JP5089712B2 - 信号処理装置、及びそれを用いた受信システム、並びに信号処理方法 - Google Patents
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Description
また、この技術を用いて、広帯域に割り当てられている複数のアナログ信号を、当該複数のアナログ信号が割り当てられている周波数領域全体に対して圧縮センシングを行うことで、サンプリングの際に出力されるデジタル信号のデータ量を削減し、このデジタル信号を用いて元の複数のアナログ信号を復元(デジタル・アナログ変換)する研究も行われている(非特許文献1)。
また、複数のアナログ信号それぞれを個別にサンプリングすれば、複数のアナログ信号それぞれの特徴や用途に応じて圧縮レートを変えられるが、そのために複数のサンプリング器を設ける必要があり、装置の大型化や製造コストの増加を招いてしまうという問題があった。
図1は、第1実施形態の受信システム100の構成を示す概略ブロック図である。図示するように、受信システム100は、無線受信部10と、切替サンプリング部20と、信号処理ブロック30と、制御部40とを具備している。
図2は、本実施形態のサンプリング器25が出力するパケットの構成例を示す図である。図示するように、このパケットは、サンプリングにより得られたデータ(Sampled Data)であるサンプリング値と、ヘッダ情報(Header)とを含んでいる。ヘッダ情報は、データの開始位置を示す予め定められた既知の値、図示する例では8個の連続した「1」の直後に有効なサンプリング値が含まれていることを示している。
この出力切替信号は、制御部40から分配器31に入力される信号であり、分配器31に入力されるサンプリング値を元になったN個のベースバンド信号ごとに分配できるように、入力切替信号により選択された切替器21の入力端子に対応する出力端子を選択するための信号である。
すなわち、分配器31は、出力切替信号に基づいて、N個のベースバンド信号のサンプリング値を含む1つデータ列から、N個のベースバンド信号それぞれに対応する間引かれたサンプリング値のデータ列(圧縮センシングデータ列)を生成する。
また、復元器340は、制御部40からサンプリング制御信号が入力され、サンプリング制御信号に含まれるサンプリング周期により、間引かれたサンプリングデータ列においていずれのタイミングのサンプリングデータが間引かれているかを検出する。
ここで、通信品質を示す情報は、例えば、復元されたベースバンド信号それぞれに対する、SNR(Singal Noise Ratio;信号雑音比)、BER(Bit Error Ratio;ビット誤り率)、ARQ(Automatic Repeat reQuest;誤り検出自動再送要求)レート、復調又は復号の有無である。また、無線通信方式とは、例えば、無線LAN、携帯電話の通信方式などである。
また、制御部40は、無線受信部10が出力するベースバンド信号の周波数帯域に応じたサンプリング制御信号をサンプリング器25と復元器340とに出力する。このサンプリング制御信号は、ベースバンド信号の周波数帯域に応じて決定されるサンプリング周波数を表す情報が含まれる。
また、制御部40は、入力切替信号に応じた出力切替信号を分配器31に出力して、入力されたサンプリングデータが元になったベースバンド信号ごとに分けられて分配器31の出力端子から出力される制御を分配器31に対して行う。
バンドパスフィルタ111は、アンテナから受信した信号のうち予め定められた特定の周波数帯域の信号をミキサ121に出力する。局部発振器131は、予め定められたベースバンド帯域の中心周波数に応じて定められた周波数を有する発振信号をミキサ121に出力する。ミキサ121は、バンドパスフィルタ111から入力される信号を、局部発振器131から入力される発振信号と合成することにより所望のベースバンド帯域へのダウンコンバートを行う。ローパスフィルタ141は、ミキサ121がダウンコンバートした信号のうち予め定められた周波数以下のベースバンド信号を切替器21に出力する。
制御部40は、上述したように、通信品質を示す情報に応じて各ベースバンド信号の重要度を決定する。ここでは、復調及び復号を行う信号と、強度の検出を行う信号との違いにより重要度を定め、定めた重要度に応じて各ベースバンド信号の重み付けを行う場合について説明する。
ここで、復調及び復号の対象となるベースバンド信号の数をMとし、強度の検出の対象となるベースバンド信号の数をLとし、復調及び復号の対象となるベースバンド信号と、強度の検出の対象となるベースバンド信号との単位時間当たりのサンプリング回数の比率をαとする。但し、M及びNを自然数とし、αは、正の数とする。このとき、復調及び復号の対象となるベースバンド信号の重みは、次式(1)で表される。
ベースバンド信号がM個あり、各ベースバンド信号の重みがw(si)であり、各ベースバンド信号のBERがpe(si)とする。但し、iは、1≦i≦Mを満たす自然数である。
i番目のベースバンド信号のpe(si)が予め定められた基準値より大きい場合、そのベースバンド信号の重みw(si)を予め設定されている係数β(β≧0)倍する。一方、i番目のベースバンド信号のpe(si)が予め定められた基準値より小さい場合、そのベースバンド信号の重みw(si)を(1/β)倍する。ここで、いずれかのベースバンド信号の重みが変更されたとき、次式(4)を満たすように各ベースバンド信号の重みを全ての信号の重みの総和で正規化する。
