数をMR、積分結果をSRとする。なお、上記積分処理のタイミングは、制御部23によって管理される。
【0072】
受信レベル平均値算出部24では、(9)式によって利得制御後の受信レベルEiの平均値AEを算出する。
AE=(SR+SH×Ga)/(MH+MR) (9)
ただし、Gaは、利得制御による電圧の増幅率であり、利得制御前の電圧データをVk-1、利得制御後の電圧データをVkとすると、(10)式で表すことができる。
Ga=Vk/ Vk-1 (10)
【0073】
ここで、上記(9)式による受信レベルEiの平均値AEの算出方法を図面にしたがって説明する。まず、Dフリップフロップ33が、(7)式によって求めた利得制御前の受信レベルEiの積分値SHをラッチする。つぎに、乗算器34が、制御部23からのラッチ信号によってラッチされた積分値SHに、Gaを乗算する。この乗算により、利得制御前の受信レベルEiの積分値SHから、利得制御後の受信レベルEiの積分値SH´を得ることができる。つぎに、加算器35が、(8)式によって求めた利得制御後の受信レベルEiの積分値SRと、乗算器34の出力SH´と、を加算する。最後に、除算器36が、加算器35の出力を(MH+MR)で除算し、受信レベルEiの平均値AEを出力する。なお、(MH+MR)の値を2のべき乗とすれば、除算はビットシフトで実現でき、除算の回路化が容易となる。
【0074】
受信レベル比算出部25では、除算器37が、基準レベル値と受信レベルEiの平均値AEとの比を求め、dB変換部38が、その比をdB表記に変換して出力する。なお、受信レベル比算出部25では、除算処理およびdB変換処理にて複雑な演算を行うため、回路規模が増大するが、通常、基準レベル値は固定値であるため、入力である平均値AEが判れば、出力であるレベル比を決定できる。したがって、受信レベル比算出部25は、ROMを用いることにより小さな回路規模で実現できる。
【0075】
利得制御電圧データ生成部26では、受信レベル比算出部25で求めたレベル比LRkを、加算器39およびDフリップフロップ40を用いて積分し、その積分結果を真数表記に変換して出力する。この出力データが、利得可変アンプ2を制御する電圧データVkである。ただし、kは自動利得制御装置8が行う利得制御の回数に応じて増加する整数値である(k=1,2,3,・・・)。
【0076】
また、リミタ41では、電圧データVkをD/A変換器9の入力レンジ内に保持するために設けられており、Dフリップフロップ40の出力値DVによって、以下の3通りの値を出力する。
▲1▼DVが、しきい値±Td以内の場合(−Td≦DV≦Td);DVを出力
▲2▼DVが、しきい値−Tdより小さい値を示す場合(DV<−Td);−Tdを出力
▲3▼DVが、しきい値Tdより大きい値を示す場合(DV>Td);Tdを出力
【0077】
また、真数変換部42では、リミタ41の出力を真数に変換し、変換後のデータを電圧データVkとして出力する。なお、真数変換部42についても、ROMを用いることで複雑な真数変換演算が不要となり、回路規模を削減することができる。
【0078】
利得制御電圧増幅率算出部27では、利得制御による電圧の増幅率Gaを求める。増幅率Gaは(10)式による除算で求まるが、除算処理には大規模な回路が必要となるため、dB値であるリミタ41の出力を差分して、(1)式と同様の処理を実現する。すなわち、Dフリップフロップ43が、1つ前の電圧データのdB値log10(Vk-1)(=リミタ41の出力)をラッチし、加算器44が、現在の電圧データのdB値log10(Vk)から、1つ前の電圧データのdB値log10(Vk-1)を減算する。dB値の減算は、真数の除算を意味するが、ここでは、(10)式で行われる除算の役割を加算器44が担う。そして、真数変換部45が、加算器44の出力を真数に変換し、変換後の信号を利得制御による電圧の増幅率Gaとして出力する。なお、真数変換部45は、たとえば、ROMを用いて実現される。
【0079】
最後に、D/A変換器9では、従来と同様に、電圧データVkをアナログ信号に変換して、利得可変アンプ2に与える。
【0080】
以上、ここまでは、通常時(k≧2)の自動利得制御装置8の動作について説明を行った。以降では、初期時(k=1)における自動利得制御装置8の動作について説明する。図4は、自動利得制御装置8のk=1,2,…までの動作を示すタイミングチャートである。すなわち、自動利得制御装置8を含む上記復調器が、時刻t=0から受信動作を開始した場合を示している。
【0081】
時刻t=0において、ディジタルフィルタ6,7の各レジスタは、“0”であるため、ディジタルフィルタ6,7から出力されるデータ系列Idi,Qdiは、しばらくの間(=ディジタルフィルタの処理時間)、“0”に近い値を出力する。よって、受信レベルEiは、この間、実際の受信レベルではない“0”に近い値を示す(図中の時間▲1▼に相当)。
【0082】
受信レベル積分部22では、この間の無意味な受信レベルEiを、式(7)にしたがってMH回にわたって積分し、積分結果SH1を出力するが、k=1の時だけ増幅率Ga0を“0”とすることで、受信レベル平均値算出部24における受信レベルの算出に、増幅率Ga0を用いないようにする。
【0083】
受信レベルEiは、動作開始後しばらくして有意な値になる(図中の時間▲2▼に相当)。そこで、受信レベル積分部22では、この間の有意な受信レベルEiを式(8)にしたがって、MR回にわたって積分し、積分結果SR1を出力する。したがって、k=1回目における受信レベル平均値AE1は、MR回にわたって積分した結果SR1だけを用いて求める必要があるため、式(9)ではなく、次式(11)を用いて求める。ここで、Ga0は“0”であるため、実際は、SR1をMRで除算してAE1を求めている。なお、MRも2のべき数であれば、複雑な演算処理で行う除算をビットシフトで実現できる。
AE1=(SR1+SH1×Ga0)/MR (11)
【0084】
自動利得制御装置8では、上記のように算出されたAE1に基づいて、受信レベルEiを基準レベルとするk=1回目の電圧データV1と増幅率Ga1を算出する。なお、K=1の初期動作時の場合、Dフリップフロップ43は“0”であるため、V1=Ga1となる。
【0085】
その後、第1回目の利得制御が行われた後(k≧2)、自動利得制御装置8では、前述したk≧2以降の処理を行う。すなわち、第1回目の利得制御が行われた後もしばらくの間、第1回の利得制御前のデータがディジタルフィルタ6,7に残っているため、受信レベルEiは、この間(図中の時間▲3▼に相当)、第1回の利得制御前の値となる。このとき、受信レベル積分部22では、この間の受信レベルEiをMH回にわたって積分し、受信レベル平均値算出部24では、この積分結果SH2に増幅率Ga1を乗算することで、利得制御した積分結果SH2´を求める。
【0086】
つぎに、受信レベルEiは、第1回の利得制御による変化が生じる(図中の時間▲4▼)。このとき、受信レベル積分部22では、この間の有意な受信レベルEiをMR回にわたって積分し、積分結果SR2を出力する。したがって、K=1回目と異なり、積分結果SH2´も有意な情報であるため、k=2回目における受信レベル平均値AE2は、MH回にわたって積分した結果SH2´と、MR回にわたって積分した結果SR2の両方を用いて、すなわち、式(9)を用いて、求めることができる。
【0087】
自動利得制御装置8では、上記のように算出されたAE2に基づいて、受信レベルEiを基準レベルとするk=2回目の電圧データV2と増幅率Ga2を算出する。なお、k≧3では、上記k=2の場合と同様に、(MH+MR)個の受信レベルEiを用いた利得制御が繰り返し実行される。
【0088】
式(9)と式(11)を比較しても明らかなように、K−1の方が平均化に使用するEiのデータ数がMH個だけ少ないため、利得制御の正確さは、K=2より多少劣り、たとえば、図4に示すように、受信レベルEiは、時間▲4▼〜▲5▼にかけて基準レベルより若干異なった値を示す場合がある。しかしながら、k≧2では正確な利得制御が行われ、図9に示すように、時間▲6▼では、受信レベルEiは基準レベルにほぼ一致する。なお、多少の性能の劣化を許容できるのであれば、積分結果SRkだけを用いて、回路規模を削減することとしてもよい。この場合は、kの値に関係無く、受信レベル平均値AEkは、次式(12)で求められる。
AEk=SRk/MR (12)
【0089】
この場合、図1における利得制御電圧増幅率算出部27、受信レベル平均値算出部24内のDフリップフロップ33、乗算器34、および加算器35を削除することができる。
【0090】
このように、本実施の形態の自動利得制御装置においては、受信レベルEiを平均化し、その結果に基づいて、受信レベルを基準値とする直接的な利得制御を行い、制御回数が1回ないし2回で引込み動作を完了する構成とした。これにより、引込み時間の大幅な短縮を実現することができる。
【0091】
また、本実施の形態の自動利得制御装置において、第2回目以降の利得制御については、ディジタルフィルタの信号処理にかかる時間が経過するまでに出力される利得制御前の受信レベルEiと、利得制御後の受信レベルEiと、の両方を用いて受信レベルの平均値を算出し、その結果に基づいて、受信レベルを基準値とする利得制御を行う。これにより、従来例における利得制御と比較して、引込み後の高精度な利得制御を実現することができる。
【0092】
また、本実施の形態の自動利得制御装置においては、ディジタルフィルタにおける信号増幅制御(式(6)参照)により、常に受信レベルEiの有効ビット数を多く確保することができるため、伝送レートに関係無く、正確な利得制御を実現することができる。
【0093】
また、本実施の形態の復調器においては、自動利得制御装置8による高速かつ高精度な利得制御により、バースト信号が入力されてから短時間で良好なビット誤り率特性を実現することができる。
【0094】
また、本実施の形態の復調器においては、ディジタルフィルタにおける信号増幅制御(式(6)参照)により、常にディジタルフィルタ出力のデータの有効ビット数を多く確保することができるため、伝送レートに関係無く、正確な軟判定を実現することができる。また、同様の信号増幅制御により、基準レベル値を伝送レートに関係無く、一定に保つことができるため、無調整化を達成できる。
【0095】
なお、本実施の形態では、デシメーションフィルタ51でオーバーサンプル数ovsの範囲を、2≦ovs<4とする場合を一例として説明したが、ロールオフ率が35%程度と低く、さらに自波の占める周波数占有帯域幅が狭い場合については、デシメーションフィルタ51でオーバーサンプル数ovsの範囲を、1.5≦ovs<3としてもよい。
【0096】
この場合、mは以下のようにして求める。まず、m´を次式(13)にしたがって求める。
m´=int[log2(fsamp/(Rs))] (13)
つぎに、MQを次式(14)にしたがって求める。
MQ=(fsamp/(Rs*2m´)) (14)
最後に、mを次式(15)にしたがって求める。
m=m´ (MQ≧1.5)
m=m´−1 (MQ<1.5) (15)
【0097】
なお、ovsは、上記式(13)〜(15)で求めたmを式(3)に代入して求める。この場合も、前記式(4)は成立するため、ディジタルフィルタ6,7において、式(6)を用いて増幅量Grを算出する。このように、デシメーションフィルタ51で、オーバーサンプル数ovsの範囲を、(2≦ovs<4)→(1.5≦ovs<3)とすることにより、後段の波形整形フィルタ52のシフトレジスタの段数を軽減することができるため、ディジタルフィルタの回路規模を低減することができる。
【0098】
実施の形態2.
