JP2023047697A - spectrum estimation system - Google Patents
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Abstract
Description
特許法第30条第2項適用申請有り (発行者) 電子情報通信学会 (刊行物名)Angular-Frequency Wideband Spectrum Sensing based on Multi-Coset Sampling (発行日) 令和3年7月7日 (集会名)電子情報通信学会スマート無線研究会発表 (開催日)令和3年7月14日Patent Law Article 30,
本発明は、信号の周波数スペクトル及び角度スペクトルのスペクトル推定システムに関する。 The present invention relates to spectral estimation systems for the frequency spectrum and angular spectrum of a signal.
第5世代移動通信システムの普及の伴い、ミリ波帯を使用する基地局は複数のオペレータにより密に展開されるようになると予測される。これに伴い、オペレータ・基地局間の干渉を防ぎ、スペクトル利用効率を上げるために複数の基地局から送信される信号の中心周波数を把握することが重要になる。このため、非特許文献1及び非特許文献2等に開示されている複数の基地局から送信される信号の中心周波数を把握する技術が注目を集めている。
With the popularization of 5G mobile communication systems, it is expected that base stations using the millimeter wave band will be densely deployed by multiple operators. Along with this, it is important to know the center frequencies of signals transmitted from multiple base stations in order to prevent interference between operators and base stations and to improve spectrum utilization efficiency. For this reason, attention is being paid to techniques for grasping the center frequencies of signals transmitted from a plurality of base stations, which are disclosed in
非特許文献1では、低速なADC(Analog-to-digital converter)を用いて、中心周波数を掃引する周波数掃引手法が開示されている。また、非特許文献2では、推定に必要なADCの変換速度を減らすために、不等間隔でサンプリングを行うMCS(multi-coset sampling)が開示されている。
Non-Patent
しかしながら、非特許文献1に開示されている周波数掃引手法は、低速ADCを用いるため、測定に長時間を要する。このため、測定にかかるコストが膨大となるという問題点がある。
However, the frequency sweep method disclosed in Non-Patent
また、角度特性を含めた電波伝搬チャネルの正確なモデルを必要とするCPS(cyber physical system)エミュレータを開発する際に、中心周波数だけではなく、受信信号の到来角度の角度スペクトル等の角度特性を含めた情報が求められている。 In addition, when developing a CPS (cyber physical system) emulator that requires an accurate model of the radio wave propagation channel including angular characteristics, not only the center frequency but also the angular characteristics such as the angular spectrum of the arrival angle of the received signal can be used. Included information is requested.
しかしながら、非特許文献1は、角度特性を含めた情報を掃引することを想定していない。このため、非特許文献1の開示技術では、角度特性を含めた情報を掃引することができないという問題点がある。
However, Non-Patent
また、非特許文献2に記載されているMCSアルゴリズムは、単一アンテナの場合しか対応せず、複数のアンテナを用いることを想定していない。このため、非特許文献2の開示技術では、角度スペクトルを推定することができない問題点がある。
Also, the MCS algorithm described in Non-Patent
本発明は、上述した問題点を解決するために導出されたものであり、短時間で受信信号の周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定可能なスペクトル推定システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a spectrum estimation system capable of estimating the frequency spectrum and angle spectrum of a received signal in a short period of time.
