JP5263180B2

JP5263180B2 - 空線信号検出装置及び空線信号検出方法

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Publication number: JP5263180B2
Application number: JP2010008698A
Authority: JP
Inventors: 圭介細川
Original assignee: Icom Inc
Current assignee: Icom Inc
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2030-01-19
Also published as: JP2011151435A

Description

本発明は、通話中でないことを示す空線信号を検出する技術に関するものである。

通常の無線機であれば、無音状態のとき、通話が無いと認識されるが、それでは無線機の故障で無音状態になっているのか、単に通話が行われていないために無音状態になっているのかの区別をつけることができなくなってしまう。特に鉄道においては、安全性を確保する観点から、無線機が故障して列車乗務員と運転指令所とが直接連絡をとることができなくなる事態を回避することが重要となる。そこで、列車等に用いられる無線通信においては、列車や無線局は空線信号を送信することで、自身が通話中でないことを通話先に分からせている。ここで、空線信号とは、連続送信方式の基地局と通信する複信方式や半複信方式の無線局に、現在通話が行われていないことを分からせるために送出される信号である。

非特許文献１には、２２８０Ｈｚの空線信号をマイコンを用いて検出する技術が開示されている。特許文献１には、受信電界強度が低い場合でも、正確にトーン信号の有無を検出すること目的として、減算器６からの出力信号が第１の閾値以上であり、その状態が所定時間継続するとトーン信号が有ると判別し、減算器６からの出力信号が第１の閾値未満の第２の閾値以下となった場合に、トーン信号が無いと判別する技術が開示されている。

特開平１１−１６３７４８号公報

インテリジェント空線信号キャンセラーの製作（http://www.kansai-event.com/kinomayoi/akisen/AKISEN.html）

しかしながら、非特許文献１には、入力信号のレベルから空線信号を検出することについての具体的な開示がなされていない。また、特許文献１では、第１及び第２の閾値の２つの閾値が用いられているが、空線信号が有りの検出に使用されているのは第１の閾値のみであり、第２の閾値は、一度、空線信号が有りと判断された後で空線信号が無くなったことを検出するために用いられており、空線信号が有ることの検出には用いられていない。

また、特許文献１では、入力されたトーン信号が高レベルであり、トーン信号が入力されていることが明白な場合であっても、第１の閾値を超える状態が所定時間継続されなければ、トーン信号が有りと判断されないため、トーン信号を速やかに検出することができないという問題がある。

本発明の目的は、処理負担の増大を抑制すると同時に、正確かつ速やかに空線信号を検出することができる技術を提供することである。

（１）本発明の一局面による空線信号検出装置は、入力信号を受信する受信部と、空線信号の波形パターンを示す所定の基本波形信号と前記入力信号との相関を示す相関データを所定のサンプリング周期で算出する相関部と、前記相関部により算出された相関データが第１の閾値以上である場合、前記入力信号が空線信号であると判別する第１の判別部と、前記相関部により算出された相関データが前記第１の閾値未満、かつ、前記第１の閾値未満の第２の閾値以上の状態が所定期間以上継続した場合、前記入力信号が空線信号であると判別する第２の判別部とを備えている。

また、本発明の別の一局面による空線信号検出方法は、入力信号を受信する受信ステップと、空線信号の波形パターンを示す所定の基本波形信号と前記入力信号との相関を示す相関データを所定のサンプリング周期で算出する相関ステップと、前記相関ステップにより算出された相関データが第１の閾値以上である場合、前記入力信号が空線信号であると判別する第１の判別ステップと、前記相関ステップにより算出された相関データが前記第１の閾値未満、かつ、前記第１の閾値未満の第２の閾値以上の状態が所定期間以上継続した場合、前記入力信号が空線信号であると判別する第２の判別ステップとを備える。

これらの構成によれば、空線信号の波形パターンを示す所定の基本波形信号と入力信号との相関データが所定のサンプリング周期で算出されている。そして、相関データが第１の閾値以上である場合、入力信号が空線信号であると判別される。そのため、基本波形信号との相関が高く、入力信号が空線信号であることが明らかな場合は、空線信号を速やかに検出することができる。

