(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号の伝送における遅延波をキャンセルするための遅延波キャンセラであって：
受信系統からの入力信号が供給される被減算端子及び遅延波キャンセル用のキャンセル信号が供給される減算端子を有している減算器と；
該減算器からの出力信号が供給され、該出力信号にフィルタ係数の特性を畳み込むことにより前記キャンセル信号を生成する適応フィルタと；
前記減算器の出力信号を受信し、該出力信号に含まれる遅延波のキャンセル残差成分を検出して、該キャンセル残差成分によってフィルタ係数を算出するキャンセル残差算出部と；
該キャンセル残差算出部からの出力に基づいて得られる更新分のフィルタ係数と、前記適応フィルタに供給されている前回更新した際のフィルタ係数とから前記適応フィルタに供給する新たなフィルタ係数を算出するフィルタ係数更新部と；
を具えている遅延波キャンセラにおいて、
前記フィルタ係数更新部が、前記適応フィルタに実質的に出力するフィルタ係数に対して前記キャンセル残差算出部で観測している信号の周波数帯域以外の周波数振幅特性を減衰させるべくフィルタ処理を行う係数フィルタ回路を具えていることを特徴とする遅延波キャンセラ。
【請求項２】
前記フィルタ係数更新部が：
前記キャンセル残差算出部から出力されたフィルタ係数の持つ周波数特性の帯域を非線形処理によって拡張する周波数帯域拡張回路と；
前記適応フィルタに供給するフィルタ係数が分岐されて供給され、該フィルタ係数を係数更新１回分だけ遅延させる遅延回路と；
前記周波数帯域拡張回路から出力された更新分のフィルタ係数と前記遅延回路の出力である前回にフィルタ係数を更新した際のフィルタ係数とから新たにフィルタ係数を算出して、実質的に前記適応フィルタに出力する係数更新回路と；
を具えていることを特徴とする請求項１に記載の遅延波キャンセラ。
【請求項３】
前記フィルタ係数更新部は、前記フィルタ係数に含まれるノイズ成分除去用のフィルタ係数ゲート回路を具えていることを特徴とする請求項１または２に記載の遅延波キャンセラ。
【請求項４】
前記フィルタ係数更新部は、前記係数フィルタ回路をタップ数が５以下で奇数の対称フィルタとなるトランスバーサルフィルタとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の遅延波キャンセラ。
【請求項５】
前記係数フィルタ回路を、1タップで利得が1未満の係数を与え、フィルタ係数の持つ周波数振幅特性を全帯域に亘って均等に減衰させ、前記キャンセル残差算出部で観測している信号帯域内の特性に対しては、前記キャンセル残差算出部で生成されるフィルタ係数を前記係数更新回路で加算して補填することにより、フィルタ係数に対し前記キャンセル残差算出部で観測している信号帯域外の特性を減衰きせるように構成したことを特徴とする請求項４に記載の遅延波キャンセラ。
【請求項６】
前記キャンセル残差算出部が、前記入力信号のうちの遅延波による歪を受けた周波数特性F(k，n)（ここで、ｋは周波数を表すキャリヤ番号、ｎは前記フィルタ係数更新部によるフィルタ係数の更新回数を表す自然数である）を算出すると共に主波成分D(n)を算出し、且つ前記周波数特性F(k，n)と主波成分D(n)から、前記遅延波のキャンセル残差成分E(k，n)を次式、
【数１】
0004286479.tif 000010
に基づいて算出して、前記入力信号に含まれるマルチパスをキャンセルするフィルタ係数を出力するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の遅延波キャンセラ。
【請求項７】
前記キャンセル残差算出部が、前記入力信号のうちの遅延波による歪を受けた周波数特性F(k，n)（ここで、ｋは周波数を表すキャリヤ番号、ｎは前記フィルタ係数更新部によるフィルタ係数の更新回数を表す自然数である）を算出すると共に主波成分D(n)を算出し、且つ前記周波数特性F(k，n)と主波成分D(n)から、前記遅延波のキャンセル残差成分E(k，n)を次式、
【数２】
0004286479.tif 000011
