JP5020275B2 - 受信装置及びベースバンド信号の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、異なる複数の無線システムの所望信号を１つ以上含む受信信号から、所望信号に重畳する雑音または干渉を除去し、所望信号を復元する受信装置に関するもので、特に、ソフトウェア受信機に利用されるものに関する。

従来、１台で異なる複数の無線システムに対応する受信装置として、各無線システムの専用ハードウェアを個別に備えたマルチモード受信機とＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換後のデジタル信号に対してソフトウェアによるデジタル信号処理手段を用いて各無線システムに対応する受信処理を行うソフトウェア受信機がある。無線システムの高度化、多様化に対して、前者は、ハードウェアの交換や追加を行うで対応することになるが、後者は、ハードウェアの構成を変更せずに比較的容易なソフトウェアの変更や追加を行うことで、対応することができるため、拡張性、適応性、経済性等の観点から、ソフトウェア受信機が注目されている。

従来のソフトウェア受信機の構成の一例を図９に示す。図９に示すソフトウェア受信機は、アンテナ１０から受信された信号をＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部１１でベースバンド信号に変換し、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１２で帯域制限される。帯域制限されたベースバンド信号が、ＢＰＦ１２からＡＤ変換部１３に出力されると、ＡＤ変換部１３によってデジタル信号に変換され、デジタル信号処理部１４に出力される。デジタル信号処理部１４は、ソフトウェアによるデジタル信号処理手段を備えており、入力されたデジタル信号に応じて、無線システムに対応する受信処理を行う。

この従来のソフトウェア受信機では、キャリア周波数、変調方式、占有帯域幅等が異なる複数の無線システムに対応するためにできる限り広い帯域幅で受信する必要があるが、広帯域に受信すると白色雑音の影響が強くなり、また、複数の信号を同時に受信した場合、近隣周波数の信号から大きく影響を受けてしまう。このため、ＢＰＦにより適切に通過帯域を制限することが重要であり、要求されている。

例えば、周波数変換や通過帯域の異なる複数のフィルタを用いて信号の占有帯域幅に応じた適切な帯域制限が可能で、かつ近隣周波数の干渉信号の影響を受けにくいソフトウェア受信機がある（例えば、特許文献１参照）。

また、ＢＰＦをソフトウェアによりフィルタ係数を設定し、通過帯域を制御するデジタルフィルタで構成し、ＢＰＦによる帯域制限をＡＤ変換後のデジタル信号に対して行うソフトウェア受信機がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１５２０７１号公報 特開２００３−２９８４５６号公報

しかしながら、従来技術では、信号帯域幅に合わせてＢＰＦの通過帯域を適切に調整することにより、調整後の通過帯域外の雑音や干渉信号は除去できるが、通過帯域内の雑音や干渉から影響を受けるという問題がある。

また、対応する無線システムの種類が多くなるほど、あらかじめ用意するＢＰＦの数や切り替え処理等が増加し、特に未知の無線システムの信号に対しては、柔軟な対応が難しいという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、所望信号の占有帯域内に存在する雑音や干渉を除去することにより受信特性を向上することができ、キャリア周波数、変調方式、占有帯域幅等が異なる様々な無線システムの所望信号に対して柔軟に対応できる受信装置及びベースバンド信号の処理方法を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明は、ベースバンド信号処理部を備えた受信装置であって、前記ベースバンド信号処理部が、受信信号の受信周波数特性を解析し、前記受信信号に含まれる１つ以上の所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数を検出する中心周波数検出手段と、前記中心周波数検出手段によって検出された前記中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号の時間的に連続した第１の周波数特性を基準信号として１つ以上生成する基準信号生成手段と、前記基準信号生成手段によって前記基準信号を生成する際に利用した解析方法と同一の解析方法を用いて前記受信信号から時間的に連続した第２の周波数特性を解析し、前記第２の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記受信信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方を前記所望信号の特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、前記基準信号生成手段によって生成された前記基準信号としての前記第１の周波数特性の各時点における、前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量抽出手段によって抽出された前記特徴量と一致するように、該基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御することで、前記第１の周波数特性を前記所望信号に応じた少なくとも１つの復元信号として、前記所望信号を復元する所望信号復元手段を具備し、異なる複数の無線システムの信号を１つ以上含んだ受信信号から１つ以上の所望信号を復元することを特徴とする。
また、本発明に係るベースバンド信号処理部を備えた受信装置であって、前記ベースバンド信号処理部は、受信信号の受信周波数特性を解析し、前記受信信号に含まれる少なくとも１つの所望信号の中心周波数を検出する中心周波数検出部と、前記中心周波数検出部によって検出する少なくとも１つの前記中心周波数に基づき、前記各中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号を時間的に連続させた第１の周波数特性を少なくとも１つ生成し、前記第１の周波数特性を基準信号として出力する基準信号生成部と、前記受信信号を時間的に連続させた第２の周波数特性を生成し、前記第２の周波数特性の各時点において、前記中心周波数検出部によって検出された前記中心周波数に対応する電力成分および位相成分のうち少なくとも一方を前記所望信号の特徴量として抽出する特徴量抽出部と、前記基準信号生成部によって生成された第１の周波数特性の各時点において、前記受信信号に基づき前記中心周波数検出部によって検出された前記中心周波数に対応する電力成分および位相成分のうち少なくとも一方を前記基準信号の特徴量として抽出し、前記基準信号の特徴量が、前記所望信号の特徴量と一致する前記所望信号の復元信号を生成する所望信号復元部と、を具備し、異なる複数の無線システムの信号を１つ以上含んだ受信信号から１つ以上の前記所望信号を復元することを特徴とする。

