JP4782848B2 - 反響成分除去システム及び反響成分の除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、反響成分除去システム及び反響成分の除去方法に関し、さらに詳細には、各々独立的に可変遅延される複数の適応アルゴリズムブロックを遅延帰還信号に選択的に適用することによって、複数の反響成分を並列に生成して入力信号から反響成分を効果的に除去できる反響成分除去システム及び除去方法に関する。

無線通信サービスの発展に伴い、電波陰影地域に通信サービスを拡大するための無線中継器の必要性が高まっている。ところが、無線中継器の場合に、受信信号ｒ（ｔ）と中継信号ｓ（ｔ）との周波数が同周波数であるため、図１に示すように、送信アンテナ部１９から送信された中継信号ｓ（ｔ）の一部が、反響経路を介して反響成分ｅ（ｔ）として再度中継器１０の受信アンテナ部１１を介して帰還入力され、このような反響成分ｅ（ｔ）が中継器１０の内部で増幅されて、結局、中継器１０が発振されるという問題が発生する。

このような問題を解決するために、図２に示すように、受信信号を中間周波数変換１３及びデジタル変換１４してデジタル信号処理を行うことによって反響成分を除去するＩＣＳ（Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ）中継器が使用される。このとき、反響成分を除去するためには、適応アルゴリズムフィルタを使用することが通常である。適応アルゴリズムフィルタは、ＬＭＳ、ＲＬＳ、ＬＳＬ、ＩＩＲフィルタ構造などがあるが、安定しかつ計算量が比較的少ないＬＭＳ系のアルゴリズムが最も広く使用される。

反響成分を除去するための適応フィルタを設計する際には、反響成分を除去するのに充分な数のフィルタタップを決定するのが重要である。理論的には、フィルタのタップ数を反響経路の最大遅延時間以上になるように設定すると、完全な反響成分の除去が可能になるが、この場合に、適応フィルタの構造が複雑になり、演算負担が増加し、エコーの少ない部分では、適応フィルタから発生する量子化雑音により信号の歪みがむしろ増加するという問題がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、適応フィルタ部は、小さなフィルタタップを有する適応アルゴリズムブロックを複数備えて、各々の適応アルゴリズムブロックを独立的に遅延帰還信号の時間領域に離散的又は重複的に割り当てることによって、フィルタタップの無理な増加なしで最大遅延時間に近接した反響成分を容易に除去できる反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、入力信号と遅延帰還信号との相関演算により複数の遅延成分の遅延時間を獲得して、各適応アルゴリズムブロック別に備えられる複数の可変遅延手段により複数の反響成分を除去できる反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、反響成分が除去された信号の遅延信号に小さなフィルタタップを有する適応アルゴリズムブロックを適用して、基地局又は移動局から中継器まで到達する領域の多重経路によるフェージング成分を容易に除去できる反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、各信号間の相関演算により容易に各適応フィルタの反響除去率をモニターリングできる反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法を提供することにある。

最後に、本発明のさらに他の目的は、信号帯域以外の信号を選択的にマスキング（ｍａｓｋｉｎｇ）する複素フィルタ及び出力信号のレベルを一定に維持するＡＬＣをさらに備えることによって、中継信号の歪み及び発振を防止できる反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明による反響成分除去システムは、入力信号と遅延帰還信号とを相関演算して、複数の反響成分を周期的に分析する第１複素相関器と、Ｎ個のＬタップの適応アルゴリズムブロックと前記遅延帰還信号とを独立的にそれぞれの前記適応アルゴリズムブロックに遅延入力させるＮ個の可変遅延手段を備えて、前記入力信号から前記反響成分を適応的に除去した第１出力信号を出力する第１適応フィルタ部と、を備えて構成され、前記第１複素相関器の演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる時間領域に前記第１適応フィルタ部の前記適応アルゴリズムブロックをそれぞれ割り当てて、それぞれの前記反響成分を生成するように前記可変遅延手段が調整されることを特徴とする。

本発明による反響成分除去無線中継器は、中継される信号を受信する受信アンテナ部と、前記受信アンテナ部から受信された受信信号を中間周波数変換及びデジタル変換を行うことによって入力信号に変換する受信信号処理部と、前記入力信号と遅延帰還信号とを相関演算して、複数の反響成分を分析する第１複素相関器と、前記入力信号と遅延帰還信号とを受信して、前記第１複素相関器の演算の結果、設定値以上である時間領域に複数の適応アルゴリズムブロックをそれぞれ割り当てて、それぞれの前記反響成分を生成した後、前記入力信号から前記反響成分を適応的に除去して第１出力信号を生成する第１適応フィルタ部と、前記第１出力信号をアナログ変換及び周波数アップ変換して、送信信号に変換する送信信号処理部と、前記送信信号を送信する送信アンテナ部と、を備えて構成されることを特徴とする。

本発明による反響成分の除去方法は、入力信号と遅延帰還信号とを相関演算して、複数の反響成分を周期的に分析する第１ステップと、前記第１ステップの演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる前記遅延帰還信号の時間領域に複数の適応アルゴリズムブロックをそれぞれ割り当てて、それぞれの前記反響成分を生成することによって、前記入力信号から前記反響成分を適応的に除去して第１出力信号を出力する第２ステップと、を含んで構成されることを特徴とする。

