(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号の立ち上がり時の正規化包絡線検波信号を微分処理して、特徴ベクトルに変換する微分処理部と、前記特徴ベクトルと、予め取得しておいた既知の無線機の教師ベクトルとの類似度から発信元の無線機を個々に同定する無線機同定処理部と、を備えたことを特徴とする無線機同定装置。
【請求項２】
受信機が受信した信号をディジタル複素包絡信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記ディジタル複素包絡信号の実効電圧値を測定する実効電圧測定器と、包絡線検波器と、を備え、前記包絡線検波器が前記ディジタル複素包絡信号を包絡線検波信号に変換し、前記包絡線検波信号の振幅値を前記実効電圧値で割ることで前記正規化包絡線検波信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の無線機同定装置。
【請求項３】
前記教師ベクトルは、特定の無線機に対し、予め取得した複数回の特徴ベクトルの平均値を、前記特定の無線機の特徴ベクトルとして登録されたことを特徴とする請求項１、または２に記載の無線機同定装置。
【請求項４】
前記ディジタル複素包絡信号から信号の立ち上がりを検出し、立ち上がり検出トリガを前記包絡線検波器と前記実効電圧測定器とに出力する立ち上がり検出器と、を備え、前記検出トリガを受け取ることで前記実効電圧測定器が前記ディジタル複素包絡信号の実効電圧値を測定し、前記包絡線検波器が前記ディジタル複素包絡信号を包絡線検波信号に変換し、前記包絡線検波信号の振幅値を前記実効電圧値で割ることで前記正規化包絡線検波信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の無線機同定装置。
【請求項５】
微分処理部が、受信信号の立ち上がり時の正規化包絡線検波信号を微分処理して特徴ベクトルに変換するステップと、無線機同定処理部が、前記特徴ベクトルと、予め取得しておいた既知の無線機の教師ベクトルとの類似度から発信元の無線機を個々に同定するステップとを有することを特徴とする無線機同定方法。
【請求項６】
前記特徴ベクトルに変換するステップの前に、Ａ／Ｄ変換器が受信した受信信号をディジタル複素包絡信号に変換するステップと、実効電圧測定器が前記ディジタル複素包絡信号の実効電圧値を測定するステップと、包絡線検波器が前記ディジタル複素包絡信号を包絡線検波信号に変換し、前記包絡線検波信号の振幅値を前記実効電圧値で割ることで前記正規化包絡線検波信号を生成するステップと、を有することを特徴とする請求項５に記載の無線機同定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線機から発射される電波を受信して、発信元の無線機を同定する無線機同定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、不法な無線通信を行っている無線機を同定する場合には、信号立ち上がり時の包絡線検波信号や、周波数変動を特徴ベクトルに用いた無線機同定装置が用いられている。しかしながら、信号立ち上がり時の包絡線検波信号を特徴ベクトルに用いた無線機同定装置では、フェージングの影響で特徴ベクトルが変動してしまう。そのため特徴ベクトルの再現性が乏しく、正確な同定が困難である。また周波数変動を特徴ベクトルに用いた無線機同定装置では、周波数変動が少ない無線機や、周波数変動がよく似た無線機を同定することが困難であるという課題があった。
【０００３】
例えば特許文献１（特開２００２−０２６８２６号公報）には、立ち上がり時の電圧タイムラグを特徴として無線機を同定する装置が公開されている。この特許文献１の段落００２５〜００２７では、飽和電圧を基準として規格化した閾値を用いて電圧タイムラグを測定している。しかしながら、実際の無線通信環境（フェージング条件）では、本願の図３に示すような信号波形になる。従って、特許文献１の図８に示されているように正確に飽和電圧を求めることは困難であり、電圧タイムラグを再現性良く取得することは難しい。このように特許文献１の問題点は、フェージングによる包絡線検波信号を考慮していないことから、正確な飽和電圧が得られずに、電圧タイムラグを再現性良く取得することは難しく、正確な無線機の同定が困難であるという課題がある。
