JP2008244691A - ノイズ除去回路 - Google Patents

Abstract

【課題】専用アンテナの付加を必要とせず、かつ、安定してノイズを除去するノイズ除去回路を提供する。
【解決手段】アンテナと、ＲＦ回路と、Ａ／Ｄ変換器とを備える無線受信装置に用いるノイズ除去回路であって、前記ＲＦ回路を前記アンテナまたは接地点のいずれかに接続するスイッチ手段と、前記ＲＦ回路が前記アンテナに接続されているときに、前記Ａ／Ｄ変換器から出力される第１の信号データから、前記ＲＦ回路が前記接地点に接続されているときに前記Ａ／Ｄ変換器から出力される第２の信号データを差し引くノイズ除去手段とを備えることを特徴とするノイズ除去回路。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信用の受信装置におけるノイズ除去回路に関する。

従来、携帯電話が受信するノイズを低減するための技術が研究されている。例えば、通話やメール送受信などのための信号受信アンテナの他に、ノイズを受信するためのノイズアンテナを設けて、信号受信アンテナで受信した信号から、ノイズアンテナで受信したノイズを差し引くことにより、信号に重畳されているノイズを除去するノイズ除去無線端末が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２６０４２８号公報

しかしながら、近年、携帯電話端末の多機能化や情報転送量の高速化・大容量化に伴って、自端末の内部回路から発生するノイズが信号受信回路に回り込み、端末自身から発生すうノイズがみずからの性能に悪影響を与えてしまういわゆる「自家中毒」型のノイズ問題が顕在化している。

例えば、アースから伝わる伝導ノイズ、電波などの放射ノイズ、磁界などと結合する結合ノイズ、及び、ベースバンド伝送時のＤＣオフセットなどが無線信号受信回路の性能（感度）を劣化させる。特に、例えばＰＣ（Personal Computer）、自動車、家電などに無線信号受信回路が組み込まれて動作するときなど、他の回路と近接して無線信号受信回路が設置されるときにはこれらのノイズの影響は大きくなる。

特許文献１に示す従来技術では、ノイズを受信するための専用アンテナを付加する必要があり、また雑音を相殺するためのレベル調整が必要であり、また、経年変化や温度変化などによってレベルがずれると必ずしもノイズは相殺されない。さらに、ノイズ受信アンテナと信号受信アンテナの設置位置や周波数特性などの違いにより、両者で受信ずるノイズには差異があるため、レベルを合わせてもノイズを完全に相殺することはできなかった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、専用アンテナの付加を必要とせず、かつ、安定してノイズを除去するノイズ除去回路を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、アンテナ（例えば、本実施形態例におけるアンテナ１）と、ＲＦ回路（例えば、本実施形態例におけるＲＦ回路３）と、Ａ／Ｄ変換器（例えば、本実施形態例におけるＡ／Ｄ変換部４）とを備える無線受信装置に用いるノイズ除去回路であって、ＲＦ回路をアンテナまたは接地点のいずれかに接続するスイッチ手段（例えば、本実施形態例におけるスイッチ回路２）と、ＲＦ回路がアンテナに接続されているときに、Ａ／Ｄ変換器から出力される第１の信号データから、ＲＦ回路が接地点に接続されているときにＡ／Ｄ変換器から出力される第２の信号データを差し引くノイズ除去手段（例えば、本実施形態例におけるノイズ除去部５）とを備えることを特徴とするノイズ除去回路である。

本発明は、ノイズ除去手段は、複数の第２の信号データの平均値を第１の信号データから差し引くことをさらに特徴とする請求項１に記載のノイズ除去回路である。

本発明は、スイッチ手段の接続を切り替えるスイッチ制御手段（例えば、本実施形態例におけるクロック回路７と、クロック制御部８）をさらに備え、該スイッチ制御手段は、第２の信号データの時間変化量に基づいて、スイッチ制御手段がＲＦ回路を接地点に接続する周期を制御することをさらに特徴とする請求項２に記載のノイズ除去回路である。

