JP2009150819A - Receiving apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受信した無線信号の通信品質を推定する受信装置に関する。 The present invention relates to a receiving apparatus that estimates communication quality of a received radio signal.
従来の通信品質推定方法として、たとえば、下記特許文献1および下記特許文献2に記載の方法が提案されている。下記特許文献1および下記特許文献2では、伝送レート(伝送帯域)や変調方式が受信側で既知の場合を想定し、通信品質としてSNR(信号電力対雑音電力比)を推定している。具体的には、下記特許文献1では、まず、受信装置が、受信したFSK信号をサンプリングおよび量子化して検出した発信周波数に基づいて、原信号を推定する。そして、受信したFSK信号と原信号の差から雑音成分を解析し、原信号レベルと雑音成分レベルを用いてSNRを推定する。また、下記特許文献2では、受信装置が、時間的に隣接する2つのM相PSK変調方式の受信信号の共役複素数に基づいて、所定の計算により高次モーメント汎関数の値を求める。そして、高次モーメント汎関数とSNRとの関係式を用いてSNRを推定する。 As conventional communication quality estimation methods, for example, methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 below have been proposed. In the following Patent Document 1 and Patent Document 2, assuming that the transmission rate (transmission band) and modulation method are known on the receiving side, SNR (signal power to noise power ratio) is estimated as communication quality. Specifically, in Patent Document 1 below, first, a receiving apparatus estimates an original signal based on a transmission frequency detected by sampling and quantizing a received FSK signal. Then, the noise component is analyzed from the difference between the received FSK signal and the original signal, and the SNR is estimated using the original signal level and the noise component level. Also, in Patent Document 2 below, the receiving apparatus obtains the value of the higher-order moment functional by a predetermined calculation based on the conjugate complex number of two M-phase PSK modulation reception signals that are temporally adjacent. Then, the SNR is estimated using a relational expression between the higher-order moment functional and the SNR.
しかしながら、上記従来の技術は、伝送レート(伝送帯域)や変調方式に関する情報が既知でない場合にはSNRを推定することができない、という問題があった。特に、複数の通信システムに対応した受信装置では、通信システムを選択して信号を受信する必要があるため、上記情報がない場合であっても通信品質を推定する必要がある。 However, the above-described conventional technique has a problem that the SNR cannot be estimated when information on the transmission rate (transmission band) and the modulation method is not known. In particular, in a receiving apparatus compatible with a plurality of communication systems, it is necessary to select a communication system and receive a signal. Therefore, it is necessary to estimate communication quality even when there is no information.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送帯域や変調方式に関する情報が既知でない場合であっても、通信品質を推定可能な受信装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a receiving apparatus capable of estimating communication quality even when information regarding a transmission band and a modulation scheme is not known.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる受信装置は、受信信号を周波数領域の信号に変換する周波数領域変換手段と、前記周波数領域の信号を周波数および時間で平均化する平均化手段と、前記平均化の結果に基づいて受信信号の信号帯域を決定する信号帯域決定手段と、前記信号帯域内の電力値に基づいて信号電力を計算する信号電力計算手段と、前記信号帯域外における所定範囲の電力値に基づいて雑音電力を計算する雑音電力計算手段と、前記信号電力および前記雑音電力に基づいて通信品質を推定する通信品質推定手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a receiving apparatus according to the present invention includes frequency domain conversion means for converting a received signal into a frequency domain signal, and averaging the frequency domain signal in frequency and time. Averaging means, signal band determining means for determining a signal band of a received signal based on the result of the averaging, signal power calculating means for calculating signal power based on a power value in the signal band, Noise power calculation means for calculating noise power based on a power value in a predetermined range outside the signal band, and communication quality estimation means for estimating communication quality based on the signal power and the noise power. To do.
この発明によれば、伝送帯域や変調方式などの情報が未知の場合であっても、受信装置側で自動的に通信品質を推定することができる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the communication quality can be automatically estimated on the receiving device side even when the information such as the transmission band and the modulation method is unknown.