に基づいて算出して、前記入力信号に含まれる回り込みをキャンセルするフィルタ係数を出力するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の遅延波キャンセラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル放送やデジタル伝送にて、受信信号に含まれるマルチパスや、希望する受信信号を受信と同一周波数で再送信する際に発生する回り込みなどによる希望波の遅延波をキャンセルするための遅延波キャンセラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のデジタル放送用またはデジタル伝送用の遅延波キャンセラとしては、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）信号を同一周波数にて再送信中継するための回り込みキャンセラとして、本発明者らの発明に係る回り込みキャンセラの特許出願明細書（特開平１１−３５５１６０号、特開２０００−３４１２３８号、特開２０００−３４１２４２号及び特開２００１−９４５２８号公報、いずれも「回り込みキャンセラ」）や、学会発表論文“「地上デジタル放送ＳＦＮにおける放送波中継用回り込みキャンセラの基礎検討」，映像情報メディア学会誌Vol.54，No.11，pp.1568-1575(2000)”などがある。これらの回り込みキャンセラは、回り込みばかりではなく、マルチパスによる遅延波も適応フィルタによってキャンセルすることが可能である。また、前記特開２０００−３４１２４２号公報に示す適応フィルタのフィルタ係数に対する非線形処理によるキャンセル信号帯域の拡張により、希望波の電力よりも回り込み波の電力が大きくなる環境下においても、回り込みキャンセラを動作させることが可能となった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開２０００−３４１２４２号で開示している技術は、前記フィルタ係数に対する非線形処理によって、キャンセラで観測している周波数帯域よりも広帯域な周波数特性を持つフィルタ係数を作り出すため、フィルタ係数の持つ周波数帯域のうち、キャンセラで観測している周波数帯域以外の周波数帯の持つ周波数特性が不定となってしまう。このために、伝搬路の伝搬特性が大きく変動している環境下にてキャンセラを長時間連続して動作させると、このキャンセラで観測している周波数帯域以外の周波数帯の持つ周波数振幅特性が漸次大きくなり、結果としてキャンセラの動作が不安定となる現象が生じる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、回り込みキャンセラなどの遅延波キャンセラにおいて、該キャンセラにて観測している周波数帯域以外の周波数帯の持つ周波数振幅特性が大きくなるのを抑制し、伝搬路の伝搬特性が大きく変動している環境下で長期間連続動作させても安定的に動作し得る遅延波キャンセラを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、信号伝送における遅延波をキャンセルするための遅延波キャンセラであって：
受信系統からの入力信号が供給される被減算端子及び遅延波キャンセル用のキャンセル信号が供給される減算端子を有している減算器と；
該減算器からの出力信号が供給され、該出力信号にフィルタ係数の特性を畳み込むことにより前記キャンセル信号を生成する適応フィルタと；
前記減算器の出力信号を受信し、該出力信号に含まれる遅延波のキャンセル残差成分を検出して、該キャンセル残差成分によってフィルタ係数を算出するキャンセル残差算出部と；
該キャンセル残差算出部からの出力に基づいて得られる更新分のフィルタ係数と、前記適応フィルタに供給されている前回更新した際のフィルタ係数とから前記適応フィルタに供給する新たなフィルタ係数を算出するフィルタ係数更新部と；
を具えている遅延波キャンセラにおいて、
前記フィルタ係数更新部が、前記適応フィルタに実質的に出力するフィルタ係数に対して前記キャンセル残差算出部で観測している信号の周波数帯域以外の周波数振幅特性を減衰させるべくフィルタ処理を行う係数フィルタ回路を具えていることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の好適例では、前記フィルタ係数更新部が：
前記キャンセル残差算出部から出力されたフィルタ係数の持つ周波数特性の帯域を非線形処理によって拡張する周波数帯域拡張回路と；
前記適応フィルタに供給するフィルタ係数が分岐されて供給され、該フィルタ係数を係数更新１回分だけ遅延させる遅延回路と；
前記周波数帯域拡張回路から出力された更新分のフィルタ係数と前記遅延回路の出力である前回にフィルタ係数を更新した際のフィルタ係数とから新たにフィルタ係数を算出して、実質的に前記適応フィルタに出力する係数更新回路と；
