JP5860145B2 - 無線通信による信号処理装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信による信号処理装置および方法に係り、特に受信信号を圧縮記憶して後日の解析、再生に適した形態とするに好適な無線通信による信号処理装置および方法に関する。

無線通信の技術分野では、無線により受信した信号を記憶し、後日の再現処理に利用することがある。この場合に記憶期間が長くなるほど大きな記憶容量が必要になるため、受信信号を圧縮して記憶することが有益である。

無線により受信した信号を圧縮記憶する技術として、特許文献１が知られている。特許文献１では、無線受信信号に対し受信信号の時間・周波数変換を行い周波数スペクトルのスペクトル振幅値に基づき、無信号であるか否かを判定し、無信号であると判定された帯域の信号については信号を圧縮すると記載されている。

特開２０１１−１７６４２９号公報

特許文献１には、バンドパスフィルタＢＰＦを用いずに広帯域信号を受信し、周波数変換後の信号の無信号部を情報圧縮する仕組みが記載されている。この構成では、信号の情報量を圧縮し、外部への情報伝送量を削減することが目的となっている。特許文献１の手法では、無信号と判定された部分は情報圧縮されるため、元の信号とは異なる信号になってしまう。

このため、一度記録した信号を、再度同じように受信することで、受信回路や受信状態などを解析するという目的に対しては適していない。具体的には、圧縮を行った記録信号には、無信号部と判定された部分に含まれる情報が欠落するために、同じ状態の信号を受信することで、再現性が必要な試験を実施することができない。

そこで本発明は、無線通信の状況を後日詳細に解析し、再生が可能なように無線信号を圧縮し、また圧縮信号を再生して再受信することが可能な無線通信による信号処理装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の無線通信による信号処理装置は上記課題の解決手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、無線による受信信号の受信処理を行う受信処理部と、信号を記録する信号記録部と、受信信号の情報量を圧縮する信号圧縮部と、圧縮された受信信号を保存または外部機器へ出力する信号出力部を備え、信号圧縮部は、無線受信信号を周波数変換した信号について、周波数スペクトル上の振幅値が大きい信号部と振幅値が小さい無信号部とに区分し、無信号部についてその特徴量に基づく代表値を計算し、信号部と前記代表値をもって圧縮信号とすることを特徴とする。

また本発明の無線通信による信号処理方法は、無線受信信号を周波数変換した信号について、周波数スペクトル上の振幅値が大きい信号部と振幅値が小さい無信号部とに区分し、無信号部についてその特徴量に基づく代表値を計算し、信号部と代表値をもって圧縮信号として出力することを特徴とする。

本発明によれば、受信した無線信号の情報量を圧縮でき、その圧縮信号を再現性の良い再生信号へと復元でき、再生信号を再度受信処理へかけることができる。この機能により、例えば無線通信システムの障害解析や予防保全を実現し、安心で安全な社会インフラの構築に寄与する。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１の無線通信装置の全体構成とその入出力を示す図。 実施例１の無線通信装置の処理動作例を説明するフローチャート。 実施例２の無線通信装置の機能構成例を示す図。 実施例２の無線通信装置の処理動作例を説明する図。 実施例２の無線通信装置の信号圧縮部の処理動作例を説明するフローチャート。 実施例２の無線通信装置の信号再生部の処理動作例を説明するフローチャート。 実施例３の無線通信装置の機能構成例を示す図。 実施例３の無線通信装置の処理動作例を説明するフローチャート。 無線通信装置により構成した事故原因解析システムの機能構成例を示す図。 無線通信装置により構成した予防保全システムの機能構成例を示す図。

以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。なお、以下の実施の形態において、その構成要素（処理ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではない。

また、以下の実施の形態における各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、後述する各構成、機能、処理部、処理手段等は、コンピュータ上で実行されるプログラムとして実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各構成、機能、処理部、処理手段等を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

以下、本発明の無線通信による信号処理装置および方法について説明する。なお、以下の説明においては、無線通信による信号処理装置を簡単に無線通信装置と称することにする。

図１に、実施例１に係る無線通信装置１０６の全体構成とその入出力を示す。無線通信装置１０６には、いわゆる端末装置だけでなく、中継局装置や基地局装置も含まれる。また、本明細書における無線通信装置には、検査や解析に使用される測定装置などが含まれてもよい。なお、本実施例においては、受信した入力信号１０１の情報量を圧縮し、情報量を削減した出力信号１１１を出力することが可能な無線通信装置１０６について説明する。

