JP2018521565A

JP2018521565A - 通信信号のレート検出システム

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Publication number: JP2018521565A
Application number: JP2017562295A
Authority: JP
Inventors: ダブリュ．ウォーカー、クリストファー
Original assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: US9756519B2; US20160381584A1; JP6502533B2; WO2016209684A1

Abstract

１つの例は、レート検出器システムを含む。レート検出器システムは、入力信号を受信し、入力信号に関連する別個の個々の周波数帯域をフィルタリングして別個の個々のエネルギープロファイルを生成するように構成された複数のエネルギー検出器を含む。システムはまた、別個の個々のエネルギープロファイルの比率の統計的評価に基づいて、入力信号のシンボルレートを決定するように構成されたエネルギー処理コンポーネントを含む。

Description

本開示は、一般に通信システムに関し、具体的には、通信信号のレート検出システムに関する。

無線通信システム等のいくつかの通信システムでは、信号は、変化し、かつ／または受信機で未知であり得るシンボルレートで送信され得る。従って、信号受信機への入力信号のレート検出は、多くの通信システムにおいて重要であり得る。一例として、システム設計者は、別個のチャネルを介して受信機にシンボルレートを送信することを送信機に要求することができる。しかしながら、別個のチャネル上のシンボルレートの送信は、通信スペクトルの一部（例えば、周波数スペクトル）がデータの送信ではなく、この目的専用であるように、追加の通信オーバーヘッドを必要とする可能性がある。あるいは、オーバーヘッドのレート情報は、データチャネル上で送信データと共有することができる。しかしながら、そのようなレート伝送方法は、同じ通信チャネル上のレート情報を提供することに基づいて、データ伝送に割り当てられる時間を減少させる可能性がある。

一例は、レート検出器システムを含む。レート検出器システムは、入力信号を受信し、入力信号に関連する別個の個々の周波数帯域をフィルタリングして別個の個々のエネルギープロファイルを生成するように構成された複数のエネルギー検出器を含む。システムはまた、別個の個々のエネルギープロファイルの比率の統計的評価に基づいて入力信号のシンボルレートを決定するように構成されたエネルギー処理コンポーネントを含む。

別の例は、入力信号のシンボルレートを検出する方法を含む。この方法は、入力信号を第１のエネルギー検出器に供給し、第１のエネルギー検出器に関連する第１の帯域幅に基づいて入力信号をフィルタリングして入力信号の第１のエネルギープロファイルを生成することを含む。この方法はまた、入力信号を第２のエネルギー検出器に供給し、第２のエネルギー検出器に関連する第２の帯域幅に基づいて入力信号をフィルタリングして入力信号の第２のエネルギープロファイルを生成することを含む。第２の帯域幅は、第１の帯域幅と部分的に重なり得る。この方法はまた、第１および第２のエネルギープロファイルの比率を生成し、第１および第２のエネルギープロファイルの比率を統計的に分析することを含むことができる。この方法は、第１および第２のエネルギープロファイルの比率の統計的分析に基づいて、入力信号のシンボルレートを決定することをさらに含む。

別の例は、受信機システムを含む。このシステムは、無線入力信号を受信するように構成されたアンテナと、無線入力信号をデジタル入力信号に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）とを含む。このシステムは、入力信号に関連する別々の個々の周波数帯域をフィルタリングして別々の個々のエネルギープロファイルを生成し、別個の個々のエネルギープロファイルの比率の統計的評価に基づいて入力信号のシンボルレートを決定するように構成されるレート検出器も含む。システムはさらに、デジタル入力信号の決定されたシンボルレートに基づいてデジタル入力信号を受信し、かつ復調するように構成された復調器を含む。

レート検出システムの一例を示す図。レート検出システムの別の例を示す図。入力信号のシンボルレートを決定するための統計的評価の図表の一例を示す図。受信機システムの一例を示す図。入力信号のシンボルレートを検出する方法の一例を示す図。

本開示は、一般に通信システムに関し、具体的には、通信信号のレート検出システムに関する。レート検出システムは、関連する受信機システムに無線で送信される信号などの入力信号を受信し、入力信号に関連する別々の周波数帯域をフィルタリングして別個の個々のエネルギープロファイルを生成するように構成された複数のエネルギー検出器を含む。一例として、エネルギー検出器の各々は、別個の個々の周波数帯域をフィルタリングするように構成されたバンドパスフィルタと、入力信号の所定の期間に亘って入力信号の個々のフィルタリングされた部分を平滑化して個々のエネルギープロファイルを生成するように構成された平滑化コンポーネントとを含むことができる。例えば、第１のエネルギー検出器は、第１の周波数帯域をフィルタリングするように構成されたフィルタを含むことができ、第２のエネルギー検出器は、第２の周波数帯域をフィルタリングするように構成されたフィルタを含むことができ、第２の周波数帯域は、第１の周波数帯域に少なくとも部分的に包含される。入力信号は、例えば、関連する受信機システムのアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）から供給されるデジタル入力信号とすることができる。あるいは、入力信号はアナログ信号であってもよい。

