JP2019041325A - 信号処理装置、信号処理方法、および無線機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で振幅制御処理および帯域制限処理を両立させて適切に施す。【解決手段】信号処理装置１０は、入力信号の帯域制限を行う帯域制限部１１と、帯域制限処理の後の入力信号の振幅を測定する振幅測定部１２と、予め定められた出力信号の振幅と測定した振幅とに基づいて、入力信号の振幅制御を行う振幅制御部１３と、帯域制限に関して帯域制限部と同じ特性を有し、振幅制御部による振幅制御処理が施された入力信号に対し帯域制限を行う帯域制限部１４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、入力信号に対して振幅制御処理および帯域制限処理を施す信号処理装置、信号処理方法、当該信号処理装置を含む無線機器に関する。

一般に、無線送信機では、送信信号のレベル変動を抑制するために、コンプレッション処理が行われている。コンプレッション処理は、入力信号を増幅およびリミッティング処理し、それによって生じた高調波成分をローパスフィルタによって除去することにより行われることが多い。

しかし、リミッティング処理（振幅制限処理）の後に帯域制限処理を行うと、位相変化などの影響により、振幅制限処理にて制限した振幅よりも帯域制限処理後の振幅が大きくなることがある。そのため、振幅制限処理では、本来必要となる制限よりも大きめに振幅を制限する必要がある。また、帯域制限処理で取り除かれる信号が大きい場合には、振幅制限処理にて制限した振幅よりも帯域制限処理後の振幅が大幅に小さくなる。

また、振幅制限処理を行うと歪みが生じることにより帯域外に不要信号が発生するため振幅制限処理後には帯域制限処理が必須となる。しかし、この帯域制限処理によって再び振幅に変化が生じるという問題が生じる。

このように、帯域制限処理を行うと振幅に変化が生じ、また、振幅制限処理を行うと帯域に影響が生じる（不要信号が発生する）ため、帯域制限処理と振幅制限処理とは両立が難しい。

そこで、例えば、特許文献１には、フィルタによる帯域制限処理による振幅への影響を推定し、推定結果に応じた振幅制限値を設定して振幅制限処理を行う送信ピーク制限回路が記載されている。

また、特許文献２には、入力された最新のデジタル入力データを含むそれ以前のデジタル入力データの絶対値を、予め設定されたサンプル数分だけ常時更新しつつ蓄積しておき、最新のデジタル入力データが入力される毎に、蓄積されている所定サンプル数のデジタル入力データの内の最大値を検出し、その最大値で最新のデジタル入力データあるいは所定サンプル数だけ以前のデジタル入力データを除算して出力することにより、コンプレッション処理を実現するコンプレッション処理装置が記載されている。

また、従来から、入力信号に対し振幅制限処理と帯域制限処理とを繰り返すことにより、不要信号を徐々に無くして所望の出力信号を得る構成があった。例えば、図５に示すように、入力信号の振幅に対し利得を乗じて振幅制限を行う振幅制限部２１０、入力信号の振幅を測定して利得を制御するための「利得制御値」を算出する振幅測定部２２０、および、振幅制限後の信号に対し帯域制限を行う帯域制限部２３０を備えた信号処理装置２００において、振幅制限部２１０における振幅制限処理および帯域制限部２３０における帯域制限処理を繰り返すことにより、所望の信号を得る構成があった。

特開２００３−１５２５９３号公報（２００３年５月２３日公開） 特開２０００−１６５２５３号公報（２０００年６月１６日公開）

しかしながら、上述の従来技術は以下の問題がある。特許文献１に記載の技術では、フィルタによる帯域制限処理による振幅への影響を推定して、振幅制限値を設定している。しかし、あくまでも推定値であるため、振幅制限後の信号に対し帯域制限処理を行った結果が必ずしも所望の値とはならない可能性がある。

また、特許文献２に記載の技術では、帯域制限が急峻である場合、振幅制限処理を行った信号に対し帯域制限処理を行うと、オーバーシュートが発生してしまう。さらに、パルスなどの振幅が突発的に変化する信号に対応することが難しい。

