JP5136085B2 - 受信装置及び移動端末装置並びに同期タイミング検出方法 - Google Patents

受信装置及び移動端末装置並びに同期タイミング検出方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信技術に関する。本発明の一態様は、時分割複信ＯＦＤＭ変調通信を行う無線装置間でフレームを同期させるフレーム同期タイミング検出装置及び移動端末装置並びにフレーム同期タイミング検出方法に適用するのが好適である。
時分割複信(TDD: Time Division Duplex)方式により無線通信を行う基地局と移動端末は、上りリンク方向と下りリンク方向の信号の送信を時分割により（送受信は同じ周波数帯を用いることができる）行う。例えば、基地局と移動端末は、1無線フレーム内で、下りリンク方向の送信時期と上りリンク方向の送信時期を交互に切り替えることにより全二重通信を行なう。時分割複信方式における伝送フレームには、例えば、図１に示すように、下りリンクの信号が送信される下りリンクサブフレーム(DL Subframe)と、上りリンクの信号が送信される上りリンクサブフレーム(UL Subframe)とが含まれる。これらの要件を有する通信システムには、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)が含まれる（例えば、非特許文献１参照）。
時分割複信方式では、基地局と移動端末との間で下りリンク方向の送信時期と上りリンク方向の送信時期との切り替えタイミングを同期させるために、フレーム開始タイミングの検出が行われる。
また、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式では、複数のサブキャリアを変調することにより生成されたＯＦＤＭシンボルが伝送される。基地局と移動端末は、各ＯＦＤＭシンボルの復調処理を行うために、図２に示されるような、シンボルの開始タイミングを検出するシンボル同期処理が行われる。
時分割複信ＯＦＤＭ変調通信で伝送される各フレームの先頭には、「プリアンブル」と呼ばれる既知の所定パターンを有するデータ系列が含まれる。時分割複信ＯＦＤＭ変調通信システムに適用される受信装置について、図３を参照して説明する。
シンボル開始タイミング検出部１２では、ＯＦＤＭシンボル内のサイクリック プレフィックス(CP: Cyclic Prefix)と、このＣＰのコピー元である有効シンボルの後部との間で、時間領域での相関演算が行われ、ＯＦＤＭシンボルの開始タイミングが検出される。そして、フレーム開始タイミング検出部１４において、周波数領域において、シンボル毎に、プリアンブルパターンとの相関演算が行われ、プリアンブルシンボルが検出される。フレーム開始タイミング検出部１４は、プリアンブルシンボルの検出開始タイミングをフレームの開始タイミングとして、出力する。
IEEE 802.16e
上述した受信装置では、シンボル毎に周波数領域の相関演算が行われる。このため、その相関演算量が肥大化する。
一例として、１０ＭＨｚ帯で運用されるＷｉＭＡＸの受信装置に適用した場合について、図４を参照して説明する。図４には、ＷｉＭＡＸに適用されるフレームフォーマットの一例が示される。図４によれば、１フレームは、ＤＬサブフレームと、ＵＬサブフレームとを含む。１フレームは、例えば５ｍｓである。また、例えば、ＤＬサブフレームには３５個のＯＦＤＭシンボルが含まれ、ＵＬサブフレームには１２個のＯＦＤＭシンボルが含まれる。１ＯＦＤＭシンボルは１１５２Ｔｓであり、送信／受信切り替えのギャップは１１０４Ｔｓであり、受信／送信切り替えのギャップは６７２Ｔｓである。ここで、送信／受信切り替えのギャップはＴＴＧ(Transmit/Receive Transition Gap)と呼ばれてもよく、受信／送信切り替えのギャップはＲＴＧ(Receive/Transmit Transition Gap)と呼ばれてもよい。ここで、Ｔｓは、サンプル長(sample Length)を示す。例えば、サンプル長は、サンプル周波数の逆数と等しく、約８９ｎｓである。また、サンプル周波数(Fs: sampling Frequency)は、１１．２ＭＨｚである。
図４に示されるフレームフォーマットにおいては、１フレーム当たりのＯＦＤＭシンボル数は、ＤＬサブフレームに含まれるＯＦＤＭシンボルとＵＬサブフレームに含まれるＯＦＤＭシンボルとを合わせて４７個である。また、プリアンブルのパターン数は１１４個である。
従って、この受信装置では、４７×１１４＝５３５８［回］の相関演算が必要となる。
そこで、本発明は上述した問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、フレーム同期タイミングの検出におけるＯＦＤＭシンボルの相関演算量を削減することができるフレーム同期タイミング検出装置及び移動端末装置並びにフレーム同期タイミング検出方法を提供することにある。
開示の一実施例の受信装置は、
直交周波数分割多重方式又は直交周波数分割多重アクセス方式が適用される通信装置により送信され、且つ既知のシンボルを所定の周期で含み、該既知のシンボルの送信タイミングを基準として所定のタイミングで形成される、シンボル周期が得られない、所定時間以上の時間幅を持つギャップ期間を含む無線信号を受信する受信装置であって、
シンボル同期が得られない、前記所定時間以上のギャップ期間を検出する同期タイミング検出手段と、
前記同期タイミング検出手段により検出したギャップ期間を基準として前記所定のタイミング関係で定まるタイミングで既知信号の検出を行うことにより、前記既知信号に同期する同期手段と
を有する。
また、上記同期タイミング検出装置を有する移動端末を用いる。
開示の一実施例の同期タイミング検出方法は、
既知のシンボルを所定の周期で含み、該既知のシンボルの送信タイミングを基準として所定のタイミング関係で形成される、シンボル同期が得られない、所定時間以上の時間幅を持つギャップ期間を含む無線信号を受信する受信装置における同期タイミング検出方法において、
