(57)【要約】【課題】複数の処理対象信号を重要度に応じた圧縮レートでサンプリングを行う。【解決手段】信号処理装置は、入力される複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成する制御部と、前記制御部の生成した制御信号に応じて、前記複数の処理対象信号のうち１つの処理対象信号を選択する切替器と、前記切替器が選択した処理対象信号をサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング器と、前記サンプリング器から入力されたサンプリング値を前記制御部の生成した前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配器と、前記分配器の異なる出力端子にそれぞれ接続され、該出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する複数の復元器とを備える。【選択図】図１
2011146814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成する制御部と、
前記制御部の生成した制御信号に応じて、前記複数の処理対象信号のうち１つの処理対象信号を選択する切替器と、
前記切替器が選択した処理対象信号をサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング器と、
前記サンプリング器から入力されたサンプリング値を前記制御部の生成した前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配器と、
前記分配器の異なる出力端子にそれぞれ接続され、該出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する複数の復元器と
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記サンプリング器が、サンプリング値の開始位置を示すヘッダ情報と、サンプリング値とを含むパケットを前記分配器に出力し、
前記分配器は、前記サンプリング器から入力されたパケットに含まれるヘッダ情報を検出して得られたサンプリング値を前記出力端子それぞれから出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号それぞれに選択される確率を算出し、算出した確率と、発生させた乱数とを用いて前記複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを決定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の信号処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号処理装置と、
受信した複数の無線信号それぞれをベースバンド帯域に周波数変換した複数のベースバンド信号を生成し、生成した複数のベースバンド信号を前記処理対象信号として前記信号処理装置に入力する無線受信部と
を備えることを特徴とする受信システム。
【請求項５】
リモート局装置と中央局装置とが伝送線で接続された受信システムであって、
前記リモート局装置が、
受信した複数の無線信号それぞれをベースバンド帯域に周波数変換した複数の処理対象信号を生成する無線受信部と、
前記複数の処理対象信号のうちいずれかを制御信号に応じて選択する切替器と、
前記切替器が選択した処理対象信号をサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング器と
を備え、
前記中央局装置が、
前記サンプリング器から出力されるサンプリング値を前記伝送線を介して受信し、受信したサンプリング値を前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配器と、
前記分配器の異なる出力端子にそれぞれ接続され、該出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する複数の復元器と
前記複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成し、生成した制御信号を前記切替器及び前記分配器に出力する制御部と、
を備える
ことを特徴とする受信システム。
【請求項６】
前記複数の処理対象信号それぞれの重要度が、前記複数の無線信号それぞれの受信状態を表す指標に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項４又は請求項５の受信システム。
【請求項７】
入力される複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成する制御過程と、
前記制御過程において生成した制御信号に応じて、前記複数の処理対象信号のうち１つの処理対象信号を選択する切替過程と、
前記切替過程において選択した処理対象信号をサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング過程と、
前記サンプリング過程において出力されたサンプリング値を前記制御過程で生成した前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配過程と、
前記分配過程において各出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する復元過程と
を備えることを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアナログ信号をサンプリングする信号処理装置、及びそれを用いた受信システム、並びに信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アナログ信号をアナログ・デジタル変換（サンプリング）する際に、変換対象のアナログ信号に応じたナイキスト周波数に基づいて得られるデータ（標本値）量より少ないデータ量を用いて変換対象のアナログ信号を復元する研究が行われている（非特許文献２〜５）。このような技術は、ＣＳ（Compressed sensing；圧縮センシング、Compressive Sampling；圧縮サンプリング）などといわれている。
また、この技術を用いて、広帯域に割り当てられている複数のアナログ信号を、当該複数のアナログ信号が割り当てられている周波数領域全体に対して圧縮センシングを行うことで、サンプリングの際に出力されるデジタル信号のデータ量を削減し、このデジタル信号を用いて元の複数のアナログ信号を復元（デジタル・アナログ変換）する研究も行われている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Moshe Mishali et al., "Blind Multiband Signal Reconstruction: Compressed Sensing for Analog Signals", IEEE Transaction on Signal Processing, pp. 993-1009, March. 2009.
【非特許文献２】David L. Donoho, "Compressed Sensing," IEEE Transaction on Information Theory, pp. 1289-1306, April, 2006.
【非特許文献３】Emmanuel J. Candes et al., "An Introduction to Compressive Sampling," IEEE Signal Processing Magazine, pp. 21-30, March, 2008.
【非特許文献４】Yonina C. Eldar et al., "Beyond Bandlimited Sampling," IEEE Signal Processing Magazine, pp.48-68, May. 2009.
