JP2008236565A - 無線フレームの先頭位置検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は複数のシンボルで構成され各シンボル内の先頭に自シンボル内の終端の所定のサンプル数のデータを複写したガードインターバル（ＧＩ）を備え，先頭のシンボルの第１のＧＩが他のシンボルの第２のＧＩより長いＯＦＤＭの無線フレームの先頭位置を簡易な構成で短時間に検出することを目的とする。
【解決手段】入力フレームと入力フレームを所定長遅延させた信号を各位相毎に自己相関の演算をし，その出力を第１と第２のＧＩの各時間で積分をし，フレームの任意位置において，第１のＧＩを持つシンボルと第２のＧＩを持つシンボルの配置位置の１フレーム内に発生可能な配列の組合せに対応した個数の相関結果の加算を各積分値の出力に対して行って結果を記憶し，記憶した各相関結果からピーク値の位相とＧＩ長を検出して，フレームの先頭位置を求めるよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は無線フレームの先頭位置検出方法及び装置に関し，特に周波数成分が互いに直交関係にある複数のキャリアを用いて情報信号を変調して伝送するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重化) の無線フレームの先頭位置の検出方法及び装置に関する。

移動体通信で用いられるＯＦＤＭにおいては，複数のＯＦＤＭシンボルの集まりをフレームと呼ばれる伝送単位とすると，復調以降の処理のためにフレーム先頭位置の抽出が必要である。

図７はＯＦＤＭフレームの構成例である。図７には移動通信において採用されているＯＦＤＭフレームの構成が示され，１フレームは０．５ｍｓで３８４０サンプル（標本）で構成され，この例では１フレームは７個のシンボルで構成され，先頭のシンボルは５５２サンプル，残りの６個のシンボルは５４８サンプルで構成される。各シンボルの先頭にはシンボル間干渉を防ぐためのガード区間としてＧＩ（ガードインターバル）が設けられ，先頭シンボルのガードインターバル（ＧＩ１という）は４０サンプルであり，先頭シンボルの終端部分からガードインターバル長（４０サンプル）分の信号を先頭部分に複製（コピー）することで生成する。先頭以外の６個のシンボルのガードインターバル（ＧＩ２という）は３６サンプルであり，各シンボルの終端部分からガードインターバル長（３６サンプル）分の信号をそれぞれのシンボルの先頭に複製することにより生成される。図７に示すフレーム構成は，横軸が時間を表し，縦軸が周波数の分布を表し，複数の周波数を用いられることを示している。

図８はパイロットパターンを用いた従来方法の説明図，図９はパイロットパターンを用いた構成図である。この従来例では，送信側においてＡに示すようなフレームのパターンに対して，そのフレームの先頭位置に同期してＢに示すようなパイロットパターン（５５２サンプル長）が多重化されて送信される。このようなフレームを受信した時，Ｃに示すように時間ｔ１（任意時間位置）にフレームの先頭位置の検出を開始したものとする。この場合，受信側には予めパイロットパターンが通知されており，５５２サンプルのパイロットパターンの相関ウィンドウにより受信フレームの各サンプルの位相毎に順番に相関をとった後で，最も高い相関結果を示した相関開始位置を検出するもので，図９に示す構成により行う。

図９の構成では，受信アンテナ８０からＯＦＤＭの無線信号を受信すると，ＲＦ増幅器８１で増幅して，Ａ／Ｄ変換器８２でディジタル信号に変換されて相互相関器８４に入力される。相互相関器８４ではパイロットレプリカパターン生成器８３から発生するパイロットパターンとＡ／Ｄ変換器８２からのディジタル信号と５５２位相分（パイロットパターン長）の相互相関の演算を行う。但し，相互相関動作は，（５５２＋５４８×６）＝３８４０の位相分連続して実行され，各位相毎に５５２サンプル分の相関結果を積分器８５で求め，求めた各積分値が相関結果格納部８６に各位相毎に格納され，合計して３８４０位相分の相関結果のデータが得られる。相関結果格納部８６に格納された３８４０位相分のデータからピーク値検出部８７によりピーク値を検出すると，そのピーク値を発生した位相をタイミング算出部８８で算出し，フレーム先頭タイミングが求められる。

