(57)【要約】【課題】受信側または送信側の装置が高速に移動している場合であっても正しく変調方式を推定することができる変調方式推定装置を得ること。【解決手段】本発明にかかる変調方式推定装置は、他の無線機が送信した信号の変調方式を推定する変調方式推定装置であって、たとえば、受信信号の搬送波周波数を逐次推定する周波数偏差・伝送レート推定部（１３）と、周波数偏差・伝送レート推定部（１３）にて推定された搬送波周波数に基づいて受信信号の周波数偏差を補正する周波数偏差補正部（１２）と、周波数偏差・伝送レート推定部（１３）にて推定された搬送波周波数および周波数偏差補正後の受信信号に基づいて変調方式を推定する変調方式推定部（１４）と、を備える構成とした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の無線機が送信した信号の変調方式を推定する変調方式推定装置であって、
受信信号の搬送波周波数を逐次推定する搬送波周波数推定手段と、
前記搬送波周波数推定手段にて推定された搬送波周波数に基づいて、受信信号の周波数偏差を補正する周波数偏差補正手段と、
前記搬送波周波数推定手段にて推定された搬送波周波数および周波数偏差補正後の受信信号に基づいて、受信信号の変調方式を推定する変調方式推定手段と、
を備えることを特徴とする変調方式推定装置。
【請求項２】
前記搬送波周波数推定手段は、
受信信号を周波数領域の情報に変換する周波数領域変換手段と、
前記周波数領域変換手段が出力する周波数領域の情報を周波数および時間で平均化する平均化手段と、
前記平均化処理手段が出力する平均化結果に基づいて、受信信号の信号帯域を特定するためのしきい値を計算するしきい値計算手段と、
前記しきい値計算手段が出力するしきい値に基づいて搬送波周波数を計算する搬送波周波数計算手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の変調方式推定装置。
【請求項３】
前記変調方式推定手段は、
周波数偏差補正後の受信信号の電力変動量を計算する電力変動量計算手段と、
前記搬送波周波数推定手段にて推定された搬送波周波数に基づいて、周波数偏差補正後の受信信号の位相変動量を計算する位相変動量計算手段と、
前記電力変動量計算手段にて計算された電力変動量および前記位相変動量計算手段にて計算された位相変動量に基づいて変調方式を判定する変調方式判定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の変調方式推定装置。
【請求項４】
前記電力変動量計算手段では、受信信号を適当な時間間隔で分割し、さらに、分割後の各受信信号の範囲内で電力の最大値と最小値とを計算し、得られた最大値と最小値のそれぞれの平均の比を電力変動量として出力することを特徴とする請求項３に記載の変調方式推定装置。
【請求項５】
前記位相変動量計算手段では、
まず、所定の第１の時間範囲（＞シンボル長）において受信信号の電力が最大となる点を第１の基準点とし、当該第１の基準点における受信信号と当該第１の基準点から１シンボル長だけ離れた点における受信信号との位相偏差を計算し、その位相偏差の２乗を計算する第１の位相偏差計算処理を行い、
つぎに、前記第１の基準点から１シンボル長だけ離れた点の前後の所定の第２の時間範囲（＜シンボル長）において受信信号の電力が最大となる点を第２の基準点とし、当該第２の基準点における受信信号と当該第２の基準点から１シンボル長だけ離れた点における受信信号との位相偏差を計算し、その位相偏差の２乗を計算する第２の位相偏差計算処理を行い、
以降、受信信号に対して前記第２の位相偏差計算処理と同様の処理を繰り返し実行し、それぞれの位相偏差計算処理により得られた位相偏差の２乗の平均値を位相変動量とすることを特徴とする請求項３または４に記載の変調方式推定装置。
【請求項６】
さらに、
前記他の無線機から自装置までの通信路状況に基づいて、前記変調方式推定手段の内部パラメータを適切な値に調整するパラメータ制御手段、
を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の変調方式推定装置。
【請求項７】
前記パラメータ制御手段は、