また、振幅制限処理と帯域制限処理とを繰り返す従来の構成は、繰り返す回数に応じて処理時間が増大するという問題がある。

本発明の一態様は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、振幅制御処理および帯域制限処理を両立させて適切に施す信号処理装置等を実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る信号処理装置は、入力された入力信号の帯域制限を行う第１の帯域制限部と、上記第１の帯域制限部による帯域制限処理の後の上記入力信号の振幅を測定する測定部と、予め定められた出力信号の振幅と上記測定した振幅とに基づいて、上記入力信号の振幅制御を行う振幅制御部と、帯域制限に関して上記第１の帯域制限部と同じ特性を有し、上記振幅制御部による振幅制御処理が施された上記入力信号に対し、帯域制限を行う第２の帯域制限部とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、振幅制御処理後に帯域制限処理を行う第２の帯域制限部と帯域制限に関して同じ特性を有する第１の帯域制限部により入力信号の帯域制限処理を行い、当該帯域制限処理の後の入力信号の振幅を測定する。そして、予め定められた出力信号の振幅と測定した振幅とに基づいて振幅制御処理を行い、その後、第２の帯域制限部による帯域制限処理を行う。これにより、第２の帯域制限部による帯域制限処理を行ったときに生じる振幅への影響を予め考慮して振幅制御処理を行うことができる。よって、簡易な構成で、入力信号に対して振幅制御処理および帯域制限処理を両立させて適切に施すことができる。

上記信号処理装置では、上記振幅制御部は、上記予め定められた出力信号の振幅を上記測定部が測定した振幅で除算した値を上記入力信号の振幅に乗じることにより振幅制御を行う構成であってもよい。

上記の構成によれば、帯域制限処理による振幅への影響を予め考慮して振幅制御を行うことができる。よって、入力信号に対して振幅制御処理および帯域制御処理を両立させて適切に施すことができる。

上記信号処理装置は、上記入力信号が上記第１の帯域制限部および上記測定部にて処理される時間だけ上記入力信号を遅延させて上記振幅制御部に入力させる遅延部を備えている構成であってもよい。

上記の構成によれば、振幅制御部に入力される入力信号は、第１の帯域制限部および測定部にて処理される時間だけ遅延したものとなる。これにより、入力信号が振幅制御部に入力されるタイミングと、振幅制御部が振幅の変化を取得するタイミングとを同じとすることができる。よって、入力信号に対し、振幅制御すべき信号にずれが生じること無く、適切に振幅制御することができる。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る無線機器は、上記信号処理装置を備えていることを特徴としている。これにより、上述した効果と同様の効果を奏する。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る信号処理方法は、入力された信号を処理する信号処理方法であって、入力された入力信号の帯域制限を行う第１の帯域制限ステップと、上記第１の帯域制限ステップによる帯域制限処理の後の上記入力信号の振幅を測定する測定ステップと、予め定められた出力信号の振幅と上記測定した振幅とに基づいて、上記入力信号の振幅制御を行う振幅制御ステップと、上記第１の帯域制限ステップにおける帯域制限と同じ特性で、上記振幅制御ステップにおける振幅制御処理が施された上記入力信号に対し帯域制限を行う第２の帯域制限ステップと、を含むことを特徴としている。

上記の方法によれば、上述した効果と同様の効果を奏する。

本発明の各態様に係る信号処理装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記信号処理装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより上記信号処理装置をコンピュータにて実現させる信号処理装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明の一態様によれば、入力信号に対して実行する帯域制限処理による振幅への影響を予め考慮して振幅制御処理を行うことができるので、簡易な構成で、振幅制御処理および帯域制限処理を両立させて適切に施すことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る信号処理装置の概要を示す機能ブロック図である。 上記信号処理装置を含む無線機器の概要を示す機能ブロック図である。 上記信号処理装置における処理の流れを示すフローチャートである。 変形例に係る信号処理装置の概要を示す機能ブロック図である。 従来技術の一構成例を示す機能ブロック図である。

〔実施形態〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。まず、図２を参照して、本実施形態に係る無線機器１００について説明する。図２は、無線機器１００の概要を示す機能ブロック図である。なお、図２では、無線機器１００の機能のうち、本発明とは直接関係しない機能（変調部、復調部、混合部、局部発振器、増幅部等）については図示を省略している。

