JP2013128225A - 同期システム及びそれを備えた受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信装置において、シンプルな構成でありながら、振幅レベルやゼロクロス点のジッタの影響を受けることなく、正確にシンボル同期を確立する。
【解決手段】復調信号から１ビットずつずらしながら連続した３ビットを順に抽出する３ビット抽出部２と、抽出された３ビットのうち中央値の絶対値が最大であることを判定する中央値判定部３と、最大であると判定された中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定する同期確立部４を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、受信信号の振幅レベルのピークを検出して、通信におけるシンボル同期を確立する同期システム及びそれを備えた受信装置に関する。

従来の受信装置においては、例えばゼロクロス検出方法によってシンボル同期を確立する手法が広く用いられていた。図２９は、復調された２値の値を持つ信号を示している。復調された２値の信号を「−１」及び「＋１」とすると、「−１」から「＋１」に変わる、もしくは「＋１」から「−１」に変わる際に中央のゼロを通る。ゼロクロス検出方法は、このゼロを通るタイミング（ゼロクロス点）を検出し、そこからシンボルの中央を推定して、そのサンプリングタイミングをシンボルタイミングと設定する方法である。シンボルの中央は、例えば、４倍サンプリングの場合においては、ゼロクロス点から２つもしくは３つ後のサンプリングタイミングをシンボルの中央とみなすことにより推定される。

このゼロクロス検出方法は、受信装置のフィルタとして、ゼロクロス点が変動しないガウスフィルタやロールオフ率αの大きいナイキストフィルタを用いる場合は有用である。しかしながら、ロールオフ率αを小さく設定したナイキストフィルタを用いる場合には、図３０に示すように、ジッタの発生によりゼロクロス点に揺らぎが生ずる。そのためゼロクロス点を正しく検出できず、結果として安定したシンボル同期が得られないことがある。

このようなロールオフ率αの小さいナイキストフィルタを搭載した場合のシンボル同期として、非特許文献１及び図３１に示すようにサンプル点の信号の分散を使う方法がある。ここでは理解を容易にするために、予め２値の最適サンプリングレベルは分かっているものとする。信号をオーバーサンプリングし、そこからある一定区間に複数のサンプルをシンボル間隔で選び、それぞれのサンプルについて最適サンプリング位置との自乗誤差を計算し、その合計を計算する。このように自乗誤差の合計をオーバーサンプリング毎に計算すれば、自乗和が極小となるサンプリングタイミングを最適タイミングと判断することができる。

しかしながら、無線伝送では受信信号のレベルは周辺環境の変化（送信器・受信器の移動や人の移動など）により常に変動しており、期待されたレベルに信号の最適タイミングが来るとは限らない。そのため、期待する最適サンプリングレベルを推定して適宜変更するなどの対策が必要となり、回路が複雑化してしまうという欠点がある。

ＣＱ出版 デジタル信号処理による通信システム設計 西村芳一著

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、シンプルな構成でありながら、振幅レベルやゼロクロス点のジッタの影響を受けることなく、正確にシンボル同期を確立できる同期システム及び受信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の同期システムは、復調信号から１ビットずつずらしながら連続した３ビットを順に抽出する３ビット抽出部と、抽出された３ビットのうち中央値の絶対値が最大であることを判定する中央値判定部と、最大であると判定された中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定する同期確立部を備えたことを特徴とする。

この発明において、ベースバンド信号をオーバーサンプリングするオーバーサンプリング部と、前記オーバーサンプリング部によってオーバーサンプリングされたベースバンド信号を復調する復調部とをさらに備えることが好ましい。

この発明において、前記３ビット抽出部によって抽出された３ビットの符号を判定する符号判定部を備え、前記中央値判定部は、前記符号判定部によって前記３ビットの符号が全て同一であると判定された場合に、前記中央値の絶対値が最大であることを判定することが好ましい。

この発明において、前記３ビット抽出部によって抽出された３ビットの符号を判定する符号判定部を備え、前記同期確立部は、前記符号判定部によって前記３ビットの符号が全て同一であると判定された場合に、該中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定することが好ましい。

この発明において、前記中央値を所定の閾値と比較する閾値比較部を備え、前記中央値判定部は、前記閾値比較部によって前記中央値が前記閾値以上であると判定された場合に、前記中央値の絶対値が最大であることを判定することが好ましい。

この発明において、前記中央値判定部によって最大であると判定された中央値を所定の閾値と比較する閾値比較部を備え、前記同期確立部は、前記閾値比較部によって前記最大であると判定された中央値が前記閾値以上であると判定された場合に、該中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定することが好ましい。

この発明において、前記中央値の絶対値が最大となるサンプリングタイミングをカウントするタイミングカウント部を備え、前記同期確立部は、前記タイミングカウント部によるカウント数が所定のカウント閾値以上となった場合に前記シンボル同期タイミングを更新することが好ましい。

この発明において、前記復調部によって復調された復調信号がゼロを横切ることを検出するゼロクロス検出部を備え、前記ゼロクロス検出部によって復調信号がゼロを横切ることが検出された場合、前記タイミングカウント部は、前記ゼロを横切るサンプリングタイミングのカウント数から第１所定値を減じることが好ましい。

