JP2009267711A - Signal detector and radio communication device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a signal detector and a radio communication device having a function for identifying PC noise with a simple configuration. <P>SOLUTION: The signal detector 1 calculates a temporal correlation of phase and amplitude fluctuation of adjacent harmonics, and compares the correlation to a threshold. Further, when no complete correlation is obtained depending on an order difference of the adjacent harmonics, the signal detector confirms that a phase determined by multiplying a phase difference of the difference by the order of the higher harmonics correlates with the phase of the higher harmonics. Accordingly, the signal detector confirms that periodical peaks are the higher harmonics of the same clock. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電磁雑音を識別する信号検出装置および無線通信装置に関する。   The present invention relates to a signal detection device and a wireless communication device for identifying electromagnetic noise.

無線通信が民生用途に多数用いられるようになり、また、動画・高精細画像が無線通信を用いて一般的に送受信されるようになって、無線通信に要求されるトラフィックが飛躍的に増大している。一方で、無線通信では有限な周波数資源を利用するために、その資源の枯渇問題が深刻化している。これを解決する方法はいくつか提案されているが、そのうちの1つがコグニティブ無線とよばれる方式である。   Wireless communication has become widely used for consumer applications, and moving images and high-definition images are generally transmitted and received using wireless communication, which dramatically increases the traffic required for wireless communication. ing. On the other hand, in order to use a finite frequency resource in wireless communication, the resource depletion problem has become serious. Several methods for solving this have been proposed, and one of them is a system called cognitive radio.

一般にコグニティブ無線と呼ばれる方式には大別して2方式あり、1つは複数の既存の無線通信インターフェースを有し、それらにトラフィックを振り分けるマルチモード型、もう1つは1つの無線通信インターフェースを有し、周囲の電波利用状況を検出して、空き周波数を利用する空き周波数検出型である。以下、コグニティブ無線とは、空き周波数検出型のコグニティブ無線を指し、コグニティブ端末とは、コグニティブ無線を用いて通信を行う端末を指す。空き周波数検出型のコグニティブ無線は将来技術であり、現状では、多数の解決すべき課題が残されている。   There are generally two types of methods generally called cognitive radios, one having a plurality of existing wireless communication interfaces, a multi-mode type for distributing traffic to them, and the other having one wireless communication interface, This is a free frequency detection type that detects the surrounding radio wave usage status and uses free frequencies. Hereinafter, the cognitive radio refers to a vacant frequency detection type cognitive radio, and the cognitive terminal refers to a terminal that performs communication using the cognitive radio. The idle frequency detection type cognitive radio is a future technology, and at present, many problems to be solved remain.

その中の一つに、PCなどが放出する電磁雑音(以下、PC雑音と称する。)の問題がある。コグニティブ端末はPCのスロットに差し込まれて、またはPCに内蔵されて利用される場合が想定される。コグニティブ無線では、自端末のキャリアセンス結果に基づいて空き周波数を識別する。PCはCPUやバス等々に多数のデジタル処理部を有し、それらのデジタル信号、特にクロックが、非常に大きな電磁雑音を放出する。また、これらのデジタル信号は、クロック周波数成分やそれ以下の周波数成分のみでなく、鋭い立ち上がり/立ち下りの波形によって発生する高調波を放出する。数100MHz程度のクロック周波数に対して、数GHzまで高調波が観測される場合もあり(例えば、非特許文献1参照)、放出される高調波の次数としては数10次に及ぶ。コグニティブ端末が非常に高感度に周囲の電波利用状況を検出できる機能を有している場合、これらのPC雑音を検出して、その周波数が利用中であると認識する可能性がある。   One of them is a problem of electromagnetic noise emitted by a PC or the like (hereinafter referred to as PC noise). It is assumed that the cognitive terminal is used by being inserted into a slot of the PC or built in the PC. In cognitive radio, a free frequency is identified based on the carrier sense result of the terminal itself. The PC has a large number of digital processing units such as a CPU and a bus, and their digital signals, particularly clocks, emit very large electromagnetic noise. Also, these digital signals emit not only clock frequency components and lower frequency components, but also harmonics generated by sharp rising / falling waveforms. In some cases, harmonics are observed up to several GHz with respect to a clock frequency of about several hundred MHz (see, for example, Non-Patent Document 1), and the order of the emitted harmonics reaches several tens of orders. When the cognitive terminal has a function capable of detecting the surrounding radio wave usage state with very high sensitivity, there is a possibility that these PC noises are detected and the frequency is recognized as being used.

上述したPC雑音は、情報に意味が無い電磁雑音であり、当然、これを受信する受信者もいない。したがって、その周波数は、PC雑音が飛んでいても、利用されているとはいえない。また、PC雑音はその周波数に対して法的に占有を許可されているわけではなく、その周波数に対して優先権を持たない。コグニティブ端末は、周囲で電波を検出した周波数は利用しないが、それは本来、その周波数に対して利用優先権を有する(プライマリ)システムの権利を保護するためである。したがって、コグニティブ端末がその周波数で電波を観測したとしても、それがPC雑音である場合、その周波数の利用を中止する必要はない。しかし、大抵のキャリアセンス機能は、単純にその周波数のパワーの有無を検出するものである。また、コグニティブ端末が民生用無線端末である場合、利用可能な周波数を検出するための処理量を増加させることは難しい。たとえば、利用する可能性がある全ての周波数のプライマリシステムの仕様を知っており、電波を受信してプロトコルまで解析して、その電波がプライマリであるかどうかまで識別するような処理は難しい。   The PC noise described above is electromagnetic noise whose information is meaningless, and naturally there is no receiver who receives it. Therefore, it cannot be said that the frequency is utilized even if PC noise is flying. Further, the PC noise is not legally permitted to occupy the frequency, and has no priority over the frequency. The cognitive terminal does not use the frequency at which radio waves are detected in the surroundings, but it is originally intended to protect the rights of the (primary) system that has usage priority for that frequency. Therefore, even if a cognitive terminal observes radio waves at that frequency, it is not necessary to stop using that frequency if it is PC noise. However, most carrier sense functions simply detect the presence or absence of power at that frequency. Also, when the cognitive terminal is a consumer wireless terminal, it is difficult to increase the amount of processing for detecting available frequencies. For example, it is difficult to know the specifications of the primary system of all frequencies that can be used, and to analyze whether the radio wave is received and analyzed to the protocol and whether the radio wave is primary.

一方で、PC雑音は、特に5GHz程度までの、無線に利用しやすいマイクロ波で多数観測されており、その周波数を避けてしまうと、コグニティブ端末が利用できる周波数が減ってしまう。   On the other hand, a large number of PC noises, particularly up to about 5 GHz, are observed with microwaves that are easy to use for radio. If the frequency is avoided, the frequency that can be used by the cognitive terminal decreases.

無線端末では、自端末のデジタル部のクロックが無線信号受信に影響を与えることは公知であり、無線周波数にクロックの高調波が掛からないように、利用する無線周波数に合わせてクロック周波数を制御する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−253780公報 電子情報通信学会 2007年ソサイエティ大会B−17−28
In a wireless terminal, it is known that the clock of the digital unit of the terminal itself affects the reception of the wireless signal, and the clock frequency is controlled in accordance with the wireless frequency to be used so that the harmonics of the clock are not applied to the wireless frequency. A technique is disclosed (for example, see Patent Document 1).
JP 2006-253780 A IEICE 2007 Society Conference B-17-28

しかしながら、コグニティブ端末は、特許文献1に開示される無線端末とは異なり、PCスロットに差し込まれて用いられたり、PCに付属機能として内蔵されて用いられたりする。このように無線モジュールとして利用されるコグニティブ端末が、PC本体のクロックを制御することは事実上困難である。 However, unlike the wireless terminal disclosed in Patent Document 1, the cognitive terminal is used by being inserted into a PC slot or built in as an attached function to the PC. Thus, it is practically difficult for a cognitive terminal used as a wireless module to control the clock of the PC body.

そこで、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、PC雑音を簡単な構成で識別する機能を有する信号検出装置および無線通信装置を提供するものである。   Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and provides a signal detection device and a wireless communication device having a function of identifying PC noise with a simple configuration.

上記目的を達成するために、本発明の信号検出装置は、入力信号に含まれる周波数上の周期的ピークから、第1及び第2のピークを抽出するフィルタ手段と、前記第1のピークの波形と前記第2のピークの波形について、所定の2種類以上の相関計算を行う相関検出手段と、相関計算結果をそれぞれ所定の閾値と比較することにより、第1のピークの波形変動と第2のピークの波形変動の比率が、おおよそm対m+a(mは、前記第1のピークの無線周波数を前記周波数上の周期的ピークが示す周期で割った値。m+aは、前記第2のピークの無線周波数を前記周期で割った値)とみなせる場合に、前記第1のピークと前記第2のピークは発生源が同一であると判定する相関判定手段と、を有することを特徴とする。    In order to achieve the above object, a signal detection apparatus according to the present invention includes a filter means for extracting first and second peaks from periodic peaks on a frequency included in an input signal, and a waveform of the first peak. And a correlation detection means for performing two or more types of correlation calculations on the waveform of the second peak, and comparing the correlation calculation result with a predetermined threshold value, respectively, The ratio of peak waveform fluctuation is approximately m to m + a (m is a value obtained by dividing the radio frequency of the first peak by the period indicated by the periodic peak on the frequency. M + a is the radio of the second peak. And a correlation determination unit that determines that the first peak and the second peak have the same source when the frequency can be regarded as a value obtained by dividing the frequency by the period.

また、本発明の信号検出装置は、入力信号に含まれる周波数上の周期的ピークから、少なくとも3つを抽出するフィルタ手段と、前記抽出されたピークのうち、組み合わせの異なる2つのピークの組についてそれぞれ1種類以上の相関計算を行い、前記相関計算の結果をそれぞれ所定の閾値と比較することにより、前記閾値を上回った組に含まれる前記ピークについては、発生源が同一であると判定する相関判定手段と、を有することを特徴とする。    In addition, the signal detection apparatus of the present invention includes a filter unit that extracts at least three from periodic peaks on a frequency included in an input signal, and a set of two peaks having different combinations among the extracted peaks. Correlation for determining that the sources are the same for the peaks included in the set exceeding the threshold by performing one or more types of correlation calculations and comparing the correlation calculation results with a predetermined threshold value, respectively. And determining means.

また、本発明の無線通信装置は、上述した信号検出装置と、前記信号検出装置の出力を受けて、発生源が同一であると判定された複数のピークが電磁雑音であると判定する電磁雑音判定手段と、前記電磁雑音判定手段によって、電磁雑音であると判定された周波数を利用可な周波数として認識する周波数選択手段を有することを特徴とする。 In addition, the wireless communication device of the present invention receives the output of the signal detection device described above and the signal detection device, and determines that the plurality of peaks determined to have the same source are electromagnetic noise. And a frequency selecting unit that recognizes a frequency determined to be electromagnetic noise by the electromagnetic noise determining unit as an available frequency.

本発明によると、構成が簡易なPC雑音検出機能を有する信号検出装置および無線通信装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the signal detection apparatus and radio | wireless communication apparatus which have a PC noise detection function with a simple structure can be provided.

(第1の実施の形態)
以下に、図面を用いて、本発明の第1の実施の形態を説明する。なお、図面では、本発明に本質的に関連する部分のみを示し、増幅器、電源等々、実際には必要でも、発明の動作に関連しない部分は省略している。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, only parts that are essentially related to the present invention are shown, and amplifiers, power supplies, etc. that are actually necessary but are not related to the operation of the invention are omitted.

図1は本発明の代表的な実施の形態である。本実施の形態の信号検出装置1は、入力信号から周期性を検出する周期性検出部3、周期性検出部3の指示に従い、入力信号から2つ以上のピークを抽出するフィルタ4、それぞれ異なる相関計算によって、2つのピークの相関値を算出する相関計算部(1)7、相関計算部(2)8と、各相関計算部7,8が算出した相関値を閾値判定することで、2つのピークが相関を有するかどうかどうかを判定する判定部9と、を有している。   FIG. 1 shows a typical embodiment of the present invention. The signal detection device 1 according to the present embodiment is different from each other in a periodicity detection unit 3 that detects periodicity from an input signal and a filter 4 that extracts two or more peaks from the input signal in accordance with instructions from the periodicity detection unit 3. The correlation calculation unit (1) 7 and the correlation calculation unit (2) 8 that calculate the correlation values of two peaks by correlation calculation, and the correlation values calculated by the correlation calculation units 7 and 8 are determined as threshold values. And a determination unit 9 that determines whether or not two peaks have a correlation.

