JP6086541B2 - Signal processing system and signal processing method - Google Patents

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本発明は、信号をAD(Analog−to−Digital)変換する前に、アナログ領域で信号を圧縮し、圧縮した信号をAD変換し、デジタル信号処理で元の信号を復元する信号処理システム及び信号処理方法に関する。   The present invention relates to a signal processing system and signal for compressing a signal in an analog domain before performing AD (Analog-to-Digital) conversion on the signal, AD converting the compressed signal, and restoring the original signal by digital signal processing. It relates to the processing method.

従来から信号(データ系列)をAD変換し、圧縮し、伝送することにより、ネットワークの帯域を有効活用することができることが知られている。この明細書においては、信号をAD変換し、圧縮し、復元する技術を、従来のデジタル圧縮センシング技術と称する。なお、信号をAD変換する前に、アナログ領域で信号を圧縮し、圧縮した信号をAD変換し、復元する技術を、従来のアナログ圧縮センシング技術と称する。従来のデジタル圧縮センシング技術では、信号をAD変換してから処理を行うため、高速AD変換器が必要であったが、従来のアナログ圧縮センシングは、アナログ領域で信号の圧縮を行うため、高速AD変換器が不要となる。   Conventionally, it is known that a network band can be effectively utilized by AD-converting, compressing, and transmitting a signal (data series). In this specification, a technique for AD-converting, compressing, and restoring a signal is referred to as a conventional digital compression sensing technique. Note that a technique of compressing a signal in the analog domain before performing AD conversion on the signal, AD converting and restoring the compressed signal is referred to as a conventional analog compressed sensing technique. Conventional digital compression sensing technology requires a high-speed AD converter to perform processing after AD conversion of the signal, but conventional analog compression sensing compresses the signal in the analog domain, so high-speed AD conversion is required. No converter is required.

従来のデジタル圧縮センシングの概念(例えば、非特許文献1、2参照)を図8に示す。図8は周波数領域、もしくは時間領域で疎な信号を想定している。まず、入力信号を入力信号のナイキストレート(入力信号の帯域の2倍)の速度を持つAD変換器でサンプリングする。次に、サンプリングした信号を、ランダム測定行列の列数毎に分けて、ランダム測定行列との掛け算を行う。例えば、図8では、40×100で構成されるランダム測定行列を用いるため、サンプリングした信号を100個毎に分けて、ランダム測定行列とのかけ算を行う。この結果、100個の入力信号から40個の圧縮データを得る。次に、圧縮データをランダム復元行列とL1−minimization復元アルゴリズム等の復元アルゴリズムを用いて信号の復元を行う。   The concept of conventional digital compressed sensing (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2) is shown in FIG. FIG. 8 assumes a sparse signal in the frequency domain or time domain. First, the input signal is sampled by an AD converter having a speed that is Nyquist rate of the input signal (twice the bandwidth of the input signal). Next, the sampled signal is divided for each number of columns of the random measurement matrix and multiplied with the random measurement matrix. For example, in FIG. 8, since a random measurement matrix composed of 40 × 100 is used, the sampled signal is divided into 100 pieces and multiplied with the random measurement matrix. As a result, 40 compressed data are obtained from 100 input signals. Next, the compressed data is restored using a random restoration matrix and a restoration algorithm such as an L1-minimization restoration algorithm.

従来のデジタル圧縮センシングを行うシステム構成を図9に示す。図9において、入力信号はAD変換部1002でアナログ信号からデジタル信号に変換され、変換結果を圧縮センシング部1004に出力する。ランダム測定行列生成部1008は、ランダム変数からなるランダム測定行列を生成する。ランダム復元行列生成部1010は、ランダム測定行列にIFFT行列を掛け算してランダム復元行列を生成する。圧縮センシング部1004は入力されたデジタル信号を、ランダム測定行列生成部1008で生成されたランダム測定行列を用いデータの圧縮を行う。圧縮結果は、信号復元部1006に出力される。信号復元部1006は、入力された圧縮データをランダム復元行列とL1−minimization復元アルゴリズム等の復元アルゴリズムを用いて信号の復元を行ない、復元した信号を出力する。   FIG. 9 shows a system configuration for performing conventional digital compressed sensing. In FIG. 9, an input signal is converted from an analog signal to a digital signal by the AD conversion unit 1002, and the conversion result is output to the compression sensing unit 1004. The random measurement matrix generation unit 1008 generates a random measurement matrix composed of random variables. The random restoration matrix generation unit 1010 generates a random restoration matrix by multiplying the random measurement matrix by the IFFT matrix. The compression sensing unit 1004 compresses the input digital signal using the random measurement matrix generated by the random measurement matrix generation unit 1008. The compression result is output to the signal restoration unit 1006. The signal restoration unit 1006 restores the input compressed data using a restoration algorithm such as a random restoration matrix and an L1-minimization restoration algorithm, and outputs the restored signal.

従来のアナログ圧縮センシングの概念(例えば、非特許文献3参照)を図10に示す。図10は周波数領域、もしくは時間領域で疎な信号を想定している。まず、入力信号を複数の同一信号に分波し、各分波した信号を、入力信号のナイキストレート(入力信号の帯域の2倍)の速度を持つ変調器を用いて変調を行う。この変調器は、ナイキストレートの速度で符号の正負がランダムに変わる特徴を持つ。また、各変調器において、正負の符号の変換パターンは、分岐毎に異なるが、各パターンの周期は分岐毎に同一である。例えば、図10に示す例では、分岐の数が4個、分岐毎に正負の符号変換の周期が100である例を示す。   The concept of conventional analog compressed sensing (see, for example, Non-Patent Document 3) is shown in FIG. FIG. 10 assumes a sparse signal in the frequency domain or time domain. First, an input signal is demultiplexed into a plurality of identical signals, and each demultiplexed signal is modulated using a modulator having a speed of the input signal Nyquist rate (twice the bandwidth of the input signal). This modulator has the characteristic that the sign changes randomly at the speed of the Nyquist rate. Further, in each modulator, the conversion pattern of positive and negative signs differs for each branch, but the period of each pattern is the same for each branch. For example, the example illustrated in FIG. 10 illustrates an example in which the number of branches is four and the cycle of positive / negative sign conversion is 100 for each branch.

次に、各分岐の変調器により変換された信号は、それぞれ低域通過フィルタ部(low pass filter)に入力される。分岐毎の低域通過フィルタ部の出力信号は、それぞれ、入力信号のナイキストレートより低い速度を持つAD変換器を用いてサンプリングされる。図10に示す例では、従来のデジタル圧縮センシングにおける100個のデジタル信号に相当するアナログ信号が入力され、4個の分岐が、それぞれ10個の圧縮データを出力するので、100個の信号から40個の圧縮データを得ることになる。ここで、100個の入力信号に相当するアナログ信号とは、ナイキストレートの速度を持つAD変換器でAD変換を行うと、100個のデジタルサンプルになるアナログ信号を意味する。次に、圧縮データを分岐毎の正負変換パターンと低域通過フィルタ部の応答特性から計算したランダム復元行列とL1−minimization復元アルゴリズム等の復元アルゴリズムを用いて信号の復元を行う。   Next, the signal converted by the modulator of each branch is input to a low-pass filter unit (low pass filter). The output signal of the low-pass filter section for each branch is sampled using an AD converter having a lower speed than the Nyquist rate of the input signal. In the example shown in FIG. 10, analog signals corresponding to 100 digital signals in the conventional digital compression sensing are input, and four branches output 10 compressed data, so 40 signals from 100 signals. Pieces of compressed data are obtained. Here, the analog signal corresponding to 100 input signals means an analog signal that becomes 100 digital samples when AD conversion is performed by an AD converter having a Nyquist rate. Next, the compressed data is restored using a random restoration matrix calculated from the positive / negative conversion pattern for each branch and the response characteristics of the low-pass filter unit and a restoration algorithm such as an L1-minimization restoration algorithm.

従来のアナログ圧縮センシングを行うシステム構成を図11に示す。図11において、入力信号は分波部2001でN(Nは自然数)個の信号に分波される。各分波された信号は、第1分岐部201、第2分岐部202、第N分岐部203それぞれの変調部2002に入力される。正負パターン生成部2008は、ランダム変数からなる正負のパターンを生成する。変調部2002は、正負パターン生成部2008が生成した正負変換パターンを用いて、分波部2001から入力した信号の変調を行う。各分岐において、変調部2002の出力信号は、低域通過フィルタ部2003に入力される。   FIG. 11 shows a system configuration for performing conventional analog compressed sensing. In FIG. 11, an input signal is demultiplexed into N (N is a natural number) signals by a demultiplexing unit 2001. The demultiplexed signals are input to the modulation units 2002 of the first branch unit 201, the second branch unit 202, and the N-th branch unit 203, respectively. The positive / negative pattern generation unit 2008 generates a positive / negative pattern composed of random variables. The modulation unit 2002 modulates the signal input from the demultiplexing unit 2001 using the positive / negative conversion pattern generated by the positive / negative pattern generation unit 2008. In each branch, the output signal of the modulation unit 2002 is input to the low-pass filter unit 2003.

次に、第1〜第N各分岐部201〜203のAD変換部2004において、分岐毎の低域通過フィルタ部2003の出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換結果を結合部2005に出力する。結合部2005は、第1〜第N各分岐部201〜203毎のAD変換部2004の出力信号を結合し、信号復元部2006に出力する。ランダム復元行列生成部2010は、分岐毎に正負パターン生成部2008が生成した正負変換パターンと低域通過フィルタ部の応答特性からなるランダム測定行列にIFFT行列を掛け算してランダム復元行列を生成する。信号復元部2006は、結合部2005から入力された圧縮データをランダム復元行列とL1−minimization復元アルゴリズム等の復元アルゴリズムを用いて信号の復元を行ない、復元した信号を出力する。   Next, in the AD conversion unit 2004 of each of the first to N-th branch units 201 to 203, the output signal of the low-pass filter unit 2003 for each branch is converted from an analog signal to a digital signal, and the conversion result is sent to the coupling unit 2005. Output. The combining unit 2005 combines the output signals of the AD conversion units 2004 for the first to N-th branch units 201 to 203 and outputs the combined signals to the signal restoration unit 2006. The random restoration matrix generation unit 2010 multiplies the IFFT matrix by a random measurement matrix composed of the positive / negative conversion pattern generated by the positive / negative pattern generation unit 2008 and the response characteristic of the low-pass filter unit for each branch to generate a random restoration matrix. The signal restoration unit 2006 performs signal restoration on the compressed data input from the combining unit 2005 using a restoration algorithm such as a random restoration matrix and an L1-minimization restoration algorithm, and outputs the restored signal.

図8と図10と比較すると、図8の従来のデジタル圧縮センシングでは、入力信号をAD変換してから100個の信号を40個のデータに圧縮をしている反面、図10の従来のアナログ圧縮センシングでは、入力信号をアナログ領域で、圧縮してからAD変換を行うが、結果的に、100個に相当する信号を40個の圧縮データに圧縮することは、従来のデジタル圧縮センシングと同様である。   Compared with FIG. 8 and FIG. 10, in the conventional digital compression sensing of FIG. 8, 100 signals are compressed to 40 data after AD conversion of the input signal, but the conventional analog of FIG. In compression sensing, the input signal is compressed in the analog domain before AD conversion. As a result, the compression of 100 signals to 40 compressed data is the same as conventional digital compression sensing. It is.

図12と図13に、図11に示した従来のアナログ圧縮センシングの例の測定行列のデジタル表現を表す。まず、図12に分岐i(iは自然数)における測定行列のデジタル表現を表す。ここで、分岐iの正負の符号のパターンを、それぞれ、bi,0,bi,1,…,bi,99と表す。各bi,jは、正負パターン生成部が生成したパターンが正であれば、+1であり、正負パターン生成部が生成したパターンが負であれば−1である。各分岐において、入力する信号をアナログ領域で、変調部により正負変換パターンを用いて、正と負にアナログ的に変換するが、これをデジタル的に表現すると、bi,0,bi,1,…,bi,99を対角成分とする100×100の行列に表すことができる。 12 and 13 represent digital representations of the measurement matrix of the example of the conventional analog compressed sensing shown in FIG. First, FIG. 12 shows a digital representation of the measurement matrix at branch i (i is a natural number). Here, the patterns of the positive and negative signs of the branch i are represented as bi , 0 , bi , 1 , ..., bi , 99 , respectively. Each b i, j is +1 if the pattern generated by the positive / negative pattern generation unit is positive, and is −1 if the pattern generated by the positive / negative pattern generation unit is negative. In each branch, an input signal is converted into positive and negative in an analog domain by using a positive / negative conversion pattern in an analog domain. When this is digitally expressed, bi , 0 , bi , 1 ,..., Bi , 99 can be expressed as a 100 × 100 matrix having diagonal components.

