JP6314573B2 - 信号分離装置、信号分離方法、信号分離プログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置に関し、特に混信した通信信号の信号分離技術に関する。

近年の無線通信システムにおいては、使用できる電波帯は限られており、その限られた電波資源を有効活用するため、周波数利用効率の向上が求められている。その周波数利用効率の向上として、同一周波数に複数の信号を混在させて送信する技術がある。この技術においては、複数の信号が混在する混信信号の中から所望の信号を分離する必要がある。

このような技術が特許文献１に記載されている。特許文献１の信号分離装置及び信号分離方法は、自らの送信信号のレプリカをもたない受信機に対して、混信信号の各成分の到来方向に依存することなく高精度に信号を分離することができるとしている。この方法では、混信信号に含まれる最も強度の高い信号を第１の信号とし、これを復調・復号して得られた情報系列を符号化・変調することでレプリカを生成し、これを混信信号から差し引くことにより信号を分離している。

特開２０１３−１９７７７５号公報

しかしながら、上述した特許文献１で提案されている方法においては、第１の信号強度と第２の信号強度が同等の場合には混信信号を分離できないという問題があった。つまり、混信信号を分離するには受信する混信信号の各信号成分の信号強度差が必要であった。

本発明の目的は、上述した課題である、受信する混信信号の各信号成分の信号強度差に依存せずに信号分離を行う無線通信装置を提供することにある。

本発明の信号分離装置は、複数の送信局からの信号を含む複数の混信信号の一の混信信号および他の混信信号のうち、他の混信信号を遅延して出力する遅延器と、一の混信信号と遅延器の出力とを乗算して出力する乗算器と、乗算器の出力を積分して出力する積分器と、積分器の出力のピークを検出し、ピークが生じる場合の遅延時間を出力するピーク検出部とを含み、ピーク検出部は、送信局からの一の信号と他の信号のそれぞれの取出しに用いる補正時間を出力することを特徴とする補正時間推定部を備える。

本発明の信号分離方法は、複数の送信局からの信号を含む複数の混信信号の一の混信信号および他の混信信号のうち、他の混信信号を遅延して出力し、一の混信信号と遅延器の出力とを乗算して出力し、乗算された出力を積分して出力し、積分された出力のピークを検出し、ピークが生じる場合の遅延時間を出力し、送信局からの一の信号と他の信号のそれぞれの取出しに用いる補正時間を出力する。

本発明の信号分離プログラムは、コンピュータに、複数の送信局からの信号を含む複数の混信信号の一の混信信号および他の混信信号のうち、他の混信信号を遅延して出力する手順と、一の混信信号と遅延器の出力とを乗算して出力する手順と、乗算された出力を積分して出力する手順と、積分された出力のピークを検出する手順と、ピークが生じる場合の遅延時間を出力する手順と、送信局からの一の信号と他の信号のそれぞれの取出しに用いる補正時間を出力する手順とを実行させる。

本発明の信号分離装置、信号分離方法、信号分離プログラムによれば、混信信号に含まれる各信号間の信号強度に依らず信号分離を行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る信号分離装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る混信信号の伝送経路を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係る補正時間推定部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るピーク検出部が受信する信号の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る信号分離装置の構成を示すブロック図である。 本発明のその他の実施形態に係る信号分離装置の構成を示すブロック図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施例について詳細に説明する。

なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号をつけ、その説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る混信信号の伝送経路を説明する図である。実線は電力が高い送信信号、破線は電力が低い送信信号を示す。

はじめに、第１の送信局と第２の送信局の２つの送信局からそれぞれ異なる情報系列の信号が発信される。ここで、第１の送信局から送信される第１の信号をＡおよびａ、第２の送信局から送信される第２の信号をＢおよびｂとする。第１の信号Ａと第１の信号ａの信号の内容は同じで、第２の信号Ｂと第２の信号ｂの信号の内容は同じである。

次に、２つの送信局からそれぞれ送信された信号を２つの衛星がそれぞれ受信する。ここで、送信局と衛星との距離が離れるほど送信信号は減衰していく。逆に、送信局と衛星との距離が近いほど衛星が受信する信号の電力は高い。このため、衛星が２つの送信局のどちらからも近い場合、図２に示す例のように、２つの送信局のどちらからも近い第１の衛星が、第１の送信局が送信し比較的減衰せず電力が高い送信信号Ａと第２の送信局が送信し比較的減衰せず電力が高い送信信号Ｂとの混信信号を受信する。同様に、衛星が２つの送信局のどちらからも遠い場合、図２に示す例のように、２つの送信局のどちらからも遠い第２の衛星が、第１の送信局が送信し減衰して電力が低くなった送信信号ａと第２の送信局が送信し減衰して電力が低くなった送信信号ｂとの混信信号を受信する。

