JP7068601B2

JP7068601B2 - Multitone signal detection device, multitone signal detection method and program

Info

Publication number: JP7068601B2
Application number: JP2017066721A
Authority: JP
Inventors: 千穂美原; 利光樋口
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018170640A

Description

本発明は、マルチトーン信号検出装置、マルチトーン信号検出方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a multitone signal detection device, a multitone signal detection method and a program.

マルチトーン信号は、複数の周波数成分を含む信号であり、ＤＭＴ(ＤｉｓｃｒｅｔｅＭｕｌｔｉ－Ｔｏｎｅ)副変調方式、ＦＭＤ（周波数分割多重）方式の通信にて利用されている。ＤＭＴ副変調方式は、主に、通信の高速化のために利用される技術である。近時は特に通信の高速化の要求が大きいため、ＤＭＴ副変調方式は、種々の通信で利用されている。ＦＭＤ方式は、主に、多重通信のために利用される技術である。 The multitone signal is a signal including a plurality of frequency components, and is used in DMT (Discrete Multi-Tone) submodulation method and FMD (frequency division multiplexing) communication. The DMT submodulation method is a technique mainly used for speeding up communication. Recently, there is a great demand for high-speed communication, so the DMT sub-modulation method is used in various communications. The FMD method is a technique mainly used for multiplex communication.

マルチトーン信号を利用した通信では、信号を受信した場合に、マルチトーン信号を検出する必要がある。 In communication using a multitone signal, it is necessary to detect the multitone signal when the signal is received.

例えば、特許文献１は、受信された無線信号から選択される周波数成分に位置する信号Ｓと基準信号ＳＲとの相関値に基づいて、選択された信号Ｓが所望の信号であるか、又はノイズであるか、を決定することを開示する。基準信号ＳＲは、無線受信器のメモリユニットに事前に記憶されるものである。また、相関値は、選択された信号がＳ（ｎ）であって、基準信号がＳＲ（ｎ）であって、どちらもＮ（ｎ＝１からＮ）個のサンプルを含む場合、以下の式（１）に従って計算されるものである。 For example, in Patent Document 1, the selected signal S is a desired signal or noise based on the correlation value between the signal S located at the frequency component selected from the received radio signal and the reference signal SR. Disclose to determine if. The reference signal SR is stored in advance in the memory unit of the wireless receiver. Further, the correlation value is the following equation when the selected signal is S (n) and the reference signal is SR (n), both of which include N (n = 1 to N) samples. It is calculated according to (1).

特表２００９－５３４９７１号公報Special Table 2009-534971

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、無線信号における１以上の特定周波数成分を選択することによって、周波数成分に位置する信号Ｓを得ることができる。そのため、特許文献１に記載の技術では、特定周波数成分を選択するために、予め送信周波数を知っておく必要がある。 However, in the technique described in Patent Document 1, the signal S located in the frequency component can be obtained by selecting one or more specific frequency components in the radio signal. Therefore, in the technique described in Patent Document 1, it is necessary to know the transmission frequency in advance in order to select a specific frequency component.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、送信周波数が不明なマルチトーン信号を検出することが可能なマルチトーン信号検出装置などを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a multitone signal detection device capable of detecting a multitone signal having an unknown transmission frequency.

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るマルチトーン信号検出装置は、
受信信号の信号スペクトルを求め、当該信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって変換信号スペクトルを求め、当該変換信号スペクトルに予め定められたフィルタ関数に基づくフィルタ処理を施して生成した第１処理信号を出力する通信信号処理部と、
検出対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数に応じた教師スペクトルを生成し、当該教師スペクトルにフーリエ変換を施した変換教師スペクトルに前記フィルタ処理を施して生成した第２処理信号を出力する教師信号処理部と、
前記第１処理信号と前記第２処理信号との相関値に基づいて、前記検出対象となるマルチトーン信号を検出する信号検出部とを備える。 In order to achieve the above object, the multitone signal detection device according to the first aspect of the present invention is
The signal spectrum of the received signal is obtained, the converted signal spectrum is obtained by performing Fourier transform on the signal spectrum, and the first processed signal generated by performing the filter processing based on the predetermined filter function on the converted signal spectrum is output. Communication signal processing unit and
A teacher spectrum is generated according to the number of tones and the frequency between tones of the multitone signal to be detected, and the second processed signal generated by applying the filter processing to the converted teacher spectrum obtained by subjecting the teacher spectrum to Fourier transform is output. Teacher signal processing department and
A signal detection unit for detecting a multitone signal to be detected is provided based on a correlation value between the first processed signal and the second processed signal.

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係るマルチトーン信号検出方法は、
受信信号の信号スペクトルを求め、
当該信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって変換信号スペクトルを求め、
当該変換信号スペクトルに予め定められたフィルタ関数に基づくフィルタ処理を施して生成した第１処理信号を出力し、
検出対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数に応じた教師スペクトルを生成し、
当該教師スペクトルにフーリエ変換を施した変換教師スペクトルに前記フィルタ処理を施して生成した第２処理信号を出力し、
前記第１処理信号と前記第２処理信号との相関値に基づいて、前記検出対象となるマルチトーン信号を検出する。 In order to achieve the above object, the multitone signal detection method according to the second aspect of the present invention is
Find the signal spectrum of the received signal
The converted signal spectrum is obtained by performing a Fourier transform on the signal spectrum.
The first processed signal generated by applying the filter processing based on the predetermined filter function to the converted signal spectrum is output.
Generates a teacher spectrum according to the number of tones and the frequency between tones of the multitone signal to be detected.
The second processed signal generated by applying the filter processing to the transformed teacher spectrum obtained by subjecting the teacher spectrum to Fourier transform is output.
The multitone signal to be detected is detected based on the correlation value between the first processed signal and the second processed signal.

