JP2009218679A - 信号抽出装置および信号抽出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】人間がしきい値を設定しなければならないという問題を解決する信号抽出装置を提供する。
【解決手段】周波数分析回路３は、受信信号のパワーを周波数ごとに求め、その信号のパワーを周波数ごとに示した周波数スペクトラムを生成する。周波数スペクトラム微分回路４は、周波数分析回路３が生成した周波数スペクトラムの周波数に対する微分値を計算する。信号抽出回路５は、周波数スペクトラム微分回路４が計算した微分値と、上限しきい値および下限しきい値とを用いて、受信信号に含まれる変調信号が存在する周波数区間を決定する。制御器７は、微分値のノイズフロアにおける最大値および最小値を評価し、その評価した最大値および最小値に基づいて、上限しきい値と下限しきい値を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、雑音を含む信号から元の信号を抽出する信号抽出装置および信号抽出方法に関する。

雑音を含む信号から元の信号を抽出する信号抽出方法が知られている。雑音を含む信号には、雑音のみ存在する周波数区間と、元の信号が存在する周波数区間とがあり、信号の抽出とは、この元の信号が存在する周波数区間を決定することである。なお、雑音のみの周波数区間は、ノイズフロアと呼ばれる。

図１７は、この信号抽出方法を説明するための説明図である。図１７では、雑音を含む信号のパワーを周波数ごとに示した周波数スペクトラムと、ノイズフロアを除去するためのしきい値とが示されている。

信号抽出方法では、図１７で示したような周波数スペクトラムが生成され、その周波数スペクトラムを用いて、パワーがしきい値以上の周波数が検出される。そして、そのパワーがしきい値以上の周波数が連続している場合、その連続している周波数の範囲を、元の信号が存在する周波数区間に決定する。ここで、元の信号が複数ある場合、パワーがしきい値以上で連続している周波数区間ごとに、その周波数区間を、元の信号が存在する周波数区間に決定する。

しかしながら、この信号抽出方法には以下の問題がある。

第一の問題は、一つのしきい値では、元の信号を正確に抽出できないことがあることである。その理由は、以下の通りである。

図１７において、信号ｂの周波数区間と信号ｃの周波数区間とは、互いに隣接しており、それらの周波数区間の間には、ノイズフロアが観測されない。このとき、図１７で示したようなしきい値が設定されると、信号ｂおよび信号ｃの間の周波数のパワーがしきい値以上になる。このため、信号ｂの周波数区間と信号ｃの周波数区間とが連続した一つの周波数区間として判断されるので、信号ｂおよび信号ｃが一つの信号として抽出される。

信号ｂおよび信号ｃを互いに異なる信号として抽出するためには、しきい値は、信号ｂおよび信号ｃの間の周波数のパワーより大きい値に設定される必要がある。図１８のしきい値φは、このようなしきい値を示している。

しかしながら、他の信号に比べてパワーの小さい信号がある場合、しきい値が信号ｂおよび信号ｃの間の周波数のパワーより小さい値に設定されると、元の信号を正確に抽出できないことがある。

実際、しきい値φは、信号ｄの周波数区間のパワーより大きくなるため、信号ｄの周波数区間が誤ってノイズフロアと判別される。このため、信号ｄを抽出することができない。

また、信号ｄを抽出するためには、しきい値は、信号ｄの周波数区間のパワー未満の値に設定される必要がある。図１８のしきい値ψは、このようなしきい値を示している。

しかしながら、しきい値ψは、信号ｂおよび信号ｃの間の周波数のパワーより小さいため、信号ｂおよび信号ｃを互いに異なる信号として抽出することができない。

また、第二の問題は、雑音のパワーが時間と共に大きく変化する場合、元の信号を正確に抽出できないことがあることである。その理由は、しきい値をある値に設定しても、雑音のパワーは、時間と共に変化するので、そのしきい値以上になったり、しきい値未満になったりすることがあるからである。

これらの問題を解決することが可能な技術としては、特許文献１に記載の雑音制御装置がある。図１９は、この雑音制御装置の動作を説明するための説明図である。図１９には、信号の周波数スペクトラムと、その周波数スペクトラムを周波数で微分した微分値とが示されている。

周波数スペクトラムの微分値は、元の信号が存在する周波数区間の始点付近で、急激に大きくなり、正の最大値になり、その後、急激に小さくなり、元の信号が存在する周波数区間の終点付近で、負の最大値となる。

したがって、元の信号が存在する周波数区間は、周波数スペクトラムの微分値の正の山と負の山の一組に相当する周波数区間となるという特徴を有する。この特徴は、信号間の周波数区間にノイズフロアが観測されない場合でも、パワーの小さい信号がある場合でも共通している。

特許文献１に記載の雑音制御装置は、この特徴を用いて、周波数スペクトラムの微分値が、負の最大値に続いて負のしきい値γになってから、この負のしきい値γに続いて正のしきい値δになるまでの周波数区間をノイズフロアとして抽出する。

したがって、ノイズフロアと異なる周波数区間が、元の信号が存在する周波数区間として抽出されれば、信号間の周波数区間にノイズフロアが観測されない場合でも、また、パワーの小さい信号がある場合でも、元の信号を正確に抽出することが可能になる。

また、図１９で示されたように、ノイズフロアにおける周波数スペクトラムの微分値の変動は、ノイズフロアにおける周波数スペクトラムの変動に比べて小さい。

したがって、負のしきい値γおよび正のしきい値δが適切に設定されれば、ノイズフロアにおける周波数スペクトラムの微分値がそれらのしきい値を超えることを抑制することが可能になる。したがって、雑音のパワーが時間と共に大きく変化しても、元の信号を正確に抽出することが可能になる。
特開平４−２８２６９７号公報

特許文献１に記載の雑音制御装置には、しきい値を自動的に設定する手段が備わっていないため、人間がしきい値を設定しなければならないという問題がある。

なお、人間がしきい値を設定する場合、人間が周波数スペクトラムまたは周波数スペクトラムの微分値を確認して適切なしきい値を求め、そのしきい値を雑音制御装置に設定する。したがって、手間が増加したり、誤って適切でないしきい値が設定されることで信号の抽出に不具合が生じたりするなどの問題が生じる。

本発明の目的は、上記の課題である、人間がしきい値を設定しなければならないという問題を解決する信号抽出装置および信号抽出方法を提供することである。

本発明による信号抽出回路は、雑音を含む信号を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した信号のパワーを周波数ごとに求め、該信号のパワーを前記周波数ごとに示した周波数スペクトラムを生成する分析手段と、前記分析手段が生成した周波数スペクトラムの前記周波数に対する微分値を計算する微分手段と、前記微分手段が計算した微分値と、正のしきい値および負のしきい値とを用いて、前記受信手段が受信した信号の元の信号が存在する周波数区間を決定する信号抽出手段と、前記雑音のパワーの微分値が最大および最小となる値を評価し、その評価結果に基づいて、前記正のしきい値および前記負のしきい値を決定する制御手段と、を含む。

