JP2022018974A - 信号検出装置、信号検出プログラムおよび信号検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信信号の検出精度を向上できること。
【解決手段】信号検出装置１００は、スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、受信信号の存在領域Ａを検出する。そして、スペクトログラムの周波数軸方向での電力の有無と、時間軸方向での電力の有無に基づき存在領域Ａを区切り、受信信号別の領域に分離する。ＯＦＤＭＡでは、時間方向にパケットをほとんど隙間なく配置しているため、スペクトログラム上で、受信信号は連なるパケットとして表示される。ここで、周波数軸方向で電力が存在する領域毎にｆ１～ｆ５で区切り、時間軸方向で電力が存在する領域毎にｔ１～ｔ４で区切ることで、受信信号をパケットＲ１１～Ｒ３１別に分離でき、識別可能に表示できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線の受信信号を検出する信号検出装置、信号検出プログラムおよび信号検出方法に関する。

電波干渉による通信障害により、無線装置の通信性能が低下することがある。この電波干渉の原因を特定するためには、どの無線規格がどのくらいの時間・帯域を占有し、どのくらいの頻度で通信していたかを求める必要がある。電波干渉による通信障害対策として、信号検出装置を用いスペクトログラム上で信号検出し、周波数帯域、中心周波数、信号長等の信号の特徴量を基に、各信号の無線規格およびその帯域占有率を推定し、電波干渉の生じやすさを求める電波可視化技術がある。

電波可視化技術は、免許不要帯域の無線規格、例えば、ＷＬＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やＢＴ（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）を対象として検討されている。今後は、プライベートＬＴＥやローカル５Ｇ等の無線規格の出現に伴い、様々な帯域で無線干渉の影響が深刻化すると考えられるため、他の無線規格の可視化にも対応した電波可視化技術が必要となる。

従来技術として、ＧＰＳまたはＧＮＳＳ妨害信号をツリーベースの決定プロセスでスペクトログラムのスペクトル周期性等に基づき解析することで、妨害電波を特定する技術がある（例えば、下記特許文献１参照。）。ＧＮＳＳはＧｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍの略、ＧＰＳはＧｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍの略である。また、電波干渉解析装置の受信点で対象信号が受信失敗する確率と、複数の干渉信号により対象信号が受信失敗する確率とに基づき、干渉信号の干渉状態を解析する技術がある（例えば、下記特許文献２参照。）。

また、周波数スペクトルの情報から所望信号への干渉となりうる信号を検出するにあたり、電力の有無を閾値により判定し、信号の所在を求める技術が開示されている（例えば、下記特許文献３参照。）。また、電力有無の判定で信号の存在領域を検出し、電力変化量から立上りと立下りの候補をリスト化し、相互の相関値によりふさわしい立上りと立下りの組み合わせを対応付けすることで、信号を検出する技術が開示されている（例えば、下記特許文献４参照。）。

特表２０１７－５３１４１０号公報 特開２０１９－０１２９１６号公報 特表２００５－５２３６１６号公報 特開２０１８－０５０１４０号公報

ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）などのセルラー技術では、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）の通信方式を採用している。ＯＦＤＭＡでは、時間方向にパケットをほとんど隙間なく配置している。このため、従来技術では、スペクトログラム上で、連なるパケットを互いに分離することができず、パケット数（通信頻度）を正しく検出できなかった。これにより、例えば、受信した多様な無線規格の受信信号を分離して可視化することができなかった。また、連なるパケットを互いに分離することができないことで、受信信号の周波数帯域、中心周波数、信号長等の信号の特徴量、およびこれらを基にした各受信信号の無線規格およびその帯域占有率の推定や電波干渉の生じやすさ等を正確に可視化できなかった。

一つの側面では、本発明は、受信信号の検出精度の向上を目的とする。

一つの案では、スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、前記受信信号の存在領域を検出し、前記スペクトログラムの周波数軸方向での電力の有無と、時間軸方向での電力の有無に基づき前記存在領域を区切り、前記受信信号別の領域に分離することを要件とする。

一つの実施形態によれば、受信信号の検出精度を向上できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる信号検出装置の概要の説明図である。 図２は、実施の形態１にかかる信号検出装置の配置および機能を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１にかかる信号検出装置のハードウェア構成例を示す図である。 図４は、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割手順の説明図である。 図５は、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割手順のフローチャートである。 図６Ａは、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割の例を示す説明図である。（その１） 図６Ｂは、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割の例を示す説明図である。（その２） 図６Ｃは、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割の例を示す説明図である。（その３） 図６Ｄは、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割の例を示す説明図である。（その４） 図６Ｅは、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割の例を示す説明図である。（その５） 図６Ｆは、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割の例を示す説明図である。（その６） 図７は、実施の形態２にかかる信号処理装置による受信信号の領域分割の例を示す説明図である。 図８は、実施の形態２にかかる信号処理装置による受信信号の領域分割による重複した受信信号の分離検出例を示す説明図である。 図９は、実施の形態２にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割手順のフローチャートである。

