JP6982288B2 - Signal processing system, reception method and program - Google Patents

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Description

本発明は、信号処理システム、受信方法及びプログラムに関し、特に、受信部が、伝搬路に起因する位相歪みに加えて、送信部が行った2次元位相変調に起因する位相歪みをも補償する信号処理システム等に関する。 The present invention relates to a signal processing system, a receiving method and a program, and in particular, a signal in which the receiving unit compensates for the phase distortion caused by the two-dimensional phase modulation performed by the transmitting unit in addition to the phase distortion caused by the propagation path. Regarding processing systems, etc.

特許文献1にあるように、発明者らは、連続時間に関して時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調について研究・開発してきた。 As described in Patent Document 1, the inventors have studied and developed two-dimensional phase modulation using a time diffusion code and a frequency diffusion code for continuous time.

特許文献2には、スペクトル拡散された探知電波を用いて物体を探知する周波数拡散型レーダ装置が記載されている。 Patent Document 2 describes a frequency diffusion type radar device that detects an object by using a spectrum-spreading detection radio wave.

また、無線通信などの技術分野において、時間領域(Time Domain:TD)及び周波数領域(Frequency Domain:FD)で均等分割して、無重畳(non-overlapping)多重化(Multiple Access:多重接続)(FDMA、TDMA)することが行われている。例えばCDMA(Code Division Multiple Access)は、拡散符号(Spread Spectrum code:SS code)を利用する。また、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiple)は、パルス波形の直交関係を重視したものである。CDMAは、第3世代移動通信システムで広く使用された。その後、OFDMが採用され、第4世代移動通信システムと呼ばれている。 Further, in technical fields such as wireless communication, non-overlapping multiplexing (Multiple Access) (Multiple Access) is performed by evenly dividing the time domain (TD) and frequency domain (FD). FDMA, TDMA) is being performed. For example, CDMA (Code Division Multiple Access) uses a spread spectrum code (SS code). Also, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiple) emphasizes the orthogonal relationship of pulse waveforms. CDMA has been widely used in 3rd generation mobile communication systems. After that, OFDM was adopted and it is called the 4th generation mobile communication system.

特開2016−189500号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-189500 特許第5291267号公報Japanese Patent No. 5291267

無線通信の技術分野では、一般に、OFDM等を前提に、厳密な直交性等を重視して議論がなされている。しかしながら、受信装置において、伝搬路(遅延時間及びドップラーシフト)に関する位相歪みが生じることは知られているものの、他の位相歪みが生じていることは、ほとんど知られていない。そのため、伝搬路による位相歪みは補償されているが、他の要因による位相歪みは補償されていない。OFDMは、現在は広く利用されているが、今後、より高い性能が求められれば、時間揺らぎや周波数揺らぎで直交性が崩れ、同期が難しくなるであろう。そのため、OFDM等を単純に拡張しても、圧倒的に性能が高い無線通信を実現することは困難であると予想される。 In the technical field of wireless communication, discussions are generally made on the premise of OFDM and the like with an emphasis on strict orthogonality and the like. However, although it is known that phase distortion related to the propagation path (delay time and Doppler shift) occurs in the receiving device, it is hardly known that other phase distortions occur. Therefore, the phase distortion due to the propagation path is compensated, but the phase distortion due to other factors is not compensated. OFDM is currently widely used, but if higher performance is required in the future, orthogonality will be disrupted due to time fluctuations and frequency fluctuations, and synchronization will become difficult. Therefore, it is expected that it will be difficult to realize wireless communication with overwhelmingly high performance even if OFDM and the like are simply expanded.

また、特許文献2は、一般に(1次元)「圧縮レーダ」と呼ばれるものである。時間分解能を上げるために広帯域化し、遅れ時間推定精度は向上するが、ドップラーシフトに弱くなる。 Further, Patent Document 2 is generally called a (one-dimensional) "compression radar". The band is widened to increase the time resolution, and the delay time estimation accuracy is improved, but it is vulnerable to Doppler shift.

このように、無線通信やレーダ装置の性能を向上させるために時間拡散符号や周波数拡散符号を使おうとしても、性能向上には限界があるように漠然と感じられた。しかしながら、その問題を的確に把握することすら困難であり、ましてや、その問題の解決する糸口すらも見いだせていない状況であった。 In this way, even if we try to use the time diffusion code or frequency diffusion code to improve the performance of wireless communication and radar equipment, it seems vague that there is a limit to the performance improvement. However, it was difficult to grasp the problem accurately, let alone find a clue to solve the problem.

そこで、本発明は、時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて「2次元圧縮処理」を実現する場合に、単に伝搬路による位相歪みによる補償のみを行うよりも性能のよい無線通信を実現することが可能な信号処理システム等を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention realizes wireless communication with better performance than simply performing compensation by phase distortion due to the propagation path when "two-dimensional compression processing" is realized by using a time diffusion code and a frequency diffusion code. It is an object of the present invention to provide a signal processing system or the like capable of the above.

本願発明の第1の観点は、2次元位相変調を用いた信号処理システムであって、送信部と、受信部を備え、前記送信部は、時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記送信信号を送信する送信信号送信手段を備え、前記受信部は、前記送信信号を受信して受信信号を得る受信信号受信手段と、前記受信信号における位相歪みを補償する補償手段を備え、前記補償手段は、前記時間拡散符号及び前記周波数拡散符号を用いた前記2次元位相変調による位相歪みを補償するものである。 The first aspect of the present invention is a signal processing system using two-dimensional phase modulation, which includes a transmitting unit and a receiving unit, and the transmitting unit uses a time diffusion code and a frequency diffusion code to provide a two-dimensional phase. A transmission signal generation means for generating a transmission signal by modulation and a transmission signal transmission means for transmitting the transmission signal are provided, and the receiving unit includes a reception signal receiving means for receiving the transmission signal and obtaining a reception signal, and the reception signal receiving means. A compensating means for compensating for phase distortion in a received signal is provided, and the compensating means compensates for phase distortion due to the two-dimensional phase modulation using the time diffusion code and the frequency diffusion code.

本願発明の第2の観点は、第1の観点の信号処理システムであって、前記送信部において、前記送信信号生成手段は、前記2次元位相変調により、データ多重化及び/又はチップ多重化を行い、前記受信部において、前記補償手段は、前記データ多重化及び/又は前記チップ多重化による位相歪みを補償するものである。 The second aspect of the present invention is the signal processing system of the first aspect, and in the transmission unit, the transmission signal generation means performs data multiplexing and / or chip multiplexing by the two-dimensional phase modulation. In the receiving unit, the compensating means compensates for the phase distortion due to the data multiplexing and / or the chip multiplexing.

本願発明の第3の観点は、2次元位相変調を用いた信号処理システムであって、送信部と、受信部を備え、前記送信部は、時間と周波数との対称性を満たす時間シフト及び周波数シフトを行うシフト演算子を用いて事前にオフセットを施し、時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して送信信号を生成する送信信号生成手段と、前記受信部に対して前記送信信号を送信する送信信号送信手段を備え、前記受信部は、伝搬路を経た前記送信信号を受信して受信信号を得る受信信号受信手段と、前記2次元位相変調による位相歪みを補償して前記伝搬路における遅延時間td及びドップラーシフトfDを推定する推定手段を備え、前記推定手段は、前記2次元位相変調による位相歪みを補償して前記ドップラーシフトfDの最尤推定値を得るTD推定手段と、前記2次元位相変調による位相歪みを補償して前記遅延時間tdの最尤推定値を得るFD推定手段を備え、前記推定手段は、前記TD推定手段と前記FD推定手段による、一方での最尤推定値を他方が用いて交互に更新することにより、前記遅延時間td及び前記ドップラーシフトfDを推定するものである。 The third aspect of the present invention is a signal processing system using two-dimensional phase modulation, which includes a transmitting unit and a receiving unit, and the transmitting unit has a time shift and a frequency that satisfy symmetry between time and frequency. The transmission signal generation means for generating a transmission signal by preliminarily offsetting using a shift operator for shifting and performing two-dimensional phase modulation using a time diffusion code and a frequency diffusion code, and the transmission to the reception unit. The receiving unit includes a transmitting signal transmitting means for transmitting a signal, and the receiving unit compensates for a receiving signal receiving means for receiving the transmitted signal through a propagation path to obtain a received signal, and compensation for phase distortion due to the two-dimensional phase modulation. comprises an estimation means for estimating a delay time t d and the Doppler shift f D in the propagation path, the estimating means compensates the phase distortion due to the two-dimensional phase modulation to obtain the maximum likelihood estimate of the Doppler shift f D TD and estimating means, the two-dimensional phase modulation compensates the phase distortion by comprising a FD estimating means for obtaining the maximum likelihood estimate of the delay time t d, the estimating means, by the FD estimating means and the TD estimating means, by updating alternately whereas the maximum likelihood estimates on with the other, is to estimate the delay time t d and the Doppler shift f D.

本願発明の第4の観点は、時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して生成された送信信号を受信する受信方法であって、補償手段が、前記送信信号を受信して得られた受信信号において、前記時間拡散符号及び前記周波数拡散符号を用いた前記2次元位相変調による位相歪みを補償する補償ステップを含むものである。 A fourth aspect of the present invention is a receiving method for receiving a transmission signal generated by two-dimensional phase modulation using a time diffusion code and a frequency diffusion code, wherein the compensating means receives the transmission signal. The obtained received signal includes a compensation step for compensating for phase distortion due to the two-dimensional phase modulation using the time diffusion code and the frequency diffusion code.

本願発明の第5の観点は、時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して生成された送信信号を受信する受信装置において、コンピュータを、前記送信信号を受信して得られた受信信号において、前記時間拡散符号及び前記周波数拡散符号を用いた前記2次元位相変調による位相歪みを補償する補償手段として機能させるためのプログラムである。 A fifth aspect of the present invention is obtained by receiving a computer in a receiving device that receives a transmission signal generated by two-dimensional phase modulation using a time diffusion code and a frequency diffusion code. This is a program for functioning as a compensating means for compensating for phase distortion due to the two-dimensional phase modulation using the time diffusion code and the frequency diffusion code in a received signal.

なお、本願発明を、第5の観点のプログラムを定常的に記憶するコンピュータ読み取り可能な記録媒体として捉えてもよい。 The invention of the present application may be regarded as a computer-readable recording medium that constantly stores the program of the fifth aspect.

拡散符号を導入すれば多重化等を容易に実現することができる。しかしながら、発明者らは、連続時間の結果を離散時間型に改めて、拡散符号の導入に伴い位相歪みが発生するという欠点があること、さらに、これは非可換演算子の群演算によるものであって受信装置にまで伝搬するため、受信装置において正確な補償が必要であることを見出した。 If a diffusion code is introduced, multiplexing and the like can be easily realized. However, the inventors have the disadvantage that the continuous time result is changed to the discrete time type, and phase distortion occurs with the introduction of the diffusion code, and this is due to the group operation of the noncommutative operator. It was found that accurate compensation is required in the receiving device because it propagates to the receiving device.