さらに、本発明は、ベースバンド信号処理部を備えた受信装置であって、前記ベースバンド信号処理部が、受信信号の受信周波数特性を解析し、前記受信信号に含まれる１つ以上の所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数を検出する中心周波数検出手段と、前記中心周波数検出手段によって検出された前記中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号の時間的に連続した第１の周波数特性を基準信号として１つ以上生成する基準信号生成手段と、前記基準信号生成手段によって前記基準信号を生成する際に利用した解析方法と同一の解析方法を用いて前記受信信号から時間的に連続した第２の周波数特性を解析し、前記第２の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記受信信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方と、前記基準信号生成手段によって生成された前記基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性とを利用して、１つ以上の前記中心周波数に対して互いに独立した電力成分および位相成分の一方もしくは両方を算出し、算出された前記電力成分および前記位相成分の一方もしくは両方を１つ以上の所望信号の特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、前記基準信号生成手段によって生成された前記基準信号としての前記第１の周波数特性の各時点における、前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量抽出手段によって抽出された前記特徴量と一致するように、該基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御することで、前記第１の周波数特性を前記所望信号に応じた少なくとも１つの復元信号として、前記所望信号を復元する所望信号復元手段を具備し、異なる複数の無線システムの信号を１つ以上含んだ受信信号から１つ以上の所望信号を復元することを特徴とする。

上記発明において、基準信号生成手段は、前記中心周波数と同一の周波数の無変調信号の位相をシフトさせて複数の基準信号を生成し、前記所望信号復元手段は、各時点における前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分及び位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量抽出手段によって抽出された前記特徴量と一致するように、前記基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御する際に、各時点において前記複数の基準信号の中から前記特徴量の位相成分と最も相関の高い位相成分を持つ前記基準信号を選択し、選択された前記基準信号の電力成分を制御することを特徴とする。

本発明は、受信信号から１つ以上の所望信号を復元するベースバンド信号の処理方法であって、前記受信信号の受信周波数特性を解析し、前記受信信号に含まれる１つ以上の前記所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数を検出するステップと、前記検出した前記中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号の時間的に連続した第１の周波数特性を基準信号として１つ以上生成するステップと、前記基準信号を生成した同一の解析方法を用いて前記受信信号から時間的に連続した第２の周波数特性を解析するステップと、前記第２の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記受信信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方を前記所望信号の特徴量として抽出するステップと、前記第１の周波数特性の各時点における、前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量と一致するように、該基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御することで、前記第１の周波数特性を前記所望信号に応じた少なくとも１つの復元信号として、前記所望信号を復元するステップとを含むことを特徴とする。

本発明は、受信信号から１つ以上の所望信号を復元するベースバンド信号の処理方法であって、前記受信信号の周波数特性を解析し、前記受信信号に含まれる１つ以上の前記所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数を検出するステップと、前記検出した前記中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号の時間的に連続した第１の周波数特性を基準信号として１つ以上生成するステップと、前記基準信号を生成した同一の解析方法を用いて前記受信信号から時間的に連続した第２の周波数特性を解析するステップと、前記第２の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記受信信号の電力成分、及び位相成分の一方もしくは両方と、前記基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性とを利用して、１つ以上の前記中心周波数に対して互いに独立した電力成分および位相成分の一方もしくは両方を算出し、算出された前記電力成分および前記位相成分の一方もしくは両方を１つ以上の所望信号の特徴量として抽出するステップと、前記第１の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量と一致するように、前記基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御することで、前記第１の周波数特性を前記所望信号に応じた少なくとも１つの復元信号として、前記所望信号を復元するステップとを含むことを特徴とするベースバンド信号の処理方法。

本発明によれば、受信信号の時間的に連続した周波数特性と、所望信号の中心周波数に基づき生成された、雑音や干渉が重畳されていない基準信号とを利用して、所望信号を復元することにより、所望信号の雑音や干渉を除去し、受信特性を向上することができる。また、本発明によれば、受信信号から所望信号を抽出する際に、ＢＰＦを必要とせず、所望信号の占有帯域幅に依存しない信号処理により所望信号を抽出することができ、様々な無線システムの所望信号に対して柔軟に対応することができる。

本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるベースバンド信号処理部の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態におけるベースバンド信号処理部の動作を説明するための信号の状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態のベースバンド信号処理部の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の信号分離の動作を説明するための信号の状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態の信号分離の算出方法を説明するための各信号の周波数特性の関係を示す図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための特性図である。 従来例を説明するためのプロック図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による受信装置の構成を示すブロック図である。図１に示す通り、第１の実施形態に係る受信装置は、アンテナ１００と、ＲＦ部１０１と、ＡＤ変換部１０２と、ベースバンド信号処理部２００を備えている。

ベースバンド信号処理部２００は、中心周波数検出部２０１、基準信号生成部２０２、特徴量抽出部２０３、所望信号復元部２０４、復調部２０５を備えている。

ＲＦ部１０１は、アンテナ１００により受信したＲＦ信号をベースバンド信号に変換し、ＡＤ変換部１０２に出力する。ＡＤ変換部１０２は、入力されたベースバンド信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号をベースバンド信号処理部２００の中心周波数検出部２０１と特徴量抽出部２０３に受信信号として出力する。

