JPH0442061A - 信号レベル検出方法及び信号レベル検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第５図、第６図） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（第１図） 作用 実施例（第２図〜第４図） 発明の効果 〔概要〕 信号レベル検出方法及び信号レベル検出装置に関し、 Ａ／Ｄ変換器が入力レンジオーバーを起こすような場合
においても、正確な信号レベル検出ができるようにする
ことを目的とし、 雑音を含む信号のレベルを検出する信号レベル検出方法
において、雑音を含む信号をサンプリングし、このサン
プルデータに対し、ある閾値を設定し、サンプルデータ
と閾値との大小を比較して、閾値よりも小さいサンプル
データの出現頻度と、閾値よりも大きいサンプルデータ
の出現頻度を求め、これらの出現頻度が等しくなるよう
に、閾値を適宜変更していき、両出現頻度が等しくなっ
た時の閾値を、信号レベルとして検出するように構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は信号レベル検出方法及び信号レベル検出装置に
関し、更に詳しくいえば、通信や自動制御の分野におい
て、雑音にうもれた信号レベルを検出する際に用いられ
、特に、サンプリング時の入力レンジオーバによる影響
を被らないで信号検出ができるようにした信号レベル検
出方法及び信号レベル検出装置に関する。

〔従来の技術〕

第５図は、従来のレベル検出装置のブロック図、第６図
は、従来例の説明図であり、第６図（ａ）は量子化前の
信号レベルに対する確率密度（ガウス分布）を示した図
、第６図（ｂ）は量子化後の信号レベルに対する確率密
度（確率分布）を示す。

図中、１は標本化回路、２は平均化回路を示す。

通信、あるいは自動制御等の分野において、雑音に埋も
れた信号のレベルを検出することは、非常に重要である
。信号レベルの検出では、検出器の小型化、無調整化、
動作安定化を図るという観点から、信号レベル検出をデ
ィジタル信号処理により実現することが極めて有効であ
る。

このディジタル信号処理を行うために、通常、Ａ／Ｄ変
換器によりアナログ信号をディジタル信号に変換する必
要があるが、ディジタル処理による信号レベル検出では
、このＡ／Ｄ変換器による標本化の際のレンジオーバー
に起因する検出信号レベルの誤差をなくすことが必要と
される。

ところで、上記レベル検出の対象となる信号は、普通背
景の雑音の影響により、信号電力対雑音電力比（Ｓ／Ｎ
）によって決まる確率分布に従う出現頻度で検出される
。

多くの場合、この分布は、ガウス（Ｇａｕｓｓ）分布で
あり、また正確にはガウス分布でなくても、ガウス分布
で近似できる場合が多い（以下、雑音を含む信号は、ガ
ウス分布に従う物とする）。このため、従来のレベル検
出装置は、標本値の算術平均の期待値がガウス分布の平
均値、即ち、検出したい信号レベルに等しいことを利用
して、第５図に示すように、被測定信号の標本化回路１
とその標本値の平均を求める平均化回路２とを継続接続
するという構成をとっている。

上記平均化回路でディジタル信号処理を行おうとする場
合、標本化回路１としては、通常、Ａ／Ｄ変換器を用い
る、Ａ／Ｄ変換器は、そのレンジの最大値を越える入力
が入った場合、標本化データは、レンジの限界（即ちレ
ンジの最大値）に抑え込まれてしまう。

例えば第６図において、＜ａ＞図に示したガウス分布を
有する連続的な確率分布がＡ／Ｄ変換器により、（ｂ）
図に示したような離散的な確率分布に量子化される。

その際、Ａ／Ｄ変換器のレンジを超える入力に対しては
、最高または最低の量子化レベルに抑え込まれてしまう
。つまり、第６図（ａ）に斜線で示したようなガウス分
布中のＡ／Ｄ変換器のレンジオーバ一部分が、量子化後
は、第６図（ｂ）中に斜線で示したように、最大量子化
レベルに上積みされる形になる。

その結果、第６図（ｂ）に示す確率分布に対する算術平
均の期待値は、もはや元のガウス分布の平均値ｍに等し
くならない。このため、上記のような場合には、第５図
に示したレベル検出装置では、信号レベルを正しく検出
することができない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来のものにおいては次のような欠点があ
った。