この発明において、前記復調部によって復調された復調信号がゼロを横切ることを検出するゼロクロス検出部を備え、前記ゼロクロス検出部によって復調信号がゼロを横切ることが検出された場合、前記タイミングカウント部は、前記ゼロを横切るサンプリングタイミングから所定時間離れたサンプリングタイミングのカウント数に第２所定値を加えることが好ましい。

この発明において、連続する３シンボルの符号を判定する３シンボル符号判定部を備え、前記中央値判定部は、前記３シンボル符号判定部によって判定される３シンボルの符号が正負正又は負正負である場合に、前記３ビット抽出部が前記連続する３シンボルの中央のシンボルにおいて連続した３ビットを順に抽出することが好ましい。

この発明において、前記タイミングカウント部によってカウントされたカウント数を比較するカウント数比較部を備え、現在設定されているシンボル同期タイミングが前記カウント数比較部によって比較されたカウント数が多い上位２つのサンプリングタイミングのいずれかであって、該前記カウント数比較部によって比較されたカウント数が多い上位２つのサンプリングタイミングにおいて、カウント数の差が所定値以下である場合には、前記同期確立部は、前記シンボル同期タイミングを更新しないことが好ましい。

この発明において、前記復調信号の符号を判定するための基準値を設定する基準設定部を備え、前記基準設定部は、前記復調信号の中間値を算出し、この中間値を基準値として設定することが好ましい。

また本発明の受信装置は、前記同期システムを備え、送信器から送信された同期確立用信号が挿入されたベースバンド信号を受信してシンボル同期を確立し、その後に送信されたペイロード信号を受信可能とすることを特徴とする。

この発明において、前記同期システムの後段に、位相のずれを補正するＰＬＬ回路をさらに備えることが好ましい。

この発明において、変復調方式がπ／４シフトＤＱＰＳＫを用いた送受信に対して、ＰＳＫ変復調部を別途備え、前記変復調方式がπ／４シフトＤＱＰＳＫを用いた送受信においても、前記同期確立用信号は、８ＰＳＫ変復調方式で送受信されることが好ましい。

この発明において、所定以上のフレーム長さのデータに対しては、前記同期確立用信号が定期的に挿入されたベースバンド信号が前記送信器から送信されることが好ましい。

この発明において、前記送信器から送信される同期確立用信号は、各シンボル値が同一符号にて所定期間以上連続しないものとして構成されていることが好ましい。

本発明によれば、絶対値が最大であると判定された中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定する。従って、振幅レベルの変動に対応する必要が無いことから、従来の受信装置と比較して簡易な構成で受信装置を構築できる。また、ロールオフ率αの小さいナイキストフィルタを搭載する場合にあっても、ジッタの影響を受けることなく高い精度でシンボル同期を確立することができる。

本発明の一実施形態による同期システム及びそれを備えた受信装置の構成を示すブロック図。 同システムの動作を示すフローチャート。 復調部から出力される復調信号と同システムの動作の関係を示す図。 上記同期システムの変形例の構成を示すブロック図。 同変形例の動作を示すフローチャート。 同変形例が有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。 上記同期システムの別の変形例の構成を示すブロック図。 同変形例の動作を示すフローチャート。 同変形例が有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。 上記同期システムのさらに別の変形例の構成を示すブロック図。 同変形例の動作を示すフローチャート。 図１１における＃５乃至＃１３の動作の詳細を示すフローチャート。 上記同期システムのさらに別の変形例の構成を示すブロック図。 同変形例の動作を示すフローチャート。 同変形例が有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。 上記同期システムのさらに別の変形例の構成を示すブロック図。 同変形例の動作を示すフローチャート。 同変形例が有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。 上記同期システムのさらに別の変形例の構成を示すブロック図。 同変形例の動作を示すフローチャート。 同変形例のタイミングカウント部によってカウントされ、カウント数比較部によって比較されるカウント数の一例を示す図。 上記同期システムのさらに別の変形例の構成を示すブロック図。 同変形例の動作を示すフローチャート。 同変形例が有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。 上記受信装置のさらに別の変形例の構成を示すブロック図。 同変形例によって同期クロックタイミングの周期が一定に維持される効果を示す図。 上記受信装置のさらに別の変形例に係る変復調方式の一例を示す図。 上記受信装置のさらに別の変形例変形例において、送信装置から送信されるフレーム構成の一例を示す図。 従来から受信装置においてシンボル同期を確立するために用いられる信号波形の一例を示す図。 ロールオフ率とアイパターンの関係を示す図。 従来の受信装置におけるシンボル同期の確立手法を示す図。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による同期システム及びそれを備えた受信装置について図面を参照して説明する。図１は、受信装置の構成を示す。受信装置は、送信機から送信されたプリアンブル信号に含まれる同期確立用信号及びユニークワードを用いてシンボル同期及びフレーム同期を確立し、その後に送信されたペイロード信号を受信する装置である。同期システムは、受信装置に組み込まれ、受信した信号に対してシンボル同期を確立して、フレーム同期の確立及びペイロード信号の受信を可能とするシステムである。同期システムは、オーバーサンプリング部２０と、復調部１と、３ビット抽出部２と、中央値判定部３と、同期確立部４等によって構成されている。オーバーサンプリング部２０は、入力されたベースバンド信号をシンボル周期よりも短い周期でオーバーサンプリングする。ベースバンド信号は、受信装置のＲＦ信号受信部３０によって受信されたＲＦ信号をダウンコンバートすることにより得られる。復調部１は、オーバーサンプリング部２０によって標本化されたベースバンド信号を復調する。３ビット抽出部２は、復調部１から出力された復調信号のデータ列から、連続した３ビットを順に抽出する。中央値判定部３は、３ビット抽出部２によって抽出された３ビットのデータ列の絶対値（すなわち中央ビット（中央値）の絶対値とその両端ビットの絶対値）を比較することにより、中央ビットの絶対値が最大であるか否かを判定する。同期確立部４は、中央値判定部３によって、絶対値が最大であると判定された中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングとして設定する。