従来、特に無線通信技術において、伝搬路による位相歪みは知られているものの、それ以外に起因する位相歪みは、ほとんど知られていない。また、従来は、このような位相歪みの一部が「−1のべき乗の掛け算」として現れ、絶対値をとることにより「1の掛け算」となり、処理に影響はないために、この位相歪みが補償されなかったと考えられる。 Conventionally, in particular in wireless communication technology, phase distortion due to a propagation path is known, but phase distortion caused by other than that is hardly known. Further, conventionally, a part of such phase distortion appears as "multiplication of a power of -1", and by taking an absolute value, it becomes "multiplication of 1", which does not affect the processing. Therefore, this phase distortion is caused. It is probable that it was not compensated.

今後、性能の向上を図るためには、伝搬路に起因する位相歪み以外の位相歪みにも着目する必要が生じている。しかしながら、従来、その補償の必要性がないために、その位相歪みの存在も補償の必要性も認識されておらず、突如、原因不明の性能向上の制約が具現化し、混乱が生じている。 In the future, in order to improve the performance, it will be necessary to pay attention to the phase distortion other than the phase distortion caused by the propagation path. However, in the past, since there was no need for compensation, neither the existence of the phase distortion nor the need for compensation was recognized, and suddenly, the constraint of performance improvement of unknown cause was realized, causing confusion.

本願発明の各観点によれば、受信部において、拡散符号を用いた2次元位相変調により生じる位相歪みを補償することにより、例えば、無線通信分野では更に厳密な同期を実現したり、レーダの技術分野では対象物に送信信号を照射して対象物より受信信号を得て高い精度で位置推定したりするように、高い性能の信号処理を実現できる。特に、本願発明の第2の観点にあるように、拡散符号によるデータ多重化及び/又はチップ多重化による位相歪みを補償して、高い性能の信号処理を実現することができる。これは、歴史的に見れば、ニュートン力学の限界を量子力学で解明し、さらに発展させたのと同様の状況である。 According to each aspect of the present invention, by compensating for the phase distortion caused by the two-dimensional phase modulation using the diffusion code in the receiving unit, for example, in the field of wireless communication, more precise synchronization can be realized, or radar technology. In the field, it is possible to realize high-performance signal processing such as irradiating an object with a transmission signal to obtain a received signal from the object and estimating a position with high accuracy. In particular, as in the second aspect of the present invention, it is possible to compensate for the phase distortion due to data multiplexing and / or chip multiplexing by the diffusion code, and realize high-performance signal processing. Historically, this is a situation similar to the one in which the limits of Newtonian mechanics were elucidated by quantum mechanics and further developed.

さらに、本願発明の第3の観点によれば、OFDM等の単純な拡張では同期が困難な場合でも、位相歪みを適切に補償することにより同期を実現できる。さらに、時間と周波数との対称性を利用して受信装置が交互更新を行って、例えばフィルタバンクを利用して実現するように、容易に同期を実現できる。例えば、伝搬路の未知パラメータ(遅延時間及びドップラーシフト)の推定を行い、推定終了段階でデータの復号が実現される、同期機能と復号機能を兼備した受信部を有する無線通信を実現することができる。 Further, according to the third aspect of the present invention, even when synchronization is difficult by a simple extension such as OFDM, synchronization can be realized by appropriately compensating for phase distortion. Further, synchronization can be easily realized by using the symmetry between time and frequency so that the receiving device alternately updates and realizes, for example, by using a filter bank. For example, it is possible to estimate unknown parameters (delay time and Doppler shift) of the propagation path and realize wireless communication having a receiving unit having both a synchronization function and a decoding function, in which data decoding is realized at the estimation end stage. can.

本願発明は、2次元拡散符号の新たな活用法を見出した点がユニークである。すなわち、1)多重化による位相歪みの発生を利用した情報埋め込み法と、2)その埋め込まれた多種信号の位相歪み補償によるパラメタ推定法を見出した。これにより、他の情報を必要なく(すなわち、無情報で)td、fDを推定可能とした(incoherent communicationを可能にした)。 The invention of the present application is unique in that it has found a new method of utilizing the two-dimensional diffusion code. That is, we have found 1) an information embedding method that utilizes the generation of phase distortion due to multiplexing, and 2) a parameter estimation method that compensates for the phase distortion of the embedded various signals. This made it possible to estimate t d and f D without the need for other information (ie, without information) (allowing incoherent communication).

レーダ問題の遅延時間及びドップラーシフトの未知パラメタの推定問題は、2次元パラメタ空間の何処に存在するかの特定に帰着される。例えば、図1(c)の4×4の時間幅T、帯域幅Fのデータを小分割した、4×4のチップ時間幅Tc=T/N、チップ帯域幅Fc=F/N'のチップレベルの小矩形領域の2次元アドレスを指定することである。まず、2次元アドレスを付した、各矩形領域に2次元位相変調したチップ波形を割り当て、これらを無重畳に2次元拡散符号で一次結合した、広帯域波形(シグネチャと呼ぶ)をレーダ発射信号とする。さらに、例えばGaussian pulseを利用することにより、分離して演算を行うことができる。 The problem of estimating the delay time of the radar problem and the unknown parameter of the Doppler shift is reduced to the identification of where it exists in the two-dimensional parameter space. For example, 4 × 4 time width T and bandwidth F data in FIG. 1 (c) are subdivided into 4 × 4 chip time width T c = T / N and chip bandwidth F c = F / N ′. It is to specify the two-dimensional address of the small rectangular area of the chip level of. First, a two-dimensional phase-modulated chip waveform with a two-dimensional address is assigned to each rectangular region, and these are linearly coupled with a two-dimensional diffusion code without superposition, and a broadband waveform (called a signature) is used as a radar emission signal. .. Further, for example, by using a Gaussian pulse, it is possible to perform operations separately.

本願発明は、拡散符号によるデータ多重化及び/又はチップ多重化による位相歪みがアドレス固有であることに着目した。これは、周知の拡散符号の役割とは全く異なる。 The present invention has focused on the fact that the phase distortion due to data multiplexing and / or chip multiplexing by the diffusion code is address-specific. This is quite different from the well-known role of diffusion codes.

また、通常、時間領域(TD)に限定して議論されている。しかしながら、time-frequency symmetrical(TFS)が満たされるように、周波数領域(FD)でも対称的に取り扱い、TFSからの自然な帰結としてTDの議論をFDにまで拡張して平等に議論する。本願発明では、式展開及び図2〜図5においてTDとFDで同時並行で議論している。この意味で、関数も装置も時間、周波数の変数関数がまさしくtwinの形で現れ、その実現例のフィルタバンクは、ツインフィルタバンクとなる。 Also, the discussion is usually limited to the time domain (TD). However, the frequency domain (FD) is also treated symmetrically so that the time-frequency symmetrical (TFS) is satisfied, and the discussion of TD is extended to FD as a natural consequence of TFS and discussed equally. In the present invention, TD and FD are discussed in parallel in the equation development and FIGS. 2 to 5. In this sense, variable functions of time and frequency appear in the form of twin in both functions and devices, and the filter bank of the implementation example is a twin filter bank.

さらに、通常n行n'列の2次元アドレスの指定には、NN'のオーダの手間が必要であるように見えるが、本願発明によるシグネチャ波形設計法は、N+N'のオーダの手間に削減している。行特定用のTDテンプレート波形の拡散符号による一次結合(無重畳和)が式(23)のTDシグネチャ(その周波数双対:列特定用のFDテンプレート波形の拡散符号による一次結合(無重畳和)が式(25)のFDシグネチャ)であり、両者は互いにフーリエ変換の関係にある。TD、FDの各々でN、N'種の行、列特定(具体的にはTDでドップラーシフト推定、FDで遅延時間推定)のためのパタンマッチングを行い、両者間でパラメタ推定値の情報を交換することにより、高効率・高精度の推定を可能とする。 Further, although it seems that the specification of the two-dimensional address of n rows and n'columns usually requires the labor of ordering NN', the signature waveform design method according to the present invention reduces the labor of ordering N + N'. ing. The linear combination (non-superimposition sum) of the TD template waveform for row identification by the diffusion code is the TD signature of equation (23) (its frequency dual: the linear combination of the FD template waveform for column identification (non-superimposition sum)). It is an FD signature of Eq. (25)), and both are in a Fourier transform relationship with each other. Pattern matching for N and N'row and column identification (specifically, TD for Doppler shift estimation and FD for delay time estimation) is performed for each of TD and FD, and parameter estimation value information is obtained between the two. By exchanging, it is possible to estimate with high efficiency and high accuracy.

なお、提案法の相関器(TDのambiguity関数型の相互相関、式(50)(その周波数双対:FDの相互相関、式(51))によるパタンマッチングは、統計学のパラメタ推定論でのN種信号検出用のマッチドフィルタ型の尤度関数と同一である。本願発明では、FDでもパタンマッチングを行うので、FDでのN'種信号検出用のマッチドフィルタ型の尤度関数を与えたことになる。2個の未知数問題を2個の一未知変数問題に帰着させた、分割統治法は、von Neumannの交互射影定理(一方の尤度関数の最尤値の最大値を与えるパラメタ推定値を他方の尤度関数のパラメタ推定値に更新する)を援用することで、高効率にパラメタ推定精度を向上させている。 The pattern matching by the proposed method correlator (TD ambiguity function type cross-correlation, equation (50) (its frequency dual: FD cross-correlation, equation (51)) is N in the parameter estimation theory of statistics. It is the same as the matched filter type likelihood function for seed signal detection. In the present invention, since pattern matching is also performed in FD, a matched filter type likelihood function for N'type signal detection in FD is given. The split-correlation method, which reduces two unknown problems to two one-unknown variable problems, is von Neumann's cross-correlation theorem (a parameter estimate that gives the maximum value of the most-likelihood of one of the likelihood functions). Is updated to the parameter estimation value of the other likelihood function), and the parameter estimation accuracy is improved with high efficiency.

受信部では、無重畳結合で発生した位相歪みを補償した相関器を設計してパラメタ推定できる。拡散符号長を長くすればパラメタ推定精度は向上するが、必要な周波数帯域幅は拡大し、観測時間も長くなる。これはパラメタ推定精度とのトレードオフの関係である。 In the receiving unit, parameters can be estimated by designing a correlator that compensates for the phase distortion generated by non-superimposition coupling. Increasing the diffusion code length improves the parameter estimation accuracy, but increases the required frequency bandwidth and lengthens the observation time. This is a trade-off relationship with the parameter estimation accuracy.