図９の構成により上記図８に示すフレームについて先頭の検出を行った場合，図８の時間ｔ２に示す位置でパイロットパターン（先頭位置）との最も高い相関結果を得ることができる。

この図８，図９に示す方法では，パイロットパターン分の並列相関器が必要であり，予め受信側に通知されたパイロットパターンとの相関処理を連続した１フレーム間に渡って行う必要がある。

また，連続した１フレーム間に渡る相関を行なわずにすむ方法として２段階の検出を行う方法がある。すなわち，第１段階では入力したデータを５１２サンプル分蓄積（５１２サンプル分遅延）して，遅延したデータと入力データとの相関をとり，入力データのシンボルの先頭位置を検出する。先頭位置を検出した後，第２段階としてシンボル先頭位置を中心として±αの範囲でパイロットパターンとの相関処理を行うものである。この２段階方法での検出を行えば，パイロットパターンとの相関範囲を狭めることは可能であるが，第１段階分の処理に時間を要し，第２段階を含めると長時間を要する。

従来のＯＦＤＭの技術において，ガード区間の相関をヌルシンボルを併用し，ガード区間で区分積分して得た波形を用いてピークを検出することでフレームタイミング信号を発生してフレーム信号を生成してフレーム同期信号の同期をかける技術が存在する（特許文献１参照）。
特開平１０−３１３２８４号公報

上記図８，図９に示す方法ではパイロットパターンとの相関処理を連続した１フレーム間に渡って行うために処理時間を要すると共にパイロットパターン分の並列相関器が必要であり，更にパイロットパターンを取得する必要があるという問題がある。また，上記のパイロットパターンを用いて２段階処理を用いる方法は，第１段階のシンボル先頭位置の検出に多くの時間を要するという問題がある。

本発明は複数のＯＦＤＭのシンボルからなり，各シンボルの先頭にシンボル内のデータの終端部分の所定数のサンプルを複写（コピー）したガードインターバルを備え，且つフレームの先頭のシンボルのガードインターバルが他のシンボルのガードインターバルより長い構成を備えたＯＦＤＭのフレームの先頭位置を簡易な構成で短時間に検出することができる無線フレームの先頭位置検出方法及び装置を提供することを目的とする。

図１は本発明の原理説明図である。図中，本発明が対象とするＯＦＤＭのフレームはｎ個のシンボルからなるが，ｎ＝７の例について以下に説明する。また，各シンボルの先頭にシンボル内の終端の所定サンプル数のデータを複写したガードインターバルを備え，且つフレームの先頭のシンボルの第１のガードインターバル（ＧＩ１）のサンプル数（４０サンプル）が後続の６個のシンボルの第２のガードインターバル（ＧＩ２）のサンプル数（３６サンプル）より長いフレームとする。図１において，ａは入力フレーム，ｂは各シンボル内のガードインターバルを除いたサンプル数である５１２サンプル時間分フレームａを遅延した入力フレームの遅延信号，ｃはフレーム先頭検出開始位置（任意位置）から入力フレームａと遅延した入力フレームｂとの自己相関を取って，その相関結果を第１のガードインターバルのサンプル数分積分する第１の積分ｄ１と第２のガードインターバルのサンプル数分積分する第２の積分ｄ２の並列動作を表す。第１と第２の積分の出力は，図１のｅに示すｅ１〜ｅ７として示す７種類のパターンとの相関をとるために積分値の加算が行われる。これは，フレーム内の任意のシンボルからフレーム先頭位置の検出を開始すると，１フレーム分のガードインターバル相関処理を行う際に出現するガードインターバル長の組合せは，長いガードインターバル（４０サンプル）と短いガードインターバル（３６サンプル）の組合せとなる次の(1) 〜(7) の７通りとなる。

