説明

ノイズ除去方法及びノイズ除去装置

【課題】ノイズを検出せずに信号に重畳したノイズを除去することができるノイズ除去方法及びノイズ除去装置の提供。
【解決手段】
受信信号S0はHigh及びLowの2つの信号レベルで構成されノイズが重畳している。受信信号S0の1ビット当たりの伝送時間Tよりも短い周期Tqで受信信号S0を2値化した信号を、周期Tqずつ遅延した3つ以上の遅延信号S1,S2,・・・,Skを生成する。遅延信号S1,S2,・・・,Sk夫々の信号レベルを周期Tqで同時的に検出し、検出した複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出することによって多数決信号を生成する。1ビット当たりの伝送時間Tが経過する都度、伝送時間T内の一又は複数の時点で多数決信号の信号レベルを検出する。検出した複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、デジタル信号に重畳しているノイズを除去するノイズ除去方法及びノイズ除去装置に関し、特に、車載通信において送受信される制御信号のノイズを除去するノイズ除去方法及びノイズ除去装置に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、エンジン、ブレーキ、ステアリング、メータ、エアーコンディショナー、エアバッグ、ドアロック、パワーウィンドウ及びカー・ナビゲーション・システム等の車載機器が電子的に制御されており、電子機器を制御するECU(Electronic Control Unit)の数は増大の一途にある。
【0003】
車両に搭載された複数のECUは、エンジン制御システム、ブレーキ制御システム及びエアコン制御システム等の制御システムが協調して複合的な機能を実現するため又は車両外のインフラストラクチャーと連携した制御を実現するため、ネットワークを構成している。
【0004】
複数のECUは、LIN(Local Interconnect Network)又はCAN(Control Area Network)等のネットワークを構成しており、通信線に接続され、通信によって情報をやり取りしている。
また、各ECUへの給電に利用される電力線に信号を伝送させる電力線通信(PLC:Power Line Communication)が車載通信の1つとして注目されている。
【0005】
LINもしくはCAN等のネットワーク内で行われる通信又は電力線通信では様々なノイズがビット単位で伝送されるデジタル信号に重畳する。特に電力線通信では、電力線にECUの他にアクチュエータが接続されているため、アクチュエータの接続状態又は稼動状態によって、電力線のインピーダンス及び伝送路損失が変動し、ノイズが信号に重畳し易い。
【0006】
このようにデジタル信号に重畳しているノイズを除去する方法が特許文献1に開示されている。特許文献1に記載されている方法では、1ビットの伝送時間に複数回、デジタル信号の値がサンプリングされると共に、デジタル信号に重畳するノイズが検出されている。特許文献1に記載されている方法では、ノイズの重畳によって1ビットの伝送時間にサンプリングされた複数の値が一致しなかった場合、ノイズが検出されていない時間内にサンプリングした値をビット値にする。これにより、信号に重畳したノイズを除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2006−270416号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献1に記載されている方法を実行するには、ノイズを検出しなければならない。このため、特許文献1に記載されている方法を実現する装置は、ノイズを検出する回路を備える必要があるため、大型であり、装置の製造費用が嵩むという問題がある。
【0009】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノイズを検出せずにデジタル信号に重畳したノイズを除去することができるノイズ除去方法及びノイズ除去装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係るノイズ除去方法は、ビット単位で伝送されるデジタル信号に重畳しているノイズを除去するノイズ除去方法において、前記デジタル信号を該デジタル信号の1ビット当たりの伝送時間よりも短い所定周期で2値化した信号を前記所定周期ずつ遅延した3つ以上の遅延信号を生成する遅延信号生成ステップと、生成された3つ以上の遅延信号夫々の信号レベルを所定周期で同時的に検出し、検出した複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出することによって多数決信号を生成する多数決信号生成ステップと、前記伝送時間が経過する都度、該伝送時間内の一又は複数の時点で、生成された多数決信号の信号レベルを検出する検出ステップと、検出された一又は複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出する抽出ステップとを備えることを特徴とする。
