JP2010273291A - 受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉信号が存在する環境下においても、音質の悪化を抑制しながら受信特性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】前段フィルタ１４は、複数のアンテナ１０にそれぞれ対応づけられた複数の受信信号を入力する。後段フィルタ１６は、入力した複数の受信信号のそれぞれを帯域制限する。第１合成部１８は、帯域制限した複数の受信信号に対するウエイトベクトルを導出するとともに、導出したウエイトベクトルを使用しながら、帯域制限した複数の受信信号をアレイ合成する。第２合成部２０は、導出したウエイトベクトルを使用しながら、入力した複数の受信信号をアレイ合成する。復調部２２は、アレイ合成結果を復調する。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信技術に関し、特にアダプティブアレイアンテナにて信号を受信する受信装置に関する。

アダプティブアンテナは、複数のアンテナをアレイ状にならべて配置し、指向性を電波環境の変化に合わせて動的に変更させる技術である。アダプティブアレイアンテナの機能は、アダプティブビームフォーミングとアダプティブヌルステアリングに分類される。アダプティブビームフォーミングでは、受信すべき信号の到来方向へメインビームが向けられる。アダプティブヌルステアリングでは、指向性パターンのヌルが干渉波の方向へ向けられる（例えば、非特許文献１参照）。

菊間信良、アダプティブアレイアンテナ技術、日本、オーム社、２００３年１０月１０日、ｐ．１１−１９

ＦＭラジオ放送では、周波数変調（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下「ＦＭ」という）方式による電波を使用して、会話や音楽などの音声信号が不特定多数のために放送されている。また、周波数変調は、搬送波の周波数の変化によって情報を伝達する。具体的には、情報を表す信号電圧によって搬送波の周波数が上下に変移される。その結果、搬送波の疎密によって信号が表される。周波数の最大値と最小値が最小周波数遷移として定義されており、例えば、電波法では、最大周波数遷移が±７５ｋＨｚと規定されている。さらに、電波法では、最大周波数遷移７５ｋＨｚと、信号波の周波数に対する１５ｋＨｚの制限をもとに、各ＦＭ放送局に対して、２００ｋＨｚ（±１００ｋＨｚ）までの占有周波数帯域幅が割り当てられている。

このようなＦＭラジオ放送の受信特性を向上させるために、アダプティブアレイアンテナの使用が有効である。しかしながら、受信を希望している局（以下、「希望局」という）からの信号の受信電力よりも、受信を希望していない局（以下、「干渉局」という）からの信号の受信電力が大きい場合、アダプティブアレイアンテナにおいて干渉局の方向へメインビームが向けられることがある。干渉局の影響を低減するために、希望局からの信号のみを抽出するように帯域制限することが可能であるが、ＦＭラジオ放送の場合、そのような帯域制限によって音質の悪化が発生する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、干渉信号が存在する環境下においても、音質の悪化を抑制しながら受信特性を向上させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の受信装置は、複数のアンテナにそれぞれ対応づけられた複数の受信信号を入力する入力部と、入力部において入力した複数の受信信号のそれぞれを帯域制限する帯域制限部と、帯域制限部において帯域制限した複数の受信信号に対するウエイトベクトルを導出するとともに、導出したウエイトベクトルを使用しながら、帯域制限部において帯域制限した複数の受信信号をアレイ合成する第１合成部と、第１合成部において導出したウエイトベクトルを使用しながら、入力部において入力した複数の受信信号をアレイ合成する第２合成部と、第２合成部におけるアレイ合成結果を出力する出力部と、を備える。

本発明の別の態様もまた、受信装置である。この装置は、複数のアンテナと、複数のアンテナにそれぞれ対応づけられた複数の受信信号を周波数変換する変換部と、変換部において周波数変換した複数の受信信号のそれぞれを帯域制限する前段制限部と、前段制限部において帯域制限した複数の受信信号のそれぞれを帯域制限する帯域制限部と、帯域制限部において帯域制限した複数の受信信号に対するウエイトベクトルを導出するとともに、導出したウエイトベクトルを使用しながら、帯域制限部において帯域制限した複数の受信信号をアレイ合成する第１合成部と、第１合成部において導出したウエイトベクトルを使用しながら、前段制限部において帯域制限した複数の受信信号をアレイ合成する第２合成部と、第２合成部におけるアレイ合成結果を出力する出力部とを備える。前段制限部での帯域制限における帯域幅は、帯域制限部での帯域制限における帯域幅よりも広い。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、干渉信号が存在する環境下においても、音質の悪化を抑制しながら受信特性を向上できる。

