JP3970092B2 - Symbol timing synchronization apparatus and symbol timing synchronization method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア符号分割多元接続方式(MC-CDMA:Multicarrier -Code Division Multiple Access)におけるシンボルタイミング同期装置および同期方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、第3世代移動通信方式(W-CDMA)よりも更なる高速化、大容量化を目標とした第4世代方式の検討が進められている。第4世代方式では、周波数利用率の一層の向上や伝搬遅延の克服により通信品質の一層の向上が求められており、これを実現する方式としてMC-CDMA方式が有力視されている。
図4は、MC-CDMA方式の説明図である。セルラー方式において、基地局から各移動局に向けた下りリンクに用いられる。
図4(a)はフレーム構成図である。横軸は時間、縦軸(紙面手前)は周波数(サブキャリア)、垂直軸は多重化符号の番号である。データシンボル系列、パイロットシンボル系列とも、1シンボル長で区切って示している。
このMC-CDMA方式では、1または複数のユーザの各データシンボル系列、および、パイロットシンボル系列が、互いに異なる拡散符号で符号多重されている。パイロットシンボル系列は常時送信されている。この符号多重は各サブキャリアについて行われる。サブキャリアのキャリア周波数は、直交周波数分割多重方式(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)と同様に、互いに直交する周波数配置を有する。
【0003】
図4(b)はパイロットシンボル系列の構成図である。パイロットシンボル系列に、その1シンボル長を1周期とする拡散符号が割り当てられて、パイロットシンボル系列が時間軸方向に符号拡散される。説明を簡単にするため、拡散符号長を4チップとしたものを示す。図示の例では、パイロットシンボル系列に割り当てる拡散符号としては、いずれのサブキャリアにおいても、各チップが全て「1」であるものを用いる。
図4(c)は符号拡散されたパイロットシンボルの構成図である。
パイロットシンボルは、各サブチャネルに対し任意の値でよいが、ランダムな種々のパターンの中から自己相関特性の良好なものを選べばさらによい。図示の例では、IQ位相平面上の1または−1の値をとり、各サブチャネルに対してランダムに割り当てて、1,−1,1,1,−1,…,…としている。上述したように、拡散符号のチップが全て「1」であれば、符号拡散された後のパイロットシンボルの値は、図4(c)のように各サブキャリアにおいて同一の値をとり続けることになる。すなわち、パイロットシンボルは同一の時系列波形となる。
【0004】
図4(a)に戻り、複数ユーザのデータシンボル系列の符号拡散方式について説明する。
複数ユーザの各データシンボル系列は、時間軸方向に符号拡散させる方式と、周波数軸方向に符号拡散させる方式とがある。いずれか一方のみを採用しても、伝搬路変動に応じて方式を切り替えてもよい。
時間軸方向に符号拡散させる場合、データシンボル系列を直並列変換により、各サブキャリアに順次分配する。各サブキャリアにおいて、分配されたデータシンボルに、各ユーザに割り当てられた拡散符号を乗算して拡散する。その際、各ユーザに割り当てられる拡散符号としては、どのサブキャリアについても同じものを割り当てればよいが、各サブキャリアによって異ならせてもよい。
【0005】
一方、周波数軸方向に拡散させる場合、例えば、各データシンボル系列の同じシンボルを各サブキャリアに対して共通に供給する。各ユーザに割り当てられた拡散符号は、その各チップの値を各サブキャリアに分配する。各サブキャリアにおいて、供給されたデータシンボルに各ユーザに割り当てられた拡散符号のチップの値を乗算して拡散する。
各ユーザに割り当てる拡散符号としては、直交可変拡散率(OVSF:Orthogonal Variable Spreading Factor)符号やウオルシュ(Walsh)符号等の直交符号を用いればよい。その際、拡散符号の各チップが全て「1」となる拡散符号は、図示のパイロットシンボル系列に割り当てているので、データシンボル系列には割り当てないようにする。
このようにすれば、複数ユーザの各データシンボル系列を時間軸方向に符号拡散する場合に、上述したパイロットシンボル系列と複数ユーザの各データシンボル系列とは、時間軸方向に符号多重されることになる。一方、複数ユーザの各データシンボル系列を周波数軸方向に符号拡散する場合にも、上述したパイロットシンボル系列と複数ユーザの各データシンボル系列とは、周波数軸方向に符号多重されることになる。
【0006】
図4(d)は送信信号の構成図である。
各1シンボル区間の先頭部分にガードインターバル(以下、GIという)を設けている。図4(a)に示されたフレーム構成に基づいて作成された送信信号波形の各1シンボル区間内の、後尾の一部区間をコピーしたものをGIとし、元の1シンボル区間の先頭とその1つ前のシンボル区間の後尾との間に挿入する。
受信信号をフーリエ変換することによりサブキャリアに分離する際に、このGIにより、1シンボル長の有効シンボル期間を切り出すウインドウ位置のずれが許容される。また、多重伝搬路(マルチパス)環境において、ある1つの送信局から送信された波は、複数の伝搬路(パス)を通ることにより、到来時間の異なる複数の到来波となって受信される。GIは、フーリエ変換する際に複数の到来波が発生させる隣接シンボル間干渉を低減させる。
上述したように、MC-CDMA方式では、データシンボル系列とともにパイロットシンボル系列を符号多重して送信する。受信機側では、受信信号に含まれるパイロットシンボル系列成分に基づいて送信信号のシンボルに同期したタイミングを決定し、1シンボル長の有効シンボル期間を切り出すためのFFTウインドウの位置を決定する。この有効シンボル期間内の受信信号についてフーリエ変換を行うことにより、受信信号をサブキャリア別に分離してデータシンボル系列およびパイロットシンボル系列を得る。
【0007】
図5は、従来のMC-CDMA方式の送信機の概要を示す構成図である。
データシンボル系列を時間軸方向に拡散した場合を示している。
ユーザkの入力データは、予めQPSK方式等によって変調されてデータシンボル系列となって直並列変換器21に入力される。直並列変換器21は、データシンボル系列を並列化(分配)する。並列化されたデータシンボル系列は、乗算器220〜22Nc-1において、サブキャリア#0〜#Nc-1毎に、拡散符号ck,0(t)〜ck,Nc-1(t)を乗算されて拡散処理される。Ncはサブキャリア数である。
多重化器230〜23Nc-1において、ユーザkの符号拡散されたデータシンボル系列は、他ユーザの同じく符号拡散されたデータシンボル系列、および、符号拡散されたパイロットシンボル系列と多重化され、高速逆フーリエ変換(IFFT)部24に出力される。IFFT部24により、周波数多重化されて1系列の時系列波形が作成される。ガードインターバル付加部25は、この時系列波形の各シンボル先頭と直前シンボルの後尾との間にGIを挿入してMC-CDMA送信信号を出力する。
【0008】
図6は、従来のMC-CDMA方式の受信機の概要を示す構成図である。
ユーザシンボル系列が時間軸方向に拡散された場合を示している。
OFDM方式においては、シンボル同期の検出方法として、受信信号波形の自己相関を検出する方法と、受信信号波形とレプリカとの相互相関を検出する方法が知られている。自己相関を検出する方法では、GIとこのコピー元のシンボル後尾区間とが同一であることを利用したり、バースト先頭部のプリアンブルに繰り返しパターンを挿入したりする。相互相関を検出する方法では、バースト先頭部のプリアンブルに所定パターンを挿入し、受信信号波形と所定パターンの複製物(レプリカ)との相互相関を検出する。
【0009】
以下には、上述したMC-CDMA方式において、パイロットシンボルの時系列波形の複製物(レプリカ)との相互相関を検出する場合について説明する。
MC-CDMA受信信号は、図示しない直交復調器において複素ベースバンド信号(I相信号、Q相信号)に変換され、A/D変換されてディジタル値に変換されている。この受信信号は、相関検出部31において、1シンボル区間にガードインターバルが付加された区間(以下、単位周期という)にわたって、参照信号出力部4から出力される参照信号との相互相関値が検出されるとともに、有効シンボル期間切り出し部5に供給される。
上述した参照信号としては、パイロットシンボルの送信信号レプリカを用いる。パイロットシンボルの送信信号レプリカとは、図5に示した送信機において、符号拡散されたパイロットシンボル系列のみがIFFT部24において周波数多重化されたときの送信信号波形のレプリカをいう。その長さは1シンボル長であって、GI区間を含まない。
参照信号出力部4は、例えば、参照信号を記憶するメモリで実現される。相関検出部31は、スライディング相関器やマッチドフィルタ等で実現される。
【0010】
