JPWO2007010889A1 - 適応ディジタルフィルタ、fm受信機、信号処理方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
y(k)=WT(k)X(k) …(2)
W(k)=[w0(k),w1(k),…,wN-1(k)]T …(3)
X(k)=[x(k),x(k-1),…,x(k-N+1)]T …(4)
ここで、W(k)はフィルタ係数ベクトルを表し、X(k)は複素信号ベクトルを表し、kはサンプルインデックスを表し、Nはフィルタのタップ数を表す。また、y(k)は出力信号であり、yref0は包絡線目標値であり、μはフィルタ係数の更新量を決定するパラメータである。また、Hは複素共役転置を表し、Tは転置を表す。p, qは、包絡線目標値に対する誤差の評価関数を定める定数であり、例えばp=1, q=1とする。
yr(k)=WrT(k)Xr(k) …(6)
Env[yr(k)]=(yr2(k-1)+yr2(k))1/2 …(7)
Wr(k)=Re[W(k)] …(8)
Xr(k)=Re[X(k)] …(9)
ここで、Wr(k)は実係数ベクトルを表し、Xr(k)は実信号ベクトルを表し、Env[ ]は包絡線の近似値を得る操作を表し、Re[ ]は複素数の実部を取り出す操作を表し、yr(k)は実数出力信号を表す。
303 ステップサイズ発生回路
305 包絡線目標値発生回路
307 減算器
308 絶対値回路
309 実部抽出回路
310、311 乗算器
318 共通部
3190〜319N−1 個別部
3301〜330N−1 遅延器
3310〜331N−1、3410〜341N−1 乗算器
3330〜333N−1、3430〜343N−1 加算器
3340〜334N−1、3440〜344N−1 遅延器
3350〜335N−1 実部抽出回路
3360〜336N−1 乗算器
3371〜337N−1 加算器
338 加算器
349 分岐線
3391〜339N−1 遅延器
3400〜340N−1 複素共役器
本発明の実施の形態の適応ディジタルフィルタの構成を説明する。図3は本実施の形態の適応ディジタルフィルタの一構成例を示すブロック図である。
y(k)=WrT(k)X(k)+X(M-1) …(11)
ここで、Wr(k)は実係数ベクトルを表し、X(k)は複素信号ベクトルを表し、Re[ ]は複素数の実部を取り出す操作を表す。また、y(k)は複素出力信号であり、kはサンプルインデックスを表し、Nはフィルタのタップ数を表し、yref0は包絡線目標値であり、μはフィルタ係数の更新量を決定するパラメータであり、X(M-1)は分岐線349で取り出される信号である。p, qは、包絡線目標値に対する誤差の評価関数を定める定数であり、例えばp=1, q=1とする。
H(z)=1+a*z-10 …(12)
ただし、a=0.675
を想定し、等化フィルタG(z)の初期値としてG0(z)=z-25を用いて、マルチパス歪の除去をシミュレーションすることを考える。このマルチパス伝搬路においては、反射波は直接波より10サンプル遅れて到達するため、理想的には、H(z)を等化するフィルタG(z)は次のようになる。
=z-25*[1/(1+a*z-10)]
=z-25*[1-a*z-10+a2*z-20-a3*z-30+a4*z-40-....] …(13)
つまり、25番目のフィルタ係数(タップ係数)が1となり、35番目のフィルタ係数が-a、45番目のフィルタ係数が+a2、…と、10番目ごとに0でないフィルタ係数が現れ、他の全てのフィルタ係数は0となる。しかしながら、実際には理想通りにはならず、例えば図5に示されるようなシミュレーション結果が得られる。図5において、横軸はタップ位置、縦軸はフィルタ係数の値を示す。
X(M-1)*(1+Δh)=X(M-1)+X(M-1)*Δh …(14)
