JP7002875B2 - 受信機回路 - Google Patents

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Description

本開示は、同一チャネル干渉補償(CIC)を提供する受信機回路を含む、受信機回路に関する。
本発明の開示の第1の態様によれば、
第1BF入力信号、及び第2BF入力信号を受信するように構成されたビーム形成器であって、
合成重み付け値を決定するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号を処理するように構成された合成重み計算器、
抑圧重み付け値を決定するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号を処理するように構成された抑圧重み計算器、
BF合成信号を提供するために、前記合成重み付け値を前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に適用するように構成されたBFC信号生成器、及び
BF抑圧信号を提供するために、抑圧重み付け値を第1BF入力信号及び第2BF入力信号に適用するように構成されたBFS信号生成器、を備えるビーム形成器と、
MRCブロックであって、
ビットメトリックを含む復調合成信号を提供するために、BF合成信号を復調するように構成された第1復調器、
ビットメトリックを含む復調抑圧信号を提供するために、BF抑圧信号を復調するように構成された第2復調器、及び
MRC出力信号を提供するために、復調合成信号と復調抑圧信号とを合成するように構成されたコンバイナ、を備えるMRCブロックと、
を備える受信機回路が提供される。
1つ以上の実施形態において、合成重み付け値は、第1BF入力信号と第2BF入力信号とを強め合うように合成する(constructively combine)ために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号に適用する値を含む。
1つ以上の実施形態において、合成重み付け値は、
第1BF入力信号及び第2BF入力信号の下側周波数ビンを強め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の下側周波数ビンに適用する値を含む下側合成重み付け値、
第1BF入力信号及び第2BF入力信号の中間周波数ビンを強め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の中間周波数ビンに適用する値を含む中間合成重み付け値、及び、
第1BF入力信号及び第2BF入力信号の上側周波数ビンを強め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の上側周波数ビンに適用する値を含む上側合成重み付け値、のうち1つ以上を含む。
1つ以上の実施形態において、抑圧重み付け値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の1つ以上の周波数ビンを弱め合うように合成する(destructively combine)ために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号に適用する第1値を含む。
1つ以上の実施形態において、抑圧重み付け値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の1つ以上の他の周波数ビンを強め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号に適用する第2値も含む。
1つ以上の実施形態において、抑圧重み付け値は、
第1BF入力信号及び第2BF入力信号の外側周波数ビンを弱め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の外側周波数ビンに適用する値を含む外側抑圧重み付け値、及び
第1BF入力信号及び第2BF入力信号の中間周波数ビンを強め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の中間周波数ビンに適用する値を含む中間抑圧重み付け値、のうち1つ以上を含む。
1つ以上の実施形態において、外側抑圧重み付け値は、
第1BF入力信号及び第2BF入力信号の下側周波数ビンを弱め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の下側周波数ビンに適用する値を含む下側抑圧重み付け値、及び/または、
第1BF入力信号及び第2BF入力信号の上側周波数ビンを弱め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の上側周波数ビンに適用する値を含む上側抑圧重み付け値、を含む。
1つ以上の実施形態において、合成重み計算器は、合成重み付け値を中間抑圧重み付け値として設定するように構成される。
1つ以上の実施形態において、抑圧重み計算器は、SINR判定の最大化アルゴリズムを適用することによって、抑圧重み付け値を決定するように構成される。
1つ以上の実施形態において、復調合成信号及び復調抑圧信号は、ビタビ・ビットメトリック(Viterbi bit metrics)を含む。
1つ以上の実施形態において、
合成重み計算器は、合成重み付け値を決定するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号に関連付けられた周波数ビンのサブセットを処理するように構成され、かつ/或いは、
抑圧重み計算器は、抑圧重み付け値を決定するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号に関連付けられた周波数ビンのサブセットを処理するように構成される。
1つ以上の実施形態において、
BFC信号生成器は、BF合成信号を提供するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号に関連付けられた周波数ビン全体に合成重み付け値を適用するように構成され、かつ/或いは、
BFS信号生成器は、BF抑圧信号を提供するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号に関連付けられた周波数ビン全体に抑圧重み付け値を適用するように構成される。
1つ以上の実施形態において、第1BF入力信号は第1アンテナから受信され、第2BF入力信号は第2アンテナから受信される。
1つ以上の実施形態において、MRC出力信号は、第1BF入力信号と第2BF入力信号との合成したものを表す。
受信機回路を動作させる方法であって、
第1BF入力信号及び第2BF入力信号を受信するステップと、
合成重み付け値を決定するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号を処理するステップと、
抑圧重み付け値を決定するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号を処理するステップと、
BF合成信号を提供するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号に合成重み付け値を適用するステップと、
BF抑圧信号を提供するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号に抑圧重み付け値を適用するステップと、
ビットメトリックを含む復調合成信号を提供するために、BF合成信号を復調するステップと、
ビットメトリックを含む復調抑圧信号を提供するために、BF抑圧信号を復調するステップと、
MRC出力信号を提供するために、復調合成信号と復調抑圧信号とを合成するステップと、を含む方法が提供され得る。
本明細書において開示されるか、または本明細書で開示される任意の方法を実行するように構成された任意の受信機回路を備える車載無線受信機システムが提供され得る。
本明細書で開示される任意の回路またはシステムを備える集積回路または電子機器が提供され得る。
本発明の開示は、様々な修正及び代替形態を実施可能であるものの、その詳細は、図面で例示することで示され、詳細に説明される。しかしながら、説明した特定の実施形態以外の他の実施形態も同様に実施可能であることを理解されたい。添付の特許請求の範囲の精神及び範囲内にあるすべての修正、等価物、及び代替の実施形態も同様に含まれる。
上記の説明は、現在または将来の特許請求の範囲のスコープ内のすべての実施例またはすべての実装を表すことを意図するものではない。以下の図面及び詳細な説明はまた、様々な実施例を例示する。様々な実施例は、添付の図面と関連付けて以下の詳細な説明を考慮することによって、より完全に理解され得る。
ここで、1つ以上の実施形態を、以下の添付図面を参照するための例として説明する。
あるIBOC信号の簡略化された形状を示す。 IBOC信号の全デジタル実装のスペクトルプロットを示す。 下側第1隣接(FM)干渉信号及び上側第1隣接(FM)干渉信号を伴う(H)IBOC伝送のピリオドグラム・パワースペクトル密度(PSD)推定を示す。 周知の最大比合成(MRC)を適用する受信機回路を示す。 変更されたビーム形成器を備える受信機回路の実施例を示す。 図5の受信機回路において使用可能な(変更された)ビーム形成器の実施例を示す。 図6のような(変更された)ビーム形成器によって実行可能な方法の詳細図を示す。