シンボル同期位置決定部6は、相関検出部31から相関値のピークが検出されるタイミングに基づいて、シンボル同期位置を決定する。有効シンボル期間切り出し部5は、決定されたシンボル同期位置に基づいたFFTウインドウで、有効シンボル期間の受信信号を切り出して、FFT部7に出力する。
FFT部7においては、FFTウインドウ期間の受信信号をフーリエ変換し、サブキャリア#0〜#Nc-1に分離する。分離された受信信号は、それぞれ、相関検出器320〜32Nc-1において、ユーザkに割り当てられた拡散符号ck,0(t)〜ck,Nc-1(t)との相関を検出することにより受信信号を逆拡散し、ユーザkのデータシンボル系列を復元する。
【0011】
一方、各サブキャリアにおけるパイロットシンボル系列は、チャネル推定部33において、逆拡散および復調を行う。各サブキャリアの復調されたパイロットシンボルの位相変動等を検出することにより、各サブキャリアの伝搬路特性の推定を行う。伝搬路特性の推定値に基づいてサブキャリア毎に補償信号を作成する。乗算器340〜34Nc-1において、ユーザkのデータシンボル系列に補償信号を乗算することにより、位相補償等を行う。
並直列変換器35は、各サブキャリアにおける、ユーザkの補償されたデータシンボル系列を1系列に配列し直してユーザkのデータシンボル系列を出力する。このユーザkのデータシンボル系列は復調されて、ユーザkの受信データ系列となる。
【0012】
図7は、従来のシンボルタイミング同期装置を説明するための波形図である。説明用の波形図であって、正確な波形を示すものではない。
図7(a)は、MC-CDMA送信信号に含まれる、全ユーザについて合成されたデータシンボル系列成分の波形である。
図7(b)は、MC-CDMA送信信号に含まれる、パイロットシンボル系列成分の波形である。
図7(c)は、伝搬路において加わるノイズ成分の波形である。
図7(d)は、図7(a)〜図7(c)の波形が合成されたMC-CDMA受信信号の波形である。
図7(e)〜図7(g)は、受信信号に対し、パイロットシンボルの送信信号レプリカの波形を、単位周期(GI+1シンボル)内でτe,τf,τgだけ遅延させたものを示す。
【0013】
図6に示した相関検出部31は、図7(d)に示したMC-CDMA受信信号波形から、単位周期の波形を切り出す。切り出しの開始タイミングはランダムである。切り出した受信信号と、参照信号出力部4から出力されるパイロットシンボルの送信信号レプリカとの相関を検出する。
切り出した受信信号を、例えばメモリに保存し、パイロットシンボルの送信信号レプリカの波形、および、この波形をGI+1シンボル区間である単位周期内で順次遅延(巡回シフト)させたもの(厳密には、その複素共役)との乗算を行う。図7(e)〜図7(g)のように、遅延させたパイロットシンボルの送信信号レプリカとの乗算を行う。パイロットシンボルの送信信号レプリカ側のGI区間では乗算が行われない。相互相関値が最大となるときの送信信号レプリカの遅延τに応じてシンボル同期タイミングの位置を知る。
図7(h)は、相関検出部31の出力である。例えば、41e,41f,41gは、それぞれ、図7(e)〜図7(g)に示したパイロットシンボルの送信信号レプリカとの相関値である。各送信信号レプリカのシンボル先頭部のタイミング(GI後のタイミング)にあわせて相関値の出力タイミングを表示している。
図示の例では、図7(b)に示したパイロットシンボル成分の波形と、図7(f)のパイロットシンボルの送信信号レプリカの波形とが一致する。従って、図7(f)の相関値41fが最も大きくなる。
【0014】
上述した説明では、送信局から1波のみが受信局に到達するという基本的な場合について説明した。マルチパス環境においては、1つの送信局から受信局に複数の到来波が到達するので、隣接シンボル間干渉が発生する。
図8は、マルチパス環境における隣接シンボル間干渉の説明図である。
最初に到来する先行波に続いて遅延波1〜遅延波3が到来する場合について例示する。これらの到来波が合成されたものが受信信号となる。n−1,n,n+1は、シンボルに付した番号である。ハッチング部分はGIである。
相関値の出力タイミングは、パイロットシンボルの送信信号レプリカのシンボル先頭部にあわせて表示している。510,511,512,513は、それぞれ、先行波、遅延波1、遅延波2、遅延波3との相関によって出力される相関値である。図示の例は、相関値511が最も大きくなっている。これは、遅延波1の受信レベルが最も大きいことを意味する。移動通信では見通し外通信が一般的であり、相関値のピーク位置が先行波を指すとは限らない。
【0015】
このような状況において、受信レベルが最も大きい相関値511を与えるタイミングをシンボル同期タイミングとした場合、有効シンボル期間(FFTウインドウc)の期間で第nシンボルのフーリエ変換を行おうとすると、遅延波1と、この遅延波1からGI以内の遅れがある遅延波2については、いずれも第nシンボルから切り出すことになり、シンボル間干渉は生じない。しかし、遅延波1にわずかでも先行する図示のような先行波があると、この波形に関しては、第(n+1)シンボルのGIが含まれてしまうので、第(n+1)シンボルとの干渉が発生する。
そこで、相関値が最も大きくなる遅延波1のシンボル先頭をシンボル同期位置とはせずに、これよりわずかに前方のタイミングをシンボル同期位置とする。
【0016】
OFDMの例であるが、平 明徳 ほか2名,「周波数選択性フェージング環境におけるOFDM通信システムのタイミング同期方式」,電子情報通信学会論文誌B、vol.J84-B,No.7,(2001-7),pp.1255-1264では、次のような方法が採用されている。すなわち、相関値列中、最大の相関値を示すピークサンプルのタイミングから、前方へ相関値列を検索して行き、最大の相関値の1/a(aはパラメータ)を超える相関値の内、最も前方にある相関値の位置をシンボル同期位置とする。
図8の例では、相関値510の出力タイミングをシンボル同期タイミングとして、有効シンボル期間(FFTウインドウb)の期間で第nシンボルのフーリエ変換を行う。従って、後続の遅延波に関しては、その分、先行のシンボル(n-1)との干渉が生じない許容遅延量が短くなるが、先行波については、後続の第(n+1)シンボルとの干渉が生じない許容遅延量が得られるようになる。
一般に、相互相関値が最も大きくなる遅延波の前後に到来波が分散していると考えられ、このような場合に、複数の到来波による隣接シンボル間干渉を低減させることができる。
【0017】
OFDM方式では、プリアンブル送信区間とユーザデータシンボル送信区間とが時間的に異なるために、相互間の符号間干渉はない。しかし、図4に示したような、MC-CDMA方式においては、パイロットシンボル系列とユーザデータシンボル系列とが符号多重されて同時送信されているので、符号間干渉が大きい。セルラー方式では隣接セルからの干渉波も無視できない。
そのため、図7を参照して説明したような、パイロットシンボルの送信信号レプリカとの相互相関を単純に求めるだけでは、相関値出力にノイズや干渉波が多く含まれているので、シンボルタイミングの同期検出精度が悪くなる。その結果、有効シンボル期間の切り出しが正確にできなくなるから、シングルパス、マルチパスのいずれの場合でも、サブキャリア成分に分離するときに、隣接シンボル間干渉が生じて受信信号品質が低下するおそれがある。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、1または複数のユーザの各データシンボル系列とパイロットシンボル系列が複数の各直交サブキャリアにおいて符号分割多重化されたものにガードインターバルが付加された送信信号を用いるマルチキャリアCDMA方式において、シンボルタイミングの同期精度を向上させることができるとともに、計算量およびコストを削減できるシンボルタイミング同期装置およびシンボルタイミング同期方法を提供することを目的とするものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項1に記載の発明においては、1または複数のユーザの各データシンボル系列とパイロットシンボル系列が複数の各直交サブキャリアにおいて符号分割多重化されたものにガードインターバルが付加された送信信号を用いるマルチキャリアCDMA方式におけるシンボルタイミング同期装置であって、参照信号出力手段と同相加算器と相関検出器とシンボル同期タイミング決定手段を有し、前記参照信号出力手段は、前記パイロットシンボル系列のみが送信されるとしたときの前記送信信号について1シンボル区間を参照信号として出力し、前記同相加算器は、前記送信信号の前記1シンボル区間に前記ガードインターバルが付加された区間を単位周期として、前記単位周期の複数周期にわたって受信信号を同相加算し、前記相関検出器は、前記同相加算器により同相加算された前記受信信号と前記参照信号出力手段から出力される前記参照信号との相関値を出力し、前記シンボル同期タイミング決定手段は、前記相関検出器が出力する前記相関値の出力タイミングに基づいて、前記送信信号にシンボル同期するタイミングを決定するものである。
