JPH10512421A - 複素信号振幅制限方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 周波数変調信号の複素信号サンプル値 a(k)+jb(k)を振幅制限し、同一チャネル干渉を低減するする技術に関する。この振幅制限は、ディジタル信号プロセッサを用いて効率的に行われる。具体的には、ディジタル信号プロセッサは、第１の場合は b(k)/a(k)であり、第２の場合は a(k)/b(k)であり、その値が１以下である比ｒを求め、ｐ＝１/√(１＋r²)なる変数ｐをルックアップテーブルから求め、第１の場合は sgn(a(k))×p×(1+jr)を、第２の場合は sgn(b(k))×p×(r+j)を振幅制限出力として出力する。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称 複素信号振幅制限方法分発明の分野 本発明は、複素信号の振幅制限に関するものである。特に、通信システムにお ける同一チャネル干渉（以下、ＣＣＩという）の低減が可能な振幅制限技術に関 する。発明の背景 ＣＣＩは、その周波数が通信システム中の目的の信号の周波数バンド内にあり 、通信信号に干渉を起こす１以上の干渉信号からなる。ＣＣＩの量は、移動体通 信システムの周波数再利用を制限する重要なファクタである。ＣＣＩは目的通信 信号のバンド内に落ち込むため、従来のフィルタではそれを取り除くことができ ない。本願と同時係属中の出願（ＰＣＴ国際公開ＷＯ97/14227）にも記載されて いるように、ＣＣＩを低減する一つの手段として、目的信号である周波数変調波 （ＦＭ）に、これと独立の比較的弱い信号（より低い平均電力の信号）が混合し た複素受信信号の振幅を制限することにより達成する技術がある。目的信号であ るＦＭ波はその包絡線が時間的に一定であるが、干渉波を含む受信信号はＣＣＩ のためその包絡線が一定でない。複素振幅制限信号は、このような干渉波の混入 した入力を一定の包絡線の信号に変換するものであり、少なくとも、ＣＣＩの全 エネルギーの半分を目的の通信信号バンド外のバンドに変換するものである。こ れにより、干渉波を低域通過フィルタで除去することができる。 上記の同時係属中の出願に記載されているように、複素信号の振幅制限は、受 信複素信号の各サンプル信号x(k)にＤＳＰ（デジタル信号処理回路）を適用する ことにより実現することができる。典型的なサンプルレートは約４８kHzであり 、次の関数の値を計算することにより得られる。 ここで、ｘ^*(k)は、ｘ(k)の複素共役、ｘ_lim(k)は複素信号リミタの出力である 。上式のような各サンプルに対する非線形関数の計算にあたっては大きなＤＳＰ リソースを必要とする。 本発明の目的は、要求されるＤＳＰリソースの削減が可能な上記関数計算の改 良方法を提供するものであり、これにより、通信システムにおける受信信号を表 わす複素信号を振幅制限するための改良方法を提供するものである。発明の概要 本発明の一つの側面によれば、本発明は、複素信号サンプルx(k)=a(k)+jb(k) を振幅制限し、振幅制限された信号サンプルｘ_lim(k)を得る方法を提供すること にある。この方法は以下のステップからなる。すなわち、第１の場合はb(k)/a(k )に等しく、第２の場合はa(k)/b(k)に等しく、１より小さい比ｒを決定する。次 に、大きさが１√(１＋r²)に等しい変数ｐを計算する。さらに、第１の場合はsg n(a(k))×p×(l+jr)の値を振幅制限された出力信号サンプルとして出力し、第2 の場合はsgn(b(k))×p×(r+j)の値を振幅制限された出力信号サンプルとして出 力する。 また、本発明は、ＦＭ信号における同一チャネル干渉の低減方法を提供する。 この低減方法は、以下のステップよりなる。すなわち、ＦＭ信号をサンプル化し 、複素数a(k)+jb(k)で表される信号を生成する。ここで、a，bは実数、kは各サ ンプルを表す整数である。次に、第１の場合b(k)/a(k)に等しく、第２の場合a(k )/b(k)に等しくその大きさが１より小さい比ｒを決定する。