本願発明は、携帯電話の利用者の場所と移動速度を常に把握する必要がある無線通信の同期法に適用可能である。また、例えば送信装置が測定対象に信号を照射し、受信信号が測定対象からの信号を受信することにより、レーダ装置を実現することができる。このとき、送信部と受信部は、一つの装置で実現してもよい。 The present invention is applicable to a wireless communication synchronization method in which it is necessary to constantly grasp the location and moving speed of a mobile phone user. Further, for example, the radar device can be realized by the transmitting device irradiating the measurement target with a signal and the receiving signal receiving the signal from the measurement target. At this time, the transmitting unit and the receiving unit may be realized by one device.

(a)TD、(b)FD、(c)ガボール分割の多重化と、(d)対称的時間−周波数シフト演算子Ττ,νx(t)を示す。(A) TD, (b) FD, (c) Gabor division multiplexing, and (d) symmetric time-frequency shift operator Τ τ, ν x (t) are shown. TD,FDのSS符号を利用したTDシグネチャv[k]及びFDシグネチャV[l]を生成するSFBを示す。The SFB that generates the TD signature v [k] and the FD signature V [l] using the SS code of TD and FD is shown. PP'個の情報データを埋め込んだ或いはPP'箇所の広範囲に存在し得る(td,fD)を探索するための(a)TD送信信号,(b)FD送信信号を生成するSFBを示す。The SFB that generates (a) TD transmission signal and (b) FD transmission signal for searching for (t d , f D ) in which PP'information data is embedded or can exist in a wide range of PP'locations is shown. .. PP'個の情報データの復号或いはPP'箇所の(td,fD)の測距のための受信器で(a)TD 相関器アレイ、(b)FD 相関器アレイからなるAFBを示す。An AFB consisting of (a) TD correlator array and (b) FD correlator array is shown as a receiver for decoding PP'information data or measuring distance at (t d , f D) at PP'. 特定の場所p=(p,p')における(a)TD,(c)FD相関器アレイのAFBと(b)ノイマンのAPTに基づくパラメタの交互推定を行う情報交換及びパラメタ更新手続き、(d) ノイマンの交互更新射影定理の様子を示す。Information exchange and parameter update procedure for alternate estimation of parameters based on (a) TD, (c) FD correlator array AFB and (b) Neumann APT at a specific location → p = (p, p'), ( d) The state of Neumann's alternating update projection theorem is shown. 本願発明の実施の形態に係る信号処理システムの構成及び動作の一例を示す。An example of the configuration and operation of the signal processing system according to the embodiment of the present invention is shown. 本願発明の実施の形態に係る信号処理システムの構成及び動作の他の一例を示す。Another example of the configuration and operation of the signal processing system according to the embodiment of the present invention is shown.

以下、図面を参照して、本願発明の実施例について述べる。なお、本願発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is not limited to the following examples.

まず、本願発明の理論的背景について説明する。図1は、(a)時間領域(TD)、(b)周波数領域(FD)、(c)ガボール分割(Gabor division、TD-FD)の3種の多重化を示す。図1(d)は、非可換特性Ττ,0Τ0,ν(t)=e-jπτνΤo,νΤτ,0を持つ対称的時間−周波数シフト演算子Ττ,νx(t)を示す。 First, the theoretical background of the present invention will be described. FIG. 1 shows three types of multiplexing: (a) time domain (TD), (b) frequency domain (FD), and (c) Gabor division (TD-FD). FIG. 1 (d) shows a symmetric time-frequency shift operator Τ τ, ν x (d) with non-commutable characteristics Τ τ, 0 Τ 0, ν (t) = e -j π τ ν Τ o, ν Τ τ, 0. t) is shown.

例えばレーダ問題では、遅延時間及びドップラーシフトが未知で、これらの正確な測距が必要である。TD及びFDの拡散符号を導入し、T及びFをN及びN'均等分割したチップ単位のTc=T/N及びFc=F/N’のマイクロセルを導入することにより、遅延時間及びドップラーシフトは、チップ単位Tc及びFcの精度で求めることができる。このため、レーダの発射信号は、広帯域信号v(t)及びV(f)になる。 For example, in the radar problem, the delay time and Doppler shift are unknown, and accurate distance measurement is required. By introducing TD and FD diffusion codes and introducing microcells of T c = T / N and F c = F / N'in chip units in which T and F are evenly divided into N and N', the delay time and The Doppler shift can be determined with the accuracy of the chip units T c and F c. Therefore, the radar emission signals are wideband signals v (t) and V (f).

なお、同期には、単純には手間NN'が必要になるように見える。しかしながら、同期が容易なように、TD、FD信号v(t)、V(f)には、それぞれ、その手がかりとなるテンプレート信号がN'及びN個埋め込まれている。そのため、手間N+N'に削減している。 It seems that synchronization simply requires time and effort NN'. However, for easy synchronization, N'and N template signals as clues are embedded in the TD and FD signals v (t) and V (f), respectively. Therefore, the labor is reduced to N + N'.

N、N'個のTD、FDの相関器アレイが、受信信号とテンプレートとのパタンマッチングを行う。各相関器は、パラメタ空間Θτ,νを直和分解したパラメタ部分空間で、それぞれのN、N'個の部分空間に割り当てられるテンプレートとのテンプレートマッチングを行う。すなわち、パラメタ空間をアドレス(n行目(1≦n≦N)、n'列目(1≦n'≦N'))で指定された矩形領域に均等分割し、アドレスを特徴付けるために、n行目用のテンプレート(その周波数双対:n'列目用のテンプレート)を設計する。さらに、これらのテンプレートと受信信号(その周波数双対:そのフーリエ変換)とのテンプレートマッチングを行う。その際、各テンプレート信号間の独立性の確保のため拡散符号が導入されている。これは、統計学のパラメタ推定論でのN種信号検出論(resp.N'種信号検出論)の尤度関数が、受信装置の相関器で実現される。本願発明は、パラメタ推定問題に2次元位相変調した信号を採用しており、従来の拡散符号の新たな活用法を与えている。 N, N'-TD, FD correlator arrays perform pattern matching between the received signal and the template. Each correlator is a parameter subspace obtained by direct sumizing the parameter spaces Θ τ and ν , and performs template matching with the templates assigned to the respective N and N'subspaces. That is, in order to characterize the address by evenly dividing the parameter space into rectangular areas specified by the address (nth row (1 ≦ n ≦ N), n'th column (1 ≦ n'≦ N')), n Design a template for the row (its frequency dual: template for the n'column). Furthermore, template matching is performed between these templates and the received signal (its frequency dual: its Fourier transform). At that time, a diffusion code is introduced to ensure independence between the template signals. This is because the likelihood function of the N-type signal detection theory (resp.N'type signal detection theory) in the parameter estimation theory of statistics is realized by the correlator of the receiving device. The present invention employs a two-dimensional phase-modulated signal for the parameter estimation problem, and provides a new method of utilizing the conventional diffusion code.

拡散符号の導入には、多重化等の長所がある。最大の欠点は、符号による位相歪みが発生し、これに対する位相歪み補償が必要なことである。すなわち、td及びfDの位相歪みexp(jπtdD)に引き続いて起こる多重化(データレベル、チップレベル)に伴う位相歪みexp(jπTF)、exp(±jπTcc)が生じる。受信側では、位相歪みに対する補償が必要になる。無線通信分野では、このような位相歪み補償は、しばしば無視されている。 The introduction of the diffusion code has advantages such as multiplexing. The biggest drawback is that phase distortion due to the code occurs, and phase distortion compensation is required for this. That is, phase distortion exp (jπTF) and exp (± jπT c F c ) are generated due to the multiplexing (data level, chip level) that follows the phase distortion exp (jπt d f D ) of t d and f D. On the receiving side, compensation for phase distortion is required. In the field of wireless communication, such phase distortion compensation is often ignored.

以下では、具体的に説明する。 Hereinafter, a specific description will be given.

発明者は、これまで、連続時間に関して研究・発表を行ってきた(特許文献1参照)。式(1)により連続時間変数と離散時間変数を対応させて、連続時間の結果を離散時間型に改める。さらに、式(2)は、チップパルスの直交関係のためのものである。式(3)は、L-point twiddle factor(回転因子)である。以下では、TDとFDとの対称性を確認するため、両者を並行して議論する。 The inventor has conducted research and presentations on continuous time (see Patent Document 1). The continuous-time variable and the discrete-time variable are associated with each other by Eq. (1), and the continuous-time result is changed to the discrete-time type. Further, Eq. (2) is for the orthogonal relationship of the chip pulses. Equation (3) is an L-point twiddle factor. In the following, in order to confirm the symmetry between TD and FD, both will be discussed in parallel.

Figure 0006982288
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式(4)及び式(5)は、それぞれ、波形z(t)の遅延時間td、ドップラーシフトfDのエコー信号とそのフーリエ変換(FT)である。これらの間には、(td、fD)に関する対称性がない。 Equation (4) and (5), respectively, the delay time t d of the waveform z (t), the echo signal and its Fourier transform of the Doppler shift f D (FT). There is no symmetry with respect to (t d , f D) between them.

少し工夫すると、式(6)を得ることができる。式(6)の第1式のフーリエ変換の括弧内の関数と第3式は、それぞれ、式(7)の、TD関数z(t)及びFD関数Z(f)に対する(td,fD)の対称的時間・周波数シフト演算式の定義を与え、式(8)を与える(図1(d)参照)。 With a little ingenuity, Eq. (6) can be obtained. The functions in parentheses of the Fourier transform of the first equation (6) and the third equation are (t d , f D ) for the TD function z (t) and the FD function Z (f) of the equation (7), respectively. ) Is given the definition of the symmetric time / frequency shift calculation formula, and the formula (8) is given (see FIG. 1 (d)).

しばらくは、簡単のため、単一のペア(td,fD)を説明の対象とする。式(7)の指数関数の肩部の項−td/2、−fD/2は、無重畳重ね合わせ(non-overlapping superposition)法などで本質的な役割を果たす。まず、Τtd,fDz(t)、Τf fD,-tdZ(f)との間で(td,fD)の対称性が成立する(TD信号中のtd、fDは、FD信号中のfD、−tdと完全に対応する)。次に、2つの未知数(td,fD)の求解問題では、2個の関数z(t)、Z(f)を用意することは当然のことである。式(7)の指数関数の肩部から緩やかな関数z(t)、Z(f)に対しtd(resp.fD)を推定する場合、検出が容易なZ(f)(resp.z(t))を対象に並列処理して考察すべきこと等がわかる。 For the time being, for the sake of simplicity, we will focus on a single pair (t d , f D). The shoulder terms −t d / 2 and −f D / 2 of the exponential function in Eq. (7) play an essential role in the non-overlapping superposition method and the like. First, Τ td, fD z (t ), Τ f fD, is t d, f D in symmetry is established (TD signal (t d, f D) between the -td Z (f), Fully corresponds to f D , -t d in the FD signal). Next, in the solution problem of two unknowns (t d , f D ), it is natural to prepare two functions z (t) and Z (f). When estimating t d (resp.f D ) for loose functions z (t) and Z (f) from the shoulder of the exponential function of equation (7), Z (f) (resp.z) is easy to detect. It is understood that (t)) should be processed in parallel and considered.

