(57)【要約】【課題】少量のパイロットシンボルを用い、少ない演算量で正確にフレーム同期を行うフレーム同期装置を得ること。【解決手段】本発明は、オーバサンプル数をＭとして受信信号をサンプルする受信装置において、Ｎシンボルの既知系列に基づきフレーム同期を行うフレーム同期装置であって、検索対象範囲からＭサンプルごとのＮ個のサンプル値を処理対象として選択し、選択したサンプル値それぞれについて、既知系列中の対応する値との推定誤差を順次算出し、算出した推定誤差を推定誤差の累積値に加算して更新後の累積値を生成する推定誤差計算処理部８と、更新後の累積値が比較対象値よりも大きくなったことを検出した場合、推定誤差計算処理部８に対して、処理対象として選択しているサンプル値に対する推定誤差の算出処理および累積値の更新処理を終了するように指示する比較部９と、を備える。【選択図】図７
2011176639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーバサンプル数をＭ（Ｍは１以上の整数）として受信信号をサンプルする受信装置において、受信信号に含まれるＮシンボル（Ｎは２以上の整数）の既知系列に基づきフレーム同期を行うフレーム同期装置であって、
既知系列に対するサンプル結果を含んだ一定範囲である検索対象範囲から、ＭサンプルごとのＮ個のサンプル値を処理対象として選択し、選択したサンプル値それぞれについて、既知系列中の対応する値との推定誤差を順次算出し、さらに、算出した推定誤差をそれまでに算出した推定誤差の累積値に加算して更新後の累積値を生成する推定誤差計算手段と、
前記推定誤差計算手段で前記累積値が更新されるごとに、更新後の累積値を予め設定されている初期の比較対象値、または過去の累積値に基づき設定された比較対象値と比較し、更新後の累積値が比較対象値よりも大きくなったことを検出した場合、前記推定誤差計算手段に対して、前記処理対象として選択しているサンプル値に対する前記推定誤差の算出処理および前記累積値の更新処理を終了するように指示する比較手段と、
を備えることを特徴とするフレーム同期装置。
【請求項２】
前記推定誤差計算手段は、
前記処理対象として選択したＮ個のサンプル値すべてについて推定誤差算出処理および累積値の更新処理を実行して最終的な累積値を生成した場合、前記検索対象範囲に含まれるＭサンプルごとのＮ個のサンプル値の組み合わせのうち、処理対象として未だ選択していない組み合わせが存在していれば、未だ選択していない組み合わせの中のいずれか一つを新たな処理対象として選択し、当該新たな処理対象について、前記推定誤差の算出処理および前記累積値の更新処理を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載のフレーム同期装置。
【請求項３】
前記比較手段は、前記推定誤差計算手段で更新された累積値が比較対象値よりも大きくなったことを検出した場合、その旨を示す情報および比較対象値を比較結果として出力し、また、前記推定誤差計算手段が前記処理対象として選択したＮ個のサンプル値すべてについての推定誤差算出処理および累積値の更新処理を実行して最終的な累積値を生成したことを検出し、なおかつこの最終的な累積値が比較対象値よりも小さい場合には、その旨を示す情報および当該最終的な累積値を比較結果として出力することとし、
前記推定誤差計算手段は、前記比較手段から出力された比較結果に基づいて、前記新たな処理対象を選択する
ことを特徴とする請求項２に記載のフレーム同期装置。
【請求項４】
前記推定誤差計算手段は、Nelder-Meadアルゴリズムにより前記新たな処理対象を選択する
ことを特徴とする請求項３に記載のフレーム同期装置。
【請求項５】
前記比較手段は、
前記推定誤差計算手段から出力された前記最終的な累積値が比較対象値よりも小さい場合、当該最終的な累積値を新たな比較対象値として設定する
ことを特徴とする請求項２、３または４に記載のフレーム同期装置。
【請求項６】
オーバサンプル数をＭ（Ｍは１以上の整数）として受信信号をサンプルする受信装置において、受信信号に含まれるＮシンボル（Ｎは２以上の整数）の既知系列に基づきフレーム同期を行う際に受信信号と既知系列との推定誤差を算出する場合の推定誤差算出方法であって、
既知系列に対するサンプル結果を含んだ一定範囲である検索対象範囲から、ＭサンプルごとのＮ個のサンプル値を処理対象として決定する処理対象決定ステップと、
前記処理対象決定ステップで決定した処理対象のサンプル値の中の１つを選択し、既知系列中の対応する値との推定誤差を算出し、さらに、算出した推定誤差をそれまでに算出した推定誤差の累積値に加算して累積値を更新する推定誤差計算ステップと、
前記更新後の累積値を予め設定されている初期の比較対象値、または過去の累積値に基づき設定された比較対象値と比較し、前記更新後の累積値が比較対象値よりも小さい場合、前記推定誤差計算ステップを再度実行し、前記処理対象のサンプル値の中の未だ推定誤差を算出していないサンプル値に対して前記推定誤差検出処理および前記累積値の更新処理を行うことに決定し、また、前記更新後の累積値が比較対象値よりも大きい場合には、前記処理対象決定ステップを再度実行して新たな処理対象を決定した上で前記推定誤差計算ステップを再度実行することに決定する、比較ステップと、
を含むことを特徴とする推定誤差算出方法。
【請求項７】
前記比較ステップでは、前記更新後の累積値が比較対象値よりも大きい場合、その旨を示す情報および比較対象値を比較結果とし、また、前記処理対象決定ステップで決定された処理対象のサンプル値すべてについて、前記推定誤差計算ステップを実行し、当該処理対象のサンプル値についての最終的な累積値を算出し、なおかつ当該最終的な累積値が比較対象値よりも小さい場合には、その旨を示す情報および当該最終的な累積値を比較結果とすることとし、
前記比較ステップにおける決定結果にしたがって前記処理対象決定ステップを再度実行する場合、当該再度実行する処理対象決定ステップでは、前記比較ステップにおける比較結果に基づいて新たな処理対象を決定する
ことを特徴とする請求項６に記載の推定誤差算出方法。
【請求項８】
