JP3935120B2 - 受信装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；ＯＦＤＭ）信号のような繰り返し既知信号を含むバースト信号を受信する受信装置に係り、特に時間同期を確立する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワーク機器の接続手段として無線ＬＡＮ(Local Area Network）機器が注目され、急速に普及している。無線ＬＡＮ機器に対する技術的要求の一つとして、安定した高スループット通信の実現が挙げられる。この要求に応えるためには、送信装置から送信されるメッセージを受信装置が正確に受信し、再送などに伴うオーバヘッドを軽減する必要がある。受信装置では、送信装置との時間同期を確立することが送信装置からのメッセージを確実に受信するために重要となる。
【０００３】
ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)やＥＴＳＩ(the European Telecommunication Standards Institute)等においては、送信側から送信される既知信号の繰り返し部分を用いて時間同期を確立する通信方式を標準化し、勧告している。例えば、無線ＬＡＮ規格の一つであるＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では、パケット送信時にショートプリアンブルと呼ばれる０．８μsecの既知信号が１０回繰り返して送信される。受信装置では、同期回路により１０回目のショートプリアンブルの終了時点、すなわちプリアンブル部における繰り返し既知信号の最後尾を検出し、この最後尾を時間同期のための基準時間位置（同期位置という）と判定することで時間同期が行われる。
【０００４】
このような繰り返し既知信号を検出して、正確に時間同期を確立する方法として、受信信号について求めた遅延自己相関出力を用いる方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法では、繰り返し既知信号が一定の強い自己相関を持つことを利用し、受信信号と受信信号を既知信号の繰り返し周期分だけ遅延した信号との相関である遅延自己相関を求めることにより、繰り返し既知信号を検出する。すなわち、遅延自己相関出力が落ち込んだ個所を検出し、それを繰り返し既知信号の最後尾とみなして同期位置とする。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１４８６７９公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の方法では、もし繰り返し既知信号の遅延自己相関出力が何らかの原因により低下した場合や、あるいは時間変動した場合、遅延自己相関の落ち込み個所の見逃しや誤検出が起こり、同期位置の判定を誤る可能性が大きい。このような遅延自己相関の出力低下の最たる原因は、伝搬路で送信信号に混入するノイズである。ノイズは周期性が無いため、遅延自己相関出力を低下させ、さらにその出力を変動させる原因ともなり得る。
【０００７】
本発明の目的は、ノイズの影響を緩和して正確な時間同期を可能とする受信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一つの態様によると、一定周期で繰り返される既知信号を含むバースト信号を受信する受信装置において、前記既知信号を生成する既知信号生成手段と、この既知信号生成手段からの既知信号と受信信号との相関値を算出する相関算出部と、前記相関値についての移動平均値を算出する移動平均算出部と、前記周期毎に区切られた各区間における前記移動平均値のピーク値及びピーク位置を検出するピーク検出部と、前記ピーク値及びピーク位置を用いて時間同期のための基準時間位置を判定する同期判定部とを具備する。
【０００９】
このように構成される受信装置では、自己相関値を基に検出される時間同期のための基準時間位置位置の信頼性がノイズの影響により低下するような環境下でも、受信信号と既知信号との相関値についての移動平均値を算出する過程における平均化によりノイズの影響が軽減される。従って、ノイズの影響をあまり受けることなく基準時間位置の検出が可能となり、信頼性の高い時間同期を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。
（受信装置の全体構成）
図１に、本発明の一実施形態に係る受信装置の概略的構成を示す。図示しない送信装置から送信されるＲＦ信号が受信アンテナ１０によって受信され、受信回路１１に入力される。受信信号は、本実施形態では例えばＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）信号であるとする。
【００１１】
ＯＦＤＭ信号は、例えば図２に示されるようなバースト信号であり、先頭に同期用プリアンブルや伝搬路推定用プリアンブルなどのプリアンブルが配置され、プリアンブルの後にデータ信号が続く。プリアンブルでは、同じ既知信号が一定周期Ｐで繰り返される。データ信号は１つ以上の情報シンボルからなる。各情報シンボルは、複数のサブキャリア信号により構成される。
【００１２】
受信回路１１では、受信されたＯＦＤＭ信号が増幅、周波数変換及びＡ／Ｄ変換されることによって、ディジタルベースバンド信号に変換される。以後、受信回路１１から出力されるディジタルベースバンド信号を受信信号という。
【００１３】
受信回路１１からの受信信号は、同期回路１２及びフーリエ変換回路１３に入力される。同期回路１２では、受信信号から送信装置との時間同期をとる処理が行われ、これにより同期位置と呼ばれる基準時間位置が判定される。ここで、時間同期とはＯＦＤＭ信号を受信する本実施形態の場合、例えば受信信号の中からシンボルやビットの位置を検出する処理である。この場合、同期位置とは例えば図２におけるデータ信号区間の情報シンボルの先頭位置、言い換えれば繰り返し既知信号からなるプリアンブルの最後尾である。同期回路１２の具体的な構成については、後に詳しく説明する。
