【手続補正書】
【提出日】平成17年5月12日(2005.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    信号検出方法及び装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーン信号等の周期的に変化する周期信号を検出する信号検出方法において、入力信号の自己相関性を調べることにより前記入力信号が周期信号であるか否かを検出することを特徴とする信号検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の信号検出方法において、前記自己相関性は、前記入力信号を周期毎にフレーム化し、該フレームに対して異なるフレーム間で畳み込み演算を行うことによって調べることを特徴とする信号検出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の信号検出方法において、前記畳み込み演算の結果があらかじめ定められた閾値を越えた場合に、前記周期信号を検出したと見なすことを特徴とする信号検出方法。
【請求項４】
請求項２に記載の信号検出方法において、連続する前記フレームに対する隣接フレーム間での前記畳み込み演算の結果が複数回連続して正の値になった場合に、前記周期信号を検出したと見なすことを特徴とする信号検出方法。
【請求項５】
請求項２に記載の信号検出方法において、連続する前記フレームに対する隣接フレーム間での前記畳み込み演算の結果があらかじめ定められた閾値を複数回連続して越えた場合に、前記周期信号を検出したと見なすことを特徴とする信号検出方法。
【請求項６】
請求項２に記載の信号検出方法において、前記畳み込み演算の結果を減衰前の前記入力信号のフレーム内のパワーと比較し、その比較結果を前記入力信号のレベル調整に用いることを特徴とする信号検出方法。
【請求項７】
請求項２に記載の信号検出方法において、前記畳み込み演算の結果が負の値になった場合に、前記周期信号の位相反転が起こったと見なすことを特徴とする信号検出方法。
【請求項８】
請求項１に記載の信号検出方法において、前記自己相関性は、入力信号と該入力信号が遅延回路によって遅延した遅延入力信号との積をとることによって調べることを特徴とする信号検出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の信号検出方法において、前記自己相関性は、前記積の平均化を行って調べることを特徴とする信号検出方法。
【請求項１０】
トーン信号等の周期的に変化する周期信号を検出する信号検出方法において、入力信号を周期毎にフレーム化し、前記入力信号が遅延回路によって遅延した遅延入力信号のフレームと次の入力信号のフレームとの積をとり、その結果に基づいて自己相関性を調べることにより前記入力信号が周期信号であるか否かを検出することを特徴とする信号検出方法。
【請求項１１】
トーン信号等の周期的に変化する周期信号を検出する信号検出装置であって、入力信号の自己相関値を算出する手段と、前記算出された自己相関値により前記入力信号が周期信号であるか否かを検出する手段を有することを特徴とする信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号検出方法及び装置、より詳細には、モデムなどの通信機器や記録装置などで用いられるトーン信号の検出方法に関し、通信，記録等におけるトーン検出や同期信号検出に応用可能な信号検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モデム等の通信機器は、通常、データ送受信前のハンドシェーク時に、特定周波数からなるトーン信号もしくは周期信号のやりとりを行う。この信号の検出を行う時点では、一般に回線等化は行われておらず、また非同期的に送られてくるため、サンプリング位相さえも特定できていない。このような条件の中で、所望の信号のみを抽出し、ノイズ等による誤検出を防ぐために、さまざまな方法が提案されている。
【０００３】
トーン信号の検出方法として、もっとも一般的な手法は、その特定周波数のみをバンドパスフィルタによって抽出する方法である。しかしながら、この手法では他の信号中の周波数成分にも反応してしまう。これを防ぐために提案された発明として、例えば、特開平５−５５９６０号公報に開示された「トーン信号検出装置」がある。この発明では、特定周波数のトーン信号を検出する際に、入力信号のパワーから特定周波数以外のパワーを減ずることにより、特定周波数のトーン信号のパワーを求め、トーン信号の検出を行う。すなわち、全体の信号強度から、特定周波数以外の信号強度を引くことにより、信号強度全体の中の特定周波数成分を抽出している。このような抽出方法をとることで、他の信号中の成分に反応することを少なくすることができる。
【０００４】
しかしながら、この手法はフィルタを用いて信号成分を抽出するため、近い周波数成分を持つ信号に反応しやすくなってしまう。また、受信信号強度にばらつきがある場合、検出の閾値を決めることが難しい。さらに、この手法は特定単一周波数からなるトーン信号には対応できるが、複雑な周波数成分を持つ周期信号に対応することは難しい。