次に、各分岐における低域通過フィルタ部2003とAD変換部2004の応答特性を図12のように10×100の行列として表すことができる。この行列と前述の100×100の正負パターンの行列と掛け算をすることで、分岐iの入力信号と出力信号の関係を表す分岐iの測定行列のデジタル表現が得られる。各分岐の出力信号は、結合部2005で結合されることを考慮し、図13のように各分岐の測定行列を合わせて行列表現をすると、最終的な測定行列のデジタル表現が得られる。図13では、各分岐の測定行列のサイズが10×100であり、4個分岐の出力を結合するため、最終的な測定行列のサイズは、40×100となる。   Next, the response characteristics of the low-pass filter unit 2003 and the AD conversion unit 2004 in each branch can be expressed as a 10 × 100 matrix as shown in FIG. By multiplying this matrix by the above-mentioned 100 × 100 positive / negative pattern matrix, a digital representation of the measurement matrix of branch i representing the relationship between the input signal and output signal of branch i can be obtained. Considering that the output signals of the branches are combined by the combining unit 2005, the final digital representation of the measurement matrix can be obtained by combining the measurement matrices of the branches as shown in FIG. In FIG. 13, the measurement matrix size of each branch is 10 × 100, and the outputs of the four branches are combined, so the final measurement matrix size is 40 × 100.

図14は、従来のアナログ圧縮センシングの変調器の速度と正負パターンの周期と、入力信号のナイキストレートと、低域通過フィルタ部の通過帯域と、AD変換器の速度の関係を示す図である。図14において、入力信号のナイキストレートと変調部の正負符号変換速度は、それぞれ、fNyquistとTmodulationと表され、fNyquist=1/Tmodulationの関係を持つ。なお、低域通過フィルタ部の通過帯域と、AD変換器の速度と、変調部の正負符号パターンの周期は、それぞれ、fLPFと、fADCと、Tperiodと表され、fLPF=fADC=1/Tperiodの関係を持つ。 FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the modulator speed and the positive / negative pattern period of the conventional analog compression sensing, the Nyquist rate of the input signal, the pass band of the low-pass filter unit, and the speed of the AD converter. . In FIG. 14, the Nyquist rate of the input signal and the positive / negative sign conversion speed of the modulation unit are expressed as f Nyquist and T modulation , respectively, and have a relationship of f Nyquist = 1 / T modulation . Incidentally, the pass band of the low pass filter, and the speed of the AD converter, the period of the sign pattern of the modulation unit, respectively, and f LPF, and f ADC, expressed as T period, f LPF = f ADC = 1 / T period .

各分岐のAD変換器の速度(fADC)と分岐の数(ここで、分岐の数はn(nは自然数)とする)と、全帯域の中で実際信号のある領域(foccupied)の関係は、fADC×n≧λ×foccupiedを満足する必要がある。ここで、λは約3から4までの値である事が知られている(例えば、非特許文献1、2)。ここでは、簡単のためλを4とする。例えば、100MHzの全体帯域の中で、10MHzのみ信号がある場合、各分岐のAD変換器の速度(fADC)と分岐の数(n)の掛け算(fADC×n)は、40Mspsである必要がある。 The speed (f ADC ) of the AD converter of each branch, the number of branches (here, the number of branches is n (n is a natural number)), and the area where the actual signal is in the entire band (f occupied ). The relationship needs to satisfy f ADC × n ≧ λ × f occupied . Here, it is known that λ is a value from about 3 to 4 (for example, Non-Patent Documents 1 and 2). Here, λ is set to 4 for simplicity. For example, when there is only a signal of 10 MHz in the entire band of 100 MHz, the multiplication (f ADC × n) of the speed (f ADC ) and the number of branches (n) of each AD converter needs to be 40 Msps. There is.

次に、各分岐のAD変換器の速度(fADC)と分岐の数(n)の関係を説明する。fADCとnの掛け算は、foccupiedの4倍であるため、foccupiedとfADCが与えられた場合、分岐の数(n)は、(4×foccupied/fADC)となる。例えば、上記の例の場合、100MHzの全体帯域の中で、10MHzのみ信号があるので、圧縮後のデータレートは、40Mspsが必要である。ここで、例えば、各分岐のAD変換器の速度が5Mspsであれば、8個の分岐が必要とある(8×5Msps=40Msps)。もしくは、各分岐のAD変換器の速度が10Mspsであれば、4個の分岐が必要となる(4×10Msps=40Msps)。つまり、分岐毎のAD変換器のサンプリング速度を上げることで、分岐の数を減らすことができる。 Next, the relationship between the speed (f ADC ) of the AD converter in each branch and the number of branches (n) will be described. multiplication of f ADC and n are the 4 times f OCCUPIED, if f OCCUPIED and f ADC is given, the number of branches (n) becomes (4 × f occupied / f ADC ). For example, in the case of the above example, since there is only a signal of 10 MHz in the entire band of 100 MHz, the data rate after compression needs to be 40 Msps. Here, for example, if the speed of the AD converter of each branch is 5 Msps, 8 branches are required (8 × 5 Msps = 40 Msps). Alternatively, if the AD converter speed of each branch is 10 Msps, four branches are required (4 × 10 Msps = 40 Msps). That is, the number of branches can be reduced by increasing the sampling rate of the AD converter for each branch.

E. Candes et al., “An Introduction to Compressive Sampling," IEEE Signal Processing Magazine, pp. 21-30, March, 2008.E. Candes et al., “An Introduction to Compressive Sampling,” IEEE Signal Processing Magazine, pp. 21-30, March, 2008. E. Candes et al., “Near-Optimal Signal Recovery from Random Projections: Universal Encoding Strategies?" IEEE Transaction on Information Theory, pp. 5406-5425, December, 2006.E. Candes et al., “Near-Optimal Signal Recovery from Random Projections: Universal Encoding Strategies?” IEEE Transaction on Information Theory, pp. 5406-5425, December, 2006. M. Mishali et al., “From Theory to Practice: Sub-Nyquist Sampling of Sparse Wideband Analog Signals," IEEE Journal of Selected Topics on Signal Processing, pp. 375-391, April 2010.M. Mishali et al., “From Theory to Practice: Sub-Nyquist Sampling of Sparse Wideband Analog Signals,” IEEE Journal of Selected Topics on Signal Processing, pp. 375-391, April 2010.

従来のアナログ圧縮センシング技術では、分岐毎のAD変換器の速度を上げることで、分岐の数を減らすことができる。ところで、図14の例に示すように、分岐毎のAD変換の速度(fADC)は、変調部の正負符号パターンの周期(Tperiod)と逆数の関係(fADC=1/Tperiod)があるため、分岐毎のAD変換部の速度を上げると、変調部の正負符号パターンの周期が短くなるという問題がある。例えば、図15にfADCを2倍にした例を示す。分岐毎のAD変換の速度(f’ADC=2×fADC)を2倍にすることで、分岐の数は半分にすることができるが、変調部の正負符号パターンの周期が半分になってしまう。正負符号パターンの周期が短くなると、ランダム測定行列のランダム性が失われるので、復元性能が劣化するという問題が生じる。 In the conventional analog compression sensing technology, the number of branches can be reduced by increasing the speed of the AD converter for each branch. By the way, as shown in the example of FIG. 14, the AD conversion speed (f ADC ) for each branch has a relationship between the period (T period ) and the reciprocal number (f ADC = 1 / T period ) of the positive / negative code pattern of the modulation unit. Therefore, when the speed of the AD conversion unit for each branch is increased, there is a problem that the cycle of the positive / negative code pattern of the modulation unit is shortened. For example, FIG. 15 shows an example in which f ADC is doubled. By doubling the AD conversion speed (f ′ ADC = 2 × f ADC ) for each branch, the number of branches can be halved, but the period of the positive / negative code pattern of the modulator is halved. End up. When the cycle of the positive / negative code pattern is shortened, the randomness of the random measurement matrix is lost, which causes a problem that the restoration performance deteriorates.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、アナログ圧縮センシングにおいて復元性能を劣化させないで分岐の数を減らすことができる信号処理システム及び信号処理方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a signal processing system and a signal processing method that can reduce the number of branches without deteriorating the restoration performance in analog compression sensing.

本発明は、周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う信号処理システムであって、入力信号を複数の同一信号に分波する分波部と、ランダムな正負変換パターンを生成する正負パターン生成部と、分波された信号を前記正負変換パターンで変調する変調部と、前記変調部の出力の低い周波数成分を通過させる低域通過フィルタ部と、前記低域通過フィルタ部の出力をAD変換するAD変換部とからなる分波された信号と同数の分岐部と、前記AD変換部それぞれの出力を結合する結合部と、前記正負変換パターンと前記低域通過フィルタ部の応答特性からなるランダム測定行列とIFFT行列からランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、前記結合部の出力信号と前記ランダム復元行列を用いて信号の復元を行う信号復元部と、前記信号復元部から出力された復元信号の全帯域内に含まれる信号成分を検出し、全帯域幅と信号帯域幅との割合を計算する信号検出部と、前記全帯域幅と信号帯域幅との割合に基づいて、前記正負パターン生成部と、前記正負変換パターンの周期と、前記変調部の変調速度と、前記AD変換部のAD変換速度を制御する制御部とを備えることを特徴とする。   The present invention is a signal processing system that compresses and restores a signal having a sparse property in a frequency domain or a time domain, and includes a demultiplexing unit that demultiplexes an input signal into a plurality of identical signals, A positive / negative pattern generation unit that generates a positive / negative conversion pattern, a modulation unit that modulates a demultiplexed signal with the positive / negative conversion pattern, a low-pass filter unit that passes a low frequency component of the output of the modulation unit, and the low-pass filter unit The same number of branching parts as the demultiplexed signals composed of the AD converting part for AD converting the output of the band-pass filter part, the coupling part for combining the outputs of the AD converting parts, the positive / negative conversion pattern, and the low frequency band A random restoration matrix generating unit for generating a random restoration matrix from a random measurement matrix composed of response characteristics of a pass filter unit and an IFFT matrix; an output signal of the coupling unit; A signal restoration unit that restores the signal, and a signal detection unit that detects a signal component included in the entire band of the restoration signal output from the signal restoration unit and calculates a ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth And the positive / negative pattern generation unit, the cycle of the positive / negative conversion pattern, the modulation rate of the modulation unit, and the AD conversion rate of the AD conversion unit based on the ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth And a control unit.

本発明は、周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う中央局とリモート局で構成される信号処理システムであって、前記リモート局は、入力信号を複数の同一信号に分波する分波部と、ランダムな正負変換パターンを生成する正負パターン生成部と、分波された信号を前記正負変換パターンで変調する変調部と、前記変調部の出力の低い周波数成分を通過させる低域通過フィルタ部と、前記低域通過フィルタの出力をAD変換するAD変換部とからなる分波された信号と同数の分岐部と、前記AD変換部それぞれの出力を結合し、前記中央局に送信する結合部とを備え、前記中央局は、前記正負変換パターンと前記低域通過フィルタ部の応答特性からなるランダム測定行列とIFFT行列からランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、前記リモート局から受信した信号と前記ランダム復元行列を用いて信号の復元を行う信号復元部と、前記信号復元部から出力された復元信号の全帯域内に含まれる信号成分を検出し、全帯域幅と信号帯域幅との割合を計算する信号検出部と、前記全帯域幅と信号帯域幅との割合に基づいて、前記正負パターン生成部と、前記正負変換パターンの周期と、前記変調部の変調速度と、前記AD変換部のAD変換速度を制御する制御部とを備えることを特徴とする。   The present invention is a signal processing system composed of a central station and a remote station for compressing and restoring a signal having a sparse property in a frequency domain or a time domain, and the remote station receives a plurality of input signals. A demultiplexing unit for demultiplexing into the same signal, a positive / negative pattern generation unit for generating a random positive / negative conversion pattern, a modulation unit for modulating the demultiplexed signal with the positive / negative conversion pattern, and a low output of the modulation unit Combines the same number of branching parts as the demultiplexed signal consisting of a low-pass filter part that passes frequency components and an AD converter part that AD-converts the output of the low-pass filter, and the outputs of the AD converter parts And a coupling unit for transmitting to the central station, wherein the central station performs random recovery from the random measurement matrix and the IFFT matrix comprising the positive / negative conversion pattern and the response characteristics of the low-pass filter unit. A random restoration matrix generation unit for generating a matrix; a signal restoration unit for restoring a signal using the signal received from the remote station and the random restoration matrix; and within the entire band of the restoration signal output from the signal restoration unit A signal detection unit that detects a signal component included in the signal and calculates a ratio between a total bandwidth and a signal bandwidth, based on a ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth, the positive / negative pattern generation unit, And a control unit that controls a cycle of the positive / negative conversion pattern, a modulation speed of the modulation unit, and an AD conversion speed of the AD conversion unit.

