JP2015050546A

JP2015050546A - マルチパス判定装置

Info

Publication number: JP2015050546A
Application number: JP2013179645A
Authority: JP
Inventors: 滋樹青島; Shigeki Aoshima; 徳満半仁田; Norimitsu Hanita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-16
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: JP6217247B2

Abstract

【課題】電界が変動する受信環境下においてもマルチパスの発生の有無を適切に判定することができるマルチパス判定装置を提供する。
【解決手段】受信した電波の伝播時におけるマルチパスの発生の有無を判定するマルチパス判定装置２０は、受信した電波を検波することにより得られた入力信号の全部又は一部の時間区間の所定の周波数範囲におけるパワーの最大値を上限値として、入力信号の全部又は一部の時間区間の所定の周波数範囲におけるパワーの平均値を基準値として用いて、判定用閾値を設定する閾値設定部２３と、判定用閾値を用いて入力信号の判定区間のパワーレベルを評価することにより、判定区間がマルチパスの発生した時間区間であるか否かを判定する判定部２４とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、受信した電波の伝播時におけるマルチパスの発生の有無を判定するマルチパス判定装置に関する。

従来から、受信した電波（例えばラジオの電波）の伝播時におけるマルチパスの発生の有無を判定する技術が知られている。例えば特許文献１には、車載用ラジオ受信機などに用いられる受信機が記載されている。この受信機では、音声信号または受信信号レベルの少なくともいずれか一方に基づいてマルチパスの発生を検知している。具体的に、中間周波信号に所定レベル以上のパルス状のノイズ成分が含まれていることが検知されると、マルチパスが発生したものと判断している。

特開平８−７９１０９号公報

しかし、従来の技術では、マルチパスの発生の有無を判定するための閾値が、予め決められている。従って、予め決められた閾値が受信時の電界の変動に対応しておらず、電界が変動する受信環境下においては、マルチパスの発生の有無を適切に判定することができない。

そこで、本発明は、電界が変動する受信環境下においてもマルチパスの発生の有無を適切に判定することができるマルチパス判定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る第１の局面は、受信した電波の伝播時におけるマルチパスの発生の有無を判定するマルチパス判定装置であって、受信した電波を検波することにより得られた入力信号の全部又は一部の時間区間の所定の周波数範囲におけるパワーの最大値を上限値として、入力信号の全部又は一部の時間区間の所定の周波数範囲におけるパワーの平均値を基準値として用いて、判定用閾値を設定する閾値設定部と、判定用閾値を用いて入力信号の判定区間のパワーレベルを評価することにより、判定区間がマルチパスの発生した時間区間であるか否かを判定する判定部とを備えている。

本発明に係る第１の局面では、入力信号の全部又は一部の時間区間におけるパワーの最大値を上限値として、そのパワーの平均値を基準値として用いて、マルチパスの発生の有無の判定に用いる判定用閾値を設定している。パワーの最大値及び平均値は、受信時の電界の変動に応じて変化する。そのため、判定用閾値も受信時の電界の変動に応じて変化する。従って、判定用閾値は受信時の電界の変動に対応した値となるため、電界が変動する受信環境下においてもマルチパスの発生の有無を適切に判定することができる。

実施の形態に係るマルチパス判定装置を用いたラジオ評価系の概略構成図マルチパス判定方法を示すフローチャート

以下、図１及び図２を参照しながら、実施の形態について詳細に説明する。

［１．ラジオ評価系について］
まず、本実施の形態に係るマルチパス判定装置２０を用いたラジオ評価系１０について説明する。ラジオ評価系１０は、図１に示すように、音声信号によって変調された高周波信号を出力する高周波信号発生器１１と、高周波信号発生器１１からの高周波信号を受信して音声信号を検波するラジオ１２と、ラジオ１２によって検波された音声信号に基づいて後述するマルチパス判定を実行するマルチパス判定装置２０とを備えている。ラジオ１２は、例えば、車両に搭載される車載ラジオである。なお、ラジオ評価系１０では、高周波信号発生器１１の出力端子に接続されたケーブルが、疑似空中線（図示省略）を介して、ラジオ１２のアンテナ端子に接続されている。

