(57)【要約】【課題】受信信号レベルが変動しても正しくシンボルタイミングを制御し、Ａ／Ｄ変換器にサンプリングタイミングを制御する回路を設ける必要がない無線受信装置を提供する。【解決手段】無線受信装置は、Ａ／Ｄ変換器２０と、変換した受信デジタル信号系列と、予め記憶された固定パターン系列との相関を演算する相関器４０と、演算の結果から、受信デジタル信号系列と固定パターン系列との相関値の大きさの二乗が最大となるタイミングを検出し、当該最大値と最大値の前後の相関値の大きさの二乗とに基づいて、適切なシンボル点のタイミングを推定する受信デジタルシンボルタイミング推定部５０と、推定されたシンボルタイミングと受信デジタル信号系列に基づいて、判定に用いる受信デジタル信号系列を推定する判定用受信信号系列推定部６０とを備える。【選択図】図１
2008153927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調された信号を受信し、復調処理する無線受信装置であって、
受信した信号をデジタル信号に変換する信号変換手段と、
前記変換した受信デジタル信号系列と、予め記憶された固定パターン系列との相関を演算する相関演算手段と、
前記演算の結果から、前記受信デジタル信号系列と前記固定パターン系列との相関値の大きさの二乗が最大となるタイミングを検出する最大値検出手段と、
当該最大値と前記最大値の前後の相関値の大きさの二乗とに基づいて、適切なシンボル点のタイミングを推定するシンボルタイミング推定手段と、
前記推定されたシンボルタイミングと前記受信デジタル信号系列に基づいて、判定に用いる受信デジタル信号系列を推定する判定用受信信号系列推定手段と
を備えることを特徴とする無線受信装置。
【請求項２】
前記シンボルタイミング推定手段は、前記最大値と前記最大値の前後の値を通る放物線の極大値を与えるタイミングに基づいて、前記シンボルタイミングを推定することを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項３】
前記判定用受信信号系列推定手段は、前記受信デジタル信号系列の中から、推定したシンボルタイミングに最も近い受信デジタル信号系列とその前後の受信デジタル信号系列とからの近似によって、判定に用いる受信デジタル信号系列を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受信信号のフレームタイミングとシンボルタイミングの抽出に、波形の類似性の尺度である相関計算を用いることがある。この場合、優れた自己相関特性を有する固定パターン系列（プリアンブルや同期ワードなど）と受信信号の相関計算を行い、その相関値の大きさの二乗が最大になる位置をフレームタイミングとする。シンボルタイミングは、フレームタイミング＋シンボル間隔×自然数となる。
【０００３】
この実現には、Ａ／Ｄ変換器を使ってサンプリングされた受信デジタル信号系列と優れた自己相関特性を有する固定パターン系列を用いる。Ａ／Ｄ変換器によりサンプリングされた受信デジタル信号系列は、一旦メモリに蓄積され、固定パターン系列との相関計算を行い、その相関値の大きさの二乗が最大になる位置を見つけ出す。
【０００４】
受信信号から高精度にシンボルタイミングを抽出するためには、サンプリングレートを高速にする必要がある。しかしながら、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレートを高速にすると、消費電力の増加、使用メモリの増大などを引き起こし、製品の実現の妨げとなる。
【０００５】
そこで、サンプリングレートを変化させることなく、容易に最大相関位置精度を向上させる方法として、最大相関値とその前後の少なくとも二つの相関値の大小関係から最大相関値タイミングを精度良く推定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−２１７１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の従来技術によると、相関値の大小関係を判定値（しきい値）により判断するため、受信信号レベルが変動すると、シンボルタイミングを正しく制御できないという欠点がある。具体的には、受信信号レベルが低いと、シンボルタイミングを制御することが困難である。
【０００７】
