JP2011211277A

JP2011211277A - 信号処理装置

Info

Publication number: JP2011211277A
Application number: JP2010074277A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Kubo; 光宏久保
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP5618591B2

Abstract

【課題】Ａ／Ｄ変換器への入力信号を適切に抑圧する信号処理装置を提供することを課題としている。
【解決手段】入力信号の信号レベルが、所定のしきい値以上の期間、検出信号を生成するクリップ検出部６４と、入力信号に対して所定のしきい値に基づき振幅制限を行うリミッタ部６２と、振幅制限された信号に対し、抽出された信号を演算して信号を生成するアナログ演算部６３と、検出信号が生成された期間、信号生成部が生成した信号を復元するデジタル演算部８１とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、信号処理装置に関する。

ＯＦＤＭ信号を処理する信号処理装置において、入力信号に対してしきい値を超えた場合、ピークが発生した信号全体を均等に抑圧をするとともにピーク電圧が発生している部分のみをクリッピングする手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、無線通信システムにおいて、しきい値以上のＯＦＤＭ信号の入力信号が検出された場合、ピークカット処理を行い、ピークカットされて抑圧された信号をＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）処理し、ＦＦＴ処理された信号と送信パラメータとしきい値とを用いて信号の修復を行う手法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、一般的な信号処理装置は、信号をデジタル演算処理するために、入力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えている。そして、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効に用いるため、信号処理装置は、Ａ／Ｄ変換器への入力前にＶＧＡ（可変増幅部）を備えている。そして、このＶＧＡは、入力信号を一定期間平均化した電力等を算出して、算出した平均電力に基づきＡ／Ｄ変換部の入力レンジを超えない範囲で増減率の制御することで、Ａ／Ｄ変換器の入力レンジに収まるようにしている。

特開２００２−７７０９７号公報特開２００５−１０１９７５号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２の従来技術では、入力信号のピークが発生した部分の抑圧を行った場合、元の信号に対して波形が変化して歪んでしまうという問題点があった。また、ＶＧＡを備える従来技術では、無線通信システムなどの変調された信号のように、ＰＡＰＲが大きな信号の場合に、平均電力に基づきＶＧＡを制御すると、Ａ／Ｄ変換部の入力レンジに収まらない可能性もあるという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、Ａ／Ｄ変換器の入力レンジに収まり、元の信号に対して波形が変化することによる歪みをなくす信号処理装置を提供することを課題としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理装置において、入力信号の信号レベルが所定のしきい値以上の期間、検出信号を生成する検出信号生成部と、前記入力信号の内、前記所定のしきい値を超えた区間、前記入力信号の信号レベルを前記所定のしきい値に変更する入力信号変更部と、前記変更された信号部分に基づき、前記所定のしきい値の範囲内の信号を生成する信号生成部と、前記信号生成部が生成した前記所定のしきい値の範囲内の信号を処理する信号処理部と、前記検出信号が生成された期間、前記信号処理部が処理した前記所定のしきい値の範囲内の信号に基づき信号を復元する信号復元部とを備えることを特徴としている

また、本発明に係る信号処理装置において、前記入力信号から前記所定のしきい値以上の信号部分を抽出するクリッパ部を更に備え、前記信号生成部は、前記所定のしきい値に変更された信号から前記抽出された信号部分を減算して信号を生成し、前記信号復元部は、前記所定のしきい値と前記信号生成部が生成した信号レベルとの差を算出し、前記算出した差と前記所定のしきい値を加算することにより信号を復元するようにしてもよい。

また、本発明に係る信号処理装置において、入力信号を可変の増幅率で増幅する可変増幅部と、前記信号復元部が出力する信号レベルの所定期間の平均値を算出し、算出した前記平均値に基づき増幅率を算出し、前記所定期間内において前記検出信号が生成されなかった場合のみ、算出した増幅率を前記可変増幅部に出力する利得制御部とをさらに備えるようにしてもよい。

本発明によれば、信号処理部の入力レンジに収まり、元の信号に対して波形が変化することによる歪みをなくすことが可能になる。

本実施形態に係る信号処理装置を用いた受信機のブロック図である。同実施形態に係る信号処理装置のブロック図である。同実施形態に係る可変利得増幅部の出力波形Ｓａの一例である。同実施形態に係るクリッパ部の出力波形Ｓｂとクリップ検出部の検出信号Ｓｇの一例である。同実施形態に係るリミッタ部の出力波形Ｓｃの一例である。同実施形態に係るＡ／Ｄ変換部の入力波形Ｓｄの一例である。同実施形態に係る復元後の出力波形Ｓｆの一例である。

