(57)【要約】      （修正有）【課題】信号と外来雑音のアンテナ間の空間相関特性を利用することによって、外来雑音を受信している周波数を判定する信号処理装置を提供する。【解決手段】信号処理装置１０は、狭帯域化処理部２０、相関計算処理部２１、相関判定処理部２３及びレベル判定処理部２５とを有する。狭帯域化処理部は、複数のアンテナのそれぞれからの受信データに対して雑音判定を実施する周波数帯域毎に分割する。相関計算処理部は、周波数帯域毎に複数のアンテナに含まれるそれぞれ異なる２つのアンテナの組毎に２つのアンテナのそれぞれに受信された受信データの相関値を計算する。相関判定処理部は、周波数帯域毎に相関値が予め設定されたしきい値以下となるアンテナの組数に基づいて雑音が受信された周波数帯であるかを一次判定する。レベル判定処理部は、雑音が受信されたと一次判定された周波数帯の受信レベルに基づいて雑音が受信された周波数帯であるかを判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナのそれぞれからの受信データに対して、雑音判定を実施する周波数帯域毎に分割する狭帯域化処理手段と、
前記周波数帯域毎に、前記複数のアンテナに含まれるそれぞれ異なる２つのアンテナの組毎に、２つのアンテナのそれぞれに受信された受信データの相関値を計算する相関計算処理手段と、
前記周波数帯域毎に、前記相関値が予め設定されたしきい値以下となるアンテナの組数に基づいて、雑音が受信された周波数帯であるかを一次判定する相関判定処理手段と、
雑音が受信されたと一次判定された周波数帯の受信レベルに基づいて、雑音が受信された周波数帯であるかを判定するレベル判定処理手段と
を有する信号処理装置。
【請求項２】
前記２つのアンテナの組は、空間的な距離が最も遠い２本のアンテナからなる請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記レベル判定処理手段により雑音が受信された周波数帯と判定された周波数帯について、前記複数のアンテナのそれぞれの信号レベルを比較することで故障診断するアンテナ故障診断手段をさらに有する請求項１記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記受信データに応じた波形図と共に、前記レベル判定処理手段による前記周波数帯毎の判定結果を表示する表示手段をさらに有する請求項１記載の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アンテナによって受信された受信データから外来雑音を判定する方法として、受信データをＦＦＴ（fast fourier transform）処理して生成した周波数スペクトラムから、周波数スペクトラムの電力成分が低い領域を外来雑音として判定する方法がある。この方法では、外来雑音と判定する電力レベルを予め設定し、この電力レベルより電力成分が低い領域の信号については外来雑音によるものと判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０８７１３３号公報
【特許文献２】特開２００９−２６７７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、予め設定した電力レベルに基づいて、外来雑音と考えられる領域を判定する方法では、外来雑音領域の識別に誤りが発生する可能性がある。すなわち、外来雑音ではない信号であるにも関わらず、その信号レベルが予め設定された電力レベルよりも低ければ、単純に外来雑音が受信されている領域として判定されてしまう。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、信号と外来雑音のアンテナ間の空間相関特性を利用することによって、受信データから外来雑音を受信している周波数の判定が可能な信号処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、信号処理装置は、狭帯域化処理手段、相関計算処理手段、相関判定処理手段、及びレベル判定処理手段とを有する。狭帯域化処理手段は、複数のアンテナのそれぞれからの受信データに対して、雑音判定を実施する周波数帯域毎に分割する。相関計算処理手段は、前記周波数帯域毎に、前記複数のアンテナに含まれるそれぞれ異なる２つのアンテナの組毎に、２つのアンテナのそれぞれに受信された受信データの相関値を計算する。相関判定処理手段は、前記周波数帯域毎に、前記相関値が予め設定されたしきい値以下となるアンテナの組数に基づいて、雑音が受信された周波数帯であるかを一次判定する。レベル判定処理手段は、雑音が受信されたと一次判定された周波数帯の受信レベルに基づいて、雑音が受信された周波数帯であるかを判定する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態における信号処理装置の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態における記憶部に記憶されるデータの概念を示す図。
