JPWO2020166005A1 - Machine learning device, signal specification identification device, machine learning method, control circuit and storage medium - Google Patents

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Abstract

機械学習装置(1)は、学習用信号に含まれる同相信号および直交信号から、学習用信号の特徴量の時系列変動値である時系列特徴量を算出する時系列特徴量算出部(11)と、同相信号および直交信号のそれぞれの波形と、時系列特徴量とに基づいて作成される訓練データセットに従って、信号諸元を学習する信号諸元学習部(13)と、を備えることを特徴とする。The machine learning device (1) is a time-series feature amount calculation unit (11) that calculates a time-series feature amount which is a time-series variation value of the feature amount of the learning signal from the in-phase signal and the orthogonal signal included in the learning signal. ), And a signal specification learning unit (13) that learns the signal specifications according to the training data set created based on the respective waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal and the time-series feature amount. It is characterized by.

Description

本発明は、受信信号の信号諸元を識別するための機械学習装置、信号諸元識別装置および機械学習方法に関する。 The present invention relates to a machine learning device for identifying signal specifications of a received signal, a signal specification identification device, and a machine learning method.

受信信号の変調方式といった信号諸元を識別する方法として、機械学習を使用した方法が提案されている。非特許文献1には、受信信号に含まれる同相信号および直交信号と変調方式との関係を畳み込みニューラルネットワークに学習させることにより、学習結果を用いて、同相信号および直交信号を入力として、変調方式を識別する技術が開示されている。 As a method of identifying signal specifications such as a modulation method of a received signal, a method using machine learning has been proposed. In Non-Patent Document 1, the in-phase signal and the orthogonal signal included in the received signal are learned by a convolutional neural network, and the learning result is used to input the common-mode signal and the orthogonal signal. Techniques for identifying modulation schemes are disclosed.

Timothy J. O'Shea,Johnathan Corgan, and T. Charles Clancy “Convolutional Radio Modulation Recognition Networks”,CoRR,vol.abs/1602,no.04105,pp.1-15,Mar.2016.Timothy J. O'Shea, Johnathan Corgan, and T. Charles Clancy “Convolutional Radio Modulation Recognition Networks”, CoRR, vol.abs / 1602, no.04105, pp.1-15, Mar.2016.

しかしながら、上記従来の技術によれば、学習のために必要なデータセット量が増大するという問題があった。 However, according to the above-mentioned conventional technique, there is a problem that the amount of data set required for learning increases.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、学習のために必要なデータセット量を低減することが可能な機械学習装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a machine learning device capable of reducing the amount of data set required for learning.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる機械学習装置は、学習用信号に含まれる同相信号および直交信号から、学習用信号の特徴量の時系列変動値である時系列特徴量を算出する時系列特徴量算出部と、同相信号および直交信号のそれぞれの波形と、時系列特徴量とに基づいて作成される訓練データセットに従って、信号諸元を学習する信号諸元学習部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the machine learning device according to the present invention is a time-series variation value of the feature amount of the learning signal from the in-phase signal and the orthogonal signal included in the learning signal. A signal for learning signal specifications according to a time-series feature amount calculation unit that calculates a time-series feature amount, a training data set created based on each waveform of an in-phase signal and an orthogonal signal, and a time-series feature amount. It is characterized by having a specification learning department.

本発明にかかる機械学習装置は、学習のために必要なデータセット数を低減することが可能になるという効果を奏する。 The machine learning device according to the present invention has an effect that the number of data sets required for learning can be reduced.

本発明の実施の形態1にかかる信号諸元識別システムの機能構成を示す図The figure which shows the functional structure of the signal specification identification system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1に示す時系列特徴量算出部の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the time-series feature amount calculation part shown in FIG. 図1に示す準同期検波部の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the quasi-synchronous detection part shown in FIG. 図1に示す信号諸元識別システムの機能を実現するための専用のハードウェア構成を示す図The figure which shows the dedicated hardware configuration for realizing the function of the signal specification identification system shown in FIG. 図1に示す信号諸元識別システムの機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示す図The figure which shows the hardware configuration which executes the software which realizes the function of the signal specification identification system shown in FIG. 図1に示す機械学習装置の動作を示すフローチャートA flowchart showing the operation of the machine learning device shown in FIG. 図1に示す信号諸元識別装置の動作を示すフローチャートA flowchart showing the operation of the signal specification identification device shown in FIG. 本発明の実施の形態2にかかる信号諸元識別システムの機能構成を示す図The figure which shows the functional structure of the signal specification identification system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる信号諸元識別システムの機能構成を示す図The figure which shows the functional structure of the signal specification identification system which concerns on Embodiment 3 of this invention. 図9に示す雑音除去部の機能構成を示す図The figure which shows the functional structure of the noise removing part shown in FIG. 図9に示す雑音除去部の構成例を示す図The figure which shows the structural example of the noise removing part shown in FIG. 本発明の実施の形態4にかかる信号諸元識別システムの機能構成を示す図The figure which shows the functional structure of the signal specification identification system which concerns on Embodiment 4 of this invention. 図12に示す機械学習装置の動作を示すフローチャートA flowchart showing the operation of the machine learning device shown in FIG. 図12に示す信号諸元識別装置の動作を示すフローチャートA flowchart showing the operation of the signal specification identification device shown in FIG.

以下に、本発明の実施の形態にかかる機械学習装置、信号諸元識別装置および機械学習方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, the machine learning device, the signal specification identification device, and the machine learning method according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる信号諸元識別システム100の機能構成を示す図である。信号諸元識別システム100は、機械学習装置1と、機械学習装置1の学習結果である学習パラメータを記憶する学習パラメータ記憶部2と、学習結果を用いて受信信号の信号諸元を識別する信号諸元識別装置3と、受信信号に含まれる同相信号および直交信号を得る準同期検波部4とを有する。信号諸元は、AM(Amplitude Modulation:振幅変調)/FM(Frequency Modulation:周波数変調)といった電波の伝送方式、FSK(Frequency Shift Keying:周波数偏移変調)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying:四位相偏移変調)などの変調方式、DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum:直接拡散方式)、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交波周波数分割多重)などの二次変調まで含めた通信規格などである。通信規格の一例としては、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11a、IEEE802.11g、およびIEEE802.15.6が挙げられる。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration of the signal specification identification system 100 according to the first embodiment of the present invention. The signal specification identification system 100 includes a machine learning device 1, a learning parameter storage unit 2 that stores learning parameters that are learning results of the machine learning device 1, and a signal that identifies signal specifications of a received signal using the learning results. It has a specification identification device 3 and a quasi-synchronous detection unit 4 that obtains in-phase signals and orthogonal signals included in the received signal. The signal specifications are radio transmission methods such as AM (Amplitude Modulation) / FM (Frequency Modulation), FSK (Frequency Shift Keying), and QPSK (Quadrature Phase Shift Keying). Modulation methods such as transmodulation), DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), communication standards including secondary modulation such as OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Examples of communication standards include IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11a, IEEE802.11g, and IEEE802.1.6.

機械学習装置1は、学習用データセットを用いて、信号諸元を識別するための学習パラメータを学習する。学習用データセットは、学習用信号と、学習用信号に対応づけられた信号諸元を示すラベルとを含む。複数の学習用信号は、実際に取得された受信波形に対して順同期検波を行った結果得られる同相信号および直交信号の組み合わせであるIQ信号、計算機シミュレーションにより模擬された同相信号および直交信号などであり、予め用意されている。学習用データセットに含まれる学習用信号は、時系列特徴量算出部11および結合部12のそれぞれに入力され、学習用データセットに含まれるラベルは、信号諸元学習部13に入力される。 The machine learning device 1 learns learning parameters for identifying signal specifications using a learning data set. The learning data set includes a learning signal and a label indicating the signal specifications associated with the learning signal. The plurality of learning signals are the IQ signal, which is a combination of the in-phase signal and the orthogonal signal obtained as a result of performing forward synchronous detection on the actually acquired received waveform, the in-phase signal simulated by the computer simulation, and the orthogonal signal. It is a signal or the like and is prepared in advance. The learning signal included in the learning data set is input to each of the time series feature amount calculation unit 11 and the coupling unit 12, and the label included in the learning data set is input to the signal specification learning unit 13.

