(57)【要約】【課題】フレームタイミングを精度良く合わせることにより安定的な通信を実現することができるタイミング検出回路２２を提供する。【解決手段】本発明のタイミング検出回路２２は、異なる複数の遅延タイミングでプリアンブルの相関値を算出する相関器２２０と、ＯＦＤＭシンボル毎の相関値の平均に基づいて閾値SigBを算出する第２の閾値算出部２２２と、同一の遅延タイミング毎に相関値を複数のＯＦＤＭシンボルに渡って平均してSigCを算出する相関平均算出部２２３と、SigBを超えるSigCの中で最大のSigCを特定し、その所定割合を閾値SigDとして算出する第１の閾値算出部２２４と、閾値SigDを超えるSigCの中で、最前のSigCのタイミングをＯＦＤＭシンボルタイミングとして特定するフレームタイミング出力部２２５とを備える。【選択図】図２
2012195841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームの開始タイミングを検出するタイミング検出回路であって、
予め定められたプリアンブル信号をずらしながら、異なる複数の遅延タイミングにおいて、受信信号と当該プリアンブル信号との相関値を算出する相関器と、
各フレーム期間において同一の遅延タイミング毎に、予め定められた数のフレームに渡って相関値を平均して相関平均を算出する相関平均算出部と、
前記相関平均算出部によって算出された遅延タイミング毎の相関平均の中で最大の相関平均を特定し、特定した相関平均の所定割合を第１の閾値として算出する第１の閾値算出部と、
前記相関平均算出部によって算出された遅延タイミング毎の相関平均の中で、前記第１の閾値算出部によって算出された第１の閾値を超える相関平均であり、かつ、前記最大の相関平均より予め定められた範囲内で最も早い遅延タイミングにおいて算出された相関平均を、フレームの開始タイミングにおける相関平均として特定し、特定した相関平均の遅延タイミングをフレームの開始タイミングとして出力するフレームタイミング出力部と
を備えることを特徴とするタイミング検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載のタイミング検出回路であって、
前記相関器によって算出された相関値を、フレーム毎に平均してフレーム内平均を算出し、算出したフレーム内平均に予め定められた倍率をかけて第２の閾値を算出する第２の閾値算出部をさらに備え、
前記第１の閾値算出部は、
前記相関平均算出部によって算出された遅延タイミング毎の相関平均の中で、前記第２の閾値算出部によって算出された第２の閾値を越える相関平均を抽出し、抽出した相関平均の中で最大の相関平均を特定し、特定した相関平均の所定割合を第１の閾値として算出することを特徴とするタイミング検出回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のタイミング検出回路であって、
前記予め定められた範囲は、
フレーム期間の半分の期間であることを特徴とするタイミング検出回路。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のタイミング検出回路であって、
前記フレームは、ＯＦＤＭ（Orthogonal frequency division multiplex）シンボルであることを特徴とするタイミング検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレームの開始タイミングを検出するタイミング検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１には、既知のプリアンブル信号との相関電力を求め、そのピーク値が得られるタイミングを、シンボルタイミングとして検出するシンボル同期回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１８５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、マルチパス状況下において、所定の遅延を含むあるパスの電力が他のパスよりも大きいとしても、フェージング等の影響により、他の時点でもそのパスの電力が最大であるとは限らない。また、反射物の有無や反射物との位置関係の変化に伴い、そのパスの電波が常時受信できるとも限らない。そのため、相関電力の一時的なピークにシンボルタイミングを合わせるとすれば、電波状況の変化に伴い、シンボルタイミングが変動し、安定的な通信ができない場合がある。
【０００５】
また、遮蔽物等により、直接波の受信電力よりも反射波の受信電力の方が大きい場面があるとしても、長いスパンで見ると直接波の方が受信できる確率は高い。そのため、安定的な同期確立という点では、直接波にシンボルタイミングを合わせることが好ましい。
