(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した複素ベースバンド信号を遅延検波し、
該遅延検波した信号の自乗平均値を算出し、
該遅延検波した信号と、理想状態の遅延検波後信号パターンとの相関値を算出し、
該算出した相関値の自乗平均値が所定の値より大きいときに、該算出した相関値の自乗平均値と、前記遅延検波した信号の自乗平均値を比較し、
前記算出した相関値の自乗平均値が、前記遅延検波した信号の自乗平均値より大きくなった時点を、プリアンブル検出と判断することを特徴とする受信同期方法。
【請求項２】
請求項１記載の受信同期方法において、
前記求めた相関値を一定区間監視し、該相関値の最大値を求め、求めた該最大値を有する時点の同相信号成分及び直交信号成分からオフセット周波数を求めることを特徴とする受信同期方法。
【請求項３】
請求項２記載の受信同期方法において、前記オフセット周波数を求める方法は、
受信した複素ベースバンド信号を遅延検波し、
該遅延検波した信号について、振幅が最大値となる信号点を求め、
該振幅が最大値となる信号点と、オフセット周波数がない場合の信号点との位相差を求め、
該求めた位相差からオフセット周波数を算出することを特徴とする受信同期方法。
【請求項４】
受信した複素ベースバンド信号を遅延検波し、
該遅延検波した信号について、振幅が最大となる信号点の位置座標を求め、
該位置座標と、オフセット周波数がない場合の信号点との位相差を求め、
該求めた位相差からオフセット周波数を算出することを特徴とする受信同期方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はπ/4シフトQPSK変調方式を用いるディジタル無線通信システムにおける受信同期処理に関するものであり、特に通信開始時に全く同期がとれていない状態から高速に同期を行う高速同期処理の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２と図９を用いて従来の受信同期処理について説明する。図２は、従来の受信同期ブロックの構成を示すブロック図である。101は同相信号(I)入力端子、102は直交信号(Q)入力端子、113はルートロールオフフィルタ(RROF)、114は同期ワード検出部、115は識別点抽出処理部、116は信号記憶部、117はオフセット周波数(Δf)補正部、118は遅延検波部、119は符号判定部、120は受信成否判定部、201はプリアンブル相関演算部、202は自乗和計算部、203は規定値比較部、204は受信同期処理タイミング生成部、205はオフセット周波数(Δf)検出部である。
また図９は、同期バーストパターンの一例を示す図である。
【０００３】
図２において受信同期に利用する同期バーストは、図９に示す構成となっており、プリアンブル部はビット“1，0，0，1”の信号の繰り返しとなっている。
π/4シフトQPSK変調信号を直交検波した後の同相信号(I)と直交信号(Q)はそれぞれ、同相信号(I)入力端子101と直交信号(Q)入力端子102より入力する。
入力された同相信号(I)と直交信号(Q)はそれぞれ共に、プリアンブル相関演算部201とRROF113とに与えられる。この従来例では、信号の入力間隔を1シンボルの1/4とし、以降1サンプルと呼ぶものとする。
【０００４】
ここで、プリアンブル相関演算部201について、図３を用いて説明する。図３は、プリアンブル相関演算部201の構成を示すブロック図である。301は同相信号(I)入力端子、302は直交信号(Q)入力端子、303-1，303-2，‥‥‥，303-(N-1)は４サンプル遅延処理部、304-0，304-1，‥‥‥，304-(N-1)は複素乗算器、305-1，305-2，‥‥‥，305-(N-1)は複素加算器、306は同相信号出力端子、307は直交信号出力端子を示す。ここで、Nは自然数である。
図3において、同相信号(I)入力端子301と直交信号(Q)入力端子302は、それぞれ同相信号(I)と直交信号(Q)とを入力し、４サンプル遅延処理部303-1と複素乗算器304-0に与える。
複素乗算器304-0は、入力された同相信号(I)と直交信号(Q)とについて、プリアンブルパターンの共役複素数P0と複素乗算演算を行い、得られた結果を複素加算器305-1に与える。４サンプル遅延処理部303−1では入力された同相信号(I)と直交信号(Q)とをそれぞれ４サンプル分遅延させた後、複素乗算器304-1と４サンプル遅延処理部303-2とに与える。
以下同様に４サンプル間隔で乗算を行い、それぞれの結果を加算して、得られた結果を同相信号出力端子306と直交信号出力端子307を介して、図２の自乗和計算部202に与える。
【０００５】
