JP2007336078A

JP2007336078A - 変調波識別装置、変調波識別方法、及び受信装置

Info

Publication number: JP2007336078A
Application number: JP2006163666A
Authority: JP
Inventors: Shizuo Akiyama; 鎮男秋山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2007-12-27

Abstract

【課題】変調波がマルチキャリアであるか否かを簡易に識別する。
【解決手段】変調波から抽出されたベースバンド信号が入力されると（ステップＳ２１）、このベースバンド信号の時間軸波形をサンプリングし、このサンプリング値から４次のキュムラントを計算する（ステップＳ２２）。また、ベースバンド信号の振幅分布を示す確率密度分布を求め、この確率密度分布と、基準とする確率密度分布との間のクルバック・ライブラーの距離を計算する（ステップＳ２３）。そして、４次のキュムラントの計算値により前記サンプリング値がガウス分布に近いと判定され（ステップＳ２４）、かつクルバック・ライブラーの距離の計算値に基づいて上記求められた確率密度分布が基準とする確率密度分布と類似していると判定される（ステップＳ２５）場合に、変調波をマルチキャリアと識別する（ステップＳ２６）。
【選択図】図２

Description

この発明は、未知の変調波を受信し、この変調波の変調方式を自動的に識別する変調波識別装置、変調波識別方法、及び受信装置に関する。

通信の分野において、変調方式の識別は、目的とする信号の自動受信や自動監視等に幅広く応用されている。変調方式の識別処理には、例えば、周波数スペクトラムの形状から各変調方式の有する特徴を抽出し、この特徴を用いて変調方式を識別する手法が提案されている。これにより、通信諸元が未知である複数の変調方式の受信信号を自動的に識別し、その変調方式を特定できるため、単一装置にて、複数の変調方式の識別が可能となり、装置の小型化、及び高性能化を実現が可能となる（特許文献１を参照。）。
特許第３５７６８８０号公報

ところが、実際に伝搬されている変調波の周波数スペクトラムは、時間的に変動しており、スペクトラムの形状から変調波がマルチキャリアであるかシングルキャリアであるのかを識別するのは困難である。このため、マルチキャリアであるという仮定のもとに所定の周波数間隔でサブキャリアに分離してから分析する必要があり、変調波が目的とする信号であるか否かが分離後でないと判断できない。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、変調波がマルチキャリアであるか否かを簡易に識別することができる変調波識別装置、変調波識別方法、及び受信装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係わる変調波識別装置は、受信された変調波のベースバンド信号を入力して時間軸波形をサンプリングし、このサンプリング値から４次のキュムラント（Cumlant）を計算する第１の計算手段と、前記ベースバンド信号を入力して振幅分布を示す確率密度分布を求め、この確率密度分布と基準とする確率密度分布との間のクルバック・ライブラーの距離（Kullback-Leibler Divergence）を計算する第２の計算手段と、前記第１の計算手段により計算された４次のキュムラントの計算値と所定の第１の閾値とを比較し前記サンプリング値がガウス分布に近似されるか否かを判定する第１の判定手段と、前記第２の計算手段により計算されたクルバック・ライブラーの距離の計算値と所定の第２の閾値とを比較し前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似しているか否かを判定する第２の判定手段と、第１の判定手段において前記サンプリング値がガウス分布に近似されると判定され、かつ第２の判定手段において前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似していると判定される場合に、前記変調波がマルチキャリアであると識別する識別手段とを具備することを特徴とする。

