JP4659540B2

JP4659540B2 - 受信装置

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Publication number: JP4659540B2
Application number: JP2005200642A
Authority: JP
Inventors: 博昭平井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: JP2007019985A

Description

本発明は、無線通信システムにおける受信側の通信装置（以下、受信装置）に関するものであり、特に、直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式で変調され、かつ、周波数ホッピングがフレーム内で行われる無線通信システムにおける受信装置に関するものである。

従来から、耐干渉性に優れた通信方式として、一定時間間隔で搬送周波数の切り替えを行う周波数ホッピング通信方式がある。また、マルチパスやフェージング等の電波伝搬に耐性があり、大容量伝送に適した無線変調方式として、OFDM変調方式と呼ばれる方式がある。

また、IEEE802におけるPAN（Personal Area Network）の仕様を策定するIEEE802.15.3aにおいて、MBOA（Multi Band OFDM Alliance）仕様が議論されている。ここでは、上記双方の方式を組み合わせ、瞬時的に528MHzの帯域を使用し、３周波数をホッピングすることにより、平均的に1584MHz帯域（528MHz×3）を使用するOFDM方式を用いた「超広帯域（UWB：Ultra Wide Band）大容量伝送方式」について記載されている。

MBOA仕様では、QPSK一次変調を行った送信信号シンボルを、128個まとめて逆フーリエ変換することで、周波数軸上にそれぞれ直交する128本のサブキャリアを構成する。さらに、OFDMシンボル単位で、システム毎に定めた周波数ホッピングを行い、ホッピングパターンとしてプリアンブル部に既知のTF（Time Frequency）コードを埋め込むことを行う。

また、MBOA仕様では、受信側で、送信タイミングを既知としないバーストフレームのやり取りを行うため、フレームの先頭に存在する既知のプリアンブル部において、AGC（Automatic Gain Control），AFC（Automatic Frequency Control），Hoppingタイミング同期，フレームタイミング同期，FFT（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）タイミング同期，伝送路推定をフレーム毎に行う必要がある。

また、OFDM変調方式を採用した無線通信システムの受信装置においては、FFTタイミングのずれがシンボル間干渉（ISI）やシンボルの回転につながり、受信性能の劣化が生じるため、FFT処理を行うタイミングを最適化することが重要である。たとえば、下記特許文献１においては、ホッピングタイミング同期およびフレーム同期を受信電力の分布により確立する方法が示されている。ここでは、直交検波後の信号に対してLPFにてフィルタリング処理を施し、LPFにて帯域制限されたアナログ信号を、Ａ／Ｄコンバータを介してデジタル信号とする。そして、ホッピングが完了する以前においては、上記デジタル信号を受信電力に変換し、送信周波数と受信周波数とが一致する場合に当該受信電力が大きくなることを利用して、ホッピング位置を推定する。また、同時に、上記デジタル信号を入力とする検波部および判定部を設けることにより、ホッピングタイミング同期と平行してフレーム同期を確立している。

特開平１０−１５０３８５号公報

しかしながら、上記MBOA仕様については、下記に示す問題があった。

たとえば、MBOA仕様に属するUWB規格においては、1MHZ帯域あたり-41.3dBm以下という微弱な送信電力により、通信を行うことを特徴としており、そのため、QPSK変調，符号化率1/3で、送信速度が最も低い53Mbps伝送時においては、同一信号をシンボル内で2回拡散し、シンボル間でさらに2回拡散する、といったように、低C/Nでの通信を想定範囲に置いている。したがって、ホッピングタイミングおよびＦＦＴタイミングの高速かつ高性能化が必要となる。

また、MBOA仕様においては、送受信間の偏差量として、±20ppmの範囲の誤差を許容しているため、タイミング同期を確立する場合には、偏差を事前に除去する仕組みを設ける必要がある。また、受信感度としては、送信速度が最も低い53Mbps伝送時において、-83.5dBmを規定しているため、受信機のダイナミックレンジを30dB程度とする必要がある。この場合も上記と同様に、タイミング同期を確立する場合には、増幅量を適切な値に事前に設定する仕組みを設ける必要がある。