図１の中段にその構成を示す無線通信装置１０６は、アンテナ１０７、高周波処理部１０８、ＡＤ変換部１０９、受信処理部１１０から構成される。

アンテナ１０１では、無線信号を受信する。高周波処理部１０２は、受信した無線信号の増幅やベースバンド帯域へのダウンコンバートを行う高周波回路である。ＡＤ変換部１０３は、高周波処理部１０２から受け取ったベースバンド信号をアナログ／デジタル変換する。受信処理部１０５は、受信信号１０１に対して、同期、等化、復調、復号といった一連の受信処理、及び受信信号の情報圧縮処理を行う。

無線通信装置１０６が受信し取り扱うことになる無線の入力信号１０１を、縦軸に周波数、横軸に時間をとって図１上段に示している。入力信号１０１は、電力値が高い信号部１０２と、電力値が低い無信号部１０３、１０４、１０５に分けられる。この例においては、無信号部１０３、１０４、１０５であっても、その電力レベルに差分があることを仮定し、電力レベルの違いによって、無信号部１０３、１０４、１０５に分類している。

無線通信装置１０６による処理後の出力信号１１１を、縦軸に周波数、横軸に時間をとって図１下段に示している。出力信号１１１は、電力値が高い信号部１１２と、無信号部の代表値１１３、１１４、１１５に分けられる。

信号部１１２は、入力信号１０１の信号部１０２と同じ情報量を持つ。これに対し、無信号部の代表値１１３、１１４、１１５は、それぞれ入力信号１０１の無信号部１０３、１０４、１０５に対応しており、それぞれの無信号部１０３、１０４、１０５が有する特徴量を元に、それぞれ１つの代表値１１３、１１４、１１５に変換した値とされている。

図２に、図１における無線通信装置１０６の処理動作手順の一例を示す。無線通信装置１０６は電源投入後、信号入力の待ち状態を開始（処理Ｓ２０１）する。何らかの電力レベルの増大を感知すると、それが所望の無線信号の入力であるか否かを判定（処理Ｓ２０２）する、所望の信号でなかった場合（処理Ｓ２０１のＮ）は再び信号入力待ち（処理Ｓ２０１）に戻る。

所望の信号であった場合（処理Ｓ２０１のＹ）は、その入力信号において無信号と判定されるデータ部分を判定（処理Ｓ２０３）する。但し、ここで取り扱う入力信号は、図１の１０１であり、受信信号を周波数領域の信号に変換した信号である。次に無信号部の信号強度に応じて更に細かくデータ部分を分ける（処理Ｓ２０４）。次に分けられたデータ部分を、そのデータ部分の特徴量に応じた代表値に変換（処理Ｓ２０５）する。次に信号部のデータ部分と、変換した各代表値をもって圧縮データとし、出力（処理Ｓ２０６）する。

ここでの処理を具体的な一例で説明すると、例えば時刻ｔ１からｔ２の間にアンテナ１０７から得られた入力について、例えばフーリエ変換によりこれを周波数帯域ごとの信号に変換する。そして、例えば信号の平均的な大きさが所定値Ｌ０に満たない周波数帯域は無信号部であり、超過する周波数帯域は信号部であるとする。信号部と判定された周波数帯域については、そのデータをそのまま時間―周波数信号として保持する。無信号部と判定された周波数帯域については、その平均的な大きさの信号として保持する。この平均的な大きさの信号にしたことが、そのデータ部分の特徴量に応じた代表値に変換し圧縮したことに相当する。

信号部と無信号部に対する以上の処理は、全ての周波数帯域について実施され、かつ全周波数帯域での判断が終了後は、次の時間領域（ｔ２からｔ３）に変更して同じ処理を繰り返し実行する。係る一連の時系列的処理により、信号部については入力信号がそのままに保持され、これに対し無信号部は各時間領域での代表値が時系列のデータ列として保持記憶されたことになる。

以上の処理動作により、実施例１に係る無線通信装置１０６は、入力信号の中から無信号部を判定して１つの代表値に置き換えることにより、出力信号を信号部と無信号部の代表値の組み合わせとすることで、出力信号１１１の情報量を入力信号１０１の情報量よりも小さくすることができる。すなわち、受信した無線信号の情報量を圧縮することができる。

また圧縮された出力信号１１１の信号部は入力信号１０１の信号部と同等であることから、入力信号１０１の再現性は高いまま、情報量を圧縮することができる。また圧縮された出力信号１１１の無信号部は、時系列のデータ列として表現される無信号部を１つの代表値に置き換えることから、通常の情報圧縮処理に比べて高い圧縮率を実現できる。

