JP4768778B2 - 変調方式推定装置及び方法 - Google Patents
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Description
この発明は、変調形式識別等の信号検出技術に関し、特に、変調信号の変調諸元を自動検出する変調方式推定装置及び方法に関する。
従来のディジタル変調信号とアナログ変調信号との変調方式の自動検出技術は、搬送波の検出あるいは、スペクトラムのサイドバンド検出やシンボルレート情報の有無などを利用して識別するものである。搬送波の検出は、AM(Amplitude Modulation)信号の搬送波成分の有無を識別するものである。次に、スペクトラムのサイドバンド検出は、AM信号のスペクトラムの対称性を評価することで識別するものである。最後の、シンボルレート検出は、ディジタル変調信号のボーレートの検出を行うことで、アナログ変調信号でないと識別するものである(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−86171公報
しかしながら、例えば、FSK(Frequency shift keying)系の変調信号は、周波数変調度によってラインスペクトラムが現れるために搬送波と誤認識する場合がある。このようにディジタル変調信号であるにもかかわらず変調諸元に依存してラインスペクトラムが現れる場合がある。
また、通常、アナログ変調信号である場合はスペクトラムが非対称になり、ディジタル変調信号である場合にはスペクトラムが高い確率で対称になる。しかし、DSB(Double Side Band amplitude modulation)においてLSB(Lower Sideband)とUSB(Upper Sideband)に対してステレオの信号をそれぞれ送信している場合、あるいは、周波数選択性フェージングが発生している場合などについては、スペクトラムのサイドバンドのスペクトラムの対称性が、アナログ変調信号とディジタル変調信号との識別に有意な情報とはなりえなくなる場合がある。
この発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、低演算量でも正確に変調方式を推定する変調方式推定装置及び方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明の変調方式推定装置は、変調信号を受信する受信手段と、前記変調信号をディジタル信号に変換する変換手段と、前記ディジタル信号をウェーブレット信号に変換する変換手段と、前記ウェーブレット信号のうち、ウェーブレットの次数がある範囲内の信号成分を選択する選択手段と、前記信号成分から、前記範囲内に対応する特徴量を抽出する抽出手段と、前記特徴量の特徴に応じて、前記変調信号がアナログ変調信号であるかどうかを識別する識別手段と、を具備することを特徴とする。
本発明の変調方式推定装置及び方法によれば、低演算量でも正確に変調方式を推定することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る変調方式推定装置及び方法について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
(第1の実施形態)
本実施形態の変調方式推定装置について図1を参照して説明する。
本実施形態の変調方式推定装置は、アンテナ100、受信部101、ADC(analog-to-digital converter)部102、ウェーブレット(Wavelet)変換部103、選択部104、特徴抽出部105、識別部106を含む。
(第1の実施形態)
本実施形態の変調方式推定装置について図1を参照して説明する。
本実施形態の変調方式推定装置は、アンテナ100、受信部101、ADC(analog-to-digital converter)部102、ウェーブレット(Wavelet)変換部103、選択部104、特徴抽出部105、識別部106を含む。
アンテナ100は、通信装置(例えば、無線基地局等の親局(図示せず))が送信した変調信号を受信する。受信部101は、アンテナ100で受信した変調信号を所定の周波数への変換し、変調信号を抽出するためのフィルタ処理等の受信処理を行う。また、ADC部102は、受信部101で受信処理されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。
