JP5278944B2 - Signal detection device - Google Patents

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Description

本発明は、内部雑音の統計性に基づいて微弱信号を検出することのできる信号検出装置に関するものである。
この信号検出装置は、電子回路の分野で、主として無線通信及び有線通信の受信回路、及びその集積化に利用することができる。
The present invention relates to a signal detection apparatus that can detect a weak signal based on statistical properties of internal noise.
This signal detection device can be used mainly in the field of electronic circuits for receiving circuits for wireless communication and wired communication, and for their integration.

近年,無線通信技術は急速に発達し,電子デバイスの小型化,軽量化,そして多機能化と高性能化が要求されている。この要求に従い,内蔵される集積回路にもさらなる微細化と高速化,低消費電力化が望まれている。現在,このような要望に応える技術として,微細化による性能向上が期待できるCMOS RF回路技術の開発が盛んである。
しかし、プロセスの微細化と低消費電力化によって、回路内部の雑音の影響は相対的に大きくなり、従来のA/D変換を用いた受信方式のままではダイナミックレンジの確保が困難となっている。
In recent years, wireless communication technology has been developed rapidly, and electronic devices are required to be smaller and lighter, and to have multiple functions and higher performance. In accordance with this requirement, further miniaturization, higher speed, and lower power consumption are desired for the built-in integrated circuit. Currently, CMOS RF circuit technology that can be expected to improve performance due to miniaturization is actively developed as a technology that meets such demands.
However, due to process miniaturization and low power consumption, the influence of noise inside the circuit becomes relatively large, and it is difficult to secure a dynamic range with the conventional reception method using A / D conversion. .

そこで、非特許文献1にあるように、雑音の統計性を利用して雑音レベル以下の微弱信号でも検出できるような高感度検出技術が近年検討されている。この技術は、比較器の応答が、熱雑音や特性ばらつきの統計性に基づいて分布を持つことを前提としている。
非特許文献1の技術では、入力信号s(t)をしきい値と比較する比較器を1つ用意し、その比較出力を時刻ごとに複数回取得し、それらの統計性を利用して、s(t)の波形を推定している。
G. Tapang, C. Saloma, “Dynamic-Range Enhancement of an Optimized 1-Bit A/D Converter”「最適化された1ビットA/D変換器によるダイナミックレンジの増進」 IEEE TRANSCATIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS - II: ANALOG AND DIGITAL SIGNAL PROCESSING, VOL。 49, NO。 1, JANUARY 2002
Therefore, as described in Non-Patent Document 1, a high-sensitivity detection technique that can detect even a weak signal having a noise level or less using noise statistics has been recently studied. This technique presupposes that the response of the comparator has a distribution based on thermal noise and statistical characteristics of characteristic variations.
In the technique of Non-Patent Document 1, one comparator that compares the input signal s (t) with a threshold value is prepared, the comparison output is obtained a plurality of times for each time, and their statistical properties are used. The waveform of s (t) is estimated.
G. Tapang, C. Saloma, “Dynamic-Range Enhancement of an Optimized 1-Bit A / D Converter” IEEE TRANSCATIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS-II : ANALOG AND DIGITAL SIGNAL PROCESSING, VOL. 49, NO. 1, JANUARY 2002

ところが、非特許文献1の技術では、時間周期に変化する信号は扱えるが、非周期的な信号を扱えないという欠点がある。
また、内部雑音には白色雑音でなく、1/f雑音のように同一回路でサンプリング時刻の異なる雑音に相関性がある場合があり、この場合、非特許文献1の技術では信号と雑音の統計性の区別が難しくなる。
However, the technique of Non-Patent Document 1 has the disadvantage that it can handle signals that change in time periods but cannot handle non-periodic signals.
In addition, internal noise is not white noise, but there is a case where there is a correlation between noises with different sampling times in the same circuit, such as 1 / f noise. It becomes difficult to distinguish gender.

本発明の目的は、内部雑音の統計性に基づき、雑音レベル以下、閾値以下の微弱信号に対しても十分な信号検出を可能とする信号検出装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a signal detection device capable of sufficient signal detection even for a weak signal that is below a noise level and below a threshold, based on the statistical properties of internal noise.

本発明の信号検出装置は、入力信号を検出する信号検出装置であって、N(Nは2以上の自然数)に並列化された各入力信号を、しきい値とそれぞれ比較するN個の比較器と、前記各入力信号が前記しきい値を超えた比較器の数N+を算出する演算器と、前記演算器の出力に基づき、前記各入力信号が前記しきい値を超えた比較器の数N+と前記比較器の素子数Nとの比:N+/Nを算出し、この比N+/Nと内部雑音の統計性とを用いて前記入力信号の波形を推定する分析手段とを有するものである(請求項1)。 Signal detection apparatus of the present invention is a signal detector for detecting the input signal, N (N is a natural number of 2 or more) each input signal in parallel into, the N comparing each with the threshold value A comparator, an arithmetic unit for calculating the number N + of comparators in which each input signal exceeds the threshold value, and a comparison in which each input signal exceeds the threshold value based on the output of the arithmetic unit Analysis of calculating the ratio of the number N + of the comparators to the number N of the comparators: N + / N and estimating the waveform of the input signal by using the ratio N + / N and the internal noise statistics Means (claim 1).

この信号検出装置は、全ての比較器には同一の信号が入力され、各入力信号が前記しきい値を超えた比較器の数N+から、入力信号を雑音の統計に基づき推定するものである。すなわち、入力信号と雑音が混ざっている場合、入力信号を検出した比較器の割合N+/Nが大きいほど、雑音に埋もれない大きな入力信号波形を推定することができ、入力信号を検出した比較器の割合N+/Nが小さいほど雑音に埋もれた小さな入力信号波形を推定することができる。   In this signal detection apparatus, the same signal is input to all the comparators, and the input signal is estimated based on noise statistics from the number N + of comparators in which each input signal exceeds the threshold value. is there. That is, when the input signal and noise are mixed, the larger the ratio N + / N of the comparator that detected the input signal, the larger the input signal waveform that cannot be buried in the noise can be estimated. The smaller the signal ratio N + / N, the smaller the input signal waveform buried in the noise.

