JP2002198836A - 信号スケルチ装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】無線受信信号のスケルチ操作において、信号と
ノイズとの分離を確実にする。 【解決手段】無線搬送波信号は、デジタル形式に変換さ
れた後にエンベロープ検出され（２０）フィルタリング
される（２２）。ノイズ推定機能２４は、大気条件によ
る検出信号のノイズ、及び回路のノイズ指数特性におけ
る利得によるノイズを推定することにより、ノイズ推定
信号を生成する。ノイズ推定信号は、スケルチスレショ
ルド信号を計算するために用いられ（５０）、そして、
検出信号から導出される信号のパワーがスレショルドを
超過するかどうかが判定される（５２）。スレショルド
を超過する場合、検出信号が、スイッチからなるシグナ
ル・コンディショナ５４を通して出力経路５６に出力さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、無線受信に関係し、特
に、無線受信された信号のスケルチ技術に関係する。

【０００２】

【従来の技術】スケルチ技術は、従来から知られている
技術であり、一般に、既に自動利得制御されたエンベロ
ープ検出信号に基づいて行われる。すなわち、スケルチ
ングは、正規化されたエンベロープ検出信号に基づいて
実行される。また、信号とノイズの周波数分割が、ほと
んどの商用無線機で用いられている。飛行無線チャネル
を８．３３ＫＨｚチャネル間隔に制限する新規定が施行
され、これにより、既知のスケルチ技術の性能が低減さ
れた。８．３３ＫＨｚチャネル間隔は、搬送周波数の不
確定性及び隣接チャネルの接近により、スケルチ操作で
用いる信号＋ノイズのパワーとノイズ・パワーの周波数
分離の信頼性を低下させる。その結果、ベースバンドＡ
ＧＣの前に現れる信号を検出し、かつ（信号＋ノイズの
パワー）／（信号パワー）の測定値を導出することがで
きる高信頼性の方法の提供が望まれている。そして、こ
の方法は、ベースバンド処理を実行するプロセッサに過
負荷をかけないで実行されるべきである。本発明は、こ
のような問題に取り組み、これらの解決法を提供するも
のである。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明の好適な実施例
は、無線周波数搬送波信号を受信するよう適合された無
線受信機において有用である。このような環境の中で、
無線周波数搬送波信号に応答して、ベースバンド搬送波
信号を生成することにより、信号スケルチングが提供さ
れる。検出信号が、ベースバンド搬送波信号に基づいて
生成され、そしてノイズ推定信号が、検出信号内の少な
くとも熱雑音の推定値により生成される。所定の信号レ
ベルを規定するスレショルド信号は、ノイズ推定信号及
び１以上の所定の信号パラメータに応じて生成される。
検出信号から得られた信号が、所定の信号レベルに関し
ての第１の所定の関係を持つ場合に、第１の信号が生成
され、そして、検出信号から得られた信号が、所定の信
号レベルに関しての第２の所定の関係を持つ場合に、第
２の信号が生成される。検出信号は、第１の信号が生成
されたときに通過させられ、第２の信号が生成されたと
きにスケルチされる。

【０００４】このような技術を用いることによって、Ｃ
ＰＵプロセッサに受け入れ可能な複雑なスケルチ・アル
ゴリズムを提供することができる。信号品質の推定は、
８．３３ＫＨｚチャネル間隔（帯域幅）であっても行う
ことができる。そして、信号品質の推定は、信号パワー
＋ノイズとノイズ・パワーのみとを分離するための広範
囲なフィルタリングを必要としない。

【０００５】

【発明の実施の態様】図１を参照して、本発明に応じて
構成された無線受信機１０の好適な実施例を説明する。
該無線受信機１０は、汎用のアンテナ１２を含み、該ア
ンテナは、振幅変調によって変調された約１１８〜１３
７ＭＨｚのＶＨＦ範囲内で伝送される無線周波数の搬送
波信号を受信する。該無線周波数搬送波信号は、搬送波
処理回路１４によって処理され、無線周波数搬送波信号
に基づいてベースバンド搬送波信号が生成される。

