JP2019161449A - 信号諸元解析装置および信号諸元解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度を高めた信号諸元解析装置を提供すること。【解決手段】 実施形態によれば、信号諸元解析装置は、受信部、Ａ／Ｄ変換部、フーリエ変換処理部、カウント部、フィルタ部、検出部、および、判定部を具備する。受信部は、変調信号を受信して受信信号を生成する。Ａ／Ｄ変換部は、受信信号をディジタル信号に変換する。フーリエ変換処理部は、ディジタル信号を用いたフーリエ変換解析により変調信号の変調速度を得る。カウント部は、変調信号の周波数ごとの発生頻度をカウントして頻度データを得る。フィルタ部は、頻度データの最大値に基づく閾値を設定し、閾値以下の頻度データを除去する。検出部は、閾値以下の頻度データを除去された頻度データの周波数に対する分布から、変調速度の範囲内のピークを検出する。判定部は、検出されたピークの数から、変調信号の変調多値数および偏移周波数を判定する。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、信号の諸元を解析する装置および方法に関する。

ディジタル変調された無線帯域信号を受信し、その諸元を解析するための装置が知られている。例えば、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調された信号の多値数及び偏移周波数を測定する手法として次のものがある。すなわち、周波数の出現頻度を求め、閾値を超えた頻度で現れる周波数を分別することにより、変調多値数および偏移周波数を測定する手法がある。

特開平１１−１７７５３５号公報 特開昭５９−１６３９３９号公報 特開２００９−１７１８９号公報

既存の手法では、たとえノイズであっても閾値を超えていれば所望の信号と見做され、周波数の出現頻度にカウントされる虞があった。逆に、閾値以下の信号がノイズと見做されてしまうこともある。また、周波数ヒストグラム上で近接する頻度や、ピーク付近の頻度もピークとしてカウントされてしまう虞がある。このように既存の変調諸元解析装置には、主に精度の点で改良の余地があった。

そこで、目的は、精度を高めた信号諸元解析装置および信号諸元解析方法を提供することにある。

実施形態によれば、信号諸元解析装置は、受信部、Ａ／Ｄ変換部、フーリエ変換処理部、カウント部、フィルタ部、検出部、および、判定部を具備する。受信部は、変調信号を受信して受信信号を生成する。Ａ／Ｄ変換部は、受信信号をディジタル信号に変換する。フーリエ変換処理部は、ディジタル信号を用いたフーリエ変換解析により変調信号の変調速度を得る。カウント部は、変調信号の周波数ごとの発生頻度をカウントして頻度データを得る。フィルタ部は、頻度データの最大値に基づく閾値を設定し、閾値以下の頻度データを除去する。検出部は、閾値以下の頻度データを除去された頻度データの周波数に対する分布から、変調速度の範囲内のピークを検出する。判定部は、検出されたピークの数から、変調信号の変調多値数および偏移周波数を判定する。

図１は、実施形態に係わる信号諸元解析装置の一例を示す機能ブロック図である。 図２は、周波数ヒストグラムの一例を示す図である。 図３は、信号諸元解析装置のプロセッサにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。 図４は、周波数ヒストグラムにおいて、除去の対象となる頻度データの属する領域の一例を示す図である。 図５は、閾値以下の頻度データを除去して得られる周波数ヒストグラムの一例を示す図である。 図６は、周波数ヒストグラムにおける周波数の走査範囲の一例を示す図である。 図７は、ピーク検出の結果に基づく周波数ヒストグラムの一例を示す図である。

図１は、実施形態に係わる信号諸元解析装置の一例を示す機能ブロック図である。以下に述べるように、信号諸元解析装置１００は、ソフトウェアを実行可能なプロセッサと、ソフトウェアを記憶するメモリとを備え、これらが協調的に動作することでその機能を実現する、コンピュータである。

信号諸元解析装置１００は、アンテナ１、受信部２、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部３、プロセッサ４、およびメモリ５を備える。プロセッサ４は、例えば、ＣＰＵ（Central processing unit)、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、Programmable Logic Device（例えばＳＰＬＤ（Simple Programmable Logic Device）、ＣＰＬＤ（Complex Programmable Logic Device）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等)の回路を意味する。

メモリ５は、例えばＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic RAM）やＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）などの半導体メモリである。あるいは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージデバイスであってもよい。メモリ５は、周波数ヒストグラム５１を記憶する。実施形態において、周波数ヒストグラム５１は、周波数の発生頻度の周波数に対する分布を示すもので、例えば、発生頻度を縦軸とし、周波数を横軸とし、頻度データをプロットしたグラフとして表される。