本発明は、前記正負パターン生成部は、前記正負変換パターンの周期と一周期内に含まれている正負変換パターンの数を変更でき、前記変調部は、前記変調速度を前記入力信号のナイキストレートの定数倍の速度に変更でき、前記低域通過フィルタ部は、通過帯域を変更でき、前記AD変換部は、前記AD変換速度を変更でき、前記制御部は、前記正負変換パターンの周期と一周期内に含まれている正負のパターンの数と、前記変調速度と、前記通過帯域と、前記AD変換速度を決定することを特徴とする。   In the present invention, the positive / negative pattern generation unit can change the cycle of the positive / negative conversion pattern and the number of positive / negative conversion patterns included in one cycle, and the modulation unit can change the modulation speed to the Nyquist rate of the input signal. The low-pass filter unit can change the passband, the AD conversion unit can change the AD conversion speed, and the control unit can match the cycle of the positive / negative conversion pattern. The number of positive and negative patterns included in a period, the modulation speed, the passband, and the AD conversion speed are determined.

本発明は、前記制御部は、前記正負変換パターンの周期(Tperiod)と一周期内に含まれている正負のパターンの数(Tperiod/Tmodulation)、前記変調速度(1/Tmodulation)と、前記通過帯域(fLPF)と、前記AD変換速度(fADC)とを決定する際に、分波の数をN(Nは自然数)とし、前記変調速度が前記入力信号のナイキストレートのK(Kは自然数)倍に設定し、検出された信号帯域幅(foccupied)より復元性能の要求条件を満たす情報量を決定する係数をλとし、ランダム性が維持できるランダム符号長Lとする場合、(N/L)×(fNyquist/foccupied)=N×(fADC/foccupied)≧λと、1/Tmodulation = K×fNyquist と、fADC=fLPF=1/Tperiodと、Tperiod/Tmodulation≧Lとが、それぞれ成り立つようにすることを特徴とする。 In the present invention, the control unit includes a period of the positive / negative conversion pattern (T period ), a number of positive / negative patterns included in one period (T period / T modulation ), and the modulation speed (1 / T modulation ). When the passband (f LPF ) and the AD conversion speed (f ADC ) are determined, the number of demultiplexing is N (N is a natural number), and the modulation speed is the Nyquist rate of the input signal. Set to K (K is a natural number) times, λ is a coefficient for determining the amount of information that satisfies the requirements of the restoration performance from the detected signal bandwidth (f occupied ), and a random code length L that can maintain randomness If, (N / L) × ( f Nyquist / f occupied) = a N × (f ADC / f occupied ) ≧ λ, 1 / T modulation And K × f Nyquist, and f ADC = f LPF = 1 / T period, and the T period / T modulation ≧ L, characterized in that it as true, respectively.

本発明は、周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う信号処理システムが行う信号処理方法であって、入力信号を複数の同一信号に分波する分波ステップと、ランダムな正負変換パターンを生成する正負パターン生成ステップと、分波された信号を前記正負変換パターンで変調する変調ステップと、前記変調ステップの出力の低い周波数成分を通過させる低域通過フィルタリングステップと、前記低域通過フィルタリングステップの出力をAD変換するAD変換ステップとからなる分岐処理ステップを前記分波の数だけ並行して行うステップと、前記AD変換ステップそれぞれの出力を結合する結合ステップと、前記正負変換パターンと前記低域通過フィルタリングステップの応答特性からなるランダム測定行列とIFFT行列からランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成ステップと、前記結合ステップの出力信号と前記ランダム復元行列を用いて信号の復元を行う信号復元ステップと、前記信号復元ステップにより出力された復元信号の全帯域内に含まれる信号成分を検出し、全帯域幅と信号帯域幅との割合を計算する信号検出ステップと、前記全帯域幅と信号帯域幅との割合に基づいて、前記正負パターン生成ステップと、前記正負変換パターンの周期と、前記変調ステップの変調速度と、前記AD変換ステップのAD変換速度を制御する制御ステップとを有することを特徴とする。   The present invention relates to a signal processing method performed by a signal processing system that compresses and decompresses a signal having a sparse property in a frequency domain or a time domain, and demultiplexes an input signal into a plurality of identical signals. A positive / negative pattern generation step for generating a random positive / negative conversion pattern, a modulation step for modulating the demultiplexed signal with the positive / negative conversion pattern, and a low-pass filtering for passing a low frequency component of the output of the modulation step A step of performing a branching step consisting of a step and an AD conversion step for AD converting the output of the low-pass filtering step in parallel by the number of demultiplexes, and a combining step of combining the outputs of the AD conversion steps And a random characteristic consisting of response characteristics of the positive / negative conversion pattern and the low-pass filtering step A random restoration matrix generation step for generating a random restoration matrix from a constant matrix and an IFFT matrix, a signal restoration step for restoring a signal using the output signal of the combination step and the random restoration matrix, and the signal restoration step. A signal detection step for detecting a signal component included in the entire band of the restored signal and calculating a ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth, and based on the ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth, The method includes a positive / negative pattern generation step, a cycle of the positive / negative conversion pattern, a modulation speed of the modulation step, and a control step of controlling an AD conversion speed of the AD conversion step.

本発明は、周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う中央局とリモート局で構成される信号処理システムが行う信号処理方法であって、前記リモート局が、入力信号を複数の同一信号に分波する分波ステップと、前記リモート局が、ランダムな正負変換パターンを生成する正負パターン生成ステップと、分波された信号を前記正負変換パターンで変調する変調ステップと、前記変調ステップの出力の低い周波数成分を通過させる低域通過フィルタリングステップと、前記低域通過フィルタリングステップの出力をAD変換するAD変換ステップとからなる分岐処理ステップを前記分波の数だけ並行して行うステップと、前記リモート局が、前記AD変換ステップそれぞれの出力を結合し、前記中央局に送信する結合ステップと、前記中央局が、前記正負変換パターンと前記低域通過フィルタリングステップの応答特性からなるランダム測定行列とIFFT行列からランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成ステップと、前記中央局が、前記リモート局から受信した信号と前記ランダム復元行列を用いて信号の復元を行う信号復元ステップと、前記中央局が、前記信号復元ステップにより出力された復元信号の全帯域内に含まれる信号成分を検出し、全帯域幅と信号帯域幅との割合を計算する信号検出ステップと、前記全帯域幅と信号帯域幅との割合に基づいて、前記正負パターン生成ステップと、前記正負変換パターンの周期と、前記変調ステップの変調速度と、前記AD変換ステップのAD変換速度を制御する制御ステップとを有することを特徴とする。   The present invention is a signal processing method performed by a signal processing system composed of a central station and a remote station that compresses and decompresses a signal having a sparse property in the frequency domain or in the time domain. A demultiplexing step for demultiplexing the input signal into a plurality of identical signals, a positive / negative pattern generation step for the remote station to generate a random positive / negative conversion pattern, and a modulation for modulating the demultiplexed signal with the positive / negative conversion pattern A branch processing step consisting of a step, a low-pass filtering step for passing a low-frequency component of the output of the modulation step, and an AD conversion step for AD-converting the output of the low-pass filtering step by the number of the demultiplexing The step performed in parallel and the remote station combine the outputs of the AD conversion steps and send them to the central station. A combining step, a random restoration matrix generating step for generating a random restoration matrix from a random measurement matrix and an IFFT matrix consisting of response characteristics of the positive / negative conversion pattern and the low-pass filtering step, and the central station comprising: A signal restoration step for restoring a signal using the signal received from the remote station and the random restoration matrix, and a signal component included in the entire band of the restoration signal output by the central station in the signal restoration step A signal detection step for calculating a ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth, a positive / negative pattern generation step based on a ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth, and a cycle of the positive / negative conversion pattern And a control step for controlling the modulation speed of the modulation step and the AD conversion speed of the AD conversion step. It is characterized in.

本発明は、前記正負パターン生成ステップは、前記正負変換パターンの周期と一周期内に含まれている正負変換パターンの数を変更でき、前記変調ステップは、前記変調速度を前記入力信号のナイキストレートの定数倍の速度に変更でき、前記低域通過フィルタリングステップは、通過帯域を変更でき、前記AD変換ステップは、前記AD変換速度を変更でき、前記制御ステップは、前記正負変換パターンの周期と一周期内に含まれている正負のパターンの数と、前記変調速度と、前記通過帯域と、前記AD変換速度を決定することを特徴とする。   In the present invention, the positive / negative pattern generation step can change the cycle of the positive / negative conversion pattern and the number of positive / negative conversion patterns included in one cycle, and the modulation step can change the modulation speed to the Nyquist rate of the input signal. The low-pass filtering step can change the passband, the AD conversion step can change the AD conversion speed, and the control step can be set to the cycle of the positive / negative conversion pattern. The number of positive and negative patterns included in a period, the modulation speed, the passband, and the AD conversion speed are determined.

本発明は、前記制御ステップは、前記正負変換パターンの周期(Tperiod)と一周期内に含まれている正負のパターンの数(Tperiod/Tmodulation)、前記変調速度(1/Tmodulation)と、前記通過帯域(fLPF)と、前記AD変換速度(fADC)とを決定する際に、分波の数をN(Nは自然数)とし、前記変調速度が前記入力信号のナイキストレートのK(Kは自然数)倍に設定し、検出された信号帯域幅(foccupied)より復元性能の要求条件を満たす情報量を決定する係数をλとし、ランダム性が維持できるランダム符号長Lとする場合、(N/L)×(fNyquist/foccupied)=N×(fADC/foccupied)≧λと、1/Tmodulation = K×fNyquist と、fADC=fLPF=1/Tperiodと、Tperiod/Tmodulation≧Lとが、それぞれ成り立つようにすることを特徴とする。 In the present invention, the control step includes the period of the positive / negative conversion pattern (T period ), the number of positive / negative patterns included in one period (T period / T modulation ), and the modulation speed (1 / T modulation ). When the passband (f LPF ) and the AD conversion speed (f ADC ) are determined, the number of demultiplexing is N (N is a natural number), and the modulation speed is the Nyquist rate of the input signal. Set to K (K is a natural number) times, λ is a coefficient for determining the amount of information that satisfies the requirements of the restoration performance from the detected signal bandwidth (f occupied ), and a random code length L that can maintain randomness (N / L) × (f Nyquist / f occupied ) = N × (f ADC / f occupied ) ≧ λ, and 1 / T modulati It is characterized in that on = K × f Nyquist , f ADC = f LPF = 1 / T period , and T period / T modulation ≧ L.

本発明によれば、AD変換速度を上げるとともに変調部の変調速度を入力信号のナイキストより定数倍(例えば、2倍、3倍など)速い速度で変調をすることで、アナログ圧縮センシングにおいて復元性能を劣化させないで分岐の数を減らすことができるという効果が得られる。   According to the present invention, the restoration performance is improved in analog compressed sensing by increasing the AD conversion speed and modulating the modulation speed of the modulation section by a constant multiple (for example, 2 times, 3 times, etc.) faster than Nyquist of the input signal. The effect that the number of branches can be reduced without degrading the is obtained.

本発明の第1の実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 1st Embodiment of this invention. 図1に示す信号処理システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the signal processing system shown in FIG. 本発明の第2の実施形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 2nd Embodiment of this invention. 図3に示すリモート局1と中央局10の構成を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing configurations of a remote station 1 and a central station 10 shown in FIG. 3. 図4に示すリモート局の動作を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing the operation of the remote station shown in FIG. 図4に示す中央局の動作を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing the operation of the central station shown in FIG. 本発明の各パラメータの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of each parameter of this invention. 従来のデジタル圧縮センシングの概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the conventional digital compression sensing. 従来のデジタル圧縮センシングを行うシステム構成を示す図である。It is a figure which shows the system configuration | structure which performs the conventional digital compression sensing. 従来のアナログ圧縮センシングの概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the conventional analog compression sensing. 従来のアナログ圧縮センシングを行うシステム構成を示す図である。It is a figure which shows the system configuration | structure which performs the conventional analog compression sensing. 従来のアナログ圧縮センシングの例の分岐iにおける測定行列のデジタル表現を示す図である。It is a figure which shows the digital representation of the measurement matrix in the branch i of the example of the conventional analog compression sensing. 従来のアナログ圧縮センシングの例の全体の測定行列のデジタル表現を示す図である。It is a figure which shows the digital representation of the whole measurement matrix of the example of the conventional analog compression sensing. 従来のアナログ圧縮センシングの各パラメータの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of each parameter of the conventional analog compression sensing. 図14からAD変換速度を2倍にした場合の従来のアナログ圧縮センシングの各パラメータの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of each parameter of the conventional analog compression sensing at the time of double AD conversion speed from FIG.