機械学習装置1は、時系列特徴量算出部11と、結合部12と、信号諸元学習部13とを有する。時系列特徴量算出部11は、学習用信号に含まれる同相信号および直交信号から、学習用信号の特徴量の時系列変動値である時系列特徴量を算出する。時系列特徴量算出部11は、算出した時系列特徴量を結合部12に入力する。結合部12は、学習用信号に含まれる同相信号および直交信号と、時系列特徴量とを結合して信号諸元学習部13が機械学習に用いる訓練データセットを生成する。結合部12は、結合後のデータである訓練データセットを信号諸元学習部13に入力する。信号諸元学習部13は、同相信号および直交信号のそれぞれの波形と、時系列特徴量とに基づいて作成される訓練データセットに従って、信号諸元を学習する。信号諸元学習部13の学習結果は、入力データである訓練データセットと、信号諸元との間の関係を示し、訓練データセットから信号諸元を識別するための学習パラメータである。信号諸元学習部13は、学習結果である学習パラメータを学習パラメータ記憶部2に記憶させる。 The machine learning device 1 has a time-series feature amount calculation unit 11, a coupling unit 12, and a signal specification learning unit 13. The time-series feature amount calculation unit 11 calculates the time-series feature amount, which is the time-series variation value of the feature amount of the learning signal, from the in-phase signal and the orthogonal signal included in the learning signal. The time-series feature amount calculation unit 11 inputs the calculated time-series feature amount to the coupling unit 12. The coupling unit 12 combines the in-phase signal and the orthogonal signal included in the learning signal with the time-series feature amount to generate a training data set used by the signal specification learning unit 13 for machine learning. The coupling unit 12 inputs the training data set, which is the data after coupling, to the signal specification learning unit 13. The signal specification learning unit 13 learns the signal specifications according to the training data set created based on the respective waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal and the time-series feature amount. The learning result of the signal specification learning unit 13 shows the relationship between the training data set which is input data and the signal specification, and is a learning parameter for identifying the signal specification from the training data set. The signal specification learning unit 13 stores the learning parameter, which is the learning result, in the learning parameter storage unit 2.

学習パラメータ記憶部2は、機械学習装置1の学習結果である学習パラメータを記憶する記憶装置である。学習パラメータ記憶部2に記憶された学習パラメータは、信号諸元識別装置3から読み出すことができる。 The learning parameter storage unit 2 is a storage device that stores learning parameters that are learning results of the machine learning device 1. The learning parameters stored in the learning parameter storage unit 2 can be read out from the signal specification identification device 3.

準同期検波部4は、受信信号を同期復調し、搬送波を再生し、周波数偏差および位相偏差補償を行う。準同期検波部4は、準同期検波後に得られる同相信号および直交信号を信号諸元識別装置3に入力する。 The quasi-synchronous detection unit 4 synchronously demodulates the received signal, reproduces the carrier wave, and compensates for frequency deviation and phase deviation. The quasi-synchronous detection unit 4 inputs the in-phase signal and the orthogonal signal obtained after the quasi-synchronous detection to the signal specification identification device 3.

信号諸元識別装置3は、時系列特徴量算出部31と、結合部32と、信号諸元識別部33とを有する。準同期検波部4の出力する同相信号および直交信号は、時系列特徴量算出部31および結合部32のそれぞれに入力される。時系列特徴量算出部31は、受信信号に含まれる同相信号および直交信号から、受信信号の特徴量の時系列変動値である時系列特徴量を算出する。時系列特徴量算出部31が算出する時系列特徴量の種類は、時系列特徴量算出部11が算出する時系列特徴量と同一であることが望ましい。時系列特徴量算出部31は、算出した時系列特徴量を結合部32に入力する。結合部32は、時系列特徴量算出部31から入力される時系列特徴量と、同相信号および直交信号とを結合し、信号諸元識別部33への入力データを生成する。信号諸元識別部33は、学習パラメータ記憶部2に記憶される学習パラメータを用いて、結合部32からの入力データに基づいて、受信信号に適用されている信号諸元を識別する。信号諸元識別部33は、識別結果を出力する。 The signal specification identification device 3 includes a time-series feature amount calculation unit 31, a coupling unit 32, and a signal specification identification unit 33. The in-phase signal and the orthogonal signal output by the quasi-synchronous detection unit 4 are input to the time-series feature amount calculation unit 31 and the coupling unit 32, respectively. The time-series feature amount calculation unit 31 calculates the time-series feature amount, which is the time-series variation value of the feature amount of the received signal, from the in-phase signal and the orthogonal signal included in the received signal. It is desirable that the type of the time-series feature amount calculated by the time-series feature amount calculation unit 31 is the same as the time-series feature amount calculated by the time-series feature amount calculation unit 11. The time-series feature amount calculation unit 31 inputs the calculated time-series feature amount to the coupling unit 32. The coupling unit 32 combines the time-series feature amount input from the time-series feature amount calculation unit 31 with the in-phase signal and the orthogonal signal to generate input data to the signal specification identification unit 33. The signal specification identification unit 33 identifies the signal specifications applied to the received signal based on the input data from the coupling unit 32 by using the learning parameters stored in the learning parameter storage unit 2. The signal specification identification unit 33 outputs the identification result.

なお、上記の構成は一例である。例えば、学習パラメータ記憶部2は、図1においては、機械学習装置1および信号諸元識別装置3の外部に設けられているが、機械学習装置1の内部に設けられていてもよいし、信号諸元識別装置3の内部に設けられていてもよい。また、図1では、機械学習装置1と信号諸元識別装置3とを異なる装置としているが、信号諸元識別システム100の機能を1つの装置上で実現することもできる。この場合、時系列特徴量算出部11と時系列特徴量算出部31、結合部12と結合部32、および、信号諸元学習部13と信号諸元識別部33は、それぞれ同一のハードウェアにより実現することもできる。 The above configuration is an example. For example, in FIG. 1, the learning parameter storage unit 2 is provided outside the machine learning device 1 and the signal specification identification device 3, but may be provided inside the machine learning device 1 or a signal. It may be provided inside the specification identification device 3. Further, although the machine learning device 1 and the signal specification identification device 3 are different devices in FIG. 1, the function of the signal specification identification system 100 can be realized on one device. In this case, the time-series feature amount calculation unit 11 and the time-series feature amount calculation unit 31, the coupling unit 12 and the coupling unit 32, and the signal specification learning unit 13 and the signal specification identification unit 33 are each provided by the same hardware. It can also be realized.

図2は、図1に示す時系列特徴量算出部11,31の構成例を示す図である。時系列特徴量算出部11,31は、振幅算出部111と、位相算出部112とを有する。振幅算出部111および位相算出部112のそれぞれには、同相信号および直交信号が入力される。振幅算出部111は、受信信号の振幅を算出する。振幅算出部111は、同相信号I、直交信号Qとした場合、振幅Aは、以下の数式(1)で表すことができる。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the time-series feature amount calculation units 11 and 31 shown in FIG. The time-series feature amount calculation units 11 and 31 include an amplitude calculation unit 111 and a phase calculation unit 112. An in-phase signal and an orthogonal signal are input to each of the amplitude calculation unit 111 and the phase calculation unit 112. The amplitude calculation unit 111 calculates the amplitude of the received signal. When the amplitude calculation unit 111 is an in-phase signal I and an orthogonal signal Q, the amplitude A can be expressed by the following mathematical formula (1).

Figure 2020166005
Figure 2020166005

位相算出部112は、受信信号の位相を算出することができる。同相信号I、直交信号Qとした場合、位相φは、以下の数式(2)で表すことができる。 The phase calculation unit 112 can calculate the phase of the received signal. When the in-phase signal I and the orthogonal signal Q are used, the phase φ can be expressed by the following mathematical formula (2).

Figure 2020166005
Figure 2020166005

なお、時系列特徴量算出部11,31は、上記以外にも、同相信号I、直交信号Qを複素4乗したものの振幅、位相を算出することもできる。また、時系列特徴量算出部11,31が算出する特徴量は、振幅および位相に限らない。 In addition to the above, the time-series feature amount calculation units 11 and 31 can also calculate the amplitude and phase of the in-phase signal I and the orthogonal signal Q squared to the complex number. Further, the feature amounts calculated by the time-series feature amount calculation units 11 and 31 are not limited to the amplitude and the phase.

図3は、図1に示す準同期検波部4の構成例を示す図である。準同期検波部4は、受信信号の周波数変換を行うための発振信号を生成する発振器41と、発振器41から出力される発振信号の位相を2分のπずらすπ/2移相器42と、受信信号と発振信号とを乗算する乗算器43と、受信信号と2分のπ位相をずらした発振信号とを乗算する乗算器44と、乗算器43,44から出力された信号から不要波および雑音を除去するLPF(Low Pass Filter)45,46とを有する。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the quasi-synchronous detection unit 4 shown in FIG. The quasi-synchronous detection unit 4 includes an oscillator 41 that generates an oscillation signal for frequency conversion of a received signal, a π / 2 phase shifter 42 that shifts the phase of the oscillation signal output from the oscillator 41 by π / 2. A multiplier 43 that multiplies the received signal and the oscillated signal, a multiplier 44 that multiplies the received signal and the oscillated signal with a π-phase shift of half, and unnecessary waves and unnecessary waves from the signals output from the multipliers 43 and 44. It has LPFs (Low Pass Filters) 45 and 46 for removing noise.