また、上記特許文献１に記載の従来例においては、電力でホッピング位置を推定することから、低C/Nや他システムからの干渉に弱いという欠点があり、精度を上げるには時間がかかる。すなわち、上記タイミング同期と同時にAGCおよびAFCを高速に行う必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、タイミング同期処理を高速かつ高性能に実現するとともに、AGCおよびAFCの高速化および高性能化を実現可能な受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる受信装置は、OFDM方式を採用し、かつフレーム内で周波数ホッピングを行う受信装置であって、たとえば、受信フレームのプリアンブル部に含まれる特定の繰り返し信号と、ホッピングの種類を表すTFCの数に相当する複数の既知信号と、の相互相関を演算する相互相関演算手段と、前記相互相関値が特定のしきい値を超えた場合に、当該相互相関値に基づいてTFCを検出するTFC検出手段と、前記相互相関値および前記検出されたTFCに基づいてホッピングタイミングを算出し、当該タイミングに同期して周波数ホッピングを制御するためのホッピング制御信号を生成するホッピングタイミング算出手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、たとえば、ホッピングタイミング、TFCおよびFFTタイミングを、受信フレームのプリアンブル部とTFCの数に相当する複数の既知信号との相互相関処理を用いて決定することとしたので、低C/Nの環境であってもタイミング同期処理を高速かつ高性能に実現できる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる受信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる受信装置（バースト同期復調装置）の構成を示す図である。この受信装置は、たとえば、アンテナ１と、バンドパスフィルタ（BPF）２と、自動利得制御増幅部（AGCAMP）３と、直交検波部４と、ローパスフィルタ（LPF）５と、A/Dコンバータ６と、Local切り替えスイッチ７と、Band#1キャリア周波数生成部８と、Band#2キャリア周波数生成部９と、Band#2キャリア周波数生成部１０と、発振器１１と、自己相関演算部１２と、相互相関演算部１３と、AGC制御量決定部（AGC）１４と、キャリアセンス部１５と、TFコード（TFC）検出部１６と、ホッピング＆シンボルタイミング算出部１７と、フレーム検出部１８と、AFC補正量算出部１９と、AFC補正部２０と、FFT２１と、伝送路推定部２２と、位相補正部２３，２５，２７と、サンプリング周波数オフセット量算出部２４と、残留キャリア周波数偏差量算出部２６と、デスプレッド部２８と、判定部２９と、復号部３０と、Signal解析部３１と、リセット部３２と、MAC部３３と、を備えている。

また、図２は、MBOA仕様のフレームフォーマットを示す図である。このフレームは、165クロックを単位とするOFDMシンボルを基本として構成される。MBOA仕様では、OFDMシンボル毎にホッピング動作を、フレーム中のプリアンブル部（PS，FS，CE，PHに相当）からデータ部（Dataに相当）までの全てで行う。また、MBOA仕様のフレームは、パケット検出，AGC，ホッピング同期を目的とした21OFDMシンボルからなるパケット同期（Packet Sync）部（図２中のPSパターンに相当：特定の繰り返しパターン）と、フレームの位置を示し次に伝送路推定用のシンボルが続くことを示す3OFDMシンボルからなるフレーム同期（Frame Sync）部（図２中のFSパターンに相当：上記特定の繰り返しパターンを反転した繰り返しパターン）と、伝送路推定を目的とした6OFDMシンボルからなる伝送路推定（Channel Est）部（図２中のCEパターンに相当）と、データの長さと符号化率を示す12OFDMシンボルからなるシグナル部（図２中のPHパターンに相当）と、データ部（図２中のDataパターンに相当）から構成される。

また、図３は、MBOA仕様におけるホッピングの種類とプリアンブルパターンを示す図であり、ホッピングの種類（TFC：Time Frequency Code）によってプリアンブル部の既知パターン（Preamble Pattern）が異なっている。

ここで、上記バースト同期復調装置の各構成要素の動作について説明する。具体的には、本実施の形態における自動利得制御（AGC）、送信（受信）信号の周波数同期、およびホッピングタイミング，ＦＦＴタイミングの最適化、の概要について説明する。

まず、MBOA仕様のバースト同期復調装置の自動利得制御について説明する。MBOA仕様では、広帯域にわたって高い伝送速度を実現するため、OFDM変調方式が採用されている。OFDM変調方式は、ゴーストおよびマルチパスに対する強度が大きい反面、回路のノンリニアリティ（非線形性）に対する強度が弱い。このため、A/Dコンバータ等の歪が生じると、受信信号品質の著しい劣化を招いてしまう。このため、MBOA仕様では、上記図２に示しているように、フレーム構造を有する変調信号の先頭に、プリアンブル信号としてPSパターンおよびFSパターンと呼ばれる固定の信号を挿入し、この区間内で、タイミング同期および周波数同期を確立する一方で、A/Dコンバータ６に入力される信号の電圧振幅を歪みの生じない信号許容範囲内にレベル補正する必要がある。