エネルギープロファイルは、別個の個々のエネルギープロファイルの比率に基づいてシンボルレートを決定するように構成されたレート処理コンポーネントに提供される。一例として、エネルギープロファイルは、比率を計算するように構成された比率計算器に提供することができる。レート処理コンポーネントは、別個の個々のエネルギープロファイルの比率の統計的評価に基づいてシンボルレートを決定するように構成された決定ロジックコンポーネントを含むこともできる。一例として、レート処理コンポーネントは、標本平均比率に関連する統計的パラメータを少なくとも１つの所定の閾値と比較することに基づいて、入力信号のシンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであることを決定するように構成される。統計的パラメータは、例えば、比率の標本平均および比率の標本標準偏差のうちの少なくとも１つを含むことができる。少なくとも１つの所定の閾値は、所定のシンボルレートの別個の個々の１つに関する統計的パラメータの分配値に対応することができる。別の例として、レート処理コンポーネントは、複数の所定のシンボルレートの各々に対する個々のエネルギープロファイルの比率に関連するガウス密度に基づいて最大のサービス品質（ＱｏＳ）を計算することによってシンボルレートを決定するように構成することができる。さらに別の例として、レート処理コンポーネントは、複数の所定のシンボルレートの各々に関連するＦ−分布に対応する尤度関数を最大化することに基づいてシンボルレートを決定するように構成され得る。

図１は、レート検出システム１０の一例を示す。レート検出システム１０は、図１の例で入力信号ＩＮとして示された送信信号が可変および／または未知のシンボルレートを有することができる様々な受信機システムのいずれかで実施することができる。従って、レート検出システム１０は、入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定することができ、レート検出システム１０は、決定されたシンボルレートＲＴを関連する復調器に供給して決定されたシンボルレートＲＴに基づいて入力信号ＩＮを復調するようにする。レート検出システム１０がデジタル領域で動作するように、入力信号ＩＮをデジタル信号としてレート検出システム１０に供給することができる。しかしながら、レート検出システム１０の少なくとも一部がアナログ領域で動作できるように、代わりに入力信号ＩＮをアナログ信号として供給することができることを理解されたい。

レート検出システム１０は、入力信号ＩＮに関連する個々の複数のエネルギープロファイルを提供するように構成された複数のエネルギー検出器１２を含む。図１の例において、エネルギー検出器１２の各々は、入力信号ＩＮの帯域通過フィルタリングを提供するように構成された信号フィルタ１４を含む。一例として、エネルギー検出器１２の各信号フィルタ１４の通過帯域は、異なる周波数帯域に関連付けることができる。例えば、レート検出システム１０は、エネルギー検出器１２のうちの１つの信号フィルタ１４の通過帯域が、エネルギー検出器１２のうちの別の信号フィルタ１４の通過帯域と少なくとも部分的に重なるか、あるいは別の信号フィルタ１４の通過帯域を包含する２つのエネルギー検出器１２を含むことができる。従って、エネルギー検出器１２は、個々のエネルギープロファイルが個々の通過帯域に関連するように、個々の通過帯域を介して入力信号ＩＮをフィルタリングすることに基づいて個々のエネルギープロファイルを提供することができる。さらに、エネルギー検出器１２の各々は、個々のエネルギープロファイルの平滑化を提供するように構成された平滑化関数を実装することができる。

レート検出システム１０はまた、個々のエネルギープロファイルに関連する比率の統計的分析に基づいてシンボルレートＲＴを決定するように構成されたレート処理コンポーネント１６を含む。一例として、シンボルレートＲＴは、複数の所定のシンボルレートのうちの１つに対応することができ、レート検出システム１０は、入力信号ＩＮが供給される複数の所定のシンボルレートのいずれかを決定することができる。例えば、レート処理コンポーネント１６は、エネルギープロファイルの比率を計算するように構成された比率計算器を含むことができる。個々のエネルギー検出器１２の信号フィルタ１４の別々の通過帯域に基づいて、比率は入力信号ＩＮのシンボルレートに基づいて変化する。一例として、第１のエネルギー検出器１２の信号フィルタ１４は、相対的に広い通過帯域を有するとともに、エネルギープロファイルの比率の分子を提供することができ、第２のエネルギー検出器１２の信号フィルタ１４は、相対的に狭い通過帯域を有するとともに、エネルギー分布の比率の分母を提供することができる。従って、シンボルレートの変化は比率の分子に大きな影響を及ぼし得ないが、そのような変化は分母にはるかに大きな影響を及ぼし、従って、比率を大幅に変化させる可能性がある。

レート処理コンポーネント１６は、様々な異なる方法の１つなどとして、シンボルレートＲＴを決定するために、比率の統計的評価（例えば、標本平均比率）を提供することができる。第１の例として、レート処理コンポーネント１６は、比率に関連する統計的パラメータを少なくとも１つの所定の閾値と比較することに基づいて、入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定することができる。統計的パラメータは、例えば、エネルギープロファイルの比率の標本平均値および標本標準偏差のうちの少なくとも１つを含むことができる。１つまたは複数の所定の閾値は、シンボルレートＲＴが統計的パラメータ（単数または複数）と所定の閾値（単数または複数）との比較に基づいて所定のシンボルレートのうちの１つに対応することができるように、所定のシンボルレートの別個の個々の１つに関する個々の統計的パラメータ（単数または複数）の分配値に対応することができる。第２の例として、レート処理コンポーネント１０は、複数の所定のシンボルレートの各々に対する個々のエネルギープロファイルの比率に関連するガウス密度関数に基づいて最大のサービス品質（ＱｏＳ）を計算することによってシンボルレートＲＴを決定することができる。第３の例として、レート処理コンポーネントは、複数の所定のシンボルレートの各々に対する個々のエネルギープロファイルの比率に関連するＦ−分布に対応する尤度関数を最大化することに基づいてシンボルレートを決定するように構成することができる。例えば、第２および第３の例は、信号対雑音比（ＳＮＲ）のより高い可能な範囲を有する入力信号ＩＮに対してより適している。

