JP2008514080A

JP2008514080A - インパルス雑音訂正

Info

Publication number: JP2008514080A
Application number: JP2007531856A
Authority: JP
Inventors: アマン、エマニュエル
Original assignee: ディブコン
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2008-05-01
Also published as: WO2006030282A1; EP1638211A1; US20080200127A1; CN101019332A; TW200629753A; KR20070053258A

Abstract

移動環境でデータ伝送信号のインパルス雑音成分を検出する方法において、入力信号レベルがフェージング条件にさらされている復調信号を通信チャネルで受信し、この入力信号レベルは、インパルスル雑音成分が存在しなくても変動し、フェージング条件の下でインパルス雑音成分には無関係に入力信号レベルの変動を推定して信号の強い信号レベル推定値を取得し、この強い信号レベル推定値と入力信号レベルとに基づいてインパルス雑音成分を検出する。この方法において、インパルス雑音成分が検出された受信信号の信号成分を除去することによりインパルス雑音成分を減らす。

Description

本発明は、インパルス雑音訂正に関する。

ＯＦＤＭまたはＣＯＤＦＭは、利用可能な伝送チャネル帯域幅が互いに重複して直交する多数の離散的チャネル、すなわち、搬送波に細分される多重搬送波変調技術である。データは、予め決定された継続時間を有するシンボルの形で伝送され、複数の搬送波周波数を含む。かかるＯＦＤＭシンボル搬送波により伝送されるデータは、従来の方式を用いて振幅および／または位相を符号化し変調する。

移動環境では受信信号が劣化する。すなわち、伝送チャネルは、高速および低速フェージングなどの受信信号の種々のフェージング条件にさらされている。高速フェージングは、互いに干渉する直接信号および反射信号（マルチパス）による信号強さの変化を指し、また低速フェージングは、距離および地形の影響による信号強さの変化を指す。詳しく述べると、高速フェージングにおける信号強さの変化は、相対的な動きと、建物や木の葉などの局所の散乱物体によるものであって、短い距離で急速に変化する。低速フェージングは、長い距離にわたる局所の平均信号強さの変化である。高度に無作為の環境では、高速フェージングは、ガウス分布を有し、低速フェージングは、対数正規分布になる。

移動環境において多くの通信で発生する高速フェージング条件を処理するとき、信号搬送波の半波長程度の変動が関係する。言い換えると、６００ＭＨｚのＦＲ信号では５０ｃｍである。これは、送信機と受信機との間で建設的マルチパスと破壊的マルチパスとが重なり合うことから起こる。したがって、従来の受信機は、高速フェージング条件の下で性能が大幅に劣化するのを防ぐために自動利得制御（ＡＧＣ）を用いている。ＡＧＣシステムは、安定と考えられる受信機の入力での信号の利得を適応させ、簡単なインパルス雑音検出器でインパルス雑音を検出することができる。言い換えると、ＡＧＣシステムは、大部分の範囲にわたって受信機出力の振幅を一定に保ち、入力レベルに逆比例するよう受信機の利得を設定している。

ＯＦＤＭデータ伝送システムの分野で周知の問題は、伝送チャネルでエラーのバーストを生成する可能性のあるインパルス雑音の問題である。インパルス雑音またはバースト妨害は、予期しないときに起こり、継続時間が短く（例えば、数マイクロ秒）、全てのトーンまたは帯域を劣化させる。
インパルス雑音の影響を防ぐため、従来のシステムは、一定信号レベルに比べてレベルの高い信号サンプルを検出するシステムを用いている。したがってＡＧＣループは、高速フェージングを含む全ての種類のフェージングを正確に補償する必要がある。

詳しく述べると、移動する受信機の速度が増加しまたは変化するとき、ＡＧＣシステムだけでは高速フェージング・チャネル条件を効果的に補償することができない。実際のところ、高速フェージング条件にさらされている雑音を含む信号を訂正するための適当なシステムを設けないと、チャネル状態の推定値の誤りおよびインパルス雑音のために性能が大幅に劣化することがある。
したがって、インパルス雑音成分を訂正して、フェージング条件の下での受信信号の質を高める新しい方法を開発することが望ましい。

したがって、本発明の目的は、インパルス雑音訂正の優れた方法および装置を提供することである。
かかる目的をふまえて、本発明は、移動環境でデータ伝送信号のインパルス雑音成分を検出することを特徴とする。上に述べたように、この方法は、
・入力信号レベルがフェージング条件にさらされている復調信号を通信チャネルで受信し、この入力信号レベルは、インパルスル雑音成分が存在しなくても変動し、
・フェージング条件の下でインパルス雑音成分には無関係に入力信号レベルの変動を推定して信号の強い信号レベル推定値を取得し、
・この強い信号レベル推定値と入力信号レベルとに基づいてインパルス雑音成分を検出するステップを含む。