周期性検出部3では、入力信号のスペクトル内に周期性を示すピークがあるかどうかを検出し、周期性を示していると推定されたピークの周波数がフィルタ4に通知される。フィルタ4では、その中から2つのピーク、望ましくは隣接する2つのピークに相当する信号を入力信号からフィルタして出力する。これら2つのピークは、それぞれ、相関計算部(1)7、相関計算部(2)8に入力される。 The periodicity detection unit 3 detects whether there is a peak indicating periodicity in the spectrum of the input signal, and notifies the filter 4 of the frequency of the peak estimated to indicate periodicity. The filter 4 filters and outputs signals corresponding to two peaks, preferably two adjacent peaks, from the input signal. These two peaks are input to the correlation calculation unit (1) 7 and the correlation calculation unit (2) 8, respectively.

それぞれの相関計算部では、2つのピークの変動について、異なる相関値の計算が行われ、その結果が判定部9に入力される。具体的な相関値の計算方法については後述する。 In each correlation calculation unit, different correlation values are calculated for two peak fluctuations, and the result is input to the determination unit 9. A specific correlation value calculation method will be described later.

判定部9では、計算された相関値がそれぞれ予め定められた閾値を上回るかどうか判定され、2つの相関値が2つとも閾値を上回る場合は、計算の対象となった2つのピークは十分な相関を有しており、同一の発生源から発生したと判定する。 The determination unit 9 determines whether or not the calculated correlation values exceed a predetermined threshold value, and if both of the two correlation values exceed the threshold value, the two peaks to be calculated are sufficient. It has correlation and it determines with having generate | occur | produced from the same generation source.

具体的には、第1のピークの波形変動と第2のピークの波形変動の比率が、おおよそm対m+a(mは、前記第1のピークの無線周波数を前記周波数上の周期的ピークが示す周期で割った値。m+aは、前記第2のピークの無線周波数を前記周期で割った値。mおよびaは整数)とみなせる場合に、前記第1のピークと前記第2のピークは発生源が同一であると判定する。その結果は次段に渡される。 Specifically, the ratio of the waveform fluctuation of the first peak to the waveform fluctuation of the second peak is approximately m to m + a (m is a periodic peak on the frequency indicating the radio frequency of the first peak. The value divided by the period, m + a is a value obtained by dividing the radio frequency of the second peak by the period, and m and a are integers), and the first peak and the second peak are generated sources. Are determined to be the same. The result is passed to the next stage.

(信号検出装置1の動作原理)
次に、図2を用いてこのような構成によって、本実施の形態の効果が得られる原理について説明する。本発明は、PCのクロック等による電磁雑音を識別することを目的としている。図2はPCから放射されたPCクロックとその高調波がコグニティブ端末の近傍に届いたときのスペクトルの様子を模式的に示している。
(Operation principle of the signal detection device 1)
Next, the principle by which the effect of the present embodiment can be obtained by such a configuration will be described with reference to FIG. It is an object of the present invention to identify electromagnetic noise caused by a PC clock or the like. FIG. 2 schematically shows the state of the spectrum when the PC clock radiated from the PC and its harmonics reach the vicinity of the cognitive terminal.

PCクロックは、そのクロック周波数であるΔfで強いパワーを持っている。一般にPCクロックは正弦波より矩形波に近い波形であり、高調波が多数発生する。大雑把にはΔfに近い周波数ではパワーが大きく、次数が大きくなるとパワーは小さくなっていく。クロック波形はおおよそ上下対象であるため、偶数次高調波は小さく、奇数次高調波は大きいが、次数が数10次の高調波では、偶奇はあまり関係なく、それぞれが、小さいパワーを持っている。図2においてコグニティブ端末利用バンドと示された帯域がコグニティブ端末が利用する、すなわち、コグニティブ端末がキャリアセンスを行う帯域である。この中にもPCクロックの高調波が存在している。 The PC clock has strong power at Δf which is its clock frequency. In general, the PC clock has a waveform closer to a rectangular wave than a sine wave, and many harmonics are generated. Roughly, the power is large at a frequency close to Δf, and the power decreases as the order increases. Since the clock waveform is roughly vertical, the even harmonics are small and the odd harmonics are large, but the harmonics of the order of several tens are not evenly related, and each has a small power. . A band indicated as a cognitive terminal use band in FIG. 2 is a band used by the cognitive terminal, that is, a band where the cognitive terminal performs carrier sense. Among them, there are harmonics of the PC clock.

図2では8つの高調波、m次からm+7次の高調波が存在している。PCクロックのスペクトルは通常完全な線スペクトルではない。CPUのクロックは、電磁雑音を小さくするため、故意に周波数変調(FM:frequency modulation)を掛けていることがある。また、そのようなことをあまりしないボードのバスのクロックであっても、ジッタや微小な振幅揺らぎがあって、詳細にスペクトルを見た場合、スペクトルはある程度の幅(線幅)を持っている。 In FIG. 2, there are eight harmonics, mth to m + 7th harmonics. The spectrum of the PC clock is usually not a complete line spectrum. The CPU clock may be intentionally subjected to frequency modulation (FM) in order to reduce electromagnetic noise. Also, even a board bus clock that does not do much like that, there is jitter and minute amplitude fluctuations, and when looking at the spectrum in detail, the spectrum has a certain width (line width) .

なお、本実施の形態で行う信号検出の方法はFMを掛けているようなクロックにも適用可能であるが、以下では、説明を簡単にするため、クロック周波数は、FMが掛かっておらず一定であるとする。 Note that the signal detection method performed in this embodiment can be applied to a clock multiplied by FM, but in the following, for simplicity of explanation, the clock frequency is constant without FM. Suppose that

図2では、基本波成分C1は、例えば半値全幅でΔLの線幅を持っている。この成分は次式のように表すことが出来る。

Figure 2009267711
In FIG. 2, the fundamental wave component C1 has, for example, a full width at half maximum and a line width of ΔL. This component can be expressed as:
Figure 2009267711

下付きの添え字は高調波の次数を示しており、「1」は基本波である。なお、ω=2πΔfである。m次の高調波は、

Figure 2009267711
The subscript indicates the order of the harmonics, and “1” is the fundamental wave. Note that ω = 2πΔf. The mth harmonic is
Figure 2009267711

のように表され、その線幅はおおよそmΔLに近くなる。式(1),(2)において、χはPCから放射されるときの高調波の大きさであり、高調波の次数によって異なる値であるが、時間的な変動は無いか、あっても小さい。したがってχによってスペクトルが広がることはない。 The line width is approximately mΔL. In Equations (1) and (2), χ is the magnitude of the harmonic when radiated from the PC, and is a value that varies depending on the order of the harmonic. . Therefore, the spectrum does not spread by χ.

また、b(t)はPCクロックや高調波がコグニティブ端末まで伝播することによって受ける振幅や位相のフェージング変動を示している。b(t)は複素数であり、位相にも影響を与える。次数というよりは、その周波数に依存して、時間的な変動を受けるが、一般にフェージング変動はPCクロックのジッタより十分にゆっくりであるため、線幅に対しては大きな影響は与えない。また、次数そのものに依存する項ではない。 Further, b (t) indicates the fading fluctuation of the amplitude and phase received by the propagation of the PC clock and harmonics to the cognitive terminal. b (t) is a complex number and also affects the phase. Although it is subject to temporal fluctuations depending on its frequency rather than the order, in general, fading fluctuations are sufficiently slower than the jitter of the PC clock, so that the line width is not greatly affected. It is not a term that depends on the order itself.

A(t)はPCクロックが元々持っている振幅の変動であり、次数に依存した大きさはχとして別係数で出しているため、次数の累乗で示すことができる。式(1),(2)では、線幅を構成する成分を振幅と位相に分離したため、A(t)は実数であり振幅のみに影響を与える。 A (t) is the fluctuation of the amplitude inherent in the PC clock, and the magnitude depending on the order is given as a separate coefficient as χ, and can therefore be shown as a power of the order. In the equations (1) and (2), since the components constituting the line width are separated into amplitude and phase, A (t) is a real number and affects only the amplitude.

φ(t)はPCクロックのジッタ成分を示しており、これは高調波の次数に単純に比例する項である。高調波の次数に対応して、位相のオフセットが掛かるがこれはθで示しており、時間的な変動は無く、したがって、線幅には影響を与えない。 φ (t) represents the jitter component of the PC clock, which is a term that is simply proportional to the harmonic order. A phase offset is applied corresponding to the order of the harmonics, which is indicated by θ, has no temporal variation, and therefore does not affect the line width.

以上、高調波ごとに独立な項と、基本波の値が高調波の次数で累乗されている項とに分類できることがわかる。高調波ごとに独立な項、例えばχやb(t)などは、PC側がどのような電波を放出したかがわからなければ知ることは出来ない。一方で、次数に対応して累乗されるような項、A(t)やexp(jφ(t))は、高調波同士の比較によって、受信端のみで知ることが可能である。すなわち、同じPCクロックの高調波であって次数が異なるものであるかどうか知ることが可能である。 As described above, it can be classified into an independent term for each harmonic and a term in which the value of the fundamental wave is raised to the harmonic order. An independent term for each harmonic, such as χ or b (t), cannot be known unless the PC side knows what kind of radio wave is emitted. On the other hand, terms such as A (t) and exp (jφ (t)) that are raised to the power corresponding to the order can be known only at the receiving end by comparing harmonics. That is, it is possible to know whether the harmonics of the same PC clock are different in order.

同様の表記でm+1次の高調波を表現すると下記のようになる。

Figure 2009267711
The same notation represents the m + 1st order harmonic as follows.
Figure 2009267711

(相関計算1)
本実施の形態では、mとm+a次(望ましくはa=1)の高調波を抜き出し、その位相について2種類以上の相関計算を行う。例えばCとCm+1についての相関は下記の式で求められる。

Figure 2009267711
(Correlation calculation 1)
In the present embodiment, harmonics of the m and m + a order (preferably a = 1) are extracted, and two or more types of correlation calculations are performed on the phases. For example, the correlation for C m and C m + 1 is obtained by the following equation.
Figure 2009267711

τは積分期間である。相関を有効に求めるτの範囲が存在するが、詳しくは後述する。 τ is an integration period. There is a range of τ for effectively obtaining the correlation, which will be described in detail later.

例えばΔfが100MHzであり、コグニティブ端末利用バンドが数GHzの周波数にある場合、mは数10といった数になる。式(2)と式(3)はmが数10と大きい場合、非常によく似通った波形変動となり、C(t)とCm+1(t)の相関を取ると絶対値が「1」に近づく。そこで本実施の形態では、これらの相関を取ることによって、これらが同一のPCクロックの高調波であるかどうかを判定する。 For example, when Δf is 100 MHz and the cognitive terminal use band is at a frequency of several GHz, m is a number such as several tens. If the expression (2) and (3) m is as large as several 10 becomes a very similar waveform change, the absolute value when the correlation of C m (t) and C m + 1 (t) is "1" Get closer. Therefore, in the present embodiment, by taking these correlations, it is determined whether or not these are harmonics of the same PC clock.

ただし、PCクロックは、無線通信用ローカル発振器ほどのクロック精度はなく、ジッタが非常に大きい場合が一般的ではあるが、必ずしもジッタが非常に大きい訳ではなく、たまたまジッタが小さい場合もある。このように、全てのPCクロックがある程度以上の大きさのジッタを持つことは、必ずしも保証されるわけではない。 However, the PC clock is not as accurate as the local oscillator for wireless communication and generally has a very large jitter, but the jitter is not always very large, and sometimes the jitter is small. Thus, it is not always guaranteed that all PC clocks have a jitter of a certain level or more.

さらに、全く発生源の異なる2つの信号が、偶然どちらも非常に細い線幅の正弦波であるような可能性もある。これらのような場合、2つのピークがどちらも位相や振幅の揺らぎが非常に少なく純粋な正弦波に近いために、同一のPCクロックの高調波でなくとも相関が「1」に近づいてしまう場合がある。 Furthermore, there is a possibility that two signals having completely different sources are coincidentally sine waves with very narrow line widths. In these cases, since the two peaks both have very little phase and amplitude fluctuations and are close to a pure sine wave, even if they are not the same PC clock harmonic, the correlation approaches “1”. There is.