さらに、前記通信路状況に基づいて前記搬送波周波数推定手段の内部パラメータを適切な値に調整することを特徴とする請求項６に記載の変調方式推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線機が送信した未知の信号の変調方式を推定する変調方式推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、無線機が送信した未知の信号のデジタル位相変調方式を判定するデジタル位相変調方式判定表示方法が記載されている。この文献では、未知のデジタル位相変調信号の周波数領域データから見積搬送波周波数を求め、検波演算を実行し、位相変調のシンボル点を求め、その後、さらに真の搬送波周波数を求め、これにより、再度検波演算を実行して正確なシンボル点を座標平面上に表示する。この表示により、未知のデジタル位相変調方式を判定することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２９８５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、変調方式を推定する受信側の装置または送信源となる送信側の装置が高速に移動しているような場合には、通常、移動方向の変化や移動速度の変化に伴って受信信号が周波数シフトする。
【０００５】
一方で、上記特許文献１に記載の従来の技術では、搬送波周波数の粗い推定を行った後に搬送波周波数を変化させて同期検波を行い、最も信号点のバラつきが少ない時の搬送波周波数を正しいものとして扱う処理を行うことによって、上記のような受信信号が周波数シフトする場合に対処している。しなしながら、上記処理においては、変調方式の推定に時間がかかり、伴って搬送波周波数の変動に追従することができなくなる場合があり、そのような場合、正しい変調方式を推定することができない、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、受信側または送信側の装置が高速に移動している場合であっても、正しく変調方式を推定することができる変調方式推定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる変調方式推定装置は、他の無線機が送信した信号の変調方式を推定する変調方式推定装置であって、たとえば、受信信号の搬送波周波数を逐次推定する搬送波周波数推定手段と、前記搬送波周波数推定手段にて推定された搬送波周波数に基づいて、受信信号の周波数偏差を補正する周波数偏差補正手段と、前記搬送波周波数推定手段にて推定された搬送波周波数および周波数偏差補正後の受信信号に基づいて、受信信号の変調方式を推定する変調方式推定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、受信側装置または送信源となる送信側装置が高速に移動している場合であっても、正しく変調方式を推定することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明にかかる変調方式推定装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる変調方式推定装置として動作する受信装置の構成例を示す図であり、アンテナ１０、受信部１１、周波数偏差補正部１２、周波数偏差・伝送レート推定部１３、変調方式推定部１４を備えている。
【００１１】
以下、上記変調方式推定装置の動作を図面に従って説明する。まず、受信部１１は、アンテナ１０で受信したアナログ信号に対して、帯域制限，ダウンコンバート，アナログ／デジタル変換などの処理を行い、デジタル信号に変換された中間周波数またはベースバンドの受信信号Ｙ（ｎ）を出力する。
【００１２】
つぎに、周波数偏差・伝送レート推定部１３は、受信部１１が出力する受信信号Ｙ（ｎ）の周波数偏差ｆおよび伝送レートＲを逐次推定する。また、周波数偏差補正部１２は、周波数偏差・伝送レート推定部１３にて推定された周波数偏差ｆに基づいて、次式（１）により受信信号Ｙ（ｎ）を補正する。
Ｚ（ｎ）＝  Ｙ（ｎ）×ｅｘｐ（−ｊ・２π・ｆ・ｎ）            …（１）
なお、上記Ｚ（ｎ）は補正後の受信信号であり、ｊは−１の平方根である。