また、本発明による信号抽出方法は、雑音を含む信号を受信し、前記受信された信号のパワーを周波数ごとに求め、該信号のパワーを前記周波数ごとに示した周波数スペクトラムを生成し、前記生成された周波数スペクトラムの前記周波数に対する微分値を計算し、前記計算された微分値と、正のしきい値および負のしきい値とを用いて、前記受信された信号の元の信号が存在する周波数区間を決定し、前記雑音のパワーの微分値が最大および最小となる値を評価し、その評価結果に基づいて、前記正のしきい値および前記負のしきい値を決定する。

本発明によれば、人間がしきい値を設定しなくてもよくなる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の第１の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。図１において、信号抽出装置は、空中線１、受信器２、周波数分析回路３、周波数スペクトラム微分回路４、信号抽出回路５、出力器６および制御器７を含む。ここで、受信器２、周波数分析回路３、周波数スペクトラム微分回路４、信号抽出回路５および出力器６は、信号処理回路８を構成する。

空中線１は、広帯域の電波信号を受信し、その電波信号を電気信号である受信信号に変換する。この受信信号には、雑音と元の信号とが含まれている。以下、元の信号を変調信号と称する。

受信器２は、空中線１にて変換された受信信号を受信し、その受信信号を、後段の回路が最適に動作するような形式に変換する。例えば、受信器２は、受信信号を、中間周波数帯信号への周波数ダウンコンバートを行い、その中間周波帯信号を増幅してする。

周波数分析回路３は、分析手段の一例である。周波数分析回路３は、受信器２にて形式が変換された受信信号のパワーを周波数ごとに求め、その受信信号のパワーを周波数ごとに示した周波数スペクトラムＰ（ｆ）を生成する。なお、以下では、受信信号のパワーを周波数ごとに求める処理を周波数分析と称することもある。また、周波数スペクトラムＰ（ｆ）は、周波数ｆの関数である。

ここで、周波数分析回路３は、周波数分析を所定の離散時間ごとに行う。

また、周波数分析回路３は、一回の周波数分析の結果を周波数スペクトラムＰ（ｆ）として生成してもよいが、周波数スペクトラムＰ（ｆ）を平滑化するために、複数回の周波数分析の結果を平均することが望ましい。つまり、周波数分析回路３は、予め定められた平均回数だけ受信信号のパワーを周波数ごとに求め、その回数分の受信信号のパワーを周波数ごとに平均し、その受信信号の平均値を周波数ごとに示した周波数スペクトラムを生成することが望ましい。

また、周波数分析回路３は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）を平滑化させるために、生成した周波数スペクトラムＰ（ｆ）をデジタルフィルタで平滑化してもよい。このとき、周波数分析回路３は、複数回の周波数分析のそれぞれの結果を周波数ごとに平均し、その平均結果を周波数スペクトラムＰ（ｆ）として生成し、さらに、その周波数スペクトラムＰ（ｆ）をデジタルフィルタで平滑化してもよい。

以下では、周波数分析回路３は、平均回数Ｎだけ周波数分析を行い、その周波数分析の結果を平均したことにする。

周波数スペクトラム微分回路４は、微分手段の一例である。周波数スペクトラム微分回路４は、周波数分析回路３にて生成された周波数スペクトラムＰ（ｆ）の周波数に対する微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆを計算する。

ここで、周波数スペクトラムＰ（ｆ）の周波数ｆは、離散値であり、各周波数ｆの間隔は、信号抽出装置に応じて予め定められている。以下、この各周波数ｆの間隔を所定周波数間隔と称する。

従って、周波数スペクトラム微分回路４は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）に対する所定周波数間隔ごとの差分商を周波数スペクトラムＰ（ｆ）の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆとして計算する。

また、周波数スペクトラム微分回路４は、受信信号のパワーを、単位をワット［Ｗ］からデシベル［ｄＢｍ］に変換して計算する。つまり、周波数スペクトラム微分回路４は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）の周波数ごとのパワーＰ［ワット］をパワー１０ｌｏｇＰ［デシベル］に変換してから、周波数スペクトラムＰ（ｆ）の周波数に対する微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆを計算する。

図２は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）と、周波数スペクトラムＰ（ｆ）の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの一例を示した説明図である。図２において、周波数スペクトラムＰ（ｆ）には、受信信号に含まれる信号ＡないしＤのそれぞれが存在する周波数区間が示されている。なお、信号ＡないしＤは、変調信号の一例である。

信号抽出回路５は、周波数スペクトラム微分回路４にて計算された微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆと、上限しきい値および下限しきい値とを用いて変調信号を抽出する。上限しきい値は、正のしきい値の一例であり、正の値を有する。下限しきい値は、負のしきい値の一例であり、負の値を有する。ここで、信号の抽出とは、信号が存在する周波数区間を決定することである。なお、信号の抽出やしきい値の決定についての詳細な説明は、後述する。

出力器６は、信号抽出回路５の抽出結果を出力する。例えば、出力器６は、その抽出結果を表示する。なお、抽出結果は、変調信号が存在する周波数区間を示す。

制御器７は、空中線１および信号処理回路８の各部を制御する。

次に変調信号の抽出について説明する。

図３は、信号抽出装置が行なう変調信号の抽出の原理を説明するための説明図である。図３では、変調信号が存在する周波数区間付近の周波数スペクトラムＰ（ｆ）と、その周波数スペクトラムＰ（ｆ）の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆとが示されている。

微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆには、正のピークと負のピークが存在する。また、正のピークの周波数と負のピークの周波数の間には、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆが正から負に変化する周波数が存在する。なお、このような特徴は、変調信号の変調方式に依存しない。

また、ノイズフロアにおいても、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆには、正のピーク、負のピーク、および、値が正から負に変化する周波数が多くある。しかしながら、ノイズフロアにおけるこれらの値は、通常小さいため、上限しきい値および下限しきい値を用いることで、ノイズフロアにおけるこれらの値を除外することができる。また、上限しきい値および下限しきい値は、ノイズフロアの統計的な性質から自動的に決定することができる。これらについては後述する。

信号抽出回路５は、これら特徴を利用して、例えば、以下のように、信号の抽出を実施する。

先ず、信号抽出回路５は、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値を周波数が低い方から高い方へ順に確認し、上限のしきい値以上の正のピークの周波数を検出する。続いて、信号抽出回路５は、その検出した周波数の後に現れる、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆが正の値から負の値に変化する周波数を検出する。

そして、信号抽出回路５は、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆが正の値から負の値に変化する周波数の後に現れる、下限のしきい値以下の負のピークの周波数を検出する。