FMバンドのためのインバンド・オンチャネル(in-band on-channel:IBOC)デジタルラジオ放送規格は、国立無線システム機構(National Radio Systems Committee:NRSC)が発行した文献「インバンド/オンチャネルデジタル無線放送規格(In-band/on-channel Digital Radio Broadcasting Standard)」のFM部分に定義されている。この文書は、HD Radio(登録商標)認定受信機で受信可能な伝送IBOC信号の基礎でもある。HD Radio(登録商標)伝送方式はまた、2011年8月23日改定のSY_IDD_1011sGの文献「HD Radio(登録商標)エアインタフェース設計記述レイヤ1FM(Air Interface Design Description Layer 1 FM)」にも基づく。
図1は、いわゆる「ハイブリッドIBOC・FM」信号であり、本明細書では「ハイブリッドIBOC」と表記される、あるIBOC信号100の簡略化された形状を示す。周波数が、0Hzをキャリア周波数として水平軸上に示される。図1の垂直次元は、電力を表す。
ハイブリッド信号100は、アナログFM信号110とデジタル変調信号112、114との組合せ/加算である。アナログFM信号110は、-100kHzから100kHzまでの200kHzの帯域幅を占め、キャリア周波数を中心とする中央部分を表す。デジタル変調信号112、114は、約200kHzの帯域幅を占める。しかし、デジタル変調信号は、それぞれ約100kHzの帯域幅を有する下側波帯112と上側波帯114とに分けられる。下側波帯は、スペクトルにおいてキャリア周波数よりも100kHz低く配置される。上側波帯114は、スペクトルにおいてキャリア周波数より100kHz上に配置される。このようにして、下側波帯112は中央部分の最低周波数よりも低く、上側波帯114は中央部分の最高周波数より上にある。デジタル変調信号112、114は、直交周波数分割多重(OFDM)を使用することができ、サブキャリアの数は、選択されたサービス/伝送モードに応じて変更することができる。
いわゆる「チャネルグリッド」は、アナログFM信号のために確保されたチャネル帯域幅を定義する。Band-IIのチャネル帯域幅は、図1のアナログ中央部110によって示されるように、規制によって200kHzである。その結果、下側及び上側のデジタルOFDM側波帯112、114は、第1隣接下側近傍FMチャネル及び第1隣接上側近傍FMチャネルの周波数帯に対応する。
図1はまた、第1隣接下側近傍FMチャネル120と、第1隣接上側近傍FMチャネル130とを示す。(H)IBOC信号の一次側波帯112、114は、下側近傍チャネル120の約100kHz、及び上側近傍チャネル130の約100kHzを占める。一次側波帯112、114がこの200kHzのグリッドの外側にあることから、それらは、近傍チャネルによる干渉、すなわち第1隣接(FM)干渉の影響を受けやすい。したがって、(H)IBOC伝送の各第1隣接(FM)信号120、130は、デジタル変調された下側及び上側の側波帯112、114に対して同一チャネル干渉をもたらし得る。
規制による同一チャネル干渉は、デジタル変調された下側及び上側の側波帯112、114よりも100倍の電力となり得る。さらに、第1隣接干渉信号120、130はともに、同時に存在することもあり得るため、下側及び上側の側波帯112、114は、この場合、両方とも近傍のFM伝送によって歪められる。したがって、ハイブリッドIBOC信号100は、ノイズの多いFM信号と見なすことができる。
図2は、IBOC信号の全デジタル実装のスペクトルプロットを示す。全デジタルIBOC・FM信号の場合、アナログFM信号は、(二次)デジタル変調信号220b、222bに置き換えられる。全デジタルモードでは、一次デジタル側波帯220a、222aの帯域幅は、低電力の二次側波帯で完全に拡張される。
全デジタルIBOC信号は、約400kHzの帯域幅を有する。下側及び上側隣接チャネルのそれぞれ約100kHz(すなわち、200kHz「チャネルグリッド」外の周波数)が占有される。全デジタルIBOC信号の下側デジタル側波帯は220として示され、上側デジタル側波帯は222として示される。それぞれは、一次セクション220a、222a及び二次セクション220b、222bを有する。図2において、拡張周波数パーティション(E)の数は4に固定されている。例えば図1に示すようなハイブリッドモードシステムでは、拡張周波数パーティション(E)の数は、伝送サービスモードに応じて、0、1、2、または4となり得る。
図3aは、下側第1隣接(FM)干渉信号及び上側第1隣接(FM)干渉信号を伴う(H)IBOC伝送のピリオドグラム・パワースペクトル密度(PSD)推定を示す。図3aの信号の様々な部分には、図1に示す信号の対応する部分の参照番号よりも300大きい参照番号が付与されている。
図3aは、実際には、(H)IBOC伝送(黒色の曲線)の下側及び上側の側波帯312、314が、下側第1隣接近傍FM伝送320(明るい灰色の曲線)、及び上側第1隣接近傍FM伝送(濃い灰色の曲線)330によって、それぞれ大きく歪まされていることを示している。
「インバンド・オンチャネル」(IBOC)無線伝送システムを使用して、デジタル無線及びアナログ無線放送信号を同じ周波数で同時に伝送することができる。後述するように、2つのデジタル信号が合成される全デジタルバージョンも存在する。本明細書における(H)IBOCという用語は、ハイブリッドまたは全デジタル形式のIBOC信号を指すために使用される。
図3aの信号は、3つの重複しない周波数ビン、すなわち、-300から-100kHzまでの下側周波数ビン、-100から+100kHzまでの中間周波数ビン、及び+100から+300kHzまでの上側周波数ビンを有しているとみなすことができる。下側周波数ビン及び上側周波数ビンは、外側周波数ビンの例であり、第1周波数ビン及び第3周波数ビンとも呼ばれ、(例えば、隣接近傍FMチャネル320、330からの)何らかの干渉と、所望のデジタル側波帯信号312、314の一部とを含む。中間周波数ビンは第2周波数ビンとも呼ばれ、所望のFM信号310(または、前述のデジタル等価信号)を含む。
図3bは、本明細書に開示される受信機回路への入力信号の例、より詳細には、後述するビーム形成器への入力信号の例を示す。入力信号は、図3aの(H)IBOC伝送と2つの第1隣接FM伝送との合計である。
受信信号は、(図3aの黒色の曲線で示される)-200kHzから+200kHzまでの約400kHzを占める所望の(H)IBOC信号を含む。受信信号、すなわちビーム形成器の入力信号は、0、1、または2つの第1隣接(FM)干渉信号を含み得ることに留意されたい。
図4は、複数アンテナのシナリオ内でIBOC信号の受信を改善するために、周知の最大比合成(MRC)を適用する受信機回路400を示す。受信機回路400は、第1アンテナ402及び第2アンテナ404を備える。
第1無線フロントエンド(RFE)406は、第1アンテナ402からの第1アンテナ信号を処理し、第1復調器412に出力信号を提供する。この例では、第1復調器412は、出力信号としての第1(ビタビ)ビットメトリックを算出し、提供する。これらの第1(ビタビ)ビットメトリックは、「(例えば、ビタビ)デコーダブロック418のために第1アンテナ402によって受信されたビットの品質指標」である。同様に、第2無線フロントエンド(RFE)408は、第2アンテナ404からの第2アンテナ信号を処理し、出力信号を第2復調器414に提供する。この例では、第2復調器414は、出力信号として第2(ビタビ)ビットメトリックを算出し、提供する。これらの第2(ビタビ)ビットメトリックもまた、「(例えば、ビタビ)デコーダブロック418のために第2アンテナ404によって受信されたビットの品質指標」である。
受信機回路400は、第1(ビタビ)ビットメトリックと第2(ビタビ)ビットメトリックとを加算し、MRC出力信号を提供するコンバイナ416も備えている。このように(ビタビ)ビットメトリックを一緒に加算することによって、これらは最大比合成され、各アンテナ402、404の受信電力を強め合うように(コヒーレントに)加算するように制御される。すなわち、2つのアンテナ402、404からの信号は「重み付け加算」され、(ビタビ)ビットメトリックによって与えられる受信信号の品質が良好であるほど、加算の合計における寄与が大きくなる。(ビタビ)ビットメトリックによって与えられる品質が低いほど、加算の合計における寄与が少なくなる。
しかしながら、MRCは、定義上、各アンテナによって収集される信号電力を合成することができるに過ぎないことから、i)受信アンテナが、ある方向から他の方向よりも強い電磁波を受信するということによりパフォーマンスに制限があり、つまり、非理想的な全方向性アンテナであり、ii)望ましくない信号の抑圧を制御することができず、iii)各アンテナが、信号の合成が行われる前に完全な検出経路を必要とするため、コストがかかる。
第1復調器412、第2復調器414、及びコンバイナ416は、まとめてMRCブロック410と呼ぶことができる。
図5は受信機回路500の実施例を示す。受信機回路500は、変更されたビーム形成器520を備える。ビーム形成器520は、第1アンテナ502から第1BF入力信号524を受信し、第2アンテナ504から第2BF入力信号526を受信する。詳細は後述するように、ビーム形成器は、出力信号としてBF合成信号528及びBF抑圧信号530を提供する。
本実施例において、第1BF入力信号524は第1アンテナ502から受信される。同様に、第2BF入力信号526は第2アンテナ504から直接受信される。