中心周波数検出部２０１は、ＡＤ変換部１０２より入力された受信信号の周波数特性（受信周波数特性）についてフーリエ変換を用いて解析し、その解析結果から閾値判定を行い、例えば、所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数を検出する。検出された中心周波数は、基準信号生成部２０２と特徴量抽出部２０３に出力される。なお、閾値判定とは、図３を用いて後述する通り、例えば、中心周波数検出部２０１によって、所定の閾値Ｔｈより高い電力成分に対応する周波数が抽出され、抽出された周波数が中心周波数と判定されることをいう。本実施の形態に係る中心周波数検出部２０１は、例えば図３では、電力成分が所定の閾値Ｔｈ以上となる２つの中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２を検出する。

基準信号生成部２０２は、中心周波数検出部２０１より入力された所望信号の中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２と同一の周波数を有する無変調信号から、例えば、短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、ウィグナー分布、一般化調和解析のいずれかを用いて抽出される時間的に連続した周波数特性（第１の周波数特性）を生成し、基準信号として所望信号復元部２０４に出力する。

特徴量抽出部２０３は、ＡＤ変換部１０２より入力された受信信号の時間的に連続した周波数特性について、基準信号生成部２０２と同一の解析方法を用いて解析し、その解析結果から中心周波数検出部２０１より入力された所望信号の中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２上の電力成分と位相成分の一方もしくは両方を所望信号の特徴量として抽出し、所望信号復元部２０４に出力する。例えば、特徴量抽出部２０３は、受信信号の時間的に連続した周波数特性（第２の周波数特性）を生成する。また、特徴量抽出部２０３は、第２の周波数特性の各時点において、受信信号に基づき中心周波数検出部２０１によって検出された中心周波数に対応する電力成分および位相成分のうち少なくとも一方を所望信号の特徴量として抽出し、所望信号復元部２０４に出力する。

また、基準信号生成部２０２と特徴量抽出部２０３で利用した解析方法は、中心周波数検出部２０１においても所望信号の中心周波数の検出のために受信信号を解析する方法として併用することができる。この場合、中心周波数検出部２０１における解析結果を特徴量抽出部２０３で利用することで、特徴量抽出部２０３における受信信号の解析を省略することができる。

所望信号復元部２０４は、基準信号生成部２０２より入力された基準信号の中心周波数上の電力成分と位相成分の一方もしくは両方が、特徴量抽出部２０３より入力された所望信号の特徴量と一致するように基準信号の電力成分と位相成分の一方もしくは両方を制御する。例えば、所望信号復元部２０４は、基準信号生成部２０２によって生成された第１の周波数特性の各時点において、中心周波数検出部２０１によって検出された中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２に対応する電力成分および位相成分のうち少なくとも一方を基準信号の特徴量として抽出する。
また、所望信号復元部２０４は、抽出した基準信号の特徴量を特徴量抽出部２０３によって抽出された所望信号の特徴量に一致させた所望信号の復元信号を生成する。

なお、所望信号復元部２０４は、電力成分の制御において、各時点における受信信号から抽出した所望信号の中心周波数上の電力成分と基準信号の中心周波数上の電力成分の比を、それぞれの時点の基準信号の周波数特性全体に掛け合わせることで復元信号を生成する。例えば、所望信号復元部２０４は、生成した基準信号の特徴量が電力成分を含んでいる場合、第２の周波数特性の各時点から特徴量抽出部２０３によって所望信号の特徴量として抽出される電力成分と、第１の周波数特性の各時点から所望信号復元部２０４によって基準信号の特徴量として抽出される電力成分の比を、時間的に連続する周波数特性のそれぞれの時点の基準信号の第１の周波数特性全体に掛け合わせることで行われる。

また、所望信号復元部２０４は、位相成分の制御において、各時点における受信信号から抽出した所望信号の中心周波数上の位相成分と基準信号の中心周波数上の位相成分の差分だけ、それぞれの時点の基準信号の周波数特性全体を回転させることで復元信号を生成する。例えば、所望信号復元部２０４は、生成した基準信号の特徴量が位相成分を含んでいる場合、第２の周波数特性の各時点から特徴量抽出部２０３によって所望信号の特徴量として抽出される位相成分と、第１の周波数特性の各時点から所望信号復元部２０４によって基準信号の特徴量として抽出される位相成分の差分だけ、時間的に連続する周波数特性のそれぞれの時点の基準信号の周波数特性（第１の周波数特性）全体を回転させる。

このように、所望信号復元部２０４は、特徴量抽出部２０３によって所望信号の特徴量として抽出された電力成分や位相成分に基づき、基準信号生成部２０２によって生成された基準信号としての第１の周波数特性の各時点における周波数特性の電力成分や位相成分を制御する。このため、所望信号と同じ中心周波数を有する復元信号を生成することができる。
一方、所望信号復元部２０４は、中心周波数以外の帯域の基準信号の周波数特性も、中心周波数上の特徴量に基づいて制御することで、所望信号の復元信号を生成することができる。このため、中心周波数以外の帯域に重畳する雑音を除去することができる。
さらに、所望信号復元部２０４は、基準信号生成部２０２や特徴量抽出部２０３で利用した解析方法に基づき、復元信号を時間的に連続させた周波数特性を時間信号に変換し、所望信号として復調部２０５に出力する。

復調部２０５は、所望信号復元部２０４から入力された所望信号に対し、同期検波あるいは非同期検波、及び変調方式の推定を行い、推定された変調方式に従って復調処理を行う。

