JP3819311B2 - 変調方式判定方法及び変調方式判定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変調方式判定方法及び変調方式判定装置に関し、特に通信諸元が未知のデジタル信号に対して、変調方式を自動的に判定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多様な変調方式を用いたデジタル通信が行われている。このようなデジタル通信の１つとして、周波数変調されたデジタル信号により通信を行う方法が知られている。この場合、受信側は、事前にわかっている通信諸元を用いて、受信された変調信号の帯域幅を算出することにより変調方式を判定し、判定された変調方式に従って復調が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ソフトウェア無線機と呼ばれる、ソフトウェア処理により種々の機能を実現した無線機が開発されている。このソフトウェア無線機は、ソフトウェア処理の内容を変更するだけで種々の機能を実現できるので、この特徴を利用して、多様な変調方式に対応できる無線機の開発が望まれている。
【０００４】
本発明は、このような要望に応えるためになされたものであり、通信諸元が未知のデジタル信号の変調方式を判定できる変調方式判定方法及び変調方式判定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係る変調方式判定方法は、上記課題を達成するために、変調がなされているデジタル信号の周波数を逓倍し、前記逓倍により得られた信号を高速フーリエ変換し、前記高速フーリエ変換により得られたパワースペクトラムに基づいて変調方式を判定し、前記変調方式を判定する第１ステップは、前記パワースペクトラムに１つのピークが出現する場合に、逓倍前の帯域幅より逓倍後の帯域幅が狭いときにＢＰＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定し、前記変調方式を判定する第２ステップは、前記第１ステップの後に、前記パワースペクトラムが１つのピークの場合には、該ピークのレベルが所定値より大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定するように構成されている。
【０００６】
この変調方式判定方法によれば、変調方式に依存するパワースペクトラムの例えば形状等に基づいて変調方式を判定するので、通信諸元が未知のデジタル信号が入力された場合であっても、そのデジタル信号が何れの変調方式を用いて変調されたものであるかを判定できる。
【０００７】
更に具体的には、第１の態様に係る変調方式判定方法では、前記変調方式を判定する第２ステップは、前記第１ステップの後に、前記パワースペクトラムが２つのピーク以上の場合には、該ピーク間のレベルが所定値よりも大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定するように構成できる。また、前記変調方式を判定する第３ステップは、前記第２ステップの後に、前記パワースペクトラムに２つのピークが出現する場合にＢＦＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定するように構成できる。また、前記変調方式を判定する第３ステップは、前記第２ステップの後に、前記パワースペクトラムに３つ以上のピークが出現する場合にＭＦＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定するように構成できる。
【０００９】
また、本発明の第２の態様に係る変調方式判定装置は、上記と同様の課題を達成するために、本発明の第２の態様に係る変調方式判定装置に、変調がなされているデジタル信号の周波数を逓倍する逓倍部と、前記逓倍部により逓倍された信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換部と、前記高速フーリエ変換部における高速フーリエ変換により得られたパワースペクトラムに基づいて変調方式を判定する判定部、とを備え、前記判定部の第１処理は、前記パワースペクトラムに１つのピークが出現する場合に、逓倍前の帯域幅より逓倍後の帯域幅が狭いときにＢＰＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定し、前記判定部の第２処理は、前記第１処理の後に、前記パワースペクトラムが１つのピークの場合には、該ピークのレベルが所定値より大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする。この場合も第１の態様に係る変調方式判定方法と同様の効果が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
まず、本発明で判定の対象とされる変調方式について説明する。この判定対象とされる変調方式は、デジタル周波数変調（ＦＳＫ：Frequency Shift Keying）とデジタル位相変調（ＢＰＳＫ：Binary Phase Shift Keying）とに大別される。ＦＳＫは、更に、ＢＦＳＫ（Binary Frequency Shift Keying）、ＭＦＳＫ（Multilevel Frequency Shift Keying）及びＭＳＫ（Minimum Shift Keying）に分けられる。
【００１３】
（ａ）ＢＦＳＫは、図４に示すように、情報信号（変調信号に対応）の「１」（「マーク」と呼ぶ）及び「０」（「スペース」と呼ぶ）の各々に異なる周波数を対応させ、入力されるデジタル信号のレベルに応じて、各周波数の正弦波を割り当てる変調方式である。
【００１４】
このＢＦＳＫは、キャリア周波数をｆｃ、シフト幅をΔｆとすると、下記式（１）で表すことができる。
【００１５】
F(t)=a０(t)*cos(2π(fｃ-Δf)t)+a1(t)*cos(2π(fｃ+Δf)t)…（１）
この式（１）において、
情報信号が０の場合：a０(t)=1、a1(t)=0 [(n-1)T<t<=nT,n=0,1,2,,,]
情報信号が１の場合：a０(t)=0、a1(t)=1 [(m-1)T<t<=mT,m≠n]
である。
【００１６】
図４（ａ）は、「１０１１００１・・・」といったビット列を有する情報信号を表している。また、図４（ｂ）はＢＦＳＫ信号であり、例えばキャリア周波数ｆｃを５００Ｈｚ、シフト幅Δｆを２５０Ｈｚとした場合に、スペースに２５０Ｈｚの正弦波が割り当てられ、マークに７５０Ｈｚの正弦波が割り当てられる様子を表している。
【００１７】
図５に１ビットの情報信号を示す。図５に示すマーク又はスペース長Ｔは、通信速度Ｂの逆数（１／Ｂ）で表される。変調指数ＭはΔｆＴ＝Δｆ／Ｂで表される。例えば、通信速度Ｂを「２５０」に設定したとすると、ＢＦＳＫの変調指数Ｍは、Δｆ＊（１／Ｂ）＝５００×（１／２５０）＝２になる。
【００１８】
（ｂ）ＭＦＳＫは、３値以上のデジタル信号の各々に異なる周波数を対応させ、入力されるデジタル信号の値に応じて、各周波数の正弦波を割り当てる変調方式である。
【００１９】
このＭＦＳＫは、キャリア周波数ｆｃに対する、ｍ種類の多値の各々のシフト幅をｆ０、ｆ１、・・・ｆｍ−１とすると、式（２）で表すことができる。
【００２０】
F(t)=a０(t)*cos(2π(fｃ+f０)t)+a１(t)*cos(2π(fｃ+f２)t)+・・・+aｍ−１(t)*cos(2π(fｃ+fｍ−１)t)…（２）
この式（２）において、
情報信号が「０」の場合：ａ０(t)=1,ａ１(t)=0、・・・ａｍ−１(t)=0