以下に、本発明にかかる受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。 Embodiments of a receiving apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明にかかる受信装置の構成例を示す図である。この受信装置は、アンテナ1と受信部2とSNR推定部3を備えている。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a receiving apparatus according to the present invention. This receiving apparatus includes an antenna 1, a receiving unit 2, and an SNR estimating unit 3.
受信部2は、アンテナ1で受信したアナログ信号に対して、帯域制限,ダウンコンバート,アナログ/ディジタル変換などの処理を実行し、ディジタル信号に変換された中間周波数またはベースバンドの受信信号を出力する。なお、必ずしも正確なベースバンドにダウンコンバートする必要はない。SNR推定部3は、受信部2が出力する受信信号のSNRを推定する。 The receiving unit 2 performs processing such as band limitation, down-conversion, analog / digital conversion, etc., on the analog signal received by the antenna 1 and outputs an intermediate frequency or baseband received signal converted into a digital signal. . It is not always necessary to downconvert to an accurate baseband. The SNR estimation unit 3 estimates the SNR of the reception signal output from the reception unit 2.
図2は、SNR推定部3の構成例を示す図である。このSNR推定部3は、周波数領域変換部11と平均化処理部12と信号帯域計算部13と信号電力計算部14と雑音電力計算部15とSNR計算部16を備えている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the SNR estimation unit 3. The SNR estimation unit 3 includes a frequency domain conversion unit 11, an
周波数領域変換部11は、受信信号に対して離散フーリエ変換または高速フーリエ変換などの演算を実施し、周波数領域の電力スペクトルに変換する。なお、周波数領域への変換は、図3に示すように、一定時間ごとに受信信号をブロック分けして行う。受信信号のブロックは、長くするほど周波数解像度を高くすることができるが、逆に処理量の増加を招くことになる。したがって、ブロックの長さは、たとえば、受信する可能性がある変調信号の中で最も伝送レートが遅い信号の解像度が、十分に確保できる長さ(10倍以上)にする。 The frequency domain transform unit 11 performs an operation such as discrete Fourier transform or fast Fourier transform on the received signal, and transforms the received signal into a frequency domain power spectrum. Note that the conversion to the frequency domain is performed by dividing the received signal into blocks at regular intervals, as shown in FIG. The longer the received signal block, the higher the frequency resolution, but conversely increases the processing amount. Therefore, the length of the block is set to a length (10 times or more) that can sufficiently secure the resolution of the signal having the slowest transmission rate among the modulation signals that may be received.
平均化処理部12は、図3に示すように、周波数領域変換部11から出力された電力スペクトルを同じ周波数の電力ごとに平均化する。さらに、図4に示すように一定の周波数範囲で平均化する(周波数方向の移動平均)。これにより、雑音などによるばらつきを抑えて精度の高い電力スペクトルを算出することができる。図3は、周波数領域変換部11および平均化処理部12の処理の様子を示す図であり、図4は、平均化処理部12による周波数方向の移動平均の様子を示す図である。
As shown in FIG. 3, the
信号帯域計算部13は、上記平均化処理により滑らかになった電力スペクトルの最大電力(Pmax)のα倍(たとえば、1/2倍)をしきい値とし、そのしきい値以上の周波数帯域を信号帯域とする。そして、信号帯域の左右の周波数FLとFRを、信号電力計算部14と雑音電力計算部15に出力する。図5は、電力スペクトルの一例を示す図である。なお、上記αは、ナイキストフィルタにより波形整形した場合に適切な信号帯域幅になっている最大電力の1/2付近になるように設定する。ただし、雑音による広がりやナイキストフィルタ以外で波形整形した場合を想定して、1/2より少しずらした値に設定することも可能である。
The signal
信号電力計算部14は、信号帯域内のFL〜FRの範囲で最大の電力となる値を検出し、その値を信号電力とする(図5参照)。 The signal power calculation unit 14 detects the maximum power value in the range of FL to FR in the signal band, and sets the value as the signal power (see FIG. 5).