なお、ここでは、復調及び復号と、強度の検出とに基づいて重要度を定める例と、BERに基づいて重要度を変更する例とを示したが、上述した通信品質を示す情報に基づいて重要度を定め、変更してもよい。
制御部40は、サンプリング対象のベースバンド信号の数、及びベースバンド信号間の重要度の関係に応じて、上述した一例のように、図4(a)に示すように3つのベースバンド信号S1〜S3それぞれの選択の重み付けw(si)(i=1,2,3)をw(s1)=0.5,w(s2)=0.25,w(s3)=0.25と決定する。
また、各ベースバンド信号の重み付けの決定は、例えば、サンプリング対象の数、及び重要度の関係に対応付けられた割合が予め記憶されたテーブルなどを用いて行ってもよい。
図示するように、信号S11〜S13は、それぞれが切替器21の異なる入力端子に入力され、上述したように、入力切替信号は、制御部40が各信号の重要度に応じて決定する。切替器21は、時刻T2,T5,T8、T12,T15において信号S11を選択してサンプリング器25に出力し、時刻T3、T7、T10、T13、T14において信号S12を選択してサンプリング器25に出力し、時刻T1,T6、T9、T11,T17において信号S13を選択してサンプリング器25に出力する。
なお、このときの出力切替信号は、図5において切替器21に信号S11〜S13を選択させた入力切替信号に対応する信号であり、サンプリングデータ列の信号S20に含まれるサンプリング値をサンプリング対象の信号S11〜S13ごとに分配させる信号である。
また、制御部40がベースバンド信号の受信品質などに応じて重要度を定め、重要度とサンプリング対象の信号の数とに応じて複数のベースバンド信号の単位時間あたりのサンプリング回数であるサンプリング比率を決定するようにした。これにより、データの重要度に応じてサンプリングデータの間引く頻度を決定することができ、重要度の高いベースバンド信号がサンプリングされる頻度を高くし、重要度の低いベースバンド信号がサンプリングされる頻度を低くすることができる。すなわち、ベースバンド信号の重要度に応じて、ベースバンド信号に対する圧縮センシングにおける圧縮率を変更することができる。
図7は、第2実施形態の受信システム100aの構成を示す概略ブロック図である。図示するように、受信システム100aは、無線受信部10と、検波器15と、切替サンプリング部20と、信号処理ブロック30と、制御部40aとを備えている。本実施形態の受信システム100aは、第1実施形態の受信システム100に加えて、検波器15を加えた点が異なる。なお、本実施形態において、第1実施形態と同じ構成については、該当箇所に同じ符号(10、20、21、25、30、31、34、37、341〜34N、371〜37N)を付して、その説明を省略する。
制御部40aは、第1実施形態の制御部40が信号処理器370から入力される通信品質を示す信号に基づいて各ベースバンド信号の重要度を決定することに替えて、検波器15から入力される受信電力値に応じて各ベースバンド信号の重要度を決定する。
例えば、制御部40aは、ベースバンド信号の受信電力値が予め決めた基準値より低い場合、当該ベースバンド信号の重要度を高くして、サンプリング回数を増加させる。これにより、受信電力値の低いベースバンド信号の受信品質の低下を防ぐことができる。なお、制御部40aが行う重み付けについては、第1実施形態の制御部40と同様に行う。
図8は、第3実施形態の受信システム500の構成を示した概略ブロック図である。受信システム500は、第1実施形態の受信システム100をリモート局装置51と、中央局装置52との2つに分割するとともに、分割したそれぞれを有線の伝送路53を介して接続した構成である。
中央局制御部42は、入力切替信号及びサンプリング制御信号を切替器21及びサンプリング器25に直接出力せずに、入力切替信号及びサンプリング制御信号を含むリモート局制御信号を伝送路53を介してリモート局装置51に送信する。また、中央局制御部42は、リモート局装置51にリモート局制御信号を送信する点が第1実施形態の制御部40と異なる以外、制御部40と同じ構成を有している。
また、上述の各実施形態において、1回のA/D変換ごとに切替器21及び分配器31の選択を切り替えるようにしたが、これに限らず、例えば、2回ごと、或いは3回ごとなどとしてもよい。
また、第3実施形態において、第2実施形態と同様に、検波器15を設けてベースバンド信号の受信電力に応じて重要度を変更するようにしてもよい。この場合、リモート局制御部41が、重要度を変更して中央局制御部42に通知するか、或いは、重要度の変更を要求する情報を中央局制御部42に送信する。これにより、受信電力値に応じて重要度を変更することができ、受信する無線信号の強さに基づいた伝送を行うことができる。
10…無線受信部
20…切替サンプリング部
21…切替器
25…サンプリング器
30…信号処理ブロック
31…分配器
34…復元部
37…信号処理部
40、40a…制御部
41…リモート局制御部
42…中央局制御部
51…リモート局装置