【非特許文献５】Emmanuel J. Candes et al., "Near-Optimal Signal Recovery from Random Projections: Universal Encoding Strategies?" IEEE Transaction on Information Theory, pp. 5406-5425, December, 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１は、複数のアナログ信号を含む周波数領域全体に対して圧縮センシングを行うために、複数のアナログ信号を１つの信号として扱うのと同様であり、複数のアナログ信号それぞれの特徴や用途に応じて圧縮レートを変えることができなかった。
また、複数のアナログ信号それぞれを個別にサンプリングすれば、複数のアナログ信号それぞれの特徴や用途に応じて圧縮レートを変えられるが、そのために複数のサンプリング器を設ける必要があり、装置の大型化や製造コストの増加を招いてしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、複数のサンプリング器を用いずとも、複数の処理対象信号（アナログ信号）をそれぞれの重要度に応じた圧縮レートでサンプリングを行うことのできる信号処理装置及びその信号処理装置を用いた受信システム、並びに信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記問題を解決するために、本発明は、入力される複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成する制御部と、前記制御部の生成した制御信号に応じて、前記複数の処理対象信号のうち１つの処理対象信号を選択する切替器と、前記切替器が選択した処理対象信号をサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング器と、前記サンプリング器から入力されたサンプリング値を前記制御部の生成した前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配器と、前記分配器の異なる出力端子にそれぞれ接続され、該出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する複数の復元器とを備えることを特徴とする信号処理装置である。
【０００７】
（２）また、本発明は、上記記載の発明において、前記サンプリング器が、サンプリング値の開始位置を示すヘッダ情報と、サンプリング値とを含むパケットを前記分配器に出力し、前記分配器は、前記サンプリング器から入力されたパケットに含まれるヘッダ情報を検出して得られたサンプリング値を前記出力端子それぞれから出力することを特徴とする。
【０００８】
（３）また、本発明は、上記記載の発明において、前記制御部が、前記複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号それぞれに選択される確率を算出し、算出した確率と、発生させた乱数とを用いて前記複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを決定することを特徴とする。
【０００９】
（４）また、本発明は、上記記載の信号処理装置と、受信した複数の無線信号それぞれをベースバンド帯域に周波数変換した複数のベースバンド信号を生成し、生成した複数のベースバンド信号を前記処理対象信号として前記信号処理装置に入力する無線受信部とを備えることを特徴とする受信システムである。
【００１０】
（５）また、本発明は、リモート局装置と中央局装置とが伝送線で接続された受信システムであって、前記リモート局装置が、受信した複数の無線信号それぞれをベースバンド帯域に周波数変換した複数の処理対象信号を生成する無線受信部と、前記複数の処理対象信号のうちいずれかを制御信号に応じて選択する切替器と、前記切替器が選択した処理対象信号をサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング器とを備え、前記中央局装置が、前記サンプリング器から出力されるサンプリング値を前記伝送線を介して受信し、受信したサンプリング値を前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配器と、前記分配器の異なる出力端子にそれぞれ接続され、該出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する複数の復元器と前記複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成し、生成した制御信号を前記切替器及び前記分配器に出力する制御部と、を備えることを特徴とする受信システムである。
【００１１】
（６）また、本発明は、上記記載の発明において、前記複数の処理対象信号それぞれの重要度が、前記複数の無線信号それぞれの受信状態を表す指標に基づいて決定されることを特徴とする。
【００１２】
