JP5842140B2

JP5842140B2 - 車載用ラジオ受信装置およびノイズキャンセル方法

Info

Publication number: JP5842140B2
Application number: JP2012505511A
Authority: JP
Inventors: 隆行平野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2031-03-16
Also published as: EP2549656A4; JPWO2011114726A1; WO2011114726A1; US9100081B2; US20130010977A1; EP2549656A1

Description

本発明は、車載電子機器から発生したノイズを除去する、ノイズキャンセル機能を有した車載用ラジオ受信装置およびノイズキャンセル方法に関するものである。

車の電子機器から輻射されたノイズがラジオアンテナに混入し、ラジオ放送に干渉すると、ラジオ音声に雑音が入り、耳ざわりな音になり不快である。図６に受信放送波にノイズが混入した様子を表す。

従来、このノイズを軽減する技術として、入力としてパルス性ノイズを含む音声信号が供給され、制御信号にてオン，オフ制御され、パルス性ノイズの期間にオフして、パルス性ノイズを阻止した音声信号を出力するアナログスイッチ回路と、このアナログスイッチ回路に接続され、アナログスイッチ回路のオフ期間に、オフする直前の電圧を補間電圧として保持し、アナログスイッチ回路からの音声信号をノイズ補間する電圧保持回路とを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

また、ＡＭノイズキャンセラーを多機能チューナＩＣに搭載し、ＡＭラジオ受信時、もっとも耳障りとなる弱電界でのパルス性ノイズの除去性能に的を絞ったものも知られている（たとえば非特許文献１参照）。

すなわち、これら従来の技術は、図５に示すように、ラジオに混入するオルタネータやワイパーなどの短い周期のパルス性ノイズをカットし、直線補間することで、耳障りなノイズを除去していた。

特開平３−２３８９２９号公報

富士通テン技法３３号、１９９８年４月発行、P.１２−２２

しかしながら、従来技術においてノイズ除去効果を大きくするには、図６に示すようにノイズ除去閾値を下げる必要があるため、副作用としてノイズと共に音声情報欠損が多発し、歪感やブツブツ音が発生し音質が劣化してしまうという問題があった。

本発明は、上記背景の下でなされたものである。本発明の目的は、ノイズが発生しても元の音声情報に影響を与えることなく、ノイズのみを除去することができるノイズキャンセラーを提供することにある。

本発明の一の態様であるラジオ受信装置は、アンテナに接続され、発振器と、前記発振器の出力信号と前記アンテナが受信した放送信号とを混合処理して出力する第１のミキサと、自装置に重畳したノイズを抽出するフィルタと、前記フィルタにて抽出されたノイズと前記発振器の出力信号とを混合処理した信号を出力する第２のミキサと、前記第２のミキサから出力された信号の位相を１８０度反転して出力する可変位相器と、前記可変位相器から出力された信号の振幅を調整して出力する振幅調整器と、前記振幅調整器と前記第１のミキサから出力された信号とを加算処理して出力する加算器とを備えた構成を有している。

以下に説明するように、本発明には他の態様が存在する。したがって、この発明の開示は、本発明の一部の態様の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を制限することは意図していない。

図１は、本発明の実施の形態１における車載用ラジオ受信装置のブロック図図２は、本発明の実施の形態１におけるノイズキャンセラのブロック図図３は、本発明の実施の形態２における車載用ラジオ受信装置のブロック図図４は、本発明の実施の形態２におけるノイズキャンセラのブロック図図５は、従来技術におけるノイズキャンセルの、閾値を下げたときの波形を示す図図６は、従来技術におけるノイズキャンセルの波形図

以下に本発明の詳細な説明を述べる。ただし、以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。

本発明のラジオ受信装置は、発振器と、発振器の出力信号とアンテナが受信した放送信号とを混合処理して出力する第１のミキサと、自装置に重畳したノイズを抽出するフィルタと、フィルタにて抽出されたノイズと発振器の出力信号とを混合処理した信号を出力する第２のミキサと、第２のミキサから出力された信号の位相を１８０度反転して出力する可変位相器と、可変位相器から出力された信号の振幅を調整して出力する振幅調整器と、振幅調整器と前記第１のミキサから出力された信号とを加算処理して出力する加算器とを備えた構成を有している。

