JP6965772B2 - Signal receiver, parameter estimation method and program - Google Patents
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Description
本発明は、信号受信装置、パラメータ推定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a signal receiver, a parameter estimation method and a program.
通信や測定の技術分野において、信号から所望の情報を取り出すことは不可欠な技術である。そのため、所望の信号と無関係に変動する信号から所望の信号を取り出す種々の方法が存在する。 In the technical field of communication and measurement, extracting desired information from a signal is an indispensable technique. Therefore, there are various methods for extracting a desired signal from a signal that fluctuates independently of the desired signal.
例えば、ノイズ除去技術は、ガウスノイズ等の強度分布・相関分布が知られたノイズを抑制する。ここで、ノイズ除去技術は、フィルタ技術を含む。所望の特定信号に対するノイズの強度を最小化するフィルタは、整合フィルタと呼ばれる。フィルタはアナログフィルタとデジタルフィルタに分類される。アナログフィルタはアナログ回路として実現され、信号の周波数領域において作用する。デジタルフィルタは信号の離散的なサンプルに対して行う演算、すなわちアルゴリズムとして実現される。 For example, noise removal technology suppresses noise such as Gaussian noise whose intensity distribution and correlation distribution are known. Here, the noise removal technique includes a filter technique. A filter that minimizes the intensity of noise for a desired specific signal is called a matched filter. Filters are classified into analog filters and digital filters. The analog filter is realized as an analog circuit and operates in the frequency domain of the signal. A digital filter is realized as an operation, that is, an algorithm, performed on a discrete sample of a signal.
また、ノイズキャンセリング技術においては、送信信号と受信信号からノイズ成分を判別し、ノイズ成分を打ち消すような信号波形を送信波形に予め加算することで、受信信号を本来の送信信号に近づける。 Further, in the noise canceling technique, a noise component is discriminated from a transmission signal and a reception signal, and a signal waveform that cancels the noise component is added in advance to the transmission waveform to bring the reception signal closer to the original transmission signal.
その他、解析のために事後的にノイズを除去する場合には、統計的な手法が用いられることもある。 In addition, statistical methods may be used to remove noise after the fact for analysis.
また、通信においては等化技術が知られる。等化技術は、通信路における反射やドップラーシフトによる信号歪みを補正するものである。特に反射への対処については、通信路の遅延特性を記述する通信路パラメータを推定する計算が行われる。単純な等化においては、通信路パラメータの推定のために特定の既知信号波形を信号中に挿入し、当該信号波形の歪みを最も良く再現するパラメータを計算することが行われる。 In addition, equalization technology is known in communication. The equalization technology corrects signal distortion due to reflection and Doppler shift in the communication path. Especially for dealing with reflections, calculations are performed to estimate the channel parameters that describe the channel delay characteristics. In simple equalization, a particular known signal waveform is inserted into the signal to estimate the channel parameters, and the parameters that best reproduce the distortion of the signal waveform are calculated.
あるいは、当該信号波形の歪みを打ち消すような逆システムを計算することもある。 Alternatively, an inverse system may be calculated that cancels out the distortion of the signal waveform.
単純な等化技術とは異なる、判定帰還型等化と称される技術も存在する。判定帰還型等化技術では、通信路パラメータの推定結果を使ってデータシンボルを硬判定した後に、そのシンボル区間における信号波形を用いて通信路パラメータを更新し、当該通信路パラメータを後続のデータシンボルの推定、過去のシンボルの判定精度向上に利用する。 There is also a technique called judgment feedback type equalization, which is different from the simple equalization technique. In the determination feedback type equalization technology, after the data symbol is hard-determined using the estimation result of the channel parameter, the channel parameter is updated using the signal waveform in the symbol section, and the channel parameter is used as the subsequent data symbol. It is used to estimate and improve the judgment accuracy of past symbols.
また、ブラインド等化と呼ばれる方法では、既知信号波形の存在を前提とせず、受信信号の全体が等化の対象となる。ブラインド等化では、例えば、歪んだ信号波形中の各シンボルはランダムに重ね合わせられたことによってガウス分布に近づいていると考えられることから、信号分布の形をガウス分布から遠ざけるように通信路パラメータを最適化するといった計算により、通信路パラメータを推定する。 Further, in the method called blind equalization, the existence of a known signal waveform is not premised, and the entire received signal is subject to equalization. In blind equalization, for example, since each symbol in the distorted signal waveform is considered to be approaching the Gaussian distribution by being randomly superimposed, the channel parameter so as to move the shape of the signal distribution away from the Gaussian distribution. The channel parameters are estimated by calculations such as optimizing.
また、音声信号処理においては信号源分離技術が知られる。当該技術は、複数の信号源から発せられた信号を、それらが重ね合わさった状態で受信した後に、各々の信号源から到来した信号に分離するものである。特に、ブラインド信号源分離技術は、信号源の信号が未知である場合に、複数の異なる受信装置で受信した信号から、例えば、受信装置間の信号の相関を最小化し、独立かつ信号分布の形がガウス分布から離れるような複数の信号に分離するといった計算により、各信号とその成分を推定する。 Further, a signal source separation technique is known in audio signal processing. In this technique, signals emitted from a plurality of signal sources are received in a superposed state, and then separated into signals arriving from each signal source. In particular, blind separation technology minimizes the correlation of signals between receivers, for example, from signals received by multiple different receivers when the signal of the signal source is unknown, and is independent and in the form of a signal distribution. Each signal and its components are estimated by calculation such as separating into multiple signals that deviate from the Gaussian distribution.
特許文献1には、マルチパスの遅延を離散的にMMSE(Minimum Mean Square Error)推定する技術が開示されている。特許文献2には、位相を二次までの曲線として回帰する技術が開示されている。また、当該文献では、信号の非線形性はノイズと同等に扱われている。特許文献3には、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)でのサブキャリア間干渉を隣接キャリア間の合成として近似的に線形モデル化する技術が開示されている。
なお、上記先行技術文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明者らによってなされたものである。 In addition, each disclosure of the above prior art documents shall be incorporated into this document by citation. The following analysis was made by the present inventors.
上述のように、信号から所望の情報を取り出すための技術が種々存在する。 As described above, there are various techniques for extracting desired information from a signal.
ノイズ除去技術を利用すれば、ノイズがランダムに加算された信号からノイズを除去し、信号パラメータを精密に測定することができる。しかし、系統的に変化する信号を除去することはできない。なぜなら、系統的に変化する信号の中で、信号パラメータを推定するために必要な信号成分と、不要な信号成分とを区別することは困難だからである。 If noise removal technology is used, noise can be removed from a signal in which noise is randomly added, and signal parameters can be measured precisely. However, it is not possible to eliminate systematically changing signals. This is because it is difficult to distinguish between the signal components necessary for estimating the signal parameters and the unnecessary signal components in the systemically changing signals.
ノイズキャンセリング技術を系統的に変化する信号の除去に利用することも考えられる。しかし、系統的に変化する信号自体が、信号パラメータにも依存しているため、信号パラメータに依存する部分とそうでない部分とを単純に分離することはできず、ノイズキャンセリング技術の使用でも上記問題の解決は困難である。 It is also conceivable to use noise canceling technology to remove systematically changing signals. However, since the systematically changing signal itself also depends on the signal parameters, it is not possible to simply separate the part that depends on the signal parameters from the part that does not, and even when using noise canceling technology, the above The problem is difficult to solve.
信号源分離技術を利用すれば、任意の信号源を分離することができる。しかし、当該技術では、通常、複数の受信装置を使用すること、及び、パラメータ自体を推定するものではなく推定精度を要求されるものではないため、高精度な推定は期待できない。また、不要信号の影響が無い信号箇所を特定し、当該箇所から信号パラメータを測定することも考えられるが、このような方法では本来の信号が有する、信号パラメータに関する情報の大半が欠落し、高精度な推定はできない。 Any signal source can be separated by using the signal source separation technology. However, in this technique, since a plurality of receiving devices are usually used and the parameters themselves are not estimated and estimation accuracy is not required, high-precision estimation cannot be expected. It is also conceivable to identify a signal location that is not affected by unnecessary signals and measure the signal parameters from that location, but such a method lacks most of the information about the signal parameters of the original signal and is high. Accurate estimation is not possible.
