JP2008160448A

JP2008160448A - 受信装置及び混信分離方法

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Publication number: JP2008160448A
Application number: JP2006346427A
Authority: JP
Inventors: Shizuo Akiyama; 鎮男秋山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】混信がある状態でも所望の信号を精度良く抽出する。
【解決手段】共分散行列生成部３１は、信号サンプリング部２１から供給されるｎ個のサンプリングされた観測信号をもとにｎ行×ｎ列の共分散行列を生成する。固有ベクトル演算部４１は、生成された共分散行列に対して固有値解析を行い、ｎ個の固有ベクトルを求める。固有ベクトル選択部５１は、上記求められたｎ個の固有ベクトルのうち信号数に相当するｍ個の固有ベクトルを選択する。固有ベクトルビーム形成部６１は、サンプリングされたｎ個の観測信号に上記選択されたｍ個の固有ベクトルをウェイトとしてそれぞれ乗算し、ｍ個の固有ベクトルビームを形成する。混信分離部７１は、固有ベクトルビームにより得られるｍ個の信号を用いた独立成分分析を行い、各信号にそれぞれ分離する。
【選択図】図１

Description

この発明は、アレイ状に配置されたセンサを用いて混信波を分離して所望の信号を受信する受信装置及び混信分離方法に関する。

複数のセンサ（アレイ）を用いて受信するシステムにおいては、通常ＤＢＦ（Digital beam forming）やＤＣＭＰ（Directionally Constrained Minimization of Power）のような干渉波抑圧機能により感度向上や混信波の影響を軽減し高感度の受信が行われる（非特許文献１を参照。）。しかし、上記の処理が性能を発揮するためには、アンテナパターンが正しく把握されていることと信号の到来方位が正しく求められていることが前提条件となり、この条件が満たされない場合には感度が劣化していた。

一方、混信分離手段として独立成分分析に代表されるいわゆるブラインド分離処理が用いられるが、センサ数が多い場合は演算時間が非常に大きくなり実用化の面で問題があった。そのため、信号数と等しい数程度にセンサを間引いた処理を行うことで処理時間を短縮することができるが、受信感度が低下するという問題があった。
菊間信良著、「アダプティブアンテナ技術」、オーム社、平成１５年１０月１０日発行特開２００４−１１２５０８

上述したＤＢＦでは、所望波の到来方向にビームを形成することで、干渉波を低減し信号の受信感度を向上させることができるが、ビームを形成するために信号の到来方位の測定が必要となる。また、測定された方位が正しくない場合には、信号の方向にビームが向かないため、所望の信号を感度良く受信できないという問題がある。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、混信がある状態でも所望の信号を精度良く抽出することができる受信装置及び信号抽出方法を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係る受信装置は、到来する信号を互いに独立して観測する複数のセンサと、前記複数のセンサの観測信号をそれぞれ周期的にサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段で周期的に得られる前記複数のセンサの観測信号をもとに共分散行列を生成する生成手段と、前記生成された共分散行列から固有ベクトルを演算する演算手段と、前記演算された固有ベクトルから信号数に相当する固有ベクトルを選択する選択手段と、前記複数のセンサの観測信号に対して前記選択された固有ベクトルにより重み付けを行い固有ベクトルビームを形成するビーム形成手段と、前記形成された固有ベクトルビームによる出力信号を用いて混信分離を行う混信分離手段と、前記混信分離された複数の信号から受信信号を抽出する抽出手段とを具備することを特徴とする。

また、この発明に係る混信分離方法は、複数のセンサにより互いに独立して観測された信号から所望の信号を受信する信号受信システムに用いられる混信分離方法であって、前記複数のセンサの観測信号をそれぞれ周期的にサンプリングし、前記サンプリングにより周期的に得られる前記複数のセンサの観測信号をもとに共分散行列を生成し、前記生成された共分散行列から固有ベクトルを演算し、前記演算された固有ベクトルから信号数に相当する固有ベクトルを選択し、前記複数のセンサの観測信号に対して前記選択された固有ベクトルにより重み付けを行い固有ベクトルビームを形成し、前記形成された固有ベクトルビームによる出力信号を用いて混信分離を行い、前記混信分離された複数の信号から受信信号を抽出することを特徴とする。