図4は、図1に示す信号諸元識別システム100の機能を実現するための専用のハードウェア構成を示す図である。図4に示す処理回路90は、例えば、単一回路、復号回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、または、これらを組み合わせたものが該当する。 FIG. 4 is a diagram showing a dedicated hardware configuration for realizing the function of the signal specification identification system 100 shown in FIG. The processing circuit 90 shown in FIG. 4 is, for example, a single circuit, a decoding circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field Programmable Gate Array), or a combination thereof. Applicable.

図5は、図1に示す信号諸元識別システム100の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示す図である。信号諸元識別システム100の機能は、準同期検波回路91と、プロセッサ92と、メモリ93と、ストレージ94とを用いて実現することができる。準同期検波回路91は、図4に示す準同期検波部4の構成を有する回路である。プロセッサ92は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、またはDSP(Digital Signal Processor)などにより構成されている。メモリ93は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable ROM)、もしくはEEPROM(登録商標)(Electrically EPROM)などの半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、などが該当する。 FIG. 5 is a diagram showing a hardware configuration for executing software that realizes the functions of the signal specification identification system 100 shown in FIG. The function of the signal specification identification system 100 can be realized by using the quasi-synchronous detection circuit 91, the processor 92, the memory 93, and the storage 94. The quasi-synchronous detection circuit 91 is a circuit having the configuration of the quasi-synchronous detection unit 4 shown in FIG. The processor 92 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), a microprocessor, a microcontroller, a DSP (Digital Signal Processor), or the like. The memory 93 is, for example, a semiconductor memory such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), or EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), a magnetic disk, or a flexible disk. , Etc. are applicable.

図1に示した機械学習装置1および信号諸元識別装置3の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ93に記憶され、メモリ93が記憶するプログラムをプロセッサ92が読みだして実行することにより各機能が実現される。また、プログラムが実行される中で情報を記録する際には、メモリ93を用いてデータを保持してもよいし、ストレージ94を用いてデータを保持してもよい。図1に示した学習パラメータ記憶部2はストレージ94を用いて学習パラメータを保持する。 Each function of the machine learning device 1 and the signal specification identification device 3 shown in FIG. 1 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. Software and firmware are described as programs, stored in the memory 93, and each function is realized by the processor 92 reading and executing the program stored in the memory 93. Further, when recording information while the program is being executed, the memory 93 may be used to hold the data, or the storage 94 may be used to hold the data. The learning parameter storage unit 2 shown in FIG. 1 holds learning parameters using the storage 94.

図6は、図1に示す機械学習装置1の動作を示すフローチャートである。機械学習装置1は、学習用データセットに含まれる学習用信号とラベルとを対応づけた学習用データを取得する(ステップS101)。時系列特徴量算出部11は、取得した学習用データのち、学習用信号から時系列特徴量を算出する(ステップS102)。 FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the machine learning device 1 shown in FIG. The machine learning device 1 acquires learning data in which the learning signal included in the learning data set and the label are associated with each other (step S101). The time-series feature amount calculation unit 11 calculates the time-series feature amount from the learning signal after the acquired learning data (step S102).

結合部12は、算出された時系列特徴量と学習用データとを結合して訓練データセットを生成する(ステップS103)。信号諸元学習部13は、ニューラルネットワークを用いた識別器を利用して、生成された訓練データセットを入力データとし、対応づけられたラベルが示す信号諸元を学習して、入力データから対応する信号諸元を出力するためのパラメータを学習する(ステップS104)。学習結果である学習パラメータは、学習パラメータ記憶部2に記憶される。 The connecting unit 12 combines the calculated time-series features and the learning data to generate a training data set (step S103). The signal specification learning unit 13 uses the generated training data set as input data by using a classifier using a neural network, learns the signal specifications indicated by the associated labels, and responds from the input data. The parameters for outputting the signal specifications to be output are learned (step S104). The learning parameter, which is the learning result, is stored in the learning parameter storage unit 2.

図7は、図1に示す信号諸元識別装置3の動作を示すフローチャートである。信号諸元識別装置3は、受信信号に含まれる同相信号および直交信号を取得する(ステップS201)。時系列特徴量算出部31は、同相信号および直交信号から時系列特徴量を算出する(ステップS202)。結合部32は、算出された時系列特徴量と、同相信号および直交信号とを結合して信号諸元識別部33に入力する(ステップS203)。信号諸元識別部33は、入力されたデータと、学習パラメータ記憶部2に記憶された機械学習装置1の学習結果とに基づいて、受信信号の信号諸元を識別する(ステップS204)。 FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the signal specification identification device 3 shown in FIG. The signal specification identification device 3 acquires the in-phase signal and the orthogonal signal included in the received signal (step S201). The time-series feature amount calculation unit 31 calculates the time-series feature amount from the in-phase signal and the orthogonal signal (step S202). The coupling unit 32 combines the calculated time-series feature amount with the in-phase signal and the orthogonal signal and inputs them to the signal specification identification unit 33 (step S203). The signal specification identification unit 33 identifies the signal specifications of the received signal based on the input data and the learning result of the machine learning device 1 stored in the learning parameter storage unit 2 (step S204).

以上説明したように、本発明の実施の形態1にかかる信号諸元識別システム100では、同相信号および直交信号に加えて、信号の特徴量の時系列変動値である時系列特徴量を信号諸元学習部13への入力として、信号諸元が学習される。このような構成をとることによって、同相信号および直交信号のみを入力として信号諸元を学習するよりも、必要となるサンプル数および学習時に必要となるデータセット数を削減することが可能になる。 As described above, in the signal specification identification system 100 according to the first embodiment of the present invention, in addition to the in-phase signal and the orthogonal signal, a time-series feature amount which is a time-series variation value of the signal feature amount is signaled. The signal specifications are learned as an input to the specification learning unit 13. By adopting such a configuration, it is possible to reduce the number of samples required and the number of data sets required at the time of learning, as compared with learning the signal specifications by inputting only the in-phase signal and the orthogonal signal. ..

実施の形態2.
図8は、本発明の実施の形態2にかかる信号諸元識別システム200の機能構成を示す図である。以下、実施の形態1にかかる信号諸元識別システム100と異なる部分について主に説明し、信号諸元識別システム100と同様の部分については詳しい説明を省略する。信号諸元識別システム200は、機械学習装置1aと、学習パラメータ記憶部2と、信号諸元識別装置3aと、準同期検波部4とを有する。
Embodiment 2.
FIG. 8 is a diagram showing a functional configuration of the signal specification identification system 200 according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, the parts different from the signal specification identification system 100 according to the first embodiment will be mainly described, and detailed description of the parts similar to the signal specification identification system 100 will be omitted. The signal specification identification system 200 includes a machine learning device 1a, a learning parameter storage unit 2, a signal specification identification device 3a, and a quasi-synchronous detection unit 4.

機械学習装置1aは、時系列特徴量算出部11と、結合部12と、信号諸元学習部13aとを有する。機械学習装置1aは、学習用データセットから、学習用信号と、補足情報と、ラベルとを含む学習用データを取得する。補足情報は、学習用信号から算出可能な情報であり、予め取得されている。補足情報は、信号諸元学習部13aに入力される。信号諸元学習部13aは、同相信号および直交信号のそれぞれの波形と、時系列特徴量と、補足情報とに基づいて作成される訓練データセットに従って、信号諸元を学習する。 The machine learning device 1a includes a time-series feature amount calculation unit 11, a coupling unit 12, and a signal specification learning unit 13a. The machine learning device 1a acquires learning data including a learning signal, supplementary information, and a label from the learning data set. The supplementary information is information that can be calculated from the learning signal and is acquired in advance. The supplementary information is input to the signal specification learning unit 13a. The signal specification learning unit 13a learns the signal specifications according to the training data set created based on the respective waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal, the time-series feature amount, and the supplementary information.

信号諸元識別装置3aは、時系列特徴量算出部31と、結合部32と、信号諸元識別部33aと、補足情報算出部34とを有する。補足情報算出部34には、準同期検波部4から、受信信号に含まれる同相信号および直交信号が入力される。補足情報算出部34は、受信信号から、信号諸元学習部13aに入力される補足情報と同じ種類の補足情報を算出する。補足情報は、信号の特徴を補足する情報であり、推定されたSNR(Signal to Noise Ratio:信号対雑音比)、推定された周波数誤差といったものが考えられる。補足情報算出部34における計算は、同相信号および直交信号をFFT(Fast Fourier Transform)して周波数領域における最大値と最小値の比を推定SNRとしたり、周波数帯域から中心周波数のずれを推定するほか、ニューラルネットワークを用いてSNRや周波数帯域を推定することが考えられるが、これに限るものではない。 The signal specification identification device 3a includes a time-series feature amount calculation unit 31, a coupling unit 32, a signal specification identification unit 33a, and a supplementary information calculation unit 34. The quasi-synchronous detection unit 4 inputs the in-phase signal and the orthogonal signal included in the received signal to the supplementary information calculation unit 34. The supplementary information calculation unit 34 calculates the same type of supplementary information as the supplementary information input to the signal specification learning unit 13a from the received signal. The supplementary information is information that supplements the characteristics of the signal, and may include an estimated SNR (Signal to Noise Ratio) and an estimated frequency error. In the calculation in the supplementary information calculation unit 34, the in-phase signal and the orthogonal signal are FFT (Fast Fourier Transform) and the ratio of the maximum value to the minimum value in the frequency domain is used as the estimated SNR, or the deviation of the center frequency from the frequency band is estimated. In addition, it is conceivable to estimate the SNR and frequency band using a neural network, but the present invention is not limited to this.