等化技術を利用すれば、通信路において系統的に歪んだ信号から、データシンボル及び通信路パラメータという一種の信号パラメータを推定することができる。しかし、等化技術は同一の送信信号が異なる時間遅延を以て重畳したモデルを扱うものである。また、等化技術は、データシンボル及び通信路パラメータの推定に特化し、データシンボルの復調を主たる目的とする。換言すれば、等化技術において、パラメータ自体の推定精度は問題とならず、高精度な推定は期待できない。 By using the equalization technology, it is possible to estimate a kind of signal parameter called a data symbol and a communication path parameter from a signal systematically distorted in the communication path. However, the equalization technique deals with a model in which the same transmitted signal is superimposed with different time delays. In addition, the equalization technology specializes in estimating data symbols and channel parameters, and its main purpose is to demodulate the data symbols. In other words, in the equalization technology, the estimation accuracy of the parameter itself does not matter, and high-precision estimation cannot be expected.
さらに、パラメータの推定問題では、通常、目的関数(例えば、平均二乗誤差)を最小化又は最大化する計算が行われる。その際、解の探索のために繰り返し計算が必要になれば、以下のような問題が生じ得る。 In addition, parameter estimation problems typically involve calculations that minimize or maximize the objective function (eg, root mean square error). At that time, if iterative calculation is required to search for a solution, the following problems may occur.
第1に、確実な解の収束のために調整が必要になる場合がある。第2に、計算時間が長くなる場合がある。第3に、上記計算によるアルゴリズムをFPGA(Field Programmable Gate Array)のようなハードウェアとして実装することが困難になる場合がある。第4に、厳密解が得られない場合がある。 First, adjustments may be required for reliable convergence of solutions. Second, the calculation time may be long. Thirdly, it may be difficult to implement the algorithm based on the above calculation as hardware such as FPGA (Field Programmable Gate Array). Fourth, there are cases where an exact solution cannot be obtained.
なお、推定すべき信号パラメータのモデルが線形であれば、確定的な行列演算を行うことができるため、上記問題を解決できる。しかし、時刻方向の変化は非線形変化であるため、時刻方向の変動に起因する信号パラメータの測定において、上記問題はさらに深刻なものとなる。 If the model of the signal parameter to be estimated is linear, a deterministic matrix operation can be performed, so that the above problem can be solved. However, since the change in the time direction is a non-linear change, the above problem becomes more serious in the measurement of the signal parameter caused by the change in the time direction.
本発明は、系統的な非線形変動を受ける信号から信号パラメータを高精度、且つ、高速に推定することに寄与する信号受信装置、パラメータ推定方法及びプログラムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a signal receiving device, a parameter estimation method, and a program that contribute to estimating signal parameters with high accuracy and high speed from a signal that receives systematic non-linear fluctuation.
本発明乃至開示の第1の視点によれば、測定対象となる信号パラメータを含む信号を受信する、受信部と、前記信号パラメータを特定の値に固定したと仮定した場合の理想的な受信信号を基準信号として生成する、生成部と、前記信号パラメータを前記基準信号の係数として、前記受信部が受信した受信信号は前記基準信号の重ね合わせとしてモデル化し、前記モデル化された受信信号と前記受信部が受信した受信信号に関する最小平均二乗誤差の解を、前記信号パラメータとして推定する、推定部と、を備え、前記推定部は、前記最小平均二乗誤差の計算を信号の位相領域において複数のデータシンボル区間に亘り実行する、信号受信装置が提供される。 According to the first viewpoint of the present invention or the disclosure, an ideal reception signal when it is assumed that a receiving unit that receives a signal including a signal parameter to be measured and the signal parameter are fixed to a specific value. The generated unit and the signal parameter are used as the reference signal coefficient, and the received signal received by the receiving unit is modeled as a superposition of the reference signal. The receiving unit includes an estimating unit that estimates the solution of the minimum average squared error regarding the received signal received as the signal parameter, and the estimating unit calculates the minimum average squared error in a plurality of phase regions of the signal. A signal receiver is provided that runs over the data symbol interval.
本発明乃至開示の第2の視点によれば、測定対象となる信号パラメータを含む信号を受信する受信部を備える信号受信装置において、前記信号パラメータを特定の値に固定したと仮定した場合の理想的な受信信号を基準信号として生成するステップと、前記信号パラメータを前記基準信号の係数として、前記受信部が受信した受信信号は前記基準信号の重ね合わせとしてモデル化し、前記モデル化された受信信号と前記受信部が受信した受信信号に関する最小平均二乗誤差の解を、前記信号パラメータとして推定するステップと、を含み、前記信号パラメータを推定するステップは、前記最小平均二乗誤差の計算を信号の位相領域において複数のデータシンボル区間に亘り実行する、パラメータの推定方法が提供される。 According to the second viewpoint of the present invention or the disclosure, in a signal receiving device including a receiving unit that receives a signal including a signal parameter to be measured, it is ideal when it is assumed that the signal parameter is fixed to a specific value. The step of generating a typical received signal as a reference signal, the signal parameter as a coefficient of the reference signal, the received signal received by the receiving unit is modeled as a superposition of the reference signal, and the modeled received signal And the step of estimating the solution of the minimum average squared error regarding the received signal received by the receiving unit as the signal parameter, and the step of estimating the signal parameter includes the calculation of the minimum average squared error of the signal phase. A method of estimating parameters is provided that is performed over multiple data symbol intervals in the region.
本発明乃至開示の第3の視点によれば、測定対象となる信号パラメータを含む信号を受信する受信部を備える信号受信装置に搭載されたコンピュータに、前記信号パラメータを特定の値に固定したと仮定した場合の理想的な受信信号を基準信号として生成する処理と、前記信号パラメータを前記基準信号の係数として、前記受信部が受信した受信信号は前記基準信号の重ね合わせとしてモデル化し、前記モデル化された受信信号と前記受信部が受信した受信信号に関する最小平均二乗誤差の解を、前記信号パラメータとして推定する処理と、を実行させ、前記信号パラメータを推定する処理は、前記最小平均二乗誤差の計算を信号の位相領域において複数のデータシンボル区間に亘り実行する、プログラムが提供される。
なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記録することができる。記憶媒体は、半導体メモリ、ハードディスク、磁気記録媒体、光記録媒体等の非トランジェント(non-transient)なものとすることができる。本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。
According to the third viewpoint of the present invention or the disclosure, the signal parameter is fixed to a specific value in a computer mounted on a signal receiving device including a receiving unit that receives a signal including a signal parameter to be measured. The process of generating an ideal received signal in the assumed case as a reference signal, the signal parameter as a coefficient of the reference signal, and the received signal received by the receiving unit are modeled as a superposition of the reference signal, and the model The process of estimating the signal parameter by executing the process of estimating the solution of the minimized average squared error regarding the converted received signal and the received signal received by the receiving unit as the signal parameter is the process of estimating the signal parameter. A program is provided that performs the calculation of the above over multiple data symbol intervals in the phase region of the signal.
Note that this program can be recorded on a computer-readable storage medium. The storage medium may be a non-transient such as a semiconductor memory, a hard disk, a magnetic recording medium, or an optical recording medium. The present invention can also be embodied as a computer program product.
本発明乃至開示の各視点によれば、系統的な非線形変動を受ける信号から信号パラメータを高精度、且つ、高速に推定することに寄与する信号受信装置、パラメータ推定方法及びプログラムが、提供される。 According to the viewpoints of the present invention and the disclosure, a signal receiving device, a parameter estimation method, and a program that contribute to estimating signal parameters with high accuracy and high speed from a signal that receives systematic nonlinear fluctuations are provided. ..
初めに、一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。また、各図におけるブロック間の接続線は、双方向及び単方向の双方を含む。一方向矢印については、主たる信号(データ)の流れを模式的に示すものであり、双方向性を排除するものではない。さらに、本願開示に示す回路図、ブロック図、内部構成図、接続図などにおいて、明示は省略するが、入力ポート及び出力ポートが各接続線の入力端及び出力端のそれぞれに存在する。入出力インターフェイスも同様である。 First, an outline of one embodiment will be described. It should be noted that the drawing reference reference numerals added to this outline are added to each element for convenience as an example for assisting understanding, and the description of this outline is not intended to limit anything. Further, the connecting line between the blocks in each figure includes both bidirectional and unidirectional. The one-way arrow schematically shows the flow of the main signal (data), and does not exclude interactivity. Further, in the circuit diagram, block diagram, internal configuration diagram, connection diagram, and the like shown in the disclosure of the present application, although not explicitly stated, an input port and an output port exist at the input end and the output end of each connection line, respectively. The same applies to the input / output interface.