このような事態を避けるために、本実施の形態では、相関は1種類のみではなく、2種類以上計算する。2つめの相関計算は、式(1)、(2)で示されるようなPC雑音の性質に基づいて、他方の相関計算とは異なる演算によって、特性を確かめるようなものである。このようにすることによって、偶然、線幅の小さい2つの正弦波を同一PCクロックの高調波と見誤ることなく、PC雑音を識別することが可能となる。 In order to avoid such a situation, in this embodiment, not only one type of correlation but two or more types are calculated. The second correlation calculation is such that the characteristics are confirmed by an operation different from that of the other correlation calculation based on the characteristics of the PC noise as shown in the equations (1) and (2). By doing so, it becomes possible to identify PC noise without accidentally mistaking two sine waves having a small line width as harmonics of the same PC clock.

なお、上記式(1)乃至式(3)にはキャリア成分jωtに関連する項が含まれる。この項は非常に速い変化を示す項であるが、これはキャリアの中心周波数を示すのみであって情報を含まない。相関の計算時にはこの項があることによって変化分の相関計算が難しくなる。したがって、相関計算時は、各ピークをベースバンドに変換し、キャリア成分に関する項を除去してから行う。 Note that the expressions (1) to (3) include a term related to the carrier component jωt. This term shows a very fast change, but it only shows the center frequency of the carrier and does not contain any information. The presence of this term when calculating the correlation makes it difficult to calculate the correlation of the change. Therefore, the correlation calculation is performed after converting each peak into a baseband and removing a term related to the carrier component.

相関の計算はいくつかのパラメータについて可能である。位相変動と振幅変動の全てを含む波形全体、振幅、振幅をパワーや包絡線に変換したもの、位相(expの肩に乗った形、または、ラジアンの次元)、等々、位相・振幅の種々の組み合わせ・変形について可能である。 Correlation calculations are possible for several parameters. Various waveforms of phase / amplitude, such as whole waveform including all phase fluctuations and amplitude fluctuations, amplitude, amplitude converted to power or envelope, phase (exp shoulder shape or radian dimension), etc. It is possible for combination and deformation.

(無線送受信機の構成)
図1に示す信号検出装置1はコグニティブ無線送受信機内で用いられる。ここでは、図3を用いて、図1に示す信号検出装置1をコグニティブ無線送受信機に適用した場合について説明する。
(Configuration of wireless transceiver)
A signal detection apparatus 1 shown in FIG. 1 is used in a cognitive radio transceiver. Here, the case where the signal detection apparatus 1 shown in FIG. 1 is applied to a cognitive radio transceiver will be described with reference to FIG.

図3に、本実施の形態にかかるコグニティブ無線送受信機の構成の概要を示す。コグニティブ無線送受信機である無線通信装置11では、受信アンテナ12で受信された信号が無線信号受信部13に入力される。無線受信部13は、無線信号変換部14と復調部15を有している。無線信号受信部13では、まず、無線信号変換部14で無線信号周波数の信号が直流近辺に変換され、デジタル化されて出力される。 FIG. 3 shows an outline of the configuration of the cognitive radio transceiver according to this embodiment. In the wireless communication device 11 that is a cognitive wireless transceiver, a signal received by the receiving antenna 12 is input to the wireless signal receiving unit 13. The wireless reception unit 13 includes a wireless signal conversion unit 14 and a demodulation unit 15. In the wireless signal receiving unit 13, first, the signal of the wireless signal frequency is converted into a direct current vicinity by the wireless signal conversion unit 14, digitized, and output.

無線信号変換部14の一例を図4に示す。受信アンテナ12からの無線信号がRF部25に入力される。これは、主としてアナログ回路で構成されるRF部25で適宜増幅やレベル調整、フィルタリングが行われ、ダウンコンバータ26で直流近傍にダウンコンバートされる。次に低域濾波器(LPF)27によって必要な帯域がフィルタされる。このとき、例えば図2のコグニティブ端末利用バンド全体が通過するようにフィルタされる。フィルタ出力はA/D部28によってA/D変換され、デジタル信号に変換され、FFT部29によって周波数領域の信号に変換される。この場合、信号検出装置1におけるフィルタ4は周波数領域対応のフィルタとなる。フィルタ4が時間領域に対応するものである場合、FFT部27は不要である。なお、ダウンコンバータ26からA/D部28までの部分は、必要に応じて、同相(I)成分と直交(Q)成分に分けて処理され、A/D変換後に複素信号に再合成されてもよい。 An example of the wireless signal converter 14 is shown in FIG. A radio signal from the receiving antenna 12 is input to the RF unit 25. This is appropriately amplified, level-adjusted, and filtered by the RF unit 25 mainly composed of an analog circuit, and down-converted to the vicinity of the direct current by the down converter 26. Next, a necessary band is filtered by a low pass filter (LPF) 27. At this time, for example, the entire cognitive terminal band shown in FIG. 2 is filtered. The filter output is A / D converted by the A / D unit 28, converted into a digital signal, and converted into a frequency domain signal by the FFT unit 29. In this case, the filter 4 in the signal detection device 1 is a filter corresponding to the frequency domain. When the filter 4 corresponds to the time domain, the FFT unit 27 is not necessary. The parts from the down-converter 26 to the A / D unit 28 are processed by being divided into an in-phase (I) component and a quadrature (Q) component as necessary, and recombined into a complex signal after A / D conversion. Also good.

無線信号変換部14の出力は図3に示すようにキャリアセンス部18と復調部15に出力される。復調部15では、信号内に含まれるデータを復調して上位レイヤに出力される。それ以降は、本実施の形態とは関連しないので省略している。無線信号変換部14からキャリアセンス部18に出力された信号は2分岐されて、利用状況識別部19と信号検出装置1に入力される。 The output of the radio signal converter 14 is output to the carrier sense unit 18 and the demodulator 15 as shown in FIG. The demodulator 15 demodulates the data contained in the signal and outputs it to the upper layer. The subsequent steps are omitted because they are not related to the present embodiment. The signal output from the radio signal conversion unit 14 to the carrier sense unit 18 is branched into two and input to the usage status identification unit 19 and the signal detection device 1.

信号検出装置1の出力は電磁雑音判定部20に入力される。電磁雑音判定部20は信号検出装置1から、複数のピークについての周波数とその相関の有無に関する情報を受け取り、相関の有無、さらに、他の情報に基づいて、それらが電磁雑音であるかどうかを判定する。 The output of the signal detection device 1 is input to the electromagnetic noise determination unit 20. The electromagnetic noise determination unit 20 receives information about the frequencies of the plurality of peaks and the presence / absence of the correlation from the signal detection device 1, and determines whether there is an electromagnetic noise based on the presence / absence of the correlation and other information. judge.

一方、利用状況識別部19は無線信号変換部14から渡された無線信号から、コグニティブ端末利用バンド内の利用状況を検出する。たとえば、バンド内をグリッドに区切って、パワー検出を行い、それぞれのグリッド内に雑音以上のパワーが存在するかどうかを検出し、周波数選択部21に通知する。 On the other hand, the usage status identifying unit 19 detects the usage status within the cognitive terminal usage band from the radio signal passed from the radio signal conversion unit 14. For example, the band is divided into grids, and power detection is performed to detect whether or not power exceeding noise is present in each grid and notify the frequency selector 21.

周波数選択部21は利用状況識別部19と電磁雑音判定部20の出力を受けて、利用中でないと判断された周波数と、利用中であるが電磁雑音である判断された周波数については利用可として、無線通信装置11の利用周波数を選択・決定し、無線信号生成部23に通知する。 The frequency selection unit 21 receives the outputs of the usage status identification unit 19 and the electromagnetic noise determination unit 20, and determines that the frequency determined not to be used and the frequency determined to be electromagnetic noise can be used. Then, the use frequency of the wireless communication device 11 is selected and determined and notified to the wireless signal generation unit 23.

無線信号生成部23には送信すべきデータが入力され、周波数選択部21によって選択された利用周波数に入力されたデータを変調して配置し、無線信号に変換して送信アンテナ22から放射する。 Data to be transmitted is input to the radio signal generation unit 23, the data input to the use frequency selected by the frequency selection unit 21 is modulated and arranged, converted into a radio signal, and radiated from the transmission antenna 22.

このような構成をとることによって、無線通信装置11がPCに近接していたとしても、PCクロックの雑音によって利用周波数を制限されることなく、広い帯域幅を利用した高速通信が可能となる。 By adopting such a configuration, even if the wireless communication device 11 is close to the PC, high-speed communication using a wide bandwidth is possible without being limited by the frequency of the PC clock.

(信号検出装置1の詳細)
以下、信号検出装置1の各部の詳細について説明する。
(Details of signal detector 1)
Hereinafter, details of each part of the signal detection device 1 will be described.

(周期性検出部3)
周期性検出部3はコグニティブ端末利用バンド内で、周期的に出ていると思われるピークの周波数を検出する。周期性検出部3は、検出したピークの中から隣接する2つを選び出し、それらが1次違いの高調波かどうかを推定する。選んだ2つのピークが1次違いの高調波であると推定した場合、周波数検出部3は、選んだ2つのピークを抽出するようフィルタ4に指示を与える。一方、1次違いの高調波でないと推定した場合は、相関計算を行うまでもなくPCクロックの高調波でないと判断できるため、フィルタ4にピーク抽出の指示を行わない。
(Periodicity detection unit 3)
The periodicity detection unit 3 detects a peak frequency that appears to be periodically generated within the cognitive terminal usage band. The periodicity detection unit 3 selects two adjacent peaks from the detected peaks and estimates whether they are higher-order harmonics. When it is estimated that the selected two peaks are higher-order harmonics, the frequency detector 3 instructs the filter 4 to extract the two selected peaks. On the other hand, if it is estimated that the harmonics are not the first-order harmonics, it is possible to determine that they are not harmonics of the PC clock without performing correlation calculation.

周期性検出部3が検出したピークが、図2のようにPCクロックの高調波であり、さらに選んだ2つが1次違いの高調波であれば、どちらの中心周波数も2つのピークの周波数差でほぼ(計測誤差を除いて)割り切れるはずである。周期性検出部3は、選んだ2つの中心周波数がそのような関係にあるかを検証することによって、選んだ2つのピークが1次違いの高調波かどうかを推定する。 If the peak detected by the periodicity detection unit 3 is a harmonic of the PC clock as shown in FIG. 2 and the two selected harmonics are different in the first order, both center frequencies have a frequency difference between the two peaks. Should be divisible (excluding measurement errors). The periodicity detection unit 3 estimates whether or not the two selected peaks are higher-order harmonics by verifying whether the two selected center frequencies have such a relationship.

なお、周期性検出部3が選んだ2つのピークの間にある高調波のパワーが小さいため、2つのピークが本当は2次違い、3次違いのピークである場合がある。この場合、各ピークの中心周波数は、2つのピークの周波数差で割り切れないことがある。そこで、割り切れなかった場合、周波数差を1/2倍、1/3倍にして、再度割ってみる。それでも割り切れなければ、周期性検出部3は、その2つのピークは同一のPCクロックの高調波ではないとし、フィルタ4にピークの抽出の指示は行わない。 In addition, since the power of the harmonic between the two peaks selected by the periodicity detection unit 3 is small, the two peaks may actually be second-order differences and third-order differences. In this case, the center frequency of each peak may not be divisible by the frequency difference between the two peaks. Therefore, if it is not divisible, the frequency difference is halved and 3 times and divided again. If still not divisible, the periodicity detection unit 3 assumes that the two peaks are not harmonics of the same PC clock, and does not instruct the filter 4 to extract peaks.

割り切れない理由としては、その2つは発生源が同一でないことの他に、同一の発生源であったとしても、発生源がベースバンドではなく、ある中心周波数の周囲に発生したサブキャリアである場合がある。後者は例えばパルスレーダの信号などである。PCクロックの高調波の間隔がそのクロック周波数に等しく、比較的大きい周波数差であるのに対して、パルスレーダ信号の場合などは隣接サブキャリア間の周波数差は小さい。 The reason why it is not divisible is that the two sources are not the same source, but even if they are the same source, the source is not the baseband but a subcarrier generated around a certain center frequency. There is a case. The latter is, for example, a pulse radar signal. The interval between the harmonics of the PC clock is equal to the clock frequency, which is a relatively large frequency difference, whereas in the case of a pulse radar signal, the frequency difference between adjacent subcarriers is small.

