(57)【要約】【課題】干渉波の抑圧処理はアナログで行いつつ、荷重計算はディジタルで行い、なおかつ、それに付随する抑圧処理系と荷重計算系の回路のインバランスの課題を解決する送受信方法を得る。【解決手段】アナログ適応フィルタ１０の荷重は、受信信号側スイッチ７をオフ、送信信号側スイッチ８をオンにして、受信信号１０８，１０９を取得し、受信信号１０８，１０９の相関ベクトルに、受信信号１０９の共分散行列の逆行列を乗算することによりチャネルバランス行列を計算し、受信信号側スイッチ７をオン、送信信号側スイッチ８をオフにして、受信信号１０８，１０９を取得し、受信信号１０９にチャネルバランス行列を乗算した信号と受信信号１０８との相関ベクトルに、受信信号１０９にチャネルバランス行列を乗算した信号の共分散行列の逆行列を乗算したものにより計算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信と受信を同時に行う送受信機に装着し、送信アンテナから受信アンテナに回り込む干渉信号を抑圧するエコーキャンセラ方法であって、
第１の受信機は、
上記受信アンテナより第１のスイッチを介して入力した信号から、レプリカ信号を減算した信号をＡ／Ｄ変換して第１の信号とし、
第２の受信機は、
送信機より分配して得られた信号をＡ／Ｄ変換して第２の信号とし、
上記レプリカ信号は、
上記送信機より分配して得られた信号を第２のスイッチを介してアナログ適応フィルタに入力して上記干渉信号と同等の伝播特性を与えて生成し、
上記アナログ適応フィルタの荷重は、
上記第１のスイッチをオフ、上記第２のスイッチをオンにして、第１の信号と第２の信号を取得し、該第１の信号と該第２の信号との相関ベクトルに、該第２の信号の共分散行列の逆行列を乗算することによりチャネルバランス行列を計算し、
上記第１のスイッチをオン、上記第２のスイッチをオフにして、第１の信号と第２の信号を取得し、該第２の信号に上記チャネルバランス行列を乗算した信号と該第１の信号との相関ベクトルに、該第２の信号にチャネルバランス行列を乗算した信号の共分散行列の逆行列を乗算したものにより計算することを特徴とする送受信方法。
【請求項２】
上記アナログ適応フィルタの荷重を初期値として、
上記第１のスイッチをオン、上記第２のスイッチをオンにして、第１の信号と第２の信号を取得し、
ＬＭＳアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズム、およびそれらに類する適応アルゴリズムを用いて動的に適応フィルタ荷重を更新することを特徴とする請求項１記載の送受信方法。
【請求項３】
上記受信アンテナがアレーアンテナであり、
各素子アンテナの受信信号に対してエコーキャンセラ処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の送受信方法。
【請求項４】
送信と受信を同時に行う送受信機に装着し、送信アンテナから受信アンテナに回り込む干渉信号を抑圧するエコーキャンセラ装置であって、
上記受信アンテナより第１のスイッチを介して入力した信号からレプリカ信号を減算した信号を、Ａ／Ｄ変換して第１の信号とする第１の受信機と、
送信機より分配して得られた信号を、Ａ／Ｄ変換して第２の信号とする第２の受信機と、
上記送信機より分配して得られた信号を第２のスイッチを介して入力し、上記干渉信号と同等の伝播特性を与えて上記レプリカ信号を生成するアナログ適応フィルタと、
上記第１のスイッチをオフ、上記第２のスイッチをオンにして、第１の信号と第２の信号を取得し、該第１の信号と該第２の信号との相関ベクトルに、該第２の信号の共分散行列の逆行列を乗算することによりチャネルバランス行列を計算し、
上記第１のスイッチをオン、上記第２のスイッチをオフにして、第１の信号と第２の信号を取得し、該第２の信号に上記チャネルバランス行列を乗算した信号と該第１の信号との相関ベクトルに、該第２の信号にチャネルバランス行列を乗算した信号の共分散行列の逆行列を乗算したものにより上記アナログ適応フィルタの荷重を計算する荷重計算手段とを備えたことを特徴とする送受信装置。
【請求項５】
上記荷重計算手段は、
上記アナログ適応フィルタの荷重を初期値として、
上記第１のスイッチをオン、上記第２のスイッチをオンにして、第１の信号と第２の信号を取得し、
ＬＭＳアルゴリズム、ＲＬＳアルゴリズム、およびそれらに類する適応アルゴリズムを用いて動的に適応フィルタ荷重を更新することを特徴とする請求項４記載の送受信装置。
【請求項６】
上記受信アンテナがアレーアンテナであり、
各素子アンテナの受信信号に対してエコーキャンセラ処理を行うことを特徴とする請求項４または請求項５記載の送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送受信機において、送信アンテナから受信アンテナに回り込む電波の抑圧に用いるエコーキャンセラ装置に適用される送受信方法および送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波用のエコーキャンセラとして、例えば、下記特許文献１のような方法がある。
