JP2021136493A - Signal specification determination device and signal specification determination method - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、信号諸元判定装置及び信号諸元判定方法に関する。 The present embodiment relates to a signal specification determination device and a signal specification determination method.
受信した無線信号の信号諸元を判定する信号諸元判定装置が用いられている。従来の信号諸元判定装置は、例えばスペクトラムの形状、ピークの有無、振幅の分散、信号帯域幅等の特徴量から信号を識別する決定論的手法を用いて、信号諸元を判定する。また、近年、サポートベクターマシン及びニューラルネットワーク等の機械学習手法を用いて信号諸元を判定する信号諸元判定装置も提案されている。 A signal specification determination device for determining the signal specifications of the received radio signal is used. A conventional signal specification determination device determines signal specifications by using a deterministic method for identifying a signal from features such as the shape of a spectrum, the presence or absence of a peak, the variance of an amplitude, and the signal bandwidth. Further, in recent years, a signal specification determination device for determining signal specifications using a machine learning method such as a support vector machine and a neural network has also been proposed.
決定論的手法を用いる信号諸元判定装置では、スペクトラムの形状から信号を識別する場合に、変調多値数の異なる位相変調信号、変調多値数の小さい周波数変調信号及び周波数シフト幅の近接した周波数変調信号を識別することは困難である。 In a signal specification determination device using a deterministic method, when identifying a signal from the shape of a spectrum, a phase-modulated signal having a different number of modulation multi-values, a frequency-modulated signal with a small number of modulation multi-values, and a frequency shift width are close to each other. It is difficult to identify a frequency modulated signal.
一方、機械学習手法を用いる信号諸元判定装置では、スペクトラムから変調信号の種別及び帯域幅等の信号特性を特定できる。しかしながら、変調種別及び変調多値数を含む信号の変調方式と信号特性の組み合わせは多岐に渡る。したがって、問題の難度は高くなり、学習に必要なデータは膨大になる。また、学習されていない未知の帯域幅への対応は困難である。 On the other hand, in the signal specification determination device using the machine learning method, the signal characteristics such as the type and bandwidth of the modulated signal can be specified from the spectrum. However, there are a wide variety of combinations of signal modulation methods and signal characteristics, including modulation types and multiple modulation values. Therefore, the difficulty of the problem becomes high, and the amount of data required for learning becomes enormous. Also, it is difficult to deal with unknown bandwidths that have not been learned.
実施形態が解決しようとする課題は、信号特性の違いによらずに変調方式を識別することができる信号諸元判定装置及び信号諸元判定方法を提供することである。 An object to be solved by the embodiment is to provide a signal specification determination device and a signal specification determination method capable of identifying a modulation method regardless of a difference in signal characteristics.
実施形態による信号諸元判定装置は、入力された信号の信号特性を解析する信号特性解析部と、解析された信号特性に基づいて、入力された信号から周波数データを生成する周波数データ生成部と、周波数データを、予め決定された信号諸元に紐付けられたクラスに分類し、分類されたクラスに応じて、信号の信号諸元を判定する信号諸元判定部とを備える。周波数データ生成部は、解析された信号特性に基づいて、入力された信号の信号特性を基準値に合わせるように周波数データを生成する。 The signal specification determination device according to the embodiment includes a signal characteristic analysis unit that analyzes the signal characteristics of the input signal, and a frequency data generation unit that generates frequency data from the input signal based on the analyzed signal characteristics. , The frequency data is classified into a class associated with a predetermined signal specification, and the signal specification determination unit for determining the signal specification of the signal is provided according to the classified class. The frequency data generation unit generates frequency data based on the analyzed signal characteristics so as to match the signal characteristics of the input signal with the reference value.