【００１４】
フーリエ変換回路１３では、受信回路１１からの受信信号がＦＦＴ（フーリエ変換）処理される。フーリエ変換回路１３は、一般に入力される受信信号に対してＦＦＴウィンドウと呼ばれる区間を周期的に設定し、受信信号のＦＦＴウィンドウの区間を切り出してＦＦＴ処理を行う。この場合、ＦＦＴウィンドウの設定は同期回路１２により判定された同期位置に従って行われる。すなわち、同期回路１２から発生される同期位置を示す情報がフーリエ変換回路１３に供給され、この情報に基づき同期位置にＦＦＴウィンドウの先頭が合わせられることにより、時間同期が行われる。言い換えれば、時間同期によって受信装置におけるＦＦＴウィンドウが送信装置におけるＦＦＴウィンドウと時間的に一致するように設定される。
【００１５】
フーリエ変換回路１３では、上述のＦＦＴ処理により受信回路１１からの受信信号が各サブキャリア信号に分離される。分離された各サブキャリア信号は伝搬路等化回路１４に入力され、ここでＯＦＤＭ信号が伝搬路で受けた歪を除去するための等化処理が施された後、復調回路１５に入力される。復調回路１５においては、上述の時間同期処理に基づく適切な復調タイミングで等化後の受信信号に対して復調処理が行われ、送信データ系列が再生される。伝搬路等化回路１４及び復調回路１５の処理は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１６】
（同期回路１２の第１の実施形態）
図３には、同期回路１２の第１の実施形態に係る構成を示す。受信回路１１からの受信信号は、入力端子２０を介して相関算出部２１に入力され、既知信号生成部２２によって生成される既知信号との間の相関値が算出される。ここで、受信信号のプリアンブル部に含まれる既知信号を第１既知信号と呼び、既知信号生成部２２により生成される既知信号を第２既知信号と呼ぶ。第２既知信号としては、本来の第１既知信号と同じ信号が生成される。
【００１７】
相関算出部２１によって算出される相関値は、受信信号のプリアンブル部に含まれる第１既知信号と既知信号生成部２２により生成される第２既知信号が一致または類似している場合には大きな値を示し、第１既知信号と第２既知信号が一致せず類似もしていない場合には小さな値を示す。既知信号生成部２２では、第２既知信号が受信信号に対して一方向に一時刻ずつ移動しながら生成される。相関算出部２１の相関値計算は、第２既知信号が一時刻移動する毎に繰り返し行われ、これに伴って相関値が繰り返し連続的に出力される。
【００１８】
相関算出部２１により算出される相関値は移動平均算出部２３に入力され、移動平均値が算出される。移動平均とは、ある時点での入力値とその前後一定時間の値を平均化する操作をいう。この操作により得られる移動平均値は、ノイズ成分が平滑化される。本実施形態の場合、移動平均算出部２３によって相関算出部２１からの相関値についての移動平均値を算出することにより、同期位置の判定誤りの原因となるノイズ成分を平滑化することができる。
【００１９】
本実施形態における移動平均算出部２３は、例えば過去の入力値（相関算出部２１からの相関値）を一定個数だけ保持する複数段のシフトレジスタを有し、シフトレジスタの各段の保持値の平均を出力することにより、移動平均値を算出する。図４に、移動平均算出部２３の出力である移動平均値波形の一例を示す。
【００２０】
移動平均算出部２３により算出される移動平均値はピーク検出部２４に入力される。ピーク検出部２４は、移動平均値波形を第１既知信号の繰り返し周期Ｐに相当する時間区間に区切り、それぞれの区間における移動平均値のピークを探索して、ピーク値及びピーク位置を検出する。例えば、図４に示す移動平均値波形はピークＰ１〜Ｐ４を持ち、ピーク検出部２４はピークＰ１〜Ｐ４の値であるピーク値Ａ１〜Ａ４とピークＰ１〜Ｐ４の時間位置であるピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４を検出して、ピーク値Ａ１〜Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４の情報を出力する。
【００２１】
ピーク検出部２４から出力されるピーク値及びピーク位置の情報は、同期判定部２５に入力される。同期判定部２５では、ピーク検出部２４により検出されたピーク値及びピーク位置を用いて同期位置、すなわち時間同期のための基準時間位置を判定し、出力端子２６に同期位置を示す情報を出力する。同期判定部２５の具体的な構成については、後に詳しく説明する。
【００２２】
このように本実施形態では、相関算出部２１により算出される相関値を移動平均算出部２３により平均化して移動平均値を求め、この移動平均値についてピーク検出を行う。この移動平均値を求める際の平均化により、受信信号に含まれているノイズ成分がキャンセルされる。従って、ピーク検出に受信信号中のノイズ成分が与える影響を軽減できるので、遅延自己相関出力のピーク検出を行う従来の方法に比べ、より確実な同期位置判定が可能となる。
【００２３】
（同期判定部２５の具体例１）
図５に、同期判定部２５の具体例を示す。この例の同期判定部２５は、比較部３１と閾値設定部３２及びピーク選択部３３を有する。図３中に示したピーク検出部２４からのピーク値及びピーク位置の情報は、入力端子３０を介して比較部３１に入力される。比較部３１は、入力端子３０から入力されるピーク値と閾値設定部３２で設定された一定の閾値ｔｈとを比較する。この比較の結果、比較部３１はピーク値が閾値ｔｈを超えるピークが発生する区間は第１既知信号が繰り返し現れている区間であると判断し、同区間内の全てのピーク位置、すなわちピーク値が閾値ｔｈを超える全てのピーク位置の情報を出力する。
【００２４】
比較部３１から出力されるピーク位置の情報は、ピーク選択部３３に入力される。ピーク選択部３３は、各ピーク位置の中から同期位置に最適なピーク位置を選択し、これを同期位置として同期位置を示す情報を出力端子２６へ出力する。具体的には、例えば比較部３１でピーク値が閾値ｔｈを超えたと判定された全てのピーク位置のうち、時間的に最も遅いピーク位置を第１既知信号の繰り返し部分である図２のプリアンブルの最後尾（データ区間の情報シンボルの先頭位置）と判断し、この時間的に最も遅いピーク位置を同期位置に最適なピーク位置として選択し、これを同期位置と判定する。この判定された同期位置を示す情報は、出力端子２６より出力され、図１に示したフーリエ変換回路１３に供給される。