また圧縮された出力信号１１１の無信号部は、無信号部を１つの代表値として保持することにより、出力信号１１１を元の入力信号１０１に復元する際にも、再現性を高めることができる。なぜなら、無信号部は雑音電力としての情報量を持っており、これを完全に削除すると入力信号に比べてＳＮ比が改善することになり、再現性としては悪化することになる。

図３に、実施例２に係る無線通信装置１０６の全体構成とその入出力を示す。実施例２には、無線通信装置１０６の構成を実施例１よりも詳細な機能構成を示している。図３に示す無線通信装置１０６において、アンテナ１０７、高周波処理部１０８、ＡＤ変換部１０９は図１に図示と同じものであり、図１の信号処理部１１０の構成がより詳細に示されている。

図３では、図１の信号処理部１１０が、受信処理部３０４、受信バッファ３０５、信号記録部３０６、信号圧縮部３０７、信号出力部３０８、信号再生部３０９から構成されている。

このうち受信処理部３０４では、受信信号に対して、同期、等化、復調、復号といった一連の受信処理を行う。受信バッファ３０５は、受信処理部３０４が処理を行った後の復調データを受け取り、上位アプリや外部機器へ渡す処理を行う。信号記録部３０６は、受信した無線信号を記録媒体又は領域に記録する装置である。信号圧縮部３０７は、記録した無線信号に対して情報圧縮処理を行う。信号出力部３０８は、記録した無線信号及び情報圧縮された圧縮信号を受け取り、記録媒体又は領域に格納、又は外部機器へ出力又は転送する機能を持つ。信号再生部３０９は、圧縮信号を信号出力部３０８から受け取り、圧縮信号に対して再生処理を実行する。

以下、図４、図５、図６を用いて信号圧縮処理の詳細を説明する。

まず図４は、図３における無線通信装置１０６の圧縮処理及び再生処理手順の一例を模式的に示している。まずアンテナ１０７から取り込まれる入力信号は、各データ要素に振幅値が入った時間領域データ列４０１として表現される。時間領域データ列４０１は、例えば時刻ｔ１からｔ２の間に観測された時間領域データ列４０１ａ、時刻ｔ２からｔ３の間に観測された時間領域データ列４０１ｂ、時刻ｔ３からｔ４の間に観測された時間領域データ列４０１ｃである。

この時間領域データ列４０１に対し、窓関数をかけ、フーリエ変換等の周波数変換処理をかける。これにより時間領域データ列４０１は、各データ要素に周波数スペクトルとしての振幅値が入った周波数領域データ列４０２に変換される。時刻ｔ１からｔ２の間に観測された時間領域データ列４０１ａから得られた周波数領域データ列が４０２ａであり、時刻ｔ２からｔ３の間に観測された時間領域データ列４０１ｂから得られた周波数領域データ列が４０２ｂであり、時刻ｔ３からｔ４の間に観測された時間領域データ列４０１ｃから得られた周波数領域データ列が４０２ｃである。

この周波数領域データ列４０２において、閾値以上の部分データ列と閾値以下の部分データ列を判定する。図４に例示する周波数領域データ列４０２ａの場合、黒塗りした周波数帯域の部分（４０２ａ１）が閾値以上の部分データ列，黒塗りしていない周波数帯域の部分（４０２ａ２と４０２ａ３）が閾値以下の部分データ列である。

同様にして、次の時刻の入力から得られた周波数領域データ列４０２ｂ、さらに次の時刻の周波数領域データ列４０２ｃに対しても同様に閾値以上の部分データ列と閾値以下の部分データ列を判定する。この場合の信号部は４０２ｂ１、４０２ｃ１であり、無信号部は４０２ｂ２、４０２ｂ３、４０２ｃ２、４０２ｃ３である。

閾値以下の部分データ列（例えば４０２ａ２と４０２ａ３）を、複数の周波数領域データ列４０２について求めた無信号部データ列を４０３とする。図４に図示の無信号部データ列４０３の場合には、時刻ｔ１からｔ２の間の入力から導かれた閾値以下の部分データ列４０２ａ２、４０２ａ３と、時刻ｔ２からｔ３の間の入力から導かれた閾値以下の部分データ列４０２ｂ２、４０２ｂ３と、時刻ｔ３からｔ４の間の入力から導かれた閾値以下の部分データ列４０２ｃ２、４０２ｃ３とでもって、無信号部データ列４０３が形成された例を示す。この例では、無信号部データ列４０３は、連続する３回の周波数領域データ列４０２から作製された例を示している。

