JPS6288414A - 時間と共に変化する周波数におけるエネルギ−を抑制するフイルタ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業−１〕の利用分野 本発明はス１ヘツプノツチフィルタリング機能に関し、
さらに詳しくは、時間と共に変化する周波数のエネルギ
ーを適応性よく抑制するストップノツチフィルタリング
機能に関する。

Ｂ、従来技術およびその問題点 典型的な通信システムは、選択された周波数においてエ
ネルギーを抑制するための無限インパルス応答型（ＴＴ
Ｒ）フィルターを含んでいる。そのようなフィルターは
、一対以−１―の独自のフィルタ一部からなり、各フィ
ルタ一部は、加算器に並列に接続された一対の乗算器を
備えている。どのようなフィルタ一部の特性も、乗算器
乗数によって決定される。例えば、乗数を選んで、高帯
域周波数用、あるいは低帯域周波数用の帯域ｌｌＩ′Ｉ
止機能を営ませることができる。

多くの固定フィルターに関する先行文献では、フィルタ
一部の乗算器の特性値の選択についてしばしば触れられ
ている。これらの乗数の選択は慎重でなければならない
。なぜなら、乗算器は帰還路にあるからである。乗数の
選択を不注意に行うと、フィルターの動作が不安定にな
りかねない。

フィードバックシステムにおける乗算に関連する潜在的
な不安定性は公知である。例えば、ダツツオ、ハウビス
著、発行者ニューヨーク州マグローヒル社、１９６０年
刊の「フィードバック制御システムの解析および総合］
を参照することができる。

いくつかの応用のうちには、時間と共に変化する周波数
におけるエネルギーの抑制を必要とするものがある。そ
のような応用例としては、電話線上のコールプログレス
信号の検知、モデムにおけるキャリア検知、モデムにお
ける識別、ひずんだ信号の自動等化、電話システムにお
ける二重多周波（Ｄ’ｌ”ＭＦ）音の検出が挙げられる
。これらの−：３一 時間と共に変化する周波数のためには、固定フィルター
は適当でない。

米国特許第４２２３２７２号明細書では、低域通過、高
域通過、帯域通過、全域通過または帯域阻止フィルター
に、選択的に変換することのできる四端子網が開示され
ている。四端子網は、実質的に四次方程式を満たす伝達
関数を持つ。そして、該四次方程式の係数を変えると、
四端子網の機能を変更することができる。係数の変更は
、四端子網における抵抗値を変えることによって行われ
る。

しかしながら、抵抗を交換するだけでは、四端子網をあ
るフィルターから別のフィルターにする程度の交換しか
期待できない。すなわち、時間と共に変化する周波数の
一方のために動的にフィルター特性を変えられるほど、
抵抗は動的に交換できるものではない。

米国特許第４１８２９９７号明細書では、第一の信号周
波数を抑制するとともに、隣接する第二の信号周波数に
ついては顕著な減衰を招くことなく伝達するように設計
された遠隔通信システム用のフィルターが記載されてい
る。通過機能および阻止機能が作用する周波数は、第一
と第二のコンデンサおよび第一と第二の誘導回路に依存
する。

同様に、米国特許第３５３１６５２号明細書では、はと
んど減衰することなく信号源周波数を通過させるフィル
ター機能を営むように改められた能動フィルター回路が
開示されている。さらに、米国特許第３６２８０５７号
明細書では、ノイズ信号を除くための能動狭範囲ノツチ
フィルターが開示されている。しかしながら、これらの
先行技術の文献の何れにおいても、動的に可変で、した
がって、時間と共に変化する周波数のいずれかにおける
エネルギーを抑制するフィルターは、開示されていない
。

したがって、本発明の目的は、フィルターを改良するこ
とにある。

本発明の他の目的は、時間と共に変化する周波数の一方
において、エネルギーを抑制するフィルターを提供する
ことにある。

本発明のさらに他の目的は、動作中に動的に可変である
適応性のあるストップノツチフィルターを提供すること
にある。

Ｃ０問題点を解決するための手段 これらの目的および他の目的に従って、フィルターを構
成する乗算器の乗数が動作中に動的に変化し、時間と共
に変化する周波数においてエネルギーを抑制するスＩ−
ツブノツチフィルターが開示されている。乗算器の乗数
の第一、第二の絹は、どちらもフィルタ一部を安定させ
るように選ばれる。この二つの相の極の間のＺ＋ｌ１面
上の軌跡が、すべての点において＋Ｂ位円内にあるなら
ば、用いる組を任意の速さで切り換えても、不安定には
ならない。