一方、相関データが第２の閾値以上の場合は、この状態が所定期間、継続された場合に、入力信号が空線信号であると判別されている。そのため、基本波形信号との相関がそれほど高くない場合は、空線信号の有無の判断が慎重に行われ、空線信号を精度良く検出することができる。また、第１及び第２の閾値と相関データとを比較するというような閾値処理が実行されているため、処理負担を増大させることなく、正確、かつ速やかに空線信号を検出することができる。

（２）前記受信部は、前記入力信号から前記空線信号の周波数帯域の信号成分を抽出するフィルタを含むことが好ましい。

この構成によれば、空線信号を含む周波数帯域の信号成分が抽出されているため、空線信号をより、正確に検出することができる。

本発明によれば、処理負担を増大させることなく、正確、かつ速やかに空線信号を検出することができる。

本発明の実施の形態による空線信号検出装置が適用される無線装置のブロック図を示している。（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態による空線信号検出装置の処理を説明するための波形図である。

図１は、本発明の実施の形態による空線信号検出装置が適用される無線装置のブロック図を示している。この無線装置は、例えば、例えば列車又は列車の運行を管理する運転司令所に設置される無線装置であり、受信部１、相関演算部２（相関部の一例）、スペクトル演算部３（相関部の一例）、サンプリング信号生成部４、基本波形データ記憶部５、判別部６（第１の判別部の一例）、判別部７（第２の判別部の一例）、及びタイマー８を備えている。なお、図１においては、本発明に関連する部分のブロックのみを示し、他のブロックは図示を省略している。

受信部１は、列車又は運転指令所に設置された無線装置から送信される無線信号を入力信号として受信し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１２、及びフィルタ処理部１３を備えている。ＬＰＦ１１は、入力信号から空線信号の周波数帯域の信号成分を抽出するフィルタである。空線信号の周波数としては、鉄道会社が採用する無線方式によって相違しており、また、同じ鉄道会社であっても、列車に設置される場合、或いは運転司令所に設置される場合によっても相違しており、例えば、２２８０Ｈｚ程度の値が採用されている。したがって、ＬＰＦ１１は、空線信号の周波数を含む周波数帯域の信号成分を入力信号から抽出するものを採用すればよい。

ＡＤＣ１２は、サンプリング信号生成部４により生成されたサンプリング信号にしたがって、所定のサンプリング周期ＳＰでＬＰＦ１１から出力された入力信号を標本化及び量子化してアナログデジタル変換する。これにより、ＡＤＣ１２から所定ビットのデジタルデータがサンプリング周期ＳＰ毎に時系列で出力される。

フィルタ処理部１３は、検出対象となる空線信号の周波数がピークとなるような急峻な減衰特性を有する所定サイズのデジタルフィルタを予め記憶しており、このデジタルフィルタを用いてＡＤＣ１２から出力される一連のデジタルデータに対してデジタルフィルタ処理を実行する。ここで、デジタルフィルタは所定サイズを有し、フィルタ処理部１３は、ＡＤＣ１２から時系列に出力される所定サイズに相当する個数のデジタルデータに対してデジタルフィルタ処理をサンプリング周期ＳＰ毎に実行する。

サンプリング信号生成部４は、サンプリング周期ＳＰと同じ周波数を有するクロック信号をサンプリング信号として生成し、ＡＤＣ１２及び基本波形データ記憶部５に出力する。

相関演算部２は、フィルタ処理部１３から出力される一連のデジタルデータと空線信号の波形パターンを示す所定の基本波形データとの相関値をサンプリング周期ＳＰで算出する。ここで、相関演算部２は、例えば、サンプリング周期ＳＰ毎に基本波形データが入力され、入力された基本波形データのサンプリング数と同数のデジタルデータと、基本波形データとを用いた所定の相関演算処理を行うことで相関値を算出する。

基本波形データ記憶部５は、基本波形データを記憶しており、サンプリング信号生成部４から出力されるサンプリング信号にしたがって、サンプリング周期ＳＰ毎に、基本波形データを相関演算部２に出力する。ここで、基本波形データは、空線信号の例えば一周期分をサンプリング周期ＳＰでサンプリングすることで得られるデジタルデータ群によって構成されている。なお、空線信号は例えば２２８０Ｈｚの正弦波である。