これにより、図３で示した、正のピークの周波数、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆが正の値から負の値に変化する周波数、および、負のピークの周波数の三点が特定される。以下、正のピークおよび負のピークに挟まれる、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆが正の値から負の値に変化する周波数を中心周波数と称する。なお、中心周波数という呼び名は、便宜上のものであり、受信信号の真の中心周波数ではない。

さらに、信号抽出回路５は、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値を、正のピークの周波数から低い周波数に順に確認して、正のピークの周波数より低い周波数で微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆが正の値から負の値に変化し、かつ、正のピークの周波数に最も近い周波数を特定する。以下、この周波数を下限周波数ｆｌと称する。

また、信号抽出回路５は、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値を、負のピークの周波数から高い周波数の方に順に確認して、負のピークの周波数より高い周波数で微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆが負の値から正の値に変化し、かつ、負のピークの周波数に最も近い周波数を特定する。以下、この周波数を上限周波数ｆｕと称する。

そして、信号抽出回路５は、その特定した周波数に挟まれる周波数区間を、変調信号が存在する周波数区間として決定する。

これにより、信号抽出回路５は、受信信号から変調信号を抽出することが可能になる。

次に、動作を説明する。

先ず、図４を用いて信号抽出装置の全体の動作について説明する。図４は、この動作例を説明するためのフローチャートである。

ステップ４０１では、電波信号は、空中線１で受信信号に変換され、その受信信号は、受信器２に入力される。受信器２は、受信信号を受信すると、その受信信号を所望の形式に変換し、その形式を変換した受信信号を周波数分析回路３に出力する。周波数分析回路３は、受信信号を受信すると、ステップ４０２を実行する。

ステップ４０２では、周波数分析回路３は、受信信号の周波数分析を所定の離散時間ごとに平均回数だけ行い、その周波数分析のそれぞれの分析結果を周波数ごとに平均する。周波数分析回路３は、その平均結果を周波数スペクトラムＰ（ｆ）として生成する。

周波数分析回路３は、その周波数スペクトラムＰ（ｆ）を周波数スペクトラム微分回路４に出力する。周波数スペクトラム微分回路４は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）を受信すると、ステップ４０３を実行する。

ステップ４０３では、周波数スペクトラム微分回路４は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）を周波数で微分して、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆを計算する。なお、周波数スペクトラム微分回路４は、周波数の低い方から順に微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆを計算するものとする。

周波数スペクトラム微分回路４は、その微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆを信号抽出回路５に出力する。信号抽出回路５は、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆを受信すると、ステップ４０４を実行する。

ステップ４０４では、信号抽出回路５は、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆから、上限しきい値および下限しきい値を用いて変調信号を抽出し、その抽出結果を出力器６に出力する。抽出結果は、変調信号が存在する周波数区間を示す。なお、信号抽出回路５の動作の詳細な説明は、後述する。

出力器６は、抽出結果を受信すると、ステップ４０５を実行する。

ステップ４０５では、出力器６は、抽出結果を信号処理回路８の外部に出力して、動作を終了する。

次に、図５ないし図８を用いて信号抽出回路５の動作を詳細に説明する。図５は、信号抽出回路５の動作例を説明するためのフローチャートである。また、図６ないし図８は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）と、周波数スペクトラムＰ（ｆ）の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆとの一例を示した説明図である。以下、図６で示された微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆから変調信号を抽出する動作を説明する。

ステップ５０１では、信号抽出回路５は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの最も低い周波数の値をチェックし、その後、ステップ５０２を実行する。

ステップ５０２では、信号抽出回路５は、チェックした値が上限しきい値以上であるか否かを判定する。信号抽出回路５は、その値が上限しきい値以上であると、ステップ５０４を実行し、その値が上限しきい値未満であると、ステップ５０３を実行する。

ステップ５０３では、信号抽出回路５は、次に高い周波数の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値をチェックする。その後、ステップ５０２が実行される。

なお、次に高い周波数とは、直前にチェックした周波数から所定周波数間隔だけ高い周波数のことである。

ステップ５０４では、信号抽出回路５は、チェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値を直前値として記憶し、チェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数を直前周波数として記憶する。なお、信号抽出回路５は、既に直前値および直前周波数が記憶されている場合、直前値および直前周波数を上書きする。

そして、信号抽出回路５は、次に高い周波数の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値をチェックする。その後、ステップ５０５が実行される。

ステップ５０５では、信号抽出回路５は、チェックした値を自回路に記憶されている直前値と比較して、そのチェックした値が直前値より小さいか否かを判定する。信号抽出回路５は、そのチェックした値が直前値より小さいと、ステップ５０６を実行し、そのチェックした値が直前値以上であると、ステップ５０４を実行する。

なお、直前値は一回前にチェックされた微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値なので、チェックされた微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値が直前値より小さい場合、その直前値が、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの正のピーク値となる。

ステップ５０６では、信号抽出回路５は、記憶している直前値を、正のピーク値として記憶し、かつ、記憶している直前周波数を、正のピークの周波数として記憶する。その後、ステップ５０７が実行される。

なお、ステップ５０４からステップ５０６までは、上限しきい値以上の正のピーク値となる微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数を検出する動作を説明している。

上限しきい値以上の正のピークは、図６では、一つだけだが、実際には、図７で示した微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのように、複数存在する可能性がある。このように上限しきい値以上の正のピークが複数ある場合、信号抽出回路５は、その複数のピークの中で最も大きい値のピークを、真の正のピークとする。

ここでは、正のピークの候補が一つであるとして説明する。

ステップ５０７では、信号抽出回路５は、次に高い周波数の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値をチェックし、その後、ステップ５０８を実行する。

ステップ５０８では、信号抽出回路５は、チェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値が負か否かを判定する。信号抽出回路５は、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値が負でないと、ステップ５０７を実行し、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値が負であると、ステップ５０９を実行する。

ステップ５０９では、信号抽出回路５は、値をチェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数と、一回前に値をチェックした周波数との中間の周波数を、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆが正から負に変化する中心周波数として求める。例えば、信号抽出回路５は、値をチェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数から、所定周波数間隔の半分を差し引いた値を、中心周波数として求める。

信号抽出回路５は、求めた中心周波数を記憶し、その後、ステップ５１０を実行する。

なお、ステップ５０７からステップ５０９までは、中心周波数を検出する動作を説明している。上限しきい値および下限しきい値の間の中心周波数は、図６では、一つだけだが、実際には、図８で示した微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのように、複数存在する可能性がある。このように上限しきい値および下限しきい値の間の中心周波数が複数ある場合、信号抽出回路５は、その複数の中心周波数の中で、最も周波数が低い中心周波数（Ａ点）と、最も周波数が高い中心周波数（Ｂ点）と中間を真の中心周波数とする。

ここでは、中心周波数の候補が一つであるとして説明する。

ステップ５１０では、信号抽出回路５は、次に高い周波数の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値をチェックし、その後、ステップ５１１を実行する。

