JP2004235860A - 受信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の通信波のスペトクラム成分が重なったような場合でも、それぞれの信号成分を完全に復調することができる受信装置を提供することにある。
【解決手段】複数の入射信号が各々に入射される複数のアンテナからの複数の入射信号が混合された複数の混合信号を複数の帯域制限ろ波器２１〜２４により所定の狭帯域にそれぞれ制限して出力し、狭帯域に制限された複数の信号に基づいて、独立成分分析の手法により複数の入射信号を独立成分分析部５０により分離・抽出し、この分離・抽出されたそれぞれの入射信号を複数の復調器７１〜７４により復調する。
【選択図】 図１
【解決手段】複数の入射信号が各々に入射される複数のアンテナからの複数の入射信号が混合された複数の混合信号を複数の帯域制限ろ波器２１〜２４により所定の狭帯域にそれぞれ制限して出力し、狭帯域に制限された複数の信号に基づいて、独立成分分析の手法により複数の入射信号を独立成分分析部５０により分離・抽出し、この分離・抽出されたそれぞれの入射信号を複数の復調器７１〜７４により復調する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナを配置する受信装置に関し、特に、複数の到来波が混合して同時に存在するスペクトラム成分が重なる変調波形を復調することができる受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、無線通信においては、図５（ａ），（ｂ）に示すように、例えば２機の送信装置１０１ａ，１０１ｂから極めて近い周波数１２１ａ，１２１ｂの通信波がそれぞれ送信された場合でも、１機の受信装置１１１に設けられたフィルタ１１３に対して周波数１２１ａ，１２１ｂのうちの一方のみを選択的に通過させて分離し、受信するようにしている。
【０００３】
この場合、送信装置１０１ａ，１０１ｂにおいて、それぞれの通信波のスペクトラム成分が重ならないように周波数ｆ１，ｆ２の間隔を空けておけば、受信装置１１１では、図５（ｂ）に示すように、例えばフィルタ１１３を通過した後の信号１２１ａは完全に復調することができる。
【０００４】
このような受信装置としては、特許文献１に記載された「ＦＭ受信機」が報告されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３６８６４０
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５（ａ）に示すような場合は極めてまれであり、むしろ、図５（ｃ）に示すような混信状態の方が多い。すなわち、送信装置１０１ａ，１０１ｂでは、それぞれの通信波のスペクトラム成分が重なり周波数ｆ３，ｆ４，ｆ５の間隔があまり空いていない混信状態である。
【０００７】
このような混信状態の場合、受信装置１１１で信号１３１ａがフィルタ１１３を通過しても、近接する周波数ｆ４の信号成分もフィルタ１１３を通過する。この結果、フィルタ１１３からは信号１３１ａとともに信号１３１ｂの重複部分１３３や、信号１３１ｂの信号成分１３５も出力されるので、信号１３１ａの完全な復調を行うことができない。
【０００８】
そこで、複数の通信波のスペトクラム成分が重なったような場合でも、それぞれの信号成分を完全に復調することができる受信装置が望まれている。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、複数の通信波のスペトクラム成分が重なったような場合でも、それぞれの信号成分を完全に復調することができる受信装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、複数の入射信号が各々に入射される複数のアンテナと、前記複数のアンテナからの前記複数の入射信号が混合された複数の混合信号を所定の狭帯域にそれぞれ制限して出力する複数の帯域制限ろ波器と、前記複数の帯域制限ろ波器からの狭帯域に制限された複数の信号に基づいて、独立成分分析の手法により前記複数の入射信号を分離・抽出する独立成分分析部と、前記独立成分分析部により分離・抽出されたそれぞれの入射信号を復調する複数の復調器を備えたことを要旨とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記復調器は、前記入射信号を複数の復調方式でそれぞれ復調することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記複数の帯域制限ろ波器で制限する帯域を制御する帯域制限制御器を更に備えたことを要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置は、入射信号Ｓ１，・・・，ｎをブラインド信号分離の手法により求めるものである。ブラインド信号分離とは、センサの応答性や信号の性質、入射信号の予備知識なしでセンサ数と同数までの入射信号を分離するアルゴリズムである。このアルゴリズムは、ブラインド信号分離や独立成分分析（ＩＣＡ：Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）と呼ばれ、多くの公知文献が発表されている。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る受信装置は、複数のセンサとして複数のアンテナを使用し、複数のアンテナに入射された複数の入射信号の混合信号から原信号を分離して出力する。なお、以下では、説明を簡単にするために、アンテナの数を「４」とし、入射信号の数を「ｎ＝４」として説明するが、アンテナの数及び入射信号の数はこれらに限定されず任意である。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
この受信装置は、第１アンテナ１１、第２アンテナ１２、第３アンテナ１３、第４アンテナ１４、第１帯域制限ろ波器２１、第２帯域制限ろ波器２２、第３帯域制限ろ波器２３、第４帯域制限ろ波器２４、帯域制限制御器２５、サンプリング部３０、独立成分分析部５０、復調部７０及び出力処理部６０から構成されている。
【００１７】
第１〜第４アンテナ１１〜１４としては、バーチカルアンテナ、ダイポールアンテナといった無指向性のアンテナ、及び任意の指向性を持ったアンテナ等が用いられ、種々の方位からの電波を受信する。これら第１〜第４アンテナ１１〜１４を設置する間隔や高さは任意である。
【００１８】
第１アンテナ１１は、空中からの複数の入射信号（電波）Ｓ１〜Ｓ４を受信し、これらが混合された混合信号を第１帯域制限ろ波器２１に送る。同様に、第２〜第４アンテナ１２〜１４は、空中からの複数の入射信号Ｓ１〜Ｓ４を受信し、これらが混合された混合信号を第２〜第４帯域制限ろ波器２２〜２４にそれぞれ送る。
【００１９】
第１帯域制限ろ波器２１は、第１アンテナ１１からの混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させてサンプリング部３０に送る。同様に、第２〜第４帯域制限ろ波器２２〜２４は、第２〜第４アンテナ１２〜１４からの混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみをそれぞれ通過させてサンプリング部３０に送る。なお、各第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４が通過させる周波数帯域は同じである。
【００２０】
帯域制限制御器２５は、通過させる周波数帯域、つまり通過させる周波数成分の範囲を指定するための制御信号を生成する。この帯域制限制御器２５で生成された制御信号は、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４に送られる。第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４は、帯域制限制御器２５からの制御信号に従って、入力された混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させる。
【００２１】
この帯域制限制御器２５は、任意の帯域の周波数成分を通過させるような制御信号を生成できるように構成されている。したがって、帯域制限制御器２５からの制御信号を適宜変更することにより、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４を通過する周波数帯域を任意に変化させることができる。
【００２２】
サンプリング部３０は、第１中間周波数変換器３１、第２中間周波数変換器３２、第３中間周波数変換器３３、第４中間周波数変換器３４、局部発振器３５、第１Ａ／Ｄ変換器４１、第２Ａ／Ｄ変換器４２、第３Ａ／Ｄ変換器４３、第４Ａ／Ｄ変換器４４及び発振器４５から構成されている。
【００２３】
局部発振器３５は、受信電波を中間周波数に変換するために必要とする発信周波数を有する信号を生成する。この局部発振器３５で生成された信号は、第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４に送られる。
【００２４】
第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４の各々は、何れも図示を省略するが、高周波増幅器、周波数混合器及び中間周波数増幅器から構成されている。