（７）また、本発明は、入力される複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じて、該複数の処理対象信号のうちいずれを選択するかを表す制御信号を生成する制御過程と、前記制御過程において生成した制御信号に応じて、前記複数の処理対象信号のうち１つの処理対象信号を選択する切替過程と、前記切替過程において選択した処理対象信号をサンプリングしたサンプリング値を出力するサンプリング過程と、前記サンプリング過程において出力されたサンプリング値を前記制御過程で生成した前記制御信号に基づいて、前記複数の処理対象信号それぞれに対応する出力端子から出力する分配過程と、前記分配過程において各出力端子から出力されるサンプリング値に基づいて、サンプリング対象となった元の処理対象信号を復元する復元過程とを備えることを特徴とする信号処理方法である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、信号処理の対象となる複数の処理対象信号それぞれをサンプリングする際に、複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じてサンプリング器に入力する処理対象信号を切り替えて、複数の処理対象信号それぞれに対する間引かれたサンプリング値の列を生成するようにした。これにより、複数の処理対象信号それぞれの重要度に応じたサンプリングを１つのサンプリング器で行うことができるとともに、サンプリング器から出力されるサンプリング値を削減することができる。また、本発明を複数の処理対象信号の伝送に用いた場合、伝送するサンプリング値の数を削減できるので、伝送路の使用帯域を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の受信システム１００の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本実施形態のサンプリング器２５が出力するパケットの構成例を示す図である。
【図３】本実施形態における無線受信部１０の一構成例を示す概略ブロック図である。
【図４】本実施形態の制御部４０が行うベースバンド信号の選択方法の一例を示す図である。
【図５】本実施形態における切替サンプリング部２０の処理の例を示す模式図である。
【図６】本実施形態における分配器３１及び復元部３４の処理の例を示す模式図である。
【図７】第２実施形態の受信システム１００ａの構成を示す概略ブロック図である。
【図８】第３実施形態の受信システム５００の構成を示した概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の信号処理装置、及びそれを用いた受信システム、並びに信号処理方法を図面を参照して説明する。
【００１６】
［第１実施形態]
図１は、第１実施形態の受信システム１００の構成を示す概略ブロック図である。図示するように、受信システム１００は、無線受信部１０と、切替サンプリング部２０と、信号処理ブロック３０と、制御部４０とを具備している。
【００１７】
無線受信部１０は、アンテナを介して受信した無線信号に含まれる複数の周波数帯域の信号をダウンコンバートし、ダウンコンバートにより得られる複数のベースバンド信号（処理対象信号）を切替サンプリング部２０に出力する。無線受信部１０がダウンコンバートの対象とする複数の周波数帯域は、制御部４０より入力される周波数帯域を選択する帯域選択信号により決定される。以下、本実施形態の説明は、無線受信部１０が、Ｎ（Ｎは、２以上の自然数）個の周波数帯域からダウンコンバートしたベースバンド信号を出力する場合について説明する。
【００１８】
切替サンプリング部２０は、切替器２１と、サンプリング器２５とを備えている。切替器２１は、Ｎ個の入力端子と、１つ出力端子を有し、無線受信部１０からＮ個の入力端子に入力されるＮ個のベースバンド信号のうちいずれか１つのベースバンド信号をサンプリング器２５のサンプリング周期に同期して入力される入力切替信号に応じて選択し、選択したベースバンド信号を出力端子からサンプリング器２５に出力する。サンプリング器２５は、切替器２１が選択したベースバンド信号を予め定められたサンプリング周期でサンプリング（アナログ・デジタル変換）し、サンプリングにより得られたサンプリング値を含むパケットを信号処理ブロック３０に出力する。
図２は、本実施形態のサンプリング器２５が出力するパケットの構成例を示す図である。図示するように、このパケットは、サンプリングにより得られたデータ（Sampled Data）であるサンプリング値と、ヘッダ情報(Header)とを含んでいる。ヘッダ情報は、データの開始位置を示す予め定められた既知の値、図示する例では８個の連続した「１」の直後に有効なサンプリング値が含まれていることを示している。
【００１９】
換言すると、切替サンプリング部２０は、Ｎ個のベースバンド信号のうちいずれかを入力切替信号に応じて選択してサンプリング器２５に入力することで、Ｎ個のベースバンド信号それぞれに対して間引かれたサンプリングである圧縮センシングを行い、Ｎ個のベースバンド信号のサンプリング値を１つのデータ列として出力する。
【００２０】
ここで、切替器２１に入力される入力切替信号は、Ｎ個のベースバンド信号のうちいずれのベースバンド信号を選択するかを示す信号であり、制御部４０から切替器２１に入力される信号である。また、入力切替信号は、サンプリング器２５がベースバンド信号をサンプリングするタイミングに合わせて入力される。すなわち、入力切替信号は、サンプリング器２５のサンプリング周波数に同期して変更される。また、サンプリング器２５のサンプリング周波数などは、制御部４０からサンプリング器２５に入力されるサンプリング制御信号により予め定められる。
【００２１】
図１に戻り、信号処理ブロック３０は、分配器３１と、復元部３４と、信号処理部３７とを備えている。分配器３１は、１つの入力端子と、Ｎ個の出力端子とを有している。このＮ個の出力端子は、切替器２１の入力端子と１対１に対応している。また、分配器３１は、サンプリング器２５からサンプリング値を含むパケットが入力端子から入力され、入力されたパケットに含まれるサンプリング値をＮ個の出力端子のうちいずれかを出力切替信号に応じて選択し、選択した出力端子から出力する。