この方法は、送信アンテナに入力する前の送信信号を分配器で取り出してＡ／Ｄ変換した後、適応フィルタで干渉波のレプリカを作成して、受信信号から減算するというものである。
これにより、送信アンテナから受信アンテナに回り込む干渉波を抑圧することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２５６７０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】適応フィルタ理論、Simon Haykin著、科学技術出版、２００１年１月１０日初版発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されように、エコーキャンセラは、適応フィルタやレプリカ信号を減算する減算器がディジタル信号処理として実装され、抑圧可能な干渉波の信号電力は、参照信号を取得するための送信側と、受信信号を取得するための受信側に挿入される受信機やＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジで制限されてしまうという課題がある。
また、アナログ回路で実装したエコーキャンセラであれば、Ａ／Ｄ変換器によるダイナミックレンジの制限は無いが、一般に、アナログ回路による適応フィルタは、荷重計算精度が悪く、性能が不安定であり、抑圧性能が悪いという課題がある。
【０００６】
本発明は、このようなディジタル処理とアナログ処理の双方の欠点を補うためになされたもので、干渉波の抑圧処理はアナログで行いつつ、荷重計算はディジタルで行い、なおかつ、それに付随する抑圧処理系と荷重計算系の回路のインバランスの課題を解決する送受信方法および送受信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の送受信方法は、送信と受信を同時に行う送受信機に装着し、送信アンテナから受信アンテナに回り込む干渉信号を抑圧するエコーキャンセラ方法であって、第１の受信機は、受信アンテナより第１のスイッチを介して入力した信号から、レプリカ信号を減算した信号をＡ／Ｄ変換して第１の信号とし、第２の受信機は、送信機より分配して得られた信号をＡ／Ｄ変換して第２の信号とし、レプリカ信号は、送信機より分配して得られた信号を第２のスイッチを介してアナログ適応フィルタに入力して干渉信号と同等の伝播特性を与えて生成し、アナログ適応フィルタの荷重は、第１のスイッチをオフ、第２のスイッチをオンにして、第１の信号と第２の信号を取得し、第１の信号と第２の信号との相関ベクトルに、第２の信号の共分散行列の逆行列を乗算することによりチャネルバランス行列を計算し、第１のスイッチをオン、第２のスイッチをオフにして、第１の信号と第２の信号を取得し、第２の信号にチャネルバランス行列を乗算した信号と第１の信号との相関ベクトルに、第２の信号にチャネルバランス行列を乗算した信号の共分散行列の逆行列を乗算したものにより計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、干渉波の抑圧処理をアナログ処理で行うので、受信機内部の周波数変換器やＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを越えるような大電力の干渉波を抑圧することができる。
また、荷重計算はディジタル処理で行い、さらに、第１の受信機と第２の受信機との間のチャネルバランスを計算し、荷重計算に用いるため、高い精度でアナログ適応フィルタの荷重を求めることができ、安定して高い抑圧性能を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による送受信装置を示すブロック図である。
【図２】アナログ適応フィルタの詳細を示すブロック図である。
【図３】荷重計算手段の詳細を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１による荷重計算手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２による荷重計算手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による送受信装置を示すブロック図である。
図において、送信系は、送信機１、分配器２、および送信アンテナ３からなる。
受信系は、受信アレーアンテナ４、その素子アンテナ５、利得可変低雑音増幅器６、受信信号側スイッチ７、送信信号側スイッチ８、干渉信号抑圧回路９、抑圧処理用受信機１２、荷重計算用受信機１５、ローカル発振器１８、荷重計算手段１９、およびＤＢＦ（ディジタルビームフォーミング）処理手段２０からなる。