<第1の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態による信号処理システムを説明する。図1は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、図11に示す従来の信号処理システムと同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す信号処理システムが従来の信号処理システムと異なる点は、信号検出部2011及び制御部2012が設けられている点である。
<First Embodiment>
Hereinafter, a signal processing system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the embodiment. In this figure, the same parts as those of the conventional signal processing system shown in FIG. The signal processing system shown in this figure is different from the conventional signal processing system in that a signal detection unit 2011 and a control unit 2012 are provided.

図1において、分波部2001は受信した信号を入力とし、入力信号と同一信号の性質を持つN(Nは自然数)個の信号に分波し、このN個の信号を、それぞれ、第1〜第N分岐部201〜203の変調部2002に出力する。   In FIG. 1, a demultiplexing unit 2001 receives a received signal, demultiplexes it into N (N is a natural number) signals having the same signal characteristics as the input signal, and each of these N signals is a first signal. To the modulation unit 2002 of the N-th branch units 201 to 203.

第1〜第N分岐部201〜203の正負パターン生成部2008は、制御部2012から入力する正負パターンの周期と、ランダムナンバー生成シードを用いて、この正負パターンの周期分の数を持つランダム符号を生成する。ここで、ランダム符号は、+1かまたは−1の値を持つ符号である。生成した正負パターンは、第1〜第N分岐部201〜203の変調部2002に出力する。   The positive / negative pattern generation unit 2008 of the first to N-th branch units 201 to 203 uses a positive / negative pattern cycle input from the control unit 2012 and a random number generation seed to generate a random code having the number of cycles of the positive / negative pattern. Is generated. Here, the random code is a code having a value of +1 or -1. The generated positive / negative pattern is output to the modulation unit 2002 of the first to Nth branch units 201 to 203.

変調部2002は、制御部2012から入力される変調速度設定パラメータを用いて、変調器の変調速度を設定する。変調速度は、分波部2001の入力信号のナイキストレートの定数倍である特徴を持つ(例えば、ナイキストレートの1倍、2倍、3倍等)。変調部2002は、正負パターン生成部2008が生成した正負パターンを用いて、分波部2001が出力した信号を変調し、変調後の信号を第1〜第N分岐部201〜203の低域通過フィルタ部2003に出力する。   The modulation unit 2002 sets the modulation rate of the modulator using the modulation rate setting parameter input from the control unit 2012. The modulation speed has a feature that is a constant multiple of Nyquist rate of the input signal of the demultiplexing unit 2001 (for example, 1 time, 2 times, 3 times, etc. of Nyquist rate). The modulation unit 2002 modulates the signal output from the demultiplexing unit 2001 using the positive / negative pattern generated by the positive / negative pattern generation unit 2008, and the modulated signal passes through the low-pass of the first to Nth branch units 201-203. The data is output to the filter unit 2003.

第1〜第N分岐部201〜203の変調部2002において、変調とは、各変調部2002への入力信号を、正負パターンの符号が+1であれば、そのまま出力し、正負パターンの符号が−1であれば、位相を180度変換して出力する動作を示す。   In the modulation unit 2002 of the first to N-th branch units 201 to 203, modulation means that an input signal to each modulation unit 2002 is output as it is if the sign of the positive / negative pattern is +1, and the sign of the positive / negative pattern is − If it is 1, it indicates an operation of converting the phase by 180 degrees and outputting it.

各低域通過フィルタ部2003は、通過帯域の設定が可変であり、制御部2012から入力される通過帯域設定パラメータを用いて、通過帯域を設定する。各低域通過フィルタ部2003は、各変調部2002の出力信号を入力とし、低域通過フィルタリングを行い、その出力を各AD変換部2004に出力する。   Each low-pass filter unit 2003 has a variable passband setting, and sets a passband using a passband setting parameter input from the control unit 2012. Each low-pass filter unit 2003 receives the output signal of each modulation unit 2002, performs low-pass filtering, and outputs the output to each AD conversion unit 2004.

各AD変換部2004は、制御部2012から入力されるAD変換速度設定パラメータを用いて、AD変換速度を設定する。AD変換部2004は、各低域通過フィルタ部2003が出力信号を入力とし、この入力信号のアナログデジタル変換を行い、その結果を結合部2005に出力する。   Each AD conversion unit 2004 sets an AD conversion speed using the AD conversion speed setting parameter input from the control unit 2012. In the AD conversion unit 2004, each low-pass filter unit 2003 receives the output signal, performs analog-digital conversion on the input signal, and outputs the result to the combining unit 2005.

結合部2005は、制御部2012から入力される分岐毎の圧縮データ数を用いて、各AD変換部2004の出力信号を、分岐毎の圧縮データ数毎に結合し、この結合したデータを信号復元部2006に出力する。例えば、分岐の数が4個(N=4)、分岐毎の圧縮データ数が10個である場合、結合部2005は、各AD変換部2004の出力を10個ずつに分けて、結合し、1回の結合あたりに、40個の圧縮データを信号復元部2006に出力する。   The combining unit 2005 combines the output signal of each AD conversion unit 2004 for each number of compressed data for each branch using the number of compressed data for each branch input from the control unit 2012, and performs signal restoration on the combined data. Output to the unit 2006. For example, when the number of branches is 4 (N = 4) and the number of compressed data per branch is 10, the combining unit 2005 divides the output of each AD conversion unit 2004 into 10 units and combines them. For each combination, 40 pieces of compressed data are output to the signal restoration unit 2006.

ランダム復元行列生成部2010は、制御部2012から入力される正負パターンの周期と、ランダムナンバー生成シードと、各低域通過フィルタ部2003の応答特性と、各AD変換部2004の応答特性を用いて、図12と図13の例に示すように、ランダム測定行列を生成する。ここで、正負パターンの周期とランダムナンバー生成シードは、各正負パターン生成部2008が用いた値と同じ値を用いる。ランダム復元行列生成部2010は、生成したランダム測定行列とIFFT行列を掛け算してランダム復元行列を生成する。生成したランダム復元行列とL1−minimization復元アルゴリズム等の復元アルゴリズムを用いて、結合部2005の出力信号の復元を行う。   The random restoration matrix generation unit 2010 uses the period of the positive / negative pattern input from the control unit 2012, the random number generation seed, the response characteristic of each low-pass filter unit 2003, and the response characteristic of each AD conversion unit 2004. As shown in the examples of FIGS. 12 and 13, a random measurement matrix is generated. Here, the positive and negative pattern period and the random number generation seed use the same values as those used by the positive and negative pattern generation units 2008. The random restoration matrix generation unit 2010 multiplies the generated random measurement matrix and the IFFT matrix to generate a random restoration matrix. Using the generated random restoration matrix and a restoration algorithm such as the L1-minimization restoration algorithm, the output signal of the combining unit 2005 is restored.

信号検出部2011は、信号復元部2006から入力される復元波形から信号を検出し、全帯域幅と検出した信号帯域幅の合計の割合を求め、制御部2012に出力する。信号の検出方法としては、例えば、復元波形をフーリエ変換し、パワースペクトル密度を求め、各周波数成分を閾値Thと比較することで、閾値Thを超える周波数成分から全帯域に含まれる信号の帯域を検出する。また、ある帯域毎に積分してから閾値Thと比較してもよい。さらには、マッチドフィルタや周期定常性解析などにより信号を検出・識別し、データベースを参照して信号の帯域幅を取得してもよい。   The signal detection unit 2011 detects a signal from the restoration waveform input from the signal restoration unit 2006, obtains a total ratio of the total bandwidth and the detected signal bandwidth, and outputs it to the control unit 2012. As a signal detection method, for example, Fourier transform is performed on the reconstructed waveform, power spectral density is obtained, and each frequency component is compared with a threshold Th, so that the band of the signal included in the entire band from the frequency component exceeding the threshold Th is obtained. To detect. Further, after integration for each band, the threshold value Th may be compared. Furthermore, the signal bandwidth may be acquired by detecting and identifying the signal by a matched filter, periodic steadiness analysis, or the like and referring to the database.

制御部2012は、信号検出部2011から入力される全帯域幅と検出した信号帯域幅の割合に基づいて各パラメータを決定する。制御部2012は、正負パターンの周期と分岐毎のランダムナンバー生成シードを決定し、それを各分岐の正負パターン生成部2008に出力する。ここで、正負パターンの周期は、分岐毎に同じであるが、ランダムナンバー生成シードは分岐毎に異なるため、各正負パターン生成部2008は、同じ周期の異なる正負のパターンを生成することになる。また、制御部2012は、変調速度設定パラメータを決定し、それを各変調部2002に出力する。また、制御部2012は、通過帯域設定パラメータを決定し、それを各低域通過フィルタ部2003に出力する。また、制御部2012は、AD変換速度設定パラメータを決定し、それを各AD変換部2004に出力する。また、制御部2012は、分岐毎の圧縮データ数を決定し、それを結合部2005に出力する。また、制御部2012は、正負パターンの周期と分岐毎のランダムナンバー生成シードをランダム復元行列生成部2010に出力する。   The control unit 2012 determines each parameter based on the ratio between the total bandwidth input from the signal detection unit 2011 and the detected signal bandwidth. The control unit 2012 determines the cycle of the positive / negative pattern and the random number generation seed for each branch, and outputs it to the positive / negative pattern generation unit 2008 for each branch. Here, the cycle of the positive / negative pattern is the same for each branch, but since the random number generation seed is different for each branch, each positive / negative pattern generation unit 2008 generates a different positive / negative pattern with the same cycle. In addition, the control unit 2012 determines a modulation speed setting parameter and outputs it to each modulation unit 2002. The control unit 2012 also determines a passband setting parameter and outputs it to each low-pass filter unit 2003. The control unit 2012 also determines an AD conversion speed setting parameter and outputs it to each AD conversion unit 2004. Further, the control unit 2012 determines the number of compressed data for each branch and outputs it to the combining unit 2005. Further, the control unit 2012 outputs the cycle of the positive / negative pattern and the random number generation seed for each branch to the random restoration matrix generation unit 2010.

ここで、変調速度設定パラメータ(1/Tmodulation)と通過帯域設定パラメータ(fLPF)とAD変換速度設定パラメータ(fADC)と正負パターンの周期(Tperiod)は、前述のように入力信号のナイキストレート(fNyquist)、入力信号の対象帯域の中で実際信号のある領域の帯域(foccupied)、分岐の数(N)を考慮して決める。例えば、変調速度が入力信号のナイキストレートのK倍の場合、1/Tmodulation=K×fNyquist と、N×fADC=λ×foccupiedと、fADC=fLPF=1/Tperiodが、それぞれ成り立つように、各パラメータを決定する。ここで、正負パターンの周期内の正負符号の数は、Tperiod/Tmodulation個になり、ランダム性を維持できるランダム符号長をLとすると、Tperiod/Tmodulation≧Lの関係式を満たす必要がある。λは、入力信号のナイキストレートに対して入力信号の対象帯域の中で実際に信号のある領域の帯域分を復元するために必要な情報量を決める係数である。 Here, the modulation speed setting parameter (1 / T modulation ), the passband setting parameter (f LPF ), the AD conversion speed setting parameter (f ADC ), and the cycle of the positive / negative pattern (T period ) are as described above. It is determined in consideration of the Nyquist rate (f Nyquist ), the band (f occuped ) of the area where the actual signal is present in the target band of the input signal, and the number of branches (N). For example, when the modulation speed is K times the Nyquist rate of the input signal, 1 / T modulation = K × f Nquiquist , N × f ADC = λ × f occupied , and f ADC = f LPF = 1 / T period Each parameter is determined so that each holds. Here, the number of positive / negative codes in the cycle of the positive / negative pattern is T period / T modulation , and if the random code length that can maintain randomness is L, it is necessary to satisfy the relational expression of T period / T modulation ≧ L. There is. λ is a coefficient that determines the amount of information necessary for restoring the band of the region where the signal actually exists in the target band of the input signal with respect to the Nyquist rate of the input signal.