（実施の形態）
図１は、実施の形態１にかかる信号検出装置の概要の説明図である。実施の形態の信号検出装置１００は、ＯＦＤＭＡの受信信号のスペクトログラムを画像表示する可視化装置に設けられる。

信号検出装置１００は、制御部１０１が受信信号を解析し、表示部が解析結果をスペクトログラムとして画像表示する。図１では、制御部１０１による解析の概要、主に受信信号の領域分割について説明する。

図１（ａ）は受信信号の電力マップを示し、横軸は時間、縦軸は周波数である。ＯＦＤＭＡは、パケット毎に帯域幅が異なる特徴を有し、複数のパケットが時間方向で隙間なく位置している。制御部１０１は、まず、電力マップ上で電力の有無判定を行い受信信号の存在領域を求める。図１（ａ）に示す状態では、受信信号（電力あり）の存在領域Ａが一つの塊になっており、受信信号の存在領域Ａに含まれる複数のパケットの領域、およびパケット数が不明な状態を示している。

このため、制御部１０１は、受信信号の存在領域Ａに対し、電力の閾値を用いて周波数軸方向での電力の有無により、電力がある帯域幅ｂ１～ｂ４をそれぞれ求める。また、帯域幅ｂに基づき各パケットの中心周波数ｃｆ１～ｃｆ４を求める。

また、制御部１０１は、時間軸方向で帯域幅ｂが変化した時刻ｔを求める。これにより、制御部１０１は、図１（ａ）に示す周波数軸方向と時間軸方向上で、複数のパケットに対応した周波数の区切線ｆ１～ｆ５、および時間の区切線ｔ１～ｔ４を設定する。

これにより、図１（ｂ）に示すように、制御部１０１は、周波数の区切線ｆ１～ｆ５、および時間の区切線ｔ１～ｔ４で区切った領域のうち電力ありの領域Ｒ１１～Ｒ３１に分割する。この例では、存在領域Ａが４つの領域Ｒ１１～Ｒ３１に分離され、これら４つの領域Ｒ１１～Ｒ３１はそれぞれ異なるパケットであると認識できるようになる。

そして、制御部１０１は、認識した各パケット（受信信号）別の受信時刻、信号長、中心周波数、周波数幅、電力などの信号の特徴量を求め、特徴量の統計量（信号数、帯域占有率）をグラフや表（スペクトログラム）として表示部に表示出力する。

図２は、実施の形態１にかかる信号検出装置の配置および機能を示すブロック図である。信号検出装置１００は、例えば、妨害電波を検出する際に、妨害電波が発生している箇所に配置される。

図２の例では、基地局２５１と無線端末２５２とのＬＴＥによる無線通信に対する妨害電波が発生したとする。ＬＴＥは、ＢＷＡ（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ａｃｃｅｓｓ）、ｓＸＧＰ（ｓｈａｒｅｄ ｅＸｔｅｎｄｅｄ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｌａｔｆｏｒｍ）等を含む。妨害電波は、例えば、ＷＬＡＮや、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの電波である。この場合、信号検出装置１００をＬＴＥの無線電波および妨害電波を検出できる箇所に運搬等により配置する。図示の例の妨害電波は、他のシステムの基地局２６１と無線端末２６２間の無線電波である。

信号検出装置１００は、受信機２０１と、無線解析装置２０２とを含む。無線解析装置２０２は、例えば、汎用のパーソナル・コンピューター（ＰＣ）で構成できる。また、無線解析装置２０２が受信機２０１の機能を有し一体化した構成にもできる。

受信機２０１は、アンテナ２１１を介して無線電波を受信する無線部２１２と、受信した無線電波をＡＤ変換するＡＤ変換部２１３とを含む。受信機２０１は、ＵＳＲＰ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｒａｄｉｏ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）等の汎用無線機を用いることができる。無線部２１２は、受信信号をベースバンド信号に変換し、ＡＤ変換部２１３は、ＩＱデータに変換して無線解析装置２０２に出力する。

無線解析装置２０２は、規格解析部２２０と、記憶部２３０と、を含む。規格解析部２２０は、電力マップ生成部２２１と、領域分割部２２２と、エッジペア特定部２２３と、特徴検出部２２４と、表示部２２５とを含む。

電力マップ生成部２２１は、受信機２０１が出力する受信信号（ＩＱデータ）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）することにより、電力マップ（時間×周波数の電力マップ、スペクトログラム）へと変換する。

領域分割部２２２は、上述したように、電力マップ上での複数の受信信号（パケット）別の領域に分割する。これにより、複数の受信信号の領域を識別できるようになる。

エッジペア特定部２２３は、電力マップ上で領域分割された各受信信号のエッジ（開始時刻と終了時刻）を電力変化量から求めて、エッジの波形の相関値などを基に、各受信信号におけるエッジ（開始時刻と終了時刻）のペア（組み合わせ）を求める。