図２に示すように、無線機器１００は、信号処理装置１０、送受信部２０、入出力部３０、およびアンテナ４０を含む。

信号処理装置１０は、入出力部３０から入力された信号を処理し、処理後の信号を送受信部２０に出力する。また、信号処理装置１０は、送受信部２０から入力された信号を処理し、処理後の信号を入出力部３０に出力する。なお、信号処理装置１０の詳細については後述する。

送受信部２０は、信号処理装置１０から入力された信号を、アンテナ４０を介して外部に送信する。また、送受信部２０は、アンテナ４０を介して外部から受信した信号を、信号処理装置１０に出力する。

入出力部３０は、無線機器１００への信号の入力を受け付ける。また、入出力部３０は、無線機器１００から外部へ信号を出力する。入出力部３０は、例えば、マイクおよびスピーカである。入出力部３０がマイクである場合、入出力部３０は、ユーザ等から受け付けた音声をＡ／Ｄ変換（不図示）によりデジタル信号に変換して信号処理装置１０に出力する。入出力部３０がスピーカである場合、入出力部３０は、信号処理装置１０が出力した信号をＤ／Ａ変換（不図示）により音声に変換して外部へ出力する。なお、入出力部３０には、無線機器１００における各種情報を表示する表示装置が含まれていてもよい。また、無線機器１００が送受信する信号は、音声に限られるものではない。無線機器１００は、文字や画像データ等の音声以外のデータの送受信を行ってもよい。

アンテナ４０は、送受信部２０から出力された信号を電波として空間に発射（送信）するとともに、空間中の電波を受け取り送受信部２０に出力する。

以上の構成により、無線機器１００に入力された音声は、入出力部３０から信号処理装置１０に入力され、信号処理装置１０にて信号処理が施され、送受信部２０を介してアンテナ４０から電波として空間に発射（送信）される。

また、外部の無線機器から発射（送信）された音声の電波は、アンテナ４０から送受信部２０を介して信号処理装置１０に入力され、信号処理装置１０にて信号処理が施され、入出力部３０から音声として出力される。

なお、本実施形態では、無線機器１００は、送受信機能の両方を備える無線機器として説明しているが、送信機能のみを備える無線機器であってもよいし、受信機能のみを備える無線機器であってもよい。また、無線機器１００は、固定機であってもよいし、モービル機であってもよい。

〔信号処理装置の構成〕
次に、図１を参照して、信号処理装置１０について説明する。図１は、信号処理装置１０の概要を示す機能ブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る信号処理装置１０は、帯域制限部１１、振幅測定部１２、振幅制御部１３、および帯域制限部１４を含む。

帯域制限部１１は、信号処理装置１０に入力された入力信号に対して帯域制限処理を行い、帯域制限処理後の信号を振幅測定部１２に出力する。同様に、帯域制限部１４は、振幅制御部１３が出力した信号に対して帯域制限処理を行い、帯域制限処理後の信号を出力信号として出力する。帯域制限部１１と帯域制限部１４とは帯域制限に関して同じ特性を有し、独立して動作するものである。帯域制限部１１および帯域制限部１４の典型例は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）などの帯域制限フィルタである。

振幅測定部１２は、帯域制限部１１による帯域制限処理された後の信号の振幅を測定する。そして、振幅測定部１２は、振幅制御部１３による振幅制御処理において利得を制御するために用いる値（以下では「利得制御値」と表記する。）を算出する。そして、振幅測定部１２は、算出した利得制御値を振幅制御部１３に出力する。

利得制御値は、帯域制限部１４により処理された信号の振幅が、予め定められた出力信号の振幅（つまり、希望する出力レベル）となるように定められる。具体的には、入力信号の振幅をＸ、帯域制限部１１により処理された信号の振幅がＬ、予め定められた出力信号の振幅をＹとした場合、振幅測定部１２は、利得制御値としてＹ／Ｌを算出する。これにより、信号処理装置１０に振幅Ｘの信号が入力された場合、入力信号の振幅は、振幅制御部１３により「Ｙ／Ｌ」倍され、帯域制限部１４により「Ｌ／Ｘ」倍される。よって、Ｘ×「Ｙ／Ｌ」×「Ｌ／Ｘ」＝Ｙとなり、出力信号の振幅を予め定められたＹとすることができる。

