JP5222857B2 - 雑音低減装置および方法 - Google Patents
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Description
当業者に理解されるように、本発明は無線および有線の両方の用途に利用可能である。しかし、説明のために、本発明を本明細書では無線用途の状況で示している。周知技術によれば、受信無線信号の入力サンプリングは、受信機の中間周波数(Intermediate Fruquency:IF)段階で行われることが好ましい。選択される実際の中間周波数(IF)は、アプリケーションに依存するが、一般的な本実施形態の目的に対しては、たとえば、マイクロ波周波数帯域で動作する装置に使用するために、30メガヘルツのIFが選択されている。
本雑音低減方法の最初の工程での所謂代用プローブの選択は、性能を最適化し、以降の「雑音プローブ処理」が対象の信号を劣化させるのを防止するために好ましい。図2は、本実施形態の適切なプローブ値の選択に利用されるロジックの典型的な実施形態を示している。特に、図2に示しているロジックは、代用プローブ値の導出に使用される適切な方程式の選択に入力A/D信号(Si)を利用する。図示のように、Siで示すアナログ/デジタル(A/D)入力の絶対値は、所定の値xと比較される。たとえば、xの値は、処理されるサンプルの周囲の信号プラス雑音の入力の平均値の約60から80パーセントに等しくなるように最初に決定される。典型的な実施形態では、xは1.0ボルトに等しい。
Siの絶対値<xかつ>x/2の場合、Psi=q*Si
Siの絶対値<x/2かつ>x/4の場合、Psi=r*Si
Siの絶対値<x/4の場合、Psi=s*Si、ただし、p、q、rおよびsは定数。
(Si*Ph)<0の場合、Ps=−1*Psi
具体的には、アナログ/デジタル入力Siに、位相参照値Phを乗じる。この演算の結果がゼロよりも大きい、つまり正の場合、代用プローブPsは修正されず、前述のように計算された初期値のPsiのままである(つまりPs=Psi)。そうではなく、デジタル入力信号Siに位相参照値Phを乗じた結果がゼロ未満、つまり負の場合、代用プローブPsの極性が反転される(つまり、Ps=(−1)(Psi))。
本実施形態によれば、代用プローブPsは、最大信号レベルの予測値として使用され、図3に関して説明する反復雑音予測処理の前に入力A/D値Siに適用される。より具体的には、以下のような修正された入力信号値SiPsが得られるように、位相修正代用プローブPsがA/D値Siより減算される。
反復雑音プローブ処理
本実施形態によれば、雑音予測方法は、図3に示している反復雑音プローブ処理を有している。また、図3に示しているように、反復雑音プローブ処理に続いて、雑音予測値を求めるために、結果として生じる複数の雑音プローブが合計される。図示のように、図2で前述した、修正されている入力信号値SiPsは、図3に示している反復雑音予測処理への入力として使用される。
SiPsの絶対値<yかつ>y/2の場合、Pi=−u*SiPs
SiPsの絶対値<y/2かつ>y/4の場合、Pi=−v*SiPs
SiPsの絶対値<y/4の場合、Pi=−w*Si
最初は、i=1かつy=定数a、たとえばy=xである。つまり、一実施形態によれば、変数yは、信号プラス雑音入力のピーク値の約60〜80パーセント、例えば前述のように1.0ボルトになるように最初に定められる変数xの値に等しくなるように最初に設定される。さらに、本実施形態によれば、変数t、u、v、およびwは1未満の値、たとえばそれぞれ0.5、0.6、0.7、および0.8に最初に設定される。しかし、変数t、u、v、およびwは固定されておらず、装置の性能を最適化するように必要に応じて変更したり、さもなければ選択することができる。
(SiPi)<0の場合、P(i+1)=絶対値(Pi/2)
さらに、各反復の後で、カウンタを増加させて、つまり「i」を増加さて、nと称する所定の値と比較する。つまり、nは、許容可能な結果に到達するために本方法について必要と定められている反復の回数である。たとえば、nは5〜7回の反復となるように選択されるが、装置の性能に依存してより少ないまたはより多い回数となるように選択することができる。カウントがnに到達すると、雑音プローブ処理が終了する。
図3に示しているように、あらかじめ選択されているn回の雑音プローブの反復後、それぞれの雑音プローブ値は、以下のように雑音Neの予測値を出力するために合計される。
(出力信号)
本発明によれば、雑音予測値の値が求められた後、雑音低減方法に関わる最後のステップが実行される、つまり出力信号の予測値が計算される。雑音予測値は、実際の雑音の極性とは反対の極性を有しているため、出力信号の予測値は、雑音を減算するのとは反対に、雑音の予測値を信号に加算することによって計算される。つまり、雑音予測値Neは、以下のように出力信号を求めるために、アナログ/デジタル変換器からの信号Siに加算される。
(本方法の分析の例)
