JP2012510243A - 変調トーン干渉の除去 - Google Patents

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Abstract

幾つかの実施形態では、周期的拡散信号と、干渉している高調波を変調する有効拡散信号との間の位相が測定され、干渉高調波の振幅が推定され、干渉高調波が受信信号から除去される。その他の実施形態についても記載及び特許請求される。
【選択図】図1A

Description

本発明は、変調トーン干渉の除去に関する。
無線ネットワーク及び無線通信は、広く社会に普及している。普及に伴い、容量の拡大、及びより高速で信頼性の高い無線通信技術が求められている。無線通信における問題として、高速信号によよって生じる干渉が挙げられ、これに限定されないが、例えば、ノートパソコン(PC)からの高速信号は、例えば、無線ローカルエリアネットワーク(無線LAN)、無線広域ネットワーク(WWAN)、及び/又は、例えばモバイルプラットフォームに組み込まれるその他のネットワーク等の無線デバイスと干渉を引き起こす。
例えば、ノートパソコンで生成される特定の信号が、無線周波数干渉(RFI)を引き起こす重大な要素となっていることが知られている。特に、データをPCの様々な部分に及び部分から転送するのに(例えば、プロセッサとメモリとの間での転送)使用されるクロック信号が、電磁干渉(EMI)の要因となっていることが分かっている。
拡散スペクトラムクロックは、基本クロック周波数におけるエネルギーを小さな周波数間隔で拡散させることにより、クロックの高調波の平均振幅を下げる技術である。この技術は、無線受信に対する干渉を低減するのには効果的であるが、これに限定されないが、例えば、フォームファクターの小さい小型デバイスに搭載された全地球測位システム(GPS)等の重要なケースに対しては、効果が十分でない。
本発明の発明者は、トーン除去(tone excision)、ノッチ・フィルタリング、適応フィルタリング等の現在のトーン抑制技術は、トーン干渉が、固定周波数又は遅い時間的変化を有するという仮定に基づいていることに気付いた。既知の拡散クロック高調波の構造を考慮に入れていないため、干渉付近の信号エネルギーのほとんどを取り除いてしまうという不必要な除去が行われてしまっていた。
2007年10月9日に発行された米国特許第7,279,989号明細書、発明者Bettner等、譲渡人インテル・コーポレーション、には、クロック高調波に起因するRFIの問題について記載されている。この特許明細書には、周波数適応プロセスを使用して、クロックノイズを軽減する方法が開示されている。
2008年4月3日に発行された米国特許出願公開第2008/0081586号明細書、発明者Sreerama等、譲渡人インテル・コーポレーション、には、RFIを削減するシステムクロック管理について記載されている。少なくとも1つの無線通信RFバンドの少なくとも1つの動作チャンネルにおける周波数レンジが特定され、少なくとも1つの動作チャンネルの周波数レンジと、少なくとも1つのクロック高調波の周波数レンジとの間の重複部分が特定され、少なくとも1つの高調波の周波数レンジが少なくとも1つの動作チャンネルの周波数レンジの外に移動するように、少なくとも1つのクロックの基本周波数がシフトされる。
IEEEで公開された文献、Chensu Wang及びMoeness G.Amin著、表題"Performance Analysis of Instantaneous Frequency-Based Interference Excision Techniques in Spread Spectrum Communications(拡散スペクトラム通信における瞬間周波数ベース干渉除去技術の性能解析)"(IEEE議事録、信号処理分野、Vol.46、No.1、1998年1月)には、直接シーケンス拡散スペクトラム通信における干渉を低減するためのオープンループ適応除去フィルタの使用について記載されている。
本発明の発明者は、RFI抑制を改善する必要があると認識した。
以下に記載する詳細な説明、及び本発明の幾つかの実施形態を示した添付の図面から、本発明を完全に理解することができるであろうが、本発明は、記載される特定の実施形態に限定されると理解されるべきではなく、理解を助け説明することを目的として記載されている。