請求項1に記載のスペクトル推定システムは、アレイアンテナにより受信される受信信号の周波数スペクトル及び前記受信信号の到来角度の角度スペクトルを推定するスペクトル推定システムにおいて、前記受信信号を受信する複数のアンテナからなるアレイアンテナと、前記各アンテナにより受信された受信信号を離散フーリエ変換し、離散フーリエ変換された各受信信号に基づく行列からなるテンソルを算出する算出部と、周波数の各サブバンドに対応する圧縮された信号と到来角度毎のステアリングベクトルとに基づく辞書と、前記算出部により算出されたテンソルと、に基づいて、圧縮センシングを用いて、前記周波数スペクトル及び前記角度スペクトルを推定する推定部とを備えることを特徴とする。
2. The spectrum estimation system according to
請求項2に記載のスペクトル推定システムは、請求項1に記載のスペクトル推定システムにおいて、前記推定部は、サブバンドの数に応じてそれぞれ成分が異なる行列と到来角度に応じて成分が異なる行列とのアダマール積からなる前記辞書を用いることを特徴とする。
The spectrum estimation system according to
請求項3に記載のスペクトル推定システムは、請求項1又は請求項2に記載のスペクトル推定システムにおいて、前記算出部は、前記アンテナの中から選択した2以上のアンテナにより受信された受信信号に基づく前記テンソルを算出することを特徴とする。
The spectrum estimation system according to claim 3 is the spectrum estimation system according to
請求項4に記載のスペクトル推定システムは、請求項1~3の何れか1項に記載のスペクトル推定システムにおいて、前記算出部は、複数の前記行列からなる3次元の前記テンソルを算出することを特徴とする。
The spectrum estimation system according to claim 4 is the spectrum estimation system according to any one of
請求項5に記載のスペクトル推定システムは、請求項1~4の何れか1項に記載のスペクトル推定システムにおいて、前記推定部は、前記算出部により算出したテンソルと擬似的に生成されたテンソルとの差分値を計算し、計算された差分値と前記辞書との相関を計算し、計算された相関が最も大きな周波数スペクトルのサブバンド及び到来角度に基づいて、前記受信信号の周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定することを複数回繰り返すことを特徴とする。
The spectrum estimation system according to claim 5 is the spectrum estimation system according to any one of
請求項6に記載のスペクトル推定システムは、アレイアンテナにより受信される受信信号の周波数スペクトル及び前記受信信号の到来角度の角度スペクトルを推定するスペクトル推定システムにおいて、前記受信信号を受信するNel個のアンテナからなるアレイアンテナと、前記アレイアンテナの中から選択されたP個のアンテナにより受信された各受信信号に基づいて、下記の[数1]で示される3次元テンソルを算出する算出部と、前記算出部により算出された3次元テンソルと、下記の[数2]で示される2次元テンソルとを用いて、下記の[数3]のスパース解を求めることにより、前記受信信号の角度スペクトル及び周波数スペクトルを推定する推定部とを備えることを特徴とする。
第1発明~第5発明によれば、辞書と、テンソルと、に基づいて、圧縮センシングを用いて、周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定する。これにより、広帯域な周波数スペクトル推定に必要なADCサンプリング周波数を減らすことが可能になり、コスト削減及び計算量の軽減が可能となる。さらに角度スペクトルを推定することが可能になり、より多くのスペクトル情報が把握できるようになる。 According to the first to fifth inventions, the frequency spectrum and the angle spectrum are estimated using compressed sensing based on the dictionary and the tensor. This makes it possible to reduce the ADC sampling frequency required for wideband frequency spectrum estimation, thereby reducing the cost and the amount of calculation. Furthermore, it becomes possible to estimate the angular spectrum, and more spectral information can be grasped.
特に、第2発明によれば、推定部は、サブバンドの数に応じてそれぞれ成分が異なる行列と到来角度に応じて成分が異なる行列とのアダマール積からなる辞書を用いる。これにより、さらに広帯域な周波数スペクトル推定に必要なADCサンプリング周波数を減らすことが可能になり、コスト削減及び計算量の軽減が可能となる。 In particular, according to the second invention, the estimator uses a dictionary consisting of a Hadamard product of a matrix whose elements differ according to the number of subbands and a matrix whose elements differ according to the angle of arrival. As a result, it becomes possible to reduce the ADC sampling frequency required for wideband frequency spectrum estimation, and it is possible to reduce the cost and the amount of calculation.
特に、第3発明によれば、算出部は、アンテナの中からランダムに選択した2以上のアンテナにより受信された受信信号に基づくテンソルを算出する。これにより、スペクトルのピーク探索の曖昧さを減らし、高精度にスペクトルを推定することができる。 In particular, according to the third invention, the calculator calculates a tensor based on received signals received by two or more antennas randomly selected from among the antennas. As a result, the ambiguity of the peak search of the spectrum can be reduced, and the spectrum can be estimated with high accuracy.
特に、第4発明によれば、算出部は、複数の行列からなる3次元のテンソルを算出する。これにより、複数のスナップショットからなる3次元テンソルに基づいてスペクトルを推定することが可能となり、高精度にスペクトルを推定することができる。 In particular, according to the fourth invention, the calculator calculates a three-dimensional tensor consisting of a plurality of matrices. This makes it possible to estimate a spectrum based on a three-dimensional tensor consisting of a plurality of snapshots, thereby estimating the spectrum with high accuracy.