(装置説明)
以下に、一実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置を、図面を参照して説明する。図1は、一実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置の構成例を示す概念図である。信号諸元判定装置10は、信号特性解析部100、周波数データ生成部200及び信号諸元判定部300を備えている。信号諸元判定装置10は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータである。信号特性解析部100、周波数データ生成部200及び信号諸元判定部300は、CPU等のプロセッサによって実行されるソフトウェアによって実現されてもよいし、専用のハードウェアによって実現されてもよい。
(Device description)
Hereinafter, the signal specification determination device to which the signal specification determination method of one embodiment is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration example of a signal specification determination device to which the signal specification determination method of one embodiment is applied. The signal
信号特性解析部100は、例えば図示しない受信機から出力されたデジタル無線信号を受信し、受信したデジタル無線信号の信号特性を解析する。信号特性は、例えば帯域幅を含む。そして、信号特性解析部100は、解析の結果として得られた信号特性を、信号特性情報として周波数データ生成部200に出力する。
The signal
周波数データ生成部200は、信号特性解析部100から出力された信号特性情報に基づいてデジタル無線信号から周波数データを生成する。そして、周波数データ生成部200は、生成した周波数データを信号諸元判定部300に出力する。
The frequency
信号諸元判定部300は、周波数データ生成部200から出力された周波数データから信号諸元を判定する。具体的には、信号諸元判定部300は、周波数データを予め定められた複数のクラスの何れかに分類する。そして、信号諸元判定部300は、分類したクラスから信号諸元を判定する。各クラスは、予め信号諸元に関連付けられており、分類されたクラスから信号諸元が判定され得る。
The signal
(動作説明)
次に、図1の信号諸元判定装置10の動作を図2に示すフローチャートに従って説明する。図示しない受信機からのデジタル無線信号は、信号諸元判定装置10の信号特性解析部100及び周波数データ生成部200に提供される(S1)。
(Operation explanation)
Next, the operation of the signal
信号特性解析部100は、デジタル無線信号の信号特性を解析する。そして、信号特性解析部100は、解析結果を信号特性情報として周波数データ生成部200に出力する(S2)。
The signal
ここで、信号特性情報についてさらに説明する。実施形態では、信号諸元判定部300は、スペクトログラムから信号諸元を判定するものとする。スペクトログラムは、入力された信号を時間方向にシフトしながらフーリエ変換を複数回適用し、それぞれのフーリエ変換の結果として得られる周波数スペクトラムの時間変化を2次元の画像で表したものである。この画像の例えば水平方向は周波数の変化を表し、垂直方向は時間の変化を表す。そして、この画像のそれぞれの画素の値は、それぞれの時刻において対応する周波数成分の振幅を表す。
Here, the signal characteristic information will be further described. In the embodiment, the signal
図3A及び図3Bは、信号特性の異なる2つのFSK(周波数変調)信号に同一の処理を適用して生成されたスペクトログラムの一例を示す。FSK信号では、変調前の信号のシンボルに応じて周波数が切り替えられるため、周波数軸上で複数の電力ピークが発生する。図3Aでは2つのピークP11及びP12が示されており、図3Bでは2つのピークP21及びP22が示されている。信号特性としての帯域幅は、切り替えられる周波数のシフト幅に相当する。図3Aでは帯域幅はw1(信号特性1)であり、図3Bでは帯域幅はw2(信号特性2)である。 3A and 3B show an example of a spectrogram generated by applying the same processing to two FSK (frequency modulation) signals having different signal characteristics. In the FSK signal, since the frequency is switched according to the symbol of the signal before modulation, a plurality of power peaks are generated on the frequency axis. Two peaks P11 and P12 are shown in FIG. 3A, and two peaks P21 and P22 are shown in FIG. 3B. The bandwidth as a signal characteristic corresponds to the shift width of the frequency to be switched. In FIG. 3A, the bandwidth is w1 (signal characteristic 1), and in FIG. 3B, the bandwidth is w2 (signal characteristic 2).
図3Bの帯域幅w2は図3Aの帯域幅w1の2倍である。信号特性解析部100は、これらの帯域幅を推定して信号特性情報として出力する。例えば、信号特性解析部100は、入力されたデジタル無線信号をフーリエ変換して周波数データを生成し、周波数データから複数の電力ピークを検出してそれらの電力ピークの間隔を帯域幅として算出する。電力ピークは、周囲の周波数との電力差が所定値以上である周波数である。なお、信号特性解析部100は、任意のタイミングで任意の信号長のデジタル無線信号に対してフーリエ変換を実施し、得られるスペクトラムに基づいて帯域幅を求めてよい。勿論、信号特性解析部100は、スペクトログラムを生成して帯域幅を求めてもよい。
The bandwidth w2 of FIG. 3B is twice the bandwidth w1 of FIG. 3A. The signal
図4A及び図4Bは信号特性の異なる2つのBPSK(二位相偏移変調)信号に同一の処理を適用して生成されたスペクトログラムの一例を示す。PSK信号では、変調前の信号のシンボルに応じて位相が切り替えられるため、シンボルレートに応じて帯域幅の異なる信号が生成される。信号特性としての帯域幅は、図4Aでは帯域幅はw3(信号特性1)であり、図4Bでは帯域幅はw4(信号特性2)である。 4A and 4B show an example of a spectrogram generated by applying the same processing to two BPSK (two-phase shift keying) signals having different signal characteristics. In the PSK signal, since the phase is switched according to the symbol of the signal before modulation, signals having different bandwidths are generated according to the symbol rate. As for the bandwidth as a signal characteristic, the bandwidth is w3 (signal characteristic 1) in FIG. 4A, and the bandwidth is w4 (signal characteristic 2) in FIG. 4B.
図4Bの帯域幅w4は図4Aの帯域幅w3の2倍である。信号特性解析部100は、これらの帯域幅を推定して信号特性情報として出力する。PSKの場合、例えば、信号特性解析部100は、入力されたデジタル無線信号をフーリエ変換して周波数データを生成し、周波数データから周囲との電力差の大きな複数の境界の周波数を検出してそれらの境界の周波数の間隔を帯域幅として算出する。境界の周波数は、周囲の周波数との電力差が所定値以上である周波数である。
The bandwidth w4 of FIG. 4B is twice the bandwidth w3 of FIG. 4A. The signal
ここでは一般的な信号処理によって帯域幅を求める場合について説明したが、帯域幅を推定可能であればニューラルネットワーク等の機械学習手法を含むいかなる手法を用いても構わない。 Here, the case where the bandwidth is obtained by general signal processing has been described, but any method including a machine learning method such as a neural network may be used as long as the bandwidth can be estimated.
