JP6201351B2

JP6201351B2 - 干渉信号発生装置及び干渉信号発生方法

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Publication number: JP6201351B2
Application number: JP2013049766A
Authority: JP
Inventors: 小野　隆志; 隆志小野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: JP2014176037A

Description

本発明は干渉信号発生装置及び干渉信号発生方法に関し、特に無線通信システムに対してその通信性能を故意に劣化させる信号を発生させる干渉信号発生装置に関する。

特許文献１では、スペクトラム拡散（Spread Spectrum：ＳＳ）通信のような耐干渉特性に優れたデジタル通信方式の通信性能を評価するための通信性能評価装置が開示されている。特許文献１で示される通信性能評価装置では、ホワイト・ガウス・ノイズだけではなく、振幅変調、周波数変調、位相変調、及びスペクトラム拡散変調等のデジタル変調を用いて変調した単独或いは複数の変調信号を干渉信号（特許文献１ではノイズと表記）として発生させることができる。発生させた干渉信号を評価対象である通信信号と混合し、通信信号の通信性能をビット誤り率（Bit Error Ratio：ＢＥＲ）等の尺度で評価することにより、デジタル通信方式の通信品質を評価することができる。

特許文献２では、ＳＳ通信の一種である直接拡散（Direct Sequence：ＤＳ）通信や周波数ホッピング（Frequency Hopping：ＦＨ）通信に対する通信妨害方式が開示されている。特許文献２で示される通信妨害方式では、受信した通信信号を分析して、拡散信号の信号系列と速度の情報を得て、それら情報を基に干渉信号（特許文献２では妨害信号と表記）を発生させ、さらに受信局において符号タイミングが一致するようにタイミング調整して送信することにより、高い妨害効果を実現している。

特許文献３では、レーダ信号のパルス波形をメモリに記憶し、パルス波形を再生するデジタルＲＦメモリにおいて、パルスをつなぎ合わせて連続波を発生させるとともに、ノイズ信号、位相変調、０／π変調を重畳するデジタルＲＦメモリ（Digital Radio Frequency Memory：ＤＲＦＭ）が開示されている。特許文献３で示されるデジタルＲＦメモリでは、レーダ信号の周波数成分をそのまま使って干渉信号（特許文献３では妨害波と表記）を生成するため、周波数誤差のない効果的な干渉信号を生成することができる。

特許第３３７６２６９号明細書特開２００３−１９８５０９号公報特開２００２−３２８１６０号公報

第１の問題点は、特許文献１で開示されている干渉信号発生方法では、一般的なデジタル通信信号との干渉による通信性能の評価は可能であるが、複雑化する干渉や妨害の状況に対して、さまざまな条件での通信性能を十分には評価することができないということである。

その理由は、通信信号と干渉信号を混合して受信した際に、通信性能がどのような原因に基づいてビット誤り率の劣化を引き起こしているかは、デジタル通信装置の特に受信器の受信方式や構成に依存するため、特許文献１で開示されている干渉信号発生方法だけでは、通信性能の劣化の最大値を見積ることができないためである。特にデジタル通信装置では、受信信号が１か０かを判定するタイミングを規定するクロックの品質が通信性能を左右する。受信器のクロック抽出の性能が特定の干渉信号に対して通信性能を大きく劣化させることがあるため、通信性能を評価する際には特にクロック抽出の性能を劣化させるような干渉信号を発生し、さまざまな条件で評価する必要がある。特許文献１では、このようなクロック抽出に起因する通信性能の劣化を十分に評価することができなかった。

第２の問題点は、特許文献２で開示されている干渉信号発生方法では、通信信号の各種パラメータ（通信諸元）の内、特に拡散信号の信号系列を分析することが技術的に困難であり、高い妨害効率が得られないということである。

その理由は、近年のデジタル信号処理回路の技術進歩により、拡散符号の符号長が長くなるとともに、符号発生回路が複雑化しており、受信信号を分析して拡散符号の信号系列を知ることは、暗号を解読することと同等に技術的に困難となっているためである。特許文献２では拡散信号の信号系列が分析で得られることを前提としており、その前提が実現困難となれば、現実的な条件における通信性能の劣化の最大値を見積もることができない。