本発明による反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法は、適応フィルタ部を、小さなフィルタタップを有する適応アルゴリズムブロックを複数備えるように構成して、各々の適応アルゴリズムブロックを独立的に遅延帰還信号の時間領域に離散的に割り当てることによって、フィルタタップの無理な増加がなくても最大遅延時間に近接した反響成分も除去できるという効果を提供する。

本発明の実施の形態による本発明による反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法は、入力信号と遅延帰還信号との相関演算により複数の遅延成分の遅延時間を獲得することによって、各適応アルゴリズムブロック別に備えられる複数の可変遅延手段を介して複数の遅延成分を生成できるという効果を提供する。

本発明の他の実施の形態による本発明による反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法は、反響成分が除去された信号の遅延信号に小さなフィルタタップを有する適応アルゴリズムブロックを適用して、基地局又は移動局から中継器まで到達する領域のフェージング成分を容易に除去できるという効果を提供する。

本発明の他の実施の形態による本発明による反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法は、各信号間の相関演算により容易に各適応フィルタの反響除去率をモニターリングできるという効果を提供する。

最後に、本発明の他の実施の形態による本発明による反響成分除去システム、反響成分除去無線中継器、及び反響成分の除去方法は、信号帯域以外の信号を選択的にマスキングする複素フィルタ及び出力信号のレベルを一定に維持するＡＬＣをさらに備えることによって、中継信号の歪み及び発振を防止できるという効果を提供する。

上述した目的及びその他の目的と本発明の特徴及び利点は、添付された図面と関連した以下の詳細な説明により明確になるはずである。以下、添付された図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図３は、本発明の実施の形態による反響成分除去システム１５を示す。反響成分除去システム１５は、第１複素相関器１２０、第１適応フィルタ部１００を備えて構成されて、中継器の送信アンテナ１９を介して中継された信号が受信アンテナ１１に逆流入されて発生する反響成分ｅ（ｔ）を除去する機能を行う。

本発明において入力信号ｄ_１［ｎ］は、受信アンテナ１１を介して受信された信号を低雑音増幅器１２、周波数ダウンコンバータ１３、Ａ／Ｄコンバータ１４を介してデジタル入力信号ｄ_１［ｎ］（以下、入力信号と略する）に変換処理されたデジタル信号を意味する。遅延帰還信号ｘ_１［ｎ］は、反響成分除去システム１５を介して反響成分などが除去されたデジタル出力信号ｙ［ｎ］、すなわち、中継器１０の送信アンテナ１９を介して移動局ＭＳ又は基地局ＢＳに送信される信号であって、Ｄ／Ａコンバータ１６を経る前の信号を、第１遅延部１１０を介して一定時間遅延して、第１適応フィルタ部１００に帰還入力される信号ｘ_１［ｎ］を意味する。

＜第１複素相関器を用いた反響成分の分析＞
第１複素相関器１２０は、入力信号ｄ_１［ｎ］と遅延帰還信号ｘ_１［ｎ］とを相関演算して、複数の反響成分を周期的に分析する機能を行う。

例えば、送信アンテナ部１９から受信アンテナ部１１へのフィードバック経路においてＫ個の反響成分が入力されると仮定すると、入力信号ｄ_１［ｎ］と出力信号ｙ_２［ｎ］との間には、以下のような関係が成立する。

ここで、ｓ［ｎ］は、基地局又は端末機から出力された元信号、ｎ_０は、中継器１０のシステム出力及び入力による遅延時間、Ａ_ｋ、φ_ｋ、ｍ_ｋは、ｋ番目の反響経路による反響成分の振幅、位相、及び遅延時間を意味する。

一方、第１適応フィルタ部１００は、図４に示すように、遅延帰還信号ｘ_１［ｎ］の電力を一定に維持するためのＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）１４０をさらに備えることが好ましい。

元信号ｓ［ｎ］と出力信号ｙ_２［ｎ］との間の相関関係がなく、遅延帰還信号ｘ_１［ｎ］に振幅利得Ｇ_ＡＧＣのＡＧＣ１４０を適用した場合に、第１複素相関器１２０の出力Ｃ_１（ｍ）は、以下のとおりである。

Ｒ_ｙ（ｍ）は、出力信号ｙ_２［ｎ］の自己相関関数（Ａｕｔｏ−Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）である。自己相関関数の特性により、│Ｒ_ｙ（ｍ）│は、ｍ＝０で最大値を有し、このときの関数値は、信号の電力である。出力信号ｙ_２［ｎ］が制限帯域（Ｂａｎｄ−ｌｉｍｉｔｅｄ）のＷＧＮ（Ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｎｏｉｓｅ）と仮定すると、│Ｒ_ｙ（ｍ）│は、ｓｉｎｃ関数の形態を有する。

図７は、第１複素相関器１２０の出力│Ｃ_１（ｍ）│を示す。Ｋ個の反響成分に対して、Ｋ個のピーク値が現れ、各ピーク値から反響経路の情報が分かる。ｋ番目のピーク値の時間軸上の位置ｍ_ｋは、反響経路の遅延時間を示し、ピーク値Ｃ_１（ｍ_ｋ）は、以下のとおりである。