(1) 40−36−36−36−36−36−36
(2) 36−36−36−36−36−36−40
(3) 36−36−36−36−36−40−36
(4) 36−36−36−36−40−36−36
(5) 36−36−36−40−36−36−36
(6) 36−36−40−36−36−36−36
(7) 36−40−36−36−36−36−36
この７つのガードインターバル（ＧＩ）の組合せのどの組合せに該当するかを識別するための７つの組合せのパターンが図１のｅ１〜ｅ７である。パターンｅ１は先頭の(1) に第１のガードインターバルＧＩ１（４０サンプル長）が位置し，(2) 〜(7) の位置に第２のガードインターバルＧＩ２（３６サンプル長）が位置しているパターンであり，パターンｅ２は先頭の(1) 〜(6) に第２のガードインターバルＧＩ２が位置し，(7) に第１のガードインターバルＧＩ１が位置している。パターンｅ３〜ｅ７も第１のガードインターバルＧＩ１がそれぞれ(6),(5),(4),(3),(2) の位置に配置され，その他の位置に第２のガードインターバルＧＩ２が配置されたパターンである。

ＧＩ１の積分とＧＩ２の積分の値をｅ１〜ｅ７の７つのＧＩ長並びに対して，各位相毎に相関結果の加算（２つの積分値を７種類の組合せの各ＧＩ長の値の部分に設定）が行われて，各位相毎の各組合せに対応する相関結果を格納部ｆに記憶する。この動作を第１のガードインターバルＧＩ１を含むシンボルの長さに対応する５５２位相（５５２サンプル長）分について行い，更に同じ位相について次の５５２位相後にその時の積分の値を，前回の同じ位相の値に加算して記憶し，１フレームの期間（３８４０サンプル分）繰り返して実行する。これにより，格納部ｆには５５２（位相）×７（種）＝３８６４個のデータが得られる。このデータの中から，ピーク値検出ｇの処理によりピーク値を検出して，ピーク値が検出された位相及びガードインターバル長（またはＧＩ長組合せ）を検出する。この検出結果に基づいて演算を行って，フレームの先頭位置を出力する。

なお，上記の説明では図１に示す例によりフレームの先頭に挿入されるガードインターバル長のみ異なるフレーム構成の先頭検出動作を示したが，フレームの他のガードインターバル位置が特定できる構成であれば，同様の原理でフレームの先頭位置の検出が可能である。

本発明により複数シンボルで構成され，特定（先頭）のシンボル内のガードインターバル長が他のシンボルのガードインターバル長と異なるＯＦＤＭのフレームの先頭位置をガードインターバル部分の相関結果をシンボル長の位相分検出することが可能となる。

また，フレームのガードインターバルの構成が分かれば，先頭を特定するためのパイロットパターンや同期チャネルのコードを指定することなしにフレーム先頭位置の検出が可能となる。そして，従来のＧＩ相関とパイロットパターン相関の２段法に比べて短時間でのフレーム先頭位置の検出が可能となる。

図２は実施例の構成を示す図である。図中，１０はアンテナ，１１は無線周波（ＲＦ:Radio Frequency) 増幅部，１２はＡ／Ｄ変換部，１３は遅延部，１４は自己相関部，１５−１は第１のガードインターバル（ＧＩ１）の長さ（４０サンプル）の積分を行う第１の積分部，１５−２は第２のガードインターバル（ＧＩ２）の長さ（３６サンプル）の積分を行う第２の積分部，１６−１〜１６−７は相関結果加算部♯１〜♯７，１７はメモリで構成され，５５２位相×７種＝３８６４個の相関結果が格納される相関結果格納部，１８はピーク値検出部，１９はタイミング算出部である。