特徴検出部２２４は、特定した受信信号の受信時刻、信号長、中心周波数、周波数幅、電力などの特徴量を求める。

また、特徴検出部２２４は、算出した受信信号の特徴量の統計量（信号数、帯域占有率）をグラフや表の形式で作成し、表示部２２５に表示出力する。また、特徴検出部２２４は、電力マップ上のどこに受信信号が分布していたのかを表示出力する。

記憶部２３０には、規格解析部２２０が解析した電力マップ２３１と、規格情報２３２の情報がそれぞれ格納される。電力マップ２３１の情報は、電力マップ生成部２２１が生成する電力マップ（スペクトログラム）を含む。規格情報２３２は、特徴検出部２２４が求めた各受信信号の受信時刻、信号長、中心周波数、周波数幅、電力などの特徴量を含む。

図３は、実施の形態１にかかる信号検出装置のハードウェア構成例を示す図である。信号検出装置１００は、例えば、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、通信ＩＦ３０４、外部メモリ３０５を用いて構成できる。

ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０２に格納されたプログラムを実行し、通信ＩＦ３０４を介して入力される受信信号に対する処理を行い、この際、ＲＡＭ３０３を作業用のデータ領域に使用する。これにより、ＣＰＵ２０２は、図１に示す制御部１０１、および図２に示す信号検出装置１００の無線解析装置２０２（主に規格解析部２２０）としての機能を実現する。外部メモリ３０５は、図２に示す記憶部２３０の機能を実現する。外部メモリ３０５は、例えばフラッシュＲＯＭ等を用いることができる。

図４は、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割手順の説明図である。図４を用いて信号検出装置１００の制御部１０１（ＣＰＵ３０１）による受信信号の領域分割処理の詳細について説明する。

図４（ａ）は、受信信号の電力マップを示し、横軸は時間、縦軸は周波数である。ＯＦＤＭＡは、パケット毎に帯域幅が異なる特徴を有し、複数のパケットが時間方向で隙間なく位置している。制御部１０１は、まず、電力マップ上で電力の有無判定を行い受信信号の存在領域を求める。図４（ａ）に示すように、制御部１０１は、受信信号（電力あり）の存在領域Ａを一つの塊として検出する（処理１）。この状態では、受信信号の存在領域Ａに含まれる複数のパケットの領域、およびパケット数が不明な状態である。

このため、制御部１０１は、次に図４（ｂ）に示すように、帯域幅ｂの個数の閾値判定の処理（処理２）と、帯域幅ｂと中心周波数ｃｆの時間変化量の閾値判定の処理（処理３）を行う。処理２の帯域幅ｂの個数の閾値判定では、制御部１０１は、時刻ｔの帯域幅ｂの個数Ｍｔの電力の変化時刻を求める。例えば、時刻ｔ₁までの期間の受信信号の個数Ｍ₁は帯域幅ｂ_1,1と、帯域幅ｂ_1,2の２個であることが求められる。同様に時刻ｔ₁～ｔ₂までの期間の受信信号の個数Ｍ₂は帯域幅ｂ_2,1の１個であり、時刻ｔ₂以降の受信信号の個数Ｍ₃は帯域幅ｂ_3,1の１個であることが求められる。

また、制御部１０１は、処理３の帯域幅ｂと中心周波数ｃｆの時間変化量の閾値判定の処理では、帯域幅ｂ_t,m（ｍ＝１，２，…，Ｍ_t）と、中心周波数ｃｆ_t,mの時間変化量が閾値を超えた区切時刻ｔ_n（_n＝１，２，…，Ｎ）を求める。例えば、帯域幅ｂ_1,1と、帯域幅ｂ_1,2の２個の受信信号の区切時刻としてｔ₁が求められる。帯域幅ｂ_2,1の受信信号の区切時刻としてｔ₂が求められ、帯域幅ｂ_3,1の受信信号の区切時刻としてｔ３が求められる。

次に、制御部１０１は、図４（ｃ）に示す、受信信号の存在領域Ａの最早時刻ｔ₀，最遅時刻ｔ_N+1として、ｔ_n-1＜ｔ≦ｔ_n（ｎ＝１，２，…，Ｎ＋１）の区間Ｔ_nに分割する処理を行う（処理４）。例えば、時刻ｔ₀～ｔ₁までが区間Ｔ１、時刻ｔ₁～ｔ₂までが区間Ｔ２、時刻ｔ₂～ｔ₃までが区間Ｔ３として求められる。

次に、制御部１０１は、図４（ｄ）に示す、区間Ｔｎ内に存在する領域をＲ_n,mとして検出することで、存在領域Ａ内で連なる形であった受信信号（パケット）を複数に分離する処理を行う（処理５）。例えば、時刻ｔ₀～ｔ₁間では、周波数方向で２つの領域Ｒ１１，Ｒ１２を分離する。また、時刻ｔ₁～ｔ₂間では、独立した領域Ｒ２１として分離し、時刻ｔ₂～ｔ₃間では、独立した領域Ｒ３１として分離する。これにより、制御部１０１は、各独立した４つの領域Ｒ１１～Ｒ３１はそれぞれ異なるパケットであると認識し、スペクトログラムの表示に反映できる。