このとき、Ｐ_ｙは、出力信号ｙ_２［ｎ］の電力であり、後述する第３複素相関器２３０の出力Ｃ_３のＣ_３（０）値と同様である。一方、ＡＧＣの出力は予め決まっているので、Ｐ_ＡＧＣとすると、Ｇ_ＡＧＣは、以下の式のとおりである。

式３及び式４からｋ番目の反響成分の振幅及び位相Ａ_ｋ、φ_ｋは、以下のとおりである。

このような式により第１複素相関器１２０は、Ｋ個の反響成分に対する遅延時間、振幅及び位相情報を後述する第１適応フィルタ部１００に送信する。

＜第１適応フィルタ部を用いた反響成分の除去＞
第１適応フィルタ部１００は、図４に示すように、Ｎ個のＬタップの適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２（例えば、１２個の８−タップ適応アルゴリズムブロック）と遅延帰還信号ｘ１［ｎ］とを独立的にそれぞれの適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２に遅延入力させるＮ個の可変遅延手段１６０、１６１、１６２を備えて、入力信号ｄ_１［ｎ］から反響成分を適応的に除去した第１出力信号（図４のｅ［ｎ］、図３のｄ_２［ｎ］）を出力する。

第１適応フィルタ部１００は、第１複素相関器１２０の演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる時間領域に、図１１に示すように、適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２をそれぞれ割り当てて、それぞれの反響成分を生成するように可変遅延手段１６０、１６１、１６２を調整する。

すなわち、第１適応フィルタ部１００のＮ個の適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２は、第１複素相関器１２０から検出したＫ個の反響成分にそれぞれ独立的に対応して反響成分を複製（ｒｅｐｌｉｃａ）するよう構成され、このために、可変遅延手段１６０、１６１、１６２は、第１複素相関器１２０から検出したＫ個の反響成分の時間遅延にそれぞれ該当するように、遅延時間が独立的に設定される。よって、Ｎ×Ｌ（Ｎ：適応アルゴリズムブロックの数、Ｌ：適応アルゴリズムブロックのタップ数）以上の遅延時間を有する反響成分も、可変遅延手段１６０、１６１、１６２の遅延時間を長く設定することによって、各適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２のフィルタタップの増加なしにもすべての反響成分を除去することができる。このとき、反響成分の数Ｋが適応アルゴリズムブロックの数Ｎより小さな場合には、図１１に示すように、複数の適応アルゴリズムブロック１７０、１７１が互いに時間的に隣接するか、又は重複適用して、単一の反響成分を複製して反響除去の性能を高めることができるように制御することがさらに好ましい。

以下、図１１を参照して、適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２の割り当てを説明する。第１複素相関器１２０の出力をモニターリングして、チャネルの帰還利得（Ｌｏｏｐ Ｇａｉｎ）が−１５ｄＢ以上であると判断される時間区間に対して、選択的に適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２を割り当てることができる。

＜適応アルゴリズムブロックの動作＞
図５は、適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２の細部構造を示す。図５は、８個のタップを有する実施の形態を示しているが、各ブロックのタップ数は、使用環境に応じて適切に選択できる。本発明では、適応アルゴリズムとしてＬＭＳ系のＮＬＭＳ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ＬＭＳ）アルゴリズムを使用する場合を説明するが、本発明は、必ずＮＬＭＳに限定されるものではなく、使用環境に応じてその他の適応アルゴリズムを選択することもできる。各々の適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２は、ＬＭＳ適応フィルタの有限インパルス応答（ＦＩＲ：Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）演算に必要なＭＡＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ）構造と係数適応アルゴリズムを具現する係数適応論理回路部１８０で構成される。

各ＮＬＭＳアルゴリズムブロックは、周知のＮＬＭＳアルゴリズムにより反響成分を予測するようになるが、以下では、各アルゴリズムブロックの動作を詳細に説明する。Ｌ個のタップ数を有してｋ番目のブロックの可変遅延手段１６２の遅延時間をｎ_ｋと仮定すると、サンプル時間ｎでの複数の入力データベクトルＸ_ｋ、ｎと複素係数ベクトルＷ_ｋ、ｎは、以下のとおりである。

このとき、ｋ番目のＮＬＭＳアルゴリズムブロックの出力ｙ_ｋ［ｎ］は、以下のとおりである。

係数ベクトルＷ_ｋ、ｎの係数適応アルゴリズムは、以下のとおりである。

このとき、定数μ_ｋ、εは、外部で値を設定し、出力ｅ［ｎ］及び平均電力Ｐ［ｎ］は、毎サンプルごとにブロック外部で計算されて入力される。

平均電力Ｐ［ｎ］は、電力推定器１５０（Ｐｏｗｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）で遅延帰還信号ｘ［ｎ］を用いて以下のような式により計算されうる。

それぞれの適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２の出力の合計ｙ［ｎ］は、式７によって以下のとおりである。

