(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交周波数分割多重化信号から周波数同期及びシンボルタイミング同期を獲得するための周波数及びシンボルタイミング同期装置において、
少なくとも３つ以上の同じ同期信号を使用して構成された同期シンボルを含むデータを受信して所定の遅延量だけ遅延させて受信データと自己相関を行い、正規化を行って正規化された自己相関値を出力する自己相関部と、
正規化された自己相関値と所定の臨界値とを比較する比較部と、
正規化された自己相関値が所定の臨界値以上の区間をフラット区間として検出するピークフラット検出部と、
前記フラット区間内で周波数オフセットを推定して周波数オフセット値を求める周波数オフセット推定部と、
前記周波数オフセット値を使用して受信信号に対して周波数オフセット補償を行う周波数オフセット補償部と、
周波数オフセットが補償された信号と基準信号とを使用して交差相関を行い、正規化を行って正規化された交差相関値を出力する交差相関部と、
前記交差相関値が最大となる地点を検出してシンボルタイミング推定を行うことによってシンボルタイミング同期を行うシンボルタイミング同期部とを含むことを特徴とする直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置。
【請求項２】
周波数同期を行うための周波数同期モードを終了し、シンボルタイミング同期を行うためのシンボルタイミング同期モードに切り換えるモード選択部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置。
【請求項３】
前記同期信号は、
直交周波数分割多重化の１／２シンボル長さ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置。
【請求項４】
前記ピークフラット検出部は、
自己相関値と臨界値との差または比を求め、その値が所定値以上の区間をフラット区間として検出することを特徴とする請求項１に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置。
【請求項５】
前記ピークフラット検出部は、
自己相関値が臨界値以上になる地点で所定のサンプル長さに該当する区間をフラット区間として検出することを特徴とする請求項１に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置。
【請求項６】
前記ピークフラット検出部は、
自己相関値が臨界値以上になる地点以後に所定数のサンプルに対する和を求める合算手段と、
前記和と臨界値との差または比を求め、その値が所定値以上である区間をフラット区間として検出するフラット区間検出手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置。
【請求項７】
前記周波数オフセット推定部は、
前記区間内で周波数オフセット推定を２回以上行うことによって周波数オフセット値を求め、前記周波数オフセット値を合算する周波数オフセット推定部と、
前記合算された周波数オフセット値を平均して周波数オフセット値を求める平均化手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置。
【請求項８】
直交周波数分割多重化信号から周波数同期及びシンボルタイミング同期を獲得するための周波数及びシンボルタイミング同期方法において、
（ａ） 少なくとも３つ以上の同じ同期信号を使用して同期シンボルを構成する段階と、
（ｂ） 前記同期シンボルを含むデータを所定の遅延量だけ遅延させて受信データと自己相関を行い、正規化を行って正規化された自己相関値が所定の臨界値以上となる区間をフラット区間として検出する段階と、
（ｃ） 前記区間内で周波数オフセットを推定して周波数オフセット値を求める段階と、
（ｄ） 前記周波数オフセット値を使用して受信信号に対して周波数オフセット補償を行う段階と、
（ｅ） 周波数オフセットが補償された信号及び基準信号を使用してシンボルタイミング同期を行う段階とを含むことを特徴とする直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期方法。
【請求項９】
前記（ｄ）段階の前に、
周波数同期を行うための周波数同期モードを終了し、シンボルタイミング同期を行うためのシンボルタイミング同期モードに切り換える段階をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期方法。
【請求項１０】
前記同期信号は、
直交周波数分割多重化のシンボル長さの１／２以下であることを特徴とする請求項８または９に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期方法。
【請求項１１】
前記（ｂ）段階は、
自己相関値と臨界値との差または比を求め、その値が所定値以上の区間をフラット区間として検出する段階であることを特徴とする請求項８に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期方法。
【請求項１２】
前記（ｂ）段階は、
自己相関値が臨界値以上になる地点で所定のサンプル長さに該当する区間をフラット区間として検出する段階であることを特徴とする請求項８に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期方法。
【請求項１３】
