JP2008005435A - 変調信号解析装置および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調方式を精度よく判別することができる変調信号解析装置を得ること。
【解決手段】本発明にかかる変調信号解析装置は、受信信号の変調方式が未知の場合に変調方式を判定する装置であって、たとえば、想定される変調方式毎に変調信号の特性に基づいて生成された基準ベクトルを個別に記憶するための基準ベクトルテーブル６ａと、受信信号から変調信号の特性を表す複数の特徴量を個別に抽出する各特徴量抽出部（３−１，３−２，３−３）と、前記複数の特徴量を要素とする特徴量ベクトルを算出する特徴空間マッピング処理部４ａと、前記特徴量ベクトルと前記変調方式毎に生成された基準ベクトルとの間の距離をそれぞれ算出する距離算出部５ａと、距離が最短となる基準ベクトルに対応する変調方式を前記受信信号の変調方式と判定する判定部７ａと、を備えることとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、受信した信号の変調方式が未知の場合に当該変調方式を推定する変調信号解析装置に関するものであり、特に、受信信号から抽出した特徴量を用いて変調方式を推定する変調信号解析装置および通信装置に関するものである。

従来、変調された信号を受信する際には、予め変調方式がわかった上で復調するのが一般的である。一方、ディジタル変調方式は多様化しており、受信する信号の変調方式が即座にわからない場合が想定される。このような場合には、受信側で変調方式を推定できると効率的に復調が行える。

たとえば、変調信号の変調方式を推定する受信装置として、下記特許文献１に記載の技術が開示されている。以下、特許文献１に記載の従来技術について説明する。

下記特許文献１に記載の受信装置では、未知の変調信号として、ＡＳＫ（振幅変調），ＰＳＫ（位相変調），ＦＳＫ（周波数変調）により変調された信号がさらにＦＭ変調されている多重変調も考慮した信号を推定対象としている。

この受信装置は、多重変調された受信信号をＦＭ検波するＦＭ検波部と、ＦＭ検波された信号を逓倍する逓倍部と、ＦＭ検波あるいは逓倍された受信信号に対して高速フーリエ変換を実施する高速フーリエ変換部と、変調信号を判定する判定部から成り立っている。

受信装置では、まず、ＦＭ検波部において多重変調かどうかを判別する。たとえば、多重変調であると判別された場合には、当該変調信号に対してＦＭ検波を行い単一変調信号とした後に、変調方式の推定処理を行う。また、多重変調でないと判別された場合には、そのまま変調方式の推定処理を行う。推定処理には、変調信号に対して高速フーリエ変換を実施したスペクトラムと、当該変調信号を４逓倍部で４逓倍処理した後に高速フーリエ変換を実施したスペクトラムと、当該変調信号を２逓倍部で２逓倍処理した後に高速フーリエ変換を実施したスペクトラムと、の３種類のスペクトラムを用いる。

そして、受信装置では、上記３種類のスペクトラムについて、特徴量（線スペクトルの存在の有無等）を抽出し、予め変調方式ごとに定義をしておいた特徴量の基準と比較することにより、変調方式を判定する。