【０００５】
複雑な周波数成分を持つ周期信号を検出するための手法として、参照信号との相関をとる手法がある。しかし、この手法では、送信側と受信側でサンプリング位相の同期が取れていない場合、相関値が小さくなってしまうため、検出の閾値を決定することが難しい。このようなサンプリング位相の問題に対処するために考えられた方法として、例えば、特開平９−６４８５７号公報に開示された「最大相関値タイミング推定回路及び受信装置」がある。この発明では、参照信号と入力信号の相関をとることにより、同期信号の検出などを行う。その際、サンプリング位相が異なると、相関値が小さくなることから、サンプリング位相の差異を推定し、相関がもっとも大きくなるようなサンプリング位相にて、相関をとり検出に利用する。すなわち、サンプリング間隔以下の間隔で位相をずらした相関をとり、その大小関係から最大相関値をとるサンプリング位相を推定することにより、サンプリング位相によらずに信号を検出することを可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平９−６４８５７号公報に開示された手法においても、サンプリング位相によって相関値の値が上下することに変わりはなく、より正確に検出しようとすると、いくつものサンプリング位相に対する相関を計算する必要がある。また、入力データのサンプリング位相を変化させるため、同時にタイミングリカバリや等化器などが動作している場合には、悪影響を及ぼしてしまう。さらに、途中の回線で劣化が起こる場合、実際の入力信号は参照信号とは異なる波形となり、相関値が小さくでることとなる。そのため、サンプリング位相の問題を解決したとしても、検出の閾値を決めることは容易ではない。
【０００７】
本発明は、上述のような実情を考慮してなされたもので、周期信号の自己相関性を利用することにより、サンプリング位相などに依存することなく、ノイズに強い周期信号の検出が可能な信号検出方法及び装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、トーン信号等の周期的に変化する周期信号を検出する信号検出方法において、入力信号の自己相関性を調べることにより前記入力信号が周期信号であるか否かを検出することを特徴としたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記自己相関性は、前記入力信号を周期毎にフレーム化し、該フレームに対して異なるフレーム間で畳み込み演算を行うことによって調べることを特徴としたものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記畳み込み演算の結果があらかじめ定められた閾値を越えた場合に、前記周期信号を検出したと見なすことを特徴としたものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項２の発明において、連続する前記フレームに対する隣接フレーム間での前記畳み込み演算の結果が複数回連続して正の値になった場合に、前記周期信号を検出したと見なすことを特徴としたものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項２の発明において、連続する前記フレームに対する隣接フレーム間での前記畳み込み演算の結果があらかじめ定められた閾値を複数回連続して越えた場合に、前記周期信号を検出したと見なすことを特徴としたものである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項２の発明において、前記畳み込み演算の結果を減衰前の前記入力信号のフレーム内のパワーと比較し、その比較結果を前記入力信号のレベル調整に用いることを特徴としたものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項２の発明において、前記畳み込み演算の結果が負の値になった場合に、前記周期信号の位相反転が起こったと見なすことを特徴としたものである。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記自己相関性は、入力信号と該入力信号が遅延回路によって遅延した遅延入力信号との積をとることによって調べることを特徴としたものである。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項８の発明において、前記自己相関性は、前記積の平均化を行って調べることを特徴としたものである。
【００１７】
請求項１０の発明は、トーン信号等の周期的に変化する周期信号を検出する信号検出方法において、入力信号を周期毎にフレーム化し、前記入力信号が遅延回路によって遅延した遅延入力信号のフレームと次の入力信号のフレームとの積をとり、その結果に基づいて自己相関性を調べることにより前記入力信号が周期信号であるか否かを検出することを特徴としたものである。
【００１８】