この発明の変調波識別方法は、変調波を受信する変調波識別装置で用いられ、前記受信された変調波からベースバンド信号を抽出する抽出ステップと、前記抽出されたベースバンド信号の時間軸波形をサンプリングし、このサンプリング値から４次のキュムラントを計算する第１の計算ステップと、前記抽出されたベースバンド信号の振幅分布を示す確率密度分布を求め、この確率密度分布と、基準とする確率密度分布との間のクルバック・ライブラーの距離を計算する第２の計算ステップと、前記第１の計算ステップにより計算された４次のキュムラントの計算値と所定の第１の閾値とを比較し前記サンプリング値がガウス分布に近似されるか否かを判定する第１の判定ステップと、前記第２の計算ステップにより計算されたクルバック・ライブラーの距離の計算値と所定の第２の閾値とを比較し前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似しているか否かを判定する第２の判定ステップと、第１の判定ステップにおいて前記サンプリング値がガウス分布に近似されると判定され、かつ第２の判定ステップにおいて前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似していると判定される場合に、前記変調波がマルチキャリアであると識別する識別ステップとを具備することを特徴とする。

また、この発明の受信装置は、変調波を受信する受信手段と、前記受信された変調波からベースバンド信号を抽出する抽出手段と、前記抽出されたベースバンド信号の時間軸波形をサンプリングし、このサンプリング値から４次のキュムラントを計算する第１の計算手段と、前記抽出されたベースバンド信号の振幅分布を示す確率密度分布を求め、この確率密度分布と、基準とする確率密度分布との間のクルバック・ライブラーの距離を計算する第２の計算手段と、前記第１の計算手段により計算された４次のキュムラントの計算値と所定の第１の閾値とを比較し前記サンプリング値がガウス分布に近似されるか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第２の計算手段により計算されたクルバック・ライブラーの距離の計算値と所定の第２の閾値とを比較し前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似しているか否かを判定する第２の判定手段と、第１の判定手段において前記サンプリング値がガウス分布に近似されると判定され、かつ第２の判定手段において前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似していると判定される場合に、前記変調波がマルチキャリアであると識別する識別手段とを具備することを特徴とする。

マルチキャリアの信号は、複数のキャリアに異なる内容の信号が含まれることが特徴である。このため、信号全体の確率密度分布は複素ガウス分布に近くなる。この性質を用いて、受信信号全体がガウス分布に近いことを検出しマルチキャリアと判断する。これにより、受信信号をサブキャリアに分離することなく、入力された変調波がマルチキャリアであるか否かを簡易な方法で判断することが可能となる。

したがってこの発明によれば、変調波がマルチキャリアであるか否かを簡易に識別することができる変調波識別装置、変調波識別方法、及び受信装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、この発明に係わる変調波識別装置を備えた受信装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。この受信装置１００は、アンテナ１と、受信部２と、Ａ／Ｄ変換部３と、ＦＦＴ処理部４と、受信フィルタ５と、変調波識別部６と、分離部７と、復調部８とを備える。

アンテナ１に到来した変調信号は、受信部２により受信信号として取り込まれ、Ａ／Ｄ変換部３を介してデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、ＦＦＴ処理部４により周波数軸上のスペクトラムに変換され、この周波数スペクトラムから目的とする信号の出現を検知する。検知においては目的の信号の持続時間や帯域幅を考慮して不要な信号を排除する。そして、検知された目的とする信号から中心周波数を特定し、中心周波数に基づいて受信フィルタ５より目的の信号のベースバンド信号を抽出する。

さて、抽出されたベースバンド信号は、変調波識別部６に入力される。図２は、変調波識別部６の処理手順とその内容を示すフローチャートである。
変調波識別部６は、ステップＳ２１において受信フィルタ５からベースバンド信号が入力されると、まず、ステップＳ２２において４次のキュムラントを計算する。図３は、４次のキュムラントの計算式を示す図である。ベースバンド信号の時間軸波形をサンプリングし、このサンプリングした振幅の値を入力値として４次のキュムラントＣｕｍ４を計算する。なお、Ｅ１〜Ｅ４は、期待値の計算を示し、ｘは入力信号を示す変数である。４次のキュムラントの値は、信号のガウス性が高いほど０に近づく性質を有する。