次に、大きさが１/ √(１＋r²)に等しい変数ｐを計算する。さらに、第１の場合はsgn(a(k))×p×(l +jr)に等しく、前記第2の場合はsgn(b(k))×p×(r+j)に等しい振幅制限された信 号のサンプルを表わす数を出力する。 ここで、好ましくは、変数ｐは比ｒの値を基に、ルックアップテーブルから決 定される。 本発明の他の側面によれば、本発明は、複素入力サンプル信号x(k)=a(k)+jb(k )に応じて振幅制限された信号を出力する複素信号サンプルリミタを提供する。 すなわち、この複素信号サンプルリミタは、プログラムされたディジタルプロセ ッサを有し、このディジタルプロセッサは；第１の場合はr＝b(k)/a(k)＜１であ り、第２の場合はr＝a(k)/b(k)＜１である比ｒを決定し、１/√(１＋r²)の値を 有する変数ｐを計算し、第１の場合はsgn(a(k))×p×(l+jr)の値を振幅制限され た出力信号サンプルとして出力し、第2の場合はsgn(b(k))×p×(r+j)の値を振幅 制限された出力信号サンプルとして出力するように構成される。 本発明のさらに他の側面によれば、本発明は、ＦＭ信号中の同一チャネル干渉 を低減する装置を提供する。ここで、同一チャネル干渉を低減する装置は、周波 数変調波をサンプリングし、複素数a(k)+jb(k)，（ここで、a(k)，b(k)は共に実 数、kは各サンプルを示す整数）によって表わされる信号サンプルを生成するサ ンプラと、各サンプルを振幅制限し、振幅制限された出力信号サンプルを生成す るリミタとを備え、このリミタはディジタル信号プロセッサを含み、このディジ タルプロセッサは；第１の場合はｒ＝b(k)/a(k)＜１であり、第２の場合はｒ＝a (k)/b(k)＜１である比ｒを決定し、１/√(１＋ｒ²)の値を有する変数ｐを計算し 、第１の場合はsgn(a(k))×p×(l+jr)の値を振幅制限された出力信号サンプルと して出力し、第2の場合はsgn(b(k))×p×(r+j)の値を振幅制限された出力信号サ ンプルとして出力するように構成される。 好ましくは、デジタル信号プロセッサはプログラムされ、変数ｐの値を比ｒに 従ってルックアップテーブルを用いて求められる。図面の簡単な説明 図１は、本発明による複素信号リミタを含むデジタル無線通信用受信機の一部 のブロック図である。 図２は、本発明の複素信号振幅制限方法のステップを示すフローチャートであ る。発明の詳細な説明 図１を参照して本発明の構成を説明する。図１は本発明によるデジタル無線通 信用受信機の一部のブロック図を示す。ここで、ＦＭ通信信号は、ＲＦ（無線周 波）受信回路／ダウンコンバータ１０で受信される。受信された信号はサンプラ ／Ａ−Ｄ変換器１１によってサンプリングされると共にデジタル信号に変換され る。通信信号帯域に落ち込むＣＣＩを低減するため、デジタルサンプルは複素信 号リミタ１２に入力される。この複素信号リミタ１２の出力は図示しないＦＭ復 調器の入力に接続される。なお、必要に応じて前記複素信号リミタ１２の出力は ＣＣＩ低減ユニットを経由して前記ＦＭ復調器に接続されることもある。ここで 、前記受信機システムがセルラ無線方式の一部に使用される場合、前記ＣＣＩは 、たとえば、このシステムの他のセルでの周波数再利用によるものであり、およ び／または、この通信システム以外のシステムから生成されるものである。複素 信号リミタ１２は、ＤＳＰ用集積回路で構成されている。好ましくは、集積回路 はリミタだけでなく受信機を構成する他の部分をも含むものである。 発明の背景で説明したように、複素信号リミタ１２は、次式のように、入力信 号の各サンプルｘ(k)から出力サンプルｘ_lim(k)を生成する。 以下に説明するように、複素信号リミタ１２は、特にＤＳＰ中での処理に適す るような形で、本発明の関係を決定するもので、上式で表される機能を従来の方 法よりも短い処理時間で実現する。 直交座標および極座標を用いて、ｘ(k)を表すと、 複素信号リミタ１２についての上記関数は以下の２つの形式で表すことができ る。 さらに、式（１）については、 式（２）については、 となる。 