図２は、同実施形態の同期システムの動作を示す。また、図３は、復調部１から出力される復調信号と同システムの動作の関係を示す。図３における波形は復調信号を示し、１シンボルの周波数に対して４倍の周波数でサンプリングする場合、すなわち１シンボルに対してタイミング０，１，２，３のタイミングで４倍サンプリングする場合を示している。復調信号が標本化されているタイミングは、オーバーサンプリング部によってベースバンド信号が標本化されるタイミングと対応する。また、破線で囲んだ３点は３ビット抽出部２によって順に抽出される３ビットのデータ列を示している。この図３において（ａ）乃至（ｄ）に示すように、３ビット抽出部２は、標本化した復調信号のデータ列から１ビットずつずらしながら連続する３ビットを順に抽出する。そして、中央値判定部３は、中央値の絶対値が最大である（すなわち中央値がピーク又はボトムとなる）場合を探す。

図２において、受信部によって受信されたＲＦ信号は、ダウンコンバートされてベースバンド信号として同期システムに入力される。そして、入力されたベースバンド信号は、オーバーサンプリング部によって標本化され、その１ビット相当分が復調部１に入力されると（＃１）、復調部１によって復調される（＃２）。そして、３ビット抽出部２が、復調信号の連続する３ビットを順に抽出し（＃３）、中央値判定部３が、抽出された３ビットの絶対値を比較する（＃４）。

その結果、図３（ａ）に示すように、破線で囲まれた３ビットすなわちタイミング０，１，２のデータ列が抽出されている場合は、中央値（２ビット目のタイミング１の値）の絶対値が最大とならず（＃５においてＮＯ）、＃１に戻る。その後、図３（ｂ）に示すように、３ビット抽出部２は（ａ）において抽出した３ビットのデータ列に対して１ビットずつずらしながら次の連続する３ビットのデータ列を順に抽出する。図３（ｃ），（ｄ）についても同様である。このようにして、１ビットずれながら連続する３ビットのデータ列が順に抽出される。そして、図３（ｄ）において破線で囲まれた３ビットすなわちタイミング３，０，１のデータ列が抽出されると、中央値（２ビット目のタイミング０の値）の絶対値が最大となる（＃５においてＹＥＳ）。この場合、同期確立部４が中央値のサンプリングタイミングすなわちタイミング０をシンボル同期タイミングとして設定する（＃６）。このようにしてシンボル同期タイミングが確立されると、ユニークワードを検出してフレーム同期をとることができ、ペイロード信号を受信することが可能となる。

本実施形態の同期システムによれば、絶対値が最大であると判定された中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定する。従って、振幅レベルの変動に対応する必要が無いことから、従来の同期システムと比較して簡易な構成でシステムを構築できる。また、ロールオフ率αの小さいナイキストフィルタを搭載する場合にあっても、ジッタの影響によりゼロクロス点が揺らぐことを抑制できるため、高い精度でシンボル同期を確立することができる。

（変形例）
図４は、上記実施形態に係る同期システムの変形例の構成を示す。この変形例の同期システムは、図１に示した同期システムに対して、符号判定部５をさらに備える。符号判定部５は、３ビット抽出部２によって抽出された３ビットの符号を判定する。

図５は、本変形例に係る同期システムの動作を示す。また、図６は、本変形例に係る同期システムが有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。ノイズ等の影響により復調信号が図６に示すような波形をとる場合、タイミング１はシンボル同期タイミングとして不適切である。なぜならば、サンプリングの倍率が十分に高い場合には、ノイズ等の影響を受けない正常な通信において、シンボル同期タイミングとそれに隣接するタイミングとの間で符号が反転することはないからである。ところが、破線で囲まれた３ビットすなわちタイミング０，１，２のデータ列が抽出されると、中央のタイミング１における値がピーク又はボトムであると中央値判定部３によって判定され、シンボル同期タイミングが誤って設定される虞が生ずる。そこで、本変形例においては、抽出された３ビットの符号が全て同一であると符号判定部５によって判定された場合にのみ、中央値判定部３が中央値の絶対値が最大であることを判定することとした。

