(57)【要約】【課題】高速処理が可能で、かつ回路規模の拡大を抑えることができるディジタル相関演算器を実現する。【解決手段】送信信号中に、周期を１６サンプルとした複素数系列から成るパターンを、１回、または、複数回繰り返す区間を設ける。この複素数信号系列には、周波数成分Ａ0 〜Ａ15が含まれているが、受信側では、これらのうち、Ａ1 またはＡ15の相関レベルを利用する。ここで、相関レベルは、加減算のみで算出する。算出した相関レベルは、前述のパターンを含む区間のいずれかの位置で、最大値、または、最小値となる。この位置を検出し、検出した位置を基準にして、パターンの開始位置を推定する。以上のように構成することによって、小規模な回路で、高速に動作可能な、ディジタル相関器を実現することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル信号系列に含まれる既知パターンの繰り返し部分を検出するディジタル相関器において、
１６サンプルで１周期となる複素数信号系列を検出対象とし、該複素数信号系列に含まれる周波数成分Ａ0 〜Ａ15のうち、Ａ1 またはＡ15の相関レベルを加減算のみで算出する手段と、検出した相関レベル区間最大値または区間最小値となる位置を検出する手段とを具備し、検出した位置を基準にして繰り返しパターンの開始位置を推定するようにしたことを特徴とするディジタル相関器。
【請求項２】
請求項１に記載のディジタル相関器において、
検出対象区間に用いられる複素数信号系列として、実数成分または虚数成分のいずれかの成分が、全て“０”となる複素数信号系列を使用することを特徴とするディジタル相関器。
【請求項３】
請求項２に記載のディジタル相関器において、
検出対象区間に用いられる複素数信号系列として振幅が等しく、位相θがθ15＝１５×θ1 の関係にある周波数成分Ａ1 、Ａ15を含む複素数信号系列を使用し、算出したＡ1 、Ａ15成分の平均値の区間最大値または区間最小値の位置を基準にして、繰り返しパターンの開始位置を推定するようにしたことを特徴とするディジタル相関器。
【請求項４】
請求項１に記載のディジタル相関器において、
抽出開始位置の異なる４種の４サンプル毎の複素数列から、周波数成分Ａ1 またはＡ15の相関レベルを求め、４種各々の相関レベルの最大と最小位置から、繰り返しパターンの開始位置を推定するようにしたことを特徴とするディジタル相関器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル無線通信において、受信信号中に含まれる、特定信号パターンを検出するディジタル相関器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル無線通信では、復調処理のためには、受信信号中のシンボルタイミングとの同期が必要である。例えば、５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａでは、復調のためには、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）シンボルとの同期が必要である。このため、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では、送信開始から数シンボルの区間を、特定信号の繰り返しであるショートプリアンブル区間、および、ロングプリアンブル区間とし、受信側で、これらの区間の有無を検出し、シンボルタイミングを確立する。通常、この検出処理に、相関演算が行われることになる。相関演算をディジタル信号処理で行う場合、受信信号をｘ（ｎ）、Ｎ個の既知信号パターン列をｙ（ｎ）とすると、相関値ｒ（ｎ）は、数１の（１）式に示すように積和演算で求められる。
【０００３】
【数１】
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この積和演算を、開始位置をずらしながら実行し、相関値ｒ（ｎ）が最大となるｎを基準にして所望のタイミングを求める。図２に、これら一連の処理を、ハードウェア化した場合のブロック構成図を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示すように、従来のディジタル相関器では、複数の乗算器を並列動作させる構成になり、回路規模が大きくなってしまう。また、同期処理は、通常、ＩＦ周波数に近いサンプリングレートのディジタル信号に対して実行することになるので、大規模回路となると同時に、高速性も要求され、回路実現が困難になる。このように、高速性の要求されるディジタル相関演算器において、回路規模の拡大を抑えた上で実現することが課題となる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決するために、ディジタル相関器を以下のように構成したものである。