前記「雑音」は、入力信号に含まれる雑音でなく、信号検出装置の内部の回路から発生する雑音である。本発明では「雑音」の種類を熱雑音とみなし、その標準偏差(この明細書で「雑音強度」ということがある)をσnと書く。「雑音の統計性」とは、この熱雑音の持つ統計性、すなわちガウス分布に従う統計性のことである。
前記「しきい値」は雑音強度σnで規格化された無名数で表わすとよい。また、信号検出装置で検出可能な入力信号の最小振幅を「感度」という。本明細書では検出できる入力信号の最小振幅が小さい場合「感度が良い」といい、検出できる入力信号の最小振幅が大きな場合「感度が悪い」という。
The “noise” is not noise included in the input signal but noise generated from a circuit inside the signal detection apparatus. In the present invention, the type of “noise” is regarded as thermal noise, and its standard deviation (sometimes referred to as “noise intensity” in this specification) is written as σn. “Statistics of noise” refers to the statistical nature of this thermal noise, that is, the statistical nature according to a Gaussian distribution.
The “threshold value” may be represented by an anonymous number normalized by the noise intensity σn. The minimum amplitude of the input signal that can be detected by the signal detection device is referred to as “sensitivity”. In this specification, when the minimum amplitude of the input signal that can be detected is small, the sensitivity is good, and when the minimum amplitude of the input signal that can be detected is large, the sensitivity is bad.

本発明の信号検出装置の一つの側面では、前記入力信号は、時間的に変化することにより、正及び負の値をとる信号であり、前記しきい値は正負一組あり、前記演算器は、前記各入力信号が前記正のしきい値を超えた比較器の数N+と、前記負のしきい値を下回った比較器の数N-とを算出するものであり、前記分析手段は、前記演算器の出力に基づき、前記N+と前記素子数Nとの比:N+/Nと、前記N-と前記素子数Nとの比:N-/Nとを算出し、これらの比N+/N,N-/Nと雑音の統計性とを用いて前記入力信号の波形を推定する(請求項2)。このように、2つのしきい値を用いることによって、検出の信頼性をさらに向上することができる。   In one aspect of the signal detection device of the present invention, the input signal is a signal that takes positive and negative values by changing with time, the threshold value is a set of positive and negative values, and the computing unit is Calculating the number N + of comparators in which each of the input signals exceeds the positive threshold and the number N− of comparators in which the input signal falls below the negative threshold, Based on the output of the computing unit, the ratio N + / N: N + / N and the ratio N− / N: N− / N are calculated. The waveform of the input signal is estimated using the ratios N + / N, N− / N and the statistical properties of noise. Thus, the detection reliability can be further improved by using two threshold values.

なお、本発明の信号検出装置は、前記並列化された各入力信号を増幅するN個の増幅器を含んでいてもよい(請求項3)。増幅器の増幅率は任意に選ぶことができる(1であってもよい)。この増幅器の内部で発生する熱雑音も、本発明の「内部雑音」に含まれるものとなる。
前記分析手段は、例えば、誤差関数erfの逆関数を用いて、前記入力信号の波形を推定することができる(請求項4)。誤差関数erfを用いるのが妥当な理由は、雑音で埋もれた信号を比較器で検出すると、信号がしきい値を超える確率は
The signal detection apparatus of the present invention may include N amplifiers that amplify the parallel input signals (claim 3). The amplification factor of the amplifier can be arbitrarily selected (may be 1). The thermal noise generated inside the amplifier is also included in the “internal noise” of the present invention.
The analysis means can estimate the waveform of the input signal using, for example, an inverse function of the error function erf (Claim 4). The reason why it is reasonable to use the error function erf is that when a signal buried in noise is detected by a comparator, the probability that the signal exceeds the threshold is

Figure 0005278944
Figure 0005278944

のように誤差関数erfで表わされるからである。ここでσnは雑音強度、Bはしきい値、sは入力信号であり、xは雑音が乗った信号である。
前記分析手段は、閾値2つ使っていることを活かして,N+/NとN-/Nとの差を用いて、前記入力信号の波形を推定することもできる(請求項5)。これは[数1]の誤差関数の逆関数を近似的に表わしたものである。これにより、一般にハードウェア化が困難である統計処理法を代替し、簡単な演算回路を用いて信号が復元できるようになる。
This is because the error function erf is expressed as follows. Here, σn is noise intensity, B is a threshold value, s is an input signal, and x is a signal with noise.
The analysis means can also estimate the waveform of the input signal by using the difference between N + / N and N− / N, taking advantage of the use of two thresholds. This is an approximate representation of the inverse function of the error function of [Equation 1]. As a result, the statistical processing method, which is generally difficult to implement in hardware, can be substituted, and the signal can be restored using a simple arithmetic circuit.

前記しきい値と雑音強度との比(B/σn)は、ほぼ1〜2の範囲にあることが好ましい(請求項6)。比(B/σn)がこの範囲にあれば、信号検出装置の感度を最良にすることができる。
前記入力信号は周期的に変化する信号であり、前記比較器はその一周期にm回(m>=2)サンプリングするものであることが好ましい(請求項7)。2回以上必要なのはサンプリング定理によるものである。
The ratio of the threshold value to the noise intensity (B / σn) is preferably in the range of approximately 1 to 2 (claim 6). If the ratio (B / σn) is within this range, the sensitivity of the signal detection device can be optimized.
Preferably, the input signal is a periodically changing signal, and the comparator samples m times (m> = 2) in one cycle. What is needed more than once is due to the sampling theorem.

予想される入力信号の強度、すなわち感度に応じて、サンプリング回数mを変化させることが好ましい(請求項8)。例えば微弱な入力信号に対してはサンプリング回数mを多くする。大きな入力信号に対してはサンプリング回数mを少なくする。これにより、無駄な電力消費を無くすことができる。
予想される入力信号の強度、すなわち感度に応じて、素子数Nを変化させることが好ましい(請求項9)。微弱な入力信号に対しては多くの比較器、増幅器を動作させ、大きな入力信号に対しては少ない比較器、増幅器を動作させる。すなわち、予想される入力信号の強度に応じて、用いる比較器の素子数Nを変化させる。これにより、入力信号強度に応じて感度を変化させることが可能となる。また、使わない回路へのバイアス電流を少なくするかもしくは遮断することで、大きな入力信号の場合は回路の消費電力が少なくなり、無駄な電力消費を無くすこともできる。
It is preferable to change the number of times of sampling m in accordance with the expected input signal strength, that is, sensitivity. For example, the sampling frequency m is increased for weak input signals. For large input signals, the sampling frequency m is reduced. Thereby, useless power consumption can be eliminated.
It is preferable to change the number N of elements according to the expected input signal strength, that is, sensitivity. Many comparators and amplifiers are operated for weak input signals, and few comparators and amplifiers are operated for large input signals. That is, the number N of comparators to be used is changed according to the expected input signal strength. Thereby, the sensitivity can be changed according to the input signal intensity. Further, by reducing or blocking the bias current to the unused circuit, the power consumption of the circuit is reduced in the case of a large input signal, and wasteful power consumption can be eliminated.