また、変調波識別部６は、ステップＳ２３においてクルバック・ライブラーの距離を計算する。図４は、クルバック・ライブラーの距離を説明する図である。クルバック・ライブラーの距離Ｌは、２つの確率分布の距離の尺度であり、類似度を測ることができる。ここで、ｐ（ｘ）は基準となる確率密度関数、ｑ（ｘ）は入力信号の振幅分布を示す確率密度関数である。ここでは、基準とする確率密度関数には、複素ガウス分布を振幅分布に変換した場合の分布であるレイリー分布を使用する。つまり、Ｌの値が０に近づくほど入力信号の振幅分布が基準分布であるレイリー分布に近いと言える。

ステップＳ２４において、変調波識別部６は、ステップＳ２２で求められた４次のキュムラントの値と予め定められた閾値とを比較し、サンプリング値がガウス分布に近似されるか否かを判定する。また、変調波識別部６は、ステップＳ２５において、ステップＳ２３で求められたクルバック・ライブラーの距離の計算値と予め定められた閾値とを比較し、入力信号の振幅分布がレイリー分布に類似しているか否かを判定する。

変調波識別部６は、ステップＳ２６において、ステップＳ２２においてサンプリング値がガウス分布に近似されると判定され、かつステップＳ２３において入力信号の振幅分布がレイリー分布に類似していると判定された場合に、受信信号をマルチキャリアと判定する。なお、各閾値はマルチキャリア以外（シングルキャリア）の場合の値の分布を求めた後、マルチキャリアと境界線が引ける条件を用いて決定する。

図５に、４次のキュムラント及びクルバック・ライブラーの距離の計算結果の例を示す。図５の（ａ）及び（ｂ）は、シングルキャリアの場合の計算例である。図５の（ｃ）は、マルチキャリア（キャリア数８）の場合の計算例である。同図を比較しても明らかなように、４次のキュムラント及びクルバック・ライブラーの距離の計算値から、受信信号がマルチキャリアであるか否かを簡単に判別することができる。これにより、受信信号がシングルキャリアと分かればサブキャリアに分離する処理を省略することができる。

変調波識別部６において、変調方式がマルチキャリアであると判定された場合は、受信信号は分離部７においてサブキャリアにそれぞれ分離される。分離された各サブキャリアは復調部８によりそれぞれ復調され、受信データとして出力される。一方、変調波識別部６においてシングルキャリアと判定された場合には、受信信号は復調部８に入力され、復調処理されのち受信データとして出力される。

図６に受信信号の周波数スペクトルの一例を示す。この図からわかるように、実際の受信信号の周波数スペクトラムは、スペクトラムの形状から受信信号がマルチキャリアであるかシングルキャリアであるのかを識別するのは困難である。このため、受信信号をマルチキャリアであるという仮定のもとに所定の周波数間隔でサブキャリアに分離してから分析する必要があり、受信信号が所望の信号であるか否かが分離後でないと分からなかった。

これに対し、上記実施形態では、マルチキャリアの信号は、複数のキャリアに異なる信号が含まれるため、信号全体の確率密度分布が複素ガウス分布に近くなるという特徴に注目し、受信信号全体がガウス分布に近いことを検出してマルチキャリアと判断する。これにより、受信信号をサブキャリアに分離することなく、入力された変調波がマルチキャリアであるか否かを簡易な方法で判断することが可能となる。これにより、受信された変調波が目的とする信号であるか否かを簡単に識別することが可能となる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、４次のキュムラントによる判定とクルバック・ライブラーの距離による判定のいずれかに重み付けをしてマルチキャリアであるか否かを判定するようにしてもよい。また、目的とする信号の経験値から各閾値を変更することもできる。その他にも、受信装置１００の構成及び動作手順とその内容についてもこの発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施できる。

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明に係わる変調波識別装置を備えた受信装置の一実施形態の構成を示すブロック図。マルチキャリア判定処理の手順とその内容を示すフローチャート。４次のキュムラントの計算式を示す図。クルバック・ライブラーの距離を示す図。クルバック・ライブラーの距離及び４次のキュムラントの計算結果の一例を示す図。受信信号の周波数スペクトルの一例を示す図。

