JP5892893B2 - 信号検出装置、信号検出方法及び信号検出プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、受信した電波から無線信号を検出する信号検出装置と、信号検出装置で用いられる信号検出方法及び信号検出プログラムとに関する。

コグニティブ無線技術又は電波監視技術の分野では、無線信号の出現・消滅を自動的に判断する仕組みが極めて重要になる。例えば、コグニティブ無線技術の視点から見ると、無線信号の出現・消滅を自動的に判断することは、周波数利用効率を向上させる上で重要である。一方、総務省等による電波監視技術の視点から見ると、無線信号の出現・消滅を自動的に判断することは、所定のルールで割り当てられた電波資源を公平に活用させる上で重要である。

ところで、無線信号は、一般に、伝搬路を通過することによる歪み、及び／又は、他の通信系からの干渉を受けることがある。これらの歪み及び／又は干渉のために、信号検出装置における無線信号の自動検出性能が劣化することになる。

特開２００７−３２４７５３号公報

以上のように、従来の信号検出装置では、電波環境に応じた歪み及び／又は干渉の影響を受けるため、無線信号の自動検出性能が劣化するという問題がある。

そこで目的は、受信した電波に対して電波伝搬環境に応じた適切な前処理を施し、無線信号の自動検出性能を向上させることが可能な信号検出装置と、この信号検出装置で用いられる信号検出方法及び信号検出プログラムとを提供することにある。

実施形態によれば、互いに独立するＫ（Ｋは１以上の自然数）本の受信信号を受信する信号検出装置は、時空間処理部、選択制御部、第１の処理部、第２の処理部、第３の処理部及び検出処理部を具備する。時空間処理部は、前記Ｋ本の受信信号からＭ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号を時空間的に分離及び／又は抽出すると共に、前記Ｍ本の独立信号を参照して電波伝搬環境を表す情報を取得する。選択制御部は、前記情報に基づいて第１、第２又は第３の指示信号を生成する。第１の処理部は、前記第１の指示信号に応じて、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号に基づいて第１のスペクトログラムを作成する。第２の処理部は、前記第２の指示信号に応じて、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号を帯域毎に合成して合成信号とし、前記合成信号に基づいて第２のスペクトログラムを作成する。第３の処理部は、前記第３の指示信号に応じて、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号から帯域毎に最大の狭帯域信号を選択して選択信号とし、前記選択信号に基づいて第３のスペクトログラムを作成する。検出処理部は、前記第１、第２又は第３のスペクトログラムを参照して信号を検出する。

本実施形態に係る信号検出装置を有する受信装置の機能構成を示すブロック図である。 電波の伝搬経路を示す図である。 図２に示す伝搬路での伝搬路応答を示す図である。 図１に示す合成・選択処理部の機能構成を示すブロック図である。 図４に示す合成処理部の機能構成を示すブロック図である。 図４に示す選択処理部の機能構成を示すブロック図である。 図１に示す信号検出装置による処理動作のフローチャートを示す図である。 親局から送信される無線信号に基づき、図１に示す受信装置により取得されるスペクトログラムを示す図である。 図４に示す合成処理部の機能構成のその他の例を示すブロック図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る信号検出装置を有する受信装置の機能構成の例を示すブロック図である。図１に示す受信装置は、信号検出装置１０及びアンテナ部２０−１〜２０−Ｋ（Ｋは１以上の自然数）を備える。

アンテナ部２０−１〜２０−Ｋは、親局（図示せず）から送信された無線信号を受信する。アンテナ部２０−１〜２０−Ｋは、周波数変換機能及びアナログ−デジタル変換機能を備える。アンテナ部２０−１〜２０−Ｋは、受信した無線信号の周波数をＩＦ（Intermediate Frequency）帯に変換し、周波数変換後の信号をデジタル信号に変換する。なお、アンテナ部２０−１〜２０−Ｋは、受信した無線信号の周波数をＩＦ帯ではなく、ベースバンド帯に変換するようにしても構わない。アンテナ部２０−１〜２０−Ｋは、Ｋ本のデジタル信号を信号検出装置１０へ出力する。

信号検出装置１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが処理を実行するためのプログラムやデータを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等とを備える。信号検出装置１０は、ＣＰＵにアプリケーション・プログラムを実行させることにより、時空間信号処理部１１、合成・選択処理部１２及び検出処理部１３の機能を実現させる。