自乗和計算部202では、入力された同相信号(I)と直交信号(Q)をそれぞれ自乗した後加算し、結果を規定値比較部203に与える。規定値比較部203では入力した相関の自乗和と規定値を比較し、相関の自乗和が規定値よりも大きければプリアンブルが検出されたとして“1”を出力し、それ以外の場合は“0”を出力し、受信同期タイミング生成部204に与える。
受信タイミング生成部204では、“1”が入力された場合には、RROF114による処理遅れおよび同期ワード区間までのシンボル数を考慮して、同期ワード検出区間を判定し、同期ワード区間の場合は“1”を、それ以外の場合には“0”の制御信号を同期ワード検出部114に与える。
【０００６】
RROF113では、帯域制限フィルタ処理を行い、帯域制限された信号（同相信号と直交信号）を同期ワード検出部114と識別点抽出部115とに与える。
同期ワード検出部114では受信同期タイミング生成部204からの制御信号に従い、入力信号に対し同期ワードパターンとの相関演算を行い、検出区間中の最大値を求め、識別点抽出タイミングを求める。求めた識別点抽出タイミングは識別点抽出部115に与えられる。
また、同期ワード検出部114は、同期ワードの先頭が信号記憶部116のどの位置にあるのかをオフセット情報としてオフセット周波数検出部205とオフセット周波数補正部とに与える。
識別点抽出部115では、同期ワード検出部114からのタイミング情報に基づいて識別点を抽出し、抽出された識別点の情報を信号記憶部116に与える。
【０００７】
オフセット周波数検出部205では、信号記憶部116中の同期ワードを先頭から読み出し、同期ワード区間の位相変化量からオフセット周波数を求め、オフセット周波数補正部117に与える。
オフセット周波数補正部117は、オフセット周波数検出部から与えられるオフセット周波数情報により、信号の位相補正量を求め、信号記憶部116中の同期ワード信号に対して補正を行い、位相補正した同相信号(I)と直交信号(Q)とをそれぞれ遅延検波部118に与える。
【０００８】
遅延検波部118では、入力された同相信号(I)と直交信号(Q)と、１シンボル前に入力された同相信号(I)と直交信号(Q)の共役複素数と、複素乗算演算を行い、符号判定部119に与える。
符号判定部119では、入力した同相信号(I)と直交信号(Q)の正負を判定し、ビット情報を求め、受信成否判定部120に与える。
受信成否判定部120では同期ワード部のビットパターンと入力したビット情報との比較を行い、誤りビット数を求め、その値が規定値以下ならば受信成功とし、それ以外なら受信失敗と判定をする。
受信が成功した場合は今までの処理で得られたタイミング情報を用いて、以降の処理を行い、失敗した場合は、もう一度プリアンブルの検出処理からの処理を繰り返す。
【０００９】
図４によって、オフセット周波数の有無によるプリアンブル遷移パターンについて説明する。図４は、オフセット周波数がない場合（図４(a)）とオフセット周波数が存在する場合（図４(b)）のプリアンブル遷移パターンについてI-Q平面で表した図である。横軸が同相信号成分I、縦軸が直交信号成分Qを表す。
通常プリアンブルは図４(a)に示す遷移となるが、オフセット周波数が存在する場合、プリアンブルパターンは変化し、図４(b)のような遷移となる。
上述の従来技術では、理想プリアンブルパターンと入力信号の相関演算を行うことにより、この遷移パターンを検出していたが、この図４(b)に示したように、オフセット周波数が存在する場合、遷移位置が変わるためプリアンブルパターンと特定することが困難となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術では、プリアンブル区間数シンボル分の遷移を利用して、プリアンブルを検出しようとするため、オフセット周波数により遷移が変化するため、オフセット周波数が存在する場合は遷移位置が変わるためプリアンブルパターンと特定することが困難となる欠点があった。
本発明の目的は、上記のような欠点を除去し、オフセット周波数による影響を軽減した受信同期処理を行う受信同期方式を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の受信同期方法は、プリアンブル部が数シンボル区間で同一信号の繰り返しであり、プリアンブル部を遅延検波した場合の同相信号の遷移、及び直交信号の遷移が同一の遷移を繰り返しであることから、位相はオフセット周波数分回転しているが、２点間の遷移を繰り返すという特徴は失われない、本発明ではこの特性を利用して受信同期処理を行う。
即ち、本発明の受信同期方法は、プリアンブル部を遅延検波した場合の同相信号の遷移、及び、直交信号の遷移が同一の遷移を繰り返しであることから、オフセット周波数が存在しても存在しなくても、位相はオフセット周波数分回転しているが、２点間の遷移を繰り返すという特徴を利用し、この最大値を出力する信号点と、オフセット周波数がない場合の信号点との位相差をオフセット周波数として求める。