Figure 0006982288
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次に、式(9)を導入することにより、信号理論と量子力学を対応させる。 Next, by introducing Eq. (9), signal theory and quantum mechanics are made to correspond.

Figure 0006982288
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式(10)は、ヒルベルト空間Ηの自己随伴演算子Q、Pに対するHeisenberg’s Canonical Commutation Relation(CCR)である。ただし、h/(2π)は、プランク定数である。Stone-von Neumann theoremは、式(10)を満たす演算子Q、Pが式(11)のシュレーディンガー表示が唯一であることを証明した。この理論によれば、Baker-Cambell-Hausdorff formulaより、式(12)の演算子Q、Pに対するone parameterユニタリ演算子により式(13)のHeisenberg’s CCR のWeyl形式が得られる。また、式(14)のvon Neumannのtwo parameter 演算子により、式(15)のWeyl形式が得られる。 Equation (10) is a Heisenberg's Canonical Commutation Relation (CCR) for the Hilbert space Η self-accompaniment operators Q and P. However, h / (2π) is Planck's constant. Stone-von Neumann theorem proved that the operators Q and P satisfying equation (10) are the only Schrodinger representations in equation (11). According to this theory, the Baker-Cambell-Hausdorff formula gives the Weyl form of Heisenberg's CCR in formula (13) by the one parameter unitary operator for operators Q and P in formula (12). Also, the Weyl form of Eq. (15) is obtained by von Neumann's two parameter operator in Eq. (14).

Figure 0006982288
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式(16)の量子力学と時間・周波数シフト演算子の対応付けは、対称的時間・周波数シフト演算子Ττ,νが、Neumann演算子S(a,b)と同一形式であることを意味する。さらに、式(15)の位相項は群演算の連鎖則を明示するため、式(17)のように2×2の行列式で表記する。これより、無歪条件τν∈Zは、式(18)のDiracの基本的量子条件の古典的極限:h/(2π)→0と対応する。ただし、2つの作用素の[P,Q]=PQ−QPは、Heisenberg’s bracketである。式(17)では、式(19)の重要な関係式を用いた。これは、(i)両演算子は非可換:Τtd,0Τ0,fD=e-j2πtdfDΤ0,fDΤtd,0であり位相項が生じること、(ii)両シフト量の加法性に伴い位相項が生じること等を意味する。特にレーダ関係で多用されるパルス列p(t)を発射信号とする場合、(td,fD)を有する伝搬路を経た受信信号の位相歪補償を行う相関関数が必要であることを強く示唆している。 The correspondence between the quantum mechanics of Eq. (16) and the time / frequency shift operator means that the symmetric time / frequency shift operator Τ τ, ν has the same form as the Neumann operator S (a, b). do. Furthermore, the phase term in Eq. (15) is expressed as a 2 × 2 determinant as in Eq. (17) in order to clarify the chain rule of group operations. From this, the distortion-free condition τν∈Z corresponds to the classical limit of Dirac's basic quantum condition in Eq. (18): h / (2π) → 0. However, the two operators [P, Q] = PQ-QP are Heisenberg's brackets. In Eq. (17), the important relational expression of Eq. (19) was used. This is because (i) both operators are non -commutable : Τ td, 0 Τ 0, fD = e -j2πtdfD Τ 0, fD Τ td, 0 and a phase term occurs, (ii) addition of both shift amounts. It means that a phase term is generated with the sex. In particular, when the pulse train p (t), which is often used in radar, is used as the emission signal, it is strongly suggested that a correlation function that compensates for the phase distortion of the received signal via the propagation path having (t d , f D) is necessary. is doing.

Figure 0006982288
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高精度測距を可能とするために、式(20)の4レベルの階層構造の送信信号を設計する。 In order to enable high-precision ranging, design the transmission signal of the 4-level hierarchical structure of Eq. (20).

Figure 0006982288
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まず、長さLg(resp.LG)の因果的離散時間prototype filterの実現のため、g[k](resp. G[l])は、区間[-LgΔt/2,LgΔt/2] (resp. [-LGΔf/2,LGΔf/2])で打ち切られた時間(resp.帯域)制限のg(t)(resp.G(f))、さらにDΔt/2,D=Lg−1(resp.D'Δf/2,D'=LG−1)の遅延を受け、式(21)の正規化された関数で定義する。以下、離散時間TD、FD関数は、連続時間TD、FD関数に各々時間遅延D/2、周波数シフトD'/2を施した関数とする。 First, for the realization of the causal discrete-time prototype filter of length L g (resp.L G), g [k] (resp. G [l]) the interval [-L g Δt / 2, L g Δt / 2] (resp. [-L G Δf / 2, L G Δf / 2]) time (resp. Band) limit g (t) (resp. G (f)), and DΔt / 2 receives the delay D = L g -1 (resp.D'Δf / 2, D '= L G -1), is defined by the normalized function of equation (21). Hereinafter, the discrete-time TD and FD functions are functions obtained by subjecting the continuous-time TD and FD functions to a time delay D / 2 and a frequency shift D'/2, respectively.

Figure 0006982288
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TDのシグネチャv(t;Χ)とそのFDのV(f;Χ)は、式(22)〜式(25)で示される。それぞれ、TDテンプレートuTD s'(t;X)、FDテンプレートUFD s(f;X')が埋め込まれている。ただし、テンプレートのTD信号は、式(26)及び式(27)である。テンプレートのFD信号は、式(28)及び式(29)である。結局、式(30)〜式(33)が成り立つ。 The signature v (t; Χ) of the TD and the V (f; Χ) of the FD are represented by the equations (22) to (25). The TD template u TD s' (t; X) and the FD template U FD s (f; X') are embedded, respectively. However, the TD signal of the template is the equation (26) and the equation (27). The FD signals of the template are the equations (28) and (29). After all, equations (30) to (33) hold.

Figure 0006982288
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Figure 0006982288
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Figure 0006982288
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周期N,N'のXm,X'mを無限長m∈Z,m'∈Zに適用すると、式(34)のmodulated filter(MF)特性を用いて、上式は、式(35)となる。記号lcm[M,N']=M0N'=MN'0,lcm[M',N]=M'0N=M'N0を導入し、式(36)のM0N'、M'0N個のpolyphase componentを導入することにより、式(37)の各々polyphase filter(VaidyanathanのType 1 polyphase)が定義される。従って、図2(a)及び(b)の2次元の時間・周波数拡散符号変調されたシグネチャv[k]、V[l]のSFBが得られる。図2(a)及び(b)は、それぞれ、TDシグネチャv[k]及びFDシグネチャV[l]に対するTDとFDのSS符号を持つSFBを示す。図2(a)は、式(23)と(35)のTDシグネチャv[k]に対するTD,FDのSS符号Xm,X'm'とm'番目のTDテンプレートuTD m'[k](0≦m'≦N'−1)のSFDである。図2(b)は、式(25)と(35)のFDシグネチャV[l]に対するTD,FDのSS符号Xm,X'm'とm'番目のFDテンプレートUFD m[l](0≦m≦N−1)のSFBである。 When X m and X'm of the period N and N'are applied to the infinite length m ∈ Z and m'∈ Z, the above equation is given by equation (35) using the modulated filter (MF) property of equation (34). It becomes. Symbol lcm [M, N '] = M 0 N' = MN '0, lcm [M', N] = M ' introduces 0 N = M'N 0, M 0 N of the formula (36)', M ' 0 By introducing N polyphase components, each polyphase filter (Type 1 polyphase of Vaidyanathan) in Eq. (37) is defined. Therefore, the SFBs of the two-dimensional time-frequency spread code-modulated signatures v [k] and V [l] of FIGS. 2 (a) and 2 (b) can be obtained. 2 (a) and 2 (b) show SFBs having TD and FD SS codes for TD signature v [k] and FD signature V [l], respectively. 2 (a) is formula (23) and TD signature v TD for [k] of the (35), FD of SS symbols X m, X 'm' and m 'th TD template u TD m' [k] It is SFD of (0 ≦ m'≦ N'-1). 2 (b) is formula (25) and TD for FD signature V [l] of the (35), FD of SS symbols X m, X 'm' and m 'th FD template U FD m [l] ( 0 ≦ m ≦ N-1) SFB.

Figure 0006982288
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情報信号を埋め込んだ送信信号(transmit signal)は、式(38)及び式(39)である。そのFTのFD送信信号は、式(40)及び式(41)である。式(42)は、図3(a)及び(b)の送信信号のSFBである。ただし、式(43)及び式(44)のデータ伝送のmodulated filter(MF)特性を用いると、それぞれ、polyphase filter(VaidyanathanのType 1 polyphase)は、式(45)が定義される。図3(a)は、式(39)と(42)によって定義されるTD送信信号s[k]に対するデータ{dp,p'P,P' p,p'=1のSFBである。図3(b)は、式(41)と(42)によって定義されるFD送信信号S[l]に対するデータ{dp,p'P,P' p,p'=1のSFBである。なお、通常のSFBでは、シグネチャ生成過程がないので図2(a)及び(b)は不要である。図3(a)及び(b)で、N=N'=1のとき通常のSFBに対応する。 The transmit signal in which the information signal is embedded is Eq. (38) and Eq. (39). The FD transmission signals of the FT are equations (40) and (41). Equation (42) is an SFB of the transmission signal of FIGS. 3 (a) and 3 (b). However, when the modulated filter (MF) characteristics of the data transmission of the equations (43) and (44) are used, the polyphase filter (Type 1 polyphase of Vaidyanathan) is defined by the equation (45), respectively. FIG. 3A is an SFB of data {d p, p' } P, P'p, p'= 1 for the TD transmission signal s [k] defined by the equations (39) and (42). FIG. 3B is an SFB of data {d p, p' } P, P'p, p'= 1 for the FD transmission signal S [l] defined by the equations (41) and (42). In the normal SFB, since there is no signature generation process, FIGS. 2 (a) and 2 (b) are unnecessary. In FIGS. 3A and 3B, when N = N'= 1, it corresponds to a normal SFB.

Figure 0006982288
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Figure 0006982288
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d≒kdΔt,fD≒lDΔfを有するチャネルを介してheterodyne受信器の出力側でのbaseband複素信号r(t)とそのFTであるR(f)=F[r(t)](f)は、それぞれ、式(46)〜(49)である。ただし、η(t)、E(f)は干渉成分とそのFTであり、ξ(t)、Ξ(f)は外部雑音とそのFTであり、α、φはチャネルの減衰、位相特性である。 The baseband complex signal r (t) on the output side of the heterodyne receiver and its FT R (f) = F [r (t) via a channel having t d ≈ k d Δt, f D ≈ l D Δf. ] (F) are equations (46) to (49), respectively. However, η (t) and E (f) are the interference component and its FT, ξ (t) and Ξ (f) are the external noise and its FT, and α and φ are the channel attenuation and phase characteristics. ..