信号諸元識別部33aは、結合部32の出力する結合データに加えて、補足情報算出部34の出力する補足情報を入力データとして、信号諸元を識別する。なお、実施の形態1と同様に、図8に示す構成は一例であり、学習パラメータ記憶部2は、図8においては、機械学習装置1aおよび信号諸元識別装置3aの外部に設けられているが、機械学習装置1aの内部に設けられていてもよいし、信号諸元識別装置3aの内部に設けられていてもよい。また、図8では、機械学習装置1aと信号諸元識別装置3aとを異なる装置としているが、信号諸元識別システム200の機能を1つの装置上で実現することもできる。この場合、時系列特徴量算出部11と時系列特徴量算出部31、結合部12と結合部32、および、信号諸元学習部13aと信号諸元識別部33aは、それぞれ同一のハードウェアにより実現することもできる。 The signal specification identification unit 33a identifies the signal specifications by using the supplementary information output by the supplementary information calculation unit 34 as input data in addition to the coupling data output by the coupling unit 32. As in the first embodiment, the configuration shown in FIG. 8 is an example, and the learning parameter storage unit 2 is provided outside the machine learning device 1a and the signal specification identification device 3a in FIG. May be provided inside the machine learning device 1a, or may be provided inside the signal specification identification device 3a. Further, in FIG. 8, although the machine learning device 1a and the signal specification identification device 3a are different devices, the function of the signal specification identification system 200 can be realized on one device. In this case, the time-series feature amount calculation unit 11 and the time-series feature amount calculation unit 31, the coupling unit 12 and the coupling unit 32, and the signal specification learning unit 13a and the signal specification identification unit 33a are made of the same hardware. It can also be realized.

以上説明したように、本発明の実施の形態2にかかる信号諸元識別システム200によれば、信号諸元学習部13aおよび信号諸元識別部33aの入力データに補足情報を追加することで、学習に必要となるデータセット数をさらに削減することが可能になる。 As described above, according to the signal specification identification system 200 according to the second embodiment of the present invention, supplementary information is added to the input data of the signal specification learning unit 13a and the signal specification identification unit 33a. It is possible to further reduce the number of data sets required for training.

実施の形態3.
図9は、本発明の実施の形態3にかかる信号諸元識別システム300の機能構成を示す図である。信号諸元識別システム300は、機械学習装置1bと、学習パラメータ記憶部2と、信号諸元識別装置3bと、準同期検波部4と、雑音除去学習パラメータ記憶部5とを有する。
Embodiment 3.
FIG. 9 is a diagram showing a functional configuration of the signal specification identification system 300 according to the third embodiment of the present invention. The signal specification identification system 300 includes a machine learning device 1b, a learning parameter storage unit 2, a signal specification identification device 3b, a quasi-synchronous detection unit 4, and a noise removal learning parameter storage unit 5.

機械学習装置1bは、時系列特徴量算出部11と、結合部12と、信号諸元学習部13と、信号選定部14と、雑音除去部15とを有する。信号選定部14および雑音除去部15は、時系列特徴量算出部11の前段に配置されている。 The machine learning device 1b includes a time-series feature amount calculation unit 11, a coupling unit 12, a signal specification learning unit 13, a signal selection unit 14, and a noise removing unit 15. The signal selection unit 14 and the noise removal unit 15 are arranged in front of the time-series feature amount calculation unit 11.

信号選定部14は、学習用データセットに含まれる学習用信号の中から、学習用信号から雑音成分を除去した雑音除去信号を学習するために使用する雑音除去学習用信号を選定する。信号選定部14は、選定結果および学習用信号を雑音除去部15に入力する。信号選定部14は、学習用信号の信号対雑音比に基づいて、雑音除去学習用信号を選定することができる。例えば、信号選定部14は、信号対雑音比が閾値以上の学習用信号を雑音除去学習用信号に選定する。或いは、学習用データセットに含まれる学習用信号に、予め雑音除去学習用信号であるか否かを示すフラグが付与されている場合、信号選定部14は、フラグに基づいて、雑音除去学習用信号を選定することができる。 The signal selection unit 14 selects a noise removal learning signal to be used for learning a noise removal signal obtained by removing a noise component from the learning signal from the learning signals included in the learning data set. The signal selection unit 14 inputs the selection result and the learning signal to the noise removal unit 15. The signal selection unit 14 can select the noise removal learning signal based on the signal-to-noise ratio of the learning signal. For example, the signal selection unit 14 selects a learning signal having a signal-to-noise ratio equal to or greater than a threshold value as a noise removal learning signal. Alternatively, when the learning signal included in the learning data set is previously given a flag indicating whether or not it is a noise removal learning signal, the signal selection unit 14 is used for noise reduction learning based on the flag. The signal can be selected.

雑音除去部15は、学習用信号から雑音成分を除去した雑音除去信号を学習すると共に、雑音除去信号の学習結果を用いて学習用信号から雑音成分を除去する。具体的には、雑音除去部15は、入力される学習用信号と、信号選定部14の選定結果とに基づいて、雑音除去学習用信号として選定された学習用信号については、当該学習用信号を用いて、雑音除去信号を学習する。雑音除去部15は、学習結果を雑音除去学習パラメータ記憶部5に記憶する。雑音除去部15は、雑音除去学習用信号として選定されなかった学習用信号については、学習結果を用いて、学習用信号から雑音成分を除去する。雑音除去部15は、雑音成分を除去した学習用信号である雑音除去後信号を時系列特徴量算出部11および結合部12に入力する。 The noise removing unit 15 learns the noise removing signal obtained by removing the noise component from the learning signal, and removes the noise component from the learning signal by using the learning result of the noise removing signal. Specifically, the noise reduction unit 15 refers to the learning signal selected as the noise reduction learning signal based on the input learning signal and the selection result of the signal selection unit 14. To learn the denoising signal using. The noise removing unit 15 stores the learning result in the noise removing learning parameter storage unit 5. The noise removing unit 15 removes a noise component from the learning signal by using the learning result for the learning signal that is not selected as the noise removing learning signal. The noise removal unit 15 inputs a noise removal signal, which is a learning signal from which noise components have been removed, to the time series feature amount calculation unit 11 and the coupling unit 12.

時系列特徴量算出部11、結合部12および信号諸元学習部13については、雑音除去後信号を用いて処理が行われる点以外は、実施の形態1と同様であるため詳しい説明を省略する。 The time-series feature amount calculation unit 11, the coupling unit 12, and the signal specification learning unit 13 are the same as those in the first embodiment except that the processing is performed using the signal after noise removal, and thus detailed description thereof will be omitted. ..

図10は、図9に示す雑音除去部15の機能構成を示す図である。雑音除去部15は、学習用雑音付加部151と、正規化処理部152と、雑音除去器学習部153と、雑音除去学習パラメータ記憶部154と、正規化処理部155と、雑音除去器156とを有する。 FIG. 10 is a diagram showing a functional configuration of the noise removing unit 15 shown in FIG. The noise removing unit 15 includes a learning noise adding unit 151, a normalizing processing unit 152, a noise removing device learning unit 153, a noise removing learning parameter storage unit 154, a normalizing processing unit 155, and a noise removing device 156. Has.

学習用雑音付加部151には、雑音除去学習用信号が入力される。学習用信号の中で、含まれる雑音成分が低いものが雑音除去学習用信号に選定されている。学習用雑音付加部151は、入力される雑音除去学習用信号に、雑音成分を付加する。学習用雑音付加部151は、雑音成分を付加した信号を正規化処理部152に入力する。正規化処理部152には、雑音成分を付加した信号と、雑音成分を付加する前の雑音除去学習用信号とが入力される。正規化処理部152は、雑音成分を付加した信号および雑音除去学習用信号のそれぞれに正規化処理を行った結果を雑音除去器学習部153に入力する。 A noise removal learning signal is input to the learning noise addition unit 151. Among the learning signals, the one having a low noise component contained is selected as the noise elimination learning signal. The learning noise addition unit 151 adds a noise component to the input noise removal learning signal. The learning noise addition unit 151 inputs a signal to which a noise component is added to the normalization processing unit 152. A signal to which a noise component is added and a noise removal learning signal before the noise component is added are input to the normalization processing unit 152. The normalization processing unit 152 inputs the result of normalization processing to each of the signal to which the noise component is added and the noise removal learning signal to the noise removal device learning unit 153.