ウェーブレット変換部103は、ADC部102でディジタル信号に変換された受信信号に対してウェーブレット解析を適用した信号処理を施したウェーブレット信号を得る。選択部104は、ウェーブレット変換部103でウェーブレット解析された信号(ウェーブレット信号)の中から、アナログ変調信号とディジタル変調信号との識別に有用な情報を選択する。
特徴抽出部105は、選択部104から出力された信号からアナログ変調信号とディジタル変調信号との識別に有意な統計情報、スペクトラムを抽出する。識別部106は、特徴抽出部105が抽出した情報に基づいてアナログ変調信号とディジタル変調信号との識別を行い、受信された信号がアナログ変調信号であるかディジタル変調信号であるかの情報を出力する。
次に、本実施形態の変調方式推定装置の基本原理について詳細に説明する。
基本原理は、ウェーブレット解析並びにアナログ変調信号の被変調波の特徴を利用している。まず、ウェーブレット解析について解説する。ウェーブレット解析は、不規則・雑音・間欠的・非定常な現象の信号解析に非常に有益な手段である。このような信号を時間と周波数領域で同時に解析できる点は、短時間のフーリエ変換と大きく異なるところである。ウェーブレット解析をするための連続ウェーブレット変換(Continuous Wavelet Transform)は、
基本原理は、ウェーブレット解析並びにアナログ変調信号の被変調波の特徴を利用している。まず、ウェーブレット解析について解説する。ウェーブレット解析は、不規則・雑音・間欠的・非定常な現象の信号解析に非常に有益な手段である。このような信号を時間と周波数領域で同時に解析できる点は、短時間のフーリエ変換と大きく異なるところである。ウェーブレット解析をするための連続ウェーブレット変換(Continuous Wavelet Transform)は、
と定義される。ここで、w(a)は重み関数であり、*は複素共役を示している。また、aは伸張パラメータ(Dilation Parameter),bは位置パラメータ(Location Parameter)であり、Ψ(・)は、マザーウェーブレット(Mother Wavelet)あるいはアナライジングウェーブレット(Analyzing Wavelet)である。このアナライジングウェーブレットは、次式(3)に示すアドミッシブル条件(Admissibility Condition)が課せられ、積分値(式(3)のCg)はアドミッシブル定数(Admissibility Constant)と呼ばれる。
ウェーブレット変換は、多様な幅をもつウェーブレットの集合と信号との間の相互相関関数と理解できる。一般に、w(a)はエネルギー保存の観点からa−1/2に固定される。つまり、どのようなスケールのウェーブレットに対しても、同じエネルギーであるようにしている。ここまでは、連続ウェーブレット変換について述べてきた。しかし、信号処理を実現する上では、離散ウェーブレット変換が必要になってくる。この離散ウェーブレット変換は、
と定義される。ここで、mはウェーブレットの次数であり周波数に対応する。nは時間的な位置を示す数である。m、nともに自然数である。さらに、高速ウェーブレット変換を実現する方法は、スケーリング係数blを用いることで、一つ前のスケールの近似係数から
と計算することができる。ただし、Sp,qを近似係数とする。これは、多重解像度分解アルゴリズム(Decomposition Algorithm)として知られている。
この高速ウェーブレット変換を適用したディジタル変調信号とアナログ変調信号の解析した一例を図2から図6に示している。なお、図2から図6に示されている曲線はウェーブレット変換部103が出力する信号を示す。
図2および図3はHarrのアナライジングウェーブレットを使用しSNRがそれぞれ0dB、10dBの場合のウェーブレット解析の結果を示した図であり、図4はBeylkinのアナライジングウェーブレットを使用しSNRが10dBの場合のウェーブレット解析の結果を示した図であり、図5はDaubechiesのアナライジングウェーブレットを使用しSNRが10dBの場合のウェーブレット解析の結果を示した図であり、図6はCoifletのアナライジングウェーブレットを使用しSNRが10dBの場合のウェーブレット解析の結果を示した図である。これらのアナライジングウェーブレットについては、例えば、“(監訳者)新誠一、「図説 ウェーブレット変換ハンドブック」、(株)朝倉書店(2005)”、Hubbard, “The World According to Wavelets”(1996)、Ingrid Daubechies, “Ten Lectures on Wavelets” (1992)、Mallat, “A Wavelet Tour of Signal Processing” (1998)がある。図2から図6に含まれるグラフでは、横軸が時間を示し、縦軸がウェーブレットの次数(m)を示す。