高周波増幅器は、受信周波数帯の高周波を、次段の周波数混合器の入力電圧として適当な大きさになるように増幅する。周波数混合器は、高周波増幅器で増幅された信号と局部発振器３５の出力信号とを混合し、それらの和又は差の周波数を作ることにより中間周波数の信号に変換する。中間周波数増幅器は、受信電波の周波数を、より低い中間周波数に変換して増幅する。これにより、安定で高利得の増幅を行うことができ、感度を向上させることができる。
【００２５】
上記のように構成される第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４から出力される信号は、第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４にそれぞれ送られる。
発振器４５は、第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４からの信号をサンプリングするためのサンプリングクロックを生成する。この発振器４５で生成されたサンプリングクロックは第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４に送られる。
【００２６】
第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４は、発振器４５からの信号をサンプリングクロックとして、第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４からのアナログ信号をサンプリングすることにより、デジタル信号にそれぞれ変換する。第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４の各々から出力されるデジタル信号は、独立成分分析部５０に供給される。
【００２７】
独立成分分析部５０は、ブラインド信号分離の手法により原信号（入射信号Ｓ１〜Ｓ４）が混合されてなる観測信号から原信号を分離・抽出する。この独立成分分析部５０の詳細は後述する。この独立成分分析部５０で抽出された信号は復調部７０に送られる。
【００２８】
復調部７０は、独立成分分析部５０で分離・抽出された信号ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）を復調して信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）を出力処理部６０に出力する。この復調部７０には、第１〜第４復調器７１〜７４が設けられており、第１〜第４復調器７１〜７４でそれぞれ復調された信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）は出力処理部６０に設けられた第１〜第４Ｄ／Ａ変換器６１〜６４に送られる。
【００２９】
ここで、図２を参照して、復調部７０に設けられた第１復調器７１の詳細な構成について説明する。なお、第２〜第４復調器７２〜７４も第１復調器７１と同様に構成されている。
【００３０】
ＡＭ復調器７１ａは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調されている場合には、ＡＭ復調を行うとともに、ＡＭ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆａを復調制御器７１ｈに出力する。ＡＭ復調器７１ａが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥａ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３１】
ＦＭ復調器７１ｂは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調されている場合には、ＦＭ復調を行うとともに、ＦＭ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｂを復調制御器７１ｈに出力する。ＦＭ復調器７１ｂが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｂ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３２】
ＰＳＫ復調器７１ｃは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調されている場合には、ＰＳＫ復調を行うとともに、ＰＳＫ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｃを復調制御器７１ｈに出力する。ＰＳＫ復調器７１ｃが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｃ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３３】
ＦＳＫ復調器７１ｄは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調されている場合には、ＦＳＫ復調を行うとともに、ＦＳＫ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｄを復調制御器７１ｈに出力する。ＦＳＫ復調器７１ｄが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｄ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３４】
ＭＳＫ復調器７１ｅは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＭＳＫ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調されている場合には、ＭＳＫ復調を行うとともに、ＭＳＫ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｅを復調制御器７１ｈに出力する。ＦＳＫ復調器７１ｅが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｅ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３５】
ＱＡＭ復調器７１ｆは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＱＡＭ（Ｑｕｑｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調されている場合には、ＱＡＭ復調を行うとともに、ＱＡＭ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｆを復調制御器７１ｈに出力する。ＱＡＭ復調器７１ｆが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｆ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３６】
なお、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆのそれぞれの出力状態は、出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ が１に設定されている場合にのみ復調中の信号がバッファ回路７１ｉ に出力される。
【００３７】
操作器７１ｇは、ＡＭ選択キー、ＦＭ選択キー、ＰＳＫ選択キー、ＦＳＫ選択キー、ＭＡＫ選択キー、ＱＡＭ選択キーなどのマニュアルモードキー、自動選択を表す自動モードキーを有し、オペレータの操作により選択されたキー入力を復調制御器７１ｈに出力する。
【００３８】
復調制御器７１ｈは、操作器７１ｇから上述したマニュアルモードキーが入力された場合には、選択されたキーに対応する出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ のうち１信号のみを１に、他を０に設定してＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆに出力する。また、復調制御器７１ｈは、操作器７１ｇ上述した自動モードキーが入力された場合には、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆからそれぞれ入力される受信確認フラグＲｆａ〜Ｒｆｆのうち１が入力されているときに、この入力に対応する出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ のうち１信号のみを１に、他を０に設定してＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆに出力する。
【００３９】
バッファ回路７１ｉ は、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆの何れか１つから出力される復調中の信号を入力して信号Ｙ１ として出力する。
【００４０】