【図３】本実施形態における信号処理装置による雑音判定処理を説明するためのフローチャート。
【図４】周波数スペクトラムの電力レベルに対して、予め設定したしきい値との比較のみによって外来雑音を判定する場合の例を示す図。
【図５】本実施形態における信号処理装置により外来雑音を判定する場合の例を示す図。
【図６】図５中のＡに示す範囲の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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、本実施形態における信号処理装置１０の構成を示すブロック図である。本実施形態における信号処理装置１０は、例えば通信システムの機能の一部を構成するモジュールとして実現されるもので、複数のアンテナによる受信データから外来雑音を受信する周波数（狭帯域化した周波数帯）の判定をする機能を有する。
【０００９】
通信システムには、複数（Ｎ本）のアンテナ１２−１〜１２−ｎが設けられる。アンテナ１２−１〜１２−ｎは、相互に所定の間隔を設けて配置されている。信号受信部１４は、アンテナ１２−１〜１２−ｎのそれぞれにより受信された電波に応じた無線信号を入力し、増幅、レベル調整、フィルタリング等の信号処理の後、Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換し、アンテナ受信データとして信号処理装置１０に出力する。
【００１０】
信号処理装置１０は、信号受信部１４から複数のアンテナ１２−１〜１２−ｎのそれぞれに対応するアンテナ受信データ（以下、受信データ）を入力する。
【００１１】
本実施形態における信号処理装置１０は、狭帯域化処理部２０、相関計算処理部２１、記憶部２２、相関判定処理部２３、レベル計算処理部２４、レベル判定処理部２５、周波数シフト処理部２６、及びアンテナ故障診断部２７を有する。
【００１２】
狭帯域化処理部２０は、複数のアンテナ１２−１〜１２−ｎのそれぞれに対応する受信データに対して、狭帯域化処理によって雑音判定を実施する周波数帯域毎（周波数ビン）に分割する。
【００１３】
相関計算処理部２１は、狭帯域化処理部２０によって分割された周波数帯域毎に、複数のアンテナ１２−１〜１２−ｎに含まれるそれぞれ異なる２つのアンテナの組毎に、相関計算処理により２つのアンテナのそれぞれに受信された受信データの相関値を計算する。相関計算処理部２１は、例えば複数のアンテナ１２−１〜１２−ｎから空間的な距離（設置位置）が最も遠い２本のアンテナを選択して組み合わせるものとする。なお、２つのアンテナの組（アンテナペア）は、設置位置が十分に離れていれば、空間的な距離が最も遠い２本に限定されるものではない。すなわち、電波の受信状態に差が生じやすい位置に設置されたアンテナを選択すれば良い。
【００１４】
記憶部２２は、相関計算処理部２１による計算により求められた、２つのアンテナの組に対応する相関値が、２つのアンテナの組のそれぞれの受信データと対応づけて記憶される。図２は、記憶部２２に記憶されるデータの概念を示す図である。図２に示すように、２つのアンテナの組（アンテナＡ，Ｂ）のそれぞれの受信データと、２つのアンテナの組に対応する相関値が記憶される。
【００１５】
相関判定処理部２３は、記憶部２２に記憶された２つのアンテナの組のそれぞれに対応する相関値をもとに、狭帯域化処理部２０により分割された周波数帯域毎に、相関値が予め設定されたしきい値以下となるアンテナの組数に基づいて、雑音が受信された周波数帯であるかを一次判定する。
【００１６】
レベル計算処理部２４は、相関判定処理部２３により外来雑音と一時判定された周波数帯の受信レベルを計算する。受信レベルは、例えば受信データに対してＦＦＴ処理して生成した周波数スペクトラムから計算する。
【００１７】
レベル判定処理部２５は、相関判定処理部２３により雑音が受信されたと一次判定された周波数帯について、レベル計算処理部２４により計算された受信レベルに基づいて、雑音が受信された周波数帯であるかを判定して雑音判定結果３０として出力する。
【００１８】
周波数シフト処理部２６は、レベル判定処理部２５による判定の後、狭帯域化処理部２０〜レベル判定処理部２５における次に判定の対象とする周波数帯（周波数ビン）を変更（シフト）させる。
【００１９】
