(57)【要約】【課題】本発明は無線フレーム時間同期装置に関し、回路規模を増大することのない無線フレーム時間同期装置を提供することを目的としている。【解決手段】受信データを受けて相関演算を行なう相関演算部１００と、該相関演算部１００からの出力を受けてシンボル先頭情報を出力するシンボル先頭位置検出回路１０´と、該相関演算部１００からの出力を受けて無線フレームの先頭を検出する無線フレーム先頭検出回路２０´と、該相関演算部１００からの出力を受けて無線フレーム，サブフレーム先頭情報を出力するＦＦＴタイミング同期回路３０´と、を有して構成される。【選択図】図１
2008228148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信データを受けて相関演算を行なう相関演算部と、
該相関演算部からの出力を受けてシンボル先頭情報を出力するシンボル先頭位置検出回路と、
該相関演算部からの出力を受けて無線フレームの先頭を検出する無線フレーム先頭検出回路と、
該相関演算部からの出力を受けて無線フレーム，サブフレーム先頭情報を出力するＦＦＴタイミング同期回路と、
を有して構成される無線フレーム時間同期装置。
【請求項２】
前記ＦＦＴタイミング同期回路の相関器の未使用区間にてＧＩ相関を行なうことを特徴とする請求項１記載の無線フレーム時間同期装置。
【請求項３】
前記ＦＦＴタイミング同期回路の相関器の未使用期間と、無線フレーム先頭検出における相関範囲外の区間を利用して相関を行なうことを特徴とする請求項１記載の無線フレーム時間同期装置。
【請求項４】
前記ＦＦＴタイミング同期回路との衝突区間のデータのバッファリングを共通のメモリを使用して行なうことを特徴とする請求項２又は３記載の無線フレーム時間同期装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線フレーム時間同期装置に関し、更に詳しくは回路の構成を簡略化した無線フレーム時間同期装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、膨大な数の無線信号が空中を飛び交っているが、各々の信号は混信してはならない。更に、信号電波として利用できる周波数は限られていて有限の資源なので、できるだけ有効に利用する必要がある。電波を有効利用する一つの手段として、多重化が挙げられる。ここで、多重とは一つの電波で複数の信号をやりとりする方法のことである。
【０００３】
多重化の代表例として周波数多重（ＦＤＭ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）がある。ＦＤＭは、周波数軸上に複数の信号を並べる方式である。右チャネルと左チャネルの信号が一つの電波に乗って送られるＦＭステレオラジオ放送もＦＤＭの一種である。
【０００４】
ＯＦＤＭは、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と呼ばれ、原理的にはＦＤＭのひとつと考えられる。通常のＦＤＭとＯＦＤＭとの原理的な違いは、周波数の重ねかたにある。ＦＤＭでは各信号の持つスペクトルが重なると混信が発生するので、周波数間隔をある程度離す必要がある。これに対してＯＦＤＭは、一見するとスペクトルが重なるところまで多重化する各信号の周波数間隔を狭くしている。
【０００５】
ＯＦＤＭ変調では、変調信号をパラレルデータにしてＩ−ＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）する。逆フーリエ変換は、周波数領域のデータを時間領域のデータに変換する。Ｉ−ＦＦＴに変調信号のデータを入れるということは１と０で構成される元データ（時系列データ）を、周波数軸上で元データと同じ形でスペクトラムが配置された信号（スペクトラム）と考え、これを時系列に変換する操作であると考えられる。
【０００６】
ＯＦＤＭを使用する無線通信システムでは、受信装置にて受信される信号に対して、無線フレームの時間同期をとることにより、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆｉｒｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のウィンドウ位置を決めて、周波数領域での復調を正確に行なえるようにする。
【０００７】
例として図５に示すような無線フレームを考える。図の無線フレームでは、１無線フレーム（１０ｍｓ周期）は、２０サブフレームからなり、各サブフレーム先頭の１シンボルはパイロットチャネル（ＣＨ）で、その後に６シンボルの制御チャネル又はデータチャネルが続く、計７シンボルで構成されている。１シンボルは、ＧＩ（Ｇｕａｒｄ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ）長Ｍサンプルと、有効シンボル長Ｎサンプルから構成されている。
【０００８】