時空間信号処理部１１は、アンテナ部２０−１〜２０−Ｋから供給されるＫ本のデジタル信号に対し、電波伝搬の状況に応じた時空間信号処理を施すことで、Ｋ本のデジタル信号から、Ｍ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号を時空間的に分離・抽出する。時空間信号処理部１１は、分離・抽出したＭ本の独立信号を合成・選択処理部１２へ出力する。

電波伝搬環境は、極めて多種多様な状態が考えられる。具体的には、例えば、所望波が干渉波により干渉を受ける状態、複雑な経路を電波が通過することによりマルチパスフェージングを受ける状態、及び、自然的・人工的に生じる外来雑音を受ける状態等である。また、現実の環境では、これらの状態が複合的に生じ得る。以下では、所望波がマルチパスフェージングを受ける状態において、時空間信号処理部１１が時空間信号処理を実施する場合を例に説明する。

図２は、郊外における電波の伝搬経路の例を示す模式図である。図２に示すような郊外では、送信源から送信された無線信号が人工建造物等により反射される。無線信号は、複数の人工建造物に複雑に反射され、遅延波１及び遅延波２として、異なる遅延時間を持って受信装置へ到来する。なお、受信装置が移動しながら無線信号を受信する場合には、無線信号は、時間的なレベル変動を伴う。このように、人工建造物での反射による遅延時間の発生、及び、時間的なレベル変動の発生により、伝搬路応答には、図３に示すように、時間方向及び周波数方向にレベル変動が生じる。なお、図３では示していないが、伝搬路応答には、時間方向及び周波数方向の位相変動が生じることもあり得る。

図２に示す伝搬路において受信装置で受信される受信信号Ｘ（ｔ）は、

と表される。ここで、Ａ_ｉはｉ番目の遅延波のステアリングベクトルを示し、Ｓ（ｔ）は送信信号を示し、τ_ｉ ^ｊはｉ番目の遅延波に属するｊ番目の素波の遅延時間を示し、ａ_ｉ ^ｊはｉ番目の遅延波に属するｊ番目の素波の振幅を示し、δ（ｔ）はデルタ関数を示し、ｆ_ｄ ^ｊはｊ番目の素波のドップラ周波数を示し、Ｎ（ｔ）は熱雑音を示す。

また、受信信号Ｘ（ｔ）の相関行列Ｒ_ｘｘは、

と表される。ここで、＜・＞はアンサンブル平均を表す。相関行列Ｒ_ｘｘを固有値分解すると、

と表される。

ここで、信号部分空間の最大固有値に属する固有ベクトルをＥ_Ｓ ^１とし、第２固有値に属する固有ベクトルをＥ_Ｓ ^２とする。固有ベクトルＥ_Ｓ ^１，Ｅ_Ｓ ^２を用いて固有ベクトル変換を受信信号Ｘ（ｔ）に対して施すと、固有ベクトル変換された受信信号Ｙは、

と表される。ここで、遅延波１の受信電力レベルをｕ_１とし、遅延波２の受信電力レベルをｕ_２とした場合、固有値ｙ_１及びｙ_２は、
ｙ_１＝ａ_１１ｕ_１＋ａ_１２ｕ_２ （６）
ｙ_２＝ａ_２１ｕ_１＋ａ_２２ｕ_２ （７）
と表される。ここで、ａ_ｉｊは、遅延波１と遅延波２との混合の程度を表すパラメータを示す。この結果から、最大固有値及び第２固有値のＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）は、

と表される。ここで、固有値は、互いに直交するように分解される性質がある。つまり、最大固有値と第２固有値との間には、

の関係が成立する。つまり、ＳＩＲ_１及びＳＩＲ_２には、

の関係が成立する。

この結果から、固有値のエネルギー収支として、数式（１１）の関係があることがわかる。つまり、図２の電波伝搬環境の固有値は、遅延波１と遅延波２とが数式（１１）の関係で混合されていることがわかる。これにより、固有値を評価することにより、遅延波１と遅延波２との平均電力レベルを推定することが可能である。時空間信号処理部１１は、固有値ｙ_１及びｙ_２に属する固有ベクトルにより生成された信号を合成・選択処理部１２へ出力する。なお、この議論は、２パスを超える遅延波の議論に展開することが可能である。また、時空間信号処理部１１として、固有ベクトルを用いた信号処理について説明したが、アレーアンテナ信号処理に基づくいかなる空間信号処理を適用してもかまわない。