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
コンピュータを、
受信信号の信号スペクトルを求め、当該信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって変換信号スペクトルを求め、当該変換信号スペクトルに予め定められたフィルタ関数に基づくフィルタ処理を施して生成した第１処理信号を出力する通信信号処理部、
検出対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数に応じた教師スペクトルを生成し、当該教師スペクトルにフーリエ変換を施した変換教師スペクトルに前記フィルタ処理を施して生成した第２処理信号を出力する教師信号処理部、
前記第１処理信号と前記第２処理信号との相関値に基づいて、前記検出対象となるマルチトーン信号を検出する信号検出部、として機能させるためのものである。 In order to achieve the above object, the program according to the third aspect of the present invention is
Computer,
The signal spectrum of the received signal is obtained, the converted signal spectrum is obtained by performing Fourier transform on the signal spectrum, and the first processed signal generated by performing the filter processing based on the predetermined filter function on the converted signal spectrum is output. Communication signal processing unit,
A teacher spectrum is generated according to the number of tones and the frequency between tones of the multitone signal to be detected, and the second processed signal generated by applying the filter processing to the converted teacher spectrum obtained by subjecting the teacher spectrum to Fourier transform is output. Teacher signal processing department,
The purpose is to function as a signal detection unit for detecting the multitone signal to be detected based on the correlation value between the first processed signal and the second processed signal.

本発明によれば、送信周波数が不明なマルチトーン信号を検出することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to detect a multitone signal having an unknown transmission frequency.

本発明の一実施の形態に係るマルチトーン信号検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the multitone signal detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 一実施の形態に係るマルチトーン信号検出の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the multitone signal detection which concerns on one Embodiment. 図２に示す通信信号処理における処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow in the communication signal processing shown in FIG. 図２に示す教師信号処理における処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing flow in the teacher signal processing shown in FIG. 図２に示す信号検出処理における処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process flow in the signal detection process shown in FIG. 通信信号スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a communication signal spectrum. 変換信号スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conversion signal spectrum. 第１処理信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the 1st processing signal. 教師スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a teacher spectrum. 変換教師スペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the transformation teacher spectrum. 第２処理信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the 2nd processing signal. クロスパワースペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a cross power spectrum. 相互相関関数の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a cross-correlation function. 受信信号が特定の時間のみ８トーンのマルチトーン信号を含む場合に、マルチトーン検出処理を実行した結果の例を示す。An example of the result of executing the multitone detection process when the received signal includes an 8-tone multitone signal only for a specific time is shown.

本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の一実施の形態に係るマルチトーン信号検出装置１００は、マルチトーン信号を検出する装置である。マルチトーン信号検出装置１００は機能的に、図１に示すように、入力受付部１０１と、通信信号処理部１０２と、教師信号処理部１０３と、信号検出部１０４と、信号記憶部１０５とを備える。 The multitone signal detection device 100 according to the embodiment of the present invention is a device for detecting a multitone signal. Functionally, as shown in FIG. 1, the multitone signal detection device 100 functionally includes an input reception unit 101, a communication signal processing unit 102, a teacher signal processing unit 103, a signal detection unit 104, and a signal storage unit 105. Be prepared.

マルチトーン信号検出装置１００は、物理的には、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｙ）、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）、ＳＤＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）、通信インタフェース、入力用のユーザインタフェース、表示モニタ、無線信号をするためのアンテナなどの一部又は全部を適宜組み合わせて構成されるものである。そして、マルチトーン信号検出装置１００の機能は、予め組み込まれたソフトウェアプログラムをＣＰＵがＲＡＭを作業領域として実行することによって、発揮されるとよい。 The multitone signal detection device 100 is physically a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an HDD (Hard Disk Drive), an SDD (Solid State Drive), and a SDD (Solid State Drive). It is configured by appropriately combining a part or all of a user interface for input, a display monitor, an antenna for transmitting a wireless signal, and the like. Then, the function of the multitone signal detection device 100 may be exhibited by the CPU executing the software program incorporated in advance with the RAM as a work area.

入力受付部１０１は、ユーザの操作による入力を受け付けるボタンなどである。入力受付部１０１は、例えば、検索対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数を受け付ける。 The input receiving unit 101 is a button or the like that accepts input by a user's operation. The input receiving unit 101 receives, for example, the number of tones and the frequency between tones of the multitone signal to be searched.

通信信号処理部１０２は、受信信号の信号スペクトル（通信信号スペクトル）を求め、通信信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって変換信号スペクトルを求める。そして、通信信号処理部１０２は、変換信号スペクトルに応じた第１処理信号を出力する。 The communication signal processing unit 102 obtains the signal spectrum (communication signal spectrum) of the received signal, and obtains the converted signal spectrum by performing a Fourier transform on the communication signal spectrum. Then, the communication signal processing unit 102 outputs the first processing signal corresponding to the converted signal spectrum.

詳細には、通信信号処理部１０２は、受信部１０６と、信号スペクトル導出部１０７と、第１フーリエ変換部１０８と、第１フィルタ部１０９とを有する。 Specifically, the communication signal processing unit 102 includes a receiving unit 106, a signal spectrum derivation unit 107, a first Fourier transform unit 108, and a first filter unit 109.

受信部１０６は、通信信号を受信する。この通信信号の中心周波数は、不明である。通信信号は、典型的には、無線通信における信号であるが、有線通信における信号であってもよい。受信部１０６により受信される通信信号を「受信信号」とも称する。 The receiving unit 106 receives the communication signal. The center frequency of this communication signal is unknown. The communication signal is typically a signal in wireless communication, but may be a signal in wired communication. The communication signal received by the receiving unit 106 is also referred to as a "received signal".

信号スペクトル導出部１０７は、受信信号にフーリエ変換を施すことによって、通信信号スペクトルを求める。 The signal spectrum derivation unit 107 obtains a communication signal spectrum by performing a Fourier transform on the received signal.

第１フーリエ変換部１０８は、通信信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって、変換信号スペクトルを求める。 The first Fourier transform unit 108 obtains a converted signal spectrum by performing a Fourier transform on the communication signal spectrum.