本発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のノイズ除去回路を備える無線受信装置である。

以上説明したように、本発明によれば、同一のアンテナから受信する信号に基づいてノイズを検出して除去するようにしたので、無線通信端末において信頼性の高いノイズ除去回路を提供することができる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態によるノイズ除去回路の構成を示す図である。本実施形態では、本ノイズ除去回路は、携帯電話端末等の無線端末内に備えられることを想定する。
このノイズ除去回路は、アンテナ１と、スイッチ回路２と、ＲＦ回路３と、Ａ／Ｄ変換部４と、ノイズ除去部５と、信号処理部６と、クロック回路７と、クロック制御部８とを備える。
アンテナ１は、外部から電波を受信して、変調信号をスイッチ回路２に転送する。
スイッチ回路２は、入力される制御信号に応じて、ＲＦ回路３の接続先をアンテナ１側または接地側に切り替える。

図２は、スイッチ回路２の構成例を示す図である。スイッチ回路２は、スイッチ２１と、スイッチ２２と、スイッチ２３とを有している。これらスイッチはクロック制御部８からのクロック信号を同時に受信する（図２の点線はクロック信号を示す）。スイッチ２１のオン／オフが切り替えられると、アンテナ１とＲＦ回路３との経路が接続または切断される。

スイッチ２２とスイッチ２３とは同時に受信するクロック信号により同時に開閉する。スイッチ２２とスイッチ２３とは、いずれも、一端は抵抗を介して接地され、一端はアンテナ１およびＲＦ回路３に接続される。スイッチ２２とスイッチ２３とのオン／オフが切り替えられると、アンテナ１とＲＦ回路３との接地経路が接続または切断される。

受信するクロック信号によりスイッチ２１がオン状態となると、同時にスイッチ２２およびスイッチ２３がオフ状態となる。以下、実施形態の説明中で、スイッチ回路２がこのようなスイッチ２１がオン状態でありスイッチ２２およびスイッチ２３がオフ状態である状態を、スイッチ回路２がアンテナ接続状態であるという。また、スイッチ２１がオフ状態となると、同時にスイッチ２２とスイッチ２３とがオン状態となる。以下、実施形態の説明中で、スイッチ回路２がこのようなスイッチ２１がオフ状態でありスイッチ２２およびスイッチ２３がオン状態である状態を、スイッチ回路２が接地状態であるという。

すなわち、クロック信号によって、アンテナ１からの受信信号は、ＲＦ回路３に伝送される状態と接地される状態が切り替わる。
図２では、スイッチ２２を設けて、その状態によってアンテナ１が接地されるようになっているが、スイッチ２１が切断状態であるとき、アンテナ１は必ずしも接地される必要はない。

ＲＦ回路３は、アンテナ１から受信する変調信号から、例えば、ベースバンド信号を検波する。ＲＦ回路３は、さらに、増幅・フィルタ・周波数変換・利得調整などの機能を持つ一般的なＲＦ回路であって良い。また、ＲＦ回路３が検波する信号は、ＩＦ（Intermediate Frequency）信号でも良い。
Ａ／Ｄ変換部４は、ＲＦ回路３から出力されるベースバンド信号を、クロック信号を受信するタイミングでサンプリングしてディジタル値に変換し、ノイズ除去部５に転送する。

ノイズ除去部５は、Ａ／Ｄ変換部４から受信するディジタル値のベースバンド信号とクロック制御部８から受信するクロック信号とに基づいて、ベースバンド信号からノイズを除去し、信号処理部６に転送する。ここで、ノイズ除去部５は、ノイズ除去処理を行うためのレジスタ（記憶部）を有することとする。
信号処理部６は、同期・復調・誤り訂正復号などの処理が行なわれる。
ノイズ除去部５と信号処理部６とは、同一の回路により実現してもよい。また、ノイズ除去部５と信号処理部６とは、具体的には、いわゆるソフトウェアをＤＳＰ（Digital Signal Processor）やＣＰＵ（Central Processing Unit）で動作させることにより実現されてもよい。
クロック回路７及びクロック制御部８は、スイッチ回路２とＡ／Ｄ変換部４とノイズ除去部５とが動作するタイミングを制御するクロック信号を生成する。

次に、アンテナ１から受信した変調信号がノイズ除去部５にてノイズ除去され、信号処理部６に転送される動作例を説明する。
まず、クロック回路７とクロック制御部８とはクロック信号の送信を行う。ここでは、クロック信号は一定の間隔で送信されることとする。
例えば、スイッチ回路２は初期状態では、アンテナ接続状態であることとする。アンテナ１が受信した変調信号は、スイッチ回路２がアンテナ接続状態なので、ＲＦ回路３に転送される。このとき、変調信号はノイズ信号を含む。