前記再度実行する処理対象決定ステップでは、Nelder-Meadアルゴリズムにより新たな処理対象を決定する
ことを特徴とする請求項７に記載の推定誤差算出方法。
【請求項９】
前記処理対象決定ステップで決定された処理対象のサンプル値すべてについて、前記推定誤差計算ステップを実行し、当該処理対象のサンプル値についての最終的な累積値を算出し、なおかつ当該最終的な累積値が比較対象値よりも小さい場合、
それ以降に実行する比較ステップでは、前記最終的な累積値を比較対象値として使用する
ことを特徴とする請求項６、７または８に記載の推定誤差算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信装置の信号受信処理において、受信信号のフレーム同期を検出するフレーム同期装置、および推定誤差算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル通信において、通信装置はデータタイミングを検出し、フレーム同期を行う必要がある。送信側の通信装置は、各フレームの特定位置に既知シンボルを埋め込んだ信号を送信し、受信側の通信装置では、受信信号に含まれている既知シンボルを利用して正確なフレーム同期を行う。このとき受信側では、一般的には受信信号とパイロットシンボルの相関値を求める相関処理手法を用いる（例えば、特許文献１）。この手法では、受信信号の一定区間で相関を測り、ピークが出た位置をフレーム同期位置とする。しかし、推定に必要な高い相関値を得るためには多数のパイロットシンボルが必要になる。そのため、少ないパイロットシンボルを用いて正確にフレーム同期が行える技術が求められている。
【０００３】
一方、伝送路推定を行い受信信号のレプリカを作成し、受信信号との推定誤差を基にフレーム同期を行う手法も提案されている（例えば、特許文献２）。この手法は等化処理手法と一般に呼ばれる。この等化処理手法を適用した場合、少ないパイロットシンボルを用いて正確な伝送路推定が得られるが、多大な演算量が必要になってしまう。また、相関処理と等化処理の両方を用いる手法も提案されている（例えば、特許文献３，４）。ただし、相関処理の特性の劣化が等化処理の特性に影響してしまう。すなわち、上記の相関処理手法と同様に、正確なフレーム同期の実現には多数のパイロットシンボルが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５２０１６７号公報
【特許文献２】特開平９−１８３９５号公報
【特許文献３】特開平１１−１１２４８９号公報
【特許文献４】特開２００４−２８９３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来のフレーム同期を行う手法は、それぞれ解決すべき課題を有している。すなわち、従来の手法で正確なフレーム同期を行うためには、多くのパイロットシンボルが必要となる（相関処理手法，相関処理と等化処理の両方を用いる手法の場合）、または、演算量が多大となる（等化処理手法の場合）。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少量のパイロットシンボルを用い、少ない演算量で正確にフレーム同期を行うフレーム同期装置、およびフレーム同期処理で利用する推定誤差算出方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、オーバサンプル数をＭ（Ｍは１以上の整数）として受信信号をサンプルする受信装置において、受信信号に含まれるＮシンボル（Ｎは２以上の整数）の既知系列に基づきフレーム同期を行うフレーム同期装置であって、既知系列に対するサンプル結果を含んだ一定範囲である検索対象範囲から、ＭサンプルごとのＮ個のサンプル値を処理対象として選択し、選択したサンプル値それぞれについて、既知系列中の対応する値との推定誤差を順次算出し、さらに、算出した推定誤差をそれまでに算出した推定誤差の累積値に加算して更新後の累積値を生成する推定誤差計算手段と、前記推定誤差計算手段で前記累積値が更新されるごとに、更新後の累積値を予め設定されている初期の比較対象値、または過去の累積値に基づき設定された比較対象値と比較し、更新後の累積値が比較対象値よりも大きくなったことを検出した場合、前記推定誤差計算手段に対して、前記処理対象として選択しているサンプル値に対する前記推定誤差の算出処理および前記累積値の更新処理を終了するように指示する比較手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来の等化処理手法を適用した場合と比較して、フレーム同期精度を維持しつつ少ない演算量で推定誤差を計算するフレーム同期装置が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明にかかるフレーム同期装置を備えた受信機に対して信号を送信する送信機の構成例を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１の受信機の構成例を示す図である。
【図３】図３は、希望信号とサンプルタイミングの関係を説明するための図である。
【図４−１】図４−１は、正しいサンプルタイミングでの受信信号のサンプル動作例を示す図である。
【図４−２】図４−２は、サンプルタイミングがずれた状態での受信信号のサンプル動作例を示す図である。
【図４−３】図４−３は、サンプルタイミングがずれた状態での受信信号のサンプル動作例を示す図である。
【図５】図５は、反射波が存在する通信環境の一例を示す図である。
【図６】図６は、反射波が存在しない通信環境の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１の推定誤差算出部の構成例を示す図である。
【図８】図８は、推定誤差算出アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施の形態２の推定誤差算出部の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２の最適候補の選択アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、実施の形態２の推定誤差算出部の動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかるフレーム同期装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