図２は、第１実施形態のベースバンド信号処理部２００の処理フローを示し、図３は、各処理において得られる信号の状態を示している。なお、上述の通り、中心周波数検出部２０１は、２つの中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２を検出し、受信信号には、２値ＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調がなされた所望信号が含まれる例について以下説明する。

ＡＤ変換部１０２からデジタル信号である受信信号（図３の受信信号１１００）が出力されると、ベースバンド信号処理部２００の中心周波数検出部２０１と特徴量検出部２０３に入力される（ステップＳ１）。受信信号が入力されると、中心周波数検出部２０１は、入力した受信信号（図３の受信信号１１００）の周波数特性を解析し、解析結果として受信信号の例えばスペクトル（図３のスペクトル１１０１）を得る（ステップＳ２）。中心周波数検出部２０１は、ステップＳ２の解析結果である受信信号のスペクトル（図３のスペクトル１１０１）を閾値Ｔｈにより閾値判定することで、所望信号の中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２を検出する（ステップＳ３）。例えば、中心周波数検出部２０１は、スペクトル１１０１において、所定の閾値Ｔｈより高い電力成分に対応する周波数を中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２として検出する。

特徴量抽出部２０３は、受信信号の時間的に連続した周波数特性を解析し、受信信号の時間的に連続した周波数特性（図３の周波数特性１１０２）を得る（ステップＳ４）。特徴量抽出部２０３は、ステップＳ３において中心周波数検出部２０１によって検出された所望信号の中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２が入力され、受信信号に基づく時間的に連続した周波数特性（図３の周波数特性１１０２）から、所望信号の中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２上の電力成分及び位相成分の一方あるいは両方を所望信号の特徴量として抽出する（ステップＳ５）。ここでは、特徴量抽出部２０３によって、所望信号の中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２上の電力成分が、所望信号の特徴量として抽出された例を説明する。

一方、基準信号生成部２０２は、ステップＳ３において中心周波数検出部２０３によって検出された所望信号の中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２が入力されると、この中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２と同じ周波数の無変調信号１１０３の時間的に連続した周波数特性を、基準信号（図３の基準信号１１０４）として生成する（ステップＳ６）。なお、基準信号生成部２０２は、無変調信号に対して窓関数を掛けた後に短時間フーリエ変換を行うことができる。これにより、基準信号生成部２０２は、中心周波数しか有さない無変調信号であっても、図３に示すように、側波帯を有する周波数領域の信号１１０４を生成することができる。

所望信号復元部２０４は、ステップＳ５において特徴量抽出部２０３によって抽出された所望信号の特徴量を利用し、ステップＳ６において基準信号生成部２０２によって生成された基準信号（図３の基準信号１１０４）の電力位相あるいは位相成分の少なくとも１方の制御を行う（ステップＳ７）。例えば、所望信号復元部２０４は、基準信号生成部２０２によって生成された周波数特性１１０４の各時点において、受信信号に基づき中心周波数検出部２０１によって検出された中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２に対応する電力成分と位相成分を基準信号の特徴量として抽出し、前記所望信号の特徴量と一致するように周波数特性１１０４を制御する。
所望信号復元部２０４は、ステップＳ７で制御された、電力・位相成分制御後の基準信号の周波数特性（図３の周波数特性１１０５）を利用し、所望信号（図３の信号１１０６）の復元を行う（ステップＳ８）。例えば、所望信号復元部２０４は、抽出した基準信号の中心周波数に対応する電力成分と、特徴量抽出部２０３によって抽出された所望信号の特徴量である電力成分の比を、時間的に連続する周波数特性の各時点に応じて、それぞれの時点の基準信号の周波数特性全体に掛け合わせることで、所望信号の復元信号を生成する。これにより、例えば、中心周波数検出部２０１によって中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２が検出される際に、閾値判定によって、電力成分が閾値Ｔｈ以上となっている中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２の電力成分を、所望信号の電力成分とすることができ、かつ、中心周波数ｆ_ｌ、ｆ_２以外の帯域の基準信号の周波数特性も制御することで、所望信号の復元信号を生成することができるため、中心周波数以外の帯域に重畳する雑音を除去することができる。

復調部２０５は、ステップＳ８で復元した所望信号の復元信号（図３の信号１１０６）の復調を行う（ステップＳ９）。
このように、特徴量抽出部２０３によって生成される受信信号の時間的に連続した周波数特性と、基準信号生成部２０２によって生成される所望信号の中心周波数に基づき生成された、雑音や干渉が重畳されていない基準信号とを利用して、所望信号復元部２０４が、所望信号を復元することにより、所望信号の雑音や干渉を除去し、受信特性を向上することができる。よって、受信信号から所望信号を抽出する際に、ＢＰＦが不要であり、所望信号の占有帯域幅に依存しない信号処理により所望信号を抽出することができ、様々な無線システムの所望信号に対して柔軟に対応することができる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態による受信装置の構成を示すブロック図である。図４において、本発明の第２の実施形態の受信装置は、アンテナ５００と、ＲＦ部５０１と、ＡＤ変換部５０２と、ベースバンド信号処理部６００を備えている。

ベースバンド信号処理部６００は、中心周波数検出部６１１、基準信号生成部６１２、特徴量抽出部６１３、所望信号復元部６１４、復調部６０５を備えている。

アンテナ５００、ＲＦ部５０１、ＡＤ変換部５０２は、第１の実施形態における、アンテナ１００、ＲＦ部１０１、ＡＤ変換部１０２と同様であり、その説明を省略する。この第２の実施形態では、中心周波数検出部６１１、基準信号生成部６１２、特徴量抽出部６１３、所望信号復元部６１４が、第１の実施形態の中心周波数検出部２０１、基準信号生成部２０２、特徴量抽出部２０３、所望信号復元部２０４と異なっている。