【００２５】
例えば、ピーク検出部２４によって図４に示した移動平均値波形のピーク値Ａ１〜Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４が検出された場合を考える。比較部３１は、ピーク値Ａ１〜Ａ４と閾値設定部３２により設定された閾値ｔｈとを比較する。この例では、図４中に示されるようにピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３の値であるピーク値Ａ１，Ａ２，Ａ３が閾値ｔｈを上回るため、比較部３１はピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３の時間位置であるピーク位置ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３の情報をピーク選択部３３へ出力する。そして、ピーク選択部３３はピーク位置ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３のうち最も時間的に遅いピーク位置ＴＡ３を同期位置として判定し、ピーク位置ＴＡ３の情報を出力端子２６へ出力する。
【００２６】
図５に示した同期判定部２５は実装が容易な構成であり、また一定の閾値ｔｈを用いてピーク検出に基づく繰り返し既知信号であるプリアンブル部の最後尾を検出して同期位置の判定を行うため、伝搬環境の変化が少なく、かつ直接波が強く受信される状況での使用に適している。
【００２７】
（同期判定部２５の具体例２）
図６には、同期判定部２５の他の具体例を示す。この例の同期判定部２５は、変化量検出部４１と最大値検出部４２及びピーク選択部４３を有する。図３中に示したピーク検出部２４からのピーク値及びピーク位置の情報は、入力端子４０を介して変化量検出部４１に入力される。変化量検出部４１は、ピーク値の周期Ｐ毎に区切られた隣接２区間での変化量を算出し、該変化量を示す情報を各ピーク値の情報と共に出力する。ピーク値の隣接２区間での変化量としては、例えば隣接２区間でのピーク値間の差を用いることができる。
【００２８】
変化量検出部４１によって検出される変化量は、第１既知信号が繰り返されるプリアンブル部において大きな値を示す。そこで、最大値検出部４２では変化量算出部４１で算出される変化量の最大値を検出し、変化量の最大値を与えるピーク値の情報を出力する。最大値検出部４２から出力されるピーク値の情報は、ピーク選択部４３に入力される。ピーク選択部４３は、最大値検出部４２により検出される最大値の情報と図３中に示したピーク検出部２４からのピーク値及びピーク位置の情報に基づいて、同期位置として最適なピーク位置を選択する。具体的には、例えば最大値検出部４２により検出される最大値を与える隣接２区間のピーク位置のうち、時間的に早い方のピーク位置を同期位置として選択して同期位置の判定を行う。この判定された同期位置を示す情報は、出力端子２６に出力される。
【００２９】
例えば、ピーク検出部２４によって図４に示した移動平均値波形のピーク値Ａ１〜Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４が検出された場合を考える。この場合、変化量検出部４１は隣接２区間、すなわち(1)区間（ｎ−１）Ｐ〜ｎＰと区間ｎＰ〜（ｎ＋１）Ｐ、(2)区間ｎＰ〜（ｎ＋１）Ｐと区間（ｎ＋１）Ｐ〜（ｎ＋２）Ｐ、(3)区間（ｎ＋２）Ｐ〜（ｎ＋３）Ｐのピーク値の変化量であるδ１２＝Ａ１−Ａ２，δ２３＝Ａ２−Ａ３，δ３４＝Ａ３−Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４の情報を出力する。最大値検出部４２は変化量δ１２〜δ３４を比較し、例えば図４の例ではδ３４が最大値であるため、δ３４に対応するピーク位置であるＴＡ３，ＴＡ４の情報を出力する。ピーク選択部４３は、ピーク位置ＴＡ３，ＴＡ４のうち時間的に早い方のピーク位置ＴＡ３を同期位置として選択して出力する。
【００３０】
このように図６に示す同期判定部２５では、隣接２区間におけるピーク値の差を変化量として用いて繰り返し既知信号からなるプリアンブル部の最後尾を検出して同期位置を判定するため、受信信号に一定のＤＣオフセットが重畳されている場合でも、同期位置を容易に判定することが可能となる。また、隣接２区間でのピーク値の変化量を比較するため、マルチパス等により周期信号が同一の歪みを受ける場合は影響が少ない。
【００３１】
変化量検出部４１においては、隣接２区間のピーク値の差に代えて隣接２区間のピーク値の比を変化量として検出してもよく、ピーク値の比が最小となる箇所を同期位置とする。
【００３２】
これにより、受信信号が信号毎に異なる倍率で増幅あるいは減衰されている場合でも、同期位置を容易に判定することが可能となる。
【００３３】
（同期回路１２の第２の実施形態）
次に、図７を参照して同期回路１２の他の構成例について説明する。図７に示す同期回路１２では、図３のピーク検出部２４と同期判定部２５との間に、相対値演算部２７が挿入されている。以下、図３と同一部分に同一符号を付して説明する。図７の同期回路１２では、相関算出部２１により算出される相関値について移動平均算出部２３により算出される移動平均値の情報、ピーク検出部２３により移動平均値について検出される繰り返し周期Ｐ毎に区切られた各区間におけるピーク値の情報、及び該ピーク値に対応するピーク位置の情報が相対値演算部２７に入力される。
【００３４】
相対値演算部２７では、移動平均算出部２３からの繰り返し周期Ｐ以下の時間だけ各ピーク位置より前の時点の移動平均値（各区間におけるピーク周辺部の移動平均値）を基準値として、ピーク検出部２４により検出される各ピーク値の相対値を求める。例えば、相対値演算部２７は周期Ｐ以内の時間τを予め定め、ピーク位置より時間τだけ以前の移動平均値を基準値として、ピーク値と基準値との差を相対値として求める。相対値演算部２７からは、相対値の情報がピーク位置の情報と共に出力される。同期判定部２５では、相対値演算部２７により得られる相対値及びピーク位置の情報を基に同期位置が判定される。