第３の問題点は、特許文献３で開示されている干渉信号発生方法では、デジタル通信装置の通信性能の評価を目的とした場合、クロック抽出に起因した通信性能を十分に評価することができないことである。

その理由は、特許文献３はレーダ信号を想定した干渉信号の発生方法について開示しているものであり、デジタル通信装置におけるクロック抽出に起因した通信性能の評価に関する機能や干渉信号の発生方法が欠落していることは当然である。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、通信システムに干渉信号が混合されたときの通信性能の劣化、特にクロック抽出に起因した通信性能の劣化を評価することを可能とする干渉信号発生装置及び干渉信号発生方法を提供することにある。

本発明による干渉信号発生装置は、評価対象の通信信号からクロックを抽出するクロック抽出部と、抽出された前記クロックを１／Ｎ分周（Ｎは正の整数）またはＮ逓倍して出力する分周／逓倍部と、前記分周／逓倍部から出力される前記クロックで前記通信信号を変調することによって前記通信信号に対する干渉信号を発生させる信号変調部とを含むことを特徴とする。

本発明による干渉信号発生方法は、評価対象の通信信号からクロックを抽出するクロック抽出ステップと、抽出された前記クロックを１／Ｎ分周（Ｎは正の整数）またはＮ逓倍して出力する分周／逓倍ステップと、前記分周／逓倍ステップにより出力される前記クロックで前記通信信号を変調することによって前記通信信号に対する干渉信号を発生させる信号変調ステップとを含むことを特徴とする。

本発明によれば、通信システムに干渉信号が混合されたときの通信性能の劣化、特にクロック抽出に起因した通信性能の劣化を評価することができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態による干渉信号発生装置の構成を示す図である。図１の干渉信号発生装置の各点における出力波形を示す図である。本発明の第２の実施の形態による干渉信号発生装置の構成を示す図である。図３の干渉信号発生装置の各点における出力波形を示す図である。本発明の第３の実施の形態による干渉信号発生装置の構成を示す図である。図５の干渉信号発生装置の各点における出力波形を示す図である。本発明の第４の実施の形態による干渉信号発生装置の構成を示す図である。図７の干渉信号発生装置の各点における出力波形を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明による干渉信号発生装置の概要について説明する。本発明による干渉信号発生装置は、評価対象の通信信号からクロックを抽出するクロック抽出部と、抽出されたクロックを１／Ｎ分周（Ｎは正の整数）またはＮ逓倍して出力する分周／逓倍部と、分周／逓倍部から出力されるクロックで通信信号を変調することによって通信信号に対する干渉信号を発生させる信号変調部とを含む。

このように、評価対象の通信信号から抽出したクロックを１／Ｎ分周またはＮ逓倍して当該通信信号に重畳して干渉信号を発生することにより、通信装置の受信器のクロック抽出に誤差を発生させ、結果として通信性能を効率的に劣化させることができる。この結果、クロック抽出に起因した通信性能の劣化をより正確に評価することができる。

図１は本発明の第１の実施の形態による干渉信号発生装置の構成を示す図である。図１では、評価対象であるデジタル通信方式の通信信号の電波を、受信空中線１０１で受信ＲＦ信号２０１に変換する。受信ＲＦ信号２０１を受信部１０２に入力し、受信信号２０２を得る。受信信号２０２は一時記憶部１０３に記憶される。信号発生部１０４は、記憶された受信信号２０２を適切なタイミングと時間長で再生し、第１の再生信号２０４と第２の再生信号２０７を出力する。第２の再生信号２０７をクロック抽出部１０８に入力し、第２の再生信号２０７からクロック２０８を抽出する。抽出したクロック２０８を分周／逓倍部１０９に入力し、分周または逓倍されたクロック２０９を出力する。

クロック２０９を位相制御器１１０に入力し、適切な位相に調整されたクロック２１０に変換する。第１の再生信号２０４と位相調整されたクロック２１０を信号変調部１０５に入力する。信号変調部１０５は、入力された第１の再生信号２０４をクロック２１０で適切に変調し、干渉信号である送信信号２０５を出力する。送信信号２０５を送信部１０６で送信ＲＦ信号２０６に変換し、送信空中線１０７から空間に電波として放射する。通信性能の評価においては、放射した送信ＲＦ信号２０６の電波と評価対象であるデジタル通信方式の通信信号の電波を空間で混合することにより、ＢＥＲ等の尺度で通信性能を評価する。