この出力切替信号は、制御部４０から分配器３１に入力される信号であり、分配器３１に入力されるサンプリング値を元になったＮ個のベースバンド信号ごとに分配できるように、入力切替信号により選択された切替器２１の入力端子に対応する出力端子を選択するための信号である。
すなわち、分配器３１は、出力切替信号に基づいて、Ｎ個のベースバンド信号のサンプリング値を含む１つデータ列から、Ｎ個のベースバンド信号それぞれに対応する間引かれたサンプリング値のデータ列（圧縮センシングデータ列）を生成する。
【００２２】
復元部３４は、Ｎ個の復元器３４１、…、３４Ｎを備える。以下、Ｎ個の復元器３４１、…、３４Ｎのいずれか１つ、或いは全てを示すとき、復元器３４０という。復元器３４０は、分配器３１のＮ個の出力端子のいずれか１つに１対１に対応して接続される。また、復元器３４０は、ベースバンド信号それぞれに対応するＮ個の間引かれたサンプリングデータ列のいずれかが分配器３１から入力され、入力された間引かれたサンプリングデータ列を一般に公知のアルゴリズムに基づいて元のベースバンド信号を復元する。
【００２３】
この際に用いられるアルゴリズムは、例えば、ｌ１ノルム最小化法（l1-minimization 復元アルゴリズム、参考文献１：E. Candes et al., "l1-Magic:Recovery of Sparse Signals via Convex Programming," Octorber, 2005.）や、マッチング追跡法（mathcing pursuit 復元アルゴリズム、参考文献２：J. Tropp et al., "Signal Recovery from Random Measurement via Orthogonal Matching Pursuit," IEEE Transaction on Information Theory, pp.4655-4666, December, 2007.）である。
また、復元器３４０は、制御部４０からサンプリング制御信号が入力され、サンプリング制御信号に含まれるサンプリング周期により、間引かれたサンプリングデータ列においていずれのタイミングのサンプリングデータが間引かれているかを検出する。
【００２４】
信号処理部３７は、Ｎ個の信号処理器３７１、…、３７Ｎを備える。以下、Ｎ個の信号処理器３７１、…、３７Ｎのいずれか１つ、或いは全てを示すとき、信号処理器３７０という。信号処理器３７０は、復元器３４１、…、３４Ｎのそれぞれに１対１に対応して接続され、対応する復元器３４０が出力する復元したベースバンド信号に対して信号処理を行う。例えば、信号処理器３７０は、復元されたベースバンド信号の無線通信方式に対応した復調、復号及び復号したデータに対する処理を行う。また、信号処理器３７０は、復調、復号及び復号したデータに対する処理において得られる通信品質を示す信号を制御部４０に出力する。
ここで、通信品質を示す情報は、例えば、復元されたベースバンド信号それぞれに対する、ＳＮＲ（Singal Noise Ratio；信号雑音比）、ＢＥＲ（Bit Error Ratio；ビット誤り率）、ＡＲＱ（Automatic Repeat reQuest；誤り検出自動再送要求）レート、復調又は復号の有無である。また、無線通信方式とは、例えば、無線ＬＡＮ、携帯電話の通信方式などである。
【００２５】
制御部４０は、信号処理器３７０から入力される通信品質を示す信号に基づいて各ベースバンド信号の重要度を決定し、決定した重要度に応じて単位時間当たりのサンプリング回数の重み付けを行う。例えば、制御部４０は、ＳＮＲが予め定めた第１目標値より低いベースバンド信号に対してＳＮＲを改善するために重要度を上げ、ＢＥＲが予め定めた第２目標値を越えているベースバンド信号に対して重要度を下げる。また、制御部４０は、復号が不要なベースバンド信号、例えば、有効な信号が含まれるか否かを判定したいとき重要度を下げ、更に、復調及び復号が不要なベースバンド信号に対してサンプリング回数が０になるように重要度を下げる。この重要度は、各ベースバンド信号間における相対的な順位付けにより行ってもよい。
【００２６】
また、制御部４０は、信号処理器３７０に割り当てられた通信方式に応じて無線受信部１０がダウンコンバートする対象の周波数帯域を決定し、決定した周波数帯域を示す帯域選択信号を無線受信部１０に出力する。この信号処理器３７０に対する通信方式の割り当ては、外部から入力する構成でもよいし、予め定められていてもよい。
また、制御部４０は、無線受信部１０が出力するベースバンド信号の周波数帯域に応じたサンプリング制御信号をサンプリング器２５と復元器３４０とに出力する。このサンプリング制御信号は、ベースバンド信号の周波数帯域に応じて決定されるサンプリング周波数を表す情報が含まれる。
また、制御部４０は、入力切替信号に応じた出力切替信号を分配器３１に出力して、入力されたサンプリングデータが元になったベースバンド信号ごとに分けられて分配器３１の出力端子から出力される制御を分配器３１に対して行う。
【００２７】
図３は、本実施形態における無線受信部１０の一構成例を示す概略ブロック図である。図示するように、無線受信部１０は、Ｎ個のバンドパスフィルタ１１１〜１１Ｎと、Ｎ個のミキサ１２１〜１２Ｎと、Ｎ個の局部発振器１３１〜１３Ｎと、Ｎ個のローパスフィルタ１４１〜１４Ｎとを備えている。