Figure 0006982288
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制御パラメタ、推定パラメタ(μ,^td)≒(lμΔf,^kdΔt)を有するtype-3のTD相関器(その周波数双対:(σ;^fD)≒(kσΔt,^lDΔf)を有するtype-4のFD相関器)と各々の推定テンプレートを与える。受信側では、incoherent通信を想定し、TD、FDの拡散符号はY={Yn},Y'={Y'n'}とし、チップアドレス,データアドレスは各々(n,n'),q=(q,q')とする。type-3、type-4の相関関数は、それぞれ、式(50)及び式(51)である。ただし、パルス波形の偶関数性:g[k]=g[D-k],G[l]=G[D'-l]を用いた。 Type-3 TD correlator with control parameters, estimation parameters (μ, ^ t d ) ≈ (l μ Δf, ^ k d Δt) (its frequency dual: (σ; ^ f D ) ≈ (k σ Δt,) A type-4 FD correlator with ^ l D Δf) and each estimation template are given. On the receiving side, assuming incoherent communication, TD, spreading codes of the FD is 'a chip address, data address each (n, n Y = {Y n}, Y' = {Y 'n}'), → Let q = (q, q'). The correlation functions of type-3 and type-4 are Eq. (50) and Eq. (51), respectively. However, the even function of the pulse waveform: g [k] = g [Dk], G [l] = G [D'-l] was used.

Figure 0006982288
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modulated filter係数(式(52))のAFBのfilter特性とP'0MN,P0M'N'個のpolyphase components(式(53))を用いると、それぞれ、N',N個のpolyphase filter(式(54))(VaidyanathanのType 2 polyphase)が定義され、図4(a)及び(b)のAFBが得られる。図4(a)は、{dp,p'P p=1,1≦p'≦P'の受信に対するTD相関器アレイを持つAFBを示す。図4(b)は、{dp,p'P' p'=1,1≦p≦Pの受信に対するFD相関器アレイを持つAFBを示す。N=N'=1,N0=N'0=1のとき通常のAFBである。 Modulated filter coefficients AFB of filter characteristics and P '0 MN, P 0 M'N ' (Formula (52)) is used number of polyphase components (formula (53)), respectively, N ', N number of polyphase filter (Equation (54)) (Type 2 polyphase of Vaidyanathan) is defined, and the AFBs of FIGS. 4 (a) and 4 (b) are obtained. FIG. 4A shows an AFB with a TD correlator array for the reception of {d p, p' } P p = 1, 1 ≦ p'≦ P'. 4 (b) shows an AFB with FD correlator array for the reception of {d p, p '} P ' p '= 1, 1 ≦ p ≦ P. N = N '= 1, N 0 = N' when 0 = 1 is a normal AFB.

図5は、(a)TD、(c)FD相関器アレイのAnalysis Filter Bankと(b)ノイマンのAPTを示す。図5(a)(c)は、P×P'個の情報データ{d→pP,P' p,p'=1p=(p,p')単位で各々N,N'個からなる最終出力側の相関器アレイ中で特定p-Band、p'-Durationの単一データの場合を取り出し最尤法のパラメタ推定法のための複数個のアレイ型相関器だけを抽出している。可変フィルタを使用することにより、同期をとることができる。 FIG. 5 shows (a) TD, (c) Analysis Filter Bank of FD correlator array and (b) Neumann's APT. 5 (a) and 5 (c) show P × P'information data {d → p } P, P'p, p'= 1 N, N'in units of p = (p, p'), respectively. Extract the case of a single data of specific p-Band, p'-Duration in the correlator array on the final output side consisting of pieces, and extract only multiple array type correlators for the parameter estimation method of the maximum likelihood method. ing. Synchronization can be achieved by using a variable filter.

Figure 0006982288
Figure 0006982288

すなわち、図5(a)(c)のTD,FD型AFBは、図5(b)のように、td, fDによる歪を含む受信信号から無情報で信号検出するために、arg maxの演算で得られた、各々最尤推定値l* μ,k* σを他方、FD,TDの^lD,^kdに採用し、図5(d)のようなvon Neumann's APTの交互更新を行う。なお、図4は、単一データの場合、図5(a)(c)のように各々中心部ブロックの相関器アレイだけでよい。結局、PP'個の情報データ検出用に、TD,FDでは各々N,N'のアレイ型相関器を並列にP',P個配置し、時間幅T、帯域幅Fのデータの無重畳伝送に要するPT×P'Fの時間・周波数領域に均等に存在するtd,fDの無情報高精度・高速検出と情報データ高速検出を同時並行的に実行する。 That is, the TD and FD type AFBs in FIGS. 5 (a) and 5 (c) have arg max in order to detect signals without information from received signals including distortion due to t d and f D, as shown in FIG. 5 (b). obtained in the calculation, adopting each maximum likelihood estimate l * mu, the k * sigma other, FD, ^ l D of TD, to ^ k d, von Neumann's APT alternating as shown in FIG. 5 (d) Update. In addition, in the case of a single data, FIG. 4 requires only the correlator array of the central block as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (c). After all, in order to detect PP'information data, P'and P array type correlators of N and N'are arranged in parallel in TD and FD, respectively, and non-superimposed transmission of data of time width T and bandwidth F is performed. High-precision, high-speed detection of t d and f D , which are evenly present in the time / frequency domain of PT × P'F required for the above, and high-speed detection of information data are executed in parallel at the same time.

Figure 0006982288
Figure 0006982288

なお、従来のOFDM等はmulti-carrier法であるが、td、fD−freeの環境で完全同期の場合、同期ズレが起こることなく通信が正常動作する。この根拠は、時間幅T、帯域幅Fの信号の伝送の場合、可換条件(無歪条件):TF∈Zを満たす設計法にある。しかし、式(57)はT,FのずれεT,εF<<1による位相歪を示す。式(57)より相関器実部の劇的減少に直結するので揺らぎは深刻な事態を招く。ただし、復調器で多用される“絶対値操作”がこれを覆い隠しているにすぎない。 Incidentally, the conventional OFDM etc. is a multi-carrier method, t d, if a full synchronization at f D -free environment, communication without the synchronization shift occurs for normal operation. The basis for this is a design method that satisfies the commutative condition (distortion-free condition): TF ∈ Z in the case of transmission of a signal having a time width T and a bandwidth F. However, Eq. (57) shows the phase distortion due to the deviation ε T and ε F << 1 of T and F. Fluctuations lead to a serious situation because it is directly linked to the dramatic decrease in the real part of the correlator from equation (57). However, the "absolute value manipulation" often used in demodulators only obscures this.

Figure 0006982288
Figure 0006982288

拡散符号が独立であるため相互相関<ψη,s',→p[k],uTD s',→p[k;Y]>d,kが相対的に小さいと仮定して近似し、受信器への要素Aeの入力CE ψw[k;X]と、(s',p)番目のTDテンプレートにマッチするフィルタのインパルス応答との相互相関を式(58)と定義する。ここで、d→p=1であり、Xに代えて符号Yである。 Since the diffusion codes are independent, the cross-correlation <ψ η, s', → p [k], u TD s', → p [k; Y]> d, k is assumed to be relatively small and approximated. The cross-correlation between the input CE ψ w [k; X] of the element Ae to the receiver and the impulse response of the filter matching the (s', → p) th TD template is defined as Eq. (58). Here, d → p = 1, and the code Y is used instead of X.

離散時間TD関数の空間l2(Z)における内積を使うと、式(59)を得る。ただし、θxy(・,・)、ΘXY(・,・)は、式(60)で定義されるambiguity functionである。ambiguity functionは、量子力学におけるWigner functionと密接な関係がある。また、二つの時間・周波数シフトされた関数間の内積を式(61)〜(63)と簡潔に表現する。 Using the inner product of the discrete-time TD function in space l 2 (Z), Eq. (59) is obtained. However, θ xy (・, ・) and Θ XY (・, ・) are ambiguity functions defined by Eq. (60). The ambiguity function is closely related to the Wigner function in quantum mechanics. In addition, the inner product between two time- and frequency-shifted functions is simply expressed as equations (61) to (63).

式(59)より、位相項は、五つの位相歪要素:1)通信路歪+送信信号のsymbol levelの多重化、2)送信信号のchip levelの多重化、3) 受信器のsymbol levelの多重化による通信路歪推定、4)受信信号のchip levelの多重化、5)ambiguity function型相関器の位相、からなる。なお、従来、データレベルやチップレベルで歪みが出ることを意識していないため、データレベルのズレやチップレベルのズレを考慮せずに^kd-kdとlμ−lDを小さくしようとしてしまっていた。 From equation (59), the phase term has five phase distortion elements: 1) channel distortion + multiplexing of the symbol level of the transmission signal, 2) multiplexing of the chip level of the transmission signal, and 3) of the symbol level of the receiver. It consists of channel distortion estimation by multiplexing, 4) multiplexing of the chip level of the received signal, and 5) phase of the ambiguity function type correlator. In the past, we were not aware of distortion at the data level and chip level, so let's reduce ^ k d -k d and l μ −l D without considering the data level deviation and chip level deviation. It was supposed to be.

残念ながら、一般的には、θgg(τ,ν)及びΘGG(ν,−τ)は、多くのサイドローブを持つ。しかしながら、Gaussian pulse g(t)は、推定問題に抜本的な解決策を与える。なぜなら、Gaussian pulseは、式(64)に示すように分離可能で指数的に減衰するambiguity functionを持つからである。 Unfortunately, in general, θ gg (τ, ν) and Θ GG (ν, −τ) have many side lobes. However, Gaussian pulse g (t) provides a drastic solution to the estimation problem. This is because the Gaussian pulse has a separable and exponentially decaying ambiguity function as shown in Eq. (64).

Figure 0006982288
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N、N'>>1の大きな値の相関器出力は、ambiguity function θd ggの最初と2番目の引数が0に近いこと(すなわち、p=q)を意味する。よって、式(59)のp≠qのすべての項は、無視することができる。 A correlator output with a large value of N, N'>> 1 means that the first and second arguments of the ambiguity function θ d gg are close to 0 (ie p = q). Therefore, all the terms of → p ≠ q in Eq. (59) can be ignored.

ν0[lμ]=lμ−lD、τ0[^kd]=^kd−kdを導入すると、Twiddle factor W=e-j2π/Lの3つの指数の和(式(65))を与えられる。拡散符号の3つの総和を計算する。もし受信機がアドレスp=qであり、n=mであり、Y=X,Y'=X'ならば、式(66)が成り立つ。総和は、式(67)のように、Dirichlet fucntion formで表現される。 When ν 0 [l μ ] = l μ −l D and τ 0 [^ k d ] = ^ k d − k d are introduced, the sum of the three exponents of Twiddle factor W = e -j2π / L (Equation (65) )) Is given. Calculate the sum of the three diffusion codes. If the receiver is address p = q, n = m, and Y = X, Y'= X', equation (66) holds. The sum is expressed by the Dirichlet fucntion form as in Eq. (67).