本実施の形態では、従来の手法よりも少ない演算量で伝送路推定を行い、フレーム同期を行うフレーム同期装置について説明する。
【００１２】
図１は、本発明にかかるフレーム同期装置を備えた受信機に対して信号を送信する送信機の構成例を示す図である。この送信機は、従来から使われている一般的な送信機であり、本実施の形態のフレーム同期装置を備えた受信機（受信側の通信装置）へ信号を送信する送信側の通信装置を構成している。図１に示した送信機は、シンボルエンコーダ部１および送信アンテナ２を備え、Ｑを２のべき乗の整数とした場合、シンボルエンコーダ部１では、ｌｏｇ2ＱビットをＱ点ある信号点の１点にマッピングする。マッピング処理においては、どの様な信号点やマッピング手法を利用しても良い。一般的には、ＰＳＫ（Phase  Shift  Keying）やＱＡＭ（Quadrature  Amplitude  Modulation）等が用いられる。送信アンテナ２は、シンボルエンコーダ部１でマップされた信号を送信する。
【００１３】
本明細書においては、時刻ｋに送信された情報ビットをｂk、シンボルエンコーダ部１から出力されるシンボルをｓkとして説明を行う。情報ビットｂkは、次式で表される。
【００１４】
【数１】
2011176639.tif 000003
【００１５】
また、以下の説明で使用する記号を以下のように定義する。
Ｔs：１シンボル時間（秒）
Ｍ：１シンボル時間のオーバサンプル数
ＮT：パイロットシンボル数
ＬFB：推定する伝送路タップ数
［Ａ］i,j：行列Ａの(i,j)要素
ＮP：フレーム同期点の検索範囲
ＮUB：検索範囲の上限
ＮLB：検索範囲の下限
また、複素数Ｓの共役をＳ*で表す。
【００１６】
図２は、本実施の形態の受信機の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の受信機は、送信機（図１に示した送信機に相当）から送信され、伝送路によって位相や振幅が乱された信号を受信する受信機であり、受信フィルタ部３、オーバサンプラ部４、フレーム同期部５、チャネル推定部６および復調部７を備える。
【００１７】
受信フィルタ部３は、受信信号からノイズ成分を除去する。オーバサンプラ部４は、受信フィルタ部３から出力されたノイズ除去後の受信信号をＴs／Ｍ秒の間隔でサンプルする。一般的にＭ＞１であれば、サンプル手法は「オーバサンプル」と呼ばれる。フレーム同期部５は、オーバサンプラ部４でのサンプル結果（サンプル値）を受け取ってフレーム同期処理を行い、フレーム同期点を検出する。チャネル推定部６は、フレーム同期点の検出結果を利用して伝送路推定を行う。復調部７は、伝送路推定結果を利用してシンボル復調を行う。チャネル推定部６における伝送路の推定方法、および復調部７における復調方法については特に規定しない。チャネル推定部６と復調部７は、公知の手法を用いて伝送路推定，復調を行う。
【００１８】
ここで、比較対象のために、従来のフレーム同期手順（上述した等化処理手法）について示す。なお、サンプルタイミングがτD秒ずれた状態でオ−バサンプルされた受信信号を次式（１）のように定義する。
【００１９】
【数２】
2011176639.tif 000004
【００２０】
図３は、希望信号とサンプルタイミングの関係を説明するための図であり、希望信号に対するサンプルタイミングがずれていない場合（図３の上段に示した場合）と、サンプルタイミングが２サンプル（＋２サンプル）ずれた場合（下段に示した場合）とを示している。ここでは説明の簡単化のためフレーム同期用の基準の時刻をｋstとする。そして、ｕサンプルずれた受信シンボルのベクトルを次式（２）のように定義する。
【００２１】
【数３】
2011176639.tif 000005
【００２２】
上式（２）に示されている受信シンボルの例を図４−１〜図４−３に示す。これらは、簡単化のために、ＮT＝２，Ｍ＝２とした場合の例を示したものである。図４−１はサンプルタイミングのずれが無い場合、図４−２はサンプルタイミングのずれが＋１の場合、図４−２はサンプルタイミングのずれが−１の場合を示している。
【００２３】
上記の式（２）で示された受信シンボル（受信信号）から得られたチャネル推定値を次式（３）で表すと、受信信号の推定は式（４）で示される。
【００２４】
【数４】
2011176639.tif 000006
【００２５】
【数５】
2011176639.tif 000007
【００２６】
ここで、行列Ｂはパイロット信号によって成り立っており、次式（５）のように定義される。ここでは、ｓK（K=ｋst-1，…，ｋst-LFB+1）は既知の信号とする。
【００２７】
【数６】
2011176639.tif 000008
【００２８】
行列Ｂとｙ(u)を用いて周知の手法である最小二乗法により算出されるチャネル推定値は次式（６）で示される。
【００２９】
【数７】
2011176639.tif 000009
【００３０】
上式（６）のチャネル推定値を用いると、上述した式（４）の受信信号のレプリカは次式（７）のようになる。
【００３１】
【数８】
2011176639.tif 000010
【００３２】
ここで、行列Ｔは次式（８）のように定義される。
【００３３】
【数９】
2011176639.tif 000011
【００３４】
また、行列サイズがＮ×Ｎの恒等行列ＩNを用いて行列Ａを次式（９）のように定義する。
【００３５】
【数１０】
2011176639.tif 000012
【００３６】
そして、次式（１０）を用いると、仮定ｕに対する推定誤差ｅ(u)は式（１１）で表される。
【００３７】
【数１１】
2011176639.tif 000013
【数１２】
2011176639.tif 000014
【００３８】