【００３５】
例えば、これまでの例と同様に移動平均算出部２３によって図４に示した移動平均値波形が得られ、ピーク検出部２４によって図４に示した移動平均値波形のピーク値Ａ１〜Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４が検出された場合を考える。この場合、相対値演算部２７ではまず位置ＴＢ１＝ＴＡ１−τにおける移動平均値Ｂ１を抽出し、相対値Δ１＝Ａ１−Ｂ１を算出する。以後、各ピーク位置に対応して同様の処理を繰り返し、相対値Δ２〜Δ４を算出する。
【００３６】
相対値演算部２７から出力される相対値を示す情報はピーク位置を示す情報と共に、同期判定部２５に入力される。同期判定部２５では、入力された各相対値とピーク位置から最適な同期位置を選択し、出力端子２５に同期位置を示す情報を出力する。
【００３７】
相対値演算部２７により求められる相対値は、ピークＰ１〜Ｐ４の鋭さを示す指標となる。ピークが鋭いほど同期判定の信頼性も高くなると考えられるため、このような相対値を用いることにより、同期判定位置の信頼性を上げることが可能となる。また、相対値演算部２７において基準値とピーク値との差を相対値として求めることにより、受信信号に含まれるＤＣオフセットの影響を軽減することもできる。
【００３８】
なお、相対値としては基準値とピーク値との比を用いてもよく、この場合にはΔ１の代わりに、Δ１’＝Ａ１／Ｂ１というようにしてΔｎ’（ｎは１以上の整数）を算出し、予め設定された所定のスレッショルドよりも大きい最後のΔｎ’の位置を同期位置とする。
【００３９】
これにより、受信信号が信号毎に異なる倍率で増幅あるいは減衰されている場合でも、容易に同期位置を判定することが可能となる。
【００４０】
図７における同期判定部２５は、基本的には図３における同期判定部２５と同様でよく、例えば図５または図６に示すように構成される。但し、図３における同期判定部２５への入力は、ピーク検出部２４によって得られるピーク値及びピーク位置の情報であるのに対して、図７における同期判定部２５への入力は、相対値演算部２７によって得られる相対値及びピーク検出部２４によって得られるピーク位置の情報とすることにより、図５または図６と同様の構成とすることができる。
【００４１】
すなわち、図５に示す同期判定部２５においては、比較部３１により相対値と閾値設定部３２で予め設定された閾値とを比較し、相対値が閾値を超えた全てのピーク位置を求め、ピーク選択部３３により比較部３１によって求められたピーク位置のうち時間的に最も遅いピーク位置を同期位置として最適なピーク位置として選択し、これを同期位置と判定する。
【００４２】
一方、図６に示す同期判定部２５においては、変化量検出部４１により相対値の周期Ｐ毎に区切られた隣接２区間での変化量（図４に示す例ではΔ２−Δ１，Δ３−Δ２，・・・）を求め、最大値検出部４２によって該変化量の最大値を検出し、ピーク選択部４３により該最大値を与える隣接２区間の相対値のうち時間的に早い方のピーク位置を同期位置として選択すればよい。図４に示す例では、Δ４−Δ３の値が最大値となることから、ＴＡ３を同期位置として選択する。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればノイズの影響をあまり受けることなく時間同期のための基準時間位置を正確に判定して、信頼性の高い時間同期を行うことが可能であり、例えばＯＦＤＭ信号の受信に好適な受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図２】受信信号の一例を示す図
【図３】本発明の一実施形態に係る同期回路の構成を示すブロック図
【図４】移動平均算出部から得られる移動平均値波形の一例を示す図
【図５】同期判定部の一構成例を示すブロック図
【図６】同期判定部の他の構成例を示すブロック図
【図７】本発明の他の実施形態に係る同期回路の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０…受信アンテナ
１１…受信回路
１２…同期回路
１３…フーリエ変換回路
１４…伝搬路等化回路
１５…復調回路
２１…相関算出部
２２…既知信号生成部
２３…移動平均算出部
２４…ピーク検出部
２５…同期判定部
２７…相対値演算部
３１…比較部
３２…閾値設定部
３３…ピーク選択部
４１…変化量検出部
４２…最大値検出部
４３…ピーク選択部
【発明の属する技術分野】
本発明は、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；ＯＦＤＭ）信号のような繰り返し既知信号を含むバースト信号を受信する受信装置に係り、特に時間同期を確立する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワーク機器の接続手段として無線ＬＡＮ(Local Area Network）機器が注目され、急速に普及している。無線ＬＡＮ機器に対する技術的要求の一つとして、安定した高スループット通信の実現が挙げられる。この要求に応えるためには、送信装置から送信されるメッセージを受信装置が正確に受信し、再送などに伴うオーバヘッドを軽減する必要がある。受信装置では、送信装置との時間同期を確立することが送信装置からのメッセージを確実に受信するために重要となる。
【０００３】
ＩＥＥＥ(Institute of Electrical and Electronics Engineers)やＥＴＳＩ(the European Telecommunication Standards Institute)等においては、送信側から送信される既知信号の繰り返し部分を用いて時間同期を確立する通信方式を標準化し、勧告している。例えば、無線ＬＡＮ規格の一つであるＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では、パケット送信時にショートプリアンブルと呼ばれる０．８μsecの既知信号が１０回繰り返して送信される。受信装置では、同期回路により１０回目のショートプリアンブルの終了時点、すなわちプリアンブル部における繰り返し既知信号の最後尾を検出し、この最後尾を時間同期のための基準時間位置（同期位置という）と判定することで時間同期が行われる。