Ｄ、実施例 実施例では、動的な適ＪＪ、；性を持つフィルターをｒ
）ＴＭ　Ｆ受信器の帯域間１１−フィルターとして用い
ている。帯域１１１１　＋ｌ−フィルターの一つは低帯
域用のもので、低周波数のＤ　Ｔ　Ｍ　Ｆ音をそれぞれ
４０ｄＢ減衰させる。同様に高帯域ｆｉｎ　ｔｌ−フィ
ルターは、高周波数のＤＴＭ１？音を４０ｄ１３減衰さ
せる。

第１図には、典型的な無限インパレス応答（ＩＴＲ）フ
ィルタ一部が示されている。このようなフィルタ一部は
、加算器１１．１２および４個の乗算器１５．１６．１
８．１９を含んでなる。第１図のようなフィルタ一部で
は、４個の乗算器１５．１６．１８．１９に与える乗数
によって、いくつかのフィルター機能のうちのどれを実
現できるかが決まる。図示のように、乗算器１５．１８
は帰還路に接続される一方、乗算器１６．１９は前向き
路に接続される。したがって、加算器１１に人力される
のは、フィルター人力５１および乗算器１５．１８の出
力を示す線５２ということになる。遅延ブロック１４は
、点１３と乗算器１５．１６の入力との間に接続されて
いる。遅延ブロック１７は、乗算器１５．１６の入力と
乗算器１８．１９の入力との間に接続されている。

フィルタ一部に入力されるサンプルを示すのは線５１で
ある。加算器１１の出力は、フィルター人力５１、ディ
レィブロック１７に乗算器１８を掛は合わせた積および
ディレィブロック１４に乗算器１５を掛は合わせた積の
和となる。加算器１２の出力は、加算器１１の出力１３
、ディレィブロック１４に乗算器１６を掛は合わせた積
およびディレィブロック１７に乗算器１９を掛は合わせ
た積の和に等しい。乗算器１５、Ｉ６．１８．１９の乗
数の選び方は、複数の固定フィルタリング機能に関する
先行技術としてよく知られている。

乗算器１５．１８は加算器１１についての帰還路に位置
しているので、フィルターの動作が不安定になるのを避
けるため、乗算器１５．１８の値は慎重に選ばなければ
ならない。フィルタ一部を他のフィルタ一部に直列に接
続して、より複雑なフィルタリング機能を実現すること
もできる。フィルタ一部の上記動作は第３図に詳しく示
されている。

乗算器１５．１６．１８．１９の乗数は、動作中、すな
わち、人力信号がフィルター人力５１に供給される間、
不安定になることなく変化することができる。乗算器１
５．１６．１８．１９について第一の乗数の組と第二の
乗数の組が選ばれたと仮定しよう。すると、フィルタ一
部の動作をこれら乗算器の乗数の二つの組の間で切り換
えることができる。Ｚ平面における、乗算器１５．１６
．１８．１９の乗数の各組毎に定まる極の間の軌跡があ
らゆる点においてｍ位置の中にあるならば、任意の速さ
でこれら乗算器に用いる乗数の組を切り換える、すなわ
ち動的に変化させることが可能である。このことは第４
図に関連して詳述する。

乗算器部の値の組を選択する操作は、第５図のフローチ
ャートに示されている。

ある関数ｆ　（ｔ）に関して、複素変数Ｓを次のように
定めることができる。

関数Ｆ　（ｓ）は複数変数であり、普通ｆ　（ｔ）のラ
プラス変換と呼ばれている。Ｓ−σ＋ｊωとすると、任
意の実現可能な電子回路網は、Ｆ　（ｓ）によって特徴
づけることができる。ある入力信号！１（ｔ）を関数ｆ
　（ｔ）に作用させると、出力０　（ｔ）が得られる。

Ｏ（ｔ）の特性は、１（ｔ）とｆ　（ｔ）のラプラス変
換を計算してＴ　（ｓ）とＦ　（ｓ）を得、Ｉ　（ｓ）
とＦ　（ｓ）を掛は合わせ、続いてその積に逆ラプラス
変換を施してＯ（ｔ）を得ることによって決定される。