図5は、本発明にかかる自動利得制御装置および復調器の実施の形態2の構成を示す図である。なお、前述の実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図5において、8aは自動利得制御装置であり、23aは制御部であり、61はオーバーフロー検出部であり、62は選択部である。
【0099】
前述したように、実施の形態1では、自波以外に隣接波も受信し、ディジタルフィルタにおいて当該隣接波を除去している。このような処理は、アナログフィルタの特性を固定(無調整)にしながら、伝送レート(すなわち、自波の帯域幅)を自由に変えられるような要望からきている。
【0100】
たとえば、A/D変換器の前に位置するアナログフィルタの周波数特性は、伝送レートが最も高い場合(即ち自波の帯域が最も広い場合)に対応して広帯域とする必要があるため、伝送レートが低いような場合、すなわち、自波の帯域が狭い場合、A/D変換器は、自波と別の周波数で使用している隣接波とを同時に受信することになる。
【0101】
図6は、A/D変換器入力の受信信号の周波数スペクトラムを示す図である。なお、図6(a)が時刻t1の周波数スペクトラムを表し、(b)が時刻t2の周波数スペクトラムを表し、(c)が時刻t3の周波数スペクトラムを表す。また、ここでは、実線が自波、点線が隣接波をそれぞれ表す。
【0102】
図示のとおり、他のユーザーが使用している隣接波の出現および消失は不規則であるため(たとえばt1→t2→t3のように)、A/D変換器入力の受信レベルも時間とともに変動し、その変動は急激になる場合も予想される。たとえば、時刻t1のように、隣接波が1波しか存在していないと、A/D変換器入力の受信レベルは低いが、時刻t2のように、隣接波が6波存在すると、A/D変換器入力の受信レベルは非常に高くなる。このとき、A/D変換器における入力レベルの急激な変動は予期できず、他のユーザーが同時に通信を始めた場合、A/D変換器の入力レベルは急激に増加する。
【0103】
そして、復調器が非常にレベルが低い無信号を受信している状態で、たとえば、自波と隣接波のタイミングが一致し、急激なA/D変換器における入力レベルの増加が生じると、入力信号は最大入力レンジを越え(オーバーフローが発生し)、A/D変換器の出力は不確かなものとなる。
【0104】
このような場合には、自動利得制御装置の引込み特性や復調器のビット誤り率特性が劣化してしまう場合が考えられる。本実施の形態においては、このような問題を解決する。
【0105】
以下、上記問題を解決する実施の形態2の自動利得制御装置8aの動作について説明する。まず、自動利得制御装置8aでは、ディジタルフィルタ6,7の出力以外に、さらに、A/D変換器4,5の出力データIAi,QAiを用いる。そして、オーバーフロー検出部61では、各A/D変換器の出力データIAi,QAiから、そのときの受信電力WAiを、次式(16)で求める。
WAi=IAi 2+QAi 2 (16)
【0106】
つぎに、オーバーフロー検出部61では、受信電力WAiをある特定の値Wthと比較し、次式(17)を満たす場合に、各A/D変換器がオーバーフローを起こしていると判定し、オーバーフロー検出信号を出力する。
WAi≧Wth (17)
【0107】
そして、オーバーフロー検出部61でオーバーフローを起こしていると判定された場合には、以下の動作が行われる。まず、選択部62では、受信レベル比算出部25の情報を無視し、制御ステップ幅[dB]に相当するXD(<0)を利得制御電圧データ生成部26に対して出力する。XDは、たとえば、−6[dB]など、利得制御ステップ幅が大きくなるように設定する。つぎに、制御部23aでは、受信レベル積分部22内のDフリップフロップ32(レジスタ)、受信レベル平均値算出部24内のDフリップフロップ33(レジスタ)、およびその時のGakの値を“0”にリセットして、オーバーフロー発生時の確からしくない状態をリセット状態に戻す。
【0108】
一方、オーバーフロー検出部61でオーバーフローを起こしていないと判定された場合には、実施の形態1の自動利得制御装置8と同様の動作が行われる。具体的にいうと、選択部62では、受信レベル比算出部25の情報を利得制御電圧データ生成部26に対して出力する。そして、制御部23aでは、前述の実施の形態1の制御部23と同様の処理を行う。
【0109】
このように、本実施の形態においては、バースト捕捉時に隣接波の出現によってA/D変換器がオーバーフローを起こし、ディジタルフィルタ6,7から確からしくないデータが出力された場合においても、利得をXD[dB]単位に下げることで、即座にオーバーフローの状態を回避する構成とした。これにより、引込み特性を劣化させることはなく、利得制御の高速引込みを実現する。
【0110】
また、本実施の形態においては、隣接波の出現および消失が繰り返されるバースト捕捉時においても、高速な利得制御によって、良好なビット誤り率特性を実現することができる。
【0111】
実施の形態3.
図7は、本発明にかかる自動利得制御装置および復調器の実施の形態3の構成を示す図である。なお、先に説明した実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。図7において、8bは自動利得制御装置であり、自動利得制御装置8bにおいて、71はレベル比検出部であり、22bは受信レベル比積分部であり、24bは受信レベル比平均値算出部であり、27bは利得制御電圧増幅率算出部である。また、受信レベル比積分部22bにおいて、72は加算器であり、73はDフリップフロップであり、受信レベル比平均値算出部24bにおいて、74、76、78は除算器であり、75、77は加算器である。
【0112】
以下、上記実施の形態3の自動利得制御装置8bの動作について説明する。自動利得制御装置8bでは、先に説明した実施の形態1の自動利得制御装置8と同程度の性能を実現しつつ、さらに回路規模を低減する。具体的にいうと、実施の形態3の自動利得制御装置8bでは、受信レベルを平均化後に基準レベル値と比較するのではなく、先に受信レベルと基準レベル値との比をdB値で検出し、その検出値を平均化する。この処理により、自動利得制御装置8bでは、自動利得制御装置8における受信レベル比算出部25(dB変換部38を有する)、真数変換部45および乗算器34が不要となる。
【0113】
まず、レベル比検出部71では、式(1)にしたがってデータ系列Idi,Qdiから受信レベルEiを算出し、当該算出結果と基準レベル値との比CEiを求める。そして、その比をdB表記で出力する。なお、レベル比検出部71は、データ系列Idi,Qdiを入力アドレスとし、CEiを出力とするROMで構成できるため、小さな回路規模で実現できる。
【0114】
受信レベル比積分部22bでは、CEiを加算器72,Dフリップフロップ73を用いて積分する。積分は、先に説明した実施の形態1の自動利得制御装置8と同様、ある周期Lで2回にわたって行われる。この場合、第1回目の積分は、(7)式中の“Ej”を“CEj”とする変更で実現できる。また、第2回目の積分についても、(8)式中の“Ej”を“CEj”とする変更で実現できる。
【0115】
受信レベル比平均値算出部24bでは、上記各レベル比の積分値から、レベル比の平均値を算出する。まず、除算器74では、第1回目の積分値をその積分回数MHで除算し、その結果を利得制御前レベル比平均値として出力する。加算器75では、後述する利得制御電圧増幅率算出部27bからの値(dB表記)と利得制御前レベル比平均値とを加算し、その結果を第1のレベル比平均値として出力する。除算器76では、第2回目の積分値をその積分回数MRで除算して利得制御前のレベル比を求め、その結果を第2のレベル比平均値として出力する。加算器77では、第1のレベル比平均値と第2のレベル比平均値とを加算する。最後に、除算器78では、加算器77の加算結果を“2”で除算してレベル比の平均値を出力する。
【0116】
利得制御電圧データ生成部26は、除算器73出力であるレベル比の平均値を入力として、先に説明した実施の形態1の自動利得制御装置8と同様に動作する。
【0117】
利得制御電圧増幅率算出部27bでは、先に説明した実施の形態1の利得制御電圧増幅率算出部27と同様に、Dフリップフロップ43と加算器44を用いて、リミタ41の出力を差分する。ただし、前記実施の形態1の自動利得制御装置8bでは、この差分値を真数変換部45で真数に変換し、真数変換後の値とDフリップフロップ33の出力値とを乗算していたが、受信レベル比平均値算出部24bのデータ処理がdB値で行われる本実施の形態の自動利得制御装置8bでは、同様の処理を、リミタ41の出力の差分値と除算器74の出力値とを加算することで実現できる。
【0118】
なお、実施の形態1の自動利得制御装置8にて受信レベルの平均値と基準レベルとの比をdB変換した値と、本実施の形態3の自動利得制御装置8bにてdB変換した受信レベル比の平均値は、多少の差が生じるが、その差に起因する両者の性能の差は僅かである。
【0119】
以上、ここまでの説明は、通常時(図4中のk≧2)の自動利得制御装置8bの動作について説明を行った。以降では、初期時(図4中のk=1)における自動利得制御装置8bの動作について説明する。
【0120】
自動利得制御装置8bでは、加算器75の出力を初期動作時のみ“0”(無効)とし、除算器78で行われる“2”の除算を行わないように制御する。この場合、受信レベル比平均値算出部24bの出力値は、第2のレベル比平均値と等しくなる。
【0121】
なお、多少の性能劣化を許容できるのであれば、常に初期時の状態で自動利得制御装置8bを動作させ、“第2のレベル比平均値”だけを用いて利得制御を行うことで、回路規模を削減してもよい。また、自動利得制御装置8bの受信レベル比平均値算出部24bと利得制御電圧データ生成部26との間に、前述の実施の形態2の自動利得制御装置8aにおける選択部62を挿入し、制御部23を制御部23aに変更し、さらにオーバーフロー検出部61を図5と同じ配線で挿入する構成に拡張することで、利得制御のさらなる高速引込みを実現することとしてもよい。
【0122】
このように、本実施例の形態における自動利得制御装置においては、受信レベルと基準レベル値との比をdB値で検出し、その検出値を平均化する構成としたため、先に説明した実施の形態1と比較して、同程度の性能を実現しつつ、回路規模をさらに削減できる。
【0123】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、受信レベルを平均化し、その結果に基づいて、受信レベルを基準値とする直接的な利得制御を行い、制御回数が1回ないし2回で引込み動作を完了する構成とした。これにより、引込み時間の大幅な短縮を実現することができる、という効果を奏する。また、第2回目以降の利得制御については、ディジタルフィルタの信号処理にかかる時間が経過するまでに出力される利得制御前の受信レベルと、利得制御後の受信レベルと、の両方を用いて受信レベルの平均値を算出し、その結果に基づいて、受信レベルを基準値とする利得制御を行う。これにより、従来例における利得制御と比較して、引込み後の高精度な利得制御を実現することができる、という効果を奏する。
【0124】
つぎの発明によれば、バースト捕捉時に隣接波の出現によってA/D変換器がオーバーフローを起こし、ディジタルフィルタから確からしくないデータが出力された場合においても、利得を特定値単位に下げることで、即座にオーバーフローの状態を回避する構成とした。これにより、引込み特性を劣化させることはなく、利得制御の高速引込みを実現することができる、という効果を奏する。
【0125】
つぎの発明によれば、積分回数MRと積分回数MHの合計を2のべき乗の値とすることにより、受信レベル平均値算出手段における除算をビットシフトで実現できるため、除算の回路化が容易になる、という効果を奏する。
【0126】