本実施の形態においては、初めに割り切れなかった場合、周波数差を1/2倍、1/3倍にするが、一般化すれば整数分の1倍でよい。ただし、ここでは、1/2倍、1/3倍までで十分とする。これは、あまりに小さい周波数差の場合、それがPCクロックの数100次、数1000次の高調波である可能性より、何か中心周波数の回りに発生したサブキャリア群である可能性の方が高いからである。 In the present embodiment, if it is not divisible at the beginning, the frequency difference is halved or 1 / times, but if generalized, it may be 1 / integer. However, up to 1/2 times and 1/3 times are sufficient here. In the case of a frequency difference that is too small, this is more likely to be a subcarrier group generated around some center frequency than the possibility that it is a harmonic of the hundreds or thousands of PC clocks. Because it is expensive.

同様の理由で信号検出装置1が相関検出した結果、2つのピークの間に相関があると判断しても、電磁雑音判定部20は、その2つのピークの周波数差が所定値より小さい場合は、PCクロックの高調波ではないと判定する。PCクロックは遅くても80MHz程度はあるので、その程度を閾値とすると良い。 Even if it is determined that there is a correlation between the two peaks as a result of the correlation detection performed by the signal detection device 1 for the same reason, the electromagnetic noise determination unit 20 determines that the frequency difference between the two peaks is smaller than a predetermined value. It is determined that it is not a harmonic of the PC clock. Since the PC clock is about 80 MHz at the latest, it is preferable to set the degree as a threshold.

周期性検出部3は、例えば、周期性をサイクロステーショナリ(周期定常性)計算によって検出する。サイクロステーショナリ計算は、受信信号を周波数に分解し、スペクトルを周波数方向に少しずらしたものと相関を取ることによって行う。ずらす量を変えることで検出できるスペクトル上の周期が変化するので、ずらす量をスキャンすることによって、スペクトル上のさまざまな周期を検出する。また、サイクロステーショナリを計算する時に、周波数軸にフーリエ変換された信号を複素数のまま、適切な積分期間で相関を検出することによって、周期性を検出すると同時に、2種類の相関検出のうちの一種類を同時に済ませてしまい、相関計算の計算量を減らすことができる。 The periodicity detection unit 3 detects periodicity by, for example, cyclostationary (periodic stationarity) calculation. The cyclostationary calculation is performed by decomposing the received signal into frequencies and correlating the spectrum with a slightly shifted spectrum in the frequency direction. Since the period on the spectrum that can be detected changes by changing the shift amount, various periods on the spectrum are detected by scanning the shift amount. Further, when calculating the cyclostationary, the periodicity is detected by detecting the correlation in an appropriate integration period while the signal Fourier-transformed on the frequency axis remains a complex number, and at the same time, one of the two types of correlation detection. The types can be completed at the same time, and the amount of calculation for correlation can be reduced.

周期性を検出する他の方法としては、例えば、入力してきた周波数領域の信号の中で線スペクトルに近い形状を有する部分のみを抜き出してもよい。また、線スペクトルに近い形状を有する部分を抜き出した後に、抜き出した複数の線スペクトルの周波数差の単位で上記のようなサイクロステーショナリ計算を行っても良い。 As another method of detecting periodicity, for example, only a portion having a shape close to a line spectrum may be extracted from the input frequency domain signal. Moreover, after extracting the part which has a shape close | similar to a line spectrum, you may perform the above cyclostationary calculations in the unit of the frequency difference of several extracted line spectrum.

サイクロステーショナリ計算をフーリエ変換結果の複素数で行うことによって、相関計算の一方まで行うことも出来るが、周期性検出と相関計算の積分期間の要求が合わない場合は、サイクロステーショナリ計算は周期性の検出に特化すると割り切って、パワーや振幅の次元で行っても良い。 By performing the cyclostationary calculation with the complex number of the Fourier transform result, it is possible to perform up to one of the correlation calculations, but if the requirements for the integration period of the periodicity detection and the correlation calculation do not match, the cyclostationary calculation will detect the periodicity. If you are specialized, you can do it in the dimensions of power and amplitude.

このようにして周期性を検出し、周期性を示していると思われるピークの組み合わせから隣接する2つを選んで、以後の相関計算処理を行う。なお、相関判定を行う際に、2つのピークの組み合わせごとに完全に独立に相関計算を行う場合は、周期性検出部3は同じ周期性を示していると思われるピークのセットを信号検出装置1の出力として判定部9の出力と共に次段に出力する。相関判定を行う際に、同一周期を示していると思われるピークでは、それを利用して一部の処理を省略するような場合には、ピークのセットを次段に渡すと同時に、相関計算・判定を行う各部にも通知する。 In this way, periodicity is detected, and two adjacent peaks are selected from combinations of peaks that are considered to exhibit periodicity, and the subsequent correlation calculation processing is performed. When performing correlation determination, if the correlation calculation is performed completely independently for each combination of two peaks, the periodicity detection unit 3 uses a signal detection device to display a set of peaks that are considered to exhibit the same periodicity. 1 is output to the next stage together with the output of the determination unit 9. When performing correlation determination, if a peak that seems to indicate the same period is used and some processing is omitted, the peak set is passed to the next stage and correlation calculation is performed. -Notify each part that performs the judgment.

さらに、周期性検出部3は、各ピークの周波数を出来るだけ高い精度で検出する。周期性検出部3に入力される信号が、前段でFFTによって周波数領域に変換されている場合でも、FFTの解像度以下の精度が得られるように、計算を行う。 Further, the periodicity detection unit 3 detects the frequency of each peak with as high accuracy as possible. Even when the signal input to the periodicity detection unit 3 is converted into the frequency domain by FFT in the previous stage, the calculation is performed so that the accuracy equal to or lower than the resolution of the FFT is obtained.

例えば、同一の周期性を示していると思われる複数のピークのセットが決まったら、その最も高周波にあるピークと最も低周波にあるピークの周波数差を、その中に含まれる周期の数で割って周期とし、最も低周波のピークの周波数に周期数倍して加算して各ピークの周波数を求める。その際、最も低周波にあるピークと最も高周波にあるピークについては、1FFT周期を特別に非常に長くするか、多数のFFT周期に渡って信号を測定することで、高い周波数解像度でこれらのピークの周波数を求めておく。 For example, if a set of multiple peaks that are considered to exhibit the same periodicity is determined, the frequency difference between the peak at the highest frequency and the peak at the lowest frequency is divided by the number of periods contained therein. The frequency of each peak is obtained by multiplying the frequency of the lowest frequency peak by the number of cycles. At this time, for the peak at the lowest frequency and the peak at the highest frequency, these peaks can be obtained at a high frequency resolution by making the FFT period extremely long or measuring the signal over a number of FFT periods. Find the frequency of.

このようにすると、殆どの場合、各ピークの周波数はFFTのビン幅の整数倍にはならない。整数倍からのずれは、各ピークのFFTビンの中心周波数からのオフセットとなる。相関を取る際にこれらのオフセットを修正したうえで、ピークをベースバンドに変換してから積分する。殆どの場合、完全に正しいオフセットは求められず、ベースバンドからの多少のずれは存在する。そのずれは、相関計算時の積分期間内で問題にならない程度まで小さくする必要がある。あるいは、ずれが問題にならない程度の積分期間を設定する必要がある。積分時間の設定方法については、他のパラメータも存在するため、詳細は後述する。 In this way, in most cases, the frequency of each peak is not an integral multiple of the FFT bin width. The deviation from the integer multiple becomes an offset from the center frequency of the FFT bin of each peak. These offsets are corrected when correlating, and the peak is converted to baseband before integration. In most cases, a perfectly correct offset is not sought and there is some deviation from the baseband. The deviation needs to be reduced to such an extent that it does not become a problem within the integration period at the time of correlation calculation. Alternatively, it is necessary to set an integration period that does not cause a shift. Since there are other parameters regarding the setting method of the integration time, details will be described later.

なお、本実施の形態の構成においては、周期性検出部3は必須ではない。例えば、本実施の形態に係る信号検出装置1を含む無線送受信機11に直接接続されるPCからクロック周波数の通知を受ける構成を用いれば、周期性検出部は無くても良い。この場合、その高調波の周波数を計算し、各部にピークの周波数を通知する作業を行う制御部が代わりに必要になる。 Note that the periodicity detection unit 3 is not essential in the configuration of the present embodiment. For example, if a configuration for receiving a clock frequency notification from a PC directly connected to the wireless transceiver 11 including the signal detection device 1 according to the present embodiment is used, the periodicity detection unit may be omitted. In this case, a control unit for calculating the harmonic frequency and notifying each unit of the peak frequency is required instead.

また、周期性検出部3はキャリアセンスの都度周期性を検出する必要は無く、過去の結果を流用し、時々検出をやり直して、周期や周波数を補正する方法を取っても良い。特に、判定部9によって相関があると判定された、あるいは電磁雑音判定部20によって電磁雑音であると判定されたピークについては、過去の結果を用いることによって、手順を省略すると同時に、プライマリが重ねて送信していないかどうか検証することが望ましい。 Further, the periodicity detection unit 3 does not need to detect periodicity every time carrier sense is performed, and a method of correcting the period and frequency by diverting the past results and sometimes performing detection again may be used. In particular, with respect to a peak determined to have a correlation by the determination unit 9 or determined to be electromagnetic noise by the electromagnetic noise determination unit 20, the procedure is omitted by using the past result and the primary is overlapped. It is desirable to verify whether or not

(フィルタ4)
フィルタ4は、周期性検出部3から指示された2つのピークを抽出する。入力信号が時間信号の場合は、FIRなどの狭帯域フィルタを用いて2つのピークをフィルタする。入力信号がFFTされた周波数領域の信号の場合は、ピークを含むFFTビンを抽出する。その際、通知されたピークの中心周波数がFFTビンの端である場合には、そのピークを含む複数のビンを抽出する。
(Filter 4)
The filter 4 extracts two peaks instructed from the periodicity detection unit 3. When the input signal is a time signal, the two peaks are filtered using a narrowband filter such as FIR. If the input signal is an FFT signal in the frequency domain, the FFT bin including the peak is extracted. At that time, if the center frequency of the notified peak is the end of the FFT bin, a plurality of bins including the peak are extracted.

FFT時に周期の1部をオーバーラップさせてオーバーラップFFTする場合には、若干対応が異なる。この場合、FFT期間をFFTインターバル(連続するFFTフレームの間隔)で割った比率(以降、便宜的にオーバーサンプル率と呼ぶ)にFFTビン間隔を掛けたものと、FFT時の窓関数波形の伝達関数の帯域幅のうち、小さい方が実効的な帯域幅となる。実効的なビン帯域幅内に1つのピークの線幅(ΔmL)がほぼ全部含まれているならば、隣接するビンを取ってこなくてもよい。もしも、1つのピークが実効的なビン帯域幅からはみ出すような場合は隣接するビン、あるいは、実効的なビン帯域幅以内の周波数だけ離れたいずれかのビンを同時に抽出してもよい。もちろん、オーバーラップFFTの場合でも、オーバーサンプル率を考慮せず、単純にオーバーラップしない場合と同様の抽出方法を取っても良い。 When overlap FFT is performed by overlapping a part of the period during FFT, the correspondence is slightly different. In this case, the ratio of the FFT period divided by the FFT interval (interval of successive FFT frames) (hereinafter referred to as the oversample rate for convenience) multiplied by the FFT bin interval, and the transmission of the window function waveform during the FFT The smaller of the function bandwidths is the effective bandwidth. If the entire line width (ΔmL) of one peak is included in the effective bin bandwidth, it is not necessary to fetch adjacent bins. If one peak protrudes from the effective bin bandwidth, adjacent bins or any bin separated by a frequency within the effective bin bandwidth may be extracted simultaneously. Of course, even in the case of overlap FFT, the same extraction method as that in the case of no overlap may be taken without considering the oversample rate.

なお、FFTビンを取り出す場合、特にオーバーラップがない場合には、矩形のフィルタで抽出するのと同じことになる。処理の方法によって、これが問題になる場合には、適切なフィルタ周波数特性形状を規定して、これをいくつかのビンにそれぞれ乗算してフィルタし、それらのビンを合成しても良い。 When taking out the FFT bin, if there is no overlap, it is the same as extracting with a rectangular filter. If this is a problem depending on the processing method, an appropriate filter frequency characteristic shape may be defined, and this bin may be multiplied and filtered to synthesize those bins.