次に、図2を参照して、図1に示す信号処理システムの動作を説明する。図2は、図1に示す信号処理システムの動作を示すフローチャートである。まず、分波部2001は受信した信号を入力し、入力信号と同一信号の性質を持つN個の信号に分波し、このN個の信号を、それぞれ、第1〜第N分岐部201〜203の変調部2002に出力する(ステップS11)。   Next, the operation of the signal processing system shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the signal processing system shown in FIG. First, the demultiplexing unit 2001 receives the received signal, demultiplexes the received signal into N signals having the same signal characteristics as the input signal, and the N signals are first to N-th branch units 201 to 201, respectively. It outputs to the modulation | alteration part 2002 of 203 (step S11).

次に、制御部2012は、正負パターンの周期と分岐毎のランダムナンバー生成シードを決定し、それを各正負パターン生成部2008に出力する。ここで、正負パターンの周期は、分岐毎に同じであるが、ランダムナンバー生成シードは分岐毎に異なるため、第1〜第N分岐部201〜203の正負パターン生成部2008は、同じ周期の異なる正負のパターンを生成することになる。また、制御部2012は、変調速度設定パラメータを決定し、それを各変調部2002に出力する。また、通過帯域設定パラメータを決定し、それを各分岐の低域通過フィルタ部2003に出力する。また、AD変換速度設定パラメータを決定し、それを各分岐のAD変換部2004に出力する。また、分岐毎の圧縮データ数を決定し、それを結合部2005に出力する。また、正負パターンの周期と分岐毎のランダムナンバー生成シードをランダム復元行列生成部2010に出力する(ステップS12)。   Next, the control unit 2012 determines the cycle of the positive / negative pattern and the random number generation seed for each branch, and outputs it to each positive / negative pattern generation unit 2008. Here, the cycle of the positive / negative pattern is the same for each branch, but since the random number generation seed is different for each branch, the positive / negative pattern generation unit 2008 of the first to Nth branch units 201 to 203 has the same cycle. A positive / negative pattern is generated. In addition, the control unit 2012 determines a modulation speed setting parameter and outputs it to each modulation unit 2002. Further, a passband setting parameter is determined and output to the low pass filter unit 2003 of each branch. Also, an AD conversion speed setting parameter is determined and output to the AD conversion unit 2004 of each branch. In addition, the number of compressed data for each branch is determined and output to the combining unit 2005. Further, the cycle of the positive / negative pattern and the random number generation seed for each branch are output to the random restoration matrix generation unit 2010 (step S12).

次に、各正負パターン生成部2008は、制御部2012から入力する正負パターンの周期と、ランダムナンバー生成シードを用いて、この正負パターンの周期分の数を持つランダム符号を生成する。ここで、ランダム符号は、+1かまたは−1の値を持つ符号である。生成した正負パターンは、各変調部2002に出力する(ステップS13)。   Next, each positive / negative pattern generation unit 2008 generates a random code having the number of periods of the positive / negative pattern by using the positive / negative pattern cycle input from the control unit 2012 and the random number generation seed. Here, the random code is a code having a value of +1 or -1. The generated positive / negative pattern is output to each modulation unit 2002 (step S13).

次に、各変調部2002は、制御部2012から入力した変調速度設定パラメータを用いて、変調器の変調速度を設定する。変調速度は、分波部2001の入力信号のナイキストレートの定数倍である特徴を持つ(例えば、ナイキストレートの1倍、2倍、3倍等)。変調部2002は、各正負パターン生成部2008が生成した正負パターンを用いて、分波部2001が出力した信号を変調し、変調後の信号を各低域通過フィルタ部2003に出力する(ステップS14)。   Next, each modulation unit 2002 sets the modulation rate of the modulator using the modulation rate setting parameter input from the control unit 2012. The modulation speed has a feature that is a constant multiple of Nyquist rate of the input signal of the demultiplexing unit 2001 (for example, 1 time, 2 times, 3 times, etc. of Nyquist rate). The modulation unit 2002 modulates the signal output from the demultiplexing unit 2001 using the positive / negative pattern generated by each positive / negative pattern generation unit 2008, and outputs the modulated signal to each low-pass filter unit 2003 (step S14). ).

次に、各低域通過フィルタ部2003は、通過帯域の設定が可変であり、制御部2012から入力した通過帯域設定パラメータを用いて、通過帯域を設定する。低域通過フィルタ部2003は、各変調部2002の出力信号を入力とし、低域フィルタリングを行い、その出力を各AD変換部2004に出力する(ステップS15)。   Next, each low-pass filter unit 2003 has a variable pass band setting, and sets the pass band using the pass band setting parameter input from the control unit 2012. The low-pass filter unit 2003 receives the output signal of each modulation unit 2002, performs low-pass filtering, and outputs the output to each AD conversion unit 2004 (step S15).

次に、各AD変換部2004は、制御部2012から入力したAD変換速度設定パラメータを用いて、AD変換速度を設定する。AD変換部2004は、各低域通過フィルタ部2003の出力信号を入力し、入力信号のアナログデジタル変換を行い、その結果を結合部2005に出力する(ステップS16)。   Next, each AD conversion unit 2004 sets the AD conversion speed using the AD conversion speed setting parameter input from the control unit 2012. The AD conversion unit 2004 receives the output signal of each low-pass filter unit 2003, performs analog-digital conversion of the input signal, and outputs the result to the combining unit 2005 (step S16).

次に、結合部2005は、制御部2012から入力した分岐毎の圧縮データ数を用いて、各AD変換部2004の出力信号を、分岐毎の圧縮データ数毎に結合し、結合したデータを信号復元部2006に出力する。例えば、分岐の数が4個、分岐毎の圧縮データ数が10個である場合、結合部2005は、各AD変換部の出力を10個ずつに分けて、結合を行い、1回の結合あたりに、40個の圧縮データを信号復元部2006に出力する(ステップS17)。   Next, the combining unit 2005 combines the output signal of each AD conversion unit 2004 for each number of compressed data for each branch using the number of compressed data for each branch input from the control unit 2012, and outputs the combined data as a signal. The data is output to the restoration unit 2006. For example, when the number of branches is 4 and the number of compressed data per branch is 10, the combining unit 2005 divides the output of each AD conversion unit into 10 units, combines them, and performs one combination. Then, 40 pieces of compressed data are output to the signal restoration unit 2006 (step S17).

次に、ランダム復元行列生成部2010は、制御部2012から入力した正負パターンの周期と、ランダムナンバー生成シードと、各低域通過フィルタ部2003の応答特性と、各AD変換部2004の応答特性を用いて、図12と図13の例に示すように、ランダム測定行列を生成する。ここで、正負パターンの周期とランダムナンバー生成シードは、各正負パターン生成部2008が用いた値と同じ値を用いる。ランダム復元行列生成部2010は、生成したランダム測定行列とIFFT行列を掛け算してランダム復元行列を生成する(ステップS18)。   Next, the random restoration matrix generation unit 2010 obtains the cycle of the positive / negative pattern input from the control unit 2012, the random number generation seed, the response characteristics of each low-pass filter unit 2003, and the response characteristics of each AD conversion unit 2004. Used to generate a random measurement matrix as shown in the examples of FIGS. Here, the positive and negative pattern period and the random number generation seed use the same values as those used by the positive and negative pattern generation units 2008. The random restoration matrix generation unit 2010 generates a random restoration matrix by multiplying the generated random measurement matrix and the IFFT matrix (step S18).

次に、信号復元部2006は、生成したランダム復元行列とL1−minimization復元アルゴリズム等の復元アルゴリズムを用いて、結合部2005の出力信号の復元を行う(ステップS19)。   Next, the signal restoration unit 2006 uses the generated random restoration matrix and a restoration algorithm such as an L1-minimization restoration algorithm to restore the output signal of the combining unit 2005 (step S19).

次に、信号検出部2011は、信号復元部2006から入力した復元波形から信号を検出し、全帯域幅と検出した信号帯域幅の合計の割合を求め、制御部2012に出力する(ステップS20)。信号の検出方法としては、例えば、復元波形をフーリエ変換し、パワースペクトル密度を求め、各周波数成分を閾値Thと比較することで、閾値Thを超える周波数成分から全帯域に含まれる信号の帯域を検出する。また、ある帯域毎に積分してから閾値Thと比較してもよい。さらには、マッチドフィルタや周期定常性解析などにより信号を検出・識別し、データベースを参照して信号の帯域幅を取得してもよい。   Next, the signal detection unit 2011 detects a signal from the restoration waveform input from the signal restoration unit 2006, obtains the total ratio of the total bandwidth and the detected signal bandwidth, and outputs it to the control unit 2012 (step S20). . As a signal detection method, for example, Fourier transform is performed on the reconstructed waveform, power spectral density is obtained, and each frequency component is compared with a threshold Th, so that the band of the signal included in the entire band from the frequency component exceeding the threshold Th is obtained. To detect. Further, after integration for each band, the threshold value Th may be compared. Furthermore, the signal bandwidth may be acquired by detecting and identifying the signal by a matched filter, periodic steadiness analysis, or the like and referring to the database.

<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態による信号処理システムを説明する。図3は同実施形態の構成を示すブロック図である。図3に示す通信システムは、1つ以上のリモート局1〜3と中央局10から構成され、リモート局1〜3と中央局10は伝送路で接続されている。第2の実施形態による信号処理システムは、図3に示す通信システムに本発明の信号処理システムを適用したものである。
<Second Embodiment>
Next, a signal processing system according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the embodiment. The communication system shown in FIG. 3 includes one or more remote stations 1 to 3 and a central station 10, and the remote stations 1 to 3 and the central station 10 are connected by a transmission path. The signal processing system according to the second embodiment is obtained by applying the signal processing system of the present invention to the communication system shown in FIG.

図4は、図3に示すリモート局1と中央局10の構成を示すブロック図である。制御部3012は、正負パターンの周期と分岐毎のランダムナンバー生成シードを決定し、それを伝送路を介して各分岐の正負パターン生成部3008に送る。ここで、正負パターンの周期は、分岐毎に同じであるが、ランダムナンバー生成シードは分岐毎に異なるため、各正負パターン生成部3008は、同じ周期の異なる正負のパターンを生成することになる。   4 is a block diagram showing the configuration of the remote station 1 and the central station 10 shown in FIG. The control unit 3012 determines the cycle of the positive / negative pattern and the random number generation seed for each branch, and sends it to the positive / negative pattern generation unit 3008 of each branch via the transmission path. Here, the cycle of the positive / negative pattern is the same for each branch, but since the random number generation seed is different for each branch, each positive / negative pattern generation unit 3008 generates different positive / negative patterns with the same cycle.

また、制御部3012は、変調速度設定パラメータを決定し、それを各変調部3002に出力する。また、制御部3012は、通過帯域設定パラメータを決定し、それを各低域通過フィルタ部3003に出力する。また、制御部3012は、AD変換速度設定パラメータを決定し、それを各AD変換部3004に出力する。また、制御部3012は、分岐毎の圧縮データ数を決定し、それを結合部3005に出力する。また、制御部3012は、正負パターンの周期と分岐毎のランダムナンバー生成シードをランダム復元行列生成部3010に出力する。   In addition, the control unit 3012 determines a modulation speed setting parameter and outputs it to each modulation unit 3002. In addition, the control unit 3012 determines a passband setting parameter and outputs it to each low-pass filter unit 3003. Also, the control unit 3012 determines an AD conversion speed setting parameter and outputs it to each AD conversion unit 3004. Also, the control unit 3012 determines the number of compressed data for each branch, and outputs it to the combining unit 3005. Further, the control unit 3012 outputs the cycle of the positive / negative pattern and the random number generation seed for each branch to the random restoration matrix generation unit 3010.

分波部3001は受信した信号を入力し、この入力信号と同一信号の性質を持つN個の信号に分波し、このN個の信号を、それぞれ、第1〜第N分岐部301〜303の変調部3002に出力する。   The demultiplexing unit 3001 receives the received signal, demultiplexes the received signal into N signals having the same signal characteristics as the input signal, and the N signals are first to Nth branch units 301 to 303, respectively. Are output to the modulation unit 3002.

各正負パターン生成部3008は、制御部3012から伝送路を介して入力する正負パターンの周期と、ランダムナンバー生成シードを用いて、正負パターンの周期分の数を持つランダム符号を生成する。ここで、ランダム符号は、+1かまたは−1の値を持つ符号である。正負パターン生成部3008は、生成した正負パターンを各変調部3002に出力する。   Each positive / negative pattern generation unit 3008 generates a random code having the number of positive / negative pattern periods by using the positive / negative pattern period input from the control unit 3012 via the transmission path and the random number generation seed. Here, the random code is a code having a value of +1 or -1. The positive / negative pattern generation unit 3008 outputs the generated positive / negative pattern to each modulation unit 3002.