従って、単位周期の複数周期にわたる同相加算によって、ユーザデータシンボル系列による符号間干渉などがあっても、パイロットシンボル系列の成分が強調されて、シンボルタイミングの同期精度を向上させることができる。それととともに、相関検出は同相加算に比べて計算量が多くなることから、単位周期の複数周期にわたる相関検出後に相関値を同相加算するとした場合よりも、計算量およびコストを削減できる。
【0020】
請求項2に記載の発明は、1または複数のユーザの各データシンボル系列とパイロットシンボル系列が複数の各直交サブキャリアにおいて符号分割多重化されたものにガードインターバルが付加された送信信号を用いるマルチキャリアCDMA方式におけるシンボルタイミング同期装置であって、参照信号出力手段と同相加算器と相関検出器とシンボル同期タイミング決定手段を有し、前記参照信号出力手段は、前記パイロットシンボル系列のみが送信されるとしたときの前記送信信号について1シンボル区間の一部の区間を参照信号として出力し、前記同相加算器は、前記送信信号の前記1シンボル区間に前記ガードインターバルが付加された区間を単位周期として、前記単位周期の複数周期にわたって受信信号を同相加算し、前記相関検出器は、前記同相加算器により同相加算された前記受信信号と前記参照信号出力手段から出力される前記参照信号との相関値を出力し、前記シンボル同期タイミング決定手段は、前記相関検出器が出力する前記相関値の出力タイミングに基づいて、前記送信信号にシンボル同期するタイミングを決定するものである。
従って、請求項1に記載の発明と同様に、シンボルタイミングの同期精度を向上させることができるとともに、計算量およびコストを削減できる。
加えて、参照信号の長さを短くしたことに応じて相関検出器が相関検出する長さが短くなる。その結果、乗算回数が減少するので、計算量およびコストを削減できる。同相加算を行っているので、参照信号の長さを短くしても、シンボルタイミングの十分な同期精度が得られる。
【0021】
請求項3に記載の発明においては、請求項1または2に記載のシンボルタイミング同期装置において、前記同相加算器は、同相加算の対象とする各単位周期の受信信号に対し、中央にある前記単位周期に最も大きな重みを付け、端に行くに従って小さい重みを付けて同相加算を行うものである。
従って、同相加算する受信信号同士の距離が離れるほど、単位周期中の同じサンプル位置での位相変化が大きくなることに着目して、重みを決めていることから、高速フェージング時に、同相加算の効果が小さくなりシンボル同期タイミングの検出精度が劣化することを防止することができる。
【0022】
請求項4〜6に記載の発明は、請求項1〜3に記載の発明を構成する手段を処理ステップとして、方法発明の観点から記載したシンボルタイミング同期方法であって、請求項1〜3に記載の発明と同様の作用効果を奏する。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態を説明するための受信機側のブロック構成図である。図中、従来技術として説明した図6と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略する。
本発明も、従来技術と同様に、受信信号波形と、パイロットシンボルの送信波形を表すレプリカとの相互相関を検出することにより、パイロットシンボルを検出し、送信信号とのシンボル同期を行うものである。従来技術においては、単位周期(GI+1シンボル)において相互相関検出を行った。これに対し、本発明は、単位周期の複数周期にわたって同相加算した後に相関検出を行う。
相関検出部1は、同相加算器2および相関検出器3を有する。相関検出器3は、図6に示した相関検出部31に対応するものである。
受信信号は、同相加算器2に入力され、ここで、複数の単位周期にわたって同相加算され、同相加算された受信信号を出力する。具体的には、複素ベースバンド信号である受信信号の各I相成分,Q相成分について、単位周期を単位とした同相加算を行う。同相加算は、伝搬路が大きく変化しない範囲で行う。同相加算された受信信号に対し、相関検出器3は、参照信号出力部4から出力される参照信号(パイロット信号の送信信号レプリカ)との相関値を出力する。
【0024】
図2は、本発明の実施の一形態を説明するための波形図である。従来技術に関する図7に対応し、図7と同様、説明用の波形図であって、正確に波形を示すものではない。
図2(a)〜図2(d)は、図7(a)〜図7(d)と同様のものである。
図2(e)は、図2(d)の受信信号を、111〜114に示すように、任意の切り出しタイミングで単位周期毎に区切り、一例として4周期にわたって同相加算した波形である。同相加算は、受信信号のI相,Q相成分別に加算することにより行う。
データシンボルは、任意に変化するため、図2(a)に示すように、データシンボル系列成分は、単位周期毎に波形が異なる。図2(c)に示すノイズ成分についても同様である。これらに対し、図2(b)に示したパイロットシンボル系列成分は、単位周期で同じ波形が繰り返される。従って、図2(e)に示すように同相加算された受信信号は、パイロットシンボル系列成分が強調されたものになり、データシンボル系列成分やノイズ成分、その他の干渉成分が低減される。
【0025】
その結果、図1に示した相関検出器2が、図2(e)の同相加算された受信信号を入力して、参照信号出力部4から出力される図2(f)に示したパイロットシンボル送信信号レプリカとの相関値を出力することにより、ノイズの影響やユーザデータシンボル系列との符号間干渉の影響が低減された相関値を得ることができる。
図8を参照して説明した従来技術と同様に、マルチパスの遅延時間に応じて複数のタイミングで相関値が出力される。シンボル同期位置決定部4は、大きな相関値が出力される複数のタイミングの中から、従来と同様に、シンボル間干渉を低減するのに適したシンボル同期タイミングを決定する。
【0026】
図3は、同相加算された受信信号から相関値列を出力する具体例の説明図である。
図3(a)は受信信号、図3(b)は受信信号から単位周期で区切られて切り出された受信信号111,112,113,114である。拡散符号のチップ数4に合うように、便宜的に、単位周期は5サンプルタイミングとし、第0サンプルはGIであるとしている。受信信号の切り出し開始タイミングは、第4サンプルで行われたものとしている。
図3(c)は、切り出された受信信号を4周期にわたって同相加算した同相加算信号サンプル0である。図3(d),第3図(e),第3図(f),第3図(g)は、同相加算信号サンプル0を、1単位周期(5サンプルタイミング)内で、順次、左(過去)方向へ1サンプルタイミングずつ巡回シフトさせた同相加算信号サンプル1〜4である。
図3(h)は、参照信号出力部4が出力する、パイロットシンボルの送信信号レプリカである。
【0027】
図1に示した相関検出器3は、例えば、図3(c)〜図3(g)に示された同相加算信号サンプル0〜4の各1シンボル長(図示の例では、先頭から4サンプルタイミングまで)と、図3(h)に示された4サンプルのパイロットシンボルの送信信号レプリカ(厳密には、その複素共役)とをそれぞれ乗算することにより、相関検出の長さが4サンプルの相関検出を行い、図3(i)に示すような相関値列を出力する。図示の例では、図3(e)に示した同相加算信号サンプル1に含まれるパイロットシンボル成分とパイロットシンボルの送信信号レプリカとが一致するので、同相加算信号サンプル2が最大の相関値を出力することになる。
その結果、切り出された受信信号の切り出し開始サンプルタイミングから2サンプルタイミング後がシンボル先頭であることがわかる。
【0028】
上述した説明では、同相加算信号サンプル0を巡回シフトさせた。これに代えて、同相加算信号サンプル0はこのままで、図7(e)〜図7(g)のように、パイロットシンボルの送信信号レプリカの方を1単位周期内で巡回シフトさせたものと乗算することにより相互相関を検出してもよい。
上述した説明では、リアルタイム処理を説明した。すなわち、図3(b)に示したように、既に受信済みの過去の受信信号111〜113と、シンボル同期タイミングを決定し後続のFFT処理などの受信処理を行おうとしている現在の受信信号114、とに対して、同相加算および相関検出を行うものであった。
上述したような過去の受信信号に代えて、あるいは、上述した現在および過去の受信信号に加えて、受信処理を行おうとしている現在の受信信号以降の、未来の、例えば、図示しない受信信号115〜117までを同相加算および相関検出した上で、受信信号114に対して、シンボル同期タイミングを決定し、後続の受信処理を行うようにしてもよい。
なお、説明を簡単にするために、相関検出処理を1シンボルあたり4サンプルで行うものとして説明した。一般的には、これよりも十分に短いFFT部7でのサンプリング間隔で送信信号レプリカとの相互相関を検出する。
【0029】
上述した相関検出部1は、受信信号の同相加算後に相関検出を行うものであった。そのため、単位周期の複数周期にわたる相関検出を、参照信号との1度の相関検出処理で実現できる。
これに対し、相関検出を単位周期の複数周期(図示の例では、4周期)回行い、その相関検出値を複数の単位周期にわたって同相加算した場合、乗算を含む相関検出は同相加算に比べて計算量が多くなることから、先に受信信号を同相加算してから相関検出することにより、計算量およびコストを削減できる。