【０００６】
まず、送信信号中に、周期を１６サンプルとした複素数系列から成るパターンを、１回、または、複数回繰り返す区間を設ける。この複素数信号系列には、周波数成分Ａ0 〜Ａ15が含まれているが、受信側では、これらのうち、Ａ1 またはＡ15の相関レベルを利用する。ここで、相関レベルは、加減算のみで算出する。算出した相関レベルは、前述のパターンを含む区間のいずれかの位置で、最大値、または、最小値となる。この位置を検出し、検出した位置を基準にして、パターンの開始位置を推定する。以上のように構成することによって、小規模な回路で、高速に動作可能な、ディジタル相関器を実現することができる。
【０００７】
なお、複素数信号系列に含まれる周波数成分Ａ1 、Ａ15の相関レベルの算出には、以下に示す、離散フーリエ変換の変形式の結果を利用する。まず、ａn を複素数のデータ列とする。この複素数データの離散フーリエ変換は、次の数２の（２）式で表わされる。
【０００８】
【数２】
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ここで、Ｎ＝１６として、（２）式を変形して整理すると、数３の（３）式で表わされる。
【０００９】
【数３】
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さらに、（３）式から、Ａ1 とＡ15を求めると、数４の（４）式、（５）式でそれぞれ表わされる。
【００１０】
【数４】
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この（４）式、（５）式において、複素数ａn に、ｅを乗ずる演算があるが、これは、複素平面上で、ベクトルａnを、回転させる操作に相当する。この操作は、結果的には、複素数ａnの実部と虚部の入れ替えと、符号の反転だけで実行できる形であり、乗算の必要はない。そこで、本発明では、上述した数４の（４）式、（５）式において、各項の｛｝内の、実部および虚部の変換を利用することとした。この際に、以下のような性質が利用可能である。
【００１１】
まず、（４）式の各項には、Ａ1 ，Ａ5 ，Ａ9 ，Ａ13の成分だけが残ることになる。このとき、Ａ1 の成分が存在していれば、（４）式全体としても、各項内でも、実部の総和は、複素数ａ0 の位相が０のとき最大、πのとき最小となる。虚部の総和については、複素数ａ0 の位相がπ／２のとき最大、−π／２のとき最小となる。したがって、Ａ1 の絶対値の最大／最小位置の探索は、（４）式の第１項の｛｝内の大きさの最大／最小位置の探索に、置き換えられるといえる。
【００１２】
なお、（４）式において、第２項〜第４項は、回転演算を含めずに、｛｝内だけで考えると、第１項の｛｝内の探索位置から、それぞれ、１サンプル、２サンプル、３サンプルずれた位置で、同様の演算を行う形になっているため、第１項〜第４項の、｛｝内の情報を並列的に使った位置検索も可能である。また、数４の（５）式の場合は、各項に残るのが、Ａ3 ，Ａ7 ，Ａ11，Ａ15の成分となることが、（４）式の場合と異なるが、それ以外の性質については、（４）式の場合と同様である。
【００１３】
以上述べたことを踏まえると、（４）（５）式の各項の｛｝内では、１６サンプルのデータ繰り返区間で、実部および虚部が、周期的に、最大値／最小値をとるといえる。このとき、最大値／最小値の出現位置は、使用する繰り返しパターンによって定まる。したがって、通常の相関演算で求まる相関ピーク位置も、こうした最大値／最小値の出現位置を基準に、求めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施例を示す図である。図中、１は遅延器であり、複素数のデータが保持されている。保持するデータは、１サンプル時間ごとに、次段の遅延器にシフトされる。この遅延器を１６段直列に並べ、相関演算を行う。なお、図１（１）の遅延器と、図１（２）の遅延器において、同じ添え字の付くものがあるが、このような場合には、同一内容のデータが格納されているものとする。
【００１５】