即ち、上記のように、雑音の影響を被った信号をＡ／Ｄ
コンバータによりディジタルデータに変換する際、Ａ／
Ｄコンバータの入力レンジを超えるような信号は、全て
入力レンジの最上位あるいは最下位の量子化レベルのデ
ータに変換されてしまう。

一般に、信号レベルを検出するためには、多数のサンプ
ルデータの平均をとるという操作を行っている。これは
、サンプルデータの平均値の期待値が、ガウス分布の平
均値である真の信号レベルに等しいという事柄に基づい
ている。

しかし、Ａ／Ｄコンバータにおいて、ガウス分布の一端
が截断されてしまうと、截断のされ方が左右対称（両端
で同じようになっている）場合を除いて、サンプルデー
タの平均操作を行っても、その出力の期待値は、元のガ
ウス分布の平均値には等しくない。

従って、Ａ／Ｄコンバータの入力レンジオーバーの影響
により、真の信号レベルを検出することが不可能になる
。

本発明は、このような従来の欠点を解消し、Ａ／Ｄ変換
器が入力レンジオーバーを起こすような場合においても
、正確な信号レベル検出ができるようにすることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理図であり、第１図Ａは、信号レベ
ル検出方法の説明図、第１図Ｂは、信号レベル検出装置
の原理ブロック図である。

第１図Ａにおいて、横軸は信号レベル、縦軸は確率密度
を示す。

図中、ｍはガウス分布の平均値、Ｔｈは閾値、Ｘは信号
レベル、ｘｌはサンプルデータを示す。

また、１１はサンプリング部、１２は第１比較部、１３
は第１出現頻度検出部、１４は第２出現頻度検出部、１
５は第２比較部、１６はセレクタ、１７は閾値変更部、
Ｔｈは閾値、ε　（ε〉０）は修正値、Ｐｓ、Ｐｉは出
現頻度を示す。

本発明の構成は次のとおりである。

（１）雑音を含む信号のレベルを検出する信号レベル検
出方法において。

雑音を含む信号をサンプリングし、このサンプルデータ
Ｘ、に対し、ある閾値Ｔｈを設定し、サンプルデータＸ
、と閾値Ｔｈとの大小を比較して、閾値Ｔｈよりも大き
いサンプルデータＸ、の出現頻度ＰＩと、閾値Ｔｈより
も小さいサンプルデータＸ、の出現頻度Ｐ！を求め、こ
れらの出現頻度が等しくなるように、閾値Ｔｈを適宜変
更していき、両出現頻度が等しくなった（ＰＩ＝Ｐ２）
時の閾値を、信号レベルとして検出する。

（２）上記＋１１記載の信号レベル検出方法により、信
号レベルを検出する信号レベル検出装置であって、雑音
を含む信号をサンプリングするサンプリング部１１と、
該サンプリング部１１から出力されるサンプルデータＸ
、に対し、ある閾値Ｔｈを設定して、該サンプルデータ
ｘ８と、閾値Ｔｈとの大小を比較する第１比較部１２と
、この第１比較部１２の比較結果に基づき、閾値Ｔｈよ
りも小さいサンプルデータ（ｘｉ□＜Ｔｈ）の出現頻度
Ｐ１を検出する第１出現頻度検出部１３と、閾値Ｔｈよ
りも大きいサンプルデータ（ｘｉ＞’Ｉ’ｈ）の出現頻
度Ｐ２を検出する第２出現頻度検出部１４と、上記第１
出現頻度検出部１３及び第２出現頻度検出部１４から出
力される出現頻度（Ｐｌ、Ｐ１）の大小関係を比較する
第２比較部１５と、この第２比較部１５の比較結果に基
づき、上記閾値Ｔｈを変更する手段１６．１７を設け、 上記両出現頻度が等しくなった際（Ｐ１＝Ｐ２）の閾値
（Ｔｈ）を、信号レベルとして検出する。