シンボルレートＲＴを決定することに応答して、シンボルレートＲＴは、入力信号ＩＮと共に関連する受信機システムの個々の復調器に供給され得る。従って、復調器は、入力信号ＩＮをシンボルレートＲＴで復調して、ベースバンド信号内の対応する送信データを決定することができる。その結果、レート検出システム１０は、関連する受信機システムが、入力信号ＩＮにのみ基づいて、未知のおよび／または可変のシンボルレートを有する入力信号ＩＮを復調することを可能にする。従って、レート検出システム１０は、別個の伝送チャネルを介してシンボルレートを提供する典型的な受信機システムなど、付加的な送信オーバーヘッドを必要とせずに、また同じ伝送チャネル上のシンボルレートを提供する受信機システムなど、付加的な復調時間を必要とせずに、シンボルレートＲＴを決定することができる。

従って、本明細書で説明するように、レート検出システム１０は、ロバストであるとともに、比較的簡単な方法でハードウェアにおいて実施することができるレート検出を実行する方法を提供する。レート検出システム１０は、それぞれ異なる帯域幅にマッチングされた２つのエネルギー検出器の比率を実現し、各帯域幅は入力信号ＩＮの可能なシンボルレートに基づいて選択される。別個のエネルギー検出器を介して入力信号ＩＮの検出されたエネルギーの比率を実現することにより、スケーリングが比率の分子および分母の両方に共通である場合には、受信機システムにおける以前の処理で生じた可能性のある電力のスケーリングは、実質的にキャンセルされる。さらに、レート検出システム１０は、様々なデータレートのいずれかを検出するように構成することができ、例えば、反復アキュムレータを実装する特定の符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式において、２のべき乗だけ異なるデータレートに限定されず、比率を生成する際に別個の帯域幅エネルギー検出器を使用することに基づいて、他の要因（例えば、非合理的要因を含む）によって分離されるデータレートを区別することができる。

図２は、レート検出システム５０の別の例を示す。レート検出システム５０は、図１の例におけるレート検出システム１０の一例に対応することができる。従って、レート検出システム５０は、入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定することができ、その結果、レート検出システム５０は、決定されたシンボルレートＲＴを関連する復調器に供給して、決定されたシンボルレートＲＴに基づいて入力信号ＩＮを復調することができるようにする。一例として、シンボルレートＲＴは、複数の所定のシンボルレートのうちの１つに対応することができ、レート検出システム５０は、入力信号ＩＮが提供される、複数の所定のシンボルレートのうちのどれかを決定することができる。レート検出システム５０がデジタル領域で動作するように、Ｍ個のサンプルを有するデジタル信号として入力信号ＩＮをレート検出システム５０に供給することができ、Ｍは入力信号ＩＮのエネルギーを測定する際に使用されるデータの長さに対応する。しかしながら、レート検出システム５０の少なくとも一部がアナログ領域で動作できるように、代わりに入力信号ＩＮをアナログ信号として供給することができることを理解されたい。

レート検出システム５０は、それぞれが入力信号ＩＮを受信するように構成された第１のエネルギー検出器５２および第２のエネルギー検出器５４を含む。一例として、入力信号ＩＮは、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）などからデジタル信号として供給することができる。第１のエネルギー検出器５２は、信号フィルタ５６と平滑化関数コンポーネント５８とを含み、第２のエネルギー検出器５４は、信号フィルタ６０と平滑化関数コンポーネント６２とを含む。信号フィルタ５６，６０は、入力信号ＩＮをフィルタリングするように構成された通過帯域フィルタ又は低域通過フィルタとして構成されている。一例として、信号フィルタ５６および６０は、異なる周波数帯域に関連付けることができる。例えば、信号フィルタ５６は、比較的大きな通過帯域を有することができ、信号フィルタ６０は、信号フィルタ５６の通過帯域によってほぼ包含される比較的小さな通過帯域を有することができる。

平滑化関数コンポーネント５８および６２は、入力信号ＩＮの個々のフィルタリングされた部分の平滑化を提供して入力信号ＩＮに関連する個々のエネルギープロファイルＥ_１およびＥ_２を生成するように構成された平滑化関数を実装するように構成される。一例として、平滑化関数コンポーネント５８および６２は、入力信号ＩＮに関連する個々のエネルギープロファイルＥ_１およびＥ_２を提供するように互いに対してほぼ同じように構成することができる。例えば、平滑化関数コンポーネント５８及び６２の各々は、入力信号ＩＮのフィルタリングされた部分の絶対値の２乗項の集計関数を実行することができる。一例として、平滑化関数コンポーネント５８および６２は、複雑なガウス（またはノーマル）雑音統計値を有する入力信号ＩＮに対する非心カイ２乗確率変数としてエネルギープロファイルＥ_１およびＥ_２を生成することができ、以下のように表すことができる。

ここで、ｙ_１（ｎ）は、信号フィルタ５６によってフィルタリングされた入力信号ＩＮのＭ個のサンプルの所与の１つに対応する。

ｙ_２（ｎ）は、信号フィルタ６０によってフィルタリングされた入力信号ＩＮのＭ個のサンプルの所与の１つに対応する。
平滑化関数コンポーネント５８および６２は、デジタル領域における集計関数として記載されているが、平滑化関数５８および６２は、代わりにアナログ領域で動作するように構成することができることを理解されたい。一例として、信号フィルタ５６および６０は、デジタルフィルタの代わりにアナログフィルタとして構成することができる。従って、信号フィルタ５６及び６０は、入力信号ＩＮのアナログフィルタリングされた部分を平滑化関数コンポーネント５８及び６２に提供することができる。従って、平滑化関数コンポーネント５８及び６２は、式１及び式２に示される合計を実行する代わりに、入力信号ＩＮの所定の持続時間Ｔ秒の積分を実行するように構成することができる。従って、エネルギープロファイルＥ_１およびＥ_２は、デジタル領域に変換することができるアナログエネルギー部分として提供することができる。