【０００６】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、フレームタイミングを精度良く合わせることにより安定的な通信を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
例えば、本発明は、フレームの開始タイミングを検出するタイミング検出回路であって、
予め定められたプリアンブル信号をずらしながら、異なる複数の遅延タイミングにおいて、受信信号と当該プリアンブル信号との相関値を算出する相関器と、
各フレーム期間において同一の遅延タイミング毎に、予め定められた数のフレームに渡って相関値を平均して相関平均を算出する相関平均算出部と、
前記相関平均算出部によって算出された遅延タイミング毎の相関平均の中で最大の相関平均を特定し、特定した相関平均の所定割合を第１の閾値として算出する第１の閾値算出部と、
前記相関平均算出部によって算出された遅延タイミング毎の相関平均の中で、前記第１の閾値算出部によって算出された第１の閾値を超える相関平均であり、かつ、前記最大の相関平均より予め定められた範囲内で最も早い遅延タイミングにおいて算出された相関平均を、フレームの開始タイミングにおける相関平均として特定し、特定した相関平均の遅延タイミングをフレームの開始タイミングとして出力するフレームタイミング出力部と
を備えることを特徴とするタイミング検出回路を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フレームタイミングを精度良く合わせることにより安定的な通信を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る無線通信システム１０の構成を示すシステム構成図である。
【図２】タイミング検出回路２２の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図３】相関値ＳｉｇＡの算出過程を説明するための概念図である。
【図４】閾値ＳｉｇＢの算出過程を説明するための概念図である。
【図５】相関平均ＳｉｇＣの算出過程を説明するための概念図である。
【図６】閾値ＳｉｇＤの算出過程およびＯＦＤＭシンボルタイミングの決定方法の一例を説明するための概念図である。
【図７】ＯＦＤＭシンボルタイミングの決定方法の他の例を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システム１０の構成を示すシステム構成図である。無線通信システム１０は、基地局１１および受信機２０を備える。受信機２０は、アンテナ２１、タイミング検出回路２２、パケット同期タイミング検出部２３、復調・復号部２４、およびデータ処理部２５を有する。本実施形態において、受信機２０は、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式により変調された信号を受信する。
【００１２】
タイミング検出回路２２は、基地局１１から送信された信号をアンテナ２１を介して受信し、受信信号と予め定められたプリアンブル信号との相関値を算出し、算出した相関値をパケット同期タイミング検出部２３へ出力する。また、タイミング検出回路２２は、基地局１１から送信された信号からＯＦＤＭシンボルタイミングを検出し、検出したＯＦＤＭシンボルタイミングをパケット同期タイミング検出部２３に通知する。
【００１３】
パケット同期タイミング検出部２３は、タイミング検出回路２２から通知されたＯＦＤＭシンボルタイミングおよびプリアンブルの相関値に基づいてパケット同期タイミングを検出し、検出したパケット同期タイミングを復調・復号部２４へ送る。
【００１４】
復調・復号部２４は、パケット同期タイミング検出部２３から受け取ったパケット同期タイミングに従って、アンテナ２１を介して基地局１１から受信した信号を復調および復号し、復号した受信データをデータ処理部２５へ送る。データ処理部２５は、復調・復号部２４から受け取った受信データを用いて、所定の処理を実行する。
【００１５】
図２は、タイミング検出回路２２の機能構成の一例を示すブロック図である。タイミング検出回路２２は、相関器２２０、信号生成部２２１、第２の閾値算出部２２２、相関平均算出部２２３、第１の閾値算出部２２４、およびフレームタイミング出力部２２５を有する。
【００１６】
信号生成部２２１は、予め定められたプリアンブル信号を生成する。相関器２２０は、信号生成部２２１によって生成されたプリアンブル信号をずらしながら、異なる複数の遅延タイミングにおいて、アンテナ２１を介して受信した信号と当該プリアンブル信号との相関値ＳｉｇＡ（ｎ，ｋ）を算出する。そして、算出した相関値ＳｉｇＡ（ｎ，ｋ）を、第２の閾値算出部２２２、相関平均算出部２２３、およびパケット同期タイミング検出部２３へ出力する。
【００１７】
ここで、相関値ＳｉｇＡ（ｎ，ｋ）を下記のように定義する。
【００１８】
【数１】
2012195841.tif 000003