一実施形態に係る信号受信装置100は、受信部101と、生成部102と、推定部103と、を備える(図1参照)。受信部101は、測定対象となる信号パラメータを含む信号を受信する。生成部102は、信号パラメータを特定の値に固定したと仮定した場合の理想的な受信信号を基準信号として生成する。推定部103は、信号パラメータを基準信号の係数として、受信部101が受信した受信信号は基準信号の重ね合わせとしてモデル化し、モデル化された受信信号と受信部101が受信した受信信号に関する最小平均二乗誤差の解を、信号パラメータとして推定する。さらに、推定部103は、最小平均二乗誤差の計算を信号の位相領域において複数のデータシンボル区間に亘り実行する。
The
一実施形態に係る信号受信装置100は、信号パラメータを固定した仮想信号として基準信号を生成する。さらに、信号受信装置100は、受信部101にて実際に受信する受信信号は、信号パラメータを係数とする基準信号の線形重ね合わせモデルとしてモデル化し、実際の受信信号とモデル化した受信信号のMMSE推定により信号パラメータを推定(測定)する。即ち、詳細については後述するが、受信信号は、後述する式(1)のようにモデル化され、当該モデル化された受信信号と受信信号の最小平均二乗誤差の解は、式(4)のように得られる。式(4)の解は連立方程式を解くことで得られるので、系統的な非線形変動を受ける信号(受信信号)から信号パラメータを高精度、且つ、高速に推定することができる。
The
上記信号受信装置100は、信号が変調等の非線形変動の下にあっても、位相領域において線形な信号パラメータを最小平均二乗誤差(MMSE;Minimum Mean Square Error)基準において高精度かつ高速に推定できる。また、信号パラメータの種類は複数であってもよく、例えば、信号パラメータはデータシンボルによって異なる値であってもよい。測定対象となる信号パラメータの一例として、初期位相、周波数、周波数の時間増加率等が考えられるが、その他、いかなる時間的な関数の成分であってもよい。
The
また、詳細については後述するが、上記受信信号をモデル化することで、信号パラメータだけでなく、信号の基準時刻揺らぎによる時間変動パラメータについても、同様の方法で高精度(精密)に推定することができる。より具体的には、通常、通信装置は、その内部に発振子とカウンタの組み合わせのような形で時刻基準を有している。当該時刻基準の揺らぎは、信号の非線形変動として現出する。見かけ上の信号パラメータの変動の原因が、上記時刻揺らぎによって生じている場合もある。しかし、信号パラメータの変動が時刻揺らぎによって生じている場合、信号パラメータの変動自体が非線形となる。その結果、信号パラメータを高速に推定することは困難になる。一方、時刻揺らぎが小さい場合には、近似的に本願開示の方法で信号パラメータを高速に推定することができる。 Further, as will be described in detail later, by modeling the received signal, not only the signal parameters but also the time fluctuation parameters due to the fluctuation of the reference time of the signal can be estimated with high accuracy (precision) by the same method. Can be done. More specifically, a communication device usually has a time reference inside it in the form of a combination of an oscillator and a counter. The fluctuation of the time reference appears as a non-linear fluctuation of the signal. The cause of the apparent fluctuation of signal parameters may be caused by the above-mentioned time fluctuation. However, when the fluctuation of the signal parameter is caused by the time fluctuation, the fluctuation of the signal parameter itself becomes non-linear. As a result, it becomes difficult to estimate the signal parameters at high speed. On the other hand, when the time fluctuation is small, the signal parameters can be roughly estimated at high speed by the method disclosed in the present application.
また、上述のように、信号受信装置100は、系統的な非線形変動を受ける信号から位相領域において線形な任意の信号パラメータを高精度、且つ、高速に推定できる。当該事実は、測定の対象となる信号の送信者に影響を与えることなく、送信された信号を傍受することで信号パラメータを測定することを実現できることを意味する。これにより、信号の送信者に対し、信号パラメータを測定するための専用の信号波形送信を要求する必要がなくなる。特に、信号パラメータが信号の時刻方向の揺らぎによってずれている場合であっても、信号パラメータを高精度かつ高速に測定することはさらに進んだ目的といえる。これは、信号パラメータが本来の値からずれている場合、そのずれは送信装置のクロック誤差等によって生じている可能性があるためである。
Further, as described above, the
以下に具体的な実施の形態について、図面を参照してさらに詳しく説明する。なお、各実施形態において同一構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。 Specific embodiments will be described in more detail below with reference to the drawings. In each embodiment, the same components are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
[第1の実施形態]
第1の実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。
[First Embodiment]
The first embodiment will be described in more detail with reference to the drawings.
第1の実施形態では、測定すべき信号パラメータと同じ数の基準信号(以下、基底関数とも表記する)が生成される。基準信号は、信号の系統的な非線形変動を含む信号であって、信号パラメータがある一つの値に定まったと仮定した場合の信号(信号波形、関数)である。 In the first embodiment, the same number of reference signals (hereinafter, also referred to as basis functions) as the signal parameters to be measured are generated. The reference signal is a signal including systematic non-linear fluctuation of the signal, and is a signal (signal waveform, function) on the assumption that the signal parameter is fixed to a certain value.
第1の実施形態では、受信信号は、信号パラメータが各々定まった多数の基準信号の重ね合わせとしてモデル化される。当該モデル化により、受信信号の非線形な変動は、全て基準信号の非線形性に転嫁され、信号パラメータ自体は線形性を維持することになる(図2、図3参照)。なお、図3では、3つのパラメータが測定すべき信号パラメータであり、この3つのパラメータそれぞれに対応した基準信号が図示されている。 In the first embodiment, the received signal is modeled as a superposition of a number of reference signals, each with a fixed signal parameter. By this modeling, all the non-linear fluctuations of the received signal are passed on to the non-linearity of the reference signal, and the signal parameters themselves maintain the linearity (see FIGS. 2 and 3). In addition, in FIG. 3, three parameters are signal parameters to be measured, and the reference signal corresponding to each of these three parameters is shown.
第1の実施形態では、測定すべき信号パラメータをある値に固定した場合の仮想的な受信信号を生成して基準信号(基底関数)とする。さらに、第1の実施形態では、信号パラメータを基底関数の係数として再定義する。その結果、信号の系統的な不要変動の除去と信号パラメータの推定が、行列演算により同時に実行できるようになる。 In the first embodiment, a virtual received signal when the signal parameter to be measured is fixed to a certain value is generated and used as a reference signal (basis set). Further, in the first embodiment, the signal parameter is redefined as a coefficient of the basis function. As a result, systematic unnecessary variation of the signal can be removed and signal parameters can be estimated at the same time by matrix calculation.
本願開示において、測定すべきi(iは正の整数、以下同じ)番目の信号パラメータをaiと表記し、ai=1と固定した場合の理想的な信号波形を時間の関数としてfi(t)と表記する。このfi(t)が基底関数(基準信号)である。fi(t)は、変調等の非線形変動の情報を既に持っている。 In the present disclosure, to be measured i (i is a positive integer, the same applies hereinafter) th signal parameters is denoted by a i, f an ideal signal waveform when fixed with a i = 1 as a function of time i Notated as (t). The f i (t) is a basis function (reference signal). f i (t) is already have information of the non-linear variation of the modulation or the like.
位相領域の受信信号θ(t)は、信号パラメータ、基底関数及びノイズ関数n(t)によって下記の式(1)のように表せる(モデル化される)。 The received signal θ (t) in the phase region can be expressed (modeled) by the following equation (1) by the signal parameters, the basis function and the noise function n (t).
[式1]
[Equation 1]
なお、信号パラメータaiは、式(1)において線形なものとして表現されている。しかし、実際には、受信信号として離散的にサンプリングされたものが得られるので、k(kは正の整数、以下同じ)番目のサンプル時刻をtkとすれば、式(1)は下記の式(2)となる。 The signal parameter ai is expressed as a linear one in the equation (1). However, in practice, since what is discretely sampled as a received signal is obtained, k (k is a positive integer, the same applies hereinafter) when the th sample time and t k, equation (1) is the following Equation (2) is obtained.
[式2]
[Equation 2]
また、下記の式(3)に示すように、各変数をベクトル及び行列として定義する。 Further, as shown in the following equation (3), each variable is defined as a vector and a matrix.
[式3]
[Equation 3]
式(3)において、Kはサンプル数、Pは測定すべき信号パラメータの個数である。 In equation (3), K is the number of samples and P is the number of signal parameters to be measured.