を具えるようにする。
【０００７】
本発明の他の好適例では、前記フィルタ係数更新部が、前記フィルタ係数に含まれるノイズ成分除去用のフィルタ係数ゲート回路を具えるようにする。
【０００８】
本発明のさらに他の好適例では、前記フィルタ係数更新部は、前記係数フィルタ回路をタップ数が５以下で奇数の対称フィルタとなるトランスバーサルフィルタとし、さらに、前記係数フィルタ回路を、1タップで利得が1未満の係数を与え、フィルタ係数の持つ周波数振幅特性を全帯域に亘って均等に減衰させ、前記キャンセル残差算出部で観測している信号帯域内の特性に対しては、前記キャンセル残差算出部で生成されるフィルタ係数を前記係数更新回路で加算して補填することにより、フィルタ係数に対し前記キャンセル残差算出部で観測している信号帯域外の特性を減衰させるように構成する。
【０００９】
さらに本発明の他の好適例では、前記キャンセル残差算出部が、前記入力信号のうちの遅延波による歪を受けた周波数特性F(k，n)（ここで、ｋは周波数を表すキャリヤ番号、ｎは前記フィルタ係数更新部によるフィルタ係数の更新回数を表す自然数である）を算出すると共に主波成分D(n)を算出し、且つ前記周波数特性F(k，n)と主波成分D(n)から、前記遅延波のキャンセル残差成分E(k，n)を次式、
【数３】
0004286479.tif 000002
に基づいて算出して、前記入力信号に含まれるマルチパスをキャンセルするフィルタ係数を出力するようにする。
【００１０】
本発明のさらに他の好適例では、前記キャンセル残差算出部が、前記入力信号のうちの遅延波による歪を受けた周波数特性F(k，n)（ここで、ｋは周波数を表すキャリヤ番号、ｎは前記フィルタ係数更新部によるフィルタ係数の更新回数を表す自然数である）を算出すると共に主波成分D(n)を算出し、且つ前記周波数特性F(k，n)と主波成分D(n)から、前記遅延波のキャンセル残差成分E(k，n)を次式、
【数４】
0004286479.tif 000003
に基づいて算出して、前記入力信号に含まれる回り込みをキャンセルするフィルタ係数を出力するようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明による遅延波キャンセラ１の一実施形態を示すブロック図であり、ここに、２は減算器、３は適応フィルタ、４はキャンセル残差算出部、５は周波数帯域拡張回路、６は係数更新回路、７は係数フィルタ回路、８はフィルタ係数ゲート回路、９は遅延回路である。
周波数帯域拡張回路５から遅延回路９までの回路は、適応フィルタ３に対するフィルタ係数更新部１０を、また、フィルタ係数更新部１０とキャンセル残差算出部４は適応フィルタ３に対するフィルタ係数生成回路１１を構成している。
【００１３】
親局等からの希望波を受信する受信アンテナのような、受信系統の出力から遅延波キャンセラ１の入力端子INに入力されたキャンセラ入力信号Sinは、遅延波キャンセルのための減算器２における被減算端子に入力される。減算器２は、被減算端子に入力された信号Sinから、減算端子に人力された適応フィルタ３からのキャンセル信号Scを減算して、この減算結果を遅延波キャンセラ１の出力信号Soutとして出力端子OUTから出力する。この出力信号Soutは適応フィルタ３にも入力され、適応フィルタ３は、減算器２の出力信号Soutにフィルタ係数生成回路１１から入力されるフィルタ係数の特性を畳み込んで、キャンセル信号Scを生成して減算器２の減算端子に出力する。キャンセル残差算出部４は、減算器１の出力信号Soutを入力として受信し、この入力信号の周波数特性から入力信号に含まれる遅延波のキャンセル残差成分の周波数特性を算出し、このキャンセル残差成分を逆フーリエ変換して、フィルタ係数更新部１０の周波数帯域拡張回路５へ出力する。
【００１４】
キャンセル残差算出部４の動作については、本発明者らの発明に係る前記特許出願の明細書（特開２０００−３４１２３８号、特開２００１−９４５２８号公報等）にて既に説明され、公知であるが、これらの先願発明の回り込みキャンセラと、本発明による遅延波キャンセラとは上位概念において同じ原理基づくものであり、本発明を理解するためには、先ず、キャンセル残差算出部４の動作を理解する必要があるため、ここでキャンセル残差算出部４の動作について簡単に説明する。
なお、以下の説明における信号や伝達関数の表示については、大文字が複素数を示すベクトル、小文字が実数をそれぞれ表すものとする。