なお、時間領域の場合は、ピークを完全なベースバンドに落とさなくても、フィルタへの入力周波数(以下、便宜的に中間周波数(IF)と呼ぶ)のまま、相関計算を行う際に周期分の周波数で一方を周波数シフトさせてから、相関計算を行えばよい。もちろん、2つのピークをそれぞれのIFからベースバンドに落としてから、相関計算を行ってもよい。 In the time domain, even if the peak is not dropped to a complete baseband, the input frequency to the filter (hereinafter referred to as the intermediate frequency (IF) for the sake of convenience) remains unchanged during the correlation calculation. The correlation calculation may be performed after frequency-shifting one of the frequencies. Of course, the correlation calculation may be performed after dropping the two peaks from the respective IFs to the baseband.

(オフセット補償)
以下、FFTによる構成の場合で、フィルタ4で関連する周波数を抽出した後に、周波数オフセットを補償する方法について述べる。FFTはその性質から、各ビンの中心周波数が自動的にベースバンドに変換されてしまう。そこでまず、それぞれのピークについて、そのIFがそのピークを含むビンの中心周波数から相対的にどれだけ離れた周波数にあるかを計算する。上記のように周期性検出部3は十分な解像度でピークの中心周波数を計算しているので、その結果から1FFTビン幅の整数倍を引くことによって簡単に計算できる。次に、中心周波数とのオフセット分の周波数をfoとすると(foは正または負の符号を含む)、そのビンにexp(−2πfo・t)を乗算する。tは積分期間の各点(FFT構成の場合には、各FFTフレームの時刻)における時刻である。これによって周波数シフトが発生し、ビンの中心周波数にダウンコンバートされる。
(Offset compensation)
Hereinafter, a method for compensating for a frequency offset after extracting a related frequency by the filter 4 in the case of the configuration by FFT will be described. Due to the nature of FFT, the center frequency of each bin is automatically converted to baseband. Therefore, first, for each peak, it is calculated how far away the IF is from the center frequency of the bin containing the peak. As described above, since the periodicity detection unit 3 calculates the center frequency of the peak with sufficient resolution, it can be easily calculated by subtracting an integer multiple of 1 FFT bin width from the result. Next, assuming that the frequency of the offset from the center frequency is fo (fo includes a positive or negative sign), the bin is multiplied by exp (-2πfo · t). t is the time at each point of the integration period (the time of each FFT frame in the case of the FFT configuration). This causes a frequency shift that is downconverted to the bin center frequency.

2つ以上のビンにピークがまたがる場合には、主としてピークが含まれる一方のビンでは、上記と同様の処理を行う。隣接するビンでは、主としてピークが含まれるビンと隣接ビンの中心周波数の差をfbとして(fbは正または負の符号を含む、したがってfbは、FFTビン幅に、隣接ビンの位置に依存する符号を掛けた値である)、exp[−j2π(fo−fb)t]を乗算する。乗算した結果を、主としてピークが含まれる方のビンの周波数オフセット補償結果に加算すればよい。 When a peak extends over two or more bins, the same processing as described above is performed for one bin mainly including the peak. For adjacent bins, let fb be the difference between the center frequency of the bin containing the peak and the adjacent bin (fb contains a positive or negative sign, so fb is a sign that depends on the FFT bin width and the position of the adjacent bin. Multiplied by exp [−j2π (fo−fb) t]. The multiplication result may be added to the frequency offset compensation result of the bin mainly including the peak.

なお、オーバーラップFFTを行う場合には、オーバーサンプル率に依存して各FFTビンの中心周波数がビンごとに異なるような構成になる。したがって、各ビンの中心周波数は、FFT後の各ビンの直流にはない。種々のIF周波数を有する信号は、各ビンにおいて、IF周波数をFFTビン幅×オーバーサンプル率で剰余算した結果の周波数にあるので、同じ信号は隣接するビン内で、それぞれ同じ周波数に存在することになる。したがって殆どの場合、隣接ビンの合成では、周波数オフセット補償は必要なく、位相オフセットのみ補償して周波数はそのままで加算すればよい。位相オフセットはFFTに使用した窓関数の形状によって隣接ビン間で固定的に発生するので、その値で一方を補正し、補正後の信号を他方に加算する。このようにして得られた結果の2つのピークは、その中心周波数が、周期をFFTビン間隔×オーバーサンプル率で剰余算した結果だけずれているので、一方をその分で周波数オフセット補償してから相関処理を行えばよい。周波数オフセットの掛け方は前述の通りである。 In the case of performing overlap FFT, the center frequency of each FFT bin is different for each bin depending on the oversample rate. Therefore, the center frequency of each bin is not in the direct current of each bin after FFT. Since the signals having various IF frequencies are in the frequency obtained as a result of the remainder calculation of the IF frequency by the FFT bin width × oversampling ratio in each bin, the same signal exists at the same frequency in adjacent bins. become. Therefore, in most cases, frequency offset compensation is not necessary in the synthesis of adjacent bins, and only the phase offset is compensated and the frequency is added as it is. Since the phase offset is fixedly generated between adjacent bins depending on the shape of the window function used for the FFT, one of the values is corrected with the value, and the corrected signal is added to the other. The two peaks of the results obtained in this way have their center frequencies shifted by the result of the remainder calculated by dividing the period by the FFT bin interval x the oversampling rate. Correlation processing may be performed. The frequency offset is applied as described above.

なお、オーバーラップFFTを用いた構成では、ピークがFFT結果の両端の周波数にまたがるように存在し、相関処理を行いにくい場合がある。その際は、一旦周波数シフトして演算を行いやすい周波数にシフトしてから相関計算を行っても良い。その際、もちろん、その分周波数がずれるので、補償してから相関計算を行う。   In the configuration using the overlap FFT, there is a case where the peak exists over the frequencies at both ends of the FFT result, and it is difficult to perform the correlation process. In that case, the correlation calculation may be performed after the frequency is shifted once to a frequency at which the calculation is easy to perform. In this case, of course, the frequency shifts accordingly, so that the correlation calculation is performed after compensation.

(相関計算)
次に、相関計算の具体的な方法について説明する。図5はその一例を示した図である。上述のようにフィルタ4によって抽出され、ベースバンドに変換された2つのピークは、それぞれ複素共役乗算部5に入力される。図5では、相関計算部(1)は、式(4)に示したような、2つのピークのそのままの相関である。複素共役乗算部5では、式(4)の分子の積分の中身であるC(t)C m+1(t)を計算する。この段階では積分は行わない。ここで、C m+1(t)は、Cm+1(t)の複素共役を意味する。
(Correlation calculation)
Next, a specific method of correlation calculation will be described. FIG. 5 is a diagram showing an example thereof. As described above, the two peaks extracted by the filter 4 and converted into the baseband are respectively input to the complex conjugate multiplier 5. In FIG. 5, the correlation calculation unit (1) is the correlation between two peaks as shown in the equation (4). The complex conjugate multiplication unit 5 calculates C m (t) C * m + 1 (t), which is the content of the numerator integral of Expression (4). There is no integration at this stage. Here, C * m + 1 (t) means a complex conjugate of Cm + 1 (t).

その際、Cは式(2)、(3)のように振幅、位相全ての変動成分を含んでいても良いし、位相のみでも良い。相関計算部(1)7では式(4)に基づいて、複素共役乗算部5の出力を所定の期間で積分し、分母に相当する正規化を行って、相関値を計算する。位相のみの演算の場合には、分母の計算は意味が無いので、その代わりに積分期間に相当する時間・またはサンプル数で割って正規化する。前述のようにmの値が数10と非常に大きい値の場合に、2つのピークが同一PCクロックの高調波であれば、相関計算結果の絶対値は「1」に近づく。この場合、次数によっては、「−1」の相関に近づくこともあるので、相関計算結果は絶対値で判断する。 At that time, C may include fluctuation components of all the amplitudes and phases as in the equations (2) and (3), or may be only the phase. The correlation calculation unit (1) 7 integrates the output of the complex conjugate multiplication unit 5 over a predetermined period based on the equation (4), performs normalization corresponding to the denominator, and calculates the correlation value. In the case of a phase-only operation, the denominator calculation is meaningless, and instead it is normalized by dividing by the time corresponding to the integration period or the number of samples. As described above, when the value of m is a very large value of several tens, if the two peaks are harmonics of the same PC clock, the absolute value of the correlation calculation result approaches “1”. In this case, depending on the order, the correlation of “−1” may be approached, and the correlation calculation result is determined by an absolute value.

相関計算部(2)8では、複素共役乗算結果の位相のみを取り出し、一方で、フィルタ4から出力された2つのピークのうちの一方の位相のみを取り出す。ここでは便宜的にm次のピークとする。aは本実施の形態では基本的に「1」であるが、もちろん「−1」であってもよいのでので、m次のピークと限定しても一般性は失わない。なお、前述のようにaは「2」や「3」であってもよく、もちろん、「−2」、「−3」であっても構わない。 In the correlation calculation unit (2) 8, only the phase of the complex conjugate multiplication result is extracted, while only one phase of the two peaks output from the filter 4 is extracted. Here, for the sake of convenience, the m-th peak is used. Although a is basically “1” in the present embodiment, it may of course be “−1”, so that generality is not lost even if it is limited to the m-th order peak. As described above, a may be “2” or “3”, and of course may be “−2” or “−3”.

複素共役乗算結果の位相回転をm/a倍し、m次のピークの位相と所定の積分期間で相関を取る。図6を用いて、a=1の場合を例に、その原理を説明する。相関計算部(1)7では、前述のようにmが十分に大きければ、その結果の絶対値はおおよそ「1」に近づくが、1次分の違いがあるため、完全に「1」にはならず、必ず相関が取りきれない部分がある。図6に示すように、その相関が取りきれない部分の位相は基本波の位相成分であるφ(t)に等しい((m+1)φ(t)とmφ(t)の差分)。したがって、これをm倍すればmφ(t)に等しくなるはずである。a=1でない場合には、差分はaφ(t)となる。したがってこれをm/a倍してm次のピークと相関を取れば、結果は理想的には「1」、雑音や歪、フェージングなどによる位相回転によって完全には「1」にはならないが、「1」に近づくはずである。 The phase rotation of the complex conjugate multiplication result is multiplied by m / a, and the phase of the m-th peak is correlated with a predetermined integration period. The principle will be described with reference to FIG. 6 by taking the case of a = 1 as an example. In the correlation calculation unit (1) 7, if m is sufficiently large as described above, the absolute value of the result approaches approximately “1”, but there is a difference for the first order, so that “1” is completely set to “1”. There is always a part where the correlation cannot be taken. As shown in FIG. 6, the phase of the portion where the correlation cannot be completely obtained is equal to φ (t) which is the phase component of the fundamental wave (difference between (m + 1) φ (t) and mφ (t)). Therefore, if this is multiplied by m, it should be equal to mφ (t). If a = 1 is not true, the difference is aφ (t). Therefore, if this is multiplied by m / a and correlated with the m-th order peak, the result is ideally “1”, and it does not become “1” completely due to phase rotation due to noise, distortion, fading, etc. It should approach “1”.

相関計算部(1)7の結果が「1」に近づく場合として、2つのピークが同一PCクロックの高調波である場合のほかに、どちらも独立な信号であってたまたま非常に正弦波に近く揺らぎが小さい場合が考えられる。これらが完全な正弦波であれば、相関計算(2)でもその結果は「1」に近づいてしまうが、大抵の信号はどんなに小さくともジッタは必ずある。独立した2つの信号のジッタは普通独立しており、これをm倍することで、ジッタの差分がm倍される。2つの信号が独立である以上、その差分をm倍したものと元の位相の相関をとってこれが「1」に近づく確率は非常に小さい。したがって相関計算部(2)8によって、相関計算部(1)7の結果をより強固に確認することが出来る。 When the result of the correlation calculation unit (1) 7 approaches “1”, in addition to the case where the two peaks are harmonics of the same PC clock, both are independent signals and happen to be very close to a sine wave. A case where the fluctuation is small is considered. If these are perfect sine waves, the result of the correlation calculation (2) will be close to “1”. However, no matter how small the signal is, there is always jitter. The jitters of two independent signals are usually independent, and by multiplying them by m, the difference in jitter is multiplied by m. Since the two signals are independent, the probability that the difference between the difference m times and the original phase is close to “1” is very small. Therefore, the correlation calculation unit (2) 8 can confirm the result of the correlation calculation unit (1) 7 more firmly.