ステップ５１１では、信号抽出回路５は、チェックした値が下限しきい値以下か否かを判定する。信号抽出回路５は、その値が下限しきい値以下であると、ステップ５１２を実行し、その値が下限しきい値より大きいと、ステップ５１０を実行する。

ステップ５１２では、信号抽出回路５は、チェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値を直前値として記憶し、そのチェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数を直前周波数として記憶する。

そして、信号抽出回路５は、次に高い周波数の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値をチェックし、その後、ステップ５１３を実行する。

ステップ５１３では、信号抽出回路５は、チェックした値を自回路に記憶されている直前値と比較して、そのチェックした値が直前値より大きいか否かを判定する。信号抽出回路５は、その値が直前値より大きいと、ステップ５１４を実行し、その値が直前値以下であると、ステップ５１２を実行する。

なお、直前値は一回前にチェックされた微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値なので、チェックされた微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの値が直前値より大きい場合、その直前値が、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの負のピークとなる。

ステップ５１４では、信号抽出回路５は、記憶している直前値を、負のピーク値として記憶し、かつ、記憶している直前周波数を、負のピークの周波数として記憶する。その後、ステップ５１５が実行される。

なお、ステップ５１２からステップ５１４までは、下限しきい値以下の負のピーク値となる微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数を検出する動作を説明している。下限しきい値以下の負のピークは、図６では、一つだけだが、実際には、図７で示した微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのように、複数存在する可能性がある。このように下限しきい値以下の負のピークが複数ある場合、信号抽出回路５は、その複数のピークの中で最も小さい値のピークを、真の負のピークとし、その真の負のピークの周波数を、真の負のピークの周波数とする。

ここでは、正のピークと同様に、負のピークの候補が一つであるとして説明する。

ステップ５１４が終了した時点で、信号抽出回路５は、正のピークの周波数、中心周波数、および、負のピークの周波数の三つの周波数を記憶した。

ステップ５１５では、信号抽出回路５は、その記憶した正のピークの周波数、中心周波数および負のピークの周波数に基づいて、変調信号が存在する周波数区間を決定する。その後、ステップ５０２が実行される。

次に、図９を用いて、ステップ５１５で信号抽出回路５が変調信号が存在する周波数区間を決定する際の動作を詳細に説明する。図９は、この動作を説明するためのフローチャートである。

先ず、ステップ９０１では、信号抽出回路５は、正のピークの周波数の次に低い周波数の微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆの値をチェックする。その後、ステップ９０２が実行される。

ステップ９０２では、信号抽出回路５は、チェックした値が負か否かを判定する。信号抽出回路５は、チェックした値が負であると、ステップ９０４を実行し、チェックした値が負でないと、ステップ９０３を実行する。

ステップ９０３では、信号抽出回路５は、次に低い周波数の微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆの値をチェックする。その後、ステップ９０２が実行される。なお、ここで、次に低い周波数とは、直前にチェックした周波数から所定周波数間隔だけ低い周波数のことである。

ステップ９０４では、信号抽出回路５は、値をチェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数と、一回前に値をチェックした周波数との中間の周波数を、下限周波数ｆｌとして記憶する。例えば、信号抽出回路５は、値をチェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数に、所定周波数間隔の半分を加えた値を、中間の周波数として求める。その後、ステップ９０５が実行される。

ステップ９０５では、信号抽出回路５は、負のピークの周波数の次に高い周波数の、微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆの値をチェックする。その後、ステップ９０６が実行される。

ステップ９０６では、信号抽出回路５は、チェックした値が正か否かを判定する。信号抽出回路５は、チェックした値が正であると、ステップ９０８を実行し、チェックした値が正でないと、ステップ９０７を実行する。

ステップ９０７では、信号抽出回路５は、次に高い周波数の微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆの値をチェックし、その後、ステップ９０６を実行する。

ステップ９０８では、信号抽出回路５は、値をチェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数と、一回前に値をチェックした周波数との中間の周波数を、上限周波数ｆｕとして記憶する。例えば、信号抽出回路５は、値をチェックした微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの周波数から、所定周波数の半分を差し引いた値を、中間の周波数として求める。

そして、信号抽出回路５は、下限周波数ｆｌおよび上限周波数ｆｕで挟まれた周波数区間を変調信号が存在する周波数区間として決定する。

次に、制御器７が上限しきい値および下限しきい値を決定する処理について説明する。

図６で示したように、ノイズフロアにおいても、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆが正から負に変化する周波数が多くある。このようなノイズフロアの周波数ごとに雑音は、通常、ガウス雑音である。

ここで、周波数ごとのガウス雑音のパワーは、ワイブル分布に従うことが知られている。また、ある分布に従う確率変数の平均値の分布は、中心極限定理により、平均値を求めるためのサンプル数が大きくなるに従い、正規分布に近づくことが知られている。

周波数分析回路３は、平均回数分の周波数分析のそれぞれの結果を周波数ごとに平均し、その平均結果を周波数スペクトラムＰ（ｆ）として生成している。この平均回数が十分大きければ、ノイズフロアにおける周波数ごとの受信信号のパワーのそれぞれは、正規分布に従うと近似することが可能になる。

したがって、実用上、全ての確率変数が平均の両側の標準偏差の３倍以内にあると考えれば、周波数スペクトラムＰ（ｆ）のノイズフロアにおける周波数ごとのパワーの最大値と最小値を推定することができる。さらに、その最大値と最小値の差は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）のノイズフロアにおけるパワーに依存しない。このことから、周波数分析回路３は、上限しきい値および下限しきい値を自動的に決定することができる。以下、上限しきい値および下限しきい値の決定について、具体的に数式を用いて説明する。

一般に確率変数ＸおよびＹのそれぞれが正規分布に従う場合、数１で定義される確率変数Ｒは、数２で表される確率密度関数Ｆ（Ｒ）を有するワイブル分布に従う。

なお、αは尺度母数、ｍは尺度パラメータである。このワイブル分布の平均μと分散σ²は、数３および数４で表される。なお、Γは、ガンマ関数である。

ここで、周波数スペクトラムＰ（ｆ）のノイズフロアにおける周波数ごとのパワー、つまり、雑音のパワーについて考える。ある周波数ｆｃの雑音Ｖ（ｔ）は、数５で表される。なお、ｔは、時間である。

ここで、雑音Ｖ（ｔ）は、ガウス雑音であるので、雑音Ｖ（ｔ）の係数ｘ（ｔ）およびｙ（ｔ）は、正規ガウス分布に従っている。なお、ｃは、受信信号の速度である。このとき、雑音のパワーＶ²（ｔ）は、数６で表される。

数６で表された雑音のパワーＶ²（ｔ）は、数１において尺度パラメータｍが１の場合に相当するので、ワイブル分布に従う。従って、雑音のパワーＶ²（ｔ）の平均μおよび分散σ²は、数３および数４のそれぞれの尺度パラメータｍに１を代入することで得られる。数３および数４のそれぞれに、ｍ＝１を代入すると、数７および数８が得られる。

