JP2014200019A

JP2014200019A - 干渉波除去装置および干渉波除去方法

Info

Publication number: JP2014200019A
Application number: JP2013074968A
Authority: JP
Inventors: 大谷　満; Mitsuru Otani; 満大谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-23

Abstract

【課題】同一周波数帯を複数の無線アプリケーションで使用している場合に、所望の受信波に対する干渉波を抑圧することが出来る干渉波除去装置および干渉波除去方法を提供する。【解決手段】所望波受信用のアンテナＩｒと干渉波専用の受信アンテナＩｉを備え、２つの受信系統のＢＥＦ２ｒ、ＢＥＦ２ｉにより受信信号Ｒ２、Ｉ２を取り出して相関部３に入力して取出した相関信号Ｗにより干渉波Ｉ２から干渉波のレプリカ信号Ｃを生成し、更に干渉を受けた所望波の受信信号Ｒ１から干渉波のレプリカ信号Ｃを減算することにより干渉波を除去して所望波ｓｒのみを取り出す。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、受信機に所望受信電波よりも広い帯域で受信する干渉波の干渉波除去装置および干渉波除去方法に関する。

移動通信、固定通信、衛星通信などの受信機には、通信の所望の受信波に加えて多くの電波が到来する。最近は、通信、放送の高速化、広帯域化、が進み、昔の単一周波数の混信とは比較にならないほど広い帯域で連続する干渉波が受信される。

映像信号の様な広帯域な所望波に狭帯域の信号が干渉波となって受信される場合には干渉波の周波数の信号成分をノッチフィルタで除去する方法が取られた（例えば、特許文献１。）。

ところが、同一周波数帯を使用する通信、放送等の無線アプリケーション間で干渉が発生し、干渉波帯域が所望波の帯域よりも広い場合は、干渉元を特定し、出力周波数や電力の調整、アンテナの指向性変更、設置場所の変更、調整などにより所望波と干渉波とのアイソレーションを確保しなければならない。

免許を得て運用している無線局や放送局の場合の様な干渉元が特定出来る場合は良いが、映像信号や、高速データを送信する無線リンクなど免許が不要な微小電力送信装置や、法定レベル以下であってもケーブル、機器等からの漏洩電波が干渉源となる場合も多い。

例えば、デジタル放送用アンテナに付属するＲＦコンバータから家庭用の受信機へ伝送される中間周波信号がケーブル、接栓から漏洩し、移動通信システムに影響する事例がある。この場合は、発生源の特定が困難であり、また特定できたとしても発生源の機材の改修も現実的に容易ではない。

このような所望波よりも広い帯域の干渉波による干渉障害では、干渉波の発信元の特定、また機器やアンテナの調整変更などの上記アイソレーション対策が困難であることが多い問題があった。

特開２００５−２６０８６０号公報

従来干渉障害では、干渉波の発信元の特定、また機器やアンテナの調整変更などの上記アイソレーション対策が困難であることが多い問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、同一周波数帯を複数の無線アプリケーションで使用している場合に、所望の受信波に対する干渉波を抑圧することが出来る干渉波除去装置および干渉波除去方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本実施形態の干渉波除去装置は、所望信号の電波を受信する第１のアンテナが受信した信号を、前記所望信号が占有する周波数帯域よりも広い周波数に亘り増幅した第１の増幅信号を出力する第1の増幅処理回路と、前記第１の増幅信号が入力され前記周波数帯域における信号を減衰して第1の相関測定信号として出力する第1のＢＥＦフィルタと、前記周波数帯域よりも広い周波数に亘り送信され、前記所望信号に干渉を与える干渉波のみを受信する第２のアンテナが受信した信号を前記周波数帯域よりも広い周波数に亘り増幅した第２の増幅信号を出力する第２の増幅処理回路と、前記第２の増幅信号が入力され、前記第1のＢＥＦフィルタと同じ減衰特性を有して第２の相関測定信号として出力する第２のＢＥＦフィルタと、前記第１及び、第２の相関測定信号が入力され、それらの間の相関を示す相関信号を出力する相関部と、前記第２の増幅信号と前記相関信号とが入力され、前記第２の増幅信号を前記相関信号により補正することにより、前記第１の増幅信号に含まれる前記干渉波のレプリカ信号を生成して出力する補正部と、前記第１の増幅信号と前記レプリカ信号とが入力され、前記第１の増幅信号から前記レプリカ信号を減算することにより前記所望信号を抽出して出力する減算器とを備えることを特徴とする。