【0030】
上述した説明では、同相加算器2において、単位周期で切り出された受信信号111,112,113,114を、そのまま同相加算していた。同相加算する周期数、言い換えれば、同相加算期間を、マルチパス環境が変化しない数10msecの範囲内に設定した場合でも、移動体速度に関係する最大ドップラー周波数が大きい場合には、フェージング位相変動によって、受信されるパイロットシンボル成分についても位相変動が大きくなり、同相加算の効果が小さくなってしまう。このとき、同相加算する複数周期の受信信号同士の距離が離れるほど、単位周期中の同じサンプル位置での位相変化が大きくなると推定される。
【0031】
従って、同相加算の対象とする受信信号期間に対し、中央にある受信信号サンプル値に最も大きな重みを付け、端に行くに従って、小さい重みを付けて行く同相加算を行ってから単位相関検出を行えばよい。具体的には、重みの値は受信信号の単位周期毎に与えればよい。すなわち、図3(b)に示した例では、単位周期で切り出された各受信信号111,112,113,114に対して、中央にある単位周期の受信信号112,113(同相加算周期数が偶数の例であるので、2つの受信信号が中央となる)に対して最も大きな重みを付け、単位周期の受信信号111,114のような、端に行くに従って小さい重みを付けて行けばよい。このような重み付けにより、高速フェージング時にシンボル同期タイミングの検出精度が劣化することを防止することができ、適切な有効シンボル期間を決定することができるようになる。
【0032】
より具体的には、重み係数α(0<α<1)を用いればよい。例えば、図3(b)に示した単位周期で切り出された各受信信号111,112,113,114のそれぞれに、重みα1,α0,α0,α1を乗算した上で同相加算して単位周期の相関検出をする。
上述した重み付け行う同相加算および相関検出に一般式を用いた例を示すと次の通りである。
同相加算された単位周期内のiサンプル目の受信信号波形サンプルをRp(i)とすると、
【数1】

Figure 0003970092
となる。ここで、Rsは単位周期内のiサンプル目の受信信号波形サンプル、lは単位周期に付した通し番号、Ncは単位周期長のサンプル点数、Nsは同相加算期間の単位周期数、αは重み係数である。
【0033】
このとき、kサンプル目の相関値をCr(k)とすると、同相加算された受信信号波形とパイロットシンボルの送信信号レプリカ波形との複素共役の積の和で求めることができる。すなわち、
【数2】
Figure 0003970092
となる。ここで、jはパイロットシンボルの送信信号レプリカのサンプル値に付けた通し番号、Rはパイロットシンボルの送信信号レプリカのサンプル数、rep*(j)は、パイロットシンボルの送信信号レプリカのj番目のサンプル値の複素共役である。
なお、同相加算期間の中央にある受信信号に最も大きな重みを付け、端に行くに従って小さくなるようにした重みを付けるという同相加算は、同相加算する受信信号が過去および現在のものであるか、あるいは、過去、現在および未来のものであるかなどに関係しない。すなわち、現在位置が同相加算期間中のいずれにあるかに関係しない。
【0034】
ところで、参照信号は、図2,図3を参照して説明したように、基本的にはパイロットシンボルの送信信号レプリカであるので、1シンボル長である。しかし、参照信号をそれよりも短くしてもよい。すなわち、パイロットシンボルの送信信号レプリカの一部分との部分相関を検出してもよい。
この参照信号の長さ(レプリカ長)に応じて相関検出の長さも短くなる。例えば、図3(h)に示したパイロットシンボルの送信信号レプリカを、第1サンプルから第3サンプルまでの計3サンプル長とする。この場合、例えば、図3(c)〜図3(g)に示した同相加算信号サンプル0〜4(厳密には、その複素共役)の、先頭から3サンプルタイミング長との乗算を行うことにより、相関検出の長さが3サンプルの相関検出を行う。
【0035】
上述したようなパイロットシンボルの送信信号レプリカの一部分との部分的な相関検出を採用することにより、相関検出器が相関検出する長さが短くなる。その結果、乗算回数が減少するので、計算量およびコストを削減できる。
なお、同相加算を行わない従来技術の場合にも、パイロットシンボルの送信信号レプリカの一部分との相関検出を行ってもよい。しかし、参照信号の長さを短くすると、その分、シンボルタイミングの同期精度は低下する。これに対し、同相加算を行う単位周期数を増やすことにより、参照信号の長さをある程度短くしてもシンボル同期タイミングを十分な精度で検出することができる。
【0036】
上述したように、受信信号波形を同相加算したものとパイロットシンボルの送信信号レプリカとの相互相関値を検出した後は、相互相関値に基づいて、例えば、相互相関値が最高となるときの受信信号のシンボル先頭タイミング、あるいは、このシンボル先頭タイミングよりも前方へ時間オフセットさせたタイミングなどを改めてシンボル先頭タイミングとして、これより1シンボル長の有効シンボル期間を切り出せばよい。
このような有効シンボル期間を設定することにより、有効シンボル期間の設定精度を向上させるとともに、マルチパスをGI期間内に位置させることができるので、隣接シンボル干渉の発生を低減させることができる。
なお、マルチパス伝搬路特性の変動に応じて、相関検出処理を、受信の進行とともに任意の検出間隔で繰り返し行い、相関値を逐次更新してもよい。
上述した説明では、本発明をセルラー方式の、基地局から各移動局に向けた下りリンクにおける移動局受信に適用した場合を説明したが、同様な作用効果を奏するシンボルタイミング同期であれば、必ずしもこのような場合に限られるものではない。
【0037】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、請求項1,4に記載の発明によれば、符号多重されたユーザデータによる符号間干渉、その他、隣接セルなどからの干渉波やノイズ等の影響を低減して、シンボルタイミングの同期精度を向上させることができるとともに、相関検出に要する計算量およびコストを削減できるという効果がある。
その結果、サブキャリアに分離する際に発生するおそれのある隣接シンボル間干渉を低減させ、通信品質の向上を図ることが可能となる。
加えて、請求項2,5に記載の発明によれば、さらに計算量およびコストが削減できるという効果がある。加えて、請求項3,6に記載の発明によれば、高速フェージングにも対応可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を説明するための受信機側のブロック構成図である。
【図2】本発明の実施の一形態を説明するための波形図である。
【図3】同相加算された受信信号から相関値列を出力する具体例の説明図である。
【図4】 MC-CDMA方式の説明図である。
【図5】従来のMC-CDMA方式の送信機の概要を示す構成図である。
【図6】従来のMC-CDMA方式の受信機の概要を示す構成図である。
【図7】従来のシンボルタイミング同期装置を説明するための波形図である。
【図8】マルチパス環境における隣接シンボル間干渉の説明図である。
【符号の説明】
1…相関検出部、2…同相加算器、3…相関検出器、4…参照信号出力部、5…有効シンボル期間切り出し部、6…シンボル同期位置決定部、7…FFT部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a symbol timing synchronization apparatus and synchronization method in a multicarrier code division multiple access (MC-CDMA) system.
[0002]
[Prior art]
Currently, the fourth generation method is being studied with the goal of higher speed and higher capacity than the third generation mobile communication method (W-CDMA). In the fourth generation scheme, further improvement in communication quality is demanded by further improving the frequency utilization rate and overcoming propagation delay, and the MC-CDMA scheme is considered promising as a scheme for realizing this.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the MC-CDMA system. In the cellular system, it is used for the downlink from the base station to each mobile station.