次いで、復調部７０で復調された信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）は出力処理部６０に送られる。
【００４１】
出力処理部６０は、第１Ｄ／Ａ変換器６１、第２Ｄ／Ａ変換器６２、第３Ｄ／Ａ変換器６３及び第４Ｄ／Ａ変換器６４から構成されている。第１〜第４Ｄ／Ａ変換器６１〜６４は、復調部７０からのデジタル信Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）号をアナログ信号にそれぞれ変換し、分離信号Ｏ１〜Ｏ４としてそれぞれ出力する。
【００４２】
次に、上記のように構成される本発明の第１の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置の動作を説明する。
各アンテナ１１〜１４で観測される入射信号Ｓ１，・・・，ｎの混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４にそれぞれ送られる。第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４は、混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）の所定帯域の周波数成分のみをそれぞれ通過させ、サンプリング部３０に送る。
【００４３】
サンプリング部３０の第１中間周波数変換器３１は、第１帯域制限ろ波器２１からの混合信号ｘ１（ｔ）を入力して中間周波数の信号に変換する。詳しくは、第１中間周波数変換器３１内の高周波増幅器は混合信号ｘ１（ｔ）を高周波増幅する。この高周波増幅された信号は、局部発振器３５からの信号と混合されてそれらの和又は差の周波数が作られることにより中間周波数の信号に変換される。中間周波数の信号は中間周波数増幅器により増幅されて第１Ａ／Ｄ変換器４１に送られる。
【００４４】
第１Ａ／Ｄ変換器４１は、第１中間周波数変換器３１からのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ１（ｔ）として出力する。
同様に、第２〜第４中間周波数変換器３２〜３４は、第２〜第４帯域制限ろ波器２２〜２４からの混合信号ｘ２，３，４（ｔ）をそれぞれ入力して中間周波数の信号に変換し、第２〜第４Ａ／Ｄ変換器４１にそれぞれ送る。
【００４５】
第２〜第４Ａ／Ｄ変換器４２〜４４は、第２〜第４中間周波数変換器３２〜３４からのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ２，３，４（ｔ）として出力する。この際、サンプリング間隔（サンプリングクロックの周波数）は、各アンテナ１１〜１４に到達する入射信号Ｓ１，・・・，ｎの時間差の影響が出ない値に調整される。このようにしてサンプリング部３０で生成された観測信号Ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、独立成分分析部５０に送られる。
【００４６】
独立成分分析部５０は、観測信号Ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）として送られてくるｎ個のサンプリング時系列を用いて、ブラインド信号分離のアルゴリズムにより、選択された帯域内の信号ｙ（ｔ）を分離・抽出する。以下、分離・抽出の手順を詳細に説明する。
【００４７】
この第１の実施の形態におけるブラインド信号分離は、時間遅れなく混合された信号の分離に対して用いられる。先ず、その基本となるブラインド信号分離の問題についてここで定義する。信号源が下記式（１）のベクトルで与えられるとする。
【００４８】
【数１】
但し、ｓ（ｔ）は、ｎ個の入射信号であり、平均「０」であって、互いに独立であるとする。また、Ｔは転置を表す。
【００４９】
観測は、各アンテナ１１〜１４で観測され帯域制限された時系列データを意味しており、
【数２】
で表すものとする。これは、１，・・・，ｎの各アンテナ１１〜１４で観測された信号であると考えることができる。一般には、アンテナの数と信号源の数とは必ずしも一致しないが、ここでは一致しているものとする。
【００５０】
単純なＩＣＡの問題では、ｓ（ｔ）とｘ（ｔ）との間に、
【数３】
なる単純な線形関係を仮定する。Ａは、各アンテナ１１〜１４の配置と特性で決まる信号混合行列（ｎ行×ｎ列）の実数行列である。ｓ（ｔ）やＡに関する知識を持たずｘ（ｔ）を独立な信号成分に分離する。
【００５１】
即ち、あるｎ×ｎの実数行列を求めることにより、
【数４】
で求まる互いに独立なｙ（ｔ）を再構成することがＩＣＡの目的である。Ｂは理想的にはＡ−１となればよいわけだが、そうはならず順番の入れ違い（ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）と大きさ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）の任意性は残ってしまう。
【００５２】
この問題の解法の１つとして、確率分布の独立性に基づく分離法がある。各ｓｉ（ｔ）が（強）定常でガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）でないという仮定のもとで、ｙｉ（ｔ）が互いに独立になるようにＢを求める手法がさまざまに提案されているが、それらの多くは次のようにまとめることができる。ｙ（ｔ）を強定常過程として、その同時分布の密度関数を、
【数５】
とすると、独立性の定義はｐ（ｙｉ）をｐ（ｙ）のｙｉについての周辺分布として、
【数６】
とかける。
【００５３】
同時分布と周辺分布の積との間Ｋｕｌｌｂａｃｋ−Ｌｅｉｂｌｅｒ 発散（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）は、
【数７】
となる。但し、Ｈ（Ｙ；Ｂ）は同時分布ｐ（ｙ）のエントロピー、Ｈ（Ｙｉ；Ｂ）は周辺分布ｐ（ｙｉ）のエントロピーである。
これは｛Ｙｉ｝（ｉ＝１，・・・，ｎ）の相互情報量である。信号源が正規分布でないという仮定からＫＬ（Ｂ）はｐ（ｙｉ）が互いに独立な場合に限り「０」となる。これらはｐ（ｘ）とＢによって定まるものである。
【００５４】
ここで、ｐ（ｙ）ｄｙ＝ｐ（ｘ）ｄｘ、ｐ（ｙ）＝ｐ（ｘ）／｜Ｂ｜（｜Ｂ｜はＢの行列式）であることに注意すると、
【数８】
となる。
【００５５】
一方、周辺分布のエントロピーは、
【数９】
である。よって、
【数１０】
となり、
【数１１】
のようにすれば最急降下法として正しいＢを求めることができる。上記式（１１）の中で問題となるのは逆行列（ＢＴ）−１を計算している点である。
【００５６】
収束性に関しては、これにいかなる正定値行列を掛けても構わないことから、ＢＴＢを掛ければ（これは正則な行列の多様体上でのリーマン（Ｒｉｅｍａｎ）計量に対応している）、
【数１２】
が新たな学習則となる。定常性の仮定よりｐ（ｓ）、ｐ（ｘ）とｐ（ｙ）は時間的に独立である。この仮定のもと、アンサンブル平均を時間平均に置き換えることができる。
【００５７】
【数１３】
したがって、ηを正の定数とし、データが観測される毎に下記式（１４）に従ってパラメータを更新すればＢｔが得られる。
【００５８】
【数１４】
ここで、当然問題になるのは、上記式（１０）のｐ（ｙｉ）或いはψ（ｙ）をいかに定義するかである。通常、これはパラメトリックな非線形関数や統計的な展開法が用いられる。
【００５９】
大雑把な考え方を示すと、もしｐ（ｙｉ）が正規分布ならはψ（ｙ）は線形関数となる。一方、正規分布より裾が”重い”場合（ｓｕｂ−Ｇａｕｓｓｉａｎ）多項式などで近似するのがよく、正規分布より裾が”軽い”場合（ｓｕｐｅｒ−Ｇａｕｓｓｉａｎ）シグモイド（Ｓｉｇｍｏｉｄ）関数などで近似するのがよいとされている。音声信号などは裾が”軽い”ので、シグモイド関数などがうまく働く。
【００６０】
次いで、独立成分分析部５０で分離・抽出された信号ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）は復調部７０に送られる。
【００６１】
復調部７０では、独立成分分析部５０で分離・抽出された信号ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）を復調して信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）を出力処理部６０に出力する。
【００６２】
詳しくは、操作器７１ｇから上述した複数のマニュアルモードキーのうちの１つが入力された場合には、選択されたキーに対応する出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ のうち１信号のみを１に、他を０に設定してＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆに出力する。この結果、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆの何れか１つから出力される復調中の信号がバッファ回路７１ｉ に入力され信号Ｙ１ として出力される。
【００６３】