また、本発明のラジオ受信装置は、自装置に重畳したノイズを抽出するフィルタと、フィルタにて抽出されたノイズの位相を１８０度反転して出力する可変位相器と、可変位相器から出力されたノイズの振幅を調整して出力する振幅調整器と、アンテナが受信した放送信号と振幅調整器からの出力とを加算処理して出力する加算器とを備えた構成を有する。

また、本発明のノイズキャンセル方法は、第１のミキサが発振器の出力信号と前記アンテナが受信した放送信号とを混合処理して出力し、自装置に重畳したノイズをフィルタが抽出し、前記フィルタが抽出したノイズと前記発振器の出力信号とを第２のミキサが混合処理して出力し、前記第２のミキサから出力された信号の位相を可変位相器が１８０度反転して出力し、振幅調整器が前記可変位相器から出力された信号の振幅を調整して出力し、加算器が前記振幅調整器と前記第１のミキサから出力された信号とを加算処理して出力する構成を有する。

また、本発明のノイズキャンセル方法は、自装置に重畳したノイズをフィルタが抽出し、前記フィルタが抽出したノイズの位相を可変位相器が１８０度反転して出力し、振幅調整器が前記可変位相器から出力されたノイズの振幅を調整して出力し、前記アンテナが受信した放送信号と前記振幅調整器からの出力とを加算器が加算処理して出力する構成を有する。

これらの構成により、この加算器によって受信波と重畳したノイズと、位相が１８０度反転したノイズ成分を加算することで、放送波からノイズのみを削減することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における車載用ラジオ受信装置およびノイズキャンセル方法について図１および図２を参照しながら説明する。本実施の形態は、ＩＦ信号やベースバンド信号に重畳するノイズに対して処理を施す、ＩＦ・ベースバンドノイズ除去方式を採用する。

図１は、本発明の実施の形態１における車載用ラジオ受信装置のブロック図である。

図１において、車載用ラジオ受信装置１００は、電源ＢＡＴに接続されており、電源ＢＡＴから電源線を経由して車載用ラジオ受信装置１００を駆動するための電源が供給される。本実施の形態において電源は、車載用ラジオ受信装置１００が搭載される車両に設けられたバッテリである。

また、車載用ラジオ受信装置１００は、スピーカＳＰに接続可能な構成であり、車載用ラジオ受信装置１００の出力は、スピーカＳＰを通じて音声として出力される。ただし、音声として出力するために、スピーカＳＰを用いずヘッドフォンなどが用いられても良い。

車載用ラジオ受信装置１００は、電源線１０、ＲＦ増幅部１１、ノイズキャンセラ１２、ＩＦ増幅部１３、復調部１４、低周波増幅器１５を備えて構成される。

ＲＦ増幅部１１は、アンテナＡＮＴから入力された放送信号を選択および増幅するものであるが、入力される放送信号が十分大きい場合や要求仕様によっては、高周波増幅段は省略可能である。

ノイズキャンセラ１２は、ＶＣＯとミキサを含み、ＲＦ増幅部から入力された信号を、その周波数に関係なく一定の低い周波数に変換する構成と、詳細を後述するアンテナＡＮＴを介して放送信号に重畳されるノイズを除去するための構成とを有するものである。

ＩＦ増幅部１３は、ノイズキャンセラ１２を経由してＩＦ増幅部１３に入力された信号を復調可能なレベルまで増幅する機能、隣接した周波数の不要な信号を除去するためのフィルタ機能、入力された信号の強弱によって増幅率を可変して復調器への入力信号レベルを一定に保つ自動利得制御機能などを実行させる一般的な回路からなるものである。

復調部１４は、受信する通信方式によって必要な復調機能を備える一般的な回路で構成されている。

低周波増幅部１５は、一般的な増幅器が用いられ、復調部１４から出力された可聴周波数信号に対し、スピーカＳＰを駆動することができるレベルまで電力増幅する。

次に、図２を用いて、ノイズキャンセラ１２の詳細を説明する。図２は本実施の形態のノイズキャンセラ１２の詳細な構成を示すブロック図である。

ノイズキャンセラ１２は、電源ＢＡＴに接続される電源線（＋Ｂ）１０と、この電源線（＋Ｂ）１０に接続されたＢＰＦ２１と、このＢＰＦ２１に接続されたミキサＡ４と、このミキサＡ４に接続された可変位相器２２と、この可変位相器２２に接続された振幅調整器２３とを備える。