【００１２】
即ち、本発明の受信同期方法は、受信した複素ベースバンド信号を遅延検波し、遅延検波した信号の自乗平均値を算出し、遅延検波した信号と、理想状態の遅延検波後信号パターンとの相関値を算出し、算出した相関値の自乗平均値が所定の値より大きいときに、算出した相関値の自乗平均値と、遅延検波した信号の自乗平均値を比較し、算出した相関値の自乗平均値が、遅延検波した信号の自乗平均値より大きくなった時点を、プリアンブル検出と判断する。
また、求めた相関値を一定区間監視し、相関値の最大値を求め、求めた最大値を有する時点の同相信号成分及び直交信号成分からオフセット周波数を求める。
【００１３】
即ち、本発明の受信同期方法のオフセット周波数を求める方法は、受信した複素ベースバンド信号を遅延検波し、遅延検波した信号について、振幅が最大値となる信号点を求め、振幅が最大値となる信号点と、オフセット周波数がない場合の信号点との位相差を求め、求めた位相差からオフセット周波数を算出する。
また更に、本発明の受信同期方法は、受信した複素ベースバンド信号を遅延検波し、遅延検波した信号について、振幅が最大となる信号点の位置座標を求め、位置座標と、オフセット周波数がない場合の信号点との位相差を求め、求めた位相差からオフセット周波数を算出するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１によって説明する。図１は本発明の一実施例の受信同期ブロックの構成を示すブロック図である。従来技術で説明した構成要素と同一の機能の構成要素には同一の番号を付した。その他、103はプリアンブル検出用遅延検波処理部、104は自乗和平均計算部、105は乗算器、106は相関処理部、107は自乗和計算部、108は平均計算部、109は判定部、110は受信同期処理タイミング生成部、111は最大値検索部、112はオフセット周波数(Δf)検出部である。
図１において、  π/4シフトQPSK変調信号を直交検波した後の同相信号(I)と直交信号(Q)はそれぞれ、同相信号(I)入力端子101と直交信号(Q)入力端子102より入力する。受信同期に利用する同期バーストは、図２と同様で、図９に示した構成となっており、プリアンブル部はビット“1，0，0，1”の信号の繰り返しとなっている。
【００１５】
入力された同相信号(I)と直交信号(Q)はそれぞれ共に、プリアンブル検出用遅延検波部103とRROF113とに与えられる。この実施例でも、従来技術の説明同様に、信号の入力間隔を1シンボルの1/4間隔とする。
RROF113では、帯域制限フィルタ処理を行い、帯域制限された信号（同相信号と直交信号）を同期ワード検出部114と識別点抽出部115とに与える。
【００１６】
ここで、プリアンブル検出用遅延検波部103について、図６を用いて説明する。図６は、プリアンブル検出用遅延検波部103の一構成例を示すブロック図である。601は同相信号(I)入力端子、602は直交信号(Q)入力端子、603は４サンプル遅延処理部、604は共役複素数計算部、605は複素乗算部、606は同相信号出力端子、607は直交信号出力端子を示す。
図６において、同相信号(I)入力端子601と直交信号(Q)入力端子602は、それぞれ同相信号(I)と直交信号(Q)とを入力し、４サンプル遅延処理部603と複素乗算器605に与える。このとき複素乗算器605に入力する信号は現信号である。
４サンプル遅延処理部603は入力された信号（同相信号(I)と直交信号(Q)）をそれぞれ４サンプル分遅延させ、共役複素数計算部604に与える。共役複素数計算部604は、入力された信号の共役複素数を求め、複素乗算部605に与える。このとき複素乗算器605に入力する信号は遅延信号である。
複素乗算部605では現信号と遅延信号との複素乗算処理を行い、同相成分出力端子606と直交成分出力端子607を介して、処理結果（同相信号iと直交信号q）を図１の自乗和平均計算部104と相関演算部106とにそれぞれ与える。
【００１７】
次に、相関演算部106について、図７を用いて説明する。図７は、相関演算部106の一構成例を示すブロック図である。701は同相信号入力端子、702は直交信号入力端子、703-1，703-2，‥‥‥，703-(N-1)は４サンプル遅延処理部、704-0，704-1，‥‥‥，704-(N-1)は複素乗算部、705-1，705-2，‥‥‥，705-(N-1)は複素加算処理部、706は同相成分出力端子、707は直交成分出力端子を示す。ここで、N=16である。
図７の処理動作は、従来技術で説明した図３の相関演算と同様なので説明は省略する。ただし、図３の例では、複素乗算器304-0，305-1，‥‥‥，305-(N-1)で入力信号に乗算される係数値がプリアンブルパターンの共役複素数P0，P1，‥‥‥，P(N-1)であったが、本実施例の図７では、複素乗算器704-0，704-1，‥‥‥，704-(N-1)で入力信号に乗算される係数値は、遅延検波後の理想プリアンブルパターンである。