特に、第5発明によれば、推定部は、計算された複素振幅に応じて、前記受信信号の周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定することを複数回繰り返す。これにより、圧縮センシングを用いて、高精度にスペクトルを推定することができる。 In particular, according to the fifth invention, the estimating section repeats a plurality of times of estimating the frequency spectrum and angle spectrum of the received signal according to the calculated complex amplitude. Thereby, the spectrum can be estimated with high accuracy using compressed sensing.
第6発明によれば、推定部は、[数2]で示される2次元テンソルを用いることにより、受信信号の角度スペクトル及び周波数スペクトルを推定する。これにより、広帯域な周波数スペクトル推定に必要なADCサンプリング周波数を減らすことが可能になり、コスト削減及び計算量の軽減が可能となる。さらに角度スペクトルを推定することが可能になり、より多くのスペクトル情報が把握できるようになる。また、[数3]のスパース解を求めることにより、コスト削減及び計算量の軽減が可能となる。 According to the sixth invention, the estimator estimates the angle spectrum and frequency spectrum of the received signal by using the two-dimensional tensor shown in [Equation 2]. This makes it possible to reduce the ADC sampling frequency required for wideband frequency spectrum estimation, thereby reducing the cost and the amount of calculation. Furthermore, it becomes possible to estimate the angular spectrum, and more spectral information can be grasped. Also, by finding the sparse solution of [Equation 3], it is possible to reduce the cost and the amount of calculation.
以下、本発明を適用したスペクトル推定システムについて、図面を参照しながら詳細に説明をする。 A spectrum estimation system to which the present invention is applied will be described in detail below with reference to the drawings.
図1は、本発明を適用したスペクトル推定システム100の全体概略図である。スペクトル推定システム100は、基地局20と、基地局20から送信される信号を受信するスペクトル推定装置1とを備える。
FIG. 1 is an overall schematic diagram of a
基地局20は、通信機器の間において無線アクセスポイントとしての役割を果たし、インターネット等を始めとした公衆通信網との間においてインタフェースとしての役割を果たすものである。即ち、基地局20は、これを介して通信機器がインターネット等を始めとした公衆通信網との間でデータの送受信を行うことを可能とするための中継手段を担うものである。基地局20は、スペクトル推定装置1に信号を送信する。
The
スペクトル推定装置1は、基地局20から送信された信号を受信し、受信した信号の周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定する。スペクトル推定装置1は、複数のアンテナ素子が設けられるアレイアンテナ10と、アレイアンテナ10の各アンテナ素子にそれぞれ接続される複数の遅延素子11と、各遅延素子11にそれぞれ接続される複数のADC12と、各ADC12に接続される選択部13と、選択部13に接続される処理部14と、処理部14に接続される推定部15と、推定部15に接続される記憶部16とを備える。
A
アレイアンテナ10は、基地局20から送信された信号を受信するための複数個配列される素子アンテナにより構成される。アレイアンテナ10は、アンテナ素子間の間隔がdとなるようにNel個のアンテナ素子が設けられている。アレイアンテナ10は、受信した信号を遅延素子11に出力する。
The
遅延素子11は、アレイアンテナ10から出力された信号を遅延させる遅延回路により構成される。遅延素子11は、アレイアンテナ10に含まれるアンテナ素子にそれぞれ信号の遅延時間が異なる遅延回路が一つずつ接続される。遅延素子11は、遅延させた信号をADC12に出力する。
The