Figure 0006982288
Figure 0006982288

拡散符号が独立であるため相互相関<Es,,→p[l],UFD s,→p[l;X]>d,lが相対的に小さいと仮定して近似し、受信器への要素AeのFD入力CE ΨW[l;X]と、(s,p)番目のFDテンプレートにマッチするフィルタのFDインパルス応答との相互相関を式(68)と定義する。ここで、d→p=1であり、X'に代えて符号Y'である。これは、式(69)と書き替えることができる。 Since the diffusion codes are independent, the cross-correlation <Es,, → p [l], U FD s, → p [l; X]> d, l is assumed to be relatively small and approximated to the receiver. The cross-correlation between the FD input CE Ψ W [l; X] of the element Ae iκ and the FD impulse response of the filter matching the (s, → p) th FD template is defined as Eq. (68). Here, d → p = 1, and the code Y'is replaced with X'. This can be rewritten as Eq. (69).

同様に、N、N'>>1の大きな値の相関器出力は、ambiguity function Θd GGの最初と2番目の引数が0に近いこと(すなわち、p=q)を意味する。よって、式(69)のp≠qのすべての項は、無視することができる。 Similarly, a correlator output with a large value of N, N'>> 1 means that the first and second arguments of the ambiguity function Θ d GG are close to 0 (ie p = q). Therefore, all the terms of → p ≠ q in Eq. (69) can be ignored.

ν0[lμ]=lμ−lD、τ0[^kd]=^kd−kdを導入すると、Twiddle factor W=e-j2π/Lの3つの指数の和(式(70))を与えられる。拡散符号の3つの総和を計算する。もし受信機がアドレスp=qであり、n=mであり、Y=X,Y'=X'ならば、式(71)が成り立つ。 When ν 0 [l μ ] = l μ −l D and τ 0 [^ k d ] = ^ k d − k d are introduced, the sum of the three exponents of Twiddle factor W = e -j2π / L (Equation (70) )) Is given. Calculate the sum of the three diffusion codes. If the receiver is an address p = q, n = m, and Y = X, Y'= X', equation (71) holds.

Figure 0006982288
Figure 0006982288

2つの相関器は、tdとfD(又はkd、lD∈Z)に関して完全に対称である。c→p,s' TD,d(lμ;kd)とC→p,s TD,d(kσ;^lD)のペアのTD SS符号とFD符号を交換することにより、式(72)及び式(73)の他の相関器のペアを得る。 The two correlators are perfectly symmetric with respect to t d and f D (or k d , l D ∈ Z). By exchanging the TD SS code and FD code of the pair of c → p, s'TD, d (l μ ; k d ) and C → p, s TD, d (k σ ; ^ l D), the equation ( 72) and other pairs of correlators in Eq. (73) are obtained.

Figure 0006982288
Figure 0006982288

Aeと(td,fD)推定は分離できる。そのため、例えば、式(74)で定義される2組の相関器(いわゆる相補ペア)に対し、式(75)を利用して、整数のペア(^kd,s,^lD,s)を、sが偶数のとき^lD,s=l* μとし、sが奇数のとき^kd,s=k* σと更新する。初期値(^kd,0,^lD,0)は任意に選ぶことができる。(^kd,0,^lD,0)=(0,0)でもよい。l* μ及びk* σを、それぞれ、^fD,s+1及び^td,s+1の候補として選択する。もし|^td,s+1-^td,s|<TC/2及び|^fD,s+1-^fD,s|<FC/2ならば、推定手続きを終了する。 Ae and (t d , f D ) estimates are separable. Therefore, for example, for two sets of correlators (so-called complementary pairs) defined by the equation (74), an integer pair (^ k d, s , ^ l D, s ) is used by using the equation (75). Is updated as ^ l D, s = l * μ when s is an even number, and ^ k d, s = k * σ when s is an odd number. The initial value (^ k d, 0 , ^ l D, 0 ) can be arbitrarily selected. (^ k d, 0 , ^ l D, 0 ) = (0,0) may be used. Select l * μ and k * σ as candidates for ^ f D, s + 1 and ^ t d, s + 1 , respectively. If | ^ t d, s + 1 - ^ t d, s | <T C / 2 and | ^ f D, s + 1 - ^ f D, s | <F C / 2 then the ends of the estimation procedure ..

Figure 0006982288
Figure 0006982288

4種類の相関器出力の計算にかかわる2d-SS codeと対応する級数和はDFT,IDFTの形式で整理できるので、各々をF、F -1と略記する。出力値は、3重級数和で整理できる。ただし、○はrunning variableのn、n'を意味する。 Since the 2d-SS code involved in the calculation of the four types of correlator outputs and the corresponding series sum can be organized in the DFT and IDFT formats, they are abbreviated as F ○ and F -1 respectively. The output value can be organized by the triple series sum. However, ◯ means n, n'of the running variable.

Figure 0006982288
Figure 0006982288

両相関値実部の最大をとる制御パラメタとその相関器番号を式(77)、(78)で定め、互いのr-stepの固定パラメタ^td,r、^fD,rを交互更新する。これは、von Neumann's APT(Alternating Projection Theorem)の適用対象である、(μ*,s*)がMaximum Likelihood(ML)の尤度関数によるM種TD信号検出法でM=Nに相当し、n*が信号の種類検出番号と共にμ*がfDの最適推定値である。すなわち、argmax演算で最大値を与えるTD関数の可変パラメタμ*がfDのML estimateになり、FD関数のfD推定値となり、その双対FD関数の可変パラメタσ*がtdのML estimateになり、TD関数のtd推定値となる。お互いに双対相手の推定値を与える。argmaxの操作はTD関数ではfDの最適推定を、FD関数ではtdの最適推定を行う。パラメタ推定は斜になっている。これは式(82)に現れている。小文字の相関関数は時間領域、大文字のそれは周波数領域での積分(内積)を実行する。一方、(σ*,s*)がMLの尤度関数(その変数は周波数変数)によるM種FD信号検出法でM=N'に相当し、s*が信号の種類検出番号と共にσ*がtdの最適推定値である。 The control parameter that maximizes the real part of both correlation values and its correlator number are defined by equations (77) and (78), and the fixed parameters ^ t d, r , ^ f D, r of each other's r-step are updated alternately. do. This is the application of von Neumann's APT (Alternating Projection Theorem ), (μ *, s *) corresponds to M = N by M or TD signal detection method likelihood function of Maximum Likelihood (ML), n * Is the signal type detection number and μ * is the optimum estimation value of f D. That is, the variable parameter μ * of the TD function that gives the maximum value in the argmax operation becomes the ML estimate of f D , becomes the f D estimate of the FD function, and the variable parameter σ * of the dual FD function becomes the ML estimate of t d. becomes, the t d estimated value of the TD function. Give each other an estimate of the other. The operation of argmax performs the optimum estimation of f D in the TD function and the optimum estimation of t d in the FD function. Parameter estimation is diagonal. This appears in equation (82). The lowercase correlation function performs integration in the time domain, and the uppercase one performs integration (inner product) in the frequency domain. On the other hand, (σ * , s * ) corresponds to M = N'in the M-type FD signal detection method using the likelihood function of ML (the variable is a frequency variable), and s * is the signal type detection number and σ * is. This is the optimum estimate of t d.

Figure 0006982288
Figure 0006982288

式(77)のoriginal pairは高SNRで、式(78)のcomplementary pairは低SNRで動作し、前者は収束までのstep数が多く、後者は少ない。SNRとstep数の間のトレードオフ関係が数値シミュレーションで確認されている。SS codeによるパルス列を用いた結果は、式(79)及び(80)である。ただし、Δt、Δfは、それぞれ、ガウス波z(t)=e-πt^2/st^2、Z(f)=e-π(fs_t)^2の標本化時間間隔、周波数間隔である。ガウス波の分散は、各々st 2k2g[k]、sf 2l2G[l]、(st・sf=1/2π)である。d'2はSS変調によるスペクトル振幅N-1、N'-1を考慮すると、d'2=d22、d'f 2=N'22より、右辺は各々1/(4π2d'2c 2)、1/(df'2c 2)となる。ただし、NTc=T,N'Fc=Fである。 The original pair in equation (77) operates at a high SNR, the complementary pair in equation (78) operates at a low SNR, the former has a large number of steps to convergence, and the latter has a small number. The trade-off relationship between SNR and the number of steps has been confirmed by numerical simulation. The results using the pulse train by SS code are equations (79) and (80). However, Δt and Δf are sampling time intervals and frequency intervals of Gaussian waves z (t) = e -πt ^ 2 / st ^ 2 and Z (f) = e -π (fs_t) ^ 2, respectively. Dispersion of the Gaussian waves, each s t 2 = Σ k k 2 g [k], s f 2 = Σ l l 2 G [l], a (s t · s f = 1 / 2π). d '2 is spectral amplitude N -1 by SS modulation, N' Considering -1, d '2 = d 2 N 2, d' f 2 = N ' than 2 d 2, the right side are each 1 / (4π 2 It becomes d' 2 T c 2 ) and 1 / (d f ' 2 F c 2). However, NT c = T and N'F c = F.

AFBの形式で表現するために、両相関器の計算は、受信信号r(t)とテンプレートuTD n′(t;Y)(その周波数双対:R(f)とテンプレートUFD n(f;Y'))との内積(template matching)の形で整理した。 To express in the form of AFB, the calculation of both correlators is the received signal r (t) and the template u TD n ′ (t; Y) (its frequency dual: R (f) and the template U FD n (f;). It was organized in the form of a template matching with Y')).

Figure 0006982288
Figure 0006982288

その他注意事項として、まず、type-1,type-2テンプレートについて説明する。TD、FD符号の役割を入れ替えると、別のテンプレート分解も可能である。 As other precautions, first, the type-1 and type-2 templates will be described. By exchanging the roles of the TD and FD codes, another template decomposition is possible.

TDのsignature信号v(t;X)(式(81))と、そのFD:V(f;X)(X=(X;X')(式(82))は、各々、TDテンプレートun FD(t;X')、FDテンプレートUn' TD(f;X)で、式(83)及び(84)と分解される。すなわち、signature v(t)(resp.V (f))を発射信号とすると、(td,fD)の伝搬路を経て受信信号はTt_d,f_Dv(t;X)(resp.Tf f_D,-t_dV(f;X))と雑音及び干渉の和となる。ただし、各テンプレートのTD,FD信号は、式(85)及び(86)である。 TD of the signature signal v (t; X) and (Equation (81)), the FD: V (f; X) (X = (X; X ') ( Equation (82)), respectively, TD template u n FD (t; X '), FD template U n' TD.; in (f X), is decomposed formula (83) and (84) i.e., signature v a (t) (resp.V (f) ) As an emission signal, the received signal passes through the propagation path of (t d , f D ) and becomes noise and interference with T t_d, f_D v (t; X) (resp. T f f_D, -t_d V (f; X)). However, the TD and FD signals of each template are the equations (85) and (86).

