JP5029439B2 - 無線通信装置及び干渉除去方法 - Google Patents

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Description

本発明は、隣接周波数帯における無線通信による信号干渉を低減する無線通信装置及び干渉除去方法に関する。
無線通信において、所望の無線周波数帯(以下、所望チャネル)の近傍に、隣接周波数帯(以下、隣接チャネル)が存在する場合、隣接チャネル漏洩の影響により、所望チャネルの信号が干渉を受ける隣接チャネル干渉が生じる。
隣接チャネル干渉は、受信機における受信感度の劣化を引き起こし、伝送品質の低下を招くこととなる。
そこで、例えば、特許文献1にはOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)伝送方式に関して、A/D変換後の受信信号の利得制御を工夫することで隣接チャネル干渉による受信品質の劣化を抑制して所望チャネルにおいて良好な受信特性を得る技術についての開示がなされている。
特開2001−24619
しかし、上記の従来技術においては、隣接チャネルによる干渉成分の除去を行うことはできない。
そこで、本発明は、隣接周波数帯に存在する異なる無線通信システムから受ける信号干渉を除去し、伝送品質の劣化を低減することを目的とする。
本発明の実施例の一態様において、第1のアンテナと第2のアンテナとを備えた無線通信装置において、前記第2のアンテナで受信した第2の周波数帯の信号を用いて、前記第2のアンテナで受信した第2の周波数帯の信号を用いて、該第2の周波数帯の信号を送信した送信装置による変調により生じる、該第2の周波数帯の信号についての非線形歪み成分を、変調された信号と変調により生じる非線形歪み成分との関係に基づいて推定し、該推定された非線形歪み成分を用いて、第1の周波数帯の信号に含まれる該第2の周波数帯の信号による干渉成分を推定する干渉推定部と、該干渉推定部で推定した該干渉成分の情報に基づいて、前記第1のアンテナで受信した前記第1の周波数帯の信号に含まれる前記第2の周波数帯の信号による干渉成分を除去する干渉除去部と、を備えたことを特徴とする無線通信装置を用いる。
本発明の実施例の一態様において、第1のアンテナと第2のアンテナとを備えた無線通信装置での干渉除去方法において、前記第2のアンテナで受信した第2の周波数帯の信号を用いて、該第2の周波数帯の信号を送信した送信装置による変調により生じる、該第2の周波数帯の信号についての非線形歪み成分を、変調された信号と変調により生じる非線形歪み成分との関係に基づいて推定し、該推定された非線形歪み成分を用いて、第1の周波数帯の信号に含まれる該第2の周波数帯の信号による干渉成分を推定し、該推定した該干渉成分の情報に基づいて、前記第1のアンテナで受信した前記第1の周波数帯の信号に含まれる前記第2の周波数帯の信号による干渉成分を除去する、ことを特徴とする干渉除去方法を用いる。
本発明の実施例の一態様において、第1のアンテナと第2のアンテナとを有する無線通信装置を備えた車両において、前記無線装置は、前記第2のアンテナで受信した第2の周波数帯の信号を用いて、該第2の周波数帯の信号を送信した送信装置による変調により生じる、該第2の周波数帯の信号についての非線形歪み成分を、変調された信号と変調により生じる非線形歪み成分との関係に基づいて推定し、該推定された非線形歪み成分を用いて、第1の周波数帯の信号に含まれる該第2の周波数帯の信号による干渉成分を推定する干渉推定部と、該干渉推定部で推定した該干渉成分の情報に基づいて、前記第1のアンテナで受信した前記第1の周波数帯の信号に含まれる前記第2の周波数帯の信号による干渉成分を除去する干渉除去部と、を備えたことを特徴とする車両を用いる。
本発明によれば、隣接周波数帯から受ける信号干渉を除去し、伝送品質の劣化を低減することが可能となる。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
(1)実施例の概要
この実施例では、例えば第1のアンテナと第2のアンテナの2本のアンテナを用いる。