【０００６】搬送波処理回路１４の望ましい形式は、
「Ｒａｄｉｏ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ
Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
（無線受信機の自動利得制御技術）」と題された出願人
ドケット番号２０−０１０７の特許出願に記述されてお
り、該特許出願は、本出願と同日に同じ発明者名で米国
出願され、同じ譲受人に譲渡され、また本出願の明細書
中に参考文献として組み入れられる。搬送波処理回路１
４は、該回路が生成する中間周波数（ＩＦ）搬送波信号
にＡＧＣ制御を提供するだけでなく、無線周波数（Ｒ
Ｆ）搬送波信号にＡＧＣ制御を提供する。搬送波処理回
路１４は、ＩＦ搬送波をデジタル形式に変換し、次に、
該デジタル形態のＩＦ搬送波をベースバンド・デジタル
搬送波信号に変換する。また搬送波処理回路１４は、デ
ジタル・ベースバンド搬送波を毎秒４２キロサンプルに
再サンプリングし、ベースバンド搬送波を表す直交Ｉ及
びＱ信号を生成する。ＩＦ搬送波のベースバンド・デジ
タル搬送波への変換及び再サンプリングは、図１の残り
のブロック２０〜５２で示した別の機能を実行するデジ
タル信号プロセッサ１６によって実行されることが望ま
しい。

【０００７】プロセッサ１６によって実行されるアルゴ
リズムは、リアルタイム浮動小数点演算で実行される。
このアルゴリズムは、任意のベースバンド自動利得制御
によるのではなく、ＩＦ及びＲＦ自動利得制御によって
部分的に正規化されたベースバンド搬送波信号のエンベ
ロープ上で、エンベロープ検出オペレーション２０を実
行する。検出信号は、６７デシベルの残りのダイナミッ
ク・レンジを有し、ノイズ・パワーを含んだ信号及びノ
イズ・パワーのみについての信頼できる推定値を導出す
る。狭帯域モード０チャネルは、割り当てられた８．３
３ＫＨｚの周波数帯域幅（セパレーション）を有し、そ
のため、ノイズ推定のためにその帯域外でフィルタリン
グすることが困難であり信頼性が低下する。検出信号
は、６デシベルで２．７ＫＨｚの帯域幅でありかつ６０
デシベルで３．５ＫＨｚの帯域幅であるフィルタ特性を
有するフィルタ・オペレーションであって、２でデシメ
イトする周波数インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ・オ
ペレーション２２によって、フィルタリングされる。

【０００８】このアルゴリズムにおいては、基本的に、
ＦＩＲオペレーション２２からの平均パワーが、受信機
の利得配分（ディストリビューション）からのノイズフ
ロアの最良推定値、所望の検出確率、及び信号がない場
合に測定されるノイズに基づいて設定されるスレショル
ドを超過する場合、検出されフィルタリングされたオー
ディオ信号を通過させる。初期的には、ノイズフロアが
既知の利得配分から計算される。チャネルをターンオン
して、信号がない場合のノイズが測定され、そして、ノ
イズフロアがカルマン・フィルタにおいて更新される。
所定のチャネル上でのノイズ推定値は一般に、時間経過
に連れて向上する。

【０００９】受信モードの開始時に、スレショルドが、
ノイズフロアの推定値を越える６デシベル（調整可）に
初期設定される。この推定値は、受信機の既知のノイズ
指数、検出及び不正トリガの所望の確率、（上記に参照
した出願で開示しているＡＧＣループによって駆動され
る）要求される最小信号強度（感度）でのＲＦ及びＩＦ
減衰器の変化に応じて変化する既知の利得配分、並び
に、所望の最小信号対ノイズ比（ＳＮＲ）に基づいて、
変化する。

【００１０】上記した動作を詳細に示した機能ブロック
図が図１に示されている。ＴＤＭスケルチ制御回路は、
ノイズ・エスティメータ・オペレーション１０６の機能
を備え、該ノイズ・エスティメータ・オペレーション１
０６は、ＦＩＲフィルタ・オペレーション２２からの平
均パワーに対応する信号ＰＯを生成するための、２乗オ
ペレーション２６と平均算出（ＡＶＧ）オペレーション
２８との機能を含んでいる。カルマン・フィルタ・オペ
レーション３２は、ＰＯ値がスレショルド未満である場
合に、ゲート３０を通して通知されるＰＯ値に基づい
て、ノイズフロア・インバンド値を推定する。またカル
マン・フィルタ・オペレーション３２は、搬送波処理回
路１４内の様々な回路に関して計算されたノイズ指数だ
けでなく、無線周波数段での利得（Ｇｒｆ）及び中間周
波段での利得（Ｇｉｆ）に基づいて実行される。Ｇｒｆ
及びＧｉｆの値は、搬送波処理回路１４でのＡＧＣオペ
レーションによって影響される利得に依存して、変化す
る。

