ステートマシン・コントローラのフィードバックを用いた自動利得制御

专利摘要:
中間周波数利得および無線周波数利得を調整するステートマシン・コントローラとベースバンド復調器を備える自動利得制御回路について記載する。ベースバンド復調器は、ステートマシン・コントローラからこのステートマシン・コントローラの状態に関する情報を受信し、また、ステートマシン・コントローラは、ベースバンド復調器から相関情報を受信する。さらに、信号を検出するステップと、ベースバンド復調器にステートマシン・コントローラの情報を提供するステップと、無線周波数利得を減少させるステップと、中間周波数利得を減少させるステップと、ベースバンド復調器から相関情報を受信するステップと、を含む方法について記載する。
公开号:JP2011510558A
申请号:JP2010543089
申请日:2008-01-16
公开日:2011-03-31
发明作者:アラン シユルツ，マーク；アンソニー デイーマー，ロツド；アンドリユー ローズ，ロバート
申请人:トムソン ライセンシングＴｈｏｍｓｏｎ Ｌｉｃｅｎｓｉｎｇ；
IPC主号:H03G3-20

专利说明:

[0001] 本発明は、自動利得制御（ＡＧＣ： Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路に関し、具体的には、復調器にフィードバックを提供し、復調器からフィードバックを受信する自動利得制御回路に関する。]
背景技術

[0002] ＩＥＥＥ８０２無線システムは、全てではないにせよ、大抵は、パルスに基づく、送信／受信システムである。大抵の場合、次の送信の周波数は分かっているが、時間、パケット長、および信号強度は、全て、送信が発生するまでは分からない。送信が発生すると、受信機は、無線周波数（ＲＦ）および中間周波数（ＩＦ）部分に同調して送信された信号を復元し、ペイロードにおける実際のデータが受信される前に増幅器を安定化させなければならない。これは極めて短い時間であるため、全ての復調動作を出来るだけ速やかにする必要性がある。復元された信号のフィードバックが早すぎる、または、遅すぎると、不正確なフィードバックのタイミングにより、ＡＧＣが不安定になることがある。自動利得制御（ＡＧＣ）ステートマシン（状態機械）コントローラからの状態の送信により、バックエンドのシステム復調器は、利得の変更に関し、どこにフロントエンドがあるか、システム遅延に使用される時定数、バックエンドが信号をサンプリングし、信号の状態（高すぎるか、低すぎるか）の報告をＡＧＣに返す期間を正確に把握する。]
[0003] 既存のシステムは、ＡＧＣを有し、ＡＧＣは、トレーニング信号に収束することを試行し、フィードバックを提供するが、これは、ロバストまたは予測可能な方法では行われない。なぜならば、受信された信号は、ＡＧＣが変更を停止するまでは、不確かだからである。従来技術のＡＧＣ回路は、ＩＦ増幅器およびＲＦ増幅器からの入力を受信し、ＩＦ増幅器およびＲＦ増幅器に入力を提供する。しかしながら、従来技術のＡＧＣ回路においては、復調器への入力、または、復調器からのフィードバックは存在しない。]
[0004] ＩＥＥＥ８０２．１１に基づく無線システムは、固定キャリアを有さずにパケットを送受信するパルスに基づくシステムである。このようなシステムの自動利得制御（ＡＧＣ）回路の応答は、入力信号の周波数および振幅に非常に速やかにロックするように、非常に速やかなものでなければならない。本発明は、ＡＧＣステートマシン・コントローラの状態をベースバンド復調器に供給し、復調処理の間のフィルタおよびタイミングを最適化できるようにする。各復調器は、ＲＦおよびＩＦ部分の遅延および状態をステートマシン・コントローラの状態に基づいて予測し、利得制御に対するフィードバックを提供することができる。]