この実施例では上記図１に示すＯＦＤＭのフレーム構成を備える無線信号がアンテナ１０から受信され，ＲＦ増幅部１１で無線信号が増幅され，その出力信号はＡ／Ｄ変換部１２でディジタル信号に変換される。ディジタル信号は一方で自己相関部１４へ入力され，他方は遅延部１３へ入力される。遅延部１３ではＯＦＤＭのフレームの各シンボルの中のガードインターバルを除いた部分のデータ長の５１２サンプル分遅延する。Ａ／Ｄ変換部１２からの出力信号と遅延部１３からの遅延出力信号とは自己相関部１４において自己相関の演算が行われ，その出力は第１の積分部１５−１で４０サンプル分の積分を行い，第２の積分部１５−２で３６サンプル分の積分を行う。これらの２つの積分値は各ガードインターバルの７つの組合せパターンに対応した相関結果加算部１６−１〜１６−７で加算される。この組合せパターンは上記図１の説明において記載した(1) 〜(7) に示す組合せであり，図１にｅ１〜ｅ７として示すものである。

上記の(1) 〜(7) の各組合せに対応して設けた相関結果加算部♯１〜♯７による第１と第２の積分部の各位相に対応する相関結果加算値は各位相別に相関結果格納部１７に各組合せ別に格納される。こうして，５５２位相分（先頭シンボル長分）のデータが相関結果格納部１７に格納されると，その中から最大値をピーク値検出部１８で検出する。ピーク値が検出されると，その位相及び組合せパターンの種別に基づいて，フレーム先頭位置をタイミング算出部１９により算出する。

次に実施例の具体的な動作例を図３乃至図５に示す実施例のタイムチャート（その１）〜（その３）により説明する。また，図６は実施例のタイムチャートに対応した位相別，組合せ別の相関結果加算値の例である。

図３乃至図５において，ａは受信信号，ｂは５１２サンプル時間の遅延部（図２の１３）で遅延した受信信号，ｃは受信信号ａと遅延受信信号ｂの自己相関開始（任意のフレーム先頭検出開始時点）からの時間（または位相）を表し，０，１，２，……の各数値は開始時点からの時間（位相であり，サンプル数にも対応する）である。自己相関部（図２の１４）で自己相関を開始すると，その出力が第１の積分部（図２の１５−１）で３６サンプルの積分が行われ図３のｄ１に位相０，１，２，……に開始された積分の様子が示され，第２の積分部（図２の１５−２）で４０サンプルの積分が行われ図３のｅ１に位相０，１，２，……に開始された積分の様子を示す。ｄ１の場合は第２のガードインターバルの長さである３６サンプルのため先頭が開始位置の０から３５までの信号の相関結果の積分を行い，次に１〜３６までの信号の相関結果の積分を行い，以下順次各位相について同様に実行される。ｅ１の場合は，第１のガードインターバルの長さである４０サンプルについて，開始位置の０から３９までの信号の相関結果の積分を行い，次に１〜４０までの信号の相関結果の積分を行い，以下，各位相について同様の積分が実行される。

図４は上記図３に続く受信信号及び遅延受信信号について示され，ｄ３，ｅ３はフレーム先頭検出開始位置から５５０（サンプル）になった時の３６サンプルの積分と４０サンプルの積分とが示され，図５は更に図４の時間より後のフレーム先頭検出開始時点から３８３８サンプル以後の３６サンプルの積分と４０サンプルの積分が連続した複数の位相について実行される様子を示す。

図６は位相１，位相２，…，位相５５２という一部の位相についてのＧＩ長並び（ガードインターバルの組合せパターン）の組合せ１〜組合せ７のそれぞれについての相関結果加算値を格納した相関結果格納部（図２の１７）のデータを示す。すなわち，位相１について，組合せ１のＧＩ長並びに対して，相関結果加算値は，「０」，「５５２」，「１１００」，「１６４８」，「２１９６」，「２７４４」，「３２９２」の各加算値が得られ，組合せ２のＧＩ長並びに対して，「０」，「５４８」，「１０９６」，「１６４４」，「２１９２」，「２７４０」，「３２８８」の各加算値が得られ，同様に組合せ３〜組合せ７について相関結果の加算値が得られる。