上記を前提とすると、実際に取得した受信信号と基底関数及びその係数である信号パーメータによりモデル化された受信信号に関する平均二乗誤差を最小化する解は、下記の式(4)のように行列とベクトルの積で表現できることが知られている。 Given the above, the solution that minimizes the mean square error for the received signal modeled by the actually acquired received signal, the basis function, and its coefficient signal permeter is a matrix as shown in Eq. (4) below. It is known that it can be expressed by the product of and vectors.
[式4]
[Equation 4]
なお、式(4)において、右肩の「T」は行列の転置を、「−1」は逆行列を表す。 In equation (4), "T" on the right shoulder represents the transpose of the matrix, and "-1" represents the inverse matrix.
第1の実施形態では、上記式(4)により、非線形モデルのような解探索のための調整や計算時間の不安定性が生じることなく、行列演算に限った演算により厳密解を得ることができる。また、上記演算を実行した時点で、変調などによって生じた非線形変動により失われた情報の回復とノイズの除去が合わせて行われる。 In the first embodiment, according to the above equation (4), an exact solution can be obtained by an operation limited to a matrix operation without causing adjustment for solution search and instability of calculation time as in a nonlinear model. .. Further, when the above calculation is executed, the information lost due to the non-linear fluctuation caused by the modulation or the like is recovered and the noise is removed at the same time.
第1の実施形態に係る上記方法は、受信信号の全てのサンプルの情報を使って信号パラメータを推定しており、高い測定精度を有する。 The above method according to the first embodiment estimates the signal parameters using the information of all the samples of the received signal, and has high measurement accuracy.
次に、信号パラメータのずれが時刻変動により生じている場合を考える。この場合、時刻tにおける時刻変動をτ(t)とし、位相領域での本来の信号をθ(t)とすれば、受信信号θ'(t)は、以下の式(5)により得られる Next, consider the case where the deviation of the signal parameters is caused by the time fluctuation. In this case, if the time variation at time t is τ (t) and the original signal in the phase region is θ (t), the received signal θ'(t) can be obtained by the following equation (5).
[式5]
[Equation 5]
従って、時刻変動τ(t)が常に十分小さければ、信号の不連続点(高階微分係数の不連続点)を除いて受信信号θ'(t)は以下の式(6)のとおり近似できる。 Therefore, if the time variation τ (t) is always sufficiently small, the received signal θ'(t) can be approximated as shown in the following equation (6) except for the signal discontinuity point (discontinuity point of higher order differential coefficient).
[式6]
[Equation 6]
ここで、時刻揺らぎ(時刻変動τ(t))を、パラメータbiと基底関数ui(t)を用いて、下記の式(7)のように表す。 Here, the time fluctuation (time variation tau (t)), using the parameters b i and the basis function u i (t), expressed by the equation (7) below.
[式7]
[Equation 7]
すると、下記の式(8)が得られる。 Then, the following equation (8) is obtained.
[式8]
[Equation 8]
上記式(8)は、式(1)において、
と置き替えた結果に等しい。
The above equation (8) is expressed in the equation (1).
Is equal to the result of replacing with.
従って、式(4)と同様の方法でMMSEによりパラメータbiを推定することができる(図4参照)。なお、図4(b)は、各時刻における時刻変動量を示し、図4(a)は、各時刻における受信信号波形を示す。 Therefore, it is possible to estimate the parameters b i by MMSE in the same manner as equation (4) (see FIG. 4). Note that FIG. 4B shows the amount of time fluctuation at each time, and FIG. 4A shows the received signal waveform at each time.
受信信号s(t)自体は、振幅領域の信号r(t)と位相領域の信号θ(t)によって、下記の式(9)のとおり表現できる。 The received signal s (t) itself can be expressed by the signal r (t) in the amplitude region and the signal θ (t) in the phase region as shown in the following equation (9).
[式9]
[Equation 9]
なお、式(9)において、jは虚数単位である。さらに、下記の式(10)にて表現できる関数を計算することで、下記の式(11)が導出できる。 In equation (9), j is an imaginary unit. Further, the following equation (11) can be derived by calculating the function that can be expressed by the following equation (10).
[式10]
[Equation 10]
[式11]
[Equation 11]
式(11)の実部が位相を、虚部が振幅を表す。即ち、受信信号の対数を計算すれば、位相だけでなく、位相と振幅の両方を統一的に扱え、下記の式(12)によって平均二乗誤差を最小化できる。 The real part of the equation (11) represents the phase, and the imaginary part represents the amplitude. That is, if the logarithm of the received signal is calculated, not only the phase but also both the phase and the amplitude can be handled in a unified manner, and the mean square error can be minimized by the following equation (12).
[式12]
[Equation 12]
なお、式(12)において、
であり、右肩の「*」は複素共役を表す。その他の記号の定義は式(4)と同一である。
In equation (12),
And the "*" on the right shoulder represents the complex conjugate. The definitions of other symbols are the same as in Eq. (4).
なお、上記手法では、位相領域での線形性を手段の一つとするため、式(12)により計算を実行した場合、代わりに振幅領域での線形性が失われる。従って、振幅領域の信号パラメータは、上記計算とは別に事前に測定しておき、位相領域の信号パラメータだけを式(4)によって計算しても良い。 In the above method, since the linearity in the phase region is used as one of the means, when the calculation is executed by the equation (12), the linearity in the amplitude region is lost instead. Therefore, the signal parameter in the amplitude region may be measured in advance separately from the above calculation, and only the signal parameter in the phase region may be calculated by the equation (4).
また、式(4)や式(12)は各時刻のサンプルを全て対等に扱って信号パラメータ推定計算を行うものだが、時刻によって信頼性の高いサンプルと低いサンプルが生じる場合がある。そのような場合、各時刻のサンプルの重みc(t)を定義し、重み付きMMSEによる推定計算を行うことで、信号パラメータの測定精度をさらに向上させることができる。 Further, in Eqs. (4) and (12), all the samples at each time are treated equally and the signal parameter estimation calculation is performed, but there are cases where a highly reliable sample and a low sample are generated depending on the time. In such a case, the measurement accuracy of the signal parameter can be further improved by defining the weight c (t) of the sample at each time and performing the estimation calculation by the weighted MMSE.
具体的には、|c(t1)|2、|c(t2)|2、・・・、|c(tK)|2 の各々を対角成分に持つK×Kの行列を
とすると、式(12)は下記の式(13)の重み付きMMSEに拡張することができる。
Specifically, a K × K matrix having each of | c (t 1 ) | 2 , | c (t 2 ) | 2 , ..., | c (t K ) | 2 as diagonal components
Then, the equation (12) can be extended to the weighted MMSE of the following equation (13).
[式13]
[Equation 13]
また、位相領域の信号パラメータに限って重み付きMMSEを行うには、式(13)の「*」を考慮せず、
を
に置き換えれば良い。
Further, in order to perform the weighted MMSE only for the signal parameters in the phase region, the “*” in the equation (13) is not taken into consideration.
of
You can replace it with.
本願開示により、所望の信号パラメータの測定だけでなく、例えば、本願開示の手法を用いなければ特定できない微小な信号を、より強度が大きい信号に埋め込むことができる。 According to the disclosure of the present application, not only the measurement of desired signal parameters but also, for example, a minute signal that cannot be specified without using the method disclosed in the present application can be embedded in a signal having a higher intensity.
