JP2017204855A - 受信機回路 - Google Patents
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Abstract
Description
各々が第1周波数ビン(値の区間)及び第2周波数ビンに対応する情報を含む複数のアンテナ信号を含む入力信号を受信するように構成された入力端子と;
第1周波数ビンに関連する第1到来角(AoA:angle-of-arrival)を測定するように構成された第1AoAブロックと;
第2周波数ビンに関連する第2到来角を測定するように構成された第2AoAブロックと;
第1到来角及び第2到来角に基づいて:
上記複数のアンテナ信号における第1周波数ビンに対応する情報を増加(建設)的に(強め合うように)合成するための値として第1重み付け値を設定するか、あるいは、
上記複数のアンテナ信号における第1周波数ビンに対応する情報を相殺的に(弱め合うように)合成するための値として第1重み付け値を設定するかのいずれかを行うように構成された第1重み付け決定ブロックと;
上記複数のアンテナ信号における第1周波数ビンに対応する情報に第1重み付け値を適用して、重み付き第1周波数ビン信号を提供するように構成された第1重み付け適用ブロックと;
上記複数のアンテナ信号における第2周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための値として第2重み付け値を設定するように構成された第2重み付け決定ブロックと;
上記複数のアンテナ信号における第2周波数ビンに対応する情報に第2重み付け値を適用して、重み付き第2周波数ビン信号を提供するように構成された第2重み付け適用ブロックと;
重み付き第1周波数ビン信号と重み付き第2周波数ビン信号とを合成して出力信号を提供するように構成された信号合成ブロックとを具えている。
・干渉信号を含んでいる可能性のある第1周波数ビン(例えば、図3に示す上側周波数ビン(+100〜+300kHz)または下側周波数ビン(−300〜−100kHz))内の信号の到来角;及び、
・所望のIBOC信号の中央部を含む第2周波数ビン(例えば、図3に示す中間周波数ビン(−100〜+100kHz))内の信号の到来角
を測定することができることが有利である。
本節では、(H)IBOC受信用のステアリング・ベクトルの計算を紹介し、図6中に次のサブステップによって表す:
・第1周波数ビン行列を生成するステップ676、
・第2周波数ビン行列を生成するステップ678、
・第3周波数ビン行列を生成するステップ680、及び、
・平均二乗誤差の最小化(MMSE:minimization of mean-square-error)によってステアリング・ベクトル及びAoAを決定するステップ607。
(外1)
を有する。さらに、受信した所望信号sは、ステアリング・ベクトルaを有する「点光源信号」であるものと仮定する。ここで、受信した所望信号sに対して重み付けベクトルwを適用することによって、送信される所望信号χの(有雑音の)推定値を得ることができ、次式によって与えられる:
(外2)
を次式によって定義する:
(外3)
は送信される信号の分散であり、
(外4)
は空間相互相関ベクトルであり、
(外5)
は空間分散行列である。
(外6)
は行列Aのトレース(跡、対角和)であり、det{A}は行列Aの行列式である。
(外7)
により、受信した上側第1隣接(FM)干渉信号については空間共分散行列
(外8)
により、同様の方法で同様な結果を導出することができる。
(外9)
は、受信した下側第1隣接(FM)干渉信号の代理用のサンプルベクトルの流れであり、
(外10)
は、受信した所望信号の代理用のサンプルベクトルの流れであり、
(外11)
は、受信した上側第1隣接(FM)干渉信号の代理用のサンプルベクトルの流れであり、図6に示すステップ672、668、674の出力として与えられる。
(外12)
は、図6に示すステップ676、678、680の出力として与えられ、到来角を計算するために用いられると共に、重み付け値を計算するためにも用いられる。
本節では、自己ヌリングを防止するための比較基準を紹介する。こうした自己ヌリング防止の決定アルゴリズムはステアリング・ベクトルの利用可能性に基づき、これらのステアリング・ベクトルは、例えば「ステアリング・ベクトル計算」という表題で以上に説明したように計算する。上記の判定基準は、実際には相当「直接的」であり、ステアリング・ベクトルから得られた到来角(AoA)情報を利用する。より具体的には、判定は、受信した所望信号のAoAと受信した下側第1隣接干渉信号との差に基づき、また受信した所望信号のAoAと受信した上側第1隣接干渉信号との差にも基づく。本節の残り部分では、この比較、及びそれに応じた判定基準を説明する。
(外13)
は波長でありcは光速であり、dは上記ULAの2つのアンテナ素子間の距離(例えば
(外14)
)であり、χ(t)はRF所望信号であり、η (t)はRFノイズ信号であり、そして