第１適応フィルタ部１００の出力である誤差信号ｅ［ｎ］＝ｄ［ｎ］−ｙ［ｎ］は、各適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２の入力で再度使用されて、式８の係数適応アルゴリズムに提供される。

＜第１適応フィルタ部がＡＧＣを含む実施の形態＞
前述したように、第１適応フィルタ部１００は、ＡＧＣ１４０をさらに備えることが好ましい。受信アンテナ部１１を介して再入力される反響成分により無線環境でフェージングが発生し、その変化の大きさは、３０ｄＢ程度になりうる。また、反響経路内の反射体が速い速度で動く場合に、これにより反響成分の変化速度も急激に増加する。第１適応フィルタ部１００が完璧に動作すると仮定するとき、その出力ｅ［ｎ］は、一定の電力を維持できるが、瞬間的に反響除去が十分に行われない場合には、その出力ｅ［ｎ］は、フェージング成分により一定の電圧を維持できなくなり、結局、適応アルゴリズムの入力変動が増加して反響除去性能が劣化し、その結果、発振するようになる。このような状態を防止するためには、図４に示すように、遅延帰還信号ｘ［ｎ］がＡＧＣ１４０を経るようにして電力を一定にした後に第１適応フィルタ部１００に入力すると、より効果的に反響成分を除去できる。

遅延帰還信号ｘ［ｎ］がＡＧＣ１４０を経て第１適応フィルタ部１００に入力される場合に、ＮＬＭＳ係数適応アルゴリズムは、以下のとおりに修正される。まず、ＡＧＣ１４０を使用せずに入力信号の電力が一定の制限帯域（Ｂａｎｄ−ｌｉｍｉｔｅｄ）のＷＧＮ（Ｗｈｉｔｅ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｎｏｉｓｅ）であり、第１適応フィルタ部１００が正常的な動作をしていると仮定するとき、出力信号ｅ［ｎ］と遅延帰還信号ｘ［ｎ］とは、以下のような関係が成立する。

万一、ｎ_ｄ（第１遅延部１１０によりシミュレーションされたシステム遅延）が十分に大きな場合に、出力信号ｅ［ｎ］と遅延帰還信号ｘ［ｎ］とは、統計的に独立（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ）された信号として見なすことができ、これらのランダム変数の期待値は、以下のような関係が成立する。

ここで、Ｅは期待値、ｒｍｓは二乗平均（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を意味する。

式１２及び式８から、各ブロックの係数は、以下のような関係が成立する。

すなわち、各係数間の平均変化は０であり、ｒｍｓ変化値はμ_ｋで入力電力に無関係に一定であり、これは、ＮＬＭＳアルゴリズムの特徴でもある。

これとは異なり、遅延帰還信号ｘ［ｎ］にＡＧＣ１４０が含まれる場合に、ＡＧＣ１４０の振幅利得をＧ［ｎ］とし、利得の変化がデータレート（ｄａｔａ ｒａｔｅ）より十分に遅いと仮定すると、すなわち、

の場合には、以下の関係が成立する。

したがって、各ブロックの係数は、以下の関係が成立する。

一方、ＡＧＣ１４０は、Ｇ^２×Ｖａｒ｛│ｅ［ｎ］│｝を常に一定に維持せねばならないので、出力信号ｅ［ｎ］の平均電力に応じてＧ［ｎ］は変わり、これによって、式１５の係数のステップ変化が変わってＮＬＭＳの特性を失うようになる。しかしながら、このような問題点は、各ＬＭＳブロックの係数適応アルゴリズムのステップ計算過程でＡＧＣ１４０の利得値を乗算する方法で解決できる。すなわち、式８の係数適応公式を以下のように変形する。

＜第２複素相関器を用いた反響除去率のモニターリング＞
反響成分除去システムは、第１適応フィルタ部１００の反響成分除去率をモニターリングするために、第２複素相関器１３０を用いて遅延帰還信号ｘ［ｎ］と第１出力信号ｄ_２［ｎ］とを相関演算（ｃｒｏｓｓ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）することが好ましい。

図８は、第１複素相関器１２０の出力Ｃ_１（ｍ）と第２複素相関器１３０の出力Ｃ_２（ｍ）とを示す。第２複素相関器１３０の出力Ｃ_２（ｍ）は、遅延帰還信号ｘ［ｎ］と反響成分が除去された第１出力信号ｄ_２［ｎ］との相関関係であるから、遅延帰還信号ｘ［ｎ］と反響成分が除去される前の入力信号ｄ_１［ｎ］との相関関係である第１複素相関器１２０の出力Ｃ_１（ｍ）から現れたピークは、第１適応フィルタ部１００の反響除去率だけ低く現れる。

したがって、ｋ番目の反響成分に対する反響除去率Ｒ_ｋは、以下のように定義することができる。

このような方法により、第２複素相関器１３０は、第１適応フィルタ部が正常に動作しているか否かをモニターリングする。

＜第４複素相関器及び第２適応フィルタ部を用いたフェージング成分の除去＞
本発明の実施の形態によると、第４複素相関器２２０及び第２適応フィルタ部２００を用いて基地局ＢＳ又は移動局ＭＳから受信アンテナ部１１を介して受信される受信信号の多重経路によるフェージング成分を容易に除去できる。

