(57)【要約】【課題】変調諸元が未知であるＭＦＳＫ変調信号の変調諸元を良好に自動推定すると共に、複数の信号が混在する環境においても所望の信号を抽出して復調が可能なＭＦＳＫ信号復調装置及びＭＦＳＫ信号復調方法を提供する。【解決手段】アナログ・デジタル変換部１でデジタル化された入力信号を、高速フーリエ変換部２１でフーリエ変換し、パワースペクトラム算出部２２でパワースペクトラムを算出後、相互相関演算部２３で不連続型の評価関数（Ｆｏｂｊ）を適用した相互相関演算を行ない、更にこの演算結果に対してキャリア検出部２４でパワースペクトラムとの凸性照合評価を行なうことにより、入力信号のキャリアを安定に検出する。この検出結果に基き、シフト周波数・変調多値数推定部２５でキャリア数及びキャリア間隔の算出を行ない、これらキャリアを更にグループ化して複数信号を分離した上で変調諸元を推定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調諸元が未知であるＭＦＳＫ変調信号を入力し、その変調諸元を自動推定し復調するＭＦＳＫ信号復調装置であって、
前記入力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器と、
前記アナログ・デジタル変換器から出力される前記デジタル信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換手段と、
前記高速フーリエ変換手段から出力される信号のパワースペクトラムを算出する手段と、
前記算出手段から得られたパワースペクトラムと、予め設定された基準スペクトラムとしての評価関数との相互相関演算により、入力信号のキャリアを検出するキャリア検出手段と、
前記検出手段により検出したキャリアから入力信号のシフト周波数及び変調多値数とを推定する推定手段と
を具備することを特徴とするＭＦＳＫ信号復調装置。
【請求項２】
前記相関演算の評価関数を、その中心周波数の前後で振幅を不連続な関数としたことを特徴とする請求項１記載のＭＦＳＫ信号復調装置。
【請求項３】
前記推定手段は、混在する複数の入力信号の分離を可能としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のＭＦＳＫ信号復調装置。
【請求項４】
変調諸元が未知であるＭＦＳＫ信号を入力して、前記信号の変調諸元を自動推定し復調するＭＦＳＫ信号復調方法であって、
前記入力信号をアナログ・デジタル変換器により変換したデジタル信号を高速フーリエ変換するステップと、
このステップにより得られた高速フーリエ変換結果から、信号のパワースペクトラムを演算するステップと、
このステップにより得られた信号のパワースペクトラムと、予め設定された基準スペクトラムとしての評価関数との相互相関演算を実施するステップと、
このステップにより得られた相互相関演算結果と、前記パワースペクトラムとから、入力信号のキャリアを検出するステップと、
このステップにより得られたキャリア検出結果から、複数の入力信号の存在を判定するステップと、
このステップにより得られた判定結果から、混在するそれぞれの入力信号についてそのシフト周波数及び変調多値数を推定し、出力するステップと
を具備することを特徴とするＭＦＳＫ信号復調方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル信号処理により、変調諸元が未知であるＭＦＳＫ系デジタル変調信号を自動復調するＭＦＳＫ信号復調装置、及びＭＦＳＫ信号復調方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
デジタル変調信号の未知の変調諸元を自動推定し復調する技術は、信号計測、無線通信、電波監視等の分野で活用されている。
【０００３】
ＭＦＳＫ系のデジタル変調信号の未知の変調諸元を、デジタル信号処理によって推定する方法として、従来は、まず未知の入力信号を周波数弁別器によりＦＭ復調し、次にこの復調後の信号に含まれる周波数成分の出現確率密度分布を作描していた。そして、この確率密度分布の凸部をキャリアと判定し、その凸部の数及び周波数間隔からシフト周波数及び変調多値数を推定していた。
【０００４】
また、ＦＭ検波出力の振幅分布から求める方法も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−８６１７１号公報（第２７頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法は、シフト周波数及び変調多値数の推定を行なうにあたって、次のような困難を伴っていた。すなわち第１に、信号を周波数弁別器に入力するに際し、信号の中心周波数、及び信号の周波数帯域幅に対応した適切な帯域制限フィルタを必要とする。もし周波数が離調されていると、この後に続く周波数成分の出現確率密度分布に影響を及ぼす。第２に、入力信号の信号対雑音比が低い環境下では、ＦＭ復調後の信号が劣化し、周波数成分の出現確率密度分布に影響を及ぼす。第３に、周波数成分の出現確率密度分布の作描に際し、周波数分解能を上げると所要演算量が大幅に増加するなどの問題があった。