情報信号が「１」の場合：ａ０(t)=0,ａ１(t)=1、・・・ａｍ−１(t)=0
情報信号が「ｍ−１」の場合：ａ０(t)=0,ａ１(t)=0、・・・ａｍ−１(t)=1
である。
【００２１】
例えば、４値のデジタル信号の場合は、値「００（０）」に２５０Ｈｚの正弦波、値「０１（１）」に５００Ｈｚの正弦波、値「１０（２）」に７５０Ｈｚの正弦波及び値「１１（３）」に１０００Ｈｚの正弦波をそれぞれ割り当てるように構成できる。
【００２２】
（ｃ）ＭＳＫは、デジタル信号の「１」及び「０」の各々に異なる周波数の正弦波を割り当てるＦＳＫの一種であり、ビットの変わり目に、位相が必ず±９０度になるように、最小の周波数差を割り当てる変調方式である。このＭＳＫは、変調指数Ｍが「０．５」のＦＳＫに相当する。
【００２３】
このＭＳＫは、式（３）で表すことができる。
【００２４】
F(t)=uｃ(t)*cos(πt/2T)*cos(2πft)*cos(2πfｃt)+uｓ(t)*sin(πt/2T)*sin(2πft)*sin(2πfｃt)…（３）
この式（３）において、
情報信号が０の場合：（uｃ(t),uｓ(t))=(-1,-1),(-1,1)
情報信号が１の場合：（uｃ(t),uｓ(t))=(1,1),(1,-1)
である。
【００２５】
（ｄ）デジタル位相変調のＢＰＳＫは、位相を１８０度シフトするかどうかによって「０」又は「１」を表すように変調する変調方式であり、式（４）で表される。
【００２６】
F(t)=a０(t)*cos(2πfｃt+0)+a1(t)*cos(2πfｃt+π)
＝a０(t)*cos(2πfｃt+0)+(-1)*a1(t)*cos(2πfｃt+π)…（４）
この式（４）において、
情報信号が０の場合：a０(t)=1、a1(t)=0 [(n-1)T<t<=nT,n=0,1,2,,,]
情報信号が１の場合：a０(t)=0、a1(t)=1 [(m-1)T<t<=mT,m≠n]
である。
【００２７】
（第１の実施の形態）
次に、本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置及び変調方式判定方法を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置の構成を示すブロック図である。この変調方式判定装置は、逓倍部１０、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部１１、電力計算部１２及び閾値判定部１３から構成されている。これら各部は、図示しないＣＰＵの処理により実現することができる。
【００２９】
逓倍部１０は、複素演算により、入力された信号の周波数を２逓倍する。逓倍計算は、一般に、複素乗算により以下のように行われる。まず、入力された信号が正弦波であるとすると、この信号は式（５）で表される。
【００３０】
e(j*2πft)=I(t)+j*Q(t)…（５）
ここで、Q(t)は同相成分であり、I(t)は直交成分である。式（５）の信号の周波数を２逓倍すると、式（６）が得られる。
【００３１】
e(j*2πfｔ)*e(j*2πfｔ)=e(j*4πfｔ)…（６）
式（５）の右辺の複素数を二乗した結果と式（６）の右辺の値とから式（７）と式（８）が得られる。Reは実数成分を表し、Imは虚数成分を表す。
【００３２】
Re(e(j*4πf))=I(t)*I(t)-Q(t)*Q(t)…（７）
Im(e(j*4πf))=I(t)*Q(t)+I(t)*Q(t)…（８）
（ａ）まず、ＢＦＳＫの場合、簡単のためfｃを「０」とすると、式（９），式（１０）が得られる。
【００３３】
Re(BFSK(t))=a０(t)*cos(2πf１t)+a1(t)*cos(2πf１t)…（９）
Im(BFSK(t))=a０(t)*sin(2πf１t)+a1(t)*sin(2πf１t)…（１０）
２逓倍演算により、式（１１），式（１２）が得られる。
【００３４】
I2(t)=cos(4πf１t)…（１１）
Q2(t)=sin(4πf１t)…（１２）
これはシフト幅だけが２倍になることを表している。この周波数を２逓倍する理由については、後で説明する。
【００３５】
（ｂ）ＭＦＳＫの場合、簡単のためfｃを「０」とすると、式（１３），式（１４）が得られる。
【００３６】
Re(MFSK(t))=a０(t)*cos(2πf０t)+a１(t)*cos(2πf２t)+・・・+aｍ−１(t)*cos(2πfｍ−１t)…（１３）
Im(MFSK(t))=a０(t)*sin(2πf０t)+a１(t)*sin(2πf１t)+・・・+aｍ−１(t)*sin(2πfｍ−１t)…（１４）
２逓倍演算により、式（１５），式（１６）が得られる。
【００３７】
I2(t)=cos(4πf０t)＋cos(4πf１t)+・・・+cos(4πfｍ−１t)…（１５）
Q2(t)=sin(4πf０t)＋sin(4πf１t)+・・・+sin(4πfｍ−１t)…（１６）
この場合も、シフト幅だけが２倍になる。
【００３８】
（ｃ）ＭＳＫの場合、簡単のためfｃを「０」とすると、式（１７），式（１８）が得られる。
【００３９】
Re(MFSK(t))=uｃ(t)*cos(πt/2T)…（１７）
Im(MFSK(t))=uｓ(t)*sin(πt/2T)…（１８）
２逓倍演算により、式（１９），式（２０）が得られる。
【００４０】
以上のようにして逓倍部１０で２逓倍された複素信号は高速フーリエ変換部１１に送られる。
【００４１】
高速フーリエ変換部１１は、逓倍部１０からの複素信号を高速フーリエ変換する。この高速フーリエ変換では、時間領域から周波数領域への変換が行われる。高速フーリエ変換部１１で高速フーリエ変換することにより得られた信号は電力計算部１２に送られる。電力計算部１２は、高速フーリエ変換部１１からの信号に基づいてパワースペクトラムを計算する。
【００４２】
（ａ）まず、ＢＦＳＫ信号のスペクトラム波形を考える。簡単のため、fｃ＝０の場合を考えると、ＢＦＳＫ信号は式（２１）で表される。
【００４３】
BFSK(t))=a０(t)*e(-j*2πΔft)+a1(t)*e(j*2πΔft)…（２１）
このとき、a０(t)(又はa1(t))を表す矩形波のパワースペクトラム(PSD)は、式（２２）で表される。図６に矩形波のスペクトラム波形を示す。
【００４４】
PSD(f)=1/B2*sinc2{2πf/(2B)}…（２２）
式（２１）で表されるＢＦＳＫ信号は、式（２２）をΔｆ（もしくは、−Δｆ）分だけ、周波数シフトしたものであり、ＢＦＳＫ信号のパワースペクトラム波形は、図７に示すようになる。
【００４５】
シフト幅と通信速度とは、２Δｆ＝Ｍ＊Ｂ（Ｍ：変調指数）の関係が成立する。このとき、通信速度を一定として変調速度Ｍの値、即ち、シフト幅を変化させた場合には、図７の各線スペクトラム間の関係は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に示すようになる。
【００４６】
図８（ａ）に示すスペクトラム波形は、変調指数が２であるときの波形である。図８（ｂ）に示すスペクトラム波形は、変調指数が４であるときの波形である。図８（ｃ）に示すスペクトラム波形は、変調指数が１であるときの波形である。図８（ｄ）に示すスペクトラム波形は、変調指数が０．５であるときの波形である。図８からもわかるように、変調指数の値に応じて、ピーク間が離れたり、近づいたり、あるいは重なったりする。
【００４７】
（ｂ）次に、ＭＦＳＫ信号のスペクトラム波形を考える。ＭＦＳＫ信号のスペクトラム波形は、ＢＦＳＫ信号のスペクトラムピークが多値数（２以上）分、存在するものであり、図９に示すようになる。ＭＦＳＫ信号の場合もＢＦＳＫ信号と同様に、隣接するスペクトラム間のシフト幅は、変調指数に応じて、図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように変化する。
