(57)【要約】【課題】受信機にサンプリング毎にＤＳＰに対して割り込みを行う方法と同等の同期検出精度を持たせることができ、適切なデータ処理と処理負荷軽減の両立が実現できるデジタル無線機の受信部を提供する。【解決手段】ＡＤコンバータと、受信検波信号と待ち受けているデータの相関を求めてフレーム同期を取るためにＡＤコンバータに接続されたＤＳＰと、受信検波信号のデータをシンボル単位でカウントするためにＤＳＰに接続されたシンボルカウンタと、を具備し、ＤＳＰが、受信検波信号をバッファリングしたデータと、待ち受けているデータで相関計算を行って相関計算値を求め、その相関計算値が最大値となった場合に前記フレーム同期を取ったとすると共に、Ｎ個のサンプリングデータをバッファリングしてから相関を求めることで発生する前記フレーム同期検出の遅延を、シンボルカウンタを調整して補正する構成となっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル変調方式で無線通信を行うデジタル無線機において、シンボルレートに対してＮ倍（Ｎは整数）のレートでサンプリングを行う受信部であって、
受信アナログ検波信号を入力してデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、前記受信検波信号と待ち受けているデータの相関を求めてフレーム同期を取るために前記ＡＤコンバータに接続されたデジタル信号処理手段と、前記受信検波信号のデータをシンボル単位でカウントするために前記デジタル信号処理手段に接続されたシンボルカウンタと、を具備し、
前記デジタル信号処理手段が、前記受信検波信号をバッファリングし、そのバッファリングしたデータと、前記待ち受けているデータにより相関計算を行って相関計算値を求め、その相関計算値が最大値となった場合に前記フレーム同期が取れたとすると共に、Ｎ個のサンプリングデータをバッファリングしてから相関を求めることで発生する前記フレーム同期検出の遅延を、前記シンボルカウンタを調整して補正することを特徴とするデジタル無線機の受信部。
【請求項２】
前記デジタル信号処理手段が、前記最大値が実際にあったポイントと、それを判断できるポイントとが同一シンボル内ではなかった場合に、前記シンボルカウンタを−１して調整することを特徴とする請求項１に記載のデジタル無線機の受信部。
【請求項３】
前記デジタル信号処理手段は、前記相関計算値が所定の閾値を超え、かつその閾値を超えた値からＭ個連続で小さい相関計算値が続いた場合に前記最大値と判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のデジタル無線機の受信部。
【請求項４】
前記シンボルカウンタが、前記デジタル信号処理手段内部のソフトウェアで実現されることを特徴とする請求項１又は２に記載のデジタル無線機の受信部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル変調方式で無線通信を行う無線通信端末（デジタル無線機）に関し、特に、受信機にサンプリング毎にＤＳＰに対して割り込みを行う方法と同等の同期検出精度を持たせることができ、適切なデータ処理と処理負荷軽減の両立が実現できるデジタル無線機の受信部に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デジタル変調方式で無線通信を行う無線通信端末（デジタル無線機）において、シンボルレートに対してＮ倍（Ｎは整数）のレートでサンプリングを行う受信機がフレーム同期を取る（ＦＳＷを検出する）場合に、ＤＳＰを使用して受信したデータと待ち受けているデータの相関を求めるとき、サンプリング毎にＤＳＰへ割り込みを行って計算する方法と、シンボル毎にＤＳＰへ割り込みを行うことで、１回の割り込みでＮ個のサンプリングしたデータに対して計算する方法があった。
【０００３】
ここで、ＦＳＷのシンボル数を５個とすると、前者の方法では、図７に示すように、４シンボル分のサンプリングデータ＋１サンプリングデータをバッファリングし、各シンボルのＮ番目のサンプリングデータで１回の相関計算を行い、ＦＳＷが検出されなかった場合は、バッファの先頭の１サンプリングデータを破棄して、新たに１サンプリングデータをバッファに保存し、再び相関計算をする、という動作を繰り返し行っている。
また、後者の方法では、図８に示すように、５シンボル分のサンプリングデータをバッファリングし、各シンボルの１〜Ｎ番目のサンプリングデータでＮ回の相関計算を行い、ＦＳＷが検出されなかった場合は、バッファの先頭の１シンボル分のサンプリングデータを破棄して、新たに１シンボル分のサンプリングデータをバッファに保存し、再び相関計算をする、という動作を繰り返し行っている。図７、８は、従来のＤＳＰにおけるバッファリング処理の説明図である。
【０００４】