すなわち図５において、３ビット抽出部２が、復調信号の連続する３ビットを順に抽出すると（＃３）、符号判定部５は、３ビット抽出部２によって抽出された３ビットの符号を判定する（＃１１）。３ビットの符号が共に同一であれば（＃１１においてＹＥＳ）、中央値判定部３が中央値を比較し絶対値が最大であるかを判定する（＃４，＃５）。一方、３ビットの符号が全て同一でなければ（＃１１においてＮＯ）、＃１に戻る。その他の動作は、図２に示した上記変形例と同等であるので、その説明を省略する。

本変形例によれば、抽出された３ビットの符号が全て同一であると符号判定部５によって判定された場合にのみ、中央値判定部３が中央値の絶対値が最大であるか否かを判定する。従って、ノイズ等の影響により抽出された３ビット間で符号が反転し、シンボル同期タイミングが誤って設定される虞がある場合には、中央値判定部３による絶対値の比較は実行しないので、シンボル同期タイミングの誤検出を抑制できる。

なお、本変形例においては、抽出された３ビットの符号が全て同一であると符号判定部５によって判定された場合にのみ、同期確立部４が中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定する（＃６）ように構成されてもよい。この場合にあっては、＃４、＃５の処理は＃３に続けて実行され、＃１１の処理は＃５においてＹＥＳの場合に実行されて＃６に移行する。

（変形例）
図７は、上記実施形態に係る同期システムの変形例の構成を示す。この変形例の同期システムは、図４に示した同期システムに対して、閾値比較部６をさらに備える。閾値比較部６は、３ビットの中央値を所定の閾値と比較する。

図８は、本変形例に係る同期システムの動作を示す。また、図９は、本変形例に係る同期システムが有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。ノイズ等の影響により復調信号が図９に示すような波形をとる場合、タイミング２は本来の復調信号のボトム値ではなく、シンボル同期タイミングとして不適切である。ところが、破線で囲まれた３ビット、すなわちタイミング１，２，３のデータ列が抽出されると、中央のタイミング２における値がボトム値であると中央値判定部３によって判定され、シンボル同期タイミングが誤って設定される虞が生ずる。そこで、本変形例においては、３ビットの中央値が所定の閾値以上であると閾値比較部６によって判定された場合にのみ、中央値判定部３が中央値の絶対値が最大であることを判定することとした。

すなわち図８において、符号判定部５が、３ビット抽出部２によって抽出された３ビットの符号を判定し、３ビットの符号が共に同一であれば（＃１１においてＹＥＳ）、閾値比較部６が中央値の絶対値と閾値を比較する（＃１２）。さらに中央値の絶対値が閾値以上であれば（＃１２においてＹＥＳ）、中央値判定部３が中央値を比較し絶対値が最大であるかを判定する（＃４，＃５）。中央値の絶対値が閾値未満であれば（＃１２においてＮＯ）、＃１に戻る。その他の動作は、図５に示した上記変形例と同等であるので、その説明を省略する。

本変形例によれば、３ビットの中央値が閾値以上であると閾値比較部６によって判定された場合にのみ、中央値判定部３が中央値の絶対値が最大であるか否かを判定する。従って、ノイズ等の影響によりゼロ付近で発生した復調信号のピーク又はボトムのタイミングをシンボル同期タイミングとして誤って設定される虞がある場合には、中央値判定部３による絶対値の比較は実行しない。これにより、シンボル同期タイミングの誤検出をより一層抑制できる。

なお、本変形例においては、図８における＃１１をスキップし、３ビット抽出部２が、復調信号の連続する３ビットを順に抽出すると（＃３）、閾値比較部６が中央値の絶対値と閾値を比較する（＃１２）ように構成されていてもよい。また、３ビットの中央値が閾値以上であると閾値比較部６によって判定された場合にのみ、同期確立部４が中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定する（＃６）ように構成されてもよい。この場合にあっては、＃４、＃５の処理は＃１１に続けて実行され、＃１２の処理は＃５においてＹＥＳの場合に実行されて＃６に移行する。

（変形例）
図１０は、上記実施形態に係る同期システムの変形例の構成を示す。この変形例の同期システムは、図７に示した同期システムに対して、タイミングカウント部７をさらに備える。タイミングカウント部７は、中央値の絶対値が最大となるサンプリングタイミングをカウントする。

図１１は、本変形例に係る同期システムの動作を示す。図１２は、図１１における＃１３の処理の詳細を示す。中央値判定部３が中央値の絶対値が最大と判定すると（＃５においてＹＥＳ）、タイミングカウント部７は、その中央値の絶対値が最大と判定されたサンプリングタイミングをカウントアップする（＃１３）。＃１３においては、図１２に示すように、タイミング０で最大値を確認した場合は（＃６１においてＹＥＳ）、タイミング０のカウントをアップすなわち１だけ繰り上げる（＃６２）。また、タイミング１、２又は３で最大値を確認した場合は（＃６３、＃６５又は＃６７においてＹＥＳ）、タイミング１、２又は３のカウントを１だけ繰り上げる（＃６４、＃６６又は＃６８）。そして、いずれかのタイミングのカウント数が所定のカウント閾値以上になるまで、図１１の＃１乃至＃１３の処理を繰り返し実行する（＃１４においてＮＯ）。カウント数が所定のカウント閾値以上になると（＃１４においてＹＥＳ）、同期確立部４がそのタイミングをシンボル同期タイミングに設定する（＃１５）。その後、カウンタをリセットする（＃１６）。その他の動作は、図８に示した上記変形例と同等であるので、その説明を省略する。