［２．マルチパス判定装置について］
続いて、マルチパス判定装置２０について説明する。

マルチパス判定装置２０は、ラジオ１２によって検波された音声信号を複数のフレーム（時間区間）に分割して、各フレームに対して、電波の伝播時におけるマルチパスの発生の有無を判定するマルチパス判定を行う。マルチパス判定装置２０は、図１に示すように、収音部２１、周波数解析部２２、閾値設定部２３、及び判定部２４を備えている。収音部２１は、ラジオ１２から出力された音声信号（時系列のデジタル信号）を記録する。周波数解析部２２は、収音部２１に記録された音声信号に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などを用いて周波数解析を行う。周波数解析部２２は、収音部２１に記録された音声信号を複数のフレームに分割して、各フレームの音声信号に対して周波数解析を行い、各フレームについて、音声信号の強さの周波数特性を表すパワースペクトルを出力する。

閾値設定部２３は、マルチパス判定に用いる判定用閾値として、第１の閾値及び第２の閾値を設定する。閾値設定部２３は、音声信号の全期間（全フレーム）の所定の周波数範囲におけるパワーの最大値を上限値として、その音声信号の全期間（全フレーム）の所定の周波数範囲におけるパワーの平均値を基準値として用いて、第１の閾値を設定する。具体的に、閾値設定部２３は、全フレームのパワースペクトルの全周波数帯域（パワースペクトルを算出した全周波数帯域）におけるパワーの最大値を１００％、全フレームのパワースペクトルの全周波数帯域におけるパワーの平均値を百分率の基準値（例えば０％又は５０％）で表した場合に、百分率で表された第１の設定値（例えば７０％）に相当するパワーの大きさを、第１の閾値に設定する。つまり、閾値設定部２３は、全フレームのパワースペクトルの全周波数帯域におけるパワーの最大値及び平均値を百分率で表して、百分率によって第１の閾値に設定する。第１の閾値は、全フレームのパワースペクトルの全周波数帯域におけるパワーの最大値とパワーの平均値の間を所定の割合で按分した値に設定される。第１の閾値は、パワーの最大値及び平均値を基準値として用いて設定されている。

また、閾値設定部２３は、全ての１次候補フレーム（後述）の所定の周波数範囲におけるパワーの最大値を上限値として、全ての１次候補フレームの所定の周波数範囲におけるパワーの平均値を基準値として用いて、第２の閾値を設定する。具体的に、閾値設定部２３は、全ての１次候補フレームのパワースペクトルの高周波帯域（例えば、１０ｋＨｚ以上１４ｋＨｚ以下の帯域）におけるパワーの最大値を１００％、全ての１次候補フレームのパワースペクトルの高周波帯域におけるパワーの平均値を百分率の基準値（例えば０％又は５０％）で表した場合に、百分率で表された第２の設定値（例えば９０％）に相当するパワーの大きさを、第２の閾値に設定する。つまり、閾値設定部２３は、全ての１次候補フレームのパワースペクトルの高周波帯域におけるパワーの最大値及び平均値を百分率で表して、百分率によって第２の閾値に設定する。第２の閾値は、全ての１次候補フレームのパワースペクトルの高周波帯域におけるパワーの最大値とパワーの平均値の間を所定の割合で按分した値に設定される。第２の閾値は、パワーの最大値及び平均値を基準値として用いて設定されている。

判定部２４は、マルチパス判定として、全てのフレームからマルチパスフレームの１次候補フレームを選出する第１の判定と、第１の判定により選出された１次候補フレームからマルチパスフレームの２次候補フレームを選出する第２の判定と、第２の判定により選出された２次候補フレームからマルチパスフレームを最終的に検出する第３の判定とを行う。

第１の判定では、全てのフレームの各々を判定区間として、第１の閾値を用いて、各判定区間の全周波数帯域のパワーレベルを評価することにより、各判定区間がマルチパスの発生した時間区間である可能性があるか否かを判定する。