雑音除去器学習部153は、自己符号化器を備え、自己符号化器には、正規化した雑音付加後の信号が入力され、自己符号化器は、雑音付加後の信号に基づく雑音除去用データセットに従って、正規化した雑音付加前の雑音除去学習用信号を雑音除去後の信号として学習する。言い換えると、雑音除去器学習部153は、雑音付加後の雑音除去学習用信号を入力としたとき、雑音付加前の雑音除去学習用信号を出力するようにパラメータを学習する。雑音除去器学習部153は、学習結果を雑音除去学習パラメータ記憶部154に記憶すると共に、出力して雑音除去学習パラメータ記憶部5に記憶させる。 The noise remover learning unit 153 includes a self-encoder, and a normalized signal after noise addition is input to the self-encoder, and the self-encoder is for noise removal based on the signal after noise addition. According to the data set, the normalized noise removal learning signal before noise addition is learned as the noise reduction signal. In other words, the noise remover learning unit 153 learns the parameters so as to output the noise removal learning signal before the noise addition when the noise removal learning signal after the noise addition is input. The noise remover learning unit 153 stores the learning result in the noise removal learning parameter storage unit 154, outputs the learning result, and stores the learning result in the noise removal learning parameter storage unit 5.

自己符号化器(Autoencoder)は、入力と出力の次元を同一としたニューラルネットワークであり、入力に対して雑音を付加したものから雑音付加前のものを推定する手法は、雑音除去自己符号化器(Denoising Autoencoder)として知られている。 An autoencoder is a neural network in which the dimensions of the input and output are the same, and the method of estimating the one with noise added to the input before the noise is added is the noise reduction autoencoder. Known as (Denoising Autoencoder).

雑音除去学習用信号でない入力信号が入力された場合、正規化処理部155で正規化処理が行われ、正規化処理部155は、処理後の信号を雑音除去器156に入力する。雑音除去器156は、雑音除去学習パラメータ記憶部154に記憶された学習パラメータを用いて雑音除去を行い、雑音除去後の信号を出力する。 When an input signal other than the noise removal learning signal is input, the normalization processing unit 155 performs normalization processing, and the normalization processing unit 155 inputs the processed signal to the noise removal device 156. The noise remover 156 performs noise removal using the learning parameters stored in the noise removal learning parameter storage unit 154, and outputs a signal after noise removal.

図9の説明に戻る。信号諸元識別装置3bは、時系列特徴量算出部31と、結合部32と、信号諸元識別部33と、雑音除去部35とを有する。雑音除去部35は、時系列特徴量算出部31の前段に配置される。雑音除去部35には、準同期検波部4から同相信号および直交信号が入力される。また、雑音除去部35は、雑音除去学習パラメータ記憶部5に記憶された学習結果を用いて、入力信号から雑音成分を除去する。雑音除去部35は、雑音成分を除去後の信号を時系列特徴量算出部31および結合部32のそれぞれに入力する。時系列特徴量算出部31、結合部32、および信号諸元識別部33は、雑音成分を除去後の信号を処理する点以外は実施の形態1と同様であるため、ここでは詳しい説明を省略する。 Returning to the description of FIG. The signal specification identification device 3b includes a time-series feature amount calculation unit 31, a coupling unit 32, a signal specification identification unit 33, and a noise removal unit 35. The noise removing unit 35 is arranged in front of the time-series feature amount calculating unit 31. A common-mode signal and an orthogonal signal are input from the quasi-synchronous detection unit 4 to the noise removal unit 35. Further, the noise removing unit 35 removes a noise component from the input signal by using the learning result stored in the noise removing learning parameter storage unit 5. The noise removing unit 35 inputs the signal after removing the noise component to each of the time series feature amount calculating unit 31 and the coupling unit 32. Since the time-series feature amount calculation unit 31, the coupling unit 32, and the signal specification identification unit 33 are the same as those in the first embodiment except that the signal after removing the noise component is processed, detailed description thereof is omitted here. To do.

図11は、図9に示す雑音除去部35の構成例を示す図である。雑音除去部35は、正規化処理部351と、雑音除去器352とを有する。正規化処理部351は、入力信号に対して正規化処理を行い、正規化処理後の信号を雑音除去器352に入力する。雑音除去器352は、正規化処理後の信号に対して、雑音除去学習パラメータ記憶部5に記憶された学習結果を用いて雑音除去処理を行い、雑音除去後の信号を出力する。 FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of the noise removing unit 35 shown in FIG. The noise removing unit 35 includes a normalization processing unit 351 and a noise removing device 352. The normalization processing unit 351 performs normalization processing on the input signal, and inputs the signal after the normalization processing to the noise remover 352. The noise remover 352 performs noise removal processing on the signal after the normalization processing using the learning result stored in the noise removal learning parameter storage unit 5, and outputs the signal after noise removal.

なお、図9〜11に示す構成は一例である。学習パラメータ記憶部2は、図9においては、機械学習装置1bおよび信号諸元識別装置3bの外部に設けられているが、機械学習装置1bの内部に設けられていてもよいし、信号諸元識別装置3bの内部に設けられていてもよい。また、雑音除去学習パラメータ記憶部5についても、機械学習装置1b内部の雑音除去学習パラメータ記憶部154を信号諸元識別装置3bから読み出すことが可能であれば、雑音除去学習パラメータ記憶部5を省略してもよい。また、雑音除去学習パラメータ記憶部5は、信号諸元識別装置3bの内部に設けられてもよい。また、図9では、機械学習装置1bと信号諸元識別装置3bとを異なる装置としているが、信号諸元識別システム300の機能を1つの装置上で実現することもできる。この場合、時系列特徴量算出部11と時系列特徴量算出部31、結合部12と結合部32、信号諸元学習部13と信号諸元識別部33、雑音除去部15と雑音除去部35は、それぞれ同一のハードウェアにより実現することもできる。 The configurations shown in FIGS. 9 to 11 are examples. Although the learning parameter storage unit 2 is provided outside the machine learning device 1b and the signal specification identification device 3b in FIG. 9, it may be provided inside the machine learning device 1b or the signal specifications. It may be provided inside the identification device 3b. Also, regarding the noise removal learning parameter storage unit 5, if the noise removal learning parameter storage unit 154 inside the machine learning device 1b can be read from the signal specification identification device 3b, the noise removal learning parameter storage unit 5 is omitted. You may. Further, the noise removal learning parameter storage unit 5 may be provided inside the signal specification identification device 3b. Further, in FIG. 9, although the machine learning device 1b and the signal specification identification device 3b are different devices, the function of the signal specification identification system 300 can be realized on one device. In this case, the time-series feature amount calculation unit 11 and the time-series feature amount calculation unit 31, the coupling unit 12 and the coupling unit 32, the signal specification learning unit 13 and the signal specification identification unit 33, the noise removal unit 15 and the noise removal unit 35. Can also be realized by the same hardware.

以上説明したように、本発明の実施の形態3にかかる信号諸元識別システム300では、雑音除去学習用信号を用いて、雑音成分を含む信号が入力されたときに、雑音成分を除去後の信号が出力されるように自己符号化器を学習させる。そして、雑音除去を行った結果から時系列特徴量を算出することにより、信号対雑音比が低い受信信号に対しても、信号諸元の識別精度を向上させることが可能になる。 As described above, in the signal specification identification system 300 according to the third embodiment of the present invention, when a signal including a noise component is input by using the noise removal learning signal, the noise component is removed. Train the self-encoder so that the signal is output. Then, by calculating the time-series feature amount from the result of noise removal, it is possible to improve the identification accuracy of the signal specifications even for the received signal having a low signal-to-noise ratio.

実施の形態4.
実施の形態3では、ニューラルネットワークを用いて非線形処理による雑音除去を用いているが、システムの識別対象のラベル数が大きい場合、限られたデータセット量では、雑音除去部が十分に学習できない場合がある。本実施の形態は、システムの識別対象のラベル数が大きい場合であっても、データセット数を増やすことなく、雑音除去を行うためのものである。
Embodiment 4.
In the third embodiment, noise removal by non-linear processing is used by using a neural network, but when the number of labels to be identified by the system is large, or when the noise removal unit cannot sufficiently learn with a limited amount of data set. There is. The present embodiment is for removing noise without increasing the number of data sets even when the number of labels to be identified by the system is large.

図12は、本発明の実施の形態4にかかる信号諸元識別システム400の機能構成を示す図である。信号諸元識別システム400は、機械学習装置1cと、学習パラメータ記憶部2と、信号諸元識別装置3cと、準同期検波部4と、雑音除去学習パラメータ記憶部5とを有する。 FIG. 12 is a diagram showing a functional configuration of the signal specification identification system 400 according to the fourth embodiment of the present invention. The signal specification identification system 400 includes a machine learning device 1c, a learning parameter storage unit 2, a signal specification identification device 3c, a quasi-synchronous detection unit 4, and a noise removal learning parameter storage unit 5.