FIG. 4A is a frame configuration diagram. The horizontal axis is time, the vertical axis (front of the page) is frequency (subcarrier), and the vertical axis is the number of the multiplexed code. Both the data symbol series and the pilot symbol series are shown separated by one symbol length.
In this MC-CDMA system, each data symbol sequence and pilot symbol sequence of one or a plurality of users are code-multiplexed with different spreading codes. The pilot symbol sequence is constantly transmitted. This code multiplexing is performed for each subcarrier. The carrier frequencies of the subcarriers have frequency arrangements that are orthogonal to each other, similar to Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM).
[0003]
FIG. 4B is a configuration diagram of a pilot symbol sequence. A spreading code having one symbol length as one period is assigned to the pilot symbol sequence, and the pilot symbol sequence is code-spread in the time axis direction. In order to simplify the explanation, a spreading code length of 4 chips is shown. In the example shown in the figure, as the spreading code to be assigned to the pilot symbol sequence, a code in which each chip is “1” in any subcarrier is used.
FIG. 4C is a configuration diagram of code spread pilot symbols.
The pilot symbol may be an arbitrary value for each subchannel, but it is better if one having a good autocorrelation characteristic is selected from various random patterns. In the example shown in the figure, a value of 1 or −1 on the IQ phase plane is taken and assigned to each subchannel at random, which is 1, -1,1,1, -1,. As described above, if all of the chips of the spread code are “1”, the value of the pilot symbol after code spread will continue to take the same value in each subcarrier as shown in FIG. Become. That is, the pilot symbols have the same time series waveform.
[0004]
Returning to FIG. 4 (a), a code spreading method for a data symbol sequence of a plurality of users will be described.
Each data symbol sequence of a plurality of users includes a method of code spreading in the time axis direction and a method of code spreading in the frequency axis direction. Even if only one of them is adopted, the method may be switched according to propagation path fluctuation.
When code spreading is performed in the time axis direction, the data symbol sequence is sequentially distributed to each subcarrier by serial-parallel conversion. In each subcarrier, the distributed data symbol is spread by multiplying the spread data code assigned to each user. At this time, as the spreading code assigned to each user, the same code may be assigned to any subcarrier, but may be different depending on each subcarrier.
[0005]
On the other hand, when spreading in the frequency axis direction, for example, the same symbol of each data symbol series is supplied in common to each subcarrier. The spreading code assigned to each user distributes the value of each chip to each subcarrier. In each subcarrier, the supplied data symbol is spread by multiplying the value of the chip of the spreading code assigned to each user.
As a spreading code to be assigned to each user, an orthogonal code such as an orthogonal variable spreading factor (OVSF) code or a Walsh code may be used. At this time, since the spreading code in which each chip of the spreading code is all “1” is assigned to the pilot symbol sequence shown in the figure, it is not assigned to the data symbol sequence.
In this way, when each data symbol sequence for a plurality of users is code-spread in the time axis direction, the pilot symbol sequence and each data symbol sequence for a plurality of users are code-multiplexed in the time axis direction. Become. On the other hand, even when each data symbol sequence of a plurality of users is code-spread in the frequency axis direction, the pilot symbol sequence and each data symbol sequence of a plurality of users are code-multiplexed in the frequency axis direction.
[0006]
FIG. 4D is a configuration diagram of a transmission signal.
A guard interval (hereinafter referred to as GI) is provided at the head of each one symbol section. A copy of a part of the tail of each transmission signal waveform generated based on the frame structure shown in FIG. 4A is copied as a GI, and the beginning of the original one symbol section and its It is inserted between the end of the previous symbol interval.
When separating the received signal into subcarriers by performing Fourier transform, this GI allows a shift in the window position for cutting out an effective symbol period of one symbol length. Also, in a multiple propagation path (multipath) environment, a wave transmitted from a single transmission station is received as a plurality of arrival waves having different arrival times by passing through a plurality of propagation paths (paths). . GI reduces inter-symbol interference caused by a plurality of incoming waves when performing Fourier transform.
As described above, in the MC-CDMA system, a pilot symbol sequence is code-multiplexed and transmitted together with a data symbol sequence. On the receiver side, the timing synchronized with the symbol of the transmission signal is determined based on the pilot symbol sequence component included in the received signal, and the position of the FFT window for extracting the effective symbol period of one symbol length is determined. By performing Fourier transform on the received signal within this effective symbol period, the received signal is separated by subcarrier to obtain a data symbol sequence and a pilot symbol sequence.
[0007]
FIG. 5 is a block diagram showing an outline of a conventional MC-CDMA transmitter.
The case where the data symbol series is spread in the time axis direction is shown.
The input data of the user k is modulated in advance by the QPSK method or the like and is input to the serial / parallel converter 21 as a data symbol series. The serial / parallel converter 21 parallelizes (distributes) the data symbol series. The parallelized data symbol sequence is multiplied by the multiplier 22. 0 ~ 22 Nc-1 In each of the subcarriers # 0 to # Nc-1, k, 0 (T) -c k, Nc-1 (T) is multiplied and spread processing is performed. Nc is the number of subcarriers.
Multiplexer 23 0 ~ 23 Nc-1 , The code symbol-spread data symbol sequence of the user k is multiplexed with the code-spread data symbol sequence and the code-spread pilot symbol sequence of the other users, and the result is sent to the fast inverse Fourier transform (IFFT) unit 24. Is output. The IFFT unit 24 frequency-multiplexes and creates one series of time series waveforms. The guard interval adding unit 25 inserts a GI between the head of each symbol of the time series waveform and the tail of the immediately preceding symbol and outputs an MC-CDMA transmission signal.
[0008]
FIG. 6 is a block diagram showing an outline of a conventional MC-CDMA receiver.
The case where the user symbol series is spread in the time axis direction is shown.
In the OFDM scheme, a method for detecting autocorrelation of a received signal waveform and a method for detecting a cross-correlation between a received signal waveform and a replica are known as symbol synchronization detection methods. In the method of detecting autocorrelation, the fact that the GI and the copy source symbol tail section are the same is used, or a repeated pattern is inserted into the preamble at the beginning of the burst. In the method of detecting the cross-correlation, a predetermined pattern is inserted into the preamble at the beginning of the burst, and the cross-correlation between the received signal waveform and a replica (replica) of the predetermined pattern is detected.
[0009]
Hereinafter, in the MC-CDMA system described above, a case will be described in which a cross-correlation with a replica (replica) of a time-series waveform of pilot symbols is detected.
The MC-CDMA reception signal is converted into a complex baseband signal (I-phase signal, Q-phase signal) by a quadrature demodulator (not shown), A / D converted, and converted into a digital value. A correlation detection unit 31 detects a cross-correlation value of the received signal with a reference signal output from the reference signal output unit 4 over a period (hereinafter referred to as a unit period) in which a guard interval is added to one symbol period. And is supplied to the effective symbol period cutout unit 5.
A pilot symbol transmission signal replica is used as the reference signal. The pilot symbol transmission signal replica means a replica of the transmission signal waveform when only the code-spread pilot symbol sequence is frequency-multiplexed in the IFFT unit 24 in the transmitter shown in FIG. The length is one symbol length and does not include the GI section.
The reference signal output unit 4 is realized by, for example, a memory that stores a reference signal. The correlation detection unit 31 is realized by a sliding correlator, a matched filter, or the like.
[0010]
The symbol synchronization position determination unit 6 determines the symbol synchronization position based on the timing at which the correlation value peak is detected from the correlation detection unit 31. The effective symbol period cutout unit 5 cuts out a reception signal in the effective symbol period in the FFT window based on the determined symbol synchronization position, and outputs the cut signal to the FFT unit 7.
In the FFT unit 7, the received signal in the FFT window period is Fourier transformed and separated into subcarriers # 0 to # Nc-1. The separated received signals are respectively correlated with the correlation detector 32. 0 ~ 32 Nc-1 The spreading code c assigned to user k k, 0 (T) -c k, Nc-1 The received signal is despread by detecting the correlation with (t), and the data symbol sequence of user k is restored.
[0011]
On the other hand, the pilot symbol sequence in each subcarrier is despread and demodulated in channel estimation unit 33. By detecting the phase variation of the demodulated pilot symbol of each subcarrier, the propagation path characteristics of each subcarrier are estimated. A compensation signal is created for each subcarrier based on the estimated value of the propagation path characteristic. Multiplier 34 0 ~ 34 Nc-1 , Phase compensation or the like is performed by multiplying the data symbol sequence of user k by the compensation signal.