第1のアンテナ及び第2のアンテナはともに、第1の周波数帯の信号(所望チャネルの信号)と第2の周波数帯の信号(隣接チャネルの信号)を受信する。
第2のアンテナで受信した第2の周波数帯の信号を用いて、第1の周波数帯の信号に含まれる第2の周波数帯の信号による干渉成分を推定する。
推定した干渉成分についての情報に基づいて、第1のアンテナで受信する第1の周波数帯の信号に含まれる、第2の周波数帯の信号による干渉成分を除去する。
したがって、干渉が除去されて伝送品質の劣化が低減される。
なお、好ましくは第1のアンテナは室外に、第2のアンテナは室内に設置し、両アンテナは、室外のアンテナから送信される第1の周波数帯の信号と、室内のアンテナから送信される第2の周波数帯の信号とを受信する。
(2)異なる無線通信システム間の信号干渉
本願発明の実施例が効果的に適用される通信システムの例としては、ITS(Intelligent Transport Systems)の通信システムがあげられる。
ITSは、情報通信技術を用いて交通の安全・円滑・快適化を目指す交通システムである。ITSの導入により、例えば、安全運転の支援、交通管理の最適化、ナビゲーションシステムの高度化を実現することが可能であり、その他道路交通社会における様々な課題が解決されることが期待されている。
例えば、ITSの通信システムを搭載する車両においては、近隣を走行する車両との信号送受信(車−車間通信)や、周囲の信号機や電柱に設置された無線通信装置との信号送受信(路−車間通信)を行う。
したがって、上記の例にあげたような車−車間又は路−車間通信は、比較的近距離での無線通信であるため、車両に搭載されるITSの通信システムでは比較的低レベルの信号を送受信する。
一方、携帯電話等(以下移動局)のような移動体無線通信システムでは、遠隔地に設置された基地局との通信を行うため、電波の減衰等を想定した比較的高レベルの信号を送信する。
よって、ITSの通信システムの周波数帯の隣接周波数帯に移動体無線通信システムが存在する場合、ITSの通信システムの信号は移動体無線通信システムの信号(特にULの信号等)により大きな干渉(隣接チャネル干渉)を受ける可能性がある。
図1に具体例を示す。
図1において、1はITSの通信システムを搭載する車両、2はITSの通信システム用アンテナ、3は移動局を示す。
車両1はアンテナ2を介して近隣の車両やインフラ等に設置されたITSの通信システム(以下、自システム)に設置されたアンテナから信号を受信する。
このような状況において、車両1の車内において、移動局3を用いた無線通信が行われることが生じ得る。
例えば車両に搭乗した者が移動局3を操作して移動体無線通信システム(以下、他システム)を利用した通信を開始することがある。そうすると、アンテナ2は比較的近距離に位置する移動局3のアンテナから高いレベルで他システムの信号も受信してしまうこととなる。
したがって、アンテナ2で受信する自システムの信号は他システムの信号の干渉を受ける。
図2に、自システムの信号及び他システムの信号のスペクトラムの例を示す。
図2において斜線部は他システムの信号の歪み成分であり、歪み成分のスペクトラムは自システムの周波数帯にも及ぶ(隣接チャネル漏洩)。なお、上記の歪み成分は、主として信号変調時のRFアンプやミキサにおいて生じる非線形歪み(三次歪み)からなる。
アンテナ2で受信する他システムの信号レベルが大きい場合、これに付随する歪み成分の信号レベルも大きくなり、自システムの信号に対して干渉成分として影響を及ぼす。
つまり、図1の場合では、移動局3のアンテナから送信される信号は、アンテナ2での信号受信レベルが大きく、自システムに対する信号干渉の影響が大きくなると言える。
(3)実施例の構成
本実施例においては、図3に示す2本のアンテナを使用する。
すなわち、自システム用アンテナ4に加え干渉除去用アンテナ5を設置する。
図4は本実施例におけるシステム構成を示す図である。
図4において、6は干渉除去用アンテナ、7は干渉推定部、8は自システム用アンテナ、9は干渉除去部を示す。
干渉推定部7は、干渉除去用アンテナ6で受信する他システムの信号を用いて、自システムの信号の周波数帯における他システムの信号の歪み成分(干渉成分)を推定し、この推定結果の情報を干渉除去部9に送出する。