また、操作器７１ｇ上述した自動モードキーが入力された場合には、復調制御器７１ｈは、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆからそれぞれ入力される受信確認フラグＲｆａ〜Ｒｆｆのうち１が入力されているときに、この入力に対応する出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ のうち１信号のみを１に、他を０に設定してＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆに出力する。この結果、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆの何れか１つから出力される復調中の信号がバッファ回路７１ｉ に入力され信号Ｙ１ として出力される。
【００６４】
例えば、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ がＡＭ復調器７１ａに入力され、このデジタル信号がＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調されている場合には、ＡＭ復調が行われるとともに、ＡＭ受信が確認できたことを表す１が設定された受信確認フラグＲｆａが復調制御器７１ｈに出力される。また、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥａ をＡＭ復調器７１ａが受け付けた場合には、復調中の信号がバッファ回路７１ｉ に出力される。
【００６５】
次いで、復調部７０で復調された信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）は出力処理部６０に送られる。
【００６６】
出力処理部６０では、復調部７０からのデジタル信号として送られてくる信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）をアナログ信号に変換する。より詳しくは、第１復調器７１から出力される信号Ｙ１（ｔ）は、第１Ｄ／Ａ変換器６１でデジタル信号に変換され、分離信号Ｏ１として外部に送出される。同様に、信号Ｙ２，３，４（ｔ）は、第２〜第４Ｄ／Ａ変換器６２〜６４でデジタル信号にそれぞれ変換され、分離信号Ｏ２〜Ｏ４として外部にそれぞれ送出される。
【００６７】
以上説明したように、この第１の実施の形態に係る受信装置によれば、各アンテナの受信信号を各アンテナの信号の到達時間に差がなくなる狭帯域信号にまで帯域制限を行い、その狭帯域に帯域制限された各アンテナの信号を用いて独立成分分析を行うようにしたので、各アンテナの信号到達時間の差が生じる条件下でも一般的なブラインド信号分離の手法によりアンテナからの観測信号である混合信号中に含まれる原信号を分離・抽出することができる。さらに、分離・抽出されたそれぞれの原信号を復調して出力することができる。
【００６８】
特に、図３（ａ）に示すように、アンテナ１１〜１４に到来するそれぞれの通信波のスペクトラム成分が重なり周波数ｆ３，ｆ４，ｆ５の間隔があまり空いていない場合、従来の技術では、それぞれの信号を完全に復調することができなかった。
【００６９】
これに対して、本実施の形態によれば、図３（ａ）に示すように、複数の通信波のスペトクラム成分が重なったような場合でも、図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、それぞれの信号成分を分離・抽出した後に完全に復調することができる。
【００７０】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の特徴は、図１に示すサンプリング部３０に代わって、図４に示すサンプリング部４０を備えたことにある。
【００７１】
サンプリング部４０は、第１Ａ／Ｄ変換器４１、第２Ａ／Ｄ変換器４２、第３Ａ／Ｄ変換器４３、第４Ａ／Ｄ変換器４４、発振器４５、第１デジタル周波数変換器４６、第２デジタル周波数変換器４７、第３デジタル周波数変換器４８、第４デジタル周波数変換器４９から構成されている。
【００７２】
発振器４５は、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４からの信号をサンプリングするためのサンプリングクロックを生成する。この発振器４５で生成されたサンプリングクロックは第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４に送られる。
【００７３】
第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４は、発振器４５からの信号をサンプリングクロックとして、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４からのアナログ信号をサンプリングすることにより、デジタル信号にそれぞれ変換する。第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４の各々から出力されるデジタル信号は、第１〜第４デジタル周波数変換器４６〜４９に供給される。
【００７４】
第１〜第４デジタル周波数変換器４６〜４９は、第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４からのデジタル信号に含まれている有効な帯域のデータをその周波数帯域よりも低い中間周波数帯域のデータに周波数変換する。そして、第１〜第４デジタル周波数変換器４６〜４９の各々から出力されるデジタル信号は、独立成分分析部５０に供給される。
【００７５】
次に、第１の変形例における特徴的な動作について説明する。
【００７６】
各アンテナ１１〜１４で観測される入射信号Ｓ１，・・・，ｎの混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４にそれぞれ送られる。第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４は、混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）の所定帯域の周波数成分のみをそれぞれ通過させ、サンプリング部３０に送る。
【００７７】
サンプリング部３０の第１Ａ／Ｄ変換器４１は、第１帯域制限ろ波器２１からのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ１（ｔ）として出力する。
【００７８】
同様に、第２〜第４Ａ／Ｄ変換器４２〜４４は、第２〜第４帯域制限ろ波器２２〜２４からの混合信号Ｘ２，３，４（ｔ）をそれぞれデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ２，３，４（ｔ）として第２〜第４デジタル周波数変換器４６〜４９にそれぞれ送る。
【００７９】
第１〜第４デジタル周波数変換器は、第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４からのデジタル信号に含まれている有効な帯域のデータをその周波数帯域よりも低い中間周波数帯域のデータに周波数変換し中間周波数帯域の観測信号Ｘ１，２，３，４（ｔ）として、独立成分分析部５０に送られる。
【００８０】
なお、独立成分分析部５０におけるブラインド信号分離、独立成分分析などの処理内容については、上述した内容と同様であるので、その説明を省略する。また、第１の変形例による効果も上述した内容と同様であるので、その説明を省略する。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、アンテナの配置間隔が広いことによって信号が各アンテナに到達する時間に差が生じるような条件下であっても一般的なブラインド信号分離の手法によりアンテナからの観測信号から原信号を分離・抽出してそれぞれの原信号を復調するので、複数の通信波のスペトクラム成分が重なったような場合でも、それぞれの信号成分を完全に復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る受信装置の第１復調器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る受信装置に入力された入射信号（ａ）、受信装置により分離・抽出された原信号（ｂ），（ｃ），（ｄ）の様子を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の受信装置（ａ）、スペクトラムの間隔が離れている場合に入射信号から原信号を抽出した様子（ｂ）、スペクトラムの間隔が重なる場合に入射信号から原信号を抽出した様子（ｃ）を示す図である。
【符号の説明】
１１〜１４ 第１〜第４アンテナ
２１〜２４ 第１〜第４帯域制限ろ波器
２５ 帯域制限制御器
３０、４０、９０、９５ サンプリング部
３１〜３４ 第１〜第４中間周波数変換器
３５ 局部発振器
４１〜４４ 第１〜第４Ａ／Ｄ変換器
４５ 発振器
４６〜４９ 第１〜第４デジタル周波数変換器
５０ 独立成分分析部
６０ 出力処理部
７０ 復調部
７１ 第１復調器
７１ａ ＡＭ復調器
７１ｂ ＦＭ復調器
７１ｃ ＰＳＫ復調器
７１ｄ ＦＳＫ復調器
７１ｅ ＭＳＫ復調器
７１ｆ ＱＡＭ復調器
７１ｇ 操作器
７１ｈ 復調制御器
７１ｉ バッファ回路
７２ 第２復調器
７３ 第３復調器
７４ 第４復調器