第１フィルタ部１０９は、予め定められたフィルタ関数に基づくフィルタ処理を変換信号スペクトルに施すことによって第１処理信号を生成し、第１処理信号を出力する。フィルタ関数は、例えば、トーン間周波数に対応するピーク値を有し、かつ、原点を通るものである。また例えば、フィルタ関数は、オフセット成分を除去する関数である。 The first filter unit 109 generates a first processed signal by applying a filter process based on a predetermined filter function to the converted signal spectrum, and outputs the first processed signal. The filter function has, for example, a peak value corresponding to the frequency between tones and passes through the origin. Also, for example, the filter function is a function that removes the offset component.

教師信号処理部１０３は、教師スペクトルを生成し、教師スペクトルにフーリエ変換を施した変換教師スペクトルに応じた第２処理信号を出力する。 The teacher signal processing unit 103 generates a teacher spectrum and outputs a second processed signal corresponding to the transformed teacher spectrum obtained by subjecting the teacher spectrum to a Fourier transform.

教師スペクトルは、ｓｉｎｃ関数などの中心にピークを有する予め定められたトーン関数を１つ以上含む関数に応じた信号である。教師スペクトルに含まれるトーン関数の数及び間隔は、検出対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数に従って設定される。 The teacher spectrum is a signal corresponding to a function including one or more predetermined tone functions having a peak at the center such as a sinc function. The number and intervals of tone functions included in the teacher spectrum are set according to the number of tones and the intertone frequency of the multitone signal to be detected.

詳細には、教師信号処理部１０３は、教師スペクトル生成部１１０と、第２フーリエ変換部１１１と、第２フィルタ部１１２とを有する。 Specifically, the teacher signal processing unit 103 includes a teacher spectrum generation unit 110, a second Fourier transform unit 111, and a second filter unit 112.

教師スペクトル生成部１１０は、教師スペクトルを生成する。 The teacher spectrum generation unit 110 generates a teacher spectrum.

第２フーリエ変換部１１１は、教師スペクトルにフーリエ変換を施すことによって、変換教師スペクトルを求める。 The second Fourier transform unit 111 obtains the transformed teacher spectrum by performing a Fourier transform on the teacher spectrum.

第２フィルタ部１１２は、予め定められたフィルタ関数に基づくフィルタ処理を変換教師スペクトルに施すことによって第２処理信号を生成し、第２処理信号を出力する。本実施の形態では、第２フィルタ部１１２が実行するフィルタ処理は、上述した第１フィルタ部１０９が実行するフィルタ処理と同じフィルタ関数を採用する。 The second filter unit 112 generates a second processed signal by applying a filter process based on a predetermined filter function to the conversion teacher spectrum, and outputs the second processed signal. In the present embodiment, the filter processing executed by the second filter unit 112 employs the same filter function as the filter processing executed by the first filter unit 109 described above.

信号検出部１０４は、第１処理信号と第２処理信号との相関値に基づいて、検出対象となるマルチトーン信号を検出する。本実施の形態に係る信号検出部１０４は、検出したと判定されたマルチトーン信号を、検出対象となるマルチトーン信号として、マルチトーン信号検出装置１００の外部の装置（図示せず）及び信号記憶部１０５へ出力する。 The signal detection unit 104 detects the multitone signal to be detected based on the correlation value between the first processed signal and the second processed signal. The signal detection unit 104 according to the present embodiment uses a multitone signal determined to be detected as a detection target, an external device (not shown) and signal storage of the multitone signal detection device 100. Output to unit 105.

詳細には、信号検出部１０４は、クロスパワースペクトル導出部１１３と、相関関数導出部１１４と、比較検出部１１５とを有する。 Specifically, the signal detection unit 104 includes a cross power spectrum derivation unit 113, a correlation function derivation unit 114, and a comparison detection unit 115.

クロスパワースペクトル導出部１１３は、第１処理信号と第２処理信号との複素共役乗算を行うことによって、第１処理信号と第２処理信号とのクロスパワースペクトルを求める。複素共役乗算とは、複素共役な複素数を乗じることである。 The cross-power spectrum derivation unit 113 obtains the cross-power spectrum of the first processed signal and the second processed signal by performing complex conjugate multiplication of the first processed signal and the second processed signal. Complex conjugate multiplication is the multiplication of complex conjugate complex numbers.

相関関数導出部１１４は、クロスパワースペクトルに逆フーリエ変換を施すことによって、第１処理信号と第２処理信号との相互相関関数を求める。 The correlation function derivation unit 114 obtains a cross-correlation function between the first processed signal and the second processed signal by performing an inverse Fourier transform on the cross power spectrum.

比較検出部１１５は、相互相関関数の最大値を相関値として、相関値が予め定められた閾値を超える場合に、検出対象となるマルチトーン信号を検出したと判定する。また、比較検出部１１５は、相互相関関数において相関値に対応する周波数を、検出対象となるマルチトーン信号の中心周波数として検出する。 The comparison detection unit 115 determines that the multitone signal to be detected has been detected when the correlation value exceeds a predetermined threshold value, with the maximum value of the cross-correlation function as the correlation value. Further, the comparison detection unit 115 detects the frequency corresponding to the correlation value in the cross-correlation function as the center frequency of the multitone signal to be detected.

信号記憶部１０５は、検出対象となるマルチトーン信号として信号検出部１０４から出力されたマルチトーン信号を記憶する。 The signal storage unit 105 stores the multitone signal output from the signal detection unit 104 as the multitone signal to be detected.

これまで、本発明の一実施の形態に係るマルチトーン信号検出装置１００の構成について説明した。ここから、本実施の形態に係るマルチトーン信号検出装置１００の動作について、図を参照して説明する。 So far, the configuration of the multitone signal detection device 100 according to the embodiment of the present invention has been described. From here, the operation of the multitone signal detection device 100 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

マルチトーン信号検出装置１００は、マルチトーン信号を検出するためのマルチトーン検出処理を実行する。マルチトーン信号検出装置１００は、例えば、入力受付部１０１がユーザの所定の指示を受け付けたことをトリガーとして、図２に示すようなマルチトーン検出処理を実行する。 The multitone signal detection device 100 executes a multitone detection process for detecting a multitone signal. The multitone signal detection device 100 executes the multitone detection process as shown in FIG. 2, for example, with the input reception unit 101 receiving a predetermined instruction from the user as a trigger.