また、本実施形態の干渉波除去装置の干渉波除去方法は、第１及び、第２のアンテナと、ＢＥＦフィルタと、増幅処理回路と、相関部と、補償手段とを備える干渉波除去装置の干渉波除去方法において、第1の前記増幅処理回路が、前記第１のアンテナが受信する電波を前記周波数帯域よりも広い周波数に亘り増幅して、第１の増幅信号を出力し、第1の前記ＢＥＦフィルタは、前記第１の増幅信号から前記周波数帯域の信号を減衰して第1の相関測定信号として出力し、第２の前記増幅処理回路は、前記所望信号に干渉を与える干渉波信号のみを受信する前記第２のアンテナが受信した信号を前記周波数帯域よりも広い周波数に亘り増幅した第２の増幅信号を出力し、第２の前記ＢＥＦフィルタは、前記第２の増幅信号から前記周波数帯域の信号を減衰して第２の相関測定信号として出力し、前記相関部は、前記第１及び、第２の相関測定信号が入力され、それらの間の相関を示す相関信号を出力し、前記補償手段は、前記第２の増幅信号と前記相関信号とが入力され前記第１の増幅信号に含まれる前記干渉信号のレプリカ信号を生成し、前記第１の増幅信号から前記レプリカ信号を減算することにより前記干渉波を除去して前記所望信号を出力することを特徴とする。

本実施形態に係わる干渉波除去装置の動作を説明する機能ブロック図である。図１に示された干渉波除去装置の動作を説明する動作概念図である。本実施形態に係わる干渉波除去装置の動作を説明する機能ブロック図の詳細な１例である。干渉波受信方向調整機能が付加された干渉波除去装置の動作処理を説明する機能ブロック図である。干渉波の周波数帯域を自動設定する干渉波除去装置の動作を説明する機能ブロック図である。干渉波除去装置の干渉波受信周波数特性の調整方法を説明する概念図である。

以下実施形態の干渉波除去装置の動作を図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係わる干渉波除去装置の動作を説明する機能ブロック図、図２は、図１に示された干渉波除去装置の動作を説明する動作概念図であって、図1に示される各機能ブロックで処理された信号の状況を示している。

図１において干渉波除去装置は、アンテナＩａ、Ｉｒ、受信処理部１ｉ、１ｒ、ＢＥＦ（Band Elimination Filter：帯域除去フィルタ）２ｉ、２ｒ、相関部３、補正部４と、減算器５とを備えている。また、ＩＮは、干渉波発生源である。

アンテナＩｒ、受信処理部１ｒ、ＢＥＦ２ｒは、例えば、所望波である中継無線電波を受信するアンテナとその信号処理をする信号受信処理系統を構成し、受信信号Ｒ１を出力する。

図２において、この信号Ｒ１は、周波数がｆ１からｆ２の帯域の所望波ｓｒが、更に所望波よりも帯域が広いｆ０からｆ３の帯域の干渉波ｓｉに重畳（混信）されているものである。なお、ここでは説明を簡単にするため、ｆ０〜ｆ３は、既知としている。

アンテナＩａ、受信処理部１ｉ、ＢＥＦ２ｉは、中継無線電波に影響を与える干渉波のみを受信するアンテナＩａとその信号処理をする干渉波受信処理系統を構成し干渉信号Ｉ１を出力する。ＢＥＦ２ｒ、２ｉは、どちらも中継無線電波（以下、所望波と呼ぶ。）の占有帯域（ｆ１〜ｆ２）の信号を減衰除去するフィルタで、図２の様な干渉波信号Ｒ２、干渉波信号Ｉ２を出力する。

相関部３は、２つの受信処理系から出力された各干渉波信号（Ｒ２、Ｉ２）を入力してそれらの間の周波数（振幅）特性、位相、遅延などの相関関係を示す相関信号Ｗを出力する相関処理を行う。

干渉波信号Ｒ２と干渉波信号Ｉ２とは同一干渉波源から生成されており、周波数、位相、遅延が異なる２つの受信信号となっているので、周波数差、位相差、遅延差を相関演算により計算する事ができる。言い換えればこの相関は、送信源が同じであって経路が異なった場合から干渉波の自己相関を求めており、信号波（所望波）に対する影響を所望波の帯域以外の伝播特性から求めることを可能にしている。