バンドパスフィルタ１１１は、アンテナから受信した信号のうち予め定められた特定の周波数帯域の信号をミキサ１２１に出力する。局部発振器１３１は、予め定められたベースバンド帯域の中心周波数に応じて定められた周波数を有する発振信号をミキサ１２１に出力する。ミキサ１２１は、バンドパスフィルタ１１１から入力される信号を、局部発振器１３１から入力される発振信号と合成することにより所望のベースバンド帯域へのダウンコンバートを行う。ローパスフィルタ１４１は、ミキサ１２１がダウンコンバートした信号のうち予め定められた周波数以下のベースバンド信号を切替器２１に出力する。
【００２８】
また、バンドパスフィルタ１１２〜１１Ｎは、バンドパスフィルタ１１１と同様に、アンテナから受信した信号のうち予め定められた特定の周波数帯域の信号をミキサ１２２〜１２２Ｎに出力する。局部発振器１３２〜１３Ｎは、予め定められたベースバンド帯域の中心周波数に応じて定められた周波数を有する発振信号をミキサ１２２〜１２Ｎに出力する。ミキサ１２２〜１２Ｎは、バンドパスフィルタ１１２〜１１Ｎから入力される信号を、局部発振器１３２〜１３Ｎから入力される発振信号と合成することにより所望のベースバンド帯域へのダウンコンバートを行う。ローパスフィルタ１４２〜１４Ｎは、ミキサ１２２〜１２Ｎがダウンコンバートした信号のうち予め定められた周波数以下のベースバンド信号を切替器２１に出力する。
【００２９】
切替器２１は、ローパスフィルタ１４１〜１４Ｎから出力されるベースバンド信号のうちいずれかを入力切替信号に応じて選択し、選択したベースバンド信号をサンプリング器２５に出力する。このとき、選択されないベースバンド信号は、切替器２１のＮ個の入力端子それぞれに設けられ一端が入力端子に接続され他端が接地された抵抗２１１〜２１Ｎにおいて熱エネルギーに変換される。
【００３０】
以下、本実施形態における各ベースバンド信号の復調の有無を考慮した重要度の決定手順と、選択パターンの決定手順との例を説明する。
制御部４０は、上述したように、通信品質を示す情報に応じて各ベースバンド信号の重要度を決定する。ここでは、復調及び復号を行う信号と、強度の検出を行う信号との違いにより重要度を定め、定めた重要度に応じて各ベースバンド信号の重み付けを行う場合について説明する。
ここで、復調及び復号の対象となるベースバンド信号の数をＭとし、強度の検出の対象となるベースバンド信号の数をＬとし、復調及び復号の対象となるベースバンド信号と、強度の検出の対象となるベースバンド信号との単位時間当たりのサンプリング回数の比率をαとする。但し、Ｍ及びＮを自然数とし、αは、正の数とする。このとき、復調及び復号の対象となるベースバンド信号の重みは、次式（１）で表される。
【００３１】
【数１】
2011146814.tif 000003
【００３２】
一方、強度の検出の対象となるベースバンド信号の重みは、次式（２）で表される。
【００３３】
【数２】
2011146814.tif 000004
【００３４】
ここで、ｉ番目のベースバンド信号の重みをｗ（ｓｉ）と表記する場合、各ベースバンド信号の重みの総和が次式（３）で表されるように、１となるように正規化する。
【００３５】
【数３】
2011146814.tif 000005
【００３６】
例えば、３つのベースバンド信号１〜３があり、ベースバンド信号１に対して復調及び復号を行い、ベースバンド信号２及びベースバンド信号３に対して強度の検出を行う場合、ベースバンド信号１と、ベースバンド信号２及びベースバンド信号３とのサンプリング回数の比率をα＝２とすると、各ベースバンド信号１〜３の重みは、次のようになる。ベースバンド信号１の重みは、０．５となり、ベースバンド信号２及びベースバンド信号３それぞれの重みは、０．２５となる。
【００３７】
また、異なるベースバンド信号の重み付けとして、ＢＥＲ（ビット誤り率）を用いて重要度を変化させて各ベースバンド信号の重み付けを行う場合を説明する。
ベースバンド信号がＭ個あり、各ベースバンド信号の重みがｗ（ｓｉ）であり、各ベースバンド信号のＢＥＲがｐｅ（ｓｉ）とする。但し、ｉは、１≦ｉ≦Ｍを満たす自然数である。
ｉ番目のベースバンド信号のｐｅ（ｓｉ）が予め定められた基準値より大きい場合、そのベースバンド信号の重みｗ（ｓｉ）を予め設定されている係数β（β≧０）倍する。一方、ｉ番目のベースバンド信号のｐｅ（ｓｉ）が予め定められた基準値より小さい場合、そのベースバンド信号の重みｗ（ｓｉ）を（１／β）倍する。ここで、いずれかのベースバンド信号の重みが変更されたとき、次式（４）を満たすように各ベースバンド信号の重みを全ての信号の重みの総和で正規化する。
【００３８】
【数４】
2011146814.tif 000006
【００３９】
このように、各ベースバンド信号のＢＥＲに応じてベースバンド信号の重要度を変更し重み付けを決定するようにしてもよい。これにより、ＢＥＲに基づいて各ベースバンド信号の重み付けを動的に変更することができる。
なお、ここでは、復調及び復号と、強度の検出とに基づいて重要度を定める例と、ＢＥＲに基づいて重要度を変更する例とを示したが、上述した通信品質を示す情報に基づいて重要度を定め、変更してもよい。
【００４０】
続いて、重要度に基づいたベースバンド信号の選択方法について具体的な例を示して説明する。ここでは、３つのベースバンド信号（信号Ｓ１、信号Ｓ２、信号Ｓ３）が入力され、信号Ｓ１の重要度は、信号Ｓ２及び信号Ｓ３より高く、信号Ｓ２と信号Ｓ３の重要度は同じとする。
【００４１】
図４は、本実施形態の制御部４０が行うベースバンド信号の選択方法の一例を示す図である。
制御部４０は、サンプリング対象のベースバンド信号の数、及びベースバンド信号間の重要度の関係に応じて、上述した一例のように、図４（ａ）に示すように３つのベースバンド信号Ｓ１〜Ｓ３それぞれの選択の重み付けｗ（ｓｉ）（ｉ＝１，２，３）をｗ（ｓ１）＝０．５，ｗ（ｓ２）＝０．２５，ｗ（ｓ３）＝０．２５と決定する。