最後に、２つの衛星はそれぞれ混信信号を受信局へ送信し、受信局が２つの混信信号を受信する。図２に示した例では第１の衛星から送信された第１の混信信号Ａ＋Ｂと、第２の衛星から送信された他の混信信号ａ＋ｂとを混信信号を受信局が受信している。

（構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る信号分離装置の構成を示すブロック図である。補正時間推定部１１は、複数の信号を含む複数の混信信号を用いて複数の混信信号から複数の信号の一の信号の取出しに用いる補正時間を算出し出力する。

遅延器１２は、補正時間を用いて複数の混信信号の一の混信信号（第１の混信信号）と他の混信信号（第２の混信信号）のうち、他の混信信号を遅延して出力する。加算器１４は、一の混信信号と遅延器１２の出力を加算して出力する。遅延器１３は、補正時間を用いて他の混信信号を遅延して出力する。加算器１７は、一の混信信号と遅延器１３の出力を加算して出力する。

復調器１５は、加算器１４の出力を復調して出力する。復号器１６は、復調器１５の出力を復号して第１の信号系列として出力する。復調器１８は、加算器１７の出力を復調して出力する。復号器１９は、復調器１８の出力を復号して第２の信号系列として出力する。

（作用）
はじめに、補正時間推定部１１は、一の混信信号と他の混信信号を相互相関し、２つの混信信号から第１の信号成分または第２の信号成分の取り出しに用いる補正時間を算出し出力する。これは、混信信号に含まれる第１の信号と第２の信号に伝送距離の違いによる遅延時間差があることを利用している。

次に、遅延器１２は、補正時間推定部１１で算出した補正時間を用いて他の混信信号を遅延して出力する。そして、加算器１４は、一の混信信号と遅延器１２により遅延された他の混信信号とを加算して出力する。これにより、第１の信号成分が強調される。

次に、復調器１５は加算器１４の出力を復調する。そして、復号器１６は復調器１５が復調した信号を誤り訂正復号する。これにより、第１の信号系列が出力される。

同様にして、遅延器１３、加算器１７が第２の信号成分を強調し、復調器１８、復号器１９が第２の信号成分を第２の信号系列として出力する。

（補正時間推定部）
次に、図１に示す補正時間推定部１１における作用について図３を参照して説明する。図３は本発明の第１の実施形態に係る補正時間推定部の構成を示すブロック図である。遅延器２１は、他の混信信号を遅延して出力する。乗算器２２は、一の混信信号と遅延器２１の出力とを乗算して出力する。積分器２３は、乗算器２２の出力を積分して出力する。ピーク検出部２４は、積分器２３の出力からピークを検出し、ピークが生じるときの遅延時間を、混信信号からの複数の信号の一の信号の取出しに用いる補正時間として出力する。

補正時間推定部１１は、一の混信信号と他の混信信号それぞれに含まれる複数の信号それぞれに伝送距離の違いによる遅延時間差があることに基づき、複数の信号のそれぞれを抽出するための補正時間をそれぞれ算出する。

より具体的には、まず、遅延器２１は他の混信信号を遅延して出力する。次に、乗算器２２は第１の混信信号と遅延器２１の遅延した他の混信信号とを乗算する。その後、積分器２３は乗算器２２の出力する信号を積分して出力する。最後に、ピーク検出部２４は積分器２３の出力する信号のピークを検出する。ここまでの処理を、補正時間推定部１１は遅延器２１の遅延時間を少しずつ変えながら所定回数繰り返す。

遅延器２１による遅延時間がある特定の値になる時、ピーク検出部２４で比較的高いピークが検出される。ピーク検出部２４は、比較的高いピークが検出されるいくつかの遅延時間のうち、最も短い補正時間を第１の信号成分の補正時間として出力する。また、ピーク検出部２４は、２番目に短い補正時間を第２の信号成分の補正時間として出力する。

図４は本発明の第１の実施形態に係るピーク検出部が受信する信号の一例を示す図である。上述したように、ピーク検出部２４は第１の混信信号と他の混信信号を乗算、積分した信号を受信する。図４の横軸は遅延器２１による遅延時間、縦軸は信号レベルである。図４に示した例では点線で示す２つの位置に比較的大きなピークが表れている。これら大きなピークのうち、遅延時間が短い側のピークが第１の信号成分であり、遅延時間が次に短いもう一方のピークが第２の信号成分である。