また、時空間信号処理部１１は、分離・抽出した独立信号の本数についての本数情報を合成・選択処理部１２へ出力する。また、時空間信号処理部１１は、独立信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を測定し、測定したＳＮＲについてのＳＮＲ情報を合成・選択処理部１２へ出力する。また、時空間信号処理部１１は、独立信号間の相関関係を計測し、計測した相関関係についての相関関係情報を合成・選択処理部１２へ出力する。ここで、相関関係情報には、相関値、及び、独立信号間の相関関係を間接的に表す観測値が含まれる。なお、相関値は、０から１で表され、１に近いほど相関が高く、信号間の相関関係が高いことをいう。

図４は、図１に示す合成・選択処理部１２の機能構成を示すブロック図である。図４に示す合成・選択処理部１２は、第１及び第２の切替部１２１，１２２、分析処理部１２３、合成処理部１２４、選択処理部１２５及び選択制御部１２６を備える。

第１の切替部１２１は、選択制御部１２６からの指示に従い、分析処理部１２３、合成処理部１２４又は選択処理部１２５と選択的に接続する。第１の切替部１２１は、時空間信号処理部１１から供給されるＭ本の独立信号を、分析処理部１２３、合成処理部１２４及び選択処理部１２５のうち、接続する処理部へ出力する。

分析処理部１２３は、第１の切替部１２１を介して供給されるＭ本の独立信号を受信し、受信した独立信号に対して、所定の周波数幅でＦＦＴ処理を実行する。ここで、ＦＦＴ処理における周波数幅は、無線信号の検出精度に応じてあらかじめ設定されるものである。分析処理部１２３は、独立信号を狭帯域信号に分割する。分析処理部１２３は、分割した狭帯域信号に基づいて、周波数領域及び時間領域により示される第１のスペクトログラムを作成する。

図５は、図４に示す合成処理部１２４の機能構成を示すブロック図である。図５に示す合成処理部１２４は、周波数分析部１２４１−１〜１２４１−Ｍ、合成部１２４２−１〜１２４２−Ｎ（Ｎは１以上の自然数）及び合成分析部１２４３を備える。なお、周波数分析部１２４１−１〜１２４１−Ｍの動作はそれぞれ同様であるため、以下では、周波数分析部１２４１−１について説明する。また、合成部１２４２−１〜１２４２−Ｎの動作はそれぞれ同様であるため、以下では、合成部１２４２−１について説明する。

周波数分析部１２４１−１は、Ｍ本の独立信号のいずれかを受信し、受信した独立信号に対して、所定の周波数幅でＦＦＴ処理を実行する。ここで、ＦＦＴ処理における周波数幅及び時間幅は、無線信号の検出精度及び電波伝搬の状況に応じて設定されるものである。周波数分析部１２４１−１は、ＦＦＴ処理の結果に基づき、独立信号を上記周波数幅毎のＮ本の狭帯域信号に分割する。周波数分析部１２４１−１は、Ｎ本の狭帯域信号を合成部１２４２−１〜１２４２−Ｎへそれぞれ出力する。なお、周波数分析部１２４１−１は、ＦＦＴ処理により独立信号を分割するようにしているが、周波数分析部１２４１−１での処理は、ＦＦＴ処理に限定されるわけではない。

合成部１２４２−１は、Ｎ個の狭帯域の周波数帯のうち、担当する周波数帯が予め設定されている。合成部１２４２−１は、担当する周波数帯の狭帯域信号を周波数分析部１２４１−１〜１２４１−Ｍから受信する。合成部１２４２−１は、受信したＭ本の狭帯域信号を合成し、合成信号を合成分析部１２４３へ出力する。合成部１２４２−１での合成処理における最もシンプルな方法は、狭帯域信号をｘ_ｉとした場合、

と表される。

また、合成部１２４２−１は、各狭帯域信号に適切なウェイトｗ_ｉをかける、

の処理を実行するようにしても構わない。なお、合成処理として数式（１２）並びに数式（１３）を例として示したが、公知の如何なる合成方法を適用しても構わない。

合成分析部１２４３は、合成部１２４２−１〜１２４２−Ｎから供給されるＮ本の合成信号に基づいて、周波数領域及び時間領域により示される第２のスペクトログラムを作成する。