機械学習装置1cは、時系列特徴量算出部11と、結合部12と、信号諸元学習部13と、信号選定部14と、第1の雑音除去部15−1〜第Nの雑音除去部15−Nと、選択部16とを有する。以下の説明中において、第1の雑音除去部15−1〜第Nの雑音除去部15−Nのそれぞれを区別する必要がない場合、単に雑音除去部15と称する。機械学習装置1cは、雑音除去部15を複数有し、複数の雑音除去部15と信号選定部14との間に選択部16を有する以外は、機械学習装置1bと同様である。以下、機械学習装置1bと異なる部分について主に説明する。 The machine learning device 1c includes a time-series feature amount calculation unit 11, a coupling unit 12, a signal specification learning unit 13, a signal selection unit 14, and a first noise removing unit 15-1 to Nth noise removing unit. It has 15-N and a selection unit 16. In the following description, when it is not necessary to distinguish each of the first noise removing units 15-1 to the Nth noise removing units 15-N, it is simply referred to as a noise removing unit 15. The machine learning device 1c is the same as the machine learning device 1b except that it has a plurality of noise removing units 15 and a selection unit 16 between the plurality of noise removing units 15 and the signal selection unit 14. Hereinafter, the parts different from the machine learning device 1b will be mainly described.

選択部16は、学習用データセットに含まれるラベルに基づいて、つまり、ラベルが示す信号諸元に基づいて、複数の雑音除去部15の中から、学習用信号を処理する1つ以上の雑音除去部15を選択する。複数の雑音除去部15のそれぞれは、例えば図10に示す構成を有している。複数の雑音除去部15のそれぞれは、信号選定部14によって、雑音除去学習用信号として選択された学習用信号が入力された場合、雑音成分を除去後の信号を学習し、学習結果を雑音除去学習パラメータ記憶部5に記憶させる。複数の雑音除去部15のそれぞれは、雑音除去学習用信号として選択されなかった学習用信号が入力された場合、雑音成分の除去処理を行って、雑音除去後の信号を出力する。 The selection unit 16 processes one or more noises from the plurality of noise removal units 15 based on the label included in the training data set, that is, based on the signal specifications indicated by the label. Select the removal unit 15. Each of the plurality of noise removing units 15 has, for example, the configuration shown in FIG. When a learning signal selected as a noise removal learning signal by the signal selection unit 14 is input to each of the plurality of noise removal units 15, the signal after removing the noise component is learned and the learning result is noise-removed. It is stored in the learning parameter storage unit 5. When a learning signal that has not been selected as a noise removal learning signal is input, each of the plurality of noise removing units 15 performs noise component removing processing and outputs the signal after noise removal.

信号諸元識別装置3cは、時系列特徴量算出部31と、結合部32と、信号諸元識別部33と、第1の雑音除去部35−1〜第Nの雑音除去部35−Nと、選択部36とを有する。以下、第1の雑音除去部35−1〜第Nの雑音除去部35−Nのそれぞれを特に区別する必要がない場合、単に雑音除去部35と称する。 The signal specification identification device 3c includes a time-series feature amount calculation unit 31, a coupling unit 32, a signal specification identification unit 33, and a first noise removal unit 35-1 to an Nth noise removal unit 35-N. , And a selection unit 36. Hereinafter, when it is not necessary to distinguish each of the first noise removing units 35-1 to the Nth noise removing units 35-N, it is simply referred to as a noise removing unit 35.

選択部36は、信号諸元識別部33の出力する信号諸元の識別結果に基づいて、複数の雑音除去部35の中から、受信信号を処理する1つ以上の雑音除去部35を選択する。選択部36は、選択した雑音除去部35に、処理対象の受信信号を入力する。複数の雑音除去部35のそれぞれは、例えば図11に示す構成を有している。複数の雑音除去部35のそれぞれは、受信信号が入力されると、雑音除去学習パラメータ記憶部5に記憶された学習結果を用いて、受信信号から雑音成分を除去し、雑音除去後の受信信号を時系列特徴量算出部31に出力する。 The selection unit 36 selects one or more noise removal units 35 for processing the received signal from the plurality of noise removal units 35 based on the identification result of the signal specifications output by the signal specification identification unit 33. .. The selection unit 36 inputs a reception signal to be processed to the selected noise removal unit 35. Each of the plurality of noise removing units 35 has, for example, the configuration shown in FIG. When a received signal is input, each of the plurality of noise removing units 35 removes a noise component from the received signal using the learning result stored in the noise removing learning parameter storage unit 5, and receives the received signal after noise removal. Is output to the time-series feature amount calculation unit 31.

なお、図12に示す構成は一例である。学習パラメータ記憶部2は、図12においては、機械学習装置1cおよび信号諸元識別装置3cの外部に設けられているが、機械学習装置1cの内部に設けられていてもよいし、信号諸元識別装置3cの内部に設けられていてもよい。また、雑音除去学習パラメータ記憶部5についても、機械学習装置1c内部の雑音除去学習パラメータ記憶部154を信号諸元識別装置3cから読み出すことが可能であれば、雑音除去学習パラメータ記憶部5を省略してもよい。また、雑音除去学習パラメータ記憶部5は、信号諸元識別装置3cの内部に設けられてもよい。また、図12では、機械学習装置1cと信号諸元識別装置3cとを異なる装置としているが、信号諸元識別システム400の機能を1つの装置上で実現することもできる。この場合、時系列特徴量算出部11と時系列特徴量算出部31、結合部12と結合部32、信号諸元学習部13と信号諸元識別部33、第1の雑音除去部15−1〜第Nの雑音除去部15−Nと第1の雑音除去部35−1〜第Nの雑音除去部35−Nは、それぞれ同一のハードウェアにより実現することもできる。 The configuration shown in FIG. 12 is an example. Although the learning parameter storage unit 2 is provided outside the machine learning device 1c and the signal specification identification device 3c in FIG. 12, it may be provided inside the machine learning device 1c or the signal specifications. It may be provided inside the identification device 3c. As for the noise removal learning parameter storage unit 5, if the noise removal learning parameter storage unit 154 inside the machine learning device 1c can be read from the signal specification identification device 3c, the noise removal learning parameter storage unit 5 is omitted. You may. Further, the noise removal learning parameter storage unit 5 may be provided inside the signal specification identification device 3c. Further, in FIG. 12, although the machine learning device 1c and the signal specification identification device 3c are different devices, the function of the signal specification identification system 400 can be realized on one device. In this case, the time-series feature amount calculation unit 11 and the time-series feature amount calculation unit 31, the coupling unit 12 and the coupling unit 32, the signal specification learning unit 13 and the signal specification identification unit 33, and the first noise removing unit 15-1. The Nth noise removing unit 15-N and the first noise removing unit 35-1 to the Nth noise removing unit 35-N can be realized by the same hardware, respectively.

図13は、図12に示す機械学習装置1cの動作を示すフローチャートである。なお、図13の説明中において、図6に示す動作と同様の部分については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。 FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the machine learning device 1c shown in FIG. In the description of FIG. 13, the same parts as those shown in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

機械学習装置1cは、学習用データを取得する(ステップS101)。信号選定部14は、学習用データに含まれる学習用信号が雑音除去学習用信号であるか否かを判断する(ステップS301)。雑音除去学習用信号である場合(ステップS301:Yes)、選択部16は、学習用データに含まれるラベルに応じて複数の雑音除去部15の中から1つ以上を選択して、選択した雑音除去部15に学習させる(ステップS302)。その後ステップS301の処理に戻る。 The machine learning device 1c acquires learning data (step S101). The signal selection unit 14 determines whether or not the learning signal included in the learning data is a noise removal learning signal (step S301). In the case of a noise reduction learning signal (step S301: Yes), the selection unit 16 selects one or more from a plurality of noise removal units 15 according to the label included in the learning data, and selects the noise. The removing unit 15 is made to learn (step S302). After that, the process returns to the process of step S301.

雑音除去学習用信号でない場合(ステップS301:No)、選択部16は、学習用データに含まれるラベルに応じて複数の雑音除去部15の中から1つ以上を選択して、選択した雑音除去部15に雑音除去させる(ステップS303)。以下、ステップS102からステップS104の処理は図6と同様であるため説明を省略する。 When it is not a noise reduction learning signal (step S301: No), the selection unit 16 selects one or more from a plurality of noise removal units 15 according to the label included in the training data, and selects the noise removal unit. The unit 15 is made to remove noise (step S303). Hereinafter, since the processing of steps S102 to S104 is the same as that of FIG. 6, the description thereof will be omitted.