２は、加算器であり、３は、周波数成分Ａ1 の実部の最大値の検出器である。各々の加算器では、遅延器内の複素数データの実部、虚部のうち、いずれかの成分同士の加算がおこなわれる。なお、実施例１では、各遅延器が加算器に出力するデータと、各加算器における加算実行時の符号の組み合わせが、前述した（４）式の第１項の実部を求めるときの組み合わせになっている。
【００１６】
上述の処理を、１サンプル時間に１回ずつ、計１６回繰り返すと、最大値検出器３において、連続する１６サンプルの複素数信号列に含まれる周波数成分Ａ1 の実部の大きさが最大となるサンプル点が求まる。
【００１７】
なお、この段階で求まったものは、周波数成分Ａ1 の位相が０になるサンプル点である。通常の相関演算は、相関演算結果のピークがそのまま繰り返しパターンの開始位置となるが、本発明では必ずしもそうならない。しかし、周波数成分Ａ1 の実数成分のピーク出現位置とのずれ幅は、あらかじめ把握できるものであるので、このずれ分を考慮して、相関位置を出力する。この処理を行うブロックが、４の相関位置判定部である。以上に示した構成により、乗算器を使用せずに、受信信号中の、１６サンプル周期の繰り返し区間の先頭部の検出が可能となる図３は、本発明の第２の実施例を示す図である。繰り返し区間で利用する信号は、周波数領域で図４に示す成分を持つ信号とした。これを６４ポイント離散フーリエ逆変換すると、図５に示す時間波形が得られる。この複素数の信号波形は、１６サンプル毎の繰り返しとなっている。また、時間波形の虚数成分は、全ての時刻において、振幅が０となっている。
【００１８】
図３において、１は遅延器である。各遅延器には、複素数のデータが保持されている。保持するデータは、１サンプル時間ごとに、次段の遅延器にシフトされる。この遅延器を１６段直列に並べ、格納されている複素数データとの相関を求める。なお、図３（１）の遅延器と、図３（２）の遅延器において、同じ添え字の付くものがあるが、このような場合には、同一内容のデータが格納されているものとする。
【００１９】
２は、加算器であり、５は、周波数成分Ａ1 、または、Ａ15の実部、虚部の、最大値／最小値の検出器である。各々の加算器では、遅延器内の複素数データの実部、虚部のうち、いずれかの成分同士の加算がおこなわれる。なお、実施例２では、各遅延器が加算器に出力するデータと、各加算器における加算実行時の符号の組み合わせが、（４）式の第１項の実部を求めるときの組み合わせと、（５）式の第１項の実部を求めるときの組み合わせの、２通りを持つ構成になっている。さらに、サンプル位置をずらした４通りの複素数信号の組を利用し、異なる位置での実部、虚部の最大／最小の変化も確認できる構成にしてある。上述の処理を、１サンプル時間に１回ずつ、計１６回繰り返すと、ピーク検出器６において、連続する１６サンプルの複素数信号列に含まれる周波数成分、Ａ1 、Ａ15の実部、虚部の、最大／最小となるサンプル点が求まる。
【００２０】
図５に示すような繰り返し波形である場合、この段階で求まったものが、相関のピーク位置と一致する。従って、本実施例の構成では、相関ピーク位置判定器６は、第１の実施例のような、ずれ分の調整機能ではなく、各検出器の出力を総合判断し、求めた位置の微調を行得る機能を備えている。以上に示した構成により、乗算器を使用せずに、受信信号中の、１６サンプル周期の繰り返し区間の先頭部の検出が可能となる。また、検出位置の精度を高めることも可能となっている。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が期待できる。ハードウェアで構成する場合、乗算器を用いず、しかも必要な加減算器もわずかであるため、ハードウェア規模の縮小が可能になる。また、ＤＳＰ等でソフトウェア的に処理する場合、少ない所用のステップ数で、かつ、加算減算と簡単な条件分岐のみで、処理が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図。
【図２】従来例を示す図。
【図３】本発明の第２の実施例を示す図。
【図４】繰り返しパターンに含まれる成分（周波数領域）の一例を示す図。
【図５】図４の時間領域における波形の一例を示す図。
【符号の説明】
１：遅延器
２：加算器
３：最大値検出器
４：相関ピーク位置判定器
５：最大値／最小値検出器
６：相関ピーク位置判定器
【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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