図６は、図４に示す選択処理部１２５の機能構成を示すブロック図である。図６に示す選択処理部１２５は、周波数分析部１２５１−１〜１２５１−Ｍ、選択部１２５２−１〜１２５２−Ｎ及び選択分析部１２５３を備える。なお、周波数分析部１２５１−１〜１２５１−Ｍの動作はそれぞれ同様であるため、以下では、周波数分析部１２５１−１について説明する。また、選択部１２５２−１〜１２５２−Ｎの動作はそれぞれ同様であるため、以下では、選択部１２５２−１について説明する。

周波数分析部１２５１−１は、Ｍ本の独立信号のいずれかを受信し、受信した独立信号に対して、所定の周波数幅でＦＦＴ処理を実行する。ここで、ＦＦＴ処理における周波数幅及び時間幅は、無線信号の検出精度及び電波伝搬の状況に応じて設定されるものである。周波数分析部１２５１−１は、ＦＦＴ処理の結果に基づき、独立信号を上記周波数幅毎のＮ本の狭帯域信号に分割する。周波数分析部１２５１−１は、Ｎ本の狭帯域信号を選択部１２５２−１〜１２５２−Ｎへそれぞれ出力する。なお、周波数分析部１２５１−１は、ＦＦＴ処理により独立信号を分割するようにしているが、周波数分析部１２５１−１での処理は、ＦＦＴ処理に限定されるわけではない。

選択部１２５２−１は、Ｎ個の狭帯域の周波数帯のうち、担当する周波数帯が予め設定されている。選択部１２５２−１は、担当する周波数帯の狭帯域信号を周波数分析部１２５１−１〜１２５１−Ｍから受信する。選択部１２５２−１は、受信したＭ本の狭帯域信号のうち、例えば、振幅が最大の狭帯域信号を選択する。このとき、選択部１２５２−１での選択処理における最もシンプルな方法は、

と表される。選択部１２５２−１は、選択した選択信号を選択分析部１２５３へ出力する。なお、選択処理として数式（１４）を例として示したが、公知の如何なる選択方法を適用しても構わない。

選択分析部１２５３は、選択部１２５２−１〜１２５２−Ｎから供給されるＮ本の選択信号に基づいて、周波数領域及び時間領域により示される第３のスペクトログラムを作成する。

第２の切替部１２２は、選択制御部１２６からの指示に従い、分析処理部１２３、合成処理部１２４及び選択処理部１２５のうち、第１の切替部１２１が接続する処理部と選択的に接続する。第２の切替部１２２は、接続される処理部で作成されるスペクトログラムを検出処理部１３へ出力する。すなわち、第２の切替部１２２は、分析処理部１２３と接続される場合は、第１のスペクトログラムを検出処理部１３へ出力し、合成処理部１２４と接続される場合は、第２のスペクトログラムを検出処理部１３へ出力し、選択処理部１２５と接続される場合は、第３のスペクトログラムを検出処理部１３へ出力する。

選択制御部１２６は、時空間信号処理部１１から供給される本数情報、ＳＮＲ情報及び相関関係情報を受信し、受信したこれらの情報に基づき、第１及び第２の切替部１２１，１２２の接続先を、分析処理部１２３、合成処理部１２４及び選択処理部１２５のいずれかから選択する。

選択制御部１２６が第１及び第２の切替部１２１，１２２を制御する具体的な例を以下に説明する。

選択制御部１２６は、本数情報が１本である場合、すなわち、時空間信号処理部１１から合成・選択処理部１２へ出力される独立信号の本数が１本である場合、第１及び第２の切替部１２１，１２２が分析処理部１２３と接続するように第１及び第２の切替部１２１，１２２を制御する。なお、独立信号が１本である状況とは、例えば、マルチパス広がりが狭く、角度広がりが狭く、かつ、ドップラ広がりを有する時間選択性フェージング環境が挙げられる。

また、選択制御部１２６は、本数情報が２本以上であり、かつ、ＳＮＲ情報に含まれるＳＮＲ値が予め設定した閾値よりも高い場合、第１及び第２の切替部１２１，１２２が分析処理部１２３と接続するように第１及び第２の切替部１２１，１２２を制御する。ＳＮＲ値の閾値としては、例えば、２０ｄＢ程度が設定される。