又、Ａ／Ｄ変換器のクロック位相をずらして、サンプリング位置をずらすため、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングタイミングを制御する回路が必要になる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑み、受信信号レベルが変動しても正しくシンボルタイミングを制御し、Ａ／Ｄ変換器にサンプリングタイミングを制御する回路を設ける必要がない無線受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の特徴は、変調された信号を受信し、復調処理する無線受信装置であって、（ａ）受信した信号をデジタル信号に変換する信号変換手段と、（ｂ）変換した受信デジタル信号系列と、予め記憶された固定パターン系列との相関を演算する相関演算手段と、（ｃ）演算の結果から、受信デジタル信号系列と固定パターン系列との相関値の大きさの二乗が最大となるタイミングを検出する最大値検出手段と、（ｄ）当該最大値と最大値の前後の相関値の大きさの二乗とに基づいて、適切なシンボル点のタイミングを推定するシンボルタイミング推定手段と、（ｅ）推定されたシンボルタイミングと受信デジタル信号系列に基づいて、判定に用いる受信デジタル信号系列を推定する判定用受信信号系列推定手段とを備える無線受信装置であることを要旨とする。
【００１０】
本発明の特徴に係る無線受信装置によると、受信信号レベルが変動しても正しくシンボルタイミングを制御し、Ａ／Ｄ変換器にサンプリングタイミングを制御する回路を設ける必要がないという利点がある。
【００１１】
又、本発明の特徴に係る無線受信装置において、シンボルタイミング推定手段は、最大値と最大値の前後の値を通る放物線の極大値を与えるタイミングに基づいて、シンボルタイミングを推定してもよい。
【００１２】
又、本発明の特徴に係る無線受信装置において、判定用受信信号系列推定手段は、受信デジタル信号系列の中から、推定したシンボルタイミングに最も近い受信デジタル信号系列とその前後の受信デジタル信号系列とからの近似によって、判定に用いる受信デジタル信号系列を推定してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、受信信号レベルが変動しても正しくシンボルタイミングを制御し、Ａ／Ｄ変換器にサンプリングタイミングを制御する回路を設ける必要がない無線受信装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。
【００１５】
（無線受信装置）
図１は、本実施形態に係る、例えば、ＰＨＳのような移動体通信システムの基地局に使用される無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。無線受信装置は、変調された信号を受信し、復調処理する機能を有する。
【００１６】
本実施形態に係る無線受信装置は、図１に示すように、アンテナ１と、ＲＦ受信回路１０と、Ａ／Ｄ変換器２０と、メモリ３０と、相関器４０と、シンボルタイミング推定部５０と、判定用受信信号系列推定部６０とを備える。
【００１７】
アンテナ１は、図示しない他の無線装置からの送信信号を受信する。
【００１８】
ＲＦ受信回路１０は、受信した送信信号に増幅・周波数変換などの必要なアナログ処理を実行する。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器２０（信号変換手段）は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００２０】
メモリ３０は、Ａ／Ｄ変換器２０によって変換されたデジタル信号を一時的に記憶する。デジタル信号は、メモリ３０を介して、相関器４０及び判定用受信信号系列推定部６０に伝達される。後に詳述するが、判定用受信信号系列推定部６０は、シンボルタイミング推定部５０からのシンボルタイミングに応じて、受信信号デジタル信号系列から判定に用いる受信信号系列を推定する。
【００２１】
相関器４０（相関演算手段）は、メモリ３０から伝達された、変換した受信デジタル信号系列と、予め記憶された固定パターン系列との相関を演算する。
【００２２】
シンボルタイミング推定部５０（最大値検出手段及びシンボルタイミング推定手段）は、相関器４０による演算の結果から、受信デジタル信号系列と固定パターン系列との相関値の大きさの二乗が最大となるタイミングを検出する。そして、シンボルタイミング推定部５０は、当該最大値と最大値の前後の相関値の大きさの二乗とに基づいて、適切なシンボル点のタイミングを推定する。
【００２３】