〔作用〕

本発明は上記のように構成したので、次のような作用が
ある。

今、成る信号レベルに対して、所定の閾値Ｔｈを設定す
る。そして、サンプルデータＸ、を一定時間（Ｔシンボ
ル）この閾値Ｔｈと比較し、Ｘ。

＜Ｔｈであるデータ数をＮ１とし、ｘ、＞Ｔｈであるデ
ータ数をＮ２とすると、Ｎｌは第１図ＡのＰｌに、すな
わちガウス分布の閾値Ｔｈよりも左側部分の面積に比例
し、Ｎ２は、Ｐｌに、すなわち、ガウス分布の閾値Ｔｈ
よりも右側部分の面積に比例する（ＰＩ”：Ｎｌ、Ｐ２
ＯｅＮ２）。

したがって、ガウス分布の対称性から、Ｎ１−Ｎ２とな
るのは、閾値Ｔｈがちょうど、ガウス分布の中心である
平均値ｍ、すなわち真の信号レベルに等しい場合だけで
ある。このことを利用して、Ｎ１とＮ２とを計測して、
それらの大小関係からＮ１＝Ｎ２となるように閾値Ｔｈ
を変えていく。

Ｎ１＝Ｎ２のときの閾値Ｔｈは、信号レベルに等しいは
ずである。このとき、Ａ／Ｄコンバータにおいて、入力
レンジオーバーがあったとしても、閾値Ｔｈとの大小関
係には影響を及ぼさないのは明らかである。

したがって、第１図Ｂのように、サンプリング部１１で
入力信号をサンプリングし、第１比較部１２により、サ
ンプルデータＸ、と閾値Ｔｈとの比較を行い、この結果
に基づいて、第１出現頻度検出部１３により閾値Ｔｈよ
り小さい出現頻度Ｐ１　（データ数Ｎ　ｚ　）を検出し
、第２出現頻度検出部１４により、閾値Ｔｈよりも大き
い出現頻度Ｐ２　（データ数Ｎ２）を検出する。

その後、第２比較部１５において、上記出現頻度（ＰＩ
、Ｐ１）の大小関係を比較し、この結果に基づき、閾値
Ｔｈを、セレクタ１６と閾値変更部１７により変化させ
る。そして、第２比較部１５における比較の結果、両者
が等しい時、その時の閾値Ｔｈを維持し、信号レベルと
して検出する。

このようにすれば、サンプリングの際の入力レンジオー
バーの影響を被らない信号レベル検出が可能となる。

〔実施例〕

以下、未発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は、本発明の第１実施例における信号レベル検出
装置のブロック図である。図中、第１図と同符号は同一
のものを示し、１８〜２０はカウンタを示す。

この実施例は、第１図Ｂに示した第１出現頻度検出部１
３、及び第２出現頻度検出部１４として、それぞれカウ
ンタ１９．２０を用いた例である。

また、閾値変更部１７には、閾値Ｔｈを、Ｔｈ十ε、Ｔ
ｈ、及びＴｈ−εの３つの値に変更する部分があり、こ
れら３つの閾値の変更値は、セレクタ１６においてセレ
クトされるようになっている（■、■、■のいずれか１
つをセレクトする）。

カウンタ１８は、一定の計測時間（Ｔシンボル）を測る
ためのものであり、その出力は、カウンタ１９．２０、
及びセレクタ１６　（トリガ用）に供給する。

このカウンタ１８による計測時間の間、サンプリング部
１の出力であるサンプルデータＸ、と、閾値Ｔｈとの大
小比較を行い、ｘＨ＜Ｔｈ０時、カウンタ１９はｌだけ
計数し、Ｘｉ　＞Ｔｈ０時、カウンタ２０は１だけ計数
する。

この結果、Ｔシンボル数のカウンタ１９の出力はＮｌで
あり、カウンタ２の出力はＮ２である。このＮｌとＮ２
の大小関係を第２比較部１５により比較し、閾値Ｔｈを
次のように変更する。

（１）Ｎｘ＜Ｎ２のとき−・・・・Ｔｈ→Ｔｈ＋ε（２
）Ｎｘ＝Ｎｔのとき一−−−−−−Ｔ　ｈ→Ｔｈ（３）
Ｎｌ＞Ｎｌのとき・−・−・Ｔｈ−εただしε〉０とす
る。この操作をＴシンボル毎に繰り返し、Ｎ　１　＝　
Ｎ　２となった時の閾値Ｔｈを信号レベルとして検出す
る。