本発明の幾つかの実施形態を説明する周波数対時間の比較を示した図である。 本発明の幾つかの実施形態を説明する周波数対時間の比較を示した図である。 本発明の幾つかの実施形態を説明する周波数対時間の比較を示した図である。 本発明の幾つかの実施形態に係るシステムを示した図である。 本発明の幾つかの実施形態に係る拡散スペクトラムクロック高調波の無線周波数干渉(RFI)の低減が示されている。
本発明の幾つかの実施形態は、変調されたトーンの干渉の除去に関する。
幾つかの実施形態では、周期的拡散信号と、干渉している高調波を変調する有効拡散信号との間の位相が測定され、干渉高調波の振幅が推定され、干渉高調波が受信信号(例えば、受信通信信号)から除去される。他の実施形態についても、記載及び特許請求される。
幾つかの実施形態では、位相推定器が、周期的拡散信号と、干渉高調波を変調する有効拡散信号との間の位相を測定し、振幅推定器が、干渉高調波の振幅を推定し、トーン抑制器が、受信信号から干渉高調波を取り除く。
幾つかの実施形態では、システムは、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングプラットフォームと連結された(及び/又はコンピューティングプラットフォームに含まれる)無線装置、及び干渉抑制器を含む。無線装置は、無線周波数信号を送受信する。干渉抑制装置は、無線周波数信号と干渉する1以上のクロックの基本周波数における小さな偏差を追跡し、クロック高調波干渉を消す又は減衰させる。干渉抑制装置は、周期的拡散信号と、干渉高調波を変調する有効拡散信号との間の位相を測定する位相推定器、干渉高調波の振幅を推定する振幅推定器、及び受信信号から干渉高調波を取り除くトーン抑制器を含む。
拡散スペクトラムクロックは、基本クロック周波数におけるエネルギーを小さな周波数間隔に拡散させることにより、クロックの高調波の平均振幅を下げる技術である。現在のトーン除去アルゴリズムでは、拡散クロック高調波を、時間変化する狭い干渉源というよりも、広い干渉源として扱っている。幾つかの実施形態に従って、スペクトルの一部が切り取られるトーンパンクチャリング(Tone puncturing)を使用してもよい。しかしながら、あまりにも広い塊として切り取ってしまうと、信号の質の低下が生じる。幾つかの実施形態によれば、スペクトルの取り去る部分が小さいので、生じるビットエラーが少なくなる。すなわち、幾つかの実施形態によれば、スペクトルの非常に小さな部分を取り去るためにトラッキング(追跡)が使用され、その結果、生じるビットエラーが少なくなる。このように、拡散クロック高調波は、時間変化する狭い干渉源として扱われる。これにより、典型的なトーン抑制技術と比較して、大幅に改善された結果を得ることができる。
図1A〜1Cは、幾つかの実施形態に係る拡散クロック高調波スペクトログラム100を示している。スペクトログラム100において、周波数は縦軸、時間は横軸で表されている。干渉している拡散高調波が、時間軸に沿って拡大して表示されている。拡散関数による周波数変動は、三角波拡散関数を使用して、図1Aに例示されている。例えば、直交周波数分割多重方式(OFDM)受信機又はスペクトル分析器を使用して観察する場合、帯域幅が大きいと、周波数変動を観察することができず、エネルギーは、小さな周波数間隔に渡って拡散しているように見える。
図1Bは、スペクトログラム110を使用して、現在の幾つかの手法によって、周波数帯内の全てのエネルギーを取り除く試みをどのように行っているのかを示している。スペクトログラム110では、周波数が縦軸に表され、時間が横軸に表され、図1Bの右側の分解図に示されたグラフ120には、大きさ対周波数が表されている。
真に時間変動する狭い干渉のみが取り除かれる本発明の幾つかの実施形態と、図1Bを対比する。このように、干渉に伴って取り除かれてしまう情報を有する信号部分が少なくなり、その結果、通信エラーが少なくなり、高スループット及び無線レンジの拡大が図れる。