図2および図3はHarrのアナライジングウェーブレットを使用しSNRがそれぞれ0dB、10dBの場合のウェーブレット解析の結果を示した図であり、図4はBeylkinのアナライジングウェーブレットを使用しSNRが10dBの場合のウェーブレット解析の結果を示した図であり、図5はDaubechiesのアナライジングウェーブレットを使用しSNRが10dBの場合のウェーブレット解析の結果を示した図であり、図6はCoifletのアナライジングウェーブレットを使用しSNRが10dBの場合のウェーブレット解析の結果を示した図である。これらのアナライジングウェーブレットについては、例えば、“(監訳者)新誠一、「図説 ウェーブレット変換ハンドブック」、(株)朝倉書店(2005)”、Hubbard, “The World According to Wavelets”(1996)、Ingrid Daubechies, “Ten Lectures on Wavelets” (1992)、Mallat, “A Wavelet Tour of Signal Processing” (1998)がある。図2から図6に含まれるグラフでは、横軸が時間を示し、縦軸がウェーブレットの次数(m)を示す。
図2から図6のそれぞれで、受信した信号がアナログ信号の場合のウェーブレット解析結果、受信した信号がディジタル信号の場合のウェーブレット解析結果を示している。アナログ信号の場合はAM(Amplitude Modulation)、SSB(Single SideBand modulation)が対応し、ディジタル信号の場合はQAM(Quadrature Amplitude Modulation)、PSK(Phase-Shift Keying)、GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying)、FSK(Frequency-Shift Keying)、WLAN802.11a、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)、FDM(Frequency-Division Multiplexing)が対応している。
これら図2から図6の結果から、アナライジングウェーブレットに依存しない次の特徴が得られることがわかる。
(1)ディジタル変調信号では、高次(mが第1しきい値よりも大きい)の信号成分の分散が大きい。他方、アナログ変調信号では、高次の信号成分の分散は小さい。
(2)ディジタル変調信号では、高次(mが第1しきい値よりも大きい)の信号成分は時間に関して連続的に信号が存在している。他方、アナログ変調信号では、高次の信号成分は時間に関して断続的に信号が存在している。
(3)ディジタル変調信号に対する中次(mが第2しきい値よりも大きく第1しきい値以下)の信号成分は、周期的な信号が存在している。
(1)ディジタル変調信号では、高次(mが第1しきい値よりも大きい)の信号成分の分散が大きい。他方、アナログ変調信号では、高次の信号成分の分散は小さい。
(2)ディジタル変調信号では、高次(mが第1しきい値よりも大きい)の信号成分は時間に関して連続的に信号が存在している。他方、アナログ変調信号では、高次の信号成分は時間に関して断続的に信号が存在している。
(3)ディジタル変調信号に対する中次(mが第2しきい値よりも大きく第1しきい値以下)の信号成分は、周期的な信号が存在している。
なお、第1しきい値および第2しきい値は、第1しきい値が第2しきい値よりも大きくなる範囲内でアナログ信号とディジタル信号を効果的に識別することができるように適切に設定される。より具体的には、アナログ信号であるかディジタル信号であるかが既知の変調信号を使用して第1しきい値および第2しきい値を設定する。
これらの結果は、アナログ変調信号の被変調波が音声信号であるが故に、自然によく見受けられる自己相似性を有しているので、ウェーブレット解析によって、アナログ変調信号とディジタル変調信号との差異が得られることになる。以下、これらの性質を利用してアナログ変調信号とディジタル変調信号との識別方法について詳しく説明する。