図５は、実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割手順のフローチャートである。図５は、図４で説明した手順に対応して制御部１０１（ＣＰＵ３０１）が実行する処理例である。

はじめに、制御部１０１は、受信信号の電力分布から存在領域Ａを検出する（ステップＳ５０１、上記処理１相当）。次に、制御部１０１は、検出した存在領域Ａについて時刻ｔ（１スロット相当）単位のループ処理を行う（ステップＳ５０２～ステップＳ５０９）。

まず、制御部１０１は、帯域幅数ｍ判定の処理としてＭ_tの変化時刻がＭ_t＝Ｍ_t+dtであるかを判定する（ステップＳ５０３、上記処理２相当）。この処理により図４（ｂ）に示す同一時刻における複数の受信信号の各帯域幅ｂ_t,mが判定される。Ｍ_t＝Ｍ_t+dtであれば（ステップＳ５０３：Ｙｅｓ）、制御部１０１は、ステップＳ５０４の処理を実施し、Ｍ_t＝Ｍ_t+dtでなければ（ステップＳ５０３：Ｎｏ）、ステップＳ５０７の処理に移行する。

ステップＳ５０４では、制御部１０１は、帯域幅数ｍに関するループ処理を行う（ステップＳ５０４～ステップＳ５０８）。まず、制御部１０１は、帯域幅ｂの時間変化を閾値ｂ_thを用い、｜ｂ_t+dt,m－ｂ_t,m｜≦ｂ_thであるかを判定する（ステップＳ５０５、上記処理２相当）。この帯域幅ｂの閾値ｂ_thは、例えば、ＬＴＥに基づく規格の場合、サブキャリア（１５ｋＨｚ）が１２本ずつユーザに割り当てられるため、１８０ｋＨｚを一単位として帯域幅ｂが変化する。このため、１８０ｋＨｚの変化を観測できるように、閾値ｂ_thは、例えば、１８０ｋＨｚの半分の９０ｋＨｚに設定する。

そして、ステップＳ５０５の判断の結果、｜ｂ_t+dt,m－ｂ_t,m｜≦ｂ_thであれば（ステップＳ５０５：Ｙｅｓ）、制御部１０１は、ステップＳ５０６の処理を実施する。一方、｜Ｂ_t+dt,m－ｂ_t,m｜≦ｂ_thでなければ（ステップＳ５０５：Ｎｏ）、ステップＳ５０７の処理に移行する。

ステップＳ５０６では、制御部１０１は、各受信信号の中心周波数ｃｆの時間変化を閾値ｃｆ_thを用い、｜ｃｆ_t+dt,m－ｃｆ_t,m｜≦ｃｆ_thであるかを判定する（ステップＳ５０６、上記処理３相当）。｜ｃｆ_t+dt,m－ｃｆ_t,m｜≦ｃｆ_thであれば（ステップＳ５０６：Ｙｅｓ）、制御部１０１は、ステップＳ５０８の処理を実施し、｜ｃｆ_t+dt,m－ｃｆ_t,m｜≦ｃｆ_thでなければ（ステップＳ５０６：Ｎｏ）、ステップＳ５０９の処理に移行する。

ステップＳ５０８では、制御部１０１は、帯域幅数ｍ全ての処理が終了したか判断し、終了すればステップＳ５０９の処理を実施し、帯域幅数ｍで未処理分があればステップＳ５０３の処理に戻る。ステップＳ５０７では、制御部１０１は、時刻ｔに関する設定値ｔ_nをｔ、処理数ｎ＋を１に設定し（ステップＳ５０７）、ステップＳ５０９の処理に移行する。

ステップＳ５０９では、制御部１０１は、時間ｔ単位でのループ処理が全て終了すれば、ステップＳ５１０の処理を実施し、時間ｔで未処理分があればステップＳ５０２の処理に戻る。

ステップＳ５１０では、制御部１０１は、存在領域Ａの最早時刻と最遅時刻をｔ₀，ｔ_n+1として追加する（ステップＳ５１０、上記処理４相当）。この処理により、図４（ｃ）に示す受信信号が時刻ｔ０～ｔ３の区間Ｔ１～Ｔ３として分割される。

次に、制御部１０１は、区間をｔ_n-1＜ｔ≦ｔ_n、帯域幅をｂ_tn,m、中心周波数をｃｆ_tn,mとなるように領域Ｒ_n,mを分割する（ステップＳ５１１、上記処理５相当）。この処理により、図４（ｄ）に示すように、受信信号が領域Ｒ１１～Ｒ３１別に分割される。

（受信信号の分割例）
図６Ａ～図６Ｆは、それぞれ実施の形態１にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割の例を示す説明図である。受信信号の電力分布が異なる例、すなわち、電力分布の存在領域Ａの形状が異なるケース別に対応した領域分割について説明する。