また、下記特許文献１では、上記推定方法以外に、変調信号の振幅の分散値を求め、その大きさにより、ＡＳＫとＰＳＫとＦＳＫを判別する方法も示されている。

特開２００５−４５３２９号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された従来の受信装置については、以下の問題があった。たとえば、上記特許文献１においては、フーリエ変換後のスペクトラムあるいは振幅の分散を用いて変調方式を推定しているが、これらは変調方式の特性を直接的に表現する指標ではない。このため、変調方式の基準値の定義と算出方法が明確でない。また、位相と振幅を組み合わせた変調方式等、複雑な変調方式の場合には、変調方式の判別が困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、変調方式推定の基準となる特徴を簡潔に定義することができ、かつ、変調方式を精度よく判別することができる変調信号解析装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる変調信号解析装置は、送信側において変調された受信信号（変調信号）の変調方式が未知の場合に、当該変調信号を解析して変調方式を判定する変調信号解析装置であって、たとえば、想定される変調方式毎に、変調信号の特性を表す特徴量に基づいて生成された基準ベクトルを、個別に記憶するための基準ベクトル記憶手段と、前記受信信号から、変調信号の特性を表す複数の特徴量を個別に抽出する特徴量抽出手段と、前記複数の特徴量を要素とする特徴量ベクトルを算出する特徴空間マッピング手段と、前記特徴量ベクトルと前記変調方式毎に生成された基準ベクトルとの間の距離をそれぞれ算出する距離算出手段と、算出された距離が最短となる基準ベクトルに対応する変調方式を前記受信信号の変調方式と判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、変調方式を推定するための基準を簡潔に定義することができるとともに、未知の変調信号を検波・復調することなく変調方式を精度よく判別することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる変調信号解析装置および当該変調信号解析装置を具備する通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる変調信号解析装置および通信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。本実施の形態の変調信号解析装置は、信号抽出部１，フィルタ処理部２，振幅特徴量抽出部３−１，位相差分特徴量抽出部３−２，位相２階差分特徴量抽出部３−３，特徴空間マッピング処理部４ａ，距離算出部５ａ，基準ベクトルテーブル部６ａ，判定部７ａで構成されている。

まず、本実施の形態における特徴量抽出部の原理について、図および式を用いて説明する。

一般に変調は、位相，周波数，振幅およびそれらの組み合わせを変化させることにより行われる。位相で変調されるものには、たとえばＰＳＫ系の位相変調方式があり、周波数で変調されるものにはＦＳＫ系の周波数変調方式があり、振幅で変調されるものにはＡＳＫ系の変調方式がある。これらの変調信号ｆ（ｔ）は、下記式（１）で表すことができる。

なお、ｔは時刻、Ｔｓは変調信号ｆ（ｔ）をサンプリングする際のサンプリング時間間隔、ｆｃはキャリア周波数を表し、また、ｋは、サンプリング開始点を０とし、時刻ｔにおけるサンプリング点の番号を表す整数である。また、Ａ（ｔ），φ（ｔ）は、それぞれ振幅，位相を表す。また、振幅変調の場合は振幅Ａ（ｔ）を、位相変調，周波数変調の場合は位相φ（ｔ）を、時間的に変化させることで変調を行う。また、位相変調と周波数変調は、両方とも位相φ（ｔ）を変化させるが、位相変調の場合は、位相φ（ｔ）を変調ベースバンド信号に比例して変化させるのに対して、周波数変調の場合は、ベースバンド信号の積分値に比例して位相φ（ｔ）を変化させる。このため、変調信号をベースバンド信号の帯域の２倍以上の周波数でサンプリングすると、位相変調された信号の位相は急激に変化する傾向がみられ、周波数変調された信号の位相は緩やかに変動する傾向がみられる。また、振幅変調された信号は、振幅に変動の傾向が表れる。

本実施の形態では、上記変調方式による傾向の差を利用して振幅値および位相の変化に関する時間相関値を算出し、その相関値を変調信号解析のための特徴量として用いることによって、受信した信号の変調方式を推定する。

具体的には、特徴量の一例として、振幅の時間相関値，位相差分の時間相関値，位相２階差分の時間相関値の３つを用いる。位相差分の時間相関値だけでなく、位相２階差分の時間相関値も特徴量として抽出する理由は、位相２階差分は周波数偏差が残留していた場合にも影響をうけにくく、変調方式の推定精度を上げることができるためである。また、評価のパラメータを増やすことにより、判定時に雑音等の影響をうけにくくなるという効果もある。なお、上記に限らず、位相差分の時間相関値，位相２階差分の時間相関値のいずれか一方のみを抽出することとしてもよい。

つづいて、変調方式の違いによる特徴量の差を具体的な例をあげて説明する。図２は、ＦＳＫの振幅値の時間相関の例を示し、図３は、ＦＳＫの位相差分および位相２階差分の時間相関値の例を示し、図４は、ＰＳＫの振幅値の時間相関の例を示し、図５は、ＰＳＫの位相差分および位相２階差分の時間相関値の例を示す。これらの図では、横軸は時間を表すサンプリング点数を表し、縦軸は時間相関値を示す。横軸が、１２８となる点が、時間差が０となる点、すなわち、自分自身との相関を表す点であり、時間相関値は１となる。