ここで、図2の説明に戻る。周波数データ生成部200は、信号特性解析部100から出力された信号特性情報に基づいて周波数データとしてのスペクトログラムを生成する(S3)。実施形態では、周波数データ生成部200は、変調方式が同一で帯域幅の異なる信号について、帯域幅を同一とするように周波数データを生成する。言い換えれば、周波数データ生成部200は、信号特性情報として提供される実際の帯域幅に基づいて、スペクトログラムにおける見かけ上の帯域幅が予め定めた基準値となるように周波数データを生成する。例えば、実際の帯域幅が基準値のn倍であった場合、周波数データの生成は、フーリエ変換のポイント数を1/n倍とすることで実現できる。この場合、帯域幅の異なりによってスペクトログラムの周波数方向のポイント数が異なる。これに対し、予め定めたサイズに合わせて周波数データをクリッピングする又は値が存在していないポイントの値を所定の値でパディングする等によってすることでスペクトログラムのサイズは一定に保たれ得る。なお、ここでの同一は完全一致を意味しておらず、多少のずれは許容されてよい。
Here, the explanation returns to FIG. The frequency
ここで、周波数データの生成についてさらに説明する。図5は、図3Bで示した信号について、図3Aの帯域幅を基準としてスペクトログラムを生成した例である。図6は、図4Bに示した信号について、図4Aの帯域幅を基準としてスペクトログラムを生成した例である。図5及び図6の何れの例においても帯域幅が同一となるようにスペクトログラムは生成される。単純にスペクトログラムを生成すると、図3Aのスペクトログラムと図3Bのスペクトログラム、図4Aのスペクトログラムと図4Bのスペクトログラムは異なるクラスとして扱う必要がある。実施形態では帯域幅が同一になるようにスペクトログラムが生成されるので、同一の変調方式の信号は同一クラスとして扱うことができる。これにより、信号諸元判定部300における分類は容易になる。ここで、基準となる帯域幅はすべての変調方式で共通である必要はない。例えば、FSK系とPSK系といった帯域幅推定の段階で簡易に判定できるおおまかな変調方式毎に異なる基準値が用いられてもよい。
Here, the generation of frequency data will be further described. FIG. 5 is an example of generating a spectrogram of the signal shown in FIG. 3B with reference to the bandwidth of FIG. 3A. FIG. 6 is an example of generating a spectrogram of the signal shown in FIG. 4B with reference to the bandwidth of FIG. 4A. The spectrograms are generated so that the bandwidths are the same in both the examples of FIGS. 5 and 6. When simply generating a spectrogram, the spectrogram of FIG. 3A and the spectrogram of FIG. 3B, and the spectrogram of FIG. 4A and the spectrogram of FIG. 4B need to be treated as different classes. In the embodiment, the spectrograms are generated so that the bandwidths are the same, so that the signals of the same modulation method can be treated as the same class. This facilitates the classification in the signal
周波数データの生成は、フーリエ変換のポイント数を変えることによって行われるのに限らない。例えば、フーリエ変換のポイント数等を変えることをせずに単純にスペクトログラムを生成した上で、実際の帯域幅が基準値よりも広い場合には近隣との平均値や中央値、最大値等に基づく縮小処理や間引き処理を行い、基準値よりも狭い場合にはアップサンプリング処理を行う等の手法が用いられてもよい。また、デジタル無線信号そのものをリサンプリングした上でスペクトログラムが生成されてもよい。さらに、これらの処理が実際の帯域幅と基準値との関係等に応じて切り替えられてもよい。例えば、実際の帯域幅が基準値よりも狭い場合には無線信号のリサンプリングが用いられ、広い場合にはスペクトログラムに対する縮小処理や間引き処理が行われてもよい。また、いくつかの処理の組み合わせが用いられてもよい。例えば、帯域幅が基準値の整数倍になるようにリサンプリングしたデジタル無線信号からスペクトログラムを算出し、算出されたスペクトログラムに対して間引き処理が行われてもよい。さらに、対象となるデジタル無線信号の帯域幅の取り得る値が多岐に渡る場合には、大まかにいくつかの帯域幅のグループに分けた上でグループ毎に周波数データの生成が行われてもよい。この場合にも単純にスペクトログラムを生成する場合と比較して問題の簡略化が期待できる。 The generation of frequency data is not limited to the generation of the Fourier transform by changing the number of points. For example, after simply generating a spectrogram without changing the number of points of Fourier transform, if the actual bandwidth is wider than the reference value, the average value, median value, maximum value, etc. with the neighbors will be used. A method such as performing reduction processing or thinning processing based on the basis, and performing upsampling processing when the value is narrower than the reference value may be used. Further, the spectrogram may be generated after resampling the digital radio signal itself. Further, these processes may be switched according to the relationship between the actual bandwidth and the reference value. For example, when the actual bandwidth is narrower than the reference value, resampling of the radio signal may be used, and when it is wide, the spectrogram may be reduced or thinned out. Moreover, a combination of several treatments may be used. For example, a spectrogram may be calculated from a digital radio signal resampled so that the bandwidth is an integral multiple of a reference value, and the calculated spectrogram may be thinned out. Further, when the possible values of the bandwidth of the target digital radio signal are diverse, the frequency data may be generated for each group after being roughly divided into several bandwidth groups. .. In this case as well, the problem can be expected to be simplified compared to the case where the spectrogram is simply generated.