一般的に式（１１）の推定誤差は図５に示したような反射波と直接波が存在するマルチパス環境において、各パスの伝送路情報を推定し、フレーム同期を行う場合に用いられる。また、相関値は、図６に示したような熱雑音のみの伝送路において、フレーム同期に用いられる。そこで、受信信号とパイロット信号の相関値ｃ(u)を次式（１２）のように定義する。
【００３９】
【数１３】
2011176639.tif 000015
【００４０】
ただし、相関値ｃ(u)は式（１２）で示した定義に限らず、環境や装置に対応した定義を用いて良い。また上式（１１）で示した推定誤差ｅ(u)を次式（１３）のように変更する。
【００４１】
【数１４】
2011176639.tif 000016
【００４２】
式（１３）においてａ(u)＝ｃ(u)とすることにより、図５に示したようなマルチパス伝送路と図６に示したような熱雑音のみの伝送路に対応した推定誤差値となる。ａ(u)には環境や装置に対応した値を用いて良い。なお、チャネル推定方法は上式（６）に示された手法に限らず、他の推定技術を適用する事も可能である。
【００４３】
以下に、推定誤差算出の変形例についても示しておく。上記の式（１１）で示した推定誤差を次式（１４）のように示す。
【００４４】
【数１５】
2011176639.tif 000017
【００４５】
上式（１１）においてＡ＝ＡHＡであるので、行列Ｇは任意の定数αを用いて次式（１５）のように定義できる。
【００４６】
【数１６】
2011176639.tif 000018
【００４７】
定数αは行列Ｇを正定値行列であることを保障するために付加し、可能な限り小さな値に設定する。定数αが小さければ次式（１６）が成り立つ。
【００４８】
【数１７】
2011176639.tif 000019
【００４９】
ここで行列Ｇのコレスキー分解は次式（１７）で示される。
【００５０】
【数１８】
2011176639.tif 000020
【００５１】
上記の行列Ｌは、次式（１８）で表される下三角行列である。
【００５２】
【数１９】
2011176639.tif 000021
【００５３】
そして、推定誤差ベクトルｒ(u)を次式（１９）とすると、推定誤差ｅ(u)は式（２０）となる。
【００５４】
【数２０】
2011176639.tif 000022
【数２１】
2011176639.tif 000023
【００５５】
上記の式（１３）と同様に、式（２０）で示した推定誤差を次式（２１）のように変更することも可能である。
【００５６】
【数２２】
2011176639.tif 000024
【００５７】
式（２１）においてａ(u)＝ｃ(u)とすることにより、マルチパス伝送路（図５参照）と熱雑音のみの伝送路（図６参照）に対応した推定誤差値となる。ａ(u)は環境や装置に対応した値を用いて良い。
【００５８】
また、従来の等化処理手法では、次式（２２）で示したように、ＮLBサンプルずれからＮUBサンプルずれまでの各サンプルずれ候補ごとに、上記の式（１１）で示した推定誤差ｅ(u)を計算し、最小推定誤差の候補を最適な同期位置として選ぶ。
【００５９】
【数２３】
2011176639.tif 000025
【００６０】
ここで記述を統一するため推定誤差を次式（２３）のように記す。
【００６１】
【数２４】
2011176639.tif 000026
【００６２】
上記の式（１３）で示した推定誤差ｘ(u)を用いるのであれば式（２３）のｂl(u)は次式（２４）に、式（２１）で示した推定誤差ｘ(u)を用いるのであればｂl(u)は次式（２５）になる。以上が従来のフレーム同期手順である。
【００６３】
【数２５】
2011176639.tif 000027
【数２６】
2011176639.tif 000028
【００６４】
受信信号の周波数変換後、周波数誤差が生じる場合があり、周波数誤差の推定を行う必要がある。この場合上式（３）のチャネル推定値は次式（３'）のようになる。
【００６５】
【数２７】
2011176639.tif 000029
【００６６】
ここで、Ωは対角行列であり、対角要素は次式のようになる。＾付きのλはシンボル時間に正規化された周波数誤差推定値である。
【００６７】
【数２８】
2011176639.tif 000030
【００６８】
したがって、上記の式（７）および（１９）はそれぞれ、次式（７'）および（１９'）のようになり、上式（２４）や（２５）を用いて推定誤差の計算を行える。ここではいかなる手順で周波数誤差の推定値を算出してもよい。周波数誤差が無い場合、＾付きのλの値は０となる。
【００６９】
【数２９】
2011176639.tif 000031
【数３０】
2011176639.tif 000032
【００７０】
つづいて、本実施の形態のフレーム同期装置（図２に示した受信機のフレーム同期部５に相当）について説明する。
【００７１】
フレーム同期部５は、たとえば、上述した従来のフレーム同期手順と同様の手法によりパイロットシンボルを含んだ一定範囲内の受信信号とパイロットシンボルとの推定誤差を求め、求めた推定誤差に基づいてフレーム同期タイミングを検出する。ただし、推定誤差の算出手順を上述した手順に限定するものではない。他のいかなる方法を用いて推定誤差を算出してもよい。また、推定誤差を用いてフレーム同期の判定を行うのではなく、相関値の様に高い値ほどフレーム同期候補点の信頼性が高くなる情報を用いてフレーム同期の判定を行うようにしてもよい。この場合にも、いかなる手順で相関値を算出してもよい。なお、推定誤差の表記は、上記の式（２３）を用いる。
【００７２】
図７は、フレーム同期部５において推定誤差を算出する推定誤差算出部の構成例を示す図である。図示した推定誤差算出部５−１は、推定誤差計算処理部８および比較部９を備える。推定誤差計算処理部８には、前段のオーバサンプラ部４（図１参照）からの出力信号である受信信号ｙ(m)が入力され、推定誤差計算処理部８は、入力信号ｙ(m)に基づいて推定誤差ｘ(m)を算出する。算出方法については特に規定しない。上述した従来のフレーム同期手順と同様の手法を用いて算出してもよいし、他の方法を用いてもよい。比較部９には、推定誤差ｘ(m)および比較対象の推定誤差ｃcompが入力され、比較部９は、これら２つの入力信号を比較して計算処理を終了するかどうか判断する。比較部９は、計算終了と判断すると、その旨を示すフラグＣflag（たとえば、計算が最後まで終了したのであればＣflag＝０を出力し、途中で中断したのであればＣflag＝１を出力する）、および推定誤差値ｃOUTを出力する。また、計算処理を継続すると判断した場合には、その旨を推定誤差計算処理部８へフィードバックする。