第２の判定では、全ての１次候補フレームの各々を判定区間として、第２の閾値を用いて、各判定区間の高周波帯域のパワーレベルを評価することにより、各判定区間がマルチパスの発生した時間区間である可能性があるか否かを判定する。なお、本願発明者は、マルチパスが発生する場合は、パワースペクトルにおいてパワーが高周波帯域にまで存在していることを発見した。第２の判定は、この内容に基づいて行っている。第２の判定によれば、高周波帯域のパワーレベルを評価することにより、マルチパスの発生の有無を正確に判定することができる。

第３の判定では、全ての２次候補フレームの各々を判定区間として、ケプストラム分析によって、ケプストラム（人間の声の信号を表す特徴ベクトル）の存在の有無を判定することにより、各判定区間がマルチパスの発生したマルチパスフレームであるか否かを判定する。ここで、マルチパスの発生と同様に、高周波帯域にまでパワーが存在する音声信号として「人の声」がある。第３の判定では、マルチパスと「人の声」を区別するために、ケプストラム分析が行われる。

［３．マルチパス判定方法について］
続いて、図２のフローチャートを参照して、ラジオ評価系１０を用いたマルチパス判定方法について説明する。

まず、ステップＳ２０１で、高周波信号発生器１１が、高周波信号（音声信号によって変調された高周波信号）の出力を開始する。次に、ステップＳ２０２で、ラジオ１２が、高周波信号発生器１１から出力された高周波信号を受信して、音声信号を検波する。ラジオ１２により、高周波信号から音声信号が取り出される。次に、ステップＳ２０３で、マルチパス判定装置２０の収音部２１が、ラジオ１２から出力された音声信号を記録する。高周波信号発生器１１は、電界が変動する受信環境を模擬できるように出力を変動させながら、所定の測定期間に亘って高周波信号を出力し続ける。ラジオ１２は、上記測定期間に亘って音声信号を検波する。収音部２１は、上記測定期間に亘って検波された音声信号を記録する。ステップＳ２０４は、上記測定期間の終了後に行われる。

ステップＳ２０４では、マルチパス判定装置２０の周波数解析部２２が、収音部２１に記録された音声信号に対して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などを用いて周波数解析を行う。周波数解析部２２は、ラジオ１２によって検波された音声信号について、全測定期間を複数のフレームに分割して、各フレームの音声信号に対して周波数解析を行う。周波数解析により、各フレームについて、音声信号の強さの周波数特性を表すパワースペクトルが得られる。

ステップＳ２０５では、１次候補フレームの選出が行われる。１次候補フレームの選出では、まず閾値設定部２３が、例えば数式１によって第１の閾値Ｔ１を算出する。

数式１において、ＭＡＸ＿Ｏｖｅｒａｌｌは、全フレームのパワースペクトルの全周波数帯域（Ｏｖｅｒａｌｌ）におけるパワーの最大値を表し、Ａｖｅ＿Ｏｖｅｒａｌｌは、全フレームのパワースペクトルの全周波数帯域におけるパワーの平均値を表す。Ｘは、第１の設定値（例えば７０％）であり、例えばマルチパス判定装置２０に予め設定されている、又は、マルチパス判定装置２０の使用者によって設定される。なお、第１の閾値は、判定区間におけるパワーの最大値を１００％、全区間におけるパワーの平均値を百分率の基準値（例えば５０％）で表して、その百分率によって決めてもよい。この点は第２の閾値も同様である。

ステップＳ２０５では、第１の閾値Ｔ１の算出後に、判定部２４が、各フレームについて、当該フレームにおけるパワースペクトルの全周波数帯域のパワーの平均値が第１の閾値Ｔ１を超えるという第１条件が成立するか否かを判定する（第１の判定）。第１の判定により、第１条件が成立するフレームが、マルチパスフレームの１次候補フレームとして選出される。第１の判定では、全てのフレームの中で全周波数帯域のパワーの平均値が相対的に高いフレームが、１次候補フレームとして選出される。第１の判定によれば、相対的な値でパワーの存在を判断するため、電界が変動する受信環境下においても適切に１次候補フレームを選出することができる。