選択部104が、ウェーブレット解析された高次あるいは中次の信号成分を選択し、特徴抽出部105がこの選択された信号成分によって特徴を抽出する。特徴抽出部105はウェーブレット解析された高次の信号成分の分散を計算し、識別部106はその分散値が分散しきい値を超えるか否かにより、アナログ変調信号であるかディジタル変調信号であるかを識別することができる(上記(1)に対応)。
識別部106が行う不連続性の判定方法(上記(2)に対応)の一例について図7、図8を参照して説明する。識別部106はウェーブレット解析された高次の信号成分の連続性を判定することによりアナログ変調信号であるかディジタル変調信号であるかを識別することができる。つまり、連続ならばディジタル変調信号であり、不連続ならばアナログ変調信号であると識別できる。
第1の方法は、ウェーブレット解析を適用する方法である。この考え方について図7を用いて説明する。図7(a)に示すように時刻Tの点で信号の不連続点がある場合を考える。この信号は選択部104が選択したウェーブレット解析された高次の信号成分(s(t))の一例である。
特徴抽出部105が、ウェーブレットの積分値(T(a,b)またはTm,n)を計算する。ただし、式(1)または式(5)のx(t)はs(t)である。図7(a)に示す不連続点Tでは、ウェーブレットの積分値(T(a,b)またはTm,n)が対称性からゼロになることがわかる(図7(b)のb=Tの点に図示している)。また、不連続点Tよりもかなり手前(t≪T)にある場合または不連続点Tよりもかなり遠方(t≫T)にある場合にも、ウェーブレットと(一定)信号(すなわちs(t))は、ゼロに近い積分値となる。不連続点Tの近傍においては、ウェーブレットの左サイドローブの積分値は負となり、右サイドローブの積分値は正となる。しかし、この領域では非対称性が生じるために積分値を持つことになる。ウェーブレットの積分値がbを変化させることによりどのように変化するかを図7(b)に示している。なお、bが増加すると図7(a)に示しているウェーブレットは時間軸の正の向きに平行移動する。このようにウェーブレットが不連続点を横切る時に積分値が正から負あるいは、負から正に変化する特性を利用して不連続点を検出することができる。すなわち、識別部106は、特徴抽出部105が計算したウェーブレットの積分値が正から負あるいは、負から正に変化することにより高次の信号成分が不連続であるかどうかを判定して、アナログ変調信号であるかどうかを識別する。
第1の方法は、ウェーブレット解析を適用する方法である。この考え方について図7を用いて説明する。図7(a)に示すように時刻Tの点で信号の不連続点がある場合を考える。この信号は選択部104が選択したウェーブレット解析された高次の信号成分(s(t))の一例である。
特徴抽出部105が、ウェーブレットの積分値(T(a,b)またはTm,n)を計算する。ただし、式(1)または式(5)のx(t)はs(t)である。図7(a)に示す不連続点Tでは、ウェーブレットの積分値(T(a,b)またはTm,n)が対称性からゼロになることがわかる(図7(b)のb=Tの点に図示している)。また、不連続点Tよりもかなり手前(t≪T)にある場合または不連続点Tよりもかなり遠方(t≫T)にある場合にも、ウェーブレットと(一定)信号(すなわちs(t))は、ゼロに近い積分値となる。不連続点Tの近傍においては、ウェーブレットの左サイドローブの積分値は負となり、右サイドローブの積分値は正となる。しかし、この領域では非対称性が生じるために積分値を持つことになる。ウェーブレットの積分値がbを変化させることによりどのように変化するかを図7(b)に示している。なお、bが増加すると図7(a)に示しているウェーブレットは時間軸の正の向きに平行移動する。このようにウェーブレットが不連続点を横切る時に積分値が正から負あるいは、負から正に変化する特性を利用して不連続点を検出することができる。すなわち、識別部106は、特徴抽出部105が計算したウェーブレットの積分値が正から負あるいは、負から正に変化することにより高次の信号成分が不連続であるかどうかを判定して、アナログ変調信号であるかどうかを識別する。
