JP4322666B2 - 適応フィルタを有する受信器及びそのフィルタを最適化する方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、適応フィルタを有する受信器、及びこの適応フィルタの特性を適応させて最適化する方法に関する。この受信器は、ＩＳＭバンドのブロードバンドＯＦＤＭ／ＣＤＭＡ信号を受信する用途を特に有している（ただし、この用途に限定されるわけではない）。
【０００２】
【従来の技術】
多くの受信器は、チャンネル選択、チャンネル阻止及び干渉阻止を含め、いろいろな目的のために、何らかの形式のデジタルフィルタリングを使用する。個々のケースに対して特定のフィルタリングの要求は、例えばチャンネル又は干渉の阻止に対しては一般に動的であり、これらの状況では、動的フィルタは、例えば干渉を十分に阻止すること、複雑さを最小限にすること、及び／又は電力消費に対して、最適な性能が可能である。
【０００３】
ＩＳＭバンドにおいて作動するブロードバンドＯＦＤＭ／ＣＤＭＡシステムでは、多くの干渉の原因があり、その一つは狭帯域周波数ホッピングシステムである。ＣＤＭＡ信号が狭帯域妨害電波（narrowband jammer）と干渉するＣＤＭＡアプリケーションでは、適応フィルタを使用することができる。１９９９年１１月のEducation-Special CDROM Issueに関するＩＥＥＥトランザクションに提出され、インターネット上のhttp://www.spd.eee.strath.ac.uk/users/bob/adaptivejava/begin.htmにおいても利用可能である、M. Hartneck及びR. W. Stewartによる記事“適応デジタル信号処理のＪＡＶＡ（Ｒ）教育ツール（Adaptive Digital Signal Processing JAVA(R) Teaching Tool）”では、ＣＤＭＡ干渉抑制の一例が開示されており、そこでは、広帯域（確率的）信号が狭帯域（周期的）源からの干渉を有する場合、適応フィルタの出力ｙ（ｋ）と適応フィルタの遅延入力からのフィードフォーワードされた入力信号との間の相関を発見しようと試みるため、予測アーキテクチャを使用することができる。信号間の差、即ちｄ（ｋ）−ｙ（ｋ）を取ることによって、狭帯域信号は減衰し、出力信号ｅ（ｋ）がデータ源によって伝送チャネルに供給される信号にほぼ等しいことが分かる。一般には、適応フィルタはフィルタ係数をわずかに調整する目的でエラー計算を使用する。高性能なフィルタリングの要求が増大しているので、複雑さ及び電力消費の増加という付随的な問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、既知の適応フィルタよりも複雑でなく且つ低消費電力で高い性能を達成することができる適応フィルタを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、デジタルフィルタの出力信号におけるフィルタ特性を動的に適応させる方法であって、前記フィルタ特性における所定の周波数領域表現を記憶する記憶ステップと、前記デジタルフィルタより出力される前記フィルタ特性を含む前記出力信号を分析して要求周波数特性を決定する分析ステップと、前記周波数領域表現が前記要求周波数特性に整合するように前記周波数領域表現を適応させる適応ステップと、適応された周波数領域表現を時間領域に変換してこれにより前記フィルタ特性の適応を達成するために新たなフィルタ係数を計算する変換ステップと、を備えると共に、前記周波数領域表現を適応させる前記適応ステップは、前記周波数領域表現におけるサンプルの数を減少または増加させることにより、増減されたサンプル数に帯域幅を適合させることを含むことを特徴とする。
【０００６】
本発明の第２の態様によれば、受信器が、デジタル入力信号のための入力部を有する適応フィルタと、予め設計されたフィルタ特性における所定の周波数領域表現を記憶するための記憶手段と、要求周波数特性を決定するために前記適応フィルタより出力される前記フィルタ特性を含む前記出力信号のデジタル表現を分析する分析手段と、前記周波数領域表現を前記要求周波数特性に整合させるために前記予め設計され記憶された前記周波数領域表現を適応させるための適応手段と、前記適応フィルタの係数を更新するために前記適応されたフィルタ特性を前記時間領域に変換してこれにより更新された係数を適応フィルタに読み込むための変換手段と、を備えると共に、前記周波数領域表現を適応させる前記適応手段は、前記周波数領域表現におけるサンプルの数を減少または増加させることにより、増減されたサンプル数に帯域幅を適合させるために適用されることを特徴とする。