各変調部3002は、制御部3012から伝送路を介して入力される変調速度設定パラメータを用いて、変調器の変調速度を設定する。変調速度は、分波部3001の入力信号のナイキストレートの定数倍である特徴を持つ(例えば、ナイキストレートの1倍、2倍、3倍等)。変調部3002は、各正負パターン生成部3008が生成した正負パターンを用いて、分波部3001が出力した信号を変調し、変調後の信号を各低域通過フィルタ部3003に出力する。   Each modulation unit 3002 sets the modulation rate of the modulator using the modulation rate setting parameter input from the control unit 3012 via the transmission path. The modulation speed has a feature that is a constant multiple of the Nyquist rate of the input signal of the demultiplexing unit 3001 (for example, 1 time, 2 times, 3 times, etc.). Modulating section 3002 modulates the signal output from demultiplexing section 3001 using the positive / negative pattern generated by each positive / negative pattern generating section 3008 and outputs the modulated signal to each low-pass filter section 3003.

各変調部3002において、変調とは、各変調部3002への入力信号を、正負パターンの符号が+1であれば、そのまま出力し、正負パターンの符号が−1であれば、位相を180度変換して出力する動作である。   In each modulation section 3002, modulation means that an input signal to each modulation section 3002 is output as it is if the sign of the positive / negative pattern is +1, and the phase is converted by 180 degrees if the sign of the positive / negative pattern is -1. Output.

各低域通過フィルタ部3003は、通過帯域の設定が可変であり、帯域制御部3012から伝送路を介して入力される通過帯域設定パラメータを用いて、通過帯域を設定する。低域通過フィルタ部3003は、各変調部3002の出力信号を入力とし、低域通過フィルタリングを行い、その出力を各AD変換部3004に出力する。   Each low-pass filter unit 3003 has a variable passband setting, and sets a passband using a passband setting parameter input from the band control unit 3012 via the transmission path. The low-pass filter unit 3003 receives the output signal of each modulation unit 3002, performs low-pass filtering, and outputs the output to each AD conversion unit 3004.

各AD変換部3004は、制御部3012から伝送路を介して入力されるAD変換速度設定パラメータを用いて、AD変換速度を設定する。AD変換部3004は、各低域通過フィルタ部3003の出力信号を入力とし、入力信号のアナログデジタル変換を行い、その結果を結合部3005に出力する。   Each AD conversion unit 3004 sets an AD conversion speed using an AD conversion speed setting parameter input from the control unit 3012 via the transmission path. The AD conversion unit 3004 receives the output signal of each low-pass filter unit 3003 as input, performs analog-digital conversion on the input signal, and outputs the result to the combining unit 3005.

結合部3005は、制御部3012から伝送路を介して入力される分岐毎の圧縮データ数を用いて、各AD変換部3004の出力信号を、分岐毎の圧縮データ数毎に結合し、結合したデータを伝送路を介して信号復元部3006に出力する。   The combining unit 3005 combines the output signal of each AD conversion unit 3004 for each number of compressed data for each branch, using the number of compressed data for each branch input from the control unit 3012 via the transmission path. Data is output to the signal restoration unit 3006 via the transmission line.

ランダム復元行列生成部3010は、制御部3012から入力した正負パターンの周期と、ランダムナンバー生成シードと、各低域通過フィルタ部3003の応答特性と、各AD変換部3004の応答特性を用いて、図12と図13の例にように、ランダム測定行列を生成する。ここで、正負パターンの周期とランダムナンバー生成シードは、各正負パターン生成部3008が用いた値と同じ値を用いる。ランダム復元行列生成部3010は、生成したランダム測定行列とIFFT行列を掛け算してランダム復元行列を生成する。生成したランダム復元行列とL1−minimization復元アルゴリズム等の復元アルゴリズムを用いて、結合部3005から伝送路を介して入力される信号の復元を行う。   The random restoration matrix generation unit 3010 uses the period of the positive / negative pattern input from the control unit 3012, the random number generation seed, the response characteristic of each low-pass filter unit 3003, and the response characteristic of each AD conversion unit 3004, A random measurement matrix is generated as in the examples of FIGS. Here, the positive and negative pattern period and random number generation seed use the same values as those used by the positive and negative pattern generation units 3008. The random restoration matrix generation unit 3010 generates a random restoration matrix by multiplying the generated random measurement matrix and the IFFT matrix. Using the generated random recovery matrix and a recovery algorithm such as the L1-minimization recovery algorithm, the signal input from the coupling unit 3005 via the transmission path is recovered.

信号検出部3011は、信号復元部3006から入力した復元波形から信号を検出し、全帯域幅と検出した信号帯域幅の合計の割合を求め、制御部3012に出力する。信号の検出方法としては、例えば、復元波形をフーリエ変換し、パワースペクトル密度を求め、各周波数成分を閾値Thと比較することで、閾値Thを超える周波数成分から全帯域に含まれる信号の帯域を検出する。また、ある帯域毎に積分してから閾値Thと比較してもよい。さらには、マッチドフィルタや周期定常性解析などにより信号を検出・識別し、データベースを参照して信号の帯域幅を取得してもよい。   The signal detection unit 3011 detects a signal from the restoration waveform input from the signal restoration unit 3006, obtains the total ratio of the total bandwidth and the detected signal bandwidth, and outputs it to the control unit 3012. As a signal detection method, for example, Fourier transform is performed on the reconstructed waveform, power spectral density is obtained, and each frequency component is compared with a threshold Th, so that the band of the signal included in the entire band from the frequency component exceeding the threshold Th is obtained. To detect. Further, after integration for each band, the threshold value Th may be compared. Furthermore, the signal bandwidth may be acquired by detecting and identifying the signal by a matched filter, periodic steadiness analysis, or the like and referring to the database.

次に、図5、図6を参照して、図4に示す信号処理システムの動作を説明する。図5、図6は、図4に示す信号処理システムの動作を示すフローチャートであり、図5は、リモート局1の動作を、図6は、中央局10の動作を示す。始めに、図5を参照して、リモート局1の動作を説明する。   Next, the operation of the signal processing system shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS. 5 and 6 are flowcharts showing the operation of the signal processing system shown in FIG. 4, FIG. 5 shows the operation of the remote station 1, and FIG. 6 shows the operation of the central station 10. First, the operation of the remote station 1 will be described with reference to FIG.

まず、変調部3002は、変調速度設定パラメータを、正負パターン生成部3008は、正負パターンの周期と分岐毎のランダムナンバー生成シードを、低域通過フィルタ部3003は、通過帯域設定パラメータを、AD変換部3004は、AD変換速度設定パラメータを、結合部3005は、分岐毎の圧縮データ数を、それぞれ伝送路を介して中央局の制御部3012から受信する(ステップS211)。   First, the modulation unit 3002 AD-converts the modulation speed setting parameter, the positive / negative pattern generation unit 3008 converts the cycle of the positive / negative pattern and the random number generation seed for each branch, and the low-pass filter unit 3003 converts the passband setting parameter. The unit 3004 receives the AD conversion speed setting parameter, and the combining unit 3005 receives the number of compressed data for each branch from the control unit 3012 of the central station via the transmission path (step S211).

次に、分波部3001は受信した信号を入力し、入力信号と同一信号の性質を持つN個の信号に分波し、このN個の信号を、それぞれ、第1〜第N分岐部301〜303変調部3002に出力する(ステップS212)。   Next, the demultiplexing unit 3001 receives the received signal, demultiplexes the received signal into N signals having the same signal characteristics as the input signal, and the N signals are first to Nth branch units 301, respectively. To 303 modulation section 3002 (step S212).

次に、各正負パターン生成部3008は、制御部3012から伝送路を介して入力する正負パターンの周期と、ランダムナンバー生成シードを用いて、正負パターンの周期分の数を持つランダム符号を生成する。ここで、ランダム符号は、+1かまたは−1の値を持つ符号である。各正負パターン生成部3008は、生成した正負パターンを、各変調部3002に出力する(ステップS213)。   Next, each positive / negative pattern generation unit 3008 generates a random code having the number of positive / negative pattern periods by using the positive / negative pattern period input from the control unit 3012 via the transmission path and the random number generation seed. . Here, the random code is a code having a value of +1 or -1. Each positive / negative pattern generation unit 3008 outputs the generated positive / negative pattern to each modulation unit 3002 (step S213).

次に、各変調部3002は、制御部3012から伝送路を介して入力される変調速度設定パラメータを用いて、変調器の変調速度を設定する。変調速度は、分波部3001の入力信号のナイキストレートの定数倍である特徴を持つ(例えば、ナイキストレートの1倍、2倍、3倍等)。変調部3002は、各正負パターン生成部3008が生成した正負パターンを用いて、分波部3001が出力した信号を変調し、変調後の信号を各低域通過フィルタ部3003に出力する(ステップS214)。   Next, each modulation unit 3002 sets the modulation rate of the modulator using the modulation rate setting parameter input from the control unit 3012 via the transmission path. The modulation speed has a characteristic that is a constant multiple of the Nyquist rate of the input signal of the demultiplexing unit 3001 (for example, 1 time, 2 times, 3 times, etc. of the Nyquist rate). The modulation unit 3002 modulates the signal output from the demultiplexing unit 3001 using the positive / negative pattern generated by each positive / negative pattern generation unit 3008, and outputs the modulated signal to each low-pass filter unit 3003 (step S214). ).

次に、各低域通過フィルタ部3003は、通過帯域の設定が可変であり、帯域制御部3012から伝送路を介して入力される通過帯域設定パラメータを用いて、通過帯域を設定する。低域通過フィルタ部3003は、各変調部3002の出力信号を入力し、低域通過フィルタリングを行い、その出力を各AD変換部3004に出力する(ステップS215)。   Next, each low-pass filter unit 3003 has a variable passband setting, and sets a passband using a passband setting parameter input from the band control unit 3012 via the transmission path. The low-pass filter unit 3003 receives the output signal of each modulation unit 3002, performs low-pass filtering, and outputs the output to each AD conversion unit 3004 (step S215).

次に、各AD変換部3004は、制御部3012から伝送路を介して入力されるAD変換速度設定パラメータを用いて、AD変換速度を設定する。AD変換部3004は、各低域通過フィルタ部3003が出力信号を入力し、入力信号のアナログデジタル変換を行い、その結果を結合部3005に出力する(ステップS216)。   Next, each AD conversion unit 3004 sets the AD conversion speed using the AD conversion speed setting parameter input from the control unit 3012 via the transmission path. In the AD conversion unit 3004, each low-pass filter unit 3003 receives the output signal, performs analog-digital conversion on the input signal, and outputs the result to the combining unit 3005 (step S216).

次に、結合部3005は、制御部3012から伝送路を介して入力される分岐毎の圧縮データ数を用いて、各AD変換部3004の出力信号を、分岐毎の圧縮データ数毎に結合し(ステップS217)、伝送路を介して、結合したデータを復元部3006に送信する(ステップS218)。   Next, the combining unit 3005 combines the output signal of each AD conversion unit 3004 for each compressed data number for each branch, using the compressed data number for each branch input from the control unit 3012 via the transmission path. (Step S217), the combined data is transmitted to the restoration unit 3006 via the transmission path (Step S218).

次に、図6を参照し、中央局10の動作を説明する。まず、制御部3012は、正負パターンの周期と分岐毎のランダムナンバー生成シードを決定し、それを伝送路を介して、正負パターン生成部3008に送る。また、制御部3012は、変調速度設定パラメータを決定し、それを伝送路を介して、各変調部3002に、通過帯域設定パラメータを決定し、それを伝送路を介して、各低域通過フィルタ部3003に、AD変換速度設定パラメータを決定し、それを伝送路を介して、各AD変換部3004に、分岐毎の圧縮データ数を決定し、それを伝送路を介して、結合部3005に、正負パターンの周期と分岐毎のランダムナンバー生成シードをランダム復元行列生成部3010に、それぞれ送る(ステップS221、ステップS222)。   Next, the operation of the central office 10 will be described with reference to FIG. First, the control unit 3012 determines the cycle of the positive / negative pattern and the random number generation seed for each branch, and sends it to the positive / negative pattern generation unit 3008 via the transmission path. In addition, the control unit 3012 determines a modulation speed setting parameter, determines the passband setting parameter for each modulation unit 3002 via the transmission line, and passes it to each low-pass filter via the transmission line. In the unit 3003, an AD conversion speed setting parameter is determined, and the compressed data number for each branch is determined in each AD conversion unit 3004 via the transmission line, and the compressed data number for each branch is determined in the coupling unit 3005 via the transmission line. The positive and negative pattern periods and the random number generation seed for each branch are sent to the random restoration matrix generation unit 3010 (steps S221 and S222).

