JP2014165509A

JP2014165509A - 信号検出装置、信号検出方法及び受信装置

Info

Publication number: JP2014165509A
Application number: JP2013031804A
Authority: JP
Inventors: Daichi Okumura; 大地奥村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-09-08
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: JP6070252B2

Abstract

【課題】受信感度を低下させずに、かつ不要な信号の検出を低く抑えることが可能な信号検出装置、信号検出方法及び受信装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る信号検出装置１０は、受信信号の帯域幅及び継続時間を測定する帯域幅・継続時間測定部１１と、測定した帯域幅及び継続時間の積である帯域幅時間積に基づき抽出信号を検出する抽出信号検出部１２と、受信信号を広帯域信号のまま遅延させる広帯域信号遅延部１４と、遅延した受信信号から検出した抽出信号を抽出する信号抽出部１３とを備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、信号検出装置、信号検出方法及び受信装置に関し、特に、受信した信号から抽出目的とする信号を検出する信号検出装置、信号検出方法及び受信装置に関する。

不法電波を取り締まる目的や電波の利用状況を測定する目的等のために、電波を監視する電波監視装置（電波監視用受信装置）が知られている。電波監視装置は、広帯域の受信信号のなかから、種々の無線通信装置が無線通信を行っている通信信号を検出し、申請通りの通信用途に使用しているかなどを監視する。

信号検出に関連する技術として、例えば、特許文献１や２が知られている。特許文献１には、無線周波数帯域のスペクトルに基づいて無線周波数帯域を管理することが記載されている。特許文献２には、音響信号の周波数スペクトルからブロードバンド信号を検出することが記載されている。

特表２００５−５２３６１６号公報特開２００４−１１８１０８号公報

関連する電波監視装置（信号検出装置）において、通信信号の検出は、一般に、受信信号の電力があらかじめ設定されたしきい値を超えた場合に「検出」と判定（スレッショルド判定）している。

しかし、実空間においては通信信号以外に雑音や通信機以外から発生した漏洩電波なども飛び交っており、スレッショルド判定のみだとこれら不要な信号も復調対象として検出してしまうことも多々ある。このため、電波監視業務の妨げとなってしまうという現状がある。受信感度を落とせば、不要な信号を拾う可能性は低くなるが、必要な信号まで取り逃がしてしまうため、有効な方法とはならなかった。

このように、関連する技術では、受信感度を低下させずに、かつ不要な信号の検出を低く抑えることが困難であるという問題がある。

本発明の目的は、このような課題を解決する信号検出装置、信号検出方法及び受信装置を提供することにある。

本発明に係る信号検出装置は、広帯域信号である受信信号の帯域幅及び継続時間を測定する帯域幅・継続時間測定部と、前記測定した帯域幅及び継続時間の積である帯域幅時間積に基づき抽出信号を検出する抽出信号検出部と、前記受信信号を広帯域信号のまま遅延させる広帯域信号遅延部と、前記遅延した受信信号から前記検出した抽出信号を抽出する信号抽出部と、を備えるものである。

本発明に係る信号検出方法は、広帯域信号である受信信号の帯域幅及び継続時間を測定し、前記測定した帯域幅及び継続時間の積である帯域幅時間積に基づき抽出信号を検出し、前記受信信号を広帯域信号のまま遅延させ、前記遅延した受信信号から前記検出した抽出信号を抽出するものである。

本発明に係る受信装置は、広帯域信号である受信信号の帯域幅及び継続時間を測定する帯域幅・継続時間測定部と、前記測定した帯域幅及び継続時間の積である帯域幅時間積に基づき抽出信号を検出する抽出信号検出部と、前記受信信号を広帯域信号のまま遅延させる広帯域信号遅延部と、前記遅延した受信信号から前記検出した抽出信号を抽出する信号抽出部と、前記抽出した抽出信号の変調方式に対応して当該抽出信号を復調する復調部と、を備えるものである。

本発明によれば、受信感度を低下させずに、かつ不要な信号の検出を低く抑えることが可能な信号検出装置、信号検出方法及び受信装置を提供することができる。

実施の形態に係る信号検出装置の特徴を説明するための構成図である。実施の形態１に係る電波監視装置の構成を示す構成図である。実施の形態１に係る電波監視装置の動作を説明するためのスペクトラム及びスぺクトログラムである。実施の形態１に係る電波監視装置の動作を説明するためのスペクトラムである。