ラプラス変換のこれらの特徴は、ナイキス１−の安定判
別法として、文献によりよく知られている。

それによれば、回路網が安定であるためには、の分母、
つまりＤ　（ｓ）は、６がＯより小さいようなＳの値に
関してのみ零点を持たなければならない。なお、Ｄ　（
ｓ）はＳの多項式であって、Ｄ（ｓ）＝ｄ、ｓ＋ｄ２ｓ
”＋ｄ３ｓ３−１−ｄ４ｓ’　＝の形であるものとする
。

第４図に示すように、システム４０で、利得Ｋ、４２お
よび前向き伝達関数Ｆ　（ｓ）、４１を用いるとすると
、伝達関数は次の式で与えられる。

０（ｓ）＝ａ（ｓ）Ｆ（ｓ）・・・・・・・・・・・・
・・（３）ここで、０（ｓ）は出力４６であり、ｅ（ｓ
）は偏差関数４３である。偏差数ｅ（ｓ）は、加算器４
５の出力と前向き伝達関数４１の入力において現れるも
のであり、次の式によって与えられる。

６　（ｓ）　＝　Ｏ（ｓ）　Ｋ　＋Ｔ　（Ｓ）”””・
・”（４）ここで、Ｔ　（ｓ）は、システム４０の入力
４４のことである。

０　（ｓ）は、［Ｔ（ｓ）　　ＫＯ（ｓ）１　Ｆ（ｓ）
に等しく、したがって、０（ｓ）＋ＫＯ（ｓ）Ｆ（ｓ）
−Ｔ　（ｓ）Ｆ（ｓ）つまりＯ（Ｓ）　［１＋　Ｋ　Ｆ
　（ｓ）］　＝Ｉ（ｓ）　Ｆ　（ｓ）ツまり０（ｓ）／
　Ｔ　（ｓ）＝　Ｆ　（ｓ）／　［１＋Ｋ　Ｆ　（ｓ）
”（５）となる。これは第４図に示されるシステムの伝
達関数である。

式（２）を式（５）に代入すると、伝達関数は、したが
って ０（ｓ）／　Ｔ　（ｓ）＝Ｎ（ｓ）／　［Ｄ（ｓ）＋Ｋ
Ｎ（ｓ）］”（６）のように与えられる。

式（６）より、開ループシステム、つまりＫが零に等し
いときは、ちょうどＦ　（ｓ）になることがわかる。ま
た、利得Ｋ、４２の値が増えると、伝達関数の零点は一
定のままであるが、伝達関数の極は変化することがわか
る。利得Ｋ、４２が極端に大きな場合には、式（６）の
分母は極めて小さくなり、その結果、伝達関数は１に近
づく。式（６）の極は、利得Ｋ、４２が増すにつれて、
零点に近づグ く。極が左半面にある、つまり、１がＯより小さい限り
、第４図に示されるシステムは安定である。

ラプラス領域では、一定の遅れＴの学位には、伝達関数
Ｆ　（ｓ）　＝　ｅｘｐ　（ｓ　”Ｉ’　）が対応する
。この関数の２変換は、次のように定義される。

ｚ　＝ｅｘｐ（ｓＴ） つまりｚ　＝ｅｘｐ（σ＋ｊω）Ｔ σとωがともに零のときは、２はｅｘｐ（０）つまり１
に等しい。σが零でωが２π／Ｔに等しいときは、Ｚは
ｅｘｐ（、ｉ２π）に等しい。σが零より大きな値ｋに
等しく、ωが零に等しいときは、２はｅｘｋ（ｋ）に等
しい。σがｋに等しく、ωが任意の値Ｘに等しいときけ
、ｚ　＝ｅｘｐ（ｋ＋ｊｘ）＝ｅｘｋ（ｋ）ｅｘｋ（ｊ
ｘ）となる。最後に、σが−ｋに等しく、ωが２π／Ｔ
より小さい任意の値Ｘに等しいときは、ｚ　＝　ｅｘｋ
　（、ｉｘ　−ｋ）　＝　ｅｘｐ（ｊｘ）／　ｅｘｐ（
ｋ）となる。

以−１−かられかるように、ｚ　＝　１は虚数項なしの
一単位の正数であるσが零に等しく、かつωが２π／Ｔ
に等しいときは、２は−１に等しくなり、虚数項はない
。σがｋに等しく、ωが０に等しいときは、２は零より
大きな実数になる。σがｋに等しく、ωがＸに等しいと
きは、２は任意の偏角を持ち、１より大きな値の複数素
になる、最後に、σが−ｋに等しく、ωがＸに等しいと
きは、２は任意の偏角を持ち、■より小さな値の複数に
なる。