レート検出システム５０はまた、レート処理コンポーネント６４を含む。レート処理コンポーネント６４は、プロセッサチップ（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ））として、またはその一部として、またはプロセッサ上で動作するソフトウェアコンポーネントとして構成することができる。レート処理コンポーネント６４は、エネルギープロファイルＥ_１およびＥ_２の比率ｒを計算するように構成された比率計算器６６を含み、レート処理コンポーネント６４がその比率ｒに基づいて入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定する。図２の例において、比率計算器６６は、分子としてのエネルギープロファイルＥ_１と、分母としてのエネルギープロファイルＥ_２に基づいて比率ｒを生成することができる。信号フィルタ５６および６０の別々の通過帯域に基づいて、比率ｒは、入力信号ＩＮの異なるシンボルレートに基づいて変化させることができる。前述したように、信号フィルタ５６は相対的に広い通過帯域を有することができ、信号フィルタ６０は比較的狭い通過帯域を有することができる。従って、シンボルレートへの変化はエネルギープロファイルＥ_１、ひいては比率ｒの分子に大きな影響を及ぼし得ないが、このような変化はエネルギープロファイルＥ_２、ひいては比率ｒの分母にはるかに大きな影響を及ぼし、比率ｒを大きく変化させる可能性がある。

レート処理コンポーネント６４はまた、比率ｒの統計的分析に基づいて入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定するように構成された決定ロジックコンポーネント６８を含む。図２の例において、決定ロジックコンポーネント６８は、比率ｒの少なくとも１つの統計的パラメータを計算するように構成された統計プロセッサ７０を含む。一例として、エネルギープロファイルＥ_１およびＥ_２は自由度によって正規化することができ、比率ｒは、二重にスケーリングされた非心Ｆ−分布（以下、Ｆ−分布という）を有するランダム変数として比率計算器６６によって表現されることができる。例えば、Ｆ−分布に関する確率密度関数は、以下のように表すことができる。

ここで、ｋ!!は、二重階乗を表す。

ｎ_１とｎ_２は、それぞれ分子と分母の自由度である。
λ_１およびλ_２は、それぞれ分子および分母の正規化された非心パラメータであり、

として表される。

ここで、μ_inは、フィルタリング後の信号振幅の複素平均値であり、
σ_in,kは、信号振幅の平均についての加法複素雑音の標準偏差であり、ｋ＝１がフィルタリング後の分子を示し、ｋ＝２がフィルタリング後の分母を示す。

Ｂはベータ関数であり、次のように表すことができる。

このＦ−分布に対応する比率に対する結果的に生じる尤度関数は、次のように表すことができる。

ここで、ｒ（ｋ）は、ｒを構成するＮ個の比率の集合におけるｋ番目の比率を表し、
ｒはＮ個の比率からなるベクトルである。

従って、対応する検出された信号を（例えば、ルックアップテーブルから）決定することができる。従って、予め計算された各信号レートＲＴおよび一組のＥ_ｂ／Ｎ_０ファクタについて、各信号レートＲＴに対応する分子および分母の非心パラメータおよびＬの値が統計プロセッサ７０によって考慮される。統計プロセッサ７０は、どの組が尤度関数を最大化するかを識別することによって最良の一致を決定するために、対応するルックアップテーブルに記憶されたような、すべての可能性のあるλ_１、λ_２およびＬの値を用いて、式３の尤度関数を評価することができる。Ｅ_ｂ／Ｎ_０値がλ_１、λ_２およびＬ値とともにルックアップテーブルに記憶されるので、このような評価は、また統計プロセッサ７０がＥ_ｂ／Ｎ_０ファクタの推定値を得ることを可能にする。

別の例として、ｎ＝ｎ_１＝ｎ_２と仮定することができ、ｎの値は、比率ｒがガウス分布（または正規分布）によって十分に近似されるように十分に大きくすることができる。ガウス近似は、最大事後確率（ＭＡＰ：ｍａｘｉｍｕｍａｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ）または最大尤度推定量（ＭＬＥ：ｍａｘｉｍｕｍｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄｅｓｔｉｍａｔｏｒ）推定値（等確率信号を用いたＭＡＰ＝ＭＬＥ）を生成するために最大化され得るサービス品質ＱｏＳメトリック（または尤度関数）を形成することができ、これは、

として表すことができる。

ここで、ｋはパラメータ

に関する可能性のある値の１つを指すインデックスである。

ここで、Ｎ_snapsは、比率ｒを平滑化する際に使用されるスナップショットの数であり、
Ｎは、平滑化後に得られた観測数であり、
μ_kは、個々のインデックスｋに対する比率ｒの事前に特定された平均であり、
σ_kは、個々のインデックスｋに対する平滑化前の比率ｒの事前に特定された標準偏差であり、
ｒバー（ｊ）は、平滑化された比率のＮ個の観測の所与の１つに対応し、
Ｅ_ｂ／Ｎ_０は、ビットエネルギー対ノイズ比であり、
Ｄ_ｓは、いくつかの異なる信号の数に考慮される異なるＥ_ｂ／Ｎ_０ファクタの数を掛けたものに対応する辞書サイズである。