となる。他方、図3の構成において、センタータップの遅延器334M−1に保持されるフィルタ係数を1だけ減らしたΔhとすると、加算器336M−1の出力は、X(M-1)*Δhになる。しかし、分岐線349により加算器338に伝達される信号はX(M-1)であるため、合計すると式(14)と同じ値になる。つまり、本実施の形態によれば、センタータップの乗算器336M−1に与えるフィルタ係数をΔhにしても等価な動作が行われる。図5のシミュレーション結果に見られるようにセンタータップ以外のすべてのフィルタ係数の値は0.5以下なので、本実施の形態によれば、すべてのフィルタ係数として0.5以下の値を扱えればよいことになる。従って、遅延器3340〜334N−1、加算器3330〜333N−1および乗算器3360〜336N−1は、フィルタ係数として0.5以下を扱えればよい。その結果、すべてのフィルタ係数について0.5以上の値まで扱っていた従来の適応ディジタルフィルタに比べて、演算量およびハードウェア量の削減が可能になる。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態にかかる適応ディジタルフィルタについて図6のブロック図を用いて説明する。なお、図3に示した係数制御部の共通部318を図に示すことを省略している。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態にかかる適応ディジタルフィルタについて図7のブロック図を用いて説明する。
y(k)=WT(k)X(k)+X(M-1) …(16)
W(k)=[w0(k),w1(k),…,wN-1(k)]T …(17)
X(k)=[x(k),x(k-1),…,x(k-N+1)]T …(18)
yref(k)=Av[|x(k)|] …(19)
Av[|x(k)|]=(1−β)Av[|x(k−1)|]+β|x(k)| …(20)
ここで、W(k)はフィルタ係数ベクトルを表し、X(k)は複素信号ベクトルを表し、kはサンプルインデックスを表し、Nはフィルタのタップ数を表す。また、y(k)は出力信号であり、yrefは時変の包絡線目標値であり、μはフィルタ係数の更新量を決定するパラメータであり、X(M-1)は分岐線349で取り出される信号であり、Av[ ]は平均化を行う操作を表し、βは重み係数で、0<β<1を満たす正定数である。また、Hは複素共役転置を表し、Tは転置を表す。p,qは、包絡線目標値に対する誤差の評価関数を定める定数であり、例えばp=1,q=1とされる。
(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態にかかる適応ディジタルフィルタについて図8のブロック図を用いて説明する。なお、図7に示した係数制御部の共通部318を図に示すことを省略している。
(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態にかかる適応ディジタルフィルタについて図9のブロック図を用いて説明する。なお、図3に示した係数制御部の共通部318を図に示すことを省略している。
(第6の実施の形態)
本発明の第6の実施の形態にかかる適応ディジタルフィルタについて図10のブロック図を用いて説明する。なお、図7に示した係数制御部の共通部318を図に示すことを省略している。
(第7の実施の形態)
本発明の第7の実施の形態にかかる適応ディジタルフィルタについて図11のブロック図を用いて説明する。
Claims (25)
- フィルタ係数の期待値に基づいて少なくとも1つの乗算器と他の乗算器とにグループ分けされた複数の乗算器を含み、入力信号と前記フィルタ係数との畳み込み演算によって第1の信号を生成するフィルタ部と、
前記少なくとも1つの乗算器に入力される前記入力信号と前記第1の信号とを加算して第2の信号を出力する加算器と、
前記第2の信号から導出した指標値と目標信号との誤差に基づいて前記フィルタ係数を制御する係数制御部と、
を有する適応ディジタルフィルタ。 - 前記少なくとも1つの乗算器は前記フィルタ係数の前記期待値に対応して設定される初期値が他の乗算器よりも大きい請求項1記載の適応ディジタルフィルタ。
- 前記少なくとも1つの乗算器は前記フィルタ係数の前記期待値に対応して設定される初期値が他の乗算器よりも大きく、該乗算器が前記複数の乗算器に1つだけ含まれている請求項1記載の適応ディジタルフィルタ。