【００１８】
即ち図７において、相関演算は、入力信号と遅延検波後の理想プリアンブルパターンとで行なわれる。この遅延検波後の理想プリアンブルパターンは(-1，1)および(1，-1)の繰り返しで表わされる。そして、相関演算時には共役複素数で演算を行うため、DM＝(-1，-1)、DM+1＝(1，1)とする（M=0，1，‥‥‥，7）。従って、複素乗算器704-0と704-1では、係数P′0として、D0＝(-1，-1)、の“-1”がそれぞれ入力信号に乗算され、複素乗算器704-2と704-3では、係数P′1として、D1＝(1，1)、の“1”がそれぞれ入力信号に乗算され、以下、複素乗算器704-4と704-5では、係数P′2とP′3として、D2＝(-1，-1)、の“-1”、複素乗算器704-6と704-7では、係数P′4とP′5として、D3＝(1，1)、の“1”、‥‥‥、複素乗算器704-14と704-15では、係数P′14とP′15として、D7＝(1，1)、の“1”がそれぞれ入力信号に乗算される。
相関演算の処理結果（同相信号i′と直交信号q′）は、図１の自乗和計算部107とオフセット周波数検出部112とにそれぞれ与えられる。
【００１９】
自乗和計算部107は、入力された信号（同相信号iと直交信号q）をそれぞれ自乗した後加算し、その処理結果（=i′2＋q′2）を平均計算部108と最大値検索部111とに与える。平均計算部108では、平均処理を行った後、判定部109へ平均処理結果Pを与える。
自乗和平均計算部104は、入力された信号をそれぞれ自乗した後加算し（=i2＋q2）、更に平均化処理を行った後、結果を乗算器105に与える。乗算器105では定数kを乗算し、判定部109に乗算結果Aを与える。
【００２０】
図８は、同期バーストパターンと、相関値及び比較値変動の一例を示す図である。
例えば、図８上部に示すようなフレーム構成（図９と同じもの）の場合、平均計算部108での平均処理結果Pと乗算器105での乗算結果Aは、図８下部に示すような値をとる。
判定部109は、無信号区間を判定するため、乗算結果Aと雑音レベル規定値を比較し、乗算結果Aがあらかじめ定めた所定の値（図８の雑音レベル規定値）以上ならば、平均処理結果Pと乗算結果Aを比較する。平均処理結果Pが乗算結果A以上となった時点（図８の検出時点）でプリアンブル検出と判断し、受信同期タイミング生成部110に検出情報を与える。
【００２１】
受信同期タイミング生成部110は、プリアンブルパターンの検出情報を受け、同期ワード検出部114に対しては、同期ワード部までシンボル数とRROF113の処理遅れを考慮し、同期ワード検出タイミングを求め、同期ワード区間の場合は“1”を、それ以外の場合には“0”の制御信号を同期ワード検出部114に与える。
この時、プリアンブル検出タイミングが時間的に前後した場合を考慮して、同期ワード区間の前後数シンボルを含めて同期ワード検出区間とする。また、最大値検索部111とオフセット周波数検出部112に対しては、プリアンブル区間の数シンボル時間分動作するようタイミング情報を与える。
【００２２】
最大値検索部111は、入力されたタイミング情報に従い、最大値と現在の値を比較し、現在の値が最大値より大きければ、その値を最大値として記憶し、オフセット周波数検出部112に対して、その時点の同相および直交信号を記憶するよう制御情報を与える。この動作は受信同期タイミング部110からのタイミング情報に従い、数シンボル時間行われる。
オフセット周波数検出部112は、最大値検出が終わった時点で記憶している同相および直交成分から、オフセット周波数を求め、オフセット周波数補正部117に与える。このオフセット周波数を求める方法を図５によって説明する。
【００２３】
図５は、プリアンブル検出用遅延検波部103で遅延検波後のプリアンブル遷移パターンのコンスタレーションを示す図である。図５(a)はオフセット周波数がない場合のコンスタレーションである（横軸は同相信号成分I、縦軸は直交信号成分Q）、図(b)はオフセット周波数がある場合のコンスタレーションである（横軸は同相信号成分I、縦軸は直交信号成分Q）である。
図５において、プリアンブル部を遅延検波した場合の同相信号の遷移、及び、直交信号の遷移が同一の遷移を繰り返しであることから、オフセット周波数が存在しても存在しなくても、位相はオフセット周波数分回転しているが、２点間の遷移を繰り返すという特徴は失われない。この最大値を出力する時点は図５(b)の黒点で示す時点であり、その際の同相信号成分と直交信号成分とからオフセット周波数を求めることができる。オフセット周波数がない場合は図５(a)に示した遷移を繰り返すので、このときの遷移点との角度差Δω（=2πΔfT）として、オフセット周波数（fはオフセット周波数）を求めることができる。