式（３）および式（４）の形式上の類似性より、比b(k)/a(k)が０〜１に対す るcos(ψ(k))と比b(k)/a(k)(すなわち、tan(ψ(k)))との関係は、比a(k)/b(k)が ０〜１に対するsin(ψ(k))と比a(k)/b(k)(すなわち、cot(ψ(k)))との関係と全 く同じとなることが分かる。すなわち、同じ計算手順で、さらに好ましくは、一 つのルップアップテーブルを用いて比b(k)/a(k)からcos(ψ(k))の値を、比a(k)/ b(k)からsin(ψ(k))の値を決定することができる。 さらに、cos(ψ(k))の符号はa(k)の符号と同じであり、sin(ψ(k))の符号はb (k)の符号と同じであることが分かる。 上記のことから、本発明による方法は、図２に示すフローチャートに示す手順 で示され、複素信号リミタの出力を決定する。上述のように、これらのステップ は複素信号リミタを実現するＤＳＰによって構成できる。 図２において、ＤＳＰは、判定ブロック１３で複素信号サンプルx(k)の実数部 a(k)の絶対値が虚数部b(k)の絶対値より大きいか否かを判定する。判定の結果が 大きい場合はブロック１４で比b(k)/a(k)(tan(ψ(k))を計算し、大きくない場合 は、ブロック１５で比a(k)/b(k)(cot(ψ(k))を計算する。これは、ＤＳＰにおけ る従来の除算処理に対応し、ＤＳＰ中では、上記比の要素である分母と分子が入 れ換えられ、０〜１の範囲で除算結果が得られる。 次に、ＤＳＰはブロック１６またはブロック１７に示すように、ルップアップ テーブルをを参照し、計算を実行する。すなわち、比b(k)/a(k)が１より小さい 場合、ルックアップテーブルを参照し比b(k)/a(k)の値を用いてcos(ψ(k))の絶 対値を求め、比a(k)/b(k)が１より小さい場合、ルックアップテーブルを参照し 比a(k)/b(k)の値を用いてsin(ψ(k))の絶対値を求める。上述したように、ブロ ック１６，１７で示される複数のルックアップテーブルの参照は同一の処理とな る。ルックアップテーブルの入力比は０から１の範囲にあり、その出力は１から １／√２の範囲に低減される。 比ａ(k)/ｂ(k)が１より大きい前者の場合、ＤＳＰはブロック１８のようにcos (ψ(k))の符号をa(k)の符号と同じにし、その結果、cos(ψ(k))＝sgn(a(k))|cos (ψ(k))｜となる。比a(k)/b(k)が１より小さい後者の場合、ＤＳＰはブロック１ ９のようにcos(ψ(k))の符号をb(k)の符号と同じにし、その結果、sin(ψ(k))＝ sgn(b(k))｜sin(ψ(k))｜となる。最後に、前者の場合、ＤＳＰは、式（１）の 計算を実行し、計算されたtan(ψ(k))、cos(ψ(k))の値から、複素信号リミタの 出力サンプルのｘ_lim(k)を計算する。後者の場合式（２）の計算を実 行し、計算されたcot(ψ(k))、sin(ψ(k))の値から複素信号リミタの出力サンプ ルのｘ_lim(k)を計算する。前者の場合、比ｒ(=b(k)/a(k))が１以下であり、また 、後者の場合、比ｒ（=a(k)/b(k)）が１以下であり、またｐの値が１/√（１＋r² ）であり、式（３）および（４）に対応しているならば、式（１）および式（ ２）は三角関数を用いることなく以下の式（１ａ）および（２ａ）のように書き 換えることができる。 |a(k)>b(k)|のとき、x_lim(k)=sgn(a(k))×p×(1+jr) （１ａ） |a(k)<b(k)|のとき、x_lim(k)=sgn(b(k))×p×(1+j) （２ａ） 上述のように、本発明を適用することにより、ＤＳＰにより複素信号リミタ１ ２の機能を最小の処理規模およびメモリ規模で実現できる。 なお、本明細書で開示された特定の実施の形態は、請求の範囲に記載された発 明の範囲を逸脱することなく、数値の変更、変形、他への適用が可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ワング・ルイ カナダ国，ケイ２シー ３エル６，オンタ リオ，オタワ，ダイネス ロード 1204− 900