この無信号部データ列４０３に対して、そのデータ列の平均電力値Ｎを計算する。この平均電力値Ｎを、その無信号データ列４０３の代表値とする。無信号部を取り除いた周波数領域データ列４０２ａ１、４０２ｂ１、４０２ｃ１と、平均電力値Ｎを合わせて、圧縮信号とする。

以上が図４の圧縮処理内容（３０７）であり、この処理結果が再生処理（３０９）において利用される。

次に図４において圧縮信号に対して再生処理を実行する手順を説明する。ここではまず無信号部を取り除いた周波数領域データ列４０２ａ１、４０２ｂ１、４０２ｃ１に対して、逆フーリエ変換をかけ、時間領域データ列４０４とする。時間領域データ列４０４は、例えば時刻ｔ１からｔ２の間に観測された時間領域データ列４０１ａに対応する時間領域データ列４０４ａ、時刻ｔ２からｔ３の間に観測された時間領域データ列４０１ｂに対応する時間領域データ列４０４ｂ、時刻ｔ３からｔ４の間に観測された時間領域データ列４０１ｃに対応する時間領域データ列４０４ｃである。但し、再現された時間領域データ列４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃは、無信号部の状態をまだ反映していない。

このため本発明では、次に平均電力値Ｎを元に、無信号部データ列４０５を得る。無信号部データ列４０５は、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの間での平均的な電力値として再現される。時間領域データ列４０４と、無信号部データ列４０５を加算し、再生信号データ列４０６とする。

なお、図４に示した以上の処理は、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの間に得られた入力をもとにした処理であり、次の処理においては同様に定められた時間範囲内の新たな入力に対して順次実行される。

図５に、図３の無線通信装置１０６における信号圧縮部３０７の処理動作手順の一例を示す。

無線通信装置１０６は電源投入後、受信信号記録の待機状態を開始（処理Ｓ５０１）する。信号記録部３０６が受信信号を記録したことを感知しないとき（処理Ｓ５０２のＮ）は、再び受信信号待ち（処理Ｓ５０１）に戻る。

信号の記録を感知（処理Ｓ５０２のＹ）すると、記録した受信信号の圧縮処理を開始する。まず記録受信信号４０１に対して窓関数をかける（処理Ｓ５０３）。次にフーリエ変換をかけて（処理Ｓ５０４）記録信号４０１を周波数領域のデータ列４０２へ変換する。

次に周波数領域データ列４０２に対して無信号部分のデータ列４０３を判定（処理Ｓ５０５）する。更に、判定した無信号部分のデータ列４０３を、電力レベルに応じた部分データ列にわける（処理Ｓ５０６）。次に、部分データ列毎に平均電力値Ｎを計算する（処理Ｓ５０７）。無信号部を取り除いた周波数領域データ列４０２ａ１、４０２ｂ１、４０２ｃ１と、計算した複数の平均電力値Ｎをまとめて、圧縮信号とし、信号出力部３０８へ送る（処理Ｓ５０８）。

図６に、図３の無線通信装置における信号再生部３０９の処理動作手順の一例を示す。無線通信装置１０６は電源投入後、再生処理命令の待機状態を開始（処理Ｓ６０１）する。再生処理の実行命令がない（処理Ｓ６０２のＮ）ときは、再び処理待ち（処理Ｓ６０１）に戻る。

再生処理命令があった場合（処理Ｓ６０２のＹ）、再生処理を開始する。まず信号出力部３０８から、圧縮信号データ４０２と、平均電力値Ｎを受け取る（処理Ｓ６０３）。次に、圧縮信号データ４０２に対して逆フーリエ変換をかけ時間領域データ列４０４を得る（処理Ｓ６０４）。次に、１つ以上の平均電力値Ｎを無信号データ列４０５へと変換する（処理Ｓ６０５）。次に、処理Ｓ６０４の時間領域データ列４０４と、処理Ｓ６０５の無信号データ列４０５を加算する（処理Ｓ６０６）。処理Ｓ６０６で加算したデータ列４０６を再生信号とし、受信処理部３０４へ送る（処理Ｓ６０７）。

以上の処理動作により、実施例１に係る無線通信装置１０６は、受信信号の情報量を削減した圧縮信号を生成できる。

また圧縮信号を受信信号に近い形で復元し、再度受信処理へかけることができる。すなわち、再生処理を行うことができる。本処理動作における圧縮処理によって、通常の情報圧縮手段を用いた場合よりも大きな情報圧縮率を実現でき、かつ圧縮信号を元信号に近い形で復元し、再生処理を実施することが可能となる。

これは、受信信号の中で必要な情報量と不要な情報量を判別し、必要な情報量はそのままにし、不要な情報量についてはその情報量を大きく削減する手順及び構成によって実現されるものである。

