(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム同期信号を含むフレーム構成の受信信号を受信する複数のアンテナと、該受信信号を周波数変換した受信ベースバンド信号を出力するベースバンド信号発生手段と、該受信ベースバンド信号及び誤差信号に基づいて、該受信ベースバンド信号の重み付けパラメータを出力するパラメータ演算手段と、該パラメータにより前記受信ベースバンド信号の重み付けを行い線形合成する合成手段と、該合成手段の出力信号と参照信号との差分をとって前記誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、前記誤差信号に基づいてフレームタイミングを検出するフレームタイミング検出手段とを有するフレーム同期回路において、前記フレームタイミング検出手段は、前記誤差信号における平均２乗誤差信号と、タイミング検出期間内の平均２乗誤差信号の平均値との比が、所定の閾値を越えた時点で、前記フレームタイミングを検出することを特徴とするフレーム同期回路。
【請求項２】
前記フレームタイミング検出手段は、
前記誤差信号の平均２乗を計算する平均２乗誤差演算手段と、
前記平均２乗誤差演算手段の出力信号を積算する積算手段と、
前記積算手段の出力信号の平均値を計算する平均値演算手段と、
前記平均２乗誤差演算手段の出力信号から、前記平均値演算手段の出力信号を減算する減算手段と、
前記平均２乗誤差演算手段の出力信号と、前記減算手段の出力信号とから割算を演算する割算演算手段と、
前記割算演算手段の出力信号と前記所定の閾値とを比較し、該所定の閾値を越えた時点で前記フレームタイミングを検出する閾値比較手段と
を有することを特徴とする請求項１に記載のフレーム同期回路。
【請求項３】
前記平均値演算手段は、前記受信ベースバンド信号の１サンプリング時間間隔前までの平均値を保持する記録手段を含み、該記録手段に保持された値を前記減算手段及び前記割算演算手段へ通知することを特徴とする請求項２に記載のフレーム同期回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレーム同期回路に関する。特に、ディジタル無線通信システムにおいて、同一チャネル干渉波が存在する伝搬環境下で、複数のアンテナ素子を用いて良好なフレームの同期タイミングを検出するための回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、従来のフレーム同期回路の構成図である。図２は、同期信号を含むフレーム構成図である。図２のフレーム構成によれば、プリアンブル信号Ｔpre２１と、時間幅Ｔdのデータ信号２２とからなる。プリアンブル信号Ｔpre２１は、フレーム同期タイミングの検出等に用いる同期信号である。
【０００３】
図１によれば、アンテナ１１で受信された受信信号は、ベースバンド信号発生器１２へ入力される。ベースバンド信号発生器１２は、キャリア信号発生器１６で生成されるキャリア信号を用いて、ＲＦ周波数帯の受信信号をベースバンド帯の受信ベースバンド信号に周波数変換する。更に、ベースバンド信号発生器１２は、受信ベースバンド信号をサンプリング周期Ｔs毎にサンプリングし、ディジタル信号に変換された受信ベースバンド信号を出力する。受信ベースバンド信号は、相関器１３に入力される。
【０００４】
相関器１３は、受信ベースバンド信号と、参照信号メモリ１７が出力するプリアンブル信号２１の一部である参照信号との相関を求めて出力する。複素数であるこの相関値は、絶対値２乗演算器１４に入力される。
【０００５】
絶対値２乗演算器１４は、相関値の絶対値２乗を求め、最大値検出器１５へ出力する。
【０００６】
最大値検出器１５は、フレーム信号区間Ｔf（Ｔpre＋Ｔd）において、相関値の絶対値２乗が最大となるタイミング、又は相関値の絶対値２乗が所定の閾値以上になるタイミングを、フレームの同期タイミングとして出力する。
【０００７】
図３は、図１のフレーム同期回路をアレイアンテナに適用した機能構成図である。
【０００８】
