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SIGNAL REPRODUCTION DEVICE AND SIGNAL REPRODUCTION METHOD

Patent code P150012525
File No. S2012-0233-N0
Posted date Nov 19, 2015
Application number P2011-282505
Publication number P2013-135244A
Patent number P5900848
Date of filing Dec 23, 2011
Date of publication of application Jul 8, 2013
Date of registration Mar 18, 2016
Inventor
  • (In Japanese)田所 幸浩
  • (In Japanese)一木 輝久
  • (In Japanese)葛西 誠也
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人北海道大学
Title SIGNAL REPRODUCTION DEVICE AND SIGNAL REPRODUCTION METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely reproduce a weak signal included in an input signal without requiring N independent noise sources and without applying noise to N input signals.
SOLUTION: A signal reproduction device for reproducing a weak signal as transmission information by a stochastic resonance phenomenon from an input signal, where noise is superimposed on the weak signal, includes: nonlinear elements NL1 -NLN for receiving N (N is a natural number of two or greater) received signals R branching to N branch linesL1 -LN and outputting nonlinear output signals NLO1 -NLON ; N delay elements D1 -DN for delaying the respective nonlinear output signals by respective different times; and a combiner 10 for combining delayed signals DS1 -DSn output from the delay elements D1 -DN . Noise components included in the delay signals DS1 -DSn into which the respective nonlinear output signals are delayed are very little correlated, but weak signal components are much correlated. A delayed composite signal DA is an amplified weak signal with the noise components removed.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

下記の非特許文献1において、微弱信号をN個の複数の信号に分配し、それぞれの信号に独立した雑音を加えて、非線形素子に入力して、N個の非線形素子の出力を合成することで微弱信号を再生することが知られている。この方法は、雑音に埋没した微弱信号は、閾値特性を持つ閾値応答素子に入力すると、微弱信号が存在する期間には閾値を越える確率が高くなるということを利用して、微弱信号を再生する方法である。閾値応答素子の出力は、微弱信号が存在する期間には閾値を越える確率が高くなるという現象は、確率共鳴、又は、確率共振と言われている。

非線形素子を1個だけ用いた場合には、微弱信号の存在する期間において、入力信号が閾値を越える確率が高くなり、微弱信号が存在しない期間には閾値を越える確率が低くなることが、微弱信号の再生にとって重要となる。したがって、閾値、微弱信号レベル、雑音レベルが適切な関係にある場合に、信号の検出精度が高くなる。また、最大の検出精度を得るためには最適な雑音レベルが存在する。

非特許文献1の方法は、多数の非線形素子の出力を合成することで、雑音レベルに依存することなく、微弱信号の検出精度を高くしている。すなわち、雑音レベルが高くなると、各閾値応答素子の出力は、微弱信号が存在する期間も微弱信号が存在しない期間も、閾値を越える確率が高くなる。ところが、入力信号が雑音レベルにより閾値を越える場合には、重畳するN個の雑音が独立したものであることから、N個の閾値応答素子において、入力信号が閾値を越える位相はランダムとなる。一方、入力信号が微弱信号の存在により閾値を越える場合には、N個の入力信号に含まれる微弱信号は同相となるので、閾値応答素子の出力も同相となる。この結果、N個の閾値応答素子の出力を1つの信号に合成すると、微弱信号の存在期間に出力レベルが高くなり、微弱信号が存在しない期間には出力レベルは低くなる。非特許文献1は、このような原理により、雑音レベルに係わらず、微弱信号の再生精度を向上させるものである。

また、特許文献1において、非特許文献1による微弱信号にそれぞれ独立した雑音を重畳させたN個の入力信号を非線形素子に入力して、それぞれの非線形素子の出力を1つの信号に合成する方法を実現する装置において、非線形素子を電界効果トランジスタとして、サブスレショルド領域で動作させるようにした装置が知られている。

また、特許文献2においては、一つの非線形素子を用いた確率共鳴現象を利用してS/N比を改善する回路において、非線形特性とS/N比との関係が開示されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、微弱信号に雑音が重畳した入力信号から、確率共鳴現象を用いて、微弱信号を再生する信号再生装置及び信号再生方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
伝達情報である微弱信号に雑音が重畳した入力信号を、確率共鳴現象により、該微弱信号を再生する信号再生装置において、
非線形素子と、
前記入力信号に対する前記非線形素子の時間を変数として変化する出力信号の補間を行う補間装置と、
を有し、
前記補間装置は、
N個(Nは2以上の自然数)の分岐線路と、
該分岐線路により分岐されたN個の信号に対して、それぞれ異なる時間だけ遅延させるN個の遅延素子と、
前記N個の分岐線路において、少なくともそれぞれの前記遅延素子を通過した信号を一つの信号に合成する合成器と
を有することを特徴とする信号再生装置。