式７の例で説明したように、「スナップショット」という用語は、比率ｒが計算される前にエネルギーを測定するために使用されるデータの長さを指す。
式７の例に基づいて、最大のサービス品質ＱｏＳに対応するインデックスｋを決定することができる。一例として、式７は次のように変更することができる。

従って、対応する検出された信号を（例えば、ルックアップテーブルから）決定することができる。予め計算された各信号レートＲＴおよびＥ_ｂ／Ｎ_０ファクタに関して、各信号レートＲＴに対応する対応する平均μ_kおよび標準偏差σ_kの値が、統計プロセッサ７０によって考慮される。次いで、統計プロセッサ７０は、関連するルックアップテーブルに格納されたようなすべての可能性のあるμ_kおよびσ_kの値を用いて式８を評価して、ＱｏＳ尤度関数を最大化する一組のパラメータを識別することによって最良の一致を決定することができる。これはまた、Ｅ_ｂ／Ｎ_０値がμ_kおよびσ_kの値とともにルックアップテーブルに格納されるので、統計プロセッサ７０がＥ_ｂ／Ｎ_０ファクタの推定値を取得することも可能にする。

別の例として、比率ｒの統計的パラメータは、例えば比率ｒの標本平均、すなわち入力信号ＩＮの所定数のサンプルに関連する比率ｒバーとするか、またはこれを含むことができる。比率ｒバーは、Ｎ＝１を用いて上記の式９におけるように表すことができる。一例として、統計プロセッサ７０は、Ｅ_ｂ／Ｎ_０値の範囲があまり大きくなければ、ｒバーと少なくとも１つの所定の閾値と比較することに基づいて、入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定することができる。別の例として、比率ｒの統計的パラメータは、例えば比率ｒの標本標準偏差、すなわち入力信号ＩＮの所定数のサンプルに関連するＳ_ｒとするか、またはこれを含むことができる。標本標準偏差Ｓ_ｒは、次のように表すことができる。

一例として、統計プロセッサ７０は、Ｅ_ｂ／Ｎ_０値の範囲があまり大きくなければ、Ｓ_ｒと少なくとも１つの所定の閾値との比較に基づいて、入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定することができる。小さいか、または大きい範囲のＥ_ｂ／Ｎ_０値のいずれかの場合には、シンボルレートＲＴを決定するために、Ｓ_ｒと共にｒバーを少なくとも１組の２次元閾値と比較することができる。

図３は、入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定するための統計的評価の図表１００の例を示す。図表１００は、レート検出システム５０に関連する決定ロジックコンポーネント６８を示す。従って、以下の図３の例の記載において図２の例を参照する。

図３の例において、統計プロセッサ７０に加えて、決定ロジックコンポーネント６８は、比率ｒに関連する統計的パラメータを、予めプログラムされているか又はプログラム可能である少なくとも１つの所定の閾値と比較するよう構成される閾値比較器１０２を含む。第１の例として、閾値比較器１０２は、ｒバーと閾値（単数または複数）とを比較するように構成される。第２の例として、閾値比較器１０２は、Ｓ_ｒで示されたｒの標本標準偏差を１つまたは複数の閾値と比較するように構成される。さらに第３の例として、閾値比較器１０２は、ｒバーと標本標準偏差Ｓ_ｒとの組み合わせを別個の個々の閾値（単数または複数）と比較するように構成される。

図３の例において、図表１００は、所与のＥ_ｂ／Ｎ_０についての実際の平均比率μ_ｒの関数として実際の標準偏差σ_ｒをプロットすることができるグラフに関して定義された閾値を示す閾値グラフ１０４を含む。閾値グラフ１０４は、第１の所定の標準偏差閾値Ｔ_σ,12および第２の所定の標準偏差閾値Ｔ_σ,23を示す。所定の標準偏差閾値Ｔ_σ,12およびＴ_σ,23は、入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴ間の近似区分に対応することができる。さらに、閾値グラフ１０４は、第１の所定の平均閾値Ｔ_μ,12および第２の所定の平均閾値Ｔ_μ,23を示す。所定の標準偏差閾値Ｔ_σ,12およびＴ_σ,23と同様に、所定の平均閾値Ｔμ_,12およびＴμ_,23は、入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴ間の近似区分に対応することができる。従って、閾値グラフ１０４は、Ｅ_ｂ／Ｎ_０の範囲があまり大きくない限り入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定することができる標準偏差Ｓ_ｒおよび／またはμ_ｒの別個の個々の領域を示す。

一例として、図２の例で先に説明したガウス近似を用いると、レートｋ∈｛１，２，３｝のシンボルレートが提供されるとき、比率は、平均μ_kおよび標準偏差σ_kを用いて正常に正確に近似される。従って、直接分析によって、所定の閾値に対応する、閾値グラフ１０４の低レート領域および中間レート領域を分離するための最適閾値Ｔ_μ,12と、閾値グラフ１０４の中間レート領域および高レート領域を分離するための最適閾値Ｔ_μ,23とが以下のように定義されることとなる。

一例として、図２の例のエネルギー検出器５２および５４は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタなどのフィルタとして実施することができる。例えば、ＩＩＲフィルタとして実施されるエネルギー検出器５２および５４の極位置は、異なるデータレートＲＴに対応する平均値の期待値間の間隔を最大にするように選択することができる。従って、統計プロセッサ７０は、統計的パラメータ（例えば、ｒバーまたはＳ_r）が存在する閾値グラフ１０４における決定領域を決定して、対応するデータレートＲＴを決定することができる。別の例として、統計プロセッサ７０は、ｒバーおよびＳ_rを組み合わせて、閾値グラフ１０４の適切に設計された決定領域に対する測定値をチェックすることにより大きな弁別を提供して、正しいデータレートＲＴを決定することができる。