BF合成信号528及びBF抑圧信号530はMRCブロック510の入力として提供される。より具体的には、MRCブロック510は、(デジタル復調器とすることができる)第1復調器512、(デジタル復調器とすることができる)第2復調器514、及びコンバイナ516を備える。
本実施形態における第1復調器512は、復調合成信号532を提供するために、BF合成信号528を復調する。第2復調器514は、復調抑圧信号534を提供するために、BF抑圧信号530を復調する。コンバイナ516は、MRC出力信号536を提供するために、復調合成信号532を復調抑圧信号534と合成する。
本実施例において、復調信号532、534は、ビタビ・ビットメトリックなどのビットメトリックを含む。このため、それらがコンバイナ516によって合成される時に、最大比合成(MRC)が行われる。
コンバイナ516によって提供されるMRC出力信号は、次に、さらなる復調または必要な他の処理も行うことができるデコーダ518によって処理される。
図5のビーム形成器520と同じ方法で従来のビーム形成器を使用することができないこともあり得る。これは、従来のビーム形成器が、MRCを実行するために必要な複数の出力信号を有していないためである。実際に、複数の出力信号を提供するためにビーム形成器を使用することは、ビーム形成器の通常の使用方法とは完全に一貫性があるものでも、完全に相いれるものでもない。
伝送された(H)IBOC信号の受信改善は、複数(2つ)のアンテナ、例えば、2つの等方性アンテナから構成されるユニフォームリニアアレイ(ULA)、の電子的に制御されるアンテナ放射パターンを用いて得られる。位相及び振幅推定を伴う複素ベースバンド信号を使用して放射パターンを制御することは、電子的に制御される複素ベースバンドビーム形成と呼ばれる。この種のビーム形成は、抑圧重み付け値を使用することによって干渉信号を抑圧する「ヌルステアリング」も可能にする。このようにして、(ハイブリッドモードでも全デジタルモードでも)(H)IBOC伝送のための第1隣接(FM)干渉信号の抑圧を可能にすることができる。さらに、この種のビーム形成は、第1隣接(FM)干渉信号は、(H)IBOC伝送のデジタル変調された側波帯のための同一チャネル干渉信号であるため、いわゆる同一チャネル干渉除去(CIC)を可能にする。一方で、詳細は後述するように、抑圧重み付け値を使用する(電子的に制御される)ビーム形成手法は、MRCと同様に、(第2周波数ビン内の)受信された所望の信号を強め合うように(コヒーレントな組合せで)加算する第2抑圧重み付け値を含む。
空間情報が不足している(すなわち、所望の信号及び干渉信号があまりにも類似した方向からアンテナで受信された)場合に、上側、中間、下側のそれぞれの周波数ビンに対して抑圧重み付け値を使用することは、(i)所望の信号が抑圧される「自己ヌリング」、及び/または(ii)抑圧重み付け値が無益に却下された(over-ruled)不要な抑圧というような、好ましくないことにまで敏感になり得る点に留意されたい。
本明細書に記載される1つ以上の実施形態は、「MRCのためのビーム形成(BF4MRC)」と呼び、図5に示した、MRC手順に対する信号対干渉及びノイズ比(Signal-to-Interference+Noise Ratio:SINR)に関して最も効率的な方法で抑圧または合成を適用するために、抑圧重み付け値を使用して合成及び抑圧を実行することができるビーム形成を利用する。
図6は、図5の受信機回路において使用可能な(変更された)ビーム形成器の実施例を示す。ビーム形成器620は、第1BF入力信号624及び第2BF入力信号626を受信する。ビーム形成器620は、合成重み計算器640、抑圧重み計算器642、BFC信号生成器644、及びBFS信号生成器646を備える。
合成重み計算器640は、合成重み付け値を決定するために、第1BF入力信号624及び第2BF入力信号626を処理する。図7を参照して詳細は後述するように、合成重み付け値は、第1BF入力信号624及び第2BF入力信号626を強め合うように合成するために、これらの信号624、626へ適用する値を含む。
抑圧重み計算器642は、抑圧重み付け値を決定するために、第1BF入力信号624及び第2BF入力信号626を処理する。図7を参照して詳細は後述するように、抑圧重み付け値は、第1BF入力信号624及び第2BF入力信号626に適用するための第1値及び第2値を含み得る。第1値は、第1BF入力信号624及び第2BF入力信号626の1つ以上の周波数ビンを弱め合うように合成するために設定され得る。第2値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の1つ以上の他の周波数ビンを強め合うように合成するために設定され得る。例えば、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の外側周波数ビンは、外側周波数ビンが干渉を含み得ることに基づき、弱め合うように合成されてもよい。第1BF入力信号及び第2BF入力信号の中間周波数ビンは、例えばそれがチャネルグリッド内の確保された周波数範囲に対応するために、中間周波数ビンが有意な干渉なしに所望の信号を含むことに基づき、強め合うように合成されてもよい。
BFC信号生成器644は、BF合成信号628を提供するために、合成重み付け値を第1BF入力信号624及び第2BF入力信号626に適用する。BFS信号生成器646は、BF抑圧信号630を提供するために、抑圧重み付け値を第1BF入力信号624及び第2BF入力信号626に適用する。
ある実施例において、合成重み計算器640及び抑圧重み計算器642は、共通の機能処理を共有することができる。また、BFC信号生成器644及びBFS信号生成器646も、共通の機能処理を共有することができる。
図7は、図6に示すようなビーム形成器によって実行可能な方法700の詳細図を示す。
ビーム形成手順は、複数のアンテナ、複雑さ及びコストを減らすために好ましくは2つのアンテナのみを使用して、双方の第1隣接干渉信号を除去するか、或いは少なくとも低減する目的を有する。MRCは総信号エネルギを最適に合成するのみ、すなわち、第1隣接信号エネルギを最適に含むのみであるため、MRC(自身)は、第1隣接(FM)干渉信号によって生じる同一チャネル干渉を除去または低減できないおそれがあることが想起される。所望の(H)IBOC信号及び双方の第1隣接(FM)干渉信号がそれぞれ異なる位置から発信される場合、これはBand-IIのFM伝送において一般的であるが、本明細書に開示された実施形態は、試用する空間領域を活用し、第1隣接(FM)干渉信号を除去するために、抑圧重み付け値を適用するビーム形成手法を用いる。空間的に異なる情報(「空間署名」)によって3つの異なる信号を分離することは、(電子的に制御される複素ベースバンドの)ビーム形成アルゴリズムの課題である。
図7の方法を理解しやすくするために、第1BF入力信号724a及び第2BF入力信号726aを方法700の開始点付近に示し、BF合成信号728a及びBF抑圧信号730aを、本方法の終了点付近に示す。
図7の方法は、ステップ752から始まり、例えば、650kHzのサンプル周波数を有する時間離散ベースバンド信号が、複数のアンテナ信号の各々に対して選択され、ダウンコンバートされて、各信号について-325kHzから+325kHzまでの周波数領域/時間領域から全ての情報を取り込むことができる。ステップ754において、N個のデータサンプルを収集することができる。図1から図3に示す信号はサンプル周波数の例であるが、図7におけるN個のデータサンプルは周波数サンプルではなく時間サンプルであることに留意されたい。Nは、トレーニング信号が干渉及び所望の信号を効果的に表すように十分に高い数であってもよい。
例えば、650kHzの周波数のトレーニング信号を生成するために、約2000個のサンプル(一例では1872個のサンプル)が使用され得る。当業者であれば、各サンプルの長さはサンプル周波数に依存することを理解されたい。例えば650KHz、1.65マイクロ秒(μs)の場合、650kHzに対する2000個のサンプルが最大で約3ミリ秒(ms)のレイテンシを生じ得る。受信信号のアナログからデジタルへの変換は、IBOCレンダリング処理の一部として実行可能であることに留意されたい。このため、サンプルを書き込む以外の追加の処理はサンプルをレンダリングするために必要とされない。これは、サンプルが単にN個のタイムサンプルに繰り返し処理(分割)された受信信号のデジタル表現にすぎないためである。従って、サンプリングは定期的であってもよいため、新しいサンプルが継続的に利用可能である。したがって、ステップ754は、後述するように、先へ進む前に何度も繰り返される。このように、最新のN個のデータサンプルを維持することができ、新しいサンプルが得られると古いサンプルは廃棄することができる。実施形態によっては、定期的に更新するのではなく、アンテナアレイの移動速度または所望の信号の干渉レベルに依存する周波数を用いてサンプルを更新してもよい。
さらに、必要とされる追加の複雑さ及び処理能力のために、ビーム形成器の新しい範囲は、更新サンプルが収集される度に計算しなくてもよい。従って、サンプルは、範囲を更新するよりももっと頻繁に収集できるため、サンプルは、新しい範囲を計算する時間であると判定された際に、必要に応じて利用可能である。前述のとおり、(例えば、最初に周波数にチューニングする場合のように)範囲を計算する際にサンプルが収集されていなかった場合、レイテンシはN個のサンプルを収集するのに必要な時間程度となり、つまり、時刻tにおいて再計算すると、サンプルはt-(N*サンプル長)から取得され、N個のサンプルが収集されるまでビーム形成器はそのままである。