また、この方法は、請求項２に述べるように、そのインパルス雑音成分が検出された受信信号の信号成分を除去することによりインパルス雑音成分を減らす。
上記において、この方法は、高速フェージング条件を一層効果的に処理し、また信号レベルの変動と信号の一定レベルとを正確に推定するように長さを適合させした時間間隔（Ｉ）にわたって入力信号レベルを推定する。したがって、インパルス雑音訂正を行うことにより受信信号の質を大幅に向上させることができる。

更に、請求項５に示すように、この方法は、インパルス雑音成分の検出を改善する。
また、本発明は、上記の方法に従ってデータ伝送信号のインパルス雑音成分を検出する通信システムに関するものであり、通信システムの他の特徴は、従属請求項に述べられている。

請求項１１に述べるように、本発明は、またプロセッサに次のことを実行させるコンピュータ読取り可能なプログラム・コードを記憶するコンピュータ読取り可能な記憶媒体を含む部品（例えば、チップ）を特徴とし、このプログラム・コードによりプロセッサは、
・移動環境で入力信号レベルがフェージング条件にさらされている復調信号を通信チャネルで受信し、この入力信号レベルは、インパルスル雑音成分の存在がなくても変動し、
・フェージング条件の下で、インパルス雑音成分には無関係に入力信号レベルの変動を推定して信号の強い信号レベル推定値を取得し、
・この強い信号レベル推定値と入力信号レベルとに基づいてインパルス雑音成分を検出する。

この部品の他の特徴は、更に従属請求項に記載されている。
インパルス雑音訂正方法の種々の態様は、以下の説明および図面また請求項から明らかである。

図１において、通信システム２は、送信機４と受信器６を含む。送信機４は、受信器６に結合するアンテナ１０に変調波８を送信する。変調波８は、受信アンテナ１０により、受信器６内で処理される無線周波数（ＲＦ）信号に変換される。受信器６は、受信機１２、雑音検出器１４、雑音削減器１６および信号処理器１８を含む。

変調波８は、受信器６に入り、まず受信機１２で処理される。受信機１２は、チューナや増幅器などの従来の信号処理装置を含む。また変調波８は、受信機１２でＡ−Ｄ変換される。受信機１２は、予備処理された信号２０（ｘ（ｔ）で示す）を出力する。信号２０は、雑音検出器１４で更に処理される。雑音検出器１４は、有意なインパルス雑音値を信号値から識別することによりインパルス雑音を検出する。この機構は、図２に更に詳細に記述されている。雑音検出器１４は、予備処理された信号２０（ｘ（ｔ））からインパルス雑音を検出し、予備処理された信号２０と共に雑音削減制御信号２２を出力する。これらの信号は、雑音削減器１６に入る。削減器１６は、予備処理された信号２０（ｘ（ｔ））からインパルス雑音成分を削減または除去する。これは、そのインパルス雑音成分が検出された受信信号の信号成分を除去することにより行われ、雑音のない信号２４が出力される。次に雑音のない信号２４は、更に高いレベルの信号処理を行うために信号処理器１８に送られる。

次に図２において、雑音検出器１４は、予備処理された信号２０（ｘ（ｔ））を受信機１２から受ける。雑音検出器１４は、信号サンプリング器３０、強いレベル推定回路３２および雑音検出回路３４を含む。予備処理された信号２０（ｘ（ｔ））が雑音検出回路３０によりサンプリングされると、サンプリングされた信号３６は、強いレベル推定回路３２に入る。

詳しく述べると、強いレベル推定回路３２は、偏差（すなわち、正規の仕様外の仮定された分布またはモデルから逸れる条件）を検出する回路である。したがって、強いレベル推定回路３２は、例えば、小さな時間間隔（Ｉ）のサンプリングされた信号３６（ｘ（ｔ）で示す）のレベルの変動を推定する。サンプリングされた信号３６の場合は、Ｐ（Ｉ）は、サンプリングされた信号３６のレベルの平均の平方根（すなわち｜ｘ（ｔ）｜²）を表す。また、間隔(Ｉ)の長さは、最も正確な推定値を得るのには十分長いが、時間間隔（Ｉ）にわたって｜ｘ（ｔ）｜²のレベルを一定に保つことができるように十分短い。強いレベル推定回路３２内では、推定値の計算は、信号２０（ｘ（ｔ））のインパルス雑音成分に対して強くなければならない。これは、サンプリングされた信号ｘ（ｔ）がインパルス雑音成分により劣化しているときに、この推定が大きな影響を受けてはならないことを意味する。推定値を強くするのに他の方法を用いてもよい。例えば、所定のしきい値より高い値を推定の計算から除くとか、インパルス雑音の位置の簡単な粗推定を行って、サンプリングされた信号３６の計算から、これらの点を除くなどである。