本実施形態に関連して示している方法の通常の性能の典型的な分析が、処理を実装するためにスプレッドシートアプリケーションを使用して実施された。この種類のシミュレーションを使用して得られた結果は典型であるに過ぎず、実際の結果は図示しているこれらよりも幾分良かったり悪かったりすると考えられるが、シミュレーションは典型的な結果を示している。
本発明の雑音低減方法のスプレッドシート分析は、展開された反復処理を伴う本方法の詳細な動作を示す。そのようなスプレッドシートの例の結果を図4aに示している。図4aは、「信号」と表されている入力信号つまり正弦関数、「A/D入力」と表されているアナログ/デジタル変換の後に見られる信号プラス雑音、および「信号出力」と表されている雑音が本発明によって取り除かれた後の信号出力のプロットを示している。本発明の実施形態の雑音低減処理方法の詳細を図4bに示している。特に、表の左側には、実際にサンプリングされた「信号(Signal)」に対応している値を示している。「信号(Signal)」の列の右には、この例のために発生させた不規則雑音の値を有している「雑音(Noise)」の列がある。表の右側の「雑音残差(Noise Resedual)」とラベル付けされている列は、処理後に残っている雑音を示しており、図4aの「信号出力」のプロットが「信号(Signal)」プロットに正確には従っていない理由である。
Claims (16)
- 少なくとも情報部分と雑音部分とを有するアナログ入力信号をデジタル形式に変換するステップと、
前記デジタル化された入力信号の強度に基づいて、代用プローブ値を求めるステップと、
修正入力信号値を生成するために前記代用プローブ値を前記デジタル化された入力信号から減算するステップと、
少なくとも2以上の雑音プローブ値を求めるために、前記修正入力信号値を第1の所定の定数と比較するステップを有する反復処理を実行するステップと、
前記2以上の雑音プローブ値を合計することにより、前記アナログ入力信号の前記雑音部分の予測値である雑音予測値を求めるステップと、
減少している雑音部分を有している修正入力信号を生成するために、前記雑音予測値を前記アナログ入力信号に適用するステップと、
を有する、受信装置の雑音の量を減少させる方法。 - 前記アナログ入力信号をデジタル形式に変換するステップは、前記アナログ入力信号をナイキスト標本化レートの倍数である周波数でサンプリングをするステップを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記アナログ入力信号をサンプリングするステップは、アナログ入力信号の周波数の8倍または10倍で実行される、請求項2に記載の方法。
- 前記アナログ入力信号をサンプリングするステップは、前記受信装置の中間周波数(IF)部分で実行される、請求項2に記載の方法。
- 前記代用プローブ値を求めるステップは、複数の方程式の中から方程式を選択するステップと、前記選択された方程式に従って前記代用プローブ値を計算するステップとを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の方程式の中から選択するステップは、
前記デジタル化された入力信号の絶対値が第2の所定の定数よりも大きい場合は、前記代用プローブ値を、第3の定数を乗じた前記デジタル化された入力信号に、等しくなるように設定するステップと、
前記デジタル化された入力信号の絶対値が前記第2の所定の定数よりも小さい場合は、前記代用プローブ値を、第4の定数を乗じた前記デジタル化された入力信号に、等しくなるように設定するステップと、
前記デジタル化された入力信号の絶対値が2で除した前記第2の所定の定数よりも小さい場合は、前記代用プローブ値を第5の定数を乗じた前記デジタル化された入力信号に等しく設定するステップと、
前記デジタル化された入力信号の絶対値が、4で除した前記第2の所定の定数よりも小さい場合は、前記代用プローブ値を、第6の定数を乗じた前記デジタル化された入力信号に、等しくなるように設定するステップとを有する、
請求項5に記載の方法。 - 前記第3、第4、第5、および第6の定数の少なくとも1つがゼロ未満である、請求項6に記載の方法。
- 前記デジタル化された入力信号に位相参照値を乗ずるステップと、
前記乗算の結果がゼロ未満の場合、前記代用プローブ値の極性を反転するステップと、
をさらに有する、請求項1に記載の方法。 - 前記修正入力信号値が、前記第1の定数の少なくとも一部に等しい値よりも大きいかどうかを判断するステップと、
前記修正入力信号値が前記第1の定数の少なくとも一部に等しい値よりも大きいかどうかを判断する前記ステップの結果に基づいて値が決定されている負の定数を、前記修正入力信号値に、乗じて反復代用プローブ値とするステップと、
前記反復代用プローブ値を前記修正入力信号値に加算して、反復修正入力信号値とするステップと、
をさらに有する、請求項5に記載の方法。 - 少なくとも1つの反復修正信号値を合計して、雑音予測値とするステップと、