また、ある実施形態において、ビーム形成器の再計算の間隔は、(例えば、受信機が電動車両に設置されているとすると)受信機の速度等の要因に依存する。理論的には、受信機が素早く動いている場合、極端な例ではN+1個のサンプルごとにビーム形成器は再計算する(例えば、最初の計算は0から2000までのサンプルで実行され、2回目の計算は1から2001までのサンプルで実施される)。このため、更新レートはサンプルレートと同一になり、このようなシナリオには大きな処理能力が必要となる。
本方法は、第1周波数ビン、第2周波数ビン、及び第3周波数ビンのそれぞれについて2組の重み付け値を決定するための、第1推定経路756、第2推定経路758、及び第3推定経路760を含む。(第1周波数ビンを、下側周波数ビン、第2周波数ビンを中間周波数ビン、第3周波数ビンを上側周波数ビンと呼ぶこともできる。)これらの3つの推定経路及び重みを計算するための関連付けられたステップは、図7の破線のボックス739内に示されており、これは概ね、図6の合成重み計算器及び抑圧重み計算器の機能に対応する。
図7の方法はまた、3つの周波数分割経路、すなわち、第1周波数分割経路757、第2周波数分割経路759、及び第3周波数分割経路761も含む。これら3つの周波数分割経路はそれぞれ、詳細は後述するが、(i)BFC信号生成経路(ステップ717、725、745、733)、(ii)BFS信号生成経路(ステップ718、726、746、734)に分岐する。BFC信号生成経路及びBFS信号生成経路は、推定経路756、758、760において決定された重み付け値のセットの1つを適用することによって、BF合成信号728a及びBF抑圧信号730aを生成する。
BF合成信号728a及びBF抑圧信号730aを生成するためのこれらの3つの周波数分割経路757、759、761及びそれに関連付けられたステップは、図7の一点鎖線のボックス741内に示されており、これは概ね、図6のBFC信号生成器及びBFS信号生成器の機能に対応する。
後述するように、本実施例において、推定経路756、758、760は、関連付けられた周波数ビンのサブセットを処理するのに対し、BFC信号生成経路及びBFS信号生成経路は周波数ビン全体を合成する。
第1推定経路756によって示されるように、N個のサンプルから計算される下側第1隣接干渉信号の代表値は、-200kHzから-300kHzまでの間の-250kHz周辺の周波数ビンからアンテナ信号ごとに得られる(766)。この周波数ビン内には、例えば、所望のIBOC信号の下側デジタル側波帯からの干渉は殆どない。すなわち、第1推定経路756は、(-100kHzから-300kHzまでの)第1周波数ビンの(-200kHzから-300kHzまでの)外側サブセットの処理に関連する。
第2推定経路758では、N個のサンプルから計算される所望の信号の代表値は、-50kHzから+50kHzまでの間のゼロヘルツ(0kHz)周辺の周波数ビンからアンテナ信号ごとに得られる(768)。この周波数ビン内には、例えば、下側第1隣接干渉信号及び上側第1隣接干渉信号からの干渉は比較的少ない。すなわち、第2推定経路758は、(-100kHzから+100kHzまでの)第2周波数ビンの(-50kHzから+50kHzまでの)中間サブセットの処理に関連する。
第3推定経路760では、N個のサンプルから計算される上側第1隣接干渉信号の代表値は、+200kHzから+300kHzまでの間の+250kHz周辺の周波数ビンから得られ(770)、例えば、所望のIBOC信号の上側デジタル側波帯からの干渉は殆どない。すなわち、第3推定経路760は、(+100kHzから+300kHzまでの)第3周波数ビンの(+200kHzから+300kHzまでの)外側サブセットでの処理に関連する。
したがって、下側第1隣接干渉信号の代表値、及び上側第1隣接干渉信号の代表値は、ステップ766及び770において中心に置かれ、その信号は直流(DC)バイアスにシフトされる。第2推定経路758については、第2周波数ビンが既に0Hzと中心にあるので、アンテナ信号はDCバイアスにシフトする必要はないことに留意されたい。したがって、第2推定経路758は、ステップ754からステップ768に進むことができ、或いは他の実施形態において、ステップ768は、並列実行するためにステップ772及び774を待ってもよい。
ステップ772、768及び774では、周波数シフトされた下側第1隣接干渉信号、所望の信号、及び周波数シフトされた上側第1隣接干渉信号の各代表値は、24タップの有限インパルス応答(FIR)を有する(例えば、-50kHzから50kHzまでの)0Hz周辺の50kHzのローパスフィルタ(LPF)を使用してフィルタリングすることができる。ある実施形態では、ローパスフィルタをバンドパスフィルタと組み合わせて、各信号をゼロにシフトし(ステップ766及び770)、信号の半分をフィルタリングして最もクリーンな信号にすることができる(ステップ772、768及び770)。したがって、これら3つの異なる100kHzの周波数帯域(第1周波数ビン、第2周波数ビン及び第3周波数ビンのサブセット)は、トレーニング信号または代理信号と呼ぶことができる。
<重み付け値の計算>
合成重み付け値及び抑圧重み付け値の計算は、このセクションで説明され、図7の以下のサブステップから開始する。
・第1周波数ビン行列の生成776
・第2周波数ビン行列の生成778
・第3周波数ビン行列の生成780
重み付け値の計算は、後述の(サンプルベースの)空間共分散行列に基づく。後述するように、抑圧重み付け値は、「SINR判定の最大化」アルゴリズムを適用することによって空間共分散行列に基づいて生成され、これらの抑圧重み付け値は、第1周波数ビン、第2周波数ビン、及び第3周波数ビンに適用され、BFS信号730aを生成する。合成重み付け値は、第1周波数ビン及び第3周波数ビンの抑圧重み付け値を「却下する(overruling)」とみなすことができる。
さらに、前述のとおり、それぞれの(サンプルベースの)空間共分散行列は、約100kHz幅(100kHzの周波数ビン)の一部を使用して、所望の(H)IBOC信号、下側第1隣接(FM)干渉信号、及び上側第1隣接(FM)干渉信号のためのトレーニング信号または代理信号(代表値)を得ることによって、得られる。このセクションの残りの部分では、重み付け値の計算を紹介し詳細に説明する。
一例では、BFC信号728aを得るのに有用な情報は、後述するように、MMSE判定を用いてステアリングベクトル情報を計算することによって得ることができる。他の例では、BFC信号728aを得るために異なるタイプの計算を使用でき、例えば、全部で3つのBFC重み(のペア)は、BFS信号の最大化SNRによって計算される第2周波数ビンの重み(のペア)の単なるコピーとすることもできる。MRCブロックは、ビットメトリックを総計することで本質的に「重み付け加算」することによって、「却下するか否か」の(最適な)決定を「する」ことができる。
本例では、受信された下側第1隣接(FM)干渉信号、受信された所望の信号、及び受信された上側第1隣接(FM)干渉信号の代理(surrogates)は、いわゆる、「自己ヌリング防止」アルゴリズムによって処理される。この自己ヌリング防止アルゴリズムは、受信された所望の信号と同様に、受信された下側及び上側の第1隣接干渉信号のステアリングベクトルの推定値を表す複素数を計算する。したがって、ステアリングベクトルは、BFS信号730a及びBFC信号728aを提供するのに必要な空間情報を含み、これによって、これらの信号は、アンテナ信号が受信された空間領域との関連性を有する。ここで示すように、ステアリングベクトルの計算は、いわゆる「推定とプラグ(estimation-and-plug)」技術と呼ばれる「主成分分析(pca)」法を用いて固有値問題を解くことによって非常に高速に実施可能である。本事例では、統計的pca法は、固有値問題の解を直交変換として使用する。この固有値問題を解くことによって、相関し得る変数の観測値、すなわち、空間共分散行列の観測値の集合が、主成分と呼ばれる線形的に無相関な(直交)変数の値の集合に変換される。本事例では、これらの主成分は、空間共分散行列の固有ベクトル、すなわち空間共分散行列の特異値分解(SVD)である。さらに、pca法では、最大の固有値を持つ固有ベクトルが最初の主成分である。この主成分は、必要なステアリングベクトルに比例することを後で示す。さらに、本実施例で用いられるpca法の特定のバージョン、すなわち(2×2)空間共分散行列のSVDは、(瞬間的とみなせるほど)非常に迅速に適用することができる。結果として、関連付けられた処理が高速となり、すなわち、低レイテンシとなる。実際には、レイテンシは空間共分散行列を計算するために必要な観測値(サンプル)のみによって決定される。
ステアリングベクトルの計算判定は、最小平均二乗誤差(MMSE)、すなわち、よく知られているウィナー・ホップ判定(Wiener-Hopf criterion)である。ウィナー・ホップ判定の解は、本セクションで後述するいくつかの仮定の下においてステアリングベクトルを提供することができる。ウィナー・ホップMMSE判定は、その重みベクトル、すなわちMSEの勾配に関して平均二乗誤差(MSE)の一次偏導関数をとり、この微分の結果をゼロに設定して方程式を解く。本セクションの残りの部分では、例として、伝送された所望の信号xのステアリングベクトルを計算するために本手順、すなわちウィナー・ホップ判定を示す。