図２に示すように、通信信号処理部１０２は、通信信号処理を実行する（ステップＳ１０１）。 As shown in FIG. 2, the communication signal processing unit 102 executes communication signal processing (step S101).

通信信号処理は、受信信号の信号スペクトルを求め、信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって変換信号スペクトルを求め、変換信号スペクトルに応じた第１処理信号を出力する処理である。 The communication signal processing is a process of obtaining a signal spectrum of a received signal, obtaining a converted signal spectrum by performing a Fourier transform on the signal spectrum, and outputting a first processed signal corresponding to the converted signal spectrum.

詳細には通信信号処理（ステップＳ１０１）において、図３に示すように、受信部１０６は、通信信号を受信する（ステップＳ２０１）。 Specifically, in the communication signal processing (step S101), as shown in FIG. 3, the receiving unit 106 receives the communication signal (step S201).

信号スペクトル導出部１０７は、ステップＳ２０１にて受信された通信信号にフーリエ変換を施すことによって、通信信号スペクトルを求める（ステップＳ２０２）。図６は、ステップＳ２０２にて求められる通信信号スペクトルの一例を示す。 The signal spectrum derivation unit 107 obtains a communication signal spectrum by performing a Fourier transform on the communication signal received in step S201 (step S202). FIG. 6 shows an example of the communication signal spectrum obtained in step S202.

図３を参照し、第１フーリエ変換部１０８は、通信信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって、変換信号スペクトルを求める（ステップＳ２０３）。図７は、ステップＳ２０３にて求められる通信信号スペクトルの一例を示す。図７に示す通信信号スペクトルは、図６に例示した通信信号スペクトルにフーリエ変換を施した例である。 With reference to FIG. 3, the first Fourier transform unit 108 obtains a converted signal spectrum by performing a Fourier transform on the communication signal spectrum (step S203). FIG. 7 shows an example of the communication signal spectrum obtained in step S203. The communication signal spectrum shown in FIG. 7 is an example in which the communication signal spectrum illustrated in FIG. 6 is subjected to Fourier transform.

なお、図６における横軸の「時間周波数」とは、一般的に「周波数」とも表記されるものである（図９及び１３の横軸の「時間周波数」も同様である。）。本実施の形態では、時間周波数と通信信号スペクトルとの関係をさらにフーリエ変換することで、後述するように、周波数と振幅又は位相との関係が得られるものとして表記する。 The "time frequency" on the horizontal axis in FIG. 6 is generally also expressed as "frequency" (the same applies to the "time frequency" on the horizontal axis in FIGS. 9 and 13). In the present embodiment, it is described as assuming that the relationship between the frequency and the amplitude or the phase can be obtained by further Fourier transforming the relationship between the time frequency and the communication signal spectrum.

図３を参照し、第１フィルタ部１０９は、フィルタ関数に基づくフィルタ処理を変換信号スペクトルに施す（ステップＳ２０４）。ここでのフィルタ関数は、図７に示すように、トーン間周波数に対応するピーク値を有し、かつ、原点を通るものである。このフィルタ関数は、オフセット成分を除去する。 With reference to FIG. 3, the first filter unit 109 applies a filter process based on the filter function to the converted signal spectrum (step S204). As shown in FIG. 7, the filter function here has a peak value corresponding to the frequency between tones and passes through the origin. This filter function removes the offset component.

このようなフィルタ関数を適用してステップＳ２０４の処理を実行することによって、第１フィルタ部１０９は、第１処理信号を生成する。図８は、ステップＳ２０４の処理の結果として得られる第１処理信号の一例を示す。図８に示す第１処理信号は、図７に例示した変換信号スペクトルに上述のフィルタ関数によるフィルタ処理を施した例である。 By applying such a filter function and executing the process of step S204, the first filter unit 109 generates the first process signal. FIG. 8 shows an example of the first processing signal obtained as a result of the processing in step S204. The first processed signal shown in FIG. 8 is an example in which the converted signal spectrum illustrated in FIG. 7 is filtered by the above-mentioned filter function.

フィルタ処理によって、雑音成分である高周波成分及び通信信号スペクトルにて付加されているオフセット成分である低周波成分を除去することができる。 By the filtering process, it is possible to remove the high frequency component which is a noise component and the low frequency component which is an offset component added in the communication signal spectrum.

図３を参照し、第１フィルタ部１０９は、ステップＳ２０４にて生成された第１処理信号を出力して（ステップＳ２０５）、図２に示すマルチトーン検出処理に戻る。 With reference to FIG. 3, the first filter unit 109 outputs the first processing signal generated in step S204 (step S205), and returns to the multitone detection processing shown in FIG.

図２を参照し、教師信号処理部１０３は、教師スペクトルを生成し、教師スペクトルにフーリエ変換を施した変換教師スペクトルに応じた第２処理信号を出力する（ステップＳ１０２）。 With reference to FIG. 2, the teacher signal processing unit 103 generates a teacher spectrum and outputs a second processed signal corresponding to the transformed teacher spectrum obtained by subjecting the teacher spectrum to a Fourier transform (step S102).

詳細には教師信号処理（ステップＳ１０２）において、図４に示すように、教師スペクトル生成部１１０は、教師スペクトルを生成する（ステップＳ３０１）。 Specifically, in the teacher signal processing (step S102), as shown in FIG. 4, the teacher spectrum generation unit 110 generates a teacher spectrum (step S301).