フェージング成分の除去は、第１適応フィルタ部１００による反響成分除去の方法と似ている。まず、第４複素相関器２２０は、第１出力信号ｄ_２［ｎ］と第２出力信号ｙ_１［ｎ］とを相関演算し、第２適応フィルタ部２００は、図６に示すように、Ｍ個のＬタップの適応アルゴリズムブロック２７０、２７１、２７２と遅延第１出力信号ｘ_２［ｎ］とを独立的にそれぞれの適応アルゴリズムブロック２７０、２７１、２７２に遅延入力させるＭ個の可変遅延手段２６０、２６１、２６２を備えて、第１出力信号ｄ_２［ｎ］からフェージング成分を適応的に除去した第２出力信号ｙ_１［ｎ］を出力する機能を行う。

このとき、第４複素相関器２２０の演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる時間領域に適応アルゴリズムブロック２７０、２７１、２７２をそれぞれ割り当てて、それぞれのフェージング成分を生成するように可変遅延手段２６０、２６１、２６２が調整されるように制御する。

図６は、本発明の実施の形態による第２適応フィルタ部２００を示す。第２適応フィルタ部２００の信号は、発振に最も大きな影響を及ぼす反響成分が第１適応フィルタ部１００により既に除去されたため発振の可能性が小さいから、第１適応フィルタ部１００とは異なり、ＡＧＣ１４０を使用しないことが好ましい。第４複素相関器２２０及び第２適応フィルタ部２００の動作は、前述した第１複素相関器１２０及び第１適応フィルタ部１００と同様なので、詳細な説明は省略する。

＜第３複素相関器を用いたフェージング成分除去率のモニターリング＞
前述した第２複素相関器を用いた反響成分除去率モニターリング方法と同様に、第３複素相関器２３０を用いて第２出力信号ｙ_１［ｎ］を自己相関（Ａｕｔｏ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）演算して、第２適応フィルタ部２００による元信号フェージングの反響除去率をモニターリングすることがさらに好ましい。

第１適応フィルタ部１００を介してフィードバック反響成分が除去されると、第１適応フィルタ部１００の第１出力信号ｄ_２［ｎ］は、元信号ｓ［ｎ］及び元信号に対するフェージング成分の合計で表すことができる。

このとき、第２適応フィルタ部を動作させずに直ちに出力するとき、第３複素相関器２３０の出力は以下のとおりである。

ここで、Ｒ_ｄ（ｍ）は、第１出力信号ｄ_２［ｎ］の自己相関関数と同じである。元信号ｓ［ｎ］に対したフェージング成分は、フィードバック反響成分とは異なり、反響経路に利得（Ｇａｉｎ）がなく、基地局の信号の場合に信号源と中継器１０との間にＬＯＳ（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｓｉｇｈｔ）が保障された場合には、振幅Ｂ_ｉは、１より十分に小さいと仮定できる。また、遅延時間は、０より大きくなければならないので、式１９は、以下のように近似化できる。

図９は、第２適応フィルタ部２００を動作させない場合の第３複素相関器２３０の出力│Ｃ_３（ｍ）│を示す。第３複素相関器２３０の出力は、他の複素相関器１２０、１３０、２２０の出力と異なって自己相関関数であるから、ｍ＝０から始まり、反響成分はそれ以後に現れる。自己相関関数の第２番目の０が現れる地点であるｎ_ｄ２を第２遅延部２１０の遅延時間と設定して、第２適応フィルタ部２００は、ｎ_ｄ２より遅延時間が長い元信号フェージング成分を除去するようになる。

図１０は、第２適応フィルタ部２００を動作させたときの第４複素相関器２２０の出力と第３複素相関器２３０の出力とを示す。図１０に示すように、第３複素相関器２３０の自己相関関数は、元信号フェージング成分が顕著に除去された結果を示す。前述した第１複素相関器１２０と第２複素相関器１３０とを介して第１適応フィルタ部１００の反響成分除去率を求めた方法と同じ方法で第４複素相関器２２０と第３複素相関器２３０との出力を比較する方法により、第２適応フィルタ部２００のフェージング成分の除去率をモニターリングできる。

＜複素フィルタによる信号帯域のマスキング＞
複素係数ＦＩＲフィルタである複素フィルタ３００は、出力信号（第２適応フィルタ部２００が付加されない実施の形態の場合には、第１出力信号ｄ_２［ｎ］、第２適応フィルタ部２００が付加された実施の形態の場合には、第２出力信号ｙ_１［ｎ］）のうち、信号帯域以外の信号を選択的にマスキングして、信号帯域の信号のみを選択的に通過させる機能を行う。

このような複素フィルタ３００が備えられない場合に、適応フィルタ部１００、２００によるデジタル出力は、後段の周波数変換過程で帯域フィルタにより信号帯域外側の特性が内部帰還信号ｘ［ｎ］と異なるようになって、結局、反響信号の除去性能を劣化させ、発振の原因となる。したがって、複素フィルタ３００の全帯域幅は、周波数アップコンバータ１３又は周波数ダウンコンバータ１７で使用される帯域フィルタより若干小さく設定して、内部帰還信号ｘ［ｎ］と外部反響信号成分とのスペクトルが同様になるように維持する。