[信号受信装置の構成]
続いて、第1の実施形態に係る信号受信装置1の構成について説明する。
[Configuration of signal receiver]
Subsequently, the configuration of the
図5は、第1の実施形態に係る信号受信装置1の内部構成の一例を示す図である。なお、第1の実施形態では、信号の系統的な変動は変調によって生じているものとし、変調のためのデータシンボル列は既知であるものとする。また、第1の実施形態では、測定対象となる信号は、データ及び信号パラメータに依存して変動するものとする。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the internal configuration of the
図5を参照すると、信号受信装置1は、信号受信部10と、検波部11と、位相変換部12と、基準信号生成部13と、パラメータ推定部14と、パラメータ出力部15と、を含んで構成される。
Referring to FIG. 5, the
信号受信部10は、測定対象となる信号パラメータを情報として含む信号を受信する手段である。具体的には、信号受信部10は、信号パラメータとその他の情報によって変動する信号を受信し、サンプリングを行う。信号受信部10は、サンプリングの結果をI/Qデータ(In-Phase data/Quadrature data)として、後続のデジタル信号処理部(デジタル信号処理回路)である検波部11に出力する。
The
検波部11は、信号受信部10より受け取ったI/Qデータにより変調信号を検波し、時刻同期を行う。この際、特に同期検波の場合は信号の大雑把な振幅及び初期位相情報を得る。検波部11は、時刻同期を行った後のI/Qデータ、大雑把な振幅及び初期位相情報を、位相変換部12に出力する。
The
位相変換部12は、検波部11より受け取った時刻同期済みI/Qデータを、位相データ、又は位相データと重みデータの組に変換する。位相は、Iデータ(In-Phase data)を複素平面の実数軸に、Qデータ(Quadrature data)を複素平面の虚数軸に割り当てた場合の、各信号点の偏角である。偏角は、通常0〜2πの値を取り、時間に対して不連続となる箇所が生じるが、位相変換部12は、2πの倍数を加算して時間に対して連続なデータに変換し、位相データを生成する。
The
位相変換部12は、位相データと重みデータの組をパラメータ推定部14に出力する。
The
基準信号生成部13は、信号パラメータを特定の値に固定したと仮定した場合の理想的な受信信号を基準信号として生成する手段である。より具体的には、基準信号生成部13は、変調のためのデータシンボル列から基準信号を生成する。基準信号は、推定すべき信号パラメータの種類と同じ種類だけ生成される。つまり、基準信号生成部13は、測定対象となる信号パラメータと同数の基準信号を生成する。より具体的には、基準信号生成部13は、各基準信号を、位相変換部12が出力した位相データのサンプル数と同数になるようサンプルし、その位相成分をパラメータ推定部14に出力する。
The reference
パラメータ推定部14は、信号パラメータを基準信号の係数とし、受信信号は基準信号の重ね合わせとしてモデル化し、モデル化された受信信号と信号受信部10が受信した受信信号に関する最小平均二乗誤差の解を、信号パラメータとして推定する手段である。その際、パラメータ推定部14は、最小平均二乗誤差の計算を信号の位相領域において複数のデータシンボル区間に亘り実行する。
The
パラメータ推定部14は、位相変換部12から受け取った受信信号の位相データ及び重みデータと、基準信号生成部13から受け取った複数の基準信号の位相データから、複数の信号パラメータを行列演算(式4、式12又は式13)によって推定計算する。パラメータ推定部14は、信号パラメータの推定結果をパラメータ出力部15に出力する。
The
なお、第1の実施形態では、パラメータ推定部14が、重み付きMMSEを計算する場合について説明するが、パラメータ推定部14は、重み付きではないMMSEを計算してもよい。つまり、パラメータ推定部14は、信号受信部10が受信した受信信号のサンプル点に対する最小平均二乗誤差又は重み付き最小平均二乗誤差に関する計算により、信号パラメータの推定を行う。
In the first embodiment, the case where the
パラメータ出力部15は、パラメータ推定部14から受け取った複数の信号パラメータを、信号パラメータ測定結果として保持又は外部へ出力する。
The
図6は、パラメータ推定部14の内部構成(処理構成)の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the internal configuration (processing configuration) of the
パラメータ推定部14は、サンプルデータ用バッファ21と、重みデータ用バッファ22と、基準信号用バッファ23と、F*TCwバッファ24と、F*TCFバッファ25と、連立方程式演算部26と、解出力部27と、を含んで構成される。
The
なお、基準信号用バッファ23は、生成された基準信号の種別ごとのバッファを備える。例えば、基準信号用バッファ23は、基準信号1用バッファ、基準信号2用バッファ、基準信号3用バッファを備える。
The
サンプルデータ用バッファ21、重みデータ用バッファ22及び基準信号用バッファ23のそれぞれは、図5に示す位相変換部12及び基準信号生成部13より受け取ったデータを格納する。
Each of the
F*TCwバッファ24は、サンプルデータ用バッファ21、重みデータ用バッファ22及び基準信号用バッファ23に格納された値から、上述の式(13)に示す、
の値を計算し、求めるべき信号パラメータの個数と同数の数値を格納する。
The F * T Cw buffer 24 is represented by the above equation (13) from the values stored in the
Calculate the value of and store the same number of values as the number of signal parameters to be obtained.
F*TCFバッファ25は、重みデータ用バッファ22及び基準信号用バッファ23に格納された値から、上述の式(13)に示す、
値を計算し、求めるべき信号パラメータの個数の二乗の数の数値を格納する。
The F * T CF buffer 25 is represented by the above equation (13) from the values stored in the
Calculate the value and store the number of squares of the number of signal parameters to be obtained.
連立方程式演算部26は、F*TCwバッファ24及びF*TCFバッファ25から、式(13)に示した複数信号パラメータaの値を計算し、連立方程式の解として出力する。この計算は、ガウスの消去法等により実行することができる。また、明示的に逆行列を計算しても良い。例えば、
が取り得る値のパターンが少なければ、予め逆行列を計算し、保持しておいても良い。
The simultaneous
If the pattern of values that can be taken by is small, the inverse matrix may be calculated and held in advance.
解出力部27は、推定された信号パラメータを出力し、図5のパラメータ出力部15に当該信号パラメータを引き渡す。
The
図7は、第1の実施形態に係る信号受信装置1のハードウェア構成の一例を示す図である。図7に示すように、信号受信装置1は、CPU(Central Processing Unit)31、メモリ32を含んで構成される。なお、図7に示す構成は、信号受信装置1のハードウェア構成を限定する趣旨ではない。信号受信装置1は、図示しないハードウェアを含んでもよい。あるいは、信号受信装置1に含まれるCPU等の数も図7の例示に限定する趣旨ではなく、例えば、複数のCPUが信号受信装置1に含まれていてもよい。
FIG. 7 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the
メモリ32は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、補助記憶装置(ハードディスク等)である。 The memory 32 is a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and an auxiliary storage device (hard disk or the like).
図5、図6に示す各処理モジュールは、例えば、メモリ32に格納されたプログラムをCPU31が実行することで実現される。また、そのプログラムは、ネットワークを介してダウンロードするか、あるいは、プログラムを記憶した記憶媒体を用いて、更新することができる。さらに、上記処理モジュールは、半導体チップにより実現されてもよい。即ち、上記処理モジュールが行う機能を何らかのハードウェア、及び/又は、ソフトウェアで実行する手段があればよい。とりわけ、パラメータ推定部14は、CPU31による実現に加え、FPGAやGPU(Graphics Processing Unit)等により実現されてもよい。
Each of the processing modules shown in FIGS. 5 and 6 is realized, for example, by the
[信号受信装置の動作]
第1の実施形態では、MSK(Minimum Shift Keying)変調を受けた信号の、中心周波数とシンボルレートを精密に測定する場合を例にとって説明する。
[Operation of signal receiver]
In the first embodiment, a case where the center frequency and the symbol rate of the signal subjected to MSK (Minimum Shift Keying) modulation are precisely measured will be described as an example.
MSKの場合、中心周波数をfc、データが0であるシンボル区間の周波数をfc+Δ、データが1であるシンボル区間の周波数をfc−Δとした場合、シンボルレートはR=4Δとなる。なお、第1の実施形態に係る信号受信装置1の構成は図5のとおりである。
For MSK, the center frequency f c, the frequency of the symbol interval data is 0 f c + Δ, if the frequency of the symbol interval is a
図8は、第1の実施形態に係る信号受信装置1の動作の一例を示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the
最初に、MSK信号が到来すると、信号受信部10がMSK信号を受信し、サンプリングを行う(ステップS101)。
First, when the MSK signal arrives, the
次に、検波部11がMSK信号の時刻同期を行い、位相変換部12に時刻同期後のI/Qデータを出力する(ステップS102)。
Next, the
次に、位相変換部12が、MSK信号のI/Qデータを位相データに変換し、並行して振幅データにも変換する(ステップS103)。位相変換部12は、振幅データを重みデータc(tn)として、位相データθ(tn)と共にパラメータ推定部14に出力する。
Next, the
基準信号生成部13は、既知のデータシンボル列から、中心周波数及びシンボルレートに対応する基準信号(基底関数)f0(t)、f1(t)及び初期位相に対応する基底関数f2(t)を生成する(ステップS104)。
From the known data symbol sequence, the reference
基底関数は、以下の式(14)のとおりである。 The basis function is as shown in the following equation (14).