本変形例によれば、タイミングカウント部７のカウント数が所定のカウント閾値以上となった場合にシンボル同期タイミングを更新するように構成されている。これにより、復調信号のピーク又はボトムが検出されるタイミングが統計化され、偶発的にピーク又ボトムが発生するタイミングをシンボル同期タイミングとして誤って設定することを防止できる。

（変形例）
図１３は、上記実施形態に係る同期システムの変形例の構成を示す。この変形例の同期システムは、図１０に示した同期システムに対して、ゼロクロス検出部８をさらに備える。ゼロクロス検出部８は、復調部１によって復調された復調信号がゼロを横切ることを検出する。復調信号がゼロを横切ることは、例えば３ビット抽出部２によって抽出された３ビットの両端ビット（１ビット目と３ビット目）の符号を比較することにより検出できる。両端ビットの符号が異なる場合は、復調信号がゼロを横切ったものと考えることができる。

図１４は、本変形例に係る同期システムの動作を示す。また、図１５は、本変形例に係る同期システムが有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。図１５に示すように、復調信号は、ゼロを中心としてプラス方向又はマイナス方向に交互に繰り返して振動する。従って、復調信号が正常である場合、ゼロを横切るタイミングから離れたタイミングで復調信号のピーク又ボトムが発生し、ゼロを横切るタイミングの近傍のタイミングにおいて、復調信号のピーク又ボトムが発生することはない。そこで、本変形例においては、ゼロを横切るタイミングを加味してシンボル同期タイミングを設定するように構成されている。

すなわち、図１４に示す＃１１において、３ビットの符号が全て同一でなければ（＃１１においてＮＯ）、＃２１に移行し、両端ビットの符号を比較する。両端ビットの符号が同一の場合（＃２１においてＹＥＳ）、＃１に戻る。両端ビットの符号が異なる場合（＃２１においてＮＯ）、タイミングカウント部７は、ゼロを横切るサンプリングタイミングのカウント数から第１所定値を減じる（＃２２）。また、ゼロを横切るサンプリングタイミングから所定時間離れたサンプリングタイミングのカウント数に第２所定値を加え（＃２３）、＃１に戻る。

なお、＃２２、＃２３において、ゼロを横切るサンプリングタイミングと記したが、サンプリングタイミングと復調信号がゼロを横切るタイミングとが厳密に一致することは少ないと考えられる。そこで、両タイミングが厳密に一致しない場合は、サンプリングタイミングがゼロを横切る直前及び／又は直後のタイミングをゼロを横切るサンプリングタイミングとして扱うものとする。その他の動作は、図１１に示した上記変形例と同等であるので、その説明を省略する。なお、本変形例では、両端ビットの符号が異なる場合（＃２１においてＮＯ）、＃２２及び＃２３の処理を実行するように構成されているが、いずれか一方の処理を実行するようにしてもよい。また、ゼロを横切るサンプリングタイミングは、ジッタの発生により正確性を欠くことがあるため、第１所定値を第２所定値よりも小さく設定しておいてもよい。

本変形例によれば、ゼロを横切るタイミングを加味してシンボル同期タイミングを設定するように構成されているので、シンボル同期タイミングが誤ったタイミングに設定されることをより一層防止できる。また、第２所定値のカウントを加味したことにより、タイミングカウント部７のカウント数が短時間で所定値以上に達するので、シンボル同期タイミングの更新を必要に応じて頻繁に行えるようになる。

（変形例）
図１６は、上記実施形態に係る同期システムの変形例の構成を示す。この変形例の同期システムは、図１０に示した同期システムに対して、３シンボル符号判定部９をさらに備える。３シンボル符号判定部９は、連続する３シンボルの符号を判定する。

図１７は、本変形例に係る同期システムの動作を示す。また、図１８は、本変形例に係る同期システムが有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。図１８（ａ）に示すように、復調信号によって表されるシンボルの符号が交互に負正負と繰り返す場合、復調信号のピーク又はボトムのタイミングは、本来のシンボル同期タイミングと一致する。ところが（ｂ）に示すように、復調信号のシンボルの符号が正正負となって符号の一部が連続する場合、本来のシンボル同期タイミングの中間タイミングに復調信号のピークが発生することがある。もしくは正しいシンボルタイミングでピークが発生しないこともある。そのため、シンボル同期タイミングが誤って設定される虞が生ずる。そこで本変形例においては、３シンボル符号判定部９によって連続する３シンボルの符号を判定しその３シンボルの符号が正負正又は負正負である場合のみに、３ビット抽出部２を動作させることとした。