ここで再生処理の必要性について説明する。無線通信では伝搬環境が時々刻々と変化するために、通信状況を再現することが非常に困難であるという特性がある。この問題に対し、再生処理によって同一の信号を何度も受信処理へかけることが可能となる。すなわち、一般的には困難であった無線通信状況の再現が、本構成及び処理動作によって可能となる。

更にこのような無線機を利用するシステムにおいては、例えば１日分等の多数の波形データを記録し蓄積する必要があり、その情報量の削減が課題であった。本構成及び処理動作によって、実用システムにおいて使用される無線通信の状況を記録し、解析することが可能となる。

図７に、実施例３に係る無線通信装置１０６の全体構成とその入出力を示す。図７に示す無線通信装置１０６は、アンテナ１０７、高周波処理部１０８、ＡＤ変換部１０９と受信処理部１１０で構成されている。

特に受信処理部１１０は、信号検出部７０４、受信処理部３０４、データ判定部７０６、受信バッファ３０５、信号判定部７０８、信号記録部３０６、設定入力部７１０、信号圧縮部３０７、信号出力部３０８、信号再生部３０９から構成される。

このうち信号検出部７０４は、ＡＤ変換部１０９からデジタルの受信信号を受け取り、受信信号の特徴量を検出する。データ判定部７０６は、受信処理部３０４で受信信号から復調された復調データを受け取り、復調データの正誤判定や通信周期などの特性判定を行う。

信号判定部７０８は、信号検出部７０４、受信処理部３０４、データ判定部７０６と、フィードバック信号S1及び制御信号S2で接続される。フィードバック信号S1は、各ブロックの検出及び判定結果を、信号判定部７０８へ伝達する。制御信号S2は、各ブロックへ検出及び判定に用いる閾値の設定や、処理実行命令を伝達する。

また信号判定部７０８は、信号記録部３０６に対し、記録開始、記録停止、信号保存、信号破棄の４種類の信号を出す。

また信号判定部７０８は、設定入力部７１０から判定処理命令を受け取り、判定処理命令に記述された処理を実行する。判定処理命令の内容に従って、フィードバック信号S1及び制御信号S2及び記録開始、記録停止、信号保存、信号破棄の各信号を送受信する。

信号記録部３０６は、信号検出部７０４から受信信号を受け取り、それを記録する。また信号記録部３０６は、信号判定部７０８から、記録開始、記録停止、信号保存、信号破棄を受け取り、信号の種類に従って処理を行う。

設定入力部７１０は、ユーザから判定処理命令を受け取り、それを信号判定部７０８へ伝達する入力部である。

信号圧縮部３０７は、信号記録部３０６で記録した受信信号に対して圧縮処理を実行する。

信号出力部３０８は、信号記録部３０６もしくは信号圧縮部３０７から受け取った受信信号を受け取り、保存もしくは表示画面へ出力する出力部である。

信号再生部３０９は、信号出力部３０８から圧縮信号を受け取り、圧縮信号に対して受信信号の復元処理を行い、信号検出部へ再度送る。

以上の構成により、様々な無線信号の中から、任意の所望の無線信号を選別し、記録・保存することができる。また、記録した信号に圧縮、再生処理を施すことができる。

具体的には、記録する無線信号の特徴量を検出するための条件及び処理を、判定処理命令に記述し設定入力部７１０から入力しておく。信号判定部７０８では、設定された判定処理命令に従って信号検出部７０４、受信処理部３０４、データ判定部７０６と連動して動作し、記録する無線信号の到来を判定することができる。

また信号判定部７０８は記録する無線信号の到来を判定すると、信号記録部３０６へその無線信号を記録する指示を出す。この一連の処理によって、無線信号の記録を行うことができる。特に、信号検出部７０４から送信されるフィードバック信号S1を用いて信号記録処理の判断を行うことで、信号処理が施されていない受信直後の受信信号に対して検出処理を行うことができる。

その結果、所望の受信信号を適切に選択し、記録することが可能となる。同様に、データ判定部７０６から送信されるフィードバック信号を用いて信号記録処理の判断を行うことで、復調及び復号処理後のデータを用いて信号記録の判断を行うことが可能となる。このことにより、例えば復号後のデータビット列が正常であったか、もしくは誤りを含んでいたか、等の結果に従って、記録した信号を保存する、あるいは破棄するといった処理が可能となる。

正常なデータを保存するか、あるいは異常なデータを保存するかといった選択は、本装置の利用者の目的に依存する。例えば、通信が正常に行われていることを確認するのが目的の場合、正常なデータを記録保存することが目的となる。