複数(2つ)のアンテナにより受信された所望の信号は以下のとおりである。
Figure 0007002875000001
(式1)
Figure 0007002875000002
Figure 0007002875000003
(式2)
Figure 0007002875000004
Figure 0007002875000005
(式3)
ここで、E{・}は統計平均を意味する。式3の更なる評価から以下が得られる。
Figure 0007002875000006
(式4)
Figure 0007002875000007
Figure 0007002875000008
Figure 0007002875000009
(式5)
勾配をゼロに設定することによって、
Figure 0007002875000010
(式6)
実際には、よく知られているウィナー・ホップ解が得られる。
Figure 0007002875000011
Figure 0007002875000012
(式7)
Figure 0007002875000013
上記により、実際に固有値問題を解く必要があることがわかる。この固有値問題の解は、最適な重みベクトルを提供する。さらに、この最適な重みベクトルは、伝送された所望の信号xのステアリングベクトルを表し、従って、以下の式によって与えられ得る。
Figure 0007002875000014
(式9)
Figure 0007002875000015
Figure 0007002875000016
Figure 0007002875000017
Figure 0007002875000018
これらの空間共分散行列を得るための処理は、前述の代理信号(すなわち、関連付けられた周波数ビンのサブセット)に基づいていることが想起される。
最後に、実用性を考慮すると、空間共分散行列の近似が使用される。この近似のために、無限長の統計的平均演算子E{・}は有限のランレングスの合計平均で置き換えられ、以下のようなサンプルベースの空間共分散行列が得られる。
Figure 0007002875000019
Figure 0007002875000020
Figure 0007002875000021
共分散行列は、所望の信号及び干渉信号の信号電力の尺度として使用することができる。本明細書で説明するように、これは指向性の決定をもたらすので、ビーム形成器は、SINRの信号と、所望の信号の最大電力と、干渉及びノイズの最小寄与とを最大化する。この条件は信号の発生の方向に対応する。
<抑圧重み付け値の計算>
ここで、抑圧重み付け値は、ステップ753で計算される。抑圧重み付け値は、3つのサブセットの値を(各周波数ビンに1つずつ)含む。第1抑圧重み付け値、第2抑圧重み付け値、及び第3抑圧重み付け値は、サンプルベースの空間共分散行列によって計算されたステアリングベクトルを表し、以下のように書くことができる。
Figure 0007002875000022
Figure 0007002875000023
以下の詳細な説明は、ブロック753におけるSINR判定の最大化により(重み付け係数またはビーム形成重みとしても知られる)抑圧重み付け値をどのように決定するかの実装に関する。「却下」が発生しない場合、これらは3つの周波数ビンに対して使用されるビーム形成重みであることに留意されたい。
SINRを最大化することによる2重ヌルステアリングを用いる複素デジタルベースバンドビーム形成による重み係数の生成は、以下のとおりである。推定判定は、信号対干渉及びノイズ比(SINR)の一次偏導関数をとることによって最適な重みを計算する、SINRの最大化であることに留意されたい。この偏導関数の結果はゼロに設定され、方程式を解くことができる。SINRは、以下のように表すことができる。
Figure 0007002875000024
Figure 0007002875000025
Figure 0007002875000026
Figure 0007002875000027
Figure 0007002875000028
2つの第1隣接干渉信号(及び、ある実施形態では、複素ガウスノイズ)を有するIBOC伝送は、3つの空間的に異なる独立した信号、すなわち、独立した複素ガウスノイズを有する、下側第1隣接干渉信号と、所望の信号と、上側第1隣接干渉信号との合計として表される。このため、SINRは、以下のように表すことができる。
Figure 0007002875000029
ここで、E{・}は統計的平均の式である。
最適な重み付け係数、すなわち重みベクトルは、次式17によるSINRの最大化によって得られる。

Figure 0007002875000030
図1に示す伝送100のような、受信されたIBOC伝送の場合、干渉信号120、130、及び所望の信号110は異なる周波数ビンに分離されてもよく、その結果、各周波数ビンに対して、SINRは最適化され、以下のような重みが得られる。
Figure 0007002875000031
これは、3つのサブバンドにおける重み係数を計算するための最初のステップとみなすことができる。最大化問題を解くために、各ビンに対するSINRの複素勾配を複素重みに対して用いて、結果をゼロに設定することで、例えば、下側第1隣接干渉信号に対して、以下の式が得られる。

Figure 0007002875000032
ここで、∇{・}は、複素勾配を取得するための式である。
偏微分を適用すると、以下のとおりとなる。
Figure 0007002875000033
これは、以下の式に書き換えることができる。
Figure 0007002875000034
は、下側第1隣接干渉信号の周波数ビンのSINRと定義できる。これは、次のように書き換えることができる。

Figure 0007002875000035
これは、固有値問題であり、この解によりSINRを最大化するための最適な重みが得られる。

Figure 0007002875000036
ここで、P{・}はPCAに基づく行列である主要固有ベクトルを返す演算子である。
2アンテナULAの場合、サンプル共分散行列は2×2の行列であり、固有ベクトルを計算するための特性関数は以下の二次関数である。
Figure 0007002875000037
Figure 0007002875000038
Figure 0007002875000039
Figure 0007002875000040


最後に、下側及び上側の第1隣接干渉信号、及び所望の信号に対する最適な重みは、以下のとおり表される。

Figure 0007002875000041
ここで、固有ベクトルは、3つの周波数ビンのそれぞれについて「直接的な」二次特性関数を解くことによって計算される。これらの「最適な重み」は、ステップ753のアウトプットであり、また、図6の抑圧重み計算器のアウトプットでもある。
抑圧重み付け値は、外側抑圧重み付け値及び中間抑圧重み付け値を含むとみなすことができる。中間抑圧重み付け値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の中間周波数ビンを強め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の中間周波数ビンへ適用する値を含む。外側抑圧重み付け値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の外側周波数ビンを弱め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の外側周波数ビンへ適用する値を含む。外側抑圧重み付け値は、下側抑圧重み付け値及び上側抑圧重み付け値を備えることができる。下側抑圧重み付け値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の下側周波数ビンを弱め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の下側周波数ビンへ適用する値を含むことができる。上側抑圧重み付け値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の上側周波数ビンを弱め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の上側周波数ビンへ適用する値を含むことができる。
<合成重み付け値の計算>
合成重み付け値は、ステップ751で計算される。合成重み付け値は、第1合成重み付け値、第2合成重み付け値、及び第3合成重み付け値(Copt,i、Copt,s、Copt,j)の、3つのサブセットの値を(周波数ビンに1つずつ)含む。
本例では、合成重み付け値を設定するステップは、抑圧重み付け値を決定する際にステップ753によって計算された情報の少なくとも一部を利用する。
SINRを最大化するための抑圧重み付け値を決定するステップ753は、以下のように要約できる。詳細は上述したとおり、第1抑圧重み付け値(Wopt,i)を、複数のアンテナ信号の第1周波数ビンに対応する情報を弱め合うように合成するための値として設定し、第2抑圧重み付け値(Wopt,s)を、複数のアンテナ信号の第2周波数ビンに対応する情報を強め合うように合成するための値として設定し、第3抑圧重み付け値(Wopt,j)を、複数のアンテナ信号の第3周波数ビンに対応する情報を弱め合うように合成するための値として設定する。