【００７３】
上記構成の推定誤差算出部５−１の動作について、図８を参照しながら説明する。図８は、推定誤差算出部５−１における推定誤差算出アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。
【００７４】
推定誤差算出部５−１において、推定誤差計算処理部８（推定誤差計算手段に相当）は、推定誤差ｘ(m)＝０，カウンタ値ｋ＝０として初期化を行い（ステップＳ１）、ｂk(m)を計算する（ステップＳ２）。
【００７５】
ｂk(m)を計算すると、推定誤差計算処理部８は、次に、「ｘ(m)＝ｘ(m)＋ｂk(m)」の処理を実行して推定誤差ｘ(m)を更新し、更新後の推定誤差ｘ(m)を比較部９へ出力する（ステップＳ３）。
【００７６】
比較部９は、推定誤差計算処理部８から推定誤差ｘ(m)が入力されると、このｘ(m)とｃcompとを比較する（ステップＳ４）。そして、「ｘ(m)＞ｃcomp」であることを検出した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、計算動作終了（途中で終了）と判断し、Ｃflag＝１，ｃOUT＝ｃcompを出力する（ステップＳ８）。この判断結果は推定誤差計算処理部８に対しても通知され、推定誤差計算処理部８は、実行中の計算動作を終了する。また、比較部９は、必要に応じて、推定誤差の算出対象範囲を変更した上で推定誤差の算出を継続するように、推定誤差計算処理部８へ指示する。
【００７７】
一方、上記比較の結果、「ｘ(m)＞ｃcomp」ではないと判断すると（ステップＳ４：Ｎｏ）、比較部９は、カウンタ値ｋをインクリメントし、インクリメント後のｋがＮT（パイロットシンボル数）に達したかどうか（ｋ≧ＮTかどうか）確認する（ステップＳ６）。そして、ｋがＮTに達していれば（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、計算動作終了と判断し、Ｃflag＝０，ｃOUT＝ｘ(m)を出力する（ステップＳ７）。このとき、必要に応じて、推定誤差計算処理部８に対し、推定誤差の算出対象範囲を変更した上で推定誤差の算出を継続するよう指示する。一方、ｋがＮTに達していない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、計算動作を継続すると判断し、その旨（計算処理の継続指示）を推定誤差計算処理部８へ通知する。
【００７８】
計算処理の継続指示を受けた場合、推定誤差計算処理部８は、その時点のカウンタ値ｋに従って推定誤差ｂk(m)を計算する（ステップＳ２）。以降、推定誤差計算処理部８および比較部９は、上述したステップＳ７またはＳ８で計算動作を終了すると判断するまで、ステップＳ２〜Ｓ６の処理を継続する。
【００７９】
なお、ステップＳ１におけるｋの初期化とステップＳ５におけるｋの更新（インクリメント）は、推定値計算処理部８と比較部９のどちらか一方で行うようにしてもよいし、上記のとおり、初期化を推定値計算処理部８が行い、更新を比較部９が行うようにしてもよい。また、Ｃflagの出力値は逆であってもよいし、「０」，「１」の１ビット表記ではなく２ビット以上を使用して結果通知を行うようにしてもよい。
【００８０】
つづいて、提案する推定誤差計算方式の効果について、具体例を用いて説明する。一例として、受信信号ｙが次式（２６）のような信号である場合について示す。ここでは簡単化のために実数を用いるが、本手法においては数字の制約はないので、複素数の信号点を扱うことも可能である。
【００８１】
【数３１】
2011176639.tif 000033
【００８２】
また、簡単化のため、オ−バサンプル数を１とし、フレーム同期の基準時間をｋst＝２（この例ではｙ2＝0.7715）、検索範囲はＮUB＝Ｎp、ＮLB＝−Ｎp、Ｎp＝１とし、フレーム同期位置の候補をｍ＝｛−１，０，＋１｝とする。そして、次式（２７）のようなパイロットシンボルｓを用いたとする。
【００８３】
【数３２】
2011176639.tif 000034
【００８４】
このような条件下において、推定する伝送路のタップ数をＬFB＝２と設定すると、上記の式（５）で示した行列Ｂは次式（２８）のようになる。
【００８５】
【数３３】
2011176639.tif 000035
【００８６】
したがって、上記の式（８）で表わした行列Ｔは次式（２９）のようになる。
【００８７】
【数３４】
2011176639.tif 000036
【００８８】
そして、上記の式（９）に表わした行列Ａは次式（３０）のようになる。
【００８９】
【数３５】
2011176639.tif 000037
【００９０】
上記の行列を用いて検索をｍ＝−１から開始する。比較対象はｃcomp＝1000とする。検索に用いられる受信信号ベクトルｙ(-1)は次式（３１）のようになる。
【００９１】
【数３６】
2011176639.tif 000038
【００９２】
そして、上記の式（１０）で表されるｚ(-1)は次式（３２）のようになる。
【００９３】
【数３７】
2011176639.tif 000039
【００９４】
この例では、推定誤差は上記の式（１３）を用いるものとする。このとき、上記の式（１２）で表される相関値ｃ(-1)は次式（３３）のようになる。
【００９５】
【数３８】
2011176639.tif 000040
【００９６】
そして推定誤差ｘ(-1)は、次式（３４）のように計算する。推定誤差は、上述したように、図７に示した推定誤差算出部５−１の推定誤差計算処理部８が計算する。
【００９７】
【数３９】
2011176639.tif 000041
【００９８】