また、CEパターン（プリアンブル信号）と呼ばれる後半部分の固定パターンには、リファレンス信号と呼ばれる伝送路の周波数特性を観測し、プリアンブル信号に続くデータ信号（実際の通信データ）を補正するための、基準信号が入っている。リファレンス信号とデータ信号は、A/Dコンバータ６から出力されたデジタル信号のレベルを変動させず、自動利得制御増幅部３の利得を一定に保つ方が望ましい。したがって、MBOA仕様では、プリアンブル時間で、歪みの生じない信号許容範囲内にレベル補正する高速かつ高性能の自動利得増幅方式が必要となる。そこで、本実施の形態では、上記のプリアンブル区間内で行う高速かつ高性能なレベル補正を実現するため、後述するように、３段階のレベル補正を行う。

また、上記図２に示すようなバースト信号に対しては、受信レベルの最適化（AGC）、受信周波数ずれの補正、同期検出、を短時間に行う必要がある。そこで、本実施の形態では、後述するように、受信開始の時点（バースト検出開始時）は自動利得制御増幅部３の利得レベルは最大にして待ち受けを行い、信号を検出すると、一定期間の入力信号の信号電力を計測し、その結果に基づいて自動利得制御増幅部３に対してAGC制御情報Ｓ１を送り、利得レベルを調整する。

以下、図４を用いてフレーム初期のAGC動作を説明する。MBOA仕様では、ホッピングパターン（TFC）がプリアンブル部に規定されているため、初期状態として、ホッピング同期を確立する必要がある。そのため、Localを固定させてTFC検出を行う必要がある。図４では、初期状態として、Band#1に固定する場合を例としている。Localキャリア周波数を固定させる方法としては、たとえば、ホッピング＆シンボルタイミング算出部１７から出力されるLocal制御信号Ｓ２を用いて、キャリア周波数選択スイッチ７を制御する。

本実施の形態では、PS0〜PS8に相当する時間をBand#1固定時間として、AGC初期動作を行う。たとえば、ホッピング＆シンボルタイミング算出部１７からのホッピング動作のON／OFF信号Ｓ３がホッピングOFFの場合、AGC１４では、A/Dコンバータ６からBand#１に相当する信号しか入力されないため、３バンド分の信号量を擬似的に生成する必要がある。したがって、AGC１４では、時間信号Ｓ４の値を３倍して処理を行う。なお、バンド毎に重み係数が異なることが事前に分かっている場合には、３倍ではなく、対応する重みを用いて３バンド分の信号量を求めてもよい。

その後、ホッピング動作が始まり、ホッピング＆シンボルタイミング算出部１７からのホッピング動作のON／OFF信号Ｓ３がホッピングONの場合は、A/Dコンバータ６から３バンド分の信号が入力されるため、AGC１４では、時間信号Ｓ４の値から入力電力を計算する。図４においては、PS9〜FS2に相当する時間がこのAGC動作に該当し、Band#1〜Band#3の３バンドを用いたAGC動作を行う。

また、フレーム検出部１８では、PSパターンからFSパターンへの切り替わりを検出することによりフレーム検出を行い、その結果であるフレーム検出信号Ｓ５を出力する。フレーム検出部１８によるフレーム検出方法については後述する。AGC１４では、CE以降でAGC動作を止める必要があるため、フレーム検出信号Ｓ５の入力とともに、AGC制御量の変動を停止させる。

なお、通常時にはAGC動作をフレーム終了とともに再開させることが可能なように、また、異常時にはAGC動作を即座に再開させることが可能なように、後述するリセット部３２からのリセット信号Ｓ６によって、AGC１４の動作を再開させることが可能となっている。また、MAC部３３では、受信信号の相手が事前に認識でき、AGCの制御量を事前に推定できる場合には、当該推定した制御量をAGC事前情報Ｓ７としてAGC１４に対して通知することとしてもよい。これにより、さらに高速に高性能なAGCを実現する。この場合、MAC３３に対してAGC制御情報Ｓ１を通知することとしてもよい。

つづいて、図５を用いてフレーム初期における相互相関処理について説明する。MBOA仕様では、前述したように、ホッピングパターン（TFC）がプリアンブル部のPS時間信号に含められている。ここで、受信信号をｒ（ｋ）とし、図２中のPS時間信号に含まれる既知信号１２８サンプルをｃ［０：１２７］とした場合、１２８サンプルとの相互相関信号ｃｃ１（ｋ）は、下記（１）式のように表すことができる。