52…中央局装置
53…伝送路
111、112、11N…バンドパスフィルタ
121、122、12N…ミキサ
131、132、13N…局部発振器
141、142、14N…ローパスフィルタ
211、212、21N…抵抗
340、341、342、34N…復元器
370、371、372、37N…信号処理器
Claims (7)
- 入力される複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成する制御部と、
前記制御部の生成した制御信号に応じて、前記複数の処理対象信号のうち1つの処理対象信号を選択する切替器と、
前記切替器が選択した処理対象信号を予め定められたサンプリング周波数に基づきサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング器と、
前記サンプリング器から入力されたサンプリング値を前記制御部の生成した前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配器と、
前記分配器の異なる出力端子にそれぞれ接続され、該出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する複数の復元器と
を備えることを特徴とする信号処理装置。 - 前記サンプリング器が、サンプリング値の開始位置を示すヘッダ情報と、サンプリング値とを含むパケットを前記分配器に出力し、
前記分配器は、前記サンプリング器から入力されたパケットに含まれるヘッダ情報を検出して得られたサンプリング値を前記出力端子それぞれから出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。 - 前記制御部が、前記複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号それぞれに選択される確率を算出し、算出した確率と、発生させた乱数とを用いて前記複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを決定する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2の信号処理装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の信号処理装置と、
受信した複数の無線信号それぞれをベースバンド帯域に周波数変換した複数のベースバンド信号を生成し、生成した複数のベースバンド信号を前記処理対象信号として前記信号処理装置に入力する無線受信部と
を備えることを特徴とする受信システム。 - リモート局装置と中央局装置とが伝送線で接続された受信システムであって、
前記リモート局装置が、
受信した複数の無線信号それぞれをベースバンド帯域に周波数変換した複数の処理対象信号を生成する無線受信部と、
前記複数の処理対象信号のうちいずれかを制御信号に応じて選択する切替器と、
前記切替器が選択した処理対象信号を予め定められたサンプリング周波数に基づきサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング器と
を備え、
前記中央局装置が、
前記サンプリング器から出力されるサンプリング値を前記伝送線を介して受信し、受信したサンプリング値を前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配器と、
前記分配器の異なる出力端子にそれぞれ接続され、該出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する複数の復元器と
前記複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成し、生成した制御信号を前記切替器及び前記分配器に出力する制御部と、
を備える
ことを特徴とする受信システム。 - 前記複数の処理対象信号それぞれの重要度が、前記複数の無線信号それぞれの受信状態を表す指標に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項4又は請求項5の受信システム。 - 入力される複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成する制御過程と、
前記制御過程において生成した制御信号に応じて、前記複数の処理対象信号のうち1つの処理対象信号を選択する切替過程と、
前記切替過程において選択した処理対象信号を予め定められたサンプリング周波数に基づきサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング過程と、
前記サンプリング過程において出力されたサンプリング値を前記制御過程で生成した前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配過程と、
前記分配過程において各出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する復元過程と
を備えることを特徴とする信号処理方法。
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