JP2009250833A - Device and method for estimating incident wave number - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、独立成分分析ＩＣＡ（Independent Component Analysis）による信号分離処理で、入射波数設定パラメータを事前に設定する必要がある問題に対し、ネゲントロピー値に基づき入射波数を推定する入射波数推定装置及び入射波数推定方法に関するものである。 The present invention relates to an incident wave number estimating device and an incident wave number estimating device for estimating an incident wave number based on a negentropy value for a problem that an incident wave number setting parameter needs to be set in advance in signal separation processing by independent component analysis (ICA). The present invention relates to a wave number estimation method.
独立成分分析ＩＣＡは、複数の入射波が混信して得られる受信信号から、各入射波が互いに統計的に独立であるという性質のみを用いて、受信信号から各入射波を分離する方式である。この方式は、複数話者の音声の混信分離、通信等での混信電波の分離等、種々の分野で適用されている。信号の統計的独立性のみを用いて分離を行うため、各入射波に関する事前情報が不要であるという利点がある。 Independent component analysis ICA is a method of separating each incident wave from the received signal using only the property that each incident wave is statistically independent from the received signal obtained by interference of a plurality of incident waves. . This method is applied in various fields such as interference separation of voices of a plurality of speakers, separation of interference radio waves in communication, and the like. Since the separation is performed using only the statistical independence of signals, there is an advantage that prior information on each incident wave is unnecessary.
独立成分分析ＩＣＡには様々な方式が提案されているが、代表的な方式が、非特許文献１に示されている。方式の詳細は非特許文献１にゆずるが、ここで重要なことは、独立成分分析は、設定パラメータとして入射波数をあらかじめ設定しておく必要があることである。入射波数を誤ると、全入射波を正しく分離することができない。
Various methods have been proposed for independent component analysis ICA, but a typical method is shown in
このため、混信した入射波の入射波数を推定する場合、一般には、受信信号の共分散行列の固有値の情報から入射波数を推定する。その中でも、代表的な方式として、ＭＤＬ（Minimum Description Length）と呼ばれる方式（非特許文献２参照）がある。方式の詳細は非特許文献２にゆずるが、この方式は、受信信号の共分散行列を固有値分解して得られた固有値を用いて入射波数を判定する。
For this reason, when estimating the incident wave number of a mixed incident wave, the incident wave number is generally estimated from information on the eigenvalues of the covariance matrix of the received signal. Among them, a representative method is a method called MDL (Minimum Description Length) (see Non-Patent Document 2). Although details of the method are given in
ここで、後述の実施の形態の説明で必要な要点を中心に、独立成分分析ＩＣＡの概要を説明する。詳細は非特許文献１に譲る。なお、非特許文献１は複素信号を分離する複素ＩＣＡであるが、実数信号を分離するＩＣＡでも同じである。
Here, the outline of the independent component analysis ICA will be described with a focus on the essential points in the description of the embodiments described later. Details are left to Non-Patent
図９は、独立成分分析処理の概要を示す図である。また、図１０は、入射波数パラメータを真値と異なった値に設定したときの分離信号例を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing an outline of the independent component analysis processing. FIG. 10 is a diagram showing an example of a separated signal when the incident wave number parameter is set to a value different from the true value.
独立成分分析ＩＣＡは、上述したように、複数の入射波が混信して得られる受信信号から、入射波が互いに統計的に独立である性質のみを用いて各入射波を分離する方式である。ＩＣＡは、以下の混信モデルにおいて、互いに独立な入射波が混信して得られた受信信号から各入射波を混信分離するアルゴリズムである。 As described above, the independent component analysis ICA is a method of separating each incident wave from a reception signal obtained by interference of a plurality of incident waves using only the property that the incident waves are statistically independent from each other. ICA is an algorithm that separates each incident wave from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves in the following interference model.