また、無線中継器の帯域には、いくつかのＦＡ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）があり、このうち、通信に使用されないＦＡには、入力がないため、小さな誤差によって増幅されて発振を起こす可能性がある。そのため、複素フィルタ３００は、このような帯域を通過させないように係数を調整することによって発振を予防する。

＜ＡＬＣによる発振の制御＞
図３に示すように、反響成分除去システムは、出力信号ｙ_２［ｎ］のレベルを一定に維持するためのＡＬＣ４００（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）をさらに備えて構成されることが好ましい。

第１適応フィルタ部１００及び第２適応フィルタ部２００による反響成分の除去にもかかわらず発振が発生すると、第３複素相関器２３０の自己相関関数は、ｍ＝０で最大値を有する特性がなくなるようになる。第３複素相関器２３０のこのような出力の変化が感知される場合に、ＡＬＣ４００は、利得を下げて出力信号の発振を抑制するように構成できる。

＜反響成分の除去方法＞
図１２は、本発明の実施の形態による反響成分の除去方法を示す。反響成分の除去方法は、まず入力信号ｄ_１［ｎ］と遅延帰還信号ｘ_１［ｎ］とを相関演算して、複数の反響成分を周期的に分析する第１ステップ（Ｓ１００）を行う。具体的に説明すると、第１複素相関器１２０は、相関演算により第１適応フィルタ部１００で各適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２が複製する反響成分の情報をサンプル単位に分析する。このとき、相関演算の結果、設定値以上、好ましくは、利得が−１５ｄＢ以上である複数の時間領域を抽出する。このとき、遅延帰還信号ｘ_１［ｎ］は、システムの入出力遅延時間で遅延されるように設定することが好ましい。

次に、第１ステップ（Ｓ１００）の演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる遅延帰還信号ｘ_１［ｎ］の時間領域に、図１１に示すように、複数の適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２をそれぞれ割り当てて、それぞれの反響成分を生成することによって、入力信号ｄ_１［ｎ］から反響成分を適応的に除去して第１出力信号（図３のｄ_２［ｎ］、図４及び図５のｅ［ｎ］）を出力する第２ステップ（Ｓ２００）を行う。

このとき、第１適応フィルタ部１００は、各適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２に独立的に備えられた可変遅延手段１６０、１６１、１６２の遅延時間を各反響成分の遅延時間別に設定することによって、各適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２が、短いタップ数を有するにもかかわらず、第１適応フィルタ部１００は、長い遅延時間を有する反響成分も容易に複製してこれを除去できる。このとき、第１適応フィルタ部１００は、ＡＧＣ１４０を介して遅延帰還信号ｘ_１［ｎ］の電力を一定に維持することによって、第１適応フィルタ部１００の発振を容易に遮断し、適応アルゴリズムブロック１７０、１７１、１７２は、ＬＭＳ系のアルゴリズムを適用することが好ましい。

一方、第２ステップ（Ｓ２００）以後、遅延帰還信号ｘ_１［ｎ］と第１出力信号ｄ_２［ｎ］とを相関演算して反響除去率をモニターリングするステップ（Ｓ２５０）をさらに含むことが好ましい。このような相関演算結果と第１ステップ（Ｓ１００）の演算結果とを比較することによって、第１適応フィルタ部１００による反響除去率を容易に把握して、システムが正常に動作しているか否かを容易に把握できる。

受信アンテナ部１１に再入力される反響成分の他に、受信原（順方向リンクの場合に基地局ＢＳ、逆方向リンクの場合には移動局ＭＳ）から受信アンテナ部１１までの多重経路フェージングにより発生するフェージング成分を除去するためには、第２ステップ（Ｓ２００）以後に第１出力信号ｄ_２［ｎ］と第２出力信号ｙ_１［ｎ］とを相関演算して複数のフェージング成分を分析する第３ステップ（Ｓ３００）、及び第３ステップ（Ｓ３００）の演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる遅延第１出力信号ｘ_２［ｎ］の時間領域に複数の適応アルゴリズムブロック２７０、２７１、２７２、２７３をそれぞれ割り当てて、それぞれのフェージング成分を生成して、第１出力信号ｄ_２［ｎ］からフェージング成分を適応的に除去して第２出力信号ｙ_１［ｎ］を出力する第４ステップ（Ｓ４００）をさらに含むことが好ましい。フェージング成分の除去方法は、前述した反響成分の除去方法と似ているので、詳細な説明は省略する。

一方、第４ステップ（Ｓ４００）以後に、第２出力信号ｙ_１［ｎ］を自己相関演算して元信号フェージングの反響除去率をモニターリングするステップ（Ｓ４５０）をさらに含むことが好ましい。このような自己相関演算結果と第３ステップ（Ｓ３００）の演算結果とを比較することによって、第２適応フィルタ部２００による元信号フェージング除去率を容易に把握して、システムが正常に動作するか否かを容易に把握できる。