【００１９】
ここで、ｎは、図３に示すように、連続するＭ1個のＯＦＤＭシンボルにおいて、何個目のＯＦＤＭシンボルにおける相関値かを示す値であり、１〜Ｍ1の値をとる。相関器２２０は、ＯＦＤＭシンボル期間毎に、ｎの値を１から順にカウントアップしていき、ｎの値がＭ1に達したら、その後、再びｎの値を１から順にカウントアップしていく。なお、上記算出式（１）において、Ｒr（ｎ，ｋ）は相関値の実数部を表わし、Ｉr（ｎ，ｋ）は相関値の虚数部を表わす。
【００２０】
また、ｋは、図３に示すように、１つのＯＦＤＭシンボル期間において、信号生成部２２１によって生成されたプリアンブル信号を異なる複数の遅延タイミングにずらした場合に、それぞれの遅延タイミングでの相関値が、１つのＯＦＤＭシンボル期間の先頭から何番目の遅延タイミングにおける相関値であるかを示す値である。プリアンブル信号をＫ個の異なる複数の遅延タイミングにずらした場合、ｋは１〜Ｋの値をとる。
【００２１】
なお、本実施形態において、信号生成部２２１によって生成されたプリアンブル信号を、１つのＯＦＤＭシンボル期間内においてずらす個数は、１つのＯＦＤＭシンボルに含まれるシンボルの個数と必ずしも関連する必要はないが、他の形態として、相関器２２０は、１つのＯＦＤＭシンボルに含まれるシンボル単位、または、当該シンボルの整数倍の単位で、信号生成部２２１によって生成されたプリアンブル信号を、１つのＯＦＤＭシンボル期間内においてずらしながら、それぞれの遅延タイミングでの相関値を出力してもよい。
【００２２】
また、図３に示した例において、ｋ＝１〜Ｋまでの遅延タイミングを含む１つの期間は、予め定められた１つのＯＦＤＭシンボルの期間と同一の長さではあるが、受信信号に含まれている直接波との同期がとれていないため、受信機２０の内部タイミングとしてのＯＦＤＭシンボルの期間である。
【００２３】
第２の閾値算出部２２２は、相関器２２０によって算出された相関値ＳｉｇＡ（ｎ，ｋ）を、例えば下記の算出式（２）にように、ＯＦＤＭシンボル毎の相関値ＳｉｇＡ（ｎ，ｋ）の平均に予め定められた定数Ｍ0をかけて閾値ＳｉｇＢ（ｎ）を算出し、算出した閾値ＳｉｇＢ（ｎ）を第１の閾値算出部２２４へ出力する。
【００２４】
【数２】
2012195841.tif 000004
【００２５】
ここで、ＯＦＤＭシンボル期間全体にわたって高い電力の遅延波を受信する可能性は低いため、多くの場合、１つのＯＦＤＭシンボル期間における相関値の平均は、図４に示すように、直接波や遅延波の相関値よりも十分に低い値となる。また、本実施形態において、定数Ｍ0は１より大きい値であるため、図４に示すように、閾値ＳｉｇＢ（ｎ）は、フレーム内平均よりも高い値となる。
【００２６】
相関平均算出部２２３は、各ＯＦＤＭシンボル期間において同一の遅延タイミング毎に、予め定められたＭ1個のＯＦＤＭシンボルに渡って相関値ＳｉｇＡ（ｎ，ｋ）を平均することにより、遅延タイミング毎に相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を算出し、算出した遅延タイミング毎の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を、第１の閾値算出部２２４およびフレームタイミング出力部２２５へ出力する。
【００２７】
相関平均算出部２２３は、相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を、例えば下記の算出式（３）を用いて算出する。
【００２８】
【数３】
2012195841.tif 000005
【００２９】
相関平均算出部２２３による相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の算出過程を図示すると、例えば図５のようになる。図５に示すように、相関平均算出部２２３は、連続するＭ1個のＯＦＤＭシンボルについて、ｋ＝１番目の相関値ＳｉｇＡ（ｎ，１）を合計し、その合計をＭ1で割ることにより相関平均ＳｉｇＣ（１）を算出する。これを、ｋ＝１からＫまで続けることにより、相関平均算出部２２３は、Ｋ個の相関平均ＳｉｇＣ（１）〜ＳｉｇＣ（Ｋ）を算出する。
【００３０】
第１の閾値算出部２２４は、相関平均算出部２２３によって算出された相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で、第２の閾値算出部２２２によって算出された閾値ＳｉｇＢ（ｎ）を越える相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を抽出する。例えば、図６に示したように相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）と閾値ＳｉｇＢ（ｎ）が算出された場合、第１の閾値算出部２２４は、閾値ＳｉｇＢを越える相関平均として、ＳｉｇＣ（２）、ＳｉｇＣ（３）、ＳｉｇＣ（Ｋ−１）、およびＳｉｇＣ（Ｋ）を抽出する。
