JP2010098413A - 妨害ノイズ低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号補間技術とＡＤＦを組み合わせた場合において、マルチパスなど弱レベルから強レベルの妨害条件下において妨害ノイズ低減を可能とする妨害低減装置を提供する。
【解決手段】妨害ノイズの低減処理を行う適応フィルタ部と、適応フィルタ部を動作させた信号と動作させない信号とを切り換える入力切換部と、受信信号の妨害ノイズレベルを判断しする妨害レベル判断部と、入力切換部により切り換えられた適応フィルタ部からの出力信号を復調する復調部と、記復調部により復調された信号に対して、妨害ノイズの低減処理を行う信号補間技術部とを有し、妨害レベル判断部が強レベルの妨害であると判断した状態では、入力切換部は適応フィルタ部を動作させない信号を復調部に入力することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチパス妨害などにより発生した受信信号のノイズを低減する妨害ノイズ低減装置、方法等に関する。例えば、車両などの移動体に搭載されるＦＭラジオ受信機等に関するものである。

従来より、車両などの移動体に搭載されるＦＭラジオ受信機では、妨害に対応するため様々な技術が用いられてきた。その中の代表的な妨害ノイズ低減技術の一つとして、信号補間技術が上げられる。

信号補間技術は、ＦＭ復調後のコンポジット信号において、マルチパス妨害ノイズの発生箇所を検知し、それを波形整形することでノイズ低減を行う技術である。この信号補間技術は、大きな歪が発生する強レベルのマルチパス妨害条件下で特に効果を発揮する。しかし、完全にきれいな波形に戻すことが難しく、歪みがある程度小さい、中弱レベルのマルチパス妨害に対しては改善効果は小さくなる。（例えば、特許文献１参照）
次に、代表的な妨害ノイズ低減技術として、適応フィルタ(Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｆｉｌｔｅｒ：以下、略語ＡＤＦを用いる)が挙げられる。これは、ＦＭ信号は妨害がない場合は振幅が一定であるが、マルチパス妨害などがあると本来一定であるべきＦＭ信号の振幅が変動することを利用する。ＡＤＦは出力信号の振幅が一定値となるように制御することにより、マルチパスなどの妨害ノイズを抑圧する技術である。ＡＤＦは特に中弱レベルのマルチパス妨害条件下で効果を発揮する。しかし、強レベルのマルチパス妨害条件下では、反射波に直接波が打ち消され、振幅を一定に制御することが困難であり改善効果は小さい。（例えば、特許文献２参照）
特開２００２−３６８６３３号公報 特開２００５−６４６１６号公報

前述した様に、信号補間技術は強レベルのマルチパス妨害条件下において有効であり、ＡＤＦは中弱レベルのマルチパス妨害条件下において有効である。このことより、信号補間技術とＡＤＦを有効に組み合わせることができれば、弱レベルから強レベルのマルチパス妨害条件下においてマルチパス妨害ノイズ低減が可能になると考えられる。

しかしながら、ＡＤＦは強レベルのマルチパスなどの妨害により発生したノイズに対しては十分なノイズ低減効果が得られず、不安定な動作をしてしまいノイズの低減効果が無いだけでなく、受信信号に悪影響を与えてしまうという課題がある。そのため、信号補間技術とＡＤＦを単純に組み合わせた場合、 強レベルのマルチパス妨害条件下では、前段のＡＤＦが受信信号に及ぼす悪影響のため、後段の信号補間技術の効果が十分に発揮できないという問題がある。

本発明は、信号補間技術とＡＤＦを組み合わせた場合において、マルチパスなど弱レベルから強レベルの広範囲の妨害条件下において妨害ノイズ低減を可能とする妨害低減装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１の局面は、
マルチパス妨害により発生したノイズ成分を含む受信信号を入力信号として、妨害ノイズの低減処理を行う適応フィルタ部と、適応フィルタ部を動作させた信号と動作させない信号とを切り換える入力切換部と、受信信号の妨害ノイズレベルを判断し、入力切換部へ判断結果を通知する妨害レベル判断部と、入力切換部により切り換えられた適応フィルタ部からの出力信号を復調する復調部と、復調部により復調された信号に対して、妨害ノイズの低減処理を行う信号補間技術部とを有し、
妨害レベル判断部が強レベルの妨害であると判断した状態では、入力切換部は適応フィルタ部を動作させない信号を復調部に入力する妨害ノイズ低減装置である。

