JP5328210B2 - Incident wave number estimation device and incident wave number estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、独立成分分析ICA(Independent Component Analysis)による信号分離処理で、入射波数設定パラメータを事前に設定する必要がある問題に対し、時間シフト相関係数値に基づき入射波数を推定する入射波数推定装置及び入射波数推定方法に関するものである。 The present invention solves the problem that an incident wave number setting parameter needs to be set in advance in signal separation processing by independent component analysis (ICA), and incident wave number estimation for estimating the incident wave number based on the time shift correlation coefficient value. The present invention relates to an apparatus and an incident wave number estimation method.
独立成分分析ICAは、複数の入射波が混信して得られる受信信号から、各入射波が互いに統計的に独立であるという性質のみを用いて、受信信号から各入射波を分離する方式である。この方式は、複数話者の音声の混信分離、通信等での混信電波の分離等、種々の分野で適用されている。信号の統計的独立性のみを用いて分離を行うため、各入射波に関する事前情報が不要であるという利点がある。 Independent component analysis ICA is a method of separating each incident wave from the received signal using only the property that each incident wave is statistically independent from the received signal obtained by interference of a plurality of incident waves. . This method is applied in various fields such as interference separation of voices of a plurality of speakers, separation of interference radio waves in communication, and the like. Since the separation is performed using only the statistical independence of signals, there is an advantage that prior information on each incident wave is unnecessary.
独立成分分析ICAには様々な方式が提案されているが、代表的な方式が、非特許文献1に示されている。方式の詳細は非特許文献1に譲るが、ここで重要なことは、独立成分分析は、設定パラメータとして入射波数をあらかじめ設定しておく必要があることである。入射波数を誤ると、全入射波を正しく分離することができない。
Various methods have been proposed for independent component analysis ICA, but a typical method is shown in
このため、混信した入射波の入射波数を推定する場合、一般には、受信信号の共分散行列の固有値の情報から入射波数を推定する。その中でも、代表的な方式として、MDL(Minimum Description Length)と呼ばれる方式(非特許文献2参照)がある。方式の詳細は非特許文献2に譲るが、この方式は、受信信号の共分散行列を固有値分解して得られた固有値を用いて入射波数を判定する。
For this reason, when estimating the incident wave number of a mixed incident wave, the incident wave number is generally estimated from information on the eigenvalues of the covariance matrix of the received signal. Among them, a representative method is a method called MDL (Minimum Description Length) (see Non-Patent Document 2). Details of the method are given in
ここで、後述の実施の形態の説明で必要な要点を中心に、独立成分分析ICAの概要を説明する。詳細は非特許文献1に譲る。なお、非特許文献1は複素信号を分離する複素ICAであるが、実数信号を分離するICAでも同じである。
Here, the outline of the independent component analysis ICA will be described with a focus on the essential points in the description of the embodiments described later. Details are left to Non-Patent
図5は、独立成分分析処理の概要を示す図である。また、図6は、入射波数パラメータを真値と異なった値に設定したときの分離信号例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing an outline of the independent component analysis processing. FIG. 6 is a diagram showing an example of a separated signal when the incident wave number parameter is set to a value different from the true value.
独立成分分析ICAは、上述したように、複数の入射波が混信して得られる受信信号から、入射波が互いに統計的に独立である性質のみを用いて各入射波を分離する方式である。ICAは、以下の混信モデルにおいて、互いに独立な入射波が混信して得られた受信信号から各入射波を混信分離するアルゴリズムである。 As described above, the independent component analysis ICA is a method of separating each incident wave from a reception signal obtained by interference of a plurality of incident waves using only the property that the incident waves are statistically independent from each other. ICA is an algorithm that separates each incident wave from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves in the following interference model.