【００１１】ノイズフロアは、信号の経路４４に沿って
通信され、スケルチ・スレショルド計算オペレーション
５０において使用され、予め設定された所望の最小信号
対雑音比（ＳＮＲ）、及び最小信号強度又は感度（ＳＥ
ＮＳ）に基づいて、スケルチ・スレショルドが計算され
る。ＳＮＲ及びＳＥＮＳ値は、アルゴリズムにおける定
数である。オペレーション５０で計算されたスレショル
ドＫ_THRは、スレショルド検出オペレーション５２に通
信され、該オペレーション５２は、ＰＯ値がスレショル
ド未満である場合に、経路５３に沿ってゲート３０に向
かう第１の信号を生成し、ＰＯ値がスレショルドより大
きい場合に（つまり、検出信号の平均パワーがスレショ
ルドより大きい場合）、経路５５に沿って通信される別
の信号を生成する。経路５５の信号に応じて、スイッチ
等からなる信号コンディショナ５４から、検出信号が出
力経路５６へ出力される。

【００１２】先のオペレーションの結果、ＰＯ信号が主
にノイズ・パワーからなる場合、ゲート３０はＰＯ信号
をカルマン・フィルタ・オペレーション３２に通知す
る。図２は、カルマン・フィルタ・オペレーション３２
の詳細図を示している。経路５３上の信号に応じて、受
信ノイズ・パワーの平均（すなわち、ＰＯ信号が主にノ
イズから成る場合のＰＯ信号の平均）が、オペレーショ
ン３６において計算される。さらに、オペレーション３
４において、搬送波処理回路１４のＲＦ及びＩＦ周波数
段（ＧｒｆとＧｉｆ）からノイズフロア（ＮＫＴＦＢ）
及び利得配分が計算される。ＮＫＴＦＢは、ＮＫＲＴ＝
熱雑音（通常、Ｔ＝２９０°Ｋにおいて−２０４ｄＢ
Ｗ）、Ｆ＝受信機ノイズ指数、及びＢ＝受信帯域幅を意
味する。

【００１３】オペレーション３４及び３６から生じる値
は、減算オペレーション３８で減算され、そしてその結
果は、信号が経路５３上に存在する場合、つまりＰＯ値
がオペレーション５０で決定されたスレショルド未満で
あることを示す場合、ラッチング・オペレーション４０
においてラッチされる。ラッチング・オペレーション４
０及びノイズフロア計算オペレーション３４から生じる
２つの信号が加算オペレーション４２で加算され、その
結果得られた平滑化ノイズフロア値が、経路４４を介し
て、スケルチ・スレショルド計算オペレーション５０に
通知される。

【００１４】図２において、信号汚染すなわち信号への
ノイズ干渉を回避するために、検出が生じる前に、ＰＯ
信号の値がスレショルド未満であり、かついくつかのサ
ンプル上で得られる場合は常に、ノイズ・パワーだけが
オペレーション３４及び３６によって更新される。オペ
レーション５０によって計算されたスレショルドを超え
る場合、ノイズ・パワーと結合された信号パワー（Ｐ
Ｓ）が計算され、やがて、信号対雑音推定値が直交化
（orthogonal）される。アルゴリズムは、チャネル・ノ
イズ統計値が、ノイズ・パワー推定値及び信号パワー推
定値との間で疑似静的である（すなわち、同じチャネル
上でゆっくり変化していく）と仮定する。

【００１５】この分野の当業者にとって、特許請求の範
囲に定義されるような本発明の技術的思想及び範囲から
外れずに、好適な実施例を変更し修正可能であることが
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成されたスケルチ処理用アル
ゴリズムの好適な形式の機能ブロック図である。

【図２】図１で示した機能ブロック図を部分的により詳
しく説明するフロー図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5K004 AA01 BA02 BB06 5K052 AA01 BB01 DD02 EE13 FF12 GG57