相関信号Ｗは、干渉波信号Ｉ２から周波数ｆ１からｆ２の間にある干渉波を推測するための相関関係を表わすものである。例えば、周波数ｆ１とｆ２近傍のＩ２がＲ２に比べて振幅、位相、遅延などを比較して、それらの補正係数を相関信号Ｗとして出力する。

補正部４は、相関部３から出力された相関信号Ｗと受信処理部１ｉからの干渉波信号Ｉ２とを入力して周波数ｆ０からｆ３に亘る干渉波信号のレプリカ信号Ｃを生成出力する（図２参照）。

減算器５には、入力される受信信号Ｒ１からレプリカ信号Ｃを減算すると所望波の信号ｓｒのみが出力Ｙとして得られる（図２参照）。

図３は、図１のより詳細な機能ブロック図の一例である。ここでは、中継送受信装置に取り付ける干渉波除去装置を一例として取り上げる。

図３（ａ）において、アンテナＩｒは、固定局間の中継する電波の送信元に指向性を持たせたアンテナが好ましいが、不特定な移動端末を対象とする場合は無指向性アンテナでも良い。一方、干渉波を専用受信するアンテナＩａは、所望波を受信しないように指向性アンテナが用いられるか、または所望波が受信できない位置に設置される。

受信処理部１ｉ、受信処理部１ｒ、ＢＥＦ（２ｉ、２ｒ）は、干渉波受信回路の受信処理部１ｉのＢＰＦ１３ｉの通過帯域の方が他方の所望信号を通過するＢＰＦ１３よりも広い点を除けば基本的には同じ仕様でデジタル信号処理が行われるので受信処理部１ｒで代表して動作説明を行う。

なお、干渉波が存在する周波数帯域内で所望波を受信するものであれば、ＢＰＦ１３ｉとＢＰＦ１３との通過帯域が同じである受信処理部１ｉ、受信処理部１ｒであっても良い。この場合、同じ仕様の受信回路を２台揃えるか、または１つの受信回路を高速で切替えてみかけ上２系統にして用いるものでもよい。

受信処理部１ｒは、受信信号を増幅するＡＭＰ（増幅器）１１、ＲＦ周波数とＩＦ周波数に変換するＤＣ（ダウンコンバータ）１２、周波数変換により発生するイメージを除去するためのバンドパスフィルタＢＰＦ１３、ＩＦ信号をサンプリングしデジタル信号に変換するＡＤＣ（ＡＤ変換器）１４、ディジタルデータを所定の周波数に変換するデジタルダウンコンバータＤＤＣ１５、相関回路で推定できる遅延範囲に粗調整するための遅延回路ＤＥＬＡＹ１６を備えている。また、言うまでも無いが、ＢＥＦ（２ｒ、２ｉ）、相関部３、補正部４、減算器５などはデジタル信号処理によって実行される。

相関部３は、入力される２つの信号の相関を計算する、言い換えれば自己相関をとる事により２信号間の周波数（振幅）差、位相差、遅延差を計算し、その結果を相関信号Ｗとして出力する。

補正部４は相関部３からの相関信号Ｗに基づいて、前述の様に干渉波受信回路からの干渉波からレプリカ信号Ｃを生成する。

図３（ｂ）は、補正部４をＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタ４１で実現する機能ブロック図であって、入力される干渉波信号Ｉ２から予め準備した周波数（振幅）差、位相差、遅延差の補正係数によって所望波の周波数帯を含めて干渉波信号のレプリカ信号Ｃを生成する一例である。

図３（ｃ）は、ＮＣＯ（Numerically Controlled Oscillator）４２を用いて周波数補正を行い、ＦＩＲフィルタ４１ａで位相、遅延を補正し、レプリカ信号Ｃを生成する補正部の一例の機能ブロック図である。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の干渉波除去装置によれば、所望波受信用のアンテナに加えて干渉波専用の受信アンテナを備え、２つの受信電波から相関器を用いて干渉波のレプリカを生成し、更に干渉を受けた所望波の受信電波から干渉波のレプリカを減算することにより干渉を除去することが可能となる。

また、本実施形態においては、レプリカ信号を正確に生成するために干渉波のみを正しく抽出することが重要である。図４は、干渉波専用受信アンテナに自動追尾機能を付加した干渉波除去装置の機能ブロック図の一例である。