【００１３】
そして、変調方式推定部１４が、周波数偏差補正部１２にて補正後の受信信号Ｚ（ｎ）に基づいて変調方式を推定する。
【００１４】
つづいて、上記変調方式推定装置内の周波数偏差・伝送レート推定部１３の構成および処理について説明する。図２は、周波数偏差・伝送レート推定部１３の構成例を示す図であり、この周波数偏差・伝送レート推定部１３は、周波数領域変換部２０、平均化処理部２１、しきい値計算部２２、周波数偏差計算部２３、伝送レート計算部２４を備えている。
【００１５】
周波数領域変換部２０は、受信信号を、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）や高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの演算により周波数領域の電力スペクトルに変換する。
【００１６】
平均化処理部２１は、図３に示すように、周波数領域変換部２０から出力される電力スペクトルを同じ周波数の電力ごとに平均し、さらに、図４に示すように、一定の周波数範囲で平均化する。図３および図４は、平均化処理の一例を示す図である。これにより、雑音などによるばらつきを抑えて精度の高い電力スペクトルを算出することができる。
【００１７】
しきい値計算部２２は、たとえば、平均化して滑らかになった電力スペクトラムの最大電力の１／２の点を、しきい値として伝送レート計算部２４および周波数偏差計算部２３に出力する。なお，伝送レート計算部２４および周波数偏差計算部２３に対して出力するしきい値は同じ値である必要はなく、たとえば、周波数偏差計算部２３へ出力するしきい値は最大電力の２／３であってもよい。
【００１８】
周波数偏差計算部２３は、しきい値計算部２２から得られたしきい値と電力スペクトラムとが交差する点（Ａ，Ｂ）の中心を周波数偏差量とする。すなわち、電力スペクトラムとしきい値が交差する低い方の周波数点の周波数をＡとし、当該交差する高い方の周波数点の周波数をＢとした場合、次式（２）により周波数偏差量ｆを計算する。
ｆ＝（Ａ＋Ｂ）／２                                …（２）
【００１９】
また、伝送レート計算部２４は、しきい値計算部２２から得られるしきい値と電力スペクトラムとが交差する点（Ａ，Ｂ）の差を計算し、その計算結果として得られる伝送帯域幅を伝送レートとする。すなわち、電力スペクトラムとしきい値が交差する低い方の周波数点の周波数をＡとし、当該交差する高い方の周波数点の周波数をＢとした場合、次式（３）により伝送レートＲを計算する。
Ｒ＝Ｂ−Ａ                                      …（３）
【００２０】
つづいて、上記変調方式推定装置内の変調方式推定部１４の構成および処理について説明する。図５は、変調方式推定部１４の構成例を示す図であり、この変調方式推定部１４は、フィルタ部３０，３２、電力変動量計算部３１、位相変動量計算部３３、変調方式判定部３４を備えている。
【００２１】
フィルタ部３０およびフィルタ部３２は、周波数偏差補正部１２から出力された補正後の受信信号に対してフィルタ処理を実行し、信号帯域外の不要成分を除去する。なお、フィルタ部３０，フィルタ部３２において、それぞれが帯域制限を行うときの周波数幅は同一である必要はなく、また、フィルタ特性についても同一である必要はない。逆に、同一周波数幅，同一フィルタ特性を使用する場合は、１つのフィルタ部を共用してフィルタ処理を実行することとしてもよい。
【００２２】
電力変動量計算部３１は、フィルタ処理後の受信信号の電力変動量を計算し、その変動量を出力する。図６は、電力変動量の計算方法の一例を示す図である。ここでは、受信信号４０を適当な長さのブロック４１，４２，４３に区切り、各ブロックにおける最大電力値４５，４７，４９の平均値と最小電力値４４，４６，４８の平均値との比を電力変動量とする。
【００２３】
一方、位相変動量計算部３３は、伝送レート計算部２４が出力する伝送レートＲに基づいてシンボル長Ｔを計算し、受信信号におけるシンボル間隔の位相偏差の２乗平均を位相変動量として計算する。
【００２４】
ここで、位相変動量の算出方法を具体的に説明する。図７は、位相変動量の算出方法の一例を示す図である。