干渉除去部9は、干渉推定部7から送られてきた上記推定結果の情報に基づいて、自システム用アンテナ8で受信する自システムの信号に含まれる干渉成分を除去する。
なお、図5に示されるように、干渉推定部7は自システム用アンテナ8とも接続される場合がある。
また、本実施例において、好ましくは、自システム用アンテナは室外に、干渉除去用アンテナは室内に設置する。
他システムの信号を、室内に設置する干渉除去用アンテナで受信する場合、電波のガラスや車体へ回り込みの影響が無い分、室外に設置する自システム用アンテナで受信する場合と比較して、自システムの受信信号の信号強度に対する他システムの受信信号の相対的に受信強度が高くなる。
したがって、室内アンテナで受信する高受信強度の他システムの信号を用いて上記歪み成分の推定を行うことにより、より精度高く干渉成分を除去することができる。
また、室外又は室内に自システム用アンテナと干渉除去用アンテナとの両方を互いに離れた距離に設置することも可能である。例えば、自システム用アンテナをルーフの上に、干渉除去用アンテナを室内から見える位置に配置するなどが考えられる。
(4)第1実施例
図6は、第1実施例における受信信号の干渉除去プロセスを説明する図である。
図6において、10は干渉除去用アンテナ、11、17はバンドパスフィルタ、12、18は受信処理部(Rx)、13、19はFFT(Fast Fourie Transform:高速フーリエ変換)、14は推定部、15、20は加算器、16は自システム用アンテナ、21は復調部、22はLMS、23は乗算器を示す。
干渉除去用アンテナ10は、自システムの信号と他システムの信号とを含む信号を受信する。
バンドパスフィルタ11は、干渉除去用アンテナ10で受信した信号のうち、他システムの信号が存在する周波数部分の信号を透過させる。
受信処理部12は、バンドパスフィルタ11で取り出された周波数帯の信号(RF信号)についてダウンコンバート等の受信処理を行う。
FFT13は、入力された信号について周波数成分ごとの解析を行い、周波数帯に応じて信号を分離する。
FFT13は、本来の他システムの周波数帯の信号を推定部14へ、当該他システムの信号に伴う歪み成分の周波数帯の信号を加算器15へ、それぞれ送出する。
推定部14は、FFT13から送出された他システムの周波数帯の信号を用いて、当該他システムの周波数帯の信号の歪み成分を推定する。
なお、歪み成分の推定は例えば次のような方法で行われる。
一般に、変調された信号は以下の式で表すことができる。
S(t) = A ( I(t) cos (ωt+φ) + j Q(t) sin(ωt+φ)) [1]
ここで、φは位相歪み成分を示す。
非線形歪みである三次の歪みは、S3 (t)に比例した信号成分になるので、式[1]を簡略化して、
(I(t) cos (ωt+φ) + j Q(t) sin (ωt+φ))3 [2]
と表わされる。
この式[2]を、I軸成分(INL成分)とQ軸成分(QNL成分)について解くと、それぞれ以下の式[3]、[4]のようになる。
INL
=(I(t) cos (ωt+φ) + j Q(t) sin (ωt+φ))3×cos(ωt)
= 3/8(( I3 (t) +I(t)Q2 (t))cosφ+(Q 3 (t) +Q(t)I2 (t))sinφ) [3]
QNL
=(I(t) cos (ωt+φ) + j Q(t) sin (ωt+φ))3×sin(ωt)
= 3/8(( Q 3 (t) +Q(t)I2 (t))cosφ-(I(t) 3+I(t)Q2 (t))sinφ) [4]
すなわち、三次歪みの歪み成分は、I軸での歪み成分とQ軸での歪み成分に分離して表すことが可能である。
推定部14は、上記のような推定によりモデル化された歪み成分の信号を作成し、推定値として加算器15へ送る。
加算器15は、FFT13から受信する歪み成分の信号と、推定部14から受信する歪成分の推定値との差を出力し、この差を両信号の誤差情報として推定部14へ送る。
推定部14は、加算器15から誤差情報を受信し、当該誤差情報を用いて補正を加えた新たな歪み成分の推定値を作成する。
なお、推定部14での上記補正は、例えばLMS(Least Mean Square)を用いて実行される。