[0005] 中間周波数利得および無線周波数利得を調整するステートマシン・コントローラとベースバンド復調器を備える自動利得制御回路について記載する。ベースバンド復調器は、ステートマシン・コントローラからこのステートマシン・コントローラの状態に関する情報を受信し、また、ステートマシン・コントローラは、ベースバンド復調器から相関情報を受信する。さらに、信号を検出するステップと、ベースバンド復調器にステートマシン・コントローラの情報を提供するステップと、無線周波数利得を減少させるステップと、中間周波数利得を減少させるステップと、ベースバンド復調器から相関情報を受信するステップと、を含む方法について記載する。]
[0006] 本発明は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことによって最良に理解できるであろう。各図面は、以下に簡単に説明する図を含む。]
図面の簡単な説明

[0007] 従来の自動利得制御回路を示す図である。
本発明の原理に従った自動利得制御回路を示す図である。
パルスに基づくシステムにおけるトレーニング信号およびデータ・パケットを描いた図である。
本発明の自動利得制御回路のステートマシン・コントローラの状態図である。
ＡＧＣに対するＲＦ信号の主信号強度インジケータを提供するＲＳＳＩ曲線を示す図である。
ＲＳＳＩ曲線上のＲＦ利得設定の切換えポイントを示す図である。
ＲＳＳＩ曲線上のＩＦ粗利得設定を示す図である。
ＲＳＳＩ値を示すポイントＡを有する受信信号の開始時の典型的な入力信号の例を示す図である。
図８で、ＲＦ利得が高から中間に減少した後のポイントＢでのＲＳＳＩ値を有する典型的な入力信号の更なる例を示す図である。
図１０は、図９のポイントＢからＩＦ利得を微チューニングした後のポイントＣでのＲＳＳＩ値を有する典型的な入力信号の更なる例を示す図である。] 図１０ 図８ 図９
実施例

[0008] 図１は、従来の自動利得制御（ＡＧＣ）回路を示す図である。従来のＡＧＣ回路においては、ＲＦ利得およびＩＦ利得をＡＧＣが制御する。大抵のＲＦシステムにおいては、ＡＧＣが見つけ、長い期間に渡って捕捉できる固定キャリアが存在する。今日の多くの無線システムにおいては、リアクションの時間および収束がデータの復元に重要となるパルスに基づくシステムが存在する。] 図１
[0009] 図２は、本発明の原理に従った自動利得制御（ＡＧＣ）回路を示している。本発明のＡＧＣ回路は、従来のＡＧＣ回路の場合と同様に、ＲＦ増幅器から入力を受信する。さらに、やはり、従来のＡＧＣ回路の場合と同様に、入力をＩＦ増幅器に提供し、フィードバックをＲＦ増幅器に提供する。本発明のＡＧＣ回路は、ステートマシン・コントローラを有し、ステートマシン・コントローラのフィードバックをベースバンド復調器に提供し、復調器からのフィードバックを受信する。] 図２
[0010] 図３は、パルスに基づくシステムにおけるトレーニング信号およびデータ・パケットを描いている。送信の無いデッドスペース、２つの短いトレーニング信号および２つの長いトレーニング信号を含むプリアンブル（前段部）、さらに、データ・パケットが続いている。ＡＧＣは、ＲＦ増幅器およびＩＦ増幅器を調整して入力信号のレベルのＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）を短いトレーニング信号の約４μ秒以内に最適化し、長いトレーニング信号の間に位相を微調整できるようにしなければならない。] 図３
[0011] 図４は、本発明の自動利得制御回路のステートマシン・コントローラの状態図である。本発明のＡＧＣステートマシン・コントローラは、ベースバンド復調器にフィードバックを提供する。ベースバンド復調器にＡＧＣステートマシン・コントローラの状態を把握させておくことにより、ベースバンド復調器は、適切なフィルタを選択し、サンプリングを開始する前の遅延を設定し、フィードバックのためにＡＧＣに応答を返送するタイミングを調節することができる。ベースバンド復調器が提供するフィードバックは、予期される受信値と実際の入力値との関係に基づいた相互相関値である。ベースバンド復調器からのこのフィードバック値は、０〜１の間で変化する。０の値は、入力信号と予期される入力信号との間に相関が無いことを示し、１の値は、入力信号が完全に予期される信号と一致することを示す。この相関値は、通常、０．２５〜０．８５の範囲内にある。システムの利得制御の大部分は、ディジタル・ドメインにあるため、閉ループのパフォーマンスおよびフィードバック・タイミングは、少数のクロック信号の範囲内の精度で発生する。これにより、ループを介した遅延が最小限になるとともに、発振を発生させるような、調整が終了する前のリアクションが回避される。] 図４