教師スペクトルは、例えばユーザが指示したトーン数及びトーン間周波数のトーン関数を含む関数に応じた信号である。トーン関数は、上述のように、中心にピークを有する予め定められる関数である。ユーザが指示したトーン数及びトーン間周波数は、例えば入力受付部１０１を介して指示され、検出対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数である。 The teacher spectrum is a signal corresponding to a function including, for example, a tone function of the number of tones and the frequency between tones specified by the user. As described above, the tone function is a predetermined function having a peak at the center. The number of tones and the intertone frequency instructed by the user are, for example, the number of tones and the intertone frequency of the multitone signal to be detected, which is instructed via the input receiving unit 101.

図９は、ステップＳ３０１にて求められる教師スペクトルの一例を示す。図９は、トーン数が８の教師スペクトルの例を示す。 FIG. 9 shows an example of the teacher spectrum obtained in step S301. FIG. 9 shows an example of a teacher spectrum having 8 tones.

図４を参照し、第２フーリエ変換部１１１は、教師スペクトルにフーリエ変換を施すことによって、変換教師スペクトルを求める（ステップＳ３０２）。図１０は、ステップＳ３０２にて求められる変換教師スペクトルの一例を示す。図１０に示す変換教師スペクトルは、図９に例示した教師スペクトルにフーリエ変換を施した例である。 With reference to FIG. 4, the second Fourier transform unit 111 obtains the transformed teacher spectrum by performing a Fourier transform on the teacher spectrum (step S302). FIG. 10 shows an example of the conversion teacher spectrum obtained in step S302. The transformation teacher spectrum shown in FIG. 10 is an example in which the teacher spectrum illustrated in FIG. 9 is subjected to Fourier transform.

図４を参照し、第２フィルタ部１１２は、フィルタ関数に基づくフィルタ処理を変換教師スペクトルに施す（ステップＳ３０３）。ここでのフィルタ関数は、図１０に示すように、ステップＳ２０４の処理にて採用されたものと同じである。 With reference to FIG. 4, the second filter unit 112 applies a filter process based on the filter function to the transformed teacher spectrum (step S303). As shown in FIG. 10, the filter function here is the same as that adopted in the process of step S204.

このようなフィルタ関数を適用してステップＳ３０３の処理を実行することによって、第２フィルタ部１１２は、第２処理信号を生成する。図１１は、ステップＳ３０３の処理の結果として得られる第２処理信号の一例を示す。図１１に示す第２処理信号は、図１０に例示した変換教師スペクトルに上述のフィルタ関数によるフィルタ処理を施した例である。なお、図１１にて、位相は、すべての周波数で０である。 By applying such a filter function and executing the process of step S303, the second filter unit 112 generates the second process signal. FIG. 11 shows an example of the second processing signal obtained as a result of the processing in step S303. The second processed signal shown in FIG. 11 is an example in which the conversion teacher spectrum illustrated in FIG. 10 is filtered by the above-mentioned filter function. In FIG. 11, the phase is 0 at all frequencies.

フィルタ処理によって、ステップＳ２０４を実行した場合と同様に、雑音成分である高周波成分及び通信信号スペクトルにて付加されているオフセット成分である低周波成分を除去することができる。 By the filtering process, the high frequency component which is a noise component and the low frequency component which is an offset component added in the communication signal spectrum can be removed as in the case where step S204 is executed.

図４を参照し、第２フィルタ部１１２は、ステップＳ３０３にて生成された第２処理信号を出力して（ステップＳ３０４）、図２に示すマルチトーン検出処理に戻る。 With reference to FIG. 4, the second filter unit 112 outputs the second processing signal generated in step S303 (step S304), and returns to the multitone detection processing shown in FIG.

図２を参照し、信号検出部１０４は、第１処理信号と第２処理信号との相関値に基づいて、検出対象となるマルチトーン信号を検出する（ステップＳ１０３）。 With reference to FIG. 2, the signal detection unit 104 detects the multitone signal to be detected based on the correlation value between the first processed signal and the second processed signal (step S103).

詳細には信号検出処理（ステップＳ１０３）において、図５に示すように、クロスパワースペクトル導出部１１３は、第１処理信号と第２処理信号との複素共役乗算を行う。これによって、クロスパワースペクトル導出部１１３は、第１処理信号と第２処理信号とのクロスパワースペクトルを求める。（ステップＳ４０１）。 Specifically, in the signal detection process (step S103), as shown in FIG. 5, the cross power spectrum derivation unit 113 performs complex conjugate multiplication of the first processed signal and the second processed signal. As a result, the cross power spectrum derivation unit 113 obtains the cross power spectrum of the first processed signal and the second processed signal. (Step S401).

図１２は、ステップＳ４０１にて求められるクロスパワースペクトルの一例を示す。図１２に示すクロスパワースペクトルは、図８及び１１のそれぞれに例示した第１処理信号及び第２処理信号に複素共役乗算を行うことで得られたクロスパワースペクトルの例である。 FIG. 12 shows an example of the cross power spectrum obtained in step S401. The cross-power spectrum shown in FIG. 12 is an example of the cross-power spectrum obtained by performing complex conjugate multiplication on the first processed signal and the second processed signal exemplified in FIGS. 8 and 11, respectively.

図５を参照し、相関関数導出部１１４は、クロスパワースペクトルに逆フーリエ変換を施すことによって、第１処理信号と第２処理信号との相互相関関数を求める（ステップＳ４０２）。 With reference to FIG. 5, the correlation function derivation unit 114 obtains a cross-correlation function between the first processed signal and the second processed signal by performing an inverse Fourier transform on the cross power spectrum (step S402).

図１３は、ステップＳ４０２にて求められる相互相関関数の一例を示す。図１３に示す相互相関関数は、図１２に例示したクロスパワースペクトルに逆フーリエ変換を施すことによって得られた相互相関関数である。 FIG. 13 shows an example of the cross-correlation function obtained in step S402. The cross-correlation function shown in FIG. 13 is a cross-correlation function obtained by applying an inverse Fourier transform to the cross-power spectrum illustrated in FIG. 12.