LMSは最小二乗誤差法(MMSE:Minimun Mean Square Error)の代表的なアルゴリズムである。
以下に、LMSによる歪み成分の自動補正の例について説明する。
期待値R(t)、すなわち実際に受信する信号の歪み成分と、推定値、すなわちモデル化された歪み成分との差e(t)を最小化するように適応的に補正を行う。
振幅補正値をxとすると、
|e(t)| = | R(t) - x(INL+ jQNL)| [5]
|e(t)|2/dx = | R(t) - x(INL+ jQNL)|2/dx
= -2e(t) (INL+ jQNL) [6]
と表わされ、同様に位相補正値をφとすると、
|e(t)| = | R(t) - x(INL+ jQNL)| [7]
|e(t)|2/dφ = | R(t) - x(INL+ jQNL)|2/dφ
= -2e(t)x(t) [8]
と表わされる。
したがって、補正式は、
x(t)=x(t-1)-μ2e(t) (INL+ jQNL) [9]
φ(t)=φ(t-1)-μ2e(t)x(t) [10]
となる。
推定部14は、作成した歪み成分の推定値の信号のうち、自システムの信号の周波数帯の信号(以下、レプリカ)を乗算器23へ送出する。
自システム用アンテナ16は、自システムの信号と他システムの信号とを含む信号を受信する。
バンドパスフィルタ17は、自システム用アンテナ16で受信した信号のうち、自システムの周波数帯に含まれる信号を取り出す。
受信処理部18は、バンドパスフィルタ11で取り出された周波数帯の信号(RF信号)についてダウンコンバート等の受信処理を行う。
FFT19は、入力された信号の周波数成分ごとの解析を行い、解析した信号を加算器20へ送出する。
復調部21は、加算器20から受信する信号について復調処理を行う。
LMS22は、復調部21から出力された信号の位相及び振幅についての制御情報を乗算器23に送る。
乗算器23は、LMS22からの制御情報を用いて、推定部14から受信するレプリカの位相及び振幅を調整し、調整したレプリカを加算器20へ送る。
加算器20は、FFT19より入力される自システムの周波数帯の信号から、乗算器23で調整されたレプリカを差し引く(すなわち、逆位相のレプリカを加算する)。
以上により、自システム用アンテナで受信した信号から、干渉成分である他システムの信号の歪み成分が除去される。
なお、当該歪み成分の除去された自システム用アンテナで受信した信号は、音声データや画像データとして信号処理され出力される。
一方、干渉除去用アンテナで受信した他システムの信号については、干渉成分の生成以外に、表示部等へのデータ出力を行わなくてもよい。
(5)第2実施例
図7は、第2実施例における受信信号の干渉除去プロセスを説明する図である。
図7において、24は干渉除去用アンテナ、25、31はバンドパスフィルタ、26、32は受信処理部、27、33はFFT、28は推定部、29、35は加算器、30は自システム用アンテナ、34は歪み計算部、36は復調部を示す。
干渉除去用アンテナ24は、自システムの信号と他システムの信号とを含む信号を受信する。
バンドパスフィルタ25は、干渉除去用アンテナ24で受信した信号のうち、他システムの信号が含まれる周波数部分の信号を取り出す。
受信処理部26は、バンドパスフィルタ25で取り出された周波数帯の信号(RF信号)についてダウンコンバート等の受信処理を行う。
FFT27は、入力された信号について周波数成分ごとの解析を行い、周波数帯に応じて信号を分離する。
FFT27は、本来の他システムの周波数帯の信号を推定部28へ、当該他システムの信号に伴う歪み成分の周波数帯の信号を加算器29へ、それぞれ送出する。
推定部28は、FFT27から受信する他システムの周波数帯の信号を用いて、当該他システムの周波数帯の信号の歪み成分を推定する。なお、歪み成分の推定は、例えば第1実施例と同様にして行われる。
推定部28は、推定によりモデル化された歪み成分の信号を作成し、推定値として加算器29へ送る。
加算器29は、FFT27から受信する歪み成分の信号と、推定部28から受信する歪成分の推定値との差を出力し、この差を両信号の誤差情報として推定部28へ送る。