例えば、シンボルタイミング推定部５０は、図２に示すように、相関値の二乗の最大値（ｂ２）と、最大値の前後の相関値の大きさの二乗（ｂ１及びｂ３）を通る放物線の極大値を与えるタイミングに基づいて、シンボルタイミングを推定する。
【００２４】
判定用受信信号系列推定部６０（判定用受信信号系列推定手段）は、シンボルタイミング推定部５０による推定の結果から、シンボルタイミングに最も近い受信デジタル信号系列とその前後の受信デジタル信号系列をメモリ３０から取得し、取得した値と適切なシンボル点のタイミングから判定に用いる受信信号系列を推定する。
【００２５】
（シンボルタイミング推定方法）
次に、シンボルタイミング推定部５０での処理について、具体的に説明する。
【００２６】
本実施形態では、同期位置の推定方法として、いわゆる相関法を採用する。相関法では、まず、受信信号の中に既知の参照信号を含むことに鑑み、この参照信号（以下において、「固定パターン系列」という。）を予め無線受信装置に記憶させておく。尚、固定パターン系列としては、例えば、ＰＨＳでは、プリアンブルとユニークワードとの組み合わせが用いられる。プリアンブルは“１００１”の繰り返しのビット列で構成され、ユニークワードは、端末側からの送信と基地局側からの送信とで異なる所定のビット列で構成される。
【００２７】
相関器４０は、受信デジタル信号系列のうち、固定パターン系列の長さに相当する受信信号をずらしながら切り出して、メモリ３０に予め記憶されている参照信号との相関値を計算する。このとき、切り出した受信デジタル信号系列と固定パターン系列とが一致すれば相関値が高くなり、一致しなければ低くなる。受信デジタル信号系列と固定パターン系列との一致が実現した時間位置において、両者の相関値は鋭くピーク値をとることになる。このときの時間位置を検出することにより、時間軸上の同期位置を特定することができる。受信デジタル信号系列と固定パターン系列との相関演算を行う。
【００２８】
この相関演算について、具体的に説明する。まず、受信デジタル信号系列（複素ベースバンド信号系列）をI(n)+j・Q(n)とする。
【００２９】
I(0)  I(1) ・・・  I(n)  ・・・  I(N-1)
Q(0)  Q(1) ・・・  Q(n)  ・・・  Q(N-1)
ここでＮは、（受信デジタル信号のシンボル数）×（オーバーサンプリング数Ｋ）である。又、固定パターン系列（複素参照信号系列）をRef_I(m)+j・Ref_Q(m)とする。
【００３０】
Ref_I(0)   Ref_I(1)  ・・・   Ref_I(m) ・・・ Ref_I(M-1)
Ref_Q(0)   Ref_Q(1)  ・・・   Ref_Q(m) ・・・ Ref_Q(M-1)
ここで、Ｍは、固定パターンのシンボル数である。相関値conv_I(n)及びconv_Q(n)を以下の式により算出する。
【数１】
2008153927.tif 000003
【数２】
2008153927.tif 000004
【００３１】
次に、シンボルタイミング推定部５０は、相関値の大きさの二乗A(n)を計算する。A(n)は、以下のとおりとする。
【００３２】
A(n)= conv_I2(n)＋conv_Q2 (n)
尚、誤検出を防ぐため、相関演算は固定パターン系列が含まれると推定される範囲までで止める。J、Lは、0≦J≦n＜L≦Nの値の整数である。
【００３３】
A(J)  ・・・  A(n)  ・・・  A(L-1)
そして、相関値の大きさの二乗A(n)が最大となるタイミングn_maxを検出する。
【００３４】
次に、シンボルタイミング推定部５０は、当該最大値A(n_max)と最大値の前後の相関値の大きさの二乗A(n_max-1)、A(n_max+1)とに基づいて、適切なシンボル点のタイミングを推定する。具体的には、サンプリングのズレ幅をαとして、以下の式で算出することができる。
【００３５】
α=-{A(n_max+1)-A(n_max-1)}×K/{A(n_max-1)+A(n_max+1)-2×A(n_max)}/2
以上より、推定したシンボルタイミングは、n_max+α+K+自然数（Kはオーバーサンプリング数）となる。
【００３６】
（判定用受信信号系列推定方法）
次に、判定用受信信号系列推定部６０での処理について、具体的に説明する。
【００３７】
判定用受信信号系列推定部６０は、シンボルタイミング推定部５０によって、推定されたシンボルタイミング（n_max+α+K+自然数）に基づいて、判定用受信デジタル信号系列を推定する。具体的には、受信デジタル信号系列のうち、
