JP2012129609A

JP2012129609A - 信号分離システム及び信号分離装置

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Publication number: JP2012129609A
Application number: JP2010276974A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Takao; 哲也高尾; Kazufumi Hirata; 和史平田; Hisakazu Maniwa; 久和真庭
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: JP5675313B2

Abstract

【課題】受信信号を系毎に分離できる信号分離システムを得る。
【解決手段】信号分離装置２０は、混信受信信号列に対して、設定時間間隔毎に分割した信号列を生成する信号分割部２０１と、分割した信号列を行とし、混信受信信号列内で出現する周波数を列とした行列Ａを生成し、各分割信号列内での周波数の出現数を対応する列に代入する出現周波数算出部２０２と、行列Ａに対する共分散行列を算出する共分散算出部２０４と、共分散行列を固有値分解して固有値、固有ベクトルを得る固有値分解部２０５と、固有値が所定数得られたとすると、それに対応する固有ベクトルを評価値として算出する評価値算出部２０６と、評価値のそれぞれの列毎に、設定した値に基づき評価値判定指標を算出する評価値判定指標算出部２０７と、評価値に対して、評価値判定指標を超える値を持つ行に対応する周波数を同一系の周波数として分離する系分離部２０８とを含む。
【選択図】図３

Description

この発明は、複数の系からの混信受信信号を系毎の受信信号に分離する信号分離システム及び信号分離装置に関するものである。

周期性を持って通信を行う端末からの混信受信信号の分離方法として、各端末が送信周期の異なる系にそれぞれ所属する場合に、混信受信信号に含まれる信号の周期性を検出し、検出周期で信号を検定し、検出周期毎に信号を分離することで系の分離を行う手法が提案されている（例えば、２００９年１２月２日出願の特願２００９−２７４４２０参照）。

この先行出願（特願２００９−２７４４２０）では、各系の送信周期を基準に各信号を系毎に分離する手法である為、各系で送信周期が同一の場合、系の分離ができないという問題点があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、複数存在する系の送信周期が同一の場合も、各系で使用する周波数の組合せが異なる条件下で、受信信号の周波数出現数の統計量を利用して、受信信号を系毎に分離することができる信号分離システム及び信号分離装置を得ることを目的とする。

本発明に係る信号分離システムは、複数の系にそれぞれ所属する複数の端末からの電波を受信する受信装置と、この受信装置から得られる混信受信信号に対して所定のアルゴリズムを適用する信号分離装置とを備え、前記信号分離装置は、入力混信受信信号列に対して、設定した所定の時間間隔毎に分割した混信受信信号列を生成する信号分割部と、分割した混信受信信号列を行とし、入力混信受信信号列内で出現する周波数を列とした第１の行列を生成し、各分割混信受信信号列内での周波数の出現数を対応する列に代入する出現周波数算出部と、前記第１の行列に対する共分散行列を算出する共分散算出部と、前記共分散行列を固有値分解して、固有値及び固有ベクトルを得る固有値分解部と、固有値が所定数得られたとすると、それに対応する固有ベクトルを評価値として算出する評価値算出部と、前記評価値のそれぞれの列毎に、設定した値あるいは各要素の値に基づき評価値判定指標を算出する評価値判定指標算出部と、前記評価値に対して、前記評価値判定指標を超える値を持つ行に対応する周波数を同一系の周波数として分離する系分離部とを含むものである。

本発明に係る信号分離システムによれば、複数存在する系の送信周期が同一の場合も、各系で使用する周波数の組合せが異なる条件下で、受信信号の周波数出現数の統計量を利用して、受信信号を系毎に分離することができる。

この発明の実施の形態１に係る信号分離システムの構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る信号分離システムの構成を示す図である。この発明の実施の形態１に係る信号分離システムの信号分離装置の構成及び概略動作を示す図である。この発明の実施の形態１に係る信号分離システムが受信する混信受信信号を示す図である。この発明の実施の形態１に係る信号分離システムの信号分離装置の別の構成及び概略動作を示す図である。この発明の実施の形態２に係る信号分離システムの信号分離装置の構成及び概略動作を示す図である。

以下、本発明の信号分離システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る信号分離システムについて図１から図５までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る信号分離システムの構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この発明の実施の形態１に係る信号分離システムは、アンテナ等から構成され、複数の系からの到来信号を受信する受信装置１０と、この受信装置１０から得られる受信データに対して本発明アルゴリズムを適用する信号分離装置２０と、この信号分離装置２０で得た信号分離結果を表示したり記録したりする表示装置３０とが設けられている。