第１の信号成分のピークは、第１の混信信号に含まれる第１の信号成分と他の混信信号の第１の信号成分とが、ある遅延時間において強い相関を持つことにより強調されて生じる。また、異なる遅延時間では、第１の混信信号の第２の信号成分と他の混信信号と第２の信号成分が強調されて第２の信号成分のピークが生じる。予め定めるしきい値による判別でこれらのピークを検出し、ピークが生じた遅延時間を複数の信号成分それぞれの取り出しに用いる補正時間として出力する。

（効果）
本実施形態の信号分離装置、信号分離方法、信号分離プログラムによれば、混信信号に含まれる各信号間の信号強度に依らず信号分離を行うことができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る信号分離装置の構成を示すブロック図である。補正時間推定部１１は、複数の信号を含む複数の混信信号を用いて複数の混信信号から複数の信号の一の信号の取出しに用いる補正時間を算出し出力する。

遅延器１２は、補正時間を用いて複数の混信信号の一の混信信号（第１の混信信号）と他の混信信号（第２の混信信号）のうち、他の混信信号を遅延して出力する。加算器１４は、一の混信信号と遅延器１２の出力を加算して出力する。図示しない遅延器３３は、一の混信信号を遅延する。減算器３４は、一の混信信号から加算器１４の出力を差し引いて出力する。

復調器１５は、加算器１４の出力を復調して出力する。復号器１６は、復調器１５の出力を復号して第１の信号系列として出力する。符号器３１は、復号器１６の出力を復号して出力する。変調器３２は、符号器３１の出力を変調して出力する。復調器１８は、減算器３４の出力を復調して出力する。復号器１９は、復調器１８の出力を復号して第２の信号系列として出力する。

本実施形態では、抽出した第１の信号成分をフィードバックする。より具体的には、まず、上述した第１の実施形態と同様の手順で遅延器１２、加算器１４が第１の信号成分を出力し、復調器１５、復号器１６が第１の信号成分を第１の信号系列として出力する。そして、符号器３１は第１の信号系列を符号化し、変調器３２は符号器３１の出力を変調する。これにより、第１の信号成分を取り出す。次に、遅延器３３は信号処理に伴う遅延時間を補正するために一の混信信号を遅延し、減算器３４は一の混信信号から第１の信号成分を減算する。これにより、第２の信号成分を強調する。最後に、復調器１８はこの第２の信号成分を復調し、復号器１９は復調器１８の出力を復号する。これにより、復号器１９は第２の信号の情報系列を出力する。

（効果）
本実施形態の信号分離装置、信号分離方法、信号分離プログラムによれば、混信信号に含まれる各信号間の信号強度に依らず信号分離を行うことができる。

また、本実施形態によれば、信号処理に伴う遅延時間を補正することができる。

（その他の実施形態）
図６は、本発明のその他の実施形態に係る信号分離装置の構成を示すブロック図である。補正時間推定部１１は、複数の信号を含む複数の混信信号を用いて複数の混信信号から複数の信号の一の信号の取出しに用いる補正時間を算出し出力する。

遅延器１２は、補正時間を用いて複数の混信信号の一の混信信号（第１の混信信号）と他の混信信号（第２の混信信号）のうち、他の混信信号を遅延して出力する。加算器１４は、一の混信信号と遅延器１２の出力を加算して出力する。図示しない遅延器３３は、一の混信信号を遅延する。減算器３４は、一の混信信号から加算器１４の出力を差し引いて出力する。図示しない遅延器４４は、一の混信信号を遅延する。減算器３７は、一の混信信号から減算器３４の出力を差し引いて出力する。

復調器１５は、加算器１４の出力を復調して出力する。復号器１６は、復調器１５の出力を復号して第１の信号系列として出力する。符号器３１は、復号器１６の出力を復号して出力する。変調器３２は、符号器３１の出力を変調して出力する。復調器１８は、減算器３４の出力を復調して出力する。復号器１９は、復調器１８の出力を復号して第２の信号系列として出力する。符号器３５は、復号器１９の出力を復号して出力する。変調器３６は、符号器３５の出力を変調して出力する。

切替器４１は復号器１６の出力を符号器３１に入力する。

本実施形態では、抽出した第１の信号成分をフィードバックした後、さらに抽出した第２の信号成分をフィードバックする。より具体的には、まず、上述した第２の実施形態と同様の手順で減算器３４が第２の信号成分を出力し、復調器１８、復号器１９が第２の信号成分を第２の信号系列として出力する。そして、符号器３５は第２の信号系列を符号化し、変調器３６は符号器３５の出力を変調する。これにより、第２の信号成分を取り出す。次に、図示しない遅延器４４は信号処理に伴う遅延時間を補正するために一の混信信号を遅延し、減算器３７は、一の混信信号から第２の信号成分を減算する。これにより、第１の信号成分を強調する。最後に、復調器３８はこの第１の信号成分を復調し、復号器３９は復調器３８の出力を復号する。これにより、復号器３９は第１の信号の情報系列を出力する。