（ｃ）次に、ＭＳＫ信号のスペクトラム波形は、ＢＦＳＫ信号の変調指数を０．５とした場合に相当し、そのスペクトラム波形は、図８（ｄ）に示す波形と一致する。例えば、ＢＦＳＫとＭＳＫとのスペクトラム波形を比較した場合、図１１に示すように、その中心レベルが大きく相違する。このため、その中心レベルを測定した後、閾値判定することにより、ＢＦＳＫとＭＳＫとを識別することができる。
【００４８】
なお、図８（ｃ）に示すような変調指数が１のＢＦＳＫとＭＳＫとを比較した場合、中心レベルを閾値判定しても両者を識別できない。ところが、２逓倍処理を行うことにより、図８（ｃ）で表されるＢＦＳＫは、図８（ａ）に示すように変化し、図８（ｄ）で表されるＭＳＫは、図８（ｃ）に示すように変化するため、中心スペクトラムにレベル差が生じ、この変化を利用してＢＦＳＫとＭＳＫとを識別できる。
【００４９】
次に、このようにして計算されたパワースペクトラムは、閾値判定部１３に送られる。閾値判定部１３は、電力計算部１２から送られてくるパワースペクトラムのピークを求め、ピークが１つの信号に対しては、その中心付近の周波数成分のレベルを算出し、ピークが２つ以上の信号に対しては、ピーク間の中心付近の周波数成分のレベルを算出する。
【００５０】
算出されたレベルが所定値より大きい場合には、ＭＳＫであると判定し、そうでない場合には、ピーク数を算出し、ピーク数が３以上である場合にはＭＦＳＫと判定し、ピーク数が２である場合には、ＢＦＳＫであると判定する。そして、この判定結果を表す信号が、変調方式判定装置の出力として外部に送出される。
【００５１】
（ｄ）また、ＢＰＳＫの場合には、ＢＰＳＫ信号は、式（２３）で表される。
【００５２】
F(t)=a０(t)*e(j*2πfｃt+0)+(-1)*a1(t)*e(j*2πfｃt)…（２３）
ＢＰＳＫ信号の時間波形は、図１２（ａ）に示す波形と図１２（ｂ）に示す波形との和で表される。このため、スペクトラムの重ね合わせにより、図１２のＤＣ（直流）成分のみが打ち消され、図１３に示すようなスペクトラムとなる。
【００５３】
また、ＢＳＰＫ信号を２逓倍すると、式（２４）が得られる。
【００５４】
F×２(t)={a０(t)*e(j*2πft+0)+a1(t)*e(j*2πft+π)｝2
=a０ 2(t)*e(j*4πft)+a1 2(t)*e(j*4πft+2π)+2a０(t)a1(t)*e(j*2πft+0)*e(j*2πft+π)…（２４）
このとき、２＊θ（ｔ）＝０（あるいは２π）であるため、
F×２(t)=｛a０ 2(t)+a1 2(t)｝*e(j*4πft+2π)=e(4πft)…（２５）
と表される。このスペクトラムを図１４に示す。図１４から明らかなように、ＢＰＳＫ信号は２逓倍処理により位相が縮退し、キャリア信号のみになる。このため、ＢＦＳＫ，ＭＳＫ，ＭＦＳＫが逓倍処理により帯域幅が大きくなるのに対して、ＢＰＳＫでは逆に帯域幅が小さくなる。このため、ＢＰＳＫを含めた変調方式を判定することができる。
【００５５】
次に、上記の構成において、図２に示したフローチャートを参照しながら、動作を説明する。
【００５６】
まず、入力された信号の周波数を２逓倍する２逓倍処理が行われる（ステップＳ８ａ）。この２逓倍処理は、逓倍部１０において行われる。次に、この２逓倍された信号を高速フーリエ変換するＦＦＴ処理が行われ、パワースペクトラムが計算される（ステップＳ１０ａ）。このステップＳ１０ａの処理は、ＦＦＴ部１１及び電力計算部１２で行われる。次に、パワースペクトラム上のピーク数を算出する（ステップＳ１１ａ）。図３は、各変調方式における、２逓倍する前と後のパワースペクトラムを示す。
【００５７】
図３（ａ）は、ＭＦＳＫのパワースペクトラムを示す。この例では、例えば２５０、５００、７５０及び１０００Ｈｚといった４値のデジタル信号を高速フーリエ変換することにより４個のピークを有するパワースペクトラムが得られる。このＭＦＳＫの場合、変調指数が「１」以上のものは、２逓倍することにより変調指数が「２」以上になるため、そのパワースペクトラム形状は、ピーク間の中心付近の周波数成分のレベルが落ち込む。
【００５８】
図３（ｂ）は、ＢＰＳＫのパワースペクトラムを示す。ＢＰＳＫは、位相が１８０度シフトされるように変調されるので、位相シフトが０度の信号は２逓倍しても元のままであり、位相シフトが１８０度の信号は２逓倍することにより位相シフトが３６０度、つまり０度になる。従って、２逓倍すると全ての位相が揃い、１つの周波数成分を有するパワースペクトラムが得られる。
【００５９】
図３（ｃ）は、ＭＳＫのパワースペクトラムを示す。ＭＳＫの場合、２逓倍することにより、変調指数が「１」になるため、周波数成分の位置は変化するが、そのパワースペクトラム形状は、中心付近の周波数成分のレベルが殆ど変化しない。
【００６０】
図３（ｄ）は、ＢＦＳＫのパワースペクトラムを示す。この例では、例えば２５０及び７５０Ｈｚといった２値のデジタル信号を高速フーリエ変換することにより、２個のピークを有するパワースペクトラムが得られる。このＢＦＳＫの場合、変調指数が「１」以上のものは、２逓倍することにより変調指数が「２」以上になるため、そのパワースペクトラム形状は、中心付近の周波数成分のレベルが落ち込む。
【００６１】
以上のＦＦＴ処理が完了すると、次に、帯域幅が所定値以下であるかどうかが判定される（ステップＳ１２）。即ち、閾値判定部１３は、パワースペクトラムのピークを有する周波数成分の帯域幅を調べる。そして、この帯域幅が所定値以下である場合には、ＢＰＳＫで変調されたデジタル信号であることを認識し、その旨を表す信号を出力する（ステップＳ１３）。
【００６２】
ステップＳ１２で、帯域幅が所定値以下でないことが判定されると、次に、ピーク間の中心付近の周波数成分のレベルが所定レベル以上であるかどうかが判定される（ステップＳ１４）。
【００６３】
ここで、ＭＦＳＫ及びＢＦＳＫの場合は、図３（ａ）及び図３（ｄ）にそれぞれ示すように、ピークは変調指数Ｍに応じた周波数間隔で離散的に出現する。閾値判定部１３は、ピークの中心付近の周波数成分のレベルと所定のスレッショルドレベルとを比較する。そして、ピークの中心付近に所定レベル以上の周波数成分が存在する場合は、ＭＳＫで変調されたデジタル信号であることを認識し、その旨を表す信号を出力する（ステップＳ１５）。
【００６４】
一方、ステップＳ１４で、ピークの中心付近に所定レベル以上の周波数成分が存在しないことが判断された場合は、ＢＦＳＫ又はＭＦＳＫで変調されたデジタル信号であることが認識される。
【００６５】
そして、閾値判定部１３は、計算されたピーク数が「３」以上であればＭＦＳＫで変調されたデジタル信号であることを認識し、その旨を表す信号を出力する（ステップＳ１７）。一方、ピーク数が「２」であればＢＦＳＫで変調されたデジタル信号であることを認識し、その旨を表す信号を出力する（ステップＳ１８）。そして、変調方式を決定する（ステップＳ１９）。
【００６６】
なお、２逓倍処理しない場合には、ＦＦＴ処理を行い（ステップＳ１０ｂ）、次に、ピーク数を算出した後（ステップＳ１１ｂ）、ステップＳ１２の処理に進む。
【００６７】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置によれば、通信諸元が未知のデジタル信号が入力された場合であっても、そのデジタル信号がＢＦＳＫ、ＭＦＳＫ、ＭＳＫ及びＢＰＳＫの何れの変調方式を用いて変調されたものであるかを判定できる。
【００６８】