請求項１１の発明は、トーン信号等の周期的に変化する周期信号を検出する信号検出装置であって、入力信号の自己相関値を算出する手段と、前記算出された自己相関値により前記入力信号が周期信号であるか否かを検出する手段を有することを特徴としたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
前述のようなトーンもしくは周期信号の検出は、モデム等の通信機器に限らず、記録装置の同期信号などにおいても必要とされる技術であり、以下の説明では、モデムにおける周期信号の検出を例として行うが、まったく同様な手法を他のトーン検出などにも適用することができる。
【００２０】
図１は、本発明による信号検出方法が適用される装置の一実施例を説明するためのブロック図で、図中、１はＡ／Ｄ変換器、２はバッファ、３は自己相関器、４は検出部である。図２は、本発明による信号検出方法の一実施例を説明するための図で、トーンもしくは周期信号の自己相関性を利用して、当該信号の検出を行う手法で、フレームを利用して自己相関性を調べる場合の様子を表したものである。
【００２１】
一般に、周期的に変化するトーンもしくは周期信号は自己相関性を持つため、その周期毎にフレーム化し、隣接するフレーム同士の畳み込み演算を行うと、サンプリング位相やフレームの取り方によらず、ほぼ一定の正の値を取ることになる。この正の値は、フレーム内の信号のエネルギーに一致する。ノイズは、同様の周期を持っていないため、同じ計算を行っても正または負の小さな数値（平均＝０）をとることになる。また他の周期を持った信号と演算を行うと、値が周期的に変化することとなる。
【００２２】
途中の回線劣化により、本来検出したい信号と波形が変わった場合においても、その周期性が変わることはなく、畳み込み演算の結果は、ほぼ一定の正の値を取ることになる。劣化を受けた信号から得られる正の値は、途中の回線劣化によるエネルギー損失のみに依存するため、本来期待されるエネルギー値との比を取ることにより、ゲイン調整に利用することも可能となる。
【００２３】
図３は、ＩＴＵ−Ｔによるモデム勧告Ｖ．９０で利用されるＳｄ信号を説明するための図である。
以下、本発明を具体的な例を用いて詳細な説明を行う。
ここでは、検出対象の信号としてＩＴＵ−Ｔによるモデム勧告Ｖ．９０で利用される信号Ｓｄを用いることとする。Ｓｄ信号は、図３（Ａ）に示したように、＋Ｗ，０，＋Ｗ，−Ｗ，０，−Ｗ（Ｗは正の値）を１フレームとするデジタル的な周期信号であり、８０００Ｈｚのサンプリング周波数にてＤ／Ａ変換され回線に送出される。この信号は、図３（Ｂ）に示したように、８０００／６Ｈｚの矩形波と４０００Ｈｚの矩形波の重ねあわせと見ることができる。
【００２４】
よって、従来手法を用いて、８０００／６Ｈｚの成分および４０００Ｈｚの成分を抽出することにより、Ｓｄ信号を検出することも可能である。しかしながら、回線によっては４０００Ｈｚの信号はかなり減衰してしまうため、検出の閾値を決めるのが難しい。また、参照信号との相関値をとる場合にも、受信信号はもともとの矩形波からはかなり異なった波形になってしまうため、相関値の閾値を決めるのが難しい。
【００２５】
実際のフレーム間の相関値計算は次のように行うことができる。受信サンプルをｒ（ｋ）とし、１フレーム分のサンプル数をｎとすると、隣接するフレーム間の相関値Ａは次のように表される。
【００２６】
【数１】
2001177660.tif 000001
【００２７】
この値をチェックし、あらかじめ定めた閾値よりも大きくなった場合に、Ｓｄ信号を検出したとすることが可能である。ノイズには自己相関性がないため、上記の計算を行ってもＡの取る値は非常に小さく、その平均は０となる。
【００２８】
図４は、本発明による信号検出方法を用いて実際にＳｄ信号の検出を行った場合の自己相関値の変化を示したグラフである。図４に示した例では、受信サンプルは１６０００Ｈｚでサンプリングされているため、８０００／６Ｈｚに対応するフレーム長は１２サンプルとなっている。図４に示したように、受信波形は本来のＳｄ信号の波形とはかなり異なったものとなっているが、フレーム間の相関値はほぼ一定の正の数となっていることが判る。また、Ｓｄ信号を受信する前のノイズの間は、相関値はほぼ０をとっていることが判る。
【００２９】
Ｓｄ信号の区間では、あるフレーム内の信号と次のフレーム内の信号は同じ形をとる。つまり、上式（数１）では、ｒ（ｋ＋ｉ）＝ｒ（ｋ＋ｉ−ｎ）となる。よって、フレーム間相関値Ａは、Ａ＝Σ（ｒ（ｋ＋ｉ））２となり、フレーム内のパワーを表していること
になる。すなわち、常に正の値を取ることになるが、ノイズや他の信号の場合、平均が０となるため、連続して正の値をとることは少ない。よって、複数回連続して、正の値を取った場合に、信号を検出したとすることもできる。
【００３０】
Ｓｄ信号は周期信号であるから、フレーム内のパワーは、サンプリング位相やフレームの取り方によらず一定であり、本来の信号のパワーと回線の減衰のみに依存する。よって、対象とする回線の特性を考慮することにより、閾値を簡単に決めることができる。また、あらかじめＡＧＣ（Ａutomatic  Ｇain  Ｃontrol）などがかかった信号を利用してフレーム間相関値を計算すれば、ほとんど回線に依存しないこととなり、さらに容易に閾値を決定することができる。逆に、本来の信号のパワーとフレーム間相関値Ａとの比を求めることにより、ＡＧＣの係数を決めることも可能である。