…（１）

図６は、相互相関演算部１３の構成を示す図であり、シフトレジスタ５１と、相互相関回路５２〜５６と、平均化処理部６２〜６６と、を備えている。相互相関演算部１３では、ホッピングパターンが不明であるため、図６に示すように、ホッピングパターン（TFC）の数に相当する数だけ相互相関回路５２〜５６を持ち、ここで、上記（１）式に相当する相互相関演算を並列に行う（図５参照）。なお、上記のように、相互相関演算を並列に行うのではなく、高速にシリアル処理を行ってもよい。また、相互相関演算は、H/W規模の削減のために部分的な相関パターンを持つ部分相関演算としてもよい。

また、図７は、MBOA仕様で検討されている伝送路モデル（Target Channel Characteristics）の一例を示す図である。伝送路モデルとしては、AWGNチャネルと実測データに基づいたマルチパス環境におけるLOS（Line of Sight）およびNLOS（Non Line of Sight）の両方をモデルとしている。図７では、CM#1からCM#4になるにつれて、通信環境が厳しい条件となる。ここで、CM#4を一例として、図７の各項目を説明する。「Mean excess delay」は、発生したマルチパスのk番目の遅延波の振幅をａ_kとし、直接波からの相対遅延時間をτ_kとして、下記（２）式で表すことができる。また、「RMS delay」は、下記（２）式で表すことができる。また、次の２行については、マルチパスとして認識可能なパスの平均数を示しており、上の行は、最大パスから10dB以内で観測可能なパスの平均本数を表しており、下の行は、全エネルギーの85％に到達するのに必要なパスの平均本数を表している。また、「Channel energy mean」は、伝送路利得の平均値を表し、「Channel energy std」は、伝送路利得の分散値を表している。

…（２）

…（３）

上記MBOA仕様で検討されている伝送路においては、遅延波の数が非常に多く、相関値が小さな値を示す場合がある。そのため、相互相関演算部１３では、TFC単位に、Prefix長以下の平均化処理部６２〜６６を設け、図５に示すように、平均化（合計）した結果を相互相関移動平均値Ｓ８として出力する。これにより、伝送路の時間変動が細かい場合においても、平均化（合計）することでなめらかな相関情報を作り出すことが可能になる。

つぎに、TFコード検出部１６では、受け取った相互相関移動平均値Ｓ８を判定する。この判定処理では、たとえば、特定のしきい値を設け、相関値がしきい値を超えた場合にTFCの検出を行う。そして、TFC検出完了後、TFC値Ｓ９を出力する。なお、TFCの誤検出を減らすために、S/Nが良好な場合においては、キャリアセンス部１５が出力するキャリアセンス信号Ｓ１０を利用して、信号の到来とともに動作を開始することとしてもよい。また、一度TFCを検出した後は、リセット信号Ｓ６が入るまで新たなコード検出を行わないこととしてもよい。

上記TFCの検出によって、図３に従いホッピング順序が決まるため、たとえば、次に再度Band#1が設定されるタイミングが分かる。なお、MAC３３においては、受信信号の相手を事前に認識でき、TFCを推定できる場合には、当該TFCを含むTFC事前情報Ｓ２９をTFコード検出部１６に通知することとしてもよい。これにより、さらに高速に高性能なTFコード検出を実現できる。この場合、MAC３３に対してTFC情報（TFC値）Ｓ９を通知することとしてもよい。

つづいて、ホッピング＆シンボルタイミング算出部１７によるホッピングタイミングの算出処理について説明する。

ホッピング＆シンボルタイミング算出部１７では、初期のホッピング動作として、上記相互相関移動平均値Ｓ８および上記TFコード検出部１６で得られたTFC値Ｓ９に基づいてLocal制御信号（ホッピング制御信号）Ｓ２を駆動し、Local切り替えスイッチ７を制御する。