図３によれば、各アンテナ３１１〜３１Ｋによる受信信号に対して、それぞれベースバンド信号発生器３２１〜３２Ｋを設ける。これらによりＲＦ周波数帯の受信信号をベースバンド帯へ周波数変換し、受信ベースバンド信号を生成する。次に、各ベースバンド信号発生器３２１〜３２Ｋから出力された受信ベースバンド信号は、アンテナ毎の相関器３３１〜３３Ｋに入力され、参照信号メモリ３８に記憶されている参照信号との相関が計算され、その相関値が出力される。そして絶対値２乗演算器３４１〜３４Ｋは、この相関値の絶対値２乗を出力する。これらの値は全て加算器３５で加算され、最大値検出器３６に入力される。
【０００９】
最大値検出器３６は、フレーム信号区間Ｔf（Ｔpre＋Ｔd）における相関値の絶対値２乗が最大となるタイミング、又は相関値の絶対値２乗が所定の閾値以上になるタイミングを、フレームの同期タイミングとして出力する。図３の構成によれば、アレイアンテナにより相関値の絶対値２乗のピーク値を増幅することができ、フレーム同期の精度を向上させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１及び図３に表された従来のフレーム同期回路は、マルチパス伝搬環境下では、電力が最大となるパスのフレームタイミングを検出するものである。また、マルチパスフェージング環境下では、最大電力のパスが時間と共に変化し、フレームの同期タイミングも時間と共に変化する。従って、フレームの同期タイミングのジッタが増え、フレーム同期の検出精度が劣化するという問題があった。また、同一チャネル干渉波が所望波よりある程度以上強くなると、特性が劣化するという問題もあった。
【００１１】
そこで、本発明は、同一チャネル干渉波が所望波より強いような環境下にあるアダプティブアレイアンテナにおいて、簡易な構成で且つシンボル同期検出精度を高めるフレーム同期回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明を適用するフレーム同期回路は、フレーム同期信号を含むフレーム構成の受信信号を受信する複数のアンテナ４１と、該受信信号を周波数変換した受信ベースバンド信号を出力するベースバンド信号発生手段４２と、該受信ベースバンド信号及び誤差信号に基づいて、該受信ベースバンド信号の重み付けパラメータを出力するパラメータ演算手段４６と、該パラメータにより受信ベースバンド信号の重み付けを行い線形合成する合成手段４ｂと、該合成手段４ｂの出力信号と参照信号との差分をとって誤差信号を生成する誤差信号生成手段４ｃと、誤差信号に基づいてフレームタイミングを検出するフレームタイミング検出手段４ｄとを有するものである。
【００１３】
本発明のフレーム同期回路によれば、フレームタイミング検出手段４ｄは、誤差信号における平均２乗誤差信号と、タイミング検出期間内の平均２乗誤差信号の平均値との比が、所定の閾値を越えた時点で、フレームタイミングを検出することを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、フレームタイミング検出手段４ｄは、
誤差信号の平均２乗を計算する平均２乗誤差演算手段４９と、
平均２乗誤差演算手段の出力信号を積算する積算手段５１と、
積算手段の出力信号の平均値を計算する平均値演算手段５２と、
平均２乗誤差演算手段の出力信号から、平均値演算手段の出力信号を減算する減算手段５３と、
平均２乗誤差演算手段の出力信号と、減算手段の出力信号とから割算を演算する割算演算手段５４と、
割算演算手段の出力信号と所定の閾値とを比較し、該所定の閾値を越えた時点でフレームタイミングを検出する閾値比較手段４ａと
を有することも好ましい。
【００１５】
本発明の他の実施形態によれば、平均値演算手段５２は、受信ベースバンド信号の１サンプリング時間間隔前までの平均値を保持する記録手段を含み、該記録手段に保持された値を減算手段及び割算演算手段へ通知することも好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
図４は、本発明によるフレーム同期回路の機能構成図である。図４の上段部分によれば、複数のアンテナ４１１〜４１Ｋと、ベースバンド信号発生器４２１〜４２Ｋと、合成手段４ｂと、誤差信号生成手段４ｃと、パラメータ演算回路４６とを有する。合成手段４ｂは、複素乗算器４３１〜４３Ｋと、複素加算器４４とから構成される。誤差信号生成手段４ｃは、減算器４７及び参照信号メモリ４８から構成される。これらの構成については、同一発明者によって、特願２０００−４０００９４２号「フレーム同期回路及びフレームタイミング検出法」に開示されたものである。