符号の説明

１００…受信装置、１…アンテナ、２…受信部、３…Ａ／Ｄ変換部、４…ＦＦＴ処理部、５…受信フィルタ、６…変調波識別部、７…分離部、８…復調部。

Claims

受信された変調波のベースバンド信号を入力して時間軸波形をサンプリングし、このサンプリング値から４次のキュムラント（Cumlant）を計算する第１の計算手段と、
前記ベースバンド信号を入力して振幅分布を示す確率密度分布を求め、この確率密度分布と基準とする確率密度分布との間のクルバック・ライブラーの距離（Kullback-Leibler Divergence）を計算する第２の計算手段と、
前記第１の計算手段により計算された４次のキュムラントの計算値と所定の第１の閾値とを比較し前記サンプリング値がガウス分布に近似されるか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第２の計算手段により計算されたクルバック・ライブラーの距離の計算値と所定の第２の閾値とを比較し前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似しているか否かを判定する第２の判定手段と、
第１の判定手段において前記サンプリング値がガウス分布に近似されると判定され、かつ第２の判定手段において前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似していると判定される場合に、前記変調波がマルチキャリアであると識別する識別手段と
を具備することを特徴とする変調波識別装置。
前記第２の計算手段は、前記基準とする確率密度分布としてレイリー分布を用いることを特徴とする請求項１記載の変調波識別装置。
変調波を受信する変調波識別装置で用いられ、
前記受信された変調波からベースバンド信号を抽出する抽出ステップと、
前記抽出されたベースバンド信号の時間軸波形をサンプリングし、このサンプリング値から４次のキュムラントを計算する第１の計算ステップと、
前記抽出されたベースバンド信号の振幅分布を示す確率密度分布を求め、この確率密度分布と、基準とする確率密度分布との間のクルバック・ライブラーの距離を計算する第２の計算ステップと、
前記第１の計算ステップにより計算された４次のキュムラントの計算値と所定の第１の閾値とを比較し前記サンプリング値がガウス分布に近似されるか否かを判定する第１の判定ステップと、
前記第２の計算ステップにより計算されたクルバック・ライブラーの距離の計算値と所定の第２の閾値とを比較し前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似しているか否かを判定する第２の判定ステップと、
第１の判定ステップにおいて前記サンプリング値がガウス分布に近似されると判定され、かつ第２の判定ステップにおいて前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似していると判定される場合に、前記変調波がマルチキャリアであると識別する識別ステップと
を具備することを特徴とする変調波識別方法。
前記第２の計算ステップは、前記基準とする確率密度分布としてレイリー分布を用いることを特徴とする請求項３記載の変調波識別方法。
変調波を受信する受信手段と、
前記受信された変調波からベースバンド信号を抽出する抽出手段と、
前記抽出されたベースバンド信号の時間軸波形をサンプリングし、このサンプリング値から４次のキュムラントを計算する第１の計算手段と、
前記抽出されたベースバンド信号の振幅分布を示す確率密度分布を求め、この確率密度分布と、基準とする確率密度分布との間のクルバック・ライブラーの距離を計算する第２の計算手段と、
前記第１の計算手段により計算された４次のキュムラントの計算値と所定の第１の閾値とを比較し前記サンプリング値がガウス分布に近似されるか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第２の計算手段により計算されたクルバック・ライブラーの距離の計算値と所定の第２の閾値とを比較し前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似しているか否かを判定する第２の判定手段と、
第１の判定手段において前記サンプリング値がガウス分布に近似されると判定され、かつ第２の判定手段において前記求められた確率密度分布が前記基準とする確率密度分布に類似していると判定される場合に、前記変調波がマルチキャリアであると識別する識別手段と
を具備することを特徴とする受信装置。
前記第２の計算手段は、前記基準とする確率密度分布としてレイリー分布を用いることを特徴とする請求項５記載の受信装置。