各TFCに対応する相互相関信号は、たとえば、図５の最下部に位置するパターンのように得られる。このとき、期待通りの動作ではなく、初期のホッピング動作を早めてしまった場合は、相互相関信号および平均化を行った相互相関信号の現れる位置が期待する位置より後ろに現れるため、ホッピング位置の調整を行い、後方にホッピング位置をずらす処理を行う。逆に、初期のホッピング動作を遅らせてしまった場合は、相互相関信号が前方に現れるため、前方にホッピング位置をずらす処理を行う。期待する位置に調整することにより、正しい位置にホッピングタイミングを揃えることが可能になる。ここで得られたホッピングタイミングは、OFDMシンボルタイミングと同じ周期で得られるため、このタイミング（Ｓ２）をフレーム検出部１８へ通知する。なお、上記期待どおりの動作とは、全く遅延波がなくS/Nの十分にとれた伝送路における動作を表すが、初期のホッピング動作は、回数が少なく、AGCやAFCがうまく動かない状態で動作させるため、微調整を行う必要がある。この微調整は、駆動しているホッピングパルスの位置を数クロック前後させることにより実現する。

なお、各Bandで異なるタイミング位置を算出する場合は、タイミング位置の平均化や重み付け等の処理を行うことにより、正確なホッピング位置を算出することも可能である。また、ホッピング動作は、Local切り替えスイッチ７の応答速度に依存するため、スイッチの特性に対してデジタル的にタイミングを調整可能な調整回路を設けることとしてもよい。また、MAC３３において、受信信号の相手を事前に認識でき、ホッピングタイミングを推定できる場合には、推定値を含むホッピングタイミング事前情報Ｓ１１をホッピング＆シンボルタイミング算出部１７に通知する。これにより、さらに高速に高性能なホッピング動作を実現できる。この場合、MAC３３に対してホッピング制御信号Ｓ２を通知することとしてもよい。

つづいて、自己相関演算部１２の動作について説明する。たとえば、図３に示すTFCナンバー１のように、３OFDMシンボルでBandが元に戻るような場合、自己相関信号ａｃ（ｋ)は、下記（４）式のように表すことができる。

…（４）

上記（４）式の結果は複素数であり、MBOA仕様のフレームが入ってきた場合、自己相関信号ａｃ（ｋ)は、図８に示す自己相関値のような振舞いを示す。図８は、フレーム初期における自己相関処理を示す図である。ここでは、複素数の実数部を図示している。図８において、PSパターン同士による上記（４）式の結果と、PSパターンとFSパターン（反転）による上記（４）式の結果は、１８０度反転した結果を示す（図８の自己相関値参照）。そして、自己相関演算部１２では、図８に示すように平均化処理を行い（図８では、FFTウィンドウに相当する量の平均化イメージ）、自己相関移動平均値Ｓ１２を出力する。これにより、平均値のピークがフレームのどの位置にあるかを示すことができる。

つづいて、フレーム検出部１８の動作について説明する。図９は、フレーム初期におけるフレーム検出動作を示す図である。ホッピング＆シンボルタイミング算出部１７から出力されるホッピング制御信号Ｓ２は、OFDMシンボルタイミング周期であるため、フレーム検出部１８は、このタイミングで自己相関移動平均値Ｓ１２をラッチする。このとき、PSパターンが繰り返されている場合には、自己相関のベクトルが同じ方向を向き続けるが、FSパターンに変更されたと同時にベクトルが逆向きとなるため、フレーム検出が可能となる。そして、フレーム検出部１８では、上記検出結果を、フレーム検出信号Ｓ５として出力する。また、フレーム検出を行った後、CEシンボル以降のシンボルに対してFFT処理を実行する必要があるため、ホッピング制御信号Ｓ２に同期したOFDMシンボル周期で、FFT２１に対して、FFTタイミング信号Ｓ１３を周期的に送信する。

なお、上記フレーム検出には、３Bandの情報を全て用いて精度を高めてもよいし、有力なBand情報を選択して用いてもよい。また、MAC３３においては、受信信号の相手を事前に認識でき、フレームタイミングを推定可能な場合、当該タイミングを含むフレームタイミング事前情報Ｓ１４をフレーム検出部１８に通知する。これにより、さらに簡易なフレーム検出動作を実現できる。この場合、MAC３３に対してフレーム検出信号Ｓ５を通知することとしてもよい。

つづいて、受信周波数ずれの検出処理とその補正処理について説明する。AFC補正量算出部１９では、自己相関移動平均値Ｓ１２の繰り返し信号区間において、周波数ずれの検出、すなわち、送受信間のキャリア周波数偏差量を検出する。ここでは、自己相関移動平均値Ｓ１２とフレーム検出信号Ｓ５とを用いて、自己相関演算箇所のフレーム位置を特定し、この位置に基づいてAFC補正量を算出する。そして、このAFC補正量を含む信号Ｓ１５をAFC補正部２０に通知する。AFC補正部２０では、受け取った信号Ｓ１５に基づいて時間信号Ｓ４に対してAFC補正を行い、補正後の時間信号Ｓ１６を出力する。