上記構成による受信装置及び混信分離方法では、複数のセンサの観測信号から共分散行列を生成し、この共分散行列をもとに演算される固有ベクトルを用いて上記複数のセンサの観測信号に対して重み付けを行い固有ベクトルビームを形成する。そして、形成された固有ベクトルビームからの出力信号をもとに混信分離処理を行うことで所望波を抽出する。このようにすることで、信号の到来方位の測定を行わなくても到来方向にビームを形成することが可能となり、余分な干渉波等が抑圧された信号を用いて分離処理を行うことで分離性能が向上する。

したがってこの発明によれば、混信がある状態でも所望の信号を精度良く抽出することができる受信装置及び混信分離方法を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、この発明に係わる受信装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
図１において、センサ１１−１〜１１−ｎは、アンテナやマイクロホン等で構成される。センサ１１−１〜１１−ｎは、アレイ状に配列され、到来する信号を互いに独立して観測するもので、各センサ１１−１〜１１−ｎが同時に到来する複数の信号を受信する。各センサ１１−１〜１１−ｎで受信された観測信号は、それぞれ信号サンプリング部２１に供給される。信号サンプリング部２１は、信号周波数帯に応じたＡＤ（Analog to Digital）変換器で構成され、各センサ１１−１〜１１−ｎから入力された観測信号を所定のサンプリング周期でサンプリングしてデジタル化された時系列データを出力する。デジタル化された各センサ１１−１〜１１−ｎの観測信号は共分散行列生成部３１及び固有ベクトルビーム形成部６１にそれぞれ供給される。

共分散行列生成部３１は、信号サンプリング部２１の出力の一定時間分のデータを用いて共分散行列を生成する。固有ベクトル演算部４１は、共分散行列生成部３１で生成された共分散行列を固有値解析することにより固有ベクトルを求める。固有ベクトル選択部５１は、固有ベクトル演算部４１で求められた固有値を用いる等の方法により信号数を求め、その信号数に応じて固有ベクトルを選択する。

固有ベクトルビーム形成部６１は、固有ベクトル選択部５１において選択された固有ベクトルをビーム形成のための重み付けとして用い、信号の到来方位を知ることなく信号に応じたビームを形成する。ただし、ここでのビームは必ずしも信号に１：１で対応した方位のビームとはならず、ビーム出力には複数の信号が含まれる状態が一般的である。混信分離部７１は、例えば特許文献１に示される独立成分分析の手法を用いて信号分離を行う。所望信号抽出部８１は、変調形式や到来方位の情報を用いることにより、混信分離部７１で混信分離された複数の信号から所望の信号を抽出する。所望信号抽出部８１において、変調形式を使用する場合は、混信分離された信号に対して変調形式判定を行ない、指定の変調形式と合致する信号を検出する。到来方位を使用する場合には、例えば特許文献１に示されたブラインド分離等の手法を利用する。

次に、このように構成された受信装置の動作について説明する。図２は、図１に示す受信装置の信号分離処理のシーケンスを示す図である。
共分散行列生成部３１は、信号サンプリング部２１から供給されるｎ個のサンプリングされた観測信号をもとにｎ行×ｎ列の共分散行列を生成する（ステップＳ２１）。固有ベクトル演算部４１は、生成された共分散行列に対して固有値解析を行い、ｎ個の固有ベクトルを求める（ステップＳ２２）。固有ベクトル選択部５１は、ｎ個の固有ベクトルのうち信号数に相当するｍ個の固有ベクトルを選択する（ステップＳ２３）。