[0012] 具体的には、アナログの受信信号強度表示（ＲＳＳＩ： Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）が、ＡＧＣ回路のアナログからディジタルへのディジタル変換器（ＡＤＣ）４１０によって受信される。本発明のＡＧＣ回路は、ステートマシン・コントローラ４１５を有する。ステートマシン・コントローラ４１５は、入力をベースバンド復調器４２０に提供し、勿論、本発明のＡＧＣの動作を制御する。ステートマシン・コントローラの初期状態Ｓ１において、利得が最大に設定される。状態Ｓ１は、閉ループにあり、信号の受信を待機している。ＲＳＳＩ値における大きな変化により検出される信号の受信があると、タイマーがリセットされ、Ｓ２に示すような遅延が加えられる。Ｓ２における遅延により、システムは、ＡＧＣを制御するために何らかのアクションが取られる前に、時間的に落ち着く。この遅延は、信号強度を有意義に測定するのに必要である。Ｓ２の遅延が含まれていなければ、ポジティブなフィードバックが提供され、システムは、発振するであろう。Ｓ２の期間に存在する信号は、プリアンブルおよび短い（第１の）トレーニング信号であると想定される。この時点で、ＡＧＣ回路は、状態Ｓ３に進み、ベースバンド復調器４２０からのフィードバックおよび（ＡＤＣ４１０を介した）ＲＳＳＩ４０５を受信し、ＲＦ利得が減少されるべきであるかどうかを判定する。なお、ベースバンド復調器は、この状態から、利得の変更の間、さらに、待機期間の間のサンプリングを回避するために、いつ有効な測定ができるかを知ることができる。ＲＳＳＩ信号のフィードバックの値およびベースバンド復調器からの相関信号のフィードバックは、ＲＦ利得またはＩＦ利得を減少する必要があるかどうかを示す。このループからの最初の繰り返しにより、ＲＳＳＩの値のみに基づいてＲＦ利得が粗いレベルにされる。長いトレーニング信号が開始する前にさらに追加の調整が可能であることをタイマーが示していると仮定すれば、ＩＦ利得を微調整してＳ／Ｎ比を最適化するために、このループを追加的に繰り返すことができる。ＲＦ利得を減少させるべきなら、ステートマシン・コントローラは、ＲＦ利得を減少させ、状態Ｓ４に進み、０．２μ秒などの期間待機し、信号のサンプリングを試行する前に、ＲＦ増幅器、ＩＦ増幅器、およびベースバンド復調器が落ち着く、または、安定化することができるようにする。０．２μ秒などの期間が経過した後、ステートマシン・コントローラは、状態Ｓ５に進み、ＩＦ利得を減少させるべきかどうかを判定する。]
[0013] 状態Ｓ３において、ＲＦ利得を減少させるべきでないと判定されると、ステートマシン・コントローラは、状態Ｓ４をバイパスし、直接状態Ｓ５に進む。通常、可能であれば、ＲＦ利得を減少させるよりも、ＩＦ利得を減少させてＳ／Ｎ比を最適化することが望ましい。ＩＦ利得を減少させるべきなら、ステートマシン・コントローラは、ＩＦ利得を減少させ、状態Ｓ６に進み、０．２μ秒などの期間待機し、再び信号のサンプリングを試行する前に、ＲＦ増幅器、ＩＦ増幅器、およびベースバンド復調器が落ち着く、または、安定化することができるようにする。状態Ｓ７において、ステートマシン・コントローラは、状態Ｓ３に戻るか、状態Ｓ８に進む。状態Ｓ５において、ＩＦ利得を減少させるべきでないと判定されると、ステートマシン・コントローラは、状態Ｓ６をバイパスし、直接状態Ｓ７に進む。状態Ｓ７において、ベースバンド復調器は、別の相関測定を行って、その値をステートマシン・コントローラに供給することができる。ＲＳＳＩ信号と共に、相関値は、ＲＦまたはＩＦのＡＧＣ利得を再び調整する必要があるかどうかを見るために使用される。別の調整を行うのに十分に時間があれば、ステートマシン・コンローラは、Ｓ３に戻る。長いトレーニング信号が開始する前に時間が残っていないと、ＡＧＣの値が保持され、コントローラはＳ８に進む。状態Ｓ８において、送信が終了したことを示唆するようなＲＳＳＩ信号の電圧の大きな降下など、信号の変化が生じたかどうかが判定される。信号が変化していれば、ステートマシン・コントローラは、状態Ｓ１に戻り、次の送信を待機する。信号が変化していなければ、ステートマシン・コントローラは、状態Ｓ８に戻る。常時、ステートマシン・コントローラは、本発明のＡＧＣがどの状態にあるかを把握し、入力をベースバンド復調器４２０に提供する。]