つぎの発明によれば、受信レベル積分手段がレベル検出手段で検出した受信レベルをMR回にわたって積分し、さらに、受信レベル平均値算出手段がその積分結果を全積分回数MRで除算することで、受信レベルの平均値を算出する構成とした。これにより、初期時の処理量を通常時と比較して大幅に削減することができる、という効果を奏する。
【0127】
つぎの発明によれば、積分回数MRを2のべき乗の値とすることにより、ここでも、受信レベル平均値算出手段における除算をビットシフトで実現できる、という効果を奏する。
【0128】
つぎの発明によれば、受信レベル比算出手段をROMで構成することにより、除算処理およびdB変換処理にて複雑な演算を行う必要がなくなるため、回路規模の増大を回避できる、という効果を奏する。
【0129】
つぎの発明によれば、電圧増幅率算出手段および電圧データ生成手段をROMで構成することにより、複雑な真数変換演算を行う必要がなくなるため、回路規模の増大を回避できる、という効果を奏する。
【0130】
つぎの発明によれば、受信レベルと基準レベル値との比をdB値で検出し、その検出値を平均化する構成としたため、同程度の性能を維持しながら回路規模をさらに削減できる、という効果を奏する。
【0131】
つぎの発明によれば、高速かつ高精度な自動利得制御により、バースト信号が入力されてから短時間で良好なビット誤り率特性を実現することができる、という効果を奏する。
【0132】
つぎの発明によれば、隣接波の出現および消失が繰り返されるバースト捕捉時においても、高速な利得制御によって、良好なビット誤り率特性を実現することができる、という効果を奏する。
【0133】
つぎの発明によれば、積分回数MRと積分回数MHの合計を2のべき乗の値とすることにより、受信レベル平均値算出手段における除算をビットシフトで実現できるため、除算の回路化が容易になる、という効果を奏する。
【0134】
つぎの発明によれば、受信レベル積分手段がレベル検出手段で検出した受信レベルをMR回にわたって積分し、さらに、受信レベル平均値算出手段がその積分結果を全積分回数MRで除算することで、受信レベルの平均値を算出する構成とした。これにより、初期時の処理量を通常時と比較して大幅に削減することができる、という効果を奏する。
【0135】
つぎの発明によれば、積分回数MRを2のべき乗の値とすることにより、ここでも、受信レベル平均値算出手段における除算をビットシフトで実現できる、という効果を奏する。
【0136】
つぎの発明によれば、受信レベル比算出手段をROMで構成することにより、除算処理およびdB変換処理にて複雑な演算を行う必要がなくなるため、回路規模の増大を回避できる、という効果を奏する。
【0137】
つぎの発明によれば、電圧増幅率算出手段および電圧データ生成手段をROMで構成することにより、複雑な真数変換演算を行う必要がなくなるため、回路規模の増大を回避できる、という効果を奏する。
【0138】
つぎの発明によれば、内部の自動利得制御装置が、受信レベルと基準レベル値との比をdB値で検出し、その検出値を平均化する構成としたため、同程度の性能を維持しながら回路規模をさらに削減できる、という効果を奏する。
【0139】
つぎの発明によれば、ディジタルフィルタにおける信号増幅制御により、常にディジタルフィルタ出力のデータの有効ビット数を多く確保することができるため、伝送レートに関係無く、正確な軟判定を実現することができる、という効果を奏する。また、同様の信号増幅制御により、基準レベル値を伝送レートに関係無く、一定に保つことができるため、無調整化を達成できる、という効果を奏する。
【0140】
つぎの発明によれば、データ判定に軟判定処理を採用することにより、最適なデータ復調を実現することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる自動利得制御装置および復調器の実施の形態1の構成を示す図である。
【図2】 実施の形態1のディジタルフィルタの構成を示す図である。
【図3】 実施の形態1の波形整形フィルタの構成を示す図である。
【図4】 実施の形態1の自動利得制御装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図5】 本発明にかかる自動利得制御装置および復調器の実施の形態2の構成を示す図である。
【図6】 A/D変換器入力の受信信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【図7】 本発明にかかる自動利得制御装置および復調器の実施の形態3の構成を示す図である。
【図8】 従来の自動利得制御装置を備えたディジタル衛星通信システム用復調器の構成を示す図である。
【図9】 従来のディジタルフィルタの構成を示す図である。
【図10】 従来の自動利得制御装置の動作を説明するための図である。
【図11】 図9とは異なる従来のディジタルフィルタの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 アンテナ、2 利得可変アンプ、3 周波数変換部、4,5 A/D変換器(A/D)、6,7 ディジタルフィルタ、8,8a,8b 自動利得制御装置、9 D/A変換器(D/A)、10 検波部、21 レベル検出部、22 受信レベル積分部、22b 受信レベル比積分部、23,23a 制御部、24受信レベル平均値算出部、24b 受信レベル比平均値算出部、25 受信レベル比算出部、26 利得制御電圧データ生成部、27,27b 利得制御電圧増幅率算出部、31,35,39,44,72,75,77 加算器、32,33,40,43,73 Dフリップフロップ、34 乗算器、36,37,74,76,78 除算器、38 dB変換器、41 リミタ、42,45 真数変換部、51 デシメーションフィルタ、52 波形整形フィルタ、53a,53b,53c,53d 3dB増幅部、54 減衰部、61 オーバーフロー検出部、62 選択部、71 レベル比検出部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic gain control (AGC) apparatus and demodulator applicable to a variable rate digital satellite communication system.
[0002]
[Prior art]
A conventional automatic gain control device and demodulator will be described below. As a demodulator equipped with a conventional automatic gain control device, for example, it is described in the document “AGC circuit for burst modem” (Electronic Information and Communication Society 1989 Autumn Conference B-122, authors: Aoki, Uchijima, Tozawa, Yuda) There is a demodulator for digital satellite communication systems (PLL system using output information of a digital filter).
[0003]
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a demodulator for a digital satellite communication system (simply called a demodulator) provided with a conventional automatic gain control device. In FIG. 8, 101 is an antenna, 102 is a variable gain amplifier, 103 is a frequency converter, 104 and 105 are A / D converters (A / D), 106 and 107 are digital filters, 108 is an automatic gain control device, 109 is a D / A converter (D / A), and 110 is a detector. In the automatic
[0004]
FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the
[0005]
The operation of the demodulator having the conventional automatic gain control device will be described below. First, the
[0006]
In the
[0007]
In the A /
[0008]
The
[0009]
Specifically, in the
[0010]
In the
[0011]
After establishing each synchronization, the
[0012]
In the automatic
[0013]
Here, the operation in the automatic
Ei= Idi 2+ Qdi 2 (1)
[0014]
In the
[0015]
Reception level EiThe operation of the automatic
[0016]
In this state, even if the gain control at time {circle around (1)} is performed, the data before gain control remains in the
[0017]
Next, even if gain control is performed at time {circle over (1)}, the reception level E2Is still larger than the reference level, and thus becomes a negative value, but the subtraction value S2Absolute value | S2| Is | S2| <| S1The level difference between the two becomes narrower. The integral value of the loop filter is V2= Α (S1+ S2) And output as voltage data at time {circle around (2)} in FIG. 10, and the gain of the
[0018]
On the other hand, reception level EiConversely, when the value is lower than the reference level value, the subtraction value S2Becomes positive and the integrator in the loop filter increases in the positive direction.1| > | S2| > | SThree| > | SFourSince |> is established, voltage data ViConverges to a voltage value that controls the reception level to a reference value.