なお、2つのピークの線幅が小さいことが、周期性検出部3によって確認されている場合には、相関計算(1)は「2つとも線幅が狭いこと」を以って省略し、相関計算(2)のみを行っても良い。 When the periodicity detecting unit 3 confirms that the line widths of the two peaks are small, the correlation calculation (1) is omitted because “the line widths of both are narrow”. Only the correlation calculation (2) may be performed.

なお、以上の図5の方法の説明では、位相はexpの肩にのった形で演算を行う。また、その際、位相のm倍の操作は完全にmでなくてもmに近い数字であれば、相関計算部(1)7の場合と同様に相関計算結果は「1」に近い値となるので、mに近い数字で十分である。また、一方のピークの位相をk/m倍して、差分の位相を(m−k)/a倍するなど、単純な四則演算による応用の範囲で同様の相関計算が出来ることは明白である。 In the description of the method shown in FIG. 5 above, the phase is calculated in a form on the shoulder of exp. At this time, if the operation of m times the phase is not completely m but a number close to m, the correlation calculation result is a value close to “1” as in the case of the correlation calculation unit (1) 7. Therefore, a number close to m is sufficient. In addition, it is clear that the same correlation calculation can be performed within the range of application by simple four arithmetic operations, such as multiplying the phase of one peak by k / m and multiplying the phase of the difference by (m−k) / a. .

他の方法として、expから肩の部分だけとりだしたラジアンの次元にして相関を取る例を、図7に示す。フィルタ4の出力から位相変動抽出部31によってそれぞれラジアンの次元の位相のみを取り出す。その際、一般的な計算では位相は一定の範囲内(例えば±π)で出力され、その端を超える場合に不連続な値をとる。これは相関計算時の障害になる。したがって、そのような不連続が発生しないよう位相の範囲を広げて出力させるとよい。この場合、相関計算部(1)7では図6におけるmφ(t)と(m+a)φ(t)をそのままの形で相関を取ることになる。これらは固定数であるmやm+a倍されているだけなので、同一PCクロックの高調波であれば、相関は理想的には「1」になる。もちろん、雑音等によって完全に「1」にはならず「1」に近づくだけなので閾値判定する。 As another method, FIG. 7 shows an example in which a correlation is made with a radian dimension extracted only from the shoulder from exp. From the output of the filter 4, the phase fluctuation extraction unit 31 extracts only the phase in the radians dimension. At that time, in a general calculation, the phase is output within a certain range (for example, ± π), and takes a discontinuous value when exceeding the end. This becomes an obstacle when calculating the correlation. Therefore, it is preferable that the phase range be extended so that such discontinuity does not occur. In this case, the correlation calculation unit (1) 7 takes the correlation between mφ (t) and (m + a) φ (t) in FIG. 6 as they are. Since these are only a fixed number m or m + a, the correlation is ideally “1” if the harmonics are the same PC clock. Of course, the threshold value is determined because it does not become “1” completely due to noise or the like but only approaches “1”.

この場合、理想的には「1」になる相関計算であるので、図5に示したような差分に対する操作は意味がない。そこで、フィルタ4の出力から振幅変動抽出部32によって振幅変動のみを取り出す。相関計算部(2)8によって、振幅変動の部分についてのみ相関を取る。この場合、次数差aによって完全に「1」にはならないがmが十分に大きくaが小さい値ならば「1」に近づく。同様に閾値判定する。 In this case, since the correlation calculation is ideally “1”, the operation on the difference as shown in FIG. 5 is meaningless. Therefore, only the amplitude fluctuation is extracted from the output of the filter 4 by the amplitude fluctuation extracting unit 32. The correlation calculation unit (2) 8 takes correlation only for the amplitude fluctuation portion. In this case, it is not completely “1” due to the order difference a, but if m is sufficiently large and a is small, it approaches “1”. Similarly, the threshold value is determined.

なお、不連続な値をとらないようにexpの肩から取り出す方法については、振幅1のexpの肩に乗った状態、すなわち、実数部と虚数部からなる複素数の状態で微分を施し、その結果現れた振幅成分を取り出すことによって可能である。 As for the method of taking out from the shoulder of exp so as not to take a discontinuous value, differentiation is performed in a state of riding on the shoulder of exp of amplitude 1, that is, a complex number state consisting of a real part and an imaginary part. This is possible by taking out the amplitude component that appears.

次に、図5の方法を3つ以上のピークが同一PCクロックの高調波であるかどうかを検証するように拡張する方法について説明する。まず、初めにその中の隣接する2つについて、図5の場合と同様に相関計算を行う。次に、3つめのピークの次数をm+b(b≠0、b≠a)とする。最初の演算で得られた複素共役乗算結果の位相を(m+b)/a倍し、3つめのピークの位相成分との相関を計算する。3つ目のピークが初めの2つのピークと相関がない限り、その結果は「1」には近づかない。なお、3つめのピークの検証に入る前に最初の2つのピークの相関は確認されている必要がある。最初の2つのピークに相関が確認されない場合は、相関が確認できる組を見つけるまで次のステップには入らない。さらに、最初の2つのピークの相関を閾値判断した際、もし、閾値ギリギリで相関があると判断されたような場合にも、より強い相関を示す組を別途探して、その複素共役乗算結果を求めて次のステップに用いると良い。このように、順次同じセットの他のピークにも適用していくと、相関計算部(2)8を省略可能である。 Next, a method for extending the method of FIG. 5 to verify whether or not three or more peaks are harmonics of the same PC clock will be described. First, correlation calculation is performed on two adjacent ones in the same manner as in FIG. Next, the order of the third peak is m + b (b ≠ 0, b ≠ a). The phase of the complex conjugate multiplication result obtained in the first calculation is multiplied by (m + b) / a, and the correlation with the phase component of the third peak is calculated. As long as the third peak is not correlated with the first two peaks, the result does not approach “1”. Note that the correlation between the first two peaks needs to be confirmed before entering the verification of the third peak. If no correlation is confirmed in the first two peaks, the next step is not entered until a pair that can be confirmed is found. Furthermore, when the threshold of the correlation between the first two peaks is determined, even if it is determined that there is a correlation at the limit of the threshold, a pair showing a stronger correlation is separately searched for, and the complex conjugate multiplication result is obtained. Find it and use it in the next step. In this way, if it is sequentially applied to other peaks in the same set, the correlation calculation unit (2) 8 can be omitted.

相関計算部(2)8を省略する場合、図8に示すように複数のピークの隣接する2つの組み合わせの位相差が全て同一であるかどうか検証する方法がある。他の図と同じ部分の説明は省略する。フィルタ4は周期性検出部3から発生源が同一であると推測されるピークのセットを通知され、これらをフィルタする。位相差検出部33はこれらの隣接する2つのピークの組について位相差を計算する。次に、異なる組の検出された位相差どうしを相関計算部(1)7によって相関計算を行い、その結果を判定部9に通知する。具体的には以下のようである。 When the correlation calculation unit (2) 8 is omitted, there is a method of verifying whether or not the phase differences of two adjacent combinations of a plurality of peaks are all the same as shown in FIG. Description of the same parts as other figures is omitted. The filter 4 is notified of a set of peaks estimated to have the same generation source from the periodicity detection unit 3, and filters them. The phase difference detection unit 33 calculates a phase difference for a set of these two adjacent peaks. Next, the correlation calculation unit (1) 7 calculates the correlation between the detected phase differences of different groups, and notifies the determination unit 9 of the result. Specifically, it is as follows.

最初の2つのピーク(m次とm+a次、例えばa=1)の複素共役乗算結果を求めたら、3つめのピーク(m+b次、例えばb=−1)と最初の2つのいずれか一方のピーク(m次)との複素共役乗算結果を求め、得られた2つの複素共役乗算結果の位相について次数差を無くして相関計算を行う。すなわち、前者の複素共役乗算結果の位相を1/a倍し、後者の複素共役乗算結果の位相を1/b倍してから相関計算を行う。その結果が「1」に近ければその3つに相関があると判断する。 When the complex conjugate multiplication result of the first two peaks (m-th order and m + a-th order, for example, a = 1) is obtained, the third peak (m + b-th order, for example, b = -1) and one of the first two peaks A complex conjugate multiplication result with the (m-th order) is obtained, and correlation calculation is performed for the phases of the obtained two complex conjugate multiplication results while eliminating the order difference. That is, the correlation calculation is performed after the phase of the former complex conjugate multiplication result is multiplied by 1 / a and the phase of the latter complex conjugate multiplication result is multiplied by 1 / b. If the result is close to “1”, it is determined that the three are correlated.

なお、その際、例えばa=1,b=−1であるような周波数関係で、m次の高調波と思っていたものが、ジッタの非常に小さい正弦波であると、相関が取れてしまうことがある。そこで、併用されるもう1つの相関計算は、例えば、3本のピークの線幅の比較などであり、線幅が殆ど同じであること、とするとよい。あるいは、m次と残りの2つのうちの1つとの相関計算でもよい。 At that time, for example, if the m-order harmonic is a sine wave with very small jitter, the correlation is obtained, for example, in a frequency relationship such that a = 1 and b = −1. Sometimes. Therefore, another correlation calculation used together is, for example, comparison of line widths of three peaks, and the line widths are preferably almost the same. Alternatively, a correlation calculation between the m-th order and one of the remaining two may be performed.

等間隔で存在する複数のピークに当てはめる場合には、全ての隣接する2つのピークについて複素共役乗算結果を求め、さらに、各組に含まれるピークのそれぞれを含む隣接する組の複素共役乗算結果と相関が取れるかについて計算する。両側で相関が取れれば、それらを含む4つのピークについて相関があると判断できる。一方のみで相関が取れた場合、取れなかった方の組に含まれる、真ん中の組に含まれないピークは相関がないと判断する。両側で取れなかった場合には、真ん中の組に相関がないかどうか疑う。他の相関が取れたピークの組み合わせから相関有り/なしの境界を見つけて、どこから相関が取れないかによって判断していくと良い。 When applying to a plurality of peaks existing at equal intervals, the complex conjugate multiplication results are obtained for all two adjacent peaks, and the complex conjugate multiplication results of the adjacent sets including each of the peaks included in each set are obtained. Calculate whether correlation is possible. If the correlation is obtained on both sides, it can be determined that there is a correlation for the four peaks including them. When correlation is obtained with only one of the peaks, it is determined that the peak that is included in the pair that could not be obtained and that is not included in the middle pair has no correlation. If it is not possible on both sides, doubt whether the middle pair is uncorrelated. It is better to find a boundary with / without correlation from other combinations of peaks with correlation, and judge from where the correlation cannot be obtained.

別の方法としては、1セットの複数のピークを2つずつの組に分け、それぞれの複素共役乗算結果を求めた後、その複素共役乗算結果の位相どうしに相関があるかどうかを検出する。この場合、周期がほぼ同一でたまたま互いの周波数の半分に位置するような2組の異なる信号の相関が「1」に近い値を持つ可能性があるので、ピークの2つずつの組についてその中での相関計算を併用するとよい。 As another method, a set of a plurality of peaks is divided into two sets, and the complex conjugate multiplication results are obtained. Then, it is detected whether the phases of the complex conjugate multiplication results are correlated. In this case, there is a possibility that the correlation between two different signals whose periods are almost the same and happens to be half the frequency of each other may have a value close to “1”. It is better to use the correlation calculation inside.