また、スクランブリングコード長は、１無線フレーム（１０ｍｓ）で、受信側にてスクランブリングコードが既知とした場合、送信パイロット信号のレプリカは、サブフレーム毎に異なることになる。次に無線フレームに対して時間同期をとる方法について説明する。図６は無線フレーム同期装置の従来構成例を示す図である。図に示すように、この装置は、シンボル先頭位置検出回路１０と、無線フレーム先頭検出回路２０と、ＦＦＴタイミング同期回路３０の３段階から構成されている。
【０００９】
シンボル先頭位置検出回路１０において、１１は受信データをＮサンプルディレイさせるＮサンプルディレイ、２は受信データとＮサンプルディレイ１とを受けて相関を行なう相関器、３は該相関器２の出力を受けて同相加算する複数の同相加算器、４はこれら同相加算器３の複数の出力の中から、最大ピークを検出するピーク検出器である。ここで、相関器２の相関長はＭサンプル、同相加算器３の相関幅はＮ＋Ｍサンプルである。
【００１０】
無線フレーム先頭検出回路２０において、２１は無線フレーム先頭のパイロットレプリカ、２２は受信データとパイロットレプリカ２１との相関をとる複数の相関器、２３はこれら相関器２２の出力を受けて同相加算を行なう複数の同相加算器、２４はこれら同相加算器２３の出力を受けて複数の出力の中から最大ピークを検出するピーク検出器である。
【００１１】
ＦＦＴタイミング同期回路３０において、３１はサブフレーム先頭のパイロットレプリカ、３２は受信データとパイロットレプリカ３１の出力を、無線フレーム先頭情報を基に相関を行なう複数の相関器、３３はこれら相関器３２の出力を受けて同相加算する複数の同相加算器、３４はこれら同相加算器３３の出力を受けて、複数の出力の中から最大ピーク値を検出するピーク検出器である。相関器２２の相関長はＮサンプルであり、これら相関器２２の相関幅は２Ｍサンプルである。このように構成された装置の動作を説明すると、以下の通りである。
（シンボル先頭の検出）
無線フレームに対して時間同期をとる方法について考える。先ずはじめにシンボル先頭を検出することを考える。各シンボルのＧＩ部分のデータは、それぞれの有効シンボルデータの最後尾からＧＩ長分のデータのコピーである（Ｃｙｃｌｉｃ  Ｐｒｅｆｉｘ）。これを利用して、Ｎサンプルディレイ１により有効シンボル長Ｎサンプル遅延させた受信データと、入力データをＭサンプル長（ＧＩ長）にわたり相関器２で自己相関をとる。
【００１２】
相関処理は、Ｍ＋Ｎサンプル（シンボル長）幅の各サンプルを起点に行ない、それぞれのポイントの計Ｍ＋Ｎ個の相関値を得る。同様の処理をサブフレーム内のシンボル区切りで行い、最初に求めたＭ＋Ｎ個の起点から、Ｍ＋Ｎサンプル周期にあたるサンプルについて同相加算器３で同相加算していく（シンボル間同相加算）。ピーク検出器４は、最終的に得られたＭ＋Ｎ個の相関値のピーク検出を行い、最も相関値の高いサンプル位置をシンボルの先頭位置とする。
【００１３】
図７はシンボル先頭検出動作の説明図である。（ａ）は入力データ、（ｂ）はＮサンプル遅れた入力データ、（ｃ）は相関ウインドウ幅、（ｄ）は相関結果である。入力データ（ａ）とＮサンプル遅れた入力データ（ｂ）との相関を相関ウィンドウ幅Ｍ＋Ｎを基にとる。その結果、（ｄ）に示すような相関結果が得られる。この相関結果を、時間軸を横軸、相関値を縦軸としてプロットすると、図７の右に示すような相関結果が得られる。この相関値のスペクトラムの最大値（ピーク値）がシンボル先頭となる。
（無線フレームの先頭の検出）
次に、無線フレームの先頭を検出する方法について説明する。先に求めたシンボル先頭位置を中心に、２Ｍサンプルの相関幅で、相関器２２が無線フレーム先頭の送信パイロット信号レプリカと受信信号の相関演算を行なう。ここでは、相関長はＮサンプルとしている。これを１無線フレーム内の各シンボル先頭位置で行なうので、得られる相関値は２Ｍサンプル×７シンボル×２０サブフレームとなる。これらを続く同相加算器２３で同相加算する。そして、最終的に得られた２Ｍ×７×２０個の相関値のピーク検出を行い、最も相関値の高いサンプル位置をピーク検出部２４で検出して無線フレーム先頭位置とする。
【００１４】
図８は無線フレーム先頭検出動作の説明図である。入力データが図に示すように１無線フレーム（１０ｍｓ）あるものとする。求めたシンボル先頭位置の相関幅を２Ｍとして、無線フレーム先頭パイロットレプリカとの相関をとる。このようにして相関をとったものを続く同相加算器２３で２Ｍサンプル×７シンボル×２０サブフレームの数の同相加算を行なう。この同相加算器２３の出力を受けて、続くピーク検出器２４は最大ピークを求めて無線フレーム先頭位置とする。
（タイミング同期の動作）
最後にＦＦＴタイミング同期回路３０の動作について説明する。タイミング同期回路３０は、無線フレーム先頭検出よりも高精度にＦＦＴウィンドウ位置を検出するためのものである。先に求めた無線フレーム先頭位置を起点として、相関器３２でサブフレーム周期の各サンプル位置を中心とした２Ｍサンプルの相関幅で、受信信号とサブフレーム先頭の送信パイロット信号レプリカ（サブフレーム毎に異なる）の相関演算を行なう。この相関演算結果は、続く同相加算器３３で各サブフレームの相関値を同相加算し、この同相加算器３３での結果をピーク検出器３４で受けて、ピーク検出した結果をＦＦＴウィンドウの開始位置とする。