【００１８】
受信ベースバンド信号発生器４２１〜４２Ｋは、複数のアンテナ４１１〜４１Ｋによって受信された受信信号を、キャリア信号発生器４５からの信号を用いて、ベースバンド帯に周波数変換した受信ベースバンド信号Ｘ１(j)〜ＸＫ(j)を生成する。jは、サンプリング点を示す。
【００１９】
パラメータ演算回路４６は、サンプリング周期Ｔsごとに、ベースバンド信号発生器４２１〜４２Ｋから出力された受信ベースバンド信号Ｘ１(j)〜ＸＫ(j)と、誤差信号ｅ(j)とに基づいて、誤差信号の平均２乗が最小となるように、任意のアルゴリズムを用いて、パラメータである重み付け係数Ｗ１〜ＷＫを演算する。その係数は、合成手段４ｂへ通知される。
【００２０】
合成手段４ｂは、サンプリング周期Ｔsごとに、ベースバンド信号発生器４２１〜４２Ｋから出力された受信ベースバンド信号Ｘ１(j)〜ＸＫ(j)と、干渉抑圧のための重み付け係数Ｗ１〜ＷＫとを、複素乗算器４３１〜４３Ｋで乗算する。複素乗算器４３１〜４３Ｋからの出力信号は、複素加算器４４によって加算される。複素加算器４４の出力信号は、サンプリング周期Ｔsごとに、合成信号であるアレイ出力信号ｙ(j)として出力される。この合成は、線形合成に相当する。これにより、受信ベースバンド信号Ｘ１(j)〜ＸＫ(j)に含まれる干渉波成分を打ち消すことができ、干渉波電力を雑音電力程度にまで抑圧することができる。
【００２１】
誤差信号生成手段４ｃは、アレイ出力信号ｙ(j)を入力する。そして、誤差信号生成手段４ｃは、減算器４７によって、アレイ出力信号ｙ(j)と、参照信号メモリ４８に保持してある参照信号ｄ(Tref/Ts)との差分を算出し、その差分を誤差信号ｅ(j)として出力する。
【００２２】
誤算信号ｅ(j)は、以下の式によって表される。
ｅ(j)＝ｄ(Tref/Ts)−ｙ(j−Tref/Ts)
【００２３】
尚、参照信号メモリ４８は、時間間隔Ｔpreのプリアンブル信号のうち、参照する信号区間を保持するものである。
【００２４】
次に、本願発明の特徴であるフレームタイミング検出手段４ｄについて説明する。この手段４ｄは、図４の下段部分に表されている。
【００２５】
フレームタイミング検出手段４ｄは、減算器４７から出力された誤差信号ｅ(j)を入力する。フレームタイミング検出手段４ｄは、平均２乗誤差演算器４９と、平均２乗誤差積算器５１と、平均２乗誤差平均値差演算器５２と、減算器５３と、割り算演算器５４と、閾値比較部４ａとから構成される。
【００２６】
誤差信号生成手段４ｃから出力された誤差信号ｅ(j)は、平均２乗誤差演算器４９に入力される。平均２乗誤差演算器４９は、誤差信号ｅ(j)の平均２乗を計算する。その出力信号Ａ(j)は、以下の式で表され、平均２乗誤差積算器５１及び減算器５３へ入力される。
【００２７】
【数１】
0003826810.tif 000002
【００２８】
平均２乗誤差積算器５１は、Ａ(j)の積算値ΣＡ(j)を、平均２乗誤差平均値演算器５２へ出力する。
【００２９】
次に、平均２乗誤差平均値演算器５２は、フレーム同期回路の動作開始時点から現在時点までの平均２乗誤差信号の平均値を演算する。この平均値Ｂ(j)は、以下の式で表される。
【００３０】
【数２】
0003826810.tif 000003
【００３１】
また、平均２乗誤差平均値演算器５２は、受信ベースバンド信号の１サンプリング時間間隔前までの平均値を保持する記録部を含み、その記録部に保持された値を減算器５３及び割算演算器５４へ通知する。
【００３２】
次に、減算器５３は、平均２乗誤差演算器４９の出力信号Ａ(j)と、平均２乗誤差平均値演算器５２の出力信号Ｂ(j)と差分を算出する。その出力信号（Ａ(j)−Ｂ(j)）は、割り算演算器５４へ出力される。
【００３３】
次に、割り算演算器５４は、減算器５３の出力信号（Ａ(j)−Ｂ(j)）を、平均２乗誤差平均値演算器５２の出力信号Ｂ(j)で、割り算演算を行う。割算値Ｃ(j)は、以下の式で表され、閾値比較部４ａに入力される。
【００３４】
【数３】
0003826810.tif 000004
【００３５】
最後に、閾値比較部４ａは、割算値Ｃ(j)と所定の閾値ＴＨとを比較し、閾値ＴＨ以下に落ちたタイミングを最適フレームタイミングとして出力する。これは、参照信号ｄ(Tref/Ts)とアレイ出力信号ｙ(j)とのタイミングが一致した時、誤差信号の２乗平均が確率的に一番小さくなるからである。