前記（ｂ）段階は、
自己相関値が臨界値以上になる地点以後に所定数のサンプルに対する和を求める段階と、
前記和と臨界値との差または比を求め、その値が所定値以上の区間をフラット区間として検出する段階であることを特徴とする請求項８に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボルタイミング同期方法。
【請求項１４】
前記（ｃ）段階は、
前記区間内で周波数オフセット推定を２回以上行う段階と、
求められた周波数オフセット推定値を平均して周波数オフセット値を求める段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載の直交周波数分割多重化信号の周波数及びシンボル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】
本発明はシンボルタイミング並びに周波数同期装置及びその方法に係り、特に直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調システムのシンボルタイミング並びに周波数同期装置及びその方法に関する。直交周波数分割多重変調技術は広域無線ＬＡＮに関する標準であるＩＥＥＥの８０２．１１ａやＢＲＡＮ ＥＴＳＩのＨＩＰＥＲＬＡＮ ＴＹＰＥ２で物理階層に対する標準として採択された。本発明はこのような広域無線ＬＡＮに適した周波数同期装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＯＦＤＭタイミング及び周波数同期方法がＴｉｍｏｔｈｙ Ｍ．Ｓｃｈｍｉｄｌ及びＤｏｎａｌｄ Ｃ．Ｃｏｓによる「ＯＦＤＭ信号のタイミング及び周波数同期」という題目の米国特許第５，７３２，１１３号に開示されている。図１Ａと図１Ｂには前記特許資料に開示された従来の技術によるタイミング及び周波数同期装置の構造を説明するためのブロック図及び前記装置の動作を説明するための図面を各々示した。
【０００３】
図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、従来のタイミング及び周波数同期装置では１／２シンボル長さを有する２つのシンボルＡ、シンボルＢ、及びシンボルＣよりなる同期シンボルを構成する。このように構成されたシンボルと遅延されたシンボルとの間の自己相関を適用して最大点を検出する。このような最大点でシンボルタイミングを獲得し、小数倍周波数オフセット補償を行う。次いで、逆フーリエ変換部は受信信号と補償された受信信号とを逆フーリエ変換して周波数領域に変換する。また、同期シンボルＡとＢとを差等インコーディングした差等信号を使用して整数倍周波数オフセット補償を行う。
【０００４】
しかし、前記従来の方法は雑音とチャンネルの影響で自己相関値の最大点の変化度が大きいためにシンボルタイミングを獲得するに当たってエラー発生確率が高いという問題点がある。また、小数倍及び整数倍周波数同期はシンボルタイミング同期に依存するためにシンボルタイミングエラーの影響に敏感であるとの問題点がある。また、前記従来の方法はメモリに貯蔵された受信信号と現在受信される信号とを共に逆フーリエ変換するために複雑になるという問題点がある。
【０００５】
一方、広域無線ＬＡＮは２０ＭＨｚの周波数帯域と６４個の副搬送波を使用し、最大周波数オフセットは２００ＭＨｚに規定している。したがって、広域無線ＬＡＮでは副搬送波周波数の整数倍に該当する周波数オフセットは考慮していない。しかし、従来のＯＦＤＭ信号に対する周波数及びシンボルタイミング同期方法では整数倍の周波数オフセットを規定しているために非効率的であるという問題点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的な課題は、雑音が付け加えられ、振幅及び位相歪曲を引き起こす多重経路チャンネルを通過したＯＦＤＭ信号よりさらに正確に周波数同期及びシンボルタイミング同期を獲得しうる周波数及びシンボルタイミング同期装置を提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的な課題は、前記周波数及びシンボルタイミング同期装置内で行われるシンボルタイミング及び周波数同期方法を提供することでる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために本発明に係るシンボルタイミング及び周波数同期装置は、直交周波数分割多重化信号から周波数同期及びシンボルタイミング同期を獲得するための周波数及びシンボルタイミング同期装置において、少なくとも３つ以上の同じ同期信号を使用して構成された同期シンボルを含むデータを受信して所定の遅延量だけ遅延させて受信データと自己相関を行い、正規化を行って正規化された自己相関値を出力する自己相関部と、正規化された自己相関値と所定の臨界値とを比較する比較部と、正規化された自己相関値が所定の臨界値以上の区間をフラット区間として検出するピークフラット検出部と、前記フラット区間内で周波数オフセットを推定して周波数オフセット値を求める周波数オフセット推定部と、前記周波数オフセット値を使用して受信信号に対して周波数オフセット補償を行う周波数オフセット補償部と、周波数オフセットが補償された信号と基準信号とを使用して交差相関を行い、正規化を行って正規化された交差相関値を出力する交差相関部と、前記交差相関値が最大となる地点を検出してシンボルタイミング推定を行うことによってシンボルタイミング同期を行うシンボルタイミング同期部とを含むことを特徴とする。