また、妨害レベル判断部は、妨害ノイズを含む受信信号に対して前記適応フィルタ部を動作させることが受信信号に悪影響を及ぼし、信号補間技術部の所望通りの効果を生む動作の弊害となる妨害レベルであるとき強レベルの妨害と判断する。

また、妨害レベル判断部は、受信信号の妨害レベルと予め定めた基準値との比較に基づいて、強レベルの妨害と判断する。

第２の局面は、
妨害レベル判断部は、入力切換部への判断結果の通知と共に、信号補間技術部へも判断結果を通知することを特徴とする。

また、前記入力切換部は、瞬時に前記適応フィルタ部を動作させた信号と動作させない信号とを切り換える。

また、適応フィルタ部は、適応フィルタの動作を抑止する制御方法として、適応フィルタのフィルタ係数を初期化する。

また、適応フィルタ部は、適応フィルタの動作を抑止する制御方法として、適応フィルタのフィルタ係数の更新を停止する。

第３の局面は、
マルチパス妨害により発生したノイズ成分を含む受信信号を入力信号として、妨害ノイズの低減処理を行う適応フィルタステップと、適応フィルタステップを動作させた信号と動作させない信号とを切り換える入力切換ステップと、受信信号の妨害ノイズレベルを判断し、入力切換ステップへ判断結果を通知する妨害レベル判断ステップと、入力切換ステップにより切り換えられた適応フィルタステップからの出力信号を復調する復調ステップと、復調ステップにより復調された信号に対して、妨害ノイズの低減処理を行う信号補間技術ステップとを有し、
妨害レベル判断ステップが強レベルの妨害であると判断した状態では、入力切換ステップは適応フィルタステップを動作させない信号を復調ステップに入力することを特徴とする妨害ノイズ低減方法である。

本発明は、信号補間技術とＡＤＦを組み合わせた妨害ノイズ低減装置において、強レベルのマルチパス妨害条件下等でもＡＤＦが受信信号に悪影響を及ぼすことなく、信号補間技術がその効果を十分に発揮することを可能とし、弱レベルから強レベルのマルチパス妨害条件下等において妨害ノイズ低減を可能とする。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる妨害ノイズ低減装置が自動車に設置され、アナログＦＭ放送を受信する車載用ＦＭラジオ受信機に適用した場合を例に説明する。なお、各図面において、本発明に関係のない構成要素は省略している。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る妨害ノイズ低減装置を内蔵したラジオ受信機１０００の全体構成を示すブロック図である。ラジオ受信機１０００は、アンテナ１０、フロントエンド部（以後、ＦＥと呼ぶ）２０、ＡＤ変換部（以後、ＡＤＣと呼ぶ）３０、ＩＱ変換部４０、適応フィルタ部５０（以降、ＡＤＦ部５０と略す）、マルチパス妨害レベル判断部６０、ＦＭ復調部７０、信号補間技術部８０、ステレオ復調部９０、ＤＡ変換部（以後、ＤＡＣと呼ぶ）１００、スピーカ１１０から構成される。

アンテナ１０は、ＦＭ放送局からの電波を受ける空中線で、例えば、ポールアンテナや窓などのガラスに組み込まれたガラスアンテナである。例えば、ガラスアンテナは、導電性ペーストを印刷することで形成される。

