JP5230188B2

JP5230188B2 - 受信装置

Info

Publication number: JP5230188B2
Application number: JP2007330140A
Authority: JP
Inventors: 孝幸永易
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: JP2009150819A

Description

本発明は、受信した無線信号の通信品質を推定する受信装置に関する。

従来の通信品質推定方法として、たとえば、下記特許文献１および下記特許文献２に記載の方法が提案されている。下記特許文献１および下記特許文献２では、伝送レート（伝送帯域）や変調方式が受信側で既知の場合を想定し、通信品質としてＳＮＲ（信号電力対雑音電力比）を推定している。具体的には、下記特許文献１では、まず、受信装置が、受信したＦＳＫ信号をサンプリングおよび量子化して検出した発信周波数に基づいて、原信号を推定する。そして、受信したＦＳＫ信号と原信号の差から雑音成分を解析し、原信号レベルと雑音成分レベルを用いてＳＮＲを推定する。また、下記特許文献２では、受信装置が、時間的に隣接する２つのＭ相ＰＳＫ変調方式の受信信号の共役複素数に基づいて、所定の計算により高次モーメント汎関数の値を求める。そして、高次モーメント汎関数とＳＮＲとの関係式を用いてＳＮＲを推定する。

特開平０７−１６２３５３号公報特開２００４−２５４００３号公報

しかしながら、上記従来の技術は、伝送レート（伝送帯域）や変調方式に関する情報が既知でない場合にはＳＮＲを推定することができない、という問題があった。特に、複数の通信システムに対応した受信装置では、通信システムを選択して信号を受信する必要があるため、上記情報がない場合であっても通信品質を推定する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送帯域や変調方式に関する情報が既知でない場合であっても、通信品質を推定可能な受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる受信装置は、受信信号を周波数領域の信号に変換する周波数領域変換手段と、前記周波数領域の信号を周波数および時間で平均化する平均化手段と、前記平均化の結果に基づいて受信信号の信号帯域を決定する信号帯域決定手段と、前記信号帯域内の電力値に基づいて信号電力を計算する信号電力計算手段と、前記信号帯域外における所定範囲の電力値に基づいて雑音電力を計算する雑音電力計算手段と、前記信号電力および前記雑音電力に基づいて通信品質を推定する通信品質推定手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、伝送帯域や変調方式などの情報が未知の場合であっても、受信装置側で自動的に通信品質を推定することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる受信装置の実施の形態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。

図１は、本発明にかかる受信装置の構成例を示す図である。この受信装置は、アンテナ１と受信部２とＳＮＲ推定部３を備えている。

受信部２は、アンテナ１で受信したアナログ信号に対して、帯域制限，ダウンコンバート，アナログ／ディジタル変換などの処理を実行し、ディジタル信号に変換された中間周波数またはベースバンドの受信信号を出力する。なお、必ずしも正確なベースバンドにダウンコンバートする必要はない。ＳＮＲ推定部３は、受信部２が出力する受信信号のＳＮＲを推定する。

図２は、ＳＮＲ推定部３の構成例を示す図である。このＳＮＲ推定部３は、周波数領域変換部１１と平均化処理部１２と信号帯域計算部１３と信号電力計算部１４と雑音電力計算部１５とＳＮＲ計算部１６を備えている。

周波数領域変換部１１は、受信信号に対して離散フーリエ変換または高速フーリエ変換などの演算を実施し、周波数領域の電力スペクトルに変換する。なお、周波数領域への変換は、図３に示すように、一定時間ごとに受信信号をブロック分けして行う。受信信号のブロックは、長くするほど周波数解像度を高くすることができるが、逆に処理量の増加を招くことになる。したがって、ブロックの長さは、たとえば、受信する可能性がある変調信号の中で最も伝送レートが遅い信号の解像度が、十分に確保できる長さ（１０倍以上）にする。

平均化処理部１２は、図３に示すように、周波数領域変換部１１から出力された電力スペクトルを同じ周波数の電力ごとに平均化する。さらに、図４に示すように一定の周波数範囲で平均化する（周波数方向の移動平均）。これにより、雑音などによるばらつきを抑えて精度の高い電力スペクトルを算出することができる。図３は、周波数領域変換部１１および平均化処理部１２の処理の様子を示す図であり、図４は、平均化処理部１２による周波数方向の移動平均の様子を示す図である。

信号帯域計算部１３は、上記平均化処理により滑らかになった電力スペクトルの最大電力（Ｐｍａｘ）のα倍（たとえば、１／２倍）をしきい値とし、そのしきい値以上の周波数帯域を信号帯域とする。そして、信号帯域の左右の周波数ＦＬとＦＲを、信号電力計算部１４と雑音電力計算部１５に出力する。図５は、電力スペクトルの一例を示す図である。なお、上記αは、ナイキストフィルタにより波形整形した場合に適切な信号帯域幅になっている最大電力の１／２付近になるように設定する。ただし、雑音による広がりやナイキストフィルタ以外で波形整形した場合を想定して、１／２より少しずらした値に設定することも可能である。