[0019]
The
[0020]
As described above, in the conventional demodulator, the feedback control based on the series of operations described above allows the A /
[0021]
Here, the transmission rate variable digital demodulator for satellite communication will be described. This variable transmission rate digital demodulator is described in the document “Transmission rate variable digital demodulator for satellite communications” (SB-2-1 Autumn Conference of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1988, Author: Iwasaki, Otani, Tanimoto, Kobayashi, Makida, Abe. , Shibata), the transmission rate is variable in order to support not only voice but also FAX, image, and data communication.
[0022]
In the satellite communication transmission rate variable digital demodulator, the adjacent wave is removed by using a pre-filter composed of an analog circuit in front of the A / D converter. The included signal is sampled, and the adjacent wave is removed by a digital filter. This is called an all-digital variable transmission rate demodulator. In this case, the digital filter section assumes the role of removing adjacent waves of the pre-filter that is an analog circuit. When realizing such an all-digital satellite transmission rate variable digital demodulator for satellite communication, the
[0023]
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of
[0024]
The
[0025]
That is, the
[0026]
Next, the transmission rate Rs and the reception level E in the conventional demodulator.iThe relationship between the output data of the
m = int [log2(Fsamp/ (2Rs))] (2)
Also, ovs is
ovs = fsamp/ (Rs * 2m(3)
It is obtained by.
[0027]
In this case, the weighting coefficient W of the waveform shaping filter0~ WnDetermines the impulse of the roll-off filter based on the value sampled by the oversample number ovs. However, in the expression (2), int [A] represents an integer value (decimal digits truncation) of the value A in [].
[0028]
Then, the maximum value RX = max (Rs) of Rs is changed to RX = fsamp/ 4 (ie, fsamp= 4Rs, m = 1 and ovs = 2 according to the above equations (2) and (3)), and the reception level E when the transmission rate is RXiAssuming that the average value of EX is EX, the reception level E at the transmission rate Rs (≦ RX)iThe average value EM of ## EQU2 ## is obtained by equation (4), and the average value AM of | amplitude value | which is the digital filter output is obtained by equation (5).
EM = EX (ovs / 2m(4)
AM = EM(1/2) (5)
[0029]
From the above equations, m increases as the transmission rate Rs decreases (see equation (2)), and when m increases, the reception level EiIt can also be seen that the | amplitude value | of the output data of the
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional demodulator for the digital satellite communication system, after the gain variable amplifier changes the gain, the time corresponding to the signal processing in the
[0031]
Particularly in recent satellite communication transmission rate variable digital demodulators, since it is necessary to remove adjacent wave components over a wide band by the
[0032]
In the conventional digital transmission rate variable digital demodulator for satellite communication, when the transmission rate is lowered, the ratio of the own signal band to the entire band of the sampled signal is decreased.iDecrease. As a result, the reception level EiAs the number of effective bits decreases, the reception level EiThere has been a problem that the quantization noise increases and gain control is not performed normally.
[0033]
In many cases, a decoder for error correction such as a Viterbi decoder is present after the demodulator. In this case, the demodulator performs soft decision on the data by the demodulator, and the Viterbi decoder performs soft decision on the demodulated data. Enter. There is an optimum value for the threshold interval for this soft decision (soft decision threshold interval), and if the soft decision threshold interval deviates from the optimum value, the error correction capability also decreases. Therefore, when the transmission rate becomes low, the | amplitude value | of the output data of the
[0034]
The reception level E depends on the transmission rate.iTherefore, there is a problem that it is necessary to reset the reference level value in the automatic
[0035]
The present invention has been made in view of the above, and achieves both high-speed automatic gain control pull-in and high-stable operation after pull-in, and gain control operation and soft decision operation are not affected by the value of the transmission rate. An object is to obtain an automatic gain control device and a demodulator.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, the automatic gain control device according to the present invention receives the baseband data output from the digital filter and detects the reception level of the baseband data. The detection means (corresponding to a
[0037]
In the automatic gain control device according to the next invention, the reception level of the digital data output from the A / D converter is calculated, and if the value is greater than a certain threshold value, the A / D converter overflows. The overflow detection means (corresponding to the overflow detection unit 61) that outputs the determination result as an overflow detection signal and the baseband data output from the digital filter are received and the reception level of the baseband data is detected. Level detection means that integrates the detected reception level over MH (MH is a natural number) times, outputs the result as first integration data, and then integrates the reception level over MR (MR is a natural number) times Receiving level integration means for outputting the result as second integration data, and the first integration data Multiplying constant amplification factor data, adding the multiplication result and the second integration data, and dividing the addition result by the total number of integrations (MH + MR), calculates the average value of the reception level, Reception level average value calculating means for outputting an average value as reception level average data, a reception level for calculating a ratio between a specific reference value and the reception level average data as a dB value, and outputting the dB value as level ratio data When the overflow detection signal is output, the ratio calculation means selects a predetermined value defined in advance, and when the overflow detection signal is not output, selects the level ratio data, and the selection result Selection means (corresponding to the selection unit 62) for outputting as selection data, the selection data is integrated within a predetermined range ± Td, and if the integration result is equal to or greater than Td, selection is performed. The selection data integration value is Td, and if it is -Td or less, the selection data integration value is -Td, and the difference between the selection data integration value and voltage data generating means for outputting the true value of the selection data integration value as voltage data Voltage amplification factor calculating means for obtaining a value and outputting the exact value of the difference value as the predetermined amplification factor data; and when the overflow detection signal is output, the amplification factor data and the reception level integrating means Reset the register and the register in the reception level average value calculation means, and control the start / end timing of the integration operation and the latch timing of the first integration data when the overflow detection signal is not output Control means (corresponding to the control unit 23a).
[0038]
In the automatic gain control apparatus according to the next invention, the sum of the number of integrations MR and the number of integrations MH takes a power of two.
[0039]
In the automatic gain control device according to the next invention, at the initial stage, the reception level integration means integrates the reception level detected by the level detection means over MR times, and the reception level average value calculation means includes the The average value of the reception level is calculated by dividing the integration result by the total number of integration MR, and the control means controls the start / end timing of the integration operation.
[0040]
In the automatic gain control apparatus according to the next invention, the integration number MR is a power of two.
[0041]
The automatic gain control apparatus according to the next invention is characterized in that the reception level ratio calculation means is constituted by a ROM.
[0042]
The automatic gain control apparatus according to the next invention is characterized in that a true number conversion part in the voltage gain calculation means and the voltage data generation means is constituted by a ROM.
[0043]
In the automatic gain control device according to the next invention, the reception baseband data output from the digital filter is received, the reception level of the baseband data is calculated, and the ratio between the specific reference value and the reception level is calculated. And a reception level ratio detection means (corresponding to the level ratio detection unit 71) that outputs the dB value as a reception level ratio detection value, and integrates the dB value MH (MH is a natural number) times, The result is output as first integration data, and thereafter the dB value is integrated MR (MR is a natural number) times, and the result is output as second integration data (reception level ratio integration means). And the first integrated data is divided by the number of integrations MH to calculate the level ratio average value before gain control, and further the level before gain control. The result obtained by adding predetermined amplification factor data (dB value) to the ratio average value is defined as a first level ratio average value, and the result obtained by dividing the second integration data by the number of integration MR is the second level ratio average value. And a reception level ratio average value calculation means (reception level ratio average) that outputs the result of dividing the sum of the first level ratio average value and the second level ratio average value by “2” as level ratio data The control unit (equivalent to the control unit 23) for controlling the start / end timing of the integration operation and the latch timing of the first integration data, and the level ratio data within a predetermined range. Integrate within ± Td, and if the integration result is Td or higher, the level ratio data integrated value is Td, and if it is -Td or lower, the level ratio data integrated value is -Td. Exact value Voltage data generation means (corresponding to the gain control voltage data generation unit 26) that outputs as voltage data, a difference value of the level ratio data integrated value, and a voltage gain that outputs the difference value as the predetermined gain data And a calculating means (corresponding to the gain control voltage amplification
[0044]
In the demodulator according to the next invention, an antenna for receiving an RF signal (corresponding to the antenna 1), a gain control amplifier (corresponding to the variable gain amplifier 2) for controlling the gain of the RF signal by a gain control voltage, and Frequency conversion means (corresponding to the frequency conversion section 3) for converting the output signal of the gain control amplifier into a reception baseband signal, and A / D conversion means for oversampling the reception baseband signal and converting it into digital data (Corresponding to A /
[0045]
In the demodulator according to the next invention, an antenna for receiving an RF signal, a gain control amplifier for controlling the gain of the RF signal by a gain control voltage, and an output signal of the gain control amplifier as a reception baseband signal. Frequency conversion means for frequency conversion, A / D conversion means for oversampling the received baseband signal to convert it to digital data, adjacent wave components and noise components included in the digital data are removed, and the received self wave The carrier frequency synchronization, the carrier phase synchronization, and the timing synchronization are established using the digital filter that performs waveform shaping on the signal and outputs the result as baseband data, and the baseband data. Detecting means for determining and outputting the result as demodulated data, and the digital An overflow detection means for calculating the reception level of the data and determining that the A / D conversion means has overflowed when the value is equal to or greater than a threshold value, and outputting the determination result as an overflow detection signal; Level detection means for receiving baseband data output from the digital filter and detecting the reception level of the baseband data; and integrating the detected reception level over MH (where MH is a natural number) times; Output as integration data, and thereafter integrate the reception level MR (MR is a natural number) times, and output the result as second integration data; and a predetermined amplification for the first integration data The rate data is multiplied, the multiplication result and the second integration data are added, and the addition result is calculated as the total number of integrations (MH + R) divides by the reception level average value calculating means for calculating the average value of the reception level and outputting the average value as the reception level average data, and the ratio between the specific reference value and the reception level average data. A reception level ratio calculation means for calculating the dB value and outputting the dB value as level ratio data, and when the overflow detection signal is output, a predetermined value specified in advance is selected, and the overflow detection signal is If not output, the level ratio data is selected, a selection means for outputting the selection result as selection data, the selection data is integrated within a predetermined range ± Td, and the integration result is Td or more. If there is, the selected data integral value is Td, and if it is -Td or less, the selected data integral value is -Td, and the true value of the selected data integral value is output as voltage data. When the voltage data generating means, the voltage gain calculating means for obtaining the difference value of the selected data integral value, and outputting the true value of the difference value as the predetermined gain data, and the overflow detection signal are output Resetting the gain data, the register in the reception level integration means, and the register in the reception level average value calculation means, and when the overflow detection signal is not output, the start / end timing of the integration operation And control means for controlling the latch timing of the first integral data; and D / A conversion means for performing D / A conversion on the voltage data and outputting the converted analog signal as the gain control voltage; It is characterized by providing.