[式14]
[Equation 14]
なお、式(14)において、α(t)、β(t)は位相連続性を保つために、データの履歴に依存する値である。例えば、データシンボル列が{0 1 0 1 0 0 1 1 0}である場合、基底関数f0(t)は中心周波数に関する基底関数(図9(a)参照)となり、f1(t)はシンボルレートに関する基底関数となる(図9(b)参照)。 In equation (14), α (t) and β (t) are values that depend on the history of data in order to maintain phase continuity. For example, when the data symbol string is {0 1 0 1 0 0 1 1 0}, the basis function f 0 (t) becomes the basis function related to the center frequency (see FIG. 9 (a)), and f 1 (t) becomes. It is a basis function related to the symbol rate (see FIG. 9B).
なお、基準信号生成部13において基底関数を定義する方法によって、任意の信号パラメータを推定することができる。例えば、f3(t)=t2なる基底関数を追加すれば、周波数の増加率も推定することができる。このように、第1の実施形態では、少なくとも3以上の基底関数を取り扱うことができ、且つ、そのうちの少なくとも1以上の基底関数は、データ値(データシンボル列)に応じて異なるものである。
Arbitrary signal parameters can be estimated by the method of defining the basis function in the reference
基準信号生成部13は、各々の基底関数を、時刻同期された受信信号に合わせてサンプリングし、f0(tn)、f1(tn)、f2(tn)として出力する。
The reference
パラメータ推定部14は、c(tn)、θ(tn)、f0(tn)、f1(tn)、f2(tn)から、式(3)及び式(13)により(w=θとして)信号パラメータa0、a1、a2をMMSE推定する(ステップS105)。
The
なお、信号パラメータa0は中心周波数の測定結果、4×a1はシンボルレートの測定結果である。信号パラメータa2は初期位相の測定結果であり、受信信号の回帰分析による値であるから、I/Qデータの一点目の位相を単純に測定する、あるいは単純に位相の平均を計算する場合に比べ、より高精度である。 The signal parameter a 0 is the measurement result of the center frequency, and 4 × a 1 is the measurement result of the symbol rate. Since the signal parameter a 2 is the measurement result of the initial phase and is a value obtained by the regression analysis of the received signal, when the phase of the first point of the I / Q data is simply measured or the average of the phases is simply calculated. Compared, it is more accurate.
パラメータ出力部15は、推定結果を出力する(ステップS106)。具体的には、パラメータ出力部15は、信号パラメータa0、a1(必要に応じてa2も)を出力する。パラメータ出力部15が出力する信号パラメータa0、a1からfc、Δを計算することにより中心周波数とシンボルレートの測定が完了する。
The
なお、パラメータ推定部14は、中心周波数fc及びシンボルレートRがそれぞれ異なるクロックずれにより、設計値からわずかにシフトしている場合にも、データ「0」に対する周波数微小シフト率とデータ「1」に対する周波数微小シフト率を推定できる。その場合、式(8)における基底関数を、例えば 下記の式(15)とする(図10参照)。
The
[式15]
[Equation 15]
なお、図10(a)は情報「0」に関する基底関数を示し、図10(b)は情報「1」に関する基底関数を示す。 Note that FIG. 10A shows a basis function related to the information “0”, and FIG. 10B shows a basis function related to the information “1”.
また、受信波形をθ'(t)、理想的な受信波形又は大雑把な推定結果による仮想的な受信波形(位相連続性を含む)をθ(t)、
と置く。このことにより、中心周波数fc及びシンボルレートRがそれぞれ異なるクロックずれにより、設計値からわずかにシフトしている場合にも、周波数微小シフト率が推定できる。具体的には、パラメータ推定部14は、信号パラメータb0、b1として、データ「0」に対する周波数微小シフト率とデータ「1」に対する周波数微小シフト率が推定できる。
Further, the received waveform is θ'(t), and the ideal received waveform or a virtual received waveform (including phase continuity) based on a rough estimation result is θ (t).
And put. Thus, the different clock shift the center frequency f c and the symbol rate R, if you are slightly shifted from the design value also frequency micro shift ratio can be estimated. Specifically, the
さらに、信号パラメータb0、b1から、(b0+b1)/2として中心周波数の微小シフト率が、2(b0−b1)としてシンボルレートの微小シフト率が得られる。 Further, from the signal parameters b 0 and b 1 , a minute shift rate of the center frequency can be obtained as (b 0 + b 1 ) / 2, and a minute shift rate of the symbol rate can be obtained as 2 (b 0 − b 1).
このように、信号受信装置1は、測定対象となる信号が信号の送信又は受信に係るクロックの揺らぎにより変動し得る環境下においても信号パラメータを推定できる。具体的には、信号受信装置1は、クロックの揺らぎが存在しない場合の測定対象となる信号パラメータの概算値が既知である、又は、測定対象となる信号パラメータの概算値が予め推定されている場合に、信号パラメータの推定ができる。
In this way, the
[効果]
第1の実施形態において、単純に各シンボル区間で周波数を測定しようとすると、フィルタや、特に群遅延の影響といった未知の情報により、シンボル区間内で周波数が系統的に変動し、高精度な測定は全く望めない(図11参照)。なお、図11(a)は位相の変動を示し、図11(b)は周波数の変動を示す。また、シンボル区間内において周波数の変動は系統的だが、その変動は過去のデータの履歴にも依存し、長時間で見ればランダムに変動する。従って、フィルタ等の影響を直接予測することも困難である。
[effect]
In the first embodiment, if the frequency is simply measured in each symbol section, the frequency systematically fluctuates in the symbol section due to unknown information such as the influence of the filter and particularly the group delay, and the measurement is highly accurate. Can not be expected at all (see FIG. 11). Note that FIG. 11A shows the phase fluctuation, and FIG. 11B shows the frequency fluctuation. In addition, although frequency fluctuations are systematic within the symbol section, the fluctuations also depend on the history of past data and fluctuate randomly over a long period of time. Therefore, it is difficult to directly predict the influence of filters and the like.
しかし、本願開示の手法を利用すれば、フィルタ等の影響に関する情報を完全には持っていなくても、多数のシンボル区間に渡って、信号の系統的な変動を取り込んだ回帰分析を実行できるから、位相領域の信号パラメータを高精度に測定することができる。つまり、本願開示の手法は、ブラインド信号処理で行うような未知信号の検出ではなく、既知か未知かに依らず、系統的な信号変動によって埋もれた所望の信号パラメータを高精度、且つ、高速に測定することができる。換言すれば、本願開示の前処理として、ブラインド信号処理技術を利用することにより、ブラインド信号処理技術を本願開示に組み合わせることができる。 However, by using the method disclosed in the present application, it is possible to perform regression analysis that incorporates systematic fluctuations of signals over a large number of symbol sections, even if the information regarding the effects of filters and the like is not completely possessed. , The signal parameters in the phase region can be measured with high accuracy. That is, the method disclosed in the present application does not detect unknown signals as performed by blind signal processing, but obtains desired signal parameters buried by systematic signal fluctuations with high accuracy and high speed regardless of whether they are known or unknown. Can be measured. In other words, by using the blind signal processing technology as the preprocessing of the disclosure of the present application, the blind signal processing technology can be combined with the disclosure of the present application.
また、信号パラメータは連立方程式の解に帰着することから、高速かつ確実な処理が可能である。例えば、信号パラメータとして周波数を測定する場合、信号の系統的な変動があったとしても、変動が無い領域での2点の位相の差分や、局所的な周波数の平均によって計算を実行するといった方法での推定計算が考えられる。しかし、このような推定計算を実行しなくとも、本願開示のように全てのサンプル点の情報を用いて回帰に利用することにより、推定精度を最大化できる(図12参照)。 Moreover, since the signal parameters result in the solution of simultaneous equations, high-speed and reliable processing is possible. For example, when measuring frequency as a signal parameter, even if there is a systematic fluctuation of the signal, the calculation is executed by the phase difference between two points in the region where there is no fluctuation or the average of the local frequencies. Estimated calculation in. However, even if such an estimation calculation is not executed, the estimation accuracy can be maximized by using the information of all the sample points for regression as disclosed in the present application (see FIG. 12).