【０００７】
従って、周波数成分の出現確率密度分布の凸部判定によるキャリア検出が不安定になり、その結果として入力信号のシフト周波数及び変調多値数の推定を困難にしていた。
【０００８】
更に、周波数弁別器によるＦＭ復調では、混在する複数の入力信号をすべて復調することが困難なため、複数の入力信号の存在を分離すること、そしてそれぞれの信号毎に変調諸元を推定し、対象とする入力信号を抽出することが困難であった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、未知のＭＦＳＫ変調信号の変調諸元の自動推定を正確に実施し、かつ複数の入力信号の分離も可能なＭＦＳＫ信号復調装置及びＭＦＳＫ信号復調方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のＭＦＳＫ信号復調装置は、変調諸元が未知であるＭＦＳＫ変調信号を入力し、前記入力信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器と、前記アナログ・デジタル変換器から出力される前記デジタル信号を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換手段と、前記高速フーリエ変換手段から出力される信号のパワースペクトラムを算出する手段と、前記算出手段から得られたパワースペクトラムと、予め設定された基準スペクトラムとしての評価関数との相互相関演算により、入力信号のキャリアを検出するキャリア検出手段と、前記検出手段により検出したキャリアから入力信号のシフト周波数及び変調多値数とを推定する推定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のＭＦＳＫ信号復調方法は、変調諸元が未知であるＭＦＳＫ変調信号を入力し、前記入力信号をアナログ・デジタル変換器により変換したデジタル信号を高速フーリエ変換するステップと、このステップにより得られた高速フーリエ変換結果から、信号のパワースペクトラムを演算するステップと、このステップにより得られた信号のパワースペクトラムと、あらかじめ設定した基準スペクトラムとしての評価関数との相互相関演算を実施するステップと、このステップにより得られた相関演算結果と、前記パワースペクトラムとから、入力信号のキャリアを検出するステップと、このステップにより得られたキャリア検出結果から、複数の入力信号の存在を判定するステップと、このステップにより得られた判定結果から、混在するそれぞれの入力信号についてそのシフト周波数及び変調多値数を推定し、出力するステップとを備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、入力信号のキャリア検出を安定に実施でき、入力信号のシフト周波数及び変調多値数の推定を正確に実施することが可能となると共に、複数信号の分離が可能となる。また、変調度が１未満の信号に対しては、ｎ逓倍の非線形処理により対応可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図１乃至図７を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係わるＭＦＳＫ信号復調装置の一実施形態を示すブロック図である。図１に示すように、このＭＦＳＫ信号復調装置は、アナログ・デジタル変換部１、デジタル信号処理部２、復調・復号部３、及び出力部４を備えている。
【００１５】
アナログ・デジタル変換部１は、入力されたＭＦＳＫ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部２は、アナログ・デジタル変換部１で変換されたデジタル信号を処理し、シフト周波数及び変調多値数を推定する。復調・復号部３は、デジタル信号処理部２からの推定結果をもとに、入力されたＭＦＳＫ信号を復調し、復号する。出力部４は、復調・復号部３からの復号結果を出力する。
【００１６】
次に、デジタル信号処理部２について詳細に説明する。デジタル信号処理部２は、アナログ・デジタル変換部１からのデジタル信号を高速フーリエ変換部２１で高速フーリエ変換し、この高速フーリエ変換の結果から、パワースペクトラム算出部２２でこの信号のパワースペクトラムを算出する。相互相関演算部２３は、パワースペクトラム算出部２２によって算出されたパワースペクトラム対して、この演算部２３内に予め設定された基準スペクトラムとしての評価関数との相互相関演算を行なう。この相関演算結果をもとに、キャリア検出部２４は入力信号のキャリアの存在を判定する。シフト周波数・変調多値数推定部２５では、キャリア検出部２４で検出したキャリアの数を計数し、キャリア周波数相互の間隔を算出することにより、入力信号のシフト周波数及び変調多値数を推定する。同時に、複数信号混在の判定を行ない、複数の信号が混在する場合には、グループ化により信号を分離し、各信号毎にシフト周波数及び変調多値数を推定する。
