(57)【要約】【課題】  信号を識別するための特徴量を事前に選定する必要なく、類似した周波数変調信号を識別すること。【解決手段】  実施形態によれば、信号諸元判定装置は、入力された信号を複数の変換部へ提供する分配部と、分配部によって提供された信号を、予め設定された関数を用いてそれぞれ変換する複数の変換部と、複数の変換部によって変換された各信号を、それぞれ画像データへ変換する画像変換部と、画像変換部によって変換された各画像データを、予め決定された信号諸元に紐付けられたクラスに分類し、分類されたクラスに応じて、信号の信号諸元を判定する分類部とを備え、複数の変換部には、入力された信号を変換するための関数がそれぞれ設定され、複数の変換部のうち、少なくとも２つの変換部に設定された関数は、非線形関数である。【選択図】図１
2019165320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号の信号諸元を判定するための信号諸元判定装置であって、
前記信号を複数の変換部へ提供する分配部と、
前記分配部によって提供された前記信号を、予め設定された関数を用いてそれぞれ変換する前記複数の変換部と、
前記複数の変換部によって変換された各信号を、それぞれ画像データへ変換する画像変換部と、
前記画像変換部によって変換された各画像データを、予め決定された信号諸元に紐付けられたクラスに分類し、分類されたクラスに応じて、前記信号の信号諸元を判定する分類部とを備え、
前記複数の変換部には、前記入力された信号を変換するための関数がそれぞれ設定され、前記複数の変換部のうち、少なくとも２つの変換部に設定された関数は、非線形関数である、信号諸元判定装置。
【請求項２】
前記複数の変換部に設定された関数は、異なる逓倍数のべき関数である、請求項１に記載の信号諸元判定装置。
【請求項３】
前記分類部は、ニューラルネットワークを用いて、前記各画像データを、前記クラスに分類する、請求項１または２に記載の信号諸元判定装置。
【請求項４】
入力された信号の信号諸元を判定するための方法であって、
前記信号を、複数の予め設定された関数のおのおのを用いて、それぞれ変換し、
前記変換された各信号を、それぞれ画像データへ変換し、
前記変換された各画像データを、予め決定された信号諸元に紐付けられたクラスに分類し、分類されたクラスに応じて、前記信号の信号諸元を判定し、
前記複数の予め設定された関数のうち、少なくとも２つの関数は、非線形関数である、信号諸元判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、無線通信信号の信号諸元を判定するための信号諸元判定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線通信信号を受信し、受信した信号の信号諸元を判定する信号諸元判定装置が用いられている。
【０００３】
この種の信号諸元判定装置では、スペクトラムの形状や、ピークの有無、振幅の分散や信号帯域幅等の特徴量から信号を識別する決定論的手法を用いて、信号諸元が判定されている。
【０００４】
また、最近では、サポートベクターマシンやニューラルネットワーク等の機械学習手法を用いて、信号諸元を判定することもなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８６１７１号公報
【特許文献２】特許第４７６８７９０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の信号諸元判定装置では、以下のような問題がある。
【０００７】
すなわち、決定論的手法を用いる手法では、スペクトラムの形状から信号を識別する場合、変調多値数の異なる位相変調信号、変調指数の小さい周波数変調信号、および周波数シフト幅の近接した周波数変調信号を識別することが困難であるという問題がある。
【０００８】
また、機械学習手法を用いる手法では、信号を識別するために複数の特徴量を事前に選定する必要があり、適切な特徴量を選定しないと、高い精度で信号を識別することが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、信号を識別するための特徴量を事前に選定する必要なく、変調多値数の異なる位相変調信号、変調指数の小さい周波数変調信号、および周波数シフト幅の類似した周波数変調信号をも識別することができる信号諸元判定装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施形態の信号諸元判定装置は、入力された信号を複数の変換部へ提供する分配部と、分配部によって提供された信号を、予め設定された関数を用いてそれぞれ変換する複数の変換部と、複数の変換部によって変換された各信号を、それぞれ画像データへ変換する画像変換部と、画像変換部によって変換された各画像データを、予め決定された信号諸元に紐付けられたクラスに分類し、分類されたクラスに応じて、信号の信号諸元を判定する分類部とを備え、複数の変換部には、入力された信号を変換するための関数がそれぞれ設定され、複数の変換部のうち、少なくとも２つの変換部に設定された関数は、非線形関数である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置の構成例を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置の動作例を示すフローチャートである。