図1Cは、幾つかの実施形態に係るスペクトログラム130を示している。スペクトログラム130では、周波数が縦軸、時間が横軸に示されている。スペクトログラム130は、干渉クロック高調波(図1Cでは、実線で示されている三角波)の拡散関数と、受信された高調波の有効拡散関数(図1Cでは、点線で示されている三角波)との間の位相遅延を示している。
図2は、幾つかの実施形態に係るシステム200を示している。システム200は、クロック生成器202、小フォームファクター計算プラットフォーム204(これに限定されないが、例えば、ノートパソコンプラットフォーム、携帯デバイスプラットフォーム等)、デジタル拡散周波数基準206、位相推定器208、振幅推定器210、トーン抑制器212、無線広域ネットワーク(WWAN)ベースバンド214、無線周波数(RF)フロントエンド216、及び/又は無線装置218(例えば、送信機及び受信機を含む無線送受信機)を含む。幾つかの実施形態では、位相推定器208及び振幅推定器210は、干渉推定器及び/又は干渉追跡器(例えば、ある実施形態では、ドリフトを追跡する)に含まれる及び/又はこれらを含んでもよい。幾つかの実施形態では、位相推定器208、振幅推定器210、及び/又はトーン抑制器212は、干渉抑制器に含まれる及び/又は干渉抑制器を含んでもよい。幾つかの実施形態では、WWANベースバンド214は、あらゆる無線ベースバンド及び又はデジタルベースバンドであってもよく、全ての実施形態において、WWANベースバンドに限定されない。幾つかの実施形態では、システム200における要素の全て又は一部が、ハードウェア及び/又はソフトウェアのあらゆる組み合わせに実装されてもよい。
システム200は、クロック高調波干渉を消す又は減衰させるために、干渉クロックの基本周波数における小さな偏差を追跡する。幾つかの実施形態では、位相推定器208は、干渉を含む信号と、基準クロック信号との間の位相差を測定する。幾つかの実施形態では、位相推定器208は、位相追跡及び/又は測定を提供する。位相推定器208は、周期的な拡散信号と、干渉高調波を変調する有効拡散信号との間の位相(例えば、時間単位の角度差)を測定する。幾つかの実施形態では、これを、拡散信号を直接測定することにより行う(例えば、図2において、クロック生成器202と位相推定器208との間に点線で描かれたような有線接続が必要となる)。クロック生成器と位相推定器との間の接続か不可能な実施形態の場合には、基準信号が生成されてもよい。幾つかの実施形態では、人工的に生成されたデジタル基準(例えば、デジタル拡散周波数基準206からの信号)を、位相ロックループと共に使用することにより、位相推定器208が位相を測定する。幾つかの実施形態では、位相推定器208は、例えば、拡散関数のノイズの多い遅延したコピーを回復するために、干渉高調波を変調した後に、遅延を推定する。幾つかの実施形態では、位相推定器208は、適応最小平均二乗誤差(MMSE)推定器を使用して、位相を決定する。幾つかの実施形態では、拡散関数の形(例えば、のこぎりの歯型、三角波、正弦波等)は、事前に知ることができ、及び/又は(例えば、MMSE推定の一部として)測定されてもよい。幾つかの実施形態では、位相推定器208は、クロックリカバリ回路を含んでもよい。幾つかの実施形態では、位相推定器208は、あらゆるハードウェア及び/又はソフトウェア実装を使用して位相を測定してもよい。
幾つかの実施形態によれば、位相推定器208は、周期的な拡散信号と、干渉高調波を変調する有効拡散信号との間の位相を測定する。例えば、幾つかの実施形態によれば、位相推定器208は、図1Cにおいて実線で描かれた周期的拡散信号と、図1Cにおいて点線で描かれた干渉高調波を変調する有効拡散信号との間の、図1Cに描かれた位相を測定する。
幾つかの実施形態によれば、振幅推定器210は、干渉高調波の振幅を推定する。幾つかの実施形態では、これは、例えば、適応フィルタ(例えば、ある実施形態では、1つのタップ適応フィルタ)、及び/又は既知のスペクトル推定技術を使用して行われる。幾つかの実施形態では、振幅は、位相とは独立して推定される。幾つかの実施形態では、振幅は、位相と共に推定される。
幾つかの実施形態では、トーン抑制器212は、無線装置218から受信された受信信号からの干渉高調波を、減法除去技術、適応的除去及び/又は時変狭帯域フィルタリング使用して除去する。