The parallel-serial converter 35 rearranges the compensated data symbol sequence of the user k in each subcarrier into one sequence and outputs the data symbol sequence of the user k. The data symbol sequence of user k is demodulated to become a received data sequence of user k.
[0012]
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining a conventional symbol timing synchronization apparatus. It is an explanatory waveform diagram and does not show an accurate waveform.
FIG. 7A shows a waveform of data symbol sequence components synthesized for all users included in the MC-CDMA transmission signal.
FIG. 7B is a waveform of a pilot symbol sequence component included in the MC-CDMA transmission signal.
FIG. 7C shows a waveform of a noise component added in the propagation path.
FIG. 7D is a waveform of the MC-CDMA reception signal obtained by synthesizing the waveforms of FIGS. 7A to 7C.
FIG. 7 (e) to FIG. 7 (g) show the waveform of the transmission signal replica of the pilot symbol with respect to the reception signal within the unit period (GI + 1 symbol). e , Τ f , Τ g Shows only delayed ones.
[0013]
The correlation detector 31 shown in FIG. 6 cuts out a waveform of a unit period from the MC-CDMA received signal waveform shown in FIG. The cut-out start timing is random. The correlation between the cut-out received signal and the pilot symbol transmission signal replica output from the reference signal output unit 4 is detected.
The cut out received signal is stored in, for example, a memory, and the waveform of the transmission signal replica of the pilot symbol and the waveform obtained by sequentially delaying (cyclically shifting) the waveform within a unit period that is a GI + 1 symbol period (strictly speaking, Multiplication with (complex conjugate). As shown in FIGS. 7E to 7G, multiplication of the delayed pilot symbols with the transmission signal replica is performed. No multiplication is performed in the GI section on the transmission signal replica side of the pilot symbol. The position of the symbol synchronization timing is known according to the delay τ of the transmission signal replica when the cross-correlation value is maximized.
FIG. 7H shows the output of the correlation detection unit 31. For example, 41e, 41f, and 41g are correlation values with the pilot symbol transmission signal replicas shown in FIGS. 7 (e) to 7 (g), respectively. The output timing of the correlation value is displayed in accordance with the timing (post-GI timing) of the symbol head portion of each transmission signal replica.
In the example shown in the figure, the waveform of the pilot symbol component shown in FIG. 7B and the waveform of the transmission signal replica of the pilot symbol shown in FIG. Accordingly, the correlation value 41f in FIG.
[0014]
In the above description, the basic case in which only one wave from the transmitting station reaches the receiving station has been described. In a multipath environment, since a plurality of incoming waves reach a receiving station from one transmitting station, interference between adjacent symbols occurs.
FIG. 8 is an explanatory diagram of interference between adjacent symbols in a multipath environment.
An example will be described where delay wave 1 to delay wave 3 arrive after the first preceding arrival wave. A combination of these incoming waves is a received signal. n-1, n, and n + 1 are numbers assigned to the symbols. The hatched portion is GI.
The output timing of the correlation value is displayed in accordance with the symbol head portion of the transmission signal replica of the pilot symbol. 51 0 , 51 1 , 51 2 , 51 Three Are correlation values output by correlation with the preceding wave, the delayed wave 1, the delayed wave 2 and the delayed wave 3, respectively. In the example shown, the correlation value 51 1 Is the largest. This means that the reception level of the delay wave 1 is the highest. In mobile communication, non-line-of-sight communication is common, and the peak position of the correlation value does not always indicate the preceding wave.
[0015]
In such a situation, the correlation value 51 having the highest reception level 1 Is a symbol synchronization timing, if the Fourier transform of the nth symbol is performed in the period of the effective symbol period (FFT window c), a delay wave 1 and a delay having a delay within GI from the delay wave 1 As for the wave 2, both are cut out from the nth symbol, and no intersymbol interference occurs. However, if there is a preceding wave as shown in the figure that precedes the delayed wave 1 even slightly, the GI of the (n + 1) th symbol is included in this waveform, so Interference occurs.
Therefore, the symbol head of the delayed wave 1 having the largest correlation value is not set as the symbol synchronization position, but the timing slightly ahead of this is set as the symbol synchronization position.
[0016]
As an example of OFDM, Akinori Hira et al., “Timing synchronization method of OFDM communication system in frequency selective fading environment”, IEICE Transactions B, vol.J84-B, No.7, (2001- 7), pp.1255-1264, the following method is adopted. That is, the correlation value sequence is searched forward from the timing of the peak sample indicating the maximum correlation value in the correlation value sequence, and among the correlation values exceeding 1 / a (a is a parameter) of the maximum correlation value, The position of the correlation value at the forefront is defined as the symbol synchronization position.
In the example of FIG. 8, the correlation value 51 0 Is used as the symbol synchronization timing, and the Fourier transform of the nth symbol is performed in the period of the effective symbol period (FFT window b). Therefore, with respect to the subsequent delayed wave, the allowable delay amount that does not cause interference with the preceding symbol (n−1) is reduced correspondingly, but with respect to the preceding wave, interference with the subsequent (n + 1) symbol is reduced. An allowable delay amount that does not occur can be obtained.
In general, it is considered that incoming waves are scattered before and after a delayed wave having the largest cross-correlation value. In such a case, interference between adjacent symbols due to a plurality of incoming waves can be reduced.
[0017]
In the OFDM scheme, since the preamble transmission interval and the user data symbol transmission interval are temporally different, there is no intersymbol interference between them. However, in the MC-CDMA system as shown in FIG. 4, since the pilot symbol sequence and the user data symbol sequence are code-multiplexed and transmitted simultaneously, the intersymbol interference is large. In the cellular system, interference waves from adjacent cells cannot be ignored.
Therefore, simply calculating the cross-correlation between the pilot symbol and the transmission signal replica as described with reference to FIG. 7 includes a lot of noise and interference waves in the correlation value output. Detection accuracy is degraded. As a result, since the effective symbol period cannot be accurately cut out, in either case of single path or multipath, when separating into subcarrier components, there is a possibility that interference between adjacent symbols may occur and reception signal quality may deteriorate. is there.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and includes a guard interval in which each data symbol sequence and pilot symbol sequence of one or a plurality of users is code-division multiplexed in each of a plurality of orthogonal subcarriers. An object of the present invention is to provide a symbol timing synchronization apparatus and a symbol timing synchronization method capable of improving the accuracy of symbol timing synchronization and reducing the amount of calculation and cost in a multicarrier CDMA system using a transmission signal to which is added. To do.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the guard interval is added to the data symbol sequence and the pilot symbol sequence of one or a plurality of users code-multiplexed in a plurality of orthogonal subcarriers. A symbol timing synchronization apparatus in a multicarrier CDMA system using a transmission signal, comprising reference signal output means, an in-phase adder, a correlation detector, and symbol synchronization timing determination means, wherein the reference signal output means is the pilot symbol sequence 1 symbol interval is output as a reference signal for the transmission signal when only the signal is transmitted, and the in-phase adder uses the interval in which the guard interval is added to the 1 symbol interval of the transmission signal as a unit period. , Adding the received signal in phase over a plurality of periods of the unit period, A function detector that outputs a correlation value between the received signal that has undergone in-phase addition by the in-phase adder and the reference signal that is output from the reference signal output means; and the symbol synchronization timing determination means that includes the correlation detector The timing of symbol synchronization with the transmission signal is determined on the basis of the output timing of the correlation value output by the.
Therefore, even if there is inter-symbol interference due to the user data symbol sequence due to the in-phase addition over a plurality of unit cycles, the components of the pilot symbol sequence are emphasized, and the synchronization accuracy of the symbol timing can be improved. At the same time, since the amount of calculation for correlation detection is larger than that for in-phase addition, the amount of calculation and cost can be reduced as compared with the case where the correlation value is added in phase after detecting the correlation over a plurality of unit cycles.