【００３１】
ノイズには自己相関性がないため、フレーム間相関値Ａは平均０となる。また、データ伝送中などの信号では、周期性はほとんどないためフレーム間相関値Ａは小さな値となり、また正の値が続くこともない。一方、Ｓｄなどの周期信号では、フレーム間相関値はフレーム内のパワーを表すため、常にほぼ一定の正の値をとる。よって、フレーム間相関値が閾値を連続して越える場合に信号を検出したと見なすことにすれば、より確実な検出を行うことが可能となる。
【００３２】
勧告Ｖ．９０では、Ｓｄ信号の位相反転であるＳｄ￣信号（勧告内の表記は
【００３３】
【数２】
2001177660.tif 000002
【００３４】
）も用いている。ＳｄからＳｄ￣への位相反転の検出も本発明の延長で行うことができる。位相反転の際には、ＳｄのフレームとＳｄ￣のフレームの相関をとることとなるが、この場合ｒ（ｋ＋ｉ）＝−ｒ（ｋ＋ｉ−ｎ）となるため、フレーム間相関値Ａは、Ａ＝−Σ（ｒ（ｋ＋ｉ））２となり、必ずマイナスの値を取ることになる。よって、フレーム間相関値Ａが負となったときに、位相反転があったと判断することができる。
【００３５】
図５は、本発明による信号検出方法の他の実施例を説明するためのブロック図で、遅延回路による自己相関を検出する一実施例を説明するための図である。図中、１はＡ／Ｄ変換器、４は検出部、５は遅延回路、６は平均化回路である。これまでの説明では自己相関を調べるために、フレーム化した入力サンプルのフレーム間相関をとったが、フレーム化した入力サンプルと遅延回路によってフレーム長分だけ遅延させたサンプルとの乗算結果を用いて自己相関性を見ることも可能である。この乗算結果は、ｒ（ｋ）＝ｒ（ｋ−ｎ）であるから、常に（ｒ（ｋ））２となるが、ｒ（ｋ）が小さい場合には、ノイズ等による影響を受けて符号が変わりやすいため、平均化処理などを併用することが望ましい。その一例をブロック図にあらわしたものが図５である。
【００３６】
また、これまでの説明は、モデム勧告Ｖ．９０で用いられるＳｄ信号の検出を例にとって説明したが、本発明は、他の周期的な信号にも容易に適用可能な方法である。このような周期信号の検出は、モデム等通信の分野だけではなく、記録・再生の分野においても行われるが、本発明はかかる分野においても有効な手法となっている。
【００３７】
【発明の効果】
（１）請求項１に記載の発明においては、周期信号の自己相関性を利用することにより、サンプリング位相などに依存することなく、ノイズに強い周期信号の検出方法を提供することができる。
【００３８】
（２）請求項２に記載の発明においては、簡単な計算によって自己相関を求めることができ、また、ノイズの影響を受け難い周期信号の検出方法を提供
することができる。
【００３９】
（３）請求項３に記載の発明においては、計算された自己相関値をもとに、簡単な処理によって周期信号の検出を行うことができる。
【００４０】
（４）請求項４に記載の発明においては、あらかじめ閾値などを決めることが難しい場合においても、周期信号の検出を行うことが可能である。
【００４１】
（５）請求項５に記載の発明においては、ノイズなどにより強い周期信号の検出を行うことが可能である。
【００４２】
（６）請求項６に記載の発明においては、信号のレベル調整が未完の場合に、簡単な方法で信号レベルの調整を実施することが可能である。
【００４３】
（７）請求項７に記載の発明においては、簡単な計算により、周期信号の位相反転を検出することが可能である。
【００４４】
（８）請求項８に記載の発明においては、入力信号のフレーム化処理等をしないため、容易にハード化が可能である。
【００４５】
（９）請求項９に記載の発明においては、ノイズにより強い、簡易な周期信号の検出方法を提供することが可能である。
【００４６】
（１０）請求項１０の発明においては、簡単な計算によって自己相関を求めることができ、また、ノイズの影響を受け難い周期信号の検出方法を提供することができる。また、容易にハード化が可能である。
【００４７】
（１１）請求項１１に記載の発明においては、請求項１に記載の発明と同様であり、サンプリング位相などに依存することなく、ノイズに強い周期信号の検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による信号検出方法が適用される装置の一実施例を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明による信号検出方法の一実施例を説明するための図である。
【図３】ＩＴＵ−Ｔによるモデム勧告Ｖ．９０で利用されるＳｄ信号を説明するための図である。
【図４】本発明による信号検出方法を用いて実際にＳｄ信号の検出を行った場合の自己相関値の変化を示したグラフである。
【図５】本発明による信号検出方法の他の実施例を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１…Ａ／Ｄ変換器
２…バッファ
３…自己相関器
４…検出部
５…遅延回路
６…平均化回路