図２と図４、図３と図５を比較すると、変調方式により振幅値の時間相関値および位相差分の時間相関値の時間変化に異なる特徴がみられることがわかる。たとえば、図２と図４を比較すると、ＦＳＫの場合は、振幅は一定となるため、時間相関値は常に１となる。一方、ＰＳＫの場合は、一般に、使用する帯域を制限するためにロールオフフィルタ等を用いているため、変調ベースバンド信号の振幅は完全に定数とならずに変化する。また、図３と図５の位相差分の時間相関値を比較すると、ＦＳＫの場合は、時間に対してゆるやかに変化するのに対し、ＰＳＫの場合は急激に変化している。また、位相２階差分の時間相関値を比較すると、ＰＳＫの場合は、ＦＳＫよりも中心の尖り方が鋭くなっている。

つづいて、本実施の形態の具体的な動作について説明する。なお、ここでは、未知の変調信号のベースバンド信号の帯域を既知とする。

まず、信号抽出部１は、未知の変調信号を受信し、受信した変調信号をベースバンド信号の帯域に変換する。さらに、信号抽出部１は、前記変換した信号を、ベースバンド信号の帯域の２倍以上のサンプリング周波数でサンプリングして、データを蓄積し保存する。サンプリング長（サンプリングする時間）は、基準ベクトルとして用意されているデータの長さの２倍以上とする。

次に、フィルタ処理部２は、ベースバンド信号の帯域外の信号を除去するために、上記処理で保存しておいたデータをフィルタリングし、データ列ｆ（ｋ０）を生成する。そして、このデータ列ｆ（ｋ０）を、変調信号に関する特徴抽出を行う振幅特徴量抽出部３−１と位相差分特徴量抽出部３−２と位相２階差分特徴量抽出部３−３の３箇所に対してそれぞれ出力する。ここで、ｋ０はサンプリング点の番号であり、０から始まり（Ｎ０−１）までの整数（Ｎ０はサンプリングの総点数）とする。

図６は、振幅特徴量抽出部３−１の機能構成例を示す図であり、図７は、位相差分特徴量抽出部３−２の機能構成例を示す図であり、図８は、位相２階差分特徴量抽出部３−３の機能構成例を示す図である。振幅特徴量抽出部３−１は、図６に示すように、振幅算出部３−１１と時間相関算出部３−１２で構成される。位相差分特徴量抽出部３−２は、図７に示すとおり、位相差分算出部３−２１と時間相関算出部３−２２で構成される。位相２階差分特徴量抽出部３−３は、図８に示すとおり、複素乗算算出部３−３１、位相差分算出部３−３２、時間相関算出部３−３３で構成される。

ここで、振幅特徴量抽出部３−１、位相差分特徴量抽出部３−２、位相２階差分特徴量抽出部３−３の具体的な処理について説明する。

まず、図６に示す振幅特徴量抽出部３−１の振幅算出部３−１１は、フィルタ処理部２から受け取ったデータ列ｆ（ｋ０）を用いて、下記式（２）に従い振幅値ｒ_A（ｋ０）を算出し、時間相関算出部３−１２に出力する。Ａ（ｋ０）は、ｆ（ｋ０）の振幅を表す。

次に、振幅時間相関算出部３−１２は、振幅値ｒ_A（ｋ）を用いて、時間相関値Ｃ_A（ｍ）を下記式（３）に従い算出する。ｍは、０からＮ−１（Ｎ＝Ｎ０／２）の整数である。

なお、Ｅ［］は、平均を求める平均演算子であり、平均を求めるｋの範囲は、ｋ＝０〜Ｎ−１である。ｍ＝Ｎ／２のときに、相関をもとめる２つの関数の時間差が０となり、時間相関値Ｃ_A（ｍ）は１となる。

また、図７に示す位相差分特徴量抽出部３−２の位相差分算出部３−２１は、フィルタ処理部２から受け取ったデータ列ｆ（ｋ０）を用いて、下記式（４）に従い位相差分値ｒ_p1（ｋ０）を算出し、時間相関算出部３−２２に出力する。

なお、ｆ（ｋ０）は、フィルタ処理部２の出力である離散的にサンプリングされた受信信号を表している。また、ｆ^*（ｋ０）はｆ（ｋ０）の複素共役を、ａｒｇ（）は位相算出処理を、それぞれ表している。