固有ベクトルビーム形成部６１は、サンプリングされたｎ個の観測信号に上記選択されたｍ個の固有ベクトルをウェイトとしてそれぞれ乗算して（ステップＳ２４）、ｍ個の固有ベクトルビームを形成する（ステップＳ２５）。混信分離部７１は、上記形成された固有ベクトルビームによって得られるｍ個の出力信号に対してブラインド分離等の独立成分分析を行い、ｍ個の信号にそれぞれ分離する（ステップＳ２６）。

以上述べたように上記実施形態では、共分散行列生成部３１は、信号サンプリング部２１から供給されるｎ個のサンプリングされた観測信号をもとにｎ行×ｎ列の共分散行列を生成する。固有ベクトル演算部４１は、生成された共分散行列に対して固有値解析を行い、ｎ個の固有ベクトルを求める。固有ベクトル選択部５１は、上記求められたｎ個の固有ベクトルのうち信号数に相当するｍ個の固有ベクトルを選択する。固有ベクトルビーム形成部６１は、サンプリングされたｎ個の観測信号に上記選択されたｍ個の固有ベクトルをウェイトとしてそれぞれ乗算し、ｍ個の固有ベクトルビームを形成する。混信分離部７１は、固有ベクトルビームにより得られるｍ個の出力信号を用いて独立成分分析を行い、各信号にそれぞれ分離する。

したがって上記実施形態によれば、信号の到来方位の測定を行わなくても到来方向にビームを形成することが可能となり、余分な干渉波等が抑圧された信号を用いて分離処理を行うことで分離性能を向上させることができる。また、演算対象の信号をｎ個からｍ個に絞ることにより演算処理の負担を低減できる。これにより、センサ数が多い場合でも信号処理に要する時間を短縮でき、受信感度を保ったまま混信がある状態でも所望の信号を精度良く抽出することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明に係る受信装置の一実施形態を示す機能ブロック図。図１に示す受信装置の信号分離処理のシーケンスを示す図。

符号の説明

１１−１〜１１−ｎ…センサ、２１…信号サンプリング部、３１…共分散行列生成部、４１…固有ベクトル演算部、５１…信号数分固有ベクトルの抽出部、６１…固有ベクトルビーム形成部、７１…混信分離部、８１…所望信号抽出部。

Claims

到来する信号を互いに独立して観測する複数のセンサと、
前記複数のセンサの観測信号をそれぞれ周期的にサンプリングするサンプリング手段と、
前記サンプリング手段で周期的に得られる前記複数のセンサの観測信号をもとに共分散行列を生成する生成手段と、
前記生成された共分散行列から固有ベクトルを演算する演算手段と、
前記演算された固有ベクトルから信号数に相当する固有ベクトルを選択する選択手段と、
前記複数のセンサの観測信号に対して前記選択された固有ベクトルにより重み付けを行い固有ベクトルビームを形成するビーム形成手段と、
前記形成された固有ベクトルビームによる出力信号を用いて混信分離を行う混信分離手段と、
前記混信分離された複数の信号から受信信号を抽出する抽出手段と
を具備することを特徴とする受信装置。
複数のセンサにより互いに独立して観測された信号から所望の信号を受信する信号受信システムに用いられる混信分離方法であって、
前記複数のセンサの観測信号をそれぞれ周期的にサンプリングし、
前記サンプリングにより周期的に得られる前記複数のセンサの観測信号をもとに共分散行列を生成し、
前記生成された共分散行列から固有ベクトルを演算し、
前記演算された固有ベクトルから信号数に相当する固有ベクトルを選択し、
前記複数のセンサの観測信号に対して前記選択された固有ベクトルにより重み付けを行い固有ベクトルビームを形成し、
前記形成された固有ベクトルビームによる出力信号を用いて混信分離を行い、
前記混信分離された複数の信号から受信信号を抽出することを特徴とする混信分離方法。