【００２４】
一方RROF113では、帯域制限フィルタ処理を行い、結果を同期ワード検出部114および識別点抽出部115へ出力する。同期ワード検出部114では受信同期タイミング生成部110からの制御信号に従い、入力信号に対し同期ワードパターンとの相関演算を行い、検出区間中の最大値を算出し、識別点抽出タイミングを求める。求めた識別点抽出タイミングは識別点抽出部115に与える。また、同期ワードの先頭が信号記憶部116のどの位置にあるのかをオフセット周波数補正部117に与える。識別点抽出部115では同期ワード検出部114からのタイミング情報を元に識別点を抽出し、信号記憶部116に与える。オフセット周波数補正部117ではオフセット周波数検出部112からのオフセット周波数情報より信号の位相補正量を求め、信号記憶部116中の同期ワード信号に対してオフセット周波数の補正を行い、遅延検波部118に与える。遅延検波部118では入力信号と１シンボル前の信号の共役複素数と乗算演算を行い、符号判定部119に与える。符号判定部119では入力した信号の正負を判定しビット情報を求め、受信成否判定部120に与える。受信成否判定部120では同期ワード部のビットパターンと入力したビット情報との比較を行い、誤りビット数を求め、その値が規定値以下ならば受信成功とし、それ以外なら受信失敗と判定をする。受信が成功した場合は今までの処理で得られたタイミング情報を用いて、以降の処理を行い、失敗した場合は、もう一度プリアンブルの検出処理からの処理を繰り返す。
【００２５】
【発明の効果】
以上のことから、本発明による受信同期方式によりオフセット周波数が原因となって生ずる位相誤差によるプリアンブル部の未検出あるいは誤検出を軽減し、受信同期を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例の受信同期ブロックの構成を示すブロック図。
【図２】  従来の受信同期ブロックの構成を示すブロック図。
【図３】  プリアンブル相関演算部の一構成例を示すブロック図。
【図４】  オフセット周波数がない場合とある場合のプリアンブル遷移パターンの図。
【図５】  遅延検波後のプリアンブル遷移パターンを示す図。
【図６】  プリアンブル検出用遅延検波部の一構成例を示すブロック図。
【図７】  相関演算部106の一構成例を示すブロック図。
【図８】  同期バーストパターンと、相関値及び比較値変動の一例を示す図。
【図９】  同期バーストパターンの一例を示す図。
【符号の説明】
101：同相信号(I)入力端子、  102：直交信号(Q)入力端子、  103：プリアンブル検出用遅延検波処理部、  104：自乗和平均計算部、  105：乗算器、  106：相関処理部、  107：自乗和計算部、  108：平均計算部、  109：判定部、  110：受信同期処理タイミング生成部、  111：最大値検索部、  112：オフセット周波数(Δf)検出部、  113：ルートロールオフフィルタ(RROF)、  114：同期ワード検出部、  115：識別点抽出処理部、  116：信号記憶部、  117：オフセット周波数(Δf)補正部、  118：遅延検波部、  119：符号判定部、  120：受信成否判定部、  201：プリアンブル相関演算部、  202：自乗和計算部、  203：規定値比較部、  204：受信同期処理タイミング生成部、  205はオフセット周波数(Δf)検出部、  301：同相信号(I)入力端子、  302：直交信号(Q)入力端子、  303-1，303-2，‥‥‥，303-(N-1)：４サンプル遅延処理部、  304-0，304-1，‥‥‥，304-(N-1)：複素乗算器、  305-1，305-2，‥‥‥，305-(N-1)：複素加算器、  306：同相信号出力端子、  307：直交信号出力端子、  601：同相信号(I)入力端子、  602：直交信号(Q)入力端子、  603：４サンプル遅延処理部、  604：共役複素数計算部、  605：複素乗算部、  606：同相信号出力端子、  607：直交信号出力端子、  701：同相信号入力端子、  702：直交信号入力端子、  703-1，703-2，‥‥‥，703-(N-1)：４サンプル遅延処理部、  704-0，704-1，‥‥‥，704-(N-1)：複素乗算部、  705-1，705-2，‥‥‥，705-(N-1)：複素加算処理部、  706：同相成分出力端子、  707：直交成分出力端子。
【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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