また、標準偏差は、分散の平方根であるので、雑音のパワーＶ²（ｔ）の標準偏差は、尺度母数αとなる。よって、周波数スペクトラムＰ（ｆ）のノイズフロアにおける周波数ごとの雑音のパワーＶ²（ｔ）は、平均および標準偏差が共に尺度母数αである確率分布に従う
ここで、雑音のパワーＶ²（ｔ）に中心極限定理を適用する。中心極限定理によれば、確率変数Ｘが平均μおよび標準偏差σの確率分布に従う場合、確率変数のＮ個のサンプルＸ1，Ｘ2，・・・ＸＮの平均値は、Ｎが十分大きければ、平均μおよび標準偏差σ／√Ｎの正規分布に従う。

したがって、雑音のパワーＶ²（ｔ）に中心極限定理が適用されると、雑音のパワーＶ²（ｔ）が平均αおよび標準偏差αのワイブル分布に従うので、雑音のパワーＶ²（ｔ）の平均値は、Ｎが十分大きければ、平均αおよび標準偏差α／√Ｎの正規分布に従う。

以下では、雑音のパワーＶ²（ｔ）の平均値は、正規分布に従うとみなす。図１０は、雑音のパワーＶ²（ｔ）の平均値が従う正規分布を示したグラフである。

本実施形態では、上述したように、周波数分析回路３が平均回数Ｎの周波数分析の結果を周波数スペクトラムＰ（ｆ）として生成しているので、周波数スペクトラムＰ（ｆ）のノイズフロアにおけるパワーは、雑音のパワーＶ²（ｔ）の平均値を示している。

また、上述したように、周波数スペクトラムＰ（ｆ）の周波数ｆは、離散値であり、周波数スペクトラム微分回路４は、周波数スペクトラムＰ（ｆ）に対する所定周波数間隔ごとの差分商｛Ｐ（ｆ_i）−Ｐ（ｆ_i-1）｝／｛ｆ_i−ｆ_i-1｝を周波数スペクトラムＰ（ｆ）の微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆとして計算している。ここで、ｆ_iは、離散値である周波数のそれぞれを示している。また、ｆ_i−ｆ_i-1は、所定周波数間隔を示し、以下では、Δｆと書くことにする。

ここで、この差分商｛Ｐ（ｆ_i）−Ｐ（ｆ_i-1）｝／｛ｆ_i−ｆ_i-1｝として計算された微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆの最大値および最小値について考える。

上述したように、周波数スペクトラムＰ（ｆ）のノイズフロアにおける周波数ごとの雑音のパワーの平均値は、平均αおよび標準偏差α／√Ｎの正規分布に従う。この場合、ノイズフロアにおける周波数ごとの雑音のパワーＶ²（ｔ）の平均値は、実用上、平均αの両側の標準偏差α／√Ｎの３倍以内になると考えられる。つまり、この雑音のパワーＶ²（ｔ）の平均値は、単位をワットとすると、（α―３α／√Ｎ）から（α＋３α／√Ｎ）の間にあり、単位をデシベルとすると、１０ｌｏｇ（α―３α／√Ｎ）から１０ｌｏｇ（α＋３α／√Ｎ）の間にある。

したがって、周波数スペクトラム微分回路４は、受信信号のパワーの単位をワットからデシベルに変換して微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆを計算するので、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆ＝｛Ｐ（ｆ_i）−Ｐ（ｆ_i-1）｝／Δｆが最大になるのは、Ｐ（ｆ_i）が１０ｌｏｇ（α＋３α／√Ｎ）であり、かつ、Ｐ（ｆ_i-1）が１０ｌｏｇ（α―３α／√Ｎ）となるときである。

ここで、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆ＝｛Ｐ（ｆ_i）−Ｐ（ｆ_i-1）｝／Δｆを計算すると、数９で表される。

したがって、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける最大値は、平均回数Ｎと所定周波数間隔Δｆだけで決まる。

同様にして微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける最小値は、数１０で表され、平均回数Ｎと所定周波数間隔Δｆだけで決まる。

したがって、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける任意の周波数でのパワーは、数９で表される最大値よりも大きく、数１０で表される最小値よりも小さくなることがないので、上限しきい値を数１１以上とし、下限しきい値を数１２以下にすれば、雑音を誤って信号として抽出されることがない。

平均回数Ｎと所定周波数間隔Δｆは、信号抽出装置に応じて予め定められているので、制御器７は、平均回数Ｎと所定周波数間隔Δｆに基づいて、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける最大値および最小値を評価することができる。

つまり、制御器７は、予め定められた平均回数Ｎと所定周波数間隔Δｆを数１１および数１２に代入して、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける最大値および最小値を評価する。そして、制御器７は、その評価結果に基づいて、上限しきい値と下限しきい値を決定する。例えば、制御器７は、その評価した最大値を上限しきい値とし、その評価した最小値を下限しきい値とする。

これにより、上限しきい値と下限しきい値を自動的に決定することが可能になる。

なお、本実施形態では、Ｎが１０００回以上であれば、雑音のパワーＶ²（ｔ）の平均値が正規分布に従うとみなしても、実用上問題のないしきい値を計算することができる。また、Ｎは、信号抽出装置に求める信号抽出の精度に応じて、適宜変更することが可能である。

また、ノイズフロアにおける周波数ごとの雑音のパワーＶ²（ｔ）の平均値は、実用上、平均αの両側の標準偏差α／√Ｎの３倍以内になると考えられるとしたが、この３倍という数値は、一例であり、信号抽出装置に求める信号抽出の精度に応じて、適宜変更することが可能である。

次に効果を説明する。

本実施形態では、周波数分析回路３は、受信信号のパワーを周波数ごとに求め、その信号のパワーを周波数ごとに示した周波数スペクトラムＰ（ｆ）を生成する。周波数スペクトラム微分回路４は、周波数分析回路３が生成した周波数スペクトラムＰ（ｆ）の周波数に対する微分値を計算する。信号抽出回路５は、周波数スペクトラム微分回路４が計算した微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆと、上限しきい値および下限しきい値とを用いて、受信信号に含まれる変調信号が存在する周波数区間を決定する。制御器７は、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける最大値および最小値を評価し、その評価結果に基づいて、上限しきい値と下限しきい値を決定する。

この場合、微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける最大値および最小値が評価される。また、上限しきい値および下限しきい値がその評価結果に基づいて決定される。そして、受信信号に含まれる変調信号が存在する周波数区間が、その上限しきい値および下限しきい値を用いて決定される。