第３図は、上記第１実施例における信号レベル検出方法
の処理フローチャートである。

なお、図の各処理番号は、カッコ内に示す。

先ず、初期値として、閾値Ｔｈを第１比較部１２に設定
しく１００）　、各カウンタ１８．１９．２０の値Ｎ、
Ｎｌ、Ｎ２　　（Ｎ＝Ｎ１＋ＮりをそれぞれＮ＝Ｎｌ＝
Ｎ２＝Ｏとする（１０１．）。

次に、サンプリング部１１から出力されるサンプルデー
タＸ、を第１比較部１２に読み込んで（１０２）、該サ
ンプルデータＸ、と閾値Ｔｈとの比較を行う　（１０３
）。

その結果、ｘｌ〈Ｔｈであればカウンタ１９のカウント
値Ｎ４をＮ１＝Ｎ１＋１としく１０４）、ｘｉ＞Ｔｈで
あればカウンタ２０のカウント値Ｎ２を、Ｎ２＝Ｎｚ＋
、１とする（１０５）。

そして、上記の処理が済むと、カウンタ１８のカウント
値ＮはＮ＝Ｎ＋１となる（１０６）から、Ｎ＝Ｔになる
まで順次サンプルデータＸ、を読み込み、上記の処理を
繰り返す（１０７）。

その後、Ｎ＝Ｔになると（ｌ　Ｏ７）　、第２比較部１
５において、Ｎ１とＮ２との比較を行い（１０８）、そ
の結果がＮｌ＞Ｎｕであれば、セレクタ１６で■をセレ
クトし、閾値ＴｈをＴｈ＝Ｔｈ−εとする（１０９）。

しかし、Ｎｘ＜Ｎｘであれば、セレクタ１６で■をセレ
クトし、閾値Ｔｈを、Ｔｈ＝Ｔｈ＋εとし、再びＮ＝Ｎ
ｔ＝Ｎ２＝Ｏにして（１０１）、上記の各処理を繰り返
す。

上記比較結果がＮ１＝Ｎｓになると（１０８）、セレク
タ１６で■をセレクトし、その時のＩＩＪ（直Ｔｈを信
号レベルとして検出する。

第４図は、第２実施例における信号レベル検出装置のブ
ロック図である。図中、第２図と同符号は同一のものを
示し、２１はアップダウンカウンタを示す。

この実施例は、第２図に示した第１実施例におけるカウ
ンタ１９．２０の代わりとして、アップダウンカウンタ
２１を設け、Ｎ１とＮｌとの差のみを計測するようにし
た例である。

カウンタ１８は、第１実施例の場合と同様に、計測時間
を測るものであり、その出力は、アップダウンカウンタ
２１と、セレクタ１６に供給する。

アップダウンカウンタ２１では、ｘＨ＜’ｌ’ｈの時、
１だけカウントアツプし、Ｘｉ　＞Ｔｈ０時、１だけカ
ウントダウンする。

この結果、Ｔシンボル後のアップダウンカウンタ２１の
出力は、Ｎ５−Ｎ２に等しく、Ｎ５−Ｎｌの正負により
、閾値を次のように変更する。

（１）　　Ｎ　ｚ　−Ｎ　２　＞　Ｏのとき−−−−−
・−Ｔｈ−Ｔｈ−ε（２１Ｎ　１−　Ｎ　２　＝　Ｏの
とき一−−−−−Ｔ　ｈ　−Ｔ　ｈ（３）　　Ｎ　１−
　Ｎ　２　＜　０のとき−−−−−−，Ｔ　ｈ−ＩＴ　
ｈ＋εただし、ε〉０とする。この操作をＴシンボル毎
に繰り返し、Ｎ１−Ｎｔ＝ＯとなったときのＴｈが検出
すべき信号レベルとなる。

この実施例では、カウンタが１個で済み、その分、ハー
ド規模が小さくなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば次のような効果が
ある。