本願開示の手法を適用することで、データによる変動に埋もれた信号パラメータの線形推定を行う信号受信装置、又は、信号解析装置を得ることができる。また、本願開示の手法により、信号が所望の情報とは無関係な情報によって歪んでいる場合に、所望の情報に限って高精度かつ高速に取り出すことができる。その結果、信号源に影響を与えず物理量を測定すること、任意の変調信号からその諸元を測定すること、微弱な信号のパラメータを測定すること、等が実現できる。 By applying the method disclosed in the present application, it is possible to obtain a signal receiving device or a signal analysis device that linearly estimates signal parameters buried in fluctuations due to data. Further, according to the method disclosed in the present application, when the signal is distorted by information unrelated to the desired information, only the desired information can be extracted with high accuracy and high speed. As a result, it is possible to measure a physical quantity without affecting the signal source, measure the specifications from an arbitrary modulated signal, measure a weak signal parameter, and the like.
[第2の実施形態]
続いて、第2の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
[Second Embodiment]
Subsequently, the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
[信号受信装置の構成]
図13は、第2の実施形態に係る信号受信装置1の内部構成の一例を示す図である。第1及び第2の実施形態では、基準信号が既知のデータ系列ではなく未知の受信データ系列に依存する点が相違する。図13を参照すると、第2の実施形態に係る信号受信装置1は、信号復調部16と、復号・情報復元部17と、メモリ18と、をさらに備える。なお、図13にてメモリ18を明示的に図示しているが、図5に示す信号受信装置1においても各種処理を実行するために必要なメモリは含まれている。
[Configuration of signal receiver]
FIG. 13 is a diagram showing an example of the internal configuration of the
信号受信部10は、図5を参照して説明した信号受信部10と同じ機能を備える。つまり、信号受信部10は、信号パラメータとその他の情報によって変動する信号を受信し、サンプリングを行う。
The
検波部11は、図5を参照して説明した検波部11と同じ機能を備える。つまり、検波部11は、時刻同期を行った後のI/Qデータ、大雑把な振幅及び初期位相情報を位相変換部12に出力する。また、検波部11は、図5を参照して説明した機能に加え、I/Qデータ等のデジタルデータを信号復調部16に出力する機能を有する。また、検波部11は、メモリ18からの信号パラメータ推定結果を受け取り、さらに詳細なフィードバック解析を行っても良い。
The
位相変換部12は、図5を参照して説明した位相変換部12と同じ機能を備える。つまり、位相変換部12は、位相データと重みデータの組をパラメータ推定部14に出力する。
The
基準信号生成部13は、復号・情報復元部17より、受信信号が変調を受けたデータ系列の復元結果を受け取り、データ系列に応じて各基準信号を生成する。即ち、基準信号生成部13は、復号・情報復元部17により復元されたデータを用いて、基準信号を生成する。基準信号生成部13は、第1の実施形態と同様に、基準信号の位相成分をパラメータ推定部14に出力する。
The reference
パラメータ推定部14は、図5を参照して説明したように、信号パラメータの推定結果をパラメータ出力部15に出力する。また、パラメータ推定部14は、受信信号のさらに詳細な解析のために、信号パラメータの推定結果をメモリ18に出力しても良い。上述のように、メモリ18を利用する場合、メモリ18は信号パラメータの推定結果を検波部11に出力することにより、信号パラメータの推定結果のフィードバックを行う。
The
パラメータ出力部15は、図5を参照して説明したように、信号パラメータ測定結果を保持又は外部へ出力する。
The
信号復調部16は、検波部11から受信信号のI/Qデータ等のデジタルデータを受け取り、変調方式に従って受信信号を復調し、復号・情報復元部17に出力する。この時、ノイズ除去技術や等化技術を利用することができる。
The signal demodulation unit 16 receives digital data such as I / Q data of the received signal from the
復号・情報復元部17は、信号復調部16から受信信号の復調結果を受け取り、誤り訂正処理などを行い変調の元となるデータ系列を特定し、基準信号生成部13に出力する。
The decoding / information restoration unit 17 receives the demodulation result of the received signal from the signal demodulation unit 16, performs error correction processing and the like, identifies the data series that is the source of the modulation, and outputs the data series to the reference
[信号受信装置の動作]
以下、第2の実施形態に係る信号受信装置1の第1の実施形態とは異なる点を中心に説明する。
[Operation of signal receiver]
Hereinafter, the points different from the first embodiment of the
検波部11がMSK信号の時刻同期を行い、位相変換部12に時刻同期後のI/Qデータを出力すると共に、信号復調部16にも信号の復調に必要なデータを出力する。MSKの場合、通常、I/Qデータとその中に含まれる初期位相で十分である。
The
次に、信号復調部16は、MSK信号を復調する。MSK信号の位相はデータ系列自体に依存するので、復調はシンボル区間ごとに逐次的に行われる。 Next, the signal demodulation unit 16 demodulates the MSK signal. Since the phase of the MSK signal depends on the data sequence itself, demodulation is performed sequentially for each symbol interval.
信号復調部16は、復調結果である「0」又は「1」のデータ系列を、復号・情報復元部17に出力する。 The signal demodulation unit 16 outputs the data series of “0” or “1”, which is the demodulation result, to the decoding / information restoration unit 17.
次に、復号・情報復元部17は、信号復調部16から受け取ったデータ系列が符号化されている場合には復号する。また、復号結果を必要ならば再度符号化することにより、復号・情報復元部17は、信号変調のための推定データ系列、例えば{0 1 0 1 0 0 1 1 0}を得る。 Next, the decoding / information restoration unit 17 decodes the data series received from the signal demodulation unit 16 when it is encoded. Further, by encoding the decoding result again if necessary, the decoding / information restoration unit 17 obtains an estimated data sequence for signal modulation, for example, {0 1 0 1 0 0 1 10}.
基準信号生成部13は、データ系列を受け取ると、第1の実施形態にて説明した方法と同様の方法により、基準信号を生成する。
When the reference
パラメータ推定部14は、基準信号と位相領域受信信号より信号パラメータを推定した後、推定結果をメモリ18に格納する。メモリ18に格納された推定結果は、検波部11によりフィードバックされ、より高精度な検波及び復調に利用することができる。
The
第2の実施形態では、データシンボルごとの周波数シフトを測定している。その際、上記手法により、例えば、MSK信号の中に低速かつ微小なFSK信号を埋め込み、MSK信号の復調後にFSK信号を復調できる。あるいは、周波数シフトがドップラーシフトにより生じていると考え、送信者の相対速度や相対加速度を測定することもできる。 In the second embodiment, the frequency shift for each data symbol is measured. At that time, by the above method, for example, a low-speed and minute FSK signal can be embedded in the MSK signal, and the FSK signal can be demodulated after the MSK signal is demodulated. Alternatively, it is possible to consider that the frequency shift is caused by the Doppler shift and measure the relative speed and relative acceleration of the sender.
また、上述の説明で用いたフローチャートでは、複数の工程(処理)が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、例えば各処理を並行して実行する等、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。 Further, in the flowchart used in the above description, a plurality of steps (processes) are described in order, but the execution order of the steps executed in each embodiment is not limited to the order of description. In each embodiment, the order of the illustrated steps can be changed within a range that does not hinder the contents, for example, each process is executed in parallel. In addition, the above-described embodiments can be combined as long as the contents do not conflict with each other.
上記の説明により、本発明の産業上の利用可能性は明らかであるが、本発明は、信号解析・諸元測定、物理量測定、信号傍受、通信、軌道推定等に好適に適用可能である。特に、通信分野では、微細な信号の検出を通信に利用し、信号を別の信号に埋め込むことが可能となる。また、軌道推定では、周波数、その時間微分、二階時間微分などをデータごとに高精度に推定することにより、その中からドップラーシフトに起因する部分を分離し、信号送信者の相対位置計算に利用することができる。 Although the industrial applicability of the present invention is clear from the above description, the present invention is suitably applicable to signal analysis / specification measurement, physical quantity measurement, signal interception, communication, orbit estimation and the like. In particular, in the communication field, it is possible to utilize the detection of a minute signal for communication and embed the signal in another signal. In orbit estimation, the frequency, its time derivative, second-order time derivative, etc. are estimated with high accuracy for each data, and the part caused by the Doppler shift is separated from it and used for the relative position calculation of the signal transmitter. can do.