【００３６】
前述した本発明のフレーム同期回路の種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略が、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のフレーム同期回路によれば、干渉波抑圧のためにアレイアンテナを適用した場合、重み付けのための重みを計算するのに必要な誤差信号を、タイミング検出にも用いることにより、新たな同期回路が不要となり、シンボル同期検出精度を高めることが可能となる。そのシンボル同期検出精度が高められた例を、以下に説明する。
【００３８】
図５及び図６は、従来のフレームタイミング検出期間内のＡ(j)及びＢ(j)の特性例である。図５の平均２乗誤差平均値は、約０．９５である。図６の平均２乗誤差平均値は、約０．２３である。図５における２つのパス信号のフレームタイミングを検出するためには、閾値ＴＨは、０．５よりも大きくなければならない。しかしながら、閾値ＴＨが０．５では、図６における２つのパス信号のフレームタイミングを検出することはできない。
【００３９】
これに対し、図７は、本発明によるフレームタイミング検出期間内のＣ(j)の特性例である。図７によれば、本発明を適用することにより、図５及び図６それぞれの２つのパス信号のフレームタイミングに対する共通閾値ＴＨを検出することができる。図７によれば、共通閾値ＴＨは０．６であることが理解できる。このような共通閾値ＴＨを決定することにより、シンボル同期検出精度が高められる。
【００４０】
図８は、各パス毎のＳＮ比に対するタイミング検出誤り率のグラフである。図８は、８素子円形アレイを用いた例であり、素子間隔は半波長である。到来波は、３つのマルチパス波と１つの干渉波としている。ここでの各パスの合成は、パスダイバーシチ受信方式、即ちタイミング検出時の最小誤差比の順で選択されたパスを、最大比合成法により合成する方法を用いている。
【００４１】
図８によれば、図７に示した共通閾値ＴＨを用いることにより、タイミング誤り率が大幅に改善されていることが理解できる。
【００４２】
従って、本発明のフレーム同期回路を用いることにより、同一チャネル干渉波が所望波より強いような環境下にあるアダプティブアレイアンテナにおいて、簡易な構成で且つシンボル同期検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフレーム同期回路の構成図である。
【図２】同期信号を含むフレーム構成図である。
【図３】図１のフレーム同期回路をアレイアンテナに適用した機能構成図である
【図４】本発明によるフレーム同期回路の機能構成図である。
【図５】従来のフレームタイミング検出期間内のＡ(j)及びＢ(j)の第１の特性例である。
【図６】従来のフレームタイミング検出期間内のＡ(j)及びＢ(j)の第２の特性例である。
【図７】本発明によるフレームタイミング検出期間内のＣ(j)の特性例である。
【図８】各パス毎のＳＮ比に対するタイミング検出誤り率のグラフである。
【符号の説明】
１１、３１、４１  アンテナ
１２、３２、４２  ベースバンド信号発生器
１３、３３  相関器
１４、３４  絶対値２乗演算器
１５、３６  最大値検出器
１６、３７、４５  キャリア信号発生器
１７、３８、４８  参照信号メモリ
２１  プリアンブル信号
２２  データ信号
３５  加算器
４３  複素乗算器
４４  複素加算器
４６  パラメータ演算回路
４７  複素減算器
４９  平均２乗誤差演算器
４ａ  閾値比較部
４ｂ  合成手段
４ｃ  誤差信号生成手段
４ｄ  フレームタイミング検出手段
５１  平均２乗誤差積算器
５２  平均２乗誤差平均値演算器
５３  減算器
５４  割り算演算器
【図１】
0003826810.tif 000005
【図２】
0003826810.tif 000006
【図３】
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【図４】
0003826810.tif 000008
【図５】
0003826810.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
0003826810.tif 000012