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナを配置する受信装置に関し、特に、複数の到来波が混合して同時に存在するスペクトラム成分が重なる変調波形を復調することができる受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、無線通信においては、図５（ａ），（ｂ）に示すように、例えば２機の送信装置１０１ａ，１０１ｂから極めて近い周波数１２１ａ，１２１ｂの通信波がそれぞれ送信された場合でも、１機の受信装置１１１に設けられたフィルタ１１３に対して周波数１２１ａ，１２１ｂのうちの一方のみを選択的に通過させて分離し、受信するようにしている。
【０００３】
この場合、送信装置１０１ａ，１０１ｂにおいて、それぞれの通信波のスペクトラム成分が重ならないように周波数ｆ１，ｆ２の間隔を空けておけば、受信装置１１１では、図５（ｂ）に示すように、例えばフィルタ１１３を通過した後の信号１２１ａは完全に復調することができる。
【０００４】
このような受信装置としては、特許文献１に記載された「ＦＭ受信機」が報告されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３６８６４０
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５（ａ）に示すような場合は極めてまれであり、むしろ、図５（ｃ）に示すような混信状態の方が多い。すなわち、送信装置１０１ａ，１０１ｂでは、それぞれの通信波のスペクトラム成分が重なり周波数ｆ３，ｆ４，ｆ５の間隔があまり空いていない混信状態である。
【０００７】
このような混信状態の場合、受信装置１１１で信号１３１ａがフィルタ１１３を通過しても、近接する周波数ｆ４の信号成分もフィルタ１１３を通過する。この結果、フィルタ１１３からは信号１３１ａとともに信号１３１ｂの重複部分１３３や、信号１３１ｂの信号成分１３５も出力されるので、信号１３１ａの完全な復調を行うことができない。
【０００８】
そこで、複数の通信波のスペトクラム成分が重なったような場合でも、それぞれの信号成分を完全に復調することができる受信装置が望まれている。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、複数の通信波のスペトクラム成分が重なったような場合でも、それぞれの信号成分を完全に復調することができる受信装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、複数の入射信号が各々に入射される複数のアンテナと、前記複数のアンテナからの前記複数の入射信号が混合された複数の混合信号を所定の狭帯域にそれぞれ制限して出力する複数の帯域制限ろ波器と、前記複数の帯域制限ろ波器からの狭帯域に制限された複数の信号に基づいて、独立成分分析の手法により前記複数の入射信号を分離・抽出する独立成分分析部と、前記独立成分分析部により分離・抽出されたそれぞれの入射信号を復調する複数の復調器を備えたことを要旨とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記復調器は、前記入射信号を複数の復調方式でそれぞれ復調することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記複数の帯域制限ろ波器で制限する帯域を制御する帯域制限制御器を更に備えたことを要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置は、入射信号Ｓ１，・・・，ｎをブラインド信号分離の手法により求めるものである。ブラインド信号分離とは、センサの応答性や信号の性質、入射信号の予備知識なしでセンサ数と同数までの入射信号を分離するアルゴリズムである。このアルゴリズムは、ブラインド信号分離や独立成分分析（ＩＣＡ：Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ）と呼ばれ、多くの公知文献が発表されている。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る受信装置は、複数のセンサとして複数のアンテナを使用し、複数のアンテナに入射された複数の入射信号の混合信号から原信号を分離して出力する。なお、以下では、説明を簡単にするために、アンテナの数を「４」とし、入射信号の数を「ｎ＝４」として説明するが、アンテナの数及び入射信号の数はこれらに限定されず任意である。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
この受信装置は、第１アンテナ１１、第２アンテナ１２、第３アンテナ１３、第４アンテナ１４、第１帯域制限ろ波器２１、第２帯域制限ろ波器２２、第３帯域制限ろ波器２３、第４帯域制限ろ波器２４、帯域制限制御器２５、サンプリング部３０、独立成分分析部５０、復調部７０及び出力処理部６０から構成されている。
【００１７】
第１〜第４アンテナ１１〜１４としては、バーチカルアンテナ、ダイポールアンテナといった無指向性のアンテナ、及び任意の指向性を持ったアンテナ等が用いられ、種々の方位からの電波を受信する。これら第１〜第４アンテナ１１〜１４を設置する間隔や高さは任意である。
【００１８】
第１アンテナ１１は、空中からの複数の入射信号（電波）Ｓ１〜Ｓ４を受信し、これらが混合された混合信号を第１帯域制限ろ波器２１に送る。同様に、第２〜第４アンテナ１２〜１４は、空中からの複数の入射信号Ｓ１〜Ｓ４を受信し、これらが混合された混合信号を第２〜第４帯域制限ろ波器２２〜２４にそれぞれ送る。
【００１９】
第１帯域制限ろ波器２１は、第１アンテナ１１からの混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させてサンプリング部３０に送る。同様に、第２〜第４帯域制限ろ波器２２〜２４は、第２〜第４アンテナ１２〜１４からの混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみをそれぞれ通過させてサンプリング部３０に送る。なお、各第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４が通過させる周波数帯域は同じである。
【００２０】
帯域制限制御器２５は、通過させる周波数帯域、つまり通過させる周波数成分の範囲を指定するための制御信号を生成する。この帯域制限制御器２５で生成された制御信号は、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４に送られる。第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４は、帯域制限制御器２５からの制御信号に従って、入力された混合信号に含まれる所定帯域の周波数成分のみを通過させる。
【００２１】
この帯域制限制御器２５は、任意の帯域の周波数成分を通過させるような制御信号を生成できるように構成されている。したがって、帯域制限制御器２５からの制御信号を適宜変更することにより、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４を通過する周波数帯域を任意に変化させることができる。
【００２２】
サンプリング部３０は、第１中間周波数変換器３１、第２中間周波数変換器３２、第３中間周波数変換器３３、第４中間周波数変換器３４、局部発振器３５、第１Ａ／Ｄ変換器４１、第２Ａ／Ｄ変換器４２、第３Ａ／Ｄ変換器４３、第４Ａ／Ｄ変換器４４及び発振器４５から構成されている。
【００２３】
局部発振器３５は、受信電波を中間周波数に変換するために必要とする発信周波数を有する信号を生成する。この局部発振器３５で生成された信号は、第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４に送られる。
【００２４】
第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４の各々は、何れも図示を省略するが、高周波増幅器、周波数混合器及び中間周波数増幅器から構成されている。
高周波増幅器は、受信周波数帯の高周波を、次段の周波数混合器の入力電圧として適当な大きさになるように増幅する。周波数混合器は、高周波増幅器で増幅された信号と局部発振器３５の出力信号とを混合し、それらの和又は差の周波数を作ることにより中間周波数の信号に変換する。中間周波数増幅器は、受信電波の周波数を、より低い中間周波数に変換して増幅する。これにより、安定で高利得の増幅を行うことができ、感度を向上させることができる。
【００２５】
上記のように構成される第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４から出力される信号は、第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４にそれぞれ送られる。
発振器４５は、第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４からの信号をサンプリングするためのサンプリングクロックを生成する。この発振器４５で生成されたサンプリングクロックは第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４に送られる。
【００２６】