ＦＥ２０は、アンテナ１０が受信した高周波信号をより周波数の低い中間周波数帯に変換し、後段のＡＤＣ３０に出力する。

ＡＤＣ３０は、ＦＥ２０から出力される中間周波数帯のアナログ信号をディジタル信号に変換し（以後、ＩＦ信号と呼ぶ）、ＩＱ変換部４０に出力する。

ＩＱ変換部４０は、ＡＤＣ３０から出力されるＩＦ信号を、直交復調およびダウンサンプリングを行い、ＡＤＦ部５０とマルチパス妨害レベル判断部６０に出力する。

ここで、ＩＱ変換部４０の具体的な処理を図２に示す。ＩＦ信号を２つに分岐させ、図２に示すように、ＳＩＮ信号およびＣＯＳ信号をそれぞれに掛け合わせダウンサンプリングするとＩ信号とＱ信号という複素化された信号が得られる。なお、図２のＦｉｆはＩＦ信号の中心周波数、ＦｓはＩＦ信号のサンプリング周波数を示す。また、piは円周率であり、ｎは何サンプル目かを示す（ディジタル信号であり、サンプリング周期１／Ｆｓの整数倍の時刻におけるデータを保持している）。このように図２では出力が２つになっているが、以後行われる信号処理では必ずＩ信号とＱ信号を同時に用いるので、他の図においては１つの信号（以後、ＩＱ信号と呼ぶ）とみなして記載している。

ＡＤＦ部５０は、ＩＱ変換部４０から出力されたＩＱ信号について、ＦＭ変調が振幅一定であることに着目し、振幅一定基準に基づき適応制御を行い、その基準に対して最適となるフィルタ係数を算出し、フィルタ演算処理を施し、その合成信号を後述の入力切換部６４に出力する。ここに、上記振幅一定の基準は、本発明の適応制御の規範の一例である。具体的には、周知の適応アルゴリズムとしてＣＭＡ（ＣＯＮＳＴＡＮＴ ＭＯＤＵＬＵＳ ＡＬＧＯＲＩＴＨＭ）を用いることが望ましい。

しかし、前述したように、ＡＤＦ部５０は強レベルのマルチパス妨害条件下では、反射波に直接波が打ち消され、振幅を一定に制御することが困難であり、十分なノイズ低減効果が得られず、また不安定な動作をし受信信号に悪影響を及ぼす。そのため、信号補間技術部８０とＡＤＦ部５０を組み合わせた場合、信号補間技術部８０の効果が十分に得られないという課題がある。

そこで、本実施の形態では、このような現象を回避するためにマルチパス妨害レベル判断部６０を設け、強レベルのマルチパス妨害条件下では入力切換部６４によりＡＤＦ部５０をバイパスして、ＩＱ変換部４０の出力をＦＭ復調部７０に直接入力するように制御する。

マルチパス妨害レベル判断部６０は、Ｓメータ検出部６１、マルチパス妨害レベル検出部６２及び比較部６３を含む。Ｓメータ検出部６１は、ＩＱ変換部４０より出力されたＩＱ信号の振幅情報よりＳメータを算出し、マルチパス妨害レベル判断部６０はＳメータの振幅変動に基づきマルチパス妨害レベルを検出する。比較部６３は、検出されたマルチパス妨害レベルを予め設定されている基準値と比較し、マルチパス妨害レベルが基準値を超えると強レベルのマルチパス妨害と判断して、ＡＤＦ部５０をバイパスしてＩＱ変換部４０の出力をＦＭ復調部７０に直接入力するように入力切換部６４の制御を行う。なお、ここで設定する基準値は例えばＡＤＦ部５０、信号補間技術部８０の特性に基づき設定する。

ここで、具体的に基準値としてどのような値を用いるかを説明する。図３はＡＤＦ部５０、信号補間技術部８０のノイズ低減性能特性の一例である。例えば、このグラフにあるＡＤＦ部５０と信号補間技術部８０の性能クロスポイントを基準値とする。基準値を境にＡＤＦ部５０の動作のＯＮ/ＯＦＦ制御をすることでＡＤＦ部５０、信号補間技術部８０のノイズ低減性能のそれぞれの長所を失うことなく動作させることが可能となる。

このときのマルチパス妨害レベルと残留ノイズ量の関係の一例を図４に示す。マルチパス妨害レベル判断部６０を設けることにより、中弱レベルのマルチパス妨害条件下ではＡＤＦ部５０の性能軌跡、強レベルのマルチパス妨害条件下では信号補間技術部８０の性能軌跡を描くことができ、信号補間技術部８０とＡＤＦ部５０を組み合わせた場合でも両者の長所を失うことなく動作させることが可能となる。

なお、ＡＤＦ部５０の動作を抑止する方法には、ＡＤＦ部５０のフィルタ係数更新を停止する、フィルタ係数の初期化を行う方法がある。ＡＤＦ部５０の適応フィルタ動作が受信信号に悪影響を及ぼし、信号補間技術部８０の所望通りの効果を得る動作の弊害とならなければ良い。