（実施の形態の特徴）
実施の形態の説明に先立って、実施の形態の特徴についてその概要を説明する。図１は、実施の形態に係る信号検出装置の主要な構成を示している。図１に示すように、信号検出装置１０（後述の電波監視装置１００に相当）は、帯域幅・継続時間測定部１１と抽出信号検出部１２と広帯域信号遅延部１４と信号抽出部１３とを備えている。帯域幅・継続時間測定部１１は、広帯域信号である受信信号の帯域幅及び継続時間を測定する。抽出信号検出部１２（後述のＢ・τ積判定部１０５に相当）は、測定した帯域幅及び継続時間の積である帯域幅時間積に基づき抽出信号を検出する。広帯域信号遅延部１４（後述の広帯域ＦＩＦＯメモリ１０６に相当）は、受信信号を広帯域信号のまま遅延させる。信号抽出部１３（後述のＤＤＣ部１０７に相当）は、遅延した受信信号から検出した抽出信号を抽出する。

このように、実施の形態では、受信信号の帯域幅時間積（Ｂ・τ積）に基づき抽出信号（通信信号）を検出することとした。これにより、受信感度を低下させずに、かつ不要な信号の検出を低く抑えることができる。すなわち、受信した受信信号の中から通信信号だけを取り出す目的に対して、通信信号の場合には、受信信号が一定以上の帯域幅を持ち、かつ継続している特徴を持つことが一般的である。実施の形態では、それを利用し、検出した受信信号の帯域幅と信号継続時間を測定し、それらの積が例えば設定値以上となった信号については復調（例えば信号を抽出）し、設定値未満のものについては復調しないことで、雑音など不要な受信信号の検出・復調処理を低減することができる。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図２は、本実施の形態に係る電波監視装置１００の構成を示している。電波監視装置１００は、電波を監視するために、電波を受信し、受信信号から通信信号を検出（抽出）し復調を行う受信装置（信号検出装置）である。

図２に示すように、本実施の形態に係る電波監視装置１００は、ＡＤ変換器１０１、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１０２、スレッショルド判定部１０３、帯域幅・継続時間測定部１０４、Ｂ・τ積判定部１０５、広帯域ＦＩＦＯ（First In First Out）メモリ１０６、ＤＤＣ（Digital Down Converter）部１０７、復調部１０８、受信アンテナ１０９を備えている。

ＡＤ変換器１０１は、入力されるアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号にＡＤ変換し、さらに、デジタル信号をＩＱデータ（ＩＱ成分）に変換する。具体的には、ＡＤ変換器１０１は、受信アンテナ１０９が受信した広帯域の受信信号が入力され、入力された受信信号をＡＤ変換した後に広帯域ＩＱデータに変換し、生成した広帯域ＩＱデータを出力する。

ＦＦＴ部１０２は、入力信号に対しＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行い、信号の周波数帯域ごとの電力分布を解析可能な周波数スペクトルを生成する。なお、ＦＦＴの計算自体は一般的なアルゴリズムを用いて行ってもよい。具体的には、ＦＦＴ部１０２は、ＡＤ変換器１０１にて出力された広帯域ＩＱデータが入力され、入力された広帯域ＩＱデータに対してＦＦＴ処理を行いスペクトラムデータを生成し、生成したスペクトラムデータを出力する。

スレッショルド判定部１０３は、入力信号の電力（信号レベル）と予め設定されたしきい値（電力しきい値）とを比較し、しきい値より電力が大きい信号を出力する。具体的には、スレッショルド判定部１０３は、ＦＦＴ部１０２にて生成されたスペクトラムデータが入力され、入力されたスペクトラムデータに対して、設定されたしきい値に基づき、しきい値検出を行う。スレッショルド判定部１０３は、電力がそのしきい値を超えた信号の中心周波数及び概略帯域幅を検出候補（検出候補信号）として出力する。これにより、電力が小さいノイズ等を除去し、不要な検出処理を低減する。

帯域幅・継続時間測定部１０４は、入力信号の帯域幅Ｂと入力信号が継続（連続）する継続時間τを測定する。具体的には、帯域幅・継続時間測定部１０４は、スレッショルド判定部１０３にて生成された検出候補信号を一定時間分入力し、入力された検出候補信号の帯域幅Ｂを測定するとともに、検出候補信号が継続する継続時間τを測定し、測定した帯域幅Ｂ及び継続時間τを出力する。例えば、帯域幅・継続時間測定部１０４は、所定の帯域幅測定時間間隔Δτで信号の帯域幅Ｂを測定し、信号が継続した帯域幅測定回数ｎを出力する。