本発明の幾つかの実施形態(例えば、図2を参照して説明された実施形態)では、真に時間変化する狭帯域の干渉のみが、受信信号から除去される。したがって、干渉に伴って取り除かれてしまう情報を有する信号部分が少なくなり、その結果、通信エラーが少なくなり、高スループット及び無線レンジの拡大が図れる。
図2には、1つのクロック生成器が示されているが、幾つかの実施形態では、1以上のクロック生成器、クロック信号及び/又は基準信号が、位相測定が実行されるシステムに含まれていてもよい(例えば、クロック信号のそれぞれ及び/又は基準信号に対して位相測定が行われる)。また、図2には1つの無線装置が示されているが、幾つかの実施形態では、1以上の無線装置が含まれていてもよい。さらに、特定の干渉高調波における位相差が回復されると、1つのRFフロントエンドを共有している別の無線装置に影響を与えている別の干渉高調波における位相差が単純に計算される。
図3は、幾つかの実施形態に係るグラフ300が示されている。グラフ300は、縦軸にビット誤り率(BER)を、横軸に信号対雑トーン比(Eb/No)を示している。グラフ300には、コード化されていないデータの四位相偏移変調(QPSK)式変調を使用した、直交周波数分割多重方式(OFDM)通信システムにおける、拡散スペクトラムクロック高調波のRFI低減のシミュレーション結果が示されている。同一チャンネルのクロック高調波干渉に対するビット誤り率(BER)対信号対雑トーン比(Eb/No)の曲線が示されている。振幅及び位相を合わせた推定誤差は、5%から95%の範囲で変化し、幾つかの実施形態に従って曲線が生成された。図3に示すように、従来技術のトーンパンクチャリング方法と比較して、BERの大きさが2桁改善している。この改善は、幾つかの実施形態によれば、取り除かれた信号エネルギーのレベルが低かったために生じている。
幾つかの実施形態によれば、例えば、拡張された無線レンジ、所与のレンジを達成するのに必要な電力の低減、所定のレンジにおけるスループットの増加、及び/又は所定の空間位置に互いに干渉することなく共存できる無線プラットフォームの数の増加が図られることにより、従来のシステムと比較して、複数無線コンピューティングプラットフォームの性能が改善された。幾つかの実施形態によれば、無線周波数干渉(RFI)は、無線性能に対する影響が低くなる。
幾つかの実施形態に係る特定の方法で幾つかの実施形態が実装されると記載されたが、これらの特定の実装形態が必ずしも必要とされるわけではない。例えば、幾つかの実施形態が、三角波を参照して記載されたが、ある実施形態は、別の拡散関数(例えば、幾つかの実施形態では、正弦波、のこぎりの歯状の波、又は別の形状の波等)を参照して実装されてもよい。
また、幾つかの実施形態が、特定の実装形態を参照して説明されたが、別の実装形態も可能である。また、図に示された及び/又は上述された回路素子の順番及び/又は配置、又は他の構成は、必ずしも図示及び上述したような特定の配置である必要はない。実施形態に応じて、様々なその他の配置が可能である。
図に示した各システムにおいて、あるケースでは、要素のそれぞれに、同じ参照番号又は異なる参照番号が付されているが、これは、要素が異なる及び/又は同一であることを示唆している。しかしながら、要素は、様々な方法で実装可能であるよう十分な柔軟性を持ち、本明細書で記載した又は示されたシステムの全て又は一部で実行可能である。図に示された様々な要素は、同一のものであってもよいし、異なるものであってもよい。また、どの要素を第1の要素及び第2の要素と呼ぶかは、任意である。
以下に記載の説明及び特許請求の範囲において、「連結(coupled)」及び「接続(connected)」という言葉、並びにこれらの派生語が使用されることがある。この2つの言葉は、同義語として使用されているのではない。特定の実施例において、「接続」は、2つ又は2つ以上の要素が物理的に或いは電気的に直接互いに接触していることを示すのに使用されている。「連結」も、2つ又は2つ以上の要素が、物理的に或いは電気的に直接互いに接触していることを示すが、「連結」は、2つ又は2つ以上の要素が、協動又は相互作用しているが、直接接していない場合も示す。