【００２５】
まず、位相変動量計算部３３では、フィルタ部３２から出力される帯域制限が行われた後の受信信号５０：ｚ（ｎ）の先頭から範囲Ｑの間で、電力が最大となるサンプル点５１を検出する。なお、範囲Ｑはシンボル長Ｔよりも長いものとする。また、シンボル時間長Ｔは、たとえば、受信信号のサンプルレートを伝送レートＲで割った値として計算する。
【００２６】
つぎに、上記サンプル点５１における受信信号ｚ（Ｎ１）と、このサンプル点５１とシンボル時間長Ｔだけ離れたサンプル点５２における受信信号ｚ（Ｎ１＋Ｔ）と、の位相偏差Ｐ（１）を、次式（４）により計算する。
Ｐ（１）＝MOD［ｚ（Ｎ１＋Ｔ）×CONJG［ｚ（Ｎ１）］＋π／２，π］−π／２
…（４）
なお、CONJG［ｘ］は複素数ｘの複素共役であり、MOD［ｘ，π］はｘをπで割った場合の剰余を０以上π未満の範囲で表したものである。
【００２７】
つぎに、受信信号ｚ（Ｎ１＋Ｔ）を中心として、長さＬの範囲で電力が最大となるサンプル点５３を決定する。なお、Ｌはシンボル長Ｔよりも短いものとする。
【００２８】
つぎに、上記サンプル点５３における受信信号ｚ（Ｎ２）と、このサンプル点５３とシンボル時間長Ｔだけ離れたサンプル点５４における受信信号ｚ（Ｎ２＋Ｔ）と、の位相偏差Ｐ（２）を、次式（５）により計算する。
Ｐ（２）＝MOD［ｚ（Ｎ２＋Ｔ）×CONJG［ｚ（Ｎ２）］＋π／２，π］−π／２
…（５）
【００２９】
そして、以上の位相偏差計算処理を受信信号に対して繰り返し実行し、最後に、位相偏差Ｐ（ｍ）の２乗平均を位相変動量として計算する。
【００３０】
その後、変調方式判定部３４は、電力変動量計算部３１が出力する電力変動量および位相変動量計算部３３が出力する位相変動量に基づいて、変調方式を判定する。図８は、変調方式の決定方法の一例を示す図である。図８に示すように、電力変動量と位相変動量との２次元平面上において、各変調方式に対応する領域（図示の変調方式＃１〜＃４に相当）を予め決めておき、変調方式判定部３４では、入力される電力変動量および位相変動量がどの領域に入っているかによって変調方式を判定する。一方で、入力される電力変動量および位相変動量が、変調方式が対応付けられたどの領域にも入らない場合、すなわち、どの変調方式にも当てはまらない場合は、判定不可とする。
【００３１】
なお、変調方式判定部３４では、変調方式の判定値がＳ回にわたって連続した場合にのみ、その変調方式を判定結果とし、それ以外の場合は判定不可とすることとしてもよい。これにより、さらに良好な判定精度を得ることが可能である。
【００３２】
また、２次元平面に限らず、別の特徴量を用いて、多次元空間における領域により変調方式を判定するように拡張することも可能である。たとえば、新保等著、“結合モーメントを用いた搬送波周波数オフセットのあるデジタル変調方式の識別”（電子情報通信学会論文誌B，Vol.J89-B，No.10，pp.1971-1980，2006年10月）に記載された結合モーメント，差分結合モーメント法の判定変数，信号点シフト差分結合モーメント法の判定変数などを特徴量として、多次元空間における領域により変調方式を判定することが可能である。
【００３３】
また、変調方式判定部３４において伝送レートが既知の場合または変調方式の推定に伝送レートの情報が不要な場合は、周波数偏差・伝送レート推定部１３において伝送レートを推定しない構成にすることが可能である。この場合、周波数偏差・伝送レート推定部１３は、伝送レート計算部２４を省いた構成となる。
【００３４】
また、本実施の形態は、デジタル変調信号に限らず、アナログ変調信号についても推定が可能である。
【００３５】
このように、本実施の形態においては、受信信号の周波数偏差量を推定し、その推定量に基づいて受信信号の周波数回転を補正し、その後、補正後の受信信号を用いて計算した電力変動量および位相変動量に基づいて変調方式を推定することとした。これにより、受信側装置または送信源となる送信側装置が高速に移動している場合であっても、正しく変調方式を推定することができる。
【００３６】
また、変調方式推定部１４において、所定のサンプルレートで処理を行う必要がないため、受信部１１のアナログ／デジタル変換時のサンプルレートを制御することなく実現できる。このため、簡易に構成することができ、サンプルレートを制御のための処理に時間を費やす必要がなく、短い時間での変調方式の判定が可能となる。