比較検出部１１５は、相互相関関数の最大値を相関値として求める（ステップＳ４０３）。図１３に例示する相関関数では、相互相関関数が最大となる点Ｐの相関係数が、相関値となる。 The comparison detection unit 115 obtains the maximum value of the cross-correlation function as the correlation value (step S403). In the correlation function illustrated in FIG. 13, the correlation coefficient at the point P where the cross-correlation function is maximized is the correlation value.

図１３に例示する相互相関関数は、上述の通り、８トーンの教師スペクトルに基づいて導出されたものである。同図に示すように相関値が１に近いことは、ステップＳ１０１（詳細には、ステップＳ２０１）にて受信された通信信号に含まれるマルチトーン信号のトーン数が、８であったことを意味する。 As described above, the cross-correlation function illustrated in FIG. 13 is derived based on the 8-tone teacher spectrum. As shown in the figure, the fact that the correlation value is close to 1 means that the number of tones of the multitone signal included in the communication signal received in step S101 (specifically, step S201) is 8. do.

比較検出部１１５は、ステップＳ４０３にて求めた相関値が閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ４０４）。 The comparison detection unit 115 determines whether or not the correlation value obtained in step S403 exceeds the threshold value (step S404).

相関値が閾値以上ではないと判定した場合（ステップＳ４０４；ＮＯ）、比較検出部１１５は、検出対象のマルチトーン信号を検出していないとして、図２に示すマルチトーン検出処理へ戻る。 When it is determined that the correlation value is not equal to or higher than the threshold value (step S404; NO), the comparison detection unit 115 returns to the multitone detection process shown in FIG. 2, assuming that the multitone signal to be detected has not been detected.

相関値が閾値以上であると判定した場合（ステップＳ４０４）、比較検出部１１５は、検出対象のマルチトーン信号を検出したとして、検出処理を実行する（ステップＳ４０５）。 When it is determined that the correlation value is equal to or higher than the threshold value (step S404), the comparison detection unit 115 assumes that the multitone signal to be detected has been detected, and executes the detection process (step S405).

検出処理（ステップＳ４０５）では、例えば、比較検出部１１５は、検出したと判定されたマルチトーン信号を、検出対象となるマルチトーン信号として、マルチトーン信号検出装置１００の外部の装置及び信号記憶部１０５に出力する。出力された検出対象となるマルチトーン信号を取得した信号記憶部１０５は、その検出対象となるマルチトーン信号を記憶する。 In the detection process (step S405), for example, the comparison detection unit 115 uses the multitone signal determined to be detected as the multitone signal to be detected, and is an external device and signal storage unit of the multitone signal detection device 100. Output to 105. The signal storage unit 105 that has acquired the output multitone signal to be detected stores the multitone signal to be detected.

また例えば、比較検出部１１５は、相互相関関数において相関値に対応する周波数を、すなわち図１３の例では点Ｐの時間周波数を、検出対象となるマルチトーン信号の中心周波数として検出する。なお、検出された中心周波数は、適宜、表示されてもよく、記憶部されてもよく、外部の装置へ出力されてもよい。 Further, for example, the comparative detection unit 115 detects the frequency corresponding to the correlation value in the cross-correlation function, that is, the time frequency of the point P in the example of FIG. 13 as the center frequency of the multitone signal to be detected. The detected center frequency may be appropriately displayed, stored, or output to an external device.

これにより、比較検出部１１５は、図２に示すマルチトーン検出処理へ戻る。そして、マルチトーン信号検出装置１００は、例えばユーザから終了の指示を受けるまで、マルチトーン検出処理を繰り返し実行する。 As a result, the comparison detection unit 115 returns to the multitone detection process shown in FIG. Then, the multitone signal detection device 100 repeatedly executes the multitone detection process until, for example, a user gives an instruction to end the multitone signal.

図１４は、受信信号が特定の時間のみ８トーンのマルチトーン信号を含む場合に、マルチトーン検出処理を実行した結果の例を示す。図１４では、検出対象となるマルチトーン信号のトーン数を８としてマルチトーン検出処理を実行することで得られた時間周波数と相関値との関係をＸで示す。また、検出対象となるマルチトーン信号のトーン数を１２としてマルチトーン検出処理を実行することで得られた時間周波数と相関値との関係を黒丸で示す。 FIG. 14 shows an example of the result of executing the multitone detection process when the received signal includes a multitone signal of 8 tones only for a specific time. In FIG. 14, the relationship between the time frequency and the correlation value obtained by executing the multitone detection process with the number of tones of the multitone signal to be detected set to 8 is shown by X. Further, the relationship between the time frequency and the correlation value obtained by executing the multitone detection process with the number of tones of the multitone signal to be detected set to 12 is shown by black circles.

図１４のトーン数を８とした例を参照すると分かるように、例えば閾値を０．６とすると、マルチトーン信号検出装置１００は、時間周波数がＦ１～Ｆ２及びＦ３～Ｆ４にて検出対象のマルチトーン信号を検出する。 As can be seen by referring to the example in which the number of tones in FIG. 14 is 8, for example, when the threshold value is 0.6, the multitone signal detection device 100 has a time frequency of F1 to F2 and F3 to F4, and the detection target multi. Detect the tone signal.

また、図１４のトーン数を１２とした例を参照すると全時間にわたって相関値が低い。これは、受信信号が１２トーンのマルチトーン信号を含んでいないためであり、この場合、マルチトーン信号検出装置１００は、受信信号から検出対象のマルチトーン信号を検出しない。 Further, referring to the example in which the number of tones in FIG. 14 is 12, the correlation value is low over the entire time. This is because the received signal does not include the 12-tone multitone signal, and in this case, the multitone signal detection device 100 does not detect the multitone signal to be detected from the received signal.