次に、時間相関算出部３−２２は、位相差分値ｒ_p1（ｋ０）を用いて、下記式（５）に従い位相差分値の時間相関値Ｃ_p1（ｍ）を算出する。

また、図８に示す位相２階差分特徴量抽出部３−３の複素乗算算出部３−３１は、フィルタ処理部２から受け取ったデータ列ｆ（ｋ０）を用いて、下記式（６）に従い複素乗算を行い、得られた複素乗算結果ｘ（ｋ０）を位相差分算出部３−３２に出力する。

次に、位相差分算出部３−３２は、複素乗算結果ｘ（ｋ０）を用いて、下記式（７）に従い位相２階差分ｒ_p2（ｋ０）を算出し、得られた位相２階差分ｒ_p2（ｋ０）を時間相関算出部３−３３に出力する。

さらに、時間相関算出部３−３２は、位相２階差分ｒ_p2（ｋ０）を用いて、下記式（８）に従い位相２階差分値の時間相関値Ｃ_p2（ｍ）を算出する。

次に、振幅特徴量抽出部３−１，位相差分特徴量抽出部３−２，位相２階差分特徴量抽出部３−３でそれぞれ算出された時間相関値（Ｃ_A（ｍ）、Ｃ_p1（ｍ）、Ｃ_p2（ｍ））は、それぞれ特徴空間マッピング処理部４ａに入力される。

特徴空間マッピング処理部４ａは、入力された時間相関値から、下記式（９）に示す特徴量ベクトルｒ（ｍ）を求める。特徴量ベクトルとは、振幅の時間相関値，位相差分の時間相関値，位相２階差分の時間相関値の３つの要素をもつベクトルである。

一方、基準ベクトルテーブル部６ａには、想定される既知の変調方式に関する基準ベクトルが予め記憶されている。このベクトルは、特徴量ベクトルｒ（ｍ）と同じく、振幅の時間相関値，位相差分の時間相関値，位相２階差分の時間相関値を要素とするものである。具体的には、まず、変調方式毎に予想される条件で変調信号のデータ列を生成し、そのデータ列を用いて、特徴量を表す上記各時間相関値を上記式（３），式（５），式（８）により算出する。そして、得られた各時間相関値をそれぞれ構成要素とする通信方式固有の基準ベクトルを生成し、基準ベクトルテーブル６ａに記憶する。

本実施の形態では、変調方式の基準ベクトルテーブルとして、３つの基準となる変調方式Ｘ，Ｙ，Ｚについて用意されているものとする。変調方式Ｘ，Ｙ，Ｚに関する基準ベクトルｒｘ（ｍ），ｒｙ（ｍ），ｒｚ（ｍ）は、それぞれ次式（１０）により表すことができる。なお、上記基準ベクトルに対応する変調方式は、単一変調のものに限るわけではなく、多重変調されている場合も想定する。その場合には、多重変調を含んだ変調方式として、基準ベクトルを作成しておけばよい。

ここで、ＣＸ_A（ｍ），ＣＹ_A（ｍ），ＣＺ_A（ｍ）は振幅に関する時間相関値であり、ＣＸ_p1（ｍ），ＣＹ_p1（ｍ），ＣＺ_p1（ｍ）は位相差分に関する時間相関値であり、ＣＸ_p2（ｍ），ＣＹ_p2（ｍ），ＣＺ_p2（ｍ）は位相２階差分に関する時間相関値である。

なお、未知の変調信号のベースバンド信号の帯域と基準ベクトルのベースバンド信号の帯域が異なっていると、または、変調信号のサンプリング間隔と基準ベクトルの計算時間間隔が異なっていると、後述の距離算出部５ａの処理で不整合が生じる。このため、基準ベクトルは、ベースバンド信号の帯域とサンプリング周波数との比（ＦＲとする）単位に複数計算して用意しておく。これにより、未知の変調信号と同じＦＲとなる基準ベクトルを選択して用いれば、距離算出部５ａの処理における上記不整合を防ぐことができる。