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 複素信号サンプルｘ(k)=a(k)+jb(k)を振幅制限し振幅制限された信号サン プルｘ_lim(k)を生成する方法において： プログラムされたディジタルプロセッサを備え、このディジタルプロセッサは ； 第１の場合はr＝b(k)/a(k)＜１であり、第２の場合はr＝a(k)/b(k)＜１で ある比ｒを決定し、 １/√(１＋r²)の値を有する変数ｐを計算し、 前記第１の場合はsgn(a(k))×p×(l+jr)の値を振幅制限された出力信号サ ンプルとして出力し、第2の場合はsgn(b(k))×p×(r+j)の値を振幅制限された出 力信号サンプルとして出力することを特徴とする複素信号振幅制限方法。 ２．請求項１記載の複素信号振幅制限方法において： 変数ｐは、比ｒに従ってルックアップテーブルを用いて求めることを特徴とす る複素信号振幅制限方法。 ３． 周波数変調信号中の同一チャネル干渉を低減する方法において： ＦＭ信号をサンプリングし、複素数a(k)+jb(k)（ここで、a，bは実数、kは各 サンプルを表す整数）で表される信号サンプルを生成し、 サンプルを振幅制限し、振幅制限された出力信号サンプルを生成し、この振幅 制限のステップは： 第１の場合はr＝b(k)/a(k)＜１であり、第２の場合はr＝a(k)/b(k)＜１で ある比ｒを決定し、 １/√(１＋r²)の値を有する変数ｐを計算し、 前記第１の場合はsgn(a(k))×p×(l+jr)の値を振幅制限された出力信号サ ンプルとして出力し、第2の場合はsgn(b(k))×p×(r+j)の値を振幅制限された出 力信号サンプルとして出力することを特徴とする複素信号振幅制限方法。。 ４． 請求項３記載の複素信号振幅制限方法において： 変数ｐは、比ｒに従ってルックアップテーブルを用いて求めることを特徴とす る複素信号振幅制限方法。 ５． 複素入力信号サンプルｘ(k)=a(k)+jb(k)に応じて振幅制限された信号サン プルｘ_lim(k)を生成する複素信号サンプルリミタにおいて： この複素信号サンプルリミタは、プログラムされたディジタルプロセッサを有 し、このディジタルプロセッサは； 第１の場合はr＝b(k)/a(k)＜１であり、第２の場合はr＝a(k)/b(k)＜１で ある比ｒを決定し、 １/√(１＋r²)の値を有する変数ｐを計算し、 前記第１の場合はsgn(a(k))×p×(1+jr)の値を振幅制限された出力信号サ ンプルとして出力し、第2の場合はsgn(b(k))×p×(r+j)の値を振幅制限された出 力信号サンプルとして出力することを特徴とする複素信号サンプルリミタ。 ６． 請求項５記載の複素信号リミタにおいて： デジタル信号プロセッサはプログラムされ、変数ｐの値を比ｒに従ってルック アップテーブルを用いて求めることを特徴とする複素信号リミタ。 ７． 周波数変調信号中の同一チャネル干渉を低減する装置において： 周波数変調波をサンプリングし、複素数a(k)+jb(k)(a(k),b(k)は共に実数、k は各サンプルを示す整数)によって表わされる信号サンプルを生成するサンプラ と、 各サンプルを振幅制限し、振幅制限された出力信号サンプルを生成するリミタ とを備え、このリミタはディジタル信号プロセッサを含み、このプロセッサは； 第１の場合はr＝b(k)/a(k)＜１であり、第２の場合はr＝a(k)/b(k)＜１で ある比ｒを決定し、 １/√(１＋r²)の値を有する変数ｐを計算し、 前記第１の場合はsgn(a(k))×p×(l+jr)の値を振幅制限された出力信号サ ンプルとして出力し、第2の場合はsgn(b(k))×p×(r+j)の値を振幅制限された出 力信号サンプルとして出力することを特徴とする同一チャネル干渉低減装置。 ８． 請求項７記載の同一チャネル干渉低減装置において： デジタル信号プロセッサはプログラムされ、変数ｐの値を比ｒに従ってルック アップテーブルを用いて求めることを特徴とする同一チャネル干渉低減装置。