Ｂ・τ積判定部１０５は、入力信号の帯域幅Ｂと継続時間τのＢ・τ積と予め設定された設定値とを比較し、設定値よりもＢ・τ積が大きい信号を出力する。具体的には、Ｂ・τ積判定部１０５は、帯域幅・継続時間測定部１０４にて測定された帯域幅Ｂ及び継続時間τが入力され、入力された帯域幅Ｂ及び継続時間τのＢ・τ積を計算し、計算したＢ・τ積が設定値以上の信号の中心周波数と帯域幅を検出信号（抽出信号）として出力する。これにより、監視対象以外の信号を除去し、不要な復調（抽出）処理を低減する。Ｂ・τ積判定部１０５は、Ｂ・τ積の判定に加えて、さらに、帯域幅Ｂがしきい値以上であることや、継続時間τがしきい値以上であることを、検出信号の判定条件としてもよい。これにより、さらに信号を絞りこみ、不要な信号を除去することができる。

例えば、Ｂ・τ積判定部１０５は、Ｂ・τ積を次の式１により計算する。すなわち、式１のように、受信信号の帯域幅Ｂに帯域幅測定時間間隔Δτを乗算し、この乗算結果を、受信信号が継続している間の帯域幅測定回数ｎ分、積算してＢ・τ積を求める。

Δτ：帯域幅測定時間間隔
ｎ：受信信号が継続している間の帯域幅測定回数
Ｂｉ：受信信号の帯域幅

広帯域ＦＩＦＯメモリ１０６は、検出信号を特定せずに受信信号を広帯域信号のまま一時的に記憶する受信バッファ（受信信号記憶部）である。具体的には、広帯域ＦＩＦＯメモリ１０６は、ＡＤ変換器１０１にて出力された広帯域ＩＱデータが入力され、入力された順に広帯域ＩＱデータを保持し、保持した広帯域ＩＱデータを出力する。広帯域ＦＩＦＯメモリ１０６は、広帯域ＩＱデータを一定時間遅延させた後に出力する。広帯域ＩＱデータの遅延は、ＤＤＣ部１０７が、現在よりも遅延時間だけ前の信号を読み出すことで実現してもよい。例えば、広帯域ＦＩＦＯメモリ１０６は、ＡＤ変換器１０１が広帯域ＩＱデータを生成してから（受信信号を受信してから）、Ｂ・τ積判定部１０５が検出信号を検出するまでの時間、広帯域ＩＱデータを遅延させる。すなわち、ＦＦＴ部１０２の処理時間、スレッショルド判定部１０３の処理時間、帯域幅・継続時間測定部１０４の処理時間、Ｂ・τ積判定部１０５の処理時間だけ、信号を遅延させる。例えば、Ｂ・τ積判定部１０５が検出信号を検出するまでの時間を測定し、この測定時間に応じて、遅延時間を動的に制御してもよい。

ＤＤＣ部１０７は、入力信号に対しＤＤＣ（デジタル・ダウン・コンバータ）処理を行い、復調可能な信号を生成する。具体的には、ＤＤＣ部１０７は、広帯域ＦＩＦＯメモリ１０６に蓄積された広帯域ＩＱデータとＢ・τ積判定部１０５でＢ・τ積が設定値以上と判定された検出信号が入力され、広帯域ＩＱデータのうちＢ・τ積判定部１０５が出力する中心周波数と帯域幅を基にＤＤＣ処理を行い、当該信号（狭帯域ＩＱデータ）を抽出し、抽出したＩＱデータを出力する。

復調部１０８は、入力信号の変調方式に対応した復調を行う。具体的には、復調部１０８は、ＤＤＣ部１０７にて抽出されたＩＱデータが入力され、入力されたＩＱデータに応じた方式で復調を行う。例えば、復調部１０８は、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying)方式の復調器やＰＳＫ（Phase Shift Keying)方式の復調器を有し、入力信号を各復調器により復調して、いずれかの復調器により復調が成功した復調データを出力する。また、入力信号のスペクトル等により変調方式を推定し、推定した変調方式に対応する復調器により復調を行ってもよい。例えば、変調方式の特徴を示す信号の中心周波数、帯域幅、継続時間、Ｂ・τ積などを予め記憶しておき、受信信号と比較することで変調方式を推定してもよい。