ステップＳ２０６では、第１の判定により選出された１次候補フレームから、２次候補フレームの選出が行われる。２次候補フレームの選出では、まず閾値設定部２３が、例えば数式２によって第２の閾値Ｔ２を算出する。

数式２において、ＭＡＸ＿Ｂａｎｄ＿ＰＷＲは、全ての１次候補フレームのパワースペクトルの高周波帯域（例えば、１０ｋＨｚ以上１４ｋＨｚ以下の帯域）におけるパワーの最大値を表し、Ａｖｅ＿Ｂａｎｄ＿ＰＷＲは、全ての１次候補フレームのパワースペクトルの高周波帯域におけるパワーの平均値を表す。Ｙは、第２の設定値（例えば９０％）であり、例えばマルチパス判定装置２０に予め設定されている、又は、マルチパス判定装置２０の使用者によって設定される。

ステップＳ２０６では、第２の閾値Ｔ２の算出後に、判定部２４が、各１次候補フレームについて、当該１次候補フレームにおけるパワースペクトルの高周波帯域のパワーの平均値が第２の閾値Ｔ２を超えるという第２条件が成立するか否かを判定する（第２の判定）。第２の判定により、第２条件が成立するフレームが、マルチパスフレームの２次候補フレームとして選出される。第２の判定では、全ての１次候補フレームの中で高周波帯域のパワーの平均値が相対的に高いフレームが、２次候補フレームとして選出される。第２の判定によれば、相対的な値でパワーの存在を判断するため、電界が変動する受信環境下においても適切に２次候補フレームを選出することができる。

ステップＳ２０７では、第２の判定により選出された各２次候補フレームに対して、ケプストラム分析が行われ、ケプストラム（人間の声の信号を表す特徴ベクトル）の存在の有無が判定される（第３の判定）。判定部２４は、各２次候補フレームについて、「ケプストラム（Cepstrum）無し」という第３条件が成立するか否かを判定する。第３の判定により、第３条件が成立する２次候補フレームが、最終的にマルチパスフレーム（マルチパス区間）として検出される。つまり、判定部２４は、第１条件、第２条件、及び第３条件の全てが成立するフレームを、マルチパスフレームとして検出する。

ステップＳ２０８では、全測定期間におけるマルチパス区間（マルチパス率）の割合が算出される。マルチパス判定装置２０は、マルチパス率を画面に表示することにより、マルチパス率を使用者に提示する。このように、マルチパス判定装置２０によれば、マルチパスの発生程度が、マルチパス率という数値により定量化される。

［４．実施の形態の効果］
本実施の形態では、音声信号の全部の時間区間（又は、一部の一次候補フレームの時間区間）におけるパワーの最大値を上限値として、そのパワーの平均値を基準値として用いて、マルチパスの発生の有無の判定に用いる判定用閾値を設定している。音声信号のパワーの最大値及び平均値は、受信時の電界の変動に応じて変化する。そのため、判定用閾値も受信時の電界の変動に応じて変化する。従って、判定用閾値は受信時の電界の変動に対応した値となるため、電界が変動する受信環境下においてもマルチパスの発生の有無を適切に判定することができる。

本発明は、受信した電波の伝播時におけるマルチパスの発生の有無を判定するマルチパス判定装置等に適用可能である。

１０ラジオ評価系
１２ラジオ
２０マルチパス判定装置
２３閾値設定部
２４判定部

Claims

受信した電波の伝播時におけるマルチパスの発生の有無を判定するマルチパス判定装置であって、
受信した電波を検波することにより得られた入力信号の全部又は一部の時間区間の所定の周波数範囲におけるパワーの最大値を上限値として、前記入力信号の全部又は一部の時間区間の所定の周波数範囲におけるパワーの平均値を基準値として用いて、判定用閾値を設定する閾値設定部と、
前記判定用閾値を用いて前記入力信号の判定区間のパワーレベルを評価することにより、前記判定区間がマルチパスの発生した時間区間であるか否かを判定する判定部とを備えていることを特徴とするマルチパス判定装置。