Figure 0006982288
Figure 0006982288

提案法は、信号のTD−FD表現(Gabor展開)が未知パラメタ空間(τ,ν)の分割に応用可能であることを示した。M種の信号sj(t),1≦j≦Mは、互いに独立であることが望ましいので拡散符号変調は重要である。高精度パラメタ推定を行うために、2次元拡散符号によるN×N'分割は、TD、FDを各々、N'分割してパラメタ探索空間をN、N'分割しているので上記のM種の仮説作成に対応する。 The proposed method showed that the TD-FD representation (Gabor expansion) of the signal can be applied to the division of the unknown parameter space (τ, ν). Diffuse code modulation is important because it is desirable that the M types of signals s j (t) and 1 ≦ j ≦ M are independent of each other. In order to perform high-precision parameter estimation, N × N'division by the two-dimensional diffusion code divides TD and FD by N', respectively, and divides the parameter search space into N and N', so that the above M types Corresponds to hypothesis creation.

パラメタ推定計算の手間O(NN')が、O(N+N')に削減された。すなわち、TD、FDで各々N、N'個の仮説を作成したことになった。パラメタ探索空間分割の結果、新たな位相歪が発生するので、それらの位相歪補償付きのN、N'個の相関器が必要となる。すなわち、パラメタ推定の高精度化と種々の位相歪の増大とはトレードオフの関係にある。これらはBinary incoherent channelやIncoherent M-ary Channel を想定しているので必要なコストである。また、粗いパラメタ推定値では、尤度比は所望の尤度比レベルに達しないので、低いFalse Alarm確率Q0や検出確率Qdをもたらすことが予想される。なお、上記のHelstromの各種の統計的手法は主にTDで議論されていたので、TFS(Time-Frequency Symmetry)に注意してFDにおける尤度関数や尤度比を定義する必要がある。 The time and effort O (NN') for parameter estimation calculation has been reduced to O (N + N'). That is, N and N'hypotheses were created for TD and FD, respectively. As a result of the parameter search space division, new phase distortions occur, so N and N'correlators with phase distortion compensation are required. That is, there is a trade-off relationship between improving the accuracy of parameter estimation and increasing various phase distortions. These are necessary costs because they assume Binary incoherent channel and Incoherent M-ary Channel. Also, with coarse parameter estimates, the likelihood ratio does not reach the desired likelihood ratio level, which is expected to result in low False Alarm probabilities Q 0 and detection probabilities Q d. Since the various statistical methods of Helstrom described above have been mainly discussed in TD, it is necessary to pay attention to TFS (Time-Frequency Symmetry) and define the likelihood function and the likelihood ratio in FD.

以上の理論的背景をもとに、図6及び図7を参照して、本願発明の実施の形態に係る信号処理システムの構成及び動作の例を説明する。 Based on the above theoretical background, an example of the configuration and operation of the signal processing system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

図6は、本願発明の実施の形態に係る信号処理システム1の(a)構成及び(b)動作の一例を示す。 FIG. 6 shows an example of (a) configuration and (b) operation of the signal processing system 1 according to the embodiment of the present invention.

図6(a)を参照して、信号処理システム1は、送信装置3と、受信装置5を備える。送信装置3は、拡散符号記憶部7と、送信信号生成部9と、送信信号送信部11を備える。受信装置7は、受信信号受信部13と、補償部15と、拡散符号記憶部16を備える。送信装置3の拡散符号記憶部7は拡散符号を記憶し、受信装置5の拡散符号記憶部16は、対応する拡散符号を記憶する。 With reference to FIG. 6A, the signal processing system 1 includes a transmitting device 3 and a receiving device 5. The transmission device 3 includes a diffusion code storage unit 7, a transmission signal generation unit 9, and a transmission signal transmission unit 11. The receiving device 7 includes a receiving signal receiving unit 13, a compensating unit 15, and a diffusion code storage unit 16. The spreading code storage unit 7 of the transmitting device 3 stores the spreading code, and the spreading code storage unit 16 of the receiving device 5 stores the corresponding spreading code.

図6(b)を参照して、図6(a)の信号処理システム1の動作の一例を説明する。拡散符号記憶部7は、時間拡散符号及び周波数拡散符号を記憶する。送信信号生成部9は、時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して送信信号を生成する(ステップST1)(式(43)、式(45)参照)。ここで、式(43)や式(45)によれば、(−1)qq'NN'を含む。この値は、q、q'、N、N'がすべて奇数のときに−1となり、他の場合は1となる。そのため、q、q'、N、N'がすべて奇数のときに位相歪みが生じる。これが2次元位相変調による位相歪みとなる。なお、この位相歪みは、連続時間変数から離散時間変数としたことにより明確になった。送信信号送信部11は、受信装置5に対して送信信号を送信する(ステップST2)。受信信号受信部13は、送信信号を受信して受信信号を得る(ステップST3)。補償部15は、受信信号における、時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いた2次元位相変調による位相歪みを補償する(ステップST4)。これらの処理は、通常のアンテナ等の通信装置やコンピュータを使用して実現可能なものである。 An example of the operation of the signal processing system 1 of FIG. 6A will be described with reference to FIG. 6B. The diffusion code storage unit 7 stores the time diffusion code and the frequency diffusion code. The transmission signal generation unit 9 generates a transmission signal by two-dimensional phase modulation using the time diffusion code and the frequency diffusion code (see equations (43) and (45)). Here, according to Eqs . (43) and (45), (-1) qq'NN'is included. This value is -1 when q, q', N, and N'are all odd numbers, and 1 in other cases. Therefore, phase distortion occurs when q, q', N, and N'are all odd numbers. This is the phase distortion due to the two-dimensional phase modulation. This phase distortion was clarified by changing from a continuous time variable to a discrete time variable. The transmission signal transmission unit 11 transmits a transmission signal to the reception device 5 (step ST2). The reception signal receiving unit 13 receives the transmission signal and obtains the reception signal (step ST3). The compensation unit 15 compensates for the phase distortion of the received signal due to the two-dimensional phase modulation using the time diffusion code and the frequency diffusion code (step ST4). These processes can be realized by using a communication device such as an ordinary antenna or a computer.

ステップST1において、送信信号生成部9は、2次元位相変調により、データ多重化及び/又はチップ多重化を行ってもよい。このとき、ステップST4において、補償部15は、データ多重化及び/又はチップ多重化による位相歪みを補償する。 In step ST1, the transmission signal generation unit 9 may perform data multiplexing and / or chip multiplexing by two-dimensional phase modulation. At this time, in step ST4, the compensation unit 15 compensates for the phase distortion due to data multiplexing and / or chip multiplexing.

図7は、本願発明の実施の形態に係る信号処理システム21の(a)構成及び(b)動作の例を示す。 FIG. 7 shows an example of (a) configuration and (b) operation of the signal processing system 21 according to the embodiment of the present invention.

図7(a)を参照して、信号処理システム21は、送信装置23と、受信装置25を備える。送信装置23は、拡散符号記憶部27と、送信信号生成部29と、送信信号送信部31を備える。受信装置27は、受信信号受信部33と、推定部35と、拡散符号記憶部36を備える。推定部35は、TD推定部37と、FD推定部39を備える。送信装置23の拡散符号記憶部27は拡散符号を記憶し、受信装置25の拡散符号記憶部36は、対応する拡散符号を記憶する。 With reference to FIG. 7A, the signal processing system 21 includes a transmitting device 23 and a receiving device 25. The transmission device 23 includes a diffusion code storage unit 27, a transmission signal generation unit 29, and a transmission signal transmission unit 31. The receiving device 27 includes a receiving signal receiving unit 33, an estimating unit 35, and a diffusion code storage unit 36. The estimation unit 35 includes a TD estimation unit 37 and an FD estimation unit 39. The spreading code storage unit 27 of the transmitting device 23 stores the spreading code, and the spreading code storage unit 36 of the receiving device 25 stores the corresponding spreading code.

図7(b)を参照して、図7(a)の信号処理システム21の動作の一例を説明する。拡散符号記憶部27は、時間拡散符号及び周波数拡散符号を記憶する。送信信号生成部29は、時間と周波数との対称性を満たす時間シフト及び周波数シフトを行うシフト演算子を用いて、時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して送信信号を生成する(ステップSTE1)。送信信号送信部31は、受信装置25に対して送信信号を送信する(ステップSTE2)。受信信号受信部33は、伝搬路を経た送信信号を受信して受信信号を得る(ステップSTE3)。推定部35は、例えば式(56)並びに式(82)及び(83)について説明したように、2次元位相変調による位相歪みを補償して伝搬路における遅延時間td及びドップラーシフトfDを推定する(ステップSTE4)。これらの処理は、通常のアンテナ等の通信装置やコンピュータを使用して実現可能なものである。また、TD推定部37やFD推定部39などは、専用のハードウエアを使用してもよい。 An example of the operation of the signal processing system 21 of FIG. 7A will be described with reference to FIG. 7B. The diffusion code storage unit 27 stores the time diffusion code and the frequency diffusion code. The transmission signal generation unit 29 generates a transmission signal by two-dimensional phase modulation using a time diffusion code and a frequency diffusion code using a shift operator that performs a time shift and a frequency shift that satisfy the symmetry between time and frequency. (Step STE1). The transmission signal transmission unit 31 transmits a transmission signal to the reception device 25 (step STE2). The reception signal receiving unit 33 receives the transmission signal that has passed through the propagation path and obtains the reception signal (step STE3). Estimation unit 35, for example, formula (56) and as described for formula (82) and (83), estimate the delay time t d and the Doppler shift f D in a propagation path to compensate for the phase distortion by the two-dimensional phase modulation (Step STE4). These processes can be realized by using a communication device such as an ordinary antenna or a computer. Further, the TD estimation unit 37, the FD estimation unit 39, and the like may use dedicated hardware.

すなわち、TD推定部37は、2次元位相変調による位相歪みを補償してドップラーシフトfDの最尤推定値を得る。FD推定部39は、2次元位相変調による位相歪みを補償して遅延時間tdの最尤推定値を得る。ステップSTE4において、推定部35は、TD推定部37とFD推定部39による、一方での最尤推定値を他方が用いて交互に更新することにより、遅延時間td及びドップラーシフトfDを推定する(式(56)など参照)。 That is, the TD estimation unit 37 compensates for the phase distortion due to the two-dimensional phase modulation and obtains the maximum likelihood estimation value of the Doppler shift f D. FD estimator 39 obtains the maximum likelihood estimate of compensating for the phase distortion by the two-dimensional phase modulation delay time t d. In step STE4, estimating unit 35, by the TD estimator 37 and the FD estimator 39, while the by the other the maximum likelihood estimate is updated alternately by using an estimated delay time t d and the Doppler shift f D (See equation (56), etc.).