変調信号はＡ／Ｄ変換部４でディジタル変換され、変換後のディジタル値がノイズ除去部５に転送される。ノイズ除去部５は、レジスタにディジタル値を記憶させる。例えば、このディジタル値を変調信号ディジタル値という。例えば、このときのディジタル値は、３．５Ｖであったこととする（図３の（Ｂ）のＸ）。

そして、クロック制御部８は、クロック信号を発信する。スイッチ回路２は、クロック信号を受信すると、アンテナ接続状態から接地状態に切り替わる。Ａ／Ｄ変換部４は、このときに受信する信号をディジタル変換する。このとき受信する信号は、ノイズ信号のみである。Ａ／Ｄ変換部４が変換したディジタル値はノイズ除去部５に転送され、ノイズ除去部５はディジタル値を受信する。例えば、このディジタル値をノイズ信号ディジタル値という。例えば、このときのディジタル値は、０．５Ｖであったこととする（図３の（Ｂ）のＹ）。

ノイズ除去部５は、レジスタに記憶された変調信号ディジタル値を読み出し、ノイズ信号ディジタル値を差し引いた値をノイズ除去後信号値として、信号処理部６に転送する。ここでは、ノイズ除去後信号値は３．０Ｖであることとなる。なお、変調信号ディジタル値から差し引くノイズ信号ディジタル値は、その変調信号ディジタル値の直前のノイズ信号ディジタル値でも良いし、直後のノイズ信号ディジタル値でも良い。
以降、ノイズ除去回路の各部は上記動作を繰り返し、図３に示すようにサンプル値を算出する。このように、ノイズ信号を含む変調信号値から、ノイズ信号値を差し引くことによって、ノイズを除去された信号値を得ることができる。

本実施形態によれば、例えば、Ａ／Ｄ変換部４の入力が差動入力になっている場合、差動入力のプラス（＋）端子側とマイナス（−）端子側にコモンモードノイズが伝搬し、かつ、プラス端子側とマイナス端子側が何らかの原因で不平衡になっていると、コモンモードノイズがプラス端子とマイナス端子間のノーマルモードノイズに変換され、Ａ／Ｄ変換後のディジタル値にノイズ成分として現れる。同じくＡ／Ｄ変換部４の基準電圧入力にノイズが重畳されている場合も、Ａ／Ｄ変換後のディジタル値にノイズ成分として現れる。ノイズ除去部５は、これらのノイズをも除去するものである。

＜第２の実施形態＞
クロック制御部８は、ノイズ信号に基づいてクロック信号を送信するタイミングを制御する構成としても良い。つまり、Ａ／Ｄ変換部４がディジタル値を生成するサンプリングタイミング、すなわちスイッチ回路２のアンテナ接続状態と接地状態を切り替える間隔は、図３（Ａ）に示すように１対１の間隔でも良いし、ノイズ信号の時間変化がサンプリングタイミングに比べて緩やかな場合は、図３（Ｃ）に示すように、３対１などの間隔でサンプリングすることとしても良い。

＜第３の実施形態＞
ノイズ除去部５が、複数のサンプル値の平均値を算出し、この平均値を変調信号から差し引くことでノイズ除去を行っても良い。この際、一定間隔でノイズ信号のＦＦＴ（Fast Fourier Transform、高速フーリエ変換）を行い、周波数の解析結果に基づいて、平均化するサンプル値の取得間隔を決定しても良い。すなわち、予め定められた閾値を超える周波数が一定数検出された場合、ノイズ変動が大きいとして、平均化の間隔を短くするように構成しても良い。

＜第４の実施形態＞
ＲＦ回路３がＡＧＣ（Automatic Gain Control）の機能を有する場合、ＲＦ回路３が受信する変調信号は、図３（Ｂ）に示すようにクロック信号ごとに上下するために平均入力レベルが低下し、利得が大きく調整されてしまう。このような場合、アンテナ側及び接地側へのスイッチの切り替え時間の比率、及び想定されるノイズ電力を考慮して、ＲＦ回路３の平均入力レベルに対して利得を低めに設定するようにＡＧＣを設定する。