ここで、ｓ＝［ｓ１，…，ｓＪ］Ｔは各入射波ｓｊ（ｊ＝１，…，Ｊ）をベクトル状に格納した入射波ベクトル、Ａは混信を表す混合行列、ｎ＝［ｎ１，…，ｎＩ］Ｔは各受信アンテナ♯ｉ（ｉ＝１，…，Ｉ）の受信機で受信される受信機雑音をベクトル状に格納した受信機雑音ベクトル、ｘ＝［ｘ１，…，ｘＩ］Ｔは、各受信アンテナ♯ｉで受信した受信信号ｘｉをベクトル状に格納した受信信号ベクトルである。入射波数はＪ、受信信号数はＩとする。混合行列の各要素は、混信を意味する係数であり、信号が入射してくる方位や、信号の周波数、アンテナ１の配置、ゲイン等の諸条件から決まる値である。
Here, s = [s 1 ,..., S J ] T is an incident wave vector in which each incident wave s j (j = 1,..., J) is stored as a vector, A is a mixing matrix representing interference, and n = [N 1 ,..., N I ] T is a receiver noise vector in which receiver noise received by the receivers of the respective receiving antennas #i (i = 1,..., I) is stored in a vector form, x = [x 1 ,..., X I ] T is a received signal vector in which received signals x i received by the respective receiving antennas #i are stored in vector form. The number of incident waves is J, and the number of received signals is I. Each element of the mixing matrix is a coefficient indicating interference, and is a value determined from various conditions such as the direction in which the signal enters, the frequency of the signal, the arrangement of the
例えば、受信アンテナ♯１の受信信号ｘ１は、ｘ１＝Ａ１１ｓ１＋，…，＋Ａ１ＪｓＪ＋ｎ１のような形となり、受信信号ｘ１はｓ１，…，ｓＪが混合行列の係数Ａｉｊが乗算されてから線形的に加算された形で混信しており、受信信号そのままでは、各到来波ｓｊを得られないことが分かる。 For example, the received signals x 1 receive antenna ♯1 is, x 1 = A 11 s 1 +, ..., + A 1J s J + n becomes shaped like a 1, the received signal x 1 is s 1, ..., s J is mixed It can be seen that interference occurs in the form of linear addition after multiplication by matrix coefficient A ij , and each incoming wave s j cannot be obtained with the received signal as it is.
なお、これらのベクトルは、Ａ／Ｄ変換器３でサンプルされたタイミングで時系列（ｋ＝１，…，Ｋ）に得られる、すなわち、ｘ＝｛ｘ（１），…，ｘ（Ｋ）｝、ｓ＝｛ｓ（１），…，ｓ（Ｋ）｝、ｎ＝｛ｎ（１），…，ｎ（Ｋ）｝である。なお、図９は入射波数が３波の例（Ｊ＝３）を示している。
These vectors are obtained in time series (k = 1,..., K) at the timing sampled by the A /
独立成分分析ＩＣＡは、あらかじめ入射波の数をパラメータとして設定しておく必要がある。以下、入射波数パラメータＪＰを正しく設定した（ＪＰ＝Ｊ）と仮定し、ＩＣＡの処理の概要を説明する。ＩＣＡでは、前処理としてＰＣＡ（Principal Component Analysis）により受信信号ｘを白色化処理する。白色化とは、信号間で互いに無相関で、同一電力であることを意味する。受信信号ｘの共分散行列ハットＲを次の式（２）で計算する。 The independent component analysis ICA needs to set the number of incident waves as a parameter in advance. Hereinafter, assuming that the incident wave number parameter JP is correctly set ( JP = J), an outline of the ICA process will be described. In ICA, the received signal x is whitened by PCA (Principal Component Analysis) as preprocessing. Whitening means that the signals are uncorrelated with each other and have the same power. The covariance matrix hat R of the received signal x is calculated by the following equation (2).
ここで、Ｅ｛・｝は期待値、Ｈは複素共役転置を意味する。上記の行列の固有値分解で得られる固有値及び固有ベクトルを、固有値の大きさが降順になるように並べ、 Here, E {·} means an expected value, and H means a complex conjugate transpose. Arrange the eigenvalues and eigenvectors obtained by eigenvalue decomposition of the above matrix so that the eigenvalues are in descending order,
とする。上記ＪＰ個の固有値とそれに対応する固有ベクトルから、白色化行列Ｍ∈ＣＪ×Ｉを、 And From the J P eigenvalues and the corresponding eigenvectors, the whitening matrix M∈C J × I,
と定義する。ここで、ｄｉａｇ｛１／√λ１，…，１／√λＪ｝は、１／√λ１，…，１／√λＪを対角要素にもつ正方行列である。Ｍを受信信号に乗算する。
It is defined as Here, diag {1 / √λ 1, ..., 1 / √λ J} is, 1 / √
この場合、 in this case,
となる。ＩＪ×ＪはＪ×Ｊの単位行列である。単位行列の非対角項は零である。すなわち、これは、受信信号ベクトルｘは互いに無相関なＪ次のベクトルチルダｘに変換されたことを意味する。無相関とは、独立であるための必要条件であるから、実質、これでＩＣＡ処理の半分が終わったと言える。あとは、互いに無相関な信号チルダｘから、最も独立な信号を見つけ出せばよい。 It becomes. I J × J is a unit matrix of J × J. The off-diagonal term of the identity matrix is zero. That is, this means that the received signal vector x has been converted to a J-order vector tilde x that is uncorrelated with each other. Since non-correlation is a necessary condition for being independent, it can be said that substantially half of the ICA processing is finished. After that, it is only necessary to find the most independent signal from the signal tilde x uncorrelated with each other.