(外15)
は送信される所望信号χのAoAである。ここで、複素ベースバンドsとしてのs(t)の評価(ここに
(外16)
)を式1と組み合わせれば、ステアリング・ベクトルについて次式のようになる:
(外17)
は複素数の虚部をとることを表し、sin-1(・)はアークサイン(逆正接)である。
(外18)
とステアリング・ベクトルaとの直接的な関係を得る。なお、AoAは空間共分散行列(のみ)から計算され、空間共分散行列はステップ676、678、680から既に利用可能であり、また、以下に説明する「SINRの最大化」基準によって第1、第2、及び第3重み付け値(ビーム形成用重みと称することもできる)を得るためにも用いる。従って、AoA計算は、ビーム形成用重みを決定するために用いるビーム形成アルゴリズムの相当「複雑性に優しい」拡張であり得る。さらに、AoAは、計算されたビーム形成用重みと「調和」することが有利であり、従って、提案する方法と共に「整合決定基準」を導入する。
以下の説明は、ブロック651におけるSINR基準の最大化によって重み付け値(重み付け係数またはビーム形成用重みとして知られていることもある)を決定することができる方法の実現に関するものである。なお、これらは、「却下」が発生しない場合に上記3つの周波数ビンに対して用いられるビーム形成の重みである。
(外19)
は下側第1隣接干渉信号の代理信号についてのサンプル流であり、
(外20)
は所望信号の代理信号についてのサンプル流であり、
(外21)
は上側第1隣接干渉信号の代理信号についてのサンプル流である。
(外22)
は複素数の傾きをとることを表す。偏微分を適用することによって、
(外23)
は行列Aのトレースであり、det[A]は行列Aの行列式である。
(外24)
も対角行列として表すことができ、次式のようになる:
ここで、「ステアリング・ベクトルの計算」という表題の下で上述したステアリング・ベクトルの計算を思い出すことによって、(2アンテナULAについての)受信した下側第1隣接干渉信号、受信した所望信号、及び受信した上側第1隣接干渉信号のそれぞれのAoAを次式のように得ることができる:
本例では、重み付け値を設定するステップを6つのサブステップとして示し、これらのサブステップが組み合わさって、第1重み付け値(wopt,i)、第2重み付け値(wopt,s)、そして第3重み付け値(wopt,j)も設定する。これらのサブステップは:
−第1周波数ビン行列を生成するステップ676、
−第2周波数ビン行列を生成するステップ678、
−第3周波数ビン行列を生成するステップ680、
−3つの周波数ビン行列676、678、680に基づいて、SINRを最大にするための重み付け値を決定するステップ651、
−3つの周波数ビンの各々を増加的に合成するための重み付け値を決定するステップ653、及び
−ステップ607によって出力される論理指標[Lis, Ljs]に基づいて、3つの周波数ビン毎に、ステップ651からの重み付け値を出力するかステップ653からの重み付け値を出力するかを選択するステップ655。
以上に示したように、図6の方法は3つの補正パス、即ち:第1補正パス657、第2補正パス659、及び第3補正パス661を含む。
以下、追加的な実施形態を説明し、この実施形態は2つの代理/学習信号を第1及び第3周波数ビン用に利用する。これらの周波数ビン毎のこれら2つの信号は、これらの周波数ビンの外側部分集合及び内側部分集合と称することができる。
i) 第1周波数ビンの内側部分集合(−200〜−100kHz)、これは「下側混合信号」と称することができ、所望の(H)IBOC信号にノイズ及びあり得る下側第1隣接干渉信号が混入している、及び、
ii) 第3周波数ビンの内側部分集合(+100〜+200kHz)、これは「上側混合信号」と称することができ、所望の(H)IBOC信号上へのノイズ及びあり得る上側第1隣接干渉信号の混入がある。
i) 所望の(H)IBOC信号用(−100〜+100kHz)、
ii) 下側第1隣接(FM)干渉信号用(−300〜−200kHz)、
iii) 上側第1隣接(FM)干渉信号用(+200〜+300kHz)、
iv) 下側混合信号用(−200〜−100kHz)、
v) 上側混合信号用(+100〜+200kHz)
である。
図6を参照して説明した第1及び第3推定パス756、760と同様の方法で、下側混合信号を+150kHzだけ周波数シフトさせて、その中心を0kHzにする。また、上側混合信号を−150kHzだけ周波数シフトさせて、その中心を0kHzにする。次に、これらの周波数シフトさせた信号の各々を、0Hzの前後50kHzのローパスフィルタ(LPF)を用いてフィルタ処理する。
本節では、下側及び上側混合信号用のステアリング・ベクトルの計算を紹介する。混合信号用のステアリング・ベクトルの計算は、第1及び第3周波数ビンの外側部分集合について上述したのと同じ手順である。さらに、混合信号用のステアリング・ベクトルの各々は、第1及び第3周波数ビンの内側部分集合を用いることによって得られる。