ＦＭ復調部７０は、入力切替部６４から出力されるＩＱ信号をコンポジット信号に復調し、その後コンポジット信号を信号補間技術部８０に出力する。

信号補間技術部８０は、ＡＤＦ部５０より出力されたコンポジット信号において、マルチパス妨害ノイズ発生箇所を検知しその波形を整形することでノイズ低減を行う。

なお、信号補間技術部８０はマルチパス妨害レベル判断部６２と同期して動作制御が行われてもよい。これは、ＡＤＦ部５０のＯＮとＯＦＦの切換時に発生するノイズを除去するためである。

ＡＤＦ部５０のＯＮとＯＦＦの切換を瞬時に行うと、出力される信号に位相差が生じノイズが発生する。通常この切換ノイズを減らすために、時定数などである程度の切り替え時間を持たせる。しかし、マルチパス妨害の速い変化に対応できなくなるというデメリットも発生する。

そこで、信号補間技術部８０はマルチパス妨害レベル判断部６０と同期して動作制御を行う。このようにして切換ノイズの発生するタイミングを信号補間技術部８０に知らせれば切換ノイズを除去することが可能となる。そうすれば、ＡＤＦ部５０のＯＮとＯＦＦの切換を瞬時に行っても切換ノイズが発生することなく、マルチパス妨害の速い変化にも対応することが可能となる。

ＳＴ復調部９０は信号補間技術部８０より出力されたコンポジット信号を音声信号に復調し、ＤＡＣ１００に出力する。

ＤＡＣ１００は、ステレオ復調部９０からのディジタル音声信号をアナログ音声信号に変換し、スピーカ１１０に出力する。

スピーカ１１０は、ＤＡＣ１００から入力されるアナログ信号から音声を再生する。

次に、ラジオ受信機１０００全体の動作を図５のフローチャートを用いて説明する。

まず、ＦＥ２０は、アンテナ１０で受信された電波情報を中間周波数帯に変換した後（ステップＳ５０１）、ＡＤＣ３０でデジタル信号に変換する（ステップＳ５０２）。次に、ＩＱ変換部４０で変換されたデジタル信号を複素化する（ステップＳ５０３）。次に、マルチパス妨害レベル判断部６０が受信信号に悪影響を及ぼし、信号補間技術の所望通りの効果を生む動作の弊害となるマルチパス妨害レベルであるか判断を行う。もし、受信信号に悪影響を及ぼし、信号補間技術部８０の所望通りの効果を生む動作の弊害となると判断された場合は（ステップＳ５０４でＹｅｓ）、ＡＤＦ部５０をバイパスしてＩＱ変換部４０の出力をＦＭ復調部７０に直接入力する。受信信号に悪影響を及ぼすレベルであると判断されたかった場合は（ステップＳ５０４でＮｏ）、ＩＱ変換部４０の出力をＡＤＦ部５０に入力する。

ＡＤＦ部５０では、振幅一定基準に基づき適応制御を行い、その基準に対して最適となるフィルタ係数を算出し、フィルタ演算処理を施し、その合成信号をＦＭ復調部７０に出力する（ステップＳ５０５）。

ＦＭ復調部７０では、ＡＤＦ部５０から入力されるＩＱ信号をコンポジット信号に復調し（ステップＳ５０６）、信号補間技術８０へ出力する。信号補間技術部８０は、マルチパス妨害ノイズ発生箇所を検知しその波形を整形する（ステップＳ５０７）。その後、ＳＴ復調部９０において、コンポジット信号を音声信号に復調しＤＡＣ１００に出力する（ステップＳ５０８）。ＤＡＣ１００では、ディジタル音声信号をアナログ音声信号に変換し、スピーカ１１０に出力し（ステップＳ５０９）、スピーカ１１０ではＤＡＣ１００から入力されるアナログ信号から音声を再生し（ステップＳ５１０）、全体の処理が一通り終了する。

これらの制御を行うことにより、強レベルのマルチパス妨害条件下において、ＡＤＦ部５０が受信信号に悪影響を及ぼすことなく、後段の信号補間技術部８０が十分な効果を発揮することが可能となる。