3つの周波数ビンのそれぞれを強め合うように合成するための合成重み付け値を決定するステップ751は、第1合成重み付け値(Copt,i)及び第3合成重み付け値(Copt,j)を、(SINRを最大化する重み付け値を決定する)ステップ753で第2重み付け値(Wopt,s)に設定されるのと同じ値として設定することを含むことができる。これは、ステップ753で決定された弱め合う第1及び第2重み付け値を却下するとみなすことができる。第2合成重み付け値(Copt,s)もまた、ステップ753で第2重み付け値(Wopt,s)に設定されるのと同じ値として設定される。
本例では、(合成及び抑圧両方のための)第1、第2、及び第3重み付け値はそれぞれ、複数のアンテナ信号のそれぞれに対して1つずつある複数のアンテナ重み付け値を含む。アンテナ重み付け値のそれぞれは、複素数であってもよい。
合成重み付け値は、下側合成重み付け値、中間合成重み付け値、及び上側合成重み付け値を含むとみなすことができる。下側合成重み付け値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の下側周波数ビンを強め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の下側周波数ビンへ適用する値を含むことができる。中間合成重み付け値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の中間周波数ビンを強め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の中間周波数ビンへ適用する値を含むことができる。上側合成重み付け値は、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の上側周波数ビンを強め合うように合成するために、第1BF入力信号及び第2BF入力信号の上側周波数ビンへ適用する値を含むことができる。
受信された所望の信号の場合、SINRを最大化するためにステップ753で生成された重み付け値を適用するビーム形成器は、ULAで受信された所望の信号を強め合うように加算、すなわち、複数(2)アンテナの所望の出力信号を「強め合うように合成」するための最適なビーム形成重みとして、重み付け値を計算する。
<BFC及びBFS信号の生成>
前述のとおり、図7に記載した方法は、3つの周波数分割経路、すなわち第1周波数分割経路757、第2周波数分割経路759、及び第3周波数分割経路761を含む。
第1周波数分割経路757は、複数のアンテナ信号のそれぞれの第1周波数ビンを分離するためのものである。第2周波数分割経路759は、複数のアンテナ信号のそれぞれの第2周波数ビンを分離するためのものである。第3周波数分割経路761は、複数のアンテナ信号のそれぞれの第3周波数ビンを分離するためのものである。これらの周波数ビンが分離されると、関連付けられた合成重み付け値及び抑圧重み付け値が適用可能となる。
第1周波数分割経路757では、+200kHzだけ周波数シフトする第1ステップ786が実行され、各アンテナ信号の第1周波数ビンの中心が0Hzに位置する。それから、ステップ792において、ステップ786によって提供された周波数シフトされた信号は、本例では32タップの有限インパルス応答(FIR)を用いて、約0Hzを中心とする100kHzの(すなわち、-100kHzから100kHzまでの)カットオフ周波数を有するフィルタによりローパスフィルタリング(LPF)される。その結果、ステップ792でのフィルタリングからの出力信号は、第1周波数ビン全体を含む。これらの出力信号は、第1周波数ビンアンテナ信号とみなすことができる。
同様に、第3周波数分割経路761では、-200kHzだけ周波数シフトをする第1ステップ790が実行され、各アンテナ信号の第3周波数ビンの中心が0Hzに位置する。それから、ステップ794において、ステップ790によって提供された周波数シフトされた信号は、本例では32タップの有限インパルス応答(FIR)を用いて、約0Hzを中心とする100kHzの(すなわち、-100kHzから100kHzまでの)カットオフ周波数を有するフィルタによりローパスフィルタリング(LPF)される。その結果、ステップ794でのフィルタリングからの出力信号は、第3周波数ビン全体を含む。これらの出力信号は、第3周波数ビンアンテナ信号とみなすことができる。
第2周波数分割経路759では、各アンテナ信号の第2周波数ビンの中心がすでに0Hzに位置しているので、周波数シフトステップは不要である。ステップ798では、アンテナ信号は、本例では32タップの有限インパルス応答(FIR)を用いて、約0Hzを中心とする100kHzの(すなわち、-100kHzから100kHzまでの)カットオフ周波数を有するフィルタによりローパスフィルタリング(LPF)される。その結果、ステップ798でのフィルタリングからの出力信号は、第2周波数ビン全体を含む。これらの出力信号は、第2周波数ビンアンテナ信号とみなすことができる。
<BFS信号>
図7に示す方法は、第1抑圧重み付け値(Wopt,i)を第1周波数ビンアンテナ信号に適用して、信号を合成し、重み付けされた抑圧第1周波数ビン信号を提供する第1抑圧重み付け適用ステップ718を含む。このようにして、信号を弱め合うように合成するために、複数のアンテナ信号の第1周波数ビンに対応する情報に第1抑圧重み付け値を適用する。
同様に、第3抑圧重み付け適用ステップ746は、第3抑圧重み付け値(Wopt,j)を第3周波数ビンアンテナ信号に適用して、信号を合成し、重み付けされた抑圧第3周波数ビン信号を提供する。このようにして、信号を弱め合うように合成するために、複数のアンテナ信号の第3周波数ビンに対応する情報に第3抑圧重み付け値が適用される。
第2抑圧重み付け適用ステップ726は、第2抑圧重み付け値(Wopt,s)を第2周波数ビンアンテナ信号に適用して、信号を合成し、重み付けされた抑圧第2周波数ビン信号を提供する。このようにして、信号を弱め合うように合成するために、複数のアンテナ信号の第2周波数ビンに対応する情報に第2抑圧重み付け値を適用する。
その後、抑圧信号の合成ステップ734は、重み付けされた抑圧第1周波数ビン信号、重み付けされた抑圧第2周波数ビン信号、及び重み付けされた抑圧第3周波数ビン信号を合成する。本例では、周波数シフトを第1周波数分割経路757及び第3周波数分割経路761に適用したので、対応する逆周波数シフトを、3つの信号が合成される前に、重み付けされた抑圧第1周波数ビン信号及び重み付けされた抑圧第3周波数ビン信号信号のそれぞれに適用する。抑圧信号の合成ステップ734の出力は、干渉が存在する場合、改善されたSINRを有するBFS信号730aである。
<BFC信号>
BFC信号728aは、抑圧重み付け値の代わりに合成重み付け値を使用して、BFS信号730aと同様に生成される。
図7に示す方法は、第1合成重み付け値(Copt,i)を第1周波数ビンアンテナ信号に適用して、信号を合成し、重み付けされた合成第1周波数ビン信号を提供する、第1合成重み付け適用ステップ717を含む。このようにして、信号を強め合うように合成するために、複数のアンテナ信号の第1周波数ビンに対応する情報に第1合成重み付け値を適用する。
同様に、第3合成重み付け適用ステップ745は、第3合成重み付け値(Copt,j)を第3周波数ビンアンテナ信号に適用して、信号を合成し、重み付けされた合成第3周波数ビン信号を提供する。このようにして、信号を強め合うように合成するために、複数のアンテナ信号の第3周波数ビンに対応する情報に第3合成重み付け値を適用する。
第2合成重み付け適用ステップ725は、第2合成重み付け値(Copt,s)を第2周波数ビンアンテナ信号に適用して、信号を合成し、重み付けされた合成第2周波数ビン信号を提供する。このようにして、信号を強め合うように合成するために、複数のアンテナ信号の第2周波数ビンに対応する情報に第2合成重み付け値を適用する。
合成信号の合成ステップ733は、それから、重み付けされた合成第1周波数ビン信号、重み付けされた合成第2周波数ビン信号、及び重み付けされた合成第3周波数ビン信号を合成する。本例では、周波数シフトを第1周波数分割経路757及び第3周波数分割経路761に適用したので、対応する逆周波数シフトを、3つの信号が合成される前に、重み付けされた合成第1周波数ビン信号及び重み付けされた合成第3周波数ビン信号のそれぞれに適用する。合成信号の合成ステップ733の出力は、BFC信号728aである。
BFC信号728a及びBFS信号730aが生成されると、本方法は、ステップ710において、処理すべきデータブロックが更に存在するか否かをチェックする。存在する場合、本方法はステップ754に戻る。存在しない場合、本方法はステップ711で終了する。
BFデバイスのこれら2つの出力信号728a、730aは、MRCデバイスに適用され、MRCデバイスは、これらの信号ストリームを「重み付け方法」で、例えば、ビットメトリックの形式で信号品質指標と組み合わせる。従って、MRCデバイスは、抑圧及び合成能力を用いたビーム形成に基づいて、SINRに関して効率的な選択を行うことができる。有益なことに、ビーム形成器は、BFC信号728aとBFS信号730aとのどちらが最良の出力を提供するかを決定する必要はない。これは本質的にMRC処理によって処理される。これは、MRCブロックがBFC信号728a及びBFS信号730aの信号エネルギを有利に(ある例では最適に)合成することができるからである。
本明細書に記載の実施形態は、MRC技術の助けを借りて、(電子的に制御される複素ベースバンドの)ビーム形成手法の出力信号、例えばBFS信号及びBFC信号を合成することによってSINRを最適化するものとみなすことができる。このMRCのためのBFによるSINRの最適化は、BF4MRCと呼ばれる。