ADC12は、遅延素子11から出力された信号をサンプリングし、デジタル変換する。ADC12は、遅延素子11のそれぞれの遅延回路に一つずつ接続される。ADC12は、例えば変換速度が50MHzの変換器が用いられる。ADC12は、デジタル変換した信号を選択部13に出力する。
The
選択部13は、ADC12からそれぞれ出力された複数のデジタル信号の中から所定の数のデジタル信号を選択し、選択したデジタル信号を処理部14に出力する。
The
処理部14は、選択部13から出力された各デジタル信号を離散フーリエ変換し、離散フーリエ変換された各信号に基づく行列からなるテンソルを算出する。処理部14は、算出したテンソルを推定部15に出力する。
The
記憶部16は、周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定するための周波数と到来角度の辞書等を含む各種情報を記憶する。記憶部16は、予め記憶された周波数と到来角度の辞書を必要に応じて推定部15に出力する。
The
推定部15は、処理部14から出力されたテンソルと、記憶部16から出力された辞書とに基づいて、圧縮センシングを用いて、受信信号の周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定する。圧縮センシング(Compressed Sensing:CS)は、本来必要とされるサンプリング数より少ない観測から信号を復元する方法である。元の信号をベクトルx∈Rnとするとき、大きさがm×n(m<n)の観測行列Φを用いると、観測(圧縮)信号ベクトルは、y=Φx∈Rmとなる。このとき、観測信号ベクトルyの次元が元信号ベクトルxの次元より低いと、解が一意に求まらない不良設定問題となり、観測信号ベクトルyから元信号ベクトルxを求めることはできない。しかしながら、元の信号ベクトルxが辞書行列を用いることでスパース性を有する信号ベクトルに変換できる場合、ゼロ、スペース又は疎を多く含むように信号ベクトルを解く、つまりはスパース解を求めることで元の信号を復元できる。
Based on the tensor output from the
次に、スペクトル推定システム100を用いて、周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定する動作について説明する。
Next, the operation of estimating the frequency spectrum and the angle spectrum using
周波数スペクトルは、信号の周波数毎の強度を示すスペクトルである。周波数スペクトルは、例えばL個のサブバンドに分割される。かかる場合、スペクトル帯域幅をBとすると、一つのサブバンドの帯域幅は、B/Lとなる。周波数スペクトルは、各サブバンドの帯域幅に含まれる周波数の強度を示すスペクトルであってもよい。 A frequency spectrum is a spectrum that indicates the intensity of each frequency of a signal. The frequency spectrum is divided into, for example, L subbands. In such a case, if the spectral bandwidth is B, then the bandwidth of one subband is B/L. The frequency spectrum may be a spectrum indicating the intensity of frequencies contained in the bandwidth of each subband.
角度スペクトルは、アレイアンテナ10が受信する受信信号の到来角度の角度毎の強度を示すスペクトルである。到来角度は、例えば図2に示すように、基地局20とアレイアンテナ10を結ぶ直線αに対する、アンテナ10a~cが配列している方向βに垂直な方向γの角度φである。また、到来角度は、AOA(Angle of Arrival)である。
The angle spectrum is a spectrum that indicates the intensity of each arrival angle of the reception signal received by the
まず、スペクトル推定システム100において、アレイアンテナ10は、基地局20から送信された信号を受信する。かかる場合、アレイアンテナ10に設けられているNel個のアンテナ素子のそれぞれが信号を受信する。また、アレイアンテナ10に設けられたアンテナ素子はそれぞれ集合{0・・・Nel-1}から順に選択される番号が付けられる。この番号は、例えばアンテナの並び順により選択されてもよいがこの限りではなく、任意の方法で選択されてもよい。アレイアンテナ10は、受信した受信信号をそれぞれ遅延素子11に出力する。
First, in
次に、遅延素子11は、出力された受信信号を遅延させる。遅延素子11に設けられている各素子の遅延時間は、接続されている各アンテナ素子の番号に応じて、τ0~τNel-1で示される。またτpは[数5]により示される。
次に、ADC12は、出力された受信信号をデジタル信号に変換する。ADC12は、例えばサンプリング周波数がB/Lとなるようにサンプリングしてもよい。ADC12は、変換したデジタル信号を選択部13に出力する。
Next, the