本発明の実施例に係る受信装置の構成を示す図である。 図１の受信装置において受信される信号のスペクトルを示す図である。 図３（ａ）−（ｂ）は、図１の後段フィルタの効果を示す図である。 本発明の変形例に係る受信装置の構成を示す図である。 図４の調節部に記憶されたテーブルのデータ構造を示す図である。

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、ＦＭ放送局から報知されたアナログＦＭ信号を受信する受信装置に関する。各ＦＭ放送局に対して、２００ｋＨｚの帯域幅のチャンネルが割り当てられている。受信装置は、所望のチャンネルにチューニングを合わせて、当該チャンネルに配置されたアナログＦＭ信号を受信する。また、受信装置は、受信品質を向上させるために、アダプティブアレイアンテナの構成を有する。希望局からのアナログＦＭ信号（以下、「希望波」という）の受信電力よりも干渉局からのアナログＦＭ信号（以下、「干渉波」という）の受信電力の方が大きい場合に、干渉波に対してメインローブを向けないように、本実施例に係る受信装置は、次の処理を実行する。以下では、説明を容易にするために、干渉波は、希望波の隣接チャンネルに配置されているものとする。なお、前述のごとく、再生した音質の悪化を抑制するために、受信装置は、フィルタによって希望波のみを抽出した後にアダプティブアレイ制御を実行できない。

本実施例に係る受信装置は、ベースバンドの受信信号をふたつに分岐させる。一方の受信信号は、フィルタにて帯域制限される。ここで、フィルタは、希望波を含むだけではなく、干渉波の一部も含むような通過帯域幅を有する。一般的に、このように帯域制限された受信信号を復調すれば、前述のごとく、音質が悪化する。受信装置は、帯域制限された受信信号をもとに、ウエイトベクトルを導出し、導出したウエイトベクトルにて、帯域制限された受信信号をアレイ合成する。また、受信装置は、導出したウエイトベクトルにて、他方の受信信号、つまり帯域制限されていない受信信号をアレイ合成する。後者のアレイ合成結果が復調される。

図１は、本発明の実施例に係る受信装置１００の構成を示す。受信装置１００は、アンテナ１０と総称される第１アンテナ１０ａ、第２アンテナ１０ｂ、ＲＦ部１２と総称される第１ＲＦ部１２ａ、第２ＲＦ部１２ｂ、前段フィルタ１４と総称される第１前段フィルタ１４ａ、第２前段フィルタ１４ｂ、後段フィルタ１６と総称される第１後段フィルタ１６ａ、第２後段フィルタ１６ｂ、第１合成部１８、第２合成部２０、復調部２２、制御部２４を含む。また、第１合成部１８は、ウエイト導出部３０、乗算部３２と総称される第１乗算部３２ａ、第２乗算部３２ｂ、加算部３４を含み、第２合成部２０は、乗算部３６と総称される第１乗算部３６ａ、第２乗算部３６ｂ、加算部３８を含む。

複数のアンテナ１０のそれぞれは、図示しないＦＭ放送局から報知された信号を受信する。アンテナ１０において受信された信号には、希望波および干渉波が含まれる。図２は、受信装置１００において受信される信号のスペクトルの一例を示す。図の横軸が周波数を示し、縦軸が電力を示す。希望局帯域２０２が希望局に対して割り当てられた帯域に相当する。前述のごとく、希望局帯域２０２は、その中心から±１００ｋＨｚの帯域幅を有しているので、２００ｋＨｚの帯域幅を有する。また、希望局帯域２０２に隣接して干渉局帯域２００が配置される。干渉局帯域２００は、干渉局に対して割り当てられた帯域に相当し、干渉局帯域２００と同一の帯域幅である。ここでは、図示のごとく、干渉波の受信電力が希望波の受信電力よりも大きい場合を想定する。このような場合に、アダプティブアレイ処理を実行すると、前述のごとく、干渉波に対してメインローブが向けられてしまう。後段フィルタ帯域２０４については後述する。図１に戻る。