【０００４】
また、特許文献２（特開２００６―２１１２５０号公報）には、周波数変動を用いた無線機同定装置が公開されている。しかしながら周波数変動が少ない無線機や周波数変動の似た無線機同士に対して同定することが困難であるという課題があり、周波数情報に依存しない新たな特徴情報が求められているという状況である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０２６８２６号公報
【特許文献２】特開２００６−２１１２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、信号立ち上がり時の包絡線検波信号や、周波数変動を特徴ベクトルに用いた無線機同定装置の場合には、正確な無線機の同定が困難であるという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決すべくなされたものであり、正確な無線機の同定が可能な無線機同定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点によれば、受信信号の立ち上がり時の正規化包絡線検波信号を微分処理して、特徴ベクトルに変換する微分処理部と、前記特徴ベクトルと、予め取得しておいた既知の無線機の教師ベクトルとの類似度から発信元の無線機を同定する無線機同定処理部と、を備えたことを特徴とする無線機同定装置が得られる。
【０００９】
本発明の他の観点によれば、微分処理部が、受信信号の立ち上がり時の正規化包絡線検波信号を微分処理して特徴ベクトルに変換するステップと、無線機同定処理部が、前記特徴ベクトルと、予め取得しておいた既知の無線機の教師ベクトルとの類似度から発信元の無線機を同定するステップとを有することを特徴とする無線機同定方法が得られる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の無線機同定装置は、包絡線検波信号の振幅値を実効電圧値で正規化した正規化包絡線検波信号を微分処理した特徴ベクトルを生成し、生成した特徴ベクトルと、蓄積されている教師ベクトルとの類似度を比較することで、無線機を同定する。微分処理することで、フェージングによる包絡線検波信号を抑圧し、立ち上がりの包絡線検波信号特性を抽出することができ、正確に無線機を同定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の無線機同定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】無線機Ａ、Ｂにおける理想的条件での包絡線検波信号を重ね書きした波形図（Ａ）、（Ｂ）である。
【図３】図２の波形に対し、雑音とフェージングを加えた場合のシミュレーションによる包絡線検波信号を示す波形図（Ａ）、（Ｂ）である。
【図４】図３のフェージング環境における包絡線検波信号を微分した特徴ベクトルを示すパターン図（Ａ）、（Ｂ）である。
【図５】本発明における無線機を同定する動作を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第一の実施の形態）
本発明の実施形態について図面を参照して、詳細に説明する。図１は、本発明の無線機同定装置の構成を示すブロック図である。図２は、無線機Ａ、Ｂにおける理想的条件での包絡線検波信号を重ね書きした波形図（Ａ）、（Ｂ）である。図３は、図２の波形に対し、雑音とフェージングを加えた場合のシミュレーションによる包絡線検波信号を示す波形図（Ａ）、（Ｂ）である。図４は、図３のフェージング環境における包絡線検波信号を微分した特徴ベクトルを示すパターン図（Ａ）、（Ｂ）である。図５は、本発明における無線機を同定する動作を示すフローチャート図である。