【００１５】
キャンセル残差算出部４は、入力信号のうち、既知のトレーニング信号などから遅延波による歪みを受けた周波数特性F(k，n)を算出する。ここで、kは周波数を表すキャリア番号、nはフィルタ係数生成回路１１によるフィルタ係数の更新回数を表す自然数である。
【００１６】
次に周波数特性F(k，n)から主波成分D(n)を算出する。この主波成分D(n)の算出は下記の(1)式に基づいて行う。
【数５】
0004286479.tif 000004
ここで、KはF(k，n)のデータ数を表す自然数である。
【００１７】
次に周波数特性F(k，ｎ)と主波成分D（n）から遅延波のキャンセル残差成分E(k，n)を算出する。ここで、E(k，ｎ)の算出法は遅延波の応答によって異なり、マルチパスによるゴーストのように応答が有限であるような特性の場合には下記の(２)式を、回り込み波のように帰還ループがあるために無限に応答が続く特性の場合には下記の(３)式をそれぞれ用いる。
【数６】
0004286479.tif 000005
【数７】
0004286479.tif 000006
すなわち、マルチパスキャンセラでは（２）式を、回り込みキャンセラでは（３）式をそれぞれ用いるよう構成する。
【００１８】
さらに、上記(２)式または(３)式にて算出した遅延波のキャンセル残差成分E(k，n)を逆フーリエ変換して、遅延波のキャンセル残差を示すインパルス応答T(t，n)を下記の（４）式に基づいて求める。
T(t，n)＝IFFT［E(k，ｎ)］                   (４)
ここで、ＩＦＦＴ［］は高速逆フーリエ変換を示す。また、tはFＩRフィルタのタップ番号を示す０以上の整数で、マルチパスならびに回り込みのインパルス応答の遅延時間を示す値である。
【００１９】
次に、フィルタ係数更新部１０の動作について説明する。
キャンセル残差算出部４からフィルタ係数更新部１０へ入力されたフィルタ係数T(t， ｎ)は、周波数帯域拡張回路５に入力される。この周波数帯域拡張回路５は、入力されたフィルタ係数T(t，ｎ)に下記の(５)式に示す非線形処理を施して、周波数帯域を拡張したフィルタ係数Ｉ(t，n)を算出して出力する。
【数８】
0004286479.tif 000007
ここで、Tmax(n)はn回目のフィルタ係数更新時における|T(t，n)|の最大値を示す正の実数であり、αは非線形処理のための閾値を示す０≦α≦１の実数である。
【００２０】
係数更新回路６は、周波数帯域拡張回路５からの周波数帯域が拡張されたフィルタ係数Ｉ(t，n)と、1回前、すなわち(ｎ−１)回目のフィルタ係数更新時に適応フィルタ３に入力したフィルタ係数Ｗ(ｔ，ｎ−１)とを下記の（６）式を用いて加算し、Ｗ０(ｔ，ｎ)を算出して出力する。
Ｗ０(ｔ，n)＝Ｗ(ｔ，ｎ−１)＋μＩ(ｔ，n)    （６）
ここで、μは更新係数であり、0＜μ≦1の実数である。なお(6)式には特開2001-237749号の明細書に記載のような過去のフィルタ係数のデータから次のフィルタ係数を予測するようなアルゴリズムを用いることもできる。
【００２１】
係数フイルタ回路７は、係数更新回路６からのフィルタ係数Ｗ０(t，n)に対して、遅延波キャンセラ１に入力される信号Sinの持つ有効な周波数帯域外の特性を減衰させるようなフィルタ(バンドパスフィルタ)特性を下記の(７)式にて畳み込んだフィルタ係数Ｗ１（t，n）を出力する。
【数９】
0004286479.tif 000008
ここで、Ｂ(x)は係数フィルタ回路７のフィルタ特性を示すフィルタ係数、ｘはフィルタのタップ番号を示す正の整数、Ｍは０以上の整数、２Ｍ＋１はフィルタのタップ数を示す正の整数である。
【００２２】
なお、係数フィルタ回路７によるフィルタ処理は次の点に留意して行う。
１）フィルタ処理によってフィルタ係数のタップの遅延時間が遅れることのないように遅延調整を行う。
２）前記遅延調整がタップ単位で行えるように、係数フィルタ回路７で畳み込むバンドパスフィルタは、タップ数が奇数の対称フィルタとする。
３）遅延波キャンセラ１に入力される信号Sinの持つ有効な周波数振幅帯域内の特性は、なるべく利得が１で、平坦なものとする。
【００２３】
ｌ）および２）は、通常、２Ｍ＋１タップのフィルタの出力がＭタップ分遅延することを考慮したものである。また3)は、このフィルタ処理によって適応フィルタ３から出力される信号帯域内のキャンセル信号が乱れるのを防ぐためである。なお、係数フィルタ回路７には、タップ数が５以下で奇数の対称フィルタとなるトランスバーサルフィルタを用いるのが好適である。