図６Ａ～図６Ｃは、それぞれ受信信号の帯域幅が異なる状態を示す。図６Ａでは、受信信号の存在領域Ａが右下がりの階段状となっている。この場合、制御部１０１は、図６Ａ（ａ）に示すように、上記処理１の実施で存在領域Ａを検出し、図６Ａ（ｂ）に示すように、処理２～処理４の実施により、時間軸および周波数軸に対する各受信信号を３つの領域に領域分割する。これより、図６Ａ（ｃ）に示すように、制御部１０１は、処理５の実施の結果、右下がりの階段状であった存在領域Ａを領域Ｒ１１～Ｒ３１からなる３つの受信信号に領域分割する。

また、図６Ｂでは、受信信号の存在領域Ａが右上がりの階段状となっている。この場合、制御部１０１は、図６Ｂ（ａ）に示すように、上記処理１の実施で存在領域Ａを検出し、図６Ｂ（ｂ）に示すように、処理２～処理４の実施により、時間軸および周波数軸に対する各受信信号を３つの領域に領域分割する。これより、図６Ｂ（ｃ）に示すように、制御部１０１は、処理５の実施の結果、右上がりの階段状であった存在領域Ａを領域Ｒ１１～Ｒ３１からなる３つの受信信号に領域分割する。

また、図６Ｃでは、受信信号の存在領域Ａが略十字状となっている。この場合、制御部１０１は、図６Ｃ（ａ）に示すように、上記処理１の実施で存在領域Ａを検出し、図６Ｃ（ｂ）に示すように、処理２～処理４の実施により、時間軸および周波数軸に対する各受信信号を３つの領域に領域分割する。これより、図６Ｃ（ｃ）に示すように、制御部１０１は、処理５の実施の結果、十字状であった存在領域Ａを領域Ｒ１１～Ｒ３１からなる３つの受信信号に領域分割する。

図６Ｄ、図６Ｅは、帯域幅の個数が異なる状態を示す。図６Ｄでは、受信信号の存在領域Ａが略「キ」の文字状となっている。この場合、制御部１０１は、図６Ｄ（ａ）に示すように、上記処理１の実施で存在領域Ａを検出し、図６Ｄ（ｂ）に示すように、処理２～処理４の実施により、時間軸および周波数軸に対する各受信信号を５つの領域に領域分割する。これより、図６Ｄ（ｃ）に示すように、制御部１０１は、処理５の実施の結果、「キ」の文字状であった存在領域Ａを領域Ｒ１１～Ｒ３２からなる５つの受信信号に領域分割する。

図６Ｅでは、受信信号の存在領域Ａが略「ロ」の文字状となっている。この場合、制御部１０１は、図６Ｅ（ａ）に示すように、上記処理１の実施で存在領域Ａを検出し、図６Ｅ（ｂ）に示すように、処理２～処理４の実施により、時間軸および周波数軸に対する各受信信号を４つの領域に領域分割する。これより、図６Ｅ（ｃ）に示すように、制御部１０１は、処理５の実施の結果、「ロ」の文字状であった存在領域Ａを領域Ｒ１１～Ｒ３１からなる４つの受信信号に領域分割する。

図６Ｆでは、受信信号の中心周波数が異なり、存在領域Ａが略「ロ」の文字状を崩した複雑な状態となっている。この場合、制御部１０１は、図６Ｆ（ａ）に示すように、上記処理１の実施で存在領域Ａを検出し、図６Ｆ（ｂ）に示すように、処理２～処理４の実施により、時間軸および周波数軸に対する各受信信号を５つの領域に領域分割する。これより、図６Ｆ（ｃ）に示すように、制御部１０１は、処理５の実施の結果、存在領域Ａを領域Ｒ１１～Ｒ３１からなる５つの受信信号に領域分割する。

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２にかかる信号処理装置による受信信号の領域分割の例を示す説明図である。実施の形態２は、上述した実施の形態１で説明した存在領域Ａに含まれる受信信号別の領域分割に、受信信号の電力の立上り／立下りの検出を組み合わせる。この実施の形態２によれば、複数の無線規格に対応する受信信号の混在により、ある領域に異なる受信信号が重畳している場合に、電力分布から各無線規格の信号成分を分離できる。なお、受信信号の電力の立上り／立下りの検出の技術は、例えば、上記特許文献４等に開示されている。

はじめに、受信信号が図７（ａ）に示す存在領域Ａを有していたとする。この場合、図７（ｂ）に示すように、制御部１０１は、ＯＦＤＭＡでパケット毎に帯域幅が異なる特徴に基づき、帯域幅が変化した時刻ｔ１，ｔ２で領域を分割する。この例では、３つの領域Ｒ１１～Ｒ３１に分割する。

次に、制御部１０１は、図７（ｃ）に示すように、ある一つの領域Ｒ_nm（ｎ：時刻、ｍ：帯域幅個数）にある電力の立上りと立下りを検出する。この例では、領域Ｒ１１内で受信信号の立上りＰｓ１と立下りＰｅ１が検出されたとする。