【００１３】
図１に示す、本発明の無線機同定装置１は、受信機３に接続されており、Ａ／Ｄ変換器４、立ち上がり検出器５、実効電圧測定器６、包絡線検波器７、微分処理部８、特徴ベクトルデータベース（ＤＢ）９、無線機同定処理部１０を含んで構成される。アンテナ２で受信した無線機からの信号は、受信機３で中間周波数に変換される。Ａ／Ｄ変換器４は、この中間周波数信号をディジタル複素包絡信号に変換する。立ち上がり検出器５は、ディジタル複素包絡信号から信号の立ち上がりを検出すると、立ち上がり検出トリガを実効電圧測定器６と包絡線検波器７に通知する。
【００１４】
実効電圧測定器６は、検出トリガを受け取ると一定時間範囲のディジタル複素包絡信号の平均電力を測定し、その平方根を実効電圧値として包絡線検波器７に通知する。包絡線検波器７は、検出トリガを受け取ると一定時間範囲のディジタル複素包絡信号を包絡線検波信号に変換し、その包絡線検波信号の電圧振幅値を実効電圧値で割って正規化した正規化包絡線検波信号を生成する。正規化する目的は、送信距離による包絡線値への影響を除去するためである。微分処理部８は、正規化した正規化包絡線検波信号を微分処理して特徴ベクトルに変換する。
【００１５】
特徴ベクトルＤＢ９は、特徴ベクトルを受け取り、ユーザーが登録を希望した特徴ベクトルを既知の無線機情報を表す教師ベクトルとして登録する。また特徴ベクトルＤＢ９は、ユーザーの指示に基づいて、教師ベクトルの更新・削除・参照などの編集処理も行う。無線機同定処理部１０は、微分処理部８から受け取った未知の特徴ベクトルと、特徴ベクトルＤＢ９から受け取った教師ベクトルの類似度を比較照合し、最も類似度が高い教師ベクトルを受信信号の無線機として同定する。類似度は信号相関やユークリッド距離といった手法により求められる。
【００１６】
特徴ベクトルの生成について詳細に説明する。ディジタル複素包絡信号の同相成分をＩ（ｎ）、直交成分をＱ（ｎ）とすると、数１によって正規化した包絡線検波信号ρ（ｎ）に変換される。
【００１７】
【数１】
0005282914.tif 000002
【００１８】
次に特徴ベクトルｆ（ｎ）は包絡線検波信号の微分（本発明ではディジタル信号のため差分を用いる）によって得られ、数２で表される。Ｔはサンプル周期（サンプリング周波数の逆数）である。
【００１９】
【数２】
0005282914.tif 000003
【００２０】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、理想的条件で取得した４３０ＭＨｚ帯無線機Ａと、４３０ＭＨｚ帯無線機Ｂの立ち上がり時の包絡線検波信号を、それぞれ３０波ずつ重ね書きした波形である。理想的条件での取得とは無線機と受信機を同軸ケーブルで接続して測定することで、雑音やフェージングの影響を除去した測定結果のことである。この例では無線機Ａ、無線機Ｂともに良好な再現性で包絡線検波信号パターンが描かれており、さらに無線機Ａと無線機Ｂで包絡線検波信号パターンが明らかに異なっている。このことから、理想的条件であれば立ち上がり時の包絡線検波信号を用いて容易に無線機Ａと無線機Ｂをそれぞれ区分して同定することができることを示している。以下に示す図２、３、４における（Ａ）、（Ｂ）は、無線機Ａ、無線機Ｂにそれぞれが対応しているものである。
【００２１】
しかしながら、実際の無線通信環境では雑音とフェージングの影響は避けられない。そこで、図２（Ａ）、（Ｂ）の包絡線検波信号に対してシミュレーションで雑音とフェージングを加えた場合の包絡線検波信号パターンを図３（Ａ）、（Ｂ）に示す。図２と比較して、図３では明らかに無線機Ａ、無線機Ｂともに包絡線検波信号パターンの再現性が劣化しており、さらに無線機Ａと無線機Ｂで包絡線検波信号パターンの違いが小さくなっている。このことは、実際の無線通信環境では、立ち上がり時の包絡線検波信号を用いて無線機Ａと無線機Ｂを区分して同定することが困難であることを示している。つまり理想条件であれば、従来技術であっても無線機を同定することができる。しかし、実際の無線通信環境では、本発明の課題として前記したように、無線機を同定することが困難になることが分かる。