第2の方法は、選択部104が選択したウェーブレット解析された高次の信号成分(s(t))の電力あるいは絶対値演算後の積分値の比較によるものである。図8を参照して具体的に説明する。先ず、図8(a)に示す信号を時間幅TDurationに渡るスライディング積分を時間間隔TPriorにて、それぞれ行った積分値の比を次式の通り計算する。
などのように計算することができる。この積分値の比は、図8(b)に示すように、値が1から増加したのち一定値になり減少し始め、値が1になる。このような増減をした場合に積分値の比が減少から値が1になった時刻が、ウェーブレット解析された高次の信号成分(s(t))に不連続点がある時刻に対応する。
上記では、図8(a)のように、ある値からt=Tでこの値よりも小さい別の値に不連続に接続する信号成分の場合について説明したが、図8(a)とは「逆に」ある値からt=Tでこの値よりも大きい別の値に不連続に接続する信号成分の場合(以下、逆の場合と称す)について説明する。この逆の場合には、上記と同様の考察によって図8(b)に対応する積分値の比の時間変動のグラフは、図8(b)に示したグラフを積分値A/積分値B=1の直線に関して線対称したものになる。このような増減をした場合に積分値の比が増加から値が1になった時刻が、ウェーブレット解析された高次の信号成分(s(t))に不連続点がある時刻に対応する。
以上により第2の方法では、特徴抽出部105が積分値の比を計算し、積分値の比の時間変動のグラフを算出し、識別部106が図8(b)に示すようなグラフになるかどうか、図8(b)に示したグラフを積分値A/積分値B=1の直線に関して線対称にしたグラフになるかどうかを判定して、積分値の比の時間変動がこれらのグラフになった場合には、高次の信号成分が不連続であると判定して、アナログ変調信号であると識別する。識別部106は、具体的には、積分値の比の時間変動のグラフが、値1からTDurationの期間増加してTPriorの期間1よりも大きな一定値を保ちTDurationの期間減少して値1に戻るか、値1からTDurationの期間減少してTPriorの期間1よりも小さな一定値を保ちTDurationの期間増加して値1に戻るか、の2通りの場合に該当するかどうかを判定する。
次に、識別部106が行う周期的な信号の存在の判定方法(上記(3)に対応)の一例について図9を参照して説明する。上記(3)のために、信号の周期性を検出することにより、信号の周期性がディジタル変調信号として識別するための特徴量として利用することができることがわかる。周期性を検出する方法は、如何様な方法を適用しても構わない。ここでは一例として、この周期性を検出する方法の具体的な方法について説明する。
この方法には、高速フーリエ変換による周期性の検出方法がある。周期波形を高速フーリエ変換すると、そのスペクトラムがラインスペクトラムとなる(図9を参照)。したがって、このラインスペクトラムの有無あるいは、ラインスペクトラムの形状を評価することにより、周期波形であるか否か情報を得ることができる。
具体的には、特徴抽出部105がウェーブレット解析された中次の信号成分を高速フーリエ変換してスペクトラムを得る。識別部106は、特徴抽出部105が得たスペクトラムがあるかどうかを判定して、スペクトラムがないと判定した場合には変調信号はアナログ変調信号であると識別する。また、識別部106はラインスペクトラムの形状により相対レベルが一定値を示しているかどうかを判定し、一定値を示していると判定した場合には変調信号はアナログ変調信号であると識別する。識別部106がスペクトラムがあると判定する場合は、図9(b)に示すように、特定の複数の周波数で有限の相対レベルを有していて、これらの周波数の間の周波数帯にはほとんど無視可能な相対レベルがある場合である。一方、識別部106がスペクトラムがないと判定する場合は、図9(c)に示すように、ある一定相対レベルで周波数に対して連続的に信号が分布している場合である。
具体的には、特徴抽出部105がウェーブレット解析された中次の信号成分を高速フーリエ変換してスペクトラムを得る。識別部106は、特徴抽出部105が得たスペクトラムがあるかどうかを判定して、スペクトラムがないと判定した場合には変調信号はアナログ変調信号であると識別する。また、識別部106はラインスペクトラムの形状により相対レベルが一定値を示しているかどうかを判定し、一定値を示していると判定した場合には変調信号はアナログ変調信号であると識別する。識別部106がスペクトラムがあると判定する場合は、図9(b)に示すように、特定の複数の周波数で有限の相対レベルを有していて、これらの周波数の間の周波数帯にはほとんど無視可能な相対レベルがある場合である。一方、識別部106がスペクトラムがないと判定する場合は、図9(c)に示すように、ある一定相対レベルで周波数に対して連続的に信号が分布している場合である。