【図３Ａ】ＢＰＳＫ信号のスペクトログラム（変換無し）の一例を示す図である。
【図３Ｂ】ＱＰＳＫ信号のスペクトログラム（変換無し）の一例を示す図である。
【図４Ａ】ＢＰＳＫ信号のスペクトログラム（２逓信倍）の一例を示す図である。
【図４Ｂ】ＱＰＳＫ信号のスペクトログラム（２逓信倍）の一例を示す図である。
【図５Ａ】ＢＰＳＫ信号のスペクトログラム（４逓信倍）の一例を示す図である。
【図５Ｂ】ＱＰＳＫ信号のスペクトログラム（４逓信倍）の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置の構成例を示す概念図である。
【００１４】
すなわち、信号諸元判定装置１０は、非線形処理部１００、画像生成部２００、およびクラス分類部３００を備えてなる。
【００１５】
非線形処理部１００は、信号分配部１１０と、複数の変換部１２０とを備えている。
【００１６】
信号分配部１１０は、例えば図示しない受信機から出力されたデジタル無線通信信号ｒ（ｔ）を受信し、受信したデジタル無線通信信号ｒ（ｔ）を複数の変換部１２０へ提供する。なお、図１では一例として、４つの変換部１２０（＃１〜＃４）を図示しているが、変換部１２０の数は４つに限定されるものではなく、信号諸元判定装置１０によって判定される信号諸元の数や種類に応じて、任意の複数の変換部１２０を設けて良い。
【００１７】
変換部１２０（＃１〜＃４）にはそれぞれ、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）を変換するための関数が設定されており、変換部１２０（＃１〜＃４）のうちの複数には、非線形関数が設定されている。
【００１８】
各変換部１２０（＃１〜＃４）はそれぞれ、設定された関数（ｆ１（ｘ）、ｆ２（ｘ）、ｆ３（ｘ）、ｆ４（ｘ））を用いて、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）を変換し、変換結果であるデジタル信号（ｆ１（ｒ（ｔ））、ｆ２（ｒ（ｔ））、ｆ３（ｒ（ｔ））、ｆ４（ｒ（ｔ）））を、画像生成部２００へ出力する。
【００１９】
このように、非線形処理部１００は、入力したデジタル無線通信信号ｒ（ｔ）を、異なる複数の非線形関数を含む関数で変換することによって、それぞれ異なる特徴を強調する。
【００２０】
画像生成部２００は、各変換部１２０（＃１〜＃４）から出力された各デジタル信号を画像データへ変換するために、変換部１２０に１対１に設けられた画像変換部２１０を備えている。すなわち、図１の例では、４つの変換部１２０（＃１〜＃４）が存在するので、画像生成部２００は、それに対応して４つの画像変換部２１０（＃１〜＃４）を備えている。
【００２１】
各画像変換部２１０（＃１〜＃４）は、対応する変換部１２０（＃１〜＃４）から出力されたデジタル信号を受信し、受信したデジタル信号を用いて、画像データを生成し、クラス分類部３００へ出力する。例えば、画像変換部２１０（＃１）は、変換部１２０（＃１）から出力されたデジタル信号を受信し、受信したデジタル信号を用いて、画像データ１を生成し、クラス分類部３００へ出力する。
【００２２】
クラス分類部３００は、各画像変換部２１０（＃１〜＃４）から出力された、それぞれ特徴が強調された複数の画像データ１〜４をクラスに分類する。各クラスは、予め決定された信号諸元に紐付けられている。従って、クラス分類部３００ではさらに、分類したクラスに応じて、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）の信号諸元を判定する。
【００２３】
次に、以上のように構成した本発明の実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置１０の動作を図２に示すフローチャートに従って、具体例を用いながら説明する。
【００２４】
例えば図示しない受信機から、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）が出力されると、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）は、信号諸元判定装置１０の非線形処理部１００の信号分配部１１０によって、各変換部１２０へ提供される（Ｓ１）。なお、図１では一例として、４つの変換部１２０（＃１〜＃４）が図示されているが、変換部１２０の数は４つに限定されるものではなく、信号諸元判定装置１０によって判定される信号諸元の数や種類に応じて、任意の複数の変換部１２０を設けて良い。