ＲＦ部１２は、アンテナ１０に１対１で対応づけられて配置される。ＲＦ部１２は、アンテナ１０において受信した信号（以下、「受信信号」という）を受けつける。ここで、受信信号は、無線周波数の信号である。ＲＦ部１２は、無線周波数の受信信号に対して周波数変換を実行し、ベースバンドの受信信号（以下、これ「受信信号」という）を生成する。一般的に、ベースバンドの信号は、同相成分と直交成分によって形成されるので、ふたつの信号線が示されるべきであるが、ここでは、図を明瞭にするためにひとつの信号線だけを示すものとする。また、ＲＦ部１２には、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ミキサ、ＡＤ変換器も含まれる。さらに、ＲＦ部１２は、受信信号を前段フィルタ１４へ出力する。

前段フィルタ１４は、ＲＦ部１２に１対１で対応づけられて配置され、ＲＦ部１２からの受信信号を受けつける。前段フィルタ１４は、受信信号を帯域制限する。例えば、前段フィルタ１４は、ローパスフィルタにて形成される。ここで、前段フィルタ１４は、受信信号に含まれた高調波成分を低減することを目的としているので、図２の希望局帯域２０２や干渉局帯域２００を含むような帯域幅を有する。前段フィルタ１４は、帯域制限した受信信号（以下、これも「受信信号」という）を第２合成部２０と後段フィルタ１６へ出力する。

後段フィルタ１６は、各前段フィルタ１４に対して配置され、前段フィルタ１４からの受信信号を受けつける。後段フィルタ１６は、前段フィルタ１４と同様に、受信信号を帯域制限する。また、後段フィルタ１６は、前段フィルタ１４と同様にローパスフィルタにて形成される。しかしながら、後段フィルタ１６の帯域幅は、前段フィルタ１４の帯域幅と異なる。後段フィルタ１６の帯域幅は、希望局帯域２０２に加えて、干渉局帯域２００の一部も含むように設定される。このような帯域は、無線周波数において、図２の後段フィルタ帯域２０４に相当する。前述のごとく、希望局帯域２０２が、その中心から±１００ｋＨｚの帯域幅を有する場合に、後段フィルタ帯域２０４は、例えば、その中心から±１３０ｋＨｚの帯域幅を有する。そのため、後段フィルタ１６の帯域幅は、前段フィルタ１４の帯域幅よりも狭い。

図３（ａ）−（ｂ）は、後段フィルタ１６の効果を示す。図３（ａ）−（ｂ）は、図２と同様に、横軸に周波数を示し、縦軸に電力を示す。図３（ａ）は、後段フィルタ１６を通過させる前の受信信号を示す。図示のごとく、低周波数側に希望局帯域２０２が配置され、高周波数側に干渉局帯域２００が配置される。ここでも、希望波の受信電力よりも干渉波の受信電力の方が大きい場合を想定する。図３（ｂ）は、後段フィルタ１６を通過させた後の受信信号を示す。図示のごとく、干渉波の電力が、通過前と比較して低減されている。後述するウエイト導出部３０においてＣＭＡ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｍｏｄｕｌｕｓ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が使用されており、干渉波に対してヌルを向ける制御を実行させるために、後段フィルタ１６では、干渉波の成分を一部残留させる。図１に戻る。後段フィルタ１６は、帯域制限した受信信号（以下、これも「受信信号」という）を第１合成部１８へ出力する。

ウエイト導出部３０は、各後段フィルタ１６からの受信信号を受けつけるとともに、後述の制御部２４からのアレイ合成結果（以下、「第１アレイ合成結果」という）も受けつける。ウエイト導出部３０は、ＣＭＡによって第１アレイ合成結果が一定の包絡線の大きさに近づくように、受信信号をもとに、ウエイトベクトルを導出する。その際、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムやＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズム等の適応アルゴリズムが使用される。なお、ＣＭＡ、ＬＭＳアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズムとして公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。以上の処理の結果、ウエイト導出部３０は、第１後段フィルタ１６ａからの受信信号と第２後段フィルタ１６ｂからの受信信号とのそれぞれに対応した成分を有したウエイトベクトルを導出する。ウエイト導出部３０は、ウエイトベクトルを乗算部３２および乗算部３６へ出力する。