図14は、図12に示す信号諸元識別装置3cの動作を示すフローチャートである。信号諸元識別装置3cは、準同期検波部4から受信信号に含まれる同相信号および直交信号を取得する(ステップS401)。選択部36は、複数の雑音除去部35の中から1つの雑音除去部35を選択し、選択した雑音除去部35に雑音除去させる(ステップS402)。時系列特徴量算出部31は、雑音除去後の受信信号から時系列特徴量を算出する(ステップS403)。結合部32は、算出された時系列特徴量と雑音除去後の受信信号に含まれる同相信号および直交信号とを結合して入力データを生成する(ステップS404)。信号諸元識別部33は、入力データから、学習パラメータ記憶部2に記憶されている学習結果を用いて、入力信号の信号諸元を識別する(ステップS405)。信号諸元識別部33は、識別結果を信号諸元識別装置3cの外部に出力すると共に、選択部36にフィードバックする。 FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the signal specification identification device 3c shown in FIG. The signal specification identification device 3c acquires an in-phase signal and an orthogonal signal included in the received signal from the quasi-synchronous detection unit 4 (step S401). The selection unit 36 selects one noise removal unit 35 from the plurality of noise removal units 35, and causes the selected noise removal unit 35 to remove noise (step S402). The time-series feature amount calculation unit 31 calculates the time-series feature amount from the received signal after noise removal (step S403). The coupling unit 32 combines the calculated time-series features with the in-phase signal and the orthogonal signal included in the received signal after noise removal to generate input data (step S404). The signal specification identification unit 33 identifies the signal specifications of the input signal from the input data by using the learning result stored in the learning parameter storage unit 2 (step S405). The signal specification identification unit 33 outputs the identification result to the outside of the signal specification identification device 3c and feeds it back to the selection unit 36.

選択部36は、識別結果に応じて、複数の雑音除去部35の中から受信信号を処理する雑音除去部35を選択し、選択した雑音除去部35に受信信号の雑音成分を除去させる(ステップS406)。雑音成分除去後の受信信号は、時系列特徴量算出部31に入力される。時系列特徴量算出部31は、入力される受信信号から時系列特徴量を算出する(ステップS407)。結合部32は、算出された時系列特徴量と雑音除去後の受信信号に含まれる同相信号および直交信号とを結合して入力データを生成する(ステップS408)。信号諸元識別部33は、入力データから、学習パラメータ記憶部2に記憶された学習結果を用いて、受信信号の信号諸元を識別する(ステップS409)。信号諸元識別部33は、識別結果を出力する。 The selection unit 36 selects the noise removal unit 35 that processes the received signal from the plurality of noise removal units 35 according to the identification result, and causes the selected noise removal unit 35 to remove the noise component of the reception signal (step). S406). The received signal after removing the noise component is input to the time-series feature amount calculation unit 31. The time-series feature amount calculation unit 31 calculates the time-series feature amount from the input received signal (step S407). The coupling unit 32 combines the calculated time-series features with the in-phase signal and the orthogonal signal included in the received signal after noise removal to generate input data (step S408). The signal specification identification unit 33 identifies the signal specifications of the received signal from the input data by using the learning result stored in the learning parameter storage unit 2 (step S409). The signal specification identification unit 33 outputs the identification result.

信号諸元識別システム400を用いて、変調方式の識別を行う場合、例えば、ラベルの値は、AM、FM、BPSK(Binary Phase Shift Keying:二位相偏移変調)、QPSK、FSKが与えられるとする。この場合、複数の雑音除去部15,35は、AM向けの第1の雑音除去部15−1,35−1、FM向けの第2の雑音除去部15−2,35−2、BPSKおよびQPSK向けの第3の雑音除去部15−3,35−3、FSK向けの第4の雑音除去部15−4,35−4の4通りの雑音除去部15,35を設けることが考えられる。さらに、ラベルの値によらず、全てのラベルについて学習する第5の雑音除去部15−5と、第5の雑音除去部15−5の学習結果を用いて受信信号から雑音成分を除去する第5の雑音除去部35−5とを備える場合、図14のステップS402では、第5の雑音除去部35−5を用いて雑音成分を除去し、その後のステップS406では、識別結果に基づいて選択された雑音除去部35を用いて雑音成分を除去することができる。 When the modulation method is identified by using the signal specification identification system 400, for example, when the label values are AM, FM, BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK, and FSK. To do. In this case, the plurality of noise removing units 15, 35 are the first noise removing units 15-1, 35-1 for AM, the second noise removing units 15-2, 35-2 for FM, BPSK and QPSK. It is conceivable to provide four types of noise removing units 15, 35, which are the third noise removing units 15-3, 35-3 for FSK and the fourth noise removing units 15-4, 35-4 for FSK. Further, the fifth noise component is removed from the received signal by using the learning results of the fifth noise removing unit 15-5 and the fifth noise removing unit 15-5, which learn about all the labels regardless of the label value. When the noise removing unit 35-5 of the fifth is provided, in step S402 of FIG. 14, the noise component is removed by using the fifth noise removing unit 35-5, and in the subsequent step S406, selection is made based on the identification result. The noise component can be removed by using the noise removing unit 35.

以上説明したように、本発明の実施の形態4にかかる信号諸元識別システム400によれば、信号諸元の識別を行う際に、雑音除去部15の学習に必要なデータセット数を増やすことなく雑音除去を行うことで、識別精度を向上させることが可能になる。 As described above, according to the signal specification identification system 400 according to the fourth embodiment of the present invention, the number of data sets required for learning of the noise removing unit 15 is increased when the signal specifications are identified. It is possible to improve the identification accuracy by removing noise without any noise.

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

また、フローチャートを用いて説明した動作は、必要に応じて、各ステップの動作を並列処理したり、処理の順番を入れ替えたりすることができる。 Further, in the operation described using the flowchart, the operation of each step can be processed in parallel or the order of processing can be changed as needed.

1,1a,1b,1c 機械学習装置、2 学習パラメータ記憶部、3,3a,3b,3c 信号諸元識別装置、4 準同期検波部、5,154 雑音除去学習パラメータ記憶部、11,31 時系列特徴量算出部、12,32 結合部、13,13a 信号諸元学習部、14 信号選定部、15,35 雑音除去部、15−1,35−1 第1の雑音除去部、15−2,35−2 第2の雑音除去部、15−3,35−3 第3の雑音除去部、15−4,35−4 第4の雑音除去部、15−5,35−5 第5の雑音除去部、15−N,35−N 第Nの雑音除去部、16,36 選択部、33,33a 信号諸元識別部、34 補足情報算出部、41 発振器、42 π/2移相器、43,44 乗算器、45,46 LPF、90 処理回路、91 準同期検波回路、92 プロセッサ、93 メモリ、94 ストレージ、100,200,300,400 信号諸元識別システム、111 振幅算出部、112 位相算出部、151 学習用雑音付加部、152,155,351 正規化処理部、153 雑音除去器学習部、156,352 雑音除去器。 1,1a, 1b, 1c Machine learning device, 2 Learning parameter storage unit, 3,3a, 3b, 3c Signal specification identification device, 4 Semi-synchronous detection unit, 5,154 Noise removal learning parameter storage unit, 11,31 o'clock Series feature amount calculation unit, 12,32 coupling unit, 13,13a signal specification learning unit, 14 signal selection unit, 15,35 noise removal unit, 15-1,35-1 first noise removal unit, 15-2 , 35-2 2nd noise removing unit, 15-3, 35-3 3rd noise removing unit, 15-4, 35-4 4th noise removing unit, 15-5, 35-5 5th noise Removal unit, 15-N, 35-N Nth noise removal unit, 16,36 selection unit, 33,33a signal specification identification unit, 34 supplementary information calculation unit, 41 oscillator, 42 π / 2 phase shifter, 43 , 44 Multiplier, 45,46 LPF, 90 processing circuit, 91 quasi-synchronous detection circuit, 92 processor, 93 memory, 94 storage, 100,200,300,400 signal specification identification system, 111 amplitude calculator, 112 phase calculation Unit, 151 noise addition unit for learning, 152,155,351 normalization processing unit, 153 noise remover learning unit, 156,352 noise remover.

Timothy J. O'Shea,Johnathan Corgan, and T. Charles Clancy “Convolutional Radio Modulation Recognition Networks”,CoRR,vol.abs/1602,no.04105,pp.1-15,Jun.2016.Timothy J. O'Shea, Johnathan Corgan, and T. Charles Clancy “Convolutional Radio Modulation Recognition Networks”, CoRR, vol.abs / 1602, no.04105, pp.1-15, Jun.2016.

