JP6584038B2 - ノイズキャンセラー装置 - Google Patents
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Description
従来の無線通信システムにおいて、所望の信号に対して他のシステムの信号が干渉信号となり、通信環境が劣化する場合がある。
例えば、各家庭に設置されているBS(Broadcasting Satellite:放送衛星)アンテナを有する放送衛星の受信設備などでは、受信した信号を処理するために周波数変換される場合が多く、その際に受信設備から電波が漏洩すると、携帯電話システムの帯域に干渉を与えるなどの場合が考えられる。
また、干渉信号が既知であればリファレンスとしてレプリカを生成して除去することも可能であるが、干渉信号のレプリカを用意できないときには、干渉信号のみを取り除くことは困難である。
干渉信号を取り除けない場合には、所望信号である携帯電話の通信品質が劣化することとなる。
つまり、干渉信号が定常的に存在し、所望信号が定常的ではなく断続的に存在する通信環境である。
尚、ノイズキャンセラー装置の従来技術としては、特開2015−170877号公報「ノイズキャンセラー装置」(株式会社日立国際電気、特許文献1)がある。
特許文献1には、複数のサブアンテナで受信した干渉信号の相互相関処理を行って干渉信号の情報を取得し、当該情報に基づいて複数受信した干渉信号を合成し、メインアンテナで受信した信号と合成された信号との相互相関の処理を行って受信した信号に含まれる干渉信号の情報を取得し、当該情報に基づいて干渉信号レプリカを生成し、受信した信号から干渉信号レプリカを差し引いて干渉信号を除去することが記載されている。
前記キャンセル部が、第1のアンテナの受信信号から、前記第3番目に設けられた組の最適干渉信号調整部の出力を減算することを特徴としている。
本発明の実施の形態に係るノイズキャンセラー装置は、所望信号を受信するメインアンテナと、干渉信号を受信するサブアンテナとを備え、サブアンテナの受信信号を複数に分岐してその各々について、異なる条件で、遅延、位相、振幅を調整して、メインアンテナの受信信号から調整後の信号をそれぞれ減算し、減算結果について特定の周期で平均パワーを算出し、平均パワーが最小となる遅延、位相、振幅の条件を決定し、サブアンテナの受信信号を当該決定した遅延、位相、振幅の条件で調整して、メインアンテナの受信信号から減算するものであり、サブアンテナの受信信号をメインアンテナの受信信号に含まれる干渉信号とできるだけ同等になるよう調整して、メインアンテナの受信信号から減算することで、干渉信号と所望信号の定常性に差がある通信環境において、干渉信号を高精度に安定して除去することができるものである。
本発明の第1の実施の形態に係るノイズキャンセラー装置について図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係るノイズキャンセラー装置の構成ブロック図である。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係るノイズキャンセラー装置(第1のノイズキャンセラー装置)は、メインアンテナ11と、サブアンテナ12と、複数の干渉信号調整部13(干渉信号調整部13-1〜13-n)と、遅延部14と、複数の加算器15(加算器15-1〜15-n)と、複数の平均パワー算出部16(平均パワー算出部16-1〜16-n)と、最適条件探索部17と、最適干渉信号調整部18と、遅延部19と、キャンセル部20とを備えている。
そして、キャンセル部20は、信号の情報処理を行う上位装置に接続されている。
[メインアンテナ11]
メインアンテナ11は、所望信号を受信するためのアンテナであり、具体的には携帯電話の無線信号を受信するためのアンテナである。但し、メインアンテナ11には、他のシステムの干渉信号(BSアンテナからの漏洩信号)が混入する。メインアンテナ11は、請求項に記載した第1のアンテナに相当する。
サブアンテナ12は、干渉信号を受信するアンテナである。但し、干渉信号のみを受信するのではなく、所望信号やその他の信号も受信する。サブアンテナ12は、請求項に記載した第2のアンテナに相当する。
ここで、所望信号である携帯電話の信号は断続的にしか存在しない定常性の低い信号であるのに対し、干渉信号は、常時存在する定常性の高い信号である。