図４において、アンテナＩａに指向性アンテナを用いる場合、干渉波のみの信号と、所望波と干渉波との合成信号との差を最大になる様にする。すなわち、干渉波信号Ｉ１と受信信号Ｒ１との出力を検波器Ｄで検波した信号を差動増幅器６に入力させ、その電力レベル比が最大になる様に駆動部７がアンテナＩａの指向方向をスキャンすることによりその最大比になる様に制御ループが組まれる。

アンテナＩａは、アンテナポールをモータで駆動して方向を変える機械的なものでも良いし、例えばフェーズドアレイアンテナの様な多素子の電子エレメントを並べて指向性を電子走査するアンテナでも良い。

この方法により、干渉波の送信源の方向を自動的に探し出すので干渉抑圧の調整作業をさらに容易にすることが出来る。

また、一つの電子走査アンテナを干渉波受信用アンテナＩａと、所望波受信用アンテナＩｒとして共用し、電子的に両者を切り分けて使うとともに干渉波受信用アンテナＩａを電子操作して指向性を持たせるようにするのもよい。

この方法によれば、アンテナを２つ設けることも無く、中継送受信装置を小型にすることが出来るとともに、自動的に干渉波受信アンテナの指向特性を調整できるので操作性に優れた干渉波除去装置を実現することが出来る。

図５は、干渉波の周波数帯域を自動設定する干渉波除去装置の機能ブロック図、図６は、図５の干渉波除去装置の周波数特性を説明する概念図である。

また、上述の説明では干渉波帯域ｆ０〜ｆ３を既知として説明いるが、干渉周波数帯域を未知のものとして所望波の周波数帯域ｆ１〜ｆ２よりも広い範囲に仮設定した後、自動的に設定するようにしても良い。このために、図５では、相関部３からの相関信号をモニタして干渉波受信処理部１ｉのバンドパスフィルタＢＰＦ１３ｉの通過帯域を調整する帯域処理部８を備えている。

バンドパスフィルタＢＰＦ１３ｉは、前述の通りデジタルフィルタであるので通過特性は演算処理の係数を調整することによって設定できる。

さて、所望波の帯域はｆ１〜ｆ２である。そこで帯域処理部８は、帯域除去処理の初期手順として、最初に干渉波受信処理部１ｉのＢＰＦ１３ｉの通過帯域をデフォルトの最大帯域（ｆ４〜ｆ５）に設定する。ついで、相関部３の相関信号を監視して図６のように周波数ｆよりも少し低い周波数ｆ１−と周波数ｆ２よりも少し高い周波数ｆ２＋とのポイントで相関Ｗ０を求める。

そして、それぞれ所望波の帯域よりも内側へ向かって相関測定ポイントを順次広げて行きながら相関信号Ｗ１、Ｗ２・・・を測定し、Ｗ０と比較し所定のレベル、又は、相関の増加割合が少なくなったポイントで相関の測定を一旦停止する。そして、そのポイントをＢＰＦ１３ｉのカットオフ周波数として設定しなおす。通常、そのポイントがｆ０とｆ３とに対応するので改めて相関信号Ｗを求めるようにする。

また、カットオフ周波数決定方法として最初に干渉波受信処理部１ｉのＢＰＦ１３ｉの通過帯域をｆ１〜ｆ２の帯域に設定する。ついで、周波数ｆよりも少し低い周波数ｆ１−と周波数ｆ２よりも少し高い周波数ｆ２＋で相関Ｗ０を求めるようにしても良い。

そして、それぞれ所望波の帯域よりも外側へ向かってカットオフポイント順次広げて行きながら相関信号Ｗ１、Ｗ２・・・を測定し、Ｗ０と比較し所定以上の偏差になったポイント（相関性が低下したポイント）で相関の測定を一旦停止する。そのポイントをＢＰＦ１３ｉのカットオフ周波数として通過帯域として設定しなおす。通常、そのポイントがｆ０とｆ３とに対応するので改めて相関信号Ｗを求めるようにしても良い。

また、必ずしも干渉波をそのすべてのｆ０〜ｆ３帯域で受信する必要は無いので、所望波の帯域よりも所定の周波数だけ広げたポイントをカットオフ周波数として設定するものであっても良く、干渉波受信処理部１ｉのＢＰＦ１３ｉの通過帯域が周波数ｆ１〜ｆ２よりの広い範囲となる様にカットオフ周波数を設定し相関信号Ｗ０を求める。