また、干渉信号抑圧回路９は、アナログ適応フィルタ１０、および減算器１１からなる。
抑圧処理用受信機１２は、周波数変換器１３、およびＡ／Ｄ変換器１４からなる。
荷重計算用受信機１５は、周波数変換器１６、およびＡ／Ｄ変換器１７からなる。
なお、受信系は、受信アレーアンテナ４の素子アンテナ数をＭとすると、Ｍ系統設けられる。
【００１１】
次に動作について説明する。
送信機１は送信信号１０１を生成し、この送信信号１０１は、分配器２を介して送信アンテナ３に給電され、空間に放射される。
放射された信号は、受信アレーアンテナ４に回り込み、干渉信号１０２となり、受信アレーアンテナ４の各素子アンテナ５で目標信号１０３とともに受信する。
この受信信号１０４（干渉信号１０２＋目標信号１０３）は、利得可変低雑音増幅器６と受信信号側スイッチ７を介して干渉信号抑圧回路９に入力される。
【００１２】
一方、分配器２で分配された送信信号１０１は、送信信号側スイッチ８を介して干渉信号抑圧回路９にも入力される。
干渉信号抑圧回路９の内部では、送信信号１０１に対してアナログ適応フィルタ１０で干渉信号１０２と同等の伝播特性を与えて、レプリカ信号１０５とし、減算器１１で受信信号１０４から減算される。
【００１３】
このようにして得られた干渉信号抑圧後の受信信号１０６を、抑圧処理用受信機１２に入力し、ローカル発振器１８から発生されたローカル信号１０７を用いて、周波数変換器１３で周波数変換後、Ａ／Ｄ変換器１４でディジタル化された受信信号１０８となる。
受信アレーアンテナ４の各素子アンテナ５に対して同様の処理を行い、各素子アンテナ５ごとのディジタル化された受信信号１０８を得て、これらの信号をＤＢＦ（ディジタルビームフォーミング）処理手段２０に入力して、目標信号１０３の方向に対してビームを形成し、最終的に干渉信号１０２が抑圧された目標信号を出力する。
【００１４】
図２はアナログ適応フィルタの詳細を示すブロック図である。
図において、アナログ適応フィルタ１０は、遅延線２１、可変利得増幅器２２、移相器２３、および加算器２４からなる。
遅延線２１の遅延時間は、抑圧処理用受信機１２のＡ／Ｄ変換器１４と、荷重計算用受信機１５のＡ／Ｄ変換器１７のサンプリング周期と一致させるのが望ましいが、これに限るものではない。
また、可変利得増幅器２２の設定利得は、後で説明する方法で計算した適応フィルタ荷重１１０の絶対値とする。
さらに、移相器２３の設定位相は、適応フィルタ荷重１１０の位相角とする。
【００１５】
なお、アナログ適応フィルタ１０の構成は、ここでは利得可変増幅器２２と移相器２３を用いて説明したが、同じ目的を達成する方法として、可変減衰器や位相変調器を用いる方法も知られており、上記説明の構成に限るものではない。
【００１６】
この先の説明のため、各素子アンテナ５のアナログ適応フィルタ１０の適応フィルタ荷重１１０を、次式（１）のように縦ベクトルで表すこととする。
2014236324.tif 000003
上式（１）において、上付きのＴは、行列やベクトルの転置を表す。
また、ｍは受信アレーアンテナ４の素子アンテナ番号、Ｍは受信アレーアンテナ４の素子アンテナ数、Ｎはアナログ適応フィルタ１０の荷重数である。
なお、信号が狭帯域の場合、Ｎ＝１とすることもでき、その場合、アナログ適応フィルタ１０は、可変利得増幅器２２と移相器２３のみからなる簡素な構成とすることもできる。
【００１７】
本実施の形態１の最大の特徴は、次に述べる適応フィルタ荷重１１０を計算するためのハードウェア構成および荷重計算手順にある。
荷重計算をディジタル処理で行うため、本実施の形態１によるエコーキャンセラ装置は、荷重計算用の送信信号を取得するための荷重計算用受信機１５を持つ。
この荷重計算用受信機１５は、周波数変換器１６とＡ／Ｄ変換器１７で構成され、分配器２から供給される送信信号１０１を、抑圧処理用受信機１２と同じローカル信号１０７を用いて周波数変換し、Ａ／Ｄ変換器１７でディジタル信号に変換する。
このディジタル化された信号は、受信信号１０９として各素子アンテナ５ごとに設けられた荷重計算手段１９に供給される。
【００１８】
図３は荷重計算手段の詳細を示すブロック図である。
図において、荷重計算手段１９は、記憶手段３１ａ，３１ｂ、およびＣＰＵ３２からなる。
荷重計算手段１９では、記憶手段３１ａを用いて荷重計算用受信機１５からの受信信号１０９を記憶するとともに、記憶手段３１ｂを用いて抑圧処理系受信機１２からの受信信号１０８をそれぞれ記憶し、ＣＰＵ３２で適応フィルタ荷重１１０を計算する。
【００１９】
１）次に、荷重計算手順について、図４のフローチャートを用いて説明する。
受信信号側スイッチ７をオフ、送信信号側スイッチ８をオンにして、チャネルバランス計算用の信号を取得する（ステップＳＴ２０１）。