次に、選択部13は、ADC12からそれぞれ出力された複数のデジタル信号の中から所定の数のデジタル信号を選択する。例えば、選択部13は、アレイアンテナ10に設けられたNel個のアンテナ素子の中からP個のアンテナ素子を選択し、選択したアンテナ素子が受信した受信信号に基づくデジタル信号を選択してもよい。かかる場合、選択部13は、任意の乱数を用いてP個のアンテナ素子をランダムに選択してもよい。これにより、後述する復元アルゴリズムのピーク探索の曖昧さを減らすことができる。選択部13は、選択した信号を処理部14に出力する。
Next, the
次に処理部14は、選択部13から出力された信号を離散フーリエ変換し、離散フーリエ変換された各信号に基づく行列からなるテンソルを算出する。処理部14は、例えば信号を処理し、[数1]に示すような3次元テンソルYを算出する。ここで、Yp[k]は、yp[n]を離散フーリエ変換した受信信号を示し、yp[n]は、p番目のアンテナにより受信された受信信号を示し、nは、サンプリングした受信信号の標本点を示し、kは、離散フーリエ変換したyp[n]の標本点を示し、Nbは、Yp[k]の標本点の数を示し、Lは、周波数スペクトルのサブバンドの数を示し、cpは集合{0・・・L-1}から選択される整数を示し、Nsは、行列のスナップショットの数を示す。3次元テンソルYは、ADC12の出力信号yp[n]を離散フーリエ変換し、位相回転した後、Nb個の周波数ビン及びP個のアンテナ素子のサンプルを一つの行列にまとめ、さらにまとめた行列をNs個のスナップショットにまとめたものである。これにより、相関の計算を用いることなく、処理をすることが可能となるため、周波数スペクトル及び角度スペクトルの複素振幅を推定することが可能となる。
Next, the
かかる場合、処理部14は、まず離散フーリエ変換を用いて、受信信号yp[n]に基づく周波数ビンを演算する。その後、処理部14は、同一のアンテナにより受信された受信信号に基づくそれぞれ標本点が異なる周波数ビンに基づく行と、それぞれ異なるアンテナにより受信された受信信号に基づく標本点が同一の周波数ビンに基づく列とからなる行列を演算する。さらに処理部14は、演算したNs個の行列に基づく3次元テンソルYを生成する。かかる場合、Ns個の行列は、同じ行列のスナップショットであってもよいし、異なる時間帯にアレイアンテナ10により受信された異なる受信信号に基づいて生成された異なる複数の行列からなる3次元テンソルYであってもよい。また、Nsは1以上の整数であり、Nsは、1であってもよい。かかる場合、[数1]で示されるテンソルは2次元テンソルであってもよい。処理部14は、算出したテンソルを推定部15に出力する。
In such a case, the
次に、推定部15は、処理部14から出力されたテンソルと、記憶部16から出力された周波数と到来角度の辞書とに基づいて、圧縮センシングを用いて、周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定する。推定部15は、例えば処理部14で圧縮されたスペクトルを、周波数と到来角度の辞書を用いて、例えば、推定部15は、処理部14から出力された[数1]で示される3次元テンソル又は3階テンソルと、記憶部16から出力された[数2]で示される辞書とに基づいて、受信信号の周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定する。かかる場合、推定部15は、[数1]で示される3次元テンソルと、[数2]で示される2次元テンソルの辞書とを用いて、[数3]のスパース解を求めることにより、受信信号の角度スペクトル及び周波数スペクトルを推定する。ここで、fkは、k番目の標本点の周波数ビンの周波数を示し、cは、光速を示し、φgは、g番目の到来角度の候補値を示し、Cpは集合{0・・・Nel-1}から選択される整数を示し、dはアレイアンテナの間隔を示し、lは、l番目のサブバンドを示す。×nは、n番目のモードのテンソル・行列の積(Mode-n tensor-by-matrix product)を示し、Sは、下記の[数4]で示される。φgは、φ0からφNφ-1までのNφ個の到来角度の候補値を用意してもよい。
図3は、3次元テンソルS(i,:,:)の模式図を示す図である。S(1,:,:)は、3次元テンソルSを縦軸方向yに切り分け、切り分けた1番目のxz平面の2次元テンソルを示す。S(2,:,:)は、3次元テンソルSを縦軸方向yに切り分け、切り分けた2番目のxz平面の2次元テンソルを示す。 FIG. 3 is a diagram showing a schematic diagram of a three-dimensional tensor S (i,:,:). S (1, :, :) denotes a two-dimensional tensor on the first xz plane obtained by cutting the three-dimensional tensor S in the vertical direction y. S (2, :, :) denotes a two-dimensional tensor on the second xz plane obtained by cutting the three-dimensional tensor S in the vertical direction y.