【００１５】
図９はタイミング同期部の動作説明図である。無線フレーム先頭を基準に、入力データのパイロットシンボルと、送信パイロットレプリカとの相関を相関器３２でとる。この相関器３２の出力は、同相加算器３３で同相加算される。これら同相加算器３３の出力は、ピーク検出部３４に入り、該ピーク検出部３４でピークが検出される。このピーク値がＦＦＴウィンドウの開始位置となる。
【００１６】
一連の動作を説明すると、初めにＧＩ相関によるシンボル先頭位置を検出し、検出したシンボル先頭位置を基点として、無線フレーム先頭を検出する。その後、検出した無線フレームを起点として高精度タイミング同期回路３０により正確なＦＦＴウィンドウ位置を検出する。
【００１７】
タイミング同期回路は、その後も動作し、ＦＦＴタイミング変動に対して高精度に追従する。また、ＧＩ相関→無線フレーム先頭検出回路も動作を継続し、タイミング同期回路３０に通知している無線フレーム先頭位置を更新する。
【００１８】
従来のこの種の装置としては、受信信号の相互相関値を検出する相互相関検出処理部と、該相互相関値を所定間隔で同期加算する同期加算部と、該受信信号の受信電力を算出する受信電力算出部と、該受信信号の自己相関電力を求める自己相関電力算出部と、該受信電力に応じた同期加算閾値を求める閾値算出部と、該同期加算された値のピークのタイミングにおいて該自己相関電力が該受信電力に所定の係数を乗じた値以下であり且つ該同期加算された値が該同期加算閾値以上であるとの判定に応じて該ピークのタイミングをシンボルタイミングとして検出するシンボルタイミング検出部から構成される技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１９】
また、同期シンボル発生器が発生させた信号とＯＦＤＭ信号との相関を求める相関器と、求められた相関から相関量を演算する相関演算器と、演算された相関量をガード期間で積分する積分器と、積分された相関量からシンボルタイミングを判定するタイミング判定器と、判定されたシンボルタイミングからフーリエ変換の動作タイミングを出力するＦＦＴ窓発生器と、ＦＦＴ窓発生器の出力信号に基づいて伝送シンボルから有効シンボル期間の信号を取り出す復調器とから構成される技術が知られている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−３１８５１２号公報（段落００１４〜００２３、図３、図４）
【特許文献２】特開２００１−６９１１９号公報（段落００５１〜００６２、図１〜図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
前述した従来のシステムでは、３段階に分けてタイミングの検出が行われており、各段階でそれぞれ相関器を使用している。相関器は乗算器で構成されているため、このような構成では回路規模が増大してしまうという問題があった。
【００２１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、回路規模を増大することのない無線フレーム時間同期装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
（１）請求項１記載の発明は、受信データを受けて相関演算を行なう相関演算部と、該相関演算部からの出力を受けてシンボル先頭情報を出力するシンボル先頭位置検出回路と、該相関演算部からの出力を受けて無線フレームの先頭を検出する無線フレーム先頭検出回路と、該相関演算部からの出力を受けて無線フレーム，サブフレーム先頭情報を出力するＦＦＴタイミング同期回路と、を有して構成されることを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、前記ＦＦＴタイミング同期回路の相関器の未使用区間にてＧＩ相関を行なうことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記ＦＦＴタイミング同期回路の相関器の未使用期間と、無線フレーム先頭検出における相関範囲外の区間を利用して相関を行なうことを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、前記ＦＦＴタイミング同期回路との衝突区間のデータのバッファリングを共通のメモリを使用して行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