第２の信号の情報系列及び第１の情報系列を繰り返し作成することでより品質の高い情報系列を抽出することが可能となる。

切替器４１の出力である第１の信号の情報系列は、復号器１６及び復号器３９の２つの出力を監視することで、通信の質や信頼性の向上を図ることができる。例えば、受信する混信信号に変化が生じた場合でも、最適な出力を得ることができる。

（効果）
本実施形態の信号分離装置、信号分離方法、信号分離プログラムによれば、混信信号に含まれる各信号間の信号強度に依らず信号分離を行うことができる。

また、本実施形態によれば、より品質の高い情報系列を抽出することが可能となる。

本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

１１ 補正時間推定部
１２，１３ 遅延器
２１ 遅延器
３３，４４ 遅延器
１４，１７ 加算器
１５，１８，３８ 復調器
１６，１９，３９ 復号器
２２ 乗算器
２３ 積分器
２４ ピーク検出部
３１，３５ 符号器
３２，３６ 変調器
３４，３７ 減算器

Claims (9)

1. 複数の送信局からの信号を含む複数の混信信号の一の混信信号および他の混信信号のうち、
   前記他の混信信号を遅延して出力する遅延器と、
   前記一の混信信号と前記遅延器の出力とを乗算して出力する乗算器と、
   前記乗算器の出力を積分して出力する積分器と、
   前記積分器の出力のピークを検出し、前記ピークが生じる場合の遅延時間を出力するピーク検出部
   とを含み、前記ピーク検出部は、前記送信局からの一の信号と他の信号のそれぞれの取出しに用いる補正時間を出力する
   ことを特徴とする補正時間推定部を備える信号分離装置。
2. 前記補正時間を用いて前記他の混信信号を遅延して出力する第２の遅延器と、
   前記一の混信信号と前記第２の遅延器の出力を加算して出力する第１の加算器と、
   前記補正時間を用いて前記他の混信信号を遅延して出力する第３の遅延器と、
   前記一の混信信号と前記第３の遅延器の出力を加算して出力する第２の加算器
   とをさらに備える請求項１に記載した信号分離装置。
3. 前記補正時間を用いて前記他の混信信号を遅延して出力する第２の遅延器と、
   前記一の混信信号と前記第２の遅延器の出力を加算して出力する第１の加算器と、
   前記一の混信信号から前記第１の加算器の出力を差し引いて出力する減算器
   とをさらに備える請求項１に記載した信号分離装置。
4. 前記複数の混信信号の一の混信信号から前記減算器の出力を差し引いて出力する第２の減算器
   をさらに備える請求項３に記載した信号分離装置。
5. 前記補正時間推定部は、前記複数の信号に伝送距離による遅延時間差があることに基づいて前記補正時間を算出する請求項１から４のいずれか１項に記載した信号分離装置。
6. 信号処理に伴う遅延時間を補正する第４の遅延器をさらに備え、
   前記第４の遅延器は、前記一の混信信号を遅延させて前記減算器に入力させる請求項１から５のいずれか１項に記載した信号分離装置。
7. 前記複数の送信局からの信号の伝送距離の少なくとも一つはその他と異なる距離であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載した信号分離装置。
8. 複数の送信局からの信号を含む複数の混信信号の一の混信信号および他の混信信号のうち、
   前記他の混信信号を遅延して出力し、
   前記一の混信信号と前記遅延された出力とを乗算して出力し、
   前記乗算された出力を積分して出力し、
   前記積分された出力のピークを検出し、
   前記ピークが生じる場合の遅延時間を出力し、
   前記送信局からの一の信号と他の信号のそれぞれの取出しに用いる補正時間を出力する
   ことを特徴とする信号分離方法。
9. コンピュータに、
   複数の送信局からの信号を含む複数の混信信号の一の混信信号および他の混信信号のうち、
   前記他の混信信号を遅延して出力する手順と、
   前記一の混信信号と前記遅延された出力とを乗算して出力する手順と、
   前記乗算された出力を積分して出力する手順と、
   前記積分された出力のピークを検出する手順と、
   前記ピークが生じる場合の遅延時間を出力する手順と、
   前記送信局からの一の信号と他の信号のそれぞれの取出しに用いる補正時間を出力する手順
   とを実行させることを特徴とする信号分離プログラム。

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