したがって、強いレベル推定回路３２は、高速フェージング条件の下でインパルス雑音成分には無関係に、予備処理された信号２０のレベルの変動の推定値を生成する。これにより、信号２０（ｘ（ｔ））の強い信号レベル推定値（すなわち、Ｐ(Ｉ)）が得られる。次に雑音検出回路３４は、強い信号レベル推定値Ｐ(Ｉ)および信号２０（ｘ（ｔ））に基づいてインパルス雑音成分を検出し、Ｄ（ｔ）で示す雑音削減制御信号２２を出力する。これは、更に処理するために雑音削減器１６に送られる。更に、上に述べたように信号２０（ｘ（ｔ））も線２６で示すように雑音削減器１６に直接、出力されるので、インパルス雑音成分を削除して雑音のない信号２４を処理することができる。

図１および図２に関して用いられる検出アルゴリズムのフレームワークは、時刻ｔでの信号２０（ｘ（ｔ））内のインパルス雑音成分の確率として検出関数Ｄ（ｔ）を定義することを含む。信号２０（ｘ（ｔ））と或るしきい値とを比較して検出関数Ｄ（ｔ）を決定し、例えば、信号２０（ｘ（ｔ））が所定のしきい値より大きいか、または小さい場合は、信号２０（ｘ（ｔ））の信号エネルギから判断してインパルス雑音成分が存在することを検出関数Ｄ（ｔ）が示すようにする。言い換えると、｜ｘ（ｔ）｜＞Ａの場合は、Ｄ（ｔ）＝１であり、その他の場合は、Ｄ（ｔ）＝０である。

図２に戻って、強いレベル推定回路３２により生成された強い信号レベル推定値Ｐ(Ｉ)を考慮して雑音削減制御信号２２を決定する場合は、上に述べたアルゴリズムを更に改善して適応させることができる。すなわち、｜ｘ（ｔ）｜＞Ａ・Ｐ（Ｉ）（すなわち、適応されたしきい値）の場合は、検出関数Ｄ（ｔ）＝１であり、｜ｘ（ｔ）｜がその他の場合は、Ｄ（ｔ）＝０である。これを書き直すと、｜ｘ（ｔ）｜／Ｐ（Ｉ）＞Ａの場合は、Ｄ（ｔ）＝１であり、その他の場合は、Ｄ（ｔ）＝０である。これにより、｜ｘ（ｔ）｜は、Ｐ（Ｉ）を用いて正規化される。

次に、図３はインパルス雑音を訂正する方法４０を示す。方法４０では、ステップ４２で、或る信号時間間隔を用いて或る時間間隔内の信号のレベルを推定する。その結果、信号ｘ（ｔ）の或るレベルが生成される。次にステップ４４で、生成された信号ｘ（ｔ）を入力として用いて、強い信号レベル推定値を計算する。得られた出力は、信号の強いレベルである。次にステップ４６で、これを用いてインパルス雑音成分を検出する。ここで検出アルゴリズムは、インパルス雑音成分が時間の関数として信号内に存在する確率と定義される検出関数を用いる。したがって、検出ステップ４６の出力は、インパルス雑音検出値を生成する。

インパルス雑音検出値が検出された場合（ステップ４８）は、インパルス雑音除去ステップ５０でインパルス雑音成分を除去する。次に、方法４０は、引き続き次の信号時間間隔を入力して信号のレベルを推定する（ステップ４２）。しかし、インパルス雑音検出値が検出されない場合（ステップ５２）は、方法４０は、直接にステップ４２に進む。

多くの別の実施の形態が可能である。例えば、図４は、図２の雑音検出器１４と同様な別の雑音検出器７０を示す。この雑音検出器７０では、雑音検出回路７２は、信号７４（ｘ（ｔ））と、雑音削減器７８により生成されるしきい値７６とに基づいてインパルス雑音成分を検出する。雑音削減器７８は、雑音のない信号８０（すなわち、Ｄ（ｔ））を生成する。これは、信号７４（ｘ（ｔ））のインパルス雑音成分を定義する。言い換えると、しきい値７６を用いて、信号７４（ｘ（ｔ））と、雑音削減器７８により生成される雑音のない信号値とを比較するので、このフィードバック機構によりインパルス雑音成分を一層、正確に検出することができる。そのため、雑音検出器７０は、移動環境における信号のインパルス雑音成分の検出を更に改善することができる。