このため、しきい値が自動的に決定されるため、人間がしきい値を設定しなくても良くなる。

また、本実施形態では、周波数分析回路３は、予め定められた平均回数、受信信号のパワーを周波数ごとに求め、その平均回数分の信号のパワーを周波数ごとに平均する。また、周波数分析回路３は、その受信信号のパワーの平均値を周波数ごと示した周波数スペクトラムＰ（ｆ）を生成する。また、周波数スペクトラム微分回路４は、周波数分析回路３が生成した周波数スペクトラムＰ（ｆ）に対する所定周波数間隔ごとの差分商を微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆとして計算する。制御器７は、その所定周波数間隔および平均回数に基づいて、微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける最大値および最小値を評価する。

この場合、微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける最大値および最小値が所定周波数間隔および平均回数に基づいて評価される。このため、微分値Ｐ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける値などを計測しなくても、しきい値を自動的に決定することが可能になる。したがって、容易にしきい値を自動的に決定することが可能になる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図１１は、本発明の第２の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。図１１において、信号抽出装置は、空中線１、受信器２、信号抽出回路５ａおよびディスプレイ９を含む。

本実施形態では、図１で示した信号処理回路８の機能をディジタル回路である信号抽出回路５ａにより実現している。具体的には、信号抽出回路５ａは、ＡＤＣ（アナログ・ディジタル・コンバータ）１０、ＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）１１およびＣＰＵ１２を含む。

ＡＤＣ１０は、受信器２にて変換されたアナログ信号の受信信号を、ディジタル信号の受信信号に変換する。

ＤＳＰ１１は、コンピュータにて読み取り可能な記録媒体からプログラムを読み取り、その読み取ったプログラムを実行して、図２で示した周波数分析回路３の機能を実現する。例えば、ＤＳＰ１１は、受信信号の周波数分析を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：First Fourie Transform）処理により高速に行う。

ＣＰＵ１２は、コンピュータにて読み取り可能な記録媒体からプログラムを読み取り、その読み取ったプログラムを実行して、図２の周波数スペクトラム微分回路４、信号抽出回路５および制御器７のそれぞれの機能を実現する。

ディスプレイ９は、図２の出力器６の機能を有する。

また、周波数分析を行う分析回路は、ＤＳＰ１１の代りに、狭帯域アナログフィルタを必要帯域幅だけ並列に並べた回路にて実現することもできる。さらに、この分析回路は、一つの狭帯域アナログフィルタと高速切替え可能な信号発生器とを組み合わせて、対象信号帯域を周波数掃引することで実現することもできる。

このような狭帯域アナログフィルタを有する分析回路を用いた信号抽出装置では、分析回路は、受信器２の後段に配置され、ＡＤＣ１０は、その分析回路の後段に配置される。

また、装置の用途に合うのであれば、ＤＳＰ１１の代わりに、ＣＰＵやＦＰＧＡ（Fielｄ Programmable Gate Array）を用いてもよい。なお、ＤＳＰ、ＣＰＵおよびＦＰＧＡは、１個に限らず、複数でもよい。また、ＤＳＰは、高速フーリエ変換専用のＤＳＰとしてもよい。

本実施形態では、信号処理回路８ａを、ＡＤＣ１０、ＤＳＰ１１およびＣＰＵ１２で構成するようにしたので、回路構成を簡素化することが可能になる。

次に第３の実施形態について説明する。

図１２は、第３の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。図１２において、信号抽出装置は、空中線１、受信器２、周波数分析回路３、周波数スペクトラム微分回路４、信号抽出回路５、出力器６および制御器７を含む。また、空中線１、受信器２、周波数分析回路３および周波数スペクトラム微分回路４のそれぞれは、複数ある。

ここで、受信器２のそれぞれは、空中線１のいずれか一つと互いに一対一で対応する。また、周波数分析回路３のそれぞれは、受信器２のいずれか一つと互いに一対一で対応する。さらに、周波数スペクトラム微分回路４のそれぞれは、周波数分析回路３のいずれか一つと互いに一対一で対応する。

この互いに対応付けられた空中線１、受信器２、周波数分析回路３および周波数スペクトラム微分回路４は、一つの系を構成する。各系が互いに周波数帯の異なる信号を処理することで、信号処理装置が抽出可能な信号の帯域を広くすることが可能になる。

具体的には、空中線１のそれぞれは、互いに周波数帯の異なる複数の電波信号のいずれか一つを受信し、その電波信号を互いに周波数帯の異なる複数の電気信号に変換する。

受信器２のそれぞれは、対応した空中線１が変換した電子信号を受信し、その電気信号を受信信号に変換する。

周波数分析回路３のそれぞれは、対応した受信器２にて変換された受信信号の周波数分析を所定の離散時間ごとに行い、その分析結果を周波数スペクトラムＰ（ｆ）として生成する。

周波数スペクトラム微分回路４のそれぞれは、対応した周波数分析回路３にて生成された周波数スペクトラムＰ（ｆ）の周波数に対する微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆを計算する。

信号抽出回路５は、周波数スペクトラム微分回路４のそれぞれが計算した微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのそれぞれから、変調信号を抽出する。例えば、信号抽出回路５は、周波数スペクトラム微分回路４のそれぞれが計算した微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのそれぞれを一つに微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆに結合し、その結合した微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆから変調信号を抽出する。

制御器７は、各系の空中線１、受信器２、周波数分析回路３および周波数スペクトラム微分回路４のそれぞれが同期して動作するように制御する。これにより各系の空中線１、受信器２、周波数分析回路３および周波数スペクトラム微分回路４のそれぞれが互いに同期して動作する。

次に効果を説明する。

本実施例によれば、周波数分析回路３のそれぞれは、対応する受信器２にて変換された受信信号の周波数分析を行い、その分析結果を周波数スペクトラムＰ（ｆ）として生成する。周波数スペクトラム微分回路４のそれぞれは、対応する周波数分析回路３にて生成された周波数スペクトラムＰ（ｆ）の周波数に対する微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆを計算する。信号抽出回路５は、周波数スペクトラム微分回路４のそれぞれが計算した微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのそれぞれから、変調信号を抽出する。

この場合、広い周波数帯の信号を処理することが可能になる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

図１３は、第４の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。図１３にいて、信号抽出回路は、図１１で示した構成に加え、複数の変調識別回路１３と、複数の復調回路１４と、記録部１５とを含む。

変調信号を復調する場合、その変調信号の変調方式を識別する必要がある。ここで、変調方式の識別とは、変調諸元（変調方式およびシンボルレートなど）を特定することである。

変調方式を識別するためには、信号が存在する周波数区間が分からなければならない。

変調識別回路１３のそれぞれは、ＣＰＵ１２が決定した変調信号が存在する周波数区間を用いて、変調信号の変調諸元を推定する。なお、ＣＰＵ１２が複数の周波数区間を決定した場合、変調識別回路１３のそれぞれは、ＣＰＵ１２が決定した複数の周波数区間のいずれか一つの周波数区間を用いて、その周波数区間に存在する変調信号の変調諸元を推定する。