【０００７】
フィルタ特性の適応は、周波数領域において、例えばフィルタタップを左又は右の方へ動かしてＩＦＦＴを実行することによって達成することができ、時間領域において、例えば全ての時間領域のタップに所望のシフト周波数の正弦波を掛けることによって達成することができ、又は、周波数領域と時間領域との組合せで達成することができる。
本発明は、実施例を通じて、添付図面を基準として記載されるだろう。
図面において、同じ符号は、対応する特徴を示すために使用されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、受信器は、ＲＦ増幅器１２を経由してミキサ１４の第１の入力部に接続されるアンテナ１０を有する。受信信号をベースバンドに混合するための局部発振器１６がミキサ１４の第２の入力部に結合されている。ローパスフィルタ１８は、ミキサ１４の出力部における信号から、必要とするミキシングの積を選択する。ΣΔ変調器として実現することができるアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２０は、ローパスフィルタ１８に結合されている。ＦＩＲフィルタを伴なうデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ、又はエイシック（ａｓｉｃ）として実現することができるＦＩＲフィルタ２２は、ＡＤＣ２０の出力部に結合されている。ＤＳＰ２４は、受信信号を分析してそれに応じてフィルタ特性を適応させる目的で、ＦＩＲフィルタ２２の出力部に結合されている。ＤＳＰ２４の示された実施例では、ＤＳＰ２４は入力信号を分析する、即ち干渉の位置及びその程度を見つける役割を果たす第１のブロック２６を有する。第２の段２８は、周波数領域において元のＦＩＲフィルタを操作し、ＦＩＲ係数を得るためにそのＦＩＲフィルタを周波数領域から時間領域に変換する。
【０００９】
元のＦＩＲフィルタの周波数領域バージョンは、第２の段２８に結合されるメモリ３０に記憶される。第２の段２８は、新しい係数がＦＩＲフィルタ２２によって読み込まれることができるように、ライン３２によってＦＩＲフィルタ２２に結合されている。新しい係数の計算及び読込みは、ＤＳＰ２４上の負担を低減するために、周期的に（例えばＮ個の通信フレーム毎に一度）行うことができる。
【００１０】
受信器の作動において、フィルタの予め設計された周波数表現がメモリ３０に記憶され、その特性は、第１の段２６で入力信号を分析する結果として、システムに要求される特性に整合するように適応される。フィルタ特性の適応は、（ａ）周波数領域では、周波数領域フィルタタップを周波数領域において左又は右にシフトしてＩＦＦＴを実行することによって、（ｂ）時間領域では、時間領域フィルタタップに必要な周波数の正弦波を掛けることによって、又は（ｃ）最初は周波数領域の特性に適応することと、時間領域でその特性を更に操作することとの組合せによって、達成することができる。
【００１１】
周波数領域法及び時間領域法は等価であるけれども、周波数領域法が固有の粒度を有する、即ちフィルタの周波数が例えば（１００、２００、３００、．．．．．１３００、１４００．．．Ｎ＊１００）Ｈｚだけシフトするのに対し、時間領域法では上記１ＭＨｚの正確な周波数シフトを達成することができる。
【００１２】
適応が行われると、フィルタの周波数領域表現は、ライン３２を経由してＦＩＲフィルタ２２に読み込まれる新たな係数即ちタップ重みを得るために、時間領域に変換される。
【００１３】
図２のフローチャートを説明する前に、図３乃至図５を考察することによって、プロセスがより理解できるだろう。これらの図において、横座標は周波数を表し、縦座標は１０４個のタップを有するバンドストップフィルタの減衰を表す。図３は、狭帯域干渉を阻止するための大きさのノッチ３４を有するＦＩＲフィルタ２２の予め設計された周波数表現を示す。フィルタ特性はメモリ３０に記憶される。このようなフィルタは、ＩＳＭバンドにおいて作動するＯＦＤＭ／ＣＤＭＡシステムのブロードバンドに役立つ。ＩＳＭバンドにおいて、干渉の原因の１つは、狭帯域周波数ホッピング方式である。周波数ホッピング干渉を阻止するためには、ノッチ３４がこの狭帯域信号を阻止することができるように必要な位置にフィルタ特性を決めることが必要である。
【００１４】
作動中において、ＤＳＰ２４は、干渉の位置を求め、干渉を阻止するためにノッチ３４がシフトするようにフィルタ２２を操作する。図４及び図５は、形状を変更せずに異なる位置にシフトしたノッチ３４を示す。
【００１５】
多くの場合、受信器は、ホッピングアルゴリズムが既知であるので、干渉がどこに周波数ホップするのかを予測することができ、従って事後的ではなく事前に働き、更に性能向上を図ることができる。