また、上に述べた方法および装置は、特定の検出アルゴリズムを用いて述べたが、他の検出機能も可能である。

本発明に係る受信器の略図である。図１の受信器の雑音検出器の略図である。インパルス雑音成分を訂正する方法の流れ図である。図１の受信器の別の雑音検出器の略図である。

Claims

移動環境でデータ伝送信号のインパルス雑音成分を検出する方法であって、
入力信号レベルがフェージング条件にさらされている復調信号を通信チャネルで受信し（４２）、入力信号レベルは、インパルスル雑音成分が存在しなくても変動し、
フェージング条件の下でインパルス雑音成分には無関係に入力信号レベルの変動を推定して前記信号の強い信号レベル推定値を取得し（４４）、
強い信号レベル推定値と入力信号レベルとに基づいてインパルス雑音成分を検出する（４６）ことを特徴とする前記方法。
請求項１記載の方法であって、インパルス雑音成分が検出された受信信号の信号成分を除去することによりインパルス雑音成分を減らす（５０）ことを更に含む前記方法。
請求項１または２記載の方法であって、前記フェージング条件は、高速フェージング条件を含む前記方法。
請求項１から３のいずれかに記載の方法であって、入力信号レベル（ｘ（ｔ））の変動を推定する（４４）ことは、前記信号レベルの変動と前記信号レベルの一定レベルとを正確に推定するように長さを適合させた時間間隔（Ｉ）にわたって入力信号レベル（ｘ（ｔ））を推定することを含む前記方法。
請求項４記載の方法であって、前記インパルス雑音成分を検出するステップ（４６）は、時間間隔（Ｉ）にわたる強い信号レベル推定値（Ｐ（ｔ））を用いることによりインパルス雑音成分が存在する確率（Ｄ（ｔ））を計算する検出アルゴリズムを定義することを含む前記方法。
移動環境でデータ伝送信号のインパルス雑音成分を検出する通信システムであって、
移動環境で入力信号レベルがフェージング条件にさらされている復調信号を通信チャネルで受信する受信モジュール（６）を含み、入力信号レベルは、インパルスル雑音成分が存在しなくても変動するものであり、前記モジュールは、
フェージング条件の下でインパルス雑音成分には無関係に受信変調信号の入力信号レベルの変動を推定して前記信号の強い信号レベル推定値を取得する強いレベル推定回路（３２）と、
強い信号レベル推定値と入力信号レベルとに基づいてインパルス雑音成分を検出する検出ユニット回路（３４）と、
を含む雑音検出ユニット（１４）を含む通信システム。
請求項６記載の通信システムであって、さらに、インパルス雑音成分が検出された受信信号の信号成分を除去することによりインパルス雑音成分を減らす削減器（１６）を含む通信システム。
請求項６または７記載の通信システムであって、前記フェージング条件は、高速フェージング条件である通信システム。
請求項６から８記載の通信システムであって、強いレベル推定回路（３２）は、更に、前記信号レベルの変動と前記信号レベルの一定レベルとを正確に推定するように長さを適合させた時間間隔（Ｉ）にわたって入力信号レベルを推定する通信システム。
請求項９記載の通信システムであって、検出器（３４）は、更に、時間間隔（Ｉ）にわたる強い信号レベル推定値（Ｐ（ｔ））を用いることによりインパルス雑音成分が存在する確率（Ｄ（ｔ））を計算する検出アルゴリズムを定義する通信システム。
命令のシーケンスがコンピュータ読取り可能な記憶媒体上に記憶されたコンピュータ・プログラム製品を含む部品であって、命令シーケンスをプロセッサが実行すると、前記プロセッサは、
移動環境で入力信号レベルがフェージング条件にさらされている復調信号を通信チャネルで受信し（４２）、入力信号レベルは、インパルスル雑音成分の存在がなくても移動し、
フェージング条件の下でインパルス雑音成分には無関係に入力信号レベルの変動を推定して前記信号の強い信号レベル推定値を取得し（４４）、
強い信号レベル推定値と入力信号レベルとに基づいてインパルス雑音成分を検出する（４６）前記部品。
請求項１１記載の部品であって、前記命令のシーケンスによりプロセッサは、
インパルス雑音成分が検出された受信信号の信号成分を除去することによりインパルス雑音成分を減らす（５０）前記部品。
請求項１１または１２記載の部品であって、前記フェージング条件は、高速フェージング条件である前記部品。