中心周波数検出部６１１は、ＡＤ変換部５０２より入力された受信信号の周波数特性についてフーリエ変換を用いて解析し、その解析結果から閾値判定を行い、例えば、所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数ｆ_３、ｆ_４を検出する。また、中心周波数検出部６１１は、検出した中心周波数ｆ_３、ｆ_４を、基準信号生成部６１２に出力する。

基準信号生成部６１２は、中心周波数検出部６１１から出力される所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４と同一の周波数を有する無変調信号から、例えば、短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、ウィグナー分布、一般化調和解析のいずれかを用いて抽出される時間的に連続した第１の周波数特性を生成し、基準信号として特徴量抽出部６１３と所望信号復元部６１４に出力する。ここで、基準信号生成部６１２は、所望信号ごとに基準信号を生成し、例えば、複数の所望信号を含む受信信号が入力される場合、各所望信号はそれぞれ異なる少なくとも1つの中心周波数を備えるものであってもよい。
また、基準信号生成部６１２は、中心周波数検出部６１１によって検出された中心周波数ｆ_３、ｆ_４を、生成した基準信号と合わせて特徴量抽出部６１３に出力する。

特徴量抽出部６１３は、ＡＤ変換部５０２より入力された受信信号の時間的に連続した周波数特性（図６に示す周波数特性２１００）について、基準信号生成部６１２と同一の解析方法を用いて解析し、その解析結果から基準信号生成部６１２より入力された所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４上の電力成分と位相成分の一方もしくは両方を所望信号の特徴量として抽出する。例えば、特徴量抽出部６１３は、受信信号の時間的に連続した第２の周波数特性（図６に示す周波数特性２１００）を生成する。また、特徴量抽出部６１３は、周波数特性２１００の各時点において、受信信号に基づき中心周波数検出部６１１によって検出された中心周波数ｆ_３、ｆ_４のそれぞれ対応する電力成分（図７に示す電力成分ａ、ｂ）を、所望信号の特徴量として抽出する。
さらに、特徴量抽出部６１３は、抽出した各所望信号の特徴量（図７に示す電力成分ａ、ｂ）と、基準信号生成部６１２から入力された基準信号（第１の周波数特性）を用いて、各所望信号に対し、互いに独立した特徴量を算出し、その独立した特徴量を、所望信号復元部６１４に出力する。詳細については、図７を用いて後述する。

また、基準信号生成部６１２と特徴量抽出部６１３で利用した解析方法は、中心周波数検出部６１１においても所望信号の中心周波数の検出のために受信信号を解析する方法として併用することができる。この場合、中心周波数検出部６１１における解析結果を特徴量抽出部６１３で利用することで、特徴量抽出部６１３における受信信号の解析を省略することができる。

所望信号復元部６１４は、基準信号生成部６１２より入力された基準信号の中心周波数上の電力成分と位相成分の一方もしくは両方が、特徴量抽出部６１３より入力された独立した各所望信号の特徴量と一致するように基準信号の電力成分と位相成分の一方もしくは両方を制御する。詳細については、図７を用いて後述する。

また、所望信号復元部６１４は、電力成分の制御において、各時点における受信信号から抽出した所望信号の中心周波数上の電力成分と基準信号の中心周波数上の電力成分の比を、それぞれの時点の基準信号の周波数特性全体に掛け合わせることで復元信号を生成する。

さらに、所望信号復元部６１４は、位相成分の制御において、各時点における受信信号から抽出した所望信号の中心周波数上の位相成分と基準信号の中心周波数上の位相成分の差の分だけ、それぞれの時点の基準信号の周波数特性全体を回転させることで復元信号を生成する。

このように特徴量抽出部６１３より入力された独立した各所望信号の特徴量に基づいて各時点における周波数特性の電力成分と位相成分を制御した基準信号により、各所望信号を個別に復元し、隣接した中心周波数を利用する所望信号を分離する。この復元された所望信号を基準信号生成部６１２と特徴量抽出部６１３で利用した解析方法に基づいて、時間的に連続した周波数特性から時間信号に変換し、復調部６０５に出力する。

図５、図６を参照し、第２実施形態における信号分離動作について説明する。図５は、第２実施形態のベースバンド信号処理部６００の処理フローを示しており、図６は、第２実施形態の信号分離処理における信号の状態の例を示している。

ＡＤ変換部５０２からデジタル信号である受信信号が出力されると、ベースバンド信号処理部６００の中心周波数検出部６１１と特徴量抽出部６１３に入力される（ステップＳ１０１）。受信信号が入力されると、中心周波数検出部６１１は、入力した受信信号の周波数特性を解析し、解析結果として受信信号の例えばスペクトルを生成する（ステップＳ１０２）。中心周波数検出部６１１は、ステップＳ１０２の解析結果である受信信号のスペクトルを閾値Ｔｈにより閾値判定することで、所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４を検出する（ステップＳ１０３）。