また、選択制御部１２６は、本数情報が２本以上であり、ＳＮＲ値が予め設定した閾値よりも低く、かつ、相関関係情報により信号間の相関関係が低いことが示される場合、第１及び第２の切替部１２１，１２２が合成処理部１２４と接続するように第１及び第２の切替部１２１，１２２を制御する。ここで、相関関係情報により独立信号間の相関関係が低いことが示される場合とは、例えば、相関関係情報に含まれる相関値が予め設定した閾値よりも低い場合、及び、信号間の相関関係を間接的に表す観測値が相関関係が低いことを表す値をとる場合等である。なお、相関値の閾値としては、例えば、０．５程度が設定される。

また、選択制御部１２６は、本数情報が２本以上であり、ＳＮＲ値が予め設定した閾値よりも低く、かつ、相関関係情報により信号間の相関関係が高いことが示される場合、第１及び第２の切替部１２１，１２２が選択処理部１２５と接続するように第１及び第２の切替部１２１，１２２を制御する。

ここで、選択制御部１２６が相関関係に応じて合成処理部１２４と選択処理部１２５とを切り替える理由について説明する。合成処理部１２４により実行される数式（１２）で示す方法は、電波環境に応じた歪み及び／又は干渉の抑圧度が極めて高い有効な方法であるが、狭帯域信号間の相関が高い場合は適当な方法でない。例えば、狭帯域信号ｘ_１のみのＳＮＲが高く、その他の狭帯域信号ｘ_２〜ＭのＳＮＲが低い場合を想定し、ｘ_１＝ｓ、ｘ_２〜Ｍ＝ｎとした場合、ＸのＳＮＲは、ｓ／ｎ（Ｍ−１）となりＳＮＲが悪化してしまう。このような状態を避けるため、選択制御部１２６は、相関関係情報により信号間の相関関係が高いことが示される場合には、合成処理部１２４ではなく、選択処理部１２５を選択するようにしている。

一方、選択処理部１２５により実行される数式（１４）で示す方法は、狭帯域信号間の相互のレベル差が大きい場合、つまり、狭帯域信号間の相関が大きい場合は、性能改善が大きく期待できる。しかしながら、狭帯域信号間の相互のレベル差が小さい場合、つまり、狭帯域信号間の相関が小さい場合は、性能改善が小さくなる。このような状態を避けるため、選択制御部１２６は、相関関係情報により独立信号間の相関関係が低いことが示される場合には、選択処理部１２５ではなく、合成処理部１２４を選択するようにしている。

検出処理部１３は、合成・選択処理部１２から供給される第１、第２又は第３のスペクトログラムを参照し、スペクトログラムの電力差を利用して信号を検出する。

次に、以上のように構成された受信装置が信号を検出する動作を、信号検出装置１０の処理手順に従い説明する。図７は、図１に示す信号検出装置１０による処理動作のフローチャートを示す図である。なお、図７では、信号間の相関関係が、相関関係情報に含まれる相関値により判断される場合を例に説明する。

まず、時空間信号処理部１１は、アンテナ部２０−１〜２０−Ｋから供給されるＫ本のデジタル信号に対して時空間信号処理を施し、Ｋ本のデジタル信号から、Ｍ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号を時空間的に分離・抽出する（ステップＳ７１）。時空間信号処理部１１は、時空間信号処理を実施すると共に、本数情報、ＳＮＲ情報及び相関関係情報を取得し、これらの情報を合成・選択処理部１２へ出力する。

選択制御部１２６は、時空間信号処理部１１で取得された本数情報に基づいて、独立信号の本数がＭ＝１であるか否かを判断する（ステップＳ７２）。Ｍ＝１である場合（ステップＳ７２のＹｅｓ）、選択制御部１２６は、独立信号が分析処理部１２３へ供給されるように、第１及び第２の切替部１２１，１２２を切り替える。

分析処理部１２３は、第１の切替部１２１を介して独立信号が供給されると、供給された独立信号に基づいて第１のスペクトログラムを作成し（ステップＳ７３）、作成した第１のスペクトログラムを検出処理部１３へ出力する。

ステップＳ７２において、Ｍ＝１でない場合（ステップＳ７２のＮｏ）、選択制御部１２６は、ＳＮＲ値が２０ｄＢを超えるか否かを判断する（ステップＳ７４）。ＳＮＲ値が２０ｄＢを超える場合（ステップＳ７４のＹｅｓ）、選択制御部１２６は、独立信号が分析処理部１２３へ供給されるように、第１及び第２の切替部１２１，１２２を切り替え、処理をステップＳ７３へ遷移させる。