干渉信号調整部13-1〜13-nは、遅延を調整する遅延調整部、位相を調整する位相調整部、振幅を調整する振幅調整部を備え、サブアンテナ12で受信された信号について、遅延、位相、振幅の各パラメータを調整する。尚、遅延、位相、振幅の調整はどのような順序であっても構わない。
干渉信号調整部13-1〜13-nには、図示しない操作部及び制御部を介して、遅延、位相、振幅の値が設定されており、各干渉信号調整部13-1〜13-nは、それぞれ異なる遅延、位相、振幅の条件でサブアンテナ12の受信信号を調整する。
図1の例では、干渉信号調整部13-1では、「遅延1、位相1、振幅1」の値でサブアンテナ12の受信信号を調整し、干渉信号調整部13-nでは、「遅延n、位相n、振幅n」の値で調整する。
例えば、メインアンテナ11、サブアンテナ12からノイズキャンセラー装置までのケーブル長が大きく異なる場合には、遅延の調整範囲を広めに設定する。
また、メインアンテナ11、サブアンテナ12とノイズキャンセラー装置との間にアンプのような装置が設けられて、両者にレベル差が発生する場合には、振幅の調整範囲を広めに設定する。
遅延部14は、干渉信号調整部13における処理時間分、メインアンテナ11の受信信号を遅延させて、加算器15-1〜15-nに出力する。
[加算器15]
加算器15-1〜15-nは、遅延部14で遅延されたメインアンテナ11の受信信号から、各干渉信号調整部13-1〜13-nの出力を減算して、差分信号を出力する。
平均パワー算出部16-1〜16-nは、加算器15-1〜15-nからの差分信号をそれぞれ入力し、特定の周期(期間)で平均化して、差分信号の平均パワー(平均電力)を算出する。
ここで、平均パワー算出部(平均電力算出部)16における平均化の周期について説明する。
第1のノイズキャンセラー装置が用いられる通信環境では、干渉信号は定常的に存在するのに対し、所望信号は断続的にしか存在しないため、平均パワー算出部16において十分長い期間で平均化することにより、平均パワーにおける所望信号の寄与を干渉信号に比べて十分小さくして、なるべく干渉信号のみを観測するようにしている。
これにより、後述するキャンセル部20において、所望波を残して干渉波のみをキャンセルすることができるものである。
例えば、干渉信号の定常性が大きい場合には、小さい場合よりも算出周期を短くすることができ、所望信号の断続性が大きい(所望信号を受信する頻度が低い)場合、断続性が小さい(所望信号を受信する頻度が高い)場合よりも算出周期を短くすることができる。
最適条件探索部17は、平均パワー算出部16-1〜16-nからの平均パワーを全て入力して比較し、どの平均パワー算出部16からの平均パワーの値が最小であるか特定し、当該平均パワー算出部16に対応する干渉信号調整部13における遅延、位相、振幅の条件を最適条件として決定する。最適条件探索部17には、予め、各平均パワー算出部16-1〜16-nに対応する干渉信号調整部13-1〜13-nに設定された遅延、位相、振幅の値が記憶されている。
更に、最適条件探索部17は、最適条件として決定された遅延、位相、振幅の各パラメータの値を、最適干渉信号調整部18に設定する。
ここで、パラメータと差分信号の平均パワーとの関係について図2を用いて説明する。図2は、本発明の実施の形態に係るノイズキャンセラー装置におけるパラメータと差分信号の平均パワーとの関係を示す説明図である。
上述したように、メインアンテナ11の受信信号には、所望信号と干渉信号とが含まれている。また、図1に示したように、差分信号は、加算器15においてメインアンテナ11の受信信号から、サブアンテナ12の受信信号を各干渉信号調整部13で調整した調整信号を差し引いた信号である。
つまり、差分信号の平均パワーが最小となる場合に、干渉信号調整部13から出力された調整信号の成分が、メインアンテナ11の受信信号に含まれる干渉信号の成分に最も近くなっており、そのときのパラメータの値が最適な値となる。
同様に、(b)では位相をパラメータとし、(c)では振幅をパラメータとして、差分信号の平均パワーの変化を示しており、それぞれ、平均パワーが最小となる場合の値が、最適位相及び最適振幅となる。
最適干渉信号調整部18は、サブアンテナ12で受信した信号を、最適条件探索部17から設定された値で遅延、位相、振幅を変化させて、最適な調整信号を生成する。
[遅延部19]
遅延部19は、メインアンテナ11で受信した信号を、最適干渉調整部18からの最適な調整信号の出力のタイミングに合わせるよう遅延させる。遅延時間は、最適な調整信号を生成するための処理に要する時間を考慮して予め設定されている。