また、各ベースバンド信号の重み付けの決定は、例えば、サンプリング対象の数、及び重要度の関係に対応付けられた割合が予め記憶されたテーブルなどを用いて行ってもよい。
【００４２】
そして、制御部４０は、０から１．０までの間の乱数を発生させて、得られた乱数に応じてベースバンド信号Ｓ１〜Ｓ３のいずれかを選択する。また、制御部４０は、選択したベースバンド信号をサンプリング器２５に入力するための入力切替信号を生成し、生成した入力切替信号を切替器２１に出力する。この動作は、例えば、次式（５）により表されるアルゴリズムを用いて行い、ベースバンド信号Ｓ１〜Ｓ３を選択する選択パターンを決定する。
【００４３】
【数５】
2011146814.tif 000007
【００４４】
例えば、図４（ｂ）に示すように、「０．３１４，０．５１７，０．１２８，０．７８９，０．９１２，…」、と乱数が得られた場合、制御部４０は、信号Ｓ１、信号Ｓ２、信号Ｓ１、信号Ｓ３、信号Ｓ３を選択する。そして、切替器２１は、選択されたベースバンド信号をサンプリング器２５に出力することで、重要度に応じたサンプリングが行われる。すなわち、制御部４０は、各ベースバンド信号の重要度に応じて各ベースバンド信号の選択パターンを決定する。
【００４５】
次に、図５及び図６を参照して、本実施形態における受信システム１００で行われる切替器２１とサンプリング器２５とを用いて行う圧縮センシングと、圧縮センシングで得られた間引かれたサンプリングデータ列から元のベースバンド信号に復元する処理とを具体例を用いて説明する。以下、切替器２１に入力されるベースバンド信号が、信号Ｓ１１、信号Ｓ１２、信号Ｓ１３の３つの場合について説明する。
【００４６】
図５は、本実施形態における切替サンプリング部２０の処理の例を示す模式図である。信号Ｓ１１〜Ｓ１３は、無線受信部１０から出力されるベースバンド信号（アナログ信号）である。図５は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ１８における切替サンプリング部２０の処理を示している。
図示するように、信号Ｓ１１〜Ｓ１３は、それぞれが切替器２１の異なる入力端子に入力され、上述したように、入力切替信号は、制御部４０が各信号の重要度に応じて決定する。切替器２１は、時刻Ｔ２，Ｔ５，Ｔ８、Ｔ１２，Ｔ１５において信号Ｓ１１を選択してサンプリング器２５に出力し、時刻Ｔ３、Ｔ７、Ｔ１０、Ｔ１３、Ｔ１４において信号Ｓ１２を選択してサンプリング器２５に出力し、時刻Ｔ１，Ｔ６、Ｔ９、Ｔ１１，Ｔ１７において信号Ｓ１３を選択してサンプリング器２５に出力する。
【００４７】
サンプリング器２５は、上述のように切替器２１から入力された信号Ｓ１１〜Ｓ１３をサンプリングし、サンプリングデータである信号Ｓ２０を出力する。すなわち、切替サンプリング部２０は、切替器２１が信号Ｓ１１〜Ｓ１３を選択した順序に応じて各信号のサンプリングデータが混在した１つのデータ列である信号Ｓ２０を出力する。換言すれば、信号２０は、信号Ｓ１１〜Ｓ１３を間引いてサンプリングした３つのデータ列を時間軸上で合成したものである。
【００４８】
図６は、本実施形態における分配器３１及び復元部３４の処理の例を示す模式図である。分配器３１は、サンプリング器２５からサンプリングデータ列である信号Ｓ２０が入力され、出力切替信号に応じて入力された信号Ｓ２０を分配して３つの間引かれたサンプリングデータ列である信号Ｓ２１〜Ｓ２３（Compressed Data；圧縮サンプリングデータ）を復元部３４（復元器３４１〜３４３）に出力する。
なお、このときの出力切替信号は、図５において切替器２１に信号Ｓ１１〜Ｓ１３を選択させた入力切替信号に対応する信号であり、サンプリングデータ列の信号Ｓ２０に含まれるサンプリング値をサンプリング対象の信号Ｓ１１〜Ｓ１３ごとに分配させる信号である。
【００４９】
図示するように、分配器３１が出力する信号Ｓ２１は、信号Ｓ１１を間引きサンプリングして得られた間引きサンプリングデータ列である。また、信号Ｓ２２、Ｓ２３は、信号Ｓ２１と同様に、信号Ｓ１２、Ｓ１３を間引きサンプリングして得られた間引きサンプリングデータ列である。なお、間引きサンプリングとは、切替器２１により重要度に応じた選択パターンでサンプリングすることをいう。
【００５０】
復元器３４１は、切替サンプリング部２０から信号Ｓ２１が入力され、入力された信号Ｓ２１に対して所定のアルゴリズムを用いて間引きサンプリングの対象となった信号Ｓ１１を復元した信号Ｓ１１’（アナログ信号）を出力する。復元器３４２、３４３は、復元器３４１と同様に、入力された信号Ｓ２２、Ｓ２３に対して所定のアルゴリズムを用いて信号Ｓ１２、Ｓ１３を復元した信号Ｓ１２’、Ｓ１３’を出力する。ここで、所定のアルゴリズムは、参考文献１及び参考文献２に記載されたアルゴリズムである。
【００５１】
上述の構成により、同実施形態の受信システム１００は、切替器２１が無線受信部１０から出力される複数のベースバンド信号のうちいずれか１つを選択してサンプリング器２５に入力するようにした。これにより、複数のサンプリング器を設けずとも、１つのサンプリング器２５を用いて複数のベースバンド信号をサンプリングすることができる。