第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４は、発振器４５からの信号をサンプリングクロックとして、第１〜第４中間周波数変換器３１〜３４からのアナログ信号をサンプリングすることにより、デジタル信号にそれぞれ変換する。第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４の各々から出力されるデジタル信号は、独立成分分析部５０に供給される。
【００２７】
独立成分分析部５０は、ブラインド信号分離の手法により原信号（入射信号Ｓ１〜Ｓ４）が混合されてなる観測信号から原信号を分離・抽出する。この独立成分分析部５０の詳細は後述する。この独立成分分析部５０で抽出された信号は復調部７０に送られる。
【００２８】
復調部７０は、独立成分分析部５０で分離・抽出された信号ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）を復調して信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）を出力処理部６０に出力する。この復調部７０には、第１〜第４復調器７１〜７４が設けられており、第１〜第４復調器７１〜７４でそれぞれ復調された信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）は出力処理部６０に設けられた第１〜第４Ｄ／Ａ変換器６１〜６４に送られる。
【００２９】
ここで、図２を参照して、復調部７０に設けられた第１復調器７１の詳細な構成について説明する。なお、第２〜第４復調器７２〜７４も第１復調器７１と同様に構成されている。
【００３０】
ＡＭ復調器７１ａは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調されている場合には、ＡＭ復調を行うとともに、ＡＭ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆａを復調制御器７１ｈに出力する。ＡＭ復調器７１ａが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥａ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３１】
ＦＭ復調器７１ｂは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＦＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調されている場合には、ＦＭ復調を行うとともに、ＦＭ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｂを復調制御器７１ｈに出力する。ＦＭ復調器７１ｂが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｂ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３２】
ＰＳＫ復調器７１ｃは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調されている場合には、ＰＳＫ復調を行うとともに、ＰＳＫ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｃを復調制御器７１ｈに出力する。ＰＳＫ復調器７１ｃが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｃ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３３】
ＦＳＫ復調器７１ｄは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調されている場合には、ＦＳＫ復調を行うとともに、ＦＳＫ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｄを復調制御器７１ｈに出力する。ＦＳＫ復調器７１ｄが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｄ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３４】
ＭＳＫ復調器７１ｅは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＭＳＫ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調されている場合には、ＭＳＫ復調を行うとともに、ＭＳＫ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｅを復調制御器７１ｈに出力する。ＦＳＫ復調器７１ｅが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｅ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３５】
ＱＡＭ復調器７１ｆは、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ を入力し、このデジタル信号がＱＡＭ（Ｑｕｑｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調されている場合には、ＱＡＭ復調を行うとともに、ＱＡＭ受信が確認できたことを表す１に設定された受信確認フラグＲｆｆを復調制御器７１ｈに出力する。ＱＡＭ復調器７１ｆが、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥｆ を受け付けた場合には、復調中の信号をバッファ回路７１ｉ に出力する。
【００３６】
なお、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆのそれぞれの出力状態は、出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ が１に設定されている場合にのみ復調中の信号がバッファ回路７１ｉ に出力される。
【００３７】
操作器７１ｇは、ＡＭ選択キー、ＦＭ選択キー、ＰＳＫ選択キー、ＦＳＫ選択キー、ＭＡＫ選択キー、ＱＡＭ選択キーなどのマニュアルモードキー、自動選択を表す自動モードキーを有し、オペレータの操作により選択されたキー入力を復調制御器７１ｈに出力する。
【００３８】
復調制御器７１ｈは、操作器７１ｇから上述したマニュアルモードキーが入力された場合には、選択されたキーに対応する出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ のうち１信号のみを１に、他を０に設定してＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆに出力する。また、復調制御器７１ｈは、操作器７１ｇ上述した自動モードキーが入力された場合には、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆからそれぞれ入力される受信確認フラグＲｆａ〜Ｒｆｆのうち１が入力されているときに、この入力に対応する出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ のうち１信号のみを１に、他を０に設定してＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆに出力する。
【００３９】
バッファ回路７１ｉ は、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆの何れか１つから出力される復調中の信号を入力して信号Ｙ１ として出力する。
【００４０】
次いで、復調部７０で復調された信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）は出力処理部６０に送られる。
【００４１】
出力処理部６０は、第１Ｄ／Ａ変換器６１、第２Ｄ／Ａ変換器６２、第３Ｄ／Ａ変換器６３及び第４Ｄ／Ａ変換器６４から構成されている。第１〜第４Ｄ／Ａ変換器６１〜６４は、復調部７０からのデジタル信Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）号をアナログ信号にそれぞれ変換し、分離信号Ｏ１〜Ｏ４としてそれぞれ出力する。
【００４２】
次に、上記のように構成される本発明の第１の実施の形態に係る混合信号分離・抽出装置の動作を説明する。
各アンテナ１１〜１４で観測される入射信号Ｓ１，・・・，ｎの混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４にそれぞれ送られる。第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４は、混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）の所定帯域の周波数成分のみをそれぞれ通過させ、サンプリング部３０に送る。
【００４３】
