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発明の名称 タイミング同期方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−218967(P2003−218967A)
公開日 平成15年7月31日(2003.7.31)
出願番号 特願2002−9020(P2002−9020)
出願日 平成14年1月17日(2002.1.17)
代理人 【識別番号】100083194
【弁理士】
【氏名又は名称】長尾 常明
【テーマコード(参考)】
5K004
【Fターム(参考)】
5K004 AA05 AA08 FG04 FH08 JA02 JG00 JH05 
発明者 古川 昌一
要約 課題
タイミング同期の精度を高める。

解決手段
多値QAM信号の最大振幅値で設定された複数の同期シンボルと予め設定したタイミング同期用基準シンボルとの相関値を求め、得られた相関値から暫定同期タイミング点を求め、該暫定同期タイミング点での各同期シンボルの規格値の分散および前記暫定同期タイミング点からずれた複数のタイミング点での各同期シンボルの規格値の分散を求め、得られた複数の分散の内の最も値の小さな分散に対応するタイミング点から同期タイミング点を求める。
特許請求の範囲
【請求項1】多値QAM信号の最大振幅値で設定された複数の同期シンボルを含むフレームを受信し、これをオーバーサンプリングによりデジタル信号に変換し、デジタル化された前記同期シンボルから同期タイミング点を検出するタイミング同期方法において、前記デジタル化された複数の同期シンボルと予め設定した複数のタイミング同期用基準シンボルとの相関値を求め、得られた相関値から特定のサンプリング点を暫定同期タイミング点として求め、該暫定同期タイミング点での各同期シンボルの規格値の分散および前記暫定タイミング点から前後にずれた複数のサンプリング点についての各同期シンボルの規格値の分散を求め、得られた複数の分散の内の最も値の小さな分散を示したサンプリング点を同期タイミング点とすることを特徴とするタイミング同期方法。
【請求項2】請求項1において、前記規格値は、各同期シンボルを信号点配置の所定の1つの象限に集める規格化によって得られた値であることを特徴とするタイミング同期方法。
【請求項3】請求項1又は2において、前記暫定同期タイミング点は、予め決めた閾値を超えた複数の相関値に対応する複数のサンプリング点の内の相関値が最大ピークを示すサンプリング点とすることを特徴とするタイミング同期方法。
【請求項4】請求項1、2又は3において、前記相関値に基づき前記同期シンボルの周波数誤差を補正する手段を設けたことを特徴とするタイミング同期方法。
【請求項5】請求項1、2、3又は4において、前記相関値は、前記同期シンボルの全サンプリング値の内から選択した所定数のサンプリング点を使用して求めることを特徴とするタイミング同期方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル無線受信装置において、フレームに同期シンボル(同期ワード)を挿入してシンボルのタイミング同期を図るタイミング同期検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】先頭に複数個の同期シンボルを備えたフレーム構造を持つデジタル変調信号を受信してタイミング同期をとる手法の1つとして次のものがある。これは、16QAM方式の例では、同期シンボルとして図2に示す信号点配置図の最大振幅包絡線上に設定したシンボルSW1〜SW10を図3に示すような順序でフレーム先頭に挿入し、この10個の同期シンボルと同じ10個のシンボルをタイミング同期用基準シンボルとして予め受信機内に保持しておき、この10個のタイミング同期用基準シンボルと受信した10個の同期シンボルとの相互相関(複素相関)を求め、その相関のピーク値を示すタイミング点を基準にタイミング同期をとる方法である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ロールオフフィルタを用いる通常のPSK,QAMでの符号間干渉の無い点は、シンボルの中点のみであるため、正確にタイミング点を決定しなければならない。このような方式において、シンボルレートに対してオーバーサンプリングされた信号(A/D変換の際に通常16倍程度にオーバーサンプリングされる)の相関は、図4に示すようになだらかなピーク波形を示すので、雑音が入ったような場合、正確なピークのタイミング点を決定することが困難であり、特性が劣化していた。