また、従来は通信諸元なしでは判定が困難であったＭＳＫと変調指数「１」のＢＦＳＫの区別を２逓倍することにより、通信諸元なしで判定することが可能になる。
【００６９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に係る変調方式判定装置を利用した復調装置である。
【００７０】
この復調装置は、図１５に示すように、変調方式判定部２０と復調部２１と復号処理部２２とから構成されている。変調方式判定部２０としては、上述した第１の実施の形態に係る変調方式判定装置が使用される。従って、この変調方式判定装置２０は、入力されたデジタル信号の変調方式が、ＢＦＳＫ、ＭＦＳＫ、ＭＳＫ及びＢＰＳＫの何れであるかを判定し、判定結果を復調部２１に送る。
【００７１】
復調部２１は、変調方式判定装置２０からの判定結果で示された変調方式に応じて入力信号を復調し、復調信号を復号処理部２２に出力する。復調部２１は、変調方式がＭＳＫと判定された場合に入力された信号をＭＳＫ復調処理するＭＳＫ復調処理部２０１と、変調方式がＢＰＳＫと判定された場合に入力された信号をＢＰＳＫ復調処理するＢＰＳＫ復調処理部２０２と、変調方式がＭＦＳＫと判定された場合に入力された信号をＭＦＳＫ復調処理するＭＦＳＫ復調処理部２０３と、変調方式がＢＦＳＫと判定された場合に入力された信号をＢＦＳＫ復調処理するＢＦＳＫ復調処理部２０４とを有している。
【００７２】
次に、上記の構成において、図１６に示すフローチャートを参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る復調装置の動作を説明する。
【００７３】
この復調装置では、まず、変調方式判定処理が行われる（ステップＳ２０）。この変調方式判定処理は、図２のフローチャートを参照して説明した第１の実施の形態における処理と同じである。この変調方式判定処理により、変調方式判定装置２０は、入力された信号がＢＦＳＫ、ＭＦＳＫ、ＭＳＫ及びＢＰＳＫの何れで変調されたものであるかを示す信号を出力する。
【００７４】
次に、復調部２１は、変調方式がＢＰＳＫであるかどうかを判定する（ステップＳ２１）。ここで、ＢＰＳＫであることが判定されると、ＢＰＳＫ復調処理部２０２によりＢＰＳＫ復調方式を用いたＢＰＳＫ復調処理が行われ、２値化された信号が出力される（ステップＳ２２）。
【００７５】
ステップＳ２１でＢＰＳＫでないことが判断されると、次に、復調部２１は、変調方式がＭＳＫであるかどうかを判定する（ステップＳ２３）。ここで、ＭＳＫであることが判断されると、ＭＳＫ復調処理部２０１によりＭＳＫ復調方式を用いたＭＳＫ復調処理が行われ、２値化された信号が出力される（ステップＳ２４）。
【００７６】
ステップＳ２３でＭＳＫでないことが判定されると、次に、復調部２１は、変調方式がＢＦＳＫであるかどうかを判定する（ステップＳ２５）。ここで、ＢＦＳＫであることが判定されると、ＢＦＳＫ復調処理部２０４によりＢＦＳＫ復調方式を用いたＢＦＳＫ復調処理が行われ、２値化された信号が出力される（ステップＳ２６）。
【００７７】
一方、ＢＦＳＫでないことが判定されると、ＭＦＳＫ復調処理部２０３によりＭＦＳＫ復調方式を用いたＭＦＳＫ復調処理が行われ、２値化された信号が出力される（ステップＳ２７）。以上の処理により、復調動作が完了する。
【００７８】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る復調装置によれば、通信諸元が未知のデジタル信号が入力された場合であっても、そのデジタル信号がＢＦＳＫ、ＭＦＳＫ、ＭＳＫ及びＢＰＳＫの何れの変調方式を用いて変調されたものであるかを自動的に判定し、その判定結果に応じて復調を行うので、１つの復調装置で複数の変調方式で変調された信号を復調できるマルチ復調装置として使用できる。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、通信諸元が未知のデジタル信号の変調方式を判定できる変調方式判定方法及び変調方式判定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置の処理動作を各変調方式毎に説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置で判定対象とする変調信号を説明するための図である。
【図５】１ビットの情報信号を示す図である。
【図６】矩形波のスペクトラム波形を示す図である。
【図７】ＢＦＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図８】変調指数を変化させたときのＢＦＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図９】ＭＦＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図１０】変調指数を変化させたときのＭＦＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図１１】ＢＦＳＫとＭＳＫとのスペクトラム波形の比較を示す図である。
【図１２】ＢＰＳＫ信号の時間波形を示す図である。
【図１３】ＢＰＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図１４】２逓倍後のＰＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る復調装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る復調装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 逓倍部
１１ ＦＦＴ部
１２ 電力計算部
１３ 閾値判定部
２０ 変調方式判定部
２１ 復調部
２２ 復号処理部
２０１ ＭＳＫ復調処理部
２０２ ＢＰＳＫ復調処理部
２０３ ＭＦＳＫ復調処理部
２０４ ＢＦＳＫ復調処理部
【発明の属する技術分野】
本発明は、変調方式判定方法及び変調方式判定装置に関し、特に通信諸元が未知のデジタル信号に対して、変調方式を自動的に判定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多様な変調方式を用いたデジタル通信が行われている。このようなデジタル通信の１つとして、周波数変調されたデジタル信号により通信を行う方法が知られている。この場合、受信側は、事前にわかっている通信諸元を用いて、受信された変調信号の帯域幅を算出することにより変調方式を判定し、判定された変調方式に従って復調が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、ソフトウェア無線機と呼ばれる、ソフトウェア処理により種々の機能を実現した無線機が開発されている。このソフトウェア無線機は、ソフトウェア処理の内容を変更するだけで種々の機能を実現できるので、この特徴を利用して、多様な変調方式に対応できる無線機の開発が望まれている。
【０００４】
本発明は、このような要望に応えるためになされたものであり、通信諸元が未知のデジタル信号の変調方式を判定できる変調方式判定方法及び変調方式判定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係る変調方式判定方法は、上記課題を達成するために、変調がなされているデジタル信号の周波数を逓倍し、前記逓倍により得られた信号を高速フーリエ変換し、前記高速フーリエ変換により得られたパワースペクトラムに基づいて変調方式を判定し、前記変調方式を判定する第１ステップは、前記パワースペクトラムに１つのピークが出現する場合に、逓倍前の帯域幅より逓倍後の帯域幅が狭いときにＢＰＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定し、前記変調方式を判定する第２ステップは、前記第１ステップの後に、前記パワースペクトラムが１つのピークの場合には、該ピークのレベルが所定値より大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定するように構成されている。