閾値グラフ１０４は、標本標準偏差Ｓ_rおよび標本平均ｒバーの両方に関連する２次元グラフとして示されているが、代わりに、Ｓ_rまたはｒバーのいずれかにのみ基づいてシンボルレートＲＴを決定するように実施することができる１次元グラフとすることができる。さらに、閾値グラフ１０４は、２つの所定の標準偏差閾値Ｔ_σ,12およびＴ_σ,23および２つの所定の平均閾値Ｔ_μ,12およびＴ_μ,23のみを示しているが、閾値グラフ１０４は、その代わりに、所定の標準偏差閾値Ｔ_σ,12およびＴ_σ,23のうちの１つおよび／または所定の平均閾値Ｔ_μ,12およびＴ_μ,23のうちの１つのみ、または所定の標準偏差閾値Ｔ_σ,12およびＴ_σ,23および／または所定の平均閾値Ｔ_μ,12およびＴ_μ,23の各々の２つ以上を示すことができることを理解されたい。従って、閾値比較器１０４は、統計的パラメータと比較するための所定の閾値の様々な組み合わせを有することができる。

図４は、受信機システム１５０の例を示す。受信機システム１５０は、送信信号を受信することができる様々な受信機システムのいずれかに対応することができる。図４の例において、送信された信号は、アンテナ１５４で受信される無線信号１５２として示されている。アンテナ１５４は、送信された信号を、図１および図２の例において以前に説明したのと同様に、送信信号を入力信号ＩＮに変換するように構成されたＡＤＣ１５６に提供する。従って、入力信号ＩＮは、図１および図２の個々の例におけるレート検出システム１０および／またはレート検出システム５０と実質的に同様に構成され得るレート検出システム１５８に供給される。以前に説明したのと同様に、レート検出システム１５８に供給される入力信号ＩＮがアナログであり得るように、ＡＤＣ１５６を省略することができ、レート検出システム１５８は、処理された入力信号ＩＮをデジタル領域に変換するＡＤＣを含むことができる。

レート検出システム１５８は、本明細書で説明されるものと同様に、入力信号ＩＮのシンボルレートＲＴを決定するように構成することができる。例えば、レート処理コンポーネント１５８は、比率の標本平均に関連する統計的パラメータを少なくとも１つの所定の閾値と比較すること、および／または比率の標本標準偏差に関連する統計的パラメータを少なくとも１つの所定の閾値と比較することに基づいてシンボルレートＲＴを決定するためのエネルギープロファイルの比率の統計的評価を提供することができる。別の例として、レート処理コンポーネント１５８は、複数の所定のシンボルレートの各々に対する個々のエネルギープロファイルの比率に関連するガウス密度関数に基づいて最大のＱｏＳを計算することに基づいてシンボルレートＲＴを決定するためのエネルギープロファイルの比率の統計的評価を提供することができる。さらに別の例として、レート処理コンポーネント１５８は、複数の所定のシンボルレートの各々に対するエネルギープロファイルの比率に関連するＦ−分布に対応する尤度関数を最大化することに基づいてシンボルレートＲＴを決定するためのエネルギープロファイルの比率の統計的評価を提供することができる。さらに別の例として、レート処理コンポーネント１５８は、本明細書に記載された様々な統計的評価の組み合わせに基づいてシンボルレートＲＴを決定するためのエネルギープロファイルの比率の統計的評価を提供することができる。従って、レート検出システム５０は、様々な方法で動作することができる。シンボルレートＲＴを決定することに応答して、復調器１６０は、シンボルレートＲＴに基づいて入力信号ＩＮを復調して、関連するベースバンドデータ信号を提供するように構成することができる。

上記の構造的および機能的特徴を考慮して、本開示の様々な態様による方法は、図５を参照することにより、より良く理解されるであろう。説明の簡略化のために、図５の方法は連続して実行されるように示され説明されているが、本開示は図示された順序に限定されず、いくつかの態様が、本開示に従って本明細書に示されかつ説明された他の態様とともに異なる順序で、および／または同時に生じ得る。さらに、本開示の一態様による方法を実施するために全ての示された特徴が必要とされるわけではない。

図５は、入力信号（例えば、入力信号ＩＮ）のシンボルレート（例えば、シンボルレートＲＴ）を検出するための方法２００の一例を示す。２０２において、入力信号は、第１のエネルギー検出器（例えば、第１のエネルギー検出器５２）に提供される。２０４において、入力信号が第１のエネルギー検出器に関連する第１の帯域幅に基づいてフィルタリングされて、入力信号の第１のエネルギープロファイル（例えば、第１のエネルギープロファイルＥ_１）が生成される。２０６において、入力信号は、第２のエネルギー検出器（例えば、第２のエネルギー検出器５４）に供給される。２０８において、入力信号が第２のエネルギー検出器に関連する第２の帯域幅に基づいてフィルタリングされて、入力信号の第２のエネルギープロファイル（例えば、第２のエネルギープロファイルＥ_２）が生成される。第２の帯域幅は、第１の帯域幅に関して部分的に重なっていてもよい。２１０において、第１および第２のエネルギープロファイルの比率（例えば、比率ｒ）が生成される。２１２において、第１および第２のエネルギープロファイルの比率が統計的に分析される。２１４において、入力信号のシンボルレートが、第１および第２のエネルギープロファイルの比率の統計的分析に基づいて決定される。