第１ステップないし第４ステップのデジタル信号処理過程から発生しうる歪みによる発振現象などを防止するために、反響成分の除去方法は、出力信号ｙ_１［ｎ］のうち、信号帯域以外の信号を選択的にマスキングする第５ステップ（Ｓ５００）、及びＡＬＣ４００を介して出力信号ｙ_２［ｎ］のレベルが一定以上増加することを防止する第６ステップ（Ｓ６００）を選択的にさらに含むことが好ましい。

上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。

無線中継器の中継環境の例示図である。 反響成分除去システムを備えるＩＣＳ無線中継器の構成図である。 本発明の実施の形態による反響成分除去システムの構成図である。 本発明の実施の形態による第１適応フィルタ部の細部構成図である。 本発明の実施の形態による適応アルゴリズムブロックの細部構成図である。 本発明の実施の形態による第２適応フィルタ部の細部構成図である。 本発明の実施の形態による第１複素相関器の出力グラフである。 本発明の実施の形態による第１複素相関器及び第２複素相関器の出力グラフである。 本発明の実施の形態による第４複素相関器の出力グラフである。 本発明の実施の形態による第３複素相関器及び第４複素相関器の出力グラフである。 本発明の実施の形態による適応アルゴリズムブロックの割り当て例を示すグラフである。 本発明の実施の形態による反響成分の除去方法のフローチャートである。

符号の説明

１００ 第１適応フィルタ部
１１０ 第１遅延部
２００ 第２適応フィルタ部
２１０ 第２遅延部
３００ 複素フィルタ

Claims (18)