本明細書で開示される1つ以上のビーム形成器は、ULAで受信された所望の信号を強め合うように加算するために、すなわち、複数(2つの)アンテナの所望の出力信号を「強め合うように合成」するために、最適なビーム形成抑圧重みを計算する。所望の信号の到来角度(AoA)と、干渉信号の一方または両方のAoAとが類似の値を備える場合、すなわち、それらが空間的に非常に近い場合、空間情報が不足する。空間情報が不足しているということは、実際に、抑圧重み付け値を適用するビーム形成アルゴリズムが、(空間的に)異なる信号を(それ自身では)区別することができないことを意味する。
所望の信号と類似するAoAを有する干渉信号には、それらを弱め合うように合成するのではなく、「強め合うような合成」を適用するのが適切であることがわかった。前述の合成重み付け値は、この種類の合成に使用される。さらに、これはビーム形成器がとにかくこれらの信号の空間的な区別ができないということのために、適切な選択肢である。ある実施例において、このような強め合うように合成するための合成重み付け値は、受信された所望の信号の第2抑圧重み付け値として計算されるので、既に利用可能である。したがって、所望の信号の最適な重みを上側第1隣接干渉信号の合成重み付け値と同様に下側第1隣接干渉信号の合成重み付け値としても使用すると、すべての信号が強め合わうように合成される。ビーム形成手順におけるこの出力信号は、本明細書におけるBFC信号として認識される。
しかしながら、ビーム形成手順の入力信号は、ビーム形成手順によって効率的に抑圧され得る干渉信号で汚染される可能性がある。この場合、下側周波数ビンにおける干渉信号の抑圧、または上側周波数ビンにおける干渉信号、または両方のビンにおける干渉信号に基づいて、最適な重みを適用することが適切である。これは、第1及び第3抑圧重み付け値を計算し、BFS信号を生成することとして前述した。
したがって、図5、図6及び図7を参照して説明したビーム形成手法は、抑圧のためのBFS信号のみを提供するビーム形成手法の拡張として考えることができ、それによって、第2出力信号(BFC信号)も提供し、中間周波数ビンの最適な合成重みが上側周波数ビンへと同様に下側周波数ビンへも適用され、すなわちコピーされる。
ここで、ビーム形成手順のこれらの2つの出力信号、すなわち、BFC信号及びBFS信号は、MRC手順への入力信号として適用することができる。ある実施例におけるMRC手順は、BFS信号のビットメトリックと同様にBFC信号のビットメトリックも計算し、これらのビットメトリックを加算する。ビットメトリックはSNRの意味で信号品質を表すため、MRC手順は実際にはBFC信号とBFS信号との品質重み付け加算、すなわちBF4MRC手順を実行している。
したがって、BF4MRC手順にとっては、以下のシナリオが重要である。
a)干渉信号がない場合には、「BFC信号品質はBFS信号品質に類似している可能性」があり、すなわち、ビットメトリックの意味において、適切な(H)IBOC受信機処理を適用され、
b)空間情報が不足せずに干渉信号が存在する場合(すなわち、干渉信号及び所望の信号が十分に類似した到達角で受信される場合)、「BFS信号品質はBFC信号よりも高い可能性」があり、すなわち、ビットメトリックの意味において、適切な(H)IBOC受信機処理を適用され、
c)空間情報が不足している干渉信号が存在する場合(すなわち、干渉信号と所望の信号が類似する到達角で受信される場合)、「BFC信号品質はBFS信号品質よりも高い可能性」があり、すなわち、ビットメトリックの意味において、適切な(H)IBOC受信機処理を適用され、
MRC手順は、それに応じて「ビットメトリックの重み付け加算」を実行する。
したがって、BF4MRC手順は、MRC手順への入力としてビーム形成手順によって提供される、合成信号(BFC信号)と同様に抑圧信号(BFS信号)も使用することによって、SINRを最適化しようとし、これにより、MRC手順は、SNRの観点から有益に2つの信号を重み付けすることができる。
このように、本明細書に開示した実施例は、i)第1隣接(FM)干渉信号の抑圧を改善し(好ましくは完全に削除し)、それによってSINRを改善でき、ii)全デジタルモードと同様にハイブリッドモードで転送される、所望の(H)IBOC信号の受信された信号電力を改善でき、iii)ビーム形成またはMRCを単独で使用する場合と比較してより良い成果を提供することができる。
このようにして、(電子的に制御される)ビーム形成器は、所望の(H)IBOC信号を合成することができる一方で、二重のヌルステアリングによる第1隣接干渉信号の両方を除去または著しく減らすことができる。干渉抑圧は、例えば、FM帯域内の伝送のための
Figure 0007002875000042
のような、キャリア周波数の半分の間隔を置いた2つの等方性要素のみからなるULAによって達成することができる。本明細書で説明されるように、第1隣接干渉信号及び所望の(H)IBOC信号の両方が3つの異なる周波数ビンに分離されるため、二重のヌルステアリングが達成され得る。
上記の図における命令及び/またはフローチャートのステップは、特定の順序が明示的に記載されていない限り、任意の順序で実行することができる。また、ひとつの命令/方法の例示的なセットについて論じたが、当業者であれば、本明細書の材料は、他の実施例をもたらす様々な方法においても同様に組み合わせることができ、この詳細な説明によって提供される文脈内で理解されるべきであることを認識するであろう。
ある実施例において、前述の命令/方法ステップのセットは、実行可能な命令のセットとして具体化される機能及びソフトウェア命令として実装され、この実行可能な命令によってプログラミングされ、制御されるコンピュータまたはマシン上で実行される。これらの命令は、実行のために(1つ以上のCPU等の)プロセッサ上にロードされる。「プロセッサ」という用語は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、プロセッサモジュール、または(1つ以上のマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラを備える)サブシステム、または他の制御装置或いは処理装置を含む。プロセッサは、単一のコンポーネントまたは複数のコンポーネントを参照することができる。
他の実施例において、本明細書に示す命令/方法のセット及びそれに関連付けられたデータ及び命令は、1つ以上の一時的でない機械またはコンピュータ可読記憶媒体または媒体として実装される記憶装置にそれぞれ格納される。これらのコンピュータ可読またはコンピュータ使用可能な記憶媒体は、物品(または製造物品)の一部であると考えられる。物品または製造物品は、製造された単一の構成要素または複数の構成要素を指すことができる。本明細書で定義される一時的でない機械またはコンピュータ使用可能な媒体は信号を排除するが、これらの媒体は、信号及び/または他の一時的な媒体から情報を受信及び処理することができる。
本明細書で論じる材料の実施例は、ネットワーク、コンピュータ、またはデータに基づくデバイス及び/またはサービスを介して、全体的または部分的に実装され得る。これらには、クラウド、インターネット、イントラネット、モバイル、デスクトップ、プロセッサ、ルックアップテーブル、マイクロコントローラ、消費者機器、インフラストラクチャ、またはその他の実現可能なデバイス及びサービスが含まれる。本明細書及び特許請求の範囲で使用されるように、以下の非限定的な定義が提供される。
ある実施例において、本明細書で説明する1以上の命令またはステップは自動化される。「自動化された」または「自動的に」という用語(及びこの変形)は、人間の介入、観察、努力、及び/または決定の必要なしに、コンピュータ及び/または機械的/電気的装置を使用する装置、システム、及び/またはプロセスの制御された操作を意味する。
結合されると言われる任意の構成要素は、直接的にまたは間接的に結合または接続されてもよいことを理解されたい。間接的結合の場合、結合されると言われる2つの構成要素の間に追加の構成要素が配置されてもよい。
本明細書において、実施例は、詳細の選択されたあるセットに関して提示されている。しかしながら、当業者は、これらの詳細の選択された異なるセットを備える多くの他の実施例が実施され得ることを理解されたい。以下の特許請求の範囲は、すべての可能な実施例をカバーすることが意図されている。
500 受信機回路
502 第1アンテナ
504 第2アンテナ
510 MRCブロック
512 第1復調器
514 第2復調器
516 コンバイナ
518 デコーダ
520 ビーム形成器
522 第1無線フロントエンド(RFE)
523 第2無線フロントエンド(RFE)
524 第1BF入力信号
526 第2BF入力信号
528 BF合成信号
530 BF抑圧信号
532 復調合成信号
534 復調抑圧信号
536 MRC出力信号
620 ビーム形成器
624 第1BF入力信号
626 第2BF入力信号
628 BF合成信号
630 BF抑圧信号
640 合成重み計算器
642 抑圧重み計算器
644 BFC信号生成器
646 BFS信号生成器

Claims (13)

  1. 第1BF入力信号、及び第2BF入力信号を受信するように構成されたビーム形成器であって、
    合成重み付け値を決定するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号を処理するように構成された合成重み計算器、