このように本実施の形態によれば、マルチトーン信号検出装置１００は、検出対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数に応じた教師スペクトルに基づいて、検出対象となるマルチトーン信号を検出する。これにより、検出対象となるマルチトーン信号の送信周波数が不明であっても、そのマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数を指定すれば、検出対象となるマルチトーン信号を検出することができる。従って、送信周波数が不明なマルチトーン信号を検出することが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, the multitone signal detection device 100 detects the multitone signal to be detected based on the teacher spectrum according to the number of tones and the frequency between tones of the multitone signal to be detected. To detect. As a result, even if the transmission frequency of the multitone signal to be detected is unknown, the multitone signal to be detected can be detected by specifying the number of tones and the frequency between tones of the multitone signal. Therefore, it becomes possible to detect a multitone signal whose transmission frequency is unknown.

また、本実施の形態によれば、検出対象のマルチトーン信号を検出することで、そのマルチトーン信号を含む通信信号を受信した時間を特定することが可能になる。また、送信周波数が不明な通信信号であっても、検出対象のマルチトーン信号の中心周波数を検出することが可能になる。 Further, according to the present embodiment, by detecting the multitone signal to be detected, it is possible to specify the time when the communication signal including the multitone signal is received. Further, even if the transmission frequency is unknown, the center frequency of the multitone signal to be detected can be detected.

なお、マルチトーン信号検出装置１００の機能は、無線の通信信号を受信するためのアンテナ部が接続された一般的なコンピュータによって実現されてもよい。このようなコンピュータは、例えば、予め組み込まれたソフトウェアプログラムをＣＰＵがＲＡＭ（random access memory）を作業領域として実行することによって、図１に示すようなマルチトーン信号検出装置１００の機能を発揮するとよい。これによっても、実施の形態と同様の効果を奏することが可能になる。 The function of the multitone signal detection device 100 may be realized by a general computer to which an antenna unit for receiving a wireless communication signal is connected. Such a computer may exhibit the function of the multitone signal detection device 100 as shown in FIG. 1 by, for example, executing a software program embedded in advance by the CPU using a RAM (random access memory) as a work area. .. This also makes it possible to achieve the same effect as that of the embodiment.

ソフトウェアプログラムは、オプティカルディスク、磁気ディスク、半導体メモリ装置、ハードディスクドライブなどの記録媒体に記録されて頒布され、コンピュータにインストールされてもよい。また、ソフトウェアプログラムは、インターネットに代表されるような、有線及び無線の通信回線を組み合わせて構築された通信ネットワークを介してコンピュータにダウンロードされてインストールされてもよい。 The software program may be recorded and distributed on a recording medium such as an optical disk, a magnetic disk, a semiconductor memory device, or a hard disk drive, and may be installed in a computer. Further, the software program may be downloaded and installed in a computer via a communication network constructed by combining wired and wireless communication lines such as the Internet.

以上、本発明の実施の形態及び変形例について説明したが、本発明は、これらに限られるものではない。例えば、本発明は、これまで説明した実施の形態及び変形例の一部又は全部を適宜組み合わせた形態、その形態に適宜変更を加えた形態をも含む。 Although embodiments and modifications of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto. For example, the present invention also includes a form in which a part or all of the embodiments described above and a modification thereof are appropriately combined, and a form in which the form is appropriately modified.

本発明は、マルチトーン信号を検出するための装置、方法、プルグラムなどに適用することができる。 The present invention can be applied to devices, methods, programs, etc. for detecting multitone signals.

１００マルチトーン信号検出装置
１０１入力受付部
１０２通信信号処理部
１０３教師信号処理部
１０４信号検出部
１０５信号記憶部
１０６受信部
１０７信号スペクトル導出部
１０８第１フーリエ変換部
１０９第１フィルタ部
１１０教師スペクトル生成部
１１１第２フーリエ変換部
１１２第２フィルタ部
１１３クロスパワースペクトル導出部
１１４相関関数導出部
１１５比較検出部 100 Multitone signal detection device 101 Input reception unit 102 Communication signal processing unit 103 Teacher signal processing unit 104 Signal detection unit 105 Signal storage unit 106 Reception unit 107 Signal spectrum derivation unit 108 First Fourier transform unit 109 First filter unit 110 Teacher spectrum Generation unit 111 Second Fourier transform unit 112 Second filter unit 113 Cross power spectrum derivation unit 114 Correlation function derivation unit 115 Comparison detection unit

Claims

受信信号の信号スペクトルを求め、当該信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって変換信号スペクトルを求め、当該変換信号スペクトルに予め定められたフィルタ関数に基づくフィルタ処理を施して生成した第１処理信号を出力する通信信号処理部と、
検出対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数に応じた教師スペクトルを生成し、当該教師スペクトルにフーリエ変換を施した変換教師スペクトルに前記フィルタ処理を施して生成した第２処理信号を出力する教師信号処理部と、
前記第１処理信号と前記第２処理信号との相関値に基づいて、前記検出対象となるマルチトーン信号を検出する信号検出部とを備える
ことを特徴とするマルチトーン信号検出装置。 The signal spectrum of the received signal is obtained, the converted signal spectrum is obtained by performing Fourier transform on the signal spectrum, and the first processed signal generated by performing the filter processing based on the predetermined filter function on the converted signal spectrum is output. Communication signal processing unit and
A teacher spectrum is generated according to the number of tones and the frequency between tones of the multitone signal to be detected, and the second processed signal generated by applying the filter processing to the converted teacher spectrum obtained by subjecting the teacher spectrum to Fourier transform is output. Teacher signal processing department and
A multitone signal detection device including a signal detection unit that detects a multitone signal to be detected based on a correlation value between the first processed signal and the second processed signal.