- 入力信号とフィルタ係数との畳み込み演算を行う複数の乗算器を含み、該複数の乗算器のうち少なくとも1つの乗算器の出力を所定の倍率で拡大し、前記畳み込み演算の結果を第1の信号として生成するフィルタ部と、
前記第1の信号から導出した指標値と目標信号との誤差に基づいて前記複数の乗算器で使用される前記フィルタ係数を制御し、出力が所定の倍率で拡大された前記乗算器で使用されるフィルタ係数の生成元となる前記誤差にかかる信号を前記所定の倍率分だけ縮小する係数制御部と、
を有する適応ディジタルフィルタ。 - フィルタ係数の期待値に基づいて該フィルタ係数が複数のグループに分類され、
前記グループ毎に拡大の場合の前記倍率または縮小の場合の前記倍率が設定された請求項4記載の適応ディジタルフィルタ。 - 前記入力信号は、1つの実信号から生成され、互いに位相が90度ずれた2つの信号の一方を実部に他方を虚部に持つ複素信号であり、
前記フィルタ係数は実信号である、請求項1から5のいずれか1項に記載の適応ディジタルフィルタ。 - 前記係数制御部は、
前記指標値と前記目標信号との誤差に応じた実信号を生成して出力する共通部と、
前記フィルタ部における畳み込み演算用の前記複数の乗算器毎に設けられ、対応する乗算器に入力される複素信号を実数化した信号と前記共通部から入力される前記実信号と現在の実フィルタ係数とに基づいて次サンプリング周期で使用する実フィルタ係数を算出する複数の個別部と、
を有する請求項6記載の適応ディジタルフィルタ。 - 前記係数制御部は、前記第1の信号の包絡線の値を前記指標値とする請求項1から5のいずれか1項に記載の適応ディジタルフィルタ。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載された適応ディジタルフィルタと、
中間周波数に変換されディジタル化されたFM変調信号をヒルベルト変換して生成した複素信号を前記適応ディジタルフィルタに入力するヒルベルト変換器と、
を有するFM受信機。 - 複数の乗算器を含むフィルタ部および該複数の乗算器のフィルタ係数を制御する係数制御部を有する適応ディジタルフィルタの信号処理方法であって、
フィルタ係数の期待値に基づいて前記複数の乗算器が少なくとも1つの乗算器と他の乗算器とにグループ分けされ、前記少なくとも1つの乗算器に入力される信号を前記フィルタ部の出力である第1の信号に加算する加算器を設け、
前記フィルタ部が入力信号と前記フィルタ係数との畳み込み演算によって前記第1の信号を生成し、
前記加算器が前記少なくとも1つの乗算器に入力される前記入力信号と前記第1の信号とを加算して第2の信号を出力し、
前記係数制御部が前記第2の信号から導出した指標値と目標信号との誤差に基づいて前記フィルタ係数を制御する、信号処理方法。 - 前記少なくとも1つの乗算器は前記フィルタ係数の前記期待値に対応して設定される初期値が他の乗算器よりも大きい請求項10記載の信号処理方法。
- 前記少なくとも1つの乗算器は前記フィルタ係数の前記期待値に対応して設定される初期値が他の乗算器よりも大きく、該乗算器が前記複数の乗算器に1つだけ含まれている請求項10記載の信号処理方法。
- 複数の乗算器を含むフィルタ部および該複数の乗算器のフィルタ係数を制御する係数制御部を有する適応ディジタルフィルタの信号処理方法であって、
前記フィルタ部が入力信号とフィルタ係数との畳み込み演算を行い、前記複数の乗算器のうち少なくとも1つの乗算器の出力を所定の倍率で拡大し、前記畳み込み演算の結果を第1の信号として生成し、
前記係数制御部が前記第1の信号から導出した指標値と目標信号との誤差に基づいて前記複数の乗算器で使用される前記フィルタ係数を制御し、出力が所定の倍率で拡大された前記乗算器で使用されるフィルタ係数の生成元となる前記誤差にかかる信号を前記所定の倍率分だけ縮小する、信号処理方法。 - フィルタ係数の期待値に基づいて該フィルタ係数を複数のグループに分類し、