つづいて、距離算出部５ａの動作について説明する。距離算出部５ａは、基準ベクトルテーブル部６ａに記憶されている基準ベクトルのテーブルと、特徴空間マッピング処理部４ａで算出された特徴量ベクトルｒ（ｍ）と、を用いて以下のように距離を算出する。ここでは、受信信号の特徴量ベクトルｒ（ｍ）と変調方式Ｘの特徴量ベクトルｒｘ（ｍ）との距離Ｒｒｘを次式（１１）により求める。

また、受信信号の特徴量ベクトルｒ（ｍ）と変調方式Ｙの特徴量ベクトルｒｙ（ｍ）との距離Ｒｒｙを次式（１２）により求める。

また、受信信号の特徴量ベクトルｒ（ｍ）と変調方式Ｚの特徴量ベクトルｒｚ（ｍ）との距離Ｒｒｚを次式（１３）により求める。

そして、距離算出部５ａは、上記式（１１），式（１２），式（１３）によって求めた変調方式毎の基準ベクトルと受信信号の特徴量ベクトルとの距離Ｒｒｘ，Ｒｒｙ，Ｒｒｚを、判定部７ａに入力する。

判定部７ａは、これら３つの距離の大きさを比較し、最も距離の短い変調方式を、最も可能性の高い変調方式と判定する。

図９に、変調方式の判定方法の概念を示す。実際には、特徴量は３次元であり、さらに、距離を求める際にはｍについて自乗和の平方根をとるが、図９では概念を示すことを目的としているので簡易化した。ここでは、特徴空間を２次元とし、かつ、ｍについてはある１点についてのみを示している。本実施の形態では、たとえば、変調方式ｘ，ｙ，ｚに対する基準ベクトルがそれぞれ図９に示すように求められるとき、未知の変調信号の特徴量ベクトルとそれぞれの基準ベクトルとの距離を求め、最も距離の短い変調方式（図９の例の場合には、変調方式ｙ）を、最も可能性の高い変調方式と推定する。

以上のように、本実施の形態における変調信号解析装置は、変調方式を表現するために適した特徴量として、たとえば、振幅，位相差分，位相２階差分の３つの時間相関値を用い、これらの特徴量と想定される変調方式毎の特徴量との比較により、変調信号の解析、すなわち、受信した信号の変調方式を判定することとした。これにより、変調方式を推定するための基準を簡潔に定義することができるとともに、未知の変調信号を検波・復調することなく変調方式を精度よく判別することができる。

また、定義されていない変調信号であっても、変調を直接的に表すパラメータを特徴量ベクトルとして用いているため、この特徴量ベクトルを用いて、振幅変調の傾向が強い信号であるか、位相変調の傾向が強い信号であるか等、変調信号の特性解析を行うことが可能である。

実施の形態２．
図１０は、本発明にかかる変調信号解析装置の実施の形態２の機能構成例を示す図である。なお、前述した実施の形態１の図１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態においては、距離算出部５ａがないこと、および判定部７ｂの処理、が実施の形態１と異なっている。

図１１は、本実施の形態の変調信号解析装置の特徴量を評価軸とした特徴空間と変調方式との関係を示す図である。本実施の形態においては、図１１に示す特徴量Ａ，特徴量Ｂ，特徴量Ｃは、各々、振幅の時間相関値，位相差分の時間相関値，位相２階差分の時間相関値のいずれかを表している。

たとえば、既知の変調方式ｘ，ｙ，ｚは、雑音等、伝送路の状況によるばらつきを考慮すると、それぞれ図示したような領域で表すことができる。逆にいえば、これらの領域をはずれるものは、想定以上の雑音等が含まれているか、または、定義していない変調方式である可能性が高いということになる。

本実施の形態では、上記図１１に示すように変調方式ごとに領域を定義しておき、その領域内であるかどうかを判定することにより、実施の形態１よりも変調方式の判定精度を向上させる。

以下、本実施の形態の判定部７ｂについて、実施の形態１の処理と異なる部分を説明する。

たとえば、実施の形態１では、変調方式毎に基準ベクトルを設けることとし、受信した変調信号の特徴量ベクトルと基準ベクトルとの距離を算出し、距離が最も近い変調方式を変調信号の変調方式と判定していた。