一方で、通信が異常であった場合の原因を解析する目的の場合、異常なデータを記録保存することが目的となる。本構成は、以上に述べたように、信号を記録保存する目的が異なる複数の利用者にとって利便性の高い無線通信機を提供するものである。

図８に、図７の無線通信装置１０６における処理動作手順の一例を示す。

無線通信装置１０６の電源投入（処理Ｓ８０１）の後、各種の初期設定を行う。信号検出部７０４の初期設定（処理Ｓ８０２）は、例えば電力値を検出する閾値として、−８０ｄＢｍを設定するものである。受信処理部３０４の初期設定（処理Ｓ８０３）は、例えば、等化処理の結果を通知するかしないかを設定するものである。データ判定部７０６の初期設定（処理Ｓ８０４）は、例えば異常データを検出し、正常データは無視するよう設定する。

以上の初期設定が終了すると、無線通信装置１０６は、受信待機状態を開始する（処理Ｓ８０５）。無線信号が到来すると、信号検出部７０４は、初期設定で設定した条件に合致するかを判定する（処理Ｓ８０６）。条件に合致しない場合（処理Ｓ８０６のＮ）は、受信待機を継続する（処理Ｓ８０５）。条件に合致する場合（処理Ｓ８０６のＹ）、信号記録を開始する（処理Ｓ８０７）。

次に受信処理部３０４が、受信処理（処理Ｓ８０８）として、例えば、同期、等化、復調、復号の各受信処理を行う。

次にデータ判定部７０６が、復調されたデータが条件に合致するかを判定（処理Ｓ８０９）する。例えば復調データが正常な場合（処理Ｓ８０８のＮ）、記録停止（処理Ｓ８１５）及び信号破棄（処理Ｓ８１４）し、処理Ｓ８０５の待機状態に移行する。復調データが異常だった場合（処理Ｓ８０８のＹ）、信号記録を停止する（処理Ｓ８１０）が、信号の破棄はせずに、信号を保存する処理を行う。

具体的には、信号圧縮部３０９が、信号圧縮命令を受けている場合（処理Ｓ８１１のＹ）は信号の圧縮処理を行い（処理Ｓ８１２）、信号を保存（処理Ｓ８１３）する。圧縮命令を受けていない場合（処理Ｓ８１１のＮ）は、圧縮処理を行わずに直接信号保存（処理Ｓ８１３）をしてもよい。

ここまでが１つの無線信号を記録し、圧縮する一連の処理であり、受信待機状態（処理Ｓ８０５）へと戻る。以上が図７の構成における圧縮処理動作となる。図７の構成における再生処理動作は、図６で示した再生動作と同じ処理動作によって、同等の効果を得ることができる。

以上の処理動作により、予め設定した条件に適合する無線信号のみを選択して記録し、適合しない無線信号を破棄することができる。この信号選択機能によって、不要な信号を記録しないことで情報量を大きく削減することができ、選択記録した信号に対して圧縮処理を実行することで更に情報量を削減することができる。

次に、本発明に係る無線通信装置の具体的な適用事例について紹介する。図９の実施例４は、実施例１、実施例２、実施例３で示した無線通信装置１０６を用いて事故原因解析システムを構築した例を示している。なお、ここでは無線を用いた鉄道制御システムに適用することを想定しているが、自動車や建設機械といった移動体と地上局が通信するシステムや、工場やビル等の施設内に設置する固定局を用いる無線システムであっても良い。

無線を用いた鉄道制御システムに適用した事故原因解析システムは、図９に示すように管理サーバ９０１、通信ログ９０２、有線ネットワーク９０３、地上無線局９０４、車上無線局９０５などから構成される。但し、事故原因となる妨害波を発する無線局を妨害源９０６としている。

地上無線局９０４と車上無線局９０５は、実施例１、２、３で示した無線通信装置１０６と同じ構成とし、車上無線局９０５が移動しながら地上無線局９０５と無線通信を行うものとする。地上無線局９０４は有線ネットワーク９０３を介して管理サーバ９０１と接続される。地上無線局９０４は、実施例１、２、３で説明した圧縮信号を管理サーバ９０１へ送信し、管理サーバ９０１がそれら複数の圧縮信号を通信ログ９０２として記録、蓄積する。

通信ログに含まれる情報の例として図９には、通信時刻情報７１、通信元及び通信先の情報７２、通信結果７３、そして再生信号データ７４が示されている。図９においては、管理サーバ９０１が蓄積した圧縮データを管理サーバ９０１上にて復元処理し、信号データ列をモニタに表示する例を示している。