以上の構成により、帯域制限部１４による帯域制限処理の結果、出力信号の振幅は、振幅制御部１３が出力する信号の振幅の「Ｌ／Ｘ」倍になるところ、振幅制御部１３にて「Ｙ／Ｌ」を乗じているため、出力信号の振幅は、Ｘ×（Ｙ／Ｌ）×（Ｌ／Ｘ）＝Ｙとなる。その結果、帯域制限部１４による帯域制限の制約を受けることなく、出力信号を所望の振幅とすることができる。

このように、本実施形態によれば、帯域制限処理による振幅への影響を予め考慮して振幅制御処理を行うことができる。よって、入力信号に対して振幅制御処理および帯域制限処理を両立させて適切に施すことができる。

以上のように、本実施形態に係る信号処理装置１０は、入力された入力信号の帯域制限を行う帯域制限部１１（第１の帯域制限部）と、帯域制限部１１による帯域制限処理の後の上記入力信号の振幅を測定する振幅測定部１２（測定部）と、予め定められた出力信号の振幅と上記測定した振幅とに基づいて、上記入力信号の振幅制御を行う振幅制御部１３と、上記帯域制限部１１と同じ帯域制限に関する特性を有し、上記振幅制御部１３による振幅制御処理が施された上記入力信号に対し、帯域制限を行う帯域制限部１４（第２の帯域制限部）とを備えている。

このように、信号処理装置１０は、振幅制御後に帯域制限を行う帯域制限部１４と同じ特性の帯域制限部１１により入力信号の帯域制限処理を行い、その結果を用いて、振幅制御処理における利得を制御している。これにより、入力信号に対し実行する帯域制限処理による振幅への影響を予め考慮して振幅を制御することができるので、入力信号に対して振幅制御処理および帯域制限処理を両立させて適切に施すことができる。

また、信号処理装置１０は、帯域制限処理による振幅への影響を予め考慮する構成であるため、帯域制限処理により振幅が大きく変化するような特性であっても、振幅制御処理にて適切に振幅を制御できる。

また、信号処理装置１０は、帯域制限処理後に振幅制御処理を行う構成ではないため、帯域外に不要信号が発生することはない。

また、信号処理装置１０は、帯域制限処理と振幅制御処理とを複数回繰り返す構成ではないため、従来技術のように処理時間が増大するという問題も生じない。

また、信号処理装置１０は、帯域制限部１１、振幅測定部１２、振幅制御部１３、および帯域制限部１４による一連の処理を、入力信号が入力される毎に行う構成であるため、入力信号の振幅が突発的に変化する場合でも（例えば、入力信号にパルスが混在している場合でも）、入力信号の振幅の変化に応じて適切な利得制限値を算出した上で、振幅制御処理および帯域制限処理を施すことができる。

また、帯域制限処理の対象にならない信号（つまり、帯域制限フィルタを通過する信号）に対して、振幅制御処理にて利得を制御することが望ましいことから、信号処理装置１０では、帯域制限部１１による帯域制限処理後の信号を対象として振幅を測定し、利得制限値を算出する構成としている。なお、従来技術のように帯域制限処理前の信号に対し振幅測定を行う構成では、入力信号の中に振幅の大きい信号が混在する場合、その信号が帯域制限処理により除かれる信号（雑音など）であっても、入力信号の振幅を一様に下げるために利得が下がり、帯域制限フィルタを通過する信号の振幅までもが必要以上に小さいものとなるという問題がある。信号処理装置１０ではこのような問題は生じない。

なお、信号処理装置１０は、帯域制限処理により除かれる信号の振幅が小さい場合でも、帯域制限フィルタを通過する信号に対して振幅制御処理を行う。言い換えれば、振幅制限処理の後の帯域制限部１４による帯域制限処理では、振幅制御処理に関係しない信号が除かれるだけである。

〔信号処理装置における処理の流れ〕
次に、図３を参照して、信号処理装置１０における処理の流れを説明する。図３は、信号処理装置１０における処理の流れを示すフローチャートである。

図３に示すように、まず、信号処理装置１０に入力信号が入力される（Ｓ１０１）。次に、信号処理装置１０は、入力信号に対し、帯域制限部１１により帯域制限処理を実行する（Ｓ１０２、第１の帯域制限ステップ）。そして、信号処理装置１０は、振幅測定部１２により、帯域制限処理された信号の振幅を測定し、予め定められた出力信号の振幅と当該測定した振幅とを用いて利得制御値を算出する（Ｓ１０３、測定ステップ）。