ステップＳ７４において、ＳＮＲ値が２０ｄＢ以下である場合（ステップＳ７４のＮｏ）、選択制御部１２６は、相関値が０．５を超えるか否かを判断する（ステップＳ７５）。相関値が０．５を超える場合（ステップＳ７５のＹｅｓ）、選択制御部１２６は、Ｍ本の独立信号が選択処理部１２５へ供給されるように、第１及び第２の切替部１２１，１２２を切り替える。

選択処理部１２５は、第１の切替部１２１を介してＭ本の独立信号が供給されると、供給された独立信号に基づいて第３のスペクトログラムを作成し（ステップＳ７６）、作成した第３のスペクトログラムを検出処理部１３へ出力する。

ステップＳ７５において、相関値が０．５以下である場合（ステップＳ７５のＮｏ）、選択制御部１２６は、Ｍ本の独立信号が合成処理部１２４へ供給されるように、第１及び第２の切替部１２１，１２２を切り替える。

合成処理部１２４は、第１の切替部１２１を介してＭ本の独立信号が供給されると、供給された独立信号に基づいて第２のスペクトログラムを作成し（ステップＳ７７）、作成した第２のスペクトログラムを検出処理部１３へ出力する。

検出処理部１３は、ステップＳ７３で作成される第１のスペクトログラム、ステップＳ７６で作成される第３のスペクトログラム、又は、ステップＳ７７で作成される第２のスペクトログラムを受信すると、受信したスペクトログラムに基づいて信号を検出する（ステップＳ７８）。なお、ここまでの説明では、相関値の閾値を０．５とし、ＳＮＲ値の閾値を２０ｄＢとしたが、適用する環境等に応じて、これらの閾値は任意の数値を設定することができるものとする。

図８は、親局から送信される無線信号に基づいて取得されるスペクトログラムの例を示す図である。図８（ａ）は親局から送信される無線信号のスペクトログラムを示し、図８（ｂ）は分析処理部１２３で作成される第１のスペクトログラムを示し、図８（ｃ）は合成処理部１２４で作成される第２のスペクトログラムを示し、図８（ｄ）は選択処理部１２５で作成される第３のスペクトログラムを示す。合成処理を施した図８（ｃ）に示す第２のスペクトログラムと、選択処理を施した図８（ｄ）に示す第３のスペクトログラムとは、合成処理及び選択処理を施さない図８（ｂ）に示す第１のスペクトログラムと比較して電波環境に応じた歪み及び／又は干渉が抑圧され、図８（ａ）に示すスペクトログラムに近づいていることがわかる。

以上のように、本実施形態では、信号検出装置１０は、時空間信号処理部１１により、Ｋ本のデジタル信号からＭ本の独立信号を分離・抽出する。信号検出装置１０は、時空間信号処理部１１で取得される本数情報、ＳＮＲ情報及び相関関係情報を参照し、分析処理部１２３、合成処理部１２４及び選択処理部１２５のいずれかで、Ｍ本の独立信号に基づくスペクトログラムを作成するようにしている。これにより、信号検出装置１０は、電波伝搬環境に応じ、電波環境に応じた歪み及び／又は干渉を抑圧する処理を選択することが可能となる。また、電波伝搬環境に応じた方法で、スペクトログラムを作成することが可能となる。

また、本実施形態では、時空間信号処理部１１での時空間信号処理に加え、合成・選択処理部１２で合成処理又は選択処理を行うようにしている。これにより、時空間信号処理により時間選択性フェージングを解消すると共に、合成処理又は選択処理により周波数選択性フェージングを解消することが可能となり、伝搬環境をＡＷＧＮ（Additive White Gaussian Noise）環境に近い環境に変換することが可能となる。

したがって、本実施形態に係る信号検出装置１０によれば、受信した電波に対して電波伝搬環境に応じた適切な前処理を施し、無線信号の自動検出性能を向上させることができる。