前記無線信号を受信して、シンボル同期が得られない、前記所定時間以上のギャップ期間を検出し、
検出した該ギャップ期間を基準にして前記所定のタイミング関係で定まるタイミングで既知信号の検出を行なうことにより、前記既知信号に同期する。
また、既知のシンボルを所定の周期で含み、該既知のシンボルの送信タイミングを基準として所定のタイミング関係で形成される、シンボル同期が得られない、所定時間以上の時間幅を持つギャップ期間を含む無線信号を受信する受信装置における同期タイミング検出方法において、前記無線信号を受信して、シンボル同期が得られない、前記所定時間以上のギャップ期間を検出し、検出した該ギャップ期間を基準にして前記所定のタイミング関係で定まるタイミングで前記既知信号の検出を行なうことにより、前記既知信号に同期する同期タイミング検出方法を用いる。
フレーム同期タイミングの検出におけるＯＦＤＭシンボルの相関演算量を削減することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例に基づき図面を参照しつつ説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
（第１の実施例）
本発明の実施例に係る通信システムについて説明する。
本実施例に係る通信システムは、時分割複信(TDD: Time Division Duplex)方式が適用される。TDDでは、下りリンクと上りリンクとが高速に切り替えられることにより、全二重通信が行われる。上りリンクの送信信号、下りリンクの送信信号は同じ送信帯域で送信することもできる。例えば、時分割複信方式における伝送フレームには、下りリンクの信号が送信される下りリンクサブフレームと、上りリンクの信号が送信される上りリンクサブフレームとが含まれる。そして、下りリンクサブフレームと上りリンクサブフレームは、複数のＯＦＤＭシンボルが含まれる。下りリンクサブフレームに含まれるＯＦＤＭ信号シンボル数と上りリンクサブフレームに含まれるＯＦＤＭ信号シンボル数は、同数であってもよいし、異なってもよい。ＯＦＤＭシンボル間には、サイクリック プレフィックス(CP: Cyclic Prefix)が位置する。例えば、シンボルの最後部から所定長の部分の信号をそのままコピーした信号をシンボルの先頭に付加することによりシンボル間にＣＰを配置する。また、本実施例に係る通信システムは、直交周波数分割多重(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)又は直交周波数分割多重接続(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access)が適用される。これらの要件を有する通信システムには、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)が含まれる。そこで、本実施例では、WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)を一例として説明する。これらの要件を有する通信システムであれば、WiMAX以外にも適用できる。
本実施例に係る通信システムは、基地局装置を有する。また、本実施例に係る通信システムは、移動端末を有する。基地局装置と移動端末は、時分割複信方式により無線通信を行う。時分割複信方式における伝送フレームは、図４を参照して説明したように下りリンクサブフレーム(DL Subframe)と上りリンクサブフレーム(UL Subframe)により構成され、一対の下りリンクサブフレームと上りリンクサブフレームにより、１フレームが構成される。また、下りリンクサブチャネルには、プリアンブル(Preamble)と、フレーム制御ヘッダ(FCH: Frame Control Header)と、DL-MAPと、UL-MAPと、下りリンクバースト(DL burst)とが含まれる。下りリンクバーストは、複数の領域に区分（分割）されてもよい。また、上りリンクサブチャネルには、レンジング領域と、上りリンクバースト(UL burst)とが含まれる。上りリンクバーストは、複数の領域に区分（分割）されてもよい。
本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置について、図５を参照して説明する。本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置１００は、通信装置、例えば移動端末装置に備えられる。言い換えれば、移動端末装置は、フレーム同期タイミング検出装置１００を有する。具体的には、ＯＦＤＭ送受信装置に備えるようにしてもよい。言い換えれば、ＯＦＤＭ送受信装置は、フレーム同期タイミング検出装置１００を有する。
本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置１００は、シンボル同期タイミング検出部１０２を有する。シンボル同期タイミング検出部１０２は、ＯＦＤＭシンボル内のサイクリック プレフィックス(CP: Cyclic Prefix)と、このＣＰのコピー元である有効シンボルの後部との間の相関を検出することにより、ベースバンド信号列におけるＯＦＤＭシンボルの同期タイミングを検出する。サイクリック プレフィックスは、ガードインターバル(GI: Guard Interval)と呼ばれてもよい。検出されたＯＦＤＭシンボル同期タイミングの情報は、後述するシンボル同期タイミングズレ検出部１０４及びフレーム同期タイミング検出部１０６に入力される。ＷｉＭＡＸのように、ＴＤＤを採用する無線通信システムでは、送信期間と受信期間との間にギャップ期間が形成される。例えば、ＷｉＭＡＸでは、１フレーム内にＤＬサブフレームとＵＬサブフレームに加えて、送信／受信切り替えのギャップ（ＴＴＧ）と受信／送信切り替えのギャップ（ＲＴＧ）が含まれる。