(外25)
は受信した下側混合信号の代理信号についてのサンプルベクトルの流れであり、
(外26)
は受信した上側混合信号の代理信号についてのサンプルベクトルの流れである。また、ここでは、固有ベクトルは、上記2つの追加的な周波数ビン内でこれら2つの代理信号についての二次の特性関数を解くことによって計算される。その結果、2つの追加的なステアリング・ベクトル{sv u, sv v}が得られ、これらを用いて、これらの受信した混合信号のAoAを計算する。次に、これらのAoAどうしを比較して、受信した所望の(H)IBOC信号との空間距離の欠如があるか否かを判定する。この混合信号の比較手順は次節で説明する。
本節では、例えば、図6を参照して説明したビーム形成方法について、SNRの意味での抑制と合成との間の適切なトレードオフを行うための比較基準を紹介する。
i) 前節で説明したように計算した混合信号(第1及び第3周波数ビンの内側部分集合)のステアリング・ベクトル、
ii) 受信した所望信号(第2周波数ビン)のステアリング・ベクトル、及び、
iii) 第1隣接干渉信号(第1及び第3周波数ビンの外側部分集合)のステアリング・ベクトル、これらは共に図6を参照して上述している。
(外27)
の計算は図6を参照して上述しており、受信した上側混合信号と受信した所望信号との間では次式によって与えられる:
(外28)
の計算は図6を参照して上述しており、ここで{αu, αv≦1}は適切な値(例えば共に0.45)に設定することができる変数である。これらの値は、例えば(H)IBOC送信シナリオの「実地試験」または他の空間モデル化手段により得ることができる。
(外29)
が相当大きな変動を有し得ることがわかった。従って、これらのAoAの、N回の観測のそれぞれNu、Nvブロックにわたる平均を(「移動平均」で)とることを提案し、この平均は下側混合信号について次式のようになる:
最後に、抑制対合成のトレードオフ・アルゴリズムの最終部分は、実際には、抑制と合成との間で適切な選択を行うことである。論理指標{Eu, Ev}は空間距離の欠如があるか否かを示し、この情報により、上記方法は、デジタル変調された信号について最適なSNRを得るために抑制(相殺的合成)を行うべきか合成(増加的合成)を行うべきかを判定する。
(外30)
808aを測定する。外側第1AoAブロック806bは、第1周波数ビンの外側部分集合に関連する外側第1AoA
(外31)
を測定する。
・外側第1角度差値
(外32)
を、外側第1到来角
(外33)
808bと第2到来角
(外34)
812との差として決定する。
・外側第1角度差値
(外35)
が外側第1閾値(Δφis)未満である場合:
−第1重み付け値(wopt,i)816を、複数のアンテナ信号における第1周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための値として設定する。このことは、(第1周波数ビン内の)第1干渉信号が(第2周波数ビン内の)所望信号に空間的に近過ぎるものと考えられることに基づき、このため、あらゆる相殺的合成が、第1周波数ビン内の所望信号のサイドバンドを減衰させる恐れを有する。
・内側第1角度差値
(外36)
を、内側第1到来角
(外37)
808aと第2到来角
(外38)
との差として決定する:
−内側第1角度差値
(外39)
が外側第1角度差値
(外40)
の所定割合(αu)未満である場合、即ち、下側混合信号のAoAが第1隣接干渉信号のAoAよりも所望信号のAoAに近い場合(このことは、内側第1のAoAが所望信号のAoAに近く、従って、合成は、同様な信号であるものとして、あるいは少なくとも所望信号との空間的な差を有さないものとして実行するべきであることを意味し得る):
・第1重み付け値(wopt,i)を、複数のアンテナ信号における第1周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための値として設定する。このことは、第1周波数ビンの内側部分集合(−200〜−100kHz)内の信号が、空間的に、第1周波数ビン内の第1干渉信号よりも所望信号のサイドバンドに近いことに基づく。従って、下側混合信号のAoAが所望信号のAoAに近いので、下側混合信号は「有害信号が混入している」ものと考えられないか、あるいは第1隣接信号が同様なAoAを有する。それにもかかわらず、CICが「より強力な」信号を生じさせることができるので、合成が適用される。第2周波数ビン(−100〜+100kHz)のAoAは、第1周波数ビンの内側部分集合(−200〜−100kHz)内のデジタル・サイドバンドのAoAと同じになることを想起されたい。
−内側第1角度差値
(外41)
が外側第1角度差値
(外42)
の所定割合(αu)よりも大きい場合:
・第1重み付け値(wopt,i)816を、複数のアンテナ信号における第1周波数ビンに対応する情報を相殺的に合成するための値として設定する。このことは、第1周波数ビンの内側部分集合(−200〜−100kHz)内の信号が、空間的に、所望信号のサイドバンドよりも第1周波数ビン内の第1干渉信号に近いことに基づく。