特徴量抽出部６１３は、受信信号の時間的に連続した周波数特性を解析し、受信信号の時間的に連続した周波数特性（図６の周波数特性２１００）を生成する（ステップＳ１０４）。特徴量抽出部６１３は、ステップＳ１０３において中心周波数検出部６１１によって検出された所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４が入力され、ステップＳ１０４において生成した受信信号の時間的に連続した周波数特性から、所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４上の電力成分及び位相成分の一方あるいは両方を所望信号の特徴量として抽出する（ステップＳ１０５）。

一方、基準信号生成部６１２は、ステップＳ１０３において中心周波数検出部２０３によって検出された所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４が入力されると、この中心周波数ｆ_３、ｆ_４と同じ周波数を有する無変調信号の時間的に連続した周波数特性を基準信号として生成する（ステップＳ１０６）。なお、基準信号生成部６１２では、無変調信号に対して窓関数を掛けた後に短時間フーリエ変換を行うため、本来は中心周波数しか有さない無変調信号であっても、側波帯を有する周波数領域の基準信号１１０４を得ることができる。上述の動作は、第１の実施形態と同様である。

特徴量抽出部６１３は、ステップＳ１０４において生成した受信信号の時間的に連続した周波数特性（図６の周波数特性２１００）に基づき、ステップＳ１０５において抽出した各所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４上の特徴量（電力成分及び位相成分の一方あるいは両方）と、ステップＳ１０６において基準信号生成部６１２によって生成された各所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４と同一の周波数の無変調信号の時間的に連続した周波数特性である基準信号を利用し、互いに独立した各所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４上の電力成分及び位相成分の一方あるいは両方を算出する（ステップＳ１０７）。なお、詳細については図７を用いて後述する。

ステップＳ１０７において特徴量抽出部６１３によって算出された独立した所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４上の電力成分および位相成分の一方あるいは両方を用いて、各時点における基準信号の電力成分および位相成分の一方あるいは両方を制御することで、基準信号の周波数特性（図６の周波数特性２１０１）を生成される（ステップＳ１０８）。

所望信号復元部６１４は、ステップＳ１０８において生成された各時点の基準信号の周波数特性（図６の周波数特性２１０１）を利用し、それぞれの所望信号を復元することにより、分離した隣接する中心周波数ｆ_３、ｆ_４を利用する所望信号（図６の所望信号２１０２）を得る（ステップＳ１０９）。復調部６０５は、ステップＳ１０９において所望信号復元部６１４によって復元された所望信号の復元信号（図３の信号１１０６）の復調を行う（ステップＳ１１０）。
このように、特徴量抽出部６１３によって生成される受信信号の時間的に連続した周波数特性と、基準信号生成部６１２によって生成される所望信号の中心周波数に基づき生成された、雑音や干渉が重畳されていない基準信号とを利用して、所望信号復元部６１４が、所望信号を復元することにより、所望信号の雑音や干渉を除去し、受信特性を向上することができる。よって、受信信号から所望信号を抽出する際に、ＢＰＦが不要であり、所望信号の占有帯域幅に依存しない信号処理により所望信号を抽出することができ、様々な無線システムの所望信号に対して柔軟に対応することができる。
また、本発明によれば、隣接周波数を利用する複数の所望信号を分離することできる。

次に図７を参照し、ステップＳ１０７の算出方法を説明する。図７は、図６の受信信号の時間的に連続した周波数特性２１００の時刻τにおける受信信号及び基準信号の周波数特性の関係を示しており、図７では電力成分のみを示している。
図７に示すａ，ｂの値は、所望信号の中心周波数ｆ_３，ｆ_４上の受信信号の電力成分である。独立した所望信号の中心周波数ｆ_３，ｆ_４上の電力成分が、それぞれＡ，Ｂの値をとると仮定した場合、ａの値は、中心周波数ｆ_３の基準信号の周波数特性ＳＳ３の周波数ｆ_３における周波数特性、中心周波数ｆ_４の基準信号の周波数特性ＳＳ４の周波数ｆ_３における周波数特性、および周波数ｆ_３において重畳する雑音の和の電力成分となる。また、ｂの値は、中心周波数ｆ_４の基準信号の周波数特性ＳＳ４の周波数ｆ_４における周波数特性、中心周波数ｆ_３の基準信号の周波数特性ＳＳ３の周波数ｆ_４における周波数特性、および周波数ｆ_４において重畳する雑音の和の電力成分となる。この仮定したＡ，Ｂの値を、中心周波数ｆ_３，ｆ_４の特徴量として特徴量抽出部６１３によって抽出されたａ，ｂの値及び基準信号の周波数特性ＳＳ３、ＳＳ４を利用して算出することにより、独立した所望信号の電力成分が得られる。

例えば、第１の所望信号の中心周波数ｆ_３と、第２の所望信号の中心周波数ｆ_４が検出されている場合、特徴量抽出部６１３は、第１、第２の所望信号の中心周波数ｆ_３，ｆ_４に基づき、それぞれの特徴量として、電力成分ａ、ｂを抽出すると、この電力成分ａ、ｂと基準信号の周波数特性ＳＳ３、ＳＳ４を用いて、仮定したＡ，Ｂの値を算出し、所望信号復元部６１４に出力する。
所望信号復元部６１４は、特徴量抽出部６１３より入力された電力成分Ａ、Ｂに基づいて、基準信号の周波数特性ＳＳ３、ＳＳ４の電力成分を制御する。