次に、ＩＣＡでは、チルダｘから最も独立な信号を見つけるため、ネゲントロピーと呼ばれる指標値を最大化する。このネゲントロピーとは、ガウス性の変数に対しては０となるよう定義された尺度である。実際には、ネゲントロピーの計算には各入射波の確率密度関数が必要であるが、それらは一般には未知であるので、何らかの評価関数Ｇを導入し、各分離信号のネゲントロピー近似値の和を最大化する問題に帰着させる。具体的には、次の式の各分離信号のネゲントロピー値Ｅｊの和が最大となるような直交変換行列Ｗを見つける処理である。 Next, ICA maximizes an index value called negentropy in order to find the most independent signal from tilde x. This negentropy is a scale defined to be 0 for Gaussian variables. Actually, the probability density function of each incident wave is necessary for the calculation of negentropy, but since they are generally unknown, some evaluation function G is introduced to maximize the sum of the negentropy approximations of each separated signal. To reduce the problem. Specifically, this is a process of finding an orthogonal transformation matrix W that maximizes the sum of the negentropy values E j of the separated signals in the following equation.
ここで、ｙｇａｕｓｓは、分離信号ハットｓｊ＝Ｗｊ Ｈチルダｘと同じ分散をもつガウス性の信号、Ｇは何らかの滑らかな（微分可能な）関数、Ｅ｛・｝は期待値であり、期待値の計算にはサンプル平均値を用いる。関数Ｇ（ｙ）としては、例えば、 Here, y gauss is separated signal hat s j = W j H tilde x and Gaussian signal having the same variance, G is (differentiable) some smooth function, E {·} is the expectation value, The sample average value is used to calculate the expected value. As the function G (y), for example,
などがあり、ａは設定パラメータである。式（８）の最適化問題の解法は、ここでは重要でないので、省略する。 A is a setting parameter. Since the solution of the optimization problem of Equation (8) is not important here, it will be omitted.
そして、最後に、式（８）の最適化問題で得られた直交変換行列Ｗの複素共役転置をチルダｘに乗算することにより、分離信号ハットｓを抽出する。 Finally, the separated signal hat s is extracted by multiplying the tilde x by the complex conjugate transpose of the orthogonal transformation matrix W obtained by the optimization problem of Expression (8).
最終的に得られる混合行列推定値ハットＡの一般化逆行列は、 The generalized inverse matrix of the finally obtained mixed matrix estimate hat A is
である。このとき、 It is. At this time,
である。仮に、混合行列が誤差なく推定できた、すなわち、ハットＡ＝Ａであるとする。このとき、ハットＡ†Ａは単位行列となるので、分離信号ハットｓは次の式となる。 It is. It is assumed that the mixing matrix can be estimated without error, that is, hat A = A. At this time, since the hat A † A is a unit matrix, the separated signal hat s is expressed by the following equation.
式（１４）では、雑音項Ａ†ｎは残るものの、ｓの項には如何なる混信係数も存在しないため、ｓが正しく得られることが分かる。以上が、入射波数パラメータＪＰを正しく設定（ＪＰ＝Ｊ）したときの処理である。 In the equation (14), although the noise term A † n remains, there is no interference coefficient in the s term, so that s can be obtained correctly. The above is the processing when the incident wave number parameter JP is correctly set ( JP = J).
しかしながら、入射波数パラメータＪＰを真値Ｊより大きく設定（ＪＰ＞Ｊ）した場合、分離信号ハットｓは次の式で得えられる。 However, when larger than the true value J incident wave number parameter J P (J P> J), separating the signal hat s is E obtained by the following equation.
ここで、Ｂはある行列である。式（１４）と比較すると、入射波成分ｓ＋Ａ†ｎに加え、雑音ｎの線形和信号Ｂｎが出力される。すなわち、分離信号のうちＪ波は入射波成分、残りのＪＰ−Ｊ波は雑音ｎの線形和信号Ｂｎが得られる。ガウス信号の線形和はガウス信号であるので、ｎがガウス雑音の場合、Ｂｎもガウス雑音である。なお、式（１５）は、ベクトル中の上Ｊ波を入射波成分、下ＪＰ−Ｊを雑音成分として表しているが、実際のＩＣＡでは、順番の不確定性の性質があるため、各分離信号の順番は未知である。 Here, B is a certain matrix. Compared with equation (14), in addition to the incident wave component s + A † n, a linear sum signal Bn of noise n is output. That, J wave incident wave component of the separated signal, the remaining J P -J wave linear sum signal Bn of the noise n can be obtained. Since the linear sum of Gaussian signals is Gaussian, when n is Gaussian noise, Bn is also Gaussian noise. The expression (15) represents the upper J wave in the vector as an incident wave component and the lower J P -J as a noise component. However, in actual ICA, there is a property of order uncertainty. The order of the separated signals is unknown.