【００２２】
なお図３の環境条件は、Ｓ／Ｎ比３０ｄＢ、ドップラー周波数４０Ｈｚ、ライス係数６.５ｄＢでのライスフェージング環境である。ドップラー周波数４０Ｈｚは４３０ＭＨｚ帯無線機が約１００ｋｍ／ｈで移動している場合の値である。図３（Ａ）、（Ｂ）のフェージング環境における包絡線検波信号に対して、本発明の重要な構成要素である微分処理を行った包絡線検波信号の微分（すなわち特徴ベクトル）パターンの測定結果を図４（Ａ）、（Ｂ）に示す。図４では図３に現れていたフェージングによる変動が抑圧され、無線機Ａと無線機Ｂともに特徴ベクトルパターンの再現性が良好に得られ、さらに無線機Ａと無線機Ｂで特徴ベクトルパターンが明らかに異なっている。このことから、本発明においては、実際の無線通信環境においても立ち上がり時の包絡線検波信号の微分を用いることで容易に無線機Ａと無線機Ｂをそれぞれ区分して同定することができる。
【００２３】
微分処理は、周波数ｆに対してｊ２πｆの周波数特性を持ち、高域周波数通過フィルタの役割を果たす。一般にフェージング周波数は、立ち上がり時の包絡線検波信号の周波数よりも十分小さい。言い換えれば、フェージングによる包絡線検波信号は、立ち上がりの包絡線検波信号よりもゆっくりと変化する。このため微分処理により低い周波数成分のフェージングによる変動が抑圧され、高い周波数成分の立ち上がり時の包絡線検波信号特性が残ることになる。
【００２４】
次に、この特徴ベクトルを用いた同定処理について定量的に評価した結果を示す。表1は前述の無線機Ａと無線機Ｂを含めた２１台の試験無線機（４３０ＭＨｚ帯）の教師ベクトルに対して、無線機Ａ、及び無線機Ｂの信号相関を測定した結果である。教師ベクトルは２０波の特徴ベクトル平均によって求めており、評価データは教師ベクトル用とは別に取得した３０波の特徴ベクトルを用いている。教師ベクトル、評価データに使用した特徴ベクトルはともに実際の無線通信環境を模擬してＳ／Ｎ比３０ｄＢ、ドップラー周波数４０Ｈｚ、ライス係数６．５ｄＢでのライスフェージング条件で取得している。
【００２５】
【表１】
0005282914.tif 000004
【００２６】
表１のうち、太字の斜体文字は最も信号相関が1に近い信号相関の場合であり、教師ベクトルと評価データが同じ無線機の時であることを示している。表1の結果から明らかな通り、無線機Ａ、無線機Ｂともに正解時に最も高い類似度を示し、０．８３３２と０．７７１９とそれぞれの信号相関が1に近い値が得られている。この評価結果は、包絡線検波信号の微分を特徴ベクトルとして用いることで、実際の無線通信環境においても類似度の計算により容易に無線機Ａと無線機Ｂをそれぞれ区分して同定することができることを定量的に示している。表1と同じ条件で全試験無線機（２１台）に対して信号相関測定を行ったところ、２０台の無線機で正解時に最も高い類似度である、信号相関が1に近い値が得られた。このように、それぞれの無線機を高い確率で同定することができる。
【００２７】
次に、図１に示す本発明の無線機同定装置の動作について、図５のフローチャートを参照して、詳細に説明する。
【００２８】
無線機同定装置の動作として、Ａ／Ｄ変換器４は、受信機３から入力された中間周波数信号をディジタル複素包絡信号に変換し、出力する（ステップＳ１）。立ち上がり検出器５は、Ａ／Ｄ変換器４から受け取ったディジタル複素包絡信号に対して信号の立ち上がり検出を繰り返し行い、検出した場合には実効電圧測定器６と包絡線検波器７に検出トリガを通知する。実効電圧測定器６は、検出トリガを受け取ると、立ち上がりから一定時間範囲の信号実効電圧を測定する（ステップＳ２）。包絡線検波器７は、検出トリガを受け取るとディジタル複素包絡信号を包絡線検波信号に変換する（ステップＳ３）。さらに包絡線検波信号の振幅値を、実効電圧測定器６で測定された実効電圧で正規化して正規化包絡線検波信号を生成する（ステップＳ４）。