従来より、シンボルをサンプリングして同期加算を行なう技術が提案されていたが、その課題は、シンボルカウンタを補正するものではなく、少ない演算量でビットクロックやフレーム同期タイミング信号を得るものであった（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−１９１２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
すなわち、サンプリング毎にＤＳＰに対して割り込みを行う方法は、サンプリング毎にＦＳＷの検出・未検出を判断することができるが、処理負荷が非常に重いという問題があった。
また、シンボル毎にＤＳＰに対して割り込みを行う方法では、サンプリング毎にＤＳＰに対して割り込みを行う方法と比べると処理負荷は軽いが、Ｎ個のサンプリングしたデータをバッファリングした後にデータの相関を求めるため、バッファリングする分だけＦＳＷの検出が遅れてしまうことがあり、シンボルカウンタを基準として、受信フレームのデコード処理を行うシステムの場合、ここで発生した遅延により、あらかじめ決められたデータフォーマットに沿って、正しくデコード処理を行うことができない問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、シンボル毎にＤＳＰに対して割り込みを行い、相関を求める方法でも、受信データのデコード処理を、遅延なく、あらかじめ決められたデータフォーマットに沿って、正しく行うことができるデジタル無線機の受信部を提供することである。
本発明の他の目的は、受信機にサンプリング毎にＤＳＰに対して割り込みを行う方法と同等の同期検出精度を持たせることができ、適切なデータ処理と処理負荷軽減の両立が実現できるデジタル無線機の受信部を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、デジタル変調方式で無線通信を行うデジタル無線機において、シンボルレートに対してＮ倍（Ｎは整数）のレートでサンプリングを行う受信部であって、受信アナログ検波信号を入力してデジタル信号に変換するＡＤコンバータと、前記受信検波信号と待ち受けているデータの相関を求めてフレーム同期を取るために前記ＡＤコンバータに接続されたデジタル信号処理手段と、前記受信検波信号のデータをシンボル単位でカウントするために前記デジタル信号処理手段に接続されたシンボルカウンタと、を具備し、前記デジタル信号処理手段が、前記受信検波信号をバッファリングし、そのバッファリングしたデータと、前記待ち受けているデータにより相関計算を行って相関計算値を求め、その相関計算値が最大値となった場合に前記フレーム同期が取れたとすると共に、Ｎ個のサンプリングデータをバッファリングしてから相関を求めることで発生する前記フレーム同期検出の遅延を、前記シンボルカウンタを調整して補正することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、前記デジタル信号処理手段が、前記最大値が実際にあったポイントと、それを判断できるポイントとが同一シンボル内ではなかった場合に、前記シンボルカウンタを−１して調整することを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、前記デジタル信号処理手段は、前記相関計算値が所定の閾値を超え、かつその閾値を超えた値からＭ個連続で小さい相関計算値が続いた場合に前記最大値と判定することを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、前記シンボルカウンタが、前記デジタル信号処理手段内部のソフトウェアで実現されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シンボル毎にＤＳＰに対して割り込みを行い、相関を求める方法でも、受信データのデコード処理を、遅延なく、あらかじめ決められたデータフォーマットに沿って、正しく行うことができる。
また、本発明によれば、受信機にサンプリング毎にＤＳＰに対して割り込みを行う方法と同等の同期検出精度を持たせることができ、適切なデータ処理と処理負荷軽減の両立が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、本発明の要旨としては、デジタル変調方式で無線通信を行うデジタル無線機の受信部において、フレーム同期を取る（ＦＳＷを検出する）ために、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）を使用して受信したデータと待ち受けているデータの相関を求めるとき、シンボル毎にＤＳＰへ割り込みを行うことで、１回の割り込みでＮ個のサンプリングしたデータに対して計算する方法において、Ｎ個のサンプリングデータをバッファリングしてから相関を求めることで発生するＦＳＷ検出の遅延を、シンボルカウンタを調整することで補正するようにしたものである。尚、ＤＳＰはシンボルカウンタやＡＤコンバータ等を含むワンチップマイコンでも構わない。