キャンセル部20は、遅延部19で遅延されたメインアンテナ11の受信信号から、最適干渉信号調整部18からの出力を減算して干渉信号を除去し、所望信号を上位装置に出力する。
最適干渉調整部18からの最適な調整信号は、メインアンテナ11に含まれる干渉信号となるべく同等の成分となるように遅延、位相、振幅が調整されているので、キャンセル部20においてメインアンテナ11の受信信号に含まれる干渉信号はキャンセルされ、所望信号のみが上位装置に出力される。
次に、第1のノイズキャンセラー装置の動作について図1を用いて説明する。
第1のノイズキャンセラー装置では、メインアンテナ11で干渉信号を含む所望信号を受信し、サブアンテナ12で所望信号を含む干渉信号を受信する。
サブアンテナ12の受信信号は、n本に分岐されて干渉信号調整部13-1〜13-nに入力され、それぞれ、遅延、位相、振幅を調整された調整信号として出力され、加算器15-1〜15-nに入力される。
そして、最適条件探索部17で最適なパラメータの組が決定されて最適干渉信号調整部18に設定され、サブアンテナ12の受信信号について、最適干渉信号調整部18で遅延、位相、振幅の調整がなされる。
このようにして、第1のノイズキャンセラー装置の動作が行われる。
第1のノイズキャンセラー装置によれば、複数の干渉信号調整部13が、サブアンテナ12の受信信号について異なる条件で遅延、位相、振幅を調整して各調整信号とし、メインアンテナ11で受信された信号から各調整信号を減算して差分信号とし、平均パワー算出部16で各差分信号の平均パワーを算出し、最適条件探索部17が各平均パワーを比較して、平均パワーが最小となる場合の遅延、位相、振幅を決定して最適干渉信号調整部18に設定し、最適干渉信号調整部18がサブアンテナ12の受信信号を最適な遅延、位相、振幅の条件で調整して最適な調整信号とし、キャンセル部20がメインアンテナ11の受信信号から最適な調整信号を減算して、干渉信号を除去して所望信号のみを上位装置に出力するようにしているので、所望信号が非定常的に存在し、干渉信号が定常的に存在する場合に、干渉信号を精度よく且つ安定してキャンセルすることができる効果がある。
これは、後述する各実施の形態に係るノイズキャンセラー装置においても同様である。
次に、本発明の第2の実施の形態に係るノイズキャンセラー装置(第2のノイズキャンセラー装置)について図3を用いて説明する。図3は、第2のノイズキャンセラー装置の構成ブロック図である。
上述した第1のノイズキャンセラー装置では、サブアンテナ12で受信した信号について遅延、位相、振幅の調整を行ったが、第2のノイズキャンセラー装置は、メインアンテナ11で受信した信号について調整を行って、メインアンテナ11の受信信号に含まれる干渉信号成分をサブアンテナ12で受信した干渉信号成分に近づけるようにして、干渉信号を除去するものである。
各構成部分の動作は、図1に示した第1のノイズキャンセラー装置と同様である。
第2のノイズキャンセラー装置において、平均パワーが最小となる条件は、メインアンテナ21で受信した信号に含まれる干渉信号を、サブアンテナ22で受信した干渉信号の成分と同等となるように調整するための条件となる。
第2のノイズキャンセラー装置によれば、最適条件探索部27が、メインアンテナ21で受信した信号を、サブアンテナ22で受信した干渉信号と同等な成分となるように調整する遅延、位相、振幅の条件を求め、最適干渉信号調整部28が求められた条件で調整して最適な調整信号を出力し、キャンセル部30でメインアンテナ21の受信信号から最適な調整信号を減算するようにしているので、所望信号が非定常的に存在し、干渉信号が定常的に存在する環境において、高精度で安定してメインアンテナ21の受信信号から干渉信号を除去できる効果がある。
尚、第2のノイズキャンセラー装置は、第1のノイズキャンセラー装置と同等のキャンセル効果が得られるものである。
次に、本発明の第3の実施の形態に係るノイズキャンセラー装置(第3のノイズキャンセラー装置)について図4を用いて説明する。図4は、第3のノイズキャンセラー装置の概略構成ブロック図である。
第1、第2のノイズキャンセラー装置は、遅延、位相、振幅のパラメータを全て調整してから平均パワーを算出して最適値を求めているが、第3のノイズキャンセラー装置は、遅延、位相、振幅について1つずつ順番に最適な値を探索するものである。