前記グループ毎に拡大の場合の前記倍率または縮小の場合の前記倍率を設定する、請求項13記載の信号処理方法。 - 前記入力信号は、1つの実信号から生成され、互いに位相が90度ずれた2つの信号の一方を実部に他方を虚部に持つ複素信号であり、
前記フィルタ係数は実信号である、請求項10から14のいずれか1項に記載の信号処理方法。 - 前記係数制御部が、前記指標値と前記目標信号との誤差に応じた実信号を生成し、
前記係数制御部が、前記複数の乗算器毎に、対応する乗算器に入力される複素信号を実数化した信号と前記共通部から入力される前記実信号と現在の実フィルタ係数とに基づいて次サンプリング周期で使用する実フィルタ係数を算出する、請求項15記載の信号処理方法。 - 前記係数制御部が前記第1の信号の包絡線の値を前記指標値とする請求項10から14のいずれか1項に記載の信号処理方法。
- 複数の乗算器を含むフィルタ部および該複数の乗算器のフィルタ係数を制御する係数制御部を有する適応ディジタルフィルタの動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
フィルタ係数の期待値に基づいて前記複数の乗算器が少なくとも1つの乗算器と他の乗算器とにグループ分けされ、前記少なくとも1つの乗算器に入力される信号を前記フィルタ部の出力である第1の信号に加算する加算器を設け、
前記フィルタ部が入力信号と前記フィルタ係数との畳み込み演算によって前記第1の信号を生成し、
前記加算器が前記少なくとも1つの乗算器に入力される前記入力信号と前記第1の信号とを加算して第2の信号を出力し、
前記係数制御部が前記第2の信号から導出した指標値と目標信号との誤差に基づいて前記フィルタ係数を制御する処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。 - 前記少なくとも1つの乗算器は前記フィルタ係数の前記期待値に対応して設定される初期値が他の乗算器よりも大きい請求項18記載のプログラム。
- 前記少なくとも1つの乗算器は前記フィルタ係数の前記期待値に対応して設定される初期値が他の乗算器よりも大きく、該乗算器が前記複数の乗算器に1つだけ含まれている請求項18記載のプログラム。
- 複数の乗算器を含むフィルタ部および該複数の乗算器のフィルタ係数を制御する係数制御部を有する適応ディジタルフィルタの動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記フィルタ部が入力信号とフィルタ係数との畳み込み演算を行い、前記複数の乗算器のうち少なくとも1つの乗算器の出力を所定の倍率で拡大し、前記畳み込み演算の結果を第1の信号として生成し、
前記係数制御部が前記第1の信号から導出した指標値と目標信号との誤差に基づいて前記複数の乗算器で使用される前記フィルタ係数を制御し、出力が所定の倍率で拡大された前記乗算器で使用されるフィルタ係数の生成元となる前記誤差にかかる信号を前記所定の倍率分だけ縮小する処理を前記コンピュータに実行させるためのプログラム。 - フィルタ係数の期待値に基づいて該フィルタ係数を複数のグループに分類し、
前記グループ毎に拡大の場合の前記倍率または縮小の場合の前記倍率を設定する処理をさらに有する請求項21記載のプログラム。 - 前記入力信号は、1つの実信号から生成され、互いに位相が90度ずれた2つの信号の一方を実部に他方を虚部に持つ複素信号であり、
前記フィルタ係数は実信号である、請求項18から22のいずれか1項に記載のプログラム。 - 前記係数制御部が、前記指標値と前記目標信号との誤差に応じた実信号を生成し、
前記係数制御部が、前記複数の乗算器毎に、対応する乗算器に入力される複素信号を実数化した信号と前記共通部から入力される前記実信号と現在の実フィルタ係数とに基づいて次サンプリング周期で使用する実フィルタ係数を算出する、請求項23記載のプログラム。 - 前記係数制御部が前記第1の信号の包絡線の値を前記指標値とする請求項18から22のいずれか1項に記載のプログラム。
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