図２は図１の干渉信号発生装置の各点における出力波形を示す図である。図２の説明において、受信信号２０２は、２値位相変調（Binary Phase Shift Keying：ＢＰＳＫ）方式で変調された通信信号と仮定すると、図２（ａ）のように、信号の切り替わりの区間を除いて、時間に対して振幅が概ね一定となる信号となる。受信信号２０２の少なくとも一部の時間範囲の波形を一時記憶部１０３に記憶する。信号発生部１０４は、一時記憶部１０３から記憶された受信信号２０２を再生し、記憶した時間範囲が限られている場合には時間軸上でつなぎ合わせることにより、それぞれ連続的な第１の再生信号２０４と第２の再生信号２０７を発生する。

クロック抽出部１０８において、第２の再生信号２０７の信号成分からクロック成分を抽出し、クロック２０８を得る。クロック成分の抽出を効率的に行うために、再生信号２０７を２乗処理し、クロックフィルタでクロック成分を直接抽出してもよい。また、復調後の信号を微分し、折り返し処理を行うことで、クロック成分を強調して、クロックフィルタでクロック成分を抽出することも可能である。抽出したクロック２０８の周波数をｆｃとすると、第１の再生信号２０４に重畳するクロック成分は、ｆｃ／ｎ（ただし、ｎは自然数（ｎ＝１，２，３．．．））とすることが望ましい。ｎ＝１のときは、図２（ｃ）に示すように、クロック２０９の周波数は、クロック２０８と同一となる。また、ｎ＝２のときは分周率１／２となり、図２（ｅ）に示すように、クロック２０９の周波数は、クロック２０８の周波数ｆｃの１／２となる。

第１の再生信号２０４に重畳するクロック２１０の周波数は、評価対象の受信器のクロック抽出方式に応じて最適な周波数が異なる。例えば、評価対象の受信器がクロック成分を直接抽出するようなクロック抽出方式を採用している場合には、周波数ｆｃのクロックの重畳が望ましい。また、信号の微分・折り返し処理でクロック成分を抽出するようなクロック抽出方式の場合、信号処理の結果、２倍の周波数成分が強調されるため、重畳する分周クロック２１０の周波数は、ｆｃ／２としておくことが望ましい。

また、分周／逓倍部１０９の処理は分周に限ったものではなく、ｎ・ｆｃ（ただし、ｎは自然数（ｎ=１，２，３...））のように高調波に逓倍する処理も可能であり、評価対象の受信器のクロック抽出方式に応じて適切に選択することも可能である。

信号変調部１０５において、位相を調整したクロック２１０によって第１の再生信号２０４の振幅を振幅変調した例を、図２（ｄ）および図２（ｆ）に示す。ただし、信号変調部１０５は振幅変調に限ったものではなく、位相変調、周波数変調、周波数拡散変調、ＳＳ変調およびそれらを組み合わせた変調を行っても良い。

また、クロック２１０の位相は、受信信号２０２の信号切り替えタイミングに一致している必要はなく、通信性能を評価する際の評価パラメータにしてもよい。

また、動作の説明上、評価対象の通信信号としてＢＰＳＫを仮定したが、ＢＰＳＫに限定されるものではなく、２値と多値のどちらでもよく、位相変調の他、振幅変調、周波数変調、ＳＳ変調等、いかなる変調方式の通信信号でもよい。例えば、多値変調の場合はシンボルクロックがクロック２０８に相当し、ＳＳ変調の場合は拡散速度がクロック２０８に相当する。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態では、評価対象の通信信号から抽出したクロックを分周または逓倍して、このクロックで当該通信信号を変調することによって干渉信号を発生するようにしているので、評価対象の受信器のクロック抽出に誤差を発生させ、結果として通信性能を効率的に劣化させることができる。この結果、クロック抽出に起因した通信性能の劣化をより正確に評価することができる。