【００３１】
次に、第１の閾値算出部２２４は、抽出した相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で最大の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）を特定する。図６に示した例では、第１の閾値算出部２２４は、最大の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）としてＳｉｇＣ（Ｋ）を特定する。
【００３２】
次に、第１の閾値算出部２２４は、特定した相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）に、予め定められた定数Ｍ2をかけた値を閾値ＳｉｇＤとして算出し、算出した閾値ＳｉｇＤをフレームタイミング出力部２２５へ出力する。ここで、本実施形態において、定数Ｍ2は０より大きく１より小さい値である。
【００３３】
フレームタイミング出力部２２５は、相関平均算出部２２３によって算出された遅延タイミング毎の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で、第１の閾値算出部２２４によって算出された閾値ＳｉｇＤを超える相関平均を特定する。図６に示した例では、フレームタイミング出力部２２５は、閾値ＳｉｇＤを超える相関平均として、ＳｉｇＣ（２）、ＳｉｇＣ（Ｋ−１）、およびＳｉｇＣ（Ｋ）を特定する。
【００３４】
次に、フレームタイミング出力部２２５は、相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で最大の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）を特定し、特定した相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）から、ＯＦＤＭシンボルの先頭へ向かって所定期間の範囲内において、最も早い遅延タイミングの相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を特定する。本実施形態において、所定期間の範囲内とは、特定した相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）から、ＯＦＤＭシンボルの先頭へ向かって、ＯＦＤＭシンボル期間の例えば１／２の範囲内である。
【００３５】
図６に示した例では、フレームタイミング出力部２２５は、最大の相関平均としてＳｉｇＣ（Ｋ）を特定し、ＳｉｇＣ（Ｋ）から、ＯＦＤＭシンボルの先頭へ向かって、ＯＦＤＭシンボル期間の１／２の範囲内にある最も早い遅延タイミングの相関平均として、ＳｉｇＣ（Ｋ−１）を特定する。
【００３６】
そして、フレームタイミング出力部２２５は、特定した相関平均の遅延タイミングを、ＯＦＤＭシンボルのタイミングとしてパケット同期タイミング検出部２３に通知する。図６の例では、フレームタイミング出力部２２５は、特定したＳｉｇＣ（Ｋ−１）の遅延タイミングであるＫ−１を、ＯＦＤＭシンボルのタイミングとしてパケット同期タイミング検出部２３に通知する。
【００３７】
このように、フレームタイミング出力部２２５は、相関平均算出部２２３によって算出された相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中から、ＯＦＤＭシンボルのタイミングとする相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を決定するため、一時的な相関値のピークに同期することを防止することができ、受信機２０のより安定的な通信を実現することができる。
【００３８】
また、フレームタイミング出力部２２５は、最大の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）の所定割合となる閾値ＳｉｇＤを越える相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中から、ＯＦＤＭシンボルのタイミングとする相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を特定するため、ノイズをＯＦＤＭシンボルのタイミングとして捉えてしまうことを防止することができる。
【００３９】
また、フレームタイミング出力部２２５は、閾値ＳｉｇＤを越える相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で、最大の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）から所定期間内において最前の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）をＯＦＤＭシンボルのタイミングとするため、より確実に直接波のＯＦＤＭシンボルのタイミングに同期することができる。