[数2]で示される2次元テンソルの辞書は、周波数及び到来角度の辞書である。周波数及び到来角度の辞書は、周波数の各サブバンドに対応する圧縮された信号と到来角度毎のステアリングベクトルとに基づく辞書である。ステアリングベクトルは、アレイアンテナ10のアンテナ素子間の位相関係を示すベクトルである。周波数及び到来角度の辞書は、例えば周波数スペクトルのサブバンドの数に応じてそれぞれ成分が異なる行列と到来角度に応じて成分が異なる行列とのアダマール積からなる行列であってもよい。この辞書を用いることにより、広帯域な周波数スペクトル推定に必要なADCサンプリング周波数を減らすことが可能になり、コスト削減及び計算量の軽減が可能となる。さらに角度スペクトルを推定することが可能になり、より多くのスペクトル情報が把握できるようになる。
The two-dimensional tensor dictionary shown in [Equation 2] is a dictionary of frequencies and angles of arrival. The frequency and angle of arrival dictionaries are based on the compressed signal corresponding to each subband of frequency and the steering vector for each angle of arrival. A steering vector is a vector that indicates the phase relationship between the antenna elements of the
推定部15は、例えば図4に示す圧縮センシングの反復アルゴリズムを用いて、[数3]で示される式のスパース解を推定してもよい。推定部15は、処理部14から出力されたテンソルと擬似的に生成されたテンソルとの差分値を計算し、計算された差分値と上述した辞書との相関を計算し、計算された相関が最も大きな周波数スペクトルのサブバンド及び到来角度に基づいて、受信信号の角度スペクトル及び周波数スペクトルを推定することを複数回繰り返す。以下、図4の各ステップでの詳細な処理を説明する。
The estimating
まず、S10において、[数1]で示される3次元テンソルと擬似的に生成された3次元テンソルとの差分値Rを算出する。このとき、差分値を算出することなく、[数1]で示される3次元テンソルをそのまま用いてもよい。 First, in S10, a difference value R between the three-dimensional tensor shown in [Formula 1] and the pseudo-generated three-dimensional tensor is calculated. At this time, the three-dimensional tensor shown in [Formula 1] may be used as it is without calculating the difference value.
次に、ステップS11において、差分値Rと[数2]で示される辞書との[数6]で示される相関Cを求める。
次に、ステップS12において、停止条件を満たすかを判断する。推定されたスペクトルに誤差が含まれると、後述する擬似的にテンソルを生成するときに、連続して誤差を引き起こすため、ステップS10において差分値Rが算出される際、検出した信号を完全に取り除くことができず、信号の一部が残る。この残りは、後の反復で誤った信号として検出される可能性がある。したがって、誤警報率を低減するために、停止条件を判断する。ステップS12において、停止条件を満たす場合、アルゴリズムのループを中断する。 Next, in step S12, it is determined whether the stop condition is satisfied. If the estimated spectrum contains an error, it will cause a continuous error when generating a pseudo tensor, which will be described later. Therefore, when the difference value R is calculated in step S10, the detected signal is completely removed. part of the signal remains. This remainder may be detected as a false signal in later iterations. Therefore, a stopping condition is determined to reduce the false alarm rate. In step S12, the loop of the algorithm is interrupted if the stopping condition is met.
停止条件は、相関Cの周波数ビンと[数7]で示される閾値γとの大きさにより決定される。
また、停止条件は[数8]で示される式を満たすかどうかも判断する。
次に、ステップS13において、相関が最も大きいサブバンド及び角度を探索する。かかる場合、例えば[数9]で示される数式を用いて、相関が最も大きいサブバンド及び角度を探索する。
次に、ステップS14において、スペクトルの複素振幅Wqを推定する。かかる場合、例えば、[数10]で示される式を用いて、スペクトルの複素振幅Wqを推定する。
次に、ステップS15において、反復回数が最大反復回数を超えるかを判断する。最大反復回数を超える場合、アルゴリズムのループを中断する。最大反復回数を超えない場合は後述するステップS16に移行する。 Next, in step S15, it is determined whether the number of iterations exceeds the maximum number of iterations. Break the loop of the algorithm if the maximum number of iterations is exceeded. If the maximum number of iterations is not exceeded, the process proceeds to step S16, which will be described later.