【００２９】
微分処理部８は、正規化包絡線検波信号を微分処理し、特徴ベクトルを生成する（ステップＳ５）。無線機同定処理部１０は、特徴ベクトルＤＢ９に蓄積されている教師ベクトルと、ステップＳ５で生成した特徴ベクトルとの類似度を比較し（ステップＳ６）、最も類似度が高い教師ベクトルを無線機の同定結果として出力する（ステップＳ７）。ステップＳ６〜Ｓ７と並行して、ユーザーが取得した特徴ベクトルを新規の教師ベクトルとして登録指示をした場合、特徴ベクトルは教師ベクトルとして特徴ベクトルＤＢ９に登録される（ステップＳ８）。なおステップＳ８において、前述したように、同一の無線機から取得した複数の特徴ベクトルを平均して教師ベクトルとしてもよい。平均した場合教師ベクトルのＳ／Ｎが改善されるため、識別率の向上が見込める。
【００３０】
本発明の無線機同定装置は、無線機から発射される電波を受信し、微分処理部により信号立ち上がり時（オフからオンの瞬間）の包絡線検波信号を微分した信号を特徴ベクトルとする。この特徴ベクトルと、予め取得しておいた既知の無線機の特徴ベクトルである教師ベクトルとの類似度から発信元の無線機を同定することを特徴とする。包絡線検波信号を微分することでフェージングによる影響を除去することができ、移動無線機であっても再現性の良好な特徴ベクトルを得ることができることから、無線機を同定する性能が向上する。また、包絡線検波信号の微分を特徴ベクトルとして用いることにより、周波数変動が少ない無線機や、周波数変動がよく似た無線機に対して、有効な新しい無線機の同定技術が提供できる。
【００３１】
本発明の第1の効果は、立ち上がり時の包絡線検波信号を微分した特徴ベクトルを用いる実用的な無線機同定装置を提供できることである。その理由は微分処理によってフェージングによる包絡線検波信号を抑圧し、立ち上がりの包絡線検波信号特性を再現よく抽出することができることにある。第２の効果は、従来の周波数変動を特徴として用いる無線機同定装置では、同定が困難な周波数変動が少ない無線機や周波数変動の似た無線機同士に対して、同定に有効な新しい特徴を提供できることである。その理由は周波数と包絡線は直交関係にありお互いに依存していないため、周波数変動パターンが似ていても包絡線検波信号は必ずしも似ないためである。第３の効果は、従来の無線機同定装置を流用して構成できるため、経済性に優れていることである。その理由はＤＢや同定処理部の構成は従来のまま流用し、微分処理部と実効電圧測定器を追加するだけで装置を実現できるためである。
【００３２】
以上、本発明を好ましい実施の形態として詳細に説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上説明したように、本発明の無線機同定装置は、微分処理部により包絡線検波信号を微分した信号を特徴ベクトルし、この特徴ベクトルと教師ベクトルとの類似度から発信元の無線機を同定する。現在の無線機同定装置に、微分処理部と実効電圧測定器を追加するだけで装置を実現できることから、有用で産業上の利用可能性が高く、不法無線局などから発射される電波を監視するための電波監視装置といった用途に適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１    無線機同定装置
２    アンテナ
３    受信機
４    Ａ／Ｄ変換器
５    立ち上がり検出器
６    実効電圧測定器
７    包絡線検波器
８    微分処理部
９    特徴ベクトルデータベース（ＤＢ）
１０    無線機同定処理部
【図１】
0005282914.tif 000005
【図２】
0005282914.tif 000006
【図３】
0005282914.tif 000007
【図４】
0005282914.tif 000008
【図５】
0005282914.tif 000009