(57)【要約】  受信機のクロックを送信機のクロックに合わせることなく、送信されてくるシンボル系列をデータ復元する。  受信機において、２倍のオーバーサンプリングされた受信データをポリフェーズ化し、適応アルゴリズムによるフィードバックを適用して、そのデータをずらすと同時に補償フィルタのフィルタ係数（タップ係数の系列）をシフトさせる。受信信号のプリアンブルやヘッダーから得た相関値を初期値とするタップド・フィルタと、ウェーブフロント・アライナー（波面整合器）との組み合わせによるフィルタを通すことで、オンザフライで、サンプリング周波数・位相オフセットを補償することができる。かかる構成は、リサンプリングフィルタ回路、等化フィルタ回路、デシメーションフィルタ回路を1つの補償フィルタ回路で実現していることに相当しており、従来技術よりも回路サイズも大幅に小さくすることができる。
2012121151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信されてくるシンボル系列をデータ復元するために、受信機側において、サンプリング周波数とシンボル系列のシンボルレートとの間に生じるオフセットと位相のオフセットとをオンザフライで補償する方法であって、
所定のオーバーサンプリング数に基づいてオーバーサンプリングされた受信シンボル系列を、所定のオーバーサンプリング数の逆数に基づいてダウンサンプリングする際に、相対的にタイミングをシフトさせる（ラッチによって遅延させる）ことによって、ポリフェーズ化（ポリフェーズ分解）された複数（ポリフェーズの数に相当する）の受信シンボル系列（所定のオーバーサンプリング数が２の場合には、奇位相、偶位相、という２種類のシンボル系列）を生成するステップと、
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも１段階にわたってタイミングをシフトさせて（少なくとも１つのラッチによって遅延させて）、少なくとも２つの受信シンボル系列（２タップ構成）を得るステップと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について、少なくとも２つの可変であるようなタップ係数の系列（偶位相にはW0,W2という１つの系列、奇位相にはW1,W3という１つの系列）を提供するステップと、
これらのタップ係数の大きさの変化について、これらのタップ係数の大きさと、得られたこれらの受信シンボル系列とに従って記述される関係を入力として利用する、適応アルゴリズムによるフィードバックを、ダウンサンプリングされたシンボルレート以下で適用するステップと、
これら複数のタップ係数について、タップ係数の大きさの比較に基づいて、最大の大きさを示しているタップ係数の位置をモニタリングするステップと、
もし最大の大きさを示しているタップ係数の位置が、異なる（隣接する）タップ係数の位置に移動しているものとモニタリングされる場合には、タップ係数の位置の全体をシフトし、同時に、オーバーサンプリングされた受信シンボル系列のうちの何れか１つをスキップさせるか又は重複させるステップとを有する、
方法。
【請求項２】
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも２段階にわたってタイミングをシフトさせて（２つ以上のラッチの系列によって遅延させて）、少なくとも３つの受信シンボル系列（３タップ構成）を得るステップと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について、少なくとも３つの可変であるようなタップ係数の系列（偶位相にはW0,W2,W4という１つの系列、奇位相にはW1,W3,W5という１つの系列）を提供するステップとを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
タップ係数の初期値として、
マルチパス干渉やシンボル間干渉を含んだチャネルの応答をＺ変換H(z)で表し、受信シンボル系列Y(z)から送信シンボル系列X(z)を復元するため、
X(z)= 1/H(z)Y(z)   （zは、シンボルレートを表す）
となるようにして、さらにＦＩＲ型のデジタルフィルタ構成となるように、z=0でのテーラー展開をしたときの、0次、1次、2次、・・・の係数をタップ係数に割り当てる、
請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
送信されてくるシンボル系列をデータ復元するために、サンプリング周波数とシンボル系列のシンボルレートとの間に生じるオフセットと位相のオフセットとをオンザフライで補償する、受信機であって、
所定のオーバーサンプリング数に基づいてオーバーサンプリングされた受信シンボル系列を、所定のオーバーサンプリング数の逆数に基づいてダウンサンプリングする際に、相対的にタイミングをシフトさせる（遅延させる）ことによって、ポリフェーズ化（ポリフェーズ分解）された複数（ポリフェーズの数に相当する）の受信シンボル系列（所定のオーバーサンプリング数が２の場合には、奇位相、偶位相、という２種類のシンボル系列）を生成する、ラッチと、
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも１段階にわたってタイミングをシフトさせて（遅延させて）、少なくとも２つの受信シンボル系列（２タップ構成）を得る、少なくとも１つのラッチと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について提供される、少なくとも２つの可変であるようなタップ係数の系列（偶位相にはW0,W2という１つの系列、奇位相にはW1,W3という１つの系列）と、