Claims (15)
- 各々が異なるアンテナで受信された複数のアンテナ信号を含む入力信号を受信するように構成された入力端子であって、該複数のアンテナ信号の各々が、第1周波数ビン及び第2周波数ビンに対応する情報を含む入力端子と、
前記第1周波数ビンに関連する第1到来角(AoA)を測定するように構成された第1AoAブロックと、
前記第2周波数ビンに関連する第2到来角を測定するように構成された第2AoAブロックと、
前記第1到来角及び前記第2到来角に基づいて、
前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための値として第1重み付け値を設定するか、あるいは、
前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビンに対応する情報を相殺的に合成するための値として第1重み付け値を設定するか、のいずれかを行うように構成された第1重み付け決定ブロックと、
前記複数のアンテナ信号における前記第2周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための値として第2重み付け値を設定するように構成された第2重み付け決定ブロックと、
前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビンに対応する情報に前記第1重み付け値を適用して、重み付き第1周波数ビン信号を提供するように構成された第1重み付け適用ブロックと、
前記複数のアンテナ信号における前記第2周波数ビンに対応する情報に前記第2重み付け値を適用して、重み付き第2周波数ビン信号を提供するように構成された第2重み付け適用ブロックと、
前記重み付き第1周波数ビン信号と前記重み付き第2周波数ビン信号とを合成して出力信号を提供するように構成された信号合成ブロックと
を具えている受信機システム。 - 前記第1AoAブロックが、前記第1周波数ビンの外側部分集合に関連する外側第1到来角を測定するように構成された外側第1AoAブロックを具え、
前記第1重み付け決定ブロックが、前記外側第1到来角及び前記第2到来角に基づいて、前記第1重み付け値を設定するように構成され、
前記第1重み付け適用ブロックが、前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビン全体に対応する情報に前記第1重み付け値を適用するように構成されている、請求項1に記載の受信機システム。 - 前記第2AoAブロックが、前記第2周波数ビンの中間部分集合に基づいて前記第2到来角を測定するように構成された中間第2AoAブロックを具え、
前記第2重み付け適用ブロックが、前記複数のアンテナ信号における前記第2周波数ビン全体に対応する情報に前記第2重み付け値を適用して、前記重み付き第2周波数ビン信号を提供するように構成されている、請求項1または2に記載の受信機システム。 - 前記第1重み付け決定ブロックが、前記第1到来角と前記第2到来角との差が外側閾値を満たすか否かに基づいて前記第1重み付け値を設定するように構成されている、請求項1〜3のいずれかに記載の受信機システム。
- 前記第1重み付け値が、前記複数のアンテナ信号の各信号毎に1つずつの、複数の第1アンテナ重み付け値を含み、
前記第2重み付け値が、前記複数のアンテナ信号の各信号毎に1つずつの、複数の第2アンテナ重み付け値を含む、請求項1〜4のいずれかに記載の受信機システム。 - 前記第1重み付け適用ブロックが、
前記第1アンテナ重み付け値の各々に、前記複数のアンテナ信号のうち当該第1アンテナ重み付け値に関連するアンテナ信号における前記第1周波数ビンに対応する情報を乗算して、複数の第1アンテナ重み付き信号を提供し、
前複数の第1アンテナ重み付き信号をまとめて加算して、前記重み付き第1周波数ビン信号を提供する
ように構成されている、請求項5に記載の受信機システム。 - 前記第2重み付け適用ブロックが、
前記第2アンテナ重み付け値の各々に、前記複数のアンテナ信号のうち当該第2アンテナ重み付け値に関連するアンテナ信号における前記第2周波数ビンに対応する情報を乗算して、複数の第2アンテナ重み付き信号を提供し、
前複数の第2アンテナ重み付き信号をまとめて加算して、前記重み付き第2周波数ビン信号を提供する
ように構成されている、請求項5または6に記載の受信機システム。 - 前記第1重み付け決定ブロックが、前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための前記第2重み付け値に基づいて、前記第1重み付け値を設定するように構成されている、請求項1〜7のいずれかに記載の受信機システム。
- 前記第1重み付け決定ブロックが、