また、従来の受信装置では、異なる送信源から送信される複数の信号が存在する環境下において、信号毎の統計的な独立性を利用することにより各信号を分離し、信号毎の使用周波数帯を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この技術では、信号を分離するために、信号間の統計的な独立性のみに依存しているために、同一の送信源の信号であっても、信号分離される問題がある。このように分離された信号は、独立した信号であると判断されているため、合成されることはなく、ＳＮＲが劣化する要因となる恐れがある。これに対し、本実施形態に係る信号検出装置１０では、時空間信号処理により独立信号を分離・抽出しているため、分離・抽出した独立信号を合成部１２４２−１〜１２４２−Ｎにより合成することが可能となる。これにより、ＳＮＲの劣化を防ぐことが可能となる。また、時空間信号処理、合成処理及び選択処理に係る演算量が少ないため、広帯域の無線信号を検出する場合にも有効である。

また、従来の受信装置では、送信側から受信側までの伝搬路応答が既知である場合に、伝搬路応答の逆行列を用いて信号を分離し、分離した信号を検出する技術も提案されている。信号を検出する際、ＳＮＲの低い環境下において検出性能向上させることが重要である。しかしながら、伝搬路応答の逆行列を用いた自動検出技術では、基本的にＺＦ（Zero Forcing）アルゴリズムがベースとなるために雑音強調による実質的なＳＮＲの低下をもたらすことになる。さらに、伝搬路応答による信号分離は、信号数が既知である前提条件と伝搬路応答が計算可能という前提が必要となる。なお、この前提条件は、コグニティブ無線技術又は電波監視技術の自動検出の実現においては、大きな制約となる。これに対し、本実施形態に係る信号検出装置１０では、ＺＦアルゴリズムがベースになることはなく、また、信号数が既知である前提条件と伝搬路応答が計算可能という前提は不要である。

なお、上記実施形態では、合成処理部１２４が、周波数分析部１２４１−１〜１２４１−Ｍ、合成部１２４２−１〜１２４２−Ｎ及び合成分析部１２４３を有する場合を例に説明したが、これに限定されるわけではない。例えば、合成処理部１２４は、図９に示すように、判断部１２４４−１〜１２４４−Ｎをさらに備えるようにしてもかまわない。判断部１２４４−１〜１２４４−Ｎは、周波数分析部１２４１−１〜１２４１−Ｍから出力される狭帯域信号の振幅が、予め設定した閾値を超えるか否かを判断する。判断部１２４４−１〜１２４４−Ｎは、振幅が閾値を超えない狭帯域信号を廃棄し、振幅が閾値を超える狭帯域信号のみを合成部１２４２−１〜１２４２−Ｎへ出力する。合成部１２４２−１〜１２４２−Ｎは、閾値を超える狭帯域信号のみを合成する。これにより、狭帯域信号間の相関が高い場合であっても、ＳＮＲが悪化することを抑えることが可能となる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…信号検出装置、１１…時空間信号処理部、１２…合成・選択処理部、１２１…第１の切替部、１２２…第２の切替部、１２３…分析処理部、１２４…合成処理部、１２４１−１〜１２４１−Ｍ…周波数分析部、１２４２−１〜１２４２−Ｎ…合成部、１２４３…合成分析部、１２４４−１〜１２４４−Ｎ…判断部、１２５…選択処理部、１２５１−１〜１２５１−Ｍ…周波数分析部、１２５２−１〜１２５２−Ｎ…選択部、１２５３…選択分析部、１２６…選択制御部、１３…検出処理部、２０−１〜２０−Ｋ…アンテナ部

Claims (5)