[0014] 図５は、信号強度とＲＦ利得設定、さらに、ボルトで表したＲＳＳＩフィードバック信号との関係を描いた典型的なＲＳＳＩ曲線を示している。図６は、ＡＧＣコントローラに対し、いつＲＦのＡＧＣを変更するかを知らせるための、ＲＦ利得切換えポイントをＲＳＳＩ曲線上の電圧の関数として示している。ＲＳＳＩ値が曲線上の切換えポイントを超えている場合、ＲＦ利得が減少させられ、図６中の点線で示された所望の動作範囲内でＲＳＳＩ信号を取得するように試行されるであろう。さらに、ＲＳＳＩ曲線は、どのように粗いＩＦのＡＧＣを設定するかを判定するのに役立つ。図７は、ＲＦのＡＧＣ設定が高、中間、低のいずれかに設定された際の粗いＩＦ切換え設定の例を示している。] 図５ 図６ 図７
[0015] どのようにコントローラが動作するかの例が図８〜図１０に示されている。図８は、新しいパケットの開始の際にＲＳＳＩの動作電圧となりえるポイントＡを示している。ポイントＡの値は、ＲＦ高利得設定の値では、図８の点線で示す所望の曲線から外れ、高すぎるものとなっている。ステートマシン・コントローラは、状態Ｓ３における中間利得設定にＲＦ利得を減少させ、信号を再テストして新たな設定をチェックするであろう。図９のポイントＢは、ＲＦ利得が変更され、Ｓ４の遅延が発生した後の新たなＲＳＳＩ値を示している。ここで、ポイントＢは、点線で示されたＲＦ利得の所望な動作範囲上にあるので、ＲＦ利得は安定していると考えられる。ＲＳＳＩ値は、ＩＦ粗利得が依然として、Ｓ／Ｎ比を最適化するために、図９に示すように高から中間に変更されるべきであることを示している。なお、ＩＦ利得の変更が行われるときにはＲＳＳＩ信号の変化は発生しないが、ＩＦ粗利得設定を設定するためにＲＳＳＩ値を使用することができる。ここで、ベースバンド復調器からの相関信号値は、ＩＦのＡＧＣにおけるさらなる変更を行う際の主要因である。長いトレーニング信号が開始する前に、十分な時間が残っていると仮定すると、コントローラは、ベースバンド復調器からステートマシン・コントローラにフィードバックされた相互相関信号を監視することによって、Ｓ／Ｎ比を最適化するためにＩＦのＡＧＣに小さな変更を行うことができる。] 図１０ 図８ 図９
[0016] 本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、特定目的用途のプロセッサ、または、これらを組み合わせた様々な形態において実施することが可能であることが理解できよう。好ましくは、本発明は、ハードウェアおよびソフトウェアを組み合わせて実施することができる。さらに、好ましくは、ソフトウェアは、プログラム記憶装置に実行可能に格納されるアプリケーション・プログラムとして具体的な形態に実装される。アプリケーション・プログラムは、適切なアーキテクチャからなるコンピュータにアップロードされ、このコンピュータによって実行されるようにしてもよい。好ましくは、このコンピュータは、一つ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースを有するコンピュータ・プラットフォーム上で実装される。また、コンピュータ・プラットフォームは、オペレーティング・システムおよびマイクロ命令コードを含む。本明細書中で記載される様々な処理および機能は、オペレーティング・システムを介して実行されるマイクロ命令コードの一部を構成するものでもよいし、アプリケーション・プログラムの一部を構成するものであってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよい。さらに、追加的なデータ記憶装置やプリンター装置、様々な他の周辺機器をコンピュータ・プラットフォームに接続するようにしてもよい。]