＜第５の実施形態＞
第１の実施形態では、クロック制御部８を設けてクロック信号の送信を制御することとしたが、これを設けずに、クロック回路７が一定間隔でクロック信号を送信する構成としても良い。図４は、クロック制御部８を設けないこととした場合のノイズ除去回路の構成を示す図である。この場合、図５に示すように、例えば、クロックの立ち上がりタイミングでスイッチ回路２の切り替えを行い、クロックの立ち下がりタイミングでＡ／Ｄ変換部４がサンプリングを行なうことで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第６の実施形態＞
本発明によるノイズ除去回路は、図６に示すように、無線信号の受信回路だけでなく送信回路も具備する無線端末に備えることとしても良い。この場合は、アンテナからの信号をＦＤＤ（Frequency Division Duplex）の場合はデュプレクサ１０で、ＴＤＤ（Time Division Duplex）の場合はスイッチ等によって送受の信号を分離する。また、送信用にはＤ／Ａ変換部１１を設ける。

以上説明したように、従来の無線端末では、無線信号受信回路が他の回路と近接して設置されるとき（例えばＰＣ、自動車、家電などに無線信号受信回路が組み込まれるときなど）に、ノイズの影響を大きく受け、無線信号受信回路の性能（感度）が劣化する。
本発明は、ノイズを部分的にサンプリングする機能を従来回路に付加することにより、アンテナからの受信信号に含まれるノイズ成分を除去する。これにより無線信号受信回路の性能（感度）が向上し、他の回路と近接して設置しても無線信号を問題なく受信可能となる。

このように、本発明によれば、ノイズ及びＤＣオフセットを除去（あるいは低減）することができるため、無線信号受信回路の性能（感度）が向上する。他の回路と近接して設置しても無線信号を問題なく受信可能となる。
また、ノイズを相殺するためのレベル調整が不要であり、経年変化や温度変化の影響がない。また信号を受信している時と同一の経路でノイズを検知するため、信号に重畳されるノイズを高い精度で相殺することができる。
さらに、無線通信モジュールを各種の機器に組み込むときに、一般には組込み先の機器と通信モジュールで一体のノイズ設計をすることが困難であり、前述のような受信感度劣化が生じやすい。本発明を無線通信モジュールに適用することによりそのような受信感度劣化を低減することができる。

なお、本発明における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりノイズ除去を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明の第１の実施形態による端末構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態によるスイッチ回路の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態によるサンプリングイメージである。 本発明の第５の実施形態による端末構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態によるサンプリングのタイミングを示す図である。 本発明の第６の実施形態による端末構成を示す図である。

符号の説明

１ アンテナ
２ スイッチ回路
３ ＲＦ回路
４ Ａ／Ｄ変換部
５ ノイズ除去部
６ 信号処理部
７ クロック回路
８ クロック制御部
１０ デュプレクサ
１１ Ｄ／Ａ変換部
２１ スイッチ
２２ スイッチ
２３ スイッチ

Claims (4)

1. アンテナと、ＲＦ回路と、Ａ／Ｄ変換器とを備える無線受信装置に用いるノイズ除去回路であって、
   前記ＲＦ回路を前記アンテナまたは接地点のいずれかに接続するスイッチ手段と、
   前記ＲＦ回路が前記アンテナに接続されているときに、前記Ａ／Ｄ変換器から出力される第１の信号データから、前記ＲＦ回路が前記接地点に接続されているときに前記Ａ／Ｄ変換器から出力される第２の信号データを差し引くノイズ除去手段と
   を備えることを特徴とするノイズ除去回路。
2. 前記ノイズ除去手段は、複数の前記第２の信号データの平均値を前記第１の信号データから差し引くこと
   をさらに特徴とする請求項１に記載のノイズ除去回路。
3. 前記スイッチ手段の接続を切り替えるスイッチ制御手段をさらに備え、
   該スイッチ制御手段は、第２の信号データの時間変化量に基づいて、スイッチ制御手段がＲＦ回路を接地点に接続する周期を制御すること
   をさらに特徴とする請求項２に記載のノイズ除去回路。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のノイズ除去回路を備える無線受信装置。

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