アンテナ故障診断部２７は、レベル判定処理部２５によって雑音が受信された周波数帯と判定された周波数帯について、複数のアンテナ１２−１〜１２−ｎのそれぞれの受信データが示す受信レベルをもとに、アンテナ１２−１〜１２−ｎのそれぞれについてアンテナ受信特性の故障診断を実行して故障診断結果３１として出力する。
【００２０】
次に、本実施形態における信号処理装置１０の動作について説明する。  
図３は、本実施形態における信号処理装置１０による雑音判定処理を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
信号処理装置１０の狭帯域化処理部２０は、信号受信部１４から複数のアンテナ１２−１〜１２−ｎのそれぞれに対応する受信データを入力する。狭帯域化処理部２０は、雑音判定の対象とする周波数帯域全体をスキャンするために、雑音判定を実施する周波数帯域を予め設定された周波数ビンごとに分割し、それぞれの周波数ビンに応じて狭帯域化された周波数帯について、それぞれ以下に説明する処理を繰り返して実行する。
【００２２】
狭帯域化処理部２０は、雑音判定の対象とする周波数帯域内の最も低い周波数の周波数ビンを１番目として処理を開始するため、周波数ビンを１番目にセットする（ステップＳ１）。狭帯域化処理部２０は、１番目の周波数ビンに応じて（ステップＳ２、Ｙｅｓ）、Ｎ本のアンテナ１２−１〜１２−ｎで受信した受信データを狭帯域化処理により狭帯域化して、雑音判定の対象とする周波数帯を設定する（ステップＳ５）。
【００２３】
次に、相関計算処理部２１は、狭帯域化処理部２０により狭帯域化されたＮ本分の受信データ（狭帯域化データ）のそれぞれについて、空間的な距離が最も遠い２本のアンテナ１２に対応する受信データを選択して、相関計算処理でそれらの空間相関値を計算して記憶部２２に記憶させる（ステップＳ６）。空間相関値は、例えば以下の式により複素相関係数を計算し、その絶対値をとることにより求める。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
ここで、使用する添え字のＨとＴは、それぞれ複素共役と転置を意味する。＜＞はアンサンブル平均であるが、対象となる狭帯域化データは時間と空間における平均が一致するため、時間平均で代用する。
【００２６】
相関判定処理部２３は、記憶部２２に記憶された、相関計算処理部２１により計算された２つのアンテナ１２の組のそれぞれに対応する空間相関値が、予め設定した相関値判定用のしきい値以下であるかを空間相関判定処理により判定する。そして、相関判定処理部２３は、空間相関値がしきい値以下となるアンテナ１２の組（アンテナペア）の数が、予め設定したヒット数（判定基準値）以上であれば（ステップＡ７、Ｙｅｓ）、現在の処理対象とする周波数帯では外来雑音が受信されていると一次判定する（ステップＳ８）。すなわち、相関判定処理部２３は、２つのアンテナ１２に対応する受信データが、信号（外来雑音でない）の場合には相関が高く、外来雑音の場合には相関が低くなることを利用している。相関値がしきい値よりも低い（外来雑音を受信している可能性が高いことを示す）アンテナ１２の組の数が判定基準値以上であれば、現在の処理対象とする周波数帯では外来雑音が受信されている可能性が高いものとして判定することができる。
【００２７】
一方、空間相関値がしきい値以上となるアンテナ１２の組がヒット数より少ない場合は（ステップＳ７、Ｎｏ）、相関判定処理部２３は、外来雑音が受信されている周波数帯でないと判定する。この場合、周波数シフト処理部２６は、全ての周波数ビンについての処理が完了していなければ（ステップＳ３、Ｎｏ）、判定対象とする周波数帯を変更するための周波数シフト処理を実行する（ステップＳ４）。
【００２８】
相関判定処理部２３により現在の処理対象とする周波数帯では外来雑音が受信されていると一次判定された場合（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、レベル計算処理部２４は、現在の処理対象とする周波数帯の受信レベルを電力レベル計算処理で計算する（ステップＳ９）。例えば、レベル計算処理部２４は、受信データに対してＦＦＴ処理して生成した周波数スペクトラムから計算する。
【００２９】
次に、レベル判定処理部２５は、レベル計算処理部２４により計算された電力レベルが雑音判定用のしきい値以下であるかを電力レベル判定処理で判定する。電力レベルがしきい値以下であると判定された場合（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、レベル判定処理部２５は、現在の処理対象とする周波数帯では外来雑音が受信されていると判定して、雑音判定結果３０を出力する（ステップＳ１１）。すなわち、信号と外来雑音のアンテナ間の相関特性を利用して一次判定した上で、さらに一般には外来雑音による電力レベルが低いことから、雑音判定用のしきい値をもとに判定することで、確実に外来雑音が受信されているかを判定することができる。