ここで、s=[s1,…,sJ]Tは各入射波sj(j=1,…,J)をベクトル状に格納した入射波ベクトル、Aは混信を表す混合行列、n=[n1,…,nI]Tは各受信アンテナ♯i(i=1,…,I)の受信機で受信される受信機雑音をベクトル状に格納した受信機雑音ベクトル、x=[x1,…,xI]Tは、各受信アンテナ♯iで受信した受信信号xiをベクトル状に格納した受信信号ベクトルである。入射波数はJ、受信信号数はIとする。混合行列の各要素は、混信を意味する係数であり、信号が入射してくる方位や、信号の周波数、アンテナ1の配置、ゲイン等の諸条件から決まる値である。
Here, s = [s 1 ,..., S J ] T is an incident wave vector in which each incident wave s j (j = 1,..., J) is stored as a vector, A is a mixing matrix representing interference, and n = [N 1 ,..., N I ] T is a receiver noise vector in which receiver noise received by the receivers of the respective receiving antennas #i (i = 1,..., I) is stored in a vector form, x = [x 1 ,..., X I ] T is a received signal vector in which received signals x i received by the respective receiving antennas #i are stored in vector form. The number of incident waves is J, and the number of received signals is I. Each element of the mixing matrix is a coefficient indicating interference, and is a value determined from various conditions such as the direction in which the signal enters, the frequency of the signal, the arrangement of the
例えば、受信アンテナ♯1の受信信号x1は、x1=A11s1+,…,+A1JsJ+n1のような形となり、受信信号x1はs1,…,sJが混合行列の係数Aijが乗算されてから線形的に加算された形で混信しており、受信信号そのままでは、各到来波sjを得られないことが分かる。 For example, the received signals x 1 receive antenna ♯1 is, x 1 = A 11 s 1 +, ..., + A 1J s J + n becomes shaped like a 1, the received signal x 1 is s 1, ..., s J is mixed It can be seen that interference occurs in the form of linear addition after multiplication by matrix coefficient A ij , and each incoming wave s j cannot be obtained with the received signal as it is.
なお、これらのベクトルは、A/D変換器3でサンプルされたタイミングで時系列(k=1,…,K)に得られる、すなわち、x={x(1),…,x(K)}、s={s(1),…,s(K)}、n={n(1),…,n(K)}である。なお、図5は入射波数が3波の例(J=3)を示している。
These vectors are obtained in time series (k = 1,..., K) at the timing sampled by the A /
独立成分分析ICAは、あらかじめ入射波の数をパラメータとして設定しておく必要がある。以下、入射波数パラメータJPを正しく設定した(JP=J)と仮定し、ICAの処理の概要を説明する。ICAでは、前処理としてPCA(Principal Component Analysis)により受信信号xを白色化処理する。白色化とは、信号間で互いに無相関で、同一電力であることを意味する。受信信号xの共分散行列ハットRを次の式(2)で計算する。 The independent component analysis ICA needs to set the number of incident waves as a parameter in advance. Hereinafter, assuming that the incident wave number parameter JP is correctly set ( JP = J), an outline of the ICA process will be described. In ICA, the received signal x is whitened by PCA (Principal Component Analysis) as preprocessing. Whitening means that the signals are uncorrelated with each other and have the same power. The covariance matrix hat R of the received signal x is calculated by the following equation (2).
ここで、E{・}は期待値、Hは複素共役転置を意味する。上記の行列の固有値分解で得られる固有値及び固有ベクトルを、固有値の大きさが降順になるように並べ、 Here, E {·} means an expected value, and H means a complex conjugate transpose. Arrange the eigenvalues and eigenvectors obtained by eigenvalue decomposition of the above matrix so that the eigenvalues are in descending order,
とする。上記JP個の固有値とそれに対応する固有ベクトルから、白色化行列M∈CJ×Iを、 And From the J P eigenvalues and the corresponding eigenvectors, the whitening matrix M∈C J × I,
と定義する。ここで、diag{1/√λ1,…,1/√λJ}は、1/√λ1,…,1/√λJを対角要素にもつ正方行列である。Mを受信信号に乗算する。
It is defined as Here, diag {1 / √λ 1, ..., 1 / √λ J} is, 1 / √
この場合、 in this case,
となる。IJ×JはJ×Jの単位行列である。単位行列の非対角項は零である。すなわち、これは、受信信号ベクトルxは互いに無相関なJ次のベクトルチルダxに変換されたことを意味する。無相関とは、独立であるための必要条件であるから、実質、これでICA処理の半分が終わったと言える。あとは、互いに無相関な信号チルダxから、最も独立な信号を見つけ出せばよい。 It becomes. I J × J is a unit matrix of J × J. The off-diagonal term of the identity matrix is zero. That is, this means that the received signal vector x has been converted to a J-order vector tilde x that is uncorrelated with each other. Since non-correlation is a necessary condition for being independent, it can be said that substantially half of the ICA processing is finished. After that, it is only necessary to find the most independent signal from the signal tilde x uncorrelated with each other.