これらのタップ係数の大きさの変化について、これらのタップ係数の大きさと、得られたこれらの受信シンボル系列とに従って記述される関係を入力として利用して、ダウンサンプリングされたシンボルレート以下でフィードバックを適用する、適応アルゴリズムと、
これら複数のタップ係数について、タップ係数の大きさの比較に基づいて、最大の大きさを示しているタップ係数の位置をモニタリングして、もし最大の大きさを示しているタップ係数の位置が、異なる（隣接する）タップ係数の位置に移動しているものとモニタリングされる場合には、タップ係数の位置の全体をシフトし、同時に、オーバーサンプリングされた受信シンボル系列のうちの何れか１つをスキップさせるか又は重複させる、ウェーブフロント・アライナーとを有する、
受信機。
【請求項５】
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも２段階にわたってタイミングをシフトさせて（遅延させて）、少なくとも３つの受信シンボル系列（３タップ構成）を得る、少なくとも２つ以上のラッチの系列と、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について提供される、少なくとも３つの可変であるようなタップ係数の系列（偶位相にはW0,W2,W4という１つの系列、奇位相にはW1,W3,W5という１つの系列）とを有する、
請求項４に記載の受信機。
【請求項６】
タップ係数の初期値として、適応アルゴリズムのタップ係数レジスタに対して、
マルチパス干渉やシンボル間干渉を含んだチャネルの応答をＺ変換H(z)で表し、受信シンボル系列Y(z)から送信シンボル系列X(z)を復元するため、
X(z)= 1/H(z)Y(z)   （zは、シンボルレートを表す）
となるようにして、さらにＦＩＲ型のデジタルフィルタ構成となるように、z=0でのテーラー展開をしたときの、0次、1次、2次、・・・の係数をタップ係数に割り当てる、
請求項４または請求項５に記載の受信機。
【請求項７】
送信されてくるシンボル系列をデータ復元するために、受信機側において、サンプリング周波数とシンボル系列のシンボルレートとの間に生じるオフセットと位相のオフセットとをオンザフライで補償するプログラムであって、
所定のオーバーサンプリング数に基づいてオーバーサンプリングされた受信シンボル系列を、所定のオーバーサンプリング数の逆数に基づいてダウンサンプリングする際に、相対的にタイミングをシフトさせる（遅延させる）ことによって、ポリフェーズ化（ポリフェーズ分解）された複数（ポリフェーズの数に相当する）の受信シンボル系列（所定のオーバーサンプリング数が２の場合には、奇位相、偶位相、という２種類のシンボル系列）を生成する、プログラムコードと、
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも１段階にわたってタイミングをシフトさせて（少なくとも１つのラッチによって遅延させて）、少なくとも２つの受信シンボル系列（２タップ構成）を得る、プログラムコードと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について、少なくとも２つの可変であるようなタップ係数の系列（偶位相にはW0,W2という１つの系列、奇位相にはW1,W3という１つの系列）を提供する、プログラムコードと、
これらのタップ係数の大きさの変化について、これらのタップ係数の大きさと、得られたこれらの受信シンボル系列とに従って記述される関係を入力として利用する、適応アルゴリズムによるフィードバックを、ダウンサンプリングされたシンボルレート以下で適用する、プログラムコードと、
これら複数のタップ係数について、タップ係数の大きさの比較に基づいて、最大の大きさを示しているタップ係数の位置をモニタリングする、プログラムコードと、
もし最大の大きさを示しているタップ係数の位置が、異なる（隣接する）タップ係数の位置に移動しているものとモニタリングされる場合には、タップ係数の位置の全体をシフトし、同時に、オーバーサンプリングされた受信シンボル系列のうちの何れか１つをスキップさせるか又は重複させる、プログラムコードとを、
コンピュータとしての受信機に実行させる、
プログラム。
【請求項８】
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも２段階にわたってタイミングをシフトさせて（２つ以上のラッチの系列によって遅延させて）、少なくとも３つの受信シンボル系列（３タップ構成）を得る、プログラムコードと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について、少なくとも３つの可変であるようなタップ係数の系列（偶位相にはW0,W2,W4という１つの系列、奇位相にはW1,W3,W5という１つの系列）を提供する、プログラムコードとを、
コンピュータとしての受信機に実行させる、
請求項７に記載のプログラム。
【請求項９】
タップ係数の初期値として、
マルチパス干渉やシンボル間干渉を含んだチャネルの応答をＺ変換H(z)で表し、受信シンボル系列Y(z)から送信シンボル系列X(z)を復元するため、
X(z)= 1/H(z)Y(z)   （zは、シンボルレートを表す）
となるようにして、さらにＦＩＲ型のデジタルフィルタ構成となるように、z=0でのテーラー展開をしたときの、0次、1次、2次、・・・の係数をタップ係数に割り当てる、
請求項７または請求項８に記載のプログラム。