以上のように本発明によれば、比較器をアレイ状に並列に並べることで、雑音電力に埋もれた微弱信号の検出可能になる。本発明を通信用受信回路に適用することで、A/D変換器のダイナミックレンジを大きく向上させることができる。これにより、携帯電話端末及び基地局の発信出力を低減したり、光ファイバ通信の中継器を少なくするなどの効果が期待できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to detect a weak signal buried in noise power by arranging the comparators in parallel in an array. By applying the present invention to a communication receiving circuit, the dynamic range of the A / D converter can be greatly improved. As a result, it is possible to expect effects such as reducing the transmission output of the mobile phone terminal and the base station and reducing the number of optical fiber communication repeaters.

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
<信号検出装置>
図1は、本発明の信号検出装置の構成を示すブロック図である。信号検出装置で検出の対象とされる入力信号s(t)は、時間的に変化することにより正及び負の値をとるアナログ信号であるが、正のみの値をとる信号や負のみの値をとる信号でも適用可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<Signal detection device>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the signal detection apparatus of the present invention. The input signal s (t) to be detected by the signal detection device is an analog signal that takes positive and negative values by changing over time, but a signal that takes only positive values or only a negative value. It is also applicable to signals that take

信号検出装置は、N個(Nは2以上の自然数)に並列化された各入力信号s(t)を増幅するN個の増幅器41と、各増幅器の出力信号を正負一組のしきい値B,−Bとそれぞれ比較して1,0,−1の3値を得るN個の比較器42と、各出力信号が正のしきい値Bを超えた比較器の数N+を算出するとともに、負のしきい値−Bを下回った比較器42の数N-を算出する演算器43と、演算器43の出力に基づき、素子数N+と素子数Nとの比:N+/Nと、素子数N-と素子数Nとの比:N-/Nとを算出し、これらの比N+/N,N-/Nと、内部雑音の統計性とを用いて入力信号の波形を推定する統計処理ブロック44とを備えている。   The signal detection apparatus includes N amplifiers 41 for amplifying each of the input signals s (t) paralleled in N (N is a natural number of 2 or more), and a set of positive and negative threshold values for the output signal of each amplifier. N comparators 42 that obtain three values of 1, 0, -1 by comparing with B and -B, respectively, and the number N + of comparators whose output signals exceed the positive threshold B are calculated. At the same time, an arithmetic unit 43 that calculates the number N− of the comparators 42 that is below the negative threshold −B, and a ratio between the number N of elements and the number N of elements based on the output of the arithmetic unit 43: N + / N, the ratio of the number of elements N− and the number of elements N: N− / N is calculated, and the ratio of the input signal is calculated by using these ratios N + / N, N− / N and the internal noise statistics. And a statistical processing block 44 for estimating the waveform.

入力信号s(t)がN個の増幅器41に同時に入力されると、各々の信号出力には各増幅器41で生じた熱雑音が付加される。比較器42においても同様である。ここで生じる雑音は、N個の各増幅器41間において無相関であり、N個の各比較器42間においても無相関である。
この雑音を比較器42の入力位置で換算したものを、雑音n(t)と表記する。入力信号s(t)には雑音n(t)が付加されることになる。この入力信号s(t)と雑音n(t)との和、s(t)+n(t)をx(t)と表記する。
When the input signal s (t) is simultaneously input to the N amplifiers 41, thermal noise generated in each amplifier 41 is added to each signal output. The same applies to the comparator 42. The noise generated here is uncorrelated between the N amplifiers 41 and also uncorrelated between the N comparators 42.
The noise converted at the input position of the comparator 42 is expressed as noise n (t). Noise n (t) is added to the input signal s (t). The sum of the input signal s (t) and the noise n (t), s (t) + n (t) is expressed as x (t).

本実施形態では、入力信号s(t)の振幅は、雑音n(t)の標準偏差(本明細書で「雑音強度」と言うことがある)σnよりも小さく、かつ、しきい値B以下とする。ここで雑音強度σnは、回路内部で決まる定数である。
比較器42は、雑音を含んだ信号x(t)を、閾値B,−Bの両方と比較して、1,0,−1のデジタル信号に変換する。演算器43はそのデジタル出力の統計を見て、N個の並列化素子の中、信号がBより大きいと判断した比較器42の個数N+、−Bより小さい個数N-を求める。その結果、所定期間(例えば1サイクル)の入力信号に対し、N+とN-の二つの出力が得られる。統計処理ブロック44は、この二つの出力に対して統計処理を用いることで、元の信号を再現する。
In the present embodiment, the amplitude of the input signal s (t) is smaller than the standard deviation of noise n (t) (sometimes referred to as “noise intensity” in this specification) σn and equal to or less than a threshold value B. And Here, the noise intensity σn is a constant determined in the circuit.
The comparator 42 compares the noisy signal x (t) with both the threshold values B and -B, and converts it into a digital signal of 1, 0, -1. The computing unit 43 obtains the number N + of the comparators 42 determined that the signal is larger than B and the number N− smaller than −B among the N parallel elements by looking at the statistics of the digital output. As a result, two outputs, N + and N-, are obtained for an input signal for a predetermined period (for example, one cycle). The statistical processing block 44 reproduces the original signal by using statistical processing on these two outputs.

統計処理ブロック44の機能の全部又は一部は、メモリ、CD−ROM、ハードディスクなど所定の記憶媒体に記録されたプログラムを、信号検出装置のコンピュータが実行することにより実現される。しかし後に説明するように、統計処理ブロック44の機能をハードウェアの回路で実現することもできる。
図2は、入力信号に重畳する雑音の影響を示す図である。横軸に電圧、縦軸に確率密度をとっている。入力信号s(t)、しきい値Bをそれぞれ縦の線で示している。雑音x(t)を分散σn2、平均値sのガウス分布で示している。この例では、しきい値Bを超えた信号が“1”、超えない信号が“0”と認識されるものとする。
All or part of the functions of the statistical processing block 44 is realized by the computer of the signal detection apparatus executing a program recorded in a predetermined storage medium such as a memory, a CD-ROM, or a hard disk. However, as will be described later, the function of the statistical processing block 44 can be realized by a hardware circuit.
FIG. 2 is a diagram illustrating the influence of noise superimposed on an input signal. The horizontal axis represents voltage, and the vertical axis represents probability density. The input signal s (t) and the threshold value B are indicated by vertical lines. The noise x (t) is shown as a Gaussian distribution with variance σn 2 and average value s. In this example, a signal exceeding the threshold value B is recognized as “1”, and a signal not exceeding it is recognized as “0”.