また、放送信号はアンテナＡＮＴに入力されるが、ノイズキャンセラ１２は、このアンテナＡＮＴに接続されたミキサＢ９と、このミキサＢ９および振幅調整器２３に接続される加算器２４とを備え、さらにミキサＡ４とミキサＢ９に接続されているＶＣＯ２５とを有したものである。

ノイズ源Ｎは、たとえばエンジンで発生する点火ノイズの発生元であるプラグなどの電装品など、電磁ノイズを輻射するものを示す。ＢＰＦ２１は帯域制限フィルタで、たとえばコイル・コンデンサで構成され、ラジオ放送周波数のみを通過帯域とするブロックである。

ＶＣＯ２５は電圧制御発振器で、印加電圧で容量値が変わるバリキャップと、コイル、コンデンサ、トランジスタなどで構成されるもので、印加電圧により発振周波数を変えることができ、ヘテロダイン受信機のローカル信号を生成する。

ミキサＡ４は乗算器で、ＶＣＯ２５で発生するローカル信号と、ノイズ源Ｎからのノイズ成分（点火ノイズなど）とを乗算し、周波数領域での加減算処理を行いＩＦ信号やベースバンド信号を出力するブロックで、ダイオードやトランジスタなどで構成される。可変位相器２２は、遅延素子などを用いて信号位相を回転させるブロックである。

振幅調整器２３は、トランジスタなどで構成される利得可変アンプや、ＰＩＮダイオードなどで構成される可変アッテネータなどで構成され、出力利得を可変するブロックである。アンテナＡＮＴは車両に搭載されるアンテナである。

ミキサＢ９は乗算器で、ＶＣＯ２５で発生するローカル信号と、アンテナＡＮＴで受信したラジオ放送を乗算し、周波数領域での加減算処理を行いＩＦ信号やベースバンド信号を出力するブロックで、ダイオードやトランジスタなどで構成される。

加算器２４は、振幅調整器２３で出力される信号と、ミキサＢ９で出力される信号とを加算し出力するブロックであり、差動増幅器などで構成される。

以上のように構成されたノイズキャンセラ１２を有する車載用ラジオ受信装置１００について、以下にそのノイズキャンセル方法を含む処理動作を説明する。

車の電子機器で発生するノイズは、たとえばエンジンで発生する点火ノイズなどがあり、このノイズは電源線（＋Ｂ）１０に多く重畳し、この電源線（+Ｂ）１０がアンテナとして機能することになって点火ノイズを輻射し、輻射されたノイズがアンテナＡＮＴに混入する。

電源線（＋Ｂ）１０から輻射されたノイズ成分は伝播損失α分レベル低下し、アンテナＡＮＴに到達する。これを（αＮ）とする。アンテナＡＮＴに到達したノイズ成分（αＮ）はラジオ放送波（Ｄ）と重畳する。これを（Ｄ＋αＮ）とする。重畳した成分（Ｄ＋αＮ）はミキサを通りＩＦ変換される。この成分を（Ｄｉｆ＋αＮｉｆ）とする。

他方、電源線（＋Ｂ）１０で発生したノイズが、ＢＰＦ２１で抽出される。ＢＰＦ２１はラジオ放送の受信帯域を通過させるバンドパスフィルタである。ＢＰＦ２１を通過したノイズ成分を（Ｎ）とする。

ＢＰＦ２１で抽出されたラジオ放送に干渉するノイズ成分（Ｎ）をミキサＡ４にてＩＦへ変換する。この成分を（Ｎｉｆ）とする。

ＩＦ変換されたノイズ（Ｎｉｆ）は可変位相器２２によって、位相を１８０度反転する（−Ｎｉｆ）。

位相を１８０度反転されたノイズ（−Ｎｉｆ）は、振幅調整器２３によって、アンテナに重畳したノイズ成分の振幅値αと同じになるよう調整される（−αＮｉｆ）。

アンテナからのＩＦ（Ｄｉｆ＋αＮｉｆ）と、電源線（＋Ｂ）１２からのＩＦ（−αＮｉｆ）を加算器で加算すると、（Ｄｉｆ＋αＮｉｆ）＋（−αＮｉｆ）＝Ｄｉｆとなり、放送信号のみ抽出することができる。

ここで、αは車載用ラジオ受信装置１００が搭載される車両ごとにあらかじめ決定される値であり、実際に車両（ＣＶなど）に搭載した状態にて検討し最適値として確定される値である。このαに基づいて、振幅調整器２３を構成する回路や素子などの定数が設定される。