（１）請求項１記載の発明によれば、無線フレーム先頭をシンボル先頭位置検出と、無線フレーム位置検出と、無線フレーム先頭の検出という３つの段階で構成された処理回路で使用される相関処理部を前記３つの段階で共通して使用するように構成することができ、回路規模を増大することのない無線フレーム時間同期装置を提供することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、ＦＦＴタイミング同期回路の相関器の未使用期間を利用してＧＩ相関を行なうことで、処理を効率化することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、ＦＦＴタイミング同期回路の相関器の未使用期間と無線フレーム先頭検出における相関範囲外の区間を利用して相関を行なうことにより、処理の効率化を図ることができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、ＦＦＴタイミング同期回路との衝突区間のデータのバッファリングを共通のメモリを使用して行なうことにより、ハードウェアの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態を示すブロック図である。図６と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１０´はシンボル先頭位置検出部、２０´は無線フレーム先頭検出部、３０´はＦＦＴタイミング同期部である。これら回路は、その演算において、後述する相関演算部１００を共通に使用するようになっている。
【００２５】
シンボル先頭位置検出回路１０´において、３は相関演算部１００からの出力を受けて同相加算を行なう複数の同相加算器、４はこれら同相加算器３の出力を受けてピーク値を検出するピーク検出器である。該ピーク検出器４からシンボル先頭情報が出力される。
【００２６】
無線フレーム先頭検出回路２０´において、２３は相関演算部１００の出力を受けて同相加算を行なう同相加算器、２４はこれら複数の同相加算器２３の出力を受けてピーク値を検出するピーク検出器である。ＦＦＴタイミング同期回路３０´において、３３は相関演算部１００の出力を受けて同相加算を行なう同相加算器、３４はこれら同相加算器３３の出力を受けてピーク位置を検出するピーク検出器である。シンボル先頭位置検出回路１０´からはシンボル先頭情報が出力され、無線フレーム先頭検出回路２０´からは無線フレーム先頭情報が出力され、ＦＦＴタイミング同期回路３０´からは無線フレーム、サブフレーム先頭情報が出力される。
【００２７】
相関演算部１００において、４１は受信データを受けて格納するデータ格納用メモリ、１は該データ格納用メモリ４１の出力を受けてＮサンプル遅らせるＮサンプルディレイ、４２は無線フレーム先頭又はサブフレーム先頭のパイロットレプリカである。４３は受信データ又はデータ格納用メモリ４１からの出力の内の何れか一方をセレクトする第１のセレクタ、４４はＮサンプルディレイ１又はパイロットレプリカ４２の出力を受けて何れか一方をセレクトする第２のセレクタである。これらセレクタ４３，４４は後述する相関処理制御部４０からの制御信号を受けてその出力を切り替えるようになっている。
【００２８】
４５はこれら第１及び第２のセレクタの出力を受けて相関演算を行なう複数の相関器である。これら相関器４５も、相関処理制御部４０からの制御信号を受ける。４６は相関器４５による相関演算の途中で相関演算を中止する必要が生じた時にその中間結果を保持しておく待避部である。この相関演算の停止信号は、相関処理制御部４０から指示される。相関演算の停止理由がなくなった場合には、相関処理制御部４０からの指示により再度相関演算処理が行われる。４７は複数の相関器４５の出力を受けてその出力先を決定する出力選択部である。これら待避部４６及び出力選択部４７は、相関処理制御部４０からの制御信号を受ける。
【００２９】
４０は、前記したシンボル先頭位置検出回路１０´の出力であるシンボル先頭情報及び無線フレーム先頭検出回路２０´の出力である無線フレーム先頭情報を受けて前記した各種の制御信号を出力する相関処理制御部である。該相関処理制御部４０としては、例えばマイクロコンピュータが用いられる。
【００３０】
図中のデータ格納用メモリ４１で、衝突時のデータの格納を行なう。先に述べたようにＧＩ相関時と無線フレーム先頭検出時で共用可能である。入力データとメモリに格納されたデータは、制御部からの指示により選択され、相関器に入力される。また、メモリデータは、自己相関用のＮサンプルディレイ回路にも供給され、パイロットレプリカとの選択により相関器に入力される。制御部では、相関器への入力を切り替える時に、相関長の支持や手演算の途中結果の待避支持を行なう。相関長の演算が終了したら、結果の出力先を、シンボル先頭検出、無線フレーム先頭検出、タイミング同期から選択して出力する。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
図２はタイミング同期回路３０´の相関器動作の説明図である。タイミング同期回路３０´での相関処理は、１フレーム内のパイロットシンボル位置（検出した無線フレーム先頭を基準）でのみ相関処理を行なう。よって、図に示したように、１フレームのサンプル数（Ｍ＋Ｎ）×７に対して、Ｎサンプル長の区間以外の区間では相関処理は行わない。従って、相関器が動作しない期間Ｔｍは次式で表される。
【００３２】
Ｔｍ＝Ｍ（幅）×［（Ｍ＋Ｎ）×７−Ｎ］（長）サンプル間