【0011】
本発明に係るノイズ除去方法は、前記遅延信号の数及び前記検出ステップにて検出する時点の数は奇数であることを特徴とする。
【0012】
本発明に係るノイズ除去装置は、ビット単位で伝送されるデジタル信号に重畳しているノイズを除去するノイズ除去装置において、前記デジタル信号を該デジタル信号の1ビット当たりの伝送時間よりも短い所定周期で2値化した信号を前記所定周期ずつ遅延した3つ以上の遅延信号を生成する遅延信号生成部と、該遅延信号生成部によって生成された3つ以上の遅延信号夫々の信号レベルを所定周期で同時的に検出し、検出した複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出することによって多数決信号を生成する多数決信号生成部と、前記伝送時間が経過する都度、該伝送時間内の一又は複数の時点で、前記多数決信号生成部によって生成された多数決信号の信号レベルを検出する検出部と、該検出部によって検出された一又は複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出する抽出部とを備えることを特徴とする。
【0013】
本発明に係るノイズ除去装置は、前記遅延信号生成部が生成する遅延信号の数及び前記検出部が検出する時点の数は奇数であることを特徴とする。
【0014】
本発明にあっては、ビット単位で伝送するデジタル信号に重畳されているノイズを除去する。デジタル信号には、ノイズが重畳しているため、アナログ波形が存在する。デジタル信号を1ビット当たりの伝送時間よりも短い所定周期、例えば伝送時間の1/10の所定周期で2値化することによって、アナログ波形をデジタル波形に変換する。このとき、ノイズの重畳によって、2値化した信号の信号レベルに誤りが生じる可能性がある。この2値化した信号を所定周期ずつ遅延させることによって3つ以上の遅延信号を生成する。
【0015】
3つ以上の遅延信号の信号レベルを所定周期で同時的に検出し、検出した複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出することによって多数決信号を生成する。デジタル信号の1ビット当たりの伝送時間が経過する都度、伝送時間内の一又は複数の時点で多数決信号の信号レベルを検出する。検出した一又は複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出する。これにより、デジタル信号からノイズを除去した信号が生成される。
【0016】
本発明にあっては、遅延信号の数及び多数決信号の信号レベルを検出する時点の数が奇数であるため、多数決信号を生成する場合及び信号レベルを抽出する場合に最も多い信号レベルが複数になることはない。従って、最も多い信号レベルが複数になった場合に信号を処理する手順を予め設定しておく必要がない。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、ノイズを検出せずにデジタル信号に重畳しているノイズを除去することができるノイズ除去方法及びノイズ除去装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明に係るノイズ除去装置の構成を示すブロック図である。
【図2】ノイズ除去装置によるノイズ除去方法を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係るノイズ除去装置の構成を示すブロック図である。ノイズ除去装置1は、電力線等の通信線から受信したビット単位で伝送される受信信号S0に重畳しているノイズ、例えば、電力線通信においてモータから発生するインパルスノイズを除去する。
【0020】
ノイズ除去装置1は、遅延信号生成部2、多数決信号生成部3、検出部4及び抽出部5を備えている。ノイズ除去装置1は、受信信号S0と周期Tqのクロックとを受け付け、受信信号S0からノイズが除去されたノイズ除去信号を出力する。
【0021】
ここで、周期Tqは受信信号S0の1ビット当たりの伝送時間Tを3以上の整数Nで割った期間である。受信信号S0はHigh及びLowの2つの信号レベルによって構成されている。受信信号S0は特許請求の範囲におけるデジタル信号に該当する。
【0022】
遅延信号生成部2は、k(図1ではk=5)個のDフリップフロップ21,21,・・・,21を有し、受信信号S0及び周期Tqのクロックを受け付ける。ここで、kは3以上N以下の整数である。遅延信号生成部2は、クロックの立ち上がり(又は立ち下がり)時点で、受信信号S0の信号レベルを検出し、High又はLowの内、検出した信号レベルに最も近い信号レベルを出力することによってノイズが重畳されている受信信号S0を2値化する。これにより、アナログ波形である受信信号S0のノイズ部分がデジタル波形になる。遅延信号生成部2は、2値化した信号をTq,2Tq,・・・,kTq遅延した遅延信号S1,S2,・・・,Skを生成する。遅延信号S1,S2,・・・,Sk夫々は多数決信号生成部3に出力される。