【０００４】
このような繰り返し既知信号を検出して、正確に時間同期を確立する方法として、受信信号について求めた遅延自己相関出力を用いる方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法では、繰り返し既知信号が一定の強い自己相関を持つことを利用し、受信信号と受信信号を既知信号の繰り返し周期分だけ遅延した信号との相関である遅延自己相関を求めることにより、繰り返し既知信号を検出する。すなわち、遅延自己相関出力が落ち込んだ個所を検出し、それを繰り返し既知信号の最後尾とみなして同期位置とする。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１４８６７９公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の方法では、もし繰り返し既知信号の遅延自己相関出力が何らかの原因により低下した場合や、あるいは時間変動した場合、遅延自己相関の落ち込み個所の見逃しや誤検出が起こり、同期位置の判定を誤る可能性が大きい。このような遅延自己相関の出力低下の最たる原因は、伝搬路で送信信号に混入するノイズである。ノイズは周期性が無いため、遅延自己相関出力を低下させ、さらにその出力を変動させる原因ともなり得る。
【０００７】
本発明の目的は、ノイズの影響を緩和して正確な時間同期を可能とする受信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一つの態様によると、一定周期で繰り返される既知信号を含むバースト信号を受信する受信装置において、前記既知信号を生成する既知信号生成手段と、この既知信号生成手段からの既知信号と受信信号との相関値を算出する相関算出部と、前記相関値についての移動平均値を算出する移動平均算出部と、前記周期毎に区切られた各区間における前記移動平均値のピーク値及びピーク位置を検出するピーク検出部と、前記ピーク値及びピーク位置を用いて時間同期のための基準時間位置を判定する同期判定部とを具備する。
【０００９】
このように構成される受信装置では、自己相関値を基に検出される時間同期のための基準時間位置位置の信頼性がノイズの影響により低下するような環境下でも、受信信号と既知信号との相関値についての移動平均値を算出する過程における平均化によりノイズの影響が軽減される。従って、ノイズの影響をあまり受けることなく基準時間位置の検出が可能となり、信頼性の高い時間同期を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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。
（受信装置の全体構成）
図１に、本発明の一実施形態に係る受信装置の概略的構成を示す。図示しない送信装置から送信されるＲＦ信号が受信アンテナ１０によって受信され、受信回路１１に入力される。受信信号は、本実施形態では例えばＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）信号であるとする。
【００１１】
ＯＦＤＭ信号は、例えば図２に示されるようなバースト信号であり、先頭に同期用プリアンブルや伝搬路推定用プリアンブルなどのプリアンブルが配置され、プリアンブルの後にデータ信号が続く。プリアンブルでは、同じ既知信号が一定周期Ｐで繰り返される。データ信号は１つ以上の情報シンボルからなる。各情報シンボルは、複数のサブキャリア信号により構成される。
【００１２】
受信回路１１では、受信されたＯＦＤＭ信号が増幅、周波数変換及びＡ／Ｄ変換されることによって、ディジタルベースバンド信号に変換される。以後、受信回路１１から出力されるディジタルベースバンド信号を受信信号という。
【００１３】
受信回路１１からの受信信号は、同期回路１２及びフーリエ変換回路１３に入力される。同期回路１２では、受信信号から送信装置との時間同期をとる処理が行われ、これにより同期位置と呼ばれる基準時間位置が判定される。ここで、時間同期とはＯＦＤＭ信号を受信する本実施形態の場合、例えば受信信号の中からシンボルやビットの位置を検出する処理である。この場合、同期位置とは例えば図２におけるデータ信号区間の情報シンボルの先頭位置、言い換えれば繰り返し既知信号からなるプリアンブルの最後尾である。同期回路１２の具体的な構成については、後に詳しく説明する。
【００１４】
フーリエ変換回路１３では、受信回路１１からの受信信号がＦＦＴ（フーリエ変換）処理される。フーリエ変換回路１３は、一般に入力される受信信号に対してＦＦＴウィンドウと呼ばれる区間を周期的に設定し、受信信号のＦＦＴウィンドウの区間を切り出してＦＦＴ処理を行う。この場合、ＦＦＴウィンドウの設定は同期回路１２により判定された同期位置に従って行われる。すなわち、同期回路１２から発生される同期位置を示す情報がフーリエ変換回路１３に供給され、この情報に基づき同期位置にＦＦＴウィンドウの先頭が合わせられることにより、時間同期が行われる。言い換えれば、時間同期によって受信装置におけるＦＦＴウィンドウが送信装置におけるＦＦＴウィンドウと時間的に一致するように設定される。
【００１５】
フーリエ変換回路１３では、上述のＦＦＴ処理により受信回路１１からの受信信号が各サブキャリア信号に分離される。分離された各サブキャリア信号は伝搬路等化回路１４に入力され、ここでＯＦＤＭ信号が伝搬路で受けた歪を除去するための等化処理が施された後、復調回路１５に入力される。復調回路１５においては、上述の時間同期処理に基づく適切な復調タイミングで等化後の受信信号に対して復調処理が行われ、送信データ系列が再生される。伝搬路等化回路１４及び復調回路１５の処理は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１６】