すなわち、図１７に示す＃２において、ベースバンド信号が復調部１によって復調されると、３シンボル符号判定部９は、連続する３シンボルの符号を判定する。３シンボル符号判定部によって判定される３シンボルの符号が正負正又は負正負である場合は（＃３１においてＹＥＳ）、３ビット抽出部２が連続する３シンボルの中央のシンボルにおいて連続した３ビットを順に抽出する（＃３）。その他の動作は、図１１に示した上記変形例と同等であるので、その説明を省略する。

本変形例によれば、連続する３シンボルの符号が正負正又は負正負である場合に、３ビット抽出部２及び中央値判定部３等が動作するように構成されているので、連続する２シンボルの符号が同一である場合は、復調信号のピーク又ボトムは検出されない。従って、例えば、図１８（ｂ）に示した復調信号において、タイミング２がピークとして検出されることがなくなり、シンボル同期タイミングが誤ったタイミングに設定されることをより一層防止できる。

（変形例）
図１９は、上記実施形態に係る同期システムの変形例の構成を示す。この変形例の同期システムは、図１６に示した同期システムに対して、カウント数比較部１０をさらに備える。カウント数比較部１０は、タイミングカウント部７によってサンプリンクタイミング毎にカウントされたカウント数を比較する。

図２０は、本変形例に係る同期システムの動作を示す。また、図２１は、タイミングカウント部７によってカウントされ、カウント数比較部１０によって比較されるカウント数の一例を示す。同期システムにおいては、シンボル同期タイミングの更新により、そのフレームのビット欠けやビット増えが発生する虞があるため、シンボル同期タイミングの更新をむやみに実行しない方が好ましいことがある。例えば、図２１に示すように、現在のシンボル同期タイミングとしてタイミング０が設定されている場合であって、タイミング３のカウント数がカウント閾値に達したときであっても、タイミング０との差が十分に僅差である場合である。この場合にあっては、タイミングカウント部７によるカウントの精度から判断してタイミング０とタイミング３との間に実質的な差はなく、タイミング０のままでも十分にフレーム同期を確立してペイロード信号を受信することが可能であると考えられる。そのため、本変形例は、現在設定されているシンボル同期タイミングがカウント数の多い上位２つのサンプリングタイミングのいずれかであることを前提に、以下のように動作する。すなわち、上位２つのサンプリングタイミングにおいて、カウント数の差が所定のカウント差閾値以下である場合にはシンボル同期タイミングを更新しないように構成され、ビット欠け等の発生を抑制している。

図２０において、カウント数が所定のカウント閾値以上であっても（＃１４においてＹＥＳ）、上位２つのサンプリングタイミングにおいてカウント数の差が所定のカウント差閾値未満であれば（＃３２においてＹＥＳ）、カウンタ数をリセットして＃１に戻る。この場合、シンボル同期タイミングの更新は、実行されない。一方、カウント数の差が所定のカウント差閾値以上であれば（＃３２においてＮＯ）、同期確立部４を動作させてシンボル同期タイミングを更新する（＃１５）。その他の動作は、図１７に示した上記変形例と同等であるので、その説明を省略する。

本変形例によれば、上位２つのサンプリングタイミングにおいてカウント数の差が所定のカウント差閾値未満であれば、シンボル同期タイミングを更新しないこととしている。これにより、不必要なシンボル同期タイミングの更新に起因するビット欠けやビット増えの発生を低減し、受信エラーの発生を低減できる。

（変形例）
図２２は、上記実施形態に係る同期システムの変形例の構成を示す。この変形例の同期システムは、図１９に示した同期システムに対して、基準設定部１１をさらに備える。基準設定部１１は、復調信号の符号を判定するための基準値を設定する。

図２３は、本変形例に係る同期システムの動作を示す。また、図２４は、本変形例に係る同期システムが有効に機能する復調信号の波形の一例を示す。ＲＦ信号受信部３０でダイレクトコンバージョンなどの手法によりダウンコンバートする際にＤＣオフセットが発生し、復調信号にＤＣ成分が加わると、正方向又は図２４に示す負方向にＤＣオフセットすることがある。そこで、本変形例においては、基準設定部１１がＤＣ成分に応じて復調信号の符号を判定するための基準値を設定すなわち当初のゼロから補正し、符号の判定を正確に行えるように構成されている。

すなわち、図２３に示す＃２において、ベースバンド信号が復調部１によって復調されると、基準設定部１１が所定ビット数の平均値を計算し、復調信号の符号を判定するための基準値を設定し（＃４１）、＃３１に移行する。これに伴い＃１１における符号の判定は、抽出されたビットの値と補正後の基準値を比較することにより判定される。その他の動作は、図２０に示した上記変形例と同等であるので、その説明を省略する。

本変形例によれば、基準設定部１１によって復調信号の符号を判定するための基準値が適正化される。これにより、復調信号のＤＣオフセットの影響を低減し、符号の判定を正確に行えるようになるので、シンボル同期の精度を良好に維持することが可能となる。