[0020]
According to the second aspect of the present invention, a transmission signal in which a guard interval is added to each data symbol sequence and pilot symbol sequence of one or a plurality of users code-multiplexed in a plurality of orthogonal subcarriers is used. A symbol timing synchronization apparatus in a carrier CDMA system, comprising a reference signal output means, an in-phase adder, a correlation detector, and a symbol synchronization timing determination means, wherein the reference signal output means transmits only the pilot symbol sequence For the transmission signal, a part of one symbol period is output as a reference signal, and the in-phase adder uses a period obtained by adding the guard interval to the one symbol period of the transmission signal as a unit period. The received signals are added in phase over a plurality of periods of the unit period, and the correlation detection is performed. A correlation value between the received signal that has been subjected to the in-phase addition by the in-phase adder and the reference signal that is output from the reference signal output means, and the symbol synchronization timing determination means that is output from the correlation detector The timing of symbol synchronization with the transmission signal is determined based on the output timing of the correlation value.
Therefore, as in the first aspect of the invention, the symbol timing synchronization accuracy can be improved, and the calculation amount and cost can be reduced.
In addition, the length of correlation detection by the correlation detector is shortened according to the shortening of the length of the reference signal. As a result, since the number of multiplications is reduced, the amount of calculation and cost can be reduced. Since in-phase addition is performed, sufficient synchronization accuracy of the symbol timing can be obtained even if the length of the reference signal is shortened.
[0021]
According to a third aspect of the present invention, in the symbol timing synchronization device according to the first or second aspect, the in-phase adder has the unit in the center with respect to the received signal of each unit period to be subjected to in-phase addition. The in-phase addition is performed by assigning the largest weight to the period and assigning a smaller weight to the end.
Therefore, since the phase change at the same sample position in the unit period increases as the distance between the reception signals to be added in phase increases, the weight is determined. It becomes possible to prevent the detection accuracy of symbol synchronization timing from deteriorating.
[0022]
The invention described in claims 4 to 6 is a symbol timing synchronization method described from the viewpoint of the method invention using the means constituting the invention described in claims 1 to 3 as a processing step. The same effects as those of the described invention are achieved.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram of a receiver side for explaining an embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.
As in the prior art, the present invention also detects a pilot symbol by detecting a cross-correlation between a reception signal waveform and a replica representing a transmission waveform of a pilot symbol, and performs symbol synchronization with the transmission signal. . In the prior art, cross-correlation detection is performed in a unit period (GI + 1 symbol). On the other hand, the present invention performs correlation detection after performing in-phase addition over a plurality of unit cycles.
The correlation detection unit 1 includes an in-phase adder 2 and a correlation detector 3. The correlation detector 3 corresponds to the correlation detector 31 shown in FIG.
The received signal is input to the in-phase adder 2, where the received signal is subjected to in-phase addition over a plurality of unit periods, and the received signal subjected to in-phase addition is output. Specifically, in-phase addition is performed in units of unit periods for each I-phase component and Q-phase component of the received signal that is a complex baseband signal. In-phase addition is performed in a range where the propagation path does not change significantly. The correlation detector 3 outputs a correlation value with a reference signal (a transmission signal replica of a pilot signal) output from the reference signal output unit 4 for the reception signal subjected to the in-phase addition.
[0024]
FIG. 2 is a waveform diagram for explaining an embodiment of the present invention. Corresponding to FIG. 7 relating to the prior art, like FIG. 7, it is an explanatory waveform diagram and does not show the waveform accurately.
2A to 2D are the same as FIGS. 7A to 7D.
FIG. 2 (e) shows the received signal of FIG. 1 ~ 11 Four As shown in FIG. 4, the waveform is divided into unit periods at an arbitrary cut-out timing and in-phase added over four periods as an example. In-phase addition is performed by adding the I-phase and Q-phase components of the received signal.
Since the data symbol changes arbitrarily, as shown in FIG. 2A, the waveform of the data symbol sequence component differs for each unit period. The same applies to the noise component shown in FIG. On the other hand, the same waveform of the pilot symbol sequence component shown in FIG. 2B is repeated in a unit cycle. Therefore, as shown in FIG. 2 (e), the received signal subjected to the in-phase addition has an enhanced pilot symbol sequence component, and data symbol sequence component, noise component, and other interference components are reduced.
[0025]
As a result, the correlation detector 2 shown in FIG. 1 receives the in-phase added reception signal of FIG. 2 (e) and is output from the reference signal output unit 4. The pilot symbol shown in FIG. By outputting the correlation value with the transmission signal replica, a correlation value in which the influence of noise and the influence of intersymbol interference with the user data symbol sequence is reduced can be obtained.
Similar to the prior art described with reference to FIG. 8, correlation values are output at a plurality of timings according to the multipath delay time. The symbol synchronization position determination unit 4 determines a symbol synchronization timing suitable for reducing intersymbol interference from a plurality of timings at which a large correlation value is output, as in the prior art.
[0026]
FIG. 3 is an explanatory diagram of a specific example in which a correlation value sequence is output from a reception signal subjected to in-phase addition.
FIG. 3A shows a received signal, and FIG. 3B shows a received signal 11 cut out from the received signal by dividing it by a unit cycle. 1 , 11 2 , 11 Three , 11 Four It is. For convenience, the unit period is set to 5 sample timings and the 0th sample is set to GI so as to match the number of chips of the spreading code. It is assumed that the reception signal cut-out start timing is performed in the fourth sample.
FIG. 3C shows an in-phase addition signal sample 0 obtained by in-phase addition of the cut-out received signal over four periods. 3 (d), 3 (e), 3 (f), and 3 (g), the in-phase addition signal sample 0 is sequentially shifted to the left (1) within one unit period (5 sample timings). In-phase addition signal samples 1 to 4 are cyclically shifted by one sample timing in the past) direction.
FIG. 3H shows a pilot symbol transmission signal replica output by the reference signal output unit 4.
[0027]
The correlation detector 3 shown in FIG. 1 has, for example, each symbol length of the in-phase addition signal samples 0 to 4 shown in FIGS. 3 (c) to 3 (g) (in the example shown, 4 samples from the head). 3) and the transmission signal replica (strictly speaking, its complex conjugate) of the 4-sample pilot symbol shown in FIG. Detection is performed, and a correlation value sequence as shown in FIG. In the illustrated example, since the pilot symbol component included in the in-phase addition signal sample 1 shown in FIG. 3E matches the transmission signal replica of the pilot symbol, the in-phase addition signal sample 2 outputs the maximum correlation value. It will be.
As a result, it can be seen that the head of the symbol is two sample timings after the cut-out start sample timing of the cut-out received signal.
[0028]
In the above description, the in-phase addition signal sample 0 is cyclically shifted. Instead, the in-phase addition signal sample 0 remains as it is and is multiplied by the pilot symbol transmission signal replica that is cyclically shifted within one unit period as shown in FIGS. 7 (e) to 7 (g). By doing so, cross-correlation may be detected.
In the above description, real-time processing has been described. That is, as shown in FIG. 3B, a past received signal 11 that has already been received. 1 ~ 11 Three And the current received signal 11 for which the symbol synchronization timing is determined and reception processing such as subsequent FFT processing is performed. Four , And in-phase addition and correlation detection.
Instead of the above-described past received signal, or in addition to the above-described current and past received signals, a future, for example, received signal 11 (not shown) in the future after the current received signal to be subjected to reception processing. Five ~ 11 7 Up to in-phase addition and correlation detection, Four On the other hand, the symbol synchronization timing may be determined and the subsequent reception process may be performed.
In order to simplify the description, the correlation detection process has been described as being performed with 4 samples per symbol. In general, the cross-correlation with the transmission signal replica is detected at a sampling interval in the FFT unit 7 that is sufficiently shorter than this.
[0029]
The correlation detection unit 1 described above performs correlation detection after in-phase addition of received signals. Therefore, the correlation detection over a plurality of unit cycles can be realized by a single correlation detection process with the reference signal.
On the other hand, when the correlation detection is performed a plurality of cycles (4 cycles in the illustrated example) and the correlation detection values are added in phase over a plurality of unit cycles, the correlation detection including multiplication is compared with the in-phase addition. Since the amount of calculation increases, the amount of calculation and cost can be reduced by detecting the correlation after adding the received signals in-phase first.
[0030]
In the above description, the received signal 11 cut out in the unit period in the in-phase adder 2. 1 , 11 2 , 11 Three , 11 Four Were added in phase. Even when the number of in-phase addition periods, in other words, the in-phase addition period is set within a range of several tens of msec where the multipath environment does not change, if the maximum Doppler frequency related to the moving body speed is large, Also, the phase variation of the received pilot symbol component increases, and the effect of the in-phase addition decreases. At this time, it is presumed that the phase change at the same sample position in the unit period becomes larger as the distance between the reception signals of a plurality of periods to be added in-phase increases.