【００１７】
一方、デジタル信号処理部２のシンボルレート算出部２６では、パワースペクトラム算出部２２によって算出されたパワースペクトラムから、シンボルレートの算出を行なう。このシンボルレート算出部２６の算出方法は、文献「入力信号形式の推定法に関する基礎検討」（萩原将文、中川正雄  電子情報通信学会論文誌Ａ  Ｖｏｌ．Ｊ７１−Ａ  Ｎｏ．２  ｐｐ．４１１−４１７  １９８８年２月）などに記述されている基本原理を用いることにより実施できる。
【００１８】
以上のように、デジタル信号処理部２においては、入力信号の変調諸元としてシフト周波数、変調多値数、及びシンボルレートとを推定し、復調・復号部３に送出している。
【００１９】
次に、図２乃至図６の波形図、及び図７に示すフローチャートを参照して、本発明のＭＦＳＫ信号復調装置の動作を説明する。
【００２０】
まず、対象のＭＦＳＫ信号が入力されると、アナログ・デジタル変換部１においてアナログ・デジタル変換し（ＳＴ１）、そのデジタル信号がデジタル信号処理部２に入力される。デジタル信号処理部２では、高速フーリエ変換部２１において、入力されたデジタル信号に対する高速フーリエ変換を実行する（ＳＴ２）。
【００２１】
続いてパワースペクトラム算出部２２は、高速フーリエ変換の結果から入力信号のパワースペクトラムを算出し（ＳＴ３）、更にパワースペクトラム算出部２２は、この結果に対して時間及び周波数方向の平均化を実行し（ＳＴ４）、雑音除去及びパワースペクトラムの平滑化を行なっている。このパワースペクトラム算出部２２の算出結果を簡便化した波形図の例を、図２及び図５に示す。図２は、例えば変調多値数が３の信号のみ存在する場合をモデル化して例示したものである。図５は、変調諸元の異なる複数の信号（Ａ波及びＢ波）が近接した周波数に混在する場合をモデル化して例示したものである。なお、図５においてＡ波の変調多値数は３、Ｂ波の変調多値数は２、その他の変調諸元及び信号レベルも互いに異なる場合を例示している。
【００２２】
そして、相互相関演算部２３は、パワースペクトラム算出部２２からの結果と、予め設定された評価関数との相互相関演算を実行する（ＳＴ５）。この相互相関演算部２３の結果は、演算時に適用する評価関数により異なる。本発明では図３にモデル化して示した波形図のように、中心周波数の前後で振幅値を不連続（反転）とした、例えば式１に示すような関数（Ｆｏｂｊ）を適用している。
【００２３】
【数１】
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上記の評価関数を適用することにより、入力されたＭＦＳＫ信号のキャリア周波数のポイントで、相互相関演算部２３での演算結果にゼロクロスを発生させている。この相互相関演算部２３での演算結果を簡便化した波形図の例を、図４及び図６に示す。図４はパワースペクトラム算出部２２からの算出結果が図２の場合を、図６はパワースペクトラム算出部２２からの算出結果が図５（複数信号混在時）の場合を、それぞれ例示したものである。図４では３つのキャリアＣ１、Ｃ２及びＣ３に対応してＺ１、Ｚ２及びＺ３のゼロクロス点が発生している。また図６においても同様に、各キャリア周波数のポイントでゼロクロスが発生している。
【００２４】
このように、相互相関演算部２３からの演算結果のゼロクロス点は、入力信号のキャリア周波数ポイントに対応していることから、キャリア検出部２４は、まず相互相関演算部２３からの演算結果のゼロクロス点を検出する（ＳＴ６）。このゼロクロス点は図４または図６に例示したとおり、周波数軸（Ｘ軸）に対して十分な傾きをもって交差しているため、安定に検出することができる。
【００２５】
更にキャリア検出部２４は、検出されたすべてのゼロクロス点の位置をパワースペクトラム算出部２２で算出したパワースペクトラムと照合し、その位置がパワースペクトラムの凸部にあること、及びその凸状スペクトラムの特定電力値での幅が十分であることなどを評価する（ＳＴ７）。
【００２６】
キャリア検出部２４における前述のＳＴ６、乃至ＳＴ７の動作の過程を、入力信号が１信号の場合、すなわち相互相関演算の結果が図４の場合について詳細に説明する。この場合、ゼロクロス点の検出では図４のＺ１乃至Ｚ６の６点が検出される。次に、これらのゼロクロス点の周波数が、算出済みのパワースペクトラム（図２）上において、スペクトラムの凸部内でかつ凸点の周波数の近傍にあることを検定する。この結果、図４のゼロクロス点Ｚ１は図２のスペクトラムＳ１の、Ｚ２はＳ２の、Ｚ３はＳ３のそれぞれの凸部にあるため、キャリアの存在位置と推定されるが、Ｚ４乃至Ｚ６はこの検定の条件に合致せず、キャリア存在位置ではないと推定される。さらに、条件に合致したＺ１乃至Ｚ３の属するスペクトラムＳ１乃至Ｓ３の特定電力値Ｐでの幅、すなわち図２のＷ１乃至Ｗ３を算出し、その幅が十分であることを検定する。図２の場合は、Ｗ１乃至Ｗ３のいずれも十分な幅であると判定される。このようにして、図４においてはＺ１乃至Ｚ３の３点が、キャリアの存在するゼロクロス点と判定される。