以下に本発明の実施形態を説明する。ただし、この実施形態に記載される構成要素、組み合わせ、形状、配置などは、説明する上での一例に過ぎない。
【００１１】
図１は、本発明によるデジタル無線機の受信部の一実施形態の概略構成ブロック図である。
図１に示すように、このデジタル無線機の受信部は、シンボルレートに対してＮ倍（Ｎは整数）のレートでサンプリングを行う受信部であって、図示を省略したＲＦ受信回路からの検波信号を入力するＡＤコンバータ１と、ＡＤコンバータ１に接続されたＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）２と、ＤＳＰ２に接続されたシンボルカウンタ３と、ＤＳＰ２に接続されたＣＯＤＥＣ（コーデック）４と、ＣＯＤＥＣ４に接続されたアンプ５と、アンプ５に接続されたスピーカー６とを有している。
【００１２】
そして、図示を省略したＲＦ受信回路からの検波アナログ信号は、ＡＤコンバータ１によりデジタル信号の形式に変換され、ＡＤコンバータから供給されるデジタルデータがＤＳＰ２の内部でバッファリングされ、そのバッファリングされたデータと待ち受けているＦＳＷのデータとで相関計算が行われ、その相関計算値が最大値となった場合にＦＳＷが検出され、ＤＳＰ２より出力される。ここで、シンボルカウンタ３は、ＡＤコンバータ１からＤＳＰ２内部のバッファに供給されたデータを、シンボル単位でカウントするようになっており、何シンボルのデータをバッファに格納したかをカウントする。そして、シンボルカウンタ３は、ＤＳＰ２内部のソフトウェアで実現されるようになっている。
そして、ＤＳＰ２からの信号は、ＣＯＤＥＣ４で音声信号に変換され、アンプ５を経てスピーカー６に供給され音声として出力される。
なお、ＤＳＰ２とＡＤコンバータ１、並びにＣＯＤＥＣ４との間の信号のやりとりは、ＤＳＰ２で処理可能な形式で行われる。
【００１３】
以下に、本発明のポイントであるＤＳＰ２の動作について詳細に説明する。
本発明のポイントであるＤＳＰ２の動作としては、ＡＤコンバータから供給されるデータをＤＳＰ内部にバッファリングし、そのバッファリングしたデータと待ち受けているＦＳＷのデータで相関計算を行い、その相関計算値が最大値となった場合にＦＳＷを検出し、その最大値を判断する方法が、ある閾値を超え、かつその閾値を超えた値からＭ個（Ｍは整数）連続で小さい値が続いた場合であり、その最大値が実際にあったポイントと、それが最大値であることを判断できたポイントが、同一シンボル内ではなかつた場合に、シンボルカウンタを−１してデータ処理タイミングを補正することである。以下にその手順を示す。なお、以下の動作は、ＤＳＰ２内部のソフトウェアで実現されるようになっている。
【００１４】
図２は、図１で示したＤＳＰ２の動作のフローチャートである。
まず、ＤＳＰ２では、何シンボルのデータをバッファに格納したかをカウントするシンボルカウンタ３を備え、受信開始と同時にこれを起動させておくことにより、いつでも何シンボル目のデータをバッファに格納したのかを知ることができるようになっており、ここでは、シンボル値を−３、−１、＋１、＋３の４値、ＦＳＷのシンボル配列を−１、＋３、−３、＋１、一３の５シンボル、サンプリング周波数をシンボルレートの５倍（１シンボルあたり５回のサンプリングを行う）と仮定して説明する。
まず、図２のステップ１０１において、ＤＳＰ２では、図３に示すように、受信開始してから５シンボル分のサンプリングしたデータをバッファに格納する。このときシンボルカウンタは５を示している。
【００１５】
次に、ステップ１０２において、まず、この５シンボルのデータで相関を求め、ＦＳＷが検出されなければバッファ内の先頭の（最初にバッファに格納した）１シンボル分サンプリングデータを破棄して、６つ目の１シンボル分サンプリングデータをバッファに格納し、同様に相関を求める。ここでの相関の求め方は、例えば図３のようにバッファに格納されている各シンボルの１番目のサンプリングデータと、ＦＳＷのシンボル値で積算をし、５つの値の和を求め、これを２〜５番目のサンプリングデータについても行うことで求められる。
この相関計算を数式で表すと図４に示すようになる。また、こうして求められた値をグラフに表すと図５に示すようになる。図３は、図１に示したＤＳＰ２における相関計算の一例を示す説明図であり、図４は、図３に示した例の相関計算の数式を示す説明図であり、図５は、図４に示した相関計算の数式による相関計算の値のグラフ図である。
【００１６】