[0046]
In the demodulator according to the next invention, the sum of the integration number MR and the integration number MH takes a power of two.
[0047]
In the demodulator according to the next invention, at the initial stage, the reception level integration unit integrates the reception level detected by the level detection unit over MR times, and the reception level average value calculation unit includes the integration result. Is divided by the total number of integrations MR to calculate an average value of the reception level, and the control means controls the start / end timing of the integration operation.
[0048]
In the demodulator according to the next invention, the integration number MR is a power of two.
[0049]
In the demodulator according to the next invention, the reception level ratio calculating means is constituted by a ROM.
[0050]
In the demodulator according to the next invention, the true number conversion part in the voltage amplification factor calculating means and the voltage data generating means is constituted by a ROM.
[0051]
In the demodulator according to the next invention, an antenna for receiving an RF signal, a gain control amplifier for controlling the gain of the RF signal by a gain control voltage, and an output signal of the gain control amplifier as a reception baseband signal. Frequency conversion means for frequency conversion, A / D conversion means for oversampling the received baseband signal to convert it to digital data, adjacent wave components and noise components included in the digital data are removed, and the received self wave The carrier frequency synchronization, the carrier phase synchronization, and the timing synchronization are established using the digital filter that performs waveform shaping on the signal and outputs the result as baseband data, and the baseband data. Detecting means for determining and outputting the result as demodulated data, and the baseband Receive level ratio detection that receives data, calculates a reception level of the baseband data, calculates a ratio between a specific reference value and the reception level as a dB value, and outputs the dB value as a reception level ratio detection value Means and the dB value is integrated MH (MH is a natural number) times, and the result is output as first integration data, and then the dB value is integrated MR (MR is a natural number) times, and the result is Reception level ratio integration means for outputting as second integration data; dividing the first integration data by the number of integrations MH to calculate a level ratio average value before gain control; and further, level ratio average before gain control The result obtained by adding predetermined amplification factor data (dB value) to the value is defined as a first level ratio average value, and the result obtained by dividing the second integral data by the number of integrations MR is the second level ratio average value. A reception level ratio average value calculating means for outputting a result obtained by dividing an addition value of the first level ratio average value and the second level ratio average value by “2” as level ratio data; and the integration operation The control means for controlling the start / end timing of the first integration data and the latch timing of the first integration data and the level ratio data are integrated within a predetermined range ± Td, and if the integration result is equal to or greater than Td, the level is obtained. The ratio data integrated value is Td, and if it is equal to or less than -Td, the level ratio data integrated value is set to -Td, the true value of the level ratio data integrated value is output as voltage data, and the level ratio data integrated A voltage amplification factor calculating means for obtaining a difference value of the value and outputting the difference value as the predetermined amplification factor data; performing D / A conversion on the voltage data; The characterized in that it and a D / A converting means for outputting as the gain control voltage.
[0052]
In the demodulator according to the next invention, the digital filter is composed of a decimation filter and a waveform shaping filter. When the decimation filter sets the number of decimations to m, the level of output data after decimation is 2mAnd the waveform shaping filter divides the data output from the decimation filter by the number of oversamples of the data.
[0053]
In the demodulator according to the next invention, the detection means employs soft decision processing for data decision.
[0054]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an automatic gain control device and a demodulator according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[0055]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a demodulator according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is an antenna, 2 is a variable gain amplifier, 3 is a frequency converter, 4 and 5 are A / D converters (A / D), and 6 and 7 are digital filters. Yes, 8 is an automatic gain control device, 9 is a D / A converter (D / A), and 10 is a detector. In the automatic
[0056]
In the reception
[0057]
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
[0058]
Hereinafter, the operation of the demodulator of the present embodiment will be described. First, the
[0059]
In the frequency converter 3, the frequency fRFrequency f output from the
[0060]
In the A /
[0061]
In the
[0062]
For example, when the range of the oversampled number ovs of the decimation filter output data is 2 ≦ ovs <4, each digital filter first includes m 3
[0063]
As a result, the reception level EiThe average value EP of the reception level E in the conventional exampleiGr = 2 of the average value EM (see equation (4))mSince (/ ovs) times, equation (6) is established regardless of the transmission rate Rs, and a constant value is obtained.
EP = Gr × EM = EX (6)
[0064]
Through the above processing, the reception level EiThe average value EP changes only depending on the state of the wireless transmission path, such as the propagation distance and the presence or absence of rainfall, and does not change depending on the value of the transmission rate.
[0065]
In the
[0066]
Data series Idi, QdiIs amplified to a sufficiently large value by the processing of Equation (6) even when the transmission rate is low, the data series Idi, QdiThe number of effective bits is sufficiently secured. Therefore, the
[0067]
Next, the operation of the automatic gain control device 8 of the present embodiment will be described in detail. In the conventional automatic
[0068]
First, in the
[0069]
[Expression 1]
[0070]
[Expression 2]
[0071]
The first integration is performed for a while (= processing time of the
[0072]
In the reception level average
AE = (SR + SH × Ga) / (MH + MR) (9)
However, Ga is the gain of the voltage by gain control, and the voltage data before gain control is Vk-1The voltage data after gain control is VkThen, it can be expressed by equation (10).
Ga = Vk/ Vk-1 (10)
[0073]
Here, the reception level E according to the above equation (9)iA method for calculating the average value AE will be described with reference to the drawings. First, the D flip-
[0074]
In the reception level
[0075]
In the gain control voltage
[0076]
In the
(1) When DV is within threshold value ± Td (−Td ≦ DV ≦ Td); DV is output
(2) When DV shows a value smaller than the threshold value -Td (DV <-Td); -Td is output
(3) When DV shows a value larger than the threshold value Td (DV> Td); Td is output
[0077]
Further, the true
[0078]
The gain control voltage
[0079]
Finally, in the D /
[0080]
So far, the operation of the automatic gain control device 8 at normal time (k ≧ 2) has been described. Hereinafter, the operation of the automatic gain control device 8 at the initial time (k = 1) will be described. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the automatic gain control device 8 up to k = 1, 2,. That is, the demodulator including the automatic gain control device 8 starts receiving operation from time t = 0.
[0081]
Since the registers of the
[0082]
In the reception
[0083]
Reception level EiBecomes a significant value for a while after the start of the operation (corresponding to time (2) in the figure). Therefore, the
AE1= (SR1+SH1× Ga0) / MR (11)
[0084]
The automatic gain control device 8 calculates the AE calculated as described above.1Based on reception level EiK = first voltage data V with reference level1And gain Ga1Is calculated. In the initial operation of K = 1, since the D flip-
[0085]
Thereafter, after the first gain control is performed (k ≧ 2), the automatic gain control device 8 performs the above-described processing after k ≧ 2. That is, since the data before the first gain control remains in the
[0086]
Next, the reception level EiChanges due to the first gain control (time (4) in the figure). At this time, the
[0087]
The automatic gain control device 8 calculates the AE calculated as described above.2Based on reception level EiK = second voltage data V with reference level2And gain Ga2Is calculated. When k ≧ 3, as in the case of k = 2, (MH + MR) reception levels EiThe gain control using is repeatedly executed.
[0088]
As is clear from the comparison of Equations (9) and (11), K-1 uses E for averaging.iTherefore, the accuracy of gain control is slightly inferior to K = 2. For example, as shown in FIG.iMay show a value slightly different from the reference level from time (4) to time (5). However, when k ≧ 2, accurate gain control is performed, and as shown in FIG.iAlmost matches the reference level. If a slight degradation in performance is acceptable, the integration result SRkThe circuit scale may be reduced by using only the circuit. In this case, regardless of the value of k, the reception level average value AEkIs obtained by the following equation (12).
AEk= SRk/ MR (12)
[0089]
In this case, the gain control voltage amplification
[0090]
Thus, in the automatic gain control device of the present embodiment, the reception level EiBased on the result, direct gain control using the reception level as a reference value is performed, and the pull-in operation is completed when the number of times of control is one or two. As a result, a significant reduction in the pull-in time can be realized.
[0091]
In the automatic gain control apparatus of the present embodiment, for the second and subsequent gain control, the reception level E before gain control that is output until the time required for the signal processing of the digital filter has elapsed.iAnd reception level E after gain controliBoth are used to calculate the average value of the reception level, and based on the result, gain control is performed using the reception level as a reference value. Thereby, compared with the gain control in the conventional example, highly accurate gain control after the pull-in can be realized.
[0092]
Further, in the automatic gain control apparatus of the present embodiment, the reception level E is always controlled by signal amplification control (see Expression (6)) in the digital filter.iTherefore, accurate gain control can be realized regardless of the transmission rate.
[0093]
In the demodulator according to the present embodiment, good bit error rate characteristics can be realized in a short time after a burst signal is input by high-speed and high-accuracy gain control by the automatic gain control device 8.
[0094]
Also, in the demodulator of this embodiment, the signal amplification control in the digital filter (see Equation (6)) can always secure a large number of effective bits of the data of the digital filter output. And accurate soft decision can be realized. Further, by the same signal amplification control, the reference level value can be kept constant regardless of the transmission rate, and thus no adjustment can be achieved.
[0095]
In the present embodiment, the case where the range of the number of oversamples ovs in the
[0096]
In this case, m is obtained as follows. First, m ′ is obtained according to the following equation (13).
m ′ = int [log2(Fsamp/ (Rs))] (13)
Next, MQ is calculated | required according to following Formula (14).