（変形例）
図２５は、上記実施形態に係る受信装置の変形例の構成を示す。この変形例の受信装置は、図１に示した受信装置と同等の同期システム１２に対して、ＰＬＬ（Phase-locked loop）回路１３と電圧制御発信器（ＶＣＯ）１４と同期確立部１５をさらに備える。ＰＬＬ回路１３は、同期システム１２の後段に設けられ、入力信号の位相に同期した新たな出力信号を生成し、微妙な位相のずれを補正する。電圧制御発信器１４は、ＰＬＬ回路１３の位相比較器から入力された電圧に応じて発振周波数を調整する。電圧制御発信器１４は、ＰＬＬ回路１３の内部に組み込まれていてもよい。同期確立部１５は、電圧制御発信器１４から出力された信号に対して同期を確立する。

図２６において、（ａ）はＰＬＬ回路１３を使用しないときの同期クロックタイミングを、（ｂ）はＰＬＬ回路１３を使用するときの同期クロックタイミングをそれぞれ示している。図２６（ａ）に示すようにＰＬＬ回路１３を使用しない場合は、ノイズ等の影響を受け、同期クロックタイミングの周期が微妙にずれることがある。これに対して、図２６（ｂ）に示すようにＰＬＬ回路１３を使用すると、新たな生成した出力信号によって、同期クロックタイミングの周期を一定に維持することができる。特に、高いオーバーサンプリング比、例えばシンボルクロックの６４倍などとした場合におけるジッタやノイズによるシンボルタイミングの揺らぎを低減し、安定したシンボル同期タイミングを維持することができる。

（変形例）
図２７は、上記実施形態に係る受信装置の変形例に係る変復調方式の一例を示している。受信装置は、対応する送信装置との間で、変復調方式がπ／４シフトＤＱＰＳＫを用いた送受信が可能に構成されている。π／４シフトＤＱＰＳＫ変調方式においては、図２７（ａ）に示すように、（１，０）及び（−１，０）からの移動先は黒点に示すものに限定され、（１，０）から（−１，０）に、又は（−１，０）から（１，０）に移動することができない。一方、８ＰＳＫ変調方式においては、図２７（ｂ）に示すように、（１，０）から（−１，０）に、又は（−１，０）から（１，０）に移動することができる。これにより、信号の振幅レベルを大きくすることができる。

そこで、本変形例にあっては、ペイロード信号の変復調方式としてπ／４シフトＤＱＰＳＫを用いる送受信に対しても、同期確立用信号を８ＰＳＫの変復調方式で送受信するために、送信装置は８ＰＳＫ変調部を、受信装置は、８ＰＳＫ復調部を別途備える。すなわち、受信装置は、ペイロード信号を復調するためのπ／４シフトＤＱＰＳＫ復調部と、確立用信号を復調するための８ＰＳＫ復調部を備える。

本変形例によれば、π／４シフトＤＱＰＳＫ変復調方式を用いたペイロード信号の送受信においても、同期確立用信号が８ＰＳＫ変復調方式で送受信できるように構成されているので、同期確立用信号の振幅レベルを大きくできる。これにより、受信信号の振幅レベルが全体的に小さくなった場合でも復調信号のピーク又はボトムを正確に検出できるようになり、シンボル同期の精度を良好に維持することが可能となる。

（変形例）
図２８は、上記実施形態に係る受信装置の変形例において、送信装置から送信されるフレーム構成の一例を示している。図２８において、（ａ）は通常のフレーム構成を、（ｂ）は本変形例におけるフレーム構成をそれぞれ示している。図２８（ａ）に示すように、通常のフレーム構成においては、１つのフレームは、同期確立用信号を含むプリアンブル信号とデータとなるペイロード信号とによって構成される。この場合、１つのフレーム内においてペイロード信号を構成するデータ列が長くなると、データ列の後方に行くに従い、同期が取れなくなる虞がある。そこで、本変形例にあっては、図２８（ｂ）に示すように、所定以上のフレーム長さのデータに対しては、同期確立用信号が定期的に挿入されて送信装置から送信され、受信装置によって受信できるように構成されている。

本変形例によれば、送信装置から送信されたフレームを受信した受信装置は、定期的に挿入されている同期確立用信号を用いることにより、シンボル同期タイミングの確認と補正を定期的に行うことができる。これにより、シンボル同期タイミングがずれる虞がある長いフレーム長のデータ列を受信する場合であっても、正しいシンボル同期タイミングを維持することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく、少なくとも復調信号から１ビットずつずらしながら連続した３ビットを順に抽出し、中央値の絶対値が最大であることを判定して、シンボル同期タイミング確立するように構成されていればよい。また、本発明は、有線及び無線のいずれの通信におけるシンボル同期タイミングの確立にも広く適用することができる。また、送信装置から送信される同期確立用信号を、各シンボル値が同一符号にて所定期間以上連続しないものとして構成（図１８（ａ）参照）することにより、シンボル同期タイミングの誤検出をより一層防止することができる。また、上述した各変形例の特徴を適宜組み合わせた同期システム及び受信装置であってもよい。