（同期回路１２の第１の実施形態）
図３には、同期回路１２の第１の実施形態に係る構成を示す。受信回路１１からの受信信号は、入力端子２０を介して相関算出部２１に入力され、既知信号生成部２２によって生成される既知信号との間の相関値が算出される。ここで、受信信号のプリアンブル部に含まれる既知信号を第１既知信号と呼び、既知信号生成部２２により生成される既知信号を第２既知信号と呼ぶ。第２既知信号としては、本来の第１既知信号と同じ信号が生成される。
【００１７】
相関算出部２１によって算出される相関値は、受信信号のプリアンブル部に含まれる第１既知信号と既知信号生成部２２により生成される第２既知信号が一致または類似している場合には大きな値を示し、第１既知信号と第２既知信号が一致せず類似もしていない場合には小さな値を示す。既知信号生成部２２では、第２既知信号が受信信号に対して一方向に一時刻ずつ移動しながら生成される。相関算出部２１の相関値計算は、第２既知信号が一時刻移動する毎に繰り返し行われ、これに伴って相関値が繰り返し連続的に出力される。
【００１８】
相関算出部２１により算出される相関値は移動平均算出部２３に入力され、移動平均値が算出される。移動平均とは、ある時点での入力値とその前後一定時間の値を平均化する操作をいう。この操作により得られる移動平均値は、ノイズ成分が平滑化される。本実施形態の場合、移動平均算出部２３によって相関算出部２１からの相関値についての移動平均値を算出することにより、同期位置の判定誤りの原因となるノイズ成分を平滑化することができる。
【００１９】
本実施形態における移動平均算出部２３は、例えば過去の入力値（相関算出部２１からの相関値）を一定個数だけ保持する複数段のシフトレジスタを有し、シフトレジスタの各段の保持値の平均を出力することにより、移動平均値を算出する。図４に、移動平均算出部２３の出力である移動平均値波形の一例を示す。
【００２０】
移動平均算出部２３により算出される移動平均値はピーク検出部２４に入力される。ピーク検出部２４は、移動平均値波形を第１既知信号の繰り返し周期Ｐに相当する時間区間に区切り、それぞれの区間における移動平均値のピークを探索して、ピーク値及びピーク位置を検出する。例えば、図４に示す移動平均値波形はピークＰ１〜Ｐ４を持ち、ピーク検出部２４はピークＰ１〜Ｐ４の値であるピーク値Ａ１〜Ａ４とピークＰ１〜Ｐ４の時間位置であるピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４を検出して、ピーク値Ａ１〜Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４の情報を出力する。
【００２１】
ピーク検出部２４から出力されるピーク値及びピーク位置の情報は、同期判定部２５に入力される。同期判定部２５では、ピーク検出部２４により検出されたピーク値及びピーク位置を用いて同期位置、すなわち時間同期のための基準時間位置を判定し、出力端子２６に同期位置を示す情報を出力する。同期判定部２５の具体的な構成については、後に詳しく説明する。
【００２２】
このように本実施形態では、相関算出部２１により算出される相関値を移動平均算出部２３により平均化して移動平均値を求め、この移動平均値についてピーク検出を行う。この移動平均値を求める際の平均化により、受信信号に含まれているノイズ成分がキャンセルされる。従って、ピーク検出に受信信号中のノイズ成分が与える影響を軽減できるので、遅延自己相関出力のピーク検出を行う従来の方法に比べ、より確実な同期位置判定が可能となる。
【００２３】
（同期判定部２５の具体例１）
図５に、同期判定部２５の具体例を示す。この例の同期判定部２５は、比較部３１と閾値設定部３２及びピーク選択部３３を有する。図３中に示したピーク検出部２４からのピーク値及びピーク位置の情報は、入力端子３０を介して比較部３１に入力される。比較部３１は、入力端子３０から入力されるピーク値と閾値設定部３２で設定された一定の閾値ｔｈとを比較する。この比較の結果、比較部３１はピーク値が閾値ｔｈを超えるピークが発生する区間は第１既知信号が繰り返し現れている区間であると判断し、同区間内の全てのピーク位置、すなわちピーク値が閾値ｔｈを超える全てのピーク位置の情報を出力する。
【００２４】
比較部３１から出力されるピーク位置の情報は、ピーク選択部３３に入力される。ピーク選択部３３は、各ピーク位置の中から同期位置に最適なピーク位置を選択し、これを同期位置として同期位置を示す情報を出力端子２６へ出力する。具体的には、例えば比較部３１でピーク値が閾値ｔｈを超えたと判定された全てのピーク位置のうち、時間的に最も遅いピーク位置を第１既知信号の繰り返し部分である図２のプリアンブルの最後尾（データ区間の情報シンボルの先頭位置）と判断し、この時間的に最も遅いピーク位置を同期位置に最適なピーク位置として選択し、これを同期位置と判定する。この判定された同期位置を示す情報は、出力端子２６より出力され、図１に示したフーリエ変換回路１３に供給される。
【００２５】
例えば、ピーク検出部２４によって図４に示した移動平均値波形のピーク値Ａ１〜Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４が検出された場合を考える。比較部３１は、ピーク値Ａ１〜Ａ４と閾値設定部３２により設定された閾値ｔｈとを比較する。この例では、図４中に示されるようにピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３の値であるピーク値Ａ１，Ａ２，Ａ３が閾値ｔｈを上回るため、比較部３１はピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３の時間位置であるピーク位置ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３の情報をピーク選択部３３へ出力する。そして、ピーク選択部３３はピーク位置ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３のうち最も時間的に遅いピーク位置ＴＡ３を同期位置として判定し、ピーク位置ＴＡ３の情報を出力端子２６へ出力する。