また、デジタル無線信号に対するフーリエ変換では、一般的には、サンプル数は2のべき乗に設定されてFFT(Fast Fourier Transform)が行われる。これに限らず、2のべき乗以外のサンプル数に対して0埋めを行い、2のべき乗数にサンプル数を合わせてFFTが行われてもよいし、直接DFT(Discrete Fourier Transform)が行われてもよい。さらには、自己回帰モデル等に基づくスペクトラムの確率密度関数の推定が行われても構わない。 Further, in the Fourier transform for a digital radio signal, in general, the number of samples is set to a power of 2, and FFT (Fast Fourier Transform) is performed. Not limited to this, the number of samples other than the power of 2 may be filled with 0, and the FFT may be performed by matching the number of samples with the power of 2, or the DFT (Discrete Fourier Transform) is directly performed. May be good. Furthermore, the probability density function of the spectrum may be estimated based on an autoregressive model or the like.
また、フーリエ変換をする際には入力信号に窓関数が適用される場合がある。実施形態においても窓関数が適用されてもよい。この場合において、実施形態では、窓関数の種類に限定されず、いかなる窓関数が適用されても構わない。 In addition, a window function may be applied to the input signal when performing the Fourier transform. The window function may also be applied in the embodiment. In this case, in the embodiment, the type of the window function is not limited, and any window function may be applied.
また、スペクトログラムを生成する際にはデジタル無線信号の時間がオーバーラップするようにフーリエ変換が適用される場合がある。実施形態では、このオーバーラップ量は限定されず、いかなるオーバーラップ量が設定されても構わない。さらには、信号の持続時間に応じてオーバーラップ量が適応的に制御されてもよい。 Also, when generating the spectrogram, the Fourier transform may be applied so that the times of the digital radio signals overlap. In the embodiment, this overlap amount is not limited, and any overlap amount may be set. Furthermore, the amount of overlap may be adaptively controlled according to the duration of the signal.
また、前述の説明では、信号の持続時間は一定であるとしている。実際にはスペクトログラムの一部の時刻にのみ信号が存在する場合が考えられる。このような場合には、信号特性解析部100は、帯域幅ではなく、信号の持続時間を信号特性情報として求めてもよい。このとき、周波数データ生成部200は、時間方向のオーバーラップ量を制御することで持続時間がある基準値に合わせられたスペクトログラムを生成する。勿論、周波数データ生成部200は、帯域幅と持続時間の双方がある基準値に合わせられたスペクトログラムを生成してもよい。
Further, in the above description, it is assumed that the duration of the signal is constant. In reality, it is possible that the signal is present only at some time in the spectrogram. In such a case, the signal
ここで、図2の説明に戻る。信号諸元判定部300は、周波数データ生成部200から出力された周波数データに対してクラス分類処理を行う(S4)。そして、信号諸元判定部300は、分類したクラスから信号諸元を判定する(S5)。前述したように、クラスは、信号諸元に紐付けられているため、クラスから信号諸元が判定され得る。
Here, the explanation returns to FIG. The signal
ここでは、諸元判定のために、ニューラルネットワークを用いた例について説明する。ニューラルネットワークを用いた諸元判定としては、CNN(Convolutional Neural Network)を用いることができる。すなわち、スペクトログラムを入力とし、予め定めたクラス数に応じたベクトルデータを出力とするCNNによりクラス分類処理が実現できる。ただし、信号諸元判定部300は、周波数データのクラス分類を適切に行うことが可能な方式であればCNNに限らずサポートベクターマシン等の各種の機械学習手法で分類をしてよい。
Here, an example using a neural network for determining the specifications will be described. CNN (Convolutional Neural Network) can be used as the specification determination using the neural network. That is, the classification process can be realized by CNN that inputs the spectrogram and outputs the vector data according to the predetermined number of classes. However, the signal
以上説明したように、実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置10によれば、デジタル無線信号から解析された信号特性に応じて、信号特性がある基準値に合わせられた周波数データが生成される。これによって、信号特性によらない信号諸元判定を実現することが可能である。また、信号諸元の判別にニューラルネットワーク等が用いられる場合に、信号特性毎の多量の学習データを用意して困難な分類問題を解く必要がなくなる。