次に、ICAでは、チルダxから最も独立な信号を見つけるため、ネゲントロピーと呼ばれる指標値を最大化する。このネゲントロピーとは、ガウス性の変数に対しては0となるよう定義された尺度である。実際には、ネゲントロピーの計算には各入射波の確率密度関数が必要であるが、それらは一般には未知であるので、何らかの評価関数Gを導入し、各分離信号のネゲントロピー近似値の和を最大化する問題に帰着させる。具体的には、次の式の各分離信号のネゲントロピー値Ejの和が最大となるような直交変換行列Wを見つける処理である。 Next, ICA maximizes an index value called negentropy in order to find the most independent signal from tilde x. This negentropy is a scale defined to be 0 for Gaussian variables. Actually, the probability density function of each incident wave is necessary for calculation of negentropy, but since these are generally unknown, some evaluation function G is introduced to maximize the sum of the negentropy approximations of each separated signal. To reduce the problem. Specifically, this is a process of finding an orthogonal transformation matrix W that maximizes the sum of the negentropy values E j of the separated signals in the following equation.
ここで、ygaussは、分離信号ハットsj=Wj Hチルダxと同じ分散をもつガウス性の信号、Gは何らかの滑らかな(微分可能な)関数、E{・}は期待値であり、期待値の計算にはサンプル平均値を用いる。関数G(y)としては、例えば、 Here, y gauss is separated signal hat s j = W j H tilde x and Gaussian signal having the same variance, G is (differentiable) some smooth function, E {·} is the expectation value, The sample average value is used to calculate the expected value. As the function G (y), for example,
などがあり、aは設定パラメータである。式(8)の最適化問題の解法は、ここでは重要でないので、省略する。 A is a setting parameter. Since the solution of the optimization problem of Equation (8) is not important here, it will be omitted.
そして、最後に、式(8)の最適化問題で得られた直交変換行列Wの複素共役転置をチルダxに乗算することにより、分離信号ハットsを抽出する。 Finally, the separated signal hat s is extracted by multiplying the tilde x by the complex conjugate transpose of the orthogonal transformation matrix W obtained by the optimization problem of Expression (8).
最終的に得られる混合行列推定値ハットAの一般化逆行列は、 The generalized inverse matrix of the finally obtained mixed matrix estimate hat A is
である。このとき、 It is. At this time,
である。仮に、混合行列が誤差なく推定できた、すなわち、ハットA=Aであるとする。このとき、ハットA†Aは単位行列となるので、分離信号ハットsは次の式となる。 It is. It is assumed that the mixing matrix can be estimated without error, that is, hat A = A. At this time, since the hat A † A is a unit matrix, the separated signal hat s is expressed by the following equation.
式(14)では、雑音項A†nは残るものの、sの項には如何なる混信係数も存在しないため、sが正しく得られることが分かる。以上が、入射波数パラメータJPを正しく設定(JP=J)したときの処理である。 In the equation (14), although the noise term A † n remains, there is no interference coefficient in the s term, so that s can be obtained correctly. The above is the processing when the incident wave number parameter JP is correctly set ( JP = J).
しかしながら、入射波数パラメータJPを真値Jより大きく設定(JP>J)した場合、分離信号ハットsは次の式で得えられる。 However, when larger than the true value J incident wave number parameter J P (J P> J), separating the signal hat s is E obtained by the following equation.
ここで、Bはある行列である。式(14)と比較すると、入射波成分s+A†nに加え、雑音nの線形和信号Bnが出力される。すなわち、分離信号のうちJ波は入射波成分、残りのJP−J波は雑音nの線形和信号Bnが得られる。ガウス信号の線形和はガウス信号であるので、nがガウス雑音の場合、Bnもガウス雑音である。なお、式(15)は、ベクトル中の上J波を入射波成分、下JP−Jを雑音成分として表しているが、実際のICAでは、順番の不確定性の性質があるため、各分離信号の順番は未知である。 Here, B is a certain matrix. Compared with equation (14), in addition to the incident wave component s + A † n, a linear sum signal Bn of noise n is output. That, J wave incident wave component of the separated signal, the remaining J P -J wave linear sum signal Bn of the noise n can be obtained. Since the linear sum of Gaussian signals is Gaussian, when n is Gaussian noise, Bn is also Gaussian noise. The expression (15) represents the upper J wave in the vector as an incident wave component and the lower J P -J as a noise component. However, in actual ICA, there is a property of order uncertainty. The order of the separated signals is unknown.