（１１ガウス分布のように、平均値に関して確率分布が
対称になっている場合に関し、この対称性という性質を
利用することにより、従来のようなサンプルデータに関
する平均操作を行わないで、Ａ／Ｄコンバータの入力レ
ンジオーバーの影響を被ることな（、信号レベルを検出
することが可能となる。

（請求項１．２に対応） （２）本発明の信号レベル検出装置には、−Ｃに従来装
置に具備していた平均化回路等を必要とせず、小規模の
回路構成となる。

（請求項２に対応） （３）従来例では、サンプルデータの一部しか信号レベ
ル検出に用いていない。

しかし、本発明では、入力レンジオーバーのサンプルデ
ータを含めて、全てのサンプルデータを使用している。

したがって、短時間で信号レベルの検出ができる。

（請求項１．２対応）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の第１実施例における信号レベル検出装
置のブロック図、 第３図は上記実施例における信号レベル検出方法の処理
フローチャート、 第４図は第２実施例における信号レベル検出装置のブロ
ック図、 第５図は従来のレベル検出装置のブロック図、第６図は
従来例の説明図である。 １１−・サンプリング部 １２−　　第１比較部 １３−第１出現頻度検出部 １４・・−第２出現頻度検出部 １５−第２比較部 １６・−セレクタ １７−・・閾値変更部 １８〜２０−カウンタ ２１−アップダウンタウンタ ｍ−・ガウス分布の平均値 Ｔｈ−閾値 ｘｌ−・−サンプルデータ 特許出願人　　　冨士通株式会社 代理人弁理士　　山　谷　晧　榮 第３図 従来のレベル＃、本装置 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）雑音を含む信号のレベルを検出する信号レベル検
   出方法において、 雑音を含む信号をサンプリングし、 このサンプルデータ（ｘ＿ｉ）に対し、ある閾値（Ｔｈ
   ）を設定し、 上記サンプルデータ（ｘ＿ｉ）と閾値（Ｔｈ）との大小
   を比較して、 閾値（Ｔｈ）よりも小さいサンプルデータ（ｘ＿ｉ）の
   出現頻度（Ｐ＿１）と、閾値（Ｔｈ）よりも大きいサン
   プルデータ（ｘ＿ｉ）の出現頻度（Ｐ＿２）を求め、 これらの出現頻度が等しくなるように、閾値（Ｔｈ）を
   適宜変更していき、 上記の両出現頻度が等しくなった（Ｐ＿１＝Ｐ＿２）時
   の閾値を、信号レベルとして検出することを特徴とする
   信号レベル検出方法。
2. （２）上記請求項（１）記載の信号レベル検出方法によ
   り、信号レベルを検出する信号レベル検出装置であって
   、 雑音を含む信号をサンプリングするサンプリング部（１
   １）と、 該サンプリング部（１１）から出力されるサンプルデー
   タ（ｘ＿ｉ）に対し、ある閾値（Ｔｈ）を設定して、該
   サンプルデータ（ｘ＿ｉ）と閾値（Ｔｈ）との大小を比
   較する第１比較部（１２）と、該第１比較部（１２）の
   比較結果に基づき、閾値（Ｔｈ）よりも小さいサンプル
   データ（ｘ＿ｉ＜Ｔｈ）の出現頻度（Ｐ＿１）を検出す
   る第１出現頻度検出部（１３）と、 閾値（Ｔｈ）よりも大きいサンプルデータ（ｘ＿ｉ＞Ｔ
   ｈ）の出現頻度（Ｐ＿２）を検出する第２出現頻度検出
   部（１４）と、 上記第１出現頻度検出部（１３）及び第２出現頻度検出
   部（１４）から出力される出現頻度（Ｐ＿１、Ｐ＿２）
   の大小関係を比較する第２比較部（１５）と、 該比較部（１５）の比較結果に基づき、上記閾値（Ｔｈ
   ）を変更する手段（１６、１７）を設け、上記両出現頻
   度が等しくなった際（Ｐ＿１＝Ｐ＿２）の閾値（Ｔｈ）
   を、信号レベルとして検出することを特徴とする信号レ
   ベル検出装置。