次に、特徴量抽出部６１３によって算出される独立した各所望信号の特徴量（電力成分および位相成分）の計算例について説明する。
特徴量抽出部６１３によって、時間的に連続した周波数特性（例えば、図６の周波数特性２１００）を抽出するための解析方法として短時間フーリエ変換を利用した場合、時刻τにおける隣接する周波数ｆ_ｋ（ｋ＝１，・・・，Ｋ）を利用するＫ個の所望信号の中心周波数上の独立した電力成分及び位相成分の計算例を以下に示す。

中心周波数ｆ_ｋの無変調信号を式（１）のｇ_ｋ（ｔ）に示す。例えば、基準信号生成部６１２は、この式（１）に従って、中心周波数検出部６１１によって検出される中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号ｇ_ｋ（ｔ）を算出する。

なお、本実施の形態において、ベースバンド信号処理部６００に入力される受信信号ｙ（ｔ）は、式（２）において表されるように、時刻ｔにおける無変調信号ｇ_ｋ（ｔ）が電力成分Ａ_ｋ（ｔ）および位相成分Φ_ｋ（ｔ）によって変調された変調信号と、雑音ｎ（ｔ）の和であると仮定する。

また、特徴量抽出部６１３において解析される解析方法として、短時間フーリエ変換が利用されて時間的に連続した周波数特性は、式（３）に示すＹ（ω，τ）で表される。
式（３）に示す通り、時間的に連続した周波数特性は、受信信号ｙ（ｔ）に窓関数ｗ（ｔ−τ）を乗算したものに対してフーリエ変換を行うことにより算出される。

なお、一定の電力成分Ａ_ｋおよび位相成分Φ_ｋを含む変調信号を短時間フーリエ変換した場合の時刻τにおける周波数特性は、式（４）のＧ_ｋ（ω，τ）で表される。

これら式（１）〜（４）を前提として、中心周波数が１つのとき（Ｋ＝１）と、中心周波数が少なくとも２以上のとき（Ｋ≠１）に場合分けして、所望信号復元部６１４によって生成される独立した各所望信号の特徴量（電力成分および位相成分）の算出について説明する。
Ｋ＝１のとき、例えば、特徴量抽出部６１３によって抽出された所望信号の中心周波数ｆ_３あるいはｆ_４上の電力成分および位相成分は、式（５）で表される。

式（５）に示す電力成分および位相成分は、式（６）に示す通り、所望信号ごとの中心周波数ｆ_３あるいはｆ_４上の電力成分と位相成分と近似する。

よって、特徴量抽出部６１３は、Ｋ＝１の場合、式（６）に従って、所望信号の中心周波数ｆ_３あるいはｆ_４上の電力成分および位相成分を算出できる。

また、Ｋ≠１のとき、例えば、特徴量抽出部６１３によって抽出された各所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４上の電力成分および位相成分は、式（７）で表される。

式（７）に示す電力成分および位相成分は、式（８）に示す通り、各所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４上のある一定の電力成分Ａ_ｋと位相成分Φ_ｋをもつ変調信号の周波数特性の和と近似する。

よって、特徴量抽出部６１３は、Ｋ≠１の場合、式（９）に従って、式（８）を変換し、独立した各所望信号の中心周波数ｆ_３、ｆ_４上の電力成分と位相成分の連立方程式を解くことで、独立した各所望信号の中心周波数上の電力成分と位相成分を算出することができる。

なお、上式において、各変数は、以下を意味するものとする。

［第３の実施形態］
図１の第１実施形態の基準信号生成部２０２における基準信号の生成の仕方、及び、所望信号復元部２０４における基準信号の位相成分の制御は、以下のように構成しても良い。

基準信号生成部２０２は、基準信号を生成する際に、１つの所望信号の中心周波数に対して位相をシフトさせた複数の基準信号を生成し、生成した複数の基準信号を所望信号復元部２０４に出力する。所望信号復元部２０４は、特徴量抽出部２０３より入力された所望信号の位相成分と一致するように基準信号生成部２０２から入力された基準信号の各時点における周波数特性の位相成分を制御する際に、各時点における所望信号の中心周波数上の位相成分と最も相関の高い位相成分を持つ基準信号を選択して利用することにより位相成分の制御を行う。

［実施形態の効果］
次に、本発明の実施形態の効果について説明する。図８は、第１実施形態においてＯＯＫ（Ｏｎ−Ｏｆｆ Ｋｅｙｉｎｇ）変調を利用した無線システムの信号が受信した場合のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）とＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）特性の関係である。また、以下の表にシミュレーション条件を示す。

図８において、（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗ／ｏ ＢＰＦ）が、ＢＰＦによる帯域制限を行わない場合のシミュレーション結果を示しており、ＢＥＲ特性は理論値と一致していることが分かる。（Ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ）は、本発明を利用した場合のシミュレーション結果であり、ＢＰＦによる帯域制限は行っていない。

ＢＰＦによる帯域制限を行わない場合、本発明により、ＢＥＲ特性が改善できることが分かる。また、（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗ／ ＢＰＦ）は、所望信号の占有帯域幅で帯域制限できるＢＰＦを利用した際のシミュレーション結果である。本発明は、このＢＰＦを利用した際のシミュレーション結果に比べ，ＢＥＲ特性を改善できていることが分かる。図８に示されるように、本発明がＢＰＦでは除去できない通過帯域内の雑音を除去できる効果がある。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１００ アンテナ
１０１ ＲＦ部
１０２ ＡＤ変換部
２００ ベースバンド信号処理部
２０１ 中心周波数検出部
２０２ 基準信号生成部
２０３ 特徴量抽出部
２０４ 所望信号復元部
２０５ 復調部
５００ アンテナ
５０１ ＲＦ部
５０２ ＡＤ変換部
６００ ベースバンド信号処理部
６０５ 復調部
６１１ 中心周波数検出部
６１２ 基準信号生成部
６１３ 特徴量抽出部
６１４ 所望信号復元部