    抑圧重み付け値を決定するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号を処理するように構成された抑圧重み計算器、
    BF合成信号を提供するために、前記合成重み付け値を前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に適用するように構成されたBFC信号生成器、及び
    BF抑圧信号を提供するために、前記抑圧重み付け値を前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に適用するように構成されたBFS信号生成器、を備えるビーム形成器と、
    MRCブロックであって、
    ビットメトリックを含む復調合成信号を提供するために、前記BF合成信号を復調するように構成された第1復調器、
    ビットメトリックを含む復調抑圧信号を提供するために、前記BF抑圧信号を復調するように構成された第2復調器、及び
    MRC出力信号を提供するために、前記復調合成信号と前記復調抑圧信号とを合成するように構成されたコンバイナ、を備えるMRCブロックと、
    を備え
    前記合成重み付け値は、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の下側周波数ビンを強め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記下側周波数ビンに適用する値を含む下側合成重み付け値と、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の中間周波数ビンを強め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記中間周波数ビンに適用する値を含む中間合成重み付け値と、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の上側周波数ビンを強め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記上側周波数ビンに適用する値を含む上側合成重み付け値と、
    を含む、受信機回路。
  2. 請求項に記載の受信機回路であって、前記抑圧重み付け値は、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の1つ以上の周波数ビンを弱め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に適用する第1値を含む、受信機回路。
  3. 請求項に記載の受信機回路であって、前記抑圧重み付け値は、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の1つ以上の他の周波数ビンを強め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に適用する第2値も含み、
    前記1つ以上の他の周波数ビンは、弱め合うように合成される前記1つ以上の周波数ビンとは異なる、受信機回路。
  4. 請求項1からのいずれか一項に記載の受信機回路であって、前記抑圧重み付け値は、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の外側周波数ビンを弱め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記外側周波数ビンに適用する値を含む外側抑圧重み付け値と、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記中間周波数ビンを強め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記中間周波数ビンに適用する値を含む中間抑圧重み付け値と、を含み、
    前記外側周波数ビンは、前記下側周波数ビン及び前記上側周波数ビンを含む、受信機回路。
  5. 請求項に記載の受信機回路であって、前記外側抑圧重み付け値は、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の下側周波数ビンを弱め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記下側周波数ビンに適用する値を含む下側抑圧重み付け値、及び/または、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の上側周波数ビンを弱め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記上側周波数ビンに適用する値を含む上側抑圧重み付け値、を含む、受信機回路。
  6. 請求項またはに記載の受信機回路であって、前記合成重み計算器は、前記合成重み付け値を決定する際に前記中間抑圧重み付け値を利用するように構成される、受信機回路。
  7. 請求項1からのいずれか一項に記載の受信機回路であって、前記抑圧重み計算器は、SINR判定の最大化アルゴリズムを適用することによって、前記抑圧重み付け値を決定するように構成される、受信機回路。
  8. 請求項1からのいずれか一項に記載の受信機回路であって、前記復調合成信号及び前記復調抑圧信号は、ビタビ・ビットメトリックを含む、受信機回路。
  9. 請求項1からのいずれか一項に記載の受信機回路であって、
    前記合成重み計算器は、前記合成重み付け値を決定するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に関連付けられた周波数ビンのサブセットを処理するように構成され、
    前記抑圧重み計算器は、前記抑圧重み付け値を決定するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に関連付けられた周波数ビンのサブセットを処理するように構成される、受信機回路。
  10. 請求項に記載の受信機回路であって、
    前記BFC信号生成器は、前記BF合成信号を提供するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に関連付けられた前記周波数ビン全体に前記合成重み付け値を適用するように構成され、
    前記BFS信号生成器は、前記BF抑圧信号を提供するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に関連付けられた前記周波数ビン全体に前記抑圧重み付け値を適用するように構成される、受信機回路。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載の受信機回路であって、前記第1BF入力信号は第1アンテナから受信され、前記第2BF入力信号は第2アンテナから受信される、受信機回路。
  12. 請求項1から11のいずれか一項に記載の受信機回路であって、前記MRC出力信号は、前記第1BF入力信号と前記第2BF入力信号との合成したものを表す、受信機回路。
  13. 受信機回路を動作させる方法であって、
    第1BF入力信号及び第2BF入力信号を受信するステップと、
    合成重み付け値を決定するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号を処理するステップと、
    抑圧重み付け値を決定するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号を処理するステップと、
    BF合成信号を提供するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に前記合成重み付け値を適用するステップと、
    BF抑圧信号を提供するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号に前記抑圧重み付け値を適用するステップと、
    ビットメトリックを含む復調合成信号を提供するために、前記BF合成信号を復調するステップと、
    ビットメトリックを含む復調抑圧信号を提供するために、前記BF抑圧信号を復調するステップと、
    MRC出力信号を提供するために、前記復調合成信号と前記復調抑圧信号とを合成するステップと、を含み、
    前記合成重み付け値は、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の下側周波数ビンを強め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記下側周波数ビンに適用する値を含む下側合成重み付け値と、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の中間周波数ビンを強め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記中間周波数ビンに適用する値を含む中間合成重み付け値と、
    前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の上側周波数ビンを強め合うように合成するために、前記第1BF入力信号及び前記第2BF入力信号の前記上側周波数ビンに適用する値を含む上側合成重み付け値と、
    を含む、方法。
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