【０００８】
前記装置は周波数同期を行うための周波数同期モードを終了し、シンボルタイミング同期を行うためのシンボルタイミング同期モードに切り換えるモード選択部をさらに含むことが望ましい。
また、前記同期信号は、ＯＦＤＭの１／２シンボル長さ以下であることが望ましい。
また、前記ピークフラット検出部は、自己相関値と臨界値との差または比を求め、その値が所定値以上の区間をフラット区間として検出することが望ましい。  代案として、前記ピークフラット検出部は、自己相関値が臨界値以上になる地点で所定のサンプル長さに該当する区間をフラット区間として検出しても良い。
【０００９】
また、前記ピークフラット検出部は、自己相関値が臨界値以上になる地点以後に所定数のサンプルに対する和を求める合算手段と、前記和と臨界値との差または比を求め、その値が所定値以上である区間をフラット区間として検出するフラット区間検出手段とを含んでなっても良い。
また、前記周波数オフセット推定部は、前記区間内で周波数オフセット推定を２回以上行うことによって周波数オフセット値を求め、前記周波数オフセット値を合算する周波数オフセット推定部と、前記合算された周波数オフセット値を平均して周波数オフセット値を求める平均化手段とを含んでなっても良い。
【００１０】
前記他の課題を達成するために本発明に係るシンボルタイミング及び周波数同期方法は、直交周波数分割多重化信号から周波数同期及びシンボルタイミング同期を獲得するための周波数及びシンボルタイミング同期方法において、（ａ） 少なくとも３つ以上の同じ同期信号を使用して同期シンボルを構成する段階と、（ｂ） 前記同期シンボルを含むデータを所定の遅延量だけ遅延させて受信データと自己相関を行い、正規化を行って正規化された自己相関値が所定の臨界値以上となる区間をフラット区間として検出する段階と、（ｃ） 前記区間内で周波数オフセットを推定して周波数オフセット値を求める段階と、（ｄ） 前記周波数オフセット値を使用して受信信号に対して周波数オフセット補償を行う段階と、（ｅ） 周波数オフセットが補償された信号及び基準信号を使用してシンボルタイミング同期を行う段階とを含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づいて本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。  図２は本発明の実施形態に係るＯＦＤＭ信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置を、図３は前記装置で行われる本発明の実施形態に係るＯＦＤＭ信号の周波数及びシンボルタイミング同期方法を、各々示すフローチャートである。また、図４Ａないし図４Ｃは本発明のＯＦＤＭ信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置及びその方法の動作を説明する図面である。
【００１２】
図２を参照すれば、本発明に係るＯＦＤＭ信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置は、モード選択部２０、自己相関部２１、周波数同期部２２、周波数オフセット補償部２３、交差相関部２４、及びシンボルタイミング同期部２５を含む。自己相関部２１は、遅延部２１２、複素共役部２１４、乗算器２１６、移動平均計算部２１８、及び正規化部２１９を含む。周波数同期部２２は、比較部２２２、ピークフラット検出部２２４、及び周波数オフセット推定部２２６を具備する。交差相関部２４は、基準信号発生部２４２、複素共役部２４４、乗算器２４６、移動平均計算部２４８、及び正規化部２４９を含む。
【００１３】
図４Ａないし図４Ｃは本発明のＯＦＤＭ信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置及びその方法の動作を説明する図面である。
前述したような装置は、ＯＦＤＭ信号を受信する。ＯＦＤＭ信号は、プリアンブルとペイロードよりなる。プリアンブルはＡＧＣシンボル及び同期シンボルを含む。本実施形態において用いられる同期シンボルは、図４Ａに示されたように４つの同一な同期信号ＳＹＮＣ＿Ａを使用して構成された同期シンボルを含む。すなわち、本実施形態では３２（ＯＦＤＭシンボル長さの６３の半分）の４つのシンボルを用いて同期シンボルを構成（段階３００）し、このような同期シンボルを含むＯＦＤＭ信号が入力されると仮定する。同期シンボルの長さはＯＦＤＭシンボル長さの１／２以下であることが望ましい。
【００１４】
モード選択部２０は初期に周波数同期を行うための周波数同期モードを選択する。遅延部２１２は受信されたデータＲ（ｋ）を同期に使われた各シンボルの長さである３２に該当する所定の遅延量Ｄだけ遅延させる（段階３０２）。複素共役部２１４は遅延されたデータＲ（ｋ−Ｄ）を複素共役化する。乗算器２１６は受信データＲ（ｋ）と遅延されたデータＲ（ｋ−Ｄ）を乗算し、移動平均計算部２１８では移動平均を計算する。ここで、移動平均のための窓のサイズは遅延量Ｄ、すなわち、３２に該当する。このように、乗算器２１６及び移動平均計算部２１８は自己相関を行い（段階３０４）、自己相関値を出力する。次いで、正規化部２１９は自己相関値を正規化する（段階３０６）。結果的に、自己相関部２１では正規化された自己相関値が出力される。
【００１５】