【００２７】
このＳＴ７の評価により、キャリアの存在の判定を更に確実なものとすることができる。そしてキャリア検出部２４は、キャリアが存在すると判定したゼロクロス点を入力信号のキャリア位置として検出し（ＳＴ８）、キャリア周波数を算出している。
【００２８】
シフト周波数・変調多値数推定部２５は、キャリア検出部２４で検出したキャリア周波数をもとに、キャリア数を計数し、キャリア周波数相互の間隔を算出する（ＳＴ９）。キャリア数が３以上になると、キャリア周波数相互の間隔値は複数個、すなわちキャリア数より１少ない個数算出されるが、これら算出されたすべての間隔値が単一値と見なせるか否かにより、シフト周波数・変調多値数推定部２５は複数信号の混在を判定する（ＳＴ１０）。
【００２９】
その結果、複数信号が混在する場合（ＳＴ１０のＹＥＳ）には、シフト周波数・変調多値数推定部２５は各キャリアに対応した凸状スペクトラムの特定電力値Ｐでの幅（例えば図５のＷ１Ａ、Ｗ１Ｂなど）の差異を検定しながら、キャリア間隔が単一と推定されるキャリア群をグループ化し（ＳＴ１１）、複数の入力信号を分離する。なお、複数の信号が混在しない場合（ＳＴ９のＮＯ）は、グループ化（ＳＴ１１）を実行する必要はない。
【００３０】
そして、シフト周波数・変調多値数推定部２５は入力信号毎にグループ化されたキャリア周波数に基き、そのキャリア数を計数し、キャリア周波数相互の間隔を算出して（ＳＴ１２）、計数したキャリア数を変調多値数、キャリア周波数相互の間隔値をシフト周波数と推定している。これにより、各々の入力信号のシフト周波数及び変調多値数を推定することができるとともに、その中から所望信号の抽出または不要信号の削除が可能となる。
【００３１】
一方、デジタル信号処理部２内のシンボルレート算出部２６において算出されたシンボルレート（Ｄ１）は、シフト周波数・変調多値数推定部２５に入力される。シフト周波数・変調多値数推定部２５は、推定したシフト周波数及び変調多値数、ならびにシンボルレート算出部２６において算出されたシンボルレートとを、入力信号の変調諸元として復調・復号部３に対して出力する（ＳＴ１３）。
【００３２】
復調・復号部３は、デジタル信号処理部２のシフト周波数・変調多値数推定部２５から送られてきた変調諸元に基づき所望信号を復調・復号し（ＳＴ１４）、その結果を出力部４に出力する。
【００３３】
出力部４は、復調・復号部３からの復号結果を表示出力すると共に、連接機器等に対して復号結果を出力する（ＳＴ１５）。
【００３４】
以上説明したように、本発明では、信号処理部２内のキャリア検出部２４における、図７のＳＴ５〜ＳＴ８のステップに対応した動作より、キャリア検出を安定かつ確実に実行できることで、シフト周波数及び変調多値数の推定を良好かつ正確に実行することを可能にしている。
【００３５】
また本発明では、信号処理部２内のシフト周波数・変調多値数推定部２５における、図７のＳＴ９〜ＳＴ１２のステップに対応した動作により、複数の入力信号の分離を可能にしていると共に、不要信号を除去して所望信号の変調諸元のみを抽出することも可能としている。
【００３６】
以上のように、本発明のＭＦＳＫ信号復調装置及びＭＦＳＫ信号復調方式によれば、入力信号のキャリア検出を安定に実行することで入力信号のシフト周波数及び変調多値数の推定を正確に実施することが可能となると共に、複数信号の分離及び所望信号の抽出も可能となり、ＭＦＳＫ信号の良好な復調を実施できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、変調諸元が未知であるＭＦＳＫ変調信号の変調諸元を良好に自動推定すると共に、複数の信号が混在する環境においてもそれら信号を分離し、所望の信号を抽出して復調が可能なＭＦＳＫ信号復調装置及びＭＦＳＫ信号復調方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるＭＦＳＫ信号復調装置の一実施形態を示すブロック図。
【図２】信号のパワースペクトラムをモデル化した波形図。
【図３】本発明での評価関数の一例をモデル化した波形図。
【図４】信号のパワースペクトラムと評価関数との相互相関演算結果をモデル化した波形図。
【図５】２信号混在時のパワースペクトラムをモデル化した波形図。
【図６】２信号混在時の相互相関演算結果をモデル化した波形図。
【図７】本発明の信号復調方法を説明するフローチャート。
【符号の説明】
１  アナログ・デジタル変換部
２  デジタル信号処理部
３  復調・復号部
４  出力部
２１  高速フーリエ変換部
２２  パワースペクトラム算出部
２３  相互相関演算部
２４  キャリア検出部
２５  シフト周波数・変調多値数推定部
２６  シンボルレート算出部
【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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