独立成分分析ＩＣＡに誤った入射波数パラメータを真値より大きく設定したときの動作例を説明する。図１０（ａ）に入射波数を真値より小さく設定した時の分離信号例（正解３波を２波と設定⇒誤った出力）、図１０（ｂ）に入射波数を正しく設定したときの分離信号例（全３波を正しく出力）、図１０（ｃ）に入射波数を真値より大きく設定した時の分離信号例（正解３波を５波と設定⇒３波以外で雑音を出力）を示す。なお、ここでは、入射波として若干周波数の異なる３波の正弦波とし、観測雑音にはガウス性雑音を付加している。 An example of operation when an incorrect incident wave number parameter is set larger than the true value in the independent component analysis ICA will be described. Fig. 10 (a) shows an example of a separated signal when the incident wave number is set to be smaller than the true value (set 3 correct waves as 2 waves = incorrect output), and Fig. 10 (b) shows a separated signal when the incident wave number is set correctly. Signal example (all three waves are output correctly), Fig. 10 (c) shows an example of a separated signal when the incident wave number is set larger than the true value (set the correct three waves to five waves → output noise other than three waves) Show. Here, three sine waves with slightly different frequencies are used as incident waves, and Gaussian noise is added to the observation noise.
図１０より、（ｂ）では波数を正しく設定しているために全入射波を正しく分離できているのに対し、入射波数パラメータを真値より小さく設定すると、正しく信号を分離抽出できないことが分かる。一方、入射波数を真値より大きく設定すると、全信号を正しく分離抽出し、残りの信号成分として、雑音信号を出力することが分かる。 From FIG. 10, it can be seen that in FIG. 10B, all the incident waves can be correctly separated because the wave number is set correctly, but when the incident wave number parameter is set smaller than the true value, the signals cannot be correctly separated and extracted. . On the other hand, when the incident wave number is set larger than the true value, all signals are correctly separated and extracted, and a noise signal is output as the remaining signal components.
次に、入射波数パラメータが真値より少なく設定（ＪＰ＜Ｊ）した場合、式（４）で信号空間より狭い空間への射影となるため、全入射波を正しく分離できない。 Next, when the incident wave number parameter is set to be smaller than the true value ( JP <J), the projection onto a space narrower than the signal space is performed in Expression (4), and therefore all incident waves cannot be correctly separated.
独立成分分析ＩＣＡでは、事前に入射波数パラメータを設定する必要があるが、実際には未知の複数の混信波を分離する場合、入射波数を事前に知ることは困難である。更に、入射波数パラメータが真の値と異なると、正しく全入射波のみを分離抽出できないという問題点があった。また、ＭＤＬなどの受信信号の共分散行列の固有値に基づく方式は、実環境では、雑音の有色性などが原因で入射波数を誤るという問題点があった。 In the independent component analysis ICA, it is necessary to set an incident wave number parameter in advance. However, in actuality, when separating a plurality of unknown interference waves, it is difficult to know the incident wave number in advance. Further, when the incident wave number parameter is different from the true value, there is a problem that only all incident waves cannot be correctly separated and extracted. In addition, the method based on the eigenvalues of the covariance matrix of the received signal such as MDL has a problem in that the incident wave number is erroneous in the actual environment due to noise coloration or the like.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、固有値に基づかない新たな方法、すなわち各分離信号のネゲントロピー値に基づいて入射波数を推定することができる入射波数推定装置及び入射波数推定方法を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to provide a new method that is not based on eigenvalues, that is, an incident wave number that can be estimated based on the negentropy value of each separated signal. A wave number estimation device and an incident wave number estimation method are obtained.
この発明に係る入射波数推定装置は、互いに独立な入射波が混信して得られた受信信号から分離信号を出力する独立成分分析処理部と、評価関数に基づいて、各分離信号のネゲントロピー値を計算するネゲントロピー値計算部とを設け、前記各分離信号のネゲントロピー値を用いて入射波数を推定するものである。 The incident wave number estimation device according to the present invention includes an independent component analysis processing unit that outputs a separated signal from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves, and a negentropy value of each separated signal based on the evaluation function. A negentropy value calculation unit for calculating is provided, and the incident wave number is estimated using the negentropy value of each separated signal.
この発明に係る入射波数推定装置は、固有値に基づかない新たな方法、すなわち各分離信号のネゲントロピー値に基づいて入射波数を推定することができるという効果を奏する。 The incident wave number estimation apparatus according to the present invention has an effect that the incident wave number can be estimated based on a new method not based on the eigenvalue, that is, based on the negentropy value of each separated signal.