As described above, according to the signal
ここで、実施形態では、周波数データ生成部200によって生成される周波数データは、スペクトログラムであるとしている。周波数データは、スペクトログラムに限定されるものではない。例えば、周波数データは、スペクトログラムの振幅のみのデータであってもよいし、スペクトログラムの振幅を対数変換したデータであってもよい。振幅でなく、周波数が用いられても構わない。また、フーリエ変換によって2次元データを生成するのではなく、入力する信号の時間をシフトしながらウェーブレット変換を複数回適用して2次元データが生成されても構わない。その他、2次元データではなく、1次元のスペクトラムがデータとして用いられても構わない。
Here, in the embodiment, the frequency data generated by the frequency
(変形例1)
以下に、実施形態の変形例1を、図面を参照して説明する。図7は、実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置の変形例を示す概念図である。すなわち、信号諸元判定装置20は、信号特性解析部100、周波数データ生成部200及び信号諸元判定部300に加え、非線形処理部400を備えている。なお、信号諸元判定装置10と同等の処理部については同一の符号を付与し、適宜説明を省略する。つまり、以下では非線形処理部400について主に説明する。
(Modification example 1)
Hereinafter, a
(装置説明)
非線形処理部400は、信号分配部410及び変換部420を有している。信号分配部410は、例えば図示しない受信機から出力されたデジタル無線信号r(t)を受信し、受信したデジタル無線信号r(t)を複数の変換部420へ提供する。図1では一例として、4つの変換部420(#1〜#4)が図示されている。変換部420の数は4つに限定されるものではない。変換部420の数は、信号諸元判定装置20によって判定される信号諸元の数や種類に応じて適宜に決定されてよい。
(Device description)
The
変換部420(#1〜#4)にはそれぞれ、デジタル無線信号r(t)を変換するための関数が設定されており、変換部420(#1〜#4)のうちの複数には、非線形関数が設定されている。 Functions for converting the digital radio signal r (t) are set in the conversion units 420 (# 1 to # 4), respectively, and a plurality of the conversion units 420 (# 1 to # 4) have a function for converting the digital radio signal r (t). A non-linear function is set.
変換部420(#1〜#4)はそれぞれ、設定された関数(f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x))を用いて、デジタル無線信号r(t)を変換し、デジタル無線信号(f1(r(t))、f2(r(t))、f3(r(t))、f4(r(t)))を、周波数データ生成部200へ出力する。
The conversion units 420 (# 1 to # 4) generate the digital radio signal r (t) using the set functions (f1 (x), f2 (x), f3 (x), f4 (x)), respectively. The digital radio signals (f1 (r (t)), f2 (r (t)), f3 (r (t)), f4 (r (t))) are converted and output to the frequency
このように、非線形処理部400は、デジタル無線信号r(t)を、異なる複数の非線形関数を含む関数で変換することによって、デジタル無線信号の異なる特徴を強調する。
In this way, the
周波数データ生成部200は、変換部420(#1〜#4)から出力された各デジタル無線信号を周波数データへ変換するために、変換部420に1対1に設けられた周波数変換部210を備えている。すなわち、図7の例では、4つの変換部420(#1〜#4)が存在するので、周波数データ生成部200は、それに対応して4つの周波数変換部210(#1〜#4)を備えている。周波数変換部210(#1〜#4)は、それぞれ、信号特性情報に基づいて対応する変換部から提供されたデジタル無線信号から周波数データ1、2、3、4を生成する。
The frequency
信号諸元判定部300は、周波数変換部210(#1〜#4)のそれぞれから出力された、複数の周波数データ1〜4のそれぞれをクラスに分類する。
The signal
(動作説明)
次に、以上のように構成した変形例の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置20の動作を図8に示すフローチャートに従って、具体例を用いながら説明する。図示しない受信機からのデジタル無線信号r(t)は、信号諸元判定装置20の信号特性解析部100へ提供されるとともに、非線形処理部400の信号分配部410に提供される。非線形処理部400は、提供されたデジタル無線信号r(t)を各変換部420へ提供する(S11)。
(Operation explanation)
Next, the operation of the signal
信号特性解析部100は、信号諸元判定装置10と同様に帯域幅や信号の持続時間といった信号特性を解析する。そして、信号特性解析部100は、解析結果を信号特性情報として周波数データ生成部200に出力する(S12)。
The signal
変換部420(#1〜#4)は、それぞれ、設定された関数(f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x))を用いて、デジタル無線信号r(t)を変換する。そして、変換部420(#1〜#4)は、それぞれ、変換結果であるデジタル無線信号(f1(r(t))、f2(r(t))、f3(r(t))、f4(r(t)))を周波数データ生成部200へ出力する(S13)。 The conversion units 420 (# 1 to # 4) use the set functions (f1 (x), f2 (x), f3 (x), f4 (x)), respectively, to generate the digital radio signal r (t). To convert. Then, the conversion units 420 (# 1 to # 4) are the conversion result digital radio signals (f1 (r (t)), f2 (r (t)), f3 (r (t)), f4 (, respectively. r (t))) is output to the frequency data generation unit 200 (S13).