また、制御部４０がベースバンド信号の受信品質などに応じて重要度を定め、重要度とサンプリング対象の信号の数とに応じて複数のベースバンド信号の単位時間あたりのサンプリング回数であるサンプリング比率を決定するようにした。これにより、データの重要度に応じてサンプリングデータの間引く頻度を決定することができ、重要度の高いベースバンド信号がサンプリングされる頻度を高くし、重要度の低いベースバンド信号がサンプリングされる頻度を低くすることができる。すなわち、ベースバンド信号の重要度に応じて、ベースバンド信号に対する圧縮センシングにおける圧縮率を変更することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の受信システム１００ａの構成を示す概略ブロック図である。図示するように、受信システム１００ａは、無線受信部１０と、検波器１５と、切替サンプリング部２０と、信号処理ブロック３０と、制御部４０ａとを備えている。本実施形態の受信システム１００ａは、第１実施形態の受信システム１００に加えて、検波器１５を加えた点が異なる。なお、本実施形態において、第１実施形態と同じ構成については、該当箇所に同じ符号（１０、２０、２１、２５、３０、３１、３４、３７、３４１〜３４Ｎ、３７１〜３７Ｎ）を付して、その説明を省略する。
【００５３】
検波器１５は、無線受信部１０が出力するＮ個のベースバンド信号それぞれの受信電力値を測定し、ベースバンド信号それぞれの受信電力値を制御部４０ａに出力する。
制御部４０ａは、第１実施形態の制御部４０が信号処理器３７０から入力される通信品質を示す信号に基づいて各ベースバンド信号の重要度を決定することに替えて、検波器１５から入力される受信電力値に応じて各ベースバンド信号の重要度を決定する。
例えば、制御部４０ａは、ベースバンド信号の受信電力値が予め決めた基準値より低い場合、当該ベースバンド信号の重要度を高くして、サンプリング回数を増加させる。これにより、受信電力値の低いベースバンド信号の受信品質の低下を防ぐことができる。なお、制御部４０ａが行う重み付けについては、第１実施形態の制御部４０と同様に行う。
【００５４】
［第３実施形態］
図８は、第３実施形態の受信システム５００の構成を示した概略ブロック図である。受信システム５００は、第１実施形態の受信システム１００をリモート局装置５１と、中央局装置５２との２つに分割するとともに、分割したそれぞれを有線の伝送路５３を介して接続した構成である。
【００５５】
リモート局装置５１は、無線受信部１０と、切替サンプリング部２０と、リモート局制御部４１とを備えている。切替サンプリング部２０は、切替器２１と、サンプリング器２５とを有している。中央局装置５２は、信号処理ブロック３０と、中央局制御部４２とを備えている。信号処理ブロック３０は、分配器３１と、復元部３４と、信号処理部３７とを有している。なお、本実施形態において、第１実施形態と同じ構成に対して同じ符号（１０、２１、２５、３１、３４、３７、３４１〜３４Ｎ、３７１〜３７Ｎ）を付してその説明を省略する。
【００５６】
リモート局制御部４１は、中央局制御部４２から伝送路５３を介して入力されるリモート局制御信号を受信し、リモート局制御信号に含まれる帯域選択信号、入力切替信号、及びサンプリング制御信号を、無線受信部１０、切替器２１、及びサンプリング器２５に出力する。
中央局制御部４２は、入力切替信号及びサンプリング制御信号を切替器２１及びサンプリング器２５に直接出力せずに、入力切替信号及びサンプリング制御信号を含むリモート局制御信号を伝送路５３を介してリモート局装置５１に送信する。また、中央局制御部４２は、リモート局装置５１にリモート局制御信号を送信する点が第１実施形態の制御部４０と異なる以外、制御部４０と同じ構成を有している。
【００５７】
以上のように構成された、受信システム５００において、リモート局装置５１は、切替サンプリング部２０が複数のベースバンド信号それぞれに対して間引かれたサンプリングを行い、Ｎ個のベースバンド信号のサンプリング値を含む１つのデータ列を中央局装置５２に伝送する。また、中央局装置５２は、分配器３１がリモート局装置５１から受信した１つのデータ列からＮ個のベースバンド信号それぞれに対応する間引かれたサンプリング値のデータ列を生成し、復元器３４０が間引かれたサンプリング値のデータ列から所定のアルゴリズム（ｌ１minimaizationや、matching persuit）を用いて元の複数のベースバンド信号を復元する。これにより、伝送するサンプリング値のデータ量を削減しつつ、Ｎ個のベースバンド信号を直接伝送する場合に比べ少ない帯域幅で伝送することができる。そして、伝送路５３に十分な帯域幅がない場合においても、Ｎ個のベースバンド信号を伝送することができる。
【００５８】
また、受信システム５００では、ベースバンド信号それぞれの重要度に応じてサンプリングする頻度（サンプリング比率）を変化させるようにしている。これにより、重要度の高いベースバンド信号のサンプリング値を増やし、重要度の低いベースバンド信号のサンプリング値を減らすことができ、伝送路５３の帯域幅が限られている場合であっても、重要度の高いベースバンド信号の信号品質の低下を抑制した伝送を行うことができる。
【００５９】
また、複数のベースバンド信号を切替器２１により選択し、選択したベースバンド信号をサンプリングして、サンプリングにより得られたサンプリング値を元のアナログ信号ごとに間引かれたサンプリング値のデータ列として扱うことで、１つのサンプリング器を用いて複数のベースバンド信号のサンプリングを行うことができる。これにより、複数のベースバンド信号ごとにサンプリング器を設ける必要がなくなり、装置を小型化できるとともに、製造コストを削減することができる。
【００６０】