となる。この間は、相関器４５は動作していない。
次に、図２の相関処理を行なっていない区間でシンボル先頭検出のＧＩ相関を行なうことを考える。ＧＩ相関は、Ｎサンプル遅延させた信号との自己相関であるので、相関幅がＭ＋Ｎサンプルといっても、相関器自体は１つあればよい。従って、図３に示すようにタイミング同期処理の相関処理と衝突した部分のデータを一時データ格納用メモリ４１にバッファリングし、タイミング同期の相関処理が終了後に開いている相関器（幅）を利用して相関演算を行なうことで、１フレーム内に処理することが可能である。図３はタイミング同期とシンボル先頭検出の相関器共用時動作を示す図である。
【００３３】
図３はタイミング同期とシンボル先頭検出の相関器共用時動作を示す図である。パイロットシンボルと相関幅シンボルとの相関をとる。この時、データの衝突が発生した場合には、衝突区間のデータをデータ格納用メモリ４１にバッファリングする。ＡはバッファリングしたデータのＧＩ相関を示す。
【００３４】
同様に、無線フレーム先頭検出時のパイロット相関処理を行なうことを考える。衝突区間のデータをバッファリングするのはＧＩ相関と同じであるが（バッファ用のメモリは共用可能）、無線フレーム先頭検出の場合は、相関幅分の相関器が必要となる。
【００３５】
ここで、無線フレーム先頭検出時の１シンボル分の相関処理を考えると、相関長をＮシンボルとするならば、Ｍサンプル間は相関処理を行わないことになる。よって、１シンボルにつきＭサンプルの計７Ｍサンプル≧Ｎサンプル（相関長）という条件が成り立つならば、１フレーム内に処理することが可能となる。
【００３６】
図４はタイミング同期と無線フレーム先頭検出の相関器共用時動作を示す図である。衝突期間のデータをデータ格納用メモリ４１にバッファリングする。そして、バッファリングしたデータのＧＩ相関をとる。フレームの後半は、パイロット相関を行なっている。
【００３７】
先の条件である７Ｍサンプル≧Ｎサンプル（相関長）を満たさない場合でも、無線フレーム先頭検出の精度、及び応答速度に問題がないとすれば、１無線フレームおきに処理を行なうこととして、２無線フレーム内に処理が完了すればいいことになる。
【００３８】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、無線フレーム先頭をシンボル先頭位置検出と、無線フレーム位置検出と、無線フレーム先頭の検出という３つの段階で構成された構成された処理回路で使用される相関処理部を前記３つの段階で共通して使用するように構成することができ、回路規模を増大することのない無線フレーム時間同期装置を提供することができる。
【００３９】
また、ＦＦＴタイミング同期回路の相関器の未使用期間を利用してＧＩ相関を行なうことで、処理を効率化することができる。
また、ＦＦＴタイミング同期回路の相関器の未使用期間と無線フレーム先頭検出における相関範囲外の区間を利用して相関を行なうことにより、処理の効率化を図ることができる。
【００４０】
更に、ＦＦＴタイミング同期回路との衝突区間のデータのバッファリングを共通のメモリを使用して行なうことにより、ハードウェアの低減を図ることができる。
このように、本発明によれば、タイミング同期処理で相関器が使用されていない区間を利用して、ＧＩ相関と、無線フレーム先頭検出用のパイロット相関を行なうことにより、相関器の共用化による回路規模削減を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】タイミング同期回路の相関器動作の説明図である。
【図３】タイミング同期とシンボル先頭検出の相関器共用時動作を示す図である。
【図４】タイミング同期と無線フレーム先頭検出の相関器共用動作を示す図である。
【図５】無線フレームの構成例を示す図である。
【図６】無線フレーム同期装置の従来構成例を示す図である。
【図７】シンボル先頭検出動作の説明図である。
【図８】無線フレーム先頭検出動作の説明図である。
【図９】タイミング同期部の動作説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１      Ｎサンプルディレイ
３      同相加算器
４      ピーク検出器
１０´  シンボル先頭位置検出回路
２０´  無線フレーム先頭検出部
２３    同相加算器
２４    ピーク検出器
３０´  ＦＦＴタイミング同期回路
３３    同相加算器
３４    ピーク検出器
４０    相関処理制御部
４１    データ格納用メモリ
４２    パイロットレプリカ
４３    セレクタ
４４    セレクタ
４５    相関器
４６    待避メモリ
４７    出力先頭選択部
【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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【図９】
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