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る入射波数推定装置について図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る入射波数推定装置を含む受信機の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
An incident wave number estimation apparatus according to
図１において、受信機は、複数（Ｉ本）の受信アンテナ１と、加算器２と、Ａ／Ｄ変換器３と、入射波数推定装置４とが設けられている。
In FIG. 1, the receiver is provided with a plurality (I) of receiving
また、入射波数推定装置４は、独立成分分析（ＩＣＡ）処理部４１と、ネゲントロピー値計算部４２と、閾値判定部４３とが設けられている。
In addition, the incident wave
つぎに、この実施の形態１に係る入射波数推定装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る入射波数推定装置の動作を示すフローチャートである。また、図３は、この発明の実施の形態１に係る入射波数推定装置のネゲントロピー値例を示す図である。
Next, the operation of the incident wave number estimation apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the incident wave number estimation apparatus according to
ここでは、各分離信号のネゲントロピー値に基づく入射波数推定装置を説明する。 Here, an incident wave number estimation device based on the negentropy value of each separated signal will be described.
本入射波数推定装置は、以下の考え方に基づいている。
１）ネゲントロピー値は、ガウス性の信号に対し、その値は零となる性質がある。
２）一方、入射波がガウス性でないとすれば、その値は零ではない。
３）入射波数パラメータを真値より大きく設定しておけば、全入射波の他に、雑音信号が得られる。
This incident wave number estimation apparatus is based on the following concept.
1) The negentropy value has the property that the value becomes zero for a Gaussian signal.
2) On the other hand, if the incident wave is not Gaussian, the value is not zero.
3) If the incident wave number parameter is set larger than the true value, a noise signal can be obtained in addition to all incident waves.
これらの性質から、ＩＣＡの入射波数パラメータを大きめに設定してＩＣＡを実行し、得られた各分離信号のネゲントロピー値を計算し、その値の大小から、入射波か雑音かを判定すれば、入射波と判定された総数により入射波数の推定を行うことができる。 From these properties, if the ICA is executed with a larger incident wave number parameter of the ICA, the negentropy value of each obtained separated signal is calculated, and whether the incident wave or noise is determined from the magnitude of the value, The number of incident waves can be estimated from the total number determined as incident waves.
まず、未知の入射波数の入射波ｓ＝［ｓ１ｓ２ｓ３］Ｔ（図１では一例とし３波）が、混信してＩ本の受信アンテナ１で受信される。
First, an incident wave s = [s 1 s 2 s 3 ] T (three waves as an example in FIG. 1) having an unknown incident wave number is mixed and received by I receiving
次に、ＩＣＡ処理部４１（ステップ１０１）では、大きめの入射波数パラメータ値ＪＰを設定し、混信受信信号ｘから信号分離を行う。このとき、ハットｓ１，…，ハットｓＪＰの計ＪＰ波の分離信号が得られる。 Then, the ICA process unit 41 (step 101), sets a larger incident wave number parameter value J P, performs signal separation from the interference reception signal x. At this time, the hat s 1, ..., isolated signals in total J P-wave of the hat s JP is obtained.
次に、ネゲントロピー値計算部４２（ステップ１０２）では、各分離信号のネゲントロピー値を計算する。ネゲントロピー値は、次の式により計算できる。 Next, the negentropy value calculator 42 (step 102) calculates the negentropy value of each separated signal. The negentropy value can be calculated by the following equation.
最後に、閾値判定部４３（ステップ１０３）により、式（１６）に閾値を設定することにより入射波とガウス性雑音の判定を行う。閾値を超えるものの総数が入射波数推定結果となる。 Finally, the threshold value determination unit 43 (step 103) determines the incident wave and the Gaussian noise by setting the threshold value in Expression (16). The total number of objects exceeding the threshold is the incident wave number estimation result.
ここで、Ｅｔｈは閾値であり、０≦Ｅｔｈの値をとる。 Here, E th is a threshold value and takes a value of 0 ≦ E th .
図３にネゲントロピー値例を示す。この図３では、正解数が３波の場合、設定数を６波としてＩＣＡを実行後、得られた各分離信号のネゲントロピー値を示している。分かりやすいように、大きい順にならべている。モンテカルロ１０試行分を示している。このように、３つのネゲントロピー値が閾値を超えており、閾値判定により３波と判定され、正解である。 FIG. 3 shows examples of negentropy values. In FIG. 3, when the number of correct answers is 3, the negentropy value of each separated signal obtained after ICA is executed with the set number being 6 waves is shown. To make it easier to understand, they are arranged in descending order. 10 trials of Monte Carlo are shown. In this way, the three negentropy values exceed the threshold value, and are determined to be three waves by the threshold determination, and are correct.