(積分時間)
相関計算の際の積分時間は、以下のような基準で決定する。まず、各ピークの線幅を予め計測しておき、その次数の目安をつけたら、線幅(FWHM:Full Width Half Maximum)を次数で割って、その逆数を求めて時間の次元にする。これが、おおよそ基本波と思われる成分の変動の速さである。この時間に相当する時間積分すると、相関が理想的には「1」になる相関計算では問題ないが、図5の相関計算部(1)7のような1次の次数差を無視しているような方法では、相関値が著しく下がる。そこで、求めた時間に、一定の定数1/10〜1/4程度を掛ける。これを仮に第1の時間と呼ぶ。第1の時間は、1次違いを無視する方法でのみ有効である。一方で、式(1),(2),(3)に示したように、フェージングによって変動する成分やドップラシフトなどによって変動する成分も存在する。無線システムでは、それが対応できるドップラシフトの最大量を必ず規定する。フェージングは端末の移動によって発生するドップラシフトの異なる側面と見ることが出来、システムで規定された最大ドップラシフト量からフェージングの速さをおおよそ見積もることが可能である。隣接するピークが100MHz単位で離れている場合、これらへのフェージングの影響は独立とみなせる。したがって、フェージングの速さの逆数に相当する時間より積分時間を十分に短くしないと、フェージングの影響で相関が減ってしまう。したがって、フェージングから決定される時間に一定の定数1/10〜1/4程度を掛ける。これを仮に第2の時間と呼ぶ。なお、等化器などによって、フェージングによる位相変動を随時補償するなら、第2の時間は十分に長い時間とするか、補償仕切れなかった分に応じて決定すればよい。
(Integration time)
The integration time for the correlation calculation is determined according to the following criteria. First, the line width of each peak is measured in advance, and when the order of the order is set, the line width (FWHM: Full Width Half Maximum) is divided by the order, and the reciprocal is obtained to obtain the time dimension. This is the speed of fluctuation of the component that is considered to be a fundamental wave. When the time integration corresponding to this time is integrated, there is no problem in the correlation calculation in which the correlation is ideally “1”, but the first order difference as in the correlation calculation unit (1) 7 in FIG. 5 is ignored. In such a method, the correlation value is significantly lowered. Therefore, the determined time is multiplied by a certain constant of about 1/10 to 1/4. This is temporarily called the first time. The first time is valid only in a manner that ignores the primary difference. On the other hand, as shown in equations (1), (2), and (3), there are components that vary due to fading and components that vary due to Doppler shift. Wireless systems always specify the maximum amount of Doppler shift that they can handle. Fading can be seen as a different aspect of the Doppler shift caused by the movement of the terminal, and the fading speed can be roughly estimated from the maximum Doppler shift amount defined by the system. When adjacent peaks are separated by a unit of 100 MHz, the influence of fading on these can be regarded as independent. Therefore, unless the integration time is made sufficiently shorter than the time corresponding to the reciprocal of the fading speed, the correlation decreases due to the influence of fading. Therefore, the time determined from fading is multiplied by a constant constant of about 1/10 to 1/4. This is temporarily called the second time. Note that if the phase variation due to fading is compensated at any time by an equalizer or the like, the second time may be set to a sufficiently long time or determined according to the amount of no compensation partition.

最後に、前述したように、それぞれのピークの中心周波数の検出誤差に対応したずれがある。検出誤差の最大値は、周波数検出方式によって固定的な数値となる。その誤差の最大値を、双方のピークが逆方向に最大値だけずれた場合を考慮して2倍する。それを逆数にして時間にし、これを同様に1/10〜1/4程度にする。これを仮に第3の時間とする。 Finally, as described above, there is a shift corresponding to the detection error of the center frequency of each peak. The maximum value of the detection error is a fixed numerical value depending on the frequency detection method. The maximum value of the error is doubled considering the case where both peaks are shifted by the maximum value in the opposite direction. It is reciprocally converted into time, and this is similarly reduced to about 1/10 to 1/4. This is assumed to be the third time.

ここまでで計算した第1乃至第3の時間のうち、最も短い時間を積分期間とする。なお、キャリアセンス期間が非常に短く相関計算が十分に行えない場合(例えばFFTが数フレーム程度しかなく、時間の概念があまり意味を持たないような場合)には、飛び飛びの複数のキャリアセンス期間にまたがってもよい。その際、期間中断による不連続部を読み込まないように注意し、また合計の積分期間が予め決定した積分期間を超えないようにする。また、ピークの周波数の精度が非常に低く、相関計算が十分な長さで行えないことがないよう、ピーク周波数の検出は十分な精度で、すなわち、十分な解像度を得られるだけの時間を使って検出することが望ましい。 Of the first to third times calculated so far, the shortest time is set as the integration period. When the carrier sense period is very short and the correlation calculation cannot be performed sufficiently (for example, when the FFT is only about a few frames and the concept of time is not meaningful), a plurality of skipped carrier sense periods You may straddle. At that time, care is taken not to read discontinuities due to the interruption of the period, and the total integration period should not exceed the predetermined integration period. In addition, the peak frequency is detected with sufficient accuracy, that is, with sufficient time to obtain sufficient resolution, so that the accuracy of the peak frequency is very low and the correlation calculation cannot be performed with a sufficient length. It is desirable to detect them.

(判定部9)
次に、判定部9での閾値判定であるが、閾値はそれぞれの相関計算の方法や期間に対応して決定する。また、可能であればフィルタで抽出したピークのSNR(Signal to Noise Ratio)を周期性検出部3やフィルタ4等で検出し、これに対応して閾値を調整する。殆どの方法は、理想的には相関が「1」や「1」に近い数値であるが、雑音、歪、フェージングによる位相変動、周波数オフセット誤差、などによって相関値が減っていく。特にSNR劣化による影響は大きいので、まず、それ以外の要因による閾値を決定し、SNRに対応して閾値を変化させると良い。SNRは予め測定しておいた受信機の各周波数における熱雑音と測定されたピークのパワーに基づいて決定すればよい。
(Determination unit 9)
Next, threshold determination is performed by the determination unit 9, and the threshold is determined corresponding to each correlation calculation method and period. Also, if possible, the peak SNR (Signal to Noise Ratio) extracted by the filter is detected by the periodicity detection unit 3, the filter 4, etc., and the threshold value is adjusted accordingly. Most methods ideally have a numerical value close to “1” or “1”, but the correlation value decreases due to noise, distortion, phase variation due to fading, frequency offset error, and the like. In particular, since the influence of SNR degradation is great, it is preferable to first determine a threshold value due to other factors and change the threshold value in accordance with the SNR. The SNR may be determined based on the thermal noise at each frequency of the receiver that has been measured in advance and the measured peak power.

2つ以上の相関計算結果がともにそれぞれの閾値を上回る場合、判定部9は関連するピークに相関があると判定する。判定部9あるいは電磁雑音判定部20は過去に閾値を上回っていたピークの組がある時点で閾値を割った場合、特に、毎回はピーク周波数の検出を行わないようなシステムでは、まず、中心周波数の検出誤差を疑ってみる。そこで、ピーク周波数の補正を周期線検出部3に指示し、補正を行わせる。それでも閾値を下回るような場合には、プライマリ信号がいずれかのピークに重なって発生したなどの要因によって相関が下がったと推定し、相関なしと判定する。 When two or more correlation calculation results both exceed the respective threshold values, the determination unit 9 determines that the related peaks are correlated. When the determination unit 9 or the electromagnetic noise determination unit 20 divides the threshold at a point in time when there is a set of peaks that have exceeded the threshold in the past, particularly in a system that does not detect the peak frequency every time, the center frequency I doubt the detection error. Therefore, the peak line correction unit 3 is instructed to correct the peak frequency, and the correction is performed. If it still falls below the threshold value, it is estimated that the correlation has dropped due to factors such as the primary signal overlapping one of the peaks, and it is determined that there is no correlation.

なお、前述のように、相関値は、特にa次違いをそのまま相関をとるような計算方法の相関値については絶対値で判断する。プライマリはピークの周波数にきっちり重ならなくとも、利用したフィルタの帯域幅、あるいはFFTのビン幅、あるいは、FFT窓関数とオーバーラップFFTで決定する帯域幅の中にある程度のパワーでいれば、本願のような判定の仕方で相関値の減少という形で検出される。この場合は、その周波数ではコグニティブ端末は送信できないので、相関なしと判定されるべきであり、本願の構成によれば、その要求が満足できる。 As described above, the correlation value is determined based on an absolute value, particularly for a correlation value of a calculation method in which the a-order difference is directly correlated. Even if the primary does not overlap exactly with the peak frequency, if the power of the filter is used, or the bin width of the FFT, or the bandwidth determined by the FFT window function and the overlap FFT, It is detected in the form of a decrease in the correlation value in the manner of determination as described above. In this case, since the cognitive terminal cannot transmit at that frequency, it should be determined that there is no correlation. According to the configuration of the present application, the request can be satisfied.

最後に、PCクロックには、電磁輻射を抑圧するためにFM変調を掛ける場合がある。このような場合でも本願はほぼ同じ構成で適用可能である。ただし、3つ以上のFFTビンにまたがる可能性がある。合成の方法は2つの場合とほぼ同じである。オーバーサンプルがない場合は合成先のビンまでの数に応じて周波数オフセットの量を変えていけばよい。オーバーラップFFTがある場合では、FM変調を掛けた結果の信号の帯域幅がFFTビン間隔×オーバーサンプル率を超えない場合は、それが帯域の端で折り返されないように中心周波数に別途オフセットを掛ける程度でよい。超える場合は、隣接ビン、あるいはオーバーサンプル率に対応して適切な間隔で選んだビンをオーバーラップがない場合と同様に合成していく必要がある。この場合、信号のエイリアスが大きな問題にならないよう、FFTの窓関数で決定される1ビンの実効帯域幅はFFTビン間隔×オーバーサンプル率より小さくなるようにオーバーラップ率、窓関数の形状を選択する必要がある。また、積分時間は、もし、基本波の線幅によって積分時間があまりにも短くなる場合には、相関計算の方法のうち、1次違いを無視する類の相関計算は利用せず、理想的には「1」になる類の方法を利用すると良い。   Finally, the PC clock may be subjected to FM modulation to suppress electromagnetic radiation. Even in such a case, the present application can be applied with substantially the same configuration. However, it may span more than two FFT bins. The method of synthesis is almost the same as in the two cases. If there is no oversampling, the amount of frequency offset can be changed according to the number of bins up to the synthesis destination. When there is an overlap FFT, if the bandwidth of the signal resulting from FM modulation does not exceed the FFT bin interval x the oversampling rate, an additional offset is added to the center frequency so that it will not be folded at the end of the band. It is enough to hang. When exceeding, it is necessary to combine adjacent bins or bins selected at an appropriate interval corresponding to the oversample rate in the same manner as when there is no overlap. In this case, the overlap ratio and the shape of the window function are selected so that the effective bandwidth of one bin determined by the FFT window function is smaller than the FFT bin interval x the oversample rate so that signal aliasing does not become a big problem. There is a need to. Also, if the integration time is too short due to the line width of the fundamental wave, the integration time is ideally not used in the correlation calculation method, which ignores the primary difference. It is better to use a method of “1”.

なお、本発明は上記実施例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、上記実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施例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、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   In addition, this invention is not limited to the said Example as it is, A component can be deform | transformed and embodied in the range which does not deviate from the summary in an implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiments. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本発明の信号検出装置の代表的な実施の形態である。It is typical embodiment of the signal detection apparatus of this invention. 本発明の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of this invention. 本発明の無線通信装置の代表的な実施の形態である。It is typical embodiment of the radio | wireless communication apparatus of this invention. 本発明の無線通信装置の一部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a part of radio | wireless communication apparatus of this invention. 本発明の信号検出装置の実施形態の1つを示した図である。It is the figure which showed one of the embodiment of the signal detection apparatus of this invention. 本発明の相関検出の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement of the correlation detection of this invention. 本発明の信号検出装置の実施形態の1つを示した図である。It is the figure which showed one of the embodiment of the signal detection apparatus of this invention. 本発明の信号検出装置の実施形態の1つを示した図である。It is the figure which showed one of the embodiment of the signal detection apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・信号検出装置
3・・・周期性検出部
4・・・フィルタ
5・・・複素共役乗算部
6・・・位相調整部
7、8・・・相関計算部
9・・・判定部
11・・・無線通信装置
12・・・受信アンテナ
13・・・無線信号受信部
14・・・無線信号変換部
15・・・復調部
18・・・キャリアセンス部
19・・・利用状況識別部
20・・・電磁雑音判定部
21・・・周波数選択部
22・・・送信アンテナ
23・・・無線信号生成部
25・・・RF部
26・・・ダウンコンバータ
27・・・低域濾波器
28・・・A/D部
29・・・FFT部
31・・・位相変動抽出部
32・・・振幅変動抽出部
33・・・位相差検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Signal detection apparatus 3 ... Periodicity detection part 4 ... Filter 5 ... Complex conjugate multiplication part
6 ... phase adjustment unit 7, 8 ... correlation calculation unit 9 ... determination unit 11 ... radio communication device 12 ... receiving antenna 13 ... radio signal receiving unit 14 ... radio signal conversion Unit 15 ... demodulator 18 carrier sense unit 19 usage status identification unit 20 electromagnetic noise determination unit 21 frequency selection unit 22 transmission antenna 23 radio signal generation Unit 25 ... RF unit 26 ... down converter 27 ... low-pass filter 28 ... A / D unit 29 ... FFT unit 31 ... phase fluctuation extraction unit 32 ... amplitude fluctuation extraction Unit 33 ... Phase difference detection unit