【００３０】
なお、電力レベルがしきい値以下でないと判定された場合は（ステップＳ１０、Ｎｏ）、レベル判定処理部２５は、外来雑音が受信されている周波数帯でないと判定する。
【００３１】
レベル判定処理部２５による判定が終了すると、周波数シフト処理部２６は、全ての周波数ビンについての処理が完了していなければ（ステップＳ３、Ｎｏ）、判定対象とする周波数帯を変更するための周波数シフト処理を実行する（ステップＳ４）。周波数シフト処理部２６は、周波数シフト処理において、判定対象とする周波数ビンを次の周波数ビン（＋１）に遷移させ、狭帯域化処理部２０により次の周波数ビンに応じた狭帯域化処理をする（ステップＳ４）。以下、前述した処理を繰り返して実行し、雑音判定の対象とする周波数帯域全体について狭帯域化された周波数帯毎に、外来雑音が受信されているか判定することができる。
【００３２】
図４には、周波数スペクトラムの電力レベルに対して、予め設定したしきい値との比較のみによって外来雑音を判定する場合の例を示している。図４では、１つのアンテナ１２（＃１）により受信された受信データをＦＦＴ処理した周波数スペクトラムを示している。図４に示す周波数Ｆ以上の周波数帯では、明らかに信号が受信されていることが判定されるものの、その他の周波数帯では電力レベルが低いため、単純にしきい値との比較により判定すると、しきい値によっては微弱な信号を雑音として判別する可能性がある。つまり、信号が受信された周波数帯と、外来雑音を受信した周波数帯とを精度よく判別することができない。
【００３３】
図５には、信号処理装置１０により外来雑音を判定する場合の例を示している。図５では、１つのアンテナ１２（＃１）により受信された受信データに対して周波数ビンの周波数帯毎に狭帯域化した電力レベルを示している。図５では、電力レベルを示す波形に沿って、狭帯域化した周波数帯毎の外来雑音の判定結果を示している。図５中のＡに示す範囲の拡大図を図６に示している。
【００３４】
図６に示すように、信号処理装置１０による判定結果として、判定対象とする周波数帯毎に、信号が受信された領域と外来雑音が受信された領域が特定される。従って、電力レベルが低いために、予め設定されたしきい値との比較だけでは正確に判定することが困難であっても、信号と外来雑音のアンテナ間の空間相関特性を利用することで精度良く判定することが可能となる。
【００３５】
通信システムは、信号処理装置１０による雑音判定結果３０をもとに、図５及び図６に示すような、電力レベルを示す波形と、雑音判定の対象とする周波数帯毎の判定結果を表示する画像をディスプレイ等に表示させることで、目視によっても何れの周波数帯において雑音が受信されているかを容易に判別することも可能である。
【００３６】
さらに、本実施形態における信号処理装置１０は、レベル判定処理部２５による雑音判定結果３０を利用して、以下のようにアンテナ１２−１〜１２−ｎのそれぞれについてアンテナ受信特性の故障診断を実行して故障診断結果３１として出力することができる。
【００３７】
アンテナ故障診断部２７は、外来雑音を受信していると判定された周波数帯における、アンテナ１２−１〜１２−ｎそれぞれの信号レベル（雑音レベル）を比較する。例えば、全てのアンテナ１２−１〜１２−ｎの信号レベルの平均値を計算し、この平均値とアンテナ１２−１〜１２−ｎのそれぞれの信号レベルとの差を求める。外来雑音による信号レベルは、アンテナ受信特性が正常であれば、何れのアンテナ１２−１〜１２−ｎについてもほぼ一定となる。従って、アンテナ１２−１〜１２−ｎそれぞれの信号レベルを比較した結果、他のアンテナ１２の信号レベルに対して、予め設定された値よりも差がある（信号レベルが低い）アンテナ１２がある場合には、このアンテナ１２について故障の可能性があるとして故障診断結果３１を出力することができる。
【００３８】
こうして、外来雑音を受信していると判定された周波数帯における信号レベルをもとに、複数のアンテナ１２−１〜１２−ｎに対してアンテナ受信特性について故障診断することが可能となる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００４０】
１０…信号処理装置、１２（１２−１〜１２−ｎ）…アンテナ、２０…狭帯域化処理部、２１…相関計算処理部、２２…記憶部、２３…相関判定処理部、２４…レベル計算処理部、２５…レベル判定処理部、２６…周波数シフト処理部、２７…アンテナ故障診断部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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