図３は本発明の第２の実施の形態による干渉信号発生装置の構成を示す図であり、図４は図３の干渉信号発生装置の各点における出力波形を示す図である。図３に示すように、本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態にデューティ制御部１１１を追加したものであり、送信信号２０５を発生させるまでの構成と動作は第１の実施の形態と同一である。デューティ制御部１１１は、図２（ｄ）に示す送信信号２０５をオン区間とオフ区間に区切ることでデューティ比を変化させ、図４（ｂ）に示すパルス送信信号２１１を出力する。この結果、図４（ｃ）に示すように、送信部１０６の出力である送信ＲＦ信号２０６のピーク電力をデューティ比の逆数だけ高くすることができる。この結果、評価対象である通信信号により大きな干渉の影響を与えることができる。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態では、デューティ比を制御することによって、平均電力は一定のまま、パルス送信信号のピーク電力を高くすることができる。通常の送信器で用いる電力増幅器では平均電力が一定であり、デューティ比を小さくすると、ピーク電力はデューティ比の逆数だけ高く出力される。また、評価対象の受信器で用いられるクロック抽出回路のクロックフィルタは通常狭帯域であるため、パルス状の干渉信号であっても重畳したクロック成分が連続に抽出されるため、結果として通信性能を効率的に劣化させることができる。

図５は本発明の第３の実施の形態による干渉信号発生装置の構成を示す図であり、図６は図５の干渉信号発生装置の各点における出力波形を示す図である。図５に示すように、本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態にジッタ発生部１１２を追加したものであり、クロック２１０を発生させるまでの構成と動作は第１の実施の形態と同一である。ジッタ発生部１１２は、図６（ｃ）に示すように、クロック２１０にジッタを付加する。信号変調部１０５は、ジッタを付加したクロック２１２で第１の再生信号２０４を振幅変調することにより、図６（ｄ）に示す送信信号２０５を発生する。送信信号２０５は、再生した通信信号の切り替わりのタイミングは一定であるが、重畳されたクロック２１２のタイミングがゆらいでいる。この結果、評価対象の受信器のクロック抽出に大きなジッタを与えることができる。

以上説明したように、本発明の第３の実施の形態では、クロックにジッタを付加することにより、評価対象の受信器のクロック抽出において、干渉信号に重畳されたクロックの影響を受けて正しいクロックを抽出しなくなるため、正しいタイミングで１と０を判定することができなくなり、結果として通信性能を効率的に劣化させることができる。

図７は本発明の第４の実施の形態による干渉信号発生装置の構成を示す図であり、図８は図７の干渉信号発生装置の各点における出力波形を示す図である。図７に示すように、本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態においてジッタ発生部１１２を付与し、分周／逓倍部１０９及び信号変調部１０５を削除し、信号発生部１０４の動作を変形することで、送信信号にジッタを重畳している。ジッタ発生部１１２は、図８（ｃ）に示すように、クロック２１３にジッタを付加する。

信号発生部１０４では、再生信号２０７の生成については第１の実施の形態と同一であるが、一次記憶部１０３から再生した再生受信信号２０３をつなぎ合わせて送信信号２１５を発生させる際に、図８（ｄ）に示すように、ジッタが付加されたクロック２１４の１周期のタイミングに合わせて１シンボルの長さを調整してつなぎ合わせる。この結果、送信信号２１５は振幅一定のままクロック２１４に応じてジッタが付加されるため、評価対象の受信器のクロック抽出に大きなジッタを与えることができる。

以上説明したように、本発明の第４の実施の形態では、一時記憶部１０３から再生した受信信号をつなぎ合わせて再生信号を出力する信号発生部１０４を利用してジッタを発生させるようにしているので、ジッタの付加を簡単な構成で実現することができる。

上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下の記載には限定されない。

[付記１]
評価対象の通信信号を受信する受信部と、
当該受信信号を記憶する記憶部と、
当該記憶された前記受信信号を時間軸上でつなぎ合わせることにより再生信号を発生させる信号発生部と、
前記再生信号からクロックを抽出するクロック抽出部と、
前記クロックにジッタを付加するジッタ発生部とを含み、
前記信号発生部は、前記ジッタが付加された前記クロックのタイミングに従って前記記憶された前記受信信号を時間軸上でつなぎ合わせることによって前記通信信号に対する干渉信号を発生させることを特徴とする干渉信号発生装置。