【0023】
遅延信号生成部2が有するk個のDフリップフロップ21,21,・・・,21は、図1に示すように、直列に接続されている。図1の左側から1,2,・・・,k−1番目のDフリップフロップ21,21,・・・,21夫々の出力端子Qは2,3,・・・,k番目のDフリップフロップ21,21,・・・,21夫々の入力端子Dに接続されている。k個のDフリップフロップ21,21,・・・,21夫々はCLK端子から周期Tqの同じクロックを受け付ける。k個のDフリップフロップ21,21,・・・,21夫々の出力端子Qは多数決信号生成部3に接続されている。1番目のDフリップフロップ21の入力端子Dには、受信信号S0が入力される。
【0024】
Dフリップフロップ21は、CLK端子から受け付けたクロックの立ち上がり(又は立ち下がり)時点で、入力端子Dから受け付けた信号の信号レベルを検出し、High又はLowの内、検出した信号レベルに近い信号レベルを抽出する。Dフリップフロップ21は、抽出した信号レベルを出力端子Qから出力する。
【0025】
これにより、直列に接続されたDフリップフロップ21,21,・・・,21夫々は、遅延信号S1,S2,・・・,Skを出力端子Qから出力する。このとき、遅延信号S2,S3,・・・,Sk夫々は、遅延信号S1,S2,・・・,Sk−1に対して周期Tq遅延した信号になる。
【0026】
多数決信号生成部3は、遅延信号S1,S2,・・・,SkとCLK端子から周期Tqのクロックとを受け付け、遅延信号S1,S2,・・・,Sk夫々の信号レベルをクロックの立ち上がり(又は立ち下がり)時点で同時的に検出する。
【0027】
多数決信号生成部3は、クロックが立ち上がる(又は立ち下がる)時点において、同時的に検出した遅延信号S1,S2,・・・,Sk夫々の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出する。多数決信号生成部3は、抽出した信号レベルを次に信号レベルを検出する時点まで、即ち、周期Tqが経過するまで出力する。多数決信号生成部3は、Highの数が(k+1)/2(図1では3)以上であれば、Highを抽出し、Highの数が(k+1)/2未満であれば、Lowを抽出する。これにより、多数決によって信号レベルを抽出することによって生成された多数決信号が多数決信号生成部3から検出部4に出力される。
【0028】
検出部4は多数決信号生成部3が出力した多数決信号とCLK端子から周期Tqのクロックとを受け付ける。検出部4は、受信信号S0の1ビット当たりの伝送時間Tが経過する都度、伝送時間T内の3つの時点で多数決信号の信号レベルを検出する。検出部4は、伝送時間T内で、ノイズが受信信号S0に重畳していない場合に遅延信号S1,S2,・・・,Skの(Highの数,Lowの数)が(k,0)又は(0,k)となる期間内の3つの時点で検出する。
【0029】
検出部4は、多数決信号の信号レベルを検出する時点の間隔をクロック数で記憶しており、クロック数をカウントして、カウントした数が記憶しているカウント数になったクロックの立ち上がり(又は立ち下がり)時点で多数決信号の信号レベルを検出する。検出部4は検出した3つの信号レベルを抽出部5に出力する。
【0030】
抽出部5は、検出部4によって検出された3つの信号レベルとCLK端子から周期Tqのクロックとを受け付ける。抽出部5は、伝送時間Tが経過する間に、受け付けた3つの信号レベルを記憶しており、伝送時間Tが経過する都度、記憶している3つの信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出し、抽出した信号レベルを出力する。抽出部5は、例えば記憶している信号レベルの中で(Highの数,Lowの数)が(1,2)である場合にLowを抽出し、伝送時間TだけLowを出力する。
【0031】
これにより、受信信号S0に重畳しているノイズによって、誤った信号レベルが抽出部5から出力されることがなく、ノイズが除去されたノイズ除去信号が抽出部5から出力される。
【0032】
次に、ノイズ除去装置1によって行われるノイズを除去する方法を説明する。図2はノイズ除去装置1によるノイズ除去方法を説明するためのタイミングチャートである。図2には、遅延信号生成部2、多数決信号生成部3、検出部4及び抽出部5夫々に入力される周期Tqのクロックと、受信信号S0と、遅延信号S1,S2,・・・,Sk(図2ではk=5)と、多数決信号とが示されている。ここで、図2ではHighをHと、LowをLと記載している。受信信号S0が示す信号レベルは、伝送時間T(=NTq)毎に順にHigh、Low、Highとなっており、信号レベルがLowである期間にインパルスノイズが重畳されている。