以上の方法では、干渉波の周波数帯域を調べ、その周波数帯域に合わせて干渉除去用のフィルタを設計する必要が無いので、不特定な干渉を受けている場合でも干渉除去が容易に出来る効果がある。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ｉ、１ｒ受信処理部
１３１３ｉＢＰＦ
２ｉ、２ｒＢＥＦ
３相関部
４補正部
４１、４１ａＦＩＲ
４２ＮＣＯ
５減算器
６差動アンプ
７駆動部
８帯域調整部
Ｉａ、Ｉｒアンテナ
ｓｒ所望波
ｓｉ干渉波
Ｃレプリカ信号
Ｗ相関信号

Claims

所望信号の電波を受信する第１のアンテナが受信した信号を、前記所望信号が占有する周波数帯域よりも広い周波数に亘り増幅した第１の増幅信号を出力する第1の増幅処理回路と、
前記第１の増幅信号が入力され前記所望信号が占有する周波数帯域における信号を減衰して第1の相関測定信号として出力する第1のＢＥＦフィルタと、
前記所望信号の周波数帯域よりも広い周波数に亘り送信され、前記所望信号に干渉を与える干渉波のみを受信する第２のアンテナが受信した信号を前記所望波信号の周波数帯域よりも広い周波数に亘り増幅した第２の増幅信号を出力する第２の増幅処理回路と、
前記第２の増幅信号が入力され、前記第1のＢＥＦフィルタと同じ減衰特性を有して第２の相関測定信号として出力する第２のＢＥＦフィルタと、
前記第１及び、第２の相関測定信号が入力され、それらの間の相関を示す相関信号を出力する相関部と、
前記第２の増幅信号と前記相関信号とが入力され、前記第２の増幅信号を前記相関信号により補正することにより、前記第１の増幅信号に含まれる前記干渉波のレプリカ信号を生成して出力する補正部と、
前記第１の増幅信号と前記レプリカ信号とが入力され、前記第１の増幅信号から前記レプリカ信号を減算することにより前記所望信号を抽出して出力する減算器とを
備えることを特徴とする干渉波除去装置。
前記干渉除去装置は、更に差動増幅器と、前記第２のアンテナの指向方向を制御する駆動装置と、前記第１、第２の増幅処理回路の各出力系統に検波器とを備え、
前記差動増幅器は、前記各検波器から受信電力に対応する検波信号が入力され、前記駆動回路は、前記差動増幅器の出力差が最大になる様に前記第２のアンテナの方向を調整することを特徴とする請求項１の干渉波除去装置。
前記干渉除去装置は、更に前記第２の増幅処理回路に通過周波数帯域が調整可能なバンドパス（ＢＰＦ）フィルタと、その帯域調整手段とを備え、
前記帯域調整手段は、前記相関部が出力する前記相関信号を監視しつつ前記バンドパスフィルタの通過周波数帯域を段階的に変化させ、所定の相関値が得られる範囲に前記通過周波数帯域に調整することを特徴とする請求項１記載の干渉波除去装置。
第１及び、第２のアンテナと、ＢＥＦフィルタと、増幅処理回路と、相関部と、補償手段とを備える干渉波除去装置の干渉波除去方法において、
第1の前記増幅処理回路が、前記第１のアンテナが受信する電波を所望信号の周波数帯域よりも広い周波数に亘り増幅して、第１の増幅信号を出力し、
第1の前記ＢＥＦフィルタは、前記第１の増幅信号から前記周波数帯域の信号を減衰して第1の相関測定信号として出力し、
第２の前記増幅処理回路は、
前記所望信号に干渉を与える干渉波信号のみを受信する前記第２のアンテナが受信した信号を前記周波数帯域よりも広い周波数に亘り増幅した第２の増幅信号を出力し、
第２の前記ＢＥＦフィルタは、前記第２の増幅信号から前記周波数帯域の信号を減衰して第２の相関測定信号として出力し、
前記相関部は、前記第１及び、第２の相関測定信号が入力され、それらの間の相関を示す相関信号を出力し、
前記補償手段は、前記第２の増幅信号と前記相関信号とが入力され前記第１の増幅信号に含まれる前記干渉信号のレプリカ信号を生成し、
前記第１の増幅信号から前記レプリカ信号を減算することにより前記干渉波を除去して前記所望信号を出力する
ことを特徴とする干渉波除去装置の干渉波除去方法。