次に、ステップ１０３において、その相関計算値が閾値（図５参照）を超えたか否かが判定され、その相関計算値が閾値を超えた場合、ステップ１０４において、その閾値を超えた値から設定回数（この場合、２個）連続で小さい値が続いたか否かが判定される。
そして、その閾値を超えた値から設定回数（この場合、２個）連続で小さい値が続いた場合、このデータが最大値であり、ＦＳＷであると判断する。図５で示す例の場合、３番目のデータがそれにあたる。
【００１７】
ここで、バッファの最後に格納しているシンボルが、受信開始からＫシンボル目だとすると、シンボルカウンタはＫを示しているため、Ｋシンボル目にＦＳＷの最終シンボルがあることが分かる。ただし、図６に示すように、４番目、５番目のシンボルが最大値であった場合、それを判定できるのは次のシンボルをバッファに格納し、相関計算を行ってからとなってしまう。すなわち、Ｋシンボル目（最大値が実際にあったポイント）にＦＳＷの最終シンボルがあるのに、シンボルカウンタはＫ＋１（それが最大値であることを判断できたポイント）を示すこととなり、１シンボル分のずれが生じてしまう。このように、実際に相関が取れるポイントと、それを判断できるポイントが同一シンボル内ではなかった場合は、１シンボル分のずれが生じてしまう。図６は、バッファリング処理における４番目、５番目のシンボルが最大値であった場合の説明図である。
【００１８】
そのため、ステップ１０５において、その最大値が実際にあったポイントと、それが最大値であることを判断できたポイントが、同一シンボル内であるか否かを判定し、その最大値が実際にあったポイントと、それが最大値であることを判断できたポイントが、同一シンボル内ではなかった場合は、ステップ１０６において、シンボルカウンタを−１することにより、シンボルカウンタを正しい位置に調整し、データ処理タイミングを補正する。
これにより、シンボル毎にＤＳＰに対して割り込みを行い、相関を求める方法でも、受信データのデコード処理を、遅延なく、あらかじめ決められたデータフォーマットに沿って、正しく行うことができる。
そして、受信機にサンプリング毎にＤＳＰに対して割り込みを行う方法と同等の同期検出精度を持たせることができ、適切なデータ処理と処理負荷軽減の両立が実現できる。
【００１９】
なお、ここで、Ｋ＋１シンボル目のデータは、ＦＳＷ以後のデータとして、それに応じた適切な処理を行うことでこれを解決できる。
また、上記実施形態では、ＦＳＷの検出を、図３、図４に示したように、待ち受けているＦＳＷのデータと受信データの相関を求めて実現させていたが、例えば、両者のビット列でＡＮＤを取るなどして、単純に比較を行ってこれを実現させてもよいし、他の方法でも良い。
すなわち、本発明は、ＦＳＷを検出した位置と、それを判定した位置が同一シンボル内にない場合であれば、適用可能となる。
【００２０】
また、上記実施形態では、最大値の判定を、閾値を超え、かつその閾値を超えた値から２個連続で小さい値が続いた場合としたが、いくつ小さい値が続いた場合とするかは設計者の自由である。しかし、少ないとノイズで同期してしまうことや、多いと同期が取りづらくなってしまう可能性があるので、シンボルあたりのサンプリング回数／２付近に設定するのが適当であり、できれば値を変えて実際に同期成功率を測定し、最も成功率が高かった値に設定することが望ましい。
また、１回ＦＳＷが検出できたら同期とすると、ノイズで偶然に相関が取れて同期してしまうことがあるので、例えば２フレーム連続でＦＳＷが検出できたら同期とするなど、複数フレーム連続でＦＳＷが検出できたら同期とすることにより、ノイズによる同期回数を減らすことができる。これについても回数を変えて実際に同期成功率を測定し、最も成功率が高かった回数に設定することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるデジタル無線機の受信部の一実施形態の概略構成ブロック図である。
【図２】図１に示したＤＳＰ２の動作のフローチャートである。
【図３】図１に示したＤＳＰ２における相関計算の一例を示す説明図である。
【図４】図３に示した例の相関計算の数式を示す説明図である。
【図５】図４に示した相関計算の数式による相関計算の値のグラフ図である。
【図６】バッファリング処理における４番目、５番目のシンボルが最大値であった場合の説明図である。
【図７】従来のＤＳＰにおけるバッファリング処理の説明図である。
【図８】従来のＤＳＰにおけるバッファリング処理の説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…ＡＤコンバータ、２…ＤＳＰ、３…シンボルカウンタ、４…ＣＯＤＥＣ、
５…アンプ、６…スピーカー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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