【請求項2】
 
前記入力信号がN個の前記分岐線路に分岐され、前記非線形素子はN個存在し、それぞれの非線形素子は、それぞれの前記分岐線路に設けられ、分岐されたそれぞれの入力信号を入力し、それぞれの非線形素子の出力信号を、それぞれの前記遅延素子に入力させ、前記合成器は、それぞれの前記遅延素子の出力信号を合成する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号再生装置。

【請求項3】
 
前記入力信号がN個の前記分岐線路に分岐され、それぞれの前記遅延素子は、分岐されたそれぞれの入力信号を入力し、前記非線形素子はN個存在し、それぞれの非線形素子は、それぞれの前記分岐線路に設けられ、それぞれの前記遅延素子の出力信号を、それぞれの非線形素子に入力させ、前記合成器は、それぞれの前記非線形素子の出力信号を合成する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号再生装置。

【請求項4】
 
前記非線形素子は前記入力信号を入力し、前記非線形素子の出力信号が、N個の前記分岐線路に分岐され、それぞれの分岐された信号がそれぞれの前記遅延素子に入力し、前記合成器は、それぞれの前記遅延素子の出力信号を合成する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号再生装置。

【請求項5】
 
前記入力信号を入力する側から、前記非線形素子、前記遅延素子の順で接続された第1線路と、前記入力信号を入力する側から、前記遅延素子、前記非線形素子の順で接続された第2線路とが混在し、
前記合成器は、前記非線形素子及び前記遅延素子のうち後段に位置する素子の出力信号を合成することを特徴とする請求項1に記載の信号再生装置。

【請求項6】
 
前記第1線路における非線形素子は1個であって、その非線形素子の出力信号が複数に分岐された後に前記第1線路における前記各遅延素子に入力していることを特徴とする請求項5に記載の信号再生装置。

【請求項7】
 
それぞれの前記非線形素子は、その特性の不均一性により出力に異なる遅延を生じ、それぞれの前記遅延素子を兼ねる
ことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の信号再生装置。

【請求項8】
 
それぞれの前記遅延素子の遅延時間は、公差Δtの等差数列で与えることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の信号再生装置。

【請求項9】
 
N個の遅延素子における遅延時間の差のうち最小遅延時間差は、前記微弱信号に重畳されている前記雑音の相関時間よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか1項に記載の信号再生装置。

【請求項10】
 
前記微弱信号の再生すべき最大周波数をfとする時、N個の遅延素子における遅延時間の差うち最大遅延時間差は1/(2f)以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の信号再生装置。

【請求項11】
 
前記微弱信号の再生単位となる時間幅をTとする時、N個の遅延素子における遅延時間の差うち最大遅延時間差はT以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の信号再生装置。

【請求項12】
 
伝達情報である微弱信号に雑音が重畳した入力信号を、確率共鳴現象により、前記微弱信号を再生する信号再生方法において、
非線形の入出力特性により、前記入力信号に対する非線形出力信号を得て、時間を変数として変化する該非線形出力信号の補間を行うことにより前記微弱信号を再生する信号再生方法であって、
前記補間は、前記入力信号にして、N個(Nは2以上の自然数)の異なる遅延時間だけ遅延されたN個の非線形出力信号を生成した後一つの信号に合成することにより行う
ことを特徴とする信号再生方法。

【請求項13】
 
N個の前記遅延時間の差のうち最小遅延時間差は、前記入力信号に重畳されている前記雑音の相関時間よりも大きいことを特徴とする請求項12に記載の信号再生方法。

【請求項14】
 
前記微弱信号の再生すべき最大周波数をfとする時、N個の前記遅延時間の差うち最大遅延時間差は1/(2f)以下であることを特徴とする請求項12又は請求項13に記載の信号再生方法。

【請求項15】
 
前記微弱信号の再生単位となる時間幅をTとする時、N個の前記遅延時間の差うち最大遅延時間差はT以下であることを特徴とする請求項12又は請求項13に記載の信号再生方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011282505thum.jpg
State of application right Registered
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