また、キャリア周波数をｆ_cとし、サンプリング周波数をｆ_sとし、偏差量をρとした場合、１サンプルあたりの回転量Δω_cは、下記（５）式のように表すことができる。

…（５）

すなわち、上記（５）式から明らかなように、サンプリング周波数が共通で、送受信間偏差量が固定の場合には、キャリア周波数に比例した回転量が得られる。そのため、Band情報（ホッピングしているときの中心周波数に関する情報）を用いて偏差量を精度良く求めることとしてもよく、また３Bandの平均値を用いることでずれに相当する量を誤差として扱うことにより、簡易な構成をとることとしてもよい。

なお、MAC３３においては、受信信号の相手を事前に認識でき、AFC制御量を推定できる場合には、当該AFC制御量を含むAFC制御量事前情報Ｓ１７をAFC補正量算出部１９に通知する。これにより、さらに高速に高性能なAFC制御を実現できる。この場合、MAC３３に対してキャリア周波数偏差量（AFC制御情報）Ｓ１８を通知することとしてもよい。

また、伝送路推定部２２では、TFコード検出部１６から得られるTFC値Ｓ９を用いて、Band毎に伝送路を推定し、伝送路推定値Ｓ１９を出力する。伝送路推定にTFCを用いることにより、Band毎に適した伝送路推定を行うことが可能となる。そして、位相補正部２３では、伝送路推定値Ｓ１９に基づいて、PSK等の位相変調の場合にはFFT処理後の周波数信号Ｓ２０に対して位相補正を行い、QAM等の振幅変調がある場合には振幅と位相の補正を行う。

また、サンプリング周波数オフセット量算出部２４では、サンプリング周波数偏差量を推定し、サブキャリア毎に異なる位相補正量Ｓ２１を算出する。キャリア周波数とサンプリング周波数の原振が共通の場合は、キャリア周波数ｆ_c[Hz]に対する周波数偏差量Δｆ_c[Hz]と、サンプリング周波数ｆ_s[Hz]に対するサンプリング周波数偏差量Δｆ_s（ｋ）[Hz]には、下記（６）式の関係が成立する。ただし、ｋはサブキャリア番号であり、Ｎ_fはFFTサイズである。

…（６）

なお、上記（６）の算出にあたっては、TFコード検出部１６が出力するTFC値Ｓ９から求めたキャリア周波数、およびAFC補正量算出部１９が出力するキャリア周波数偏差量Ｓ１８を用いる。上記サンプリング周波数オフセット量補正処理に、TFCを用いることにより、Band毎に、サンプリング周波数オフセットの補正処理を行うことができる。

そして、位相補正部２５では、上記で求めた位相補正量Ｓ２１を用いて、位相補正部２３が出力する周波数信号Ｓ２２を補正し、その結果である周波数信号Ｓ２３を出力する。

また、残留キャリア周波数偏差量算出部２６では、AFC補正部２０にてキャリア周波数補正を行った後にさらに残留するキャリア周波数偏差を除去する。具体的には、TFC値Ｓ９および既知パターンであるパイロットサブキャリアを用いて、残留するキャリア周波数偏差を推定し、その補正量Ｓ２４を出力する。そして、位相補正部２７では、受け取った補正量Ｓ２４を用いて、残留キャリア周波数偏差を除去する補正を行い、補正後の周波数信号Ｓ２５を出力する。残留キャリア周波数偏差補正処理に、TFCを用いることにより、Band毎にキャリア周波数オフセットの補正処理を行うことが可能となる。

また、デスプレッド部２８では、Band方向に拡散したデータを合成する。このとき、TFC値Ｓ９によりBand情報を求め、Signal解析部３１からのSignal解析情報Ｓ２６によりデスプレッド方法を求め、それたを用いて合成を行う。また、判定部２９では、合成後の周波数信号Ｓ２７を判定し、その判定結果である判定データＳ２８を出力する。このとき、判定部２９では、Signal解析部３１からのSignal解析情報Ｓ２６により判定方法を変更する。そして、復号部３０では、判定データＳ２８に対して所定の復号処理を実行し、その復号結果Ｓ３３を出力する。