推定部28は、加算器29から送出された誤差情報を用いて補正を加えた新たな歪み成分の推定値を作成する。なお、補正は、例えば第1実施例と同様のLMSやMMSE等のアルゴリズムにより行われる。
推定部28は、上記補正において算出される振幅補正値x及び位相補正値φの情報から、自システムの信号強度に対する他システムの信号強度を小さく(好ましくは最小に)する、すなわち、自システムのSINR(Signal to Interference and Noise Ratio)を大きく(好ましくは最大に)するようなウエイト(x、φ又はこの組み合わせ)を算出する。このウエイトを歪み係数として歪み計算部34へ送出する。
自システム用アンテナ30は、自システムの信号と他システムの信号とを含む信号を受信する。
バンドパスフィルタ31は、自システム用アンテナ24で受信した信号のうち、自システム及び他システムの周波数帯の信号を取り出す。
受信処理部32は、バンドパスフィルタ31で取り出された周波数帯の信号(RF信号)についてダウンコンバート等の受信処理を行う。
FFT33は、入力された信号の周波数成分ごとの解析を行い、周波数帯に応じて信号を分離する。
FFT33は、他システムの周波数帯の信号を歪み計算部34へ、自システムの周波数帯の信号を加算器35へ、それぞれ送出する。
歪み計算部34は、FFT33からの他システムの信号に基づいて、モデル化された歪み成分の信号を生成するとともに、推定部28から受信した歪み係数(位相、振幅)を用いて補正された歪み成分を算出する。
歪み計算部34は、算出した歪み成分のうち自システムの周波数帯に含まれる成分(以下、レプリカ)を加算器35へ送る。
加算器35は、FFT33より受信する自システムの周波数帯の信号から歪み計算部34より受信するレプリカを差し引き、得られる信号を復調部36へ出力する。
復調部36は、加算器35から受信する信号について復調処理を行う。
以上により、自システム用アンテナで受信した信号から、干渉成分である他システムの信号の歪み成分が除去される。
なお、当該歪み成分の除去された自システム用アンテナで受信した信号は、音声データや画像データとして信号処理される。
(6)第2実施例の変形例
図8は、第2実施例の変形例における受信信号の干渉除去プロセスを説明する図である。
図8において、37はLMS部、38は乗算器を示す。なお、第2実施例(図7)と重複する部分は同一の符号で示し、説明を省略する。
自システム用アンテナ30は、自システムの信号と他システムの信号とを含む信号を受信する。
歪み計算部34は、第2実施例と同様にしてレプリカを乗算器38へ送る。
加算器35は、FFT33より受信する自システムの周波数帯の信号から乗算器38より受信するレプリカを差し引き、得られる信号を復調部36へ出力する。
復調部36は、加算器35から受信する信号について復調処理を行う。
LMS37は、復調部36から出力された信号の位相及び振幅についての制御情報を乗算器38に送る。
乗算器38は、LMS37からの制御情報を用いて、歪み計算部34から受信するレプリカについての位相及び振幅を調整し、調整したレプリカを加算器35へ送る。
したがって、本実施例では第2実施例での効果に加え、自システム用アンテナで受信する信号のフィルタ特性を考慮した信号干渉除去が可能である。
(7)その他
以上、携帯電話等の移動他通信システム等による信号干渉が、ITSでの信号送受信に及ぶ場合に本実施例を適用する例を説明したが、例えば、Bluetoothを用いた携帯音楽プレーヤー等、他の比較的弱い電波で信号送受信を行う無線通信システムに応用するのも好適である。
また、本実施例の適用は上記の例に限定されるものではなく、隣接する周波数帯で異なる無線通信システムが同時使用される環境において適用することが可能である。
隣接周波数帯に異なる通信システムが存在する場合の具体例 隣接チャネル漏洩による自システムへの信号干渉 本実施例のアンテナの配置例 本実施例の構成例 本実施例の別の構成例 第1実施例のブロック図 第2実施例のブロック図 第3実施例のブロック図
符号の説明
1 車両
2 ITSの通信システム用アンテナ
3 移動局
4、8、16、30 自システム用アンテナ