信号電力計算部１４は、信号帯域内のＦＬ〜ＦＲの範囲で最大の電力となる値を検出し、その値を信号電力とする（図５参照）。

雑音電力計算部１５は、信号帯域外であるＦＬ−Ｗ×β〜ＦＬの範囲およびＦＲ〜ＦＲ＋Ｗ×βの範囲で、最小となる電力（Ｐｍｉｎ）を検出し、その値を雑音電力とする（図５参照）。ここで、ＷはＦＲ−ＦＬである。また、βは、信号成分の広がりの影響を受けないような帯域を含めるように設定する（たとえばβ＝１）。

ＳＮＲ計算部１６は、信号電力計算部１４が出力する信号電力と雑音電力計算部１５が出力する雑音電力との比を計算し、その計算結果をＳＮＲとして出力する。

以上のとおり、本実施の形態においては、受信装置が、受信信号の伝送帯域を推定し、その結果をもとにＳＮＲを計算することとした。これにより、伝送帯域や変調方式などの情報が未知の場合であっても、通信品質としてＳＮＲを計算することができる。なお、本実施の形態の構成を用いれば、ディジタル変調方式だけでなく、アナログ変調方式についても区別することなく、ＳＮＲを計算することができる。

また、本実施の形態においては、周波数領域において平均化処理を行い、雑音によるスペクトルのひずみを抑えることとした。これにより、精度のよいスペクトルを短時間で計算できるため、短い推定時間で精度の高い通信品質を計算することができる。

なお、上記雑音電力計算部１５では、以下の手順で雑音電力を計算することも可能である。たとえば、平均化処理部１２から出力された周波数領域の信号の電力を周波数軸上で平均し、その平均値のθ倍をしきい値（たとえばθ＝０．１の場合など、信号成分を排除できるような値）とする。そして、このしきい値より低い周波数成分を平均した値を雑音電力とする。以上のように、多くのサンプルを利用することにより平均化精度をさらに高めることができる。

また、雑音電力計算部１５が複数回にわたって計算した雑音電力を平均化することにより、雑音電力の計算精度をさらに高めることができる。なお、平均化する回数は、受信部の自動利得制御（ＡＧＣ）による雑音電力の変動が無視できる程度の回数にする必要がある。

以上のように、本発明にかかる受信装置は、伝送帯域や変調方式が受信側で未知の場合に有用であり、特に、複数の通信システムに対応した受信装置として適している。

本発明にかかる受信装置の構成例を示す図である。ＳＮＲ推定部の構成例を示す図である。周波数領域変換部および平均化処理部の処理の様子を示す図である。平均化処理部による周波数方向の移動平均の様子を示す図である。電力スペクトルの一例を示す図である。

符号の説明

１アンテナ
２受信部
３ＳＮＲ推定部
１１周波数領域変換部
１２平均化処理部
１３信号帯域計算部
１４信号電力計算部
１５雑音電力計算部
１６ＳＮＲ計算部

Claims

受信信号を周波数領域の信号に変換する周波数領域変換手段と、
前記周波数領域の信号を周波数および時間で平均化する平均化手段と、
前記平均化の結果に基づいて受信信号の信号帯域を決定する信号帯域決定手段と、
前記信号帯域内の電力値に基づいて信号電力を計算する信号電力計算手段と、
前記信号帯域外における所定範囲の電力値に基づいて雑音電力を計算する雑音電力計算手段と、
前記信号電力および前記雑音電力に基づいて通信品質を推定する通信品質推定手段と、
を備え、
前記雑音電力計算手段は、前記信号帯域外における所定範囲の電力の最小値を雑音電力とすることを特徴とする受信装置。
前記信号電力計算手段は、前記信号帯域内の電力の最大値を信号電力とすることを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記信号帯域外における所定範囲を、前記信号帯域に隣接し、かつ信号成分の広がりの影響を受けない帯域を含む、範囲とすることを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
受信信号を周波数領域の信号に変換する周波数領域変換手段と、
前記周波数領域の信号を周波数および時間で平均化する平均化手段と、
前記平均化の結果に基づいて受信信号の信号帯域を決定する信号帯域決定手段と、
前記信号帯域内の電力値に基づいて信号電力を計算する信号電力計算手段と、
前記信号帯域外における所定範囲の電力値に基づいて雑音電力を計算する雑音電力計算手段と、
前記信号電力および前記雑音電力に基づいて通信品質を推定する通信品質推定手段と、
を備え、
前記雑音電力計算手段は、前記平均化後の信号電力を周波数軸上で平均し、当該平均値に基づき信号成分を含まない電力値を示すしきい値を求め、当該しきい値より低い周波数成分の平均値を雑音電力とすることを特徴とする受信装置。
前記信号電力計算手段は、前記信号帯域内の電力の最大値を信号電力とすることを特徴とする請求項４に記載の受信装置。