【０００６】
この変調方式判定方法によれば、変調方式に依存するパワースペクトラムの例えば形状等に基づいて変調方式を判定するので、通信諸元が未知のデジタル信号が入力された場合であっても、そのデジタル信号が何れの変調方式を用いて変調されたものであるかを判定できる。
【０００７】
更に具体的には、第１の態様に係る変調方式判定方法では、前記変調方式を判定する第２ステップは、前記第１ステップの後に、前記パワースペクトラムが２つのピーク以上の場合には、該ピーク間のレベルが所定値よりも大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定するように構成できる。また、前記変調方式を判定する第３ステップは、前記第２ステップの後に、前記パワースペクトラムに２つのピークが出現する場合にＢＦＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定するように構成できる。また、前記変調方式を判定する第３ステップは、前記第２ステップの後に、前記パワースペクトラムに３つ以上のピークが出現する場合にＭＦＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定するように構成できる。
【０００９】
また、本発明の第２の態様に係る変調方式判定装置は、上記と同様の課題を達成するために、本発明の第２の態様に係る変調方式判定装置に、変調がなされているデジタル信号の周波数を逓倍する逓倍部と、前記逓倍部により逓倍された信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換部と、前記高速フーリエ変換部における高速フーリエ変換により得られたパワースペクトラムに基づいて変調方式を判定する判定部、とを備え、前記判定部の第１処理は、前記パワースペクトラムに１つのピークが出現する場合に、逓倍前の帯域幅より逓倍後の帯域幅が狭いときにＢＰＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定し、前記判定部の第２処理は、前記第１処理の後に、前記パワースペクトラムが１つのピークの場合には、該ピークのレベルが所定値より大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする。この場合も第１の態様に係る変調方式判定方法と同様の効果が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
まず、本発明で判定の対象とされる変調方式について説明する。この判定対象とされる変調方式は、デジタル周波数変調（ＦＳＫ：Frequency Shift Keying）とデジタル位相変調（ＢＰＳＫ：Binary Phase Shift Keying）とに大別される。ＦＳＫは、更に、ＢＦＳＫ（Binary Frequency Shift Keying）、ＭＦＳＫ（Multilevel Frequency Shift Keying）及びＭＳＫ（Minimum Shift Keying）に分けられる。
【００１３】
（ａ）ＢＦＳＫは、図４に示すように、情報信号（変調信号に対応）の「１」（「マーク」と呼ぶ）及び「０」（「スペース」と呼ぶ）の各々に異なる周波数を対応させ、入力されるデジタル信号のレベルに応じて、各周波数の正弦波を割り当てる変調方式である。
【００１４】
このＢＦＳＫは、キャリア周波数をｆｃ、シフト幅をΔｆとすると、下記式（１）で表すことができる。
【００１５】
F(t)=a０(t)*cos(2π(fｃ-Δf)t)+a1(t)*cos(2π(fｃ+Δf)t)…（１）
この式（１）において、
情報信号が０の場合：a０(t)=1、a1(t)=0 [(n-1)T<t<=nT,n=0,1,2,,,]
情報信号が１の場合：a０(t)=0、a1(t)=1 [(m-1)T<t<=mT,m≠n]
である。
【００１６】
図４（ａ）は、「１０１１００１・・・」といったビット列を有する情報信号を表している。また、図４（ｂ）はＢＦＳＫ信号であり、例えばキャリア周波数ｆｃを５００Ｈｚ、シフト幅Δｆを２５０Ｈｚとした場合に、スペースに２５０Ｈｚの正弦波が割り当てられ、マークに７５０Ｈｚの正弦波が割り当てられる様子を表している。
【００１７】
図５に１ビットの情報信号を示す。図５に示すマーク又はスペース長Ｔは、通信速度Ｂの逆数（１／Ｂ）で表される。変調指数ＭはΔｆＴ＝Δｆ／Ｂで表される。例えば、通信速度Ｂを「２５０」に設定したとすると、ＢＦＳＫの変調指数Ｍは、Δｆ＊（１／Ｂ）＝５００×（１／２５０）＝２になる。
【００１８】
（ｂ）ＭＦＳＫは、３値以上のデジタル信号の各々に異なる周波数を対応させ、入力されるデジタル信号の値に応じて、各周波数の正弦波を割り当てる変調方式である。
【００１９】
このＭＦＳＫは、キャリア周波数ｆｃに対する、ｍ種類の多値の各々のシフト幅をｆ０、ｆ１、・・・ｆｍ−１とすると、式（２）で表すことができる。
【００２０】
F(t)=a０(t)*cos(2π(fｃ+f０)t)+a１(t)*cos(2π(fｃ+f２)t)+・・・+aｍ−１(t)*cos(2π(fｃ+fｍ−１)t)…（２）
この式（２）において、
情報信号が「０」の場合：ａ０(t)=1,ａ１(t)=0、・・・ａｍ−１(t)=0
情報信号が「１」の場合：ａ０(t)=0,ａ１(t)=1、・・・ａｍ−１(t)=0
情報信号が「ｍ−１」の場合：ａ０(t)=0,ａ１(t)=0、・・・ａｍ−１(t)=1
である。
【００２１】
例えば、４値のデジタル信号の場合は、値「００（０）」に２５０Ｈｚの正弦波、値「０１（１）」に５００Ｈｚの正弦波、値「１０（２）」に７５０Ｈｚの正弦波及び値「１１（３）」に１０００Ｈｚの正弦波をそれぞれ割り当てるように構成できる。
【００２２】
（ｃ）ＭＳＫは、デジタル信号の「１」及び「０」の各々に異なる周波数の正弦波を割り当てるＦＳＫの一種であり、ビットの変わり目に、位相が必ず±９０度になるように、最小の周波数差を割り当てる変調方式である。このＭＳＫは、変調指数Ｍが「０．５」のＦＳＫに相当する。
【００２３】
このＭＳＫは、式（３）で表すことができる。
【００２４】
F(t)=uｃ(t)*cos(πt/2T)*cos(2πft)*cos(2πfｃt)+uｓ(t)*sin(πt/2T)*sin(2πft)*sin(2πfｃt)…（３）
この式（３）において、
情報信号が０の場合：（uｃ(t),uｓ(t))=(-1,-1),(-1,1)
情報信号が１の場合：（uｃ(t),uｓ(t))=(1,1),(1,-1)
である。
【００２５】
（ｄ）デジタル位相変調のＢＰＳＫは、位相を１８０度シフトするかどうかによって「０」又は「１」を表すように変調する変調方式であり、式（４）で表される。
【００２６】
F(t)=a０(t)*cos(2πfｃt+0)+a1(t)*cos(2πfｃt+π)
＝a０(t)*cos(2πfｃt+0)+(-1)*a1(t)*cos(2πfｃt+π)…（４）
この式（４）において、
情報信号が０の場合：a０(t)=1、a1(t)=0 [(n-1)T<t<=nT,n=0,1,2,,,]
情報信号が１の場合：a０(t)=0、a1(t)=1 [(m-1)T<t<=mT,m≠n]