Claims (15)

入力信号に含まれる周波数上の周期的ピークから、第1及び第2のピークを抽出するフィルタ手段と、
前記第1のピークの波形と前記第2のピークの波形について、所定の2種類以上の相関計算を行う相関検出手段と、
相関計算結果をそれぞれ所定の閾値と比較することにより、第1のピークの波形変動と第2のピークの波形変動の比率が、おおよそm対m+a(mは、前記第1のピークの無線周波数を前記周波数上の周期的ピークが示す周期で割った値。m+aは、前記第2のピークの無線周波数を前記周期で割った値)とみなせる場合に、前記第1のピークと前記第2のピークは発生源が同一であると判定する相関判定手段と、
を有することを特徴とする信号検出装置。
Filter means for extracting first and second peaks from periodic peaks on the frequency included in the input signal;
Correlation detecting means for performing two or more predetermined correlation calculations for the first peak waveform and the second peak waveform;
By comparing each correlation calculation result with a predetermined threshold value, the ratio of the first peak waveform fluctuation to the second peak waveform fluctuation is approximately m to m + a (m is the radio frequency of the first peak. The value obtained by dividing the period by the periodic peak on the frequency, where m + a is the value obtained by dividing the radio frequency of the second peak by the period), and the first peak and the second peak. Is a correlation determination means for determining that the source is the same, and
A signal detection device comprising:
入力信号に含まれる周波数上の周期的ピークから、少なくとも3つを抽出するフィルタ手段と、
前記抽出されたピークのうち、組み合わせの異なる2つのピークの組についてそれぞれ1種類以上の相関計算を行い、前記相関計算の結果をそれぞれ所定の閾値と比較することにより、前記閾値を上回った組に含まれる前記ピークについては、発生源が同一であると判定する相関判定手段と、
を有することを特徴とする信号検出装置。
Filter means for extracting at least three from periodic peaks on the frequency included in the input signal;
Among the extracted peaks, one or more types of correlation calculation is performed for each pair of two peaks having different combinations, and the result of the correlation calculation is compared with a predetermined threshold value to obtain a set that exceeds the threshold value. Correlation determining means for determining that the included sources are the same for the included peaks;
A signal detection device comprising:
前記入力信号の周波数上の周期的ピークと、その周期を検出する周期性検出手段をさらに有することを特徴とする請求項1または2の信号検出装置。 3. The signal detection apparatus according to claim 1, further comprising periodic peaks on the frequency of the input signal and periodicity detecting means for detecting the period. 前記周期性検出手段は、サイクロステーショナリ特性を計算することによって、前記入力信号の周期的ピークと周期を検出することを特徴とする請求項3の信号検出装置。   4. The signal detection apparatus according to claim 3, wherein the periodicity detection means detects a periodic peak and a period of the input signal by calculating a cyclostationary characteristic. 前記相関判定手段は、
前記第1のピークと前記第2のピークのいずれか一方の複素共役と他方の乗算を周波数オフセット補償後に行って、複素共役乗算結果を計算する複素共役乗算手段と、
前記複素共役乗算結果を積分して第1の相関値を計算する第1の相関検出手段と、
前記複素共役乗算結果の位相成分をm/a倍したものと前記第1のピークの位相成分の相関値を第2の相関値として計算する第2の相関検出手段と、を有し、
前記相関判定手段は、
前記第1の相関値が第1の閾値以上であり、前記第2の相関値が第2の閾値以上である場合に、前記第1のピークと前記第2のピークは発生源が同一であると判定することを特徴とする請求項1記載の信号検出装置。
The correlation determination means includes
Complex conjugate multiplication means for performing a complex conjugate multiplication of one of the first peak and the second peak after frequency offset compensation and calculating a complex conjugate multiplication result;
First correlation detection means for calculating a first correlation value by integrating the complex conjugate multiplication results;
Second correlation detection means for calculating a correlation value between the phase component of the complex conjugate multiplication result m / a times and the phase component of the first peak as a second correlation value;
The correlation determination means includes
When the first correlation value is equal to or greater than a first threshold and the second correlation value is equal to or greater than a second threshold, the first peak and the second peak are generated from the same source. The signal detection device according to claim 1, wherein:
フィルタ特性の乗算およびベースバンドへの変換は、FFT結果のうち、前記第1、第2のピークを含むビンを抽出することによって行うことを特徴とする請求項5記載の信号検出装置。   6. The signal detection apparatus according to claim 5, wherein the multiplication of the filter characteristics and the conversion to the baseband are performed by extracting bins including the first and second peaks from the FFT result. 前記第1または第2のピークの周波数と、FFTビンの中心周波数とのオフセット分を検出する手段と、ベースバンドへの変換時に前記オフセット分を補正する手段とを、さらに有することを特徴とする請求項6記載の信号検出装置。   The apparatus further comprises means for detecting an offset between the first or second peak frequency and the center frequency of the FFT bin, and means for correcting the offset at the time of conversion to baseband. The signal detection device according to claim 6. 前記aは、a=1であることを特徴とする請求項1記載の信号検出装置。 The signal detection apparatus according to claim 1, wherein a is a = 1. 1つの組に含まれる2つのピークは互いに隣接するピークであることを特徴とする請求項2の信号検出装置 3. The signal detection apparatus according to claim 2, wherein two peaks included in one set are adjacent to each other. 前記mおよび前記aが検出誤差を含めて整数とみなせない場合、前記周期を1/2または1/3として、mおよびaを再計算することを特徴とする請求項3の信号検出装置。 4. The signal detection apparatus according to claim 3, wherein when m and a cannot be regarded as an integer including a detection error, m and a are recalculated by setting the period to 1/2 or 1/3. 前記再計算の結果、前記mおよび前記aが検出誤差を含めて整数とみなせない場合、前記第1および第2のピークは発生源が同一でないと判断することを特徴とする請求項10記載の信号検出装置 11. The method according to claim 10, wherein, as a result of the recalculation, when the m and the a cannot be regarded as an integer including a detection error, the first and second peaks are determined not to have the same source. Signal detection device 前記フィルタ手段は、さらに、第3のピークを抽出し、
前記第2の相関検出手段は、さらに、前記第1及び前記第2のピークによる複素共役乗算結果の位相成分の(m+b)/a倍(m+b(bは整数)は、前記第3のピークの無線周波数を前記周期で割った値)と前記第3のピークの位相成分とによる第3の相関値を計算し、
前記相関判定手段は、前記第3の相関値が、第3の閾値以上であった場合に、前記第3のピークは、前記第1、前記第2のピークと発生源が同一であると判定すること
を特徴とする請求項5記載の信号検出装置。
The filter means further extracts a third peak,
The second correlation detection means further calculates (m + b) / a times (m + b (b is an integer)) of the phase component of the complex conjugate multiplication result by the first and second peaks, A value obtained by dividing a peak radio frequency by the period) and a third correlation value by the phase component of the third peak;
The correlation determination means determines that the source of the third peak is the same as the first and second peaks when the third correlation value is equal to or greater than a third threshold. The signal detection device according to claim 5, wherein
前記フィルタ手段によって抽出された3つのピークをそれぞれ、第1、第2、第3のピークとし、前記第1のピークの無線周波数を前記周波数上の周期的ピークが示す周期で割った値をm、前記第2のピークの無線周波数を前記周期で割った値をm+a、前記第3のピークの無線周波数を前記周期で割った値をm+bとし、
前記第1のピークと前記第2のピークのいずれか一方の複素共役と他方の乗算を周波数オフセット補償後に行って、第1の複素共役乗算結果を計算し、前記第1のピークと前記第3のピークのいずれか一方の複素共役と他方の乗算を周波数オフセット補償後に行って、第2の複素共役乗算結果を計算する複素共役乗算手段と、
前記第1の複素共役乗算結果の位相成分を1/a倍した値と、前記第2の複素共役乗算結果の位相成分を1/b倍した値との間の相関である第4の相関値を計算する相関検出手段と、
前記第4の相関値が第4の閾値以上である場合に、前記第1、第2、第3のピークは発生源が同一であると判定する判定手段と、
を有することを特徴とする請求項2記載の信号検出装置。
The three peaks extracted by the filter means are defined as first, second, and third peaks, respectively, and a value obtained by dividing the radio frequency of the first peak by the period indicated by the periodic peak on the frequency is m. The value obtained by dividing the radio frequency of the second peak by the period is m + a, and the value obtained by dividing the radio frequency of the third peak by the period is m + b.
The complex conjugate of one of the first peak and the second peak and the other multiplication are performed after frequency offset compensation to calculate a first complex conjugate multiplication result, and the first peak and the third peak are calculated. Complex conjugate multiplication means for performing multiplication of the complex conjugate of one of the peaks and the other of the peaks after frequency offset compensation to calculate a second complex conjugate multiplication result;
A fourth correlation value that is a correlation between a value obtained by multiplying the phase component of the first complex conjugate multiplication result by 1 / a and a value obtained by multiplying the phase component of the second complex conjugate multiplication result by 1 / b. Correlation detection means for calculating
A determination unit that determines that the first, second, and third peaks have the same generation source when the fourth correlation value is equal to or greater than a fourth threshold;
The signal detection device according to claim 2, further comprising:
前記フィルタ手段は、第1乃至第4のピークを抽出し、前記第1のピークの無線周波数を前記周波数上の周期的ピークが示す周期で割った値をm、前記第2のピークの無線周波数を前記周期で割った値をm+a、前記第3のピークの無線周波数を前記周期で割った値をn、前記第4のピークの無線周波数を前記周期で割った値をn+bとし、
前記第1のピークと前記第2のピークのいずれか一方の複素共役と他方の乗算を周波数オフセット補償後に行って、第1の複素共役乗算結果を計算し、前記第3のピークと前記第4のピークのいずれか一方の複素共役と他方の乗算を周波数オフセット補償後に行って、第2の複素共役乗算結果を計算する複素共役乗算手段と、
前記第1の複素共役乗算結果の位相成分の1/a倍と、前記第2の複素共役乗算結果の位相成分の1/b倍の間の相関である第5の相関値を計算する相関検出手段と、
前記第5の相関値が第5の閾値以上である場合に、前記第1、第2、第3、第4のピークは発生源が同一であると判定する判定手段と、
を有することを特徴とする請求項2記載の信号検出装置。
The filter means extracts the first to fourth peaks, m is a value obtained by dividing the radio frequency of the first peak by the period indicated by the periodic peak on the frequency, and the radio frequency of the second peak M + a, a value obtained by dividing the third peak radio frequency by the period n, a value obtained by dividing the fourth peak radio frequency by the period n + b,
The complex conjugate of one of the first peak and the second peak and the other multiplication are performed after frequency offset compensation to calculate a first complex conjugate multiplication result, and the third peak and the fourth peak are calculated. Complex conjugate multiplication means for performing multiplication of the complex conjugate of one of the peaks and the other of the peaks after frequency offset compensation to calculate a second complex conjugate multiplication result;
Correlation detection for calculating a fifth correlation value that is a correlation between 1 / a times the phase component of the first complex conjugate multiplication result and 1 / b times the phase component of the second complex conjugate multiplication result Means,
A determination means for determining that the first, second, third, and fourth peaks have the same source when the fifth correlation value is equal to or greater than a fifth threshold;
The signal detection device according to claim 2, further comprising:
請求項1乃至請求項14記載の信号検出装置と、
前記信号検出装置の出力を受けて、発生源が同一であると判定された複数のピークが電磁雑音であると判定する電磁雑音判定手段と、
前記電磁雑音判定手段によって、電磁雑音であると判定された周波数を利用可な周波数として認識する周波数選択手段を有することを特徴とする無線通信装置。
A signal detection device according to claim 1 to 14,
Electromagnetic noise determination means for receiving the output of the signal detection device and determining that a plurality of peaks determined to have the same source are electromagnetic noise;
A radio communication apparatus comprising frequency selection means for recognizing a frequency determined as electromagnetic noise by the electromagnetic noise determination means as an available frequency.
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