最後に、これまでに得られた特徴量を用いてアナログ変調信号とディジタル変調信号とを識別する識別部106について詳細に説明する。
識別部106の処理手法としては、決定論的手法、最近傍決定法、ニューラルネットワーク(Neural Network)、サポートベクターマシン(Support Vector Machine)、K-means法など多岐に渡る方法が存在する。識別部106は前述の如何なる方法を適用しても構わない。具体的な方法を説明するために、一例として決定論的手法に基づいた識別方法について説明する。
識別部106の処理手法としては、決定論的手法、最近傍決定法、ニューラルネットワーク(Neural Network)、サポートベクターマシン(Support Vector Machine)、K-means法など多岐に渡る方法が存在する。識別部106は前述の如何なる方法を適用しても構わない。具体的な方法を説明するために、一例として決定論的手法に基づいた識別方法について説明する。
具体的には、先に説明した特徴量を次の通り定義する。第1の特徴量は、ウェーブレット変換後の高次の信号の分散σ2 HVである。第2の特徴量は、ウェーブレット変換後の高次の信号の連続性であるか否かの情報である。第3の特徴量は、ウェーブレット変換後の中次のスペクトラムがラインスペクトラムであるか否かの情報である。これらの特徴量とディジタル変調信号とアナログ変調信号の関係は、図10に示す通りである。識別部106は、先に測定した特徴量が、図10のどれに対応するかについて調べ、特徴量の該当する箇所か一番多いものが、その変調方式であると判定する。具体的には、第1の特徴量の分散が分散しきい値以下であり、第2の特徴量が不連続であることを示し、第3の特徴量がラインスペクトラムを有している場合には、アナログ変調信号と解釈する。識別部106はこのように多数決判定する。
以上に説明した第1の実施形態によれば、アナログ変調信号とディジタル変調信号をウェーブレット変換後の信号に対する演算から得られる特徴量を用いて同定することができる。従来の方式に比較して、FFT並みの低演算により変調方式を判定することができ、アナログ変調信号の特徴に注目した信号処理であり、識別率を大幅に改善するのみならず、誤判定率を大幅に低減することができる。
また、未知変調信号の変調方式を自動的に同定することができるので、この同定された変調方式が電波の運用上、適切であるか否か電波法上の監視業務を実現できる。他に、同定された変調方式をもとに復調処理なども実施できるためのSDR(Software-Defined Radio)なども実現できる。
また、未知変調信号の変調方式を自動的に同定することができるので、この同定された変調方式が電波の運用上、適切であるか否か電波法上の監視業務を実現できる。他に、同定された変調方式をもとに復調処理なども実施できるためのSDR(Software-Defined Radio)なども実現できる。
(第2の実施形態)
本実施形態の変調方式推定装置について図11を参照して説明する。
本実施形態の変調方式推定装置は、図1の変調方式推定装置に、信号処理部1101と信号処理部1102並びに特徴抽出部1103と特徴抽出部1104とを付加し、第1の実施形態での識別部106に代わり識別部1105を設けたものである。
変調方式推定装置は、アナログ変調信号とディジタル変調信号とこれ以外の信号が入力される可能性がある。そのために本実施形態では、第1の実施形態で説明した特徴量以外の特徴量を用いて識別することにより、誤判定率の改善が図られることになる。逆に、所望の変調信号以外を排除する目的とした適用も考えることができる。
本実施形態の変調方式推定装置について図11を参照して説明する。
本実施形態の変調方式推定装置は、図1の変調方式推定装置に、信号処理部1101と信号処理部1102並びに特徴抽出部1103と特徴抽出部1104とを付加し、第1の実施形態での識別部106に代わり識別部1105を設けたものである。
変調方式推定装置は、アナログ変調信号とディジタル変調信号とこれ以外の信号が入力される可能性がある。そのために本実施形態では、第1の実施形態で説明した特徴量以外の特徴量を用いて識別することにより、誤判定率の改善が図られることになる。逆に、所望の変調信号以外を排除する目的とした適用も考えることができる。