乗算部３２は、後段フィルタ１６からの受信信号とウエイト導出部３０からのウエイトベクトルとを乗算し、加算部３４は、乗算部３２での乗算結果を加算する。加算した結果が、前述の第１アレイ合成結果に相当する。つまり、乗算部３２、加算部３４は、ウエイトベクトルを使用しながら、後段フィルタ１６からの受信信号をアレイ合成する。加算部３４は、第１アレイ合成結果をウエイト導出部３０へ出力する。

乗算部３６は、前段フィルタ１４からの受信信号とウエイト導出部３０からのウエイトベクトルとを乗算し、加算部３８は、乗算部３６での乗算結果を加算する。以下では、加算した結果を第２アレイ合成結果とよぶ。つまり、乗算部３６、加算部３８は、ウエイトベクトルを使用しながら、前段フィルタ１４からの受信信号をアレイ合成する。加算部３８は、第２アレイ合成結果を復調部２２へ出力する。復調部２２は、加算部３８からの第２アレイ合成結果を受けつけ、第２アレイ合成結果に対してアナログＦＭ復調を実行する。アナログＦＭ復調には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。アナログＦＭ復調の結果が、例えば、音声信号に相当する。制御部２４は、受信装置１００全体のタイミングを制御する。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

次に、本発明の変形例を説明する。変形例も、実施例と同様に、アダプティブアレイアンテナの構成を有し、かつアナログＦＭ信号を受信する受信装置に関する。さらに、変形例に係る受信装置は、実施例と同様に、後段フィルタによって帯域制限した受信信号をもとにウエイトベクトルを導出し、ウエイトベクトルを使用して、後段フィルタによって帯域制限していない受信信号をアレイ合成する。一方、実施例では、後段フィルタの帯域幅が固定に設定されていた。しかしながら、変形例では、後段フィルタの帯域幅が適応的に調節される。

後段フィルタの帯域幅は、希望波に加えて、干渉波の一部が含まれるように設定されるべきである。ここで、干渉波の影響が小さすぎると、定包絡線性が維持されるので、干渉波に対してヌルが向けられない。一方、干渉波の影響が大きすぎると、干渉波に対してメインローブが向けられる。そのため、干渉波に対してヌルを向けるウエイトベクトルが導出される程度に、後段フィルタの帯域内に干渉波の影響が含まれるべきである。そのため、変形例に係る受信装置は、干渉波の受信電力を測定し、受信電力の大きさに応じて後段フィルタの帯域幅を調節する。

図４は、本発明の変形例に係る受信装置１００の構成を示す。受信装置１００は、図１の受信装置１００に対して、抽出部４０、測定部４２、調節部４４をさらに含む。以下では、図１の受信装置１００との差異を中心に説明する。抽出部４０は、前段フィルタ１４からの受信信号を受けつける。抽出部４０は、干渉波の帯域のうち、希望波の帯域に近い部分の成分を受信信号から抽出するためのフィルタである。抽出部４０にて抽出される帯域は、第２アレイ合成結果の所望帯域に対する隣接帯域に相当する。抽出部４０の帯域幅は、固定の値に設定される。抽出部４０は、抽出した成分を測定部４２へ出力する。

測定部４２は、抽出部４０において抽出された成分を受けつける。測定部４２は、受けつけた成分の電力、つまり干渉電力を測定する。干渉電力の測定には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。測定部４２は、干渉電力の測定結果を調節部４４へ出力する。調節部４４は、干渉電力と、後段フィルタ１６の帯域幅との対応が示されたテーブルを記憶する。図５は、調節部４４に記憶されたテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、電力欄２１０、帯域幅欄２１２が含まれる。電力欄２１０には、干渉電力と比較すべきしきい値が示される。ここで、Ａ１＞Ａ２＞Ａ３であるとする。調節部４４は、電力欄２１０の上の段から順番に、干渉電力としきい値とを比較する。条件を満たした場合に、調節部４４は、帯域幅欄２１２から、条件に対応した帯域幅を抽出する。帯域幅は、Ｂ１＜Ｂ２＜Ｂ３＜Ｂ４である。つまり、干渉電力が大きいほど、後段フィルタ１６の帯域幅が狭くなるように設定される。図４に戻る。調節部４４は、決定した帯域幅を後段フィルタ１６に設定する。つまり、調節部４４は、測定部４２において測定した干渉電力に応じて、後段フィルタ１６における帯域幅を調節する。