このため、図６に示すように、ＤＬサブフレーム内では、ＯＦＤＭシンボルが存在する限り所定の間隔（Ｔ）でシンボル同期タイミングが周期的に出現するが、ＤＬサブフレームからＵＬサブフレームに切り替わる部分では、ギャップの存在により、シンボル同期タイミングがその所定の間隔（Ｔ）で出現しないこととなる。即ち、ＤＬサブフレームの最後のＯＦＤＭシンボルについてのシンボル同期タイミングに隣接するシンボル同期タイミングは、ＵＬサブフレームの先頭のＯＦＤＭシンボルについてのものであるから、隣接ＯＦＤＭシンボル同期タイミング間の時間間隔が所定の間隔（Ｔ）に対して変化した時間間隔Ｔ´（広がった時間間隔（Ｔより、少なくともギャップ期間分長くなる））となる。
これは、ＵＬサブフレームからＤＬサブフレームに切り替わる場合も同様である。
言い換えれば、ＴＴＧ及びＲＴＧに隣接するＯＦＤＭシンボルのうち、該ＴＴＧ及びＲＴＧに後続する最初のＯＦＤＭシンボル以外のシンボル同期タイミングは、均等となるタイミング（一定周期）で検出されるが、ＴＴＧ及びＲＴＧに隣接するＯＦＤＭシンボルのうち、該ＴＴＧ及びＲＴＧに後続する最初のＯＦＤＭシンボルに対応するシンボル同期タイミングは、直前のＯＦＤＭシンボル同期タイミングから少なくともＴＴＧ又はＲＴＧ分だけ離れているため該均等となるタイミングでは検出されない。
本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置１００は、シンボル同期タイミングズレ検出部１０４を有する。シンボル同期タイミングズレ検出部１０４は、シンボル同期タイミング検出部１０２により入力されたＯＦＤＭシンボル同期タイミングの情報に基づいて、該ＯＦＤＭシンボル同期タイミングのズレ量を求める。また、シンボル同期タイミングズレ検出部１０４は、求めたＯＦＤＭシンボル同期タイミングのズレ量に基づいて、フレーム同期タイミングを検出する優先順位を示す優先度を求め、該優先度情報をフレーム同期タイミング検出部１０６に入力する。
本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置１００は、フレーム同期タイミング検出部１０６を有する。フレーム同期タイミング検出部１０６は、シンボル同期タイミング検出部１０２により入力されたＯＦＤＭシンボル同期タイミングの情報及びシンボル同期タイミングズレ検出部１０４により入力された優先度情報に基づいて、高速フーリエ変換を行う。そして、フレーム同期タイミング検出部１０６は、ＯＦＤＭシンボル同期タイミングから周波数領域においてプリアンブルパターンとの相関演算を行い、プリアンブルの検出を行うことにより、フレーム同期タイミングの検出を行う。
次に、本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置１００におけるシンボル同期タイミング検出部１０２について、図７及び図８を参照して説明する。
シンボル同期タイミング検出部１０２は、遅延部１０２２を有する。遅延部１０２２は、ベースバンド信号列を、１つのＯＦＤＭシンボルに含まれる有効シンボルの長さ分（ＣＰを除くシンボル長分）遅延させる。
また、遅延部１０２２は、該遅延信号を後述する相関演算部１０２４に入力する。例えば、図８の(１)により示されるベースバンド信号列を１つのＯＦＤＭシンボルに含まれる有効シンボルの長さ分遅延させ、（２）により示される遅延信号を生成し、相関演算部１０２４に入力する。(１)及び（２）において、Ｃ（Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）は、ＣＰを示す。
また、シンボル同期タイミング検出部１０２は、相関演算部１０２４を有する。相関演算部１０２４は、遅延部１０２２により入力された遅延信号と、このシンボル同期タイミング検出部１０２に現在入力されている信号との間の相関演算を行う。相関は、例えば、受信信号と、遅延部１０２２で遅延された受信信号との間で、サンプリング値毎に演算する。また、相関演算部１０２４は、相関演算の結果求められた相関値を後述するＣＰ長累積部１０２６に入力する。
シンボル同期タイミング検出部１０２は、ＣＰ長累積部１０２６を有する。ＣＰ長累積部１０２６は、相関演算部１０２４により入力された相関値をＣＰ長だけ累積する。例えば、ＣＰ長累積部１０２６は、ＯＦＤＭシンボル内のＣＰ部分の時間領域における相関演算を行い、該相関演算の結果得られた相関値をＣＰ長だけ累積する。その結果、図８の（３）に示されるように、相関値が累積される。ＣＰ長累積部１０２６は、該累積された相関値を後述するピーク検出部１０２８に入力する。
シンボル同期タイミング検出部１０２は、ピーク検出部１０２８を有する。ピーク検出部１０２８は、ＣＰ長累積部１０２６により順次入力される累積された相関値のピークを検出する。例えば、図において、Ｃ０の最終部においてピークが存在するが、Ｃ０の先頭から最終部まで相関がとれるため、ＣＰ長分の累積結果として最大値が得られるからである。
また、ピーク検出部１０２８は、累積された相関値のピークを検出した時刻からＯＦＤＭシンボル同期タイミングを決定する。その結果、図８の（４）に示されるように、ＯＦＤＭシンボル同期タイミング、例えば、ＯＦＤＭシンボルの開始タイミングを示すパルス状の波形が得られる。決定されたＯＦＤＭシンボル同期タイミングは、シンボル同期タイミングズレ検出部１０４及びフレーム同期タイミング検出部１０６に入力される。
次に、本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置１００におけるシンボル同期タイミングズレ検出部１０４について、図９及び図１０を参照して説明する。
シンボル同期タイミングズレ検出部１０４は、経過時間測定部１０４２を有する。経過時間測定部１０４２は、シンボル同期タイミング検出部１０２により入力されたＯＦＤＭシンボル同期タイミングに基づいて、連続する（隣接する）ＯＦＤＭシンボル同期タイミング間の経過時間を測定する。例えば、経過時間測定部１０４２には、図１０の（１）に示されるシンボル同期の開始タイミングを示すパルス状のＯＦＤＭシンボル同期タイミングが入力される。例えば、経過時間測定部１０４２は、ＯＦＤＭシンボル同期タイミングが入力されると、カウンタを起動し、次のＯＦＤＭシンボル同期タイミングが入力されるまでの経過時間を測定する。測定された経過時間を示す情報は後述する優先度情報生成部１０４４に入力される。