本願発明は、レーダや無線通信などの分野において利用可能である。 The present invention can be used in fields such as radar and wireless communication.

1,21 信号処理システム、3,23 送信装置、5,25 受信装置、7,27 拡散符号記憶部、9,29 送信信号生成部、11,31 送信信号送信部、13,33 受信信号受信部、15 補償部、35 推定部、37 TD推定部、39 FD推定部 1,21 signal processing system, 3,23 transmitter, 5,25 receiver, 7,27 diffused code storage, 9,29 transmit signal generator, 11,31 transmit signal transmitter, 13,33 receive signal receiver , 15 Compensation section, 35 estimation section, 37 TD estimation section, 39 FD estimation section

Claims (4)

2次元位相変調を用いた信号処理システムであって、
送信部と、受信部を備え、
前記送信部は、
時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して送信信号を生成する送信信号生成手段と、
前記送信信号を送信する送信信号送信手段を備え、
前記受信部は、
前記送信信号を受信して受信信号を得る受信信号受信手段と、
前記受信信号における位相歪みを補償する補償手段を備え、
前記補償手段は、前記時間拡散符号及び前記周波数拡散符号を用いた前記2次元位相変調による位相歪みを補償し、
時間領域及び周波数領域がそれぞれ分割数N及びN'で矩形領域に分割され、
前記送信信号生成手段がN'個の時間領域のテンプレートの拡散符号による一次結合による時間領域のシグネチャにより前記送信信号を生成するならば、前記補償手段が補償する位相歪みは、m(0≦m≦N−1)及びm'(0≦m'≦N'−1)に対して、一次結合においてm'+1番目の時間領域のテンプレートを生成するためのm+1番目のガウシアンパルスに対してm及びm'が共に奇数の場合に生じ、m及びm'のいずれかが偶数の場合に生じないものを含み、
前記送信信号生成手段がN個の周波数領域のテンプレートの拡散符号による一次結合による周波数領域のシグネチャにより前記送信信号を生成するならば、前記補償手段が補償する位相歪みは、m(0≦m≦N−1)及びm'(0≦m'≦N'−1)に対して、一次結合においてm+1番目の周波数領域のテンプレートを生成するためのm'+1番目のガウシアンパルスに対してm及びm'が共に奇数の場合に生じ、m及びm'のいずれかが偶数の場合に生じないものを含む、信号処理システム。
A signal processing system that uses two-dimensional phase modulation.
Equipped with a transmitter and a receiver
The transmitter is
A transmission signal generation means that generates a transmission signal by two-dimensional phase modulation using a time diffusion code and a frequency diffusion code.
A transmission signal transmission means for transmitting the transmission signal is provided.
The receiver is
A reception signal receiving means that receives the transmission signal and obtains the reception signal,
A compensation means for compensating for the phase distortion in the received signal is provided.
The compensating means compensates for the phase distortion due to the two-dimensional phase modulation using the time diffusion code and the frequency diffusion code.
The time domain and the frequency domain are divided into rectangular regions by the number of divisions N and N', respectively.
If the transmission signal generation means generates the transmission signal by the signature of the time domain by the linear coupling by the diffusion code of the N'time domain template, the phase distortion compensated by the compensation means is m (0 ≦ m). For ≤N-1) and m'(0≤m'≤N'-1), m and for the m + 1st Gaussian pulse to generate a template for the m'+ 1st time domain in the linear coupling. Includes those that occur when both m'are odd and do not occur when either m or m'is even.
If the transmission signal generation means generates the transmission signal by the signature of the frequency domain by the linear coupling by the diffusion code of the template of N frequency domains, the phase distortion compensated by the compensation means is m (0 ≦ m ≦). For N-1) and m'(0≤m'≤N'-1), m and m for the m'+ 1st Gaussian pulse to generate a template for the m + 1th frequency domain in the linear coupling. A signal processing system that occurs when both'are odd and does not occur when either m or m'is even.
2次元位相変調を用いた信号処理システムであって、
送信部と、受信部を備え、
前記送信部は、
時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して送信信号を生成する送信信号生成手段と、
前記送信信号を送信する送信信号送信手段を備え、
前記受信部は、
前記送信信号を受信して受信信号を得る受信信号受信手段と、
前記受信信号における位相歪みを補償する補償手段を備え、
前記補償手段は、前記時間拡散符号及び前記周波数拡散符号を用いた前記2次元位相変調による位相歪みを補償し、
時間領域及び周波数領域がそれぞれ分割数N及びN'で矩形領域に分割され、
分割された各矩形領域にはデータアドレス(q,q')が指定されて2次元位相変調したチップ波形が割り当てられ、
前記送信信号生成手段は、各矩形領域に割り当てられたチップ波形を2次元拡散符号で一次結合したシグネチャを送信信号とし、
前記補償手段が補償する位相歪みは、q、q'、N及びN'がすべて奇数のときに生じ、q、q'、N及びN'のいずれかが偶数のときに生じないものを含む、信号処理システム。
A signal processing system that uses two-dimensional phase modulation.
Equipped with a transmitter and a receiver
The transmitter is
A transmission signal generation means that generates a transmission signal by two-dimensional phase modulation using a time diffusion code and a frequency diffusion code.
A transmission signal transmission means for transmitting the transmission signal is provided.
The receiver is
A reception signal receiving means that receives the transmission signal and obtains the reception signal,
A compensation means for compensating for the phase distortion in the received signal is provided.
The compensating means compensates for the phase distortion due to the two-dimensional phase modulation using the time diffusion code and the frequency diffusion code.
The time domain and the frequency domain are divided into rectangular regions by the number of divisions N and N', respectively.
A data address (q, q') is specified and a two-dimensional phase-modulated chip waveform is assigned to each divided rectangular area.
The transmission signal generation means uses a signature obtained by linearly combining chip waveforms assigned to each rectangular region with a two-dimensional diffusion code as a transmission signal.
The phase distortion compensated by the compensating means includes those that occur when q, q', N and N'are all odd numbers and do not occur when any one of q, q', N and N'is even. Signal processing system.
送信装置が備える送信信号生成手段が時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して生成した送信信号を受信する受信方法であって、
補償手段が、前記送信信号を受信して得られた受信信号において、前記時間拡散符号及び前記周波数拡散符号を用いた前記2次元位相変調による位相歪みを補償する補償ステップを含み、
時間領域及び周波数領域がそれぞれ分割数N及びN'で矩形領域に分割され、
前記送信信号生成手段がN'個の時間領域のテンプレートの拡散符号による一次結合による時間領域のシグネチャにより前記送信信号を生成するならば、前記補償手段が補償する位相歪みは、m(0≦m≦N−1)及びm'(0≦m'≦N'−1)に対して、一次結合においてm'+1番目の時間領域のテンプレートを生成するためのm+1番目のガウシアンパルスに対してm及びm'が共に奇数の場合に生じ、m及びm'のいずれかが偶数の場合に生じないものを含み、
前記送信信号生成手段がN個の周波数領域のテンプレートの拡散符号による一次結合による周波数領域のシグネチャにより前記送信信号を生成するならば、前記補償手段が補償する位相歪みは、m(0≦m≦N−1)及びm'(0≦m'≦N'−1)に対して、一次結合においてm+1番目の周波数領域のテンプレートを生成するためのm'+1番目のガウシアンパルスに対してm及びm'が共に奇数の場合に生じ、m及びm'のいずれかが偶数の場合に生じないものを含む、受信方法。
A receiving method in which a transmission signal generation means provided in a transmission device receives a transmission signal generated by two-dimensional phase modulation using a time diffusion code and a frequency diffusion code.
The compensating means includes a compensating step of compensating for the phase distortion due to the two-dimensional phase modulation using the time spreading code and the frequency spreading code in the received signal obtained by receiving the transmitted signal.
The time domain and the frequency domain are divided into rectangular regions by the number of divisions N and N', respectively.
If the transmission signal generation means generates the transmission signal by the signature of the time domain by the linear coupling by the diffusion code of the N'time domain template, the phase distortion compensated by the compensation means is m (0 ≦ m). For ≤N-1) and m'(0≤m'≤N'-1), m and for the m + 1st Gaussian pulse to generate a template for the m'+ 1st time domain in the linear coupling. Includes those that occur when both m'are odd and do not occur when either m or m'is even.
If the transmission signal generation means generates the transmission signal by the signature of the frequency domain by the linear coupling by the diffusion code of the template of N frequency domains, the phase distortion compensated by the compensation means is m (0 ≦ m ≦). For N-1) and m'(0≤m'≤N'-1), m and m for the m'+ 1st Gaussian pulse to generate a template for the m + 1th frequency domain in the linear coupling. A receiving method including those that occur when both'are odd and do not occur when either m or m'is even.
送信装置が備える送信信号生成手段が時間拡散符号及び周波数拡散符号を用いて2次元位相変調して生成した送信信号を受信する受信方法であって、
補償手段が、前記送信信号を受信して得られた受信信号において、前記時間拡散符号及び前記周波数拡散符号を用いた前記2次元位相変調による位相歪みを補償する補償ステップを含み、
時間領域及び周波数領域がそれぞれ分割数N及びN'で矩形領域に分割され、
分割された各矩形領域にはデータアドレス(q,q')が指定されて2次元位相変調したチップ波形が割り当てられ、
前記送信信号生成手段は、各矩形領域に割り当てられたチップ波形を2次元拡散符号で一次結合したシグネチャを前記送信信号とし、
前記補償手段が補償する位相歪みは、q、q'、N及びN'がすべて奇数のときに生じ、q、q'、N及びN'のいずれかが偶数のときに生じないものを含む、受信方法。
A receiving method in which a transmission signal generation means provided in a transmission device receives a transmission signal generated by two-dimensional phase modulation using a time diffusion code and a frequency diffusion code.
The compensating means includes a compensating step of compensating for the phase distortion due to the two-dimensional phase modulation using the time spreading code and the frequency spreading code in the received signal obtained by receiving the transmitted signal.
The time domain and the frequency domain are divided into rectangular regions by the number of divisions N and N', respectively.
A data address (q, q') is specified and a two-dimensional phase-modulated chip waveform is assigned to each divided rectangular area.
The transmission signal generation means uses a signature obtained by linearly combining chip waveforms assigned to each rectangular region with a two-dimensional diffusion code as the transmission signal.
The phase distortion compensated by the compensating means includes those that occur when q, q', N and N'are all odd numbers and do not occur when any one of q, q', N and N'is even. Receiving method.
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