【００３７】
実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、送信機との間の通信路の状況を考慮せずに変調方式を推定しているが、通信路状況を考慮して変調方式を推定することにより推定精度を向上させることが可能である。
【００３８】
図９は、実施の形態２の変調方式推定装置として動作する受信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の受信装置は、実施の形態１の受信装置（図１参照）に対して通信路状況推定部１５およびパラメータ制御部１６を追加し、また、変調方式推定部１４に代えて変調方式推定部１４ａを備えた構成をとる。なお、その他の構成については実施の形態１と同様であるため、同一の符号を付してその説明は省略する。
【００３９】
変調方式推定部１４ａは、後述するパラメータ制御部１６により設定されたパラメータを用いて変調方式を推定する。変調方式の推定処理は、実施の形態１で示した変調方式推定部１４（図５参照）による推定処理と同様である。すなわち、変調方式推定部１４ａは、内部パラメータが異なる以外は実施の形態１の変調方式推定部１４と同じである。
【００４０】
通信路状況推定部１５は、送信機と自装置との間の通信路の状況を推定する。具体的には、Ｓ／Ｎ（Ｃ／Ｎ）および最大ドップラー周波数を通信路状況として推定する。なお、Ｓ／Ｎおよび最大ドップラー周波数の双方を推定するのではなく、いずれか一方を推定するようにしてもよい。また、推定を行う際には、公知の推定技術を使用する。
【００４１】
パラメータ制御部１６は、変調方式推定部１４ａでの変調方式推定処理に使用するパラメータを、通信路状況推定部１５により推定された情報（Ｓ／Ｎおよび最大ドップラー周波数の少なくともいずれか一方）に基づいて制御する。具体的には、特徴量計算に使用する信号の長さ（電力変動量および位相変動量を１回計算するのに使用する信号の長さに相当）と、図８に示した各変調方式の領域と、フィルタ部３０およびフィルタ部３２のフィルタ帯域幅と、について、事前に準備しておいた複数の値の中から選択した値にそれぞれ設定する。
【００４２】
この結果、変調方式推定部１４ａは、パラメータ制御部１６により設定された、通信路情況に対応した最適な条件（パラメータ）で変調方式を推定することとなる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態では、通信路状況の推定結果に応じて、変調方式推定部における変調方式の推定処理で使用する内部パラメータを適宜変更することとしたので、通信路状況によらず同じパラメータで変調方式を推定する場合（上述した実施の形態１）よりも精度良く変調方式を推定できる。
【００４４】
なお、通信路の状況が既知の場合、使用者が上記パラメータを設定することにより、推定誤差の影響による変調方式の推定誤りを防止することができる。
【００４５】
実施の形態３．
つづいて、実施の形態３について説明する。上述した実施の形態２では、通信路状況を考慮して変調方式推定処理で使用するパラメータを変更するようにしているが、さらに、周波数偏差の推定処理や伝送レートの推定処理で使用するパラメータを変更するようにしてもよい。
【００４６】
図１０は、実施の形態３の変調方式推定装置として動作する受信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の受信装置は、実施の形態２の受信装置（図９参照）の周波数偏差・伝送レート推定部１３およびパラメータ制御部１６に代えて周波数偏差・伝送レート推定部１３ｂおよびパラメータ制御部１６ｂを備えた構成をとる。なお、その他の構成については実施の形態２と同様であるため、同一の符号を付してその説明は省略する。
【００４７】
周波数偏差・伝送レート推定部１３ｂは、後述するパラメータ制御部１６ｂにより設定されたパラメータを用いて周波数偏差ｆおよび伝送レートＲを推定する。各情報の推定処理は、実施の形態１で示した周波数偏差・伝送レート推定部１３（図２参照）による推定処理と同様である。すなわち、周波数偏差・伝送レート推定部１３ｂは、内部パラメータが異なる以外は実施の形態１の周波数偏差・伝送レート推定部１３と同じである。