また、シンボル同期タイミングズレ検出部１０４は、同期タイミング候補検出手段としての優先度情報生成部１０４４を有する。優先度情報生成部１０４４は、経過時間測定部１０４２により入力される経過時間を示す情報に基づいて、フレーム同期タイミング検出部１０６において行われる周波数領域における相関演算を行うＯＦＤＭシンボルの優先順位を決定し、該優先順位を示す優先度情報をフレーム同期タイミング検出部１０６に入力する。例えば、優先度情報生成部１０４４には、ＯＦＤＭシンボル同期タイミング間の経過時間に対する閾値が入力される。優先度情報生成部１０４４は、入力される経過時間が閾値以上である場合に優先度情報を出力し、閾値未満である場合には優先度情報を出力しない。例えば、ＯＦＤＭシンボル同期タイミング間の経過時間に対する閾値は、ＯＦＤＭシンボル長に基づいて決定される。例えば、閾値は、ＯＦＤＭシンボル長を超える値に設定される。また、閾値は、ＯＦＤＭシンボル長に加え、該ＯＦＤＭシンボルのシンボル同期タイミングの検出におけるゆらぎ量に基づいて決定するようにしてもよい。また、閾値は、シンボル同期タイミングが送信と受信の切り替えのギャップによりずれたことを検出できる値であるのが好ましい。
ＯＦＤＭシンボルにデータが含まれている（シンボルが時間的に前に詰められて配置されている）場合には、ＵＬサブフレームに含まれるＯＦＤＭシンボルのうち、ＴＴＧに隣接するＯＦＤＭシンボルのうち後続するＯＦＤＭシンボルに対応するシンボル同期タイミング（Ｔ１）と、ＲＴＧに隣接するＯＦＤＭシンボルのうち後続するＯＦＤＭシンボルに対応するシンボル同期タイミング（Ｔ２）は、他のシンボル同期タイミングとは異なる性質を持つ。すなわち、他のシンボル同期タイミングは、直前のシンボル同期タイミングに対して所定時間（Ｔ）で検出されるが、Ｔ１、Ｔ２は、直前のシンボル同期タイミングに対して所定時間（Ｔ）を超える時間の経過後に検出される。フレーム同期タイミングは、ＲＴＧに隣接するＯＦＤＭシンボルのうち後続するＯＦＤＭシンボルに対応するシンボル同期タイミングであるので、該ＲＴＧに隣接するＯＦＤＭシンボルのうち後続するＯＦＤＭシンボルに対応するシンボル同期タイミングが検出された場合に優先度を出力するのが好ましい。そこで、経過時間が閾値以上となる場合に優先度情報を出力するようにする。すなわち、優先度情報生成部１０４４は、図１０の（２）に示されるように、経過時間測定部１０４２により入力される経過時間が閾値以上である場合に出力し、閾値未満である場合には出力しない。
次に、本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置１００におけるフレーム同期タイミング検出部１０６について、図１１及び図１２を参照して説明する。
フレーム同期タイミング検出部１０６は、高速フーリエ変換部(FFT: Fast Fourier Transform)１０６２を有する。ＦＦＴ１０６２には、受信信号と、シンボル同期タイミング検出部１０２により入力されるシンボル同期タイミングを示す情報と、シンボル同期タイミングズレ検出部１０４により入力される優先度情報が入力される。受信信号は図１２の（１）により示され、シンボル同期タイミングを示す情報は図１２の（２）により示され、優先度情報は図１２の（３）により示される。（１）において、ＣＰは省略される。ＦＦＴ１０６２は、シンボル同期タイミング及び優先度情報に基づいて、入力された受信信号をフーリエ変換する。例えば、優先度情報により指定されたＯＦＤＭシンボルに対してフーリエ変換を行う。例えば、図１２の（３）により示される優先度情報に基づいてフーリエ変換が行われる。
また、フレーム同期タイミング検出部１０６は、相関演算部１０６４を有する。相関演算部１０６４には、プリアンブルパターンが入力される。相関演算部１０６４は、ＦＦＴ１０６２によりフーリエ変換されたＯＦＤＭシンボルと、プリアンブルパターンとの相関演算を行う。この場合、ＵＬサブフレームに含まれる先頭のＯＦＤＭシンボルとプリアンブルパターンとの相関演算及びＤＬサブフレームに含まれる先頭のＯＦＤＭシンボルとプリアンブルパターンとの相関演算が行われる。その結果、ＤＬサブフレームに含まれる先頭ＯＦＤＭシンボルにはプリアンブルパターンが含まれるので大きな相関値が検出されるが、ＵＬサブフレームに含まれる先頭ＯＦＤＭシンボルにはプリアンブルパターンが含まれないので大きな相関値は検出されない。
また、相関演算部１０６４は、相関演算の結果に基づいて、プリアンブルシンボルの尤度を求める。求められた尤度は、フレーム同期タイミング検出部１０６６に入力される。例えば、図１２の（４）により示される尤度情報がフレーム同期タイミング検出部１０６６に入力される。例えば、相関演算部１０６４は、相関値を尤度として出力するようにしてもよい。
また、フレーム同期タイミング検出部１０６は、フレーム同期タイミング検出部１０６６を有する。フレーム同期タイミング検出部１０６６は、入力された尤度に基づいて、フレーム同期タイミングを求め、出力する。例えば、フレーム同期タイミング検出部１０６は、入力された尤度のうち、その値が最大となるシンボル開始位置をフレーム同期タイミングとして出力するようにしてもよい。例えば、図１２の（５）に示すように、尤度情報に基づいて、該尤度が最大となるシンボル開始位置がフレーム同期タイミングとして出力される。
尚、ギャップ区間が２つだけ存在する場合について説明したが、プリアンブルが送信される間隔内に、３以上のギャップ区間が存在する場合もある。この場合、プリアンブルの前のギャップ区間とは異なるギャップ区間が２以上存在し得ることとなるが、プリアンブルを用いた相関検出によりフレームタイミングの検出は十分に達成される。