以下、図１〜図７を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は斯かる実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。

図１は、本実施形態に係る信号処理装置を用いた受信機のブロック図である。受信機は、例えば、ＯＦＤＭのようなマルチキャリアに対応したものである。図２は、信号処理装置１０のブロック図である。

図１のように、受信機は、アンテナ１と、ＲＦ部２と、ミキサ３と、発振部４と、中間周波数増幅部５と、波形整形部６と、Ａ／Ｄ変換部７と、デジタル処理部８とを備える。さらに、中間周波数増幅部５は、可変利得増幅部５１を備える。図１のように、信号処理部１０は、可変利得層腹部５１と、波形整形部６と、Ａ／Ｄ変換部７と、デジタル処理部８とを備える。また、図２のように、波形整形部６は、クリッパ部６１と、リミッタ部６２と、アナログ演算部６３と、クリップ検出部６４とを備える。また、デジタル処理部８は、デジタル演算部８１と、復調部８２と、利得制御部８３とを備える。

ＲＦ部２は、アンテナ１を介して受信した信号から必要な帯域の信号を抽出して、ミキサ３に出力する。発振部４は、搬送信号を生成し、ミキサ３に出力する。ミキサ３は、ＲＦ部２から入力された信号と発振部４が生成した搬送信号とを乗算し、乗算した信号を中間周波数信号に変換する。中間周波数増幅部５は、ミキサ３から入力された中間周波数信号を増幅する。さらに、中間周波数増幅部５の可変利得増幅部（可変増幅部）５１は、中間周波数信号をデジタル処理部８が出力する増幅率信号に応じて増幅し、増幅した信号を波形整形部６に出力する。

クリッパ部６１は、利得増幅部５１から信号Ｓａが入力される。図３は、可変利得増幅部５１の出力波形Ｓａの一例である。また、クリッパ部６１とリミッタ部６２とクリップ検出部６４とは、Ａ／Ｄ変換部７の入力レンジに対応した共通の所定のしきい値を有する。クリッパ部６１は、クリッパ回路であり、入力された信号に対して所定のしきい値を超えた信号部分のみを切り出して、切り出した信号Ｓｂをアナログ演算部６３に出力する。図４は、クリッパ部６１の出力波形Ｓｂとクリップ検出部６４の検出信号Ｓｇの一例である。図４（ａ）のように、図３の信号Ｓａを、所定のしきい値１０１、例えば１Ｖで切り出し、しきい値を超えた信号部分が信号Ｓｂである。図４（ａ）のように、クリップされた信号は、しきい値を超えた部分の振幅であるため、例えば時刻ｔ１での振幅Ｖ−しきい値＝ＶＣ１、時刻ｔ２での振幅Ｖ−しきい値＝ＶＣ２である。

リミッタ部（検出信号生成部）６２は、リミッタ回路であり、可変利得増幅部５１から入力された信号Ｓａに対して所定のしきい値を超えない信号部分を切り出して、切り出した信号Ｓｃをアナログ演算部６３に出力する。すなわち、リミッタ部６２は、所定のしきい値を超えた区間の入力信号の値を所定のしきい値に変更する。図５は、リミッタ部６２の出力波形Ｓｃの一例である。図５のように、図３の信号Ｓａを、所定のしきい値１０１、例えば１Ｖで切り出し、しきい値を超えない信号部分が信号Ｓｃである。