【0004】本発明の目的は、相関によって暫定的にタイミング同期を得た後、さらにずれたサンプリング点での複数の同期シンボルの分散が最小となるタイミング点を求めて、タイミング同期の検出精度を向上させることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1にかかる発明は、多値QAM信号の最大振幅値で設定された複数の同期シンボルを含むフレームを受信し、これをオーバーサンプリングによりデジタル信号に変換し、デジタル化された前記同期シンボルから同期タイミング点を検出するタイミング同期方法において、前記デジタル化された複数の同期シンボルと予め設定した複数のタイミング同期用基準シンボルとの相関値を求め、得られた相関値から特定のサンプリング点を暫定同期タイミング点として求め、該暫定同期タイミング点での各同期シンボルの規格値の分散および前記暫定タイミング点から前後にずれた複数のサンプリング点についての各同期シンボルの規格値の分散を求め、得られた複数の分散の内の最も値の小さな分散を示したサンプリング点を同期タイミング点とすることを特徴とするタイミング同期方法とした。
【0006】請求項2にかかる発明は、請求項1にかかる発明において、前記規格値は、各同期シンボルを信号点配置の所定の1つの象限に集める規格化によって得られた値であることを特徴とするタイミング同期方法とした。
【0007】請求項3にかかる発明は、請求項1又は2にかかる発明において、前記暫定同期タイミング点は、予め決めた閾値を超えた複数の相関値に対応する複数のサンプリング点の内の相関値が最大ピークを示すサンプリング点とすることを特徴とするタイミング同期方法とした。
【0008】請求項4にかかる発明は、請求項1、2又は3にかかる発明において、前記相関値に基づき前記同期シンボルの周波数誤差を補正する手段を設けたことを特徴とするタイミング同期方法とした。
【0009】請求項5にかかる発明は、請求項1、2、3又は4にかかる発明において、前記相関値は、前記同期シンボルの全サンプリング値の内から選択した所定数のサンプリング点を使用して求めることを特徴とするタイミング同期方法とした。
【0010】
【発明の実施の形態】本実施形態では、10個の受信同期シンボルと受信機内の10個のタイミング同期用基準シンボルとの複素相関を求めて、その相関の絶対値がピークを示すサンプリング点を暫定同期タイミング点としてまず求める。そして、該暫定同期タイミング点における同期シンボルの周波数誤差を求めて周波数補正と位相同期を行う。その後、当該暫定タイミング点の10個の同期シンボルとその信号点配置の位置から、当該同期シンボルをある特定の象限に規格化する。
【0011】例えば図2、図3に示した同期シンボルSW1はI=3、Q=3であるから、暫定同期タイミング点で受信した当該同期シンボルSW1のI,Q成分(正確にI=3、Q=3とは限らない。)をそれぞれ3で割り、I=Q=1が属する第1象限に規格化する。同期シンボルSW2はI=3、Q=−3であるから、同様にそれぞれ3、−3で割り、同様に前記象限に規格化する。以下、SW3〜SW10まで同様に規格化すると、これら規格化された10個のシンボルSW1〜SW10はI=Q=1が属する第1象限に分散して集まる。
【0012】そこで、それらの規格化した10個の同期シンボルSW1〜SW10の分散を求める。Ciを規格化同相成分、Cqを規格化直交成分とし、同期シンボルSW1〜SW10の規格化結果を、Ci(1)とCq(1)、Ci(2)とCq(2)、・・・・・・・、Ci(10)とCq(10)とすると、分散Sは、S=1/N・Σx=1N (Ci(x)-*ci)2+(Cq(x)-*cq)2で求めることができる。ただし、*ciはCi(1)〜Ci(10)の平均、*cqはCq(1)〜Cq(10)の平均である。また本実施形態は同期シンボル数が10個の場合であるので、N=10である。
【0013】以下、同様にして、前記暫定同期タイミング点としたサンプリング点から前後に数サンプリング点に亘ってずらせた各サンプリング点毎に10個の同期シンボルSW1〜SW10を規格化してその分散を求める。このようにして得られた複数のサンプリング点についての分散の内、その値が最小となる分散に対応するサンプリング点を最終的な同期タイミングとして決定する。
【0014】このとき、周波数誤差は暫定同期タイミング点における相関に基づいて求めることになるが、SW1〜SW10までの短い同期シンボルにおいてはその影響は無視できる。フレーム中の同期シンボル以降のデータシンボルに対しては、最終的に求めた同期タイミング点に基づいて周波数誤差を求め直し、周波数補正と位相補正を行う。或いは適当な間隔でパイロットシンボルを挿入しておき、その時点で位相補正を行うことで対処する。
【0015】なお、相関演算において暫定同期タイミング点を得るためのピーク値を求める際、適当に間引いたサンプリング点を使用して相関を求めピーク値を得てもよい。例えば、16オーバーサンプリングの場合、1つおきのサンプリングデータを使用して相関を求めるときは、相関出力は図4のデータの1/2に減少する。このようにすると、暫定同期タイミング点を得るための演算時間やハードウエア規模を簡素にできる。