本実施例では、１種類の閾値に基づいて、２種類の優先度情報が出力される場合について説明した。すなわち、閾値以上である場合に優先度情報が出力され、閾値未満である場合には優先度情報が出力されない場合について説明した。この場合、ＵＬサブフレームとＤＬサブフレームの先頭ＯＦＤＭシンボルの優先度が高くなる。そして、この２ＯＦＤＭシンボル分の周波数領域での相関演算により、フレーム同期タイミングを検出することができる。従って、本実施例においては、プリアンブルのパターン数と、優先度の高いＵＬサブフレーム及びＤＬサブフレームの先頭ＯＦＤＭシンボルの２ＯＦＤＭシンボルとの積により示される回数の相関演算でフレーム同期タイミングを検出することができる。従って、フレーム同期タイミングの検出におけるＯＦＤＭシンボルの相関演算量を削減できる。例えば、プリアンブルパターンとして１１４パターンが含まれる場合には、１１４×２＝２２８［回］の相関演算でフレーム同期タイミングを検出することができ、シンボル相関演算量を削減することができる。
次に、本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置１００におけるフレーム同期タイミング検出方法について、図１３を参照して説明する。
フレーム同期タイミング検出装置１００は、受信信号からシンボル同期タイミングを検出する（ステップＳ１２０２）。具体的には、シンボル同期タイミング検出部１０２は、受信信号からシンボル同期タイミングを検出する。
フレーム同期タイミング検出装置１００は、検出されたシンボル同期タイミング間の経過時間を測定する（ステップＳ１２０４）。具体的には、シンボル同期タイミングズレ検出部１０４は、入力されるシンボル同期タイミングに基づいて、連続するシンボル同期タイミング間の経過時間を測定する。
フレーム同期タイミング検出装置１００は、測定されたシンボル同期タイミング間の経過時間が、閾値を超えるかを判断する（ステップＳ１２０６）。具体的には、シンボル同期タイミングズレ検出部１０４は、測定されたシンボル同期タイミング間の経過時間が、予め設定される閾値を超えるかを判断する。この閾値は、例えば、シンボル長に基づいて決定される。
シンボル同期タイミング間の経過時間が、予め設定される閾値を超えると判断されない場合（ステップＳ１２０６：ＮＯ）、ステップＳ１２０６に戻る。すなわち、フレーム同期タイミング検出装置１００は、次のシンボル同期タイミング間の経過時間が、閾値を超えるかを判断する。
シンボル同期タイミング間の経過時間が、予め設定される閾値を超えると判断される場合（ステップＳ１２０６：ＹＥＳ）、フレーム同期タイミング検出装置１００は、該シンボル同期タイミング間のシンボルの優先度を高くする処理を行う。具体的には、シンボル同期タイミングズレ検出部１０４は、優先度情報を出力する。
フレーム同期タイミング検出装置１００は、検出されたシンボル同期タイミング及び優先度情報に基づいて、受信信号に対してフーリエ変換を行う（ステップＳ１２１０）。具体的には、フレーム同期タイミング検出部１０６は、シンボル同期タイミング検出部１０２により入力されたシンボル同期タイミング及びシンボル同期タイミングズレ検出部１０４により入力された優先度情報に基づいて、優先度の高いＯＦＤＭシンボルに対してフーリエ変換を行う。
フレーム同期タイミング検出装置１００は、優先度情報に従って、フーリエ変換された受信信号とプリアンブルパターンとの相関演算を行う（ステップＳ１２１２）。具体的には、フレーム同期タイミング検出部１０６は、優先度情報に従って、フーリエ変換された受信信号とプリアンブルパターンとの相関演算を行う。
フレーム同期タイミング検出装置１００は、相関演算により求められた尤度に基づいて、フレーム同期タイミングを検出する（ステップＳ１２１４）。具体的には、フレーム同期タイミング検出部１０６は、相関演算により求められた尤度に基づいて、フレーム同期タイミングを検出する。
（第２の実施例）
本発明の他の実施例に係る通信システムについて、図１４及び図１５を参照して説明する。本実施例に係る通信システムは、上述した実施例と同様である。
本実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置１００は、図５、図７、図９及び図１１を参照して説明した構成と同様である。
本実施例では、あるシンボル区間で、シンボル同期タイミングを検出できない場合について説明する。これは、例えば、データが含まれないＯＦＤＭシンボルを含むフレームが送信された場合又は受信に失敗した場合に生じ得る。
経過時間測定部１０４２は、シンボル同期タイミング検出部１０２により入力されたＯＦＤＭシンボル同期タイミングに基づいて、連続するＯＦＤＭシンボル同期タイミング間の経過時間を測定する。例えば、経過時間測定部１０４２には、図１４の（１）に示されるシンボルの同期の開始タイミングを示すパルス状のＯＦＤＭシンボル同期タイミングが入力される。経過時間測定部１０４２には、ＯＦＤＭシンボル同期タイミングが入力されると、カウンタを起動し、次のＯＦＤＭシンボル同期タイミングが入力されるまでの経過時間を測定する。測定された経過時間を示す情報は後述する優先度情報生成部１０４４に入力される。
優先度情報生成部１０４４は、経過時間測定部１０４２により入力される経過時間を示す情報に基づいて、フレーム同期タイミング検出部１０６において行われる周波数領域における相関演算を行う優先度を決定し、該決定した優先度情報をフレーム同期タイミング検出部１０６に入力する。例えば、優先度情報生成部１０４４には、ＯＦＤＭシンボル同期タイミング間の経過時間の閾値が入力される。この閾値は、例えばＯＦＤＭシンボル長を超える値に設定される。例えば、閾値は、シンボル同期タイミングの検出におけるゆらぎ量に基づいて決定するようにしてもよい。この場合、優先度情報生成部１０４４は、図１４の（２）に示されるように、経過時間測定部１０４２により入力される経過時間が閾値以上である場合に出力し、閾値未満である場合には出力しない。この場合、出力された場合には優先度が高いことを示し、出力されない場合には優先度が低いことを示す。上述した実施例と同様に優先度を２段階とした場合には、データが含まれないＯＦＤＭシンボルに隣接するＯＦＤＭシンボルのうち後続するＯＦＤＭシンボルに対応するシンボル同期タイミング間の経過時間も閾値以上となるため、該データが含まれないＯＦＤＭシンボルに後続するＯＦＤＭシンボルの優先度も高くなる。従って、フレーム同期タイミングの候補は３シンボルとなる。