本発明の実施例によれば、帯域制限した受信信号を使用するので、干渉電力が大きくても、干渉波とは別の方向にメインローブが向けられたウエイトベクトルを導出できる。また、干渉波とは別の方向にメインローブが向けられたウエイトベクトルが導出されるので、受信特性を向上できる。また、ウエイトベクトルを使用して、帯域制限していない受信信号をアレイ合成するので、音質の悪化を抑制できる。また、干渉波とは別の方向にメインローブが向けられたウエイトベクトルにて、帯域制限していない受信信号をアレイ合成するので、干渉信号が存在する環境下においても、音質の悪化を抑制しながら受信特性を向上できる。また、後段フィルタの帯域幅を前段フィルタの帯域幅よりも狭くするので、ウエイトベクトルを導出する際に干渉波の影響を低減できる。また、干渉波の受信電力に応じて、後段フィルタの帯域幅が調節されるので、受信状況に応じた帯域幅を設定できる。また、受信状況に応じた帯域幅が設定されるので、受信特性を向上できる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例において、ふたつのアンテナ１０が備えられている。しかしながらこれに限らず例えば、３つ以上のアンテナ１０が備えられてもよい。本変形例によれば、受信装置１００の構成の自由度を向上できる。

１０ アンテナ、 １２ ＲＦ部、 １４ 前段フィルタ、 １６ 後段フィルタ、 １８ 第１合成部、 ２０ 第２合成部、 ２２ 復調部、 ２４ 制御部、 ３０ ウエイト導出部、 ３２ 乗算部、 ３４ 加算部、 ３６ 乗算部、 ３８ 加算部、 １００ 受信装置。

Claims (4)

1. 複数のアンテナにそれぞれ対応づけられた複数の受信信号を入力する入力部と、
   前記入力部において入力した複数の受信信号のそれぞれを帯域制限する帯域制限部と、
   前記帯域制限部において帯域制限した複数の受信信号に対するウエイトベクトルを導出するとともに、導出したウエイトベクトルを使用しながら、前記帯域制限部において帯域制限した複数の受信信号をアレイ合成する第１合成部と、
   前記第１合成部において導出したウエイトベクトルを使用しながら、前記入力部において入力した複数の受信信号をアレイ合成する第２合成部と、
   前記第２合成部におけるアレイ合成結果を出力する出力部と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
2. 前記入力部において入力した複数の受信信号のそれぞれを帯域制限し、前記帯域制限部と前記第２合成部へ、帯域制限した複数の受信信号を出力する前段制限部をさらに備え、
   前記前段制限部での帯域制限における帯域幅は、前記帯域制限部での帯域制限における帯域幅よりも広く、
   前記帯域制限部は、前記前段制限部において帯域制限した複数の受信信号のそれぞれに対して帯域制限をさらに実行し、
   前記第２合成部は、前記前段制限部において帯域制限した複数の受信信号に対してアレイ合成を実行することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記出力部から出力すべきアレイ合成結果の所望帯域に対する隣接帯域での干渉電力を測定する測定部と、
   前記測定部において測定した干渉電力に応じて、前記帯域制限部での帯域制限における帯域幅を調節する調節部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
4. 複数のアンテナと、
   複数のアンテナにそれぞれ対応づけられた複数の受信信号を周波数変換する変換部と、
   前記変換部において周波数変換した複数の受信信号のそれぞれを帯域制限する前段制限部と、
   前記前段制限部において帯域制限した複数の受信信号のそれぞれを帯域制限する帯域制限部と、
   前記帯域制限部において帯域制限した複数の受信信号に対するウエイトベクトルを導出するとともに、導出したウエイトベクトルを使用しながら、前記帯域制限部において帯域制限した複数の受信信号をアレイ合成する第１合成部と、
   前記第１合成部において導出したウエイトベクトルを使用しながら、前記前段制限部において帯域制限した複数の受信信号をアレイ合成する第２合成部と、
   前記第２合成部におけるアレイ合成結果を出力する出力部とを備え、
   前記前段制限部での帯域制限における帯域幅は、前記帯域制限部での帯域制限における帯域幅よりも広いことを特徴とする受信装置。

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