前記通信信号処理部は、
前記受信信号を受信する受信部と、
前記受信信号にフーリエ変換を施すことによって、前記信号スペクトルを求める信号スペクトル導出部と、
前記信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって、前記変換信号スペクトルを求める第１フーリエ変換部と、
前記トーン間周波数に対応するピーク値を有し、かつ、原点を通る関数によるフィルタ処理を前記変換信号スペクトルに施すことによって第１処理信号を生成し、当該第１処理信号を出力する第１フィルタ部とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチトーン信号検出装置。 The communication signal processing unit is
A receiving unit that receives the received signal and
A signal spectrum derivation unit for obtaining the signal spectrum by performing a Fourier transform on the received signal, and a signal spectrum derivation unit.
A first Fourier transform unit that obtains the converted signal spectrum by performing a Fourier transform on the signal spectrum,
A first filter having a peak value corresponding to the intertone frequency and generating a first processed signal by applying a filter process by a function passing through the origin to the converted signal spectrum and outputting the first processed signal. The multitone signal detection device according to claim 1, further comprising a unit.

前記教師スペクトルを生成する教師スペクトル生成部と、
前記教師スペクトルにフーリエ変換を施すことによって、前記変換教師スペクトルを求める第２フーリエ変換部と、
前記トーン間周波数に対応するピーク値を有し、かつ、原点を通る関数によるフィルタ処理を前記変換教師スペクトルに施すことによって第２処理信号を生成し、当該第２処理信号を出力する第２フィルタ部とを有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチトーン信号検出装置。 The teacher spectrum generation unit that generates the teacher spectrum and
A second Fourier transform unit that obtains the transformed teacher spectrum by applying a Fourier transform to the teacher spectrum,
A second filter that has a peak value corresponding to the intertone frequency and generates a second processed signal by applying a filter process by a function passing through the origin to the converted teacher spectrum and outputs the second processed signal. The multitone signal detection device according to claim 1 or 2, further comprising a unit.

前記信号検出部は、
前記第１処理信号と前記第２処理信号との複素共役乗算を行うことによって、前記第１処理信号と前記第２処理信号とのクロスパワースペクトルを求めるクロスパワースペクトル導出部と、
前記クロスパワースペクトルに逆フーリエ変換を施すことによって、前記第１処理信号と前記第２処理信号との相互相関関数を求める相関関数導出部と、
前記相互相関関数の最大値を前記相関値として、当該相関値が予め定められた閾値を超える場合に、前記検出対象となるマルチトーン信号を検出したと判定する比較検出部とを有する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチトーン信号検出装置。 The signal detection unit
A cross-power spectrum derivation unit for obtaining a cross-power spectrum between the first processed signal and the second processed signal by performing complex conjugate multiplication of the first processed signal and the second processed signal.
A correlation function derivation unit for obtaining a cross-correlation function between the first processed signal and the second processed signal by applying an inverse Fourier transform to the cross power spectrum.
It is characterized by having a comparison detection unit that determines that a multitone signal to be detected has been detected when the correlation value exceeds a predetermined threshold value, with the maximum value of the cross-correlation function as the correlation value. The multitone signal detection device according to any one of claims 1 to 3.

前記比較検出部は、前記相互相関関数において前記相関値に対応する周波数を、前記検出対象となるマルチトーン信号の中心周波数として検出する
ことを特徴とする請求項４に記載のマルチトーン信号検出装置。 The multitone signal detection device according to claim 4 , wherein the comparative detection unit detects a frequency corresponding to the correlation value in the cross-correlation function as a center frequency of the multitone signal to be detected. ..

前記信号検出部は、前記検出したと判定されたマルチトーン信号を、前記検出対象となるマルチトーン信号として出力する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載のマルチトーン信号検出装置。 The multitone signal detection device according to claim 4 , wherein the signal detection unit outputs the multitone signal determined to be detected as the multitone signal to be detected.

受信信号の信号スペクトルを求め、
当該信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって変換信号スペクトルを求め、
当該変換信号スペクトルに予め定められたフィルタ関数に基づくフィルタ処理を施して生成した第１処理信号を出力し、
検出対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数に応じた教師スペクトルを生成し、
当該教師スペクトルにフーリエ変換を施した変換教師スペクトルに前記フィルタ処理を施して生成した第２処理信号を出力し、
前記第１処理信号と前記第２処理信号との相関値に基づいて、前記検出対象となるマルチトーン信号を検出する
ことを特徴とするマルチトーン信号検出方法。 Find the signal spectrum of the received signal
The converted signal spectrum is obtained by performing a Fourier transform on the signal spectrum.
The first processed signal generated by applying the filter processing based on the predetermined filter function to the converted signal spectrum is output.
Generates a teacher spectrum according to the number of tones and the frequency between tones of the multitone signal to be detected.
The second processed signal generated by applying the filter processing to the transformed teacher spectrum obtained by subjecting the teacher spectrum to Fourier transform is output.
A multitone signal detection method comprising detecting a multitone signal to be detected based on a correlation value between the first processed signal and the second processed signal.

コンピュータを、
受信信号の信号スペクトルを求め、当該信号スペクトルにフーリエ変換を施すことによって変換信号スペクトルを求め、当該変換信号スペクトルに予め定められたフィルタ関数に基づくフィルタ処理を施して生成した第１処理信号を出力する通信信号処理部、
検出対象となるマルチトーン信号のトーン数及びトーン間周波数に応じた教師スペクトルを生成し、当該教師スペクトルにフーリエ変換を施した変換教師スペクトルに前記フィルタ処理を施して生成した第２処理信号を出力する教師信号処理部、
前記第１処理信号と前記第２処理信号との相関値に基づいて、前記検出対象となるマルチトーン信号を検出する信号検出部、として機能させるためのプログラム。 Computer,
The signal spectrum of the received signal is obtained, the converted signal spectrum is obtained by performing Fourier transform on the signal spectrum, and the first processed signal generated by performing the filter processing based on the predetermined filter function on the converted signal spectrum is output. Communication signal processing unit,
A teacher spectrum is generated according to the number of tones and the frequency between tones of the multitone signal to be detected, and the second processed signal generated by applying the filter processing to the converted teacher spectrum obtained by subjecting the teacher spectrum to Fourier transform is output. Teacher signal processing department,
A program for functioning as a signal detection unit that detects a multitone signal to be detected based on a correlation value between the first processed signal and the second processed signal.