である。
【００２７】
（第１の実施の形態）
次に、本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置及び変調方式判定方法を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置の構成を示すブロック図である。この変調方式判定装置は、逓倍部１０、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）部１１、電力計算部１２及び閾値判定部１３から構成されている。これら各部は、図示しないＣＰＵの処理により実現することができる。
【００２９】
逓倍部１０は、複素演算により、入力された信号の周波数を２逓倍する。逓倍計算は、一般に、複素乗算により以下のように行われる。まず、入力された信号が正弦波であるとすると、この信号は式（５）で表される。
【００３０】
e(j*2πft)=I(t)+j*Q(t)…（５）
ここで、Q(t)は同相成分であり、I(t)は直交成分である。式（５）の信号の周波数を２逓倍すると、式（６）が得られる。
【００３１】
e(j*2πfｔ)*e(j*2πfｔ)=e(j*4πfｔ)…（６）
式（５）の右辺の複素数を二乗した結果と式（６）の右辺の値とから式（７）と式（８）が得られる。Reは実数成分を表し、Imは虚数成分を表す。
【００３２】
Re(e(j*4πf))=I(t)*I(t)-Q(t)*Q(t)…（７）
Im(e(j*4πf))=I(t)*Q(t)+I(t)*Q(t)…（８）
（ａ）まず、ＢＦＳＫの場合、簡単のためfｃを「０」とすると、式（９），式（１０）が得られる。
【００３３】
Re(BFSK(t))=a０(t)*cos(2πf１t)+a1(t)*cos(2πf１t)…（９）
Im(BFSK(t))=a０(t)*sin(2πf１t)+a1(t)*sin(2πf１t)…（１０）
２逓倍演算により、式（１１），式（１２）が得られる。
【００３４】
I2(t)=cos(4πf１t)…（１１）
Q2(t)=sin(4πf１t)…（１２）
これはシフト幅だけが２倍になることを表している。この周波数を２逓倍する理由については、後で説明する。
【００３５】
（ｂ）ＭＦＳＫの場合、簡単のためfｃを「０」とすると、式（１３），式（１４）が得られる。
【００３６】
Re(MFSK(t))=a０(t)*cos(2πf０t)+a１(t)*cos(2πf２t)+・・・+aｍ−１(t)*cos(2πfｍ−１t)…（１３）
Im(MFSK(t))=a０(t)*sin(2πf０t)+a１(t)*sin(2πf１t)+・・・+aｍ−１(t)*sin(2πfｍ−１t)…（１４）
２逓倍演算により、式（１５），式（１６）が得られる。
【００３７】
I2(t)=cos(4πf０t)＋cos(4πf１t)+・・・+cos(4πfｍ−１t)…（１５）
Q2(t)=sin(4πf０t)＋sin(4πf１t)+・・・+sin(4πfｍ−１t)…（１６）
この場合も、シフト幅だけが２倍になる。
【００３８】
（ｃ）ＭＳＫの場合、簡単のためfｃを「０」とすると、式（１７），式（１８）が得られる。
【００３９】
Re(MFSK(t))=uｃ(t)*cos(πt/2T)…（１７）
Im(MFSK(t))=uｓ(t)*sin(πt/2T)…（１８）
２逓倍演算により、式（１９），式（２０）が得られる。
【００４０】
【００４１】
高速フーリエ変換部１１は、逓倍部１０からの複素信号を高速フーリエ変換する。この高速フーリエ変換では、時間領域から周波数領域への変換が行われる。高速フーリエ変換部１１で高速フーリエ変換することにより得られた信号は電力計算部１２に送られる。電力計算部１２は、高速フーリエ変換部１１からの信号に基づいてパワースペクトラムを計算する。
【００４２】
（ａ）まず、ＢＦＳＫ信号のスペクトラム波形を考える。簡単のため、fｃ＝０の場合を考えると、ＢＦＳＫ信号は式（２１）で表される。
【００４３】
BFSK(t))=a０(t)*e(-j*2πΔft)+a1(t)*e(j*2πΔft)…（２１）
このとき、a０(t)(又はa1(t))を表す矩形波のパワースペクトラム(PSD)は、式（２２）で表される。図６に矩形波のスペクトラム波形を示す。
【００４４】
PSD(f)=1/B2*sinc2{2πf/(2B)}…（２２）
式（２１）で表されるＢＦＳＫ信号は、式（２２）をΔｆ（もしくは、−Δｆ）分だけ、周波数シフトしたものであり、ＢＦＳＫ信号のパワースペクトラム波形は、図７に示すようになる。
【００４５】
シフト幅と通信速度とは、２Δｆ＝Ｍ＊Ｂ（Ｍ：変調指数）の関係が成立する。このとき、通信速度を一定として変調速度Ｍの値、即ち、シフト幅を変化させた場合には、図７の各線スペクトラム間の関係は、図８（ａ）〜図８（ｄ）に示すようになる。
【００４６】
図８（ａ）に示すスペクトラム波形は、変調指数が２であるときの波形である。図８（ｂ）に示すスペクトラム波形は、変調指数が４であるときの波形である。図８（ｃ）に示すスペクトラム波形は、変調指数が１であるときの波形である。図８（ｄ）に示すスペクトラム波形は、変調指数が０．５であるときの波形である。図８からもわかるように、変調指数の値に応じて、ピーク間が離れたり、近づいたり、あるいは重なったりする。
【００４７】
（ｂ）次に、ＭＦＳＫ信号のスペクトラム波形を考える。ＭＦＳＫ信号のスペクトラム波形は、ＢＦＳＫ信号のスペクトラムピークが多値数（２以上）分、存在するものであり、図９に示すようになる。ＭＦＳＫ信号の場合もＢＦＳＫ信号と同様に、隣接するスペクトラム間のシフト幅は、変調指数に応じて、図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように変化する。
（ｃ）次に、ＭＳＫ信号のスペクトラム波形は、ＢＦＳＫ信号の変調指数を０．５とした場合に相当し、そのスペクトラム波形は、図８（ｄ）に示す波形と一致する。例えば、ＢＦＳＫとＭＳＫとのスペクトラム波形を比較した場合、図１１に示すように、その中心レベルが大きく相違する。このため、その中心レベルを測定した後、閾値判定することにより、ＢＦＳＫとＭＳＫとを識別することができる。
【００４８】
なお、図８（ｃ）に示すような変調指数が１のＢＦＳＫとＭＳＫとを比較した場合、中心レベルを閾値判定しても両者を識別できない。ところが、２逓倍処理を行うことにより、図８（ｃ）で表されるＢＦＳＫは、図８（ａ）に示すように変化し、図８（ｄ）で表されるＭＳＫは、図８（ｃ）に示すように変化するため、中心スペクトラムにレベル差が生じ、この変化を利用してＢＦＳＫとＭＳＫとを識別できる。
【００４９】
次に、このようにして計算されたパワースペクトラムは、閾値判定部１３に送られる。閾値判定部１３は、電力計算部１２から送られてくるパワースペクトラムのピークを求め、ピークが１つの信号に対しては、その中心付近の周波数成分のレベルを算出し、ピークが２つ以上の信号に対しては、ピーク間の中心付近の周波数成分のレベルを算出する。
【００５０】
算出されたレベルが所定値より大きい場合には、ＭＳＫであると判定し、そうでない場合には、ピーク数を算出し、ピーク数が３以上である場合にはＭＦＳＫと判定し、ピーク数が２である場合には、ＢＦＳＫであると判定する。そして、この判定結果を表す信号が、変調方式判定装置の出力として外部に送出される。
【００５１】
（ｄ）また、ＢＰＳＫの場合には、ＢＰＳＫ信号は、式（２３）で表される。
【００５２】
F(t)=a０(t)*e(j*2πfｃt+0)+(-1)*a1(t)*e(j*2πfｃt)…（２３）