更に、第3のノイズキャンセラー装置は、メインアンテナ31の受信信号を適宜遅延させる遅延部39a、39b、39c、39dと、キャンセル部40を備えている。
位相条件探索ブロック35は、遅延調整部の代わりに位相調整部を備えている点を除いて、遅延条件探索ブロック33と同様の構成である。
同様に、振幅条件探索ブロック37は、振幅調整部を備えている。
最適遅延調整部34は、遅延条件探索ブロック33で決定された最適な遅延量で、サブアンテナ32の受信信号の遅延量を調整し、遅延が調整された信号を位相条件探索ブロック35に出力する。
最適位相調整部36は、位相条件探索ブロック35で決定された最適な位相で、最適遅延調整部34の出力信号の位相を調整し、遅延及び位相が調整された信号を振幅条件探索ブロック37に出力する。
最適振幅調整部38は、振幅条件探索ブロック37で決定された最適な振幅で、最適位相調整部36の出力信号の振幅を調整し、キャンセル部40に出力する。最適振幅調整部38からの出力信号は、遅延、位相、振幅が調整された最適な調整信号となる。
つまり、第3のノイズキャンセラー装置では、干渉信号調整部と、最適条件探索部と、最適干渉信号調整部の組が、遅延、位相、振幅の各パラメータについてそれぞれ設けられて、順に接続されている。
尚、図4の例では、各パラメータの条件探索及び最適な値による調整は、遅延、位相、振幅の順で行っているが、どのような順であってもよい。
また、メインアンテナ31の受信信号について、同様に、遅延、位相、振幅のパラメータ毎に調整を行う構成としてもよい。
第3のノイズキャンセラー装置によれば、遅延、位相、振幅の各パラメータについて、最適な条件を精度よく決定でき、メインアンテナ31の受信信号から、高精度で安定して干渉信号を除去することができる効果がある。
次に、本発明の第4の実施の形態に係るノイズキャンセラー装置(第4のノイズキャンセラー装置)について図5を用いて説明する。図5は、第4のノイズキャンセラー装置の構成ブロック図である。
上述した第1のノイズキャンセラー装置では、複数の干渉信号調整部13-1〜13-nが並列に処理を行うようにしているが、第4のノイズキャンセラー装置は、一つの干渉信号調整部が時分割でパラメータを設定して調整するようにしている。
遅延、位相、振幅のパラメータの組は予め複数個用意されており(例えばn組)、制御部51は、n組のパラメータを時間をずらして設定していく。
平均パワー算出部46は、差分信号の平均パワーを算出して、制御部51からのタイミングに基づいて最適条件探索部47に出力する。
また、メインアンテナ41で受信した信号について、遅延、位相、振幅を時分割で調整する構成としてもよい。
第4のノイズキャンセラー装置によれば、干渉信号調整部43を1つだけ設けて、制御部51が、時分割でパラメータを時間毎に変えて設定して調整を行うようにしているので、回路規模及びコストを大幅に低減することができる効果がある。
次に、本発明の実施の形態に係るノイズキャンセラー装置の応用例について図6を用いて説明する。図6は、第1のノイズキャンセラー装置の応用例の構成ブロック図である。
上述した第1〜第4のノイズキャンセラー装置では、メインアンテナとサブアンテナとを備え、一方のアンテナで受信した信号について、遅延、位相、振幅を調整して、他方のアンテナで受信した信号との差分信号を求めるようにしているが、応用例は、図6に示すように、メインアンテナ51のみを設け、その受信信号を用いてキャンセル動作を行うものである。
図6に示すように、第1のノイズキャンセラー装置の応用例では、メインアンテナ51の受信信号を大きく2つの系に分岐して、一方をメインの信号系として遅延部59及び最適干渉信号調整部58に入力すると共に、他方を調整信号生成用の系として処理を行う。
同様に、第2、第3、第4のノイズキャンセラー装置についても、メインアンテナのみを設けた構成とすることが可能である。
尚、ここでは所望信号を受信するメインアンテナ51を1本のみ設けた構成としたが、これに限らず、任意のアンテナであってもよい。
応用例によれば、信号を受信するアンテナとしてメインアンテナ51のみを設け、メインアンテナ51の受信信号を2つの系に分岐して、一方の系の信号を干渉信号調整部53-1〜53-nで調整し、遅延させた受信信号との差分信号を求め、平均パワー算出部56-1〜56-n平均パワーが最小となる遅延、位相、振幅の値を最適条件として決定し、決定された最適条件で分岐された他方の系の信号を調整して、遅延された受信信号とキャンセルさせることにより、簡易な構成で、受信信号中に含まれる干渉信号を精度よく除去することができる効果がある。