ＦＦＴ１０６２には、受信信号と、シンボル同期タイミング検出部１０２により入力されるシンボル同期タイミングを示す情報と、シンボル同期タイミングズレ検出部１０４により入力される優先度情報が入力される。受信信号は図１５の（１）により示され、シンボル同期タイミングを示す情報は図１５の（２）により示され、優先度情報は図１５の（３）により示される。（１）において、ＣＰは省略される。ＦＦＴ１０６２は、シンボル同期タイミング及び優先度情報に基づいて、入力された受信信号をフーリエ変換する。例えば、優先度の高い順にフーリエ変換を行う。例えば、図１５の（３）により示される優先度情報に基づいてフーリエ変換が行われる。
相関演算部１０６４には、プリアンブルパターンが入力される。相関演算部１０６４は、ＦＦＴ１０６２によりフーリエ変換されたＯＦＤＭシンボルと、プリアンブルパターンとの相関演算を行う。この場合、ＵＬサブフレームに含まれる先頭のＯＦＤＭシンボルとプリアンブルパターンとの相関演算、データが含まれないＯＦＤＭシンボルに後続するＯＦＤＭシンボルとプリアンブルパターンとの相関演算及びＤＬサブフレームに含まれる先頭のＯＦＤＭシンボルとプリアンブルパターンとの相関演算が行われる。その結果、ＤＬサブフレームに含まれる先頭ＯＦＤＭシンボルにはプリアンブルパターンが含まれるので相関値が検出されるが、ＵＬサブフレームに含まれるＯＦＤＭシンボル及びデータが含まれないＯＦＤＭシンボルに後続するＯＦＤＭシンボルにはプリアンブルパターンが含まれないので相関値が検出されない。
また、相関演算部１０６４は、相関演算の結果に基づいて、プリアンブルシンボルの尤度を求める。求められた尤度は、フレーム同期タイミング検出部１０６６に入力される。例えば、図１５の（４）により示される尤度情報がフレーム同期タイミング検出部１０６６に入力される。例えば、相関演算部１０６４は、相関値を尤度として出力するようにしてもよい。
フレーム同期タイミング検出部１０６６は、入力された尤度に基づいて、フレーム同期タイミングを求め、出力する。例えば、フレーム同期タイミング検出部１０６は、入力された尤度のうち、その値が最大となるシンボル開始位置をフレーム同期タイミングとして出力するようにしてもよい。例えば、図１５の（５）に示すように、尤度情報に基づいて、該尤度が最大となるシンボル開始位置がフレーム同期タイミングとして出力される。
本実施例では、１種類の閾値に基づいて、２種類の優先度を適用した場合について説明した。すなわち、閾値以上である場合に優先度情報が出力され、閾値未満である場合には優先度情報が出力されない場合について説明した。この場合、ＵＬサブフレームの先頭ＯＦＤＭシンボルと、シンボル同期タイミングを検出できない区間後のＯＦＤＭシンボルと、ＤＬサブフレームの先頭ＯＦＤＭシンボルの優先度が高くなる。そして、この３ＯＦＤＭシンボル分の周波数領域での相関演算により、フレーム同期タイミングを検出することができる。従って、本実施例においては、プリアンブルのパターン数と、優先度の高いＵＬサブフレーム及びＤＬサブフレームの先頭ＯＦＤＭシンボルとシンボル同期タイミングを検出できない区間後のＯＦＤＭシンボルとの積により示される回数の相関演算でフレーム同期タイミングを検出することができる。従って、フレーム同期タイミングの検出におけるＯＦＤＭシンボルの相関演算量を削減できる。例えば、プリアンブルパターンとして１１４パターンが含まれる場合には、１１４×３＝３４２［回］の相関演算でフレーム同期タイミングを検出することができ、シンボル相関演算量を削減することができる。
本実施例においては、ＵＬサブフレームにデータが含まれないＯＦＤＭシンボルが含まれる場合について説明したが、ＤＬサブフレームにデータが含まれないＯＦＤＭシンボルが含まれる場合についても同様である。
上述した実施例においては、１種類の閾値に基づいて、２種類の優先度情報が出力される場合について説明したが、複数の閾値に基づいて優先度を求めるようにしてもよい。例えば、ＯＦＤＭシンボル長と送信と受信との切り替えのギャップに基づいて決定される閾値とを用いるようにしてもよい。例えば、ＯＦＤＭシンボル長とＴＴＧに基づいて決定される閾値と、ＯＦＤＭシンボル長とＲＴＧに基づいて決定される閾値とを用いるようにしてもよい。具体的には、この閾値を、ＯＦＤＭシンボル長に加え、ＯＦＤＭシンボル長にＴＴＧを加えた時間と、ＯＦＤＭシンボル長にＲＴＧを加えた時間とする。
また、優先度も複数としてもよい。この場合、相関演算部１０６４は、優先度の高い順に相関演算を行う。例えば、閾値として、ＯＦＤＭシンボル長と、ＯＦＤＭシンボル長にＴＴＧを加えた値と、ＯＦＤＭシンボル長にＲＴＧを加えた値とが設定され、ＲＴＧ＞ＴＴＧである場合について説明する。この場合、経過時間が、ＯＦＤＭシンボル長にＲＴＧを加えた値であるＯＦＤＭシンボルを検出できるのが好ましい。従って、経過時間が、ＯＦＤＭシンボル長以上であり、かつＯＦＤＭシンボル長＋ＴＴＧ未満であるＯＦＤＭシンボル、ＯＦＤＭシンボル長＋ＴＴＧ以上であり、かつＯＦＤＭシンボル長＋ＲＴＧ未満であるＯＦＤＭシンボルの順に優先度を高くするのが好ましい。ＲＴＧ＜ＴＴＧである場合においても同様に適用できる。
本発明の実施例によれば、ＴＤＤ方式のＯＦＤＭ変調通信システムにおいて、シンボル同期タイミングの検出回路の演算量を削減することができる。具体的には、１フレームに含まれるシンボルのうち２シンボルにおいて相関演算を行うことによりフレーム同期タイミングを検出できる。例えば、１フレームを構成するシンボル数が４７である場合には、この削減量は最大で、以下の通りとなる。
（４７−２）[シンボル]／４７［シンボル］×１０３≒９６［％］
以上が、本発明の実施例であるが、次の場合も１つの実施例といえる。