信号処理部1101、信号処理部1102は、ADC部102が出力信号から、それぞれ異なる特徴量を算出するための前処理を行うものである。特徴抽出部1103と特徴抽出部1104は、信号処理部1101と信号処理部1102により前処理された信号から、それぞれ異なる特徴量を抽出する。これらの特徴量は、それぞれ独立した特徴を示す特徴量であることが望ましい。これらの信号処理部1101、1102や特徴抽出部1103、1104としては、逓倍処理後の信号のスペクトラムを評価する方法などがある。この場合は識別部1105がラインスペクトラムの有無を判定する。他には、サイクロステーショナリーによって変調方式を判定する方法がある。サイクロステーショナリーでは、例えば時間をずらしながら信号の相関をとり、この相関をフーリエ変換した関数を使用して変調方式を判定する(例えば、「B. Seaman and R. M. Braun, “Using Cyclostationarity in the Modulation Classification of Analogue Signals”, Communications and Signal Processing, pp 261-266, Sept, 1998」を参照)。
信号処理部1101、信号処理部1102並びに、特徴抽出部1103と特徴抽出部1104は、これらに限らず受信信号のある特徴を抽出できれば、公知の手法を使用しても新たな手法を使用しても構わない。
信号処理部1101、信号処理部1102並びに、特徴抽出部1103と特徴抽出部1104は、これらに限らず受信信号のある特徴を抽出できれば、公知の手法を使用しても新たな手法を使用しても構わない。
識別部1105は、特徴抽出部105から得る特徴量に加え、特徴抽出部1103、1104からそれぞれ独立な特徴量を得る。識別部1105は、これら全ての特徴量を加味して最終的な識別結果を得る。識別部1105は、識別部106のように決定論的手法、最近傍決定法、ニューラルネットワーク(Neural Network)、サポートベクターマシン(Support Vector Machine)、K-means法などの方法により識別結果を得てよい。具体的には、識別部1105は第1の実施形態でのように多数決判定してもよい。識別部1105は識別部106よりも判定に使用する情報量(特徴量)が多い。このように識別部1105は第1の実施形態と同様に手順で実現することができる。しかし、特徴量が増加したために、識別精度あるいは、識別できる信号の種類の増加などを改善することになる。
以上に説明した第2の実施形態によれば、より正確に多くの種類の変調方式を特定することができる。また、より多くの独立な特徴量を入力することにより、実環境への耐性を一段と改善することができる。
以上に示した実施形態によれば、アナログ変調信号であるかディジタル変調信号であるかをウェーブレット変換後の信号に対する演算から得られる特徴量を用いて同定することができる。従来の方式に比較して、FFT並みの低演算により変調方式を判定することができ、アナログ変調信号の特徴に注目した信号処理であり、識別率を大幅に改善するのみならず、誤判定率を大幅に低減することができる。
なお、実施形態の変調方式推定装置及び方法は、変調形式識別等の信号検出技術に関する技術であり、特に変調信号の変調諸元の自動検出に関する技術である。このため、コグニティブ無線技術やSDR技術における信号種別の識別などにも応用ができる。あるいは、到来した電波の諸元を推定することにより、その電波を受信するための無線システムを自動的に構築し、コミュニケーションを開始する無線システムなどにも応用ができる。そのために、次世代の無線通信システムに要求される必須の一般的な技術である。
なお、実施形態の変調方式推定装置及び方法は、変調形式識別等の信号検出技術に関する技術であり、特に変調信号の変調諸元の自動検出に関する技術である。このため、コグニティブ無線技術やSDR技術における信号種別の識別などにも応用ができる。あるいは、到来した電波の諸元を推定することにより、その電波を受信するための無線システムを自動的に構築し、コミュニケーションを開始する無線システムなどにも応用ができる。そのために、次世代の無線通信システムに要求される必須の一般的な技術である。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