このグラフでは、入力信号s(t)はしきい値Bよりも小さな値であるが、雑音n(t)が乗っているために、x(t)の一部がしきい値Bを超えてはみ出している。このはみ出した部分の確率密度をP(x>B)で表わす。確率密度P(x>B)は、   In this graph, the input signal s (t) is a value smaller than the threshold value B, but because of the noise n (t), a part of x (t) exceeds the threshold value B. It is sticking out. The probability density of the protruding portion is represented by P (x> B). The probability density P (x> B) is

Figure 0005278944
Figure 0005278944

で表わされる。ここで、erfは誤差関数、σnは雑音強度、sは信号の振幅である。このように、雑音が加わることで、信号が閾値を超えることがある。この閾値Bを超える確率P(x>B)は、比較器42の出力の時間的な統計やアンサンブル統計から計算できることから、確率P(x>B)に基づいて信号s(t)を推定することが可能である。
統計処理ブロック44は式[数2]の逆処理をすることで、信号s (t) のある時刻(t = iTS, TS :サンプリング周期、iはサンプリング回数) でのサンプル値S(i ) が復元できる。復元式は
It is represented by Here, erf is the error function, σn is the noise intensity, and s is the amplitude of the signal. In this way, the signal may exceed the threshold due to the addition of noise. Since the probability P (x> B) exceeding this threshold B can be calculated from the temporal statistics and ensemble statistics of the output of the comparator 42, the signal s (t) is estimated based on the probability P (x> B). It is possible.
Statistical processing block 44 by the inverse process of formula [Formula 2], a time with a signal s (t) (t = iT S, T S: sampling period, i is the number of sampling times) the sample value S (i in ) Can be restored. The restoration formula is

Figure 0005278944
Figure 0005278944

のようになる。この式から、閾値Bと、雑音強度σnと、x(t)がしきい値Bを超えた素子数N+と素子の総数Nとの比:N+/Nとが分かれば、信号Sが復元できることが分かる。しきい値と雑音の関係は規格化することができる。しきい値をB、雑音の標準偏差をσn、としたとき、規格化されたしきい値をB/σnで表わす。
閾値Bのとり方は、実施例で説明するように、雑音強度σnで規格化した場合の規格化しきい値(B/σn)が1〜2の範囲であることが好ましい。
become that way. From this equation, if the threshold value B, the noise intensity σn, and the ratio N + / N of the number of elements N + and the total number N of elements where x (t) exceeds the threshold value B: N + / N, the signal S is obtained. You can see that it can be restored. The relationship between threshold and noise can be normalized. When the threshold is B and the standard deviation of noise is σn, the normalized threshold is represented by B / σn.
The threshold value B is preferably set such that the normalized threshold value (B / σn) is in the range of 1 to 2 when normalized with the noise intensity σn, as described in the embodiment.

以上の解析は、しきい値Bが1つの場合であったが、入力信号s(t)が時間的に変化することにより、正及び負の値をとる信号である場合(例えば位相変調された交流信号の波形)にも、容易に拡張することができる。
図3は、時間的に変化することにより正及び負の値をとる入力信号s(t)と、入力信号s(t)に雑音n(t)の乗った信号x(t)とを描いたグラフである。一組のしきい値B,−Bを示す。グラフでは、雑音強度σnを1とし、入力信号s(t)の振幅は0.3、閾値レベルは2としている(いずれも雑音強度σnの値1で規格化している)。また素子数N=128としている。増幅器41の利得は1としている。
The above analysis was for the case where the threshold value B is one, but when the input signal s (t) is a signal that takes positive and negative values due to temporal changes (for example, phase-modulated). It can be easily extended to the waveform of an AC signal.
FIG. 3 depicts an input signal s (t) that takes positive and negative values by changing with time, and a signal x (t) on which the input signal s (t) is loaded with noise n (t). It is a graph. A set of threshold values B, -B is shown. In the graph, the noise intensity σn is 1, the amplitude of the input signal s (t) is 0.3, and the threshold level is 2 (both are normalized by the value 1 of the noise intensity σn). The number of elements is N = 128. The gain of the amplifier 41 is 1.

このグラフは入力信号の一周期分であり、これをm回比較器42で比較する。このmをオーバーサンプリング回数という。本実施形態ではm=8としている。各サンプリングした比較器42の比較結果に基づき、サンプリングごとに、各入力信号が正のしきい値Bを超えた比較器42の数N+を算出するとともに、負のしきい値−Bを下回った比較器42の数N-を算出する。そして、N+と比較器42の数Nとの比:N+/Nと、N-と比較器42の数Nとの比:N-/Nとを算出する。   This graph is for one cycle of the input signal, and this is compared by the comparator 42 m times. This m is called the number of oversampling. In this embodiment, m = 8. Based on the comparison result of each sampled comparator 42, the number N + of the comparators 42 in which each input signal exceeds the positive threshold value B is calculated for each sampling, and below the negative threshold value -B. The number N− of the comparators 42 is calculated. Then, a ratio between N + and the number N of the comparators 42: N + / N and a ratio between N− and the number N of the comparators 42: N− / N are calculated.

(a)N+>N-の場合(入力信号が正であると推定される場合)、   (A) When N +> N− (when the input signal is estimated to be positive),

Figure 0005278944
Figure 0005278944

に基づき、もとの入力信号を復元する。
(2)N+<N-の場合(入力信号が負であると推定される場合)、
To restore the original input signal.
(2) When N + <N− (when the input signal is estimated to be negative),

Figure 0005278944
Figure 0005278944

に基づき、もとの入力信号を復元する。
(3)N+=N-の場合(入力信号が0と推定される場合)、
To restore the original input signal.
(3) When N + = N− (when the input signal is estimated to be 0),

Figure 0005278944
Figure 0005278944

と推定する。
以上の[数4]〜[数6]に基づき、もとの入力信号を復元する。
このようにして、復元された信号Sをグラフ化すれば、図4のようになる。この結果、復元できた信号Sが元の信号s(t)と95.1%の相関性を持つことが確認できる。
以上のように、この信号検出装置では、信号がB より大きいと判断した比較器42の素子数N+と、信号が−B より小さいと判断した比較器42の素子数N-とから、入力された信号を復元することができる。
Estimated.
Based on the above [Equation 4] to [Equation 6], the original input signal is restored.
If the restored signal S is graphed in this way, the result is as shown in FIG. As a result, it can be confirmed that the restored signal S has a 95.1% correlation with the original signal s (t).
As described above, in this signal detection device, the number of elements N + of the comparator 42 determined that the signal is larger than B and the number of elements N− of the comparator 42 determined that the signal is smaller than −B are input. The recovered signal can be restored.