この実施例では、より一般に、図１６にように、無線信号が送信されてもよい。既知信号は、図のように所定の周期で送信されてよい。既知信号は、プリアンブル信号等の所定のパターンの信号でよい。シンボル同期が得られない期間を形成するギャップ期間が形成されるが、少なくとも１つのギャップ期間は、既知信号を基準として所定のタイミング関係で配置されてよい。シンボル有りの期間ではシンボル同期が得られるが、ギャップ期間では同様の手法ではシンボル同期が得られない。例えば、ギャップ期間では、シンボル有りとした期間とは異なる形式の信号を送信するか又はシンボルの送信が行われないようにする。また、少なくとも１つのギャップ期間は、その形成されるタイミングを、既知信号に対して所定のタイミング関係とする。図では、既知信号の先頭からギャップ期間の先頭までの時間幅を所定時間としたり、既知信号の先頭からギャップ期間の真ん中までの時間幅を所定時間としたり、既知信号の先頭からギャップ期間の最後部までの時間幅を所定時間としたりすることで位置関係を所定のものとしている。次の周期で送信されるプリアンブルとギャップ期間も同様の関係としている。もちろん、ギャップ期間を既知信号の直前に形成することもできる。
また、ギャップ期間は、所定幅以上とすることもできる。複数シンボル期間以上の期間とすることが望ましい。ギャップ期間の他にシンボルが送信されない期間があってもよい。この期間は、偽ギャップ期間と解釈することもできる。偽ギャップ期間は、既知信号の送信タイミングと必ず所定の位置関係にある保証がないため、偽ギャップ期間と呼ぶこととする。
このような無線信号を受信し、既知信号を用いて同期を確立（既知信号の送信周期に同期）するには、先に説明した方法を用いればよい。
まず、無線信号を受信して、シンボル同期が得られない、所定時間以上のギャップ期間を検出する。図７に示した、ピーク検出部１０２８により検出されたピークに基づき、図５に示したシンボル同期タイミングずれ検出部によりギャップ期間を検出する。その際、所定幅以上のギャップ以外は検出しないようにすることもできる。図１６に示したギャップ期間の最小時間幅が既知の場合、その時間幅を閾値として採用し、閾値以上のギャップ期間を検出してもよい。
図５のフレーム同期タイミング検出部１０６は、ギャップ期間（偽ギャップ期間を含み得る）と所定のタイミング関係にあるタイミングで既知信号の検出を試みる。即ち、既知信号と受信信号との相関をそのタイミングについて求め、相関が得られる（所定以上の相関値が得られる）場合に、そのタイミングが既知信号の送信タイミングであると特定し、既知信号に同期する。 もちろん、無線信号はＴＤＤ方式に従って無線フレームで送信されてもよい。
（付記１）
直交周波数分割多重方式又は直交周波数分割多重アクセス方式が適用される通信装置により送信される信号のフレーム同期タイミングを検出するフレーム同期タイミング検出装置であって、
前記信号は、時分割複信方式に従って送信され、
検出されたシンボル同期タイミングに基づいて、隣接するシンボル同期タイミング間の経過時間を測定する経過時間測定手段と、
前記経過時間測定手段において測定された経過時間に基づいて、フレーム同期タイミングの候補となるシンボルを検出するフレーム同期タイミング候補検出手段と、
前記フレーム同期タイミングの候補からフレーム同期タイミングを検出するフレーム同期タイミング検出手段と
を有することを特徴とするフレーム同期タイミング検出装置。
（付記２）
付記１に記載のフレーム同期タイミング検出装置において、
前記フレーム同期タイミング候補検出手段は、フレーム同期タイミングの候補となるシンボルのうち、その優先順位を決定することを特徴とするフレーム同期タイミング検出装置。
（付記３）
付記１又は２に記載のフレーム同期タイミング検出装置において、
前記シンボル同期タイミングと前記フレーム同期タイミングの候補となるシンボルに基づいて、受信信号に対してフーリエ変換を行うフーリエ変換手段
を有し、
フレーム同期タイミング検出手段は、前記フーリエ変換後の前記フレーム同期タイミングの候補となるシンボルとプリアンブルのパターンとの相関演算を行い、該相関演算の結果に基づいて、フレーム同期タイミングを検出することを特徴とするフレーム同期タイミング検出装置。
（付記４）
付記３に記載のフレーム同期タイミング検出装置において、
フーリエ変換手段は、フレーム同期タイミングの候補となるシンボルの優先順位に基づいて受信信号に対してフーリエ変換を行うことを特徴とするフレーム同期タイミング検出装置。
（付記５）
付記１ないし４のいずれか１項に記載のフレーム同期タイミング検出装置において、
前記フレーム同期タイミング候補検出手段は、シンボル長に基づいて、フレーム同期タイミングの候補となるシンボルを検出することを特徴とするフレーム同期タイミング検出装置。
（付記６）
付記５に記載のフレーム同期タイミング検出装置において、
前記フレーム同期タイミング候補検出手段は、シンボル長に基づいて決定される閾値に基づいて、測定された経過時間が、該閾値以上である場合に、前記連続するシンボル同期タイミングの後のシンボル同期タイミングをフレーム同期タイミングの候補とすることを特徴とするフレーム同期タイミング検出装置。
（付記７）
付記６に記載のフレーム同期タイミング検出装置において、
前記閾値は、前記時分割複信方式における送信と受信との切り替えのギャップに基づいて決定されることを特徴とするフレーム同期タイミング検出装置。
（付記８）
付記７に記載のフレーム同期タイミング検出装置において、
前記送信と受信との切り替えのギャップには、送信／受信切り替えのギャップ及び／又は受信／送信切り替えのギャップが含まれることを特徴とするフレーム同期タイミング検出装置。
（付記９）
付記１ないし８のいずれか１項に記載の同期タイミング検出装置を有する移動端末装置。
（付記１０）
直交周波数分割多重方式又は直交周波数分割多重アクセス方式が適用される通信装置により送信される信号のフレーム同期タイミングを検出するフレーム同期タイミング検出装置におけるフレーム同期タイミング検出方法であって、
前記信号は、時分割複信方式に従って送信され、
検出されたシンボル同期タイミングに基づいて、隣接するシンボル同期タイミング間の経過時間を測定する経過時間測定ステップと、
前記経過時間測定ステップにおいて測定された経過時間に基づいて、フレーム同期タイミングの候補となるシンボルを検出するフレーム同期タイミング候補検出ステップと、