[0017] さらに、各図面に示すシステムの構成要素および方法ステップの幾つかは、好ましくは、ソフトウェアの形態によって実施されるため、システムの構成要素間の実際の接続（または処理ステップ）は、本願の原理がプログラムされる方法によって異なる場合があることが理解できよう。本明細書の開示する内容に基づいて、関連する技術に関して通常の技術を有するものであれば、本発明の実施態様または構成を理解し、さらに、類似した実施態様または構成を企図することができるであろう。]

权利要求:

請求項1
中間周波数利得および無線周波数利得を調整するステートマシン・コントローラと、ベースバンド復調器と、を備え、前記ベースバンド復調器は、前記ステートマシン・コントローラから前記ステートマシン・コントローラの状態に関する情報を受信し、前記ステートマシン・コントローラは、前記ベースバンド復調器から相関情報を受信する、自動利得制御回路。
請求項2
受信信号強度インジケータを受信するアナログからディジタルへの変換器をさらに含む、請求項１に記載の自動利得制御回路。
請求項3
信号の開始が前記受信信号強度インジケータにおける大きな増加によって示される、請求項２に記載の自動利得制御回路。
請求項4
信号の終了が前記受信信号強度インジケータにおける大きな減少によって示される、請求項２に記載の自動利得制御回路。
請求項5
前記ステートマシン・コントローラが前記信号の前記開始の検出後の第１の所定期間待機する、請求項３に記載の自動制御利得回路。
請求項6
前記無線周波数利得が前記第１の所定期間後に減少する、請求項５に記載の自動利得制御回路。
請求項7
前記無線周波数利得が第２の所定期間後に減少する、請求項５に記載の自動利得制御回路。
請求項8
データが受信される前に前記無線周波数および前記中間周波数の追加的な利得調整を行うのに十分な時間があるかどうかが判定される、請求項５に記載の自動利得制御回路。
請求項9
データが受信される前に前記無線周波数および前記中間周波数の前記追加的な利得調整を行うのに十分な時間がある場合に、前記無線周波数および前記中間周波数の利得調整が繰り返される、請求項８に記載の自動利得制御回路。
請求項10
データが受信される前に前記無線周波数および前記中間周波数の前記追加的な利得調整を行うのに十分な時間がない場合に、前記受信信号強度インジケータにおける前記大きな減少によって示されるデータ受信の終了まで、現在の利得設定が保持される、請求項８に記載の自動利得制御回路。
請求項11
信号を検出するステップと、ベースバンド復調器にステートマシン・コントローラの情報を提供するステップと、無線周波数利得を減少させるステップと、中間周波数利得を減少させるステップと、前記ベースバンド復調器から相関情報を受信するステップと、を含む、方法。
請求項12
前記信号の検出後の第１の所定時間、処理を停止するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
請求項13
前記無線周波数利得の減少後の第２の所定時間、処理を停止するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
請求項14
前記中間周波数利得の減少後の第３の所定時間、処理を停止するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
請求項15
追加的な無線周波数および中間周波数利得の調整を行うのに十分な時間があるかどうかを判定するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
請求項16
追加的な無線周波数および中間周波数の調整を行うのに十分な時間があると判定された場合に、前記提供する動作、減少する動作、および、受信する動作を繰り返す、請求項１５に記載の方法。
請求項17
追加的な無線周波数および中間周波数の調整を行うのに十分な時間がないと判定された場合に、データ受信の間、前記無線周波数利得の設定および前記中間周波数利得設定を保持する、請求項１５に記載の方法。