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る入射波数推定装置について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係る入射波数推定装置の閾値の設定方法を示す図である。なお、この発明の実施の形態２に係る入射波数推定装置の構成は、上記の実施の形態１と同様である。
An incident wave number estimation apparatus according to
閾値判定部４３の閾値の設定には、オペレータが、ネゲントロピー値を見ながら手動で決定することも可能であるが、自動化するには、例えば以下の方法が考えられる。
１）入射波が存在せず、雑音のみが存在する場合の受信信号をＩＣＡ処理後、得られた各分離信号のネゲントロピー値を計算し、その値よりある程度大きい値に設定しておく。そして、実際に入射波が進入してきた場合にその閾値を用いる。こうすれば、閾値を低く設定しすぎて雑音を信号と誤判定することが無い。
２）入射波が存在する状況で、受信信号をＩＣＡ処理後、得られた各分離信号のネゲントロピー値を計算し、その最大値からある程度小さい値に設定する。こうすれば、閾値を高く設定しすぎて信号を雑音と誤判定することが無い。
３）入射波が存在する状況で、受信信号をＩＣＡ処理後、得られた各分離信号のネゲントロピー値を計算し、それらの平均値を閾値とする。こうすれば、１）及び２）のトレードオフ的な値を設定することができる。
Although the operator can manually determine the threshold value of the threshold
1) After the ICA process is performed on the received signal when no incident wave exists and only noise exists, the negentropy value of each obtained separated signal is calculated and set to a value somewhat larger than that value. When the incident wave actually enters, the threshold value is used. In this way, the threshold value is set too low, and noise is not erroneously determined as a signal.
2) In a situation where an incident wave is present, after the received signal is ICA processed, a negentropy value of each obtained separated signal is calculated and set to a value that is somewhat smaller than the maximum value. In this way, the threshold value is not set too high and the signal is not erroneously determined as noise.
3) In a situation where an incident wave exists, after the received signal is subjected to ICA processing, a negentropy value of each obtained separated signal is calculated, and an average value thereof is set as a threshold value. In this way, trade-off values of 1) and 2) can be set.
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、上記の１）〜３）の各方法の概念を示す。この図４では、入射波３波で、ＪＰを６波と設定した場合の例を示している。
4 (a), (b), and (c) show the concept of each of the methods 1) to 3). In FIG. 4, the
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る入射波数推定装置について説明する。なお、この発明の実施の形態３に係る入射波数推定装置は、互いに独立な入射波が混信して得られた受信信号から分離信号を出力する独立成分分析処理部と、各分離信号の高次等計量（４次キュムラント）を計算する高次等計量計算部と、前記高次等計量計算部により計算された高次等計量（４次キュムラント）が所定の閾値を超えるものの総数を入射波数と推定する閾値判定部とが設けられている。
An incident wave number estimation apparatus according to
ネゲントロピーの代わりに高次等計量を用いることもできる。例えば、高次等計量として知られている３次以上のキュムラントは、ガウス性信号に対しては零であることが知られている。例えば、４次キュムラントは、次の式で与えられる。 Higher order metrics can be used instead of negentropy. For example, third and higher order cumulants known as higher order metric are known to be zero for Gaussian signals. For example, the fourth order cumulant is given by
このように、３次や４次キュムラント等、ネゲントロピーの代わりに、これらの指標を用いても良い。 In this way, these indices may be used instead of negentropy, such as third-order and fourth-order cumulants.
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る入射波数推定装置について図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態４に係る入射波数推定装置の構成を示すブロック図である。
An incident wave number estimation apparatus according to
図５において、この発明の実施の形態４に係る入射波数推定装置４Ａは、♯１入射波数推定装置４と、♯２入射波数推定装置４と、…、♯Ｎ入射波数推定装置４と、複数の入射波数推定装置４から得られた入射波数推定結果の多数決により入射波数を推定する多数決判定部４４とが設けられている。なお、♯ｎ入射波数推定装置４（ｎ＝１，…，Ｎ）は、上記の実施の形態１に係る入射波数推定装置４である。また、上記の実施の形態２に係る入射波数推定装置や、上記の実施の形態３に係る入射波数推定装置でもよい。
5, incident wave
つぎに、この実施の形態４に係る入射波数推定装置の動作について図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態４に係る入射波数推定装置の動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the incident wave number estimation apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the incident wave number estimation apparatus according to
ネゲントロピーによる入射波数推定装置４Ａでは、評価関数Ｇやそれに設定するパラメータに応じて、複数の入射波数推定装置４が考えられる。また、高次等計量も同等である。もちろん、これらとは異なる新たな入射波数推定装置も考えられる。これらの入射波数推定装置の信頼性を向上させるには、例えば、それらの推定結果の多数決をとり、最終的な入射波数推定値とする方法が考えられる。
In the incident wave
図５のように、まず、複数の入射波数推定装置４を用意し、それぞれ入射波数を推定する（ステップ２０１〜２０３）。
As shown in FIG. 5, first, a plurality of incident wave
次に、多数決判定部４４では多数決をとり、最終的な入射波数推定結果を出力する（ステップ２０４）。
Next, the majority
ここで、波数ｎは、♯ｎ入射波数推定装置４（ｎ＝１，…，Ｎ）により得えられた入射波数推定結果、ｈｉｓｔは、波数ｎのヒストグラムを作成する関数である。ヒストグラムの最大値をとるｊが入射波数推定結果である。 Here, wave number n is an incident wave number estimation result obtained by #n incident wave number estimating device 4 (n = 1,..., N), and hist is a function for creating a histogram of wave number n . J taking the maximum value of the histogram is the incident wave number estimation result.