しかしながら、伝送上の無線信号の歪みや雑音等により、受信した変調信号の特徴量ベクトルが、真の変調方式ではない別の基準ベクトルに近づいてしまうケースが想定され、その場合、判定部７ａで距離の最小値を求めるだけでは、正しい変調方式が推定できない場合がある。特に、基準ベクトルが隣接する場合には、判定部７ａの誤判定が増加する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、変調方式の誤判定を防ぐために、判定部７ｂが、基準ベクトルテーブル６ａの基準ベクトルを基に、変調方式毎にオーバラップしない、所定の半径を有する球状の領域を設定する。図１２に、実施の形態２の判定方式の概念を示す。図１１と同様に次元は簡略化している。図１２に示すように、未知の変調信号の特徴量ベクトルが、設定されたいずれかの変調方式に対応する領域内にある場合には、変調方式の判定結果が正しいと判断して、この領域に対応する変調方式（この例の場合は変調方式ｙ）を、判定部７ｂの判定結果として出力する。

一方、受信した変調信号の特徴量ベクトルが、設定された変調方式に対応するいずれの領域にも属さない場合には、正しく判定できない可能性が高いとして、判定部７ｂでは判定不能という判定結果を出力する。

以上のように、本実施の形態の変調信号解析装置は、変調方式毎に、伝送上の歪みや雑音等を考慮して特徴量に関する基準ベクトルの領域を定義し、受信した変調信号の特徴量ベクトルが前記領域内に存在する場合には、その領域に対応する変調方式を判定結果として出力し、一方で、受信した変調信号の特徴量ベクトルが変調方式を判定可能ないずれの領域にも属さない場合には、変調方式が判定不能であることを示す判定結果を出力することとした。これにより、変調方式の誤判定を防ぐことができ、変調方式の推定精度をさらに向上させることができる。

実施の形態３．
図１３は、本発明にかかる変調信号解析装置の実施の形態３の機能構成例を示す図である。なお、前述した実施の形態１の図１と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施の形態においては、特徴空間マッピング処理部４ｂ，距離算出部５ｂ，基準ベクトルテーブル６ｂの処理、が実施の形態１と異なっている。

以下、実施の形態１と異なる部分の動作を説明する。本実施の形態で、距離計算部５ｂの処理削減および基準ベクトルテーブル６ｂのデータ量削減を図る。たとえば、図２〜図５に示したように、振幅，１階差分位相，位相２階差分の各時間相関値は変調方式毎に形状が異なるが、本実施の形態においては、これらの形状の違いを尖度および分散で表し、特徴量とすることにより、受信した信号の変調方式を判定する。

本実施の形態においては、上記式（３），式（５），式（８）で得られた各々Ｎ個の時間相関値（Ｃ_A（ｍ）、Ｃ_p1（ｍ）、Ｃ_p2（ｍ）：ｍ＝０〜Ｎ−１）が、特徴空間マッピング処理部４ｂに入力される。特徴空間マッピング処理部４ｂでは、各時間相関値を用いて、特徴ベクトルｒｂを求める。特徴量ベクトルｒｂは、実施の形態１と異なり、下記式（１４）で示すベクトルである。

Ｆ_A，Ｆ_p1，Ｆ_p2は、それぞれ、振幅の時間相関値の尖度，１階差分位相の時間相関値の尖度，位相２階差分の時間相関値の尖度であり、Ｖ_A，Ｖ_p1，Ｖ_p2は、それぞれ、振幅の時間相関値の分散，１階差分位相の時間相関値の分散，位相２階差分の時間相関値の分散である。Ｖ_A，Ｖ_p1，Ｖ_p2はそれぞれ下記式（１５）によりに求める。

なお、通常分散は、上記式（１５）のＣ_u（２／Ｎ）の部分をＣ_uの平均値とするが、本実施の形態における分散は、時間差が０となる位置、すなわち、２／Ｎとなる点からの分散を求めるため、上記式（１５）のようにＣ_u（２／Ｎ）を用いている。