<統計処理ブロックのハードウェア化>
本信号検出装置を通信信号などの検出に用いる場合、リアルタイム処理が不可欠である。ところが、統計処理ブロック44は、[数4][数5]のような誤差関数、相補誤差関数の入った複雑な式を扱うため、リアルタイム処理が難しい。
ここで、[数2]を[数7]のように近似することができることに注目する。
<Hardware implementation of statistical processing block>
Real-time processing is indispensable when this signal detection apparatus is used for detecting communication signals and the like. However, since the statistical processing block 44 handles complicated expressions including error functions and complementary error functions such as [Equation 4] and [Equation 5], real-time processing is difficult.
Note that [Equation 2] can be approximated as [Equation 7].

Figure 0005278944
Figure 0005278944

近似の結果、このN+/Nが閾値Bを超える確率を表すものとみなすことができる。ここで、注意しなければならない点は、閾値Bを越える理論的な確率P(x>B)とN+/Nは、完全に一致しないので(Nを増やすことでその確率に近づいて行くが)、N+/Nの誤差を許容する基準を設定する必要がある。この誤差を許容する基準については後に述べる。 As a result of the approximation, this N + / N can be regarded as representing the probability of exceeding the threshold value B. Here, it should be noted that the theoretical probability P (x> B) exceeding the threshold value B and N + / N do not completely coincide with each other (by increasing N, the probability approaches the probability). ), It is necessary to set a standard that allows an error of N + / N. The criteria for allowing this error will be described later.

そこで、閾値Bを越える近似的な確率N+/Nから、閾値−Bを下回る近似的な確率N-/Nを引いた結果に信号復元情報が含まれていることに着目し、確率の差   Therefore, paying attention to the fact that the signal restoration information is included in the result of subtracting the approximate probability N− / N below the threshold −B from the approximate probability N + / N exceeding the threshold B, the difference in probability

Figure 0005278944
Figure 0005278944

をとることを提案する。[数4][数5]の逆誤差関数erf-1では、[数4][数5]のうち片方しか使っていないが、この方法は簡単でありながら、閾値B,−Bを両方とも考慮している。
[数4]〜[数6]に基づき、もとの入力信号を復元する方法を「統計処理法」という。[数8](N+/N−N-/N)に基づき、もとの入力信号を復元する方法を「加算法」という。
Suggest to take. In the inverse error function erf −1 of [Equation 4] and [Equation 5], only one of [Equation 4] and [Equation 5] is used, but this method is simple, but both threshold values B and −B are used. I am considering.
A method of restoring the original input signal based on [Expression 4] to [Expression 6] is referred to as a “statistical processing method”. A method of restoring the original input signal based on [Formula 8] (N + / N−N− / N) is referred to as “addition method”.

この[数8]を演算するハードウェア回路は、例えば図5に示すように簡単に作ることができる。図5で、演算器43から出力されるN+.N-の値を減算器58に入れて差を求め、それを除算器59において素子数Nで割る。ただし素子数Nは固定値とする。このようにして(N+/N−N-/N)を出力することが出来る。
このようにして、統計処理ブロック44のハードウェア化(集積回路化)が可能となり、回路実装が容易になる。また、処理時間の短縮を図ることができ、リアルタイム統計処理を可能となる。
A hardware circuit for calculating [Equation 8] can be easily made as shown in FIG. 5, for example. In FIG. 5, N +. The value of N− is input to a subtractor 58 to obtain a difference, and is divided by the number N of elements in a divider 59. However, the number of elements N is a fixed value. In this way, (N + / N−N− / N) can be output.
In this way, the statistical processing block 44 can be implemented in hardware (integrated circuit), and circuit mounting is facilitated. Further, the processing time can be shortened, and real-time statistical processing can be performed.

<素子数の増減>
通常の受信方式では、前段増幅器により、A/D変換器の分解能確保に必要な信号強度、すなわち「感度」が得られるようにしているが、通信においては伝播する信号の強度が変動するため、感度を固定したままでは、しきい値Bよりかなり大きい強度の信号を受信した場合には正しい信号再生ができない。
<Increase / decrease in the number of elements>
In the normal reception method, the signal strength necessary for ensuring the resolution of the A / D converter, that is, “sensitivity” is obtained by the pre-stage amplifier, but the intensity of the signal that propagates in communication varies, If the sensitivity is fixed, when a signal having a strength much larger than the threshold value B is received, correct signal reproduction cannot be performed.

図1の構成で、増幅器41の利得を可変にすると感度を可変できるが、内部雑音も変化するために、雑音統計処理を複雑にし、信号復元を困難にするという問題がある。
そこで、素子数Nを可変とすることにより、感度を変化させ、入力信号の増減に対応するようにした。なお、素子数Nと感度との理論的関係は、次の[実施例]で図9を用いて説明する。
In the configuration of FIG. 1, the sensitivity can be varied by varying the gain of the amplifier 41. However, since the internal noise also changes, there is a problem that noise statistical processing is complicated and signal restoration is difficult.
Therefore, by changing the number of elements N, the sensitivity is changed to cope with the increase or decrease of the input signal. The theoretical relationship between the number N of elements and the sensitivity will be described with reference to FIG. 9 in the following [Example].

具体的には、図6に示すように、信号検出装置に制御回路45を設け、制御回路45から増幅器41の電源もしくはバイアス電流を制御する信号線C1を増幅器41に供給し、比較器42の電源もしくはバイアス電流を制御する信号線C2を比較器42に供給する。
制御回路45は、信号検出装置の感度を良好にしたい(検出できる最低信号強度を下げたい)ときは、動作している増幅器41と比較器42の数、すなわち素子数Nを増やす。信号検出装置の感度を悪くしたい(検出できる最低信号強度を上げたい)ときは、動作している増幅器41と比較器42の数、すなわち素子数Nを減らす。これにより入力信号強度に応じて、用いる比較器42と増幅器41の個数を変化させ、感度を変化させることが可能である。受信する信号の強度が変化しても感度を変えることができるため、信号検出装置のダイナミックレンジを広げることができる。
Specifically, as shown in FIG. 6, a control circuit 45 is provided in the signal detection device, and a signal line C1 for controlling the power supply or bias current of the amplifier 41 is supplied from the control circuit 45 to the amplifier 41. A signal line C2 for controlling the power supply or bias current is supplied to the comparator 42.
The control circuit 45 increases the number of amplifiers 41 and comparators 42 that are operating, that is, the number of elements N, when it is desired to improve the sensitivity of the signal detection device (to decrease the minimum signal intensity that can be detected). When it is desired to lower the sensitivity of the signal detection device (to increase the minimum signal intensity that can be detected), the number of amplifiers 41 and comparators 42 that are operating, that is, the number N of elements is reduced. As a result, the number of comparators 42 and amplifiers 41 to be used can be changed in accordance with the input signal strength to change the sensitivity. Since the sensitivity can be changed even if the intensity of the received signal changes, the dynamic range of the signal detection device can be expanded.