次式（２）のように、各素子アンテナ５のアナログ適応フィルタ１０の荷重を順次変えながら、荷重計算用受信機１５と抑圧処理用受信機１２での信号取得をＮ回繰り返す。
2014236324.tif 000004
【００２０】
荷重計算用受信機１５からの受信信号１０９は、記憶手段３１ａに蓄えられ、抑圧処理用受信機１２からの受信信号１０８は、記憶手段３１ｂに蓄えられる。
ここで、それぞれの受信機の受信信号１０８，１０９を、次式（３），（４）のように表す。
2014236324.tif 000005
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上式（３），（４）において、ｋは時間のインデックス、Ｋは取得した受信信号サンプル数である。
なお、この時の送信信号１０１は、このエコーキャンセラを用いる通信機器等に用いる信号と同等のスペクトラムを持った信号とする。
【００２１】
２）次に、チャネルバランス行列を計算する（ステップＳＴ２０２）。
次式（５）のように、荷重計算用受信機１５の受信信号１０９を並べて縦ベクトルを生成する。
2014236324.tif 000007
上式（５）において、Ｌはチャネルバランスの要素数である。
要素数は、アナログ適応フィルタ１０の荷重数Ｎより大きな値を選ぶ。
値を大きくするほど、チャネルバランスを補正する性能が高くなるが、計算量を勘案するとＮより２，３個多い程度でよい。
【００２２】
次に、次式（６）に従ってチャネルバランスベクトルを計算する。
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上式（６）において、上付きのＨは行列やベクトルの複素共役転置を表す。
また、ｂｍ，ｎは長さＬの縦ベクトルになることに注意する。
【００２３】
次に、チャネルバランスベクトルを並べ、次式（７）のように、チャネルバランス行列を得る。
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【００２４】
３）次に、受信信号側スイッチ７をオン、送信信号側スイッチ８をオフにし、利得可変低雑音増幅器６の利得を下げて適応フィルタ荷重計算用信号を取得する（ステップＳＴ２０３）。
荷重計算用受信機１５で取得する受信信号１０９と抑圧処理用受信機１２で取得する受信信号１０８を次式（８），（９）のように表す。
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【００２５】
利得可変低雑音増幅器６の利得を下げる理由は、Ａ／Ｄ変換器１７を含む荷重計算用受信機１５の飽和、およびＡ／Ｄ変換器１４を含む抑圧処理用受信機１２の飽和を防ぐのが目的であるため、利得低下量はその目的を達成できる程度でよい。
また、この時の送信信号１０１は、チャネルバランス計算用信号取得時と同様に、このエコーキャンセラを用いる通信機器等に用いる信号と同等のスペクトラムを持った信号とする。
【００２６】
４）次に、適応フィルタ荷重１０９を計算する（ステップＳＴ２０４）。
次式（１０）のように、荷重計算用受信機１５の受信信号１０９を並べて、縦ベクトルを生成する。
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【００２７】
次に、次式（１１）に従って、適応フィルタ荷重１１０を計算する。
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上式（１１）において、ＧはステップＳＴ２０３における利得可変低雑音増幅器６の利得低下量である。
【００２８】
５）最後に、受信信号側スイッチ７をオン、送信信号側スイッチ８をオンにして、通信機器等に干渉信号１０２が抑圧された受信信号１０８を供するエコーキャンセラ動作を行う（ステップＳＴ２０５）。
抑圧処理用受信機１２から実時間で出力される受信信号１０８は理想的には次式（１２）となり、干渉信号１０２が抑圧され、目標信号が得られる。
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上式（１２）において、ｘ（ｋ）は荷重計算用受信機１５から実時間で出力される受信信号１０９であり、ｙｍ（ｋ）は抑圧処理を行わないと仮定した場合の、抑圧処理用受信機１５から実時間で出力される受信信号１０９である。
【００２９】
本実施の形態１によると、干渉波１０２の抑圧処理はアナログ処理で行うので、荷重計算用受信機１５内部の周波数変換器１６やＡ／Ｄ変換器１７、および抑圧処理用受信機１２内部の周波数変換器１３やＡ／Ｄ変換器１４のダイナミックレンジを越えるような大電力の干渉波を抑圧することができる。
また、荷重計算はディジタル処理で行い、さらに、荷重計算用受信機１５と抑圧処理用受信機１２との間のチャネルバランスを計算し、荷重計算に用いるため、高い精度でアナログ適応フィルタ１０の適応フィルタ荷重１１０を求めることができ、安定して高い抑圧性能を得ることができる。