図１において、無線帯域のディジタル変調信号（以下、変調信号と記載する）はアンテナ１で捕捉され、受信部２に送られる。受信部は、変調信号を受信処理（低雑音増幅、中間周波数帯域へのダウンコンバート等）し、受信信号を生成する。アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換部３は、この受信信号をディジタル信号に変換し、プロセッサ４に入力する。

プロセッサ４は、ＦＦＴ処理機能４１、カウント機能４２、フィルタ機能４３、ピーク検出機能４４、および、諸元判定機能４５を備える。これらの機能は、例えば、プログラミング言語で記述されたプログラムの関数、あるいはサブルーチンとして理解され得る。

ＦＦＴ処理機能４１は、Ａ／Ｄ変換部３からのディジタル信号にＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析を施し、変調信号の変調速度（シンボルレート）を得る。
カウント機能４２は、変調信号の周波数ごとの発生頻度をカウントして頻度データを得る。カウント機能４２は、頻度データに基づいて、例えば図２に示されるような周波数ヒストグラム５１を作成し、メモリ５に記憶させる。周波数ヒストグラムは、周波数に対して頻度データをプロットして得られるもので、周波数に対する周波数の発生頻度の分布を示す。

フィルタ機能４３は、頻度データの最大値を検出し、その最大値の例えば４０％の値を閾値として設定する。そして、フィルタ機能４３は、この閾値以下の頻度データを処理の対象から除去し、除去されなかった頻度データだけをピーク検出機能４４に渡す。

ピーク検出機能４４は、処理対象の頻度データと、変調信号の変調速度とを取得する。そして、ピーク検出機能４４は、閾値以下の頻度データを除去された周波数ヒストグラムから、変調速度の範囲内のピークを検出する。

諸元判定機能４５は、ピーク検出機能４４により検出されたピークの数から、変調信号の変調多値数および偏移周波数を判定する。次に、上記構成における作用を説明する。

図３は、プロセッサ４の処理手順の一例を示すフローチャートである。プロセッサ４は、Ａ／Ｄ変換部３からディジタル信号を取得し（ステップＳ１）、このディジタル信号の由来である変調信号に現れる周波数の発生頻度をカウントして、頻度データを得る（ステップＳ２）。プロセッサ４は、この頻度データから処理の大元となる周波数ヒストグラムを作成し、メモリ５に記憶する（ステップＳ３）。
次に、プロセッサ４は、頻度データの最大値の４０％の値を閾値として設定し（ステップＳ５）、それ以下の頻度データを処理の対象から除去する（ステップＳ７）。

図４のヒストグラムにおいては、頻度データ（縦軸）の最大値はほぼ１２０００と見積もれる。この値の４０％以下の範囲を、図４でハッチングして示す。ここで、周波数軸上でｉ番目の頻度データをｘｉとすると、ステップＳ７の処理は式（１）のように表すことができる。

つまり、データを除去するには、閾値以下の頻度データをゼロ値に落とせばよい。そうすると図５に示されるような周波数ヒストグラムが得られる。

図５は、閾値以下の頻度データを除去して得られる周波数ヒストグラムの一例を示す図である。図２と比較すると、出現頻度の低いデータが除去されていることが分かる。しかしながら、隣接する頻度の観測されたピークが複数残っており、この状態でピークの数をカウントしても正確な多値数を判定することができない。

一方、図３において、プロセッサ４は、ステップＳ１で取得したディジタル信号を用いてＦＦＴ解析処理を行い、（ステップＳ４）、変調信号の変調速度を算出する（ステップＳ６）。

次にプロセッサ４は、非ゼロのｘｉに対して変調速度の範囲内の最大値を走査し、最大値以外の頻度データを除去する。ここでの処理は、例えば式（２）のように表すことができる。

式（２）において、ｊは周波数の走査範囲を示し、図６のハッチングされた領域に相当する。プロセッサ４は、ｊを−（変調速度／２）〜（変調速度／２）の範囲で走査し、その中で最大の頻度データをその範囲内でのピーク値とし、それ以外の値をゼロ値に落とす。ここまでの手順により、周波数ヒストグラムの各ピークの中心が正確に検出される（ステップＳ８）。つまり、不要な頻度データが除去され、図７に示されるようなヒストグラムとなる。