本明細書のアルゴリズムは、概して、所望の結果に導く作用又はオペレーションの首尾一貫したシーケンスと考えられ、物理量の物理的操作が含まれる。必ずしも常にではないが、通常、これらの量は、電子信号又は磁気信号の形態を有しており、保存、変換、合成、比較及びその他の操作が可能である。主に共通の用法として、これらの信号を、時に簡便のため、ビット、値、要素、シンボル、文字、言葉、数字等として称している。しかしながら、これら全ての言葉及び同様な言葉は、適切な物理量と結びつけられており、これらの物理量に適用された単なる便利な標号ではない。
本発明の様々な実施形態が、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、及びこれらの組み合わせにより実装可能である。また、本発明は、機械可読媒体に含まれる命令として実装可能であり、命令は、明細書に記載のオペレーションを実行するコンピューティングプラットフォームによって、読み出され、実行されてもよい。機械可読媒体としては、機械(例えば、コンピューター)が読み出し可能な形態で情報を格納又は送信するためのあらゆる機構を含む。そのような機械可読メディアとしては、これらに限定されないが、例えば、リードオンリーメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、磁気ディスク記憶媒体、光学式記憶媒体、フラッシュメモリ装置、電気的、光学的、音波的、又は他の形態である伝播信号(例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号、信号を送受信するインターフェース等)が含まれる。
実施形態は、発明の実施例又は実装例である。また、「一実施形態」、「ある実施形態」、「幾つかの実施例」、「他の実施形態」等は、少なくとも本発明の実施形態が、実施形態に関連した特定の特徴、構造及び特性を含むことを示唆するが、必ずしも全ての実施形態が、これら特定の特徴、構造及び特性を含むことを意味しない。したがって、本明細書中の様々な箇所で使用されている「一実施形態」、「ある実施形態」又は「幾つかの実施例」という表現は、必ずしも同一の実施形態を示していない。
また、明細書に記載された及び例示された構成要素、特徴、構造、特性等の全てが、ある特定の実施形態又は複数の実施形態に含まれている必要はない。明細書で、ある構成要素、特徴、構造、又は特性を、例えば、「含んでもよい(may)」、「含まれる場合がある(might)」、「含むことができる(can)」、又は「含まれる可能性がある(could)」と記載されている場合には、その構成要素、特徴、構造、又は特性が必ずしも含まれている必要がないことを示している。明細書又は特許請求の範囲において、「一つの」又は「一の」との記載は、要素が一つのみ存在していることを意味するのではない。また、明細書又は特許請求の範囲において、「さらなる一つの」要素との記載は、追加要素が複数存在することを除外していない。
上記実施形態を説明するのに、フローチャート及び/又は状態図が使用されたが、本発明は、対応する記載又はこれらの図に限定されるものではない。例えば、図に示されるように及び明細書の記載と全く同じ順番で、フローチャートの囲み部分又は状態のそれぞれを遷移する必要はない。
本発明は、明細書に記載された特定の詳細事項に制限されない。本開示の利益を享受する当業者は、上記の記載及び添付の図面から、本発明の範囲内で様々な変更が可能であることを理解できる。したがって、本発明の範囲は、そのような変更を含む下記の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (29)

  1. 周期的拡散信号と干渉高調波を変調する有効拡散信号との間の位相を特定する段階と、
    前記干渉高調波の振幅を推定する段階と、
    受信信号から前記干渉高調波を取り除く段階と
    を備える方法。
  2. 前記位相を測定する段階は、前記周期的拡散信号の直接測定を利用して行われる請求項1に記載の方法。
  3. デジタル基準信号を生成する段階を更に備え、
    前記位相を測定する段階は、生成された前記デジタル基準信号を使用して行われる請求項1に記載の方法。
  4. 平均二乗誤差を推定する段階を更に備え、
    前記位相を測定する段階は、推定された前記平均二乗誤差を使用して行われる請求項1に記載の方法。