また、系Ａには、端末１、端末２及び端末３が所属する。系Ｂには、端末４、端末５、端末６及び端末７が所属する。

図２は、図１と同様に、この発明の実施の形態１に係る信号分離システムの構成を示す図である。

図２において、系Ａには、端末１及び端末２が所属する。系Ｂには、端末３及び端末４が所属する。系Ｃには、端末５及び端末６が所属する。系Ｄには、端末７及び端末８が所属する。

この発明の実施の形態１に係る信号分離システムは、図１では、１つの系に複数の端末が含まれる場合の通信システムを対象とし、図２では、１つの系内では２つの端末が対向で通信を行う場合の通信システムを対象とする。図１の通信システムは、目的、用途毎に区切られた複数の系の何れかに所属する端末が、系毎に与えられた送信周波数の組合せの中から、送信周波数を事前もしくは状況に応じて選択して送信を行う。図２の通信システムは、端末同士が決められた周波数組合せを用いて信号を送信する。

図３は、この発明の実施の形態１に係る信号分離システムの信号分離装置の構成及び概略動作を示す図である。

図３において、信号分離装置２０は、信号を分割する信号分割部２０１と、出現周波数を算出する出現周波数算出部２０２と、差分を算出する差分算出部２０３と、共分散を算出する共分散算出部２０４と、固有値を分解する固有値分解部２０５と、評価値を算出する評価値算出部２０６と、評価値判定指標を算出する評価値判定指標算出部２０７と、系を分離する系分離部２０８と、周期を検出する周期検出部２１１と、端末を分離する端末分離部２１２とが設けられている。

つぎに、この実施の形態１に係る信号分離システムの動作について図面を参照しながら説明する。

図４は、この発明の実施の形態１に係る信号分離システムが受信する混信受信信号を示す図である。

目的、用途毎に区切られた複数の系の何れかに所属する端末（電波源）が、系毎に決められた異なる周波数組合せの中から信号送信に用いる周波数を送信タイミング毎に選択し信号送信を行う場合や、端末同士が決められた周波数組合せを用いて信号を送信する場合に、各系で使用する周波数の組合せが異なる点に注目し、受信信号における周波数出現数の統計量を利用することで、系或いは端末毎に信号を分離する。

各系或いは端末で通信が発生すれば、その系或いは端末で使用される周波数の出現頻度が高くなる。各系或いは端末同士の通信発生タイミングは無相関であると考えると、一定時間毎の周波数出現頻度は各系或いは端末の通信発生有無により大きく変化すると考えられ、同一系或いは端末で使用する周波数の出現数は連動して変化すると予想される。

この連動して変化する周波数を統計処理することで、統計的に同一タイミングで使用される周波数組合せを検出し、受信信号の周波数を参照し、受信信号を上述の検出周波数組合せにより分離することで、受信信号を系或いは端末毎に分離する。

各系の端末が、周期性を持って信号を送信していれば、送信周期を検出することで、系毎に分離した結果に対して、検出周期で検定を行い、端末毎に信号を分離することも可能となる。

本実施の形態１では、複数種類の系が存在し、各系では同一の周期性を持って通信を行う端末が存在する場合において、以下の方法で分離処理を行う手順について具体的に説明する。ここでは、図１の通信システムに対して処理を行った場合について、具体的に説明するが、図２のような通信システムに対しても、同様の処理を行うこととなる。

信号分離装置２０の信号分割部２０１は、図４に示すような、混信受信信号列Ｒに対して、任意に設定した時間間隔Ｔ_Ｕｎｉｔ毎に分割した混信受信信号列Ｒ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｉ）を生成する。

出現周波数算出部２０２は、分割した混信受信信号列Ｒ_ｉを行とし、混信受信信号列Ｒ内で出現する周波数ｆ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｆ）を列とした行列Ａを生成し、各分割混信受信信号列Ｒ_ｉ内での周波数の出現数Ｎ_{ＲＩ，ｆＦ}を対応する列に代入する。

差分算出部２０３は、行列Ａに対して、任意に設定した時間間隔Ｔ_Ｕｎｉｔずれた時間帯で出現した信号列との周波数の出現数の差分を算出し、行列Ｂ＝Ａ_{ｉ＋１，ｊ}−Ａ_ｉ，ｊとする。