【請求項１０】
さらに、
送信されてくるシンボル系列をオーバーサンプリングする、ＡＤＣ（アナログ-デジタル変換器）と、
ＡＤＣに接続されて、フレームの先頭を検知する、同期回路と、
ＡＤＣに接続されて、ゴーレイ系列を検知する、ゴーレイ(Golay)相関器とを有しており、
ゴーレイ系列を検知することによって、プリアンブルを検知して、フレーム同期およびシンボル同期を行い、そして、ヘッダーの先頭位置を見つける、
請求項４に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、受信機側において無線通信のデータを復元することに関し、より詳しくは、受信機側においてサンプリング周波数と送信機側から送信されてくるシンボル系列のシンボルレートとの間に生じるオフセットと位相のオフセットとを補償する手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、60GHz帯を用いるミリ波無線通信に代表されるように、毎秒ギガビットを超えるデータレートを実現する超高速無線通信技術が盛んに研究開発されている。データレートが毎秒ギガビットを超えるようになってくると、無線通信の送受信機には様々な課題が生じてくる。一方で、一般に無線通信において、送信機および受信機がデータを送り出したり、データを受け取ったりする周波数は異なっている。これは、送受信機のデジタル回路に供給するクロックを発生する振動子の精度や、回路の実装条件や温度条件による。【０００３】
特にベースバンド信号のシンボル時間が送信機と受信機とで周波数が異なるとき、同期直後はアイパターンの中心でサンプリングしていたものが、徐々に周波数オフセットに従って、サンプリング位置が前後にシフトしてしまう。最後は、アイパターンの境界に達し、正しくシンボル判定ができなくなってしまい、データの復元に失敗する。従って、かかる周波数オフセットを補償する必要性がある。【０００４】
超高速無線通信において周波数オフセット補償をするためには、高速に補償する必要があること、特にパケット通信を想定した場合には、パケットごとに補償を行う必要がある。送信機のシンボル時間を復元するための手法として、たとえば、アナログＰＬＬ（位相同期回路）を用いる方法があるが、受信信号の周波数に同期するまでに、数千クロックかかり、高速に同期することができない。また、ＡＤＣ（アナログ-デジタル変換器）によるサンプリングを行う場合、シンボル時間が非常に短いため、高々数倍程度のオーバーサンプリングしかできない。【０００５】
特許文献１に示されている技術は、受信信号をデジタル・リサンプリング回路で所望のサンプル時間にリサンプルする技術である。リサンプリング回路は、ポリフェーズフィルタを用いて、インタポレーションとデシメーションを適切な比で行うことで実現している。これは、ＡＤＣのサンプリング周波数を直接いじるのではなく、デジタル回路でリサンプリングを実現していることになる。また、周波数オフセット補償とＩＳＩ（Inter-Symbol Interference：シンボル間干渉）除去などの等化（Equalization）は後段のフィルタで行っており、その後に本来のシンボルレートになるように、デシメーション（データの間引き）をしている。この方法では、リサンプリング回路の係数を決定するまでに、時間がかかってしまい、回路構成が大規模になってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９７／２７６９５号公報（指定国ＪＰにおける日本語での国内公表  特表２０００-５０４１６６号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの状況を鑑みつつ、本発明で目的とするところの無線通信方式と条件とを以下の（Ａ）〜（Ｅ）のようにまとめることができる。
（Ａ）シングルキャリア方式の無線通信方式であって、ＡＤＣを用いて、ＩとＱのそれぞれの受信信号をサンプリングする。
（Ｂ）受信機のローカルクロックにフィードバックするようなことはしないで、デジタル回路で高速にオンザフライで補償を行う。
（Ｃ）所定のオーバーサンプリング数（オーバーサンプリングファクター）は、１０倍以内程度で済むようにして、望ましくは２倍がよい。
（Ｄ）データペイロードの内容に依存しない。すなわち、既知パターンであるトレーニングシーケンスやパイロットワードを用いずに、補償を行う。
（Ｅ）できるだけ小さく、低消費電力で動く回路とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、受信機のクロック周波数を変えたり、リサンプリング回路の係数を変えたりすることで、受信機のサンプリング周波数を送信機の周波数に合わせることはしない。所定のオーバーサンプリング数（例えば、２倍）のオーバーサンプリングされた受信データをポリフェーズ化し、そのデータをずらすと同時に補償フィルタのフィルタ係数をシフトさせることでオフセットを補償している。【０００９】
本発明は、無線通信の受信機において、ＡＤＣによってオーバーサンプリングされた受信信号を、受信信号のプリアンブルやヘッダーから得た相関値を初期値とするタップド・フィルタと、ウェーブフロント・アライナー（波面整合器）との組み合わせによるフィルタを通す。このことによって、受信機のクロックを送信機のクロックに合わせることなく、オンザフライでサンプリング周波数・位相オフセットを補償することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の手法により、受信機のサンプリング周波数調整にかかる時間をなくすことができ、オンザフライで補償を行うことができる。本発明の手法は、特許文献１にあるリサンプリングフィルタ回路、等化フィルタ回路、デシメーションフィルタ回路を1つの補償フィルタ回路で実現していることに相当するため、従来技術よりも回路サイズも大幅に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の受信機の主要な回路構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明を含む受信機の回路構成を示す図である。