【0016】図1は本発明の1つの実施形態の復調回路のブロック図である。1,2は乗算器であり、ここに受信信号が入力するとローカル発振器3で発振するローカル周波数信号と乗算される直交復調(準同期検波)によってベースバンド信号が取り出される。乗算器1はローカル周波数を乗算するのでそこから同相成分のベースバンド信号が出力し、乗算器2はローカル周波数を移相器4により90度移相して乗算するのでそこから直交成分のベースバンド信号が出力する。5,6はこれらの同相成分、直交成分のベースバンド信号から高周波成分を除去するローパスフィルタ、7,8はそのローパスフィルタ5,6の出力信号をシンボルレートの16倍のサンプリング周波数でオーバーサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換器、9はデジタル化された同相成分、直交成分のサンプリングデータが書き込まれるメモリである。
【0017】10は複素相関器であり、基準同期信号源11から入力するタイミング同期用基準シンボル(図3の同期シンボルSW1〜SW10と同じ)の共役複素数と受信同期シンボルとを乗算してその複素相関を演算する。12は得られた相関値の同相成分と直交成分から絶対値を演算すると共に閾値設定器13で設定された閾値を超えるか否かも判定する。14は絶対値化回路12から入力する閾値以上の複数の相関絶対値の内からピーク値を判別して暫定同期タイミング点を生成する暫定タイミング生成器である。
【0018】15は複素相関器10から得られる相関値の同相成分と直交成分から受信信号の周波数誤差を検出する周波数誤差検出器、16,17はその周波数誤差検出器15で得られた周波数誤差に基づきベースバンド信号の直交成分と同相成分の周波数補正および位相補正を行う乗算器である。18は識別回路であり、周波数補正および位相補正された直交成分と同相成分を入力して、当該受信シンボルが図2に示す信号点配置の16個の位置の何れに該当するかを識別する。
【0019】19は分散最小値検出器であり、乗算器16、17から出力する受信シンボルと識別回路18での識別結果とから当該受信シンボルを特定の象限に規格化し、規格化した10シンボル分について分散を演算し、得られた複数の分散の内の最小値を検出する。20は識別回路18で得られた信号点配置の位置から受信シンボルを4ビットデータに変換するデコーダである。
【0020】21は制御部であり、絶対値化回路12で絶対値が閾値を超えたことを示す信号A、暫定タイミング生成回路14でピーク検出により暫定タイミングを検出した信号B、分散最小値検出器19が最小分散を検出した信号C等を取り込み、メモリ9のアドレス制御信号a、周波数誤差検出器15の制御信号b、分散最小値検出器19の制御信号c、識別回路18の制御信号d等を生成する。
【0021】さて、メモリ9に受信シンボルの同相成分と直交成分が書き込まれると、その同相成分と直交成分について複素相関器10での複素相関演算、絶対値化回路12での絶対値化および閾値との比較を行う。そして、得られた絶対値が閾値を超えないときはまだ同期シンボルを受信していないと見なしてメモリ9への書き込みを逐次更新する。
【0022】メモリ9の更新毎に上記動作を繰り返して相関絶対値が閾値を超えたとき、受信すべき同期シンボルが到来したとして、その後に受信したシンボルの相関絶対値の内のピーク値を示すサンプリング点から暫定タイミング生成回路14において暫定同期タイミング点を決定する。このようにして得られた暫定同期タイミング点に基づき周波数誤差検出器15において同期シンボルの周波数誤差を検出する。次にメモリ9から前記暫定同期タイミング点に対応する10個の同期シンボルを再度読み出して、前記検出した周波数誤差に基づき、乗算器16,17において周波数誤差補正および位相誤差補正を行う。そして、周波数誤差補正および位相誤差補正済みの10個の同期シンボルについて識別回路18で識別を行い、さらにその識別結果と受信シンボルを分散最小値検出器19に取り込み、10個の同期シンボルの規格化と分散演算を行う。
【0023】次に、前記暫定同期タイミング点の位置から前後方向にずれた複数のサンプリング点について、それぞれ10個の同期シンボルをメモリ9から読み出して乗算器16,17で周波数誤差補正と位相補正を行い、前記と同様に識別回路18で識別し、分散最小値検出器19で分散を演算する。そして、得られた複数の分散から最小値を示す分散が得られると、これに対応するサンプリング点を最適な同期タイミング点として最終決定する。
【0024】これ以後は、この最終決定の同期タイミング点のシンボルが読み出され、通常の処理が行われる。
【0025】
【発明の効果】以上から本発明によれば、暫定同期タイミング点およびそれを含む前後の複数のサンプリング点における複数の同期シンボルの規格値の分散の内の最小分散に対応するサンプリング点を同期タイミング点と決定するので、オーバーサンプリングされた同期シンボルを受信して行うタイミング同期の精度が大幅に向上し、誤り率特性が改善する。




 

 


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