【００４０】
なお、図７に示すように、閾値ＳｉｇＤを超える相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で最大の相関平均ＳｉｇＣ（３）から、ＯＦＤＭシンボルの先頭へ向かって、ＯＦＤＭシンボル期間の１／２の範囲内に、ＯＦＤＭシンボルの先頭の境界がある場合、フレームタイミング出力部２２５は、最大の相関平均ＳｉｇＣ（３）からＯＦＤＭシンボルの境界までの期間Ｔ1を、ＯＦＤＭシンボル期間の１／２から引いた残りの期間Ｔ2を算出する。
【００４１】
そして、フレームタイミング出力部２２５は、閾値ＳｉｇＤより大きい相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で、ＯＦＤＭシンボルの末尾の境界から先頭の境界へ向かって、期間Ｔ2の範囲内で最も早い遅延タイミングの相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を検索する。そのような相関平均が見つかれば、フレームタイミング出力部２２５は、その相関平均の遅延タイミングを、ＯＦＤＭシンボルのタイミングとしてパケット同期タイミング検出部２３に通知する。
【００４２】
図７に示した例では、期間Ｔ2の範囲内に相関平均ＳｉｇＣ（Ｋ）が１つだけ存在するため、フレームタイミング出力部２２５は、当該相関平均ＳｉｇＣ（Ｋ）の遅延タイミングであるＫを、ＯＦＤＭシンボルのタイミングとしてパケット同期タイミング検出部２３に通知する。
【００４３】
一方、期間Ｔ2の範囲内に、閾値ＳｉｇＤより大きい相関平均が存在しない場合、フレームタイミング出力部２２５は、期間Ｔ1の範囲内で最も早い遅延タイミングの相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を特定し、特定した相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の遅延タイミングであるｋを、ＯＦＤＭシンボルのタイミングとしてパケット同期タイミング検出部２３に通知する。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態について説明した。
【００４５】
上記説明から明らかなように、本実施形態のタイミング検出回路２２によれば、ＯＦＤＭシンボルタイミングを精度良く合わせることにより安定的な通信を実現することができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００４７】
例えば、上記した実施形態では、ＯＦＤＭ方式により変調された信号を受信する場合のＯＦＤＭシンボルタイミングの検出方法について説明したが、本発明はこれに限られず、フレームタイミングを検出して受信信号を復調・復号する受信機であれば、本発明を適用することができる。ＯＦＤＭシンボルは、フレームの一例である。
【００４８】
また、上記した実施形態において、第１の閾値算出部２２４は、相関平均算出部２２３によって算出された相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で、第２の閾値算出部２２２によって算出された閾値ＳｉｇＢ（ｎ）を越える相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）を抽出し、抽出した相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で最大の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）に定数Ｍ2をかけた値を閾値ＳｉｇＤとして算出するが、本発明はこれに限られない。
【００４９】
例えば、第１の閾値算出部２２４は、相関平均算出部２２３によって算出された相関平均ＳｉｇＣ（ｋ）の中で最大の相関平均ＳｉｇＣ（ｋ0）に定数Ｍ2をかけた値を閾値ＳｉｇＤとして算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０・・・無線通信システム、１１・・・基地局、２０・・・受信機、２１・・・アンテナ、２２・・・タイミング検出回路、２２０・・・相関器、２２１・・・信号生成部、２２２・・・第１の閾値算出部、２２３・・・相関平均算出部、２２４・・・第２の閾値算出部、２２５・・・フレームタイミング出力部、２３・・・パケット同期タイミング検出部、２４・・・復調・復号部、２５・・・データ処理部
【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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