σがｋ　（零より大きい）に等しく、ωが任意のＸに等
しいときは、σとωの値によってＳ平面の右半分が定め
られる。σが−ｋに等しく、ωがＸに等しいときは、こ
れらの値によってＳ平面の左半分が定められるが、そこ
ではωは２π／Ｔに限られる。したがって、１／Ｔより
小さな周波数に対して、左半面の極Ｓは、２平面の単位
円の中に写される。そのような円の中では、上記式（２
）、（６）に示される通り、極は安定である。逆変換に
よって、単位円の中の２平面上の極は、Ｗ軸の左のＳ平
面上の極に写り、周波数け１／Ｔより小さくなる。式（
２）、（６）と等価なことであるが、該単位円の中で任
意の軌跡に沿って動く極は、したがって安定である。

第２図は、第１図に示した動的に可変のフィルターへの
応用として、「）Ｍ′ｒＦ受信器を示す。第２図のＤＭ
ＴＦ受信器は、第１図および第４図のフィルター耐層と
動的変化を用いる帯域ＩＩＩ市低帯域フィルター２１と
ＪｊＦ域１１１１　ｄ―高帯域フィルター２２を含んで
いる。素子２３は＋１１’　Ｍ　Ｆ受信器２０の自動利
得制御（Ａ（ンＣ）を行う。素子２５．２６．２７は高
帯域共振器である。素子３１〜３４は、低帯域共振器で
ある。素子２９．３５は、判別器である。最後に、素子
；１６は状態器である。

前述のように、ｆ）　Ｔ　Ｍ　Ｆ受信器には、低帯域１
！ＩＩ止フイルター２１と高帯域１１１１　＋ｌ−フィ
ルター２２がある。低帯域１５１１市フイルター２１に
は、低周波音を４０ｄＢ減衰させることが求められる。

一方、高帯域β１１市フイルター２２には、高周波音を
４０ｄＢ　減衰させることが求められる。ＤＴＭＦ受信
器の各信号路には、帯域阻止フィルターに直に続く振幅
制限器（図示せず）がある。換言すれば。

フィルター２１に続いて低帯域振幅制限器があり、フィ
ルター２２に続いて高帯域振幅制限器がある。

これらの制限器の目的は、入力３０で話し中に受信した
エネルギーを散逸することにある。この散逸処理により
、共振器２５〜２７問および共振器３１〜３４間の音声
エネルギー分布はより均一になる。したがって、入力音
声によって共振器の一つが励起された結果、判別器２９
．３５のどちらかがＤＴＭＦ音を検出したことを知らせ
るということはまず起こらない。

ｒ）ＴＭＦ音の信号伝達の際は、帯域阻止フィルター２
１．２２が、受信した二つの音、つまり高音と低音のう
ちの一つを除去するので、単一周波数音だけが振幅制限
器に現れる。単一周波数音が入力された場合、振幅制限
器により生じた散逸は、入力音のすべての奇数周波によ
って占められる。

共振器２５〜２７および共振器３１〜３４は、このよう
な奇数周波効果を避けるように選ばれているので、その
ような共振器のうちで、ＤＴＭＦ音の奇数周波に敏感な
ものはない。その結果、ＤＴＭＦ音の信号伝達の際の、
これら振幅制限器による影響は最小限に留まる。音声エ
ネルギーが振幅制限器に入力される前に、帯域阻１１−
フィルター２１．２２が不要の音を十分に減らさない場
合は、振幅制限器の出力は二つの音のすべての相互変調
積によって占められる。その結果、一つ以上の共振器が
十分に共振するので、判別器２９．３５は音を認識しな
い。

帯域阻止フィルター２１．２２がない場合でも、ある共
振器が卓越して能動的になり得ること、つまり、すべて
の有効なりＴＭＦ音に関して他の共振器よりも高い出力
を与えることが認識されている。したがって、そのよう
な共振器の出力を、音を検出したことの積極的な指示と
して利用することはできない。このような点を克服する
ため、半別器２９．３５は二重機能を営む。第一の機能
は。

共振器２５〜２７または共振器３１〜３４の出力の一つ
が十分卓越して、音が検出されたと主張できるときに知
らせることである。判別器２９．３５の営む第二の機能
は、帯域阻止フィルター２１．２２に対して、共振器２
５〜２７または共振器３１〜３４のうちの所定の一つが
、小さなマージンのために、特定の周波数帯域で他の共
振器より優越しているという指示を与えることである。