【００４８】
パラメータ制御部１６ｂは、実施の形態２で示したパラメータ制御部１６が制御するパラメータ（変調方式推定部１４ａでの変調方式推定処理に使用するパラメータ）に加えて、周波数偏差・伝送レート推定部１３ｂでの情報（周波数偏差，伝送レート）推定処理に使用するパラメータを、通信路状況推定部１５により推定された情報（Ｓ／Ｎおよび最大ドップラー周波数の少なくともいずれか一方）に基づいて制御する。具体的には、特徴量計算に使用する信号の長さと、図８に示した各変調方式の領域と、フィルタ部３０およびフィルタ部３２のフィルタ帯域幅と、平均化処理部２１が平均化を行う長さ（図３に示した、平均化を行う単位である時間フレームの長さ）と、伝送レート計算部２４での伝送レートの計算に使用するしきい値と、周波数偏差計算部２３での周波数偏差の計算に使用するしきい値と、について、事前に準備しておいた複数の値の中から選択した値にそれぞれ設定する。
【００４９】
ただし、実施の形態１で示したように、伝送レート計算部２４で使用するしきい値および周波数偏差計算部２３で使用するしきい値は、しきい値計算部２２が決定するので、パラメータ制御部１６ｂは、しきい値計算部２２が各しきい値を決定する際に参照する値（最大電力としきい値との関係を示す値）を設定することにより、しきい値を制御する。
【００５０】
この結果、周波数偏差・伝送レート推定部１３ｂおよび変調方式推定部１４ａは、パラメータ制御部１６により設定された、通信路情況に対応した最適な条件（パラメータ）で上述した処理を行うこととなる。
【００５１】
以上のように、本実施の形態では、通信路状況の推定結果に応じて、周波数偏差・伝送レート推定部による周波数偏差と伝送レートの推定処理で使用する内部パラメータを適宜変更することとしたので、通信路状況によらず同じパラメータで変調方式を推定する場合（上述した実施の形態１）よりも精度良く周波数偏差と伝送レートを推定できる。また、この結果、後段の変調方式推定においては、実施の形態２の場合と比較してさらに精度良く変調方式を推定できる。
【００５２】
なお、通信路の状況が既知の場合、使用者が上記パラメータを設定することにより、推定誤差の影響による変調方式の推定誤りを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる変調方式推定装置は、無線通信システムを構成する受信側の通信装置に有用であり、特に、無線機が送信した未知の信号の変調方式を推定する通信装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明にかかる変調方式推定装置として動作する受信装置の構成例を示す図である。
【図２】周波数偏差・伝送レート推定部の構成例を示す図である。
【図３】平均化処理の一例を示す図である。
【図４】平均化処理の一例を示す図である。
【図５】変調方式推定部の構成例を示す図である。
【図６】電力変動量の計算方法の一例を示す図である。
【図７】位相変動量の算出方法の一例を示す図である。
【図８】変調方式の決定方法の一例を示す図である。
【図９】実施の形態２の変調方式推定装置として動作する受信装置の構成例を示す図である。
【図１０】実施の形態３の変調方式推定装置として動作する受信装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  アンテナ
１１  受信部
１２  周波数偏差補正部
１３、１３ｂ  周波数偏差・伝送レート推定部
１４、１４ｂ  変調方式推定部
１５  通信路状況推定部
１６、１６ｂ  パラメータ制御部
２０  周波数領域変換部
２１  平均化処理部
２２  しきい値計算部
２３  周波数偏差計算部
２４  伝送レート計算部
３０、３２  フィルタ部
３１  電力変動量計算部
３３  位相変動量計算部
３４  変調方式判定部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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