Claims (5)

1. ベースバンド信号処理部を備えた受信装置であって、
   前記ベースバンド信号処理部は、
   受信信号の受信周波数特性を解析し、前記受信信号に含まれる１つ以上の所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数を検出する中心周波数検出手段と、
   前記中心周波数検出手段によって検出された前記中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号の時間的に連続した第１の周波数特性を基準信号として１つ以上生成する基準信号生成手段と、
   前記基準信号生成手段によって前記基準信号を生成する際に利用した解析方法と同一の解析方法を用いて前記受信信号から時間的に連続した第２の周波数特性を解析し、前記第２の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記受信信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方を前記所望信号の特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、
   前記基準信号生成手段によって生成された前記基準信号としての前記第１の周波数特性の各時点における、前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量抽出手段によって抽出された前記特徴量と一致するように、該基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御することで、
   前記第１の周波数特性を前記所望信号に応じた少なくとも１つの復元信号として、前記所望信号を復元する所望信号復元手段を具備し、
   異なる複数の無線システムの信号を１つ以上含んだ受信信号から１つ以上の所望信号を復元することを特徴とする受信装置。
2. ベースバンド信号処理部を備えた受信装置であって、
   前記ベースバンド信号処理部は、
   受信信号の受信周波数特性を解析し、前記受信信号に含まれる１つ以上の所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数を検出する中心周波数検出手段と、
   前記中心周波数検出手段によって検出された前記中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号の時間的に連続した第１の周波数特性を基準信号として１つ以上生成する基準信号生成手段と、
   前記基準信号生成手段によって前記基準信号を生成する際に利用した解析方法と同一の解析方法を用いて前記受信信号から時間的に連続した第２の周波数特性を解析し、前記第２の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記受信信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方と、前記基準信号生成手段によって生成された前記基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性とを利用して、１つ以上の前記中心周波数に対して互いに独立した電力成分および位相成分の一方もしくは両方を算出し、算出された前記電力成分および前記位相成分の一方もしくは両方を１つ以上の所望信号の特徴量として抽出する特徴量抽出手段と、
   前記基準信号生成手段によって生成された前記基準信号としての前記第１の周波数特性の各時点における、前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量抽出手段によって抽出された前記特徴量と一致するように、該基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御することで、前記第１の周波数特性を前記所望信号に応じた少なくとも１つの復元信号として、前記所望信号を復元する所望信号復元手段を具備し、
   異なる複数の無線システムの信号を１つ以上含んだ受信信号から１つ以上の所望信号を復元することを特徴とする受信装置。
3. 前記基準信号生成手段は、
   前記中心周波数と同一の周波数の無変調信号の位相をシフトさせて複数の基準信号を生成し、
   前記所望信号復元手段は、
   各時点における前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分及び位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量抽出手段によって抽出された前記特徴量と一致するように、前記基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御する際に、各時点において前記複数の基準信号の中から前記特徴量の位相成分と最も相関の高い位相成分を持つ前記基準信号を選択し、選択された前記基準信号の電力成分を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
4. 受信信号から１つ以上の所望信号を復元するベースバンド信号の処理方法であって、
   前記受信信号の受信周波数特性を解析し、前記受信信号に含まれる１つ以上の前記所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数を検出するステップと、
   前記検出した前記中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号の時間的に連続した第１の周波数特性を基準信号として１つ以上生成するステップと、
   前記基準信号を生成した同一の解析方法を用いて前記受信信号から時間的に連続した第２の周波数特性を解析するステップと、
   前記第２の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記受信信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方を前記所望信号の特徴量として抽出するステップと、
   前記第１の周波数特性の各時点における、前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量と一致するように、該基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御することで、前記第１の周波数特性を前記所望信号に応じた少なくとも１つの復元信号として、前記所望信号を復元するステップと
   を含むことを特徴とするベースバンド信号の処理方法。
5. 受信信号から１つ以上の所望信号を復元するベースバンド信号の処理方法であって、
   前記受信信号の受信周波数特性を解析し、前記受信信号に含まれる１つ以上の前記所望信号の搬送波及び副搬送波の周波数である１つ以上の中心周波数を検出するステップと、
   前記検出した前記中心周波数と同一の周波数を有する無変調信号の時間的に連続した第１の周波数特性を基準信号として１つ以上生成するステップと、
   前記基準信号を生成した同一の解析方法を用いて前記受信信号から時間的に連続した第２の周波数特性を解析するステップと、
   前記第２の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記受信信号の電力成分、及び位相成分の一方もしくは両方と、前記基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性とを利用して、１つ以上の前記中心周波数に対して互いに独立した電力成分および位相成分の一方もしくは両方を算出し、算出された前記電力成分および前記位相成分の一方もしくは両方を１つ以上の所望信号の特徴量として抽出するステップと、
   前記第１の周波数特性の各時点における前記中心周波数上の前記基準信号の電力成分および位相成分の一方もしくは両方が、前記特徴量と一致するように、前記基準信号の時間的に連続した前記第１の周波数特性を制御することで、前記第１の周波数特性を前記所望信号に応じた少なくとも１つの復元信号として、前記所望信号を復元するステップと
   を含むことを特徴とするベースバンド信号の処理方法。

Images