本発明にかかる妨害ノイズ低減装置、その制御方法は、広範囲のマルチパス妨害条件などにおいてのノイズ低減を可能にするので、特に移動体に搭載されるＦＭ放送受信機に好適である。

本発明の実施の形態におけるラジオ受信機１０００のブロック図 本発明の実施の形態におけるＩＱ変換の動作説明のためのフロー図 ＡＤＦ部５０と信号補間技術部８０のノイズ低減性能特性の一例を示す図 マルチパス妨害レベルと残留ノイズ量の関係の一例を示す図 ラジオ受信機１０００全体の動作を示すフローチャート

符号の説明

１０ アンテナ
２０ ＦＥ（フロントエンド部）
３０ ＡＤＣ（ＡＤ変換部）
４０ ＩＱ変換部
５０ ＡＤＦ部（適応フィルタ部）
６０ マルチパス妨害レベル判断部
６１ Ｓメータ算出部
６２ マルチパス妨害レベル検出部
６３ 比較部
６４ 入力切換部
７０ ＦＭ復調部
８０ 信号補間技術部
９０ ＳＴ復調部
１００ ＤＡＣ（ＤＡ変換部）
１１０ スピーカ
１０００ ラジオ受信機

Claims (8)

1. マルチパス妨害により発生したノイズ成分を含む受信信号を入力信号として、妨害ノイズの低減処理を行う適応フィルタ部と、
   前記適応フィルタ部を動作させた信号と動作させない信号とを切り換える入力切換部と、
   前記受信信号の妨害ノイズレベルを判断し、前記入力切換部へ判断結果を通知する妨害レベル判断部と、
   前記入力切換部により切り換えられた前記適応フィルタ部からの出力信号を復調する復調部と、
   前記復調部により復調された信号に対して、妨害ノイズの低減処理を行う信号補間技術部とを有し、
   前記妨害レベル判断部が強レベルの妨害であると判断した状態では、前記入力切換部は前記適応フィルタ部を動作させない信号を前記復調部に入力する妨害ノイズ低減装置。
2. 前記妨害レベル判断部は、妨害ノイズを含む受信信号に対して前記適応フィルタ部を動作させることが前記受信信号に悪影響を及ぼし、前記信号補間技術部の所望通りの効果を生む動作の弊害となる妨害レベルであるとき強レベルの妨害と判断することを特徴とする請求項１に記載の妨害ノイズ低減装置。
3. 前記妨害レベル判断部は、前記受信信号の妨害レベルと予め定めた基準値との比較に基づいて、強レベルの妨害と判断することを特徴とする請求項１に記載の妨害ノイズ低減装置。
4. 前記妨害レベル判断部は、前記入力切換部への判断結果の通知と共に、前記信号補間技術部へも判断結果を通知することを特徴とする請求項１に記載の妨害ノイズ低減装置。
5. 前記入力切換部は、瞬時に前記適応フィルタ部を動作させた信号と動作させない信号とを切り換えることを特徴とする請求項１に記載の妨害ノイズ低減装置。
6. 前記適応フィルタ部は、適応フィルタの動作を抑止する制御方法として、適応フィルタのフィルタ係数を初期化することを特徴とする請求項１に記載の妨害ノイズ低減装置。
7. 前記適応フィルタ部は、適応フィルタの動作を抑止する制御方法として、適応フィルタのフィルタ係数の更新を停止することを特徴とする請求項１に記載の妨害ノイズ低減装置。
8. マルチパス妨害により発生したノイズ成分を含む受信信号を入力信号として、妨害ノイズの低減処理を行う適応フィルタステップと、
   前記適応フィルタステップを動作させた信号と動作させない信号とを切り換える入力切換ステップと、
   前記受信信号の妨害ノイズレベルを判断し、前記入力切換ステップへ判断結果を通知する妨害レベル判断ステップと、
   前記入力切換ステップにより切り換えられた前記適応フィルタステップからの出力信号を復調する復調ステップと、
   前記復調ステップにより復調された信号に対して、妨害ノイズの低減処理を行う信号補間技術ステップとを有し、
   前記妨害レベル判断ステップが強レベルの妨害であると判断した状態では、前記入力切換ステップは前記適応フィルタステップを動作させない信号を前記復調ステップに入力することを特徴とする妨害ノイズ低減方法。

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