図５に示すような相関結果加算のデータが５５２位相×７種＝３８６４個のデータが得られると，その中から最大相関値のピーク値を検出して，その位相及びガードインターバル組合せの種別（またはガードインターバル長）を検出することができる。

本発明の原理説明図である。 実施例の構成を示す図である。 実施例のタイムチャート（その１）を示す図である。 実施例のタイムチャート（その２）を示す図である。 実施例のタイムチャート（その３）を示す図である。 実施例のタイムチャートに対応した相関結果加算値のデータ例を示す図である。 ＯＦＤＭフレームの構成例を示す図である。 パイロットパターンを用いた方法の説明図である。 パイロットパターンを用いた構成図である。

符号の説明

ａ 入力フレーム
ｂ 入力フレームの遅延信号
ｃ 自己相関
ｄ１ 第１の積分
ｄ２ 第２の積分
ｅ１〜ｅ７ ガードインターバル組合せ
ｆ 格納部
ｇ ピーク値検出

Claims (3)

1. 一定個数のシンボルで構成され，各シンボル内の先頭に自シンボル内の終端の所定のサンプル数のデータを複写したガードインターバルを備え，且つフレームの先頭のシンボルの第１のガードインターバルが他のシンボルの第２のガードインターバルより長い無線フレームの先頭位置検出方法において，
   入力フレームと入力フレームを所定長遅延した信号とを入力して各位相毎に自己相関の演算を行って，その出力を前記第１と第２のガードインターバルの時間で積分し，
   前記フレームの任意位置において，第１のガードインターバルを持つシンボルと前記第２のガードインターバルを持つシンボルの配置位置の１フレーム内に発生可能な第１と第２のガードインターバルの配列の組合せに対応した個数の相関結果の加算を各積分値の出力に対して行い各位相毎の各配列の組合せに対応した結果を記憶し，
   前記記憶した各相関結果からピーク値の位相とガードインターバル長を検出して，
   前記検出したピーク値からフレームの先頭位置を求めることを特徴とする無線フレームの先頭位置検出方法。
2. 請求項１において，
   前記無線フレームは，７個のシンボルにより構成され，
   前記自己相関をとるための前記入力フレームの遅延時間は，前記シンボル長からガードインターバルを除いた時間とし，
   前記第１と第２のガードインターバルの配列の組合せを７組とすることを特徴とする無線フレームの先頭位置検出方法。
3. 一定個数のシンボルで構成され，各シンボル内の先頭に自シンボル内の終端の所定のサンプル数のデータを複写したガードインターバルを備え，且つフレームの先頭のシンボルの第１のガードインターバルが他のシンボルの第２のガードインターバルより長い無線フレームの先頭位置検出装置において，
   入力フレームを前記シンボル長からガードインターバルを除いた時間分遅延する遅延部と，
   入力フレームと前記遅延部で遅延されたフレームとを入力して自己相関を行う自己相関部と，
   前記自己相関部の出力をうけて前記第１のガードインターバルの長さと第２のガードインターバルの長さの積分を行う第１と第２の積分部と，
   前記第１と第２の積分部の出力が入力され，前記フレームの任意位置において第１のガードインターバルを持つシンボルと前記第２のガードインターバルを持つシンボルの配置位置として検出可能な第１と第２のガードインターバルの配列の組合せに対応した相関結果の加算を行う相関結果加算部と，
   前記相関結果加算部からの出力を格納する記憶部とを備え，
   前記記憶部からピーク値を検出し，そのピーク値が検出した位相からフレーム先頭を検出することを特徴とする無線フレームの先頭位置検出装置。

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