1. 入力信号と遅延帰還信号とを相関演算して、複数の反響成分を周期的に分析する第１複素相関器と、
   前記反響成分を生成するためのＮ個のＬタップの適応アルゴリズムブロックと、前記遅延帰還信号とを独立的にそれぞれの前記適応アルゴリズムブロックに遅延入力させるＮ個の可変遅延手段とを備えて、前記入力信号から前記反響成分を適応的に除去した第１出力信号を出力する第１適応フィルタ部と、を備えて構成され、
   ここで、前記遅延帰還信号は、前記第１適応フィルタ部により反響成分が除去された後の信号であって送信される信号を、一定時間遅延した信号であるが、
   さらに、前記第１適応フィルタ部による反響除去率をモニターリングするために、前記遅延帰還信号と前記第１出力信号とを相関演算する第２複素相関器を備え、
   前記反響除去率は、前記第１複素相関器の出力と前記第２複素相関器の出力との比較に基づいて算出され、
   前記第１複素相関器の演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる時間領域に前記第１適応フィルタ部の前記適応アルゴリズムブロックをそれぞれ割り当てて、それぞれの前記反響成分を生成するように前記可変遅延手段が調整されることを特徴とする反響成分除去システム。
2. 前記反響成分除去システムは、
   前記第１出力信号と第２出力信号とを相関演算して、複数のフェージング成分を周期的に分析する第４複素相関器と、
   前記フェージング成分を生成するためのＭ個のＬタップの適応アルゴリズムブロックと、遅延第１出力信号とを独立的にそれぞれの前記適応アルゴリズムブロックに遅延入力させるＭ個の可変遅延手段とを備えて、前記第１出力信号から前記フェージング成分を適応的に除去した前記第２出力信号を出力する第２適応フィルタ部と、を備えて構成され、
   前記第４複素相関器の演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる時間領域に前記第２適応フィルタ部の前記適応アルゴリズムブロックをそれぞれ割り当てて、それぞれの前記フェージング成分を生成するように前記可変遅延手段が調整されることを特徴とする請求項１に記載の反響成分除去システム。
3. 前記第１適応フィルタ部は、
   前記遅延帰還信号の電力を一定に維持するためのＡＧＣをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の反響成分除去システム。
4. 前記適応アルゴリズムブロックは、
   ＬＭＳ系のアルゴリズムが適用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の反響成分除去システム。
5. 前記設定値は、
   チャネルの帰還利得が−１５ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の反響成分除去システム。
6. 前記第１適応フィルタ部は、
   １２個の８タップＮＬＭＳブロックで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の反響成分除去システム。
7. 前記反響成分除去システムは、
   前記出力信号のうち、信号帯域以外の信号を選択的にマスキングする複素フィルタをさらに備えて構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の反響成分除去システム。
8. 前記反響成分除去システムは、
   前記出力信号のレベルを一定に維持するためのＡＬＣをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の反響成分除去システム。
9. 前記反響成分除去システムは、
   前記第２出力信号を自己相関演算して、前記第２適応フィルタ部による元信号フェージングの反響除去率をモニターリングするために、前記第２出力信号を自己相関演算する第３複素相関器をさらに備え、
   前記元信号フェージングの反響除去率は、第４複素相関器の出力と第３複素相関器の出力との比較に基づいて算出されることを特徴とする請求項２に記載の反響成分除去システム。
10. 中継される信号を受信する受信アンテナ部と、
    前記受信アンテナ部から受信された受信信号を中間周波数変換及びデジタル変換を行うことによって入力信号に変換する受信信号処理部と、
    前記入力信号と遅延帰還信号とを相関演算して、複数の反響成分を分析する第１複素相関器と、
    前記入力信号と遅延帰還信号とを受信して、前記第１複素相関器の演算の結果、設定値以上である時間領域に複数の適応アルゴリズムブロックをそれぞれ割り当てるものであって、割り当てられたそれぞれの前記適応アルゴリズムブロックに前記遅延帰還信号を入力することによりそれぞれの前記反響成分を生成した後、前記入力信号から前記反響成分を適応的に除去して第１出力信号を生成する第１適応フィルタ部と、
    前記第１出力信号をアナログ変換及び周波数アップ変換して、送信信号に変換する送信信号処理部と、
    前記送信信号を送信する送信アンテナ部と、
    前記第１出力信号と第２出力信号とを相関演算して、フェージング成分を分析する第４複素相関器と、
    前記第１出力信号と遅延第１出力信号とを受信して、複数の適応アルゴリズムブロックを前記第４複素相関器の演算の結果、設定値以上の時間領域にそれぞれ割り当てて、割り当てられたそれぞれの前記適応アルゴリズムブロックに前記遅延第１出力信号を入力することによりそれぞれの前記フェージング成分を生成した後、前記第１出力信号からフェージング成分を適応的に除去して、前記第２出力信号を生成する第２適応フィルタ部と、
    第１適応フィルタ部による反響除去率をモニターリングするために、前記遅延帰還信号と前記第１出力信号とを相関演算する第２複素相関器と、
    前記第２出力信号を自己相関演算して、第２適応フィルタ部による元信号フェージングの反響除去率をモニターリングするために、前記第２出力信号を自己相関演算する第３複素相関器と、を備えて構成され、
    ここで、前記遅延帰還信号は、前記第２適応フィルタ部によりフェージング成分が除去された後の信号であって送信信号処理部に入力される信号を、一定時間遅延した信号であるが、
    前記第１適応フィルタ部による前記反響除去率は、前記第１複素相関器の出力と前記第２複素相関器の出力との比較に基づいて算出され、
    前記元信号フェージングの反響除去率は、第４複素相関器の出力と第３複素相関器の出力との比較に基づいて算出され、
    前記送信信号処理部は、前記第２出力信号を前記送信信号に変換することを特徴とする反響成分除去無線中継器。
11. 前記反響成分除去無線中継器は、
    前記第２出力信号を受信して、信号領域以外の信号をマスキングする複素フィルタ部及び前記第２出力信号のレベルを一定に維持するＡＬＣをさらに備えて構成されることを特徴とする請求項１０に記載の反響成分除去無線中継器。
12. 入力信号と遅延帰還信号とを相関演算して、複数の反響成分を周期的に分析する第１ステップと、
    前記第１ステップの演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる前記遅延帰還信号の時間領域に複数の適応アルゴリズムブロックをそれぞれ割り当てて、割り当てられたそれぞれの前記適応アルゴリズムブロックに前記遅延帰還信号を入力することによりそれぞれの前記反響成分を生成することによって、前記入力信号から前記反響成分を適応的に除去して第１出力信号を出力する第２ステップと、
    前記第１出力信号と第２出力信号とを相関演算して、複数のフェージング成分を分析する第３ステップと、
    前記第３ステップの演算の結果、設定値以上のピーク値が現れる遅延第１出力信号（前記第１出力信号を遅延した信号である）の時間領域に複数の適応アルゴリズムブロックをそれぞれ割り当てて、割り当てられたそれぞれの前記適応アルゴリズムブロックに前記遅延第１出力信号を入力することによりそれぞれの前記フェージング成分を生成することによって、前記第１出力信号から前記フェージング成分を適応的に除去して前記第２出力信号を出力する第４ステップとであって、ここで、前記遅延帰還信号は、第４ステップによりフェージング成分が除去された後の信号であって送信される信号を、一定時間遅延した信号であるが、
    前記遅延帰還信号と前記第１出力信号とを相関演算し、当該相関演算の結果と前記第１ステップにおける相関演算の結果の比較に基づいて、反響除去率をモニターリングする第７ステップと、を含んで構成されることを特徴とする反響成分の除去方法。
13. 前記第２ステップは、
    ＡＧＣを介して前記遅延帰還信号の電力を一定に維持するように調整することを特徴とする請求項１２に記載の反響成分の除去方法。
14. 前記適応アルゴリズムブロックは、
    ＬＭＳ系のアルゴリズムが適用されることを特徴とする請求項１２に記載の反響成分の除去方法。
15. 前記設定値は、
    チャネルの帰還利得が−１５ｄＢ以上であることを特徴とする請求項１２に記載の反響成分の除去方法。
16. 前記反響成分の除去方法は、
    前記出力信号のうち、信号帯域以外の信号を選択的にマスキングする第５ステップをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１２に記載の反響成分の除去方法。
17. 前記反響成分の除去方法は、
    ＡＬＣを介して前記出力信号のレベルが一定以上増加することを防止する第６ステップをさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１２に記載の反響成分の除去方法。
18. 前記第４ステップ以後に、
    前記第２出力信号を自己相関演算し、当該自己相関演算の結果と前記第３ステップにおける相関演算の結果の比較に基づいて、元信号フェージングの反響除去率をモニターリングする第８ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の反響成分の除去方法。

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