スペクトル演算部３は、相関演算部２から出力された相関値のパワースペクトルをサンプリング周期ＳＰ毎に算出する。ここで、入力信号が空線信号である場合、相関演算部２により算出される相関値は入力信号と基本波形データとが一致する場合に高い値が現れる。したがって、入力信号が空線信号である場合、スペクトル演算部３により算出されるパワースペクトルは、入力信号が基本波形データと一致する場合に高いパワーが得られる。そして、スペクトル演算部３は、空線信号の周波数又はその周波数を含む所定の周波数帯域に現れたパワーを相関パワー（相関データの一例）として特定し、特定した相関パワーをサンプリング周期ＳＰ毎に判別部６，７に出力する。

判別部６は、スペクトル演算部３から出力された相関パワーが第１の閾値ＴＨ１以上である場合、入力信号が空線信号であると判別する。

判別部７は、スペクトル演算部３から出力された相関パワーが第１の閾値ＴＨ１未満、かつ、第１の閾値ＴＨ１未満の第２の閾値ＴＨ２以上の状態が所定期間以上継続した場合、入力信号が空線信号であると判別する。

なお、相関パワーのレベルが例えば１００段階で表せるとした場合、第１の閾値ＴＨ１は第２の閾値ＴＨ２よりも例えば３０段階程度高い値を採用することができる。また、所定期間としては、無線装置の設置環境によっても異なるが、例えば６０ｍｓ程度の値を採用することができる。

ここで、判別部７は、相関パワーが第１の閾値ＴＨ１未満、かつ第２の閾値ＴＨ２以上の状態を検出すると、タイマー８に計時動作を開始させ、計時時間がカウントアップされる毎にタイマー８からの計時時間が入力される。そして、判別部７は、タイマー８による計時時間が所定期間ＴＭ経過するまでに、相関パワーが第２の閾値ＴＨ２未満となった場合、入力信号は空線信号でないと判別してタイマー８による計時動作を終了させ、タイマー８による計時時間が所定期間ＴＭ経過したときに、相関パワーが第２の閾値ＴＨ２以上の場合、入力信号は空線信号であると判別する。

なお、判別部７は、相関パワーが第１の閾値ＴＨ１未満、かつ第２の閾値ＴＨ２以上の状態を検出して、タイマー８の計時動作を開始させた後、所定期間ＴＭが経過するまでに、相関パワーが第１の閾値ＴＨ１以上になった場合、判別部６により入力信号が空線信号であると判別されて、空線信号の有無の判別処理を継続する必要がなくなるため、計時動作を終了させる。

また、判別部６は、入力信号が空線信号であると判別した場合、そのことを判別部７に通知するようにしてもよい。これにより、判別部７は、現在、空線信号を受信していることを認識することができる。この場合、判別部７は、上記の判定処理を停止させてもよい。

また、判別部７は、入力信号が空線信号であると判定した場合、そのことを判別部６に通知するようにしてもよい。これにより、判別部６は、現在、空線信号を受信していることを認識することができる。この場合、判別部６は、上記の判定処理を停止させてもよい。

また、判別部６又は判別部７は、空線信号が受信中である場合において、相関パワーが例えば第１の閾値ＴＨ１又は第２の閾値ＴＨ２未満となる状態がある期間継続した場合、空線信号の受信が終了したと判定するようにしてもよい。また、判別部６又は判別部７は、空線信号の受信が終了したと判定した場合、そのことを他の判別部に通知するようにしてもよい。この場合、判別部６及び判別部７は、上記の空線信号の有無の判別処理を再開させればよい。

図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態による空線信号検出装置の処理を説明するための波形図であり、（Ａ）は入力信号が空線信号であると判別される場合を示し、（Ｂ）は入力信号が空線信号でないと判別される場合を示している。

図２に示す実線は、スペクトル演算部３からサンプリング周期ＳＰで出力される相関パワーの波形を示している。図２（Ａ）に示す波形Ｗ１は時刻ＴＭ１において、第１の閾値ＴＨ１以上となっている。そのため、判別部６は、波形Ｗ１が第１の閾値ＴＨ１以上になる時刻ＴＭ１において、速やかに入力信号が空線信号であると判別する。