サンプリング部３０の第１中間周波数変換器３１は、第１帯域制限ろ波器２１からの混合信号ｘ１（ｔ）を入力して中間周波数の信号に変換する。詳しくは、第１中間周波数変換器３１内の高周波増幅器は混合信号ｘ１（ｔ）を高周波増幅する。この高周波増幅された信号は、局部発振器３５からの信号と混合されてそれらの和又は差の周波数が作られることにより中間周波数の信号に変換される。中間周波数の信号は中間周波数増幅器により増幅されて第１Ａ／Ｄ変換器４１に送られる。
【００４４】
第１Ａ／Ｄ変換器４１は、第１中間周波数変換器３１からのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ１（ｔ）として出力する。
同様に、第２〜第４中間周波数変換器３２〜３４は、第２〜第４帯域制限ろ波器２２〜２４からの混合信号ｘ２，３，４（ｔ）をそれぞれ入力して中間周波数の信号に変換し、第２〜第４Ａ／Ｄ変換器４１にそれぞれ送る。
【００４５】
第２〜第４Ａ／Ｄ変換器４２〜４４は、第２〜第４中間周波数変換器３２〜３４からのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ２，３，４（ｔ）として出力する。この際、サンプリング間隔（サンプリングクロックの周波数）は、各アンテナ１１〜１４に到達する入射信号Ｓ１，・・・，ｎの時間差の影響が出ない値に調整される。このようにしてサンプリング部３０で生成された観測信号Ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、独立成分分析部５０に送られる。
【００４６】
独立成分分析部５０は、観測信号Ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）として送られてくるｎ個のサンプリング時系列を用いて、ブラインド信号分離のアルゴリズムにより、選択された帯域内の信号ｙ（ｔ）を分離・抽出する。以下、分離・抽出の手順を詳細に説明する。
【００４７】
この第１の実施の形態におけるブラインド信号分離は、時間遅れなく混合された信号の分離に対して用いられる。先ず、その基本となるブラインド信号分離の問題についてここで定義する。信号源が下記式（１）のベクトルで与えられるとする。
【００４８】
【数１】
【００４９】
観測は、各アンテナ１１〜１４で観測され帯域制限された時系列データを意味しており、
【数２】
【００５０】
単純なＩＣＡの問題では、ｓ（ｔ）とｘ（ｔ）との間に、
【数３】
【００５１】
即ち、あるｎ×ｎの実数行列を求めることにより、
【数４】
【００５２】
この問題の解法の１つとして、確率分布の独立性に基づく分離法がある。各ｓｉ（ｔ）が（強）定常でガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）でないという仮定のもとで、ｙｉ（ｔ）が互いに独立になるようにＢを求める手法がさまざまに提案されているが、それらの多くは次のようにまとめることができる。ｙ（ｔ）を強定常過程として、その同時分布の密度関数を、
【数５】
【数６】
【００５３】
同時分布と周辺分布の積との間Ｋｕｌｌｂａｃｋ−Ｌｅｉｂｌｅｒ 発散（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）は、
【数７】
これは｛Ｙｉ｝（ｉ＝１，・・・，ｎ）の相互情報量である。信号源が正規分布でないという仮定からＫＬ（Ｂ）はｐ（ｙｉ）が互いに独立な場合に限り「０」となる。これらはｐ（ｘ）とＢによって定まるものである。
【００５４】
ここで、ｐ（ｙ）ｄｙ＝ｐ（ｘ）ｄｘ、ｐ（ｙ）＝ｐ（ｘ）／｜Ｂ｜（｜Ｂ｜はＢの行列式）であることに注意すると、
【数８】
【００５５】
一方、周辺分布のエントロピーは、
【数９】
【数１０】
【数１１】
【００５６】
収束性に関しては、これにいかなる正定値行列を掛けても構わないことから、ＢＴＢを掛ければ（これは正則な行列の多様体上でのリーマン（Ｒｉｅｍａｎ）計量に対応している）、
【数１２】
【００５７】
【数１３】
【００５８】
【数１４】
【００５９】
大雑把な考え方を示すと、もしｐ（ｙｉ）が正規分布ならはψ（ｙ）は線形関数となる。一方、正規分布より裾が”重い”場合（ｓｕｂ−Ｇａｕｓｓｉａｎ）多項式などで近似するのがよく、正規分布より裾が”軽い”場合（ｓｕｐｅｒ−Ｇａｕｓｓｉａｎ）シグモイド（Ｓｉｇｍｏｉｄ）関数などで近似するのがよいとされている。音声信号などは裾が”軽い”ので、シグモイド関数などがうまく働く。
【００６０】
次いで、独立成分分析部５０で分離・抽出された信号ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）は復調部７０に送られる。
【００６１】
復調部７０では、独立成分分析部５０で分離・抽出された信号ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）を復調して信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）を出力処理部６０に出力する。
【００６２】
詳しくは、操作器７１ｇから上述した複数のマニュアルモードキーのうちの１つが入力された場合には、選択されたキーに対応する出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ のうち１信号のみを１に、他を０に設定してＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆに出力する。この結果、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆの何れか１つから出力される復調中の信号がバッファ回路７１ｉ に入力され信号Ｙ１ として出力される。
【００６３】
また、操作器７１ｇ上述した自動モードキーが入力された場合には、復調制御器７１ｈは、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆからそれぞれ入力される受信確認フラグＲｆａ〜Ｒｆｆのうち１が入力されているときに、この入力に対応する出力許可信号ＯＥａ 〜ＯＥｆ のうち１信号のみを１に、他を０に設定してＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆに出力する。この結果、ＡＭ復調器７１ａ〜ＱＡＭ復調器７１ｆの何れか１つから出力される復調中の信号がバッファ回路７１ｉ に入力され信号Ｙ１ として出力される。
【００６４】
例えば、独立成分分析部５０から入力される信号ｙ１ がＡＭ復調器７１ａに入力され、このデジタル信号がＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調されている場合には、ＡＭ復調が行われるとともに、ＡＭ受信が確認できたことを表す１が設定された受信確認フラグＲｆａが復調制御器７１ｈに出力される。また、復調制御器７１ｈから１に設定された出力許可信号ＯＥａ をＡＭ復調器７１ａが受け付けた場合には、復調中の信号がバッファ回路７１ｉ に出力される。
【００６５】
次いで、復調部７０で復調された信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）は出力処理部６０に送られる。
【００６６】
出力処理部６０では、復調部７０からのデジタル信号として送られてくる信号Ｙ１，・・・，ｎ（ｔ）をアナログ信号に変換する。より詳しくは、第１復調器７１から出力される信号Ｙ１（ｔ）は、第１Ｄ／Ａ変換器６１でデジタル信号に変換され、分離信号Ｏ１として外部に送出される。同様に、信号Ｙ２，３，４（ｔ）は、第２〜第４Ｄ／Ａ変換器６２〜６４でデジタル信号にそれぞれ変換され、分離信号Ｏ２〜Ｏ４として外部にそれぞれ送出される。
【００６７】
以上説明したように、この第１の実施の形態に係る受信装置によれば、各アンテナの受信信号を各アンテナの信号の到達時間に差がなくなる狭帯域信号にまで帯域制限を行い、その狭帯域に帯域制限された各アンテナの信号を用いて独立成分分析を行うようにしたので、各アンテナの信号到達時間の差が生じる条件下でも一般的なブラインド信号分離の手法によりアンテナからの観測信号である混合信号中に含まれる原信号を分離・抽出することができる。さらに、分離・抽出されたそれぞれの原信号を復調して出力することができる。
【００６８】
特に、図３（ａ）に示すように、アンテナ１１〜１４に到来するそれぞれの通信波のスペクトラム成分が重なり周波数ｆ３，ｆ４，ｆ５の間隔があまり空いていない場合、従来の技術では、それぞれの信号を完全に復調することができなかった。
【００６９】
これに対して、本実施の形態によれば、図３（ａ）に示すように、複数の通信波のスペトクラム成分が重なったような場合でも、図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、それぞれの信号成分を分離・抽出した後に完全に復調することができる。
【００７０】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の特徴は、図１に示すサンプリング部３０に代わって、図４に示すサンプリング部４０を備えたことにある。
【００７１】
サンプリング部４０は、第１Ａ／Ｄ変換器４１、第２Ａ／Ｄ変換器４２、第３Ａ／Ｄ変換器４３、第４Ａ／Ｄ変換器４４、発振器４５、第１デジタル周波数変換器４６、第２デジタル周波数変換器４７、第３デジタル周波数変換器４８、第４デジタル周波数変換器４９から構成されている。