前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビンに対応する情報の空間共分散行列に基づいて前記第2重み付け値を修正することによって、調整された第2重み付け値を決定し、
前記第1重み付け値を、前記調整された第2重み付け値通りに設定する
ように構成されている、請求項8に記載の受信機システム。 - 前記複数のアンテナ信号の各々が、第3周波数ビンに対応する情報も含み、前記受信機システムが、
前記第3周波数ビンに関連する第3到来角を測定するように構成された第3AoAブロックと、
前記第3到来角及び前記第2到来角に基づいて、
前記複数のアンテナ信号における前記第3周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための値として第3重み付け値を設定するか、あるいは、
前記複数のアンテナ信号における前記第3周波数ビンに対応する情報を相殺的に合成するための値として第3重み付け値を設定するか、
のいずれかを行うように構成された第3重み付け決定ブロックと、
前記複数のアンテナ信号における前記第3周波数ビンに対応する情報に前記第3重み付け値を適用して、重み付き第3周波数ビン信号を提供するように構成された第3重み付け適用ブロックとをさらに具え、
前記信号合成ブロックが、前記重み付き第1周波数ビン信号、前記重み付き第2周波数ビン信号、及び前記重み付き第3周波数信号を合成して前記出力信号を提供するように構成されている、請求項1〜9のいずれかに記載の受信機システム。 - 前記第1AoAブロックが、
前記第1周波数ビンの内側部分集合に関連する内側第1到来角を測定するように構成された内側第1AoAブロックと、
前記第1周波数ビンの外側部分集合に関連する外側第1到来角を測定するように構成された外側第1AoAブロックとを具え、
前記第1重み付け決定ブロックが、
前記外側第1到来角と前記第2到来角との差として、外側第1角度差値を決定し、
前記外側第1角度差値が外側閾値未満である場合に、
前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための値として前記第1重み付け値を設定し、
前記内側第1到来角と前記第2到来角との差として、内側第1角度差値を決定し、
前記内側第1角度差値が前記外側第1角度差値の所定割合未満である場合に、前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための値として、前記第1重み付け値を設定し、
前記内側第1角度差値が前記外側第1角度差値の所定割合よりも大きい場合に、前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビンに対応する情報を相殺的に合成するための値として、前記第1重み付け値を設定する
ように構成されている、請求項1〜10のいずれかに記載の受信機システム。 - 前記第1重み付け適用ブロックが、前記複数のアンテナ信号における前記第1周波数ビン全体に対応する情報に前記第1重み付け値を適用して、前記重み付き第1周波数ビン信号を提供するように構成されている、請求項11に記載の受信機システム。
- 前記第2重み付け適用ブロックが、前記複数のアンテナ信号における前記第2周波数ビン全体に対応する情報に前記第2重み付け値を適用して、前記重み付き第2周波数ビン信号を提供するように構成されている、請求項11または12に記載の受信機システム。
- 前記第3AoAブロックが、
前記第3周波数ビンの内側部分集合に関連する内側第3到来角を測定するように構成された内側第3AoAブロックと、
前記第3周波数ビンの外側部分集合に関連する外側第3到来角を測定するように構成された外側第3AoAブロックとを具え、
前記第3重み付け決定ブロックが、
前記外側第3到来角と前記第2到来角との差として、外側第3角度差値を決定し、
前記外側第3角度差値が外側閾値未満である場合に、
前記複数のアンテナ信号における前記第3周波数ビンに対応する情報を増加的に結合するための値として、前記第3重み付け値を設定し、
前記内側第3到来角と前記第2到来角との差として、内側第3角度差値を決定し、
前記内側第3角度差値が前記外側第3角度差値の所定割合未満である場合に、前記複数のアンテナ信号における前記第3周波数ビンに対応する情報を増加的に合成するための値として、前記第3重み付け値を設定し、
前記内側第3角度差値が前記外側第3角度差値の所定割合よりも大きい場合に、前記複数のアンテナ信号における前記第3周波数ビンに対応する情報を相殺的に合成するための値として、前記第3重み付け値を設定する
ように構成されている、請求項11〜13のいずれかに記載の受信機システム。 - 前記第3重み付け適用ブロックが、前記複数のアンテナ信号における前記第3周波数ビン全体に対応する情報に前記第3重み付け値を適用して、前記重み付き第3周波数ビン信号を提供するように構成されている、請求項14に記載の受信機システム。
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