次に、信号処理装置１０は、入力信号に対し、ステップＳ１０３で算出した利得制御値を用いて、振幅制御部１３により振幅制御処理を実行する（Ｓ１０４、振幅制御ステップ）。最後に、信号処理装置１０は、振幅制御処理された信号に対し、帯域制限部１４により帯域制限処理を実行し（Ｓ１０５、第２の帯域制限ステップ）、帯域制限処理後の信号を出力する（Ｓ１０６）。

信号処理装置１０は、以上で述べたステップＳ１０１〜Ｓ１０６を、入力信号が入力される毎に逐次実行することにより、入力信号の全体に対して振幅制御処理および帯域制限処理が適切に施された出力信号を出力する。

〔変形例〕
図４を参照して、信号処理装置１０の変形例について以下に説明する。図４は、本変形例に係る信号処理装置１０ａの概要を示す機能ブロック図である。

信号処理装置１０ａは、信号処理装置１０の構成に加えて、振幅制御部１３の前段に遅延部１５を設けている。遅延部１５は、入力信号が帯域制限部１１および振幅測定部１２にて処理される時間だけ入力信号を遅延させて振幅制御部１３に入力させるものである。

これにより、振幅測定部１２における処理が完了し、利得制御値が振幅測定部１２から振幅制御部１３に入力されるタイミングと、入力信号を振幅制御部１３に入力させるタイミングとを同期させることができる。

すなわち、本変形例の構成によれば、振幅制御部に入力される入力信号は、帯域制限部１１（第１の帯域制限部）および振幅測定部１２（測定部）にて処理される時間だけ遅延したものとなる。これにより、入力信号が振幅制御部１３に入力されるタイミングと、振幅制御部１３が利得制御値を取得するタイミングとを同じとすることができる。よって、振幅制御部１３は、入力信号に対し、振幅制御すべき信号にずれが生じることなく、適切に振幅制御を行うことができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
信号処理装置１０（１０ａ）の制御ブロック（特に帯域制限部１１、振幅測定部１２、振幅制御部１３、帯域制限部１４、および遅延部１５）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、信号処理装置１０（１０ａ）は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＤＳＰ（digital signal processor）やＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１０、１０ａ 信号処理装置
１１ 帯域制限部（第１の帯域制限部）
１２ 振幅測定部（測定部）
１３ 振幅制御部
１４ 帯域制限部（第２の帯域制限部）
１５ 遅延部
１００ 無線機器

Claims (5)

1. 入力された入力信号の帯域制限を行う第１の帯域制限部と、
   上記第１の帯域制限部による帯域制限処理の後の上記入力信号の振幅を測定する測定部と、
   予め定められた出力信号の振幅と上記測定した振幅とに基づいて、上記入力信号の振幅制御を行う振幅制御部と、
   帯域制限に関して上記第１の帯域制限部と同じ特性を有し、上記振幅制御部による振幅制御処理が施された上記入力信号に対し、帯域制限を行う第２の帯域制限部と
   を備えていることを特徴とする信号処理装置。
2. 上記振幅制御部は、上記予め定められた出力信号の振幅を上記測定部が測定した振幅で除算した値を上記入力信号の振幅に乗じることにより振幅制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 上記入力信号が上記第１の帯域制限部および上記測定部にて処理される時間だけ上記入力信号を遅延させて上記振幅制御部に入力させる遅延部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の上記信号処理装置を備えた無線機器。
5. 入力された信号を処理する信号処理方法であって、
   入力された入力信号の帯域制限を行う第１の帯域制限ステップと、
   上記第１の帯域制限ステップによる帯域制限処理の後の上記入力信号の振幅を測定する測定ステップと、
   予め定められた出力信号の振幅と上記測定した振幅とに基づいて、上記入力信号の振幅制御を行う振幅制御ステップと、
   上記第１の帯域制限ステップにおける帯域制限と同じ特性で、上記振幅制御ステップにおける振幅制御処理が施された上記入力信号に対し帯域制限を行う第２の帯域制限ステップと、を含むことを特徴とする信号処理方法。

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