【図３】図３は、周波数オフセットがある場合に、タップ係数の大きさの変化を示した図である。
【図４】図４は、本発明の方法の具体的な動作を説明する図である。
【図５】図５は、実際に本発明の手法を実装して測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の受信機の主要な回路構成を示す図である。
【００１３】
図２は、本発明を含む受信機の回路構成を示す図である。まず、図２を使って説明をする。無線通信の受信機において、ＲＦ回路で受信した信号は、ＡＤＣによってオーバーサンプリングされる。以下、オーバーサンプリング数（オーバーサンプリングファクター）は２（倍）の場合で説明を進めていくことにするが、本発明の適用範囲が２倍という数に限られるものではない。
【００１４】
オーバーサンプリングされた受信信号は、まず同期回路によってフレームの先頭を検知する。たとえば、ＩＥＥＥ802.15.3cで定義されているようなミリ波ＰＡＮのフレームには、プリアンブル、ヘッダーそしてペイロードの３つの部分に分かれている。プリアンブルはゴーレイ(Golay)系列で構成されており、自己相関の強い既知パターンである。
【００１５】
同期回路は、ゴーレイ(Golay)相関器を用いて、このゴーレイ系列を検知し、プリアンブルを検知する。これによってフレーム同期およびシンボル同期を行い、そして、ヘッダーの先頭位置を見つけて、正しくデータを復元していく。ゴーレイ相関器は一例にすぎず、他の自己相関の強い系列とその相関器であっても利用することができるであろう。
【００１６】
相関器の出力は、相関値（コリレーション値）と、そのタイミングであり、相関値は、繰り返されるゴーレイ系列の平均値をとることで、より正確な値になる。タイミングは同期回路でヘッダーの位置を特定するのに用いるが、相関値は、後述のタップド・フィルタで用いる（後述）。本発明に関わる主要な回路構成は、図２の破線の内側であって、タイミングが調整された同期回路の出力と、相関器の出力である相関値を用いる。相関値は、逆関数演算されて、タップ係数の初期値として与えられる（後述）。
【００１７】
（１）タップド・フィルタ
同期回路からの出力が図１の入力になる。２倍でオーバーサンプリングしている場合、ここでのレートは、本来のシンボルレートの２倍になっている（図中の2xドメイン）。２の逆数（１／２）に基づいてダウンサンプリングする際には、１つおきに間引いた受信シンボル系列が２種類できることになる。これを「偶位相」と「奇位相」の受信シンボル系列と呼ぶことにする。
【００１８】
もちろん、一般には、３種類以上の位相がずれた受信シンボル系列を生成することもできる。また、オーバーサンプリングファクターが整数倍ではないときは、そのオーバーサンプリングファクターを最も近い既約分数で表したときの、分母倍だけ補間データを作ることで、整数個の受信シンボル系列にすることができる。このようにシンボルレートの複数の受信シンボル系列に分解することを「ポリフェーズ化」または「ポリフェーズ分解」と呼ぶ。
【００１９】
図１におけるウェーブフロント・アライナーの直後は、２つの系列に分かれて、２の逆数（１／２）すなわち半分のレートでダウンサンプリングしている回路に相当する。オーバーサンプリングレートが２倍なので、この図では、２の逆数（１／２）のダウンサンプリングレートになっている。Z-1（Zの -1乗）は遅延素子（ラッチ）であって、これによって、１オーバーサンプリングレート分だけ遅らせて、相対的にタイミングをシフトさせる。
【００２０】
そして、同期直後であれば、少なくとも、偶位相あるいは奇位相のどちらかのサンプリング位置がアイパターンの中央に近いところになっているはずであるため、「ウェーブフロント」とは、信号の波面を意味しており、同じシンボルに対応する偶位相と奇位相の信号を揃える作用を「アライナー」と呼んでいるが、ウェーブフロント・アライナーは、ここでは（未だ）受信シンボル系列のデータには作用しない。
【００２１】
そしてタップド・フィルタは、ポリフェーズ分解された受信シンボル系列の各々に接続される。タップド・フィルタ以降は、ポリフェーズ分解されているので、すべて本来のシンボルレート（すなわち、ダウンサンプリングされたシンボルレート以下）で動作する（図中の1xドメイン）。そのため、動作周波数はオーバーサンプリング数（オーバーサンプリングファクター）によらず、低く抑えることができる。その分、回路サイズはポリフェーズの数だけ増えることになるため、現状の実装技術を踏まえると、シンボルレートがGbpsを超えるような超高レートのため、２倍程度のオーバーサンプリングしか実装しないであろうから、回路サイズへのインパクトは少なく、デシメーションフィルタも兼ねたコンパクトな構造になる。
【００２２】