また、動作していない増幅器41と比較器42のバイアス電流を少なくするかもしくは遮断する。これにより、無駄な電力消費を無くすことができる。
この素子数Nを可変にする場合、ハードウェア回路で[数8]を演算するようにした構成を図7に示す。図7では、演算器43から出力されるN+,N-の値を減算器58に入れて差を求め、それを除算器59において素子数Nで割っている。ただし素子数Nは可変であり、制御回路45から取得するものとする。このようにして簡単なハードウェア回路を用いて(N+/N−N-/N)を出力することが出来る。
Further, the bias current of the amplifier 41 and the comparator 42 that are not operating is reduced or cut off. Thereby, useless power consumption can be eliminated.
FIG. 7 shows a configuration in which [Equation 8] is calculated by a hardware circuit when the number N of elements is variable. In FIG. 7, the values of N + and N− output from the arithmetic unit 43 are input to a subtractor 58 to obtain a difference, which is divided by the number N of elements in a divider 59. However, the number N of elements is variable and is acquired from the control circuit 45. In this way, (N + / N−N− / N) can be output using a simple hardware circuit.

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、以上の形態に限定されるものではない。例えば、図1の信号検出装置ではB,0,−Bの3値が得られる比較器を想定しているが、シュミットトリガー回路を使っても動作には問題ないことを確認している。シュミットトリガーを使う場合、出力を加算処理するだけでよく、差を取る必要がない。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention are not limited to the above embodiments. For example, the signal detection apparatus of FIG. 1 assumes a comparator that can obtain three values of B, 0, and -B, but it has been confirmed that there is no problem in operation even if a Schmitt trigger circuit is used. When using a Schmitt trigger, it is only necessary to add the outputs, and no difference is required. In addition, various modifications can be made within the scope of the present invention.

−実施例1(しきい値、感度、素子数)−
図1に示す信号検出装置について、数値シミュレーションを行った。
すでに説明したとおり、次の3つの条件を設定した。(1)雑音は増幅器ごとに独立で、ガウス分布に従う、(2)すべての内部雑音は比較器42の前段に入力換算して表したとする、(3)各増幅器の利得は1である。
-Example 1 (threshold value, sensitivity, number of elements)-
A numerical simulation was performed on the signal detection apparatus shown in FIG.
As already explained, the following three conditions were set. (1) Noise is independent for each amplifier and follows a Gaussian distribution. (2) All internal noises are converted to input before the comparator 42. (3) The gain of each amplifier is 1.

入力信号には無線通信で使われる位相偏移変調(PSK)信号を想定した。本構成では雑音を入力信号に意図的に入れるのではなく、増幅器41や比較器42自身が持つ内部雑音を利用するため、雑音は回路設計により決まる。
また、回路では雑音を入力側に換算して評価する場合が一般的であるので、2番目の仮定を立てた。
The input signal is assumed to be a phase shift keying (PSK) signal used in wireless communications. In this configuration, noise is not intentionally included in the input signal, but internal noise of the amplifier 41 and the comparator 42 itself is used, so that the noise is determined by circuit design.
In addition, since the circuit is generally evaluated by converting noise to the input side, the second assumption is made.

また、増幅器の利得を1としているが、これはパラメータを少なくするためであり、感度特性を明確にした後、要求される感度と増幅器内部の雑音などを加味して増幅器の利得を調整することとしてもよい。
さらに、出力された信号が正しく復元されているかを判断するために、次のような2つの基準(a)(b)を設定した。
In addition, the gain of the amplifier is set to 1. This is to reduce the parameter. After clarifying the sensitivity characteristics, the gain of the amplifier is adjusted in consideration of the required sensitivity and noise inside the amplifier. It is good.
Furthermore, in order to determine whether the output signal is correctly restored, the following two criteria (a) and (b) are set.

(a)入力信号となる波形パターンと出力信号の相関を調べる。すなわち、本実施例ではPSK信号を想定しているので、入力信号は0°又は180°で位相変調された正弦波となる。この入力信号のパターンを既に出力側に準備しておいて、出力信号との相関を調べ、相関値が最大となる信号パターンを復元信号とする。
(b)一つの振幅に対して、同じ過程を1万回行い、ビットエラーレートBERが10-3以下になる場合、その振幅の信号は正確に検出されたと判定する。
(A) The correlation between the waveform pattern serving as the input signal and the output signal is examined. In other words, since the PSK signal is assumed in this embodiment, the input signal is a sine wave that is phase-modulated at 0 ° or 180 °. This input signal pattern is already prepared on the output side, the correlation with the output signal is examined, and the signal pattern having the maximum correlation value is set as the restoration signal.
(B) The same process is performed 10,000 times for one amplitude, and if the bit error rate BER is 10 −3 or less, it is determined that the signal of that amplitude has been accurately detected.

本実施例において、感度、すなわちビット誤り率10-3で正確に検出できる入力信号の最小振幅をAs,minとし、「規格化感度」をしきい値で規格化した形(As,min/B)で表わす。
雑音強度σnを固定したままでしきい値Bを変えながら規格化感度を調査した。
図8は、規格化感度(As,min/B)としきい値対雑音比(B/σn)との関係を示すグラフである。幾とおりかの素子数Nを変数として調べた結果、最も良好な感度が得られるしきい値対雑音比(B/σn)は、ほぼ1〜2の範囲にあることが分かる。
In this embodiment, the sensitivity, that is, the minimum amplitude of the input signal that can be accurately detected with a bit error rate of 10 −3 is As, min, and the “normalized sensitivity” is normalized with a threshold value (As, min / B). ).
The normalization sensitivity was investigated while changing the threshold value B with the noise intensity σn fixed.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the normalized sensitivity (As, min / B) and the threshold-to-noise ratio (B / σn). As a result of examining several elements N as a variable, it can be seen that the threshold-to-noise ratio (B / σn) at which the best sensitivity is obtained is in the range of approximately 1 to 2.