次に、制御部１０１は、図７（ｄ）に示すように、領域Ｒ１１内での受信信号の立上りと立下りの対応付けを行う。この対応付けは、制御部１０１内のエッジペア特定部２２３が実行する。この例では、領域Ｒ１１内における電力変化量の相互相関の値の類似度に基づき、受信信号の立上りＰｓ１と立下りＰｅ１のペアを対応付ける。ペアは、例えば、受信信号の立上りと立下りについて同じ帯域幅および中心周波数を有するもの同士を対応付ける。このペアにより領域Ｒ１１内で他の受信信号Ｐ１１が検出される。

次に、制御部１０１は、図７（ｅ）に示すように、領域Ｒ１１の最早と最遅の時刻をそれぞれ立上りＰｓ２と立下りＰｅ２とみなして受信信号を検出する。これにより、領域Ｒ１１には、ある無線規格による受信信号Ｐ１と、他の無線規格による受信信号Ｐ１１が存在していることが判別できる。

そして、制御部１０１は、図７（ｆ）に示すように、他の領域Ｒ２１，Ｒ３１に対しても上記同様の処理を行う。これにより、例えば、領域Ｒ２１には、ある無線規格１による受信信号Ｐ２と、他の無線規格による受信信号Ｐ２１が存在していることが判別できる。

図８は、実施の形態２にかかる信号処理装置による受信信号の領域分割による重複した受信信号の分離検出例を示す説明図である。図８（ａ）に示すように、電力マップ生成部２２１は、受信信号の存在領域Ａを示す電力マップを生成し、表示部２２５上に表示する。図示の例の電力マップでは、便宜上、電力の大小を段階別に図示したが、表示部２２５は実際には電力の大小を連続的な色の変化で表示する。

次に、図８（ｂ）に示すように、制御部１０１（電力マップ生成部２２１）は、ＯＦＤＭＡでパケット毎に帯域幅が異なる特徴に基づき、帯域幅が変化した時刻で領域を分割する。この例では、２つの領域Ｒ１１，Ｒ２１に分割する。

また、制御部１０１（エッジペア特定部２２３）は、領域Ｒ１１の受信信号の立上りＰｓ１１と立下りＰｅ１１のペアを対応付ける。また、領域Ｒ２１内での受信信号の複数の立上りＰｓ２１～Ｐｓ４１と、立下りＰｅ２１～Ｐｅ４１についてそれぞれのペアを対応付ける。この例では、エッジペア特定部２２３は、領域Ｒ２１内における電力変化量の相互相関の値の類似度に基づき、受信信号の立上りＰｓ２１と立下りＰｅ２１のペアを対応付ける。また、受信信号の立上りＰｓ３１と立下りＰｅ３１のペアを対応付ける。また、受信信号の立上りＰｓ４１と立下りＰｅ４１のペアを対応付ける。

次に、図８（ｃ）に示すように、制御部１０１（特徴検出部２２４）は、対応付けられたエッジペアに基づき、立上りＰｓ１１と立下りＰｅ１１のペアにより領域Ｒ１１を検出（分割）する。また、立上りＰｓ２１と立下りＰｅ２１のペアにより領域Ｒ２１を検出する。立上りＰｓ３１と立下りＰｅ３１のペアにより領域Ｒ３１を検出する。立上りＰｓ４１と立下りＰｅ４１のペアにより領域Ｒ４１を検出する。ペアは、例えば、受信信号の立上りと立下りについて同じ帯域幅および中心周波数を有するもの同士を対応付ける。

これにより、図８（ｃ）に示すように、ある無線規格の領域Ｒ２１内には、領域Ｒ３１と領域Ｒ４１が検出され、これら領域Ｒ３１，Ｒ４１は、領域Ｒ２１の無線規格と異なる無線規格であることを画像表示できる。

図９は、実施の形態２にかかる信号検出装置による受信信号の領域分割手順のフローチャートである。図９に記載したステップＳ９０１～ステップＳ９１１の処理は、実施の形態１で説明したステップＳ５０１～ステップＳ５１１の処理と同様であり、説明を省略する。

制御部１０１は、ステップＳ９０１～ステップＳ９１１の処理を実行することで、存在領域Ａにおける異なる受信信号別の領域を分割する。この後、ステップＳ９１２では、制御部１０１（エッジペア特定部２２３）は、分割された領域のそれぞれに対するループ処理を実行する（ステップＳ９１２）。

ループ処理では、まず、選択した領域内の受信信号の立上りＰｓと立下りＰｅを検出する（ステップＳ９１３）。次に、制御部１０１（エッジペア特定部２２３）は、領域Ｒ内における電力変化量の相互相関の値の類似度に基づき、受信信号の立上りＰｓ１と立下りＰｅ１のペアを対応付ける（ステップＳ９１４）。これにより、選択した領域内での他の受信信号が検出できる。