タップド・フィルタは、遅延素子が直列に並んだ有限長のＦＩＲデジタルフィルタの構成をとっており、図では、遅延素子（ラッチ）を２つ含む、「３タップ構成」となっている。「タップ」とは、遅延（タイミングがシフト）された信号が乗算器に送られる枝の本数であり、３タップ構成では、３つの乗算器が用いられている。また、ポリフェーズの数に相当する分だけ乗算器は必要になるので、全体で、６つの乗算器が図中に描かれている。図中では、少なくとも３つの可変であるようなタップ係数の系列（偶位相にはW0,W2,W4という１つの系列、奇位相にはW1,W3,W5という１つの系列）が提供されている。
【００２３】
乗算器は複素乗算を行い、係数(W)がタップ係数レジスタ（Weightレジスタ）で与えられる。すべてのタップでの乗算器出力が加算され、シンボルレートで、出力される。図中では、W0,W1,W2,W3,W4,W5が乗算器出力として加算（Σ）されている。これがフィルタ出力となる。このような構成のタップド・フィルタにすることにより、タップ係数を適切に与えることで、受信信号のシンボル間干渉やサンプリング周波数オフセットによるずれを補正し、さらに、偶位相と奇位相の補間割合を適切にしてデシメーションを行うという２つの機能をあわせもつことができる。
【００２４】
更により簡素化させたものとして実現したい場合には、ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、（ポリフェーズ数が１０であったとしても、８（１０マイナス２）については留意することなく、ポリフェーズ数２の分だけについて、）少なくとも１段階にわたってタイミングをシフトさせればよい。この場合、遅延素子（ラッチ）を１つ含むような「２タップ構成」として、４つの乗算器があれば足りることになる。少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について、少なくとも２つの可変であるようなタップ係数の系列（偶位相にはW0,W2という１つの系列、奇位相にはW1,W3という１つの系列）が提供されていれば足りることになる。
【００２５】
タップ係数を適切に与えるためには、既存の「適応アルゴリズム」を用いる。これらのタップ係数の大きさの変化について、これらのタップ係数の大きさと、得られたこれらの受信シンボル系列とに従って記述される関係を入力として利用する。図においては、すべてのタップでのW0,W1,W2,W3,W4,W5が乗算器出力として加算（Σ）されているものが、このような「記述される関係」の構成（の一部）に相当している。適応アルゴリズムによるフィードバックは、ダウンサンプリングされたシンボルレート以下で適用される。
【００２６】
適応アルゴリズムとしては、LMS（Least Mean Squares）アルゴリズム、RLS（Recursive Least Squares）アルゴリズムなどを用いることができる。図１では、最もシンプルな回路構成のLMSアルゴリズムが描かれている。タップド・フィルタの出力は後段のデマッパーで、シンボル判定し、正しいシンボル位置と受信シンボルとの差分がエラーベクトルとしてフィードバックされる。エラーベクトルは、SSP（Step SizeParameter）と呼ばれる、フィードバックゲインを乗じたあと、タップド・フィルタへの入力ベクトルと乗算される。最後の入力ベクトルとの乗算は、入力ベクトルが複素数のときは、複素共役をとってから乗じる。
【００２７】
この結果がタップ係数の大きさを変化させる変化分となり、レジスタに格納されているタップ係数に加えられて、あらためて、タップ係数レジスタ（Weightレジスタ）に格納される。他の適応アルゴリズムを用いた場合も同様に、タップ係数の大きさの変化分を計算し、レジスタの内容を更新していくことになる。この適応アルゴリズムは、データ中の特定のパターンに依存せずに、同期直後の初期値セット以降、フレームの終了まで動作し続け、オンザフライでタップ係数の大きさを適応的に変化させていく。タップ係数の更新は、図１の構成例の場合、シンボルレートでの更新となるが、数シンボル分を平均して、更新することもできる。
【００２８】
このようにタップド・フィルタと適応アルゴリズムの組み合わせをもって、サンプリング周波数・位相のオフセットを補償するように動作する。このとき、サンプリングの位置は徐々にずれていくが、それに合わせてタップ係数の大きさが順次変化していく。次の図３は、その様子を示しているものである。
【００２９】
図３は、周波数オフセットがある場合に、タップ係数の大きさの変化を示した図である。縦軸が大きさを表わしており、ピークのそれぞれが各タップ係数の大きさを示す。一番左のピークが偶位相の右端から１番目のタップ係数であり、次のピークが奇位相の右端から１番目のタップ係数であり、さらに中央のピークが偶位相の右端から２番目のタップ係数であり、次のピークが奇位相の右端から２番目のタップ係数である。最大値を持つタップの位置が順次、移り変わっていく。図３は、図１に示したような３タップ構成の場合である。
【００３０】
（２）タップ係数の初期値
コヒーレント検出している場合、ＡＤＣは通常、ＩチャネルとＱチャネルのそれぞれに設置されており、２つある。それぞれの出力の組み合わせが１つのシンボルを表しており、通常、ＩＱ平面と呼ばれる平面でシンボルのマッピング/デマッピングを行う。これは、すなわち、ＩとＱによるシンボルの複素数表示に一致しており、これらの値で計算された相関値もまた、複素数である。
【００３１】
相関器の出力である相関値は、自己相関の強いパターンから作られており、その大きさが相関の強さを表し、位相が送信キャリアと受信キャリアの位相ずれを表している。また、マルチパス干渉やシンボル間干渉（シンボルに対応する波形が歪み、隣のシンボルと干渉してしまうこと）があった場合、そのチャネル応答が、相関値の出力系列として出現する。従って、これらをタップド・フィルタの初期値に用いることで、タップド・フィルタは適切に動作を開始することができる。