図７は、ピーク検出の結果に基づく周波数ヒストグラムの一例を示す図である。ステップＳ８のピーク検出処理により、発生頻度のピーク数と多値数とが等しい結果を得ることができる。

次に、プロセッサ４は、得られた周波数ヒストグラムにおけるピーク数をカウントし（ステップＳ９）、変調多値数を得る。また、偏移周波数を求め、ディジタル変調信号の諸元を判定する（ステップＳ１０）。ここで、ｘｉのデータ長をｎとすると、偏移周波数は式（３）で求めることができる。

以上説明したようにこの実施形態では、変調信号の周波数発生頻度の分布を表す周波数ヒストグラムに対して、最大値の所定割合の閾値を設定し、閾値以下のデータを先ず除去する。さらに、ＦＦＴにより得られる変調速度に基づいて、発生頻度のヒストグラムにおけるピーク以外のデータをさらに除去し、そのうえでピーク数をカウントするようにした。このような処理により、ＦＳＫ変調されたディジタル変調信号の変調多値数、及び偏移周波数を精度良く求めることが可能になる。
これらのことから、精度を高めた信号諸元解析装置および信号諸元解析方法を提供することが可能となる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えばディジタル変調信号の変調多値数は８に限定される必要は無く、４ＦＳＫ、１６ＦＳＫ、３２ＦＳＫ、６４ＦＳＫ、…等のあらゆる値を取り得るし、１０ＦＳＫ、１７ＦＳＫ、…等のように、２のｎ乗で表されない多値数に対しても実施形態の手法を適用することが可能である。

このほか、閾値の設定割合は最大値の４０％に限定されるものでもなく、固定値である必要もなく、環境に応じて自在に変更しても良い。

実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…アンテナ、２…受信部、３…アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換部、４…プロセッサ、５…メモリ、４１…ＦＦＴ処理機能、４２…カウント機能、４３…フィルタ機能、４４…ピーク検出機能、４５…諸元判定機能、５１…周波数ヒストグラム、１００…信号諸元解析装置。

Claims (4)

1. 変調信号を受信して受信信号を生成する受信部と、
   前記受信信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換部と、
   前記ディジタル信号を用いたフーリエ変換解析により前記変調信号の変調速度を得るフーリエ変換処理部と、
   前記変調信号の周波数ごとの発生頻度をカウントして頻度データを得るカウント部と、
   前記頻度データの最大値に基づく閾値を設定し、前記閾値以下の頻度データを除去するフィルタ部と、
   前記閾値以下の頻度データを除去された頻度データの周波数に対する分布から、前記変調速度の範囲内のピークを検出する検出部と、
   前記検出されたピークの数から、前記変調信号の変調多値数および偏移周波数を判定する判定部とを具備する、信号諸元解析装置。
2. 変調信号を受信して受信信号を生成する受信部と、
   前記受信信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換部と、
   プロセッサとを具備し、
   前記プロセッサは、
   前記ディジタル信号を用いたフーリエ変換解析により前記変調信号の変調速度を得るフーリエ変換処理機能と、
   前記変調信号の周波数ごとの発生頻度をカウントして頻度データを得るカウント機能と、
   前記頻度データの最大値に基づく閾値を設定し、前記閾値以下の頻度データを除去するフィルタ機能と、
   前記閾値以下の頻度データを除去された頻度データの周波数に対する分布から、前記変調速度の範囲内のピークを検出する検出機能と、
   前記検出されたピークの数から、前記変調信号の変調多値数および偏移周波数を判定する判定機能とを具備する、信号諸元解析装置。
3. 前記変調信号は、周波数シフトキーイング変調された無線帯域信号である、請求項１または２のいずれか１項に記載の信号諸元解析装置。
4. 受信された変調信号をアナログ／ディジタル変換して得られたディジタル信号を与えられるプロセッサにより実行される信号諸元解析方法であって、
   前記プロセッサが、前記ディジタル信号を用いたフーリエ変換解析により前記変調信号の変調速度を得る過程と、
   前記プロセッサが、前記変調信号の周波数ごとの発生頻度をカウントして頻度データを得る過程と、
   前記プロセッサが、前記頻度データの最大値に基づく閾値を設定し、前記閾値以下の頻度データを除去する過程と、
   前記プロセッサが、前記閾値以下の頻度データを除去された頻度データの周波数に対する分布から、前記変調速度の範囲内のピークを検出する過程と、
   前記プロセッサが、前記検出されたピークの数から、前記変調信号の変調多値数および偏移周波数を判定する過程とを具備する、信号諸元解析方法。