次に、本実施の形態に係る電波監視装置１００の動作を説明する。電波監視装置１００は、図２に示す矢印にしたがって、上記のように各部が信号処理を行う。すなわち、受信アンテナ１０９が一定以上の帯域幅を持つ広帯域の信号を受信し、ＡＤ変換器１０１にて受信信号をＡＤ変換して、ＩＱデータ（広帯域ＩＱデータ）に変換する。このＩＱデータは閾値計算処理を行う一方で広帯域ＦＩＦＯメモリ１０６にも蓄積しておく。

さらに、ＩＱデータはＦＦＴ部１０２にてＦＦＴ処理を行いスペクトラムデータが生成され、スレッショルド判定部１０３にてスレッショルド判定を行い、一定レベル以上の検出候補信号を検出する。図３（ａ）は、ＦＦＴ部１０２が生成したスペクトラムデータの一例を示している。スレッショルド判定部１０３は、スペクトラムデータにおける各周波数の電力としきい値を比較し、しきい値より大きい信号を検出する。図３（ａ）では、周波数帯２０１〜２０４でしきい値を超えるため、周波数帯（検出候補信号）２０１〜２０４の中心周波数及び概略帯域幅を出力する。

本実施の形態ではその後、検出された検出候補信号に対して、さらに帯域幅・継続時間測定部１０４にて帯域幅Ｂならびに継続時間τの測定を行った後、Ｂ・τ積判定部１０５にて帯域幅と継続時間の積を設定値（閾値）と比較判定する。図３（ｂ）は、図３（ａ）のスペクトラムに対応するスペクトログラムの一例であり、Ｂ・τ積判定部１０５で計算する信号のＢ・τ積のイメージを示している。図４は、Ｂ・τ積判定部１０５で計算する信号のΔτごとの帯域幅Ｂのイメージを示している。なお、図３（ｂ）のようなスペクトログラムのイメージデータを生成し、イメージデータを解析して信号分布の面積を求めることで、Ｂ・τ積を計算してもよい。

帯域幅・継続時間測定部１０４は、図３（ｂ）に示すように、帯域幅測定時間間隔Δτごとに帯域幅Ｂを測定し、信号が継続する帯域幅測定回数ｎをカウントする。図３（ｂ）では、帯域幅・継続時間測定部１０４は、検出候補信号２０１〜２０４のそれぞれについて、帯域幅Ｂと帯域幅測定回数ｎを測定し出力する。

例えば、図４に示すように、帯域幅・継続時間測定部１０４は、Δτのときに測定した帯域幅Ｂ_１、２・Δτのときに測定した帯域幅Ｂ_２、３・Δτのときに測定した帯域幅Ｂ_３、４・Δτのときに測定した帯域幅Ｂ_４を出力し、帯域幅Ｂを測定した回数（例えば４）を出力する。さらに、Ｂ・τ積判定部１０５は、上記の式１によりＢ・τ積を求める。図４の例では、Ｂ_１×Δτ、Ｂ_２×Δτ、Ｂ_３×Δτ、Ｂ_４×Δτを算出し、これらを積算する。帯域幅・継続時間測定部１０４は、図３（ｂ）の検出候補信号２０１〜２０４のそれぞれについてＢ・τ積を計算し、Ｂ・τ積が設定値より大きい信号（検出信号）の中心周波数と帯域幅を出力する。例えば、検出候補信号２０１〜２０４のＢ・τ積が設定値より大きい場合、検出候補信号２０１〜２０４の中心周波数と帯域幅を出力する。

その後、ＤＤＣ部１０７にて広帯域ＦＩＦＯメモリ１０６に蓄積されている広帯域ＩＱデータのうちの検出信号に対してＤＤＣ処理を行う。例えば、図３（ｂ）の信号２０１〜２０４が検出信号の場合、ＤＤＣ処理により信号２０１〜２０４を抽出し出力する。抽出された信号に対して、復調部１０８にて復調処理を行い、最終結果を出力する。

以上のように、本実施の形態では、電波監視装置（信号検出装置）において、ある広帯域の信号から検出した受信信号のうち、信号帯域幅Ｂと信号継続時間τを測定し、Ｂ・τ積が設定値以上となった信号のみを復調の対象とし、Ｂ・τ積が設定値未満のものについては復調しないこととした。これにより、受信感度に影響を与えずに不要信号の検出を抑圧することができる。