【００３２】
相関値の出力系列はチャネルのインパルス応答に相当するため、逆応答を計算して求める必要がある（図２に示している逆関数演算に相当する）。マルチパス干渉やシンボル間干渉を含んだチャネルの応答をＺ変換H(z)で表し、送信シンボル系列をX(z)、受信シンボル系列をY(z)とすると、
Y(z)= H(z) X(z)
となる。ここで、zは、シンボルレートを表す。タップド・フィルタは、Y(z)からX(z)を復元するための係数になる必要があるため、1/H(z)となるように、タップ係数を決めればよい。
【００３３】
このままでは、ＩＩＲ型のデジタルフィルタ構成となるため、ＦＩＲ型にするために、z=0でのテーラー展開をする。このときの、0次、1次、2次、・・・の係数をタップ係数に割り当てる。このとき、タップ係数は複素数となる。タップの数は、想定するチャネルにおける応答の遅延広がりに依存するが、前もって、仕様として与える。図１では、３タップを示しているため、0次、1次、2次の係数を使うことができる。このようにして相関値から求めたタップ係数の初期値を同期直後にセットする。もし、タップ係数が適切に与えられない場合、初期値は全ゼロなどの固定値を与えるほかなく、適切な初期値のタップ係数とは異なった値から適応動作を開始してしまう。そのため、適応に時間がかかってしまい、フレームの最初の部分では、正しい出力を与えることができない。
【００３４】
（３）ウェーブフロント・アライナー
（１）で述べたところの、タップド・フィルタと適応アルゴリズムの組み合わせでサンプリング周波数・位相オフセットを補償しながら動作できるが、タップ数が有限のため、サンプリング位置がタップの端にきてしまうと、それ以上補償することができなくなる。そこで、タップ係数の大きさを常に比較し、最大値を持つタップ係数の位置を常に監視（モニタリング）する。
【００３５】
初期値におけるアイパターンの中心（すなわち、（２）での0次の値）はどこにセットしてもよいが、送信機と受信機のいずれのサンプリング周波数が早いか分からないので、できるだけ真ん中に近い位置のタップにセットする。この点では、３タップ構成（または、３以上の数のタップ構成）を提供した方が、真ん中に近い位置のタップをセットし易いため、２タップ構成を提供するよりも有利となることであろう。
【００３６】
この位置が、初期値における最大の大きさを示しているタップ係数の位置となるので、同期後にタップド・フィルタが動作していくに従い、最大値を持つタップの位置が隣のタップへ移動したら、ウェーブフロント・アライナーがデータ系列を入れ替え、同時にタップ係数の位置を全体的にシフトすることで、再び、最大値を持つタップ係数が初期値と同じタップ位置になるようにする。
【００３７】
図４は、本発明の方法の具体的な動作を説明する図である。はじめに、タップ数が偶位相、奇位相それぞれ３つの場合で、同期直後、タップ係数が最大となるような位置が奇位相の２番目（図４のW3）の場合を想定する。これは初期値のセットの仕方に依存するが、このようなセットの仕方は可能である。ウェーブフロント・アライナーは最初、ヘッダーの先頭から順番に奇位相と偶位相に振り分けていく。
【００３８】
もし、受信機のサンプリング周波数が送信機のシンボルレートよりも遅い場合、サンプリング位置は徐々に、時間的に早い位置へとずれていく。それは最大の大きさを示しているタップ係数の位置が、奇位相の２番目から偶位相の１番目へずれることを意味する。このときに、ウェーブフロント・アライナーは、ずれた最大値を持つタップ係数の位置を再び奇位相の２番目へ戻すように、タップ係数をずらし、同時に、データ系列の割り振りを変える。このとき、受信機のサンプリング周波数は本来のシンボルレートよりも遅いので、１シンボル分だけ重複させる（図４の中段）。こうすることで、最大の大きさを示しているタップ係数の位置を変わらないままにすることができる。
【００３９】
次に、受信機のサンプリング周波数が送信機のシンボルレートよりも早い場合には、逆のことが起きる。すなわち、最大の大きさを示しているタップ係数の位置は、奇位相の２番目から偶位相の２番目へずれていく（図４の下段）。すなわち、W4が最大となるので、ウェーブフロント・アライナーは、タップ係数をずらし、W4が奇位相の２番目の位置になるように、全体のタップ係数をずらす。同時に、データ系列は、１シンボルだけスキップしてつめて、ふりわける。
【００４０】
このように、タップ係数の値のうち最大の大きさを示している位置を常に監視（モニタリング）しながら、その位置が隣のフェイズへ移動したときに、データ系列とタップ係数の位置の全体をシフトすることで、再び、最大の大きさを示しているタップ係数の位置が元に戻るように調節することで、有限のタップ数でもサンプリング周波数・位相オフセットを補償し続けることができる。
オーバーサンプリング数（オーバーサンプリングファクター）が２を超える数である場合には、ポリフェーズ化された受信シンボル系列が２を超える数だけ得られることになる。しかし、そのような場合であっても本発明の原理を応用すれば、ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも１段階にわたってタイミングをシフトさせれば、本発明の技術的思想を利用することができる。
【００４１】
以上の（１）タップド・フィルタ、（２）タップ係数の初期値、（３）ウェーブフロント・アライナーにより、無線通信の受信機において、ＡＤＣによってオーバーサンプリングされた受信信号を、受信機のクロックを送信機のクロックに合わせることなく、またデータの内容によらず、シンボルレートで動作できるコンパクトなフィルタ回路を構成することができ、有限のタップ数で、オンザフライで、サンプリング周波数・位相オフセットを補償し続けることができる。