この通信ログ９０２のモニタへの表示によって、図９の鉄道制御システムにおける無線通信状況を解析できる。具体的には、通信エラーが発生した時刻７１と、その時の通信先及び通信元の情報７２、そして無線信号の波形情報７４がモニタ上に数値、グラフなどで可視化して表示される。例えば無線信号の波形情報７４は、縦軸に周波数、横軸に時間軸をとるものとして表示する。この結果から、周波数帯域幅が細い制御信号と、周波数帯域幅の広い妨害波が衝突していることが確認できる。またこの結果から、鉄道制御システムの停止事故原因が、妨害源９０６の発した妨害波であったことがわかる。

実施例４のシステム構成例により、従来では判別することが困難であった無線通信システムのエラー要因を判別することが可能となる。従来の無線通信システムでは無線通信の結果のみがわかり、その原因を特定することは困難であった。

本構成により、波形データを直接確認することができ、無線通信のエラー要因を判定することが可能となる。またこのようなシステムにおいては、波形データを長時間にわたって蓄積することが必要であり、その情報量が膨大となり実用とならない問題があったが、本構成により必要な情報のみを取捨選択することで情報量を削減し、実用的な無線通信解析システムを提供することができる。

本発明に係る無線通信装置の他の具体的な適用事例について紹介する。図１０の実施例５は、実施例１、実施例２、実施例３で示した無線通信装置を用いて予防保全システムを構築した例を示す。

図１０に示す予防保全システムは、管理サーバ１００１、通信ログ１００２、有線ネットワーク１００３、地上無線局１００４、車上無線局１００５からなり、通信環境悪化の原因となる遮蔽物１００６が存在するものとする。なお本実施例では無線を用いた鉄道制御システムとしているが、自動車や建設機械といった移動体と地上局が通信するシステムや、工場やビル等の施設内に設置する固定局を用いる無線システムであっても良い。

図１０における通信ログ１００２の表示によって、実施例５のシステムにおける無線通信状況を解析できる。具体的には、通信エラーが発生した時刻７１と、その時の通信先及び通信元の情報７２、そして無線信号の波形情報７４が可視化される。無線信号の波形情報は縦軸に振幅値、横軸に時間軸を示すものとする。

この結果から、エラーが発生している波形のＳＮ比が低く、正常な場合はＳＮ比が高いことが確認できる。またこの結果から、エラーの発生原因が、遮蔽物１００６によるＳＮ比劣化であったことがわかる。

この例においては、遮蔽物が新たに建設されるなどによって、システムが停止する事故までは至らないが、通信エラーの割合が増えるといった状況を早く察知し、予防的に対応する予防保全システムとして機能する。この例においては、通信ログ１００２の解析結果から、新たに増設無線局１００７を設置するといった対策をとることが可能となる。

実施例５のシステム構成例により、重大な事故の直接的な要因とはならないが、将来的に事故の原因となりうるような無線通信の状況変化をいち早く察知し、予防的に対応することが可能となり、より安全で安心な社会インフラシステムを実現することが可能となる。

１０１：入力信号，１０２：信号部，１０３：無信号エリア１，１０４：無信号エリア２，１０５：無信号エリア３，１０６：無線通信装置，１０７：アンテナ，１０８：高周波処理部，１０９：ＡＤ変換部，１１０：信号処理部，１１１：出力信号，１１２：信号部，１１３：無信号エリア１の代表値，１１４：無信号エリア２の代表値，１１５：無信号エリア３の代表値，３０４：受信処理部，３０５：受信バッファ，３０６：信号記録部，３０７：信号圧縮部，３０８：信号出力部，３０９：信号再生部，４０１：時間領域データ列，４０２：周波数領域データ列，４０３：無信号部データ，４０４：時間領域データ列，４０５：無信号部データ列，４０６：再生信号データ列，７０１：アンテナ，７０２：高周波処理部，７０３：ＡＤ変換部，７０４：信号検出部，７０６：データ判定部，７０７：受信バッファ，７０８：信号判定部，７１０：設定入力部，９０１：管理サーバ，９０２：通信ログ，９０３：有線ネットワーク，９０４：地上無線局，９０５：車上無線局，９０６：妨害源，１００１：管理サーバ，１００２：通信ログ，１００３：有線ネットワーク，１００４：地上無線局，１００５：車上無線局，１００６：遮蔽物，１００７：増設無線局

Claims (11)