なお、リセット部３２では、フレーム処理（ホッピング＆シンボルタイミング算出部１７，TFコード検出部１６，AGC１４の処理に相当）の初期化を行うために、リセット信号Ｓ６を生成する。リセット信号Ｓ６は、たとえば、キャリアセンス部１５からのキャリアセンス信号Ｓ１０の消失、Signal解析部３１にて解析されたフレーム長の処理の終了、MAC３３からの初期リセット信号Ｓ３１、ホッピング＆シンボルタイミング算出部１７からのホッピング停止信号Ｓ３２等により生成される。これにより、フレーム内での誤った再処理を回避でき、次のフレーム同期に対して即座に準備することができる。

このように、本実施の形態においては、ホッピングタイミング、TFCおよびFFTタイミングを、受信フレームのプリアンブル部とTFCの数に相当する複数の既知信号との相互相関処理を用いて決定することとした。これにより、低C/Nの環境であっても、タイミング同期処理を高速かつ高性能に実現できる。また、上記相互相関処理において、Prefix内の電力を積分する機能（平均化）を設けることにより、伝送路が見通しではなく遅延波が多数存在するような環境であっても、より高性能に同期処理を実現することができる。

また、受信フレームのプリアンブル部を用いて同一周波数のシンボルの自己相関を演算し、上記ホッピング制御信号に同期してラッチした自己相関値に基づいて、フレーム検出を行うこととした。これにより、フレーム検出を高性能に実現することができる。また、上記自己相関値および上記フレーム検出結果に基づいて送受信間のキャリア周波数偏差量を検出することとしたので、AFCの高速化および高性能化を実現できる。

また、AGC処理においては、ホッピング動作のON／OFF信号を受け取り、ホッピング動作がOFFの場合は、搬送周波数を固定してAGC動作を行い、ホッピング動作がONの場合は、搬送周波数を切り替えながらAGC動作を行うこととした。これにより、受信状態が正しく認識できるので、AGCの高速化および高性能化を実現できる。また、AGC動作を行う場合に、上記フレーム検出信号を利用してCE以降でAGC動作を止めることとしたので、FFTによる劣化を回避できる。

以上のように、本発明にかかる受信装置は、無線通信システムにおける受信側の通信装置として有用であり、特に、OFDM変調方式で変調されかつ周波数ホッピングがフレーム内で行われる無線通信システムに適している。

本発明にかかる受信装置の構成を示す図である。 MBOA仕様のフレームフォーマットを示す図である。 MBOA仕様におけるホッピングの種類とプリアンブルパターンを示す図である。フレーム初期におけるAGC動作を示す図である。フレーム初期における相互相関処理動作を示す図である。相互相関演算部の構成を示す図である。 MBOA仕様で検討されている伝送路モデルの一例を示す図である。フレーム初期における自己相関処理動作を示す図である。フレーム初期におけるフレーム検出動作を示す図である。

符号の説明

１アンテナ
２バンドパスフィルタ（BPF）
３自動利得制御増幅部（AGCAMP）
４直交検波部
５ローパスフィルタ（LPF）
６ A/Dコンバータ
７ Local切り替えスイッチ
８ Band#1キャリア周波数生成部
９ Band#2キャリア周波数生成部
１０ Band#3キャリア周波数生成部
１１発振器
１２自己相関演算部
１３相互相関演算部
１４ AGC制御量決定部（AGC）
１５キャリアセンス部
１６ TFコード（TFC）検出部
１７ホッピング＆シンボルタイミング算出部
１８フレーム検出部
１９ AFC補正量算出部
２０ AFC補正部
２１ FFT
２２伝送路推定部
２３，２５，２７位相補正部
２４サンプリング周波数オフセット量算出部
２６残留キャリア周波数偏差量算出部
２８デスプレッド部
２９判定部
３０復号部
３１ Signal解析部
３２リセット部
３３ MAC部
５１シフトレジスタ
５２，５３，５４，５５，５６相互相関回路
６２，６３，６４，６５，６６平均化処理部