【００４２】
図５は、実際に本発明の手法を実装して測定した結果を示す図である。変調方式はＱＰＳＫであり、送信機と受信機のサンプリング周波数のオフセットは50ppmの場合に、本発明を使わない場合、(a)復元前のように、ＩＱ平面上では、サンプリング位置がずれていって復元不能に陥ってしまう。一方で、本発明を適用することで、（ｂ）復元後のように、本来のコンステレーションに復元できている。
【００４３】
以上、図１に示したような本発明の受信機の主要な回路構成は、ハードウエア資源、ソフトウエア資源、または、ハードウエア資源とソフトウエア資源とが協働する形態として実現することができる。受信機の主要な回路構成はまた、送信されてくるシンボル系列を処理する複数のステップを有する方法として、さらには、それら複数のステップをコンピュータとしての受信機に実行させる複数のプログラムコードを有するプログラムとして、実現することもできる。
【図１】
2012121151.tif 000003
【図２】
2012121151.tif 000004
【図３】
2012121151.tif 000005
【図４】
2012121151.tif 000006
【図５】
2012121151.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月13日(2013.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信されてくるシンボル系列をデータ復元するために、受信機側において、サンプリング周波数とシンボル系列のシンボルレートとの間に生じるオフセットと位相のオフセットとをオンザフライで補償する方法であって、
所定のオーバーサンプリング数に基づいてオーバーサンプリングされた受信シンボル系列を、所定のオーバーサンプリング数の逆数に基づいてダウンサンプリングする際に、相対的にタイミングをシフトさせることによって、ポリフェーズ化された複数の受信シンボル系列を生成するステップと、
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも１段階にわたってタイミングをシフトさせて、少なくとも２つの受信シンボル系列を得るステップと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について、少なくとも２つの可変であるようなタップ係数の系列を提供するステップと、
これらのタップ係数の大きさの変化について、これらのタップ係数の大きさと、得られたこれらの受信シンボル系列とに従って記述される関係を入力として利用する、適応アルゴリズムによるフィードバックを、ダウンサンプリングされたシンボルレート以下で適用するステップと、
これら複数のタップ係数について、タップ係数の大きさの比較に基づいて、最大の大きさを示しているタップ係数の位置をモニタリングするステップと、
もし最大の大きさを示しているタップ係数の位置が、初期値における最大の大きさを示しているタップ係数の位置と異なるタップ係数の位置に移動しているものとモニタリングされる場合には、タップ係数の位置の全体をシフトし、同時に、オーバーサンプリングされた受信シンボル系列のうちの何れか１つをスキップさせるか又は重複させるステップとを有する、
方法。
【請求項２】
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも２段階にわたってタイミングをシフトさせて、少なくとも３つの受信シンボル系列を得るステップと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について、少なくとも３つの可変であるようなタップ係数の系列を提供するステップとを有する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
タップ係数の初期値として、
マルチパス干渉やシンボル間干渉を含んだチャネルの応答をＺ変換H(z)で表し、受信シンボル系列Y(z)から送信シンボル系列X(z)を復元するため、
X(z) = 1/H(z)Y(z)   （zは、シンボルレートを表す）
となるようにして、さらにＦＩＲ型のデジタルフィルタ構成となるように、z=0でのテーラー展開をしたときの、0次、1次、2次、・・・の係数をタップ係数に割り当てる、
請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
送信されてくるシンボル系列をデータ復元するために、サンプリング周波数とシンボル系列のシンボルレートとの間に生じるオフセットと位相のオフセットとをオンザフライで補償する、受信機であって、
所定のオーバーサンプリング数に基づいてオーバーサンプリングされた受信シンボル系列を、所定のオーバーサンプリング数の逆数に基づいてダウンサンプリングする際に、相対的にタイミングをシフトさせることによって、ポリフェーズ化された複数の受信シンボル系列を生成する、ラッチと、
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも１段階にわたってタイミングをシフトさせて、少なくとも２つの受信シンボル系列を得る、少なくとも１つのラッチと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について提供される、少なくとも２つの可変であるようなタップ係数の系列と、