ＢＰＳＫ信号の時間波形は、図１２（ａ）に示す波形と図１２（ｂ）に示す波形との和で表される。このため、スペクトラムの重ね合わせにより、図１２のＤＣ（直流）成分のみが打ち消され、図１３に示すようなスペクトラムとなる。
【００５３】
また、ＢＳＰＫ信号を２逓倍すると、式（２４）が得られる。
【００５４】
F×２(t)={a０(t)*e(j*2πft+0)+a1(t)*e(j*2πft+π)｝2
=a０ 2(t)*e(j*4πft)+a1 2(t)*e(j*4πft+2π)+2a０(t)a1(t)*e(j*2πft+0)*e(j*2πft+π)…（２４）
このとき、２＊θ（ｔ）＝０（あるいは２π）であるため、
F×２(t)=｛a０ 2(t)+a1 2(t)｝*e(j*4πft+2π)=e(4πft)…（２５）
と表される。このスペクトラムを図１４に示す。図１４から明らかなように、ＢＰＳＫ信号は２逓倍処理により位相が縮退し、キャリア信号のみになる。このため、ＢＦＳＫ，ＭＳＫ，ＭＦＳＫが逓倍処理により帯域幅が大きくなるのに対して、ＢＰＳＫでは逆に帯域幅が小さくなる。このため、ＢＰＳＫを含めた変調方式を判定することができる。
【００５５】
次に、上記の構成において、図２に示したフローチャートを参照しながら、動作を説明する。
【００５６】
まず、入力された信号の周波数を２逓倍する２逓倍処理が行われる（ステップＳ８ａ）。この２逓倍処理は、逓倍部１０において行われる。次に、この２逓倍された信号を高速フーリエ変換するＦＦＴ処理が行われ、パワースペクトラムが計算される（ステップＳ１０ａ）。このステップＳ１０ａの処理は、ＦＦＴ部１１及び電力計算部１２で行われる。次に、パワースペクトラム上のピーク数を算出する（ステップＳ１１ａ）。図３は、各変調方式における、２逓倍する前と後のパワースペクトラムを示す。
【００５７】
図３（ａ）は、ＭＦＳＫのパワースペクトラムを示す。この例では、例えば２５０、５００、７５０及び１０００Ｈｚといった４値のデジタル信号を高速フーリエ変換することにより４個のピークを有するパワースペクトラムが得られる。このＭＦＳＫの場合、変調指数が「１」以上のものは、２逓倍することにより変調指数が「２」以上になるため、そのパワースペクトラム形状は、ピーク間の中心付近の周波数成分のレベルが落ち込む。
【００５８】
図３（ｂ）は、ＢＰＳＫのパワースペクトラムを示す。ＢＰＳＫは、位相が１８０度シフトされるように変調されるので、位相シフトが０度の信号は２逓倍しても元のままであり、位相シフトが１８０度の信号は２逓倍することにより位相シフトが３６０度、つまり０度になる。従って、２逓倍すると全ての位相が揃い、１つの周波数成分を有するパワースペクトラムが得られる。
【００５９】
図３（ｃ）は、ＭＳＫのパワースペクトラムを示す。ＭＳＫの場合、２逓倍することにより、変調指数が「１」になるため、周波数成分の位置は変化するが、そのパワースペクトラム形状は、中心付近の周波数成分のレベルが殆ど変化しない。
【００６０】
図３（ｄ）は、ＢＦＳＫのパワースペクトラムを示す。この例では、例えば２５０及び７５０Ｈｚといった２値のデジタル信号を高速フーリエ変換することにより、２個のピークを有するパワースペクトラムが得られる。このＢＦＳＫの場合、変調指数が「１」以上のものは、２逓倍することにより変調指数が「２」以上になるため、そのパワースペクトラム形状は、中心付近の周波数成分のレベルが落ち込む。
【００６１】
以上のＦＦＴ処理が完了すると、次に、帯域幅が所定値以下であるかどうかが判定される（ステップＳ１２）。即ち、閾値判定部１３は、パワースペクトラムのピークを有する周波数成分の帯域幅を調べる。そして、この帯域幅が所定値以下である場合には、ＢＰＳＫで変調されたデジタル信号であることを認識し、その旨を表す信号を出力する（ステップＳ１３）。
【００６２】
ステップＳ１２で、帯域幅が所定値以下でないことが判定されると、次に、ピーク間の中心付近の周波数成分のレベルが所定レベル以上であるかどうかが判定される（ステップＳ１４）。
【００６３】
ここで、ＭＦＳＫ及びＢＦＳＫの場合は、図３（ａ）及び図３（ｄ）にそれぞれ示すように、ピークは変調指数Ｍに応じた周波数間隔で離散的に出現する。閾値判定部１３は、ピークの中心付近の周波数成分のレベルと所定のスレッショルドレベルとを比較する。そして、ピークの中心付近に所定レベル以上の周波数成分が存在する場合は、ＭＳＫで変調されたデジタル信号であることを認識し、その旨を表す信号を出力する（ステップＳ１５）。
【００６４】
一方、ステップＳ１４で、ピークの中心付近に所定レベル以上の周波数成分が存在しないことが判断された場合は、ＢＦＳＫ又はＭＦＳＫで変調されたデジタル信号であることが認識される。
【００６５】
そして、閾値判定部１３は、計算されたピーク数が「３」以上であればＭＦＳＫで変調されたデジタル信号であることを認識し、その旨を表す信号を出力する（ステップＳ１７）。一方、ピーク数が「２」であればＢＦＳＫで変調されたデジタル信号であることを認識し、その旨を表す信号を出力する（ステップＳ１８）。そして、変調方式を決定する（ステップＳ１９）。
【００６６】
なお、２逓倍処理しない場合には、ＦＦＴ処理を行い（ステップＳ１０ｂ）、次に、ピーク数を算出した後（ステップＳ１１ｂ）、ステップＳ１２の処理に進む。
【００６７】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置によれば、通信諸元が未知のデジタル信号が入力された場合であっても、そのデジタル信号がＢＦＳＫ、ＭＦＳＫ、ＭＳＫ及びＢＰＳＫの何れの変調方式を用いて変調されたものであるかを判定できる。
【００６８】
また、従来は通信諸元なしでは判定が困難であったＭＳＫと変調指数「１」のＢＦＳＫの区別を２逓倍することにより、通信諸元なしで判定することが可能になる。
【００６９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に係る変調方式判定装置を利用した復調装置である。
【００７０】
この復調装置は、図１５に示すように、変調方式判定部２０と復調部２１と復号処理部２２とから構成されている。変調方式判定部２０としては、上述した第１の実施の形態に係る変調方式判定装置が使用される。従って、この変調方式判定装置２０は、入力されたデジタル信号の変調方式が、ＢＦＳＫ、ＭＦＳＫ、ＭＳＫ及びＢＰＳＫの何れであるかを判定し、判定結果を復調部２１に送る。
【００７１】
復調部２１は、変調方式判定装置２０からの判定結果で示された変調方式に応じて入力信号を復調し、復調信号を復号処理部２２に出力する。復調部２１は、変調方式がＭＳＫと判定された場合に入力された信号をＭＳＫ復調処理するＭＳＫ復調処理部２０１と、変調方式がＢＰＳＫと判定された場合に入力された信号をＢＰＳＫ復調処理するＢＰＳＫ復調処理部２０２と、変調方式がＭＦＳＫと判定された場合に入力された信号をＭＦＳＫ復調処理するＭＦＳＫ復調処理部２０３と、変調方式がＢＦＳＫと判定された場合に入力された信号をＢＦＳＫ復調処理するＢＦＳＫ復調処理部２０４とを有している。
【００７２】
次に、上記の構成において、図１６に示すフローチャートを参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係る復調装置の動作を説明する。
【００７３】
この復調装置では、まず、変調方式判定処理が行われる（ステップＳ２０）。この変調方式判定処理は、図２のフローチャートを参照して説明した第１の実施の形態における処理と同じである。この変調方式判定処理により、変調方式判定装置２０は、入力された信号がＢＦＳＫ、ＭＦＳＫ、ＭＳＫ及びＢＰＳＫの何れで変調されたものであるかを示す信号を出力する。
【００７４】