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無線周波数搬送波信号を受信する無線受
   信機において信号スケルチングを提供する信号スケルチ
   装置であって、 受信した無線周波数搬送波信号に応答して、ベースバン
   ド搬送波信号を生成する搬送波処理回路と、 ベースバンド搬送波信号に応答して検出信号を生成する
   検出器と、 大気条件に基づいて検出信号内の少なくともノイズを推
   定することにより、ノイズ推定信号を生成するノイズ・
   エスティメータと、 ノイズ推定信号及び１又は複数の所定の信号パラメータ
   に基づいて、所定の信号レベルを規定するスレショルド
   信号を計算するスレショルド計算器と、 検出信号から導出された信号が、所定の信号レベルに関
   して第１の所定の関係にある場合に、第１の信号を生成
   し、検出信号から導出された信号が、所定の信号レベル
   に関して第２の所定の関係にある場合に、第２の信号を
   生成するスレショルド検出器と、 第１の信号に応答して検出信号を通過させ、かつ、第２
   の信号に応答して検出信号をスケルチするシグナル・コ
   ンディショナとからなることを特徴とする信号スケルチ
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の信号スケルチ装置におい
   て、 ノイズ・エスティメータはさらに、第２の信号が生成さ
   れた場合に検出信号に応答し、第１の信号が生成された
   場合に検出信号に応答しないよう構成され、 ノイズ・エスティメータは、検出信号が自動利得制御を
   受ける前に、検出信号に応答するよう構成されているこ
   とを特徴とする信号スケルチ装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の信号スケルチ装置
   において、 ベースバンド搬送波信号はデジタル信号を含み、 検出器、ノイズ・エスティメータ、スレショルド計算
   器、及びスレショルド検出器が、デジタル・プロセッサ
   によって実行されるオペレーションであることを特徴と
   する信号スケルチ装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の信号スケルチ
   装置において、信号パラメータは、最小信号対雑音比、
   検出信号の最小強度すなわち最小感度、及び、最小信号
   強度を検出する所望の確率を含むことを特徴とする信号
   スケルチ装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４いずれかに記載の信号スケ
   ルチ装置において、 第１の所定の関係は、検出信号から得られる平均パワー
   又は検出信号の２乗平均が、所定の信号レベルより大き
   い場合であり、 ノイズ・エスティメータは、検出信号に含まれるノイズ
   成分の平均に関係するノイズ・パワー信号を生成する計
   算器と、第１の信号に応答してノイズ・パワー信号を記
   憶するラッチとを含むことを特徴とする信号スケルチ装
   置。
6. 【請求項６】 無線周波数搬送波信号を受信する無線受
   信機において信号スケルチングを提供する方法であっ
   て、 受信した無線周波数搬送波信号に応答してベースバンド
   搬送波信号を生成するステップと、 ベースバンド搬送波信号に応答して検出信号を生成する
   ステップと、 大気条件に基づいて検出信号中の少なくともノイズを推
   定することにより、ノイズ推定信号を生成するステップ
   と、 ノイズ推定信号及び１又は複数の所定の信号パラメータ
   に応じて、所定の信号レベルを規定するスレショルド信
   号を計算するステップと、 検出信号から導出される信号が、所定の信号レベルに関
   する第１の所定の関係を有している場合に、第１の信号
   を生成するステップと、 検出信号から導出される信号が、所定の信号レベルに関
   する第２の所定の関係を有している場合に、第２の信号
   を生成するステップと、 第１の信号に応答して検出信号を通過させるステップ
   と、 第２の信号に応答して検出信号をスケルチするステップ
   とからなることを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項６記載の方法において、ノイズ推
   定信号を生成するステップはさらに、 第２の信号が生成された場合に、検出信号に応答してノ
   イズ推定信号を、該検出信号が自動利得制御を受ける前
   に生成するステップと、 第１の信号が生成された場合に、検出信号に応答しない
   ノイズ推定信号を生成するステップとを含むことを特徴
   とする方法。
8. 【請求項８】 請求項６又は７記載の方法において、 ベースバンド搬送波信号を生成するステップがデジタル
   ・ベースバンド搬送波信号を生成するステップを含み、 検出信号を生成するステップと、ノイズ推定信号を生成
   するステップと、スレショルド信号を計算するステップ
   と、第１の信号を生成するステップと、第２の信号を生
   成するステップとが、デジタル処理により実行されるこ
   とを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 請求項６、７、又は８記載の方法におい
   て、スレショルド信号を計算するステップは、ノイズ推
   定信号と最小信号対雑音比とに応答するか、又は、ノイ
   ズ推定信号と検出信号の最小強度すなわち最小感度とに
   応答して、所定の信号レベルを規定するスレショルド信
   号を計算するステップを含むことを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 請求項６〜９いずれかに記載の方法に
    おいて、 第１の信号を生成するステップは、検出信号から導出さ
    れる信号が、所定の信号レベルより大きい、検出信号か
    ら得られた平均パワーを有する場合、又は検出信号の２
    乗平均を有する場合に、第１の信号を生成するステップ
    を含み、 検出信号を生成するステップは、ノイズ成分を持つ検出
    信号を生成するステップを含み、 ノイズ推定信号を生成するステップはさらに、検出信号
    のノイズ成分の平均に関係するノイズ・パワー信号を生
    成するステップと、第１の信号に応答してノイズ・パワ
    ー信号をラッチするステップとを含むことを特徴とする
    方法。