このように、複数の入射波数推定装置４の推定結果の多数決をとることにより、より信頼性の高い推定値が得られる。
Thus, by taking a majority decision of the estimation results of the plurality of incident wave
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る入射波数推定装置について図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態５に係る入射波数推定装置の構成を示すブロック図である。
An incident wave number estimation apparatus according to
図７において、この発明の実施の形態５に係る入射波数推定装置４Ｂは、♯１入射波数推定装置４と、♯２入射波数推定装置４と、…、♯Ｎ入射波数推定装置４と、複数の入射波数推定装置４から得られた入射波数推定結果の平均値を入射波数とする平均計算部４５とが設けられている。なお、♯ｎ入射波数推定装置４（ｎ＝１，…，Ｎ）は、上記の実施の形態１に係る入射波数推定装置４である。また、上記の実施の形態２に係る入射波数推定装置や、上記の実施の形態３に係る入射波数推定装置でもよい。
7, incident wave
つぎに、この実施の形態５に係る入射波数推定装置の動作について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態５に係る入射波数推定装置の動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the incident wave number estimation apparatus according to the fifth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the incident wave number estimation apparatus according to
上記の実施の形態４のように、多数決ではなく、平均値を最終的な入射波数推定値とすることもできる。まず、複数の入射波数推定装置４を用意し、それぞれ入射波数を推定する（ステップ３０１〜３０３）。
As in the fourth embodiment, the average value can be used as the final incident wave number estimated value instead of the majority decision. First, the several incident wave
次に、平均計算部４５では、複数の入射波数推定装置４の推定結果から、次の式により平均値を計算して、最終的な入射波数推定結果を出力する（ステップ３０４）。
Next, the
ここで、波数ｎは、♯ｎ入射波数推定装置４（ｎ＝１，…，Ｎ）により得えられた入射波数推定結果であり、ｒｏｕｎｄは四捨五入を意味する。入射波数は整数値であるので、四捨五入を用いる。 Here, the wave number n is an incident wave number estimation result obtained by the #n incident wave number estimating device 4 (n = 1,..., N), and round means rounding off. Since the incident wave number is an integer value, rounding is used.
このように、複数の入射波数推定装置４の推定結果の平均をとることにより、より信頼性の高い推定値が得られる。
Thus, by taking the average of the estimation results of the plurality of incident wave
１ 受信アンテナ、２ 加算器、３ Ａ／Ｄ変換器、４ 入射波数推定装置、４Ａ 入射波数推定装置、４Ｂ 入射波数推定装置、４１ 独立成分分析処理部、４２ ネゲントロピー値計算部、４３ 閾値判定部、４４ 多数決判定部、４５ 平均計算部。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
評価関数に基づいて、各分離信号のネゲントロピー値を計算するネゲントロピー値計算部とを備え、
前記各分離信号のネゲントロピー値を用いて入射波数を推定する
ことを特徴とする入射波数推定装置。 An independent component analysis processing unit that outputs a separated signal from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves, and
A negentropy value calculator for calculating the negentropy value of each separated signal based on the evaluation function;
An incident wave number estimation apparatus that estimates an incident wave number using a negentropy value of each of the separated signals.
ことを特徴とする請求項１記載の入射波数推定装置。 The incident wave number estimation apparatus according to claim 1, further comprising a threshold value determination unit configured to estimate the total number of those having a negentropy value calculated by the negentropy value calculation unit exceeding a predetermined threshold as an incident wave number.
ことを特徴とする請求項２記載の入射波数推定装置。 The predetermined threshold value is greater than all the calculated values by calculating the negentropy value of each separated signal obtained after performing independent component analysis on the received signal when no incident wave exists and only noise exists. The incident wave number estimation device according to claim 2, wherein the incident wave number estimation device is set to a value.
ことを特徴とする請求項２記載の入射波数推定装置。 The predetermined threshold value is set to a value smaller than the maximum value of the calculated values by calculating the negentropy value of each separated signal obtained after performing independent component analysis processing on the received signal in the presence of an incident wave. The incident wave number estimation apparatus according to claim 2.
ことを特徴とする請求項２記載の入射波数推定装置。 The predetermined threshold is characterized in that, in the presence of an incident wave, a received signal is subjected to independent component analysis processing, a negentropy value of each obtained separated signal is calculated, and an average value of the calculated values is set. The incident wave number estimation apparatus according to claim 2.
各分離信号の高次等計量を計算する高次等計量計算部とを備え、
前記各分離信号の高次等計量を用いて入射波数を推定する
ことを特徴とする入射波数推定装置。 An independent component analysis processing unit that outputs a separated signal from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves, and
A higher order metric calculation unit for calculating higher order metric of each separated signal,
An incident wave number estimation device that estimates an incident wave number using higher-order equivalence of each separated signal.