アナログ演算部（信号生成部）６３は、クリッパ部６１から信号Ｓｂが入力され、リミッタ部６２から信号Ｓｃが入力され、入力された信号Ｓｃから信号Ｓｂを減算し信号Ｓｄを整形し、整形した信号ＳｄをＡ／Ｄ変換器７に出力する。図６は、Ａ／Ｄ変換部７の入力波形Ｓｄの一例である。一例として、時刻ｔ１と時刻ｔ２の時の演算動作を図４〜図６を用いて説明する。時刻ｔ１において、信号Ｓｃの振幅レベルは１Ｖであり、信号Ｓｂの振幅レベルはＶＣ１＝０．５Ｖである。アナログ演算部６３は、Ｓｄ＝Ｓｃ−Ｓｂ＝１−０．５＝０．５Ｖを算出する。このため、図６のように、時刻ｔ１の振幅レベルＶ１＝０．５Ｖである。また、時刻ｔ２において、信号Ｓｃの振幅レベルは−１Ｖであり、信号Ｓｂの振幅レベルはＶＣ２＝−０．８Ｖである。アナログ演算部６３は、Ｓｄ＝−１−（−０．８）＝−０．２Ｖを算出し、図６のように、時刻ｔ２の振幅レベルＶ２＝−０．２Ｖである。アナログ演算部６３は、以上のような波形整形を行うことで、Ａ／Ｄ変換部７のレンジ範囲の信号に抑圧する。

クリップ検出部６４は、可変利得増幅部５１から信号Ｓａが入力され、入力された信号Ｓａが所定のしきい値を超えたか否かを判別し、超えた場合、クリップが発生していることを検出する回路である。また、クリップ検出部６４は、クリップ発生を検出した期間、Ｈレベル信号を検出信号Ｓｇとしてデジタル処理部８に出力する。図４（ｂ）は、クリップ検出部６４の検出信号Ｓｇの一例である。

Ａ／Ｄ変換部（信号処理部）７は、アナログ信号をデジタル信号に変換する回路であり、波形整形部６から信号Ｓｄが入力され、入力された信号Ｓｄをデジタル信号Ｓｅに変換して、変換した信号Ｓｅをデジタル処理部８に出力する。

デジタル演算部（信号復元部）８１は、Ａ／Ｄ変換部７から入力された信号Ｓｅをクリップ検出部６４から入力された検出信号に基づき演算処理して、信号Ｓｅを信号Ｓｆに復元し、復元した信号Ｓｆを復調部８２と利得制御部８３とに出力する。なお、デジタル処理部８のダイナミックレンジは、Ａ／Ｄ変換部７より広く構成されている。一例として、時刻ｔ１と時刻ｔ２の演算処理について、図６〜図７を用いて説明する。なお、信号Ｓｅと信号Ｓｆはデジタル信号に変換された後の信号であるが、説明のために図６〜図７では、アナログ信号の波形で表している。図７は、復元後の出力波形Ｓｆの一例である。
時刻ｔ１において、信号Ｓｅの振幅レベルＶ１＝０．５Ｖである。また、このとき、クリップ検出部６４から検出信号が入力される。デジタル演算部８１は、以下の式（１）の演算を行い、信号Ｓｅを信号Ｓｆに復元する。信号Ｓｇが「Ｈ」になっている時、式（１）の演算が適用される。
Ｖ＝（Ｖｍａｘ−Ｖｎ）＋Ｖｍａｘ・・・（１）
なお、式（１）において、Ｖｎは各時刻ｔの振幅レベル、Ｖｍａｘは所定のしきい値レベルである。図６〜図７において、しきい値レベルは±１Ｖのため、時刻ｔ１では、Ｖ＝（１−０．５）＋０．５＝１．５Ｖ、時刻ｔ２では、Ｖ＝（−１−（０．２））−１＝−１．８Ｖが算出される。この結果、図７のように、信号Ｓｅは信号Ｓｆに復元される。

復調部８２は、デジタル演算部８１から信号Ｓｆが入力され、入力された信号を復調し、復調した信号を非図示の再生装置に出力する。

利得制御部８３は、クリップ検出部６４から入力された検出信号とデジタル演算部８１から入力された信号Ｓｆと所定のしきい値とに基づき、可変利得増幅部５１に対する増幅率を算出し、算出した増幅率に応じて可変利得増幅部５１を制御する。図４（ｂ）と図７を用いて利得制御部８３の動作の一例を説明する。利得制御部８３は、所定の期間、信号Ｓｆの振幅レベルの平均値を算出し、算出した平均値に基づき、所定のしきい値に基づくＡ／Ｄ変換部７の入力レンジに収まるような最適な増幅率を算出する。なお、図４（ａ）と図４（ｂ）は、説明のために、所定の期間の一部のみを抜き出して示している。図４（ｂ）のように検出信号Ｓｇが発生している場合、利得制御部８３は、可変利得増幅部５１に対して増幅率を可変しないか、または、検出信号の発生頻度が高い場合には、増幅率を下げる制御を行う。所定の期間、図４（ｂ）のような検出信号Ｓｇが発生していなければ、利得制御部８３は、算出した平均値に基づき可変利得増幅部５１に対して増幅率を可変する。