ここでは、変換部420(#1〜#4)において適用される関数の一例として、逓倍数の異なるべき関数が用いられる場合を例に説明する。逓倍数をそれぞれ1、2、4、8とすると、各変換部420(#1〜#4)において設定される関数(f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x))は、それぞれ以下の通りとなる。
f1(x)=x
f2(x)=x2
f3(x)=x4
f4(x)=x8
これらのうち、f1(x)は線形関数である。一方、f2(x)、f3(x)及びf4(x)は、非線形関数である。
Here, as an example of the function applied in the conversion unit 420 (# 1 to # 4), a case where a function having a different multiplication factor is used will be described as an example. Assuming that the multiplication numbers are 1, 2, 4, and 8, respectively, the functions (f1 (x), f2 (x), f3 (x), f4 (x) set in each conversion unit 420 (# 1 to # 4)). ) Are as follows.
f1 (x) = x
f2 (x) = x 2
f3 (x) = x 4
f4 (x) = x 8
Of these, f1 (x) is a linear function. On the other hand, f2 (x), f3 (x) and f4 (x) are non-linear functions.
ここで、PSK信号は、逓倍数が変調多値数の整数倍となる場合、中心周波数と帯域幅の周波数においてスペクトラムにピークが生じる特徴を有している。したがって、各変換部420(#1〜#4)から出力されるデジタル無線信号には、変調多値数に応じて異なる特徴が生じる。 Here, the PSK signal has a characteristic that a peak occurs in the spectrum at the center frequency and the frequency of the bandwidth when the multiplication number is an integral multiple of the modulation multi-value number. Therefore, the digital radio signal output from each conversion unit 420 (# 1 to # 4) has different characteristics depending on the number of modulation multi-values.
一般に、デジタル無線信号r(t)のスペクトラムからは、変調多値数の小さいFSK信号の変調方式の判定、周波数のシフト幅の差が小さいFSK信号の分類は困難である。変形例では、変換部420(#1〜#4)によって逓倍数の異なるべき関数を用いてデジタル無線信号r(t)の変換がされる。これにより、各変換部から出力されるデジタル無線信号の周波数シフト量は異なるために異なる特徴が強調される。したがって、周波数変調信号の分類はより容易になる。 In general, from the spectrum of the digital radio signal r (t), it is difficult to determine the modulation method of the FSK signal having a small number of modulation values and to classify the FSK signal having a small difference in frequency shift width. In the modified example, the conversion unit 420 (# 1 to # 4) converts the digital radio signal r (t) using a function having a different multiplication factor. As a result, the frequency shift amount of the digital radio signal output from each conversion unit is different, so that different characteristics are emphasized. Therefore, the classification of frequency modulated signals becomes easier.
なお、べき関数の逓倍数は、1、2、4、8に限定されるものではない。逓倍数は、1、2、4、8以外の値であってもよい。 The multiplication factor of the power function is not limited to 1, 2, 4, and 8. The multiplication number may be a value other than 1, 2, 4, and 8.
ここで、図8の説明に戻る。変換部420(#1〜#4)は、それぞれ、変換部420(#1〜#4)のうちの対応する変換部から出力されたデジタル無線信号と、信号特性解析部100から出力された信号特性情報とに基づいて周波数データとしてのスペクトログラムを生成する(S14)。
Here, the description returns to FIG. The conversion units 420 (# 1 to # 4) are the digital radio signal output from the corresponding conversion unit of the conversion units 420 (# 1 to # 4) and the signal output from the signal
図9Aは、周波数変換部210(#1)によって生成されたBPSK信号のスペクトログラムの一例を示す。図9Bは、周波数変換部210(#1)によって生成されたQPSK信号のスペクトログラムの一例を示す。周波数変換部210(#1)では、BPSK信号とQPSK信号の何れも変調多値数と逓倍数とは一致に達しない。したがって、図9A及び図9Bに示すように、BPSK信号及びQPSK信号の何れにもピークが生じていない。 FIG. 9A shows an example of a spectrogram of the BPSK signal generated by the frequency converter 210 (# 1). FIG. 9B shows an example of a spectrogram of the QPSK signal generated by the frequency converter 210 (# 1). In the frequency conversion unit 210 (# 1), neither the BPSK signal nor the QPSK signal reaches a match between the modulation multi-value number and the multiplication number. Therefore, as shown in FIGS. 9A and 9B, neither the BPSK signal nor the QPSK signal has a peak.