次に、制御部１０１（特徴検出部２２４）は、選択した領域の最早と最遅の時刻をそれぞれ選択した領域の立上りＰｓと立下りＰｅとみなして受信信号を検出する（ステップＳ９１５）。この後、制御部１０１（特徴検出部２２４）は、検出した受信信号について、それぞれ信号特徴量（受信時刻、信号長、中心周波数、周波数幅、電力等）を抽出する（ステップＳ９１６）。ここでは、制御部１０１（特徴検出部２２４）は、特徴量の統計量（信号数、帯域占有率）をグラフや表（スペクトログラム）として生成し、表示部２２５に表示出力する。

この後、ステップＳ９１７では、制御部１０１は、存在領域Ａに含まれる他の領域に対するループ処理が残っていれば、ステップＳ９１２の処理に戻り、存在領域Ａに含まれる全ての領域に対するループ処理が実行済みであれば、以上の処理を終了する。

以上説明した実施の形態によれば、信号検出装置１００は、スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、受信信号の存在領域を検出する。そして、スペクトログラムの周波数軸方向での電力の有無と、時間軸方向での電力の有無に基づき存在領域を区切り、受信信号別の領域に分離する。例えば、ＯＦＤＭＡでは、時間方向にパケットをほとんど隙間なく配置しているため、スペクトログラム上で、受信信号は連なるパケットとして表示されるが、実施の形態では、周波数軸方向および時間軸方向で電力が存在する領域を区切る。これにより、受信信号をパケット別に分離でき、受信信号の検出精度を向上できるようになる。

また、信号検出装置１００は、所定の電力を有する周波数の帯域幅と、当該帯域幅の中心周波数と、帯域幅が変化した時刻と、に基づいて存在領域に含まれる受信信号の個数を求める。これにより、各パケットを帯域幅、中心周波数および時刻別に分離できるようになる。

また、信号検出装置１００は、受信信号毎の立上りおよび立下りの検出に基づき、受信信号毎の領域を検出することとしてもよい。これにより、分離後の各パケットの領域をより正確に特定できるようになる。

また、信号検出装置１００は、分離した領域内に含まれる受信信号の立上りおよび立下りの検出に基づき、分離した領域内に重畳された他の受信信号の領域を分離してもよい。これにより、分離後のパケットの領域に重畳された他の無線方式のパケットを分離できるようになる。

また、信号検出装置１００は、受信信号の立上りおよび立下りを、受信信号の電力変化量の相互相関の値の類似度に基づき一つの受信信号として対応付けしてもよい。この対応付けにより、各パケットの領域をより正確に分離できるようになる。

また、信号検出装置１００は、分離した受信信号毎の特徴量、および当該特徴量の統計量を算出してもよい。例えば、分離した各パケット別の受信時刻、信号長、中心周波数、周波数幅、電力などの信号の特徴量に基づいて一つのパケットの立上りおよび立下りのペアを特定できるようになる。また、パケットごとに異なる特徴量に基づき、重畳された無線方式別のパケットを識別可能に分離できるようになる。さらに、特徴量の統計量、例えば、信号数、帯域占有率を算出することで、スペクトログラム上に表示するグラフや表に無線方式を識別する情報を加えて表示できるようになる。

これらにより、実施の形態によれば、例えば、スペクトログラム上でこれまで異なる無線方式の受信信号が一塊で表示されていたものを、パケット毎に分離して表示できるようになる。そして、所望する無線電波の通信に干渉する他の通信方式の無線電波を可視化できるようになる。

上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、前記受信信号の存在領域を検出し、
前記スペクトログラムの周波数軸方向での電力の有無と、時間軸方向での電力の有無に基づき前記存在領域を区切り、前記受信信号別の領域に分離する制御部、
を備えたことを特徴とする信号検出装置。

（付記２）前記制御部は、
所定の電力を有する周波数の帯域幅と、当該帯域幅の中心周波数と、前記帯域幅が変化した時刻と、に基づいて前記存在領域に含まれる受信信号の個数を求める、ことを特徴とする付記１に記載の信号検出装置。

（付記３）前記制御部は、
前記受信信号毎の立上りおよび立下りの検出に基づき、前記受信信号毎の領域を検出する、ことを特徴とする付記１または２に記載の信号検出装置。

（付記４）前記制御部は、
分離した前記領域内に含まれる前記受信信号の立上りおよび立下りの検出に基づき、分離した前記領域内に重畳された他の受信信号の領域を分離する、ことを特徴とする付記３に記載の信号検出装置。

（付記５）前記制御部は、
前記受信信号の立上りおよび立下りを、前記受信信号の電力変化量の相互相関の値の類似度に基づき一つの受信信号として対応付けする、ことを特徴とする付記３に記載の信号検出装置。

（付記６）前記制御部は、
分離した前記受信信号毎の特徴量、および当該特徴量の統計量を算出する、ことを特徴とする付記１～５のいずれか一つに記載の信号検出装置。

（付記７）前記制御部は、
分離した前記受信信号を前記スペクトログラム上に識別可能に表示する、ことを特徴とする付記１～６のいずれか一つに記載の信号検出装置。

（付記８）スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、前記受信信号の存在領域を検出し、
前記スペクトログラムの周波数軸方向での電力の有無と、時間軸方向での電力の有無に基づき前記存在領域を区切り、前記受信信号別の領域に分離する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする信号検出プログラム。