独立成分分析ICAに誤った入射波数パラメータを真値より大きく設定したときの動作例を説明する。図6(a)に入射波数を真値より小さく設定した時の分離信号例(正解3波を2波と設定⇒誤った出力)、図6(b)に入射波数を正しく設定したときの分離信号例(全3波を正しく出力)、図6(c)に入射波数を真値より大きく設定した時の分離信号例(正解3波を5波と設定⇒3波以外で雑音を出力)を示す。なお、ここでは、入射波として若干周波数の異なる3波の正弦波とし、観測雑音にはガウス性雑音を付加している。 An example of operation when an incorrect incident wave number parameter is set larger than the true value in the independent component analysis ICA will be described. Fig. 6 (a) shows an example of a separated signal when the incident wave number is set to be smaller than the true value (corrected 3 waves are set as 2 waves ⇒ wrong output), and Fig. 6 (b) shows a separated signal when the incident wave number is set correctly. Signal example (all 3 waves are output correctly), Fig. 6 (c) shows an example of a separated signal when the incident wave number is set larger than the true value (set 5 correct waves to 5 waves → output noise other than 3 waves) Show. Here, three sine waves with slightly different frequencies are used as incident waves, and Gaussian noise is added to the observation noise.
図6より、(b)では波数を正しく設定しているために全入射波を正しく分離できているのに対し、入射波数パラメータを真値より小さく設定すると、正しく信号を分離抽出できないことが分かる。一方、入射波数を真値より大きく設定すると、全信号を正しく分離抽出し、残りの信号成分として、雑音信号を出力することが分かる。 FIG. 6 shows that in FIG. 6B, all the incident waves can be correctly separated because the wave number is set correctly, but when the incident wave number parameter is set smaller than the true value, the signal cannot be correctly separated and extracted. . On the other hand, when the incident wave number is set larger than the true value, all signals are correctly separated and extracted, and a noise signal is output as the remaining signal components.
次に、入射波数パラメータが真値より少なく設定(JP<J)した場合、式(4)で信号空間より狭い空間への射影となるため、全入射波を正しく分離できない。 Next, when the incident wave number parameter is set to be smaller than the true value ( JP <J), the projection onto a space narrower than the signal space is performed in Expression (4), and therefore all incident waves cannot be correctly separated.
独立成分分析ICAでは、事前に入射波数パラメータを設定する必要があるが、実際には未知の複数の混信波を分離する場合、入射波数を事前に知ることは困難である。更に、入射波数パラメータが真の値と異なると、正しく全入射波のみを分離抽出できないという問題点があった。また、MDLなどの受信信号の共分散行列の固有値に基づく方式は、実環境では、雑音の有色性などが原因で入射波数を誤るという問題点があった。 In the independent component analysis ICA, it is necessary to set an incident wave number parameter in advance. However, in actuality, when separating a plurality of unknown interference waves, it is difficult to know the incident wave number in advance. Further, when the incident wave number parameter is different from the true value, there is a problem that only all incident waves cannot be correctly separated and extracted. In addition, the method based on the eigenvalues of the covariance matrix of the received signal such as MDL has a problem in that the incident wave number is erroneous in the actual environment due to noise coloration or the like.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、固有値に基づかない新たな方法、すなわち各分離信号の時間シフト相関係数値に基づいて入射波数を推定することができる入射波数推定装置及び入射波数推定方法を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to estimate the incident wave number based on a new method not based on eigenvalues, that is, based on the time-shift correlation coefficient value of each separated signal. An incident wave number estimating apparatus and an incident wave number estimating method capable of performing the above are obtained.
この発明に係る入射波数推定装置は、互いに独立な入射波が混信して得られた受信信号から分離信号を出力する独立成分分析処理部と、前記分離信号の時間を時間シフト量パラメータだけずらすことにより、時間シフトした分離信号を得る時間シフト部と、各分離信号と時間シフトした分離信号の時間シフト相関係数値を計算する相関係数計算部とを設け、各分離信号の時間シフト相関係数値を用いて入射波数を推定する入射波数推定装置であって、前記相関係数計算部は、雑音のみが存在する際に前記時間シフト量パラメータを変化させて雑音の時間シフト相関係数を計算し、計算した前記時間シフト相関係数があらかじめ設定した許容相関係数値よりも小さい値となる時間シフト量パラメータを設定するものである。
An incident wave number estimation device according to the present invention includes an independent component analysis processing unit that outputs a separated signal from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves, and shifts the time of the separated signal by a time shift amount parameter. Provides a time shift unit that obtains a time-shifted separated signal and a correlation coefficient calculation unit that calculates a time-shifted correlation coefficient value of each separated signal and the time-shifted separated signal. The correlation coefficient calculation unit calculates a time shift correlation coefficient of noise by changing the time shift amount parameter when only noise is present. The time shift amount parameter is set so that the calculated time shift correlation coefficient is smaller than a preset allowable correlation coefficient value .