【００２５】
ここでは、変換部１２０（＃１〜＃４）において適用される関数の一例として、逓倍数の異なるべき関数を用いる場合を例に説明する。逓倍数をそれぞれ１、２、４、８とすると、各変換部１２０（＃１〜＃４）において設定される関数（ｆ１（ｘ）、ｆ２（ｘ）、ｆ３（ｘ）、ｆ４（ｘ））は、それぞれ以下の通りとなる。
【００２６】
ｆ１（ｘ）＝ｘ
ｆ２（ｘ）＝ｘ２
ｆ３（ｘ）＝ｘ４
ｆ４（ｘ）＝ｘ８
これらのうち、ｆ１（ｘ）は線形関数であるが、ｆ２（ｘ）、ｆ３（ｘ）、およびｆ４（ｘ）は、非線形関数である。したがって、変換部１２０（＃１〜＃４）のうちの複数には、非線形関数が設定されている。
【００２７】
各変換部１２０（＃１〜＃４）ではそれぞれ、設定された関数（ｆ１（ｘ）、ｆ２（ｘ）、ｆ３（ｘ）、ｆ４（ｘ））を用いて、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）が変換され、変換結果であるデジタル信号（ｆ１（ｒ（ｔ））、ｆ２（ｒ（ｔ））、ｆ３（ｒ（ｔ））、ｆ４（ｒ（ｔ）））が、画像生成部２００へ出力される（Ｓ２）。
【００２８】
位相変調信号は、変調多値数と逓倍数が一致する場合、中心周波数と通信速度の周波数でスペクトラムにピークが生じる特徴がある。従って、各変換部１２０（＃１〜＃４）から出力されるデジタル信号には、変調多値数に応じて異なる特徴が生じるようになる。
【００２９】
また、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）のスペクトラムからは、変調指数の小さい周波数変調信号の変調方式の判定や、周波数シフト量の差が小さい周波数変調信号の分類も困難であるが、各変換部１２０（＃１〜＃４）において、逓倍数の異なるべき関数を用いてデジタル無線通信信号ｒ（ｔ）を変換することによって、各関数から出力されるデジタル信号の周波数シフト量が異なるようになるので、周波数変調信号の分類はより容易になる。
【００３０】
なお、べき関数を用いる場合、逓倍数は、１、２、４、８に限定されるものではなく、他の逓倍数を用いても構わない。
【００３１】
各変換部１２０（＃１〜＃４）から出力されたデジタル信号は、画像生成部２００において、それぞれ対応する画像変換部２１０（＃１〜＃４）へ入力され、画像変換部２１０（＃１〜＃４）では、デジタル信号を用いて、画像データが生成される（Ｓ３）。
【００３２】
ここでは、画像変換部２１０（＃１〜＃４）において、画像データとしてスペクトログラムが生成される場合を例に説明する。
【００３３】
スペクトログラムは、入力する信号の時間をシフトしながらフーリエ変換を複数回適用し、スペクトラムの時間変化を２次元画像化したものである。
【００３４】
ここで、デジタル信号に対するフーリエ変換は一般的にサンプル数を２のべき乗に設定し、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が用いられるが、２のべき乗以外のサンプル数に対して０埋めを行い、２のべき乗数にサンプル数を合わせてＦＦＴを適用しても構わないし、直接ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）で処理をしても構わない。
【００３５】
なお、フーリエ変換をする際に入力信号に窓関数が適用される場合があるが、本発明におけるフーリエ変換は窓関数の種類に限定されず、いかなる窓関数を適用しても構わない。
【００３６】
また、スペクトログラムを生成する際にデジタル信号の時間がオーバーラップするようにフーリエ変換を適用する場合があるが、オーバーラップする量は限定されず、いかなるオーバーラップ量を設定しても構わない。
【００３７】
このようにして各画像変換部２１０（＃１〜＃４）によって生成された画像データであるスペクトログラムは、クラス分類部３００へ出力される（Ｓ４）。
【００３８】
図３Ａおよび図３Ｂは、画像変換部２１０（＃１）によって生成されたＢＰＳＫ信号およびＱＰＳＫ信号のスペクトログラムの一例を示す。また、図４Ａおよび図４Ｂは、画像変換部２１０（＃２）によって生成されたＢＰＳＫ信号およびＱＰＳＫ信号のスペクトログラムの一例を示す。さらに、図５Ａおよび図５Ｂは、画像変換部２１０（＃３）によって生成されたＢＰＳＫ信号およびＱＰＳＫ信号のスペクトログラムの一例を示す。
【００３９】
前述したように、位相変調信号は、変調多値数と逓倍数が一致する場合、中心周波数と通信速度の周波数でスペクトラムにピークが生じる特徴がある。従って、各画像変換部２１０から出力される画像データには、変調多値数に応じて異なる特徴が生じるようになる。
【００４０】
また、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）のスペクトラムからは、変調指数の小さい周波数変調信号の変調方式の判定や、周波数シフト量の差が小さい周波数変調信号の分類も困難であるが、各変換部１２０（＃１〜＃４）において、逓倍数の異なるべき関数を用いてデジタル無線通信信号ｒ（ｔ）を変換することによって、各関数から出力される信号の周波数シフト量が異なるようになるため、各画像変換部２１０から出力される画像データには、各画像毎に異なる特徴が生じるようになる。