【００７２】
発振器４５は、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４からの信号をサンプリングするためのサンプリングクロックを生成する。この発振器４５で生成されたサンプリングクロックは第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４に送られる。
【００７３】
第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４は、発振器４５からの信号をサンプリングクロックとして、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４からのアナログ信号をサンプリングすることにより、デジタル信号にそれぞれ変換する。第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４の各々から出力されるデジタル信号は、第１〜第４デジタル周波数変換器４６〜４９に供給される。
【００７４】
第１〜第４デジタル周波数変換器４６〜４９は、第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４からのデジタル信号に含まれている有効な帯域のデータをその周波数帯域よりも低い中間周波数帯域のデータに周波数変換する。そして、第１〜第４デジタル周波数変換器４６〜４９の各々から出力されるデジタル信号は、独立成分分析部５０に供給される。
【００７５】
次に、第１の変形例における特徴的な動作について説明する。
【００７６】
各アンテナ１１〜１４で観測される入射信号Ｓ１，・・・，ｎの混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）は、第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４にそれぞれ送られる。第１〜第４帯域制限ろ波器２１〜２４は、混合信号ｘ１，・・・，ｎ（ｔ）の所定帯域の周波数成分のみをそれぞれ通過させ、サンプリング部３０に送る。
【００７７】
サンプリング部３０の第１Ａ／Ｄ変換器４１は、第１帯域制限ろ波器２１からのアナログ信号を、発振器４５からのサンプリングクロックを用いてサンプリングすることによりデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ１（ｔ）として出力する。
【００７８】
同様に、第２〜第４Ａ／Ｄ変換器４２〜４４は、第２〜第４帯域制限ろ波器２２〜２４からの混合信号Ｘ２，３，４（ｔ）をそれぞれデジタル信号に変換し、観測信号Ｘ２，３，４（ｔ）として第２〜第４デジタル周波数変換器４６〜４９にそれぞれ送る。
【００７９】
第１〜第４デジタル周波数変換器は、第１〜第４Ａ／Ｄ変換器４１〜４４からのデジタル信号に含まれている有効な帯域のデータをその周波数帯域よりも低い中間周波数帯域のデータに周波数変換し中間周波数帯域の観測信号Ｘ１，２，３，４（ｔ）として、独立成分分析部５０に送られる。
【００８０】
なお、独立成分分析部５０におけるブラインド信号分離、独立成分分析などの処理内容については、上述した内容と同様であるので、その説明を省略する。また、第１の変形例による効果も上述した内容と同様であるので、その説明を省略する。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、アンテナの配置間隔が広いことによって信号が各アンテナに到達する時間に差が生じるような条件下であっても一般的なブラインド信号分離の手法によりアンテナからの観測信号から原信号を分離・抽出してそれぞれの原信号を復調するので、複数の通信波のスペトクラム成分が重なったような場合でも、それぞれの信号成分を完全に復調することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る受信装置の第１復調器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る受信装置に入力された入射信号（ａ）、受信装置により分離・抽出された原信号（ｂ），（ｃ），（ｄ）の様子を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る受信装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来の受信装置（ａ）、スペクトラムの間隔が離れている場合に入射信号から原信号を抽出した様子（ｂ）、スペクトラムの間隔が重なる場合に入射信号から原信号を抽出した様子（ｃ）を示す図である。
【符号の説明】
１１〜１４ 第１〜第４アンテナ
２１〜２４ 第１〜第４帯域制限ろ波器
２５ 帯域制限制御器
３０、４０、９０、９５ サンプリング部
３１〜３４ 第１〜第４中間周波数変換器
３５ 局部発振器
４１〜４４ 第１〜第４Ａ／Ｄ変換器
４５ 発振器
４６〜４９ 第１〜第４デジタル周波数変換器
５０ 独立成分分析部
６０ 出力処理部
７０ 復調部
７１ 第１復調器
７１ａ ＡＭ復調器
７１ｂ ＦＭ復調器
７１ｃ ＰＳＫ復調器
７１ｄ ＦＳＫ復調器
７１ｅ ＭＳＫ復調器
７１ｆ ＱＡＭ復調器
７１ｇ 操作器
７１ｈ 復調制御器
７１ｉ バッファ回路
７２ 第２復調器
７３ 第３復調器
７４ 第４復調器
Claims (3)
- 複数の入射信号が各々に入射される複数のアンテナと、
前記複数のアンテナからの前記複数の入射信号が混合された複数の混合信号を所定の狭帯域にそれぞれ制限して出力する複数の帯域制限ろ波器と、
前記複数の帯域制限ろ波器からの狭帯域に制限された複数の信号に基づいて、独立成分分析の手法により前記複数の入射信号を分離・抽出する独立成分分析部と、
前記独立成分分析部により分離・抽出されたそれぞれの入射信号を復調する複数の復調器を備えたことを特徴とする受信装置。 - 前記復調器は、
前記入射信号を複数の復調方式でそれぞれ復調することを特徴とする請求項１記載の受信装置。 - 前記複数の帯域制限ろ波器で制限する帯域を制御する帯域制限制御器を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至２の何れか１項に記載の受信装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003020568A JP2004235860A (ja) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | 受信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003020568A JP2004235860A (ja) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | 受信装置 |
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| JP2004235860A true JP2004235860A (ja) | 2004-08-19 |
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| JP2003020568A Pending JP2004235860A (ja) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | 受信装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007243277A (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Institute Of Physical & Chemical Research | 受信装置、受信方法、ならびに、プログラム |
| JP2008515287A (ja) * | 2004-09-23 | 2008-05-08 | インターデイジタル テクノロジー コーポレーション | 相関アンテナ素子を使用するブラインド信号分離 |
| JP2008517491A (ja) * | 2004-09-23 | 2008-05-22 | インターデイジタル テクノロジー コーポレーション | 拡散符号を用いたブランド信号分離 |
| JP2022024808A (ja) * | 2020-07-28 | 2022-02-09 | 株式会社Ｋｄｄｉ総合研究所 | 複数の無線システム共存時の無線信号処理を実行する受信装置、処理方法、およびプログラム |
-
2003
- 2003-01-29 JP JP2003020568A patent/JP2004235860A/ja active Pending
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| JP7286593B2 (ja) | 2020-07-28 | 2023-06-05 | 株式会社Ｋｄｄｉ総合研究所 | 複数の無線システム共存時の無線信号処理を実行する受信装置、処理方法、およびプログラム |
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