この発明に係る入射波数推定装置は、固有値に基づかない新たな方法、すなわち各分離信号の時間シフト相関係数値に基づいて入射波数を推定することができるという効果を奏する。 The incident wave number estimating apparatus according to the present invention has an effect that the incident wave number can be estimated based on a new method not based on the eigenvalue, that is, based on the time shift correlation coefficient value of each separated signal.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る入射波数推定装置について図1から図3までを参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る入射波数推定装置を含む受信機の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
An incident wave number estimation apparatus according to
図1において、受信機は、複数(I本)の受信アンテナ1と、加算器2と、A/D変換器3と、入射波数推定装置4とが設けられている。
In FIG. 1, the receiver is provided with a plurality (I) of receiving
また、入射波数推定装置4は、独立成分分析(ICA)処理部41と、時間シフト部42と、相関係数計算部43と、閾値判定部44とが設けられている。
In addition, the incident wave
つぎに、この実施の形態1に係る入射波数推定装置の動作について図面を参照しながら説明する。図2は、この発明の実施の形態1に係る入射波数推定装置の動作を示すフローチャートである。また、図3は、この発明の実施の形態1に係る入射波数推定装置の時間シフト相関係数値例を示す図である。
Next, the operation of the incident wave number estimation apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the incident wave number estimation apparatus according to
ここでは、各分離信号の時間シフト相関係数値に基づく入射波数推定装置を説明する。 Here, an incident wave number estimation device based on the time shift correlation coefficient value of each separated signal will be described.
本入射波数推定装置は、以下の考え方に基づいている。
1)一般に、雑音はランダム性が強いため、時間をずらして相関係数値を計算すると、理想的にはその値は零となる。
2)一般に、入射波は、あるキャリア周波数及び何らかの変調方式が加わった信号であるため、雑音よりランダム性が弱い。このため、時間をずらしてもその相関係数値は零とならない。
3)入射波数を真値に大きく設定すると、入射波の他に、雑音が出力される。
This incident wave number estimation apparatus is based on the following concept.
1) In general, noise has a strong randomness. Therefore, when the correlation coefficient value is calculated while shifting the time, the value is ideally zero.
2) In general, since an incident wave is a signal to which a certain carrier frequency and some modulation method are added, its randomness is weaker than noise. For this reason, even if the time is shifted, the correlation coefficient value does not become zero.
3) When the incident wave number is set to a large true value, noise is output in addition to the incident wave.
これらの性質を利用し、入射波数を大きく設定してICA処理後、得られた各分離信号とそれらを時間シフトしたものの相関係数値を計算し、その値の大小から、入射波か雑音かを判定すれば、入射波と判定された総数により入射波数の推定を行うことができる。 Utilizing these properties, the incident wave number is set to a large value, and after ICA processing, the obtained separated signals and the correlation coefficient values of those obtained by time-shifting them are calculated. If determined, the number of incident waves can be estimated from the total number determined as incident waves.
まず、未知の入射波数の入射波s=[s1s2s3]T(図1では一例とし3波)が、混信してI本の受信アンテナ1で受信される。
First, an incident wave s = [s 1 s 2 s 3 ] T (three waves as an example in FIG. 1) having an unknown incident wave number is mixed and received by I receiving
次に、ICA処理部41(ステップ101)では、大きめの入射波数パラメータ値JPを設定し、混信受信信号から信号分離を行う。このとき、ハットs1,…,ハットsJPの計JP波の分離信号が得られる。 Then, the ICA process unit 41 (step 101), sets a larger incident wave number parameter value J P, performs signal separation from the interference reception signal. At this time, the hat s 1, ..., isolated signals in total J P-wave of the hat s JP is obtained.
次に、時間シフト部42(ステップ102)では、分離信号の時間をshだけずらすことにより、ハットs1(k−sh),…,ハットsJP(k−sh)を得る。 Next, the time shift unit 42 (step 102) obtains the hat s 1 (k-sh),..., The hat s JP (k-sh) by shifting the time of the separated signal by sh.
次に、相関係数計算部43(ステップ103)では、各分離信号と時間シフトした信号の相関係数を計算する。時間シフト相関係数値Cjは、次の式で計算する。 Next, the correlation coefficient calculation unit 43 (step 103) calculates a correlation coefficient between each separated signal and the time-shifted signal. The time shift correlation coefficient value C j is calculated by the following equation.