また、尖度Ｆ_A，Ｆ_p1，Ｆ_p2についても、上記同様２／Ｎを中心として、下記式（１６）のように求める。

なお、尖度の定義はいくつか存在するが、データの尖りの程度を表現できれば、上記式（１６）でなく他の計算式を用いても良い。

つづいて、基準ベクトルテーブル部６ｂに記憶されている基準ベクトルについて説明する。基準ベクトルテーブル部６ｂには、たとえば、３つの変調方式Ｘ，Ｙ，Ｚについての基準ベクトルが用意されているものとする。変調方式Ｘ，Ｙ，Ｚの基準ベクトルｒｂ_x，ｒｂ_y，ｒｂ_zは、下記式（１７）で表ことができる。

基準ベクトルを構成する各要素であるＦＸ_A，ＦＹ_A，ＦＺ_Aは振幅の時間相関値の尖度であり、ＦＸ_p1，ＦＹ_p1，ＦＺ_p1は位相差分の尖度であり、ＦＸ_p2，ＦＹ_p2，ＦＺ_p2は位相２階差分の尖度である。また、ＶＸ_A，ＶＹ_A，ＶＺ_Aは振幅の時間相関値の分散であり、ＶＸ_p1，ＶＹ_p1，ＶＺ_p1は１階差分位相の時間相関値の分散であり、ＶＸ_p2，ＶＹ_p2，ＶＺ_p2は差分２階位相の時間相関値の分散である。

これらの基準ベクトルは、実施の形態１と同様に求めた、各変調方式の模擬データの振幅，位相差分，位相２階差分のそれぞれの時間相関値（ＣＸ_A（ｍ）、ＣＹ_A（ｍ）、ＣＺ_A（ｍ）、ＣＸ_p1（ｍ）、ＣＹ_p1（ｍ）、ＣＺ_p1（ｍ）、ＣＸ_p2（ｍ）、ＣＹ_p2（ｍ）、ＣＺ_p2（ｍ））を用いて、上記式（１５），式（１６）によって予め計算しておく。

なお、本実施の形態では、実施の形態１のようにベースバンド信号の周波数とサンプリング周波数との比毎に基準ベクトルを用意する必要はない。分散や尖度は、データの時間間隔やデータの個数に依存しない量であるためである。したがって、変調方式毎に１種類だけ用意すれば良く、実施の形態１に比べ基準ベクトルのテーブルの容量が低減できる。

つづいて、距離算出部５ｂの処理について説明する。距離算出部５ｂは、基準ベクトルテーブル部６ｂに記憶されている基準ベクトルのテーブルと、特徴空間マッピング処理部４ｂで算出された特徴量ベクトルｒｂと、を用いて、以下のように距離を算出する。

たとえば、受信信号の特徴量ベクトルｒｂと変調方式Ｘの基準ベクトルｒｂ_xとの距離Ｒｒｂ_xは次式（１８）で表すことができる。

また、受信信号の特徴量ベクトルｒｂと変調方式Ｙの基準ベクトルｒｂ_yとの距離Ｒｒｂ_yは次式（１９）で表すことができる。

また、受信信号の特徴量ベクトルｒｂと変調方式Ｚの基準ベクトルｒｂ_zとの距離Ｒｒｂ_zは次式（２０）で表すことができる。

そして、距離算出部５ｂにおいて、上記式（１８），式（１９），式（２０）により計算された距離Ｒｒｂ_x，Ｒｒｂ_y，Ｒｒｂ_zは、判定部７ａに入力される。

判定部７ａは、これら３つの距離の大きさを比較し、最も距離の短い変調方式を、最も可能性の高い変調方式と判定する。

ここで、実施の形態１の演算量と本実施の形態の演算量とを実際に比較してみる。たとえば、本実施の形態では、距離を求める際の要素の個数が６個であるのに対し、実施の形態１はＮ×３個であった。Ｎは、雑音等の影響を少なくするために、ある程度大きくするのが望ましく、一般的には１００以上の数値となることが想定される。したがって、たとえばＮが１００の場合、本実施の形態の演算量は、実施の形態１の演算量の約１／５０となる。

なお、本実施の形態においては、判定部７ａを実施の形態２で説明した判定部７ｂ置き換え、さらに、距離計算部５ｂを削除し、実施の形態２と同様に領域により変調方式を判定することとしてもよい。