前述の構造的および機能的な説明を考慮して、当業者は、本明細書で開示されるシステムおよび方法の一部が、方法、データ処理システム、または非一時的なコンピュータ可読媒体等のコンピュータプログラム製品として実施され得ることを認識するであろう。従って、本明細書に開示されたアプローチのこれらの部分は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（例えば、非一時的な機械可読媒体内の）、またはソフトウェアとハードウェアを組み合わせた実施形態の形態を取ることができる。さらに、本明細書で開示されるシステムおよび方法の一部は、媒体上にコンピュータ可読プログラムコードを有するコンピュータ使用可能な記憶媒体上のコンピュータプログラム製品であってもよい。静的および動的ストレージデバイス、ハードディスク、光学ストレージデバイス、および磁気ストレージデバイスを含むが、これらに限定されない任意の適切なコンピュータ可読媒体を利用することができる。

特定の実施形態はまた、方法、システム、およびコンピュータプログラム製品のブロック図を参照して本明細書で説明されている。図のブロックおよび図のブロックの組み合わせは、コンピュータ実行可能命令によって実施できることが理解されよう。これらのコンピュータ実行可能命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置（または装置および回路の組み合わせ）の１つまたは複数のプロセッサに提供されてマシンを生成して、１つまたは複数のプロセッサを介して、１つまたは複数のブロックで指定された機能を実行する。

コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置に特定の方法で機能するように指示するこれらのコンピュータ実行可能命令はまた、コンピュータ可読メモリに格納されてもよく、コンピュータ可読メモリに格納された命令は、１つまたは複数のフローチャートブロックで指定された機能を実施する命令を含む製造品となる。コンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置にロードされて、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で一連の動作ステップを実行させてコンピュータが実行したプロセスを生成して、コンピュータまたは他のプログラマブル装置上で実行される命令が、１つまたは複数のフローチャートブロックで指定された機能を実施するためのステップを提供するようにしてもよい。

上記の説明は、本発明の実施例である。本発明を説明する目的で構成要素または方法のあらゆる考えられる組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれるそのような変更、修正および変形をすべて包含することを意図している。

上記の説明は、本発明の実施例である。本発明を説明する目的で構成要素または方法のあらゆる考えられる組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれるそのような変更、修正および変形をすべて包含することを意図している。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
受信機システムであって、
無線入力信号を受信するように構成されたアンテナと、
前記無線入力信号をデジタル入力信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
入力信号に関連する別個の個々の周波数帯域をフィルタリングして別個の個々のエネルギープロファイルを生成し、前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率の統計的評価に基づいて、前記デジタル入力信号のシンボルレートを決定するように構成されたレート検出器と、
前記デジタル入力信号を受信し、前記デジタル入力信号の決定されたシンボルレートに基づいて前記デジタル入力信号を復調するように構成された復調器と
を備える受信機システム。
［付記２］
前記レート検出器は、前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率の標本標準偏差および標本平均の少なくとも１つを少なくとも１つの所定の閾値と比較することに基づいて、前記入力信号の前記シンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであることを決定するように構成されたレート処理コンポーネントを備える、付記１に記載の受信機システム。
［付記３］
前記レート検出器は、複数の所定のシンボルレートの各々に対する前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率に関連するガウス密度関数に基づいて最大のサービス品質（ＱｏＳ）を計算することに基づいて、前記入力信号のシンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであると決定するように構成されたレート処理コンポーネントを含む、付記１に記載の受信機システム。
［付記４］
前記レート検出器は、複数の所定のシンボルレートの各々に対する前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率に関連するＦ−分布に対応する尤度関数を最大化することに基づいて、前記入力信号のシンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであると決定するように構成されたレート処理コンポーネントを含む、付記１に記載の受信機システム。