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
[付記1]
上述の第1の視点に係る信号受信装置のとおりである。
[付記2]
前記測定対象となる信号は、データ及び信号パラメータに依存して変動する、好ましくは付記1の信号受信装置。
[付記3]
前記生成部は、前記測定対象となる信号パラメータと同数の前記基準信号を生成する、好ましくは付記1又は2の信号受信装置。
[付記4]
前記推定部は、前記受信部が受信した受信信号のサンプル点に対する最小平均二乗誤差又は重み付き最小平均二乗誤差に関する計算により、前記信号パラメータの推定を行う、好ましくは付記1乃至3のいずれか一に記載の信号受信装置。
[付記5]
前記受信部が受信した受信信号からデータを復元する、復元部をさらに備え、
前記生成部は、前記復元部により復元されたデータを用いて、前記基準信号を生成する、好ましくは付記1乃至4のいずれか一に記載の信号受信装置。
[付記6]
前記推定部は、前記測定対象となる信号が信号の送信又は受信に係るクロックの揺らぎにより変動し得る環境下において、前記クロックの揺らぎが存在しない場合の前記測定対象となる信号パラメータの概算値が既知であるか、又は、前記測定対象となる信号パラメータの概算値が予め推定されている場合に、前記信号パラメータの推定を行う、好ましくは付記1乃至5のいずれか一に記載の信号受信装置。
[付記7]
前記測定対象となる信号パラメータの種類は少なくとも3以上であり、且つ、信号の変動に寄与する信号パラメータの種類はデータ値に応じて異なる、好ましくは付記1乃至6のいずれか一に記載の信号受信装置。
[付記8]
前記測定対象となる信号パラメータには、信号振幅が含まれる好ましくは付記1乃至7のいずれか一に記載の信号受信装置。
[付記9]
前記受信部は、MSK(Minimum Shift Keying)変調を受けた信号を受信し、
前記推定部は、信号の振幅を重みとして重み付き最小平均二乗誤差に関する計算を実行する、好ましくは付記1乃至8のいずれか一に記載の信号受信装置。
[付記10]
上述の第2の視点に係るパラメータの推定方法のとおりである。
[付記11]
上述の第3の視点に係るプログラムのとおりである。
なお、付記10の形態及び付記11の形態は、付記1の形態と同様に、付記2の形態〜付記9の形態に展開することが可能である。
Some or all of the above embodiments may also be described, but not limited to:
[Appendix 1]
This is the signal receiving device according to the first viewpoint described above.
[Appendix 2]
The signal to be measured varies depending on the data and signal parameters, preferably the signal receiving device of
[Appendix 3]
The generation unit generates the reference signal in the same number as the signal parameters to be measured, preferably the signal receiving device of
[Appendix 4]
The estimation unit estimates the signal parameters by calculating the minimum mean square error or the weighted minimum mean square error with respect to the sample point of the received signal received by the reception unit, preferably any one of
[Appendix 5]
Further provided with a restoring unit that restores data from the received signal received by the receiving unit.
The signal receiving device according to any one of
[Appendix 6]
In the environment where the signal to be measured can fluctuate due to the fluctuation of the clock related to the transmission or reception of the signal, the estimation unit can obtain the approximate value of the signal parameter to be measured when the fluctuation of the clock does not exist. The signal receiving device according to any one of
[Appendix 7]
The type of signal parameter to be measured is at least 3 or more, and the type of signal parameter that contributes to signal fluctuation differs depending on the data value, preferably the signal according to any one of
[Appendix 8]
The signal receiving device according to any one of
[Appendix 9]
The receiving unit receives the signal subjected to MSK (Minimum Shift Keying) modulation, and receives the signal.
The signal receiving device according to any one of
[Appendix 10]
This is the method of estimating the parameters according to the second viewpoint described above.
[Appendix 11]
This is the program related to the third viewpoint described above.
Note that the form of
なお、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。 Each disclosure of the above-mentioned patent documents cited shall be incorporated into this document by citation. Within the framework of the entire disclosure (including the scope of claims) of the present invention, it is possible to change or adjust the embodiments or examples based on the basic technical idea thereof. Further, various combinations or selections of various disclosure elements (including each element of each claim, each element of each embodiment or embodiment, each element of each drawing, etc.) within the framework of all disclosure of the present invention. Is possible. That is, it goes without saying that the present invention includes all disclosure including claims, and various modifications and modifications that can be made by those skilled in the art in accordance with the technical idea. In particular, with respect to the numerical range described in this document, it should be interpreted that any numerical value or small range included in the range is specifically described even if there is no other description.
1、100 信号受信装置
10 信号受信部
11 検波部
12 位相変換部
13 基準信号生成部
14 パラメータ推定部
15 パラメータ出力部
16 信号復調部
17 復号・情報復元部
18、32 メモリ
21 サンプルデータ用バッファ
22 重みデータ用バッファ
23 基準信号用バッファ
24 F*TCwバッファ
25 F*TCFバッファ
26 連立方程式演算部
27 解出力部
31 CPU
101 受信部
102 生成部
103 推定部
1,100
Claims (10)
前記信号パラメータを特定の値に固定したと仮定した場合の理想的な受信信号を基準信号として生成する、生成部と、
前記信号パラメータを前記基準信号の係数として、前記受信部が受信した受信信号は前記基準信号の重ね合わせとしてモデル化し、前記モデル化された受信信号と前記受信部が受信した受信信号に関する最小平均二乗誤差の解を、前記信号パラメータとして推定する、推定部と、
を備え、
前記推定部は、前記最小平均二乗誤差の計算を信号の位相領域において複数のデータシンボル区間に亘り実行する、信号受信装置。 A receiver that receives a signal including the signal parameter to be measured, and
A generator that generates an ideal received signal as a reference signal assuming that the signal parameters are fixed to a specific value.
The signal parameter is used as the coefficient of the reference signal, the received signal received by the receiving unit is modeled as a superposition of the reference signal, and the modeled received signal and the received signal received by the receiving unit are the minimum mean squares. An estimation unit that estimates the solution of the error as the signal parameter,
With
The estimation unit is a signal receiving device that executes the calculation of the minimum mean square error over a plurality of data symbol sections in the phase region of the signal.
前記生成部は、前記復元部により復元されたデータを用いて、前記基準信号を生成する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の信号受信装置。 Further provided with a restoring unit that restores data from the received signal received by the receiving unit.
The signal receiving device according to any one of claims 1 to 4, wherein the generation unit generates the reference signal using the data restored by the restoration unit.
前記信号パラメータを特定の値に固定したと仮定した場合の理想的な受信信号を基準信号として生成するステップと、
前記信号パラメータを前記基準信号の係数として、前記受信部が受信した受信信号は前記基準信号の重ね合わせとしてモデル化し、前記モデル化された受信信号と前記受信部が受信した受信信号に関する最小平均二乗誤差の解を、前記信号パラメータとして推定するステップと、を含み、
前記信号パラメータを推定するステップは、前記最小平均二乗誤差の計算を信号の位相領域において複数のデータシンボル区間に亘り実行する、パラメータの推定方法。 In a signal receiving device including a receiving unit that receives a signal including a signal parameter to be measured,
A step of generating an ideal received signal as a reference signal assuming that the signal parameter is fixed to a specific value, and
The signal parameter is used as the coefficient of the reference signal, the received signal received by the receiving unit is modeled as a superposition of the reference signal, and the minimum average square of the modeled received signal and the received signal received by the receiving unit is used. Including the step of estimating the solution of the error as the signal parameter.
The step of estimating the signal parameter is a method of estimating the parameter, in which the calculation of the minimum mean square error is executed over a plurality of data symbol sections in the phase region of the signal.
前記信号パラメータを特定の値に固定したと仮定した場合の理想的な受信信号を基準信号として生成する処理と、
前記信号パラメータを前記基準信号の係数として、前記受信部が受信した受信信号は前記基準信号の重ね合わせとしてモデル化し、前記モデル化された受信信号と前記受信部が受信した受信信号に関する最小平均二乗誤差の解を、前記信号パラメータとして推定する処理と、を実行させ、
前記信号パラメータを推定する処理は、前記最小平均二乗誤差の計算を信号の位相領域において複数のデータシンボル区間に亘り実行する、プログラム。 A computer mounted on a signal receiver that has a receiver that receives signals that include signal parameters to be measured.
Processing to generate an ideal received signal as a reference signal assuming that the signal parameters are fixed to a specific value, and
The signal parameter is used as the coefficient of the reference signal, the received signal received by the receiving unit is modeled as a superposition of the reference signal, and the modeled received signal and the received signal received by the receiving unit are the minimum mean squares. The process of estimating the solution of the error as the signal parameter is executed.
The process of estimating the signal parameters is a program that executes the calculation of the minimum mean square error over a plurality of data symbol sections in the phase region of the signal.
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