100・・・アンテナ、101・・・受信部、102・・・ADC部、103・・・ウェーブレット変換部、104・・・選択部、105、1103、1104・・・特徴抽出部、106、1105・・・識別部、1101、1102・・・信号処理部。
Claims (10)
- 変調信号を受信する受信手段と、
前記変調信号をディジタル信号に変換する変換手段と、
前記ディジタル信号をウェーブレット信号に変換する変換手段と、
前記ウェーブレット信号のうち、ウェーブレットの次数がある範囲内の信号成分を選択する選択手段と、
前記信号成分から、前記範囲内に対応する特徴量を抽出する抽出手段と、
前記特徴量の特徴に応じて、前記変調信号がアナログ変調信号であるかどうかを識別する識別手段と、を具備することを特徴とする変調方式推定装置。 - 前記識別手段は、前記信号成分の統計量の値に応じて前記変調信号がアナログ変調信号であると識別することを特徴とする請求項1に記載の変調方式推定装置。
- 前記抽出手段は、前記信号成分の統計量を抽出し、
前記識別手段は、前記統計量がしきい値以下である場合には前記変調信号がアナログ変調信号であると識別することを特徴とする請求項1に記載の変調方式推定装置。 - 前記選択手段は、ウェーブレットの次数が第1しきい値よりも大きい高次信号成分を選択し、
前記抽出手段は、前記高次信号成分の分散値を抽出し、
前記識別手段は、前記分散値が分散しきい値以下である場合には前記変調信号がアナログ変調信号であると識別することを特徴とする請求項1に記載の変調方式推定装置。 - 前記選択手段は、ウェーブレットの次数が第1しきい値よりも大きい高次信号成分を選択し、
前記抽出手段は、前記高次信号成分を抽出し、
前記識別手段は、前記高次信号成分が時間に関して不連続であるかどうかを判定し、該高次信号成分が時間に関して不連続であると判定した場合には前記変調信号がアナログ変調信号であると識別することを特徴とする請求項1に記載の変調方式推定装置。 - 前記抽出手段は、ある期間で前記高次信号成分をウェーブレット変換した変換値を計算し、
前記識別手段は、前記期間内で前記変換値が正から負または負から正になる時刻がある場合にこの時刻で前記高次信号成分が不連続であると判定し、前記変調信号がアナログ変調信号であると識別することを特徴とする請求項5に記載の変調方式推定装置。 - 前記抽出手段は、ある期間で、前記高次信号成分の電力または絶対値を第1期間について積分した第1積分と該第1期間の終端の時刻よりも後の時刻から開始される第2期間について積分した第2積分とを計算し、
前記識別手段は、前記第1積分と前記第2積分との比の値が、1から増加したのち一定値になり減少し始め再び1になる場合、1から増加したのち減少し始め再び1になる場合、1から減少したのち一定値になり増加し始め再び1になる場合、または、1から減少したのち増加し始め再び1になる場合には、前記期間内で前記高次信号成分が不連続であると判定し、前記変調信号がアナログ変調信号であると識別することを特徴とする請求項5に記載の変調方式推定装置。 - 前記選択手段は、ウェーブレットの次数が第2しきい値よりも大きくかつ第1しきい値以下である中次信号成分を選択し、
前記抽出手段は、前記中次信号成分を抽出し、
前記識別手段は、前記中次信号成分が周期的であるかどうかを判定し、該中次信号成分が周期的でないと判定した場合には前記変調信号がアナログ変調信号であると識別することを特徴とする請求項1に記載の変調方式推定装置。 - 前記抽出手段は、前記中次信号成分をフーリエ変換したフーリエ信号を計算し、
前記識別手段は、前記フーリエ信号がスペクトラムを有しているかどうかを判定し、前記フーリエ信号がスペクトラムを有していないと判定した場合には前記変調信号がアナログ変調信号であると識別することを特徴とする請求項8に記載の変調方式推定装置。 - 変調信号を受信し、
前記変調信号をディジタル信号に変換し、
前記ディジタル信号をウェーブレット信号に変換し、
前記ウェーブレット信号のうち、ウェーブレットの次数がある範囲内の信号成分を選択し、
前記信号成分から、前記範囲内に対応する特徴量を抽出し、
前記特徴量の特徴に応じて、前記変調信号がアナログ変調信号であるかどうかを識別することを特徴とする変調方式推定方法。
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