ここで、shは時間シフト量パラメータである。なお、ICAでは分離信号ハットsjの分散値が1に規格化されているので、式(16)の分母は1であり,実際の計算では分子のみを計算すれば良い。 Here, sh is a time shift amount parameter. In ICA, since the dispersion value of the separation signal hat s j is normalized to 1, the denominator of the equation (16) is 1, and in the actual calculation, only the numerator needs to be calculated.
最後に、閾値判定部44(ステップ104)により、式(16)で計算した値に閾値判定を行うことにより、入射波数を推定する。閾値を超えるものの総数が入射波数推定結果となる。 Finally, the threshold wave determination unit 44 (step 104) estimates the incident wave number by performing threshold determination on the value calculated by the equation (16). The total number of objects exceeding the threshold is the incident wave number estimation result.
ここで、Cthは閾値であり、0≦Cth≦1の値をとる。 Here, C th is a threshold value and takes a value of 0 ≦ C th ≦ 1.
図3に時間シフト相関係数値例を示す。この図3では,正解数が3波の場合、設定数を6波としてICAを実行後、得られた各分離信号の時間シフト相関係数値を示している。分かりやすいように、大きい順にならべている。モンテカルロ10試行分を示している。このように、3つの時間シフト相関係数値が閾値を超えており、閾値判定により3波と判定され、正解である。 FIG. 3 shows an example of time shift correlation coefficient values. In FIG. 3, when the number of correct answers is 3, the time shift correlation coefficient value of each separated signal obtained after ICA is executed with the set number being 6 waves is shown. To make it easier to understand, they are arranged in descending order. 10 trials of Monte Carlo are shown. As described above, the three time shift correlation coefficient values exceed the threshold value, and are determined to be three waves by the threshold determination, and are correct.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る入射波数推定装置について図4を参照しながら説明する。図4は、この発明の実施の形態2に係る入射波数推定装置の閾値の設定方法を示す図である。なお、この発明の実施の形態2に係る入射波数推定装置の構成は、上記の実施の形態1と同様である。
An incident wave number estimation apparatus according to
閾値判定部44の閾値の設定には、オペレータが、時間シフト相関係数値を見ながら手動で決定することも可能であるが、自動化するには、例えば以下の方法が考えられる。
1)入射波が存在せず、雑音のみが存在する場合の受信信号をICA処理後、得られた各分離信号の時間シフト相関係数値を計算し、その値よりある程度大きい値に設定しておく。そして、実際に入射波が進入してきた場合にその閾値を用いる。こうすれば、閾値を低く設定しすぎて雑音を信号と誤判定することが無い。
2)入射波が存在する状況で、受信信号をICA処理後、得られた各分離信号の時間シフト相関係数値を計算し、その最大値からある程度小さい値に設定する。こうすれば、閾値を高く設定しすぎて信号を雑音と誤判定することが無い。
3)入射波が存在する状況で、受信信号をICA処理後、得られた各分離信号の時間シフト相関係数値を計算し、それらの平均値を閾値とする。こうすれば、1)及び2)のトレードオフ的な値を設定することができる。
For setting the threshold value of the threshold
1) After the ICA process is performed on the received signal when no incident wave exists and only noise exists, the time shift correlation coefficient value of each obtained separated signal is calculated and set to a value somewhat larger than that value. . When the incident wave actually enters, the threshold value is used. In this way, the threshold value is set too low, and noise is not erroneously determined as a signal.
2) In a situation where an incident wave is present, after the ICA process is performed on the received signal, the time shift correlation coefficient value of each obtained separated signal is calculated and set to a value that is somewhat smaller than the maximum value. In this way, the threshold value is not set too high and the signal is not erroneously determined as noise.
3) In a situation where an incident wave exists, after the ICA process is performed on the received signal, a time shift correlation coefficient value of each obtained separated signal is calculated, and an average value thereof is set as a threshold value. In this way, trade-off values of 1) and 2) can be set.