この計算の結果、最小誤差をＣbest＝0.1255（これまでに算出した推定誤差の中で最小のもの）と設定する。各計算段階において、ｘ(-1)の値はｃcomp＝1000よりも低い値となるので、計算は中断せず最後まで遂行される。また、計算を中断せず最後まで遂行した場合、図７に示した推定誤差算出部５−１の比較部９は、推定誤差計算処理部８に対して、フレーム同期位置の候補ｍを変更した上で、推定誤差の計算動作（図８に示した動作）を再度実行するように指示する。
【００９９】
次にｍ＝０として、推定誤差計算処理部８が、ｘ(0)を次式（３５）のように計算する。このときの比較対象はｘ(-1)の値であり、この例ではｃcomp＝0.1255となる。検索に用いられる受信信号ベクトルは次式（３５）に示しているｙ(0)＝［0.7715  1.2015  -0.6518  -1.0975  0.721］となる。
【０１００】
【数４０】
2011176639.tif 000042
【０１０１】
この場合においても各計算段階におけるｘ(-1)の値はｃcomp＝0.1255よりも低い値となり、計算は中断せずに最後まで走行される。そして、上記の式（３５）に示した計算結果から最小誤差をＣbest＝2.8442×10-3と設定する。
【０１０２】
次にｍ＝＋１として、推定誤差計算処理部８が、ｘ(+1)を次式（３６）のように計算する。このときの比較対象はｘ(0)の値、すなわち、ｃcomp＝2.8442×10-3とする。検索に用いられる受信信号ベクトルは次式（３６）に示しているｙ(+1)＝［1.2015  -0.6518  -1.0975  0.721  -0.6509］となる。
【０１０３】
【数４１】
2011176639.tif 000043
【０１０４】
この場合、１番目のステップで算出した推定誤差ｘ(+1)は1.5445であり、現時点の最低推定誤差Ｃbest＝2.8442×10-3よりも大きくなったので、ｍ＝＋１に関する計算は１番目のステップにて終了する。この時点で検索範囲の終りに達したので検索は終了し最小誤差を得たｍ＝０が正しいタイミングずれと決定する。
【０１０５】
なお、簡単化のために、ここではオーバサンプル数を１とした場合の例を示したが、オーバサンプル数が２以上の場合においても、上記の手順は適用可能である。たとえば、オーバサンプル数がＭの場合、同じサンプルタイミングのサンプル結果（Ｍサンプルごとのサンプル値）を対象として、上記の手順で最小誤差の検出を行う。そして、検索範囲内に含まれる、ＭサンプルごとのＮT（パイロットシンボル数）個のサンプル値すべての組み合わせについての推定誤差算出が終了後、推定誤差が最小となった場合のＮT個のサンプル結果が得られたサンプルタイミングを正しいサンプルタイミングと判断する。
【０１０６】
このように、本実施の形態のフレーム同期装置では、受信信号に含まれるパイロットシンボル系列に対するサンプル結果を含んだ範囲内のサンプル値を対象とし、その中から選択したパイロットシンボル数と同じ数のサンプル値（オーバサンプル数がＭ，パイロットシンボル数がＮの場合、ＭサンプルごとのＮ個のサンプル値）それぞれと、対応するパイロットシンボルとの推定誤差を順次算出し、算出するごとにそれまでに算出した推定誤差の総和に対して加算して推定誤差の総和を更新し、更新後の総和が比較対象値よりも大きくなった場合、その時点で選択しているサンプル値についての推定誤差の計算処理を終了することとした。これにより、フレーム同期処理において、従来のフレーム同期精度を維持しつつ従来よりも少ない演算量で推定誤差を計算できる。
【０１０７】
実施の形態２．
本実施の形態では、フレーム同期候補の検索アルゴリズムの詳細について説明する。実施の形態１では、簡単化のためにｍ＝｛−１，０，＋１｝と少ないフレーム同期位置の候補の中からそれぞれの候補に対して推定誤差の計算を行った。しかし、実際には同期位置（フレーム同期タイミング）候補点は多数（数百点以上）あるので、効率良く定められた検索範囲から最適候補を見つけることが重要となる。そこで、本実施の形態では、実施の形態１で説明したフレーム同期部５の推定誤差算出部５−１に対して検索を効率良く行える手段を追加した場合について説明する。
【０１０８】
図９は、本実施の形態の推定誤差算出部の構成例を示す図である。図９に示したように、本実施の形態の推定誤差算出部５−１ａは、実施の形態１の推定誤差算出部５−１（図７参照）に対して、メモリ１０、比較対象選択部１１および候補選択処理部１２を追加したものである。なお、本実施の形態においては、推定誤差計算処理部８、メモリ１０および候補選択処理部１２が推定誤差計算手段を構成する。
【０１０９】
メモリ１０には受信信号が保存されている。比較対象選択部１１は、比較部９から出力されたＣflagおよびｃOUTに基づいて、比較部９が推定誤差ｘ(m)との比較対象とする推定誤差ｃcompを決定する。候補選択処理部１２は、ＣflagおよびｃOUTに基づいて、フレーム同期タイミングの最適候補が得られたかどうかを判断し、得られた場合は最適候補を後段のチャネル推定部６（図２参照）へ通知する。また、最適候補が得られない場合、メモリ１０に対して、次の候補を出力するように指示する。
【０１１０】
本実施の形態のフレーム同期部５−１ａにおける同期タイミング候補の検索手順を以下に示す。
【０１１１】
（ステップＳ１１）
候補選択処理部１２は、初期の検索候補を決定し、決定結果に対応する受信信号を推定誤差計算処理部８へ出力するように、メモリ１０へ指示を出す。また、比較対象選択部１１は、比較対象ｃcompを初期化する（比較対象推定誤差の初期値をｃcompとして出力する）。
（ステップＳ１２）
メモリ１０は、候補選択処理部１２からの指示に従い、受信信号ｙ(m)を推定誤差計算処理部８へ出力する。
（ステップＳ１３）
推定誤差計算処理部８および比較部９は、実施の形態１で示した手法で推定誤差を計算し、ＣflagおよびｃOUTを候補選択処理部１２へ出力する。各タイミング候補毎に必要であれば周波数誤差推定を行う。代表的な周波数誤差推定手法として、周波数誤差検索範囲（例えば、＾付きλが-0.5以上+0.5以下の範囲）を各周波数誤差候補に対して推定誤差を計算し、最小推定誤差が得られる周波数誤差を選ぶ手法等がある。周波数誤差候補は設定された検索ステップ（上記の周波数誤差検索範囲内で＾付きλの設定値を変更する際の変動幅、たとえば、0.1とする）に従って選ぶ。検索ステップと検索範囲は自由に設定して良い。