比較部２２２は正規化された自己相関値と所定の臨界値とを比較する（段階３０８）。ピークフラット検出部２２４は図４Ｂに示されたように正規化された自己相関値が所定の臨界値以上の区間をフラット区間として検出する（段階３１０）。ピークフラット検出部２２４は自己相関値と臨界値との差または比を求め、その値が所定値以上の区間をフラット区間として検出しうる。代案として、ピークフラット検出部２２４は自己相関値が臨界値以上になる地点で所定のサンプル長さに該当する区間をフラット区間として検出することもできる。また、代案として、ピークフラット検出部２２４は自己相関値が臨界値以上になる地点以後に所定数のサンプルに対する和を求める合算手段（図示せず）と前記和と臨界値との差または比を求め、その値が所定値以上の区間をフラット区間として検出するフラット区間検出手段（図示せず）を具備してなることもできる。
【００１６】
次いで、周波数オフセット推定部２２６は前記フラット区間内で周波数オフセットを推定して周波数オフセット値を求める（段階３１２）。この際、周波数オフセット推定は前記フラット区間内の任意の地点で行えるので、約±１６サンプル程度の誤差を許容する。また、周波数オフセット推定部２２６は、周波数オフセット値の推定が完了すれば、モード選択部２０に入力されるモード制御信号を出力する。これにより、周波数同期部２２はフラット区間内で周波数オフセットを推定して周波数オフセット値を求める。
【００１７】
代案として、周波数オフセット推定部２２６はフラット区間内で周波数オフセット推定を２回以上行うことによって周波数オフセット値を求め、前記周波数オフセット値を合算する周波数オフセット推定部（図示せず）、及び前記合算された周波数オフセット値を平均化して周波数オフセット値を求める平均化手段（図示せず）を具備してなることもできる。
【００１８】
次いで、モード選択部２０はモード制御信号に応答して周波数同期モードを終了し、シンボルタイミング同期を行うためのシンボルタイミング同期モードに切り換える。
【００１９】
周波数オフセット補償部２３は周波数同期部２２によって求められた前記周波数オフセット値を用いて受信信号に対して周波数オフセット補償を行う。
【００２０】
基準信号発生部２４２は基準信号を出力し、複素共役部２４４は前記基準信号を複素共役化する。乗算器２４６は複素共役化された基準信号及び周波数オフセットが補償された信号を乗算し、移動平均計算部２４８では移動平均を計算する。すなわち、乗算器２４６及び移動平均計算部２４８によって交差相関が行われることによって交差相関値が求められる。正規化部２４９は交差相関値を正規化する。これにより、交差相関部２４は周波数オフセットが補償された信号及び基準信号を用いて交差相関及び正規化を行うことによって正規化された交差相関値を出力する。
【００２１】
シンボルタイミング同期部２５は、図４Ｃに示されたように前記交差相関値が最大となる地点を検出する。この際、受信された信号は周波数オフセットが補償されているために最大点を正確に推定しうる。したがって、正確に推定された最大点を使用してシンボルタイミング推定を行うことによってシンボルタイミングエラーを減らせる。
【００２２】
前述したように本発明に係るシンボルタイミング及び周波数同期装置及び方法は周波数同期とシンボルタイミング同期を順次に行い、約±１６サンプル程度に許容可能なサンプル誤差が大きいために正確な周波数同期が可能である。また、正確に推定された最大点を使用してシンボルタイミング推定を行うことによってシンボルタイミングエラーを減らせる。
【００２３】
前述したように本発明に係るシンボルタイミング及び周波数同期装置及び方法は許容可能なサンプル誤差が大きいために正確な周波数同期が可能であり、周波数オフセットが補償された信号を使用してシンボルタイミング同期を獲得するためにシンボルタイミングエラーを減らせる。
【００２４】
〔産業上の利用可能性〕
本発明に係るシンボルタイミング並びに周波数同期装置及びその方法は、シンボル間隔より狭い周波数オフセットを規定して整数倍の周波数オフセットが不要な広域無線ＬＡＮに適している。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来の直交周波数分割多重変調信号のシンボルタイミング及び周波数同期装置を示すブロック図である。
【図１Ｂ】図１Ａのシンボルタイミング及び周波数同期装置で行われるシンボルタイミング及び周波数同期方法を説明するための図面である。
【図２】本発明の実施形態に係るＯＦＤＭ信号の周波数及びシンボルタイミング同期装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＯＦＤＭ信号の周波数及びシンボルタイミング同期方法を示すフローチャートである。
【図４Ａ】本発明のＯＦＤＭ信号の周波数並びにシンボルタイミング同期装置及びその方法の動作を説明するための図面である。
【図４Ｂ】本発明のＯＦＤＭ信号の周波数並びにシンボルタイミング同期装置及びその方法の動作を説明するための図面である。
【図４Ｃ】本発明のＯＦＤＭ信号の周波数並びにシンボルタイミング同期装置及びその方法の動作を説明するための図面である。
【符号の説明】
２１……自己相関部
２２２……比較部
２２４……ピークフラット検出部
２２６……周波数オフセット推定部
２３……周波数オフセット補償部
２４……交差相関部
２５……シンボルタイミング同期部
【図１Ａ】
0003542581.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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