共分散算出部２０４は、行列Ｂに対する共分散行列Ｃを算出する。行列Ｃは、行列Ｂの各周波数を基準に任意に設定した時間間隔当りの周波数の変化の仕方を表す。即ち、共分散が高いと、それに対応する周波数同士は同一タイミングで信号の発生（或いは消滅）が起こっていると考えられる。

固有値分解部２０５は、共分散行列Ｃを固有値分解した結果を、固有値Ｄ、固有ベクトルＶとする。

評価値算出部２０６は、大きな固有値がｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）個得られたとすると、それに対応する固有ベクトルを評価値Ｆ（：，ｋ）として算出する。

ここで、評価値として、以下のように、固有ベクトルを行列Ｃに乗算した結果を評価値として用いてもよい。

評価値判定指標算出部２０７は、評価値判定指標を算出する。この評価値判定指標の算出方法としては、以下のような方法が考えられる。
・評価値Ｆ（：，ｋ）のそれぞれの列毎に、任意に設定した値を評価値判定指標とする。
・評価値Ｆ（：，ｋ）のそれぞれの列毎に、各要素に対する平均値を評価値判定指標とする。
・評価値Ｆ（：，ｋ）のそれぞれの列毎に、各要素に対する平均値μ及び標準偏差σを求め、μ＋Ｌσ（但し、Ｌは任意に設定）を評価値判定指標とする。
・評価値Ｆ（：，ｋ）のそれぞれの列毎に、各要素の最大値と最小値の差分を最小値に加算した値を評価値判定指標とする。

系分離部２０８は、評価値Ｆ（：，ｋ）に対して、算出した評価値判定指標を超える値を持つ行に対応する周波数を同一系の周波数として分離し、各受信信号の受信周波数を参照し、上記同一系の周波数として分離した系毎の周波数組み合わせの結果を用いて、合致する周波数が存在する系へ受信信号を分離する。

周期検出部２１１は、解析対象信号が時間周期性をもって通信を行っている場合、系分離部２０８により系毎に分離された受信信号列に対して自己相関処理を行い、その自己相関処理結果に対して、時刻周期性を位相成分に変換して位相の積み上げを行うことで周期を検出する処理であるＰＲＩ変換処理を行うことで、受信信号の周期を検出する。

端末分離部２１２は、周期検出部２１１により検出した周期を用いて、検定を行う信号の受信時刻に対して、周期の整数倍位置に受信する信号を、同一端末からの信号としてグルーピングすることで、受信信号を系毎に分離し、更に端末毎に分離する。

これらの処理により、混信受信信号を、それぞれの系毎に分離し、更に端末毎に分離することができる。

なお、図３において、信号分離装置２０を構成する、信号分割部２０１、出現周波数算出部２０２、差分算出部２０３、共分散算出部２０４、固有値分解部２０５、評価値算出部２０６、評価値判定指標算出部２０７、及び系分離部２０８のうち、差分算出部２０３が無い場合でも、各系で使用する周波数の組合せが異なる条件下で、受信信号を系毎に分離することができる。

すなわち、共分散算出部２０４は、出現周波数算出部２０２により生成した行列Ａに対する共分散行列Ｃを算出する。

図５は、この発明の実施の形態１に係る信号分離システムの信号分離装置の別の構成及び概略動作を示す図である。

図５において、周期検出部２１１は、信号分割部２０１以降の処理に対して、並列処理を行う。この並列処理以外は、図３の各部の動作と同様である。

周期検出部２１１は、信号分割部２０１と並列に、図４に示すような、混信受信信号列Ｒに対して自己相関処理を行い、その自己相関処理結果に対して、時刻周期性を位相成分に変換して位相の積み上げを行うことで周期を検出する処理であるＰＲＩ変換処理を行うことで、受信信号の周期を検出する。

端末分離部２１２は、系分離部２０８により系毎に分離された受信信号列に対して、周期検出部２１１により検出した周期を用いて、検定を行う信号の受信時刻に対して、周期の整数倍位置に受信する信号を、同一端末からの信号としてグルーピングすることで、受信信号を系毎に分離し、更に端末毎に分離する。

なお、図５において、信号分離装置２０を構成する、信号分割部２０１、出現周波数算出部２０２、差分算出部２０３、共分散算出部２０４、固有値分解部２０５、評価値算出部２０６、評価値判定指標算出部２０７、系分離部２０８、周期検出部２１１、及び端末分離部２１２のうち、差分算出部２０３が無い場合でも、各系で使用する周波数の組合せが異なる条件下で、受信信号を系毎に、更に端末毎に分離することができる。