本実施の形態では、一定の帯域幅と継続時間の積をしきい値とすることで受信感度に影響することなく不要な信号の多くを検出しなくなるので、電波監視業務の作業効率の向上に大きく貢献する。また、通信信号以外の電波として、例えば電力としては大きいが、継続時間の短い、スパイク状の電波を受信してもこれを検出対象から除外することが出来るため、余分な処理を回避することで効率の良い通信波の監視が行える。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０信号検出装置
１１帯域幅・継続時間測定部
１２抽出信号検出部
１３信号抽出部
１４広帯域信号遅延部
１００電波監視装置
１０１ＡＤ変換器
１０２ＦＦＴ部
１０３スレッショルド判定部
１０４帯域幅・継続時間測定部
１０５Ｂ・τ積判定部
１０６広帯域ＦＩＦＯメモリ
１０７ＤＤＣ部
１０８復調部
１０９受信アンテナ

Claims

広帯域信号である受信信号の帯域幅及び継続時間を測定する帯域幅・継続時間測定部と、
前記測定した帯域幅及び継続時間の積である帯域幅時間積に基づき抽出信号を検出する抽出信号検出部と、
前記受信信号を広帯域信号のまま遅延させる広帯域信号遅延部と、
前記遅延した受信信号から前記検出した抽出信号を抽出する信号抽出部と、
を備える信号検出装置。
前記抽出信号検出部は、前記帯域幅時間積が所定の設定値以上の信号を前記抽出信号と決定する、
請求項１に記載の信号検出装置。
前記帯域幅・継続時間測定部は、一定の測定時間間隔で前記帯域幅を測定し、
前記抽出信号検出部は、前記帯域幅に前記測定時間間隔を乗算し前記帯域幅時間積を求める、
請求項１または２に記載の信号検出装置。
前記抽出信号検出部は、さらに前記帯域幅が所定のしきい値以上の信号を前記抽出信号と決定する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の信号検出装置。
前記抽出信号検出部は、さらに前記継続時間が所定のしきい値以上の信号を前記抽出信号と決定する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の信号検出装置。
前記広帯域信号遅延部は、前記受信信号を受信してから前記抽出信号を検出するまでに必要な時間だけ前記受信信号を遅延させる、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の信号検出装置。
前記広帯域信号遅延部は、記憶部に前記受信信号を記憶し、前記記憶部に記憶された受信信号のうち、現在よりも前記遅延時間前の信号を前記遅延した受信信号として出力する、
請求項６に記載の信号検出装置。
広帯域信号である受信信号の帯域幅及び継続時間を測定し、
前記測定した帯域幅及び継続時間の積である帯域幅時間積に基づき抽出信号を検出し、
前記受信信号を広帯域信号のまま遅延させ、
前記遅延した受信信号から前記検出した抽出信号を抽出する、
信号検出方法。
前記抽出信号の検出では、前記帯域幅時間積が所定の設定値以上の信号を前記抽出信号と決定する、
請求項８に記載の信号検出方法。
前記帯域幅及び前記継続時間の測定では、一定の測定時間間隔で前記帯域幅を測定し、
前記抽出信号の検出では、前記帯域幅に前記測定時間間隔を乗算し前記帯域幅時間積を求める、
請求項８または９に記載の信号検出方法。
前記抽出信号の検出では、さらに前記帯域幅が所定のしきい値以上の信号を前記抽出信号と決定する、
請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の信号検出方法。
前記抽出信号の検出では、さらに前記継続時間が所定のしきい値以上の信号を前記抽出信号と決定する、
請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の信号検出方法。
前記受信信号の遅延では、前記受信信号を受信してから前記抽出信号を検出するまでに必要な時間だけ前記受信信号を遅延させる、
請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の信号検出方法。
前記受信信号の遅延では、記憶部に前記受信信号を記憶し、前記記憶部に記憶された受信信号のうち、現在よりも前記遅延時間前の信号を前記遅延した受信信号として出力する、
請求項１３に記載の信号検出方法。
広帯域信号である受信信号の帯域幅及び継続時間を測定する帯域幅・継続時間測定部と、
前記測定した帯域幅及び継続時間の積である帯域幅時間積に基づき抽出信号を検出する抽出信号検出部と、
前記受信信号を広帯域信号のまま遅延させる広帯域信号遅延部と、
前記遅延した受信信号から前記検出した抽出信号を抽出する信号抽出部と、
前記抽出した抽出信号の変調方式に対応して当該抽出信号を復調する復調部と、
を備える受信装置。