図4(a)、(b)、(c)に、上記の1)〜3)の各方法の概念を示す。この図4では、入射波3波で、JPを6波と設定した場合の例を示している。
4 (a), (b), and (c) show the concept of each of the methods 1) to 3). In FIG. 4, the
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る入射波数推定装置について説明する。なお、この発明の実施の形態3に係る入射波数推定装置の構成は、上記の実施の形態1と同様である。
An incident wave number estimation apparatus according to
すなわち、この発明の実施の形態3に係る入射波数推定装置4は、独立成分分析(ICA)処理部41と、時間シフト部42と、相関係数計算部43と、閾値判定部44とが設けられている。相関係数計算部43は、時間シフト量パラメータshをフィルタ長Nに基づき設定する。
That is, the incident wave
時間シフト相関係数値は、時間シフト量パラメータshに依存する。雑音が完全にランダムな場合、shが1以上であれば、理論的には零となる。しかしながら、例えば、受信機雑音が、受信機のA/D変換器3とICA処理部41の間に挿入された帯域制限フィルタなどにより有色性を帯び、時間的相関性が強くなってしまっている場合には、shが小さいと、時間シフト相関係数値が大きくなってしまう。この場合、入射波の時間シフト相関係数値との差が小さくなるため、場合によっては入射波と雑音の判別が難しくなる。このような場合、shを大きめに設定する方法が考えられる。例えば帯域制限フィルタがFIRである場合、フィルタ長をNとし、フィルタ係数をh(0),…,h(N−1)とすると、フィルタ後の雑音nfは、
The time shift correlation coefficient value depends on the time shift amount parameter sh. When the noise is completely random, if sh is 1 or more, it is theoretically zero. However, for example, the receiver noise is colored due to a band limiting filter inserted between the A /
時間シフト相関は、 Time shift correlation is
であるので、shをフィルタ長Nより大きい値に設定しておけば、式(19)は零、すなわち、雑音の時間シフト相関係数は零となる。但し、無駄に大きくしてしまうと、相関係数を計算する際に必要なハットsj(k)とハットsj(k−sh)が重複する時間幅を十分にとるのに必要な信号サンプル数が増えるので、この点を考慮して設定すればよい。 Therefore, if sh is set to a value larger than the filter length N, Expression (19) is zero, that is, the time shift correlation coefficient of noise is zero. However, if it is increased unnecessarily, signal samples necessary for sufficiently taking the time width in which the hat s j (k) and the hat s j (k-sh) necessary for calculating the correlation coefficient overlap. Since the number increases, this should be set in consideration of this point.
また、フィルタの特性が分からなくても、雑音のみが存在する際にshを変化させて雑音の時間シフト相関係数を計算し、値が十分低くなるようなshを設定する。 Even if the characteristics of the filter are not known, when only noise is present, sh is changed to calculate the time shift correlation coefficient of the noise, and sh is set such that the value is sufficiently low.
1 受信アンテナ、2 加算器、3 A/D変換器、4 入射波数推定装置、41 独立成分分析処理部、42 時間シフト部、43 相関係数計算部、44 閾値判定部。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記分離信号の時間を時間シフト量パラメータだけずらすことにより、時間シフトした分離信号を得る時間シフト部と、
各分離信号と時間シフトした分離信号の時間シフト相関係数値を計算する相関係数計算部とを備え、
各分離信号の時間シフト相関係数値を用いて入射波数を推定する入射波数推定装置であって、
前記相関係数計算部は、雑音のみが存在する際に前記時間シフト量パラメータを変化させて雑音の時間シフト相関係数を計算し、計算した前記時間シフト相関係数があらかじめ設定した許容相関係数値よりも小さい値となる時間シフト量パラメータを設定する
ことを特徴とする入射波数推定装置。 An independent component analysis processing unit that outputs a separated signal from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves, and
A time shift unit for obtaining a time-shifted separated signal by shifting the time of the separated signal by a time shift amount parameter;
A correlation coefficient calculation unit for calculating a time-shifted correlation coefficient value of each separated signal and the time-shifted separated signal;
An incident wave number estimating device that estimates an incident wave number using a time shift correlation coefficient value of each separated signal ,
The correlation coefficient calculation unit calculates a time shift correlation coefficient of noise by changing the time shift amount parameter when only noise is present, and the calculated time shift correlation coefficient is a preset allowable phase relationship. An incident wave number estimation apparatus, wherein a time shift amount parameter that is smaller than a numerical value is set .
ことを特徴とする請求項1記載の入射波数推定装置。 The incident wave number estimation device according to claim 1, further comprising a threshold value determination unit that estimates the total number of the time shift correlation coefficient values calculated by the correlation coefficient calculation unit exceeding a predetermined threshold value as the incident wave number.
ことを特徴とする請求項2記載の入射波数推定装置。 The correlation coefficient calculation unit calculates the time shift correlation coefficient value of each separated signal obtained after performing independent component analysis on the received signal when no incident wave exists and only noise exists. The incident wave number estimation apparatus according to claim 2 , wherein a value larger than all values is set as the predetermined threshold value .