しきい値対雑音比(B/σn)を固定した状況では、図8に示すように、用いる比較器42の素子数Nにより感度が変化することも分かる。すなわち、素子数Nが多いほど、感度は良好になっている。素子数Nが少ない場合はしきい値対雑音比(B/σn)が2付近で最適だが、素子数Nが多い場合は一つのピーク点ではなく、雑音強度比1から2の広範囲の閾値で同等の感度を示している。このように広い範囲で同じ感度を示す場合、縦軸が閾値で規格化した信号振幅を示しているので、閾値の小さい方が雑音に比べて小さい信号まで再現できることが分かる。つまり、同じ感度の場合、できるだけ閾値を小さく設定することが望ましい。   It can also be seen that in a situation where the threshold-to-noise ratio (B / σn) is fixed, the sensitivity changes depending on the number N of elements of the comparator 42 used, as shown in FIG. That is, the greater the number N of elements, the better the sensitivity. When the number of elements N is small, the threshold-to-noise ratio (B / σn) is optimal in the vicinity of 2, but when the number of elements N is large, not a single peak point but a wide range of threshold values with a noise intensity ratio of 1 to 2. Equivalent sensitivity is shown. When the same sensitivity is shown in such a wide range, the vertical axis indicates the signal amplitude normalized by the threshold value, so that it can be seen that a signal having a smaller threshold value can reproduce even a signal smaller than noise. That is, for the same sensitivity, it is desirable to set the threshold value as small as possible.

次に、閾値Bを固定した上で、素子数N、一周期内のオーバーサンプリング回数m、入力信号の変調方式(BPSK、QPSK)を変えながら数値シミュレーションを行った。
その結果を図9に示す。図9により、規格化感度が、素子数Nとmの積の平方根√(mN)に比例して低下(改善)している様子が分かる。また、入力信号をBPSKからQPSKに変えた場合の感度の変化(図9の四角点から逆三角点への推移A)は、同じ素子数Nにおいてmを半分にした結果(図9の四角点から黒丸点への推移A′)と一致している。
Next, with the threshold value B fixed, a numerical simulation was performed while changing the number of elements N, the number of oversamplings m within one period, and the modulation method (BPSK, QPSK) of the input signal.
The result is shown in FIG. FIG. 9 shows that the normalized sensitivity is reduced (improved) in proportion to the square root √ (mN) of the product of the number of elements N and m. The change in sensitivity when the input signal is changed from BPSK to QPSK (transition A from the square point to the inverted triangle point in FIG. 9) is the result of halving m for the same number of elements N (square point in FIG. 9). Is consistent with the transition A ′) from the black circle to the black dot.

この結果から、素子数Nとオーバーサンプリング回数mとの積mNが、感度に影響することがわかる。
以上の結果により、本発明を実用化する際の変数の関係が明らかになった。すなわち、(1)閾値対雑音強度比(B/σn)を1〜2の範囲に設定するとよい。(2)変調方式の高度化による感度劣化を考慮して、所望の感度に見合ったmや素子数Nを設定する。感度を良くするには、素子微細化可能な範囲で、mや素子数Nを大きく設定すれば良い。
From this result, it can be seen that the product mN of the number N of elements and the number of oversampling m affects the sensitivity.
From the above results, the relationship of variables when the present invention is put into practical use became clear. That is, (1) the threshold-to-noise intensity ratio (B / σn) may be set in the range of 1-2. (2) In consideration of sensitivity degradation due to advanced modulation schemes, m and the number of elements N corresponding to the desired sensitivity are set. In order to improve the sensitivity, m and the number N of elements may be set large as long as the element can be miniaturized.

−実施例2(ハードウェア化の検証)−
図10は統計処理法で復元した各信号の振幅の波形図である。図11は加算法で復元した各信号の振幅の波形図である。ただし、加算法で求めた(N+/N−N-/N)をk(kは整数)倍して比較している。kの値は、両方法で求めた信号波形の振幅が最も近づくような値とする。この実施例ではk=4としている。
-Example 2 (verification of hardware)-
FIG. 10 is a waveform diagram of the amplitude of each signal restored by the statistical processing method. FIG. 11 is a waveform diagram of the amplitude of each signal restored by the addition method. However, (N + / N−N− / N) obtained by the addition method is multiplied by k (k is an integer) for comparison. The value of k is set so that the amplitude of the signal waveform obtained by both methods is closest. In this embodiment, k = 4.

計算条件は、2つの入力信号の周波数:f1=125[MHz]、f2=117.1875[MHz]、規格化感度:As,min=0.711、 雑音強度:σn=1、 しきい値:B=1.7783、 素子数:N=128である。
周波数の違う2つの入力信号を入れたので、比較器42に3次の非線形性があるため、図10、図11のように、周波数2f1-f2、もしくは 周波数2f2-f1の「うなり」周波数成分が出力されている。
The calculation conditions are: frequency of two input signals: f1 = 125 [MHz], f2 = 117.1875 [MHz], normalized sensitivity: As, min = 0.711, noise intensity: σn = 1, threshold: B = 1.7783, Number of elements: N = 128.
Since two input signals with different frequencies are input, the comparator 42 has a third-order nonlinearity. Therefore, as shown in FIGS. 10 and 11, the “beat” frequency component of the frequency 2f1-f2 or the frequency 2f2-f1 is used. Is output.

図10、図11によれば、信号周波数の振幅成分は、統計処理法、加算法ともにほとんど変わらず、信号の大きさ、形がよく復元できていることが分かる。比較器42の出力結果で 3値のデジタル値が得られることを考慮すると、量子化誤差も抑えられていることが分かる。
図11の復元された信号の周波数成分をみると、非線形ひずみは少々生じるが、同じ程度のS/N比が実現できていることがわかる。したがって、加算法が信頼できる信号復元方法であることが証明できたことになる。
10 and 11, it can be seen that the amplitude component of the signal frequency is almost the same in both the statistical processing method and the addition method, and the signal size and shape can be well restored. Considering that a ternary digital value is obtained from the output result of the comparator 42, it can be seen that the quantization error is also suppressed.
Looking at the frequency components of the restored signal in FIG. 11, it can be seen that the S / N ratio of the same degree can be realized although a little nonlinear distortion occurs. Therefore, it can be proved that the addition method is a reliable signal restoration method.