【００２４】
係数フィルタ回路７で用いるバンドパスフィルタ特性の例を図２に示す。この図に示す例は、タップ数３のフィルタを用いたものである。係数フィルタ回路７は、これから出力されるフィルタ係数に含まれるノイズ成分を除去するフィルタ係数ゲート回路８から、遅延回路９を経由して再び係数更新回路６に到るループ内にあるため、係数フィルタ回路７で用いるフィルタ特性は、図２に示すように、観測信号の周波数帯域外の特性が少し減衰されるような特性であっても、適応フィルタ３に入力されるフィルタ係数は、繰り返し信号帯域外の特性が抑圧されるために、遅延波キャンセラ１の動作が不安定となることはない。
【００２５】
また、係数フィルタ回路７で用いるフィルタは、1タップで利得が1未満の係数を与えることによっても、フィルタ係数に対して信号帯域外の特性を抑圧することができる。係数フィルタ回路７で用いるフィルタに1タップで利得が１未満の係数を与えると、フィルタ係数の周波数振幅特性は全帯域で利得が小さくなり、適応フィルタ３で生成されるキャンセル信号Scも小さくなる。しかしながら、キャンセル残差算出部４で観測可能な信号帯域内におけるフィルタ係数の周波数特性は、キャンセル残差算出部４にて新たに作り出されて補填されるため、フィルタ係数の更新を繰り返すことにより、フィルタ係数の信号帯域外の特性だけを抑圧することができる。この際、フィルタ係数の信号帯域外の特性を新たに作り出すことの無いように、周波数帯域拡張回路５は、前記（5）式におけるαをα＝0とするか、回路全体をバイパスするように構成するのが好適である。また、係数フィルタ回路７に与える1タップのフィルタ係数は、利得が0.99程度のものであっても、フィルタ係数の繰り返し更新により十分に所要の性能を確保することができる。
【００２６】
なお、係数フィルタ回路７の挿入位置は、係数更新回路5から遅延回路９を経由して再び係数更新回路６に到るループ内であればどこであってもよく、図1に示す実施例の挿入位置に限定されるものではない。例えば、係数フィルタ回路７をフィルタ係数ゲート回路８と遅延回路9の間に挿入するような構成であっても本発明は有効に動作する。
【００２７】
フィルタ係数ゲート回路８は、係数フィルタ回路７から入力されたフィルタ係数Ｗl(t，ｎ)に、下記の(8)式に示す非線形処理を施したフィルタ係数Ｗ(t，ｎ)を算出して、適応フィルタ３および遅延回路９へ出力する。
【数１０】
0004286479.tif 000009
ここで、βはフィルタ係数に含まれるノイズ除去のための閾値である。
【００２８】
フィルタ係数ゲート回路８および周波数帯域拡張回路５の詳細については、本発明者らの発明に係る特許出願の明細書(特開2001−94528公報の「回り込みキャンセラ」)を参照されたい。
【００２９】
遅延回路９は、フィルタ係数ゲート回路８から適応フィルタ３へ与えられるフィルタ係数が分岐されて入力され、係数更新回路６による係数更新1回分だけの時間遅延されたフィルタ係数を係数更新回路６へ出力する。
【００３０】
なお、本実施例は、遅延波のキャンセルを等価ベースバンド、ＩF（中間周波数) 、送受信周波数など何れの周波数において行っても原理的には同じことであり、実現は可能である。
また、本発明はキャンセル残差算出部４において周波数特性F(ｋ，ｎ)を算出可能であれば、ＯＦＤＭ信号形式や他の信号形式に適用可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、伝搬路の伝搬特性が大きく変動している環境下で長期間連続動作させても、安定的に動作し得る遅延波キャンセラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による遅延波キャンセラの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】  係数フィルタ回路に用いるバンドパスフィルタの周波数-振幅特性図の一例である。
【符号の説明】
１  遅延波キャンセラ
２  減算器
３  適応フィルタ
４  キャンセル残差算出部
５  周波数帯域拡張回路
６  係数更新回路
７  係数フィルタ回路
８  フィルタ係数ゲート回路
９  遅延回路
１０  フィルタ係数更新部
１１  フィルタ係数生成回路
【図１】
0004286479.tif 000012
【図２】
0004286479.tif 000013