1. 互いに独立するＫ（Ｋは１以上の自然数）本の受信信号を受信する信号検出装置において、
   前記Ｋ本の受信信号からＭ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号を時空間的に分離及び／又は抽出すると共に、前記Ｍ本の独立信号を参照し、前記独立信号の本数情報、前記独立信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）についてのＳＮＲ情報及び前記独立信号間の相関関係についての相関関係情報を表す情報を取得する時空間処理部と、
   前記本数情報により示される本数が１である場合、又は、前記本数が２以上であり、かつ、前記ＳＮＲ情報により示されるＳＮＲ値が予め設定された閾値よりも大きい場合、第１の指示信号を生成し、前記本数情報により示される本数が２以上であり、前記ＳＮＲ情報により示されるＳＮＲ値が予め設定された閾値よりも小さく、かつ、前記相関関係情報により示される相関関係が予め想定された状態よりも低い場合、第２の指示信号を生成し、前記本数情報により示される本数が２以上であり、前記ＳＮＲ情報により示されるＳＮＲ値が予め設定された閾値よりも小さく、かつ、前記相関関係情報により示される相関関係が予め設定された状態よりも高い場合、第３の指示信号を生成する選択制御部と、
   前記第１の指示信号に応じて、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号に基づいて第１のスペクトログラムを作成する第１の処理部と、
   前記第２の指示信号に応じて、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号を帯域毎に合成して合成信号とし、前記合成信号に基づいて第２のスペクトログラムを作成する第２の処理部と、
   前記第３の指示信号に応じて、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号から帯域毎に最大の狭帯域信号を選択して選択信号とし、前記選択信号に基づいて第３のスペクトログラムを作成する第３の処理部と、
   前記第１、第２又は第３のスペクトログラムを参照して信号を検出する検出処理部と
   を具備することを特徴とする信号検出装置。
2. 前記第２の処理部は、前記分割した狭帯域信号毎に所定のウェイトをかけた後に、前記ウェイトをかけた狭帯域信号を帯域毎に合成することを特徴とする請求項１記載の信号検出装置。
3. 前記第２の処理部は、前記分割した狭帯域信号のうち、予め設定した振幅を超える振幅を有する狭帯域信号を、帯域毎に合成することを特徴とする請求項１又は２に記載の信号検出装置。
4. 互いに独立するＫ（Ｋは１以上の自然数）本の受信信号を受信する信号検出装置で用いられる信号検出方法において、
   前記Ｋ本の受信信号からＭ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号を時空間的に分離及び／又は抽出し、
   前記Ｍ本の独立信号を参照し、前記独立信号の本数情報、前記独立信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）についてのＳＮＲ情報及び前記独立信号間の相関関係についての相関関係情報を表す情報を取得し、
   前記本数情報により示される本数が１である場合、又は、前記本数が２以上であり、かつ、前記ＳＮＲ情報により示されるＳＮＲ値が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号に基づいて第１のスペクトログラムを作成し、
   前記本数情報により示される本数が２以上であり、前記ＳＮＲ値が前記閾値よりも小さく、かつ、前記相関関係情報により示される相関関係が予め設定された状態よりも低い場合、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号を帯域毎に合成して合成信号とし、前記合成信号に基づいて第２のスペクトログラムを作成し、
   前記本数情報により示される本数が２以上であり、前記ＳＮＲ値が前記閾値よりも小さく、かつ、前記相関関係が前記状態よりも高い場合、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号から帯域毎に最大の狭帯域信号を選択して選択信号とし、前記選択信号に基づいて第３のスペクトログラムを作成し、
   前記第１、第２又は第３のスペクトログラムを参照して信号を検出することを特徴とする信号検出方法。
5. 互いに独立するＫ（Ｋは１以上の自然数）本の受信信号を受信する信号検出装置で用いられる信号検出プログラムにおいて、
   前記Ｋ本の受信信号からＭ（Ｍは１以上の自然数）本の独立信号を時空間的に分離及び／又は抽出する処理と、
   前記Ｍ本の独立信号を参照し、前記独立信号の本数情報、前記独立信号のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）についてのＳＮＲ情報及び前記独立信号間の相関関係についての相関関係情報を表す情報を取得する処理と、
   前記本数情報により示される本数が１である場合、又は、前記本数が２以上であり、かつ、前記ＳＮＲ情報により示されるＳＮＲ値が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号に基づいて第１のスペクトログラムを作成する処理と、
   前記本数情報により示される本数が２以上であり、前記ＳＮＲ値が前記閾値よりも小さく、かつ、前記相関関係情報により示される相関関係が予め設定された状態よりも低い場合、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号を帯域毎に合成して合成信号とし、前記合成信号に基づいて第２のスペクトログラムを作成する処理と、
   前記本数情報により示される本数が２以上であり、前記ＳＮＲ値が前記閾値よりも小さく、かつ、前記相関関係が前記状態よりも高い場合、前記Ｍ本の独立信号を複数の狭帯域信号にそれぞれ分割し、前記分割した狭帯域信号から帯域毎に最大の狭帯域信号を選択して選択信号とし、前記選択信号に基づいて第３のスペクトログラムを作成する処理と、
   前記第１、第２又は第３のスペクトログラムを参照して信号を検出する処理と
   を前記信号検出装置のコンピュータに実行させることを特徴とする信号検出プログラム。

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