雑音電力計算部15は、信号帯域外であるFL−W×β〜FLの範囲およびFR〜FR+W×βの範囲で、最小となる電力(Pmin)を検出し、その値を雑音電力とする(図5参照)。ここで、WはFR−FLである。また、βは、信号成分の広がりの影響を受けないような帯域を含めるように設定する(たとえばβ=1)。
The
SNR計算部16は、信号電力計算部14が出力する信号電力と雑音電力計算部15が出力する雑音電力との比を計算し、その計算結果をSNRとして出力する。
The
以上のとおり、本実施の形態においては、受信装置が、受信信号の伝送帯域を推定し、その結果をもとにSNRを計算することとした。これにより、伝送帯域や変調方式などの情報が未知の場合であっても、通信品質としてSNRを計算することができる。なお、本実施の形態の構成を用いれば、ディジタル変調方式だけでなく、アナログ変調方式についても区別することなく、SNRを計算することができる。 As described above, in this embodiment, the receiving apparatus estimates the transmission band of the received signal and calculates the SNR based on the result. Thereby, even if information such as a transmission band and a modulation method is unknown, the SNR can be calculated as the communication quality. If the configuration of this embodiment is used, the SNR can be calculated without distinguishing not only the digital modulation method but also the analog modulation method.
また、本実施の形態においては、周波数領域において平均化処理を行い、雑音によるスペクトルのひずみを抑えることとした。これにより、精度のよいスペクトルを短時間で計算できるため、短い推定時間で精度の高い通信品質を計算することができる。 Further, in this embodiment, averaging processing is performed in the frequency domain to suppress spectrum distortion due to noise. Thereby, since an accurate spectrum can be calculated in a short time, highly accurate communication quality can be calculated in a short estimation time.
なお、上記雑音電力計算部15では、以下の手順で雑音電力を計算することも可能である。たとえば、平均化処理部12から出力された周波数領域の信号の電力を周波数軸上で平均し、その平均値のθ倍をしきい値(たとえばθ=0.1の場合など、信号成分を排除できるような値)とする。そして、このしきい値より低い周波数成分を平均した値を雑音電力とする。以上のように、多くのサンプルを利用することにより平均化精度をさらに高めることができる。
The noise
また、雑音電力計算部15が複数回にわたって計算した雑音電力を平均化することにより、雑音電力の計算精度をさらに高めることができる。なお、平均化する回数は、受信部の自動利得制御(AGC)による雑音電力の変動が無視できる程度の回数にする必要がある。
Further, the noise
以上のように、本発明にかかる受信装置は、伝送帯域や変調方式が受信側で未知の場合に有用であり、特に、複数の通信システムに対応した受信装置として適している。 As described above, the receiving apparatus according to the present invention is useful when the transmission band and the modulation method are unknown on the receiving side, and is particularly suitable as a receiving apparatus compatible with a plurality of communication systems.
1 アンテナ
2 受信部
3 SNR推定部
11 周波数領域変換部
12 平均化処理部
13 信号帯域計算部
14 信号電力計算部
15 雑音電力計算部
16 SNR計算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna 2 Receiving part 3 SNR estimation part 11 Frequency
Claims (5)
前記周波数領域の信号を周波数および時間で平均化する平均化手段と、
前記平均化の結果に基づいて受信信号の信号帯域を決定する信号帯域決定手段と、
前記信号帯域内の電力値に基づいて信号電力を計算する信号電力計算手段と、
前記信号帯域外における所定範囲の電力値に基づいて雑音電力を計算する雑音電力計算手段と、
前記信号電力および前記雑音電力に基づいて通信品質を推定する通信品質推定手段と、
を備えることを特徴とする受信装置。 A frequency domain converting means for converting a received signal into a frequency domain signal;
Averaging means for averaging the frequency domain signal in frequency and time;
Signal band determining means for determining a signal band of a received signal based on the result of the averaging;
Signal power calculating means for calculating signal power based on a power value in the signal band;
Noise power calculation means for calculating noise power based on a predetermined range of power values outside the signal band;
Communication quality estimation means for estimating communication quality based on the signal power and the noise power;
A receiving apparatus comprising:
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