1. 無線による受信信号の受信処理を行う受信処理部と、前記受信信号を記録する信号記録部と、前記受信信号の情報量を圧縮する信号圧縮部と、前記圧縮された受信信号を保存または外部機器へ出力する信号出力部と、前記圧縮された受信無線信号の情報量を前記受信無線信号に近い情報量へ復元する信号再生部を備え、
   前記信号圧縮部は、無線受信信号を周波数変換した信号について、周波数スペクトル上の振幅値が大きい信号部と振幅値が小さい無信号部とに区分し、前記無信号部についてその特徴量に基づく代表値を計算し、前記信号部と前記代表値をもって圧縮信号とし、
   前記信号再生部は、前記信号部を周波数逆変換した信号と、前記無信号部の代表値から求めた時間軸上の振幅の信号を加算して前記受信信号の再生信号を得ることを特徴とする無線通信による信号処理装置。
2. 請求項１に記載の無線通信による信号処理装置において、
   前記信号再生部で再現した前記再生信号を前記受信処理部へ入力することを特徴とする無線通信による信号処理装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の無線通信による信号処理装置において、
   前記信号圧縮部は、前記受信信号を周波数変換した信号について、周波数変換信号の振幅値の量に基づいて信号部と無信号部を区別し、前記無信号部の平均電力値を計算し、前信号部と前記平均電力値をもって圧縮信号として出力することを特徴とする無線通信による信号処理装置。
4. 請求項３に記載の無線通信による信号処理装置において、
   前記信号再生部は、前記圧縮信号の前記信号部を周波数逆変換し、前記平均電力値を無信号部データヘと変換し、前記周波数逆変換した圧縮信号と前記無信号部データを加算して再生信号とすることを特徴とする無線通信による信号処理装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の無線通信による信号処理装置において、
   前記受信信号の特徴量を検出する信号検出部と、前記受信信号の正誤及び特性を判定するデータ判定部と、無線信号条件を入力する設定入力部と、前記受信信号が、前記無線信号条件に適合するか否かを判定する信号判定部とを備え、
   前記信号判定部が、前記受信信号が前記無線信号条件に適合すると判定したときに、前記信号記録部が前記受信信号を記録し、前記信号圧縮部が前記記録した受信信号の情報量を圧縮し、前記信号出力部へ前記圧縮した受信信号を出力し、前記信号再生部が前記圧縮した受信信号の情報量を復元し、前記受信処理部へ前記復元した受信信号を入力することを特徴とする無線通信による信号処理装置。
6. 請求項５に記載の無線通信による信号処理装置において、
   前記設定入力部は、前記信号判定部へ、前記無線信号条件に適合する前記無線信号を判定するための処理手順を記述した判定処理命令、または圧縮及び再生処理の実行命令を入力し、
   前記信号判定部は、前記判定処理命令に従って前記無線信号条件に適合する前記無線信号の判定、または圧縮及び再生処理を行うことを特徴とする無線通信による信号処理装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の無線通信による信号処理装置において、
   前記信号検出部及び前記受信処理部及び前記データ判定部と前記信号判定部を接続するフイードバック伝達経路及び制御伝達経路を有し、
   前記信号判定部は、制御伝達経路を用いて前記信号検出部及び前記受信処理部及び前記データ判定部を駆動し、フィードバック伝達経路を用いて前記信号検出部及び前記受信処理部及び前記データ判定部の駆動結果を受け取ることで、前記無線信号条件に適合する前記無線信号を判定する処理、または前記無線信号の圧縮または再生処理を行うことを特徴とする無線通信による信号処理装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の無線通信による信号処理装置において、
   前記受信信号の通信時刻、通信元及び通信先、通信結果の情報とともに、前記圧縮信号または再生された再生信号を表示するモニタを備えていることを特徴とする無線通信による信号処理装置。
9. 請求項８に記載の無線通信による信号処理装置において、
   前記モニタに表示された再生信号は、周波数領域の形態で表示されていることを特徴とする無線通信による信号処理装置。
10. 無線受信信号を周波数変換した信号について、周波数スペクトル上の振幅値が大きい信号部と振幅値が小さい無信号部とに区分し、前記無信号部についてその特徴量に基づく代表値を計算し、前記信号部と前記代表値をもって圧縮信号として出力するとともに、
    前記信号部を周波数逆変換した信号と、前記無信号部の代表値から求めた時間軸上の振幅の信号を加算して受信信号を再現することを特徴とする無線通信による信号処理方法。
11. 請求項１０に記載の無線通信による信号処理方法において、
    前記無信号部の特徴量の差異によって複数の無信号部を区別し、前記複数の無信号部のそれぞれ異なる特徴量に基づく複数の代表値を計算し、前記信号部と複数の前記代表値をもって圧縮信号として出力することを特徴とする無線通信による信号処理方法。

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