【００２６】
図５に示した同期判定部２５は実装が容易な構成であり、また一定の閾値ｔｈを用いてピーク検出に基づく繰り返し既知信号であるプリアンブル部の最後尾を検出して同期位置の判定を行うため、伝搬環境の変化が少なく、かつ直接波が強く受信される状況での使用に適している。
【００２７】
（同期判定部２５の具体例２）
図６には、同期判定部２５の他の具体例を示す。この例の同期判定部２５は、変化量検出部４１と最大値検出部４２及びピーク選択部４３を有する。図３中に示したピーク検出部２４からのピーク値及びピーク位置の情報は、入力端子４０を介して変化量検出部４１に入力される。変化量検出部４１は、ピーク値の周期Ｐ毎に区切られた隣接２区間での変化量を算出し、該変化量を示す情報を各ピーク値の情報と共に出力する。ピーク値の隣接２区間での変化量としては、例えば隣接２区間でのピーク値間の差を用いることができる。
【００２８】
変化量検出部４１によって検出される変化量は、第１既知信号が繰り返されるプリアンブル部において大きな値を示す。そこで、最大値検出部４２では変化量算出部４１で算出される変化量の最大値を検出し、変化量の最大値を与えるピーク値の情報を出力する。最大値検出部４２から出力されるピーク値の情報は、ピーク選択部４３に入力される。ピーク選択部４３は、最大値検出部４２により検出される最大値の情報と図３中に示したピーク検出部２４からのピーク値及びピーク位置の情報に基づいて、同期位置として最適なピーク位置を選択する。具体的には、例えば最大値検出部４２により検出される最大値を与える隣接２区間のピーク位置のうち、時間的に早い方のピーク位置を同期位置として選択して同期位置の判定を行う。この判定された同期位置を示す情報は、出力端子２６に出力される。
【００２９】
例えば、ピーク検出部２４によって図４に示した移動平均値波形のピーク値Ａ１〜Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４が検出された場合を考える。この場合、変化量検出部４１は隣接２区間、すなわち(1)区間（ｎ−１）Ｐ〜ｎＰと区間ｎＰ〜（ｎ＋１）Ｐ、(2)区間ｎＰ〜（ｎ＋１）Ｐと区間（ｎ＋１）Ｐ〜（ｎ＋２）Ｐ、(3)区間（ｎ＋２）Ｐ〜（ｎ＋３）Ｐのピーク値の変化量であるδ１２＝Ａ１−Ａ２，δ２３＝Ａ２−Ａ３，δ３４＝Ａ３−Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４の情報を出力する。最大値検出部４２は変化量δ１２〜δ３４を比較し、例えば図４の例ではδ３４が最大値であるため、δ３４に対応するピーク位置であるＴＡ３，ＴＡ４の情報を出力する。ピーク選択部４３は、ピーク位置ＴＡ３，ＴＡ４のうち時間的に早い方のピーク位置ＴＡ３を同期位置として選択して出力する。
【００３０】
このように図６に示す同期判定部２５では、隣接２区間におけるピーク値の差を変化量として用いて繰り返し既知信号からなるプリアンブル部の最後尾を検出して同期位置を判定するため、受信信号に一定のＤＣオフセットが重畳されている場合でも、同期位置を容易に判定することが可能となる。また、隣接２区間でのピーク値の変化量を比較するため、マルチパス等により周期信号が同一の歪みを受ける場合は影響が少ない。
【００３１】
変化量検出部４１においては、隣接２区間のピーク値の差に代えて隣接２区間のピーク値の比を変化量として検出してもよく、ピーク値の比が最小となる箇所を同期位置とする。
【００３２】
これにより、受信信号が信号毎に異なる倍率で増幅あるいは減衰されている場合でも、同期位置を容易に判定することが可能となる。
【００３３】
（同期回路１２の第２の実施形態）
次に、図７を参照して同期回路１２の他の構成例について説明する。図７に示す同期回路１２では、図３のピーク検出部２４と同期判定部２５との間に、相対値演算部２７が挿入されている。以下、図３と同一部分に同一符号を付して説明する。図７の同期回路１２では、相関算出部２１により算出される相関値について移動平均算出部２３により算出される移動平均値の情報、ピーク検出部２３により移動平均値について検出される繰り返し周期Ｐ毎に区切られた各区間におけるピーク値の情報、及び該ピーク値に対応するピーク位置の情報が相対値演算部２７に入力される。
【００３４】
相対値演算部２７では、移動平均算出部２３からの繰り返し周期Ｐ以下の時間だけ各ピーク位置より前の時点の移動平均値（各区間におけるピーク周辺部の移動平均値）を基準値として、ピーク検出部２４により検出される各ピーク値の相対値を求める。例えば、相対値演算部２７は周期Ｐ以内の時間τを予め定め、ピーク位置より時間τだけ以前の移動平均値を基準値として、ピーク値と基準値との差を相対値として求める。相対値演算部２７からは、相対値の情報がピーク位置の情報と共に出力される。同期判定部２５では、相対値演算部２７により得られる相対値及びピーク位置の情報を基に同期位置が判定される。
【００３５】
例えば、これまでの例と同様に移動平均算出部２３によって図４に示した移動平均値波形が得られ、ピーク検出部２４によって図４に示した移動平均値波形のピーク値Ａ１〜Ａ４及びピーク位置ＴＡ１〜ＴＡ４が検出された場合を考える。この場合、相対値演算部２７ではまず位置ＴＢ１＝ＴＡ１−τにおける移動平均値Ｂ１を抽出し、相対値Δ１＝Ａ１−Ｂ１を算出する。以後、各ピーク位置に対応して同様の処理を繰り返し、相対値Δ２〜Δ４を算出する。
【００３６】
相対値演算部２７から出力される相対値を示す情報はピーク位置を示す情報と共に、同期判定部２５に入力される。同期判定部２５では、入力された各相対値とピーク位置から最適な同期位置を選択し、出力端子２５に同期位置を示す情報を出力する。
【００３７】
相対値演算部２７により求められる相対値は、ピークＰ１〜Ｐ４の鋭さを示す指標となる。ピークが鋭いほど同期判定の信頼性も高くなると考えられるため、このような相対値を用いることにより、同期判定位置の信頼性を上げることが可能となる。また、相対値演算部２７において基準値とピーク値との差を相対値として求めることにより、受信信号に含まれるＤＣオフセットの影響を軽減することもできる。