また、図２（Ａ）に示す波形Ｗ２は、時刻ＴＭ２において第２の閾値ＴＨ２以上になっているが、第１の閾値ＴＨ１未満である。そして、時刻ＴＭ２から所定期間ＴＭが経過する時刻ＴＭ３まで、波形Ｗ２は第１の閾値ＴＨ１未満、かつ、第２の閾値ＴＨ２以上の状態を維持している。つまり、時刻ＴＭ２から時刻ＴＭ３が経過するまで、波形Ｗ２は第２の閾値ＴＨ２未満になっていない。これにより、判別部７は、時刻ＴＭ３において、入力信号が空線信号であると判別する。

図２（Ｂ）に示す波形Ｗ３は、時刻ＴＭ４において第１の閾値ＴＨ１以上にはなっていないが、第２の閾値ＴＨ２以上となっている。そのため、判別部７は、タイマー８に計時動作を開始させる。しかしながら、波形Ｗ３は、所定期間ＴＭが経過する時刻よりも前の時刻ＴＭ５において第２の閾値ＴＨ２未満になっている。そのため、判別部７は、時刻ＴＭ５において、入力信号は空線信号でないと判別し、タイマー８による計時動作を終了させる。

なお、図１に示す無線装置は、入力信号が空線信号であると判別した場合、スピーカから音声が出力されることを阻止する空線キャンセラー機能を備えているため、空線信号が、スピーカから出力されることが防止されている。

このように、上記空線信号検出装置によれば、空線信号の波形パターンを示す所定の基本波形データと入力信号との相関パワーが所定のサンプリング周期で算出されている。そして、相関パワーが第１の閾値ＴＨ１以上である場合、入力信号が空線信号であると判別される。そのため、基本波形データとの相関が高く、入力信号が空線信号であることが明らかな場合は、空線信号を速やかに検出することができる。

一方、相関パワーが第２の閾値ＴＨ２以上の場合は、この状態が所定期間ＴＭ、継続された場合に、入力信号が空線信号であると判別されている。そのため、基本波形データとの相関がそれほど高くない場合は、空線信号の有無の判断が慎重に行われ、空線信号を精度良く検出することができる。また、第１及び第２の閾値ＴＨ１，ＴＨ２と相関パワーとを比較するというような閾値処理が実行されているため、処理負担を増大させることなく、正確、かつ速やかに空線信号を検出することができる。

１受信部
２相関演算部（相関部）
３スペクトル演算部（相関部）
４サンプリング信号生成部
５基本波形データ記憶部
６，７判別部（第１及び第２の判別部）
８タイマー
ＳＰサンプリング周期
ＴＨ１第１の閾値
ＴＨ２第２の閾値
ＴＭ所定期間

Claims

入力信号を受信する受信部と、
空線信号の波形パターンを示す所定の基本波形信号と前記入力信号との相関を示す相関データを所定のサンプリング周期で算出する相関部と、
前記相関部により算出された相関データが第１の閾値以上である場合、前記入力信号が空線信号であると判別する第１の判別部と、
前記相関部により算出された相関データが前記第１の閾値未満、かつ、前記第１の閾値未満の第２の閾値以上の状態が所定期間以上継続した場合、前記入力信号が空線信号であると判別する第２の判別部とを備える空線信号検出装置。
前記受信部は、前記入力信号から前記空線信号の周波数帯域の信号成分を抽出するフィルタを含む請求項１記載の空線信号検出装置。
入力信号を受信する受信ステップと、
空線信号の波形パターンを示す所定の基本波形信号と前記入力信号との相関を示す相関データを所定のサンプリング周期で算出する相関ステップと、
前記相関ステップにより算出された相関データが第１の閾値以上である場合、前記入力信号が空線信号であると判別する第１の判別ステップと、
前記相関ステップにより算出された相関データが前記第１の閾値未満、かつ、前記第１の閾値未満の第２の閾値以上の状態が所定期間以上継続した場合、前記入力信号が空線信号であると判別する第２の判別ステップとを備える空線信号検出方法。