次に、信号復元部3006は、リモート局1の結合部3005が伝送路を介して送信するデータを受信する(ステップ223)。   Next, the signal restoration unit 3006 receives data transmitted by the coupling unit 3005 of the remote station 1 via the transmission path (step 223).

次に、ランダム復元行列生成部3010は、制御部3012から入力した正負パターンの周期と、ランダムナンバー生成シードと、各低域通過フィルタ部3003の応答特性と、各AD変換部3004の応答特性を用いて、図12と図13の例にように、ランダム測定行列を生成する。ここで、正負パターンの周期とランダムナンバー生成シードは、各正負パターン生成部3008が用いた値と同じ値を用いる。ランダム復元行列生成部3010は、生成したランダム測定行列とIFFT行列を掛け算してランダム復元行列を生成する(ステップS224)。   Next, the random restoration matrix generation unit 3010 calculates the cycle of the positive / negative pattern input from the control unit 3012, the random number generation seed, the response characteristics of each low-pass filter unit 3003, and the response characteristics of each AD conversion unit 3004. Used to generate a random measurement matrix as in the example of FIGS. Here, the positive and negative pattern period and random number generation seed use the same values as those used by the positive and negative pattern generation units 3008. The random restoration matrix generation unit 3010 generates a random restoration matrix by multiplying the generated random measurement matrix and the IFFT matrix (step S224).

次に、信号復元部3006は、生成したランダム復元行列とL1−minimization復元アルゴリズム等の復元アルゴリズムを用いて、結合部3005の出力信号の復元を行う(ステップS225)。   Next, the signal restoration unit 3006 restores the output signal of the combining unit 3005 using the generated random restoration matrix and a restoration algorithm such as an L1-minimization restoration algorithm (step S225).

次に、信号検出部3011は、信号復元部3006から入力した復元波形から信号を検出し、全帯域幅と検出した信号帯域幅の合計の割合を求め、制御部3012に出力する(ステップS226)。信号の検出方法としては、例えば、復元波形をフーリエ変換し、パワースペクトル密度を求め、各周波数成分を閾値Thと比較することで、閾値Thを超える周波数成分から全帯域に含まれる信号の帯域を検出する。また、ある帯域毎に積分してから閾値Thと比較してもよい。さらには、マッチドフィルタや周期定常性解析などにより信号を検出・識別し、データベースを参照して信号の帯域幅を取得してもよい。   Next, the signal detection unit 3011 detects a signal from the reconstructed waveform input from the signal reconstructing unit 3006, obtains the total ratio of the total bandwidth and the detected signal bandwidth, and outputs it to the control unit 3012 (step S226). . As a signal detection method, for example, Fourier transform is performed on the reconstructed waveform, power spectral density is obtained, and each frequency component is compared with a threshold Th, so that the band of the signal included in the entire band from the frequency component exceeding the threshold Th is obtained. To detect. Further, after integration for each band, the threshold value Th may be compared. Furthermore, the signal bandwidth may be acquired by detecting and identifying the signal by a matched filter, periodic steadiness analysis, or the like and referring to the database.

このように、アナログ圧縮センシングにおいて、変調部の変調速度を入力のナイキストレートの定数倍に設定することで、復元性能の劣化を避けながらも、回路の規模を小さくすることができる。   Thus, in analog compression sensing, by setting the modulation speed of the modulation unit to a constant multiple of the input Nyquist rate, it is possible to reduce the scale of the circuit while avoiding deterioration of the restoration performance.

以上説明したように、アナログ圧縮センシング技術において、復元性能を劣化させずに分岐の数を減らすため、AD変換速度を上げるとともに変調部の変調速度を入力信号のナイキストレートの定数倍速くすることで、変調部の一正負符号パターンの周期毎の、正負の符号の数を短縮しない信号処理システムを提供することができる。図7は、図14と図15より変調部の変調速度を2倍にした場合の例を示す図である。変調部の変調速度とともに、正負パターン生成部における正負パターン生成の速度も2倍になる。この例では、図14に比べてAD変換器の速度を2倍にして分岐の数を減らすことで、正負パターンの周期が半分になるが、正負パターン生成部における正負パターン生成の速度が2倍であるため、一周期内の正負符号の数は、図14の例と同一になる。すなわち、ランダム測定行列のランダム性が失われないため、復元性能の劣化は生じなくなる。このように、分岐の数を減らし回路の規模を小さくした場合でも正負パターンの周期内の正負符号の数が短縮せず、復元性能を劣化させずに信号処理を行うことが可能となる。   As described above, in the analog compressed sensing technology, in order to reduce the number of branches without degrading the restoration performance, the AD conversion speed is increased and the modulation speed of the modulation unit is increased by a constant multiple of the Nyquist rate of the input signal. It is possible to provide a signal processing system that does not reduce the number of positive and negative codes for each period of one positive and negative code pattern of the modulation unit. FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the modulation speed of the modulation unit is doubled from FIGS. 14 and 15. Along with the modulation speed of the modulation section, the positive / negative pattern generation speed in the positive / negative pattern generation section also doubles. In this example, the cycle of the positive / negative pattern is halved by doubling the AD converter speed and reducing the number of branches compared to FIG. 14, but the positive / negative pattern generation speed in the positive / negative pattern generation unit is doubled. Therefore, the number of positive and negative signs in one cycle is the same as in the example of FIG. That is, since the randomness of the random measurement matrix is not lost, the restoration performance is not deteriorated. Thus, even when the number of branches is reduced and the circuit scale is reduced, the number of positive / negative codes in the cycle of the positive / negative pattern is not shortened, and signal processing can be performed without deteriorating the restoration performance.

前述した図1、図4に示す各処理部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、PLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。   The processing units shown in FIGS. 1 and 4 may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on this recording medium may be read into a computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client in that case may be included and a program held for a certain period of time. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system. It may be realized using hardware such as PLD (Programmable Logic Device) or FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been described with reference to drawings, the said embodiment is only the illustration of this invention, and it is clear that this invention is not limited to the said embodiment. is there. Therefore, additions, omissions, substitutions, and other modifications of the components may be made without departing from the technical idea and scope of the present invention.

信号をアナログ領域で圧縮してからAD変換を行うアナログ圧縮センシングにおいて、ランダムパターンの長さを短縮せずに、回路規模を削減することができるので、復元性能の劣化問題を解決するとともに、回路規模を小さくすることが不可欠な信号処理の用途に適用できる。   In analog compression sensing that performs AD conversion after compressing the signal in the analog domain, the circuit scale can be reduced without shortening the length of the random pattern, thus solving the degradation problem of restoration performance and the circuit. It can be applied to signal processing applications where it is essential to reduce the scale.

2001、3001・・・分波部、2002、3002・・・変調部、2003、3003・・・低域通過フィルタ部、2004、3004・・・AD変換部、2005、3005・・・結合部、2006、3006・・・信号復元部、2008、3008・・・正負パターン生成部、2010、3010・・・ランダム復元行列生成部、2011、3011・・・信号検出部、2012、3012・・・制御部、201、301・・・第1分岐部、202、302・・・第2分岐部、203、303・・・第N分岐部、1、2、3・・・リモート局、10・・・中央局   2001, 3001 ... demultiplexing unit, 2002, 3002 ... modulation unit, 2003, 3003 ... low-pass filter unit, 2004, 3004 ... AD conversion unit, 2005, 3005 ... coupling unit, 2006, 3006 ... Signal restoration unit, 2008, 3008 ... Positive / negative pattern generation unit, 2010, 3010 ... Random restoration matrix generation unit, 2011, 3011 ... Signal detection unit, 2012, 3012 ... Control , 201, 301... 1st branch section, 202, 302... 2nd branch section, 203, 303... Nth branch section, 1, 2, 3. Central office

Claims (8)