Claims (5)
- 受信信号から干渉信号を除去するノイズキャンセラー装置であって、
所望信号を受信するための第1のアンテナと、
干渉信号を受信するための第2のアンテナと、
前記第2のアンテナで受信した信号について、遅延、位相、振幅を調整する複数の干渉信号調整部と、
前記複数の干渉信号調整部のそれぞれに対応し、前記第1のアンテナの受信信号から前記各干渉信号調整部の出力を減算して差分信号を出力する複数の加算器と、
前記複数の加算器のそれぞれに対応し、前記差分信号の平均電力の値を算出する複数の平均電力算出部と、
前記複数の平均電力算出部からの出力に基づいて、前記平均電力の値が最小となる遅延、位相、振幅の値を最適条件として決定する最適条件探索部と、
前記第2のアンテナで受信した信号を、前記最適条件に基づいて調整する最適干渉信号調整部と、
前記第1のアンテナの受信信号から前記最適干渉信号調整部の出力を減算するキャンセル部とを備えたことを特徴とするノイズキャンセラー装置。 - 干渉信号調整部と、最適条件探索部と、最適干渉信号調整部の組が、遅延、位相、振幅のそれぞれについて設けられ、
第1番目に、前記遅延、位相、振幅の内のいずれかの組、第2番目に前記第1番目を除く前記遅延、位相、振幅のいずれかの組、第3番目に前記第1番目及び前記第2番目を除く前記遅延、位相、振幅のいずれかの組が順に接続され、
前記第1番目に設けられた組の最適干渉信号調整部からの出力が、前記第2番目に設けられた組の干渉信号調整部及び最適干渉信号調整部に入力され、
前記第2番目に設けられた組の最適干渉信号調整部からの出力が、前記第3番目に設けられた組の干渉信号調整部及び最適干渉信号調整部に入力され、
前記キャンセル部が、第1のアンテナの受信信号から、前記第3番目に設けられた組の最適干渉信号調整部の出力を減算することを特徴とする請求項1記載のノイズキャンセラー装置。 - 受信信号から干渉信号を除去するノイズキャンセラー装置であって、
所望信号を受信するための第1のアンテナと、
干渉信号を受信するための第2のアンテナと、
前記第1のアンテナで受信した信号について、遅延、位相、振幅を調整する複数の干渉信号調整部と、
前記複数の干渉信号調整部のそれぞれに対応し、前記各干渉信号調整部の出力から前記第2のアンテナの受信信号を減算して差分信号を出力する複数の加算器と、
前記複数の加算器のそれぞれに対応し、前記差分信号の平均電力の値を算出する複数の平均電力算出部と、
前記複数の平均電力算出部からの出力に基づいて、前記平均電力の値が最小となる遅延、位相、振幅の値を最適条件として決定する最適条件探索部と、
前記第1のアンテナで受信した信号を、前記最適条件に基づいて調整する最適干渉信号調整部と、
前記最適干渉信号調整部の出力から前記第2のアンテナの受信信号を減算するキャンセル部とを備えたことを特徴とするノイズキャンセラー装置。 - 平均電力算出部における平均電力の値を算出する周期を可変とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載のノイズキャンセラー装置。
- 受信信号から干渉信号を除去するノイズキャンセラー装置であって、
所望信号を受信するための第1のアンテナと、
干渉信号を受信するための第2のアンテナと、
前記第2のアンテナで受信した信号について、時分割で設定された値に基づいて、遅延、位相、振幅を調整する干渉信号調整部と、
前記第1のアンテナの受信信号から前記各干渉信号調整部の出力を減算して差分信号を出力する加算器と、
前記差分信号の平均電力の値を時分割で算出する平均電力算出部と、
前記平均電力算出部からの出力を時分割で複数記憶し、前記平均電力の値が最小となる遅延、位相、振幅の値を最適条件として決定する最適条件探索部と、
前記第2のアンテナで受信した信号を、前記最適条件に基づいて調整する最適干渉信号調整部と、
前記第1のアンテナの受信信号から前記最適干渉信号調整部の出力を減算するキャンセル部と、
前記干渉信号調整部に対して、前記時分割のタイミングで、遅延、位相、振幅の値を設定すると共に、前記平均電力算出部及び前記最適条件探索部に、前記時分割のタイミングを指示する制御部とを備えたことを特徴とするノイズキャンセラー装置。
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