【００１６】
図２を参照すると、フローチャートは、フィルタ設計パッケージを使用してＦＩＲフィルタを設計するプロセスに関するブロック４０から始まる。ブロック４２は、インパルス応答の周波数領域への変換のプロセスに関する。ブロック４４は、受信器のメモリ３０への周波数領域サンプルの恒久的な記憶に関する。ブロック４６は、受信信号を分析することによって必要なフィルタ特性を測定する受信器に関する。ブロック４８は、記憶されているフィルタの特性が要求される特性に整合するように適応させる受信器を表す。変更することができる特性は、（１）記憶された周波数領域特性のサンプルの数を減少又は増加することによって調整されるバンド幅、（２）周波数領域において記憶された周波数領域特性のサンプルを左若しくは右にシフトすることによって又は時間領域において時間領域フィルタタップに所望の周波数の正弦波を掛けることによって調整される周波数シフト、及び（３）バンドパスフィルタにのみ適用され且つ個々の周波数領域特性を加算することによって実現される、後述する重畳特性である。
【００１７】
ブロック５０では、バンド幅が変更されるべきかどうかが調べられ、変更すべき場合（Ｙ）はブロック５０においてバンド幅が調節される。
【００１８】
ブロック５４では周波数シフトが必要かどうかが調べられ、必要な場合（Ｙ）はブロック５６において周波数がシフトされる。
【００１９】
ブロック５８では特性が重畳されるべきかどうかが調べられ、重畳すべき場合（Ｙ）はブロック６０においてこの重畳が実現される。
【００２０】
ブロック５０、５４及び５８の各々からの否定の出力（Ｎ）は、ブロック５２、５６、６０からの出力と一緒にブロック６２に供給される。このブロック６２は、サンプル点の数に等しいＦＦＴを用いて、調整された周波数領域表現を時間領域に変換することを示す。ブロック６４は、ブロック６２からの結果を用いてＦＩＲフィルタ係数を更新する受信器に関するものである。新たな係数は連続的に又は定期的に（例えば、Ｎ通信フレーム毎に一度）計算することができる。
【００２１】
その後、フローチャートは更新が必要であるときはいつでもブロック４６に戻る。
【００２２】
図６及び図７を参照すると、そのバンドストップフィルタは元のフィルタの広帯域化されたものである。この元のフィルタの広帯域化されたものは、図３、４及び５の１０４個のタップと比較して６０個のタップしか有していないので、複雑さが少なく且つ消費電力が少ない。図７は、図６に示されている位置から右にシフトしたノッチ３４を示す。
【００２３】
本発明の教えは、上記基本局においてチャネル選択のような用途を有するバンドパスフィルタに適用することができる。
【００２４】
図８乃至図１３を参照すると、横座標は周波数を表し、縦座標はパワーを表す。
【００２５】
図８は、フィルタ設計者のプログラムを使用して設計された元の１０４タップフィルタを示す。通過帯域は、通過帯域６８によって示されている。
【００２６】
図９は、図８のフィルタ特性において通過帯域６８が所望の適切なチャネルを選択するように周波数に関してシフトしたフィルタ特性を示す。
【００２７】
図１０は、２つのチャンネルを通過させることを可能にするために２つの通過帯域を提供する２つの重畳されたバージョンによって形成された１０４タップフィルタのフィルタ特性を示す。
【００２８】
図１１は、急峻なロールオフを有する広帯域のチャネルを提供するために隣接する通過帯域６８Ａ、６８Ｂを並べることによって形成された１０４タップフィルタの特性を示す。
【００２９】
図１２は、通過帯域７０が図８乃至図１１と比較して広く、緩やかなロールオフを有する１９タップフィルタのフィルタ特性を示す。
【００３０】
最後に、図１３は、通過帯域７２が図９と比較して狭くなっている１４２タップフィルタのフィルタ特性を示す。
【００３１】
この明細書及び請求項において、構成要素が単数で記載されていることは、斯かる構成要素の複数の存在を排除するものではない。更に、“有する”という単語は列挙された構成要素又はステップ以外の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。
【００３２】
本開示を読むことにより、当業者にとっては、他の修正例が明らかとなるであろう。斯かる修正例は、適応フィルタ及びそのフィルタ用の構成要素を有する受信器の設計、製造及び使用において既知であり、且つ、上述した特徴の代わりに又はそれらに追加して使用することが出来るような他の特徴を含むことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による受信器の概略ブロック図である。