ノイズは、アンテナの位置やハーネス（電源線や通信線など）の引き回しなどによって重畳する量が決定するので、車載用ラジオ受信装置１００が搭載される車両が同じであればアンテナへのノイズ重畳量も同じである。したがって、車載用ラジオ受信装置１００が搭載される車両ごとに、あらかじめαを決定することによって的確なノイズ除去を行うことができる。

ただし、「車両ごと」とは、車種ごと、車両の構造ごと、あるいは、車両に設けられている電装品や電線の配置ごと、などを意味し、ノイズ輻射に影響する要素を一つの括りとして考慮した分類を意図している。

本実施の形態においては、αを車両ごとにあらかじめ決定される固定値として説明した。これはαを固定値とすることで制御が簡素化される点で有利であるが、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを用いてノイズを検出し、検出結果に応じてαを変化させるように制御してもノイズキャンセラとしての機能を実現することができる。

また、上述の説明においては、電源線（＋Ｂ）１０で発生したノイズをＢＰＦ２１が抽出する構成としたが、電源線（＋Ｂ）以外の他の信号線などでノイズが多く重畳されている線があれば、ノイズが多く重畳されている線からノイズを抽出する構成としても良い。

以上のように本実施の形態によれば、「ノイズをＩＦ変換するブロック」「可変位相器」「振幅調整器」「加算器」を備えることにより、ラジオ放送から車両ノイズのみを除去することができ、車両電子機器からの耳障りなノイズを除去することができる。

また、リミッタによる音声情報欠損による音の歪が発生しないため、歪の少ない良質な音質を提供することができる。

なお、上述においてはＩＦ変換でノイズを除去する方法を説明したが、ベースバンドにおいては、ＶＣＯ１０を放送周波数にあわせるだけで実現でき、構成は変わらないため、詳細な説明は省略する。

（実施の形態２）
上述した本発明の実施の形態１において、ＩＦやベースバンドで位相反転および加算処理を行うのではなく、ＲＦ信号に対して同様の処理を行うことで、ＩＦの無いダイレクトコンバージョン受信機でノイズ除去を実現し、また、ノイズをＩＦへ変換するためのミキサが必要なくなり、部品削減が可能になる。これを実施形態２として以下に説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における車載用ラジオ受信装置２００のブロック図である。

本実施の形態において、実施の形態１と同様の構成については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施の形態２と実施の形態１との相違点は、ノイズキャンセラ３２がＲＦ増幅部１１の前段に設けられている点である。

図３において、車載用ラジオ受信装置２００は、ラジオ放送の電波（放送信号）を受信するアンテナＡＮＴに接続され、受信した放送信号は、詳細を後述するノイズキャンセラ３２を介してＲＦ増幅部１１に入力される。

ＲＦ増幅部１１から出力された信号は、ＶＣＯ２５とミキサＢ９を用いて、その周波数に関係なく一定の低い周波数に変換する。その後の信号処理に関しては、上述の実施の形態１と同様であるため、詳細説明を省略する。

次に、本実施の形態におけるノイズキャンセラ３２について、図４を用いてその詳細を説明する。

図４は、本実施の形態におけるノイズキャンセラ３２の詳細な構成を示すブロック図である。

図４において、ノイズキャンセラー３２は、電源ＢＡＴに接続される電源線（＋Ｂ）１０と、この電源線（＋Ｂ）１０に接続されたＢＰＦ２１と、このＢＰＦ２１に接続された可変位相器２２と、この可変位相器２２に接続された振幅調整器２３とを備える。

ノイズ源Ｎは、たとえばエンジンで発生する点火ノイズの発生源であるプラグなどの電装品など、電磁ノイズを輻射するものを示す。

ＢＰＦ２１は帯域制限フィルタで、たとえばコイル・コンデンサで構成され、ラジオ放送周波数のみを通過帯域とするブロックである。

可変位相器２２は、遅延素子などを用いて信号位相を回転させるブロックである。

加算器２４は、振幅調整器２３で出力される信号と、アンテナＡＮＴで出力される信号とを加算し出力するブロックであり、差動増幅器などで構成される。

以上のように構成されたノイズキャンセラー３２を有する車載用ラジオ受信装置２００について、以下にそのノイズキャンセル方法を含む処理動作を説明する。

車の電子機器で発生するノイズは、たとえばエンジンで発生する点火ノイズは電源線（＋Ｂ）１０に多く重畳し、この電源線がアンテナになって点火ノイズを輻射し、ラジオアンテナに混入する。