これらのタップ係数の大きさの変化について、これらのタップ係数の大きさと、得られたこれらの受信シンボル系列とに従って記述される関係を入力として利用して、ダウンサンプリングされたシンボルレート以下でフィードバックを適用する、適応アルゴリズムと、
これら複数のタップ係数について、タップ係数の大きさの比較に基づいて、最大の大きさを示しているタップ係数の位置をモニタリングして、もし最大の大きさを示しているタップ係数の位置が、初期値における最大の大きさを示しているタップ係数の位置と異なるタップ係数の位置に移動しているものとモニタリングされる場合には、タップ係数の位置の全体をシフトし、同時に、オーバーサンプリングされた受信シンボル系列のうちの何れか１つをスキップさせるか又は重複させる、ウェーブフロント・アライナーとを有する、
受信機。
【請求項５】
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも２段階にわたってタイミングをシフトさせて、少なくとも３つの受信シンボル系列を得る、少なくとも２つ以上のラッチの系列と、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について提供される、少なくとも３つの可変であるようなタップ係数の系列とを有する、
請求項４に記載の受信機。
【請求項６】
タップ係数の初期値として、適応アルゴリズムのタップ係数レジスタに対して、
マルチパス干渉やシンボル間干渉を含んだチャネルの応答をＺ変換H(z)で表し、受信シンボル系列Y(z)から送信シンボル系列X(z)を復元するため、
X(z) = 1/H(z)Y(z)   （zは、シンボルレートを表す）
となるようにして、さらにＦＩＲ型のデジタルフィルタ構成となるように、z=0でのテーラー展開をしたときの、0次、1次、2次、・・・の係数をタップ係数に割り当てる、
請求項４または請求項５に記載の受信機。
【請求項７】
送信されてくるシンボル系列をデータ復元するために、受信機側において、サンプリング周波数とシンボル系列のシンボルレートとの間に生じるオフセットと位相のオフセットとをオンザフライで補償するプログラムであって、
所定のオーバーサンプリング数に基づいてオーバーサンプリングされた受信シンボル系列を、所定のオーバーサンプリング数の逆数に基づいてダウンサンプリングする際に、相対的にタイミングをシフトさせることによって、ポリフェーズ化された複数の受信シンボル系列を生成する、プログラムコードと、
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも１段階にわたってタイミングをシフトさせて、少なくとも２つの受信シンボル系列を得る、プログラムコードと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について、少なくとも２つの可変であるようなタップ係数の系列を提供する、プログラムコードと、
これらのタップ係数の大きさの変化について、これらのタップ係数の大きさと、得られたこれらの受信シンボル系列とに従って記述される関係を入力として利用する、適応アルゴリズムによるフィードバックを、ダウンサンプリングされたシンボルレート以下で適用する、プログラムコードと、
これら複数のタップ係数について、タップ係数の大きさの比較に基づいて、最大の大きさを示しているタップ係数の位置をモニタリングする、プログラムコードと、
もし最大の大きさを示しているタップ係数の位置が、初期値における最大の大きさを示しているタップ係数の位置と異なるタップ係数の位置に移動しているものとモニタリングされる場合には、タップ係数の位置の全体をシフトし、同時に、オーバーサンプリングされた受信シンボル系列のうちの何れか１つをスキップさせるか又は重複させる、プログラムコードとを、
コンピュータとしての受信機に実行させる、
プログラム。
【請求項８】
ポリフェーズ化された受信シンボル系列のうちの少なくとも２つの各々について、少なくとも２段階にわたってタイミングをシフトさせて、少なくとも３つの受信シンボル系列を得る、プログラムコードと、
得られたところの少なくとも２つの受信シンボル系列の各々について、少なくとも３つの可変であるようなタップ係数の系列を提供する、プログラムコードとを、
コンピュータとしての受信機に実行させる、
請求項７に記載のプログラム。
【請求項９】
タップ係数の初期値として、
マルチパス干渉やシンボル間干渉を含んだチャネルの応答をＺ変換H(z)で表し、受信シンボル系列Y(z)から送信シンボル系列X(z)を復元するため、
X(z) = 1/H(z)Y(z)   （zは、シンボルレートを表す）
となるようにして、さらにＦＩＲ型のデジタルフィルタ構成となるように、z=0でのテーラー展開をしたときの、0次、1次、2次、・・・の係数をタップ係数に割り当てる、
請求項７または請求項８に記載のプログラム。
【請求項１０】
さらに、
送信されてくるシンボル系列をオーバーサンプリングする、ＡＤＣ（アナログ-デジタル変換器）と、
ＡＤＣに接続されて、フレームの先頭を検知する、同期回路と、
ＡＤＣに接続されて、ゴーレイ系列を検知する、ゴーレイ(Golay)相関器とを有しており、
ゴーレイ系列を検知することによって、プリアンブルを検知して、フレーム同期およびシンボル同期を行い、そして、ヘッダーの先頭位置を見つける、
請求項４に記載の受信機。
【国際調査報告】
2012121151.tif 000008
2012121151.tif 000009
2012121151.tif 000010
2012121151.tif 000011