Claims (13)

学習用信号に含まれる同相信号および直交信号から、前記学習用信号の特徴量の時系列変動値である時系列特徴量を算出する時系列特徴量算出部と、
前記同相信号および前記直交信号のそれぞれの波形と、前記時系列特徴量とに基づいて作成される訓練データセットに従って、信号諸元を学習する信号諸元学習部と、
を備えることを特徴とする機械学習装置。
A time-series feature amount calculation unit that calculates a time-series feature amount that is a time-series variation value of the feature amount of the learning signal from the in-phase signal and the orthogonal signal included in the learning signal.
A signal specification learning unit that learns signal specifications according to a training data set created based on the waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal and the time-series feature amount.
A machine learning device characterized by being equipped with.
前記学習用信号と、前記信号諸元とを対応づけた学習用データセットは、前記学習用信号に基づいて算出可能な補足情報をさらに含み、
前記信号諸元学習部は、前記同相信号および前記直交信号のそれぞれの波形と、前記時系列特徴量と、前記補足情報とに基づいて作成される訓練データセットに従って、前記信号諸元を学習することを特徴とする請求項1に記載の機械学習装置。
The learning data set in which the learning signal is associated with the signal specifications further includes supplementary information that can be calculated based on the learning signal.
The signal specification learning unit learns the signal specifications according to a training data set created based on the respective waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal, the time-series feature amount, and the supplementary information. The machine learning device according to claim 1, wherein the machine learning apparatus is to be used.
前記学習用信号から雑音成分を除去した雑音除去信号を学習すると共に、前記雑音除去信号の学習結果を用いて前記学習用信号から前記雑音成分を除去する雑音除去部、
をさらに備え、
前記時系列特徴量算出部は、前記雑音成分が除去された前記学習用信号を用いて、前記時系列特徴量を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の機械学習装置。
A noise removing unit that learns a noise removing signal obtained by removing a noise component from the learning signal and removes the noise component from the learning signal by using the learning result of the noise removing signal.
With more
The machine learning device according to claim 1 or 2, wherein the time-series feature amount calculation unit calculates the time-series feature amount using the learning signal from which the noise component has been removed.
前記雑音除去信号を学習するために使用する雑音除去学習用信号を、入力される学習用信号の中から選定する信号選定部、
をさらに備え、
前記雑音除去部は、前記雑音除去学習用信号として選定された前記学習用信号に雑音成分を付加し、前記雑音成分を付加した前記雑音除去学習用信号に基づく雑音除去用データセットに従って、前記雑音成分を付加する前の前記雑音除去学習用信号を前記雑音成分を除去後の信号として学習することを特徴とする請求項3に記載の機械学習装置。
A signal selection unit that selects a noise reduction learning signal used for learning the noise reduction signal from the input learning signals.
With more
The noise removing unit adds a noise component to the learning signal selected as the noise removing learning signal, and according to the noise removing data set based on the noise removing learning signal to which the noise component is added, the noise is said. The machine learning apparatus according to claim 3, wherein the noise removal learning signal before adding a component is learned as a signal after removing the noise component.
複数の前記雑音除去部と、
複数の前記雑音除去部の中から、前記学習用信号の信号諸元に基づいて、前記学習用信号を処理する1つ以上の雑音除去部を選択する選択部と、
を備えることを特徴とする請求項4に記載の機械学習装置。
With the plurality of the noise removing units,
A selection unit that selects one or more noise reduction units that process the learning signal from the plurality of noise reduction units based on the signal specifications of the learning signal.
The machine learning device according to claim 4, wherein the machine learning device is provided.
複数の前記雑音除去部は、前記信号諸元に関わらず全ての雑音除去学習用信号を用いて学習を行う全学習雑音除去部を含み、
前記選択部は、前記全学習雑音除去部と、前記学習用信号の信号諸元に基づいて選択した雑音除去部とを選択することを特徴とする請求項5に記載の機械学習装置。
The plurality of the noise removing units include a total learning noise removing unit that performs learning using all the noise removing learning signals regardless of the signal specifications.
The machine learning device according to claim 5, wherein the selection unit selects a total learning noise removing unit and a noise removing unit selected based on the signal specifications of the learning signal.
受信信号に含まれる同相信号および直交信号から、前記受信信号の特徴量の時系列変動値である時系列特徴量を算出する時系列特徴量算出部と、
前記同相信号および前記直交信号のそれぞれの波形と、前記時系列特徴量と、信号諸元との関係を学習した諸元学習結果に基づいて、前記同相信号および前記直交信号のそれぞれの波形と、前記時系列特徴量とを用いて、前記信号諸元を識別する信号諸元識別部と、
を備えることを特徴とする信号諸元識別装置。
A time-series feature amount calculation unit that calculates a time-series feature amount that is a time-series variation value of the feature amount of the received signal from the in-phase signal and the orthogonal signal included in the received signal.
Waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal, respectively, based on the specification learning result of learning the relationship between the waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal, the time-series feature amount, and the signal specifications. And the signal specification identification unit that identifies the signal specifications using the time-series feature amount,
A signal specification identification device comprising.
前記受信信号から前記受信信号の特徴を示す補足情報を算出する補足情報算出部、
をさらに備え、
前記信号諸元識別部は、前記同相信号および前記直交信号のそれぞれの波形と、前記時系列特徴量と、前記補足情報と、前記信号諸元との関係を学習した学習結果に基づいて、前記補足情報をさらに用いて、前記信号諸元を識別することを特徴とする請求項7に記載の信号諸元識別装置。
Supplementary information calculation unit that calculates supplementary information indicating the characteristics of the received signal from the received signal,
With more
The signal specification identification unit is based on a learning result of learning the relationship between the waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal, the time-series feature amount, the supplementary information, and the signal specifications. The signal specification identification device according to claim 7, wherein the signal specifications are further used to identify the signal specifications.
入力される信号と、前記信号から雑音成分を除去後の信号との関係を学習した雑音学習結果に基づいて、前記受信信号に含まれる同相信号および直交信号から雑音成分を除去する雑音除去部、
をさらに備え、
前記時系列特徴量算出部は、前記雑音成分を除去後の信号から前記時系列特徴量を算出することを特徴とする請求項7または8に記載の信号諸元識別装置。
A noise removal unit that removes noise components from in-phase signals and orthogonal signals included in the received signal based on the noise learning result of learning the relationship between the input signal and the signal after removing the noise component from the signal. ,
With more
The signal specification identification device according to claim 7 or 8, wherein the time-series feature amount calculation unit calculates the time-series feature amount from the signal after removing the noise component.
複数の前記雑音除去部と、
複数の前記雑音除去部の中から、前記受信信号の信号諸元に基づいて、前記受信信号を処理する前記雑音除去部を選択する選択部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の信号諸元識別装置。
With the plurality of the noise removing units,
A selection unit that selects the noise removal unit that processes the reception signal based on the signal specifications of the reception signal from the plurality of noise reduction units.
The signal specification identification device according to claim 9, further comprising.
複数の前記雑音除去部は、前記信号諸元の値によらず全ての学習結果を用いて雑音成分を除去する全学習雑音除去部を含み、
前記全学習雑音除去部を用いて雑音成分が除去された受信信号の信号諸元を識別した後、識別結果を前記選択部にフィードバックすることを特徴とする請求項10に記載の信号諸元識別装置。
The plurality of noise removing units include a total learning noise removing unit that removes noise components using all learning results regardless of the values of the signal specifications.
The signal specification identification according to claim 10, wherein the signal specifications of the received signal from which the noise component has been removed are identified by using the total learning noise removing unit, and then the identification result is fed back to the selection unit. apparatus.
学習用信号に含まれる同相信号および直交信号から、前記学習用信号の特徴量の時系列変動値である時系列特徴量を算出する第1の時系列特徴量算出部と、
前記学習用信号に含まれる同相信号および直交信号のそれぞれの波形と、前記時系列特徴量とに基づいて作成される訓練データセットに従って、信号諸元を学習する信号諸元学習部と、
受信信号に含まれる同相信号および直交信号から、前記受信信号の前記時系列特徴量を算出する第2の時系列特徴量算出部と、
前記受信信号に含まれる同相信号および直交信号のそれぞれの波形と、前記第2の時系列特徴量算出部により算出された前記時系列特徴量と、前記信号諸元学習部の学習結果とに基づいて、前記信号諸元の識別結果を出力する信号諸元識別部と、
を備えることを特徴とする信号諸元識別装置。
A first time-series feature amount calculation unit that calculates a time-series feature amount, which is a time-series variation value of the feature amount of the learning signal, from an in-phase signal and an orthogonal signal included in the learning signal.
A signal specification learning unit that learns signal specifications according to a training data set created based on the waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal included in the learning signal and the time-series feature amount.
A second time-series feature amount calculation unit that calculates the time-series feature amount of the received signal from the in-phase signal and the orthogonal signal included in the received signal, and
The waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal included in the received signal, the time-series feature amount calculated by the second time-series feature amount calculation unit, and the learning result of the signal specification learning unit are used. Based on the signal specification identification unit that outputs the identification result of the signal specifications,
A signal specification identification device comprising.
学習用信号に含まれる同相信号および直交信号から、前記学習用信号の特徴量の時系列変動値である時系列特徴量を算出するステップと、
前記学習用信号に含まれる同相信号および直交信号のそれぞれの波形と、前記時系列特徴量とに基づいて作成される訓練データセットに従って、信号諸元を学習するステップと、を含むことを特徴とする機械学習方法。
A step of calculating a time-series feature amount, which is a time-series variation value of the feature amount of the learning signal, from an in-phase signal and an orthogonal signal included in the learning signal.
It is characterized by including a step of learning signal specifications according to a training data set created based on the respective waveforms of the in-phase signal and the orthogonal signal included in the learning signal and the time-series feature amount. Machine learning method.
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