MQ = (fsamp/ (Rs * 2m′)) (14)
Finally, m is obtained according to the following equation (15).
m = m ′ (MQ ≧ 1.5)
m = m′−1 (MQ <1.5) (15)
[0097]
Note that ovs is obtained by substituting m obtained in the above equations (13) to (15) into equation (3). Also in this case, since the equation (4) is established, the
[0098]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the automatic gain control device and the demodulator according to the present invention. In addition, about the structure similar to the above-mentioned
[0099]
As described above, in the first embodiment, adjacent waves are received in addition to the own wave, and the adjacent waves are removed by the digital filter. Such processing comes from the demand that the transmission rate (that is, the bandwidth of the own wave) can be freely changed while the characteristics of the analog filter are fixed (no adjustment).
[0100]
For example, the frequency characteristic of the analog filter positioned in front of the A / D converter needs to be a wide band corresponding to the case where the transmission rate is the highest (that is, the case where the self-wave band is the widest). Is low, that is, when the band of the own wave is narrow, the A / D converter receives the own wave and the adjacent wave used at a different frequency at the same time.
[0101]
FIG. 6 is a diagram showing the frequency spectrum of the received signal input to the A / D converter. Note that FIG. 6A shows the time t.1(B) is the time t2(C) is the time tThreeRepresents the frequency spectrum. Here, the solid line represents the own wave, and the dotted line represents the adjacent wave.
[0102]
As shown, the appearance and disappearance of adjacent waves used by other users is irregular (e.g. t1→ t2→ tThreeThe reception level of the A / D converter input also varies with time, and the variation is expected to be abrupt. For example, time t1If there is only one adjacent wave as shown, the reception level of the A / D converter input is low, but the time t2If there are 6 adjacent waves, the reception level at the input of the A / D converter becomes very high. At this time, a sudden change in the input level in the A / D converter cannot be expected, and when another user starts communication at the same time, the input level of the A / D converter increases rapidly.
[0103]
In the state where the demodulator receives a no-signal with a very low level, for example, when the timing of the self-wave and the adjacent wave coincide with each other and the input level in the A / D converter suddenly increases, The signal exceeds the maximum input range (overflow occurs), and the output of the A / D converter becomes uncertain.
[0104]
In such a case, it is conceivable that the pull-in characteristic of the automatic gain control device and the bit error rate characteristic of the demodulator deteriorate. In the present embodiment, such a problem is solved.
[0105]
The operation of the automatic
WAi= IAi 2+ QAi 2 (16)
[0106]
Next, the
WAi≧ Wth (17)
[0107]
If the
[0108]
On the other hand, when the
[0109]
As described above, in this embodiment, even when the A / D converter overflows due to the appearance of the adjacent wave at the time of burst capture and uncertain data is output from the
[0110]
In the present embodiment, a good bit error rate characteristic can be realized by high-speed gain control even at the time of burst capture in which the appearance and disappearance of adjacent waves are repeated.
[0111]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a third embodiment of the automatic gain control device and the demodulator according to the present invention. In addition, about the structure similar to
[0112]
Hereinafter, the operation of the automatic
[0113]
First, in the level ratio detection unit 71, the data series Id according to the equation (1).i, QdiTo reception level EiAnd the ratio CE between the calculation result and the reference level valueiAsk for. Then, the ratio is output in dB. The level ratio detection unit 71 receives the data series Idi, QdiAs the input address and CEiCan be realized with a small circuit scale.
[0114]
In the reception level
[0115]
The reception level ratio average
[0116]
The gain control voltage
[0117]
In the gain control voltage amplification
[0118]
It should be noted that the value obtained by converting the ratio between the average value of the reception level and the reference level by dB in the automatic gain control device 8 according to the first embodiment and the reception level obtained by performing the dB conversion by the automatic
[0119]
In the above description, the operation of the automatic
[0120]
The automatic
[0121]
If some performance degradation can be tolerated, the automatic
[0122]
As described above, in the automatic gain control apparatus according to the embodiment, the ratio between the reception level and the reference level value is detected by the dB value, and the detected value is averaged. As compared with the first embodiment, the circuit scale can be further reduced while realizing the same level of performance.
[0123]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the reception level is averaged, and based on the result, direct gain control is performed using the reception level as a reference value, and the pull-in operation is performed once or twice. It was set as the structure which completes. Thereby, there is an effect that the pull-in time can be greatly shortened. For the second and subsequent gain control, reception is performed using both the reception level before gain control and the reception level after gain control that are output until the time required for signal processing of the digital filter elapses. An average value of the levels is calculated, and gain control using the reception level as a reference value is performed based on the result. Thereby, compared with the gain control in a prior art example, there exists an effect that the highly accurate gain control after drawing can be implement | achieved.
[0124]
According to the next invention, even when the A / D converter overflows due to the appearance of the adjacent wave at the time of burst capture and uncertain data is output from the digital filter, by reducing the gain to a specific value unit, The configuration avoids the overflow condition immediately. As a result, the pull-in characteristic is not deteriorated, and an effect is achieved that high-speed pull-in of gain control can be realized.
[0125]
According to the next invention, since the sum of the number of integrations MR and the number of integrations MH is set to a power of 2, the division in the reception level average value calculating means can be realized by bit shift. The effect of becoming.
[0126]
According to the next invention, the reception level integration means integrates the reception level detected by the level detection means over MR times, and the reception level average value calculation means divides the integration result by the total number of integration MR, The average reception level is calculated. Thereby, there is an effect that the processing amount at the initial time can be significantly reduced as compared with the normal time.
[0127]
According to the next invention, by setting the number of integration MR to a power of two, there is an effect that the division in the reception level average value calculation means can be realized by bit shift here as well.
[0128]
According to the next invention, since the reception level ratio calculating means is constituted by the ROM, it is not necessary to perform complicated calculations in the division processing and the dB conversion processing, and therefore an effect of avoiding an increase in circuit scale can be achieved. .
[0129]
According to the next invention, since the voltage amplification factor calculating means and the voltage data generating means are constituted by the ROM, it is not necessary to perform a complex true number conversion calculation, so that an increase in circuit scale can be avoided. .
[0130]
According to the next invention, the ratio between the reception level and the reference level value is detected by the dB value, and the detected value is averaged, so that the circuit scale can be further reduced while maintaining the same level of performance. There is an effect.
[0131]
According to the next invention, it is possible to realize a good bit error rate characteristic in a short time after a burst signal is input by high-speed and high-accuracy automatic gain control.
[0132]
According to the next invention, there is an effect that a good bit error rate characteristic can be realized by high-speed gain control even at the time of burst capture in which the appearance and disappearance of adjacent waves are repeated.
[0133]
According to the next invention, since the sum of the number of integrations MR and the number of integrations MH is set to a power of 2, the division in the reception level average value calculating means can be realized by bit shift. The effect of becoming.
[0134]
According to the next invention, the reception level integration means integrates the reception level detected by the level detection means over MR times, and the reception level average value calculation means divides the integration result by the total number of integration MR, The average reception level is calculated. Thereby, there is an effect that the processing amount at the initial time can be significantly reduced as compared with the normal time.
[0135]
According to the next invention, by setting the number of integration MR to a power of two, there is an effect that the division in the reception level average value calculation means can be realized by bit shift here as well.
[0136]
According to the next invention, since the reception level ratio calculating means is constituted by the ROM, it is not necessary to perform complicated calculations in the division processing and the dB conversion processing, and therefore an effect of avoiding an increase in circuit scale can be achieved. .
[0137]
According to the next invention, since the voltage amplification factor calculating means and the voltage data generating means are constituted by the ROM, it is not necessary to perform a complex true number conversion calculation, so that an increase in circuit scale can be avoided. .
[0138]
According to the next invention, the internal automatic gain control device detects the ratio between the reception level and the reference level value by the dB value, and averages the detected value, so that the same level of performance is maintained. There is an effect that the circuit scale can be further reduced.
[0139]
According to the next invention, the signal amplification control in the digital filter can always ensure a large number of effective bits of the data of the digital filter output, so that an accurate soft decision can be realized regardless of the transmission rate. , Has the effect. Further, by the same signal amplification control, the reference level value can be kept constant regardless of the transmission rate, so that there is an effect that no adjustment can be achieved.
[0140]
According to the next invention, by adopting the soft decision processing for the data decision, there is an effect that the optimum data demodulation can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a first embodiment of an automatic gain control device and a demodulator according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a digital filter according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a waveform shaping filter according to the first embodiment.
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the automatic gain control apparatus according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a second embodiment of an automatic gain control device and a demodulator according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a frequency spectrum of a reception signal input to an A / D converter.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a third embodiment of an automatic gain control device and a demodulator according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a demodulator for a digital satellite communication system including a conventional automatic gain control device.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a conventional digital filter.
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of a conventional automatic gain control apparatus.