復調回路１４のそれぞれは、変調識別回路１３のいずれか一つと一対一で対応付けられている。復調回路１４のそれぞれは、対応する変調識別回路１３が推定した変調諸元に基づいて、変調信号を復調する。

記録部１５は、復調回路１４のそれぞれが復調した受信信号を記録する。

次に動作を説明する。

先ず、ＣＰＵ１２は、求めた変調信号の上限周波数および下限周波数を、変調識別回路１３にセットする。このとき、ＣＰＵ１２は、複数の周波数区間を決定していると、その複数の周波数区間のそれぞれを定める上限周波数および下限周波数を、互いに異なる変調識別回路にセットする。

また、ＡＤＣ１０は、受信信号を変調識別回路１３にさらに出力する。

変調識別回路１３は、受信信号を受信すると、セットされた上限周波数から下限周波数までの範囲を変調信号が存在する周波数区間と判断し、その周波数区間に存在する変調信号の変調諸元を推定する。

変調識別回路１３は、変調信号および変調諸元を自回路に対応する復調回路１４に出力する。

復調回路１４は、変調信号および変調諸元を受信すると、その変調諸元に応じて回路構成を変更し、変更した回路構成を用いて変調信号を復調して復調データを生成する。復調回路１４は、その復調データを記録部１５に出力する。記録部１５は、復調データを受信すると、その復調データを記録する。

次に効果を説明する。

本実施形態によれば、変調識別回路１３は、ＣＰＵ１２が決定した変調信号が存在する周波数区間を用いて、変調信号の変調諸元を推定する。復調回路１４のそれぞれは、変調識別回路１３は、変調識別回路１３が推定した変調諸元に基づいて、変調信号を復調する。

この場合、変調信号が存在する周波数区間が自動的に決定されるので、変調諸元を自動的に推定することが可能になる。したがって、未知の変調信号を自動的に復調することが可能になる。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１４は、第５の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。図１４において、信号抽出回路は、図１で示した構成に加え、帯域幅フィルタリング回路１６を含む。

帯域幅フィルタリング回路１６は、信号抽出回路５が決定した周波数区間から、予め定められた周波数範囲に含まれる周波数区間を取り出す。

出力器６は、帯域幅フィルタリング回路１６が取り出した周波数区間を出力する。

効果を説明する。

信号抽出装置には、予め監視対象となる信号の監視周波数が定められていることが多い。周波数資源の有効活用の観点から、比帯域が極端に小さい信号は、存在する可能性は低い。また技術的な観点から、比帯域が極端に大きな信号も存在する可能性は低い。ここで比帯域とは、信号の存在する周波数区間をその信号の中心周波数で割った値である。例えば、監視周波数が６０ＧＨｚ程度の場合に、数キロＨｚオーダーの信号が存在することは、周波数資源の有効活用の点から存在する可能性が低い少ない。このため、もし、信号抽出回路５にてその監視周波数において極端に小さい、または極端に大きい比帯域を持つ信号が抽出されたとしても、その信号は、誤って抽出された信号などの不要な信号である可能性が高い。また、監視周波数に応じて、信号の存在する周波数区間（すなわち、帯域幅）が予め定まっている場合もある。この様な場合、予想しない周波数区間の信号が抽出された場合、その信号は、誤って抽出された信号などの不要な信号である可能性が高い。このような信号が出力されると、煩わしいという問題がある。

本実施形態では、予め定められた周波数範囲に含まれる周波数区間が取り出されるので、不要な信号が抽出されるのを抑止することが可能になる。

次に、本発明の第６の実施形態について説明する。

図１５は、第６の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。図１５において、信号抽出回路は、図１で示した構成に加え、ノイズフロア抽出回路１７、Ｃ／Ｎ計算回路１８を含む。

ノイズフロア抽出回路１７は、信号抽出回路５にて決定された変調信号が存在する周波数区間を用いて、ノイズフロアを決定する。具体的には、ノイズフロア抽出回路１７は、変調信号が存在する周波数区間と異なる周波数区間をノイズフロアとして決定する。

Ｃ／Ｎ計算回路１８は、信号抽出回路５にて決定された変調信号が存在する周波数区間と、ノイズフロア抽出回路１７にて決定されたノイズフロアとに基づいて、受信器２が変換した受信信号のＣ／Ｎ(Carrier/Noise)比を計算する。

具体的には、Ｃ／Ｎ計算回路１８は、受信信号のパワーを変調信号が存在する周波数区間における周波数ごとに求め、それらの周波数ごとの受信信号のパワーの平均値を変調信号のパワーＣとして求める。また、Ｃ／Ｎ計算回路１８は、受信信号のパワーをノイズフロアにおける周波数ごとに求め、それらの周波数ごとの受信信号のパワーの平均値を雑音のパワーＮとして求める。そして、Ｃ／Ｎ計算回路１８は、変調信号のパワーＣを雑音のパワーＮで除算して、Ｃ／Ｎ比を計算する
なお、Ｃ／Ｎ計算回路１８は、受信信号に含まれる変調信号ごとに、Ｃ／Ｎ比を求めてもよい。

次に効果を説明する。

本実施形態によれば、ノイズフロア抽出回路１７は、信号抽出回路５にて決定された変調信号が存在する周波数区間を用いて、ノイズフロアを決定する。Ｃ／Ｎ計算回路１８は、信号抽出回路５にて決定された変調信号が存在する周波数区間と、ノイズフロア抽出回路１７にて決定されたノイズフロアとに基づいて、受信器２が変換した受信信号のＣ／Ｎ(Carrier/Noise)比を計算する。

この場合、変調信号が存在する周波数区間とノイズフロアとを自動的に決定することが可能になるので、Ｃ／Ｎ比を自動的に計算することが可能になる。

次に本発明の第７の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、本発明による信号抽出装置の最も簡単な構成を示す。

図１６は、本発明の第２の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。図１６において、信号抽出装置は、受信器２、周波数分析回路３、周波数スペクトラム微分回路４、信号抽出回路５および制御器７を含む。

受信器２は、受信信号を受信する。

周波数分析回路３は、受信器２が受信した受信信号の周波数分析を行い、その分析結果を周波数スペクトラムＰ（ｆ）として生成する。

周波数スペクトラム微分回路４は、周波数スペクトラム微分回路４は、周波数分析回路３にて生成された周波数スペクトラムＰ（ｆ）の周波数に対する微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆを計算する。

信号抽出回路５は、周波数スペクトラム微分回路４にて計算された微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆから、上限しきい値および下限しきい値を用いて変調信号を抽出する。

制御器７は、微分値ｄＰ（ｆ）／ｄｆのノイズフロアにおける最大値および最小値を評価し、その評価した最大値および最小値に基づいて、上限しきい値と下限しきい値を決定する。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