図10Aは、周波数変換部210(#2)によって生成されたBPSK信号のスペクトログラムの一例を示す。図10Bは、周波数変換部210(#2)によって生成されたQPSK信号のスペクトログラムの一例を示す。周波数変換部210(#2)では、BPSK信号については変調多値数と逓倍数が一致に達し、QPSK信号については変調多値数と逓倍数が一致に達しない。したがって、図10A及び図10Bに示すように、BPSK信号についてはピークPが生じるのに対してQPSK信号についてはピークが生じていない。 FIG. 10A shows an example of a spectrogram of the BPSK signal generated by the frequency converter 210 (# 2). FIG. 10B shows an example of a spectrogram of the QPSK signal generated by the frequency converter 210 (# 2). In the frequency conversion unit 210 (# 2), the modulation multi-value number and the multiplication number reach the same for the BPSK signal, and the modulation multi-value number and the multiplication number do not reach the same for the QPSK signal. Therefore, as shown in FIGS. 10A and 10B, a peak P is generated for the BPSK signal, whereas a peak is not generated for the QPSK signal.
図11Aは、周波数変換部210(#3)によって生成されたBPSK信号のスペクトログラムの一例を示す。図11Bは、周波数変換部210(#3)によって生成されたQPSK信号のスペクトログラムの一例を示す。周波数変換部210(#3)では、BPSK信号とQPSK信号の何れについても変調多値数と逓倍数が一致に達する。したがって、図11A及び図11Bに示すように、BPSK信号及びQPSK信号の何れにおいてもピークが生じている。周波数変換部210(#4)については示していないが、図11A及び図11Bと同等のスペクトログラムになる。 FIG. 11A shows an example of a spectrogram of the BPSK signal generated by the frequency converter 210 (# 3). FIG. 11B shows an example of a spectrogram of the QPSK signal generated by the frequency converter 210 (# 3). In the frequency conversion unit 210 (# 3), the modulation multi-value number and the multiplication number reach the same for both the BPSK signal and the QPSK signal. Therefore, as shown in FIGS. 11A and 11B, a peak occurs in both the BPSK signal and the QPSK signal. Although the frequency conversion unit 210 (# 4) is not shown, the spectrogram is equivalent to that in FIGS. 11A and 11B.
したがって、例えば周波数変換部210(#1)〜(#3)で生成されたスペクトログラムが図9A、図10A、図11Aの組み合わせであれば、入力されたデジタル無線信号は、BPSK信号であり、周波数変換部210(#1)〜(#3)で生成されたスペクトログラムが図9B、図10B、図11Bの組み合わせであれば、入力されたデジタル無線信号は、QPSK信号であると判別され得る。 Therefore, for example, if the spectrograms generated by the frequency converters 210 (# 1) to (# 3) are a combination of FIGS. 9A, 10A, and 11A, the input digital radio signal is a BPSK signal and has a frequency. If the spectrograms generated by the conversion units 210 (# 1) to (# 3) are a combination of FIGS. 9B, 10B, and 11B, the input digital radio signal can be determined to be a QPSK signal.
このように、変形例1では、複数の異なる非線形関数を含む関数によってデジタル無線信号r(t)を変換することにより、それぞれの変換されたデジタル無線信号において異なる特徴を強調することが可能である。 As described above, in the modified example 1, by converting the digital radio signal r (t) by a function including a plurality of different nonlinear functions, it is possible to emphasize different features in each converted digital radio signal. ..
変形例1において、周波数変換部210(#1〜#4)は、信号特性に基づき、同一の変調方式では信号特性によらずにスペクトログラムが同一となるように周波数データを生成する。周波数変換部210(#1〜#4)は、すべて同一の信号特性の基準値に基づいて周波数データを生成してもよいし、異なる基準値に基づいて周波数データを生成してもよい。 In the first modification, the frequency conversion unit 210 (# 1 to # 4) generates frequency data based on the signal characteristics so that the spectrograms are the same regardless of the signal characteristics in the same modulation method. The frequency conversion units 210 (# 1 to # 4) may generate frequency data based on reference values of the same signal characteristics, or may generate frequency data based on different reference values.
ここで、図8の説明に戻る。信号諸元判定部300は、周波数データ生成部200から出力された、特徴が強調された周波数データに対してクラス分類処理を行う(S15)。そして、信号諸元判定部300は、分類したクラスから信号諸元を判定する(S16)。前述したように、クラスは、信号諸元に紐付けられているため、クラスから信号諸元が判定され得る。ここで、信号の諸元判定のための手法は、複数の周波数データのクラス分類処理が可能な手法であれば限定されない。例えば、ニューラルネットワークが用いられる場合、マルチチャネルのニューラルネットワークによる諸元判定が行われても構わないし、複数の周波数データを任意の次元にカスケードに結合し、結合された1つのデータに対してニューラルネットワークによる諸元判定が行われても構わない。
Here, the description returns to FIG. The signal
以上説明したように、変形例1によれば、デジタル無線信号が複数の異なる非線形関数で変換される。そして、それぞれの変換されたデジタルデータから、信号特性がある基準値に合わせられた周波数データが生成される。それぞれの変換されたデジタルデータは、変調方式に応じて異なる特徴を有している。これによって、例えば、従来識別が困難な多値数の異なる位相変調信号、変調多値数の小さい周波数変調信号、及び周波数シフト量の類似した周波数変調信号の識別も可能である。 As described above, according to the first modification, the digital radio signal is transformed by a plurality of different non-linear functions. Then, from each converted digital data, frequency data whose signal characteristics are matched to a certain reference value is generated. Each converted digital data has different characteristics depending on the modulation method. Thereby, for example, it is possible to identify a phase-modulated signal having a different number of multi-values, a frequency-modulated signal with a small number of modulation multi-values, and a frequency-modulated signal having a similar frequency shift amount, which are difficult to identify in the past.