この信号伝達経路は、クロスして結合されている。すな
わち、卓越した低音は高帯域路の帯域阻止フィルターに
伝達され、逆もまた同じである。つまり、卓越した低音
は、判別器２９によってライン３８を通じてフィルター
２１に伝えられる一方、卓越した高音は、判別器３５に
よってライン３７を通じてフィルター２２に伝えられる
。

次に、第１図のＩＩＲフィルターを伴うＤＴＭＦ受信器
の動作を、共振器３２が７７０Ｈｚの音の共振器である
として詳しく説明する。低帯域において共振器３２が最
も古い活動的であることを判別器３５が知らせると、フ
ィルター２１を構成する第１図の乗算器１５．１６．１
８．１９の乗数は、７７０Ｈｚの音を厳しく減衰させる
ように選択される。したがって、第１図のフィルターの
動作により、７７０　Ｆｉｚの音は、高４＋Ｆ域制限器
および高帯域共振器に届かなくなる。入力３０で真のｒ
ｌＴＭＦ音を受信してから最初の数ミリ秒の間は、ＡＧ
Ｃ２３のノイズおよび設定のため、共振器２５〜２７お
よび共振器３１〜３４の何れが優越しているかについて
、不安定をもたらす。判別器２９．３５は、サンプルを
入力する度に、異なる共振器が優越していると知らせる
可能性があるので、フィルター２１．２２はその特性を
変える、つまり、サンプルを入力する度に、乗算器１５
．１６．１８．１９の乗数を変える可能性がある。乗算
器１５．１６．１８．１９の乗数の組は、何れも、選ば
れた組の極の間の２平而１；の軌跡が、すべての点で単
位円の中にあるように選択されているので、動作中に不
安定になることがない。

以上、本発明を好ましい実施例により説明したが、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能である
ことは言うまでもない。

Ｅ１発明の効果 本発明によれば、エネルギーを抑制する周波数を時間的
に変えることができ、しかも不安定になることのない動
的に可変のフィルターが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で用いられる無限インパルス応答型（
ＴＩＲ）フィルターを示す。 第２図は、第１図のフィルターを用いるＤＴＭＦ受信器
のブロック図である。 第３図は、第１図のフィルターの動作を記すフローチャ
ートである。 第４図は、システムの利得が増すにつれて、該システム
の極が動くフィードバック制御システムのブロック図で
ある。 第５図は、第１図に応じて四次のフィルターの乗数を選
択する手順を記すフローチャートである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれが並列に帰還路に接続された少なくとも
   二つの乗算器部と、 少なくとも二つの時間と共に変化する周波数の間で切換
   えて動作させるために、前記少なくとも二つの乗算器部
   を動的に変化させて、前記少なくとも二つの時間と共に
   変化する周波数におけるエネルギーを動的に抑制する手
   段 を含んでなることを特徴とする時間と共に変化する周波
   数におけるエネルギーを抑制するフイルター。
2. （２）前記少なくとも二つの乗算器部のそれぞれには、
   第一の加算器の入力と出力との間に接続された乗算器が
   含まれることを特徴とする、特許請求の範囲第（１）項
   記載の時間と共に変化する周波数におけるエネルギーを
   抑制するフイルター。
3. （３）前記少なくとも二つの乗算器部のそれぞれには、
   さらにデイレイブロツクが含まれ、第一のデイレイブロ
   ツクは、前記第一の加算器の出力と第一の乗算器の入力
   との間に接続されるとともに、第二のデイレイブロツク
   は、前記第一の乗算器の入力と第二の乗算器の入力との
   間に接続されることを特徴とする、特許請求の範囲第（
   ２）項記載の時間と共に変化する周波数におけるエネル
   ギーを抑制するフイルター。
4. （４）並列に接続された少なくとも二つの付加的な乗算
   器部と、前記少なくとも二つの付加的な乗算器部の出力
   に接続された第二の加算器とをさらに含み、前記少なく
   とも二つの付加的な乗算器部および前記第二の加算器は
   、前記少なくとも二つの乗算器部に直列に接続されてい
   ることを特徴とする、特許請求の範囲第（２）項記載の
   時間と共に変化する周波数におけるエネルギーを抑制す
   るフイルター。
5. （５）前記少なくとも二つの付加的な乗算器部のそれぞ
   れには、出力が前記第二の加算器の入力に接続された乗
   算器が含まれることを特徴とする、特許請求の範囲第（
   ４）項記載の時間と共に変化する周波数におけるエネル
   ギーを抑制するフイルター。