（ステップＳ１４）
候補選択処理部１２は、検索処理を終了するかどうか判断し、終了しない場合、ＣflagおよびｃOUTに基づいて、比較対象（ｃcomp）を更新するとともに、検索候補ｍを再度選択し、選択結果に対応する受信信号を推定誤差計算処理部８へ出力するように、メモリ１０へ指示を出す。メモリ１０は上記のステップＳ１２を再度実行する。以降、検索処理を終了すると判断するまで、上記の処理を繰り返し実行する。
【０１１２】
上記のステップＳ１２における比較対象と検索候補の選択手法はどの様な手法を用いても良い。実施の形態１で示した例のように、比較対象を現在における最小の推定差とし、検索候補をｍ＝ｍ＋１のように各候補を選ぶようにしても良い。また、公知の最適化アルゴリズム（Nelder-Meadアルゴリズム等）を用いて比較対象および同期候補点の選択を行うようにしてもよい。そして、周波数誤差が受信信号に存在する場合、周波数誤差推定と組み合わせた上記の同期タイミング候補検索も可能である。
【０１１３】
上記のフレーム同期候補の検索アルゴリズムを利用して最適候補の選択を行う場合の具体例について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、本実施の形態の最適候補の選択アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。ここでは、一例として、Nelder-Meadアルゴリズムを用いた場合の動作を説明する。また、表記の簡単化のために、実施の形態１で説明した推定誤差算出部５−１における推定誤差算出アルゴリズム（図８参照）を次式（３７）のように表現する。
【０１１４】
【数４２】
2011176639.tif 000044
【０１１５】
上式（３７）において、“ｉ”は計算の対象となる候補点、“ｘ(k)”は比較対象の推定誤差である。
【０１１６】
以下に示すNelder-Meadアルゴリズムにおいて用いるパラメータはα≧１，β≧１，１＞ξ≧０，１＞σ≧０を満たすように設定する。また、この例では、簡易化のため、検索範囲をＮUB＝Ｎp、ＮLB＝−Ｎpとする。なお、検索範囲は自由に設定して良い。また、“∞”は大きい数字を示す。
【０１１７】
推定誤差算出部５−１ａにおいて、推定誤差計算処理部８、比較部９、比較対象選択部１１および候補選択処理部１２は、初期化を行った後、初期値に従った推定誤差の計算を行う。具体的には、推定誤差計算処理部８が、推定誤差ｘ(m)＝０，カウンタ値ｋ＝０と設定（初期化）し、候補選択処理部１２は、検索候補点ｉ，ｊを選択決定し、決定結果に対応する受信信号を出力するように、メモリ１０へ指示を出す。また、比較対象選択部１１は、比較対象ｃcompを初期化する。そして、推定誤差計算処理部８および比較部９は、次式（３８）に従って各候補点の推定誤差を計算する（ステップＳ２１）。選択中の候補点ｉ，ｊに対する推定誤差の計算が終了すると、比較部９は、計算結果を示すＣflagおよびｘ(j)（＝ｃOUT）を候補選択処理部１２へ出力する。なお、このステップＳ２１で選択する検索候補点ｉ，ｊの初期値は、どのように選択してもよい。
【０１１８】
【数４３】
2011176639.tif 000045
【０１１９】
比較部９から上記計算結果（Ｃflag，ｃOUT）を受け取ると、候補選択処理部１２は、所定の検索終了基準が満たされているかどうか確認し（ステップＳ２２）、基準が満たされている場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、検索処理を終了する。このとき、それまでに出力されたｃOUTの中の最小値が得られたときの検索候補点をフレーム同期タイミングの最適候補（フレーム同期タイミングの検出結果）としてチャネル推定部６（図１参照）へ出力する。一方、基準が満たされていない場合には（ステップＳ２２：Ｎｏ）、検索処理を継続すると判断し、候補点ｉとｊを並び替える。具体的には、ｘ(j)＜ｘ(i)となるように並び替える。また、ＢＤflag＝０と設定する（ステップＳ２３）。上記の検索終了基準は自由に設定してよい。一般的には、イテレーションの数や検索に必要となる時間の上限、候補ｉとｊの距離などを基準値として設定する。
【０１２０】
また、候補選択処理部１２は、新しい検索候補点ｒを、たとえばｒ＝ｊ＋α（ｊ−ｉ）と決定する（ステップＳ２４）。さらに、「｜ｒ｜＞Ｎp」が成立しているかどうか確認し（ステップＳ２５）、成立している場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、検索範囲の端まで来たと判断し、ｒ＝±Ｎp（ｒが負の値であればｒ＝−Ｎp、ｒが正の値であればｒ＝＋Ｎp）としてｒを更新するとともにＢＤflag＝１とする（ステップＳ２６）。「｜ｒ｜＞Ｎp」が成立していない場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、次式（３９）に従って上記新たな検索候補点ｒの推定誤差を計算する（ステップＳ２７）。
【０１２１】
【数４４】
2011176639.tif 000046
【０１２２】
なお、ステップＳ２６を実行してｒを更新した場合にも、更新後のｒについて、推定誤差を計算する。また、ステップＳ２７においては、まず、候補選択処理部１２が、上記決定した新しい検索候補点ｒをメモリ１０に通知し、通知内容に対応する信号を推定誤差計算処理部８へ出力させ、これを受けた推定誤差計算処理部８および比較部９が、推定誤差を算出する。
【０１２３】
ステップＳ２７の処理が終了すると、ＣflagおよびｃOUTが候補選択処理部１２へ出力され、これを受け取った候補選択処理部１２は、Ｃflagを確認し（ステップＳ２８）、「Ｃflag＝０」の場合（ステップＳ２８：Ｎｏ）、ＢＤflagを確認する（ステップＳ２９）。そして、「ＢＤflag＝１」の場合（ステップＳ２９：Ｎｏ）、「ｉ＝ｊ，ｊ＝ｒ」と設定し（ステップＳ３０）、さらに候補点を「ｉ＝ｊ＋σ（ｊ−ｉ）」と設定し（更新し）、推定誤差計算処理部８および比較部９が、設定後の新たな候補点ｉの推定誤差を次式（４０）に従って算出する（ステップＳ３８）。