Claims

直交周波数分割多重（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を採用し、かつフレーム内で周波数ホッピングを行う受信装置であって、
受信フレームのプリアンブル部に含まれる特定の繰り返し信号と、ホッピングの種類を表すTFC（Time Frequency Code）の数に相当する複数の既知信号と、の相互相関を演算する相互相関演算手段と、
前記相互相関値が特定のしきい値を超えた場合に、当該相互相関値に基づいてTFCを検出するTFC検出手段と、
前記相互相関値および前記検出されたTFCに基づいてホッピングタイミングを算出し、当該タイミングに同期して周波数ホッピングを制御するためのホッピング制御信号を生成するホッピングタイミング算出手段と、
前記特定の繰り返し信号区間において、A/Dコンバータに入力される受信信号の電圧振幅を歪みの生じない信号許容範囲内にレベル補正するAGC手段と、
を備え、
前記特定の繰り返し信号のうち先頭から所定の位置までの信号を受信する期間で搬送周波数を固定して前記AGC手段によるレベル補正を実施し、前記所定の位置以降の前記特定の繰り返し信号を受信する期間で搬送周波数を切り替えながら前記AGC手段によるレベル補正を実施することを特徴とする受信装置。
前記相互相関演算手段は、前記複数の既知信号との相互相関演算を並列または直列に行うことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記相互相関演算手段にて演算する相互相関を部分相関演算とすることを特徴とする請求項１または２に記載の受信装置。
前記相互相関演算手段は、演算結果である相互相関値として、所定の平均化処理を行った結果である相互相関移動平均値を出力することを特徴とする請求項１、２または３に記載の受信装置。
さらに、
受信フレームのプリアンブル部に含まれる特定の繰り返し信号において、同一周波数のシンボルの自己相関を演算する自己相関演算手段と、
前記ホッピング制御信号に同期して前記自己相関値をラッチした結果に基づいて、フレーム検出を行うフレーム検出手段と、
前記自己相関値および前記フレーム検出結果に基づいて送受信間のキャリア周波数偏差量を検出し、当該偏差量を用いて受信信号のキャリア周波数補正を行うAFC補正手段と、
前記キャリア周波数補正後の信号に対してFFT処理を行うFFT手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の受信装置。
前記自己相関演算手段は、演算結果である自己相関値として、所定の平均化処理を行った結果である自己相関移動平均値を出力することを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
前記フレーム検出手段は、フレーム検出後、前記ホッピング制御信号のタイミング周期で、前記特定の繰り返し信号以降のシンボルに対してFFT処理を実行するためのFFTタイミングを、前記FFT手段に通知することを特徴とする請求項５または６に記載の受信装置。
前記AGC手段は、前記フレーム検出手段によるフレーム検出完了後、AGC処理を停止させることを特徴とする請求項５、６または７に記載の受信装置。
さらに、
前記TFC検出手段から得られるTFCを用いて、搬送周波数毎に伝送路を推定し、当該伝送路推定結果に基づいて、FFT処理後の周波数信号に対して位相補正を行う位相補正手段、
を備えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一つに記載の受信装置。
さらに、
前記TFC検出手段から得られるTFCおよび前記AFC補正手段から得られるキャリア周波数偏差量に基づいてサンプリング周波数偏差量を推定し、当該推定結果に基づいて前記位相補正手段が出力する周波数信号のサンプリング周波数偏差を補正するサンプリング周波数偏差補正手段、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の受信装置。
さらに、
前記TFC検出手段から得られるTFCおよび既知パターンであるパイロットサブキャリアを用いて前記AFC補正手段にてキャリア周波数補正を行った後にさらに残留するキャリア周波数偏差を推定し、当該推定結果に基づいて残留キャリア周波数偏差を除去する補正を行う残留キャリア周波数偏差補正手段、
を備えることを特徴とする請求項１０に記載の受信装置。
事前に受信相手を認識でき、フレームタイミングを推定できる場合には、当該タイミングを含むフレームタイミング事前情報を前記フレーム検出手段に通知することを特徴とする請求項５〜１１のいずれか一つに記載の受信装置。
事前に受信相手を認識でき、キャリア周波数偏差量（AFC制御量）を推定できる場合には、当該AFC制御量を含むAFC制御量事前情報を前記AFC補正手段に通知することを特徴とする請求項５〜１２のいずれか一つに記載の受信装置。
事前に受信相手が認識でき、AGCの制御量を事前に推定できる場合には、当該制御量を含むAGC事前情報を前記AGC手段に通知することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の受信装置。
事前に受信相手を認識でき、TFCを推定できる場合には、当該TFCを含むTFC事前情報を前記TFC検出手段に通知することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の受信装置。
事前に受信相手を認識でき、ホッピングタイミングを推定できる場合には、当該タイミングを含むホッピングタイミング事前情報を前記ホッピングタイミング算出手段に通知することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の受信装置。
さらに、フレーム同期処理を初期化するためのリセット手段、
を備えることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の受信装置。