【００３８】
なお、相対値としては基準値とピーク値との比を用いてもよく、この場合にはΔ１の代わりに、Δ１’＝Ａ１／Ｂ１というようにしてΔｎ’（ｎは１以上の整数）を算出し、予め設定された所定のスレッショルドよりも大きい最後のΔｎ’の位置を同期位置とする。
【００３９】
これにより、受信信号が信号毎に異なる倍率で増幅あるいは減衰されている場合でも、容易に同期位置を判定することが可能となる。
【００４０】
図７における同期判定部２５は、基本的には図３における同期判定部２５と同様でよく、例えば図５または図６に示すように構成される。但し、図３における同期判定部２５への入力は、ピーク検出部２４によって得られるピーク値及びピーク位置の情報であるのに対して、図７における同期判定部２５への入力は、相対値演算部２７によって得られる相対値及びピーク検出部２４によって得られるピーク位置の情報とすることにより、図５または図６と同様の構成とすることができる。
【００４１】
すなわち、図５に示す同期判定部２５においては、比較部３１により相対値と閾値設定部３２で予め設定された閾値とを比較し、相対値が閾値を超えた全てのピーク位置を求め、ピーク選択部３３により比較部３１によって求められたピーク位置のうち時間的に最も遅いピーク位置を同期位置として最適なピーク位置として選択し、これを同期位置と判定する。
【００４２】
一方、図６に示す同期判定部２５においては、変化量検出部４１により相対値の周期Ｐ毎に区切られた隣接２区間での変化量（図４に示す例ではΔ２−Δ１，Δ３−Δ２，・・・）を求め、最大値検出部４２によって該変化量の最大値を検出し、ピーク選択部４３により該最大値を与える隣接２区間の相対値のうち時間的に早い方のピーク位置を同期位置として選択すればよい。図４に示す例では、Δ４−Δ３の値が最大値となることから、ＴＡ３を同期位置として選択する。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればノイズの影響をあまり受けることなく時間同期のための基準時間位置を正確に判定して、信頼性の高い時間同期を行うことが可能であり、例えばＯＦＤＭ信号の受信に好適な受信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る受信装置の構成を示すブロック図
【図２】受信信号の一例を示す図
【図３】本発明の一実施形態に係る同期回路の構成を示すブロック図
【図４】移動平均算出部から得られる移動平均値波形の一例を示す図
【図５】同期判定部の一構成例を示すブロック図
【図６】同期判定部の他の構成例を示すブロック図
【図７】本発明の他の実施形態に係る同期回路の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０…受信アンテナ
１１…受信回路
１２…同期回路
１３…フーリエ変換回路
１４…伝搬路等化回路
１５…復調回路
２１…相関算出部
２２…既知信号生成部
２３…移動平均算出部
２４…ピーク検出部
２５…同期判定部
２７…相対値演算部
３１…比較部
３２…閾値設定部
３３…ピーク選択部
４１…変化量検出部
４２…最大値検出部
４３…ピーク選択部
Claims (6)
- 一定周期で繰り返される既知信号を含むバースト信号を受信する受信装置において、
前記既知信号を生成する既知信号生成手段と、
この既知信号生成手段からの既知信号と受信信号との相関値を算出する相関算出部と、
前記相関値についての移動平均値を算出する移動平均算出部と、
前記周期毎に区切られた各区間における前記移動平均値のピーク値及びピーク位置を検出するピーク検出部と、
前記ピーク値及びピーク位置を用いて時間同期のための基準時間位置を判定する同期判定部とを具備し、
前記同期判定部は、前記ピーク値の前記周期毎に区切られた隣接２区間での変化量を求める変化量検出部と、前記変化量の最大値を検出する最大値検出部と、前記最大値を与える隣接２区間のピーク位置のうち時間的に早い方のピーク位置を前記基準時間位置として選択するピーク選択部とを有する受信装置。 - 一定周期で繰り返される既知信号を含むバースト信号を受信する受信装置において、
前記既知信号を生成する既知信号生成手段と、
この既知信号生成手段からの既知信号と受信信号との相関値を算出する相関算出部と、
前記相関値についての移動平均値を算出する移動平均算出部と、
前記周期毎に区切られた各区間における前記移動平均値のピーク値及びピーク位置を検出するピーク検出部と、
前記ピーク位置より前記周期以下の時間だけ前の時点での移動平均値を基準値として、該基準値に対する前記ピーク値の相対値を求める相対値演算部と、
前記相対値及びピーク位置を用いて時間同期のための基準時間位置を判定する同期判定部とを具備する受信装置。 - 前記同期判定部は、前記相対値と一定の閾値とを比較し、前記相対値が前記閾値を超えた全てのピーク位置を求める比較部と、前記比較部によって求められたピーク位置のうち時間的に最も遅いピーク位置を前記基準時間位置として選択するピーク選択部とを有する請求項２記載の受信装置。
- 前記同期判定部は、前記相対値の前記周期毎に区切られた隣接２区間での変化量を求める変化量検出部と、前記変化量の最大値を検出する最大値検出部と、前記最大値を与える隣接２区間の相対値のうち時間的に早い方のピーク位置を前記基準時間位置として選択するピーク選択部とを有する請求項２記載の受信装置。
- 前記バースト信号は、前記既知信号を含むプリアンブル及び該プリアンブルに後続して配置されるデータ信号を有する直交周波数分割多重信号であり、前記同期判定部は、前記プリアンブルの最後尾を前記基準時間位置として判定する請求項１または２記載の受信装置。
- 受信される直交分割多重信号から前記基準時間位置に先頭を一致させたウィンドウの区間を切り出してフーリエ変換を行うことによりサブキャリア信号を分離するフーリエ変換部と、前記各サブキャリア信号を復調してデータ再生を行う復調部とをさらに具備する請求項５記載の受信装置。
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