Claims

レート検出器システムであって、
入力信号を受信し、前記入力信号に関連する別個の個々の周波数帯域をフィルタリングして別個の個々のエネルギープロファイルを生成するように構成された複数のエネルギー検出器と、
別個の個々のエネルギープロファイルの比率の統計的評価に基づいて入力信号のシンボルレートを決定するように構成されたレート処理コンポーネントと
を備えるレート検出器システム。
前記複数のエネルギー検出器の各々は、
前記入力信号を前記別個の個々の周波数帯域の個々の一つにフィルタリングするように構成された信号フィルタと、
前記入力信号の所定の持続時間に亘って前記別個の個々のエネルギープロファイルの個々の一つを平滑化するように構成された平滑化関数コンポーネントと
を含む、請求項１に記載のレート検出器システム。
前記レート処理コンポーネントは、
エネルギー比率を計算するために前記別個の個々のエネルギープロファイルを除算するように構成された比率計算器と、
エネルギー比率の統計的評価に基づいて前記入力信号のシンボルレートを決定するように構成された決定ロジックコンポーネントと
を含む、請求項１に記載のレート検出器システム。
前記レート処理コンポーネントは、前記入力信号の前記シンボルレートが、前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率に関連する統計的パラメータを少なくとも１つの所定の閾値と比較することに基づいて前記入力信号のシンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの一つであることを決定するように構成されている、請求項１に記載のレート検出器システム。
前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率に関連する前記統計的パラメータが、前記別々の個々のエネルギープロファイルの比率の標本標準偏差および標本平均のうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載のレート検出器システム。
前記レート処理コンポーネントは、複数の所定のシンボルレートの各々に対する別個の個々のエネルギープロファイルの比率に関連するガウス密度関数に基づいて最大のサービス品質（ＱｏＳ）を計算することに基づいて、前記入力信号のシンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであると決定するように構成されている、請求項１に記載のレート検出器システム。
前記レート処理コンポーネントは、複数の所定のシンボルレートの各々に対する別個の個々のエネルギープロファイルの比率に関連するＦ−分布に対応する尤度関数を最大化することに基づいて、前記入力信号のシンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであると決定するように構成されている、請求項１に記載のレート検出器システム。
前記複数のエネルギー検出器は、前記入力信号に関連する前記別個の個々の周波数帯域をフィルタリングして、別個の個々のエネルギープロファイルを生成するように構成された個々の複数のフィルタを備え、前記複数のフィルタは、個々の複数の部分的に重なる帯域幅を含む、請求項１に記載のレート検出器システム。
請求項１に記載のレート検出システムを備えた受信機システムであって、
前記入力信号を無線入力信号として受信するように構成されたアンテナと、
前記入力信号をデジタル入力信号に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）であって、前記デジタル入力信号は前記レート検出器システムに供給される、前記アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
前記デジタル入力信号の決定されたシンボルレートに基づいて、前記デジタル入力信号を受信し、かつ復調するように構成された復調器と
を備える受信機システム。
入力信号のシンボルレートを検出するための方法であって、
入力信号を第１のエネルギー検出器に供給するステップと、
前記第１のエネルギー検出器に関連する第１の帯域幅に基づいて前記入力信号をフィルタリングして、前記入力信号の第１のエネルギープロファイルを生成するステップと、
前記入力信号を第２のエネルギー検出器に供給するステップと、
前記第２のエネルギー検出器に関連する第２の帯域幅に基づいて前記入力信号をフィルタリングして、前記入力信号の第２のエネルギープロファイルを生成するステップであって、前記第２の帯域幅は、前記第１の帯域幅と部分的に重なっている、前記第２のエネルギープロファイルを生成するステップ
前記第１および第２のエネルギープロファイルの比率を生成するステップと、
前記第１および第２のエネルギープロファイルの比率を統計的に分析するステップと、
前記第１および第２のエネルギープロファイルの比率の統計的分析に基づいて前記入力信号のシンボルレートを決定するステップと
を含む方法。
前記比率を統計的に分析することは、前記第１および第２のエネルギープロファイルの比率に関連する少なくとも１つの統計的パラメータを決定することを含み、前記シンボルレートを決定することは、前記第１および第２のエネルギープロファイルの比率に関連する統計的パラメータを少なくとも１つの所定の閾値と比較することに基づいて、前記入力信号の前記シンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの一つであると決定することを含む、請求項１０に記載の方法。
前記比率を統計的に分析することは、別個の個々のエネルギープロファイルの比率の標本標準偏差および標本平均のうちの少なくとも１つを決定することを含み、前記シンボルレートを決定することは、前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率の標本標準偏差および標本平均のうちのと少なくとも１つを少なくとも１つの所定の閾値と比較することに基づいて、前記入力信号のシンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであると決定することを含む、請求項１１に記載の方法。
前記比率を統計的に分析することは、別個の個々のエネルギープロファイルの比率に関連するガウス密度関数に基づいて最大のサービス品質（ＱｏＳ）を計算することを含み、前記シンボルレートを決定することは、前記最大のＱｏＳを複数の所定のシンボルレートに関連するＱｏＳと比較することに基づいて、前記入力信号の前記シンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであると決定することを含む、請求項１０に記載の方法。
前記比率を統計的に分析することは、別個の個々のエネルギープロファイルの前記比率に関連するＦ−分布に関連する尤度関数を計算することを含み、前記シンボルレートを決定することは、Ｆ分布に関連する尤度関数を最大化するパラメータを、この最大化する組と最もよく一致する複数のシンボルレートに対応する事前計算された一組のパラメータと比較することに基づいて、前記入力信号の前記シンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであると決定することを含む、請求項１０に記載の方法。
受信機システムであって、
無線入力信号を受信するように構成されたアンテナと、
前記無線入力信号をデジタル入力信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
入力信号に関連する別個の個々の周波数帯域をフィルタリングして別個の個々のエネルギープロファイルを生成し、前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率の統計的評価に基づいて、前記デジタル入力信号のシンボルレートを決定するように構成されたレート検出器と、
前記デジタル入力信号を受信し、前記デジタル入力信号の決定されたシンボルレートに基づいて前記デジタル入力信号を復調するように構成された復調器と
を備える受信機システム。
前記レート検出器は、前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率の標本標準偏差および標本平均の少なくとも１つを少なくとも１つの所定の閾値と比較することに基づいて、前記入力信号の前記シンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであることを決定するように構成されたレート処理コンポーネントを備える、請求項１５に記載の受信機システム。
前記レート検出器は、複数の所定のシンボルレートの各々に対する前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率に関連するガウス密度関数に基づいて最大のサービス品質（ＱｏＳ）を計算することに基づいて、前記入力信号のシンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであると決定するように構成されたレート処理コンポーネントを含む、請求項１５に記載の受信機システム。
前記レート検出器は、複数の所定のシンボルレートの各々に対する前記別個の個々のエネルギープロファイルの比率に関連するＦ−分布に対応する尤度関数を最大化することに基づいて、前記入力信号のシンボルレートが複数の所定のシンボルレートのうちの１つであると決定するように構成されたレート処理コンポーネントを含む、請求項１５に記載の受信機システム。