電源線（＋Ｂ）１０から輻射されたノイズ成分は伝播損失α分レベル低下し、アンテナＡＮＴに到達する。これを（αＮ）とする。アンテナＡＮＴに到達したノイズ成分（αＮ）はラジオ放送波（Ｄ）と重畳する。これを（Ｄ＋αＮ）とする。

ＢＰＦ２１で抽出されたラジオ放送に干渉するノイズ成分（Ｎ）は可変位相器２２によって、位相を１８０度反転する（−Ｎ）。

位相を１８０度反転されたノイズ（−Ｎ）は、振幅調整器２３によって、アンテナに重畳したノイズ成分の振幅値αと同じになるよう調整する（−αＮ）。

アンテナからのＩＦ（Ｄ＋αＮ）と、電源線（＋Ｂ）１０からのＩＦ（−αＮ）を加算器で加算すると、（Ｄ＋αＮ）＋（−αＮ）＝Ｄより、放送信号のみ抽出することができる。ただし、αは実施の形態１にて説明したものと同じである。

上述の説明においては、実施の形態１と同様に、電源線（＋Ｂ）１０で発生したノイズをＢＰＦ２１が抽出する構成としたが、電源線（＋Ｂ）以外の他の信号線などでノイズが多く重畳されている線があれば、ノイズが多く重畳されている線からノイズを抽出する構成としても良い。

以上のように本実施の形態によれば、「可変位相器」「振幅調整器」「加算器」を備えることにより、すなわち、ノイズが混入したラジオ受信機のＲＦ・ＩＦ・ベースバンド段の信号と、ノイズの逆位相成分加算することで、ノイズをのみを除去する構成を有することにより、ラジオ音声からノイズのみを除去することができ、車両電子機器からの耳障りなノイズを除去することができる。また、リミッタによる音声情報欠損による音の歪が発生しないため、歪の少ない良質な音質を提供することができる。

以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。

本発明は車載用ラジオにおいて、特に他の車載電子機器から発生したノイズを除去する車載用ラジオ受信装置などにおいて有用である。

１０電源線
１１ＲＦ増幅部
１２、３２ノイズキャンセラ
２１バンドパスフィルタ
２２可変位相器
２３振幅調整器
２４加算器
２５ＶＣＯ（電圧制御発振器）
Ａ４、Ｂ９ミキサ
１００、２００車載用ラジオ受信装置

Claims

アンテナに接続される車載用ラジオ受信装置において、
発振器と、前記発振器の出力信号と前記アンテナが受信した放送信号とを混合処理することでＩＦまたはベースバンドに変換して出力する第１のミキサと、自装置内部の配線に重畳したノイズを抽出するフィルタと、前記フィルタにて抽出されたノイズと前記発振器の出力信号とを混合処理することでＩＦまたはベースバンドに変換した信号を出力する第２のミキサと、前記第２のミキサから出力された信号の位相を１８０度反転して出力する可変位相器と、前記可変位相器から出力された信号の振幅を調整して出力する振幅調整器と、前記振幅調整器と前記第１のミキサから出力された信号とを加算処理して出力する加算器とを備えたことを特徴とする車載用ラジオ受信装置。
アンテナに接続される車載用ラジオ受信装置に適用されるノイズキャンセル方法であって、
第１のミキサが発振器の出力信号と前記アンテナが受信した放送信号とを混合処理することでＩＦまたはベースバンドに変換して出力し、自装置内部の配線に重畳したノイズをフィルタが抽出し、前記フィルタが抽出したノイズと前記発振器の出力信号とを第２のミキサが混合処理することでＩＦまたはベースバンドに変換して出力し、前記第２のミキサから出力された信号の位相を可変位相器が１８０度反転して出力し、振幅調整器が前記可変位相器から出力された信号の振幅を調整して出力し、加算器が前記振幅調整器と前記第１のミキサから出力された信号とを加算処理して出力することを特徴とするノイズキャンセル方法。
請求項１に記載の車載用ラジオ受信装置であって、前記フィルタは、電源線に重畳したノイズを抽出することを特徴とする車載用ラジオ受信装置。
請求項２に記載のノイズキャンセル方法であって、前記フィルタは、電源線に重畳したノイズを抽出することを特徴とするノイズキャンセル方法。