以下、遅延信号生成部2、多数決信号生成部3、検出部4及び抽出部5夫々はクロックの立ち上がり時点で信号レベルを検出するものとする。また、図2ではN=10である。
【0033】
まず、図1の左側から1番目のDフリップフロップ21は、クロックの立ち上がり時点で受信信号S0の信号レベルを検出し、High又はLowの内で検出した信号レベルに最も近い信号レベルを出力することによって2値化する。2値化された信号が遅延信号S1である。
【0034】
ここで、Dフリップフロップ21は、入力端子Dから受け付けた信号の信号レベルを検出してから、出力端子Qから信号レベルを出力するまでに時間の差が生じる。このため、遅延信号S1の信号レベルがHighからLowに立ち下がる時点は、立ち下がる要因としてLowを検出したクロックの立ち上がり時点よりも周期Tqを超えない範囲で遅延する。同様に、遅延信号S1の信号レベルがLowからHighに立ち上がる時点は、立ち上がる要因としてHighを検出したクロックの立ち上がり時点よりも周期Tqを超えない範囲で遅延する。
【0035】
従って、Highが検出されていた受信信号S0において、受信信号S0のLowを検出したクロックの立ち上がり時点で検出される遅延信号S1の信号レベルは、Highであり、遅延信号S1では次のクロックの立ち上がり時点でLowが検出される。同様に、Lowが検出されていた受信信号S0において、受信信号S0のHighを検出したクロックの立ち上がり時点で検出される遅延信号S1の信号レベルはLowであり、遅延信号S1では次のクロックの立ち上がり時点でHighが検出される。
【0036】
更に、遅延信号S2は、遅延信号S1の信号レベルをクロックの立ち上がり時点で検出し、High又はLowの内、検出した信号レベルに最も近い信号レベルを抽出することによって生成される。
【0037】
このため、遅延信号S2の立ち下がり時点及び立ち上がり時点は、遅延信号S1の立ち下がり時点及び立ち上がり時点よりもクロックの周期Tqだけ遅延する。遅延信号S2は遅延信号S1を周期Tq遅延した信号となる。
同様の理由で、遅延信号S3,S4,・・・,Sk夫々は遅延信号S2,S3,・・・,Sk−1を周期Tq遅延した信号となる。
【0038】
次に、多数決信号生成部3では、遅延信号S1,S2,・・・,Sk夫々の信号レベルが、クロックの立ち上がり時点で同時的に検出される。図2に、遅延信号S1,S2,・・・,Sk全体におけるHighの数及びLowの数の推移が示されている。
【0039】
多数決信号生成部3は、同時的に検出したk個の信号レベルの内、最も多い信号レベルを抽出し、抽出した信号レベルを、次のクロックの立ち上がり時点まで、即ち周期Tqが経過するまで出力する。
【0040】
検出部4では、受信信号S0にノイズが重畳していない場合に(Highの数,Lowの数)が(k,0)又は(0,k)となる期間、例えば図2の多数決信号において破線で挟まれた期間の3つの時点で多数決信号の信号レベルが検出される。
【0041】
これにより、受信信号S0に少なくとも期間(k−1)Tq/2(図2では2Tq)以下の期間に渡るノイズが重畳されている場合でも、検出部4が検出する信号レベルは受信信号S0に重畳したノイズによって反転することはない。従って、検出部4は、誤りなくHigh又はLowを検出することができる。
【0042】
検出部4が(Highの数,Lowの数)が(k−2,2)又は(2,k−2)となる期間内の多数決信号の信号レベルを検出した場合、確実に除去することが可能なノイズの期間が(k−5)Tq/2(図2ではゼロ)以下と短くなる。
【0043】
従って、検出部4が前述したように(Highの数,Lowの数)が(k,0)又は(0,k)となる期間内の多数決信号の信号レベルを検出することによって、より正しい信号レベルを検出することができる。
【0044】
抽出部5は検出部4によって検出された3つの信号レベルの内、最も多い信号レベルを抽出し、抽出した信号レベルを1ビット当たりの伝送時間Tが経過するまで出力する。このため、抽出部5から出力される信号が受信信号S0からノイズを除去した信号となる確率が更に高くなる。
【0045】
多数決信号は、例えば、図2において(Highの数,Lowの数)が(2,3)の期間内に、Lowであるべき遅延信号のいずれかが受信信号S0に重畳したノイズによってHighになった場合、受信信号S0からノイズを除去した信号ではなくなる。多数決信号生成部3がこのような多数決信号を生成した場合であっても、ノイズ除去装置1は、検出部4及び抽出部5を備えることによって、受信信号S0からノイズを除去したノイズ除去信号を出力することができる。
【0046】
また、ノイズ除去装置1は、ノイズを除去する場合にノイズを検出する必要はない。従って、ノイズ除去装置1は、ノイズを検出する回路が必要ではないため、小型であり、ノイズ除去装置1の製造費用が低い。
【0047】