次に、復調部２１は、変調方式がＢＰＳＫであるかどうかを判定する（ステップＳ２１）。ここで、ＢＰＳＫであることが判定されると、ＢＰＳＫ復調処理部２０２によりＢＰＳＫ復調方式を用いたＢＰＳＫ復調処理が行われ、２値化された信号が出力される（ステップＳ２２）。
【００７５】
ステップＳ２１でＢＰＳＫでないことが判断されると、次に、復調部２１は、変調方式がＭＳＫであるかどうかを判定する（ステップＳ２３）。ここで、ＭＳＫであることが判断されると、ＭＳＫ復調処理部２０１によりＭＳＫ復調方式を用いたＭＳＫ復調処理が行われ、２値化された信号が出力される（ステップＳ２４）。
【００７６】
ステップＳ２３でＭＳＫでないことが判定されると、次に、復調部２１は、変調方式がＢＦＳＫであるかどうかを判定する（ステップＳ２５）。ここで、ＢＦＳＫであることが判定されると、ＢＦＳＫ復調処理部２０４によりＢＦＳＫ復調方式を用いたＢＦＳＫ復調処理が行われ、２値化された信号が出力される（ステップＳ２６）。
【００７７】
一方、ＢＦＳＫでないことが判定されると、ＭＦＳＫ復調処理部２０３によりＭＦＳＫ復調方式を用いたＭＦＳＫ復調処理が行われ、２値化された信号が出力される（ステップＳ２７）。以上の処理により、復調動作が完了する。
【００７８】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る復調装置によれば、通信諸元が未知のデジタル信号が入力された場合であっても、そのデジタル信号がＢＦＳＫ、ＭＦＳＫ、ＭＳＫ及びＢＰＳＫの何れの変調方式を用いて変調されたものであるかを自動的に判定し、その判定結果に応じて復調を行うので、１つの復調装置で複数の変調方式で変調された信号を復調できるマルチ復調装置として使用できる。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、通信諸元が未知のデジタル信号の変調方式を判定できる変調方式判定方法及び変調方式判定装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置の処理動作を各変調方式毎に説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る変調方式判定装置で判定対象とする変調信号を説明するための図である。
【図５】１ビットの情報信号を示す図である。
【図６】矩形波のスペクトラム波形を示す図である。
【図７】ＢＦＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図８】変調指数を変化させたときのＢＦＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図９】ＭＦＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図１０】変調指数を変化させたときのＭＦＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図１１】ＢＦＳＫとＭＳＫとのスペクトラム波形の比較を示す図である。
【図１２】ＢＰＳＫ信号の時間波形を示す図である。
【図１３】ＢＰＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図１４】２逓倍後のＰＳＫのスペクトラム波形を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る復調装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る復調装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 逓倍部
１１ ＦＦＴ部
１２ 電力計算部
１３ 閾値判定部
２０ 変調方式判定部
２１ 復調部
２２ 復号処理部
２０１ ＭＳＫ復調処理部
２０２ ＢＰＳＫ復調処理部
２０３ ＭＦＳＫ復調処理部
２０４ ＢＦＳＫ復調処理部
Claims (8)
- 変調がなされているデジタル信号の周波数を逓倍し、
前記逓倍により得られた信号を高速フーリエ変換し、
前記高速フーリエ変換により得られたパワースペクトラムに基づいて変調方式を判定し、
前記変調方式を判定する第１ステップは、前記パワースペクトラムに１つのピークが出現する場合に、逓倍前の帯域幅より逓倍後の帯域幅が狭いときにＢＰＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定し、
前記変調方式を判定する第２ステップは、前記第１ステップの後に、前記パワースペクトラムが１つのピークの場合には、該ピークのレベルが所定値より大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする変調方式判定方法。 - 前記変調方式を判定する第２ステップは、前記第１ステップの後に、前記パワースペクトラムが２つのピーク以上の場合には、該ピーク間のレベルが所定値よりも大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする請求項１記載の変調方式判定方法。
- 前記変調方式を判定する第３ステップは、前記第２ステップの後に、前記パワースペクトラムに２つのピークが出現する場合にＢＦＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の変調方式判定方法。
- 前記変調方式を判定する第３ステップは、前記第２ステップの後に、前記パワースペクトラムに３つ以上のピークが出現する場合にＭＦＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の変調方式判定方法。
- 変調がなされているデジタル信号の周波数を逓倍する逓倍部と、
前記逓倍部により逓倍された信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換部と、
前記高速フーリエ変換部における高速フーリエ変換により得られたパワースペクトラムに基づいて変調方式を判定する判定部と、
を備え、
前記判定部の第１処理は、前記パワースペクトラムに１つのピークが出現する場合に、逓倍前の帯域幅より逓倍後の帯域幅が狭いときにＢＰＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定し、
前記判定部の第２処理は、前記第１処理の後に、前記パワースペクトラムが１つのピークの場合には、該ピークのレベルが所定値より大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする変調方式判定装置。 - 前記判定部の第２処理は、前記第１処理の後に、前記パワースペクトラムが２つのピーク以上の場合には、該ピーク間のレベルが所定値よりも大きいときにＭＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする請求項５記載の変調方式判定装置。
- 前記判定部の第３処理は、前記第２処理の後に、前記パワースペクトラムに２つのピークが出現する場合にＢＦＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の変調方式判定装置。
- 前記判定部の第３処理は、前記第２処理の後に、前記パワースペクトラムに３つ以上のピークが出現する場合にＭＦＳＫで変調がなされているデジタル信号であることを判定することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の変調方式判定装置。
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