【０１２４】
【数４５】
2011176639.tif 000047
【０１２５】
これに対して、上記ステップＳ２８で「Ｃflag＝１」を検出した場合（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、候補選択処理部１２は、候補点を「ｃ＝ｊ＋ξ（ｊ−ｉ）」と設定し、推定誤差計算処理部８および比較部９が、設定後の新たな候補点ｃの推定誤差を次式（４１）に従って算出する（ステップＳ３２）。
【０１２６】
【数４６】
2011176639.tif 000048
【０１２７】
上記候補点ｃの推定誤差の算出が終了すると、候補選択処理部１２は、比較部９から出力されたＣflagを確認し（ステップＳ３６）、「Ｃflag＝１」の場合（ステップＳ３６：Ｎｏ）、ステップＳ３８へ遷移する。一方、「Ｃflag＝０」の場合（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、「ｉ＝ｃ」に設定する（ステップＳ３７）。
【０１２８】
また、上記ステップＳ２９で「ＢＤflag＝０」を検出した場合（ステップＳ２９：Ｙｅｓ）、候補選択処理部１２は、候補点を「ｅ＝ｊ＋β（ｊ−ｉ）」と設定し、推定誤差計算処理部８および比較部９が、設定後の新たな候補点ｅの推定誤差を次式（４２）に従って算出する（ステップＳ３１）。｜ｅ｜＞Ｎpの場合はｅ＝±Ｎp（ｅが負の値であればｅ＝−Ｎp、ｅが正の値であればｅ＝＋Ｎp）とする。
【０１２９】
【数４７】
2011176639.tif 000049
【０１３０】
上記候補点ｅの推定誤差の算出が終了すると、候補選択処理部１２は、比較部９から出力されたＣflagを確認し（ステップＳ３３）、「Ｃflag＝０」の場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、「ｉ＝ｅ」に設定する（ステップＳ３４）。一方、「Ｃflag＝１」の場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、「ｉ＝ｒ」に設定する（ステップＳ３５）。
【０１３１】
このように、フレーム同期部５−１ａでは、上記のステップＳ２３〜Ｓ３８の各処理を、上記ステップＳ２２で検索基準を満たしていると判断するまで繰り返す。この例においては、図１０のステップＳ２４、Ｓ３１、Ｓ３２およびＳ３８において新しい候補点“ｒ”、“ｅ”、“ｃ”および“ｉ”は整数に直されているものとする。
【０１３２】
図１１は、上述した同期タイミング候補の検索手順を適用した場合の動作例を示した図である。図１１に示したStep-A〜Step-Dに示したグラフにおいては、ｘ軸（横軸）は検索候補を示し、ｙ軸（縦軸）は推定誤差を示す。なお、Step-Aの最上段のグラフにおいてのみｘ，ｙ軸を記載し、他のグラフでは記載を省略している。
【０１３３】
図１１に示した例では、Step-A→Step-B→Step-C→Step-Dの順番で検索処理（図１０に示した検索アルゴリズム）を繰り返し実行し、４回目の検索処理であるStep-Dで最終的な推定誤差（最適候補）の特定が完了する。この例では、最初のStep-Aにおいて、初期の候補値ｉ，ｊとして、図示した左端および左から２番目の同期位置の候補を選択し、このStep-Aにおいては、上述したステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，…，Ｓ３３，Ｓ３４を実行する。その結果、候補値ｉ，ｊとしてそれぞれ、左から６番目，３番目の同期位置候補が設定される。その後、Step-BにおいてステップＳ２２，Ｓ２３，…，Ｓ３４を実行すると、候補値ｉ，ｊとしてそれぞれ、左から１１番目，６番目の同期位置候補が設定される。さらに、Step-CにおいてステップＳ２２，Ｓ２３，…，Ｓ３６，Ｓ３７を実行すると、候補値ｉ，ｊとしてそれぞれ、左から９番目，１１番目の同期位置候補が設定される。またさらに、Step-DにおいてステップＳ２２，Ｓ２３，…，Ｓ３７を実行すると、候補値ｉ，ｊとしてそれぞれ、左から１０番目，９番目の同期位置候補が設定される。この結果、推定誤差が最小となる同期位置候補が左から９番目のものと認識する。
【０１３４】
このように、本実施の形態のフレーム同期装置では、フレーム同期位置の候補の中から最適候補を見つける際に、Nelder-Meadアルゴリズムを利用することとした。これにより、実施の形態１のフレーム同期装置と比較して、最適候補を特定するまでの処理時間の短縮と処理負荷の軽減を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
以上のように、本発明にかかるフレーム同期装置は、デジタル通信の受信装置においてフレーム同期を行う場合に有用であり、特に、同期判定を行う際に必要な情報である、受信信号とパイロット信号の推定誤差を効率的に算出するフレーム同期装置に適している。
【符号の説明】
【０１３６】
１  シンボルエンコーダ部
２  送信アンテナ
３  受信フィルタ部
４  オーバサンプラ部
５  フレーム同期部
５−１，５−１ａ  推定誤差算出部
６  チャネル推定部
７  復調部
８  推定誤差計算処理部
９  比較部
１０  メモリ
１１  比較対象選択部
１２  候補選択処理部
【図１】
2011176639.tif 000050
【図２】
2011176639.tif 000051
【図３】
2011176639.tif 000052
【図４−１】
2011176639.tif 000053
【図４−２】
2011176639.tif 000054
【図４−３】
2011176639.tif 000055
【図５】
2011176639.tif 000056
【図６】
2011176639.tif 000057
【図７】
2011176639.tif 000058
【図８】
2011176639.tif 000059
【図９】
2011176639.tif 000060
【図１０】
2011176639.tif 000061
【図１１】
2011176639.tif 000062