周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う信号処理システムであって、
入力信号を複数の同一信号に分波する分波部と、
ランダムな正負変換パターンを生成する正負パターン生成部と、分波された信号を前記正負変換パターンで変調する変調部と、前記変調部の出力の低い周波数成分を通過させる低域通過フィルタ部と、前記低域通過フィルタ部の出力をAD変換するAD変換部とからなる分波された信号と同数の分岐部と、
前記AD変換部それぞれの出力を結合する結合部と、
前記正負変換パターンと前記低域通過フィルタ部の応答特性からなるランダム測定行列とIFFT行列からランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、
前記結合部の出力信号と前記ランダム復元行列を用いて信号の復元を行う信号復元部と、
前記信号復元部から出力された復元信号の全帯域内に含まれる信号成分を検出し、全帯域幅と信号帯域幅との割合を計算する信号検出部と、
前記全帯域幅と信号帯域幅との割合に基づいて、前記分岐部毎に互いに同じ周期の異なる前記正負変換パターンを生成するように前記正負パターン生成部を制御するとともに、前記変調部の変調速度と前記低域通過フィルタ部の通過帯域と前記AD変換部のAD変換速度を制御する制御部と
を備えることを特徴とする信号処理システム。
A signal processing system that compresses and decompresses signals having a sparse property in the frequency domain or in the time domain,
A demultiplexing unit that demultiplexes the input signal into a plurality of identical signals;
A positive / negative pattern generation unit that generates a random positive / negative conversion pattern, a modulation unit that modulates a demultiplexed signal with the positive / negative conversion pattern, a low-pass filter unit that passes a low frequency component of the output of the modulation unit, The same number of branching units as the demultiplexed signal, and an AD conversion unit that AD converts the output of the low-pass filter unit;
A coupling unit coupling the outputs of the AD conversion units;
A random restoration matrix generation unit that generates a random restoration matrix from a random measurement matrix and an IFFT matrix composed of response characteristics of the positive / negative conversion pattern and the low-pass filter unit;
A signal restoration unit that performs signal restoration using the output signal of the combining unit and the random restoration matrix;
A signal detection unit that detects a signal component included in the entire band of the restored signal output from the signal restoration unit, and calculates a ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth;
Based on the ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth, the positive / negative pattern generation unit is controlled so as to generate the positive / negative conversion patterns having the same period for each branch unit, and the modulation speed of the modulation unit a signal processing system characterized by comprising said control unit for controlling the passband of the low-pass filter and the AD conversion section of the AD conversion speed and.
周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う中央局とリモート局で構成される信号処理システムであって、
前記リモート局は、
入力信号を複数の同一信号に分波する分波部と、
ランダムな正負変換パターンを生成する正負パターン生成部と、分波された信号を前記正負変換パターンで変調する変調部と、前記変調部の出力の低い周波数成分を通過させる低域通過フィルタ部と、前記低域通過フィルタの出力をAD変換するAD変換部とからなる分波された信号と同数の分岐部と、
前記AD変換部それぞれの出力を結合し、前記中央局に送信する結合部とを備え、
前記中央局は、
前記正負変換パターンと前記低域通過フィルタ部の応答特性からなるランダム測定行列とIFFT行列からランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成部と、
前記リモート局から受信した信号と前記ランダム復元行列を用いて信号の復元を行う信号復元部と、
前記信号復元部から出力された復元信号の全帯域内に含まれる信号成分を検出し、全帯域幅と信号帯域幅との割合を計算する信号検出部と、
前記全帯域幅と信号帯域幅との割合に基づいて、前記分岐部毎に互いに同じ周期の異なる前記正負変換パターンを生成するように前記正負パターン生成部を制御するとともに、前記変調部の変調速度と前記低域通過フィルタ部の通過帯域と前記AD変換部のAD変換速度を制御する制御部と
を備えることを特徴とする信号処理システム。
A signal processing system composed of a central station and a remote station that compresses and decompresses signals having a sparse property in the frequency domain or in the time domain,
The remote station is
A demultiplexing unit that demultiplexes the input signal into a plurality of identical signals;
A positive / negative pattern generation unit that generates a random positive / negative conversion pattern, a modulation unit that modulates a demultiplexed signal with the positive / negative conversion pattern, a low-pass filter unit that passes a low frequency component of the output of the modulation unit, The same number of branching units as the demultiplexed signal, and an AD conversion unit that AD converts the output of the low-pass filter unit ;
A combination unit for combining the outputs of the AD conversion units and transmitting the combined output to the central office;
The central office is
A random restoration matrix generation unit that generates a random restoration matrix from a random measurement matrix and an IFFT matrix composed of response characteristics of the positive / negative conversion pattern and the low-pass filter unit;
A signal restoration unit that performs signal restoration using the signal received from the remote station and the random restoration matrix;
A signal detection unit that detects a signal component included in the entire band of the restored signal output from the signal restoration unit, and calculates a ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth;
Based on the ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth, the positive / negative pattern generation unit is controlled so as to generate the positive / negative conversion patterns having the same period for each branch unit, and the modulation speed of the modulation unit a signal processing system characterized by comprising said control unit for controlling the passband of the low-pass filter and the AD conversion section of the AD conversion speed and.
前記正負パターン生成部は、前記正負変換パターンの周期と一周期内に含まれている正負変換パターンの数を変更でき、
前記変調部は、前記変調速度を前記入力信号のナイキストレートの定数倍の速度に変更でき、
前記低域通過フィルタ部は、前記通過帯域を変更でき、
前記AD変換部は、前記AD変換速度を変更でき、
前記制御部は、前記正負変換パターンの周期および一周期内に含まれている正負のパターンの数と、前記変調速度と、前記通過帯域と、前記AD変換速度を決定することを特徴とする請求項1または2に記載の信号処理システム。
The positive / negative pattern generation unit can change the number of positive / negative conversion patterns included in one cycle and the cycle of the positive / negative conversion pattern,
The modulation unit can change the modulation speed to a constant multiple of Nyquist rate of the input signal,
The low-pass filter unit may change the passband,
The AD conversion unit can change the AD conversion speed,
The control unit determines the period of the positive / negative conversion pattern and the number of positive / negative patterns included in one period, the modulation speed, the passband, and the AD conversion speed. Item 3. The signal processing system according to Item 1 or 2.
前記制御部は、前記正負変換パターンの周期(Tperiodおよび一周期内に含まれている正負のパターンの数(Tperiod/Tmodulation、前記変調速度(1/Tmodulation)と、前記通過帯域(fLPF)と、前記AD変換速度(fADC)とを決定する際に、分波の数をN(Nは自然数)とし、前記変調速度前記入力信号のナイキストレート(f Nyquist のK(Kは自然数)倍に設定し、検出された信号帯域幅(foccupied)より復元性能の要求条件を満たす情報量を決定する係数をλとし、ランダム性が維持できるランダム符号長Lとする場合、
(N/L)×(fNyquist/foccupied)=N×(fADC/foccupied)≧λと、
1/Tmodulation = K×fNyquist と、
ADC=fLPF=1/Tperiodと、
period/Tmodulation≧Lと
が、それぞれ成り立つようにすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の信号処理システム。
Wherein the control unit includes a number of positive and negative patterns that are included in the period of the positive and negative conversion pattern (T period) and single period (T period / T modulation), and the modulation rate (1 / T modulation), the When determining the passband (f LPF ) and the AD conversion speed (f ADC ), the number of demultiplexing is N (N is a natural number), and the modulation speed is the Nyquist rate (f Nyquist ) of the input signal. Is set to K times (K is a natural number) times, λ is a coefficient for determining the amount of information satisfying the requirements for the restoration performance from the detected signal bandwidth (f occupied ), and a random code length L that can maintain randomness If you want to
(N / L) × (f Nyquist / f occupied ) = N × (f ADC / f occupied ) ≧ λ
1 / T modulation = K × f Nyquist ,
f ADC = f LPF = 1 / T period ,
4. The signal processing system according to claim 1, wherein T period / T modulation ≧ L is established. 5.
周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う信号処理システムが行う信号処理方法であって、
分波部が、入力信号を複数の同一信号に分波する分波ステップと、
分波された信号と同数の分岐部が、それぞれ、ランダムな正負変換パターンを生成する正負パターン生成ステップと、分波された信号を前記正負変換パターンで変調する変調ステップと、前記変調ステップの出力の低い周波数成分を通過させる低域通過フィルタリングステップと、前記低域通過フィルタリングステップの出力をAD変換するAD変換ステップとからなる分岐処理を並行して行う分岐処理ステップと、
結合部が、前記AD変換ステップそれぞれの出力を結合する結合ステップと、
ランダム復元行列生成部が、前記正負変換パターンと前記低域通過フィルタリングステップの応答特性からなるランダム測定行列とIFFT行列からランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成ステップと、
信号復元部が、前記結合ステップの出力信号と前記ランダム復元行列を用いて信号の復元を行う信号復元ステップと、
信号検出部が、前記信号復元ステップにより出力された復元信号の全帯域内に含まれる信号成分を検出し、全帯域幅と信号帯域幅との割合を計算する信号検出ステップと、
制御部が、前記全帯域幅と信号帯域幅との割合に基づいて、前記分岐部毎に互いに同じ周期の異なる前記正負変換パターンを生成するように前記正負パターン生成ステップを制御するとともに、前記変調ステップの変調速度と前記低域通過フィルタリングステップの通過帯域と前記AD変換ステップのAD変換速度を制御する制御ステップと
実行することを特徴とする信号処理方法。
A signal processing method performed by a signal processing system that compresses and decompresses signals having a sparse property in the frequency domain or in the time domain,
A demultiplexing step for demultiplexing the input signal into a plurality of identical signals;
The same number of branch portions as the demultiplexed signal respectively generate a positive / negative pattern generation step for generating a random positive / negative conversion pattern, a modulation step for modulating the demultiplexed signal with the positive / negative conversion pattern, and an output of the modulation step a low pass filtering step of passing the low frequency components of a branch processing step of performing the output of the low pass filtering step by concurrent branch processing comprising the AD conversion step of AD conversion,
A combining unit that combines the outputs of the AD conversion steps;
A random restoration matrix generation unit, which generates a random restoration matrix from a random measurement matrix and an IFFT matrix composed of response characteristics of the positive / negative conversion pattern and the low-pass filtering step;
A signal restoration step , wherein a signal restoration unit performs signal restoration using the output signal of the combining step and the random restoration matrix;
A signal detection unit that detects a signal component included in the entire band of the restored signal output by the signal restoration step, and calculates a ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth;
The control unit controls the positive / negative pattern generation step so as to generate the positive / negative conversion pattern having the same period for each branch unit based on the ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth, and the modulation signal processing method, wherein the step of modulating the speed executes a control step for controlling the AD conversion speed of the AD conversion step and the pass band of the low-pass filtering step.
周波数領域に、もしくは時間領域に疎である性質を持つ信号の圧縮と復元を行う中央局とリモート局で構成される信号処理システムが行う信号処理方法であって、
前記リモート局において、
分波部が、入力信号を複数の同一信号に分波する分波ステップと、
分波された信号と同数の分岐部が、それぞれ、ランダムな正負変換パターンを生成する正負パターン生成ステップと、分波された信号を前記正負変換パターンで変調する変調ステップと、前記変調ステップの出力の低い周波数成分を通過させる低域通過フィルタリングステップと、前記低域通過フィルタリングステップの出力をAD変換するAD変換ステップとからなる分岐処理を並行して行う分岐処理ステップと、
結合部が、前記AD変換ステップそれぞれの出力を結合し、前記中央局に送信する結合ステップと
を実行し
前記中央局において、
ランダム復元行列生成部が、前記正負変換パターンと前記低域通過フィルタリングステップの応答特性からなるランダム測定行列とIFFT行列からランダム復元行列を生成するランダム復元行列生成ステップと、
信号復元部が、前記リモート局から受信した信号と前記ランダム復元行列を用いて信号の復元を行う信号復元ステップと、
信号検出部が、前記信号復元ステップにより出力された復元信号の全帯域内に含まれる信号成分を検出し、全帯域幅と信号帯域幅との割合を計算する信号検出ステップと、
制御部が、前記全帯域幅と信号帯域幅との割合に基づいて、前記分岐部毎に互いに同じ周期の異なる前記正負変換パターンを生成するように前記正負パターン生成ステップを制御するとともに、前記変調ステップの変調速度と前記低域通過フィルタリングステップの通過帯域と前記AD変換ステップのAD変換速度を制御する制御ステップと
実行することを特徴とする信号処理方法。
A signal processing method performed by a signal processing system composed of a central station and a remote station that compresses and decompresses signals having a sparse property in the frequency domain or in the time domain,
In the remote station ,
A demultiplexing step for demultiplexing the input signal into a plurality of identical signals;
The same number of branch portions as the demultiplexed signal respectively generate a positive / negative pattern generation step for generating a random positive / negative conversion pattern, a modulation step for modulating the demultiplexed signal with the positive / negative conversion pattern, and an output of the modulation step a low pass filtering step of passing the low frequency components of a branch processing step of performing the output of the low pass filtering step by concurrent branch processing comprising the AD conversion step of AD conversion,
A combining unit that combines outputs of the AD conversion steps and transmits the combined outputs to the central station;
Run
In the central office ,
A random restoration matrix generation unit , which generates a random restoration matrix from a random measurement matrix and an IFFT matrix composed of response characteristics of the positive / negative conversion pattern and the low-pass filtering step;
A signal restoration step , wherein the signal restoration unit performs signal restoration using the signal received from the remote station and the random restoration matrix;
A signal detection unit that detects a signal component included in the entire band of the restored signal output by the signal restoration step, and calculates a ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth;
The control unit controls the positive / negative pattern generation step so as to generate the positive / negative conversion pattern having the same period for each branch unit based on the ratio between the total bandwidth and the signal bandwidth, and the modulation signal processing method, wherein the step of modulating the speed executes a control step for controlling the AD conversion speed of the AD conversion step and the pass band of the low-pass filtering step.
前記正負パターン生成ステップは、前記分岐部の正負パターン生成部が、前記正負変換パターンの周期と一周期内に含まれている正負変換パターンの数を変更でき、
前記変調ステップは、前記分岐部の変調部が、前記変調速度を前記入力信号のナイキストレートの定数倍の速度に変更でき、
前記低域通過フィルタリングステップは、前記分岐部の低域通過フィルタ部が、前記通過帯域を変更でき、
前記AD変換ステップは、前記分岐部のAD変換部が、前記AD変換速度を変更でき、
前記制御ステップは、前記制御部が、前記正負変換パターンの周期と一周期内に含まれている正負のパターンの数と、前記変調速度と、前記通過帯域と、前記AD変換速度を決定することを特徴とする請求項5または6に記載の信号処理方法。
In the positive / negative pattern generation step , the positive / negative pattern generation unit of the branching unit can change the cycle of the positive / negative conversion pattern and the number of positive / negative conversion patterns included in one cycle,
In the modulation step , the modulation unit of the branch unit can change the modulation speed to a constant multiple of the Nyquist rate of the input signal,
In the low-pass filtering step , the low-pass filter unit of the branching unit can change the pass band,
In the AD conversion step , the AD conversion unit of the branching unit can change the AD conversion speed,
In the control step , the control unit determines the cycle of the positive / negative conversion pattern, the number of positive / negative patterns included in one cycle, the modulation speed, the passband, and the AD conversion speed. The signal processing method according to claim 5, wherein the signal processing method is a signal processing method.
前記制御ステップは、前記制御部が、前記正負変換パターンの周期(Tperiodおよび一周期内に含まれている正負のパターンの数(Tperiod/Tmodulation、前記変調速度(1/Tmodulation)と、前記通過帯域(fLPF)と、前記AD変換速度(fADC)とを決定する際に、分波の数をN(Nは自然数)とし、前記変調速度前記入力信号のナイキストレート(f Nyquist のK(Kは自然数)倍に設定し、検出された信号帯域幅(foccupied)より復元性能の要求条件を満たす情報量を決定する係数をλとし、ランダム性が維持できるランダム符号長Lとする場合、
(N/L)×(fNyquist/foccupied)=N×(fADC/foccupied)≧λと、
1/Tmodulation = K×fNyquist と、
ADC=fLPF=1/Tperiodと、
period/Tmodulation≧Lと
が、それぞれ成り立つようにすることを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の信号処理方法。
Wherein in the control step, the control section, the period of the positive and negative conversion pattern (T period) and the number of positive and negative patterns that are contained in one period (T period / T modulation), the modulation rate (1 / When determining T modulation ), the passband (f LPF ), and the AD conversion speed (f ADC ), the number of demultiplexing is N (N is a natural number), and the modulation speed is the input signal. Set to K times (K is a natural number) times the Nyquist rate (f Nyquist ) , the coefficient that determines the amount of information that satisfies the restoration performance requirements from the detected signal bandwidth (f occupied ) is λ, and randomness is maintained When the random code length L is possible,
(N / L) × (f Nyquist / f occupied ) = N × (f ADC / f occupied ) ≧ λ
1 / T modulation = K × f Nyquist ,
f ADC = f LPF = 1 / T period ,
8. The signal processing method according to claim 5, wherein T period / T modulation ≧ L is established.
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