前記雑音予測値を前記デジタル化された入力信号に加算して、最終的な出力値とするステップと、
をさらに有する、請求項9に記載の方法。 - 少なくとも情報部分と雑音部分とを有しているアナログ入力信号をデジタル形式に変換するように動作可能な信号変換ロジックと、
前記デジタル化された入力信号の強度に基づいて代用プローブ値を決定するために動作可能な代用プローブ決定ロジックと、
修正入力信号値を生成するために、前記代用プローブ値を前記デジタル化された入力信号から減算するように動作可能な代用プローブ減算ロジックと、
少なくとも2以上の雑音プローブ値を求めるために、前記修正入力信号値を第1の所定の定数と比較するステップを有する反復処理を実行するように動作可能な反復処理ロジックと、
前記2以上の雑音プローブ値を合計することにより、前記アナログ入力信号の前記雑音部分の予測値である雑音予測値を求めるように動作可能な雑音予測値決定ロジックと、
減少している雑音部分を有している修正入力信号を生成するために、前記雑音予測値を前記アナログ入力信号に適用するように動作可能な雑音予測適用ロジックと、
を有する受信した信号を処理するためにコンピュータを制御するように実体のあるコンピュータ読み取り可能媒体上に埋め込まれているコンピュータプログラム。 - 複数の方程式の中から方程式を選択するように動作可能な方程式選択ロジックと、
前記選択された方程式に従って前記代用プローブ値を計算するように動作可能な代用プローブ計算ロジックと、
をさらに有する、請求項11に記載の実体のあるコンピュータ読み取り可能媒体上に埋め込まれているコンピュータプログラム。 - 前記デジタル化された入力信号が第2の所定の定数よりも大きい場合は、前記代用プローブ値を、第3の定数を乗じた前記デジタル化された入力信号と等しくなるように設定するステップと、
前記デジタル化された入力信号が前記第2の所定の定数よりも小さい場合は、前記代用プローブ値を、第4の定数を乗じた前記デジタル化された入力信号と等しくなるように設定するステップと、
前記デジタル化された入力信号が2で除した前記第2の所定の定数よりも小さい場合は、前記代用プローブ値を、第5の定数を乗じた前記デジタル化された入力信号と等しくなるように設定するステップと、
前記デジタル化された入力信号が4で除した前記第2の所定の定数よりも小さい場合は、前記代用プローブ値を、第6の定数を乗じた前記デジタル化された入力信号と等しくなるように設定するステップと、
に従って代用の値を設定するように動作可能なプローブ設定ロジックをさらに有する、請求項12に記載の実体のあるコンピュータ読み取り可能媒体上に埋め込まれているコンピュータプログラム。 - 前記修正入力信号値が前記第1の定数の少なくとも一部に等しい値よりも大きいかどうかを判断するように動作可能な修正入力信号ロジックと、
前記修正入力信号値に、前記修正入力信号ロジックの結果に基づいて値が決定されている負の定数を乗じて反復代用プローブ値とするように動作可能な乗算ロジックと、
前記反復代用プローブ値を前記修正された入力信号値に加算して、反復修正入力信号値とするように動作可能な加算ロジックと、
をさらに有する、請求項12に記載の実体のあるコンピュータ読み取り可能媒体上に埋め込まれているコンピュータプログラム。 - アナログ入力信号をデジタル形式に変換するように動作可能な変換器と、
前記デジタル化された入力信号の強度に基づいて代用プローブ値を決定するように動作可能な代用プローブ決定器と、
修正入力信号値を生成するために、前記代用プローブ値を前記デジタル化された入力信号から減算するように動作可能な代用プローブ減算器と、
前記修正入力信号値を第1の所定の定数と比較するように動作可能な比較器と、
前記比較器の結果を基に、少なくとも2以上の雑音プローブ値を求めるために反復処理を実行するように動作可能な反復プロセッサと、
前記2以上の雑音プローブ値を合計することにより、前記アナログ入力信号の雑音部分のレベルに実質的に等しい雑音予測値を求めるように動作可能な雑音予測値決定器と
減少している雑音部分を有している修正入力信号を生成するために、前記雑音予測値を前記アナログ入力信号に適用するように動作可能な合成器と、
を有する、受信したアナログ入力信号内の雑音の量を減少させるように動作可能なシステム。 - 複数の方程式の中から方程式を選択し、
前記選択した方程式に従って代用プローブ値を計算し、
修正入力信号値が、第1の定数の少なくとも一部に等しい値よりも大きいかどうかを判断し、
前記修正入力信号値に、前記修正入力信号値が前記第1の定数の少なくとも一部に等しい値よりも大きいかどうかの前記判断の結果に基づいて値が決定されている負の定数を乗じて反復代用プローブ値とし、
前記反復代用プローブ値を前記修正入力信号値に加算して、減少している雑音値を有している反復修正入力信号値とする、
ように動作可能な少なくとも1つの集積回路装置をさらに有する、請求項15に記載のシステム。
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