ここで、変形例1では、変換部420はデジタル無線信号をべき関数を用いて変換している。しかしながら、変換部420に適用される関数はべき関数に限定されない。変換部420に適用される関数は、識別される信号の種類や数に応じて、指数関数、sigmoid関数、対数関数、絶対値関数等、任意の非線形関数が利用され得る。
Here, in the first modification, the
(変形例2)
変形例2について説明する。前述した実施形態及び変形例1において、信号特性に応じた周波数データの生成方法については複数の手法を説明している。一方、周波数データの生成に際してリサンプリングのように信号そのものが整形される場合にも実施形態及び変形例1の手法は適用され得る。例えば、図12に示す信号諸元判定装置30のように信号整形部500が設けられていてよい。この場合、信号整形部500は、入力されたデジタル無線信号の信号特性をある基準値に合わせるように整形処理を施す。各周波数変換部で共通の処理が事前に行われることで処理量の削減が期待できる。
(Modification 2)
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10・・信号諸元判定装置、100・・信号特性解析部、200・・周波数データ生成部、210・・周波数変換部、300・・信号諸元判定部、400・・非線形処理部、410・・信号分配部、420・・変換部、500・・信号整形部。 10 ... Signal specification determination device, 100 ... Signal characteristic analysis unit, 200 ... Frequency data generation unit, 210 ... Frequency conversion unit, 300 ... Signal specification determination unit, 400 ... Nonlinear processing unit, 410 ... -Signal distribution unit, 420 ... Conversion unit, 500 ... Signal shaping unit.
Claims (5)
解析された前記信号特性に基づいて、入力された前記信号から周波数データを生成する周波数データ生成部と、
前記周波数データを、予め決定された信号諸元に紐付けられたクラスに分類し、分類されたクラスに応じて、前記信号の信号諸元を判定する信号諸元判定部と、
を備え、
前記周波数データ生成部は、解析された前記信号特性に基づいて、入力された前記信号の信号特性を基準値に合わせるように前記周波数データを生成する信号諸元判定装置。 A signal characteristic analysis unit that analyzes the signal characteristics of the input signal,
A frequency data generator that generates frequency data from the input signal based on the analyzed signal characteristics, and
The frequency data is classified into a class associated with a predetermined signal specification, and a signal specification determination unit that determines the signal specification of the signal according to the classified class, and a signal specification determination unit.
With
The frequency data generation unit is a signal specification determination device that generates the frequency data so as to match the signal characteristics of the input signal with a reference value based on the analyzed signal characteristics.
解析された前記信号特性に基づいて、入力された前記信号の信号特性を基準値に合わせるように周波数データを生成することと、
前記周波数データを、予め決定された信号諸元に紐付けられたクラスに分類することと、
分類された前記クラスに応じて、前記信号の信号諸元を判定することと、
を備える信号諸元判定方法。 Analyzing the signal characteristics of the input signal and
Based on the analyzed signal characteristics, the frequency data is generated so as to match the signal characteristics of the input signal with the reference value.
By classifying the frequency data into classes associated with predetermined signal specifications,
Determining the signal specifications of the signal according to the classified class
A signal specification determination method comprising.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100002816A1 (en) * | 2007-07-12 | 2010-01-07 | Bae Systems Information And Electronic Systems Int | Method and apparatus for multiple signal identification and finding the basis functions of the received signal |
JP2015125238A (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | Pioneer DJ株式会社 | Sound signal processor, control method of sound signal processor, and program |
JP2019165320A (en) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社東芝 | Signal specification determining device and method |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100002816A1 (en) * | 2007-07-12 | 2010-01-07 | Bae Systems Information And Electronic Systems Int | Method and apparatus for multiple signal identification and finding the basis functions of the received signal |
JP2015125238A (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | Pioneer DJ株式会社 | Sound signal processor, control method of sound signal processor, and program |
JP2019165320A (en) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社東芝 | Signal specification determining device and method |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
能田 康義 他: "スペクトログラムを用いた信号検出における閾値精度評価", 電子情報通信学会2017年基礎・境界ソサイエティ/NOLTAソサイエティ大会講演論文集, JPN6022052926, 29 August 2017 (2017-08-29), pages 94, ISSN: 0004942705 * |
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