次に、ステップS16において、擬似的な3次元テンソルを生成する。その後、再びステップS10へと移行し、[数11]で示される式を用いて、差分値Rを算出する。
この反復アルゴリズムは、ステップS10からS16のステップをkの値を1ずつ増加させながら複数回繰り返し、条件を満たす周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定するアルゴリズムである。これにより、圧縮センシングを用いて、高精度にスペクトルを推定することができる。また、推定部15は、この反復アルゴリズムを用いた圧縮センシングに限らず、任意の方法を用いて、周波数スペクトル及び角度スペクトルを推定してもよい。
This iterative algorithm is an algorithm that repeats steps S10 to S16 a plurality of times while increasing the value of k by one to estimate the frequency spectrum and angle spectrum that satisfy the conditions. Thereby, the spectrum can be estimated with high accuracy using compressed sensing. Also, the
上述した動作を実施することで、本実施形態におけるスペクトル推定システム100の動作は終了する。これにより、広帯域な周波数スペクトル推定に必要なADCサンプリング周波数を減らすことが可能になり、コスト削減及び計算量の軽減が可能となる。さらに角度スペクトルを推定することが可能になり、より多くのスペクトル情報が把握できるようになる。
By performing the operations described above, the operations of the
本発明の実施形態を説明したが、こ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。このような新規な実施形態は、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。 While embodiments of the invention have been described, the embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. Such novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
1 スペクトル推定装置
10 アレイアンテナ
11 遅延素子
12 ADC
13 選択部
14 処理部
15 推定部
16 記憶部
20 基地局
100 スペクトル推定システム
1
13
Claims (6)
前記受信信号を受信する複数のアンテナからなるアレイアンテナと、
前記各アンテナにより受信された受信信号を離散フーリエ変換し、離散フーリエ変換された各受信信号に基づく行列からなるテンソルを算出する算出部と、
周波数の各サブバンドに対応する圧縮された信号と到来角度毎のステアリングベクトルとに基づく辞書と、前記算出部により算出されたテンソルと、に基づいて、圧縮センシングを用いて、前記周波数スペクトル及び前記角度スペクトルを推定する推定部とを備えること
を特徴とするスペクトル推定システム。 A spectrum estimation system for estimating the frequency spectrum of a received signal received by an array antenna and the angle spectrum of the angle of arrival of the received signal,
an array antenna comprising a plurality of antennas for receiving the received signal;
a calculation unit that performs a discrete Fourier transform on the received signal received by each of the antennas and calculates a tensor composed of a matrix based on each received signal that has undergone the discrete Fourier transform;
Using compressed sensing, the frequency spectrum and the and an estimator for estimating an angular spectrum.
を特徴とする請求項1に記載のスペクトル推定システム。 2. The spectrum estimation according to claim 1, wherein the estimation unit uses the dictionary consisting of a Hadamard product of a matrix having different components depending on the number of subbands and a matrix having different components depending on the angle of arrival. system.
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のスペクトル推定システム。 3. The spectrum estimation system according to claim 1, wherein the calculator calculates the tensor based on each reception signal received by two or more antennas selected from among the antennas.
を特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載のスペクトル推定システム。 The spectrum estimation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the calculator calculates the three-dimensional tensor composed of a plurality of matrices.
を特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載のスペクトル推定方法。 The estimating unit calculates a difference value between the tensor calculated by the calculating unit and a pseudo-generated tensor, calculates a correlation between the calculated difference value and the dictionary, and calculates the largest correlation. The spectrum estimation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the estimation of the frequency spectrum and angle spectrum of the received signal is repeated a plurality of times based on the subbands and angles of arrival of the frequency spectrum. .
前記受信信号を受信するNel個のアンテナからなるアレイアンテナと、
前記アレイアンテナの中から選択されたP個のアンテナにより受信された各受信信号に基づいて、下記の[数1]で示される3次元テンソルを算出する算出部と、
前記算出部により算出された3次元テンソルと、下記の[数2]で示される2次元テンソルとを用いて、下記の[数3]のスパース解を求めることにより、前記受信信号の角度スペクトル及び周波数スペクトルを推定する推定部とを備えること
を特徴とするスペクトル推定システム。
an array antenna consisting of N el antennas for receiving the received signal;
a calculation unit that calculates a three-dimensional tensor represented by the following [Equation 1] based on each reception signal received by P antennas selected from the array antenna;
Using the three-dimensional tensor calculated by the calculation unit and the two-dimensional tensor shown in [Formula 2] below, the sparse solution of [Formula 3] below is obtained, thereby obtaining the angular spectrum of the received signal and and an estimator for estimating a frequency spectrum.
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