前記フレーム同期タイミングの候補からフレーム同期タイミングを検出するフレーム同期タイミング検出ステップと
を有することを特徴とするフレーム同期タイミング検出方法。
（付記１１）
既知のシンボルを所定の周期で含み、該既知のシンボルの送信タイミングを基準として所定のタイミング関係で形成される、シンボル同期が得られない、所定時間以上の時間幅を持つギャップ期間を含む無線信号を受信する受信装置における同期タイミング検出方法において、
前記無線信号を受信して、シンボル同期が得られない、前記所定時間以上のギャップ期間を検出し、
検出した該ギャップ期間を基準にして前記所定のタイミング関係で定まるタイミングで前記既知信号の検出を行なうことにより、前記既知信号に同期する、
ことを特徴とする同期タイミング検出方法。
時分割複信方式におけるフレームフォーマットの一例を示す説明図である。 時分割複信方式におけるフレームフォーマットにおけるＯＦＤＭシンボル開始タイミングを示す説明図である。 時分割複信ＯＦＤＭ変調通信システムに適用される受信装置の一例を示す部分ブロック図である。 ＷｉＭＡＸに適用されるフレームフォーマットの一例を示す説明図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置の処理を示す説明図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置を示す部分ブロック図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置の処理を示す説明図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置を示す部分ブロック図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置の処理を示す説明図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置を示す部分ブロック図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置の処理を示す説明図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置の処理を示すフロー図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置の処理を示す説明図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置の処理を示す説明図である。 本発明の一実施例に係るフレーム同期タイミング検出装置の処理を示す説明図である。
符号の説明
１２ シンボル開始タイミング検出部
１４ フレーム開始タイミング検出部
１００ フレーム同期タイミング検出装置
１０２ シンボル同期タイミング検出部
１０４ シンボル同期タイミングズレ検出部
１０６ フレーム同期タイミング検出部
１０２２ 遅延部
１０２４ 相関演算部
１０２６ ＣＰ長累積部
１０２８ ピーク検出部
１０４２ 経過時間測定部
１０４４ 優先度情報生成部
１０６２ 高速フーリエ変換部(FFT: Fast Fourier Transform)
１０６４ 相関演算部
１０６６ フレーム同期タイミング検出部

Claims (6)

  1. 直交周波数分割多重方式又は直交周波数分割多重アクセス方式が適用される通信装置により送信され、且つ既知のシンボルを所定の周期で含み、該既知のシンボルの送信タイミングを基準として所定のタイミングで形成される、シンボル同期が得られない、所定時間以上の時間幅を持つギャップ期間を含む無線信号を受信する受信装置であって、
    シンボル同期が得られない、前記所定時間以上のギャップ期間を検出する同期タイミング検出手段と、
    前記同期タイミング検出手段により検出したギャップ期間を基準として前記所定のタイミング関係で定まるタイミングで既知信号の検出を行うことにより、前記既知信号に同期する同期手段と
    を有することを特徴とする受信装置。
  2. 請求項１に記載の受信装置において、
    前記同期タイミング検出手段は、隣接するシンボル同期タイミング間の経過時間に基づいて、フレーム同期タイミングの候補となるシンボルの優先順位を決定することを特徴とする受信装置。
  3. 請求項１又は２に記載の受信装置において、
    前記同期タイミング検出手段は、隣接するシンボル同期タイミング間の経過時間に基づいて、フレーム同期タイミングの候補となるシンボルを検出し、シンボル同期タイミングと前記フレーム同期タイミングの候補となるシンボルに基づいて、受信信号に対してフーリエ変換を行い、前記フーリエ変換後の前記フレーム同期タイミングの候補となるシンボルとプリアンブルのパターンとの相関演算を行い、該相関演算の結果に基づいて、フレーム同期タイミングを検出することを特徴とする受信装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の受信装置において、
    前記同期タイミング検出手段は、シンボル長に基づいて、フレーム同期タイミングの候補となるシンボルを検出することを特徴とする受信装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の受信装置を有する移動端末装置。
  6. 既知のシンボルを所定の周期で含み、該既知のシンボルの送信タイミングを基準として所定のタイミング関係で形成される、シンボル同期が得られない、所定時間以上の時間幅を持つギャップ期間を含む無線信号を受信する受信装置における同期タイミング検出方法において、
    前記無線信号を受信して、シンボル同期が得られない、前記所定時間以上のギャップ期間を検出し、
    検出した該ギャップ期間を基準にして前記所定のタイミング関係で定まるタイミングで既知信号の検出を行なうことにより、前記既知信号に同期する、
    ことを特徴とする同期タイミング検出方法。
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