5、6、10、24 干渉除去用アンテナ
7 干渉推定部
9 干渉除去部
11、17、25、31 バンドパスフィルタ
12、18、26、32 受信処理部
13、19、27、33 FFT
14、28 推定部
15、20、29、35 加算器
21、36 復調部
22、37 LMS
23、38 乗算器

Claims (8)

  1. 第1のアンテナと第2のアンテナとを備えた無線通信装置において、
    前記第2のアンテナで受信した第2の周波数帯の信号を用いて、該第2の周波数帯の信号を送信した送信装置による変調により生じる、該第2の周波数帯の信号についての非線形歪み成分を、変調された信号と変調により生じる非線形歪み成分との関係に基づいて推定し、該推定された非線形歪み成分を用いて、第1の周波数帯の信号に含まれる該第2の周波数帯の信号による干渉成分を推定する干渉推定部と、
    該干渉推定部で推定した該干渉成分の情報に基づいて、前記第1のアンテナで受信した前記第1の周波数帯の信号に含まれる前記第2の周波数帯の信号による干渉成分を除去する干渉除去部と、
    を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  2. 前記干渉推定部は、前記非線形歪み成分を用いて、推定する前記干渉成分に補正を加えることを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
  3. 前記干渉推定部は、前記非線形歪み成分を用いて、前記第1の周波数帯の信号に含まれる干渉成分の除去に用いる該干渉成分のレプリカを作成することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
  4. 前記干渉推定部は、前記非線形歪み成分の歪み係数を推定し、前記第1のアンテナで受信する前記第2の周波数帯の信号と該歪み係数とを用いて、前記第1の周波数帯の信号に含まれる干渉成分の除去に用いる該干渉成分のレプリカを作成することを特徴とする請求項1記載の無線通信装置。
  5. 第1のアンテナと第2のアンテナとを備えた無線通信装置での干渉除去方法において、
    前記第2のアンテナで受信した第2の周波数帯の信号を用いて、該第2の周波数帯の信号を送信した送信装置による変調により生じる、該第2の周波数帯の信号についての非線形歪み成分を、変調された信号と変調により生じる非線形歪み成分との関係に基づいて推定し、該推定された非線形歪み成分を用いて、第1の周波数帯の信号に含まれる該第2の周波数帯の信号による干渉成分を推定し、
    該推定した該干渉成分の情報に基づいて、前記第1のアンテナで受信した前記第1の周波数帯の信号に含まれる前記第2の周波数帯の信号による干渉成分を除去する、
    ことを特徴とする干渉除去方法。
  6. 第1のアンテナと第2のアンテナとを有する無線通信装置を備えた車両において、
    前記無線通信装置は、
    前記第2のアンテナで受信した第2の周波数帯の信号を用いて、該第2の周波数帯の信号を送信した送信装置による変調により生じる、該第2の周波数帯の信号についての非線形歪み成分を、変調された信号と変調により生じる非線形歪み成分との関係に基づいて推定し、該推定された非線形歪み成分を用いて、第1の周波数帯の信号に含まれる該第2の周波数帯の信号による干渉成分を推定する干渉推定部と、
    該干渉推定部で推定した該干渉成分の情報に基づいて、前記第1のアンテナで受信した前記第1の周波数帯の信号に含まれる前記第2の周波数帯の信号による干渉成分を除去する干渉除去部と、
    を備えたことを特徴とする車両。
  7. 前記第1のアンテナは車両の室外に、前記第2のアンテナは車両の室内にそれぞれ設置されたことを特徴とする請求項6記載の車両。
  8. 前記第1のアンテナ及び前記第2のアンテナは、前記車両の室外のアンテナから送信される前記第1の周波数帯の信号と、前記車両の室内のアンテナから送信される前記第2の周波数帯の信号と、を受信することを特徴とする請求項7記載の車両。
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