本発明の第１の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。 受信信号の周波数スペクトラムと周波数スペクトラムの微分値の一例を示した説明図である。 信号抽出装置が行なう変調信号の抽出の原理を説明するための説明図である。 信号抽出装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 信号抽出回路の動作例を説明するためのフローチャートである。 受信信号の周波数スペクトラムと周波数スペクトラムの微分値の他の例を示した説明図である。 受信信号の周波数スペクトラムと周波数スペクトラムの微分値の他の例を示した説明図である。 受信信号の周波数スペクトラムと周波数スペクトラムの微分値の他の例を示した説明図である。 変調信号が存在する周波数区間を決定する際の動作例を説明するためのフローチャートである。 雑音のパワーの平均値が従う正規分布を示したグラフである。 本発明の第２の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第３の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第４の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第５の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第６の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第７の実施形態の信号抽出装置の構成を示したブロック図である。 関連する技術の信号抽出方法を説明するための説明図である。 関連する技術の信号抽出方法の問題点を説明するための説明図である。 特許文献１に記載の雑音制御装置の動作を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 空中線
２ 受信器
３ 周波数分析回路
４ 周波数スペクトラム微分回路
５ 信号抽出回路
６ 出力器
７ 制御器
８ 信号処理回路
９ ディスプレイ
１０ ＡＤＣ
１１ ＤＳＰ
１２ ＣＰＵ
１３ 変調識別回路
１４ 復調回路
１５ 記録部
１６ 帯域幅フィルタリング回路
１７ ノイズフロア抽出回路
１８ Ｃ／Ｎ比計算回路

Claims (11)

1. 雑音を含む信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段が受信した信号のパワーを周波数ごとに求め、該信号のパワーを前記周波数ごとに示した周波数スペクトラムを生成する分析手段と、
   前記分析手段が生成した周波数スペクトラムの前記周波数に対する微分値を計算する微分手段と、
   前記微分手段が計算した微分値と、正のしきい値および負のしきい値とを用いて、前記受信手段が受信した信号の元の信号が存在する周波数区間を決定する信号抽出手段と、
   前記雑音のパワーの微分値が最大および最小となる値を評価し、その評価結果に基づいて、前記正のしきい値および前記負のしきい値を決定する制御手段と、を含む信号抽出回路。
2. 請求項１に記載の信号抽出回路において、
   前記分析手段は、前記信号のパワーを予め定められた平均回数だけ前記周波数ごとに求め、前記平均回数分の信号のパワーを前記周波数ごとに平均し、前記信号のパワーの平均値を前記周波数ごとに示した前記周波数スペクトラムを生成し、
   前記微分手段は、前記分析手段が生成した周波数スペクトラムに対する予め定められた所定周波数間隔ごとの差分商を前記微分値として計算し、
   前記制御手段は、前記所定周波数間隔および前記平均回数に基づいて、前記雑音のパワーの微分値が最大および最小となる値を評価する、信号抽出回路。
3. 請求項１または２に記載の信号抽出回路において、
   前記受信手段は、複数あり、前記複数の受信手段のそれぞれは、互いに周波数帯の異なる複数の前記信号のいずれか一つを受信し、
   前記分析手段は、複数あり、前記複数の分析手段のそれぞれは、前記受信手段のいずれか一つと一対一で対応し、該対応した受信手段が受信した信号のパワーを周波数ごとに求め、該信号のパワーを前記周波数ごとに示した周波数スペクトラムを生成し、
   前記微分手段は、複数あり、前記複数の微分手段のそれぞれは、前記分析手段のいずれか一つと一対一で対応し、該対応した前記分析手段が生成した周波数スペクトラムごとに前記微分値を計算し、
   前記信号抽出手段は、前記複数の微分手段のそれぞれが計算した微分値のそれぞれを用いて、前記元の信号が存在する周波数区間を決定する、信号抽出回路。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の信号抽出回路において、
   前記信号抽出手段が決定した周波数区間を用いて、該周波数区間に存在する元の信号の変調諸元を推定する変調識別手段と、
   前記変調識別手段が推定した変調諸元に基づいて、前記元の信号を復調する復調手段と、を含む、信号抽出回路。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の信号抽出回路において、
   前記信号抽出手段が決定した周波数区間から、予め定められた周波数範囲に含まれる周波数区間を取り出すフィルタリング手段と、
   前記フィルタリング手段が取り出した周波数区間を出力する出力手段と、を含む信号抽出回路。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の信号抽出回路において、
   前記信号抽出手段が決定した元の信号が存在する周波数区間を用いて、前記受信手段が受信した信号の前記雑音のみの周波数区間を決定する雑音抽出手段と、
   前記雑音抽出手段にて決定された雑音のみの周波数区間と、前記信号抽出手段にて決定された元の信号が存在する周波数区間とに基づいて、前記受信手段が受信した信号のＣ／Ｎ比を計算する計算手段と、を含む信号抽出回路。
7. 雑音を含む信号を受信し、
   前記受信された信号のパワーを周波数ごとに求め、該信号のパワーを前記周波数ごとに示した周波数スペクトラムを生成し、
   前記生成された周波数スペクトラムの前記周波数に対する微分値を計算し、
   前記計算された微分値と、正のしきい値および負のしきい値とを用いて、前記受信された信号の元の信号が存在する周波数区間を決定し、
   前記雑音のパワーの微分値が最大および最小となる値を評価し、その評価結果に基づいて、前記正のしきい値および前記負のしきい値を決定する、信号抽出方法。
8. 請求項７に記載の信号抽出方法において、
   前記信号のパワーを予め定められた平均回数だけ前記周波数ごとに求め、前記平均回数分の信号のパワーを前記周波数ごとに平均し、前記信号のパワーの平均値を前記周波数ごとに示した前記周波数スペクトラムを生成し、
   前記生成された周波数スペクトラムに対する予め定められた所定周波数間隔ごとの差分商を前記微分値として計算し、
   前記所定周波数間隔および前記平均回数に基づいて、前記雑音のパワーの微分値が最大および最小となる値を評価する、信号抽出方法。
9. 請求項７または８に記載の信号抽出方法において、
   前記決定された周波数区間を用いて、該周波数区間に存在する元の信号の変調諸元を推定し、
   前記推定された変調諸元に基づいて、前記元の信号を復調する、信号抽出方法。
10. 請求項７ないし９のいずれか１項に記載の信号抽出方法において、
    前記決定された周波数区間から、予め定められた周波数範囲に含まれる周波数区間を取り出し、
    前記取り出された周波数区間を出力する、信号抽出方法。
11. 請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の信号抽出方法において、
    前記決定された元の信号が存在する周波数区間を用いて、前記受信された信号の前記雑音のみの周波数区間を決定し、
    前記決定された雑音のみの周波数区間および元の信号が存在する周波数区間に基づいて、前記受信された信号のＣ／Ｎ比を計算する、信号抽出方法。

Images