また、図５において、信号分割部２０１は、設定される時間間隔の代わりに、周期検出部２１１により検出した周期を時間間隔として使用してもよい。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る信号分離システムについて図６を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態２に係る信号分離システムの信号分離装置の構成及び概略動作を示す図である。なお、この発明の実施の形態２に係る信号分離システムの構成は、信号分離装置２０を除き、上記の実施の形態１と同様である。

図６において、信号分離装置２０は、周期を検出する周期検出部２１１と、端末を分離する端末分離部２１２と、端末毎の出現周波数を算出する端末毎の出現周波数算出部２０２Ａと、共分散を算出する共分散算出部２０４と、固有値を分解する固有値分解部２０５と、評価値を算出する評価値算出部２０６と、評価値判定指標を算出する評価値判定指標算出部２０７と、系を分離する系分離部２０８と、系再分離判定部２１３とが設けられている。

つぎに、この実施の形態２に係る信号分離システムの動作について図面を参照しながら説明する。

本実施の形態２では、複数種類の系が存在し、各系では同一の周期性を持って通信を行う端末が存在する場合において、以下の方法で分離処理を行う手順について具体的に説明する。ここでは、図１の通信システムに対して処理を行った場合について、具体的に説明するが、図２のような通信システムに対しても、同様の処理を行うこととなる。

周期検出部２１１は、図４に示すような、混信受信信号列Ｒに対して自己相関処理を行い、その自己相関処理結果に対して、時刻周期性を位相成分に変換して位相の積み上げを行うことで周期を検出する処理であるＰＲＩ変換処理を行うことで、受信信号の周期を検出する。

端末分離部２１２は、周期検出部２１１で検出した周期を用いて、検定を行う信号の受信時刻に対して、周期の整数倍位置に受信した信号を、同一端末からの信号としてグルーピングすることで、受信信号を端末毎に分離する。端末分離の結果、Ｐ個の端末ＮＤ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｐ）を得たとする。

端末毎の出現周波数算出部２０２Ａは、端末分離部２１２で得たＰ個の端末それぞれに含まれる受信信号の周波数を参照し、各端末内で使用される周波数の統計量ＦＣＮＴ_{ＮＤｉ，ｆｊ}を算出する。端末分離部２１２で得た端末ＮＤ（ｉ）を行とし、混信受信信号列Ｒ内で出現する周波数ｆ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｆ）を列とした行列Ａを生成する。行列Ａの要素には算出した各端末内で使用される周波数の統計量ＦＣＮＴ_{ＮＤｉ，ｆｊ}を代入する。

共分散算出部２０４は、行列Ａに対する共分散行列Ｂを算出する。共分散行列Ｂは、行列Ａの列方向の共分散を算出する為、各周波数を基準に各算出端末での周波数出現頻度の類似度を算出していることとなる。（概念的には、ある周波数ｆ１と別の周波数ｆ２とが同一端末で使用される程度を表している。）

固有値分解部２０５は、共分散行列Ｂを固有値分解した結果を、固有値Ｄ、固有ベクトルＶとする。

ここで、評価値として、以下のように、固有ベクトルを行列Ｂに乗算した結果を評価値として用いてもよい。

系再分離判定部２１３は、系分離部２０８による系毎の受信信号の分離結果に対して、１つの端末が２つの系に所属するような組合せが発生した場合、系毎の出現周波数情報に基づき、当該端末を複数の系に再分離する。

これらの処理により、各端末で使用される周波数の統計情報を用いて、各端末の系の分離を行うことができる。

１０受信装置、２０信号分離装置、３０表示装置、２０１信号分割部、２０２出現周波数算出部、２０２Ａ端末毎の出現周波数算出部、２０３差分算出部、２０４共分散算出部、２０５固有値分解部、２０６評価値算出部、２０７評価値判定指標算出部、２０８系分離部、２１１周期検出部、２１２端末分離部、２１３系再分離判定部。