本実施の形態では、遅延信号S1,S2,・・・,Skの数(kの値)は奇数であるため、多数決信号生成部3が多数決信号を出力する場合に、Highの数とLowの数とが同じになることはない。更に、検出部4が多数決信号のビット期間に検出する時点の数も奇数であるため、Highの数とLowの数とが同じになることはない。このため、最も多い信号レベルが複数になった場合に信号を処理する手順を予め設定しておく必要がない。
【0048】
なお、遅延信号S1,S2,・・・,Skの数(kの値)及び検出部4が検出する時点の数は奇数でなくてもよい。この場合、多数決信号生成部3及び検出部4は、最も多い信号レベルが複数ある場合に信号を処理する手順を予め設定しておけばよい。
【0049】
また、多数決信号生成部3が同時的に遅延信号S1,S2,・・・,Skの信号レベルを検出する周期は、Dフリップフロップ21が入力端子Dから入力された信号の信号レベルを検出する周期と同じでなくてよい。多数決信号生成部3は、例えば周期Tq/2のクロックを受け付け、立ち上がり(又は立ち下がり)時点で信号レベルを検出してもよい。
【0050】
また、検出部4が伝送時間T内に検出する時点の数は3つに限定されず、3以外の奇数であってもよい。
更に、検出部4が3つの信号レベルを検出する期間は、(Highの数,Lowの数)が(k,0)又は(0,k)となる期間に限定されない。例えば、検出部4が検出する期間に(Highの数,Lowの数)が(k−1,1)又は(1,k−1)となる期間を含めてもよい。
更に、抽出部5が出力したノイズ除去信号のビット誤りを、誤り訂正符号を用いて訂正するようにノイズ除去装置1を構成してもよい。
【0051】
開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0052】
1 ノイズ除去装置
2 遅延信号生成部
3 多数決信号生成部
4 検出部
5 抽出部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ビット単位で伝送されるデジタル信号に重畳しているノイズを除去するノイズ除去方法において、
前記デジタル信号を該デジタル信号の1ビット当たりの伝送時間よりも短い所定周期で2値化した信号を前記所定周期ずつ遅延した3つ以上の遅延信号を生成する遅延信号生成ステップと、
生成された3つ以上の遅延信号夫々の信号レベルを所定周期で同時的に検出し、検出した複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出することによって多数決信号を生成する多数決信号生成ステップと、
前記伝送時間が経過する都度、該伝送時間内の一又は複数の時点で、生成された多数決信号の信号レベルを検出する検出ステップと、
検出された一又は複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出する抽出ステップと
を備えることを特徴とするノイズ除去方法。
【請求項2】
前記遅延信号の数及び前記検出ステップにて検出する時点の数は奇数であることを特徴とする請求項1に記載のノイズ除去方法。
【請求項3】
ビット単位で伝送されるデジタル信号に重畳しているノイズを除去するノイズ除去装置において、
前記デジタル信号を該デジタル信号の1ビット当たりの伝送時間よりも短い所定周期で2値化した信号を前記所定周期ずつ遅延した3つ以上の遅延信号を生成する遅延信号生成部と、
該遅延信号生成部によって生成された3つ以上の遅延信号夫々の信号レベルを所定周期で同時的に検出し、検出した複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出することによって多数決信号を生成する多数決信号生成部と、
前記伝送時間が経過する都度、該伝送時間内の一又は複数の時点で、前記多数決信号生成部によって生成された多数決信号の信号レベルを検出する検出部と、
該検出部によって検出された一又は複数の信号レベルの中で最も多い信号レベルを抽出する抽出部と
を備えることを特徴とするノイズ除去装置。
【請求項4】
前記遅延信号生成部が生成する遅延信号の数及び前記検出部が検出する時点の数は奇数であることを特徴とする請求項3に記載のノイズ除去装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate


【公開番号】特開2012−142736(P2012−142736A)
【公開日】平成24年7月26日(2012.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−293211(P2010−293211)
【出願日】平成22年12月28日(2010.12.28)
【出願人】(395011665)株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】(000183406)住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【Fターム(参考)】