１ 復調部
２ ３ビット抽出部
３ 中央値判定部
４ 同期確立部
５ 符号判定部
６ 閾値比較部
７ タイミングカウント部
８ ゼロクロス検出部
９ ３シンボル符号判定部
１０ カウント数比較部
１１ 基準設定部
１３ ＰＬＬ回路

Claims (17)

1. 復調信号から１ビットずつずらしながら連続した３ビットを順に抽出する３ビット抽出部と、抽出された３ビットのうち中央値の絶対値が最大であることを判定する中央値判定部と、最大であると判定された中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定する同期確立部を備えたことを特徴とする同期システム。
2. ベースバンド信号をオーバーサンプリングするオーバーサンプリング部と、前記オーバーサンプリング部によってオーバーサンプリングされたベースバンド信号を復調する復調部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の同期システム。
3. 前記３ビット抽出部によって抽出された３ビットの符号を判定する符号判定部を備え、
   前記中央値判定部は、前記符号判定部によって前記３ビットの符号が全て同一であると判定された場合に、前記中央値の絶対値が最大であることを判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の同期システム。
4. 前記３ビット抽出部によって抽出された３ビットの符号を判定する符号判定部を備え、
   前記同期確立部は、前記符号判定部によって前記３ビットの符号が全て同一であると判定された場合に、該中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の同期システム。
5. 前記中央値を所定の閾値と比較する閾値比較部を備え、
   前記中央値判定部は、前記閾値比較部によって前記中央値が前記閾値以上であると判定された場合に、前記中央値の絶対値が最大であることを判定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の同期システム。
6. 前記中央値判定部によって最大であると判定された中央値を所定の閾値と比較する閾値比較部を備え、
   前記同期確立部は、前記閾値比較部によって前記最大であると判定された中央値が前記閾値以上であると判定された場合に、該中央値のサンプリングタイミングをシンボル同期タイミングに設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の同期システム。
7. 前記中央値の絶対値が最大となるサンプリングタイミングをカウントするタイミングカウント部を備え、
   前記同期確立部は、前記タイミングカウント部によるカウント数が所定のカウント閾値以上となった場合に前記シンボル同期タイミングを更新することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の同期システム。
8. 前記復調部によって復調された復調信号がゼロを横切ることを検出するゼロクロス検出部を備え、
   前記ゼロクロス検出部によって復調信号がゼロを横切ることが検出された場合、
   前記タイミングカウント部は、前記ゼロを横切るサンプリングタイミングのカウント数から第１所定値を減じることを特徴とする請求項７に記載の同期システム。
9. 前記復調部によって復調された復調信号がゼロを横切ることを検出するゼロクロス検出部を備え、
   前記ゼロクロス検出部によって復調信号がゼロを横切ることが検出された場合、
   前記タイミングカウント部は、前記ゼロを横切るサンプリングタイミングから所定時間離れたサンプリングタイミングのカウント数に第２所定値を加えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の同期システム。
10. 連続する３シンボルの符号を判定する３シンボル符号判定部を備え、
    前記中央値判定部は、前記３シンボル符号判定部によって判定される３シンボルの符号が正負正又は負正負である場合に、前記３ビット抽出部が前記連続する３シンボルの中央のシンボルにおいて連続した３ビットを順に抽出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の同期システム。
11. 前記タイミングカウント部によってカウントされたカウント数を比較するカウント数比較部を備え、
    現在設定されているシンボル同期タイミングが前記カウント数比較部によって比較されたカウント数が多い上位２つのサンプリングタイミングのいずれかであって、該上位２つのサンプリングタイミングにおいて、カウント数の差が所定値以下である場合には、前記同期確立部は、前記シンボル同期タイミングを更新しないことを特徴する請求項７乃至請求項１０のいずれか一項に記載の同期システム。
12. 前記復調信号の符号を判定するための基準値を設定する基準設定部を備え、
    前記基準設定部は、前記復調信号の中間値を算出し、この中間値を前記基準値として設定することを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の同期システム。
13. 前記請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の同期システムを備え、
    送信器から送信された同期確立用信号が挿入されたベースバンド信号を受信してシンボル同期を確立し、その後に送信されたペイロード信号を受信可能としたことを特徴とする受信装置。
14. 前記同期システムの後段に、位相のずれを補正するＰＬＬ回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１３に記載の受信装置。
15. 変復調方式がπ／４シフトＤＱＰＳＫを用いた送受信に対して、ＰＳＫ変復調部を別途備え、
    前記変復調方式がπ／４シフトＤＱＰＳＫを用いた送受信においても、前記同期確立用信号は、８ＰＳＫ変復調方式で送受信されることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の受信装置。
16. 所定以上のフレーム長さのデータに対しては、前記同期確立用信号が定期的に挿入されたベースバンド信号が前記送信器から送信されることを特徴する請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項に記載の受信装置。
17. 前記送信器から送信される同期確立用信号は、各シンボル値が同一符号にて所定期間以上連続しないものとして構成されていることを特徴する請求項１３乃至請求項１６のいずれか一項に記載の受信装置。

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