【００４１】
例えば、変換されていないスペクトログラムの一例を示す図３Ａおよび図３Ｂや、４逓倍されたスペクトログラムの一例を示す図５Ａと図５Ｂの場合、２つの変調方式（ＢＰＳＫとＱＰＳＫ）の区別をすることが困難である。しかしながら、２逓倍されたスペクトログラムの一例を示す図４Ａと図４Ｂでは、２つの変調方式（ＢＰＳＫとＱＰＳＫ）で差が生じており、これら結果から、２つの変調方式を区別することが可能となる。
【００４２】
このように、複数の異なる非線形関数を含む関数で、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）を変換することにより、それぞれ異なる特徴を強調することが可能となる。
【００４３】
クラス分類部３００では、このように、それぞれ特徴が強調された画像データが、クラス分類される（Ｓ５）。各クラスは、予め決定された信号諸元に紐付けられている。従って、クラス分類部３００ではさらに、分類されたクラスに応じて、デジタル無線通信信号ｒ（ｔ）の信号諸元が判定される（Ｓ６）。
【００４４】
ここでは、クラス分類のために、ニューラルネットワークを用いた例について説明する。ニューラルネットワークを用いたクラス分類としては、ＣＮＮ（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を用いたＤＮＮ（Ｄｅｅｐ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等、様々な手法が提案されているが、クラス分類部３００では、複数の画像データのクラス分類が可能な方式であればいかなる手法を用いても構わない。また、複数の画像データを取り扱うために、マルチチャネルのニューラルネットワークを適用しても構わないし、複数の画像データをカスケードに結合し、１つの画像データとしてニューラルネットワークで処理しても構わない。
【００４５】
なお、クラス分類するデジタル無線通信信号ｒ（ｔ）の変調諸元は、ＡＭ変調やＦＭ変調等のアナログ変調やＰＳＫ変調やＦＳＫ変調等のデジタル変調、モールス信号のＯＯＫ変調等の変調方式、変調度、変調指数、変調多値数、通信速度、周波数シフト量、マルチキャリア数、シンボル系列、及びビットパタン等であり、識別したい諸元に応じて任意に設定可能である。
【００４６】
以上説明したように、本発明の実施形態の信号諸元判定方法が適用された信号諸元判定装置１０によれば、デジタル無線通信信号を、複数の異なる非線形関数で変換した後、画像データを生成し、ニューラルネットワークでクラス分類を行うことによって、信号諸元の判定に有効な特徴量を事前に選定する必要なく、高精度な信号諸元判定を実現することが可能となる。これによって、例えば、従来識別が困難な多値数の異なる位相変調信号、変調指数の小さい周波数変調信号、および周波数シフト量の類似した周波数変調信号の識別も可能となる。
【００４７】
なお、上記では、一例として、変換部１２０にべき関数を適用した例について説明したが、本実施形態では、変換部１２０に適用される関数は、べき関数に限定されず、識別する信号の種類や数に応じて、指数関数、ｓｉｇｍｏｉｄ関数、対数関数、絶対値関数等、任意の非線形関数を利用することが可能である。
【００４８】
また、上記では、画像変換部２１０によって生成される画像データとして、スペクトログラムとした例について説明したが、本実施形態では、画像データは、スペクトログラムに限定されず、スペクトログラムの振幅のみを用いても構わないし、スペクトログラムの振幅を対数変換したデータを用いても構わないし、入力する信号の時間をシフトしながらウェーブレット変換を複数回適用して２次元画像を生成しても構わない。
【００４９】
その他、画像データとして２次元画像ではなく、変換部１２０で変換された信号をフーリエ変換して得られるスペクトラムをデータとして用いても構わない。
【００５０】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００５１】
１０・・信号諸元判定装置、１００・・非線形処理部、１１０・・信号分配部、１２０・・変換部、２００・・画像生成部、２１０・・画像変換部、３００・・クラス分類部。
【図１】
2019165320.tif 000003
【図２】
2019165320.tif 000004
【図３Ａ】
2019165320.tif 000005
【図３Ｂ】
2019165320.tif 000006
【図４Ａ】
2019165320.tif 000007
【図４Ｂ】
2019165320.tif 000008
【図５Ａ】
2019165320.tif 000009
【図５Ｂ】
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