11 is a diagram showing a configuration of a conventional digital filter different from FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (18)
検出された受信レベルをMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該受信レベルをMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル積分手段と、
前記第1の積分データに所定の増幅率データを乗算し、当該乗算結果と前記第2の積分データとを加算し、当該加算結果を全積分回数(MH+MR)で除算することで、受信レベルの平均値を算出し、当該平均値を受信レベル平均データとして出力する受信レベル平均値算出手段と、
前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段と、
特定の基準値と前記受信レベル平均データとの比をdB値で算出し、当該dB値をレベル比データとして出力する受信レベル比算出手段と、
前記レベル比データを所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であればレベル比データ積分値をTdとし、−Td以下であればレベル比データ積分値を−Tdとし、当該レベル比データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、
前記レベル比データ積分値の差分値を求め、当該差分値の真数値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、
を備えることを特徴とする自動利得制御装置。Level detection means for receiving baseband data output from the digital filter and detecting a reception level of the baseband data;
The detected reception level is integrated MH (MH is a natural number) times, the result is output as first integration data, and then the reception level is integrated MR (MR is a natural number) times, and the result is Receiving level integrating means for outputting as integral data of 2;
Multiplying the first integration data by predetermined amplification factor data, adding the multiplication result and the second integration data, and dividing the addition result by the total number of integrations (MH + MR) A reception level average value calculating means for calculating an average value and outputting the average value as reception level average data;
Control means for controlling the start / end timing of the integration operation and the latch timing of the first integration data;
A reception level ratio calculating means for calculating a ratio between a specific reference value and the reception level average data as a dB value and outputting the dB value as level ratio data;
The level ratio data is integrated within a predetermined range ± Td, and if the integration result is Td or more, the level ratio data integration value is Td, and if it is -Td or less, the level ratio data integration value is -Td, Voltage data generating means for outputting the true value of the level ratio data integral value as voltage data;
A voltage amplification factor calculating means for obtaining a difference value of the level ratio data integral value and outputting a true value of the difference value as the predetermined amplification factor data;
An automatic gain control device comprising:
ディジタルフィルタから出力されるベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを検出するレベル検出手段と、
検出された受信レベルをMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該受信レベルをMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル積分手段と、
前記第1の積分データに所定の増幅率データを乗算し、当該乗算結果と前記第2の積分データとを加算し、当該加算結果を全積分回数(MH+MR)で除算することで、受信レベルの平均値を算出し、当該平均値を受信レベル平均データとして出力する受信レベル平均値算出手段と、
特定の基準値と前記受信レベル平均データとの比をdB値で算出し、当該dB値をレベル比データとして出力する受信レベル比算出手段と、
前記オーバーフロー検出信号が出力された場合は、予め規定された所定の値を選択し、前記オーバーフロー検出信号が出力されていない場合は、前記レベル比データを選択し、その選択結果を選択データとして出力する選択手段と、
前記選択データを所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であれば選択データ積分値をTdとし、−Td以下であれば選択データ積分値を−Tdとし、当該選択データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、
前記選択データ積分値の差分値を求め、当該差分値の真数値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、
前記オーバーフロー検出信号が出力された場合は、前記増幅率データ、前記受信レベル積分手段内のレジスタ、および前記受信レベル平均値算出手段内のレジスタをリセットし、前記オーバーフロー検出信号が出力されていない場合は、前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする自動利得制御装置。The reception level of the digital data output from the A / D converter is calculated, and when the value exceeds a certain threshold value, it is determined that the A / D converter has overflowed, and the determination result is used as an overflow detection signal. Overflow detection means for outputting;
Level detection means for receiving baseband data output from the digital filter and detecting a reception level of the baseband data;
The detected reception level is integrated MH (MH is a natural number) times, the result is output as first integration data, and then the reception level is integrated MR (MR is a natural number) times, and the result is Receiving level integrating means for outputting as integral data of 2;
Multiplying the first integration data by predetermined amplification factor data, adding the multiplication result and the second integration data, and dividing the addition result by the total number of integrations (MH + MR) A reception level average value calculating means for calculating an average value and outputting the average value as reception level average data;
A reception level ratio calculating means for calculating a ratio between a specific reference value and the reception level average data as a dB value and outputting the dB value as level ratio data;
When the overflow detection signal is output, a predetermined value specified in advance is selected. When the overflow detection signal is not output, the level ratio data is selected and the selection result is output as selection data. Selection means to
The selection data is integrated within a predetermined range ± Td, and if the integration result is Td or more, the selection data integration value is Td, and if it is -Td or less, the selection data integration value is -Td. Voltage data generating means for outputting the integral value of the integral value as voltage data;
A voltage amplification factor calculating means for obtaining a difference value of the selected data integral value and outputting a true value of the difference value as the predetermined amplification factor data;
When the overflow detection signal is output, the amplification factor data, the register in the reception level integration means, and the register in the reception level average value calculation means are reset, and the overflow detection signal is not output Control means for controlling the start / end timing of the integration operation and the latch timing of the first integration data;
An automatic gain control device comprising:
前記受信レベル積分手段が、前記レベル検出手段で検出した受信レベルをMR回にわたって積分し、
前記受信レベル平均値算出手段が、前記積分結果を全積分回数MRで除算することで、受信レベルの平均値を算出し、
前記制御手段が、前記積分動作の開始/終了タイミングを制御することを特徴とする請求項1、2または3に記載の自動利得制御装置。In the early days,
The reception level integration means integrates the reception level detected by the level detection means over MR times,
The reception level average value calculation means calculates the average value of the reception level by dividing the integration result by the total number of integrations MR,
4. The automatic gain control apparatus according to claim 1, wherein the control means controls a start / end timing of the integration operation.
前記dB値をMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該dB値をMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル比積分手段と、
前記第1の積分データを積分回数MHで除算して利得制御前のレベル比平均値を算出し、さらに当該利得制御前のレベル比平均値に所定の増幅率データ(dB値)を加算した結果を、第1のレベル比平均値とし、前記第2の積分データを積分回数MRで除算した結果を第2のレベル比平均値とし、当該第1のレベル比平均値と当該第2のレベル比平均値との加算値を“2”で除算した結果をレベル比データとして出力する受信レベル比平均値算出手段と、
前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段と、
前記レベル比データを、所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であればレベル比データ積分値をTdとし、−Td以下であればレベル比データ積分値を−Tdとし、当該レベル比データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、
前記レベル比データ積分値の差分値を求め、当該差分値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、
を備えることを特徴とする自動利得制御装置。Receive baseband data output from a digital filter, calculate a reception level of the baseband data, calculate a ratio between a specific reference value and the reception level as a dB value, and calculate the dB value as a reception level ratio A reception level ratio detection means for outputting as a detection value;
The dB value is integrated MH (MH is a natural number) times, and the result is output as first integration data. Thereafter, the dB value is integrated MR (MR is a natural number) times, and the result is integrated into the second value. Receive level ratio integration means for outputting as integration data;
A result of dividing the first integral data by the number of integrations MH to calculate a level ratio average value before gain control, and further adding predetermined amplification factor data (dB value) to the level ratio average value before gain control Is the first level ratio average value, and the result obtained by dividing the second integration data by the number of integrations MR is the second level ratio average value, and the first level ratio average value and the second level ratio A reception level ratio average value calculating means for outputting the result obtained by dividing the addition value with the average value by “2” as level ratio data;
Control means for controlling the start / end timing of the integration operation and the latch timing of the first integration data;
The level ratio data is integrated within a predetermined range ± Td, and if the integration result is equal to or greater than Td, the level ratio data integral value is set to Td. Voltage data generating means for outputting the true value of the integrated value of the level ratio data as voltage data;
A voltage amplification factor calculating means for obtaining a difference value of the level ratio data integral value and outputting the difference value as the predetermined amplification factor data;
An automatic gain control device comprising:
前記RF信号の利得を利得制御電圧によって制御する利得制御アンプと、
前記利得制御アンプの出力信号を受信ベースバンド信号に周波数変換する周波数変換手段と、
前記受信ベースバンド信号をオーバーサンプリングし、ディジタルデータに変換するA/D変換手段と、
前記ディジタルデータに含まれる隣接波成分および雑音成分を除去し、受け取った自波の信号に対して波形整形を行い、その結果をベースバンドデータとして出力するディジタルフィルタと、
前記ベースバンドデータを用いて、キャリア周波数同期、キャリア位相同期、およびタイミング同期を確立し、その後、データを判定し、その結果を復調データとして出力する検波手段と、
前記ベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを検出するレベル検出手段と、
検出された受信レベルをMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該受信レベルをMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル積分手段と、
前記第1の積分データに所定の増幅率データを乗算し、当該乗算結果と前記第2の積分データとを加算し、当該加算結果を全積分回数(MH+MR)で除算することで、受信レベルの平均値を算出し、当該平均値を受信レベル平均データとして出力する受信レベル平均値算出手段と、
前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段と、
特定の基準値と前記受信レベル平均データとの比をdB値で算出し、当該dB値をレベル比データとして出力する受信レベル比算出手段と、
前記レベル比データを所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であればレベル比データ積分値をTdとし、−Td以下であればレベル比データ積分値を−Tdとし、当該レベル比データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、
前記レベル比データ積分値の差分値を求め、当該差分値の真数値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、
前記電圧データに対してD/A変換を行い、変換後のアナログ信号を前記利得制御電圧として出力するD/A変換手段と、
を備えることを特徴とする復調器。An antenna for receiving an RF signal;
A gain control amplifier for controlling the gain of the RF signal by a gain control voltage;
Frequency conversion means for converting the frequency of the output signal of the gain control amplifier into a received baseband signal;
A / D conversion means for oversampling the received baseband signal and converting it to digital data;
A digital filter that removes adjacent wave components and noise components included in the digital data, performs waveform shaping on the received self-wave signal, and outputs the result as baseband data;
Using the baseband data, carrier frequency synchronization, carrier phase synchronization, and timing synchronization are established, then data is determined, and the detection means for outputting the result as demodulated data;
Level detection means for receiving the baseband data and detecting the reception level of the baseband data;
The detected reception level is integrated MH (MH is a natural number) times, the result is output as first integration data, and then the reception level is integrated MR (MR is a natural number) times, and the result is Receiving level integrating means for outputting as integral data of 2;
Multiplying the first integration data by predetermined amplification factor data, adding the multiplication result and the second integration data, and dividing the addition result by the total number of integrations (MH + MR) A reception level average value calculating means for calculating an average value and outputting the average value as reception level average data;
Control means for controlling the start / end timing of the integration operation and the latch timing of the first integration data;
A reception level ratio calculating means for calculating a ratio between a specific reference value and the reception level average data as a dB value and outputting the dB value as level ratio data;
The level ratio data is integrated within a predetermined range ± Td, and if the integration result is Td or more, the level ratio data integration value is Td, and if it is -Td or less, the level ratio data integration value is -Td, Voltage data generating means for outputting the true value of the level ratio data integral value as voltage data;
A voltage amplification factor calculating means for obtaining a difference value of the level ratio data integral value and outputting a true value of the difference value as the predetermined amplification factor data;
D / A conversion means for performing D / A conversion on the voltage data and outputting the converted analog signal as the gain control voltage;
A demodulator.