Claims

複数の系にそれぞれ所属する複数の端末からの電波を受信する受信装置と、
この受信装置から得られる混信受信信号に対して所定のアルゴリズムを適用する信号分離装置とを備え、
前記信号分離装置は、
入力混信受信信号列に対して、設定した所定の時間間隔毎に分割した混信受信信号列を生成する信号分割部と、
分割した混信受信信号列を行とし、入力混信受信信号列内で出現する周波数を列とした第１の行列を生成し、各分割混信受信信号列内での周波数の出現数を対応する列に代入する出現周波数算出部と、
前記第１の行列に対する共分散行列を算出する共分散算出部と、
前記共分散行列を固有値分解して、固有値及び固有ベクトルを得る固有値分解部と、
固有値が所定数得られたとすると、それに対応する固有ベクトルを評価値として算出する評価値算出部と、
前記評価値のそれぞれの列毎に、設定した値あるいは各要素の値に基づき評価値判定指標を算出する評価値判定指標算出部と、
前記評価値に対して、前記評価値判定指標を超える値を持つ行に対応する周波数を同一系の周波数として分離する系分離部とを含む
ことを特徴とする信号分離システム。
前記信号分離装置は、
前記第１の行列に対して、前記所定の時間間隔ずれた時間帯の出現周波数を表す行列との差分である第２の行列を算出する差分算出部をさらに含み、
前記共分散算出部は、前記第１の行列の代わりに、前記第２の行列に対する共分散行列を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の信号分離システム。
前記信号分離装置は、
解析対象信号が時間周期性をもって通信を行っている場合、前記系分離部により系毎に分離された受信信号列に対して自己相関処理を行い、その自己相関処理結果に対して、時刻周期性を位相成分に変換して位相の積み上げを行うことで周期を検出する処理であるＰＲＩ変換処理を行うことで、受信信号の周期を検出する周期検出部と、
前記周期検出部により検出した周期を用いて、検定を行う信号の受信時刻に対して、周期の整数倍位置に受信する信号を、同一端末からの信号としてグルーピングすることで、受信信号を系毎に分離し、更に端末毎に分離する端末分離部とをさらに含む
ことを特徴とする請求項１又は２記載の信号分離システム。
前記信号分離装置は、
前記信号分割部と並列に、前記入力混信受信信号列に対して自己相関処理を行い、その自己相関処理結果に対して、時刻周期性を位相成分に変換して位相の積み上げを行うことで周期を検出する処理であるＰＲＩ変換処理を行うことで、受信信号の周期を検出する周期検出部と、
前記系分離部により系毎に分離された受信信号列に対して、前記周期検出部により検出した周期を用いて、検定を行う信号の受信時刻に対して、周期の整数倍位置に受信する信号を、同一端末からの信号としてグルーピングすることで、受信信号を系毎に分離し、更に端末毎に分離する端末分離部とをさらに含む
ことを特徴とする請求項１又は２記載の信号分離システム。
前記信号分割部は、前記所定の時間間隔を、設定する代わりに、前記周期検出部により検出した周期とする
ことを特徴とする請求項４記載の信号分離システム。
複数の端末それぞれに含まれる受信信号の周波数を参照し、各端末内で使用される周波数の統計量を算出するとともに、複数の端末のそれぞれを行とし、入力混信受信信号列内で出現する周波数を列とした行列を生成し、この行列の要素には、算出した各端末内で使用される周波数の統計量を代入する端末毎の出現周波数算出部と、
前記行列に対する共分散行列を算出する共分散算出部と、
前記共分散行列を固有値分解して、固有値及び固有ベクトルを得る固有値分解部と、
固有値が所定数得られたとすると、それに対応する固有ベクトルを評価値として算出する評価値算出部と、
前記評価値のそれぞれの列毎に、設定した値あるいは各要素の値に基づき評価値判定指標を算出する評価値判定指標算出部と、
前記評価値に対して、前記評価値判定指標を超える値を持つ行に対応する周波数を同一系の周波数として分離する系分離部と
を備えたことを特徴とする信号分離装置。
前記入力混信受信信号列に対して自己相関処理を行い、その自己相関処理結果に対して、時刻周期性を位相成分に変換して位相の積み上げを行うことで周期を検出する処理であるＰＲＩ変換処理を行うことで、受信信号の周期を検出する周期検出部と、
前記周期検出部により検出した周期を用いて、検定を行う信号の受信時刻に対して、周期の整数倍位置に受信した信号を、同一端末からの信号としてグルーピングすることで、受信信号を端末毎に分離する端末分離部とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項６記載の信号分離装置。
前記系分離部による系毎の受信信号の分離結果に対して、１つの端末が２つの系に所属するような組合せが発生した場合、系毎の出現周波数情報に基づき、当該端末を複数の系に再分離する系再分離判定部をさらに備えた
ことを特徴とする請求項６又は７記載の信号分離装置。