以上のように、入力信号に対して、クリッパ部６１がクリップ処理した信号Ｓｂとリミッタ部６２が振幅制限した信号Ｓｃとを演算し、Ａ／Ｄ変換器７に入力する信号Ｓｄに整形し、さらに、クリッパ検出部６４が検出した検出信号が入力されたとき、デジタル演算部８１が整形された信号を復元するようにしたので、Ａ／Ｄ変換器の入力レンジに収まり、元の信号に対して波形が変化することによる歪みをなくすことができる。
また、アナログ演算部６３で整形した波形を、デジタル演算部８１で復元するシンプルな構成にしたため、高速処理が可能であり、簡便な信号処理装置を実現できる。

また、本実施形態では、クリップ検出部６４が可変利得増幅部５１から入力された信号を用いて検出信号を検出して生成する例を説明したが、例えばクリッパ部６１が生成した信号Ｓｂから生成するようにしても良い。また、クリップ検出部６４の出力を直接デジタル処理部８に出力する例を説明したが、信号Ｓｅと信号Ｓｇとの間に回路による処理遅延が発生する場合、例えば、設計時にクリップ検出部６４の出力を遅延して調整するようにしてもよい。さらに、検出信号を遅延させる場合、デジタル演算部８１と利得制御部８３とに個別の遅延量を設定し、個別の遅延を行った検出信号を入力するようにしても良い。

また、本実施形態では信号処理装置を受信機に適応した例を説明したが、デジタルＴＶ受像器等、Ａ／Ｄ変換器を備える装置であれば同様に適用できる。

また、本実施形態では所定のしきい値を１Ｖの例を説明したが、他の値でも良く、例えば、しきい値はＡ／Ｄ変換部７の入力レンジに合わせて設定し、また、利得制御部８３が検出する期間は受信機に必要な性能や使用する部品や回路に合わせて設定しても良い。

なお、実施形態の図１と図２の各部の機能を実現するため、プログラムをコンピューター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ーシステムに読み込ませ、実行することによりデジタル処理部８の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピューターシステム」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、「コンピューターシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピューター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（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）Ｉ／Ｆ（インタフェース）を介して接続されるＵＳＢメモリー、コンピューター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「コンピューター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を送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、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、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く、さらに前述した機能をコンピューター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であっても良い。

１・・・アンテナ２・・・ＲＦ部３・・・ミキサ４・・・発振器５・・・中間周波数増幅部６・・・波形整形部７・・・Ａ／Ｄ変換部８・・・デジタル処理部１０・・・信号処理装置５１・・・可変利得増幅部６１・・・クリッパ部６２・・・リミッタ部６３・・・アナログ演算部６４・・・クリップ検出部８１・・・デジタル演算部８２・・・復調部８３・・・利得制御部

Claims

入力信号の信号レベルが所定のしきい値以上の期間、検出信号を生成する検出信号生成部と、
前記入力信号の内、前記所定のしきい値を超えた区間、前記入力信号の信号レベルを前記所定のしきい値に変更する入力信号変更部と、
前記変更された信号部分に基づき、前記所定のしきい値の範囲内の信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部が生成した前記所定のしきい値の範囲内の信号を処理する信号処理部と、
前記検出信号が生成された期間、前記信号処理部が処理した前記所定のしきい値の範囲内の信号に基づき信号を復元する信号復元部と、
を備えることを特徴とする信号処理装置。
前記入力信号から前記所定のしきい値以上の信号部分を抽出するクリッパ部、
を更に備え、
前記信号生成部は、前記所定のしきい値に変更された信号から前記抽出された信号部分を減算して信号を生成し、
前記信号復元部は、前記所定のしきい値と前記信号生成部が生成した信号レベルとの差を算出し、前記算出した差と前記所定のしきい値を加算することにより信号を復元する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
入力信号を可変の増幅率で増幅する可変増幅部と、
前記信号復元部が出力する信号レベルの所定期間の平均値を算出し、算出した前記平均値に基づき増幅率を算出し、前記所定期間内において前記検出信号が生成されなかった場合のみ、算出した増幅率を前記可変増幅部に出力する利得制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の信号処理装置。