【００３０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、静的に適応フィルタ荷重１１０を決定し、固定荷重でエコーキャンセラ動作を行う方法を述べたが、本実施の形態２は、適応フィルタ荷重１１０を動的に制御する点が異なる。
一般に、エコーキャンセラでは、送信アンテナから受信アンテナに回り込む経路の伝播特性が時間的に変化する場合、伝播特性の変化に応じて荷重を変化させる必要がある。
本実施の形態２は、このような課題に対して対処するための方法である。
本実施の形態２のハードウェア構成については、上記実施の形態１と同じハードウェア構成であるため、説明を省略する。
【００３１】
次に動作について説明する。
荷重計算手順について図５を用いて説明する。
本実施の形態２では、上記実施の形態１で求めた適応フィルタ荷重１１０を初期値として用いる。
従って、ステップＳＴ２０１からステップＳＴ２０４までは、上記実施形態１と同様である。
【００３２】
５´）受信信号側スイッチ７と送信信号側スイッチ８を共にオンにして、ステップＳＴ２０１で落とした利得可変低雑音増幅器６の利得低下量を元に戻すとともに、アナログ適応フィルタ１０に適応フィルタ荷重１１０をセットする（ステップＳＴ３０５）。
【００３３】
６）次に、エコーキャンセラとしての出力信号である抑圧処理用受信機１２からの受信信号１０８と、荷重計算用受信機１５からの受信信号１０９を用いて適応フィルタ荷重１１０を更新する（ステップＳＴ３０６）。
この時の荷重更新アルゴリズムは、一般的に知られているＬＭＳ（Least Mean Square）、正規化ＬＭＳ、ＲＬＳ（Recursive Least Square）などを用いることができる。
これらのアルゴリズムに関しては、上記非特許文献１に詳しく書かれている（ＬＭＳ：４１４頁、ＲＬＳ：６３０頁）。
【００３４】
例えば、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを用いる場合、荷重更新式は次式（１３）となる。
2014236324.tif 000015
上式（１３）において、μはステップサイズパラメータであり、eｍ（ｋ）はｍ番目の素子アンテナ５の抑圧処理用受信機１２からの受信信号１０８である。
また、ｘ（ｋ）は荷重計算用受信機１３からの受信信号１０９を次式（１４）に示すように縦に並べたベクトルである。
2014236324.tif 000016
【００３５】
また、正規化ＬＭＳアルゴリズムを用いる場合は、次式（１５）の荷重更新式を用いる。
2014236324.tif 000017
【００３６】
さらに、ＲＬＳアルゴリズムを用いる場合は、次式（１６）〜（１８）の一連の荷重更新式を用いる。
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上式（１６）〜（１８）において、λは忘却係数である。
【００３７】
また、Ｐｍ（ｋ）の初期値としては、次式（１９）を用いる。
2014236324.tif 000021
上式（１９）において、IはＮ×Ｎ（Ｎはアナログ適応フィルタ１０の荷重数）の単位行列であり、δは小さな正定数である。
【００３８】
７）６）の荷重更新をエコーキャンセラ動作の終了まで繰り返す（ステップＳＴ３０７）。
【００３９】
本実施の形態２によると、エコーキャンセラ動作中も適応フィルタ荷重１１０を更新できるので、回り込み経路の伝播特性が時間変化する場合においても、伝播特性に追従し、高い抑圧性能が得られる。
【００４０】
なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  送信機、２  分配器、３  送信アンテナ、４  受信アレーアンテナ、５  素子アンテナ、６  利得可変低雑音増幅器、７  受信信号側スイッチ、８  送信信号側スイッチ、９  干渉信号抑圧回路、１０  アナログ適応フィルタ、１１  減算器、１２  抑圧処理用受信機、１３，１６  周波数変換器、１４，１７  Ａ／Ｄ変換器、１５  荷重計算用受信機、１８  ローカル発振器、１９  荷重計算手段、２０  ＤＢＦ処理手段、２１  遅延線、２２  可変利得増幅器、２３  移相器、２４  加算器、３１ａ，３１ｂ  記憶手段、３２  ＣＰＵ、１０１  送信信号、１０２  干渉信号、１０３  目標信号、１０４，１０６，１０８，１０９  受信信号、１０５  レプリカ信号、１０７  ローカル信号、１１０  適応フィルタ荷重。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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