ことを特徴とする請求項2記載の入射波数推定装置。 The correlation coefficient calculation unit calculates a time shift correlation coefficient value of each separated signal obtained after performing independent component analysis on the received signal in a situation where an incident wave is present, and is smaller than the maximum value of the calculated values. The incident wave number estimation apparatus according to claim 2 , wherein a value is set to the predetermined threshold value .
ことを特徴とする請求項2記載の入射波数推定装置。 The correlation coefficient calculation unit calculates a time shift correlation coefficient value of each separated signal obtained after performing independent component analysis on the received signal in a situation where an incident wave is present, and calculates an average value of the calculated values . The incident wave number estimation apparatus according to claim 2, wherein the incident wave number estimation apparatus is set to a predetermined threshold value .
ことを特徴とする請求項1又は2記載の入射波数推定装置。 The correlation coefficient calculation unit calculates the time shift correlation coefficient of the noise by changing the time shift amount parameter when only noise is present when the characteristics of the filter are not known, and calculates the time shift phase relationship The time shift amount parameter that is smaller than the preset allowable correlation coefficient value is set, and when the characteristics of the filter are known, the time shift amount parameter is set based on the filter length. Or the incident wave number estimation apparatus of 2 description.
前記分離信号の時間を時間シフト量パラメータだけずらすことにより、時間シフトした分離信号を得る時間シフトステップと、
各分離信号と時間シフトした分離信号の時間シフト相関係数値を計算する相関係数計算ステップとを含み、
各分離信号の時間シフト相関係数値を用いて入射波数を推定する入射波数推定方法であって、
前記相関係数計算ステップは、雑音のみが存在する際に前記時間シフト量パラメータを変化させて雑音の時間シフト相関係数を計算し、計算した前記時間シフト相関係数があらかじめ設定した許容相関係数値よりも小さい値となる時間シフト量パラメータを設定する
ことを特徴とする入射波数推定方法。 An independent component analysis processing step for outputting a separated signal from a received signal obtained by interference of mutually independent incident waves;
A time shift step of obtaining a time-shifted separated signal by shifting the time of the separated signal by a time shift amount parameter;
A correlation coefficient calculating step for calculating a time-shifted correlation coefficient value of each separated signal and the time-shifted separated signal,
An incident wave number estimation method for estimating an incident wave number using a time shift correlation coefficient value of each separated signal ,
The correlation coefficient calculating step calculates a time shift correlation coefficient of noise by changing the time shift amount parameter when only noise is present, and the calculated time shift correlation coefficient is a preset allowable phase relationship. A method of estimating an incident wave number, wherein a time shift amount parameter that is smaller than a numerical value is set .
ことを特徴とする請求項7記載の入射波数推定方法。 The incident wave number estimation method according to claim 7, further comprising a threshold determination step of estimating a total number of the time shift correlation coefficient values calculated by the correlation coefficient calculation step exceeding a predetermined threshold as an incident wave number.
ことを特徴とする請求項8記載の入射波数推定方法。 The correlation coefficient calculating step calculates the time-shifted correlation coefficient value of each separated signal obtained after performing independent component analysis on the received signal when no incident wave exists and only noise exists. The incident wave number estimation method according to claim 8 , wherein a value larger than all values is set as the predetermined threshold value .
ことを特徴とする請求項8記載の入射波数推定方法。 The correlation coefficient calculation step calculates the time-shift correlation coefficient value of each separated signal obtained after performing independent component analysis processing on the received signal in the presence of an incident wave, and is smaller than the maximum value of the calculated values. 9. The incident wave number estimation method according to claim 8 , wherein a value is set to the predetermined threshold value .
ことを特徴とする請求項8記載の入射波数推定方法。 The correlation coefficient calculating step calculates a time shift correlation coefficient value of each separated signal obtained after performing independent component analysis processing on the received signal in a situation where an incident wave is present, and calculates an average value of the calculated values . The incident wave number estimation method according to claim 8, wherein a predetermined threshold value is set.
ことを特徴とする請求項7又は8記載の入射波数推定方法。 In the correlation coefficient calculation step, when the characteristics of the filter are not known, the time shift correlation coefficient of the noise is calculated by changing the time shift amount parameter when only noise is present, and the calculated time shift phase relationship 8. A time shift amount parameter whose number is smaller than a preset allowable correlation coefficient value is set, and when the characteristics of the filter are known, the time shift amount parameter is set based on a filter length. Or the incident wave number estimation method of 8 description.
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