  5. 前記周期的拡散信号の形を特定する段階を更に備える請求項1に記載の方法。
  6. 前記干渉高調波の振幅を推定する段階は、前記位相を測定する段階とは別に実行される請求項1に記載の方法。
  7. 前記干渉高調波の振幅を推定する段階は、前記位相を測定する段階と一緒に実行される請求項1に記載の方法。
  8. 前記干渉高調波を取り除く段階は、減法除去技術、適応除去、適応フィルタリング及び時変狭帯域フィルタリングの少なくとも1つを使用して行われる請求項1に記載の方法。
  9. 前記干渉高調波を取り除く段階は、前記受信信号から、真の時変狭帯域干渉信号のみを取り除く請求項1に記載の方法。
  10. 周期的拡散信号と干渉高調波を変調する有効拡散信号との間の位相を測定する位相推定器と、
    前記干渉高調波の振幅を推定する振幅推定器と、
    受信信号から前記干渉高調波を取り除くトーン抑制器と
    を備える装置。
  11. 前記位相推定器は、前記周期的拡散信号の直接測定を利用して、前記位相の測定を行う請求項10に記載の装置。
  12. 前記位相推定器は更に、デジタル基準信号を生成し、生成された前記デジタル基準信号を利用して前記位相の測定を行う請求項10に記載の装置。
  13. 前記位相推定器は更に、平均二乗誤差を推定し、推定した前記平均二乗誤差を使用して前記位相の測定を行う請求項10に記載の装置。
  14. 前記位相推定器は更に、前記周期的拡散信号の形を判断する請求項10に記載の装置。
  15. 前記振幅推定器は、前記位相推定器が前記位相を測定するのとは独立して、前記振幅を推定する請求項10に記載の装置。
  16. 前記振幅推定器は、前記位相推定器が前記位相を測定するのと一緒に、前記振幅を推定する請求項10に記載の装置。
  17. 前記振幅推定器は、適応フィルタである請求項10に記載の装置。
  18. 前記トーン抑制器は、減法除去技術、適応除去、適応フィルタリング及び時変狭帯域フィルタリングの少なくとも1つを使用する請求項10に記載の装置。
  19. 前記トーン抑制器は、前記受信信号から、真の時変狭帯域干渉信号のみを取り除く請求項10に記載の装置。
  20. コンピュータプラットフォームと、
    前記コンピュータプラットフォームと連結され、無線周波数信号を送受信する無線装置と、
    前記無線周波数信号と干渉する1以上のクロックの基本周波数における小さな偏差を追跡し、クロック高調波干渉を除去する又は減衰させる干渉抑制装置とを備えるシステムであって、
    前記干渉抑制装置は、
    周期的拡散信号と、干渉高調波を変調する有効拡散信号との間の位相を特定する位相推定器と
    前記干渉高調波の振幅を推定する振幅推定器と、
    受信信号から前記干渉高調波を取り除くトーン抑制器と
    を有するシステム。
  21. 前記位相推定器は、前記周期的拡散信号の直接測定を利用して、前記位相の測定を行う請求項20に記載のシステム。
  22. 前記位相推定器は更に、デジタル基準信号を生成し、生成された前記デジタル基準信号を利用して前記位相の測定を行う請求項20に記載のシステム。
  23. 前記位相推定器は更に、平均二乗誤差を推定し、推定した前記平均二乗誤差を使用して前記位相の測定を行う請求項20に記載のシステム。
  24. 前記位相推定器は更に、前記周期的拡散信号の形を判断する請求項20に記載のシステム。
  25. 前記振幅推定器は、前記位相推定器が前記位相を測定するのとは独立して、前記振幅を推定する請求項20に記載のシステム。
  26. 前記振幅推定器は、前記位相推定器が前記位相を測定するのと一緒に、前記振幅を推定する請求項20に記載のシステム。
  27. 前記振幅推定器は、適応フィルタである請求項20に記載のシステム。
  28. 前記トーン抑制器は、減法除去技術、適応除去、適応フィルタリング及び時変狭帯域フィルタリングの少なくとも1つを使用する請求項20に記載のシステム。
  29. 前記トーン抑制器は、前記受信信号から、真の時変狭帯域干渉信号のみを取り除く請求項20に記載のシステム。
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