なお、上述の各実施形態において、制御部４０は、乱数を用いて重要度に応じたベースバンド信号の選択を行う構成を示したが、これに限らず、ベースバンド信号の数、及び各ベースバンド信号の重要度の関係に対応付けられたベースバンド信号の選択パターンを記憶するテーブルをリモート局装置５１及び中央局装置５２それぞれに設けるようにしてもよい。このとき、リモート局制御部４１及び中央局制御部４２は、当該テーブルから同じ選択パターンを読み出し、読み出した選択パターンに基づいて切替器２１及び分配器３１を切り替える。これにより、通信状態に応じて重要度を変更せずともテーブルから読み出す選択パターンを変更することで対応することができる。例えば、切替器２１が重要度の低いベースバンド信号を選択しないようにして、当該ベースバンド信号をサンプリングの対象外とするなどの変更を行う。
【００６１】
また、上述の各実施形態において、重要度を決定する指標としてベースバンド信号に含まれる信号の許容遅延を用いてもよい。この場合、許容遅延の小さい信号処理、例えば、ＶｏＩＰなどの処理に対しては重要度を高くし、許容遅延の大きい信号処理、例えば、ファイル転送などの信号処理に対しては重要度を低くする。これにより、許容遅延に応じたベースバンド信号に対する信号処理を行うことができる。
【００６２】
また、上記の各実施形態において、無線受信部１０が受信する無線信号の周波数帯域ごとに予め定められた重要度に応じて、周波数帯域ごとに対応するベースバンド信号のサンプリング比率を定めるようにしてもよい。
また、上述の各実施形態において、１回のＡ／Ｄ変換ごとに切替器２１及び分配器３１の選択を切り替えるようにしたが、これに限らず、例えば、２回ごと、或いは３回ごとなどとしてもよい。
【００６３】
また、上述の実施形態において、分配器３１が有する出力端子、復元器３４０、及び信号処理器３７０それぞれの個数と、切替器２１に入力されるベースバンド信号の数とをＮ個として説明したが、これに限らず、ベースバンド信号の数が多くてもよい。その場合、制御部４０は、複数のベースバンド信号のうち復元器及び信号処理器を割り当てないベースバンド信号を決定し、切替器２１が、当該ベースバンド信号を選択しないように制御する。
【００６４】
また、第３実施形態のリモート局装置５１において、無線受信部１０の出力するベースバンド信号の周波数帯域、当該ベースバンド信号に応じたサンプリング周波数、入力切替信号を設定し、リモート局制御部４１は、伝送対象となるベースバンド信号の周波数帯域、サンプリング周波数、及び入力切替信号を表す信号を中央局装置５２の中央局制御部４２に伝送路５３を介して送信する。この場合、リモート局装置５１は、外部からベースバンドの周波数帯域、サンプリング周波数、及び入力切替信号を入力する入力手段を設け、入力されたこれらの情報を用いるようにする。これにより、リモート局装置５１が設置された状況、例えば、信号の受信状況などに応じたベースバンド信号の重み付けをリモート局装置５１において行うことができる。
【００６５】
また、第３実施形態において、リモート局装置５１が１つの場合を示して説明したが、これに限らず、中央局装置５２に対して複数のリモート局装置５１を接続してもよい。この場合、中央局装置５２には、接続するリモート局装置５１ごとに対応する分配器３１、復号部３４、及び信号処理部３７が設けられ、各リモート局装置５１から送信されるサンプリング値を含むパケットを処理する。
また、第３実施形態において、第２実施形態と同様に、検波器１５を設けてベースバンド信号の受信電力に応じて重要度を変更するようにしてもよい。この場合、リモート局制御部４１が、重要度を変更して中央局制御部４２に通知するか、或いは、重要度の変更を要求する情報を中央局制御部４２に送信する。これにより、受信電力値に応じて重要度を変更することができ、受信する無線信号の強さに基づいた伝送を行うことができる。
【００６６】
なお、本発明に記載の処理対象信号は、上記の実施形態のベースバンド信号に対応する。
【００６７】
上述の信号処理ブロック３０は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、上述した分配器３１、復元部３４、及び信号処理部３７の処理は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われることになる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本願発明は、複数のアナログ信号をデジタル化し、デジタル化した信号を伝送路を介して伝送する場合にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１００、１００ａ、５００…受信システム
１０…無線受信部
２０…切替サンプリング部
２１…切替器
２５…サンプリング器
３０…信号処理ブロック
３１…分配器
３４…復元部
３７…信号処理部
４０、４０ａ…制御部
４１…リモート局制御部
４２…中央局制御部
５１…リモート局装置
５２…中央局装置
５３…伝送路
１１１、１１２、１１Ｎ…バンドパスフィルタ
１２１、１２２、１２Ｎ…ミキサ
１３１、１３２、１３Ｎ…局部発振器
１４１、１４２、１４Ｎ…ローパスフィルタ
２１１、２１２、２１Ｎ…抵抗
３４０、３４１、３４２、３４Ｎ…復元器
３７０、３７１、３７２、３７Ｎ…信号処理器
【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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【図７】
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【図８】
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