ことを特徴とする請求項６記載の入射波数推定装置。 The incident wave number estimation apparatus according to claim 6, further comprising a threshold value determination unit that estimates the total number of the higher order equal metrics calculated by the higher order equal metric calculation unit exceeding a predetermined threshold as the incident wave number.
ことを特徴とする請求項６又は７記載の入射波数推定装置。 The incident wave number estimation apparatus according to claim 6 or 7, wherein the higher-order equal metric is a fourth-order cumulant.
前記複数の入射波数推定装置から得られた入射波数推定結果の多数決により入射波数を推定する多数決判定部と
を備えることを特徴とする入射波数推定装置。 A plurality of incident wave number estimating devices according to claim 1, 2, 6 or 7;
An incident wave number estimation device, comprising: a majority decision determination unit that estimates an incident wave number by majority decision of incident wave number estimation results obtained from the plurality of incident wave number estimation devices.
前記複数の入射波数推定装置から得られた入射波数推定結果の平均値を入射波数とする平均計算部と
を備えることを特徴とする入射波数推定装置。 A plurality of incident wave number estimating devices according to claim 1, 2, 6 or 7;
An incident wave number estimation device comprising: an average calculation unit that uses an average value of incident wave number estimation results obtained from the plurality of incident wave number estimation devices as an incident wave number.
評価関数に基づいて、各分離信号のネゲントロピー値を計算するネゲントロピー値計算ステップとを含み、
前記各分離信号のネゲントロピー値を用いて入射波数を推定する
ことを特徴とする入射波数推定方法。 An independent component analysis processing step for outputting a separated signal from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves;
A negentropy value calculating step of calculating a negentropy value of each separated signal based on the evaluation function,
An incident wave number estimation method, wherein an incident wave number is estimated using a negentropy value of each of the separated signals.
ことを特徴とする請求項１１記載の入射波数推定方法。 The incident wave number estimation method according to claim 11, further comprising a threshold value determination step of estimating a total number of those having a negentropy value calculated by the negentropy value calculation unit exceeding a predetermined threshold value as an incident wave number.
ことを特徴とする請求項１２記載の入射波数推定方法。 The predetermined threshold value is greater than all the calculated values by calculating the negentropy value of each separated signal obtained after performing independent component analysis on the received signal when no incident wave exists and only noise exists. The incident wave number estimation method according to claim 12, wherein the incident wave number estimation method is set to a value.
ことを特徴とする請求項１２記載の入射波数推定方法。 The predetermined threshold value is set to a value smaller than the maximum value of the calculated values by calculating the negentropy value of each separated signal obtained after performing independent component analysis processing on the received signal in the presence of an incident wave. The incident wave number estimation method according to claim 12.
ことを特徴とする請求項１２記載の入射波数推定方法。 The predetermined threshold is characterized in that, in the presence of an incident wave, a received signal is subjected to independent component analysis processing, a negentropy value of each obtained separated signal is calculated, and an average value of the calculated values is set. The incident wave number estimation method according to claim 12.
各分離信号の高次等計量を計算する高次等計量計算ステップとを含み、
前記各分離信号の高次等計量を用いて入射波数を推定する
ことを特徴とする入射波数推定方法。 An independent component analysis processing step for outputting a separated signal from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves;
A high order equal metric calculation step for calculating a high order equal metric for each separated signal,
An incident wave number estimation method, wherein the incident wave number is estimated using a higher-order equal metric of each separated signal.
ことを特徴とする請求項１６記載の入射波数推定方法。 The incident wave number estimation method according to claim 16, further comprising a threshold determination step of estimating a total number of the higher order equal metrics calculated by the higher order equal metric calculation step exceeding a predetermined threshold as an incident wave number.
ことを特徴とする請求項１６又は１７記載の入射波数推定方法。 The incident wave number estimation method according to claim 16 or 17, wherein the higher-order equal metric is a fourth-order cumulant.
前記複数の入射波数推定方法から得られた入射波数推定結果の多数決により入射波数を推定する多数決判定ステップと
を含むことを特徴とする入射波数推定方法。 A plurality of incident wave number estimation methods according to claim 11, 12, 16 or 17,
A majority decision step of estimating an incident wave number by majority decision of an incident wave number estimation result obtained from the plurality of incident wave number estimation methods.
前記複数の入射波数推定方法から得られた入射波数推定結果の平均値を入射波数とする平均計算ステップと
を含むことを特徴とする入射波数推定方法。 A plurality of incident wave number estimation methods according to claim 11, 12, 16 or 17,
An incident wave number estimation method comprising: an average calculation step using an average value of incident wave number estimation results obtained from the plurality of incident wave number estimation methods as an incident wave number.
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