本発明の信号検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal detection apparatus of this invention. 入力信号に重畳する雑音のために読み取りを間違う例を示す図である。It is a figure which shows the example from which reading is mistaken for the noise superimposed on an input signal. 入力信号s(t)に雑音n(t)の乗った信号x(t)の信号波形を描いたグラフである。6 is a graph depicting a signal waveform of a signal x (t) in which noise n (t) is superimposed on an input signal s (t). 入力信号s(t)と復元された信号との波形を示すグラフである。It is a graph which shows the waveform of the input signal s (t) and the restored signal. (N+/N−N-/N)に基づき、もとの入力信号を復元する「加算法」を演算するハードウェア回路(N:固定)を示す図である。It is a figure which shows the hardware circuit (N: fixed) which calculates the "addition method" which decompress | restores the original input signal based on (N + / N-N- / N). 本発明の信号検出装置の変形例に係る構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure which concerns on the modification of the signal detection apparatus of this invention. (N+/N−N-/N)に基づき、もとの入力信号を復元する「加算法」を演算するハードウェア回路(N:可変)を示す図である。It is a figure which shows the hardware circuit (N: variable) which calculates the "addition method" which decompress | restores the original input signal based on (N + / N-N- / N). 素子数Nを変えながら、規格化感度(As,min、min/B)としきい値対雑音比(B/σn)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between normalized sensitivity (As, min, min / B) and threshold-to-noise ratio (B / σn) while changing the number of elements N. 閾値Bを固定した上で、一周期内のオーバーサンプリング回数m、入力信号の変調方式(BPSK、QPSK)を変えながら、規格化感度(As,min、min/B)と素子数Nとの関係を示すグラフである。The relationship between the normalized sensitivity (As, min, min / B) and the number of elements N while changing the oversampling count m in one cycle and the modulation method (BPSK, QPSK) of the input signal while fixing the threshold B It is a graph which shows. 統計処理法で復元した信号の振幅をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the amplitude of the signal decompress | restored by the statistical processing method. 加算法で復元した信号の振幅をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the amplitude of the signal decompress | restored by the addition method.

符号の説明Explanation of symbols

41 増幅器
42 比較器
43 加算器
44 統計処理ブロック
45 制御回路
58 減算器
59 除算器
41 Amplifier 42 Comparator 43 Adder 44 Statistical Processing Block 45 Control Circuit 58 Subtractor 59 Divider

Claims (9)

力信号を検出する信号検出装置であって、
N(Nは2以上の自然数)に並列化された各入力信号を、しきい値とそれぞれ比較するN個の比較器と、
前記各入力信号が前記しきい値を超えた比較器の数N+を算出する演算器と、
前記演算器の出力に基づき、前記各入力信号が前記しきい値を超えた比較器の数N+と前記比較器の素子数Nとの比:N+/Nを算出し、この比N+/Nと内部雑音の統計性とを用いて前記入力信号の波形を推定する分析手段とを有することを特徴とする信号検出装置。
A signal detector for detecting the input signal,
N comparators each comparing each input signal paralleled to N (N is a natural number of 2 or more) with a threshold value;
An arithmetic unit for calculating the number N + of comparators in which each of the input signals exceeds the threshold;
Based on the output of the arithmetic unit, a ratio N + / N of the number N + of comparators in which each input signal exceeds the threshold and the number N of elements of the comparator is calculated, and this ratio N + / N and an analysis means for estimating the waveform of the input signal using internal noise statistics.
前記入力信号は、時間的に変化することにより、正及び負の値をとる信号であり、
前記しきい値は正負一組あり、
前記演算器は、前記各入力信号が前記正のしきい値を超えた比較器の数N+と、前記負のしきい値を下回った比較器の数N-とを算出するものであり、
前記分析手段は、前記演算器の出力に基づき、前記N+と前記素子数Nとの比:N+/Nと、前記N-と前記素子数Nとの比:N-/Nとを算出し、これらの比N+/N,N-/Nと前記内部雑音の統計性とを用いて前記入力信号の波形を推定するものである請求項1記載の信号検出装置。
The input signal is a signal that takes positive and negative values by changing with time,
The threshold has a set of positive and negative,
The computing unit calculates the number N + of comparators in which each input signal exceeds the positive threshold value and the number N− of comparators in which the input signal falls below the negative threshold value,
The analysis means calculates a ratio N + / N: N + / N and a ratio N + / N: N− / N based on the output of the computing unit. 2. The signal detection apparatus according to claim 1, wherein the waveform of the input signal is estimated using these ratios N + / N, N− / N and the statistical property of the internal noise.
前記Nに並列化された各入力信号を増幅するN個の増幅器を含み、前記N個の比較器は、各増幅器の出力信号を、前記しきい値とそれぞれ比較するものである請求項1又は請求項2記載の信号検出装置。   2. The N amplifiers for amplifying each of the input signals paralleled to N, wherein the N comparators compare the output signals of the amplifiers with the threshold value, respectively. The signal detection apparatus according to claim 2. 前記分析手段は、誤差関数erfの逆関数を用いて、前記入力信号の波形を推定するものである請求項1〜請求項3のいずれかに記載の信号検出装置。   The signal detection apparatus according to claim 1, wherein the analysis unit estimates a waveform of the input signal using an inverse function of an error function erf. 前記分析手段は、N+/NとN-/Nとの差を用いて、前記入力信号の波形を推定するものである請求項2又は請求項3記載の信号検出装置。   4. The signal detection apparatus according to claim 2, wherein the analysis unit estimates a waveform of the input signal using a difference between N + / N and N− / N. 前記しきい値と雑音強度との比(B/σn)は、ほぼ1〜2の範囲にある請求項1〜請求項5のいずれかに記載の信号検出装置。   The signal detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein a ratio (B / σn) between the threshold value and the noise intensity is in a range of approximately 1 to 2. 前記入力信号は周期的に変化する信号であり、前記比較器はその一周期にm回(m>=2)サンプリングするものである請求項1〜請求項6のいずれかに記載の信号検出装置。   7. The signal detection apparatus according to claim 1, wherein the input signal is a signal that changes periodically, and the comparator samples m times (m> = 2) in one period. . 前記サンプリング数mは、信号検出装置の感度に応じて設定される請求項7記載の信号検出装置。   The signal detection apparatus according to claim 7, wherein the sampling number m is set according to sensitivity of the signal detection apparatus. 前記素子数Nは、信号検出装置の感度に応じて設定される請求項1〜請求項8のいずれかに記載の信号検出装置。   The signal detection apparatus according to claim 1, wherein the number N of elements is set according to sensitivity of the signal detection apparatus.
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