前記RF信号の利得を利得制御電圧によって制御する利得制御アンプと、
前記利得制御アンプの出力信号を受信ベースバンド信号に周波数変換する周波数変換手段と、
前記受信ベースバンド信号をオーバーサンプリングし、ディジタルデータに変換するA/D変換手段と、
前記ディジタルデータに含まれる隣接波成分および雑音成分を除去し、受け取った自波の信号に対して波形整形を行い、その結果をベースバンドデータとして出力するディジタルフィルタと、
前記ベースバンドデータを用いて、キャリア周波数同期、キャリア位相同期、およびタイミング同期を確立し、その後、データを判定し、その結果を復調データとして出力する検波手段と、
前記ディジタルデータの受信レベルを算出し、その値があるしきい値以上の場合に、A/D変換手段がオーバーフローしていると判定し、その判定結果をオーバーフロー検出信号として出力するオーバーフロー検出手段と、
ディジタルフィルタから出力されるベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを検出するレベル検出手段と、
検出された受信レベルをMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該受信レベルをMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル積分手段と、
前記第1の積分データに所定の増幅率データを乗算し、当該乗算結果と前記第2の積分データとを加算し、当該加算結果を全積分回数(MH+MR)で除算することで、受信レベルの平均値を算出し、当該平均値を受信レベル平均データとして出力する受信レベル平均値算出手段と、
特定の基準値と前記受信レベル平均データとの比をdB値で算出し、当該dB値をレベル比データとして出力する受信レベル比算出手段と、
前記オーバーフロー検出信号が出力された場合は、予め規定された所定の値を選択し、前記オーバーフロー検出信号が出力されていない場合は、前記レベル比データを選択し、その選択結果を選択データとして出力する選択手段と、
前記選択データを所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であれば選択データ積分値をTdとし、−Td以下であれば選択データ積分値を−Tdとし、当該選択データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、
前記選択データ積分値の差分値を求め、当該差分値の真数値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、
前記オーバーフロー検出信号が出力された場合は、前記増幅率データ、前記受信レベル積分手段内のレジスタ、および前記受信レベル平均値算出手段内のレジスタをリセットし、前記オーバーフロー検出信号が出力されていない場合は、前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段と、
前記電圧データに対してD/A変換を行い、変換後のアナログ信号を前記利得制御電圧として出力するD/A変換手段と、
を備えることを特徴とする復調器。An antenna for receiving an RF signal;
A gain control amplifier for controlling the gain of the RF signal by a gain control voltage;
Frequency conversion means for converting the frequency of the output signal of the gain control amplifier into a received baseband signal;
A / D conversion means for oversampling the received baseband signal and converting it to digital data;
A digital filter that removes adjacent wave components and noise components included in the digital data, performs waveform shaping on the received self-wave signal, and outputs the result as baseband data;
Using the baseband data, carrier frequency synchronization, carrier phase synchronization, and timing synchronization are established, then data is determined, and the detection means for outputting the result as demodulated data;
Overflow detection means for calculating the reception level of the digital data, and determining that the A / D conversion means has overflowed when the value is equal to or greater than a threshold value, and outputting the determination result as an overflow detection signal; ,
Level detection means for receiving baseband data output from the digital filter and detecting a reception level of the baseband data;
The detected reception level is integrated MH (MH is a natural number) times, the result is output as first integration data, and then the reception level is integrated MR (MR is a natural number) times, and the result is Receiving level integrating means for outputting as integral data of 2;
Multiplying the first integration data by predetermined amplification factor data, adding the multiplication result and the second integration data, and dividing the addition result by the total number of integrations (MH + MR) A reception level average value calculating means for calculating an average value and outputting the average value as reception level average data;
A reception level ratio calculating means for calculating a ratio between a specific reference value and the reception level average data as a dB value and outputting the dB value as level ratio data;
When the overflow detection signal is output, a predetermined value specified in advance is selected. When the overflow detection signal is not output, the level ratio data is selected and the selection result is output as selection data. Selection means to
The selection data is integrated within a predetermined range ± Td, and if the integration result is Td or more, the selection data integration value is Td, and if it is -Td or less, the selection data integration value is -Td. Voltage data generating means for outputting the integral value of the integral value as voltage data;
A voltage amplification factor calculating means for obtaining a difference value of the selected data integral value and outputting a true value of the difference value as the predetermined amplification factor data;
When the overflow detection signal is output, the amplification factor data, the register in the reception level integration means, and the register in the reception level average value calculation means are reset, and the overflow detection signal is not output Control means for controlling the start / end timing of the integration operation and the latch timing of the first integration data;
D / A conversion means for performing D / A conversion on the voltage data and outputting the converted analog signal as the gain control voltage;
A demodulator.
前記受信レベル積分手段が、前記レベル検出手段で検出した受信レベルをMR回にわたって積分し、
前記受信レベル平均値算出手段が、前記積分結果を全積分回数MRで除算することで、受信レベルの平均値を算出し、
前記制御手段が、前記積分動作の開始/終了タイミングを制御することを特徴とする請求項9、10または11に記載の復調器。In the early days,
The reception level integration means integrates the reception level detected by the level detection means over MR times,
The reception level average value calculation means calculates the average value of the reception level by dividing the integration result by the total number of integrations MR,
The demodulator according to claim 9, 10 or 11, wherein the control means controls the start / end timing of the integration operation.
前記RF信号の利得を利得制御電圧によって制御する利得制御アンプと、
前記利得制御アンプの出力信号を受信ベースバンド信号に周波数変換する周波数変換手段と、
前記受信ベースバンド信号をオーバーサンプリングし、ディジタルデータに変換するA/D変換手段と、
前記ディジタルデータに含まれる隣接波成分および雑音成分を除去し、受け取った自波の信号に対して波形整形を行い、その結果をベースバンドデータとして出力するディジタルフィルタと、
前記ベースバンドデータを用いて、キャリア周波数同期、キャリア位相同期、およびタイミング同期を確立し、その後、データを判定し、その結果を復調データとして出力する検波手段と、
前記ベースバンドデータを受け取り、当該ベースバンドデータの受信レベルを算出し、さらに特定の基準値と当該受信レベルとの比をdB値で算出し、当該dB値を受信レベル比検出値として出力する受信レベル比検出手段と、
前記dB値をMH(MHは自然数)回にわたって積分し、その結果を第1の積分データとして出力し、その後、当該dB値をMR(MRは自然数)回にわたって積分し、その結果を第2の積分データとして出力する受信レベル比積分手段と、
前記第1の積分データを積分回数MHで除算して利得制御前のレベル比平均値を算出し、さらに当該利得制御前のレベル比平均値に所定の増幅率データ(dB値)を加算した結果を、第1のレベル比平均値とし、前記第2の積分データを積分回数MRで除算した結果を第2のレベル比平均値とし、当該第1のレベル比平均値と当該第2のレベル比平均値との加算値を“2”で除算した結果をレベル比データとして出力する受信レベル比平均値算出手段と、
前記積分動作の開始/終了タイミング、および前記第1の積分データのラッチタイミングを制御する制御手段と、
前記レベル比データを、所定範囲±Td内で積分し、さらに、当該積分結果がTd以上であればレベル比データ積分値をTdとし、−Td以下であればレベル比データ積分値を−Tdとし、当該レベル比データ積分値の真数値を電圧データとして出力する電圧データ生成手段と、
前記レベル比データ積分値の差分値を求め、当該差分値を前記所定の増幅率データとして出力する電圧増幅率算出手段と、
前記電圧データに対してD/A変換を行い、変換後のアナログ信号を前記利得制御電圧として出力するD/A変換手段と、
を備えることを特徴とする復調器。An antenna for receiving an RF signal;
A gain control amplifier for controlling the gain of the RF signal by a gain control voltage;
Frequency conversion means for converting the frequency of the output signal of the gain control amplifier into a received baseband signal;
A / D conversion means for oversampling the received baseband signal and converting it to digital data;
A digital filter that removes adjacent wave components and noise components included in the digital data, performs waveform shaping on the received self-wave signal, and outputs the result as baseband data;
Using the baseband data, carrier frequency synchronization, carrier phase synchronization, and timing synchronization are established, then data is determined, and the detection means for outputting the result as demodulated data;
Reception that receives the baseband data, calculates a reception level of the baseband data, calculates a ratio between a specific reference value and the reception level as a dB value, and outputs the dB value as a reception level ratio detection value Level ratio detection means;
The dB value is integrated MH (MH is a natural number) times, and the result is output as first integration data. Thereafter, the dB value is integrated MR (MR is a natural number) times, and the result is integrated into the second value. Receive level ratio integration means for outputting as integration data;
A result of dividing the first integral data by the number of integrations MH to calculate a level ratio average value before gain control, and further adding predetermined amplification factor data (dB value) to the level ratio average value before gain control Is the first level ratio average value, and the result obtained by dividing the second integration data by the number of integrations MR is the second level ratio average value, and the first level ratio average value and the second level ratio A reception level ratio average value calculating means for outputting the result obtained by dividing the addition value with the average value by “2” as level ratio data;
Control means for controlling the start / end timing of the integration operation and the latch timing of the first integration data;
The level ratio data is integrated within a predetermined range ± Td, and if the integration result is equal to or greater than Td, the level ratio data integral value is set to Td. Voltage data generating means for outputting the true value of the integrated value of the level ratio data as voltage data;
A voltage amplification factor calculating means for obtaining a difference value of the level ratio data integral value and outputting the difference value as the predetermined amplification factor data;
D / A conversion means for performing D / A conversion on the voltage data and outputting the converted analog signal as the gain control voltage;
A demodulator.
前記デシメーションフィルタが、デシメーションの回数をmとした場合に、間引きした後の出力データのレベルを2m倍し、
前記波形整形フィルタが、前記デシメーションフィルタから出力されるデータを、当該データのオーバーサンプル数で除算することを特徴とする請求項9〜16のいずれか一つに記載の復調器。The digital filter is composed of a decimation filter and a waveform shaping filter,
When the decimation filter sets the number of decimations to m, the output data level after decimation is multiplied by 2 m ,
The demodulator according to any one of claims 9 to 16, wherein the waveform shaping filter divides data output from the decimation filter by the number of oversamples of the data.
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