以上のように、本実施の形態の変調信号解析装置は、未知の変調信号のサンプリング周波数に依存しない、振幅，位相差分，位相２階差分の尖度と分散を特徴量ベクトルとして用いて、受信した信号の変調方式を判定することとした。これにより、基準ベクトルのテーブルの縮小および距離算出に関する演算量の削減を実現できる。

以上のように、本発明にかかる変調信号解析装置は、受信した信号の変調方式が未知の場合において当該変調方式を推定する通信装置に有用であり、特に、受信信号から抽出した特徴量を用いて変調方式を推定する通信装置に適している。

実施の形態１の変調信号解析装置の機能構成例を示す図である。 ＦＳＫの振幅値の時間相関の例を示す図である。 ＦＳＫの位相差分値の時間相関の例を示す図である。 ＰＳＫの振幅値の時間相関の例を示す図である。 ＰＳＫの位相差分値の時間相関の例を示す図である。 実施の形態１の振幅特徴量抽出部の機能構成例を示す図である。 実施の形態１の位相差分特徴量抽出部の機能構成例を示す図である。 実施の形態１の位相２階差分特徴量抽出部の機能構成例を示す図である。 変調方式の判定方法の概念を示す図である。 実施の形態２の変調信号解析装置の機能構成例を示す図である。 実施の形態２の特徴空間と変調方式との関係を示す図である 実施の形態２の判定方式の概念を示す図である。 実施の形態３の変調信号解析装置の機能構成例を示す図である。

符号の説明

１ 信号抽出部
２ フィルタ処理部
３−１ 振幅特徴量抽出部
３−１１ 振幅算出部
３−１２ 時間相関算出部
３−２ 位相差分特徴量抽出部
３−２１ 位相差分算出部
３−２２ 時間相関算出部
３−３ 位相２階差分特徴量抽出部
３−３１ 複素乗算算出部
３−３２ 位相差分算出部
３−３３ 時間相関算出部
４ａ，４ｂ 特徴空間マッピング処理部
５ａ，５ｂ 距離算出部
６ａ，６ｂ 基準ベクトルテーブル
７ａ，７ｂ 判定部

Claims (5)

1. 送信側において変調された受信信号（変調信号）の変調方式が未知の場合に、当該変調信号を解析して変調方式を判定する変調信号解析装置であって、
   想定される変調方式毎に、変調信号の特性を表す特徴量に基づいて生成された基準ベクトルを、個別に記憶するための基準ベクトル記憶手段と、
   前記受信信号から、変調信号の特性を表す複数の特徴量を個別に抽出する特徴量抽出手段と、
   前記複数の特徴量を要素とする特徴量ベクトルを算出する特徴空間マッピング手段と、
   前記特徴量ベクトルと前記変調方式毎に生成された基準ベクトルとの間の距離をそれぞれ算出する距離算出手段と、
   算出された距離が最短となる基準ベクトルに対応する変調方式を前記受信信号の変調方式と判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする変調信号解析装置。
2. 送信側において変調された受信信号（変調信号）の変調方式が未知の場合に、当該変調信号を解析して変調方式を判定する変調信号解析装置であって、
   想定される変調方式毎に、変調信号の特性を表す特徴量に基づいて生成された基準ベクトルを、個別に記憶するための基準ベクトル記憶手段と、
   前記受信信号から、変調信号の特性を表す複数の特徴量を個別に抽出する特徴量抽出手段と、
   前記複数の特徴量を要素とする特徴量ベクトルを算出する特徴空間マッピング手段と、
   前記基準ベクトル単位に前記想定される変調方式がそれぞれ取りうる領域を規定し、前記特徴量ベクトルが当該規定された複数領域のいずれか一つの領域内に存在する場合に、当該領域に対応する変調方式を前記受信信号の変調方式と判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする変調信号解析装置。
3. 前記複数の特徴量として、信号振幅の時間相関に関する情報および位相差分の時間相関に関する情報を含めることを特徴とする請求項１または２に記載の変調信号解析装置。
4. 前記特徴空間マッピング手段は、前記複数の特徴量を要素とする特徴量ベクトルとして、前記各時間相関値の尖度および分散を要素とする特徴量ベクトルを算出することを特徴とする請求項３に記載の変調信号解析装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の変調信号解析装置、
   を備えることを特徴とする通信装置。

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