Ｉ（n_max+K×i-1）+j・Q（n_max+K×i-1）、
Ｉ（n_max+K×I）  +j・Q（n_max+K×I）、
Ｉ（n_max+K×i+1）+j・Q（n_max+K×i+1）
を用いて推定する。ここで、iは、自然数である。具体的には、サンプリングのずれ幅をαとして、以下の式で算出することができる。
【００３８】
｛Ｉ（n_max+K×i+1）+Ｉ（n_max+K×i-1）-2・Ｉ（n_max+K×i）｝/2/K2×α2+｛Ｉ（n_max+K×i+1）−Ｉ（n_max+K×i-1）｝/2/K×α＋Ｉ（n_max+K×i）＋ｊ・［Q（n_max+K×i+1）+Q（n_max+K×i-1）-2・Q（n_max+K×I）｝/2/K2×α2+｛Q（n_max+K×i+1）−Q（n_max+K×i-1）｝/2/K×α＋Q（n_max+K×i）］
（作用及び効果）
本実施形態に係る無線受信装置によると、受信デジタル信号系列と固定パターン系列との相関演算の結果から、受信デジタル信号系列と固定パターン系列との相関値の大きさの二乗が最大となるタイミングを検出し、当該最大値と最大値の前後の相関値の大きさの二乗とに基づいて、適切なシンボル点のタイミングを推定し、推定されたシンボルタイミングと受信デジタル信号系列に基づいて、判定に用いる受信デジタル信号系列を推定するため、受信信号レベルが変動しても正しくシンボルタイミングを制御することができる。又、Ａ／Ｄ変換器２０のサンプリングタイミングを制御することなく、受信デジタル信号系列から直接シンボルタイミングの受信信号系列を推定するため、Ａ／Ｄ変換器２０にサンプリングタイミングを制御する回路を設ける必要がないという利点がある。
【００３９】
特に、ＰＨＳの制御チャネルの上り信号のようにランダムアクセスされる場合、ＰＨＳ基地局は、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングタイミングを制御する間もなく、受信が完了する。シンボルタイミング制御されていない受信信号は、弱電界において受信エラーになる確率が高くなる。本実施形態では、受信デジタル信号系列から直接シンボルタイミングの受信信号系列を推定することで、弱電界における受信エラーを軽減できる効果がある。
【００４０】
又、空間多重など同じ周波数を使って複数ユーザと通信するＰＨＳ基地局の場合、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングタイミングを、あるユーザのシンボルタイミングに適したタイミングに合わせることは可能であるが、それは他のユーザのシンボルタイミングに必ずしも適しているとは限らない。この場合、受信デジタル信号系列から直接シンボルタイミングの受信信号系列を推定することで、受信性能の向上に効果がある。
【００４１】
更に、シンボルタイミングずれによる影響が大きい多値変調方式の受信時においても有効である。例えば、ＰＨＳ端末は、ＰＨＳ基地局からの受信タイミングに合わせて送信を行うが、誤差は発生する。基地局では、前フレーム受信タイミングを記憶しておきＡ／Ｄ変換器などのタイミングを制御することも可能であるが、ＰＨＳ端末の送信タイミングに誤差があれば必ずしも適切なシンボルタイミングで受信できる保証はない。シンボルタイミングずれによる影響が少ない変調方式では問題にはならないが、今後移動体通信においても高速データ通信が主流になることが想定され、シンボルタイミングずれによる影響が大きい多値変調方式が多用されることが予想される。
【００４２】
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４３】
例えば、本実施形態では、最大相関値の一つ前の相関値と最大相関値の一つ後の相関値を用いて二次関数近似を行ったが、最大相関値に対する最大相関値の前の相関値、最大相関値の後の相関値は、最大相関値にから等間隔でなくてもよい。
【００４４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態に係る無線受信装置の機能ブロック図である。
【図２】本実施形態に係る無線受信装置のシンボルタイミング推定部の処理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…アンテナ
１０…ＲＦ受信部
２０…Ａ／Ｄ変換部
３０…メモリ
４０…相関器
５０…シンボルタイミング推定部
６０…判定用受信信号系列推定部
【図１】
2008153927.tif 000005
【図２】
2008153927.tif 000006