【図２】 図１で示される受信器で使用されるデジタルフィルタの特性を適応して最適化する方法に関するフローチャートである。
【図３】 受信器のメモリに記憶されるバンドパスフィルタ特性を示す。
【図４】 図３に示す位置の左にシフトしたバンドパスフィルタ特性を示す。
【図５】 図３に示す位置の右にシフトしたバンドパスフィルタ特性を示す。
【図６】 元のバンドパスフィルタ特性を広帯域化したものを示す。
【図７】 図６に示す位置の右にシフトしたフィルタ特性を示す。
【図８】 バンドパスフィルタ特性を示す。
【図９】 バンドパスフィルタ特性を示す。
【図１０】 バンドパスフィルタ特性を示す。
【図１１】 バンドパスフィルタ特性を示す。
【図１２】 バンドパスフィルタ特性を示す。
【図１３】 バンドパスフィルタ特性を示す。

Claims (11)

  1. デジタルフィルタの出力信号におけるフィルタ特性を動的に適応させる方法であって、
    前記フィルタ特性における所定の周波数領域表現を記憶する記憶ステップと、前記デジタルフィルタより出力される前記フィルタ特性を含む前記出力信号を分析して要求周波数特性を決定する分析ステップと、前記周波数領域表現が前記要求周波数特性に整合するように前記周波数領域表現を適応させる適応ステップと、適応された周波数領域表現を時間領域に変換してこれにより前記フィルタ特性の適応を達成するために新たなフィルタ係数を計算する変換ステップと、を備えると共に、
    前記周波数領域表現を適応させる前記適応ステップは、前記周波数領域表現におけるサンプルの数を減少または増加させることにより、増減されたサンプル数に帯域幅を適合させることを含むことを特徴とするフィルタ特性適応方法。
  2. 前記適応されたフィルタ特性の前記周波数領域表現を前記時間領域に変換する変換ステップは、前記周波数領域内のサンプルの数に等しいＦＦＴを用いるステップであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ特性適応方法。
  3. 前記フィルタ特性は、時間領域で適応されることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載のフィルタ特性適応方法。
  4. 前記フィルタ係数が周期的に計算されることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載のフィルタ特性適応方法。
  5. 前記フィルタ特性がバンドストップ干渉阻止特性であり、前記フィルタ特性を適応させるステップは、干渉信号を阻止する目的で前記フィルタ特性をシフトするステップである請求項１ないし４の何れかに記載のフィルタ特性適応方法。
  6. 前記干渉信号が狭帯域周波数ホッピング信号のとき、前記フィルタ特性の適応を容易に行うために前記ホッピング系列が予め記憶されることを特徴とする請求項５に記載のフィルタ特性適応方法。
  7. 前記フィルタ特性がバンドパス特性であり、前記フィルタ特性の適応が、必要なチャンネルを選択するために前記フィルタ特性をシフトすることである請求項１ないし４の何れかに記載のフィルタ特性適応方法。
  8. デジタル入力信号のための入力部を有する適応フィルタと、予め設計されたフィルタ特性における所定の周波数領域表現を記憶するための記憶手段と、要求周波数特性を決定するために前記適応フィルタより出力される前記フィルタ特性を含む前記出力信号のデジタル表現を分析する分析手段と、前記周波数領域表現を前記要求周波数特性に整合させるために前記予め設計され記憶された前記周波数領域表現を適応させるための適応手段と、前記適応フィルタの係数を更新するために前記適応されたフィルタ特性を前記時間領域に変換してこれにより更新された係数を適応フィルタに読み込むための変換手段と、を備えると共に、
    前記周波数領域表現を適応させる前記適応手段は、前記周波数領域表現におけるサンプルの数を減少または増加させることにより、増減されたサンプル数に帯域幅を適合させるために適用されることを特徴とする受信器。
  9. 前記予め設計され記憶されたフィルタ特性を適応させるための手段は、前記周波数領域内のサンプルの数に等しいＦＦＴを用いるために適合されることを特徴とする請求項８に記載の受信器。
  10. 前記予め設計され記憶されたフィルタ特性を適応させるための手段が、時間領域手段を有する請求項８または９の何れかに記載の受信器。
  11. 前記変換手段が新たなフィルタ係数を周期的に計算するための手段を有する請求８ないし１０の何れかに記載の受信器。
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