[付記２]
評価対象の通信信号を受信する受信ステップと、
当該受信信号を記憶部に記憶するステップと、
当該記憶された前記受信信号を時間軸上でつなぎ合わせることにより再生信号を発生させる信号発生ステップと、
前記再生信号からクロックを抽出するクロック抽出ステップと、
前記クロックにジッタを付加するジッタ発生ステップと、
前記ジッタが付加された前記クロックのタイミングに従って前記記憶された前記受信信号を時間軸上でつなぎ合わせることによって前記通信信号に対する干渉信号を発生させるステップとを含むことを特徴とする干渉信号発生方法。

本発明は、デジタル通信システムの通信性能の評価装置や通信妨害装置、デジタルＲＦメモリ等に応用可能である。

１０１受信空中線
１０２受信部
１０３一時記憶部
１０４信号発生部
１０５信号変調部
１０６送信部
１０７送信空中線
１０８クロック抽出部
１０９分周／逓倍部
１１０位相制御部
１１１デューティ制御部
１１２ジッタ発生部

Claims

評価対象のデジタル通信方式の通信信号から、デジタルデータが１か０かを判定するタイミングを規定するクロックを抽出するクロック抽出部と、
抽出された前記クロックを１／Ｎ分周（Ｎは正の整数）またはＮ逓倍して出力する分周／逓倍部と、
前記分周／逓倍部から出力される前記クロックで前記通信信号を変調することによって前記通信信号に対する干渉信号を発生させる信号変調部とを含むことを特徴とする干渉信号発生装置。
前記信号変調部は、前記分周／逓倍部から出力される前記クロックで前記通信信号を振幅変調、位相変調、周波数変調、スペクトラム拡散変調の少なくとも一つ以上の変調を行うことを特徴とする請求項１記載の干渉信号発生装置。
前記通信信号を受信して、受信信号を出力する受信部と、
当該受信信号を記憶する記憶部と、
当該記憶された前記受信信号を時間軸上でつなぎ合わせることにより再生信号を発生させる信号発生部とを更に含み、
前記クロック抽出部は前記再生信号から前記クロックを抽出し、
前記信号変調部は、前記分周／逓倍部から出力される前記クロックで前記再生信号を変調することによって前記干渉信号を発生させることを特徴とする請求項１または２記載の干渉信号発生装置。
前記信号変調部の出力のデューティ比を制御するデューティ制御部を更に含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の干渉信号発生装置。
前記分周／逓倍部から出力される前記クロックにジッタを付加するジッタ発生部を更に含み、
前記信号変調部は、前記ジッタが付加された前記クロックで変調を行うことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の干渉信号発生装置。
評価対象のデジタル通信方式の通信信号から、デジタルデータが１か０かを判定するタイミングを規定するクロックを抽出するクロック抽出ステップと、
抽出された前記クロックを１／Ｎ分周（Ｎは正の整数）またはＮ逓倍して出力する分周／逓倍ステップと、
前記分周／逓倍ステップにより出力される前記クロックで前記通信信号を変調することによって前記通信信号に対する干渉信号を発生させる信号変調ステップとを含むことを特徴とする干渉信号発生方法。
前記信号変調ステップは、前記分周／逓倍ステップにより出力される前記クロックで前記通信信号を振幅変調、位相変調、周波数変調、スペクトラム拡散変調の少なくとも一つ以上の変調を行うことを特徴とする請求項６記載の干渉信号発生方法。
前記通信信号を受信して、受信信号を出力する受信ステップと、
当該受信信号を記憶部に記憶するステップと、
当該記憶された前記受信信号を時間軸上でつなぎ合わせることにより再生信号を発生させる信号発生ステップとを更に含み、
前記クロック抽出ステップは前記再生信号から前記クロックを抽出し、
前記信号変調ステップは、前記分周／逓倍ステップにより出力される前記クロックで前記再生信号を変調することによって前記干渉信号を発生させることを特徴とする請求項６または７記載の干渉信号発生方法。
前記信号変調ステップにおいて出力した信号のデューティ比を制御するデューティ制御ステップを更に含むことを特徴とする請求項６〜８いずれか記載の干渉信号発生方法。
前記分周／逓倍ステップにより出力される前記クロックにジッタを付加するジッタ発生ステップを更に含み、
前記信号変調ステップは、前記ジッタが付加された前記クロックで変調を行うことを特徴とする請求項６〜９いずれか記載の干渉信号発生方法。