（付記９）スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、前記受信信号の存在領域を検出し、
時刻別に異なる帯域幅それぞれの個数の変化時刻を求め、
前記帯域幅および当該帯域幅の中心周波数の時間変化量が所定の閾値を超えた区切時刻を求め、
前記区切時刻の最早時刻と最遅時刻により時間を区切り、
前記区切った時間内に存在する領域を分離する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする信号検出プログラム。

（付記１０）分離した前記領域内に含まれる前記受信信号の立上りおよび立下りの検出に基づき、分離した領域内に重畳された他の受信信号の領域を分離する、ことを特徴とする付記８または９に記載の信号検出プログラム。

（付記１１）スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、前記受信信号の存在領域を検出し、
前記スペクトログラムの周波数軸方向での電力の有無と、時間軸方向での電力の有無に基づき前記存在領域を区切り、前記受信信号別の領域に分離する、
処理をコンピュータが実行することを特徴とする信号検出方法。

（付記１２）分離した前記領域内に含まれる前記受信信号の立上りおよび立下りの検出に基づき、分離した領域内に重畳された他の受信信号の領域を分離する、ことを特徴とする付記１１に記載の信号検出方法。

１００ 信号検出装置
１０１ 制御部
２０１ 受信機
２０２ 無線解析装置
２２０ 規格解析部
２２１ 電力マップ生成部
２２２ 領域分割部
２２３ エッジペア特定部
２２４ 特徴検出部
２２５ 表示部
２３０ 記憶部
２５１，２６１ 基地局
２５２，２６２ 無線端末
３０１ ＣＰＵ
３０２ ＲＯＭ
３０３ ＲＡＭ
３０４ 通信ＩＦ
３０５ 外部メモリ
Ａ 存在領域
ｂ 帯域幅
ｃｆ 中心周波数
Ｔ１～Ｔ３ 区間
Ｒ１１～Ｒ３２ 分割された領域

Claims (11)

1. スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、前記受信信号の存在領域を検出し、
   前記スペクトログラムの周波数軸方向での電力の有無と、時間軸方向での電力の有無に基づき前記存在領域を区切り、前記受信信号別の領域に分離する制御部、
   を備えたことを特徴とする信号検出装置。
2. 前記制御部は、
   所定の電力を有する周波数の帯域幅と、当該帯域幅の中心周波数と、前記帯域幅が変化した時刻と、に基づいて前記存在領域に含まれる受信信号の個数を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の信号検出装置。
3. 前記制御部は、
   前記受信信号毎の立上りおよび立下りの検出に基づき、前記受信信号毎の領域を検出する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の信号検出装置。
4. 前記制御部は、
   分離した前記領域内に含まれる前記受信信号の立上りおよび立下りの検出に基づき、分離した前記領域内に重畳された他の受信信号の領域を分離する、ことを特徴とする請求項３に記載の信号検出装置。
5. 前記制御部は、
   前記受信信号の立上りおよび立下りを、前記受信信号の電力変化量の相互相関の値の類似度に基づき一つの受信信号として対応付けする、ことを特徴とする請求項３に記載の信号検出装置。
6. 前記制御部は、
   分離した前記受信信号毎の特徴量、および当該特徴量の統計量を算出する、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の信号検出装置。
7. 前記制御部は、
   分離した前記受信信号を前記スペクトログラム上に識別可能に表示する、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の信号検出装置。
8. スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、前記受信信号の存在領域を検出し、
   前記スペクトログラムの周波数軸方向での電力の有無と、時間軸方向での電力の有無に基づき前記存在領域を区切り、前記受信信号別の領域に分離する、
   処理をコンピュータに実行させることを特徴とする信号検出プログラム。
9. スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、前記受信信号の存在領域を検出し、
   時刻別に異なる帯域幅それぞれの個数の変化時刻を求め、
   前記帯域幅および当該帯域幅の中心周波数の時間変化量が所定の閾値を超えた区切時刻を求め、
   前記区切時刻の最早時刻と最遅時刻により時間を区切り、
   前記区切った時間内に存在する領域を分離する、
   処理をコンピュータに実行させることを特徴とする信号検出プログラム。
10. 分離した前記領域内に含まれる前記受信信号の立上りおよび立下りの検出に基づき、分離した領域内に重畳された他の受信信号の領域を分離する、ことを特徴とする請求項８または９に記載の信号検出プログラム。
11. スペクトログラム上で受信信号の電力の有無を判定し、前記受信信号の存在領域を検出し、
    前記スペクトログラムの周波数軸方向での電力の有無と、時間軸方向での電力の有無に基づき前記存在領域を区切り、前記受信信号別の領域に分離する、
    処理をコンピュータが実行することを特徴とする信号検出方法。

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