[0031]
Therefore, for the received signal period that is the target of in-phase addition, the unit signal is detected after performing the in-phase addition with the largest weight on the received signal sample value at the center and the smaller weight as it goes to the end. Just do it. Specifically, the weight value may be given for each unit period of the received signal. That is, in the example shown in FIG. 3B, each received signal 11 cut out in a unit cycle. 1 , 11 2 , 11 Three , 11 Four On the other hand, the received signal 11 of the unit period in the center 2 , 11 Three (This is an example where the number of in-phase addition cycles is an even number, so the two received signals are in the center). 1 , 11 Four As you go to the end, you can add smaller weights. By such weighting, it is possible to prevent the detection accuracy of the symbol synchronization timing from deteriorating during high-speed fading, and to determine an appropriate effective symbol period.
[0032]
More specifically, a weight coefficient α (0 <α <1) may be used. For example, each received signal 11 cut out in the unit cycle shown in FIG. 1 , 11 2 , 11 Three , 11 Four Each with a weight α 1 , Α 0 , Α 0 , Α 1 And then in-phase addition to detect the correlation of the unit period.
An example using a general formula for the above-described weighted in-phase addition and correlation detection is as follows.
If the received signal waveform sample of the i-th sample within the unit period added in phase is Rp (i),
[Expression 1]
Figure 0003970092
It becomes. Here, Rs is the received signal waveform sample of the i-th sample within the unit period, l is a serial number assigned to the unit period, Nc is the number of sample points of the unit period length, Ns is the number of unit periods in the in-phase addition period, and α is a weighting factor It is.
[0033]
At this time, if the correlation value of the k-th sample is Cr (k), it can be obtained by the sum of products of complex conjugates of the reception signal waveform subjected to in-phase addition and the transmission signal replica waveform of the pilot symbol. That is,
[Expression 2]
Figure 0003970092
It becomes. Where j is a serial number assigned to the sample value of the pilot symbol transmission signal replica, R is the number of pilot symbol transmission signal replica samples, rep * (j) is a complex conjugate of the j-th sample value of the pilot symbol transmission signal replica.
In addition, the common mode addition that gives the largest weight to the received signal in the center of the common mode addition period and the weight that becomes smaller as it goes to the end is whether the received signal to be added in the common mode is the past or the current one, Or it doesn't matter whether it is in the past, present or future. That is, it does not relate to where the current position is during the in-phase addition period.
[0034]
By the way, as described with reference to FIGS. 2 and 3, the reference signal is basically a transmission signal replica of a pilot symbol, and thus has a length of one symbol. However, the reference signal may be shorter. That is, a partial correlation with a part of the transmission signal replica of the pilot symbol may be detected.
The length of correlation detection is shortened according to the length of the reference signal (replica length). For example, the pilot symbol transmission signal replica shown in FIG. 3 (h) has a total length of 3 samples from the first sample to the third sample. In this case, for example, by multiplying the in-phase addition signal samples 0 to 4 (strictly, its complex conjugate) shown in FIGS. 3C to 3G by the 3 sample timing length from the head. Correlation detection with a correlation detection length of 3 samples is performed.
[0035]
By adopting partial correlation detection with a part of the transmission signal replica of the pilot symbol as described above, the length of correlation detection by the correlation detector is shortened. As a result, since the number of multiplications is reduced, the amount of calculation and cost can be reduced.
In the case of the prior art that does not perform in-phase addition, correlation detection with a part of a transmission signal replica of a pilot symbol may be performed. However, if the length of the reference signal is shortened, the synchronization accuracy of the symbol timing is lowered accordingly. In contrast, by increasing the number of unit cycles for performing in-phase addition, the symbol synchronization timing can be detected with sufficient accuracy even if the length of the reference signal is shortened to some extent.
[0036]
As described above, after detecting the cross-correlation value between the in-phase addition of the received signal waveform and the transmission signal replica of the pilot symbol, based on the cross-correlation value, for example, reception when the cross-correlation value is the highest. An effective symbol period of one symbol length may be extracted from the symbol head timing of the signal or the timing offset in time ahead of the symbol head timing as the symbol head timing.
By setting such an effective symbol period, the setting accuracy of the effective symbol period can be improved and the multipath can be positioned within the GI period, so that the occurrence of adjacent symbol interference can be reduced.
Note that the correlation detection process may be repeatedly performed at arbitrary detection intervals as reception progresses, and the correlation values may be sequentially updated in accordance with fluctuations in multipath propagation path characteristics.
In the above description, the case where the present invention is applied to cellular reception in the downlink from the base station to each mobile station has been described. However, if symbol timing synchronization with the same effect is provided, it is not always necessary. It is not limited to such a case.
[0037]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first and fourth aspects of the present invention, it is possible to reduce the influence of intersymbol interference caused by code-multiplexed user data and other interference waves and noise from neighboring cells. Thus, the synchronization accuracy of the symbol timing can be improved, and the calculation amount and cost required for correlation detection can be reduced.
As a result, it is possible to reduce the interference between adjacent symbols that may occur when separating into subcarriers and improve the communication quality.
In addition, according to the second and fifth aspects of the invention, there is an effect that the calculation amount and the cost can be further reduced. In addition, according to the third and sixth aspects of the invention, there is an effect that it is possible to cope with high-speed fading.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a receiver side for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a specific example in which a correlation value sequence is output from a reception signal subjected to in-phase addition.
FIG. 4 is an explanatory diagram of an MC-CDMA system.
FIG. 5 is a block diagram showing an outline of a conventional MC-CDMA transmitter.
FIG. 6 is a block diagram showing an outline of a conventional MC-CDMA receiver.
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining a conventional symbol timing synchronization apparatus;
FIG. 8 is an explanatory diagram of interference between adjacent symbols in a multipath environment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Correlation detection part, 2 ... In-phase adder, 3 ... Correlation detector, 4 ... Reference signal output part, 5 ... Effective symbol period cutout part, 6 ... Symbol synchronous position determination part, 7 ... FFT part

Claims (6)

1または複数のユーザの各データシンボル系列とパイロットシンボル系列が複数の各直交サブキャリアにおいて符号分割多重化されたものにガードインターバルが付加された送信信号を用いるマルチキャリアCDMA方式におけるシンボルタイミング同期装置であって、
参照信号出力手段と同相加算器と相関検出器とシンボル同期タイミング決定手段を有し、
前記参照信号出力手段は、前記パイロットシンボル系列のみが送信されるとしたときの前記送信信号について1シンボル区間を参照信号として出力し、
前記同相加算器は、前記送信信号の前記1シンボル区間に前記ガードインターバルが付加された区間を単位周期として、前記単位周期の複数周期にわたって受信信号を同相加算し、
前記相関検出器は、前記同相加算器により同相加算された前記受信信号と前記参照信号出力手段から出力される前記参照信号との相関値を出力し、
前記シンボル同期タイミング決定手段は、前記相関検出器が出力する前記相関値の出力タイミングに基づいて、前記送信信号にシンボル同期するタイミングを決定する、
ことを特徴とするシンボルタイミング同期装置。
A symbol timing synchronization apparatus in a multi-carrier CDMA system using a transmission signal in which each data symbol sequence and pilot symbol sequence of one or a plurality of users is code-division multiplexed in a plurality of orthogonal subcarriers and a guard interval is added. There,
A reference signal output means, an in-phase adder, a correlation detector, and a symbol synchronization timing determination means;
The reference signal output means outputs one symbol interval as a reference signal for the transmission signal when only the pilot symbol sequence is transmitted,
The in-phase adder performs in-phase addition of the reception signal over a plurality of periods of the unit period, with a period obtained by adding the guard interval to the one symbol period of the transmission signal as a unit period,
The correlation detector outputs a correlation value between the received signal that has undergone in-phase addition by the in-phase adder and the reference signal that is output from the reference signal output means,
The symbol synchronization timing determination means determines a timing for symbol synchronization with the transmission signal based on an output timing of the correlation value output by the correlation detector.
A symbol timing synchronizer.
1または複数のユーザの各データシンボル系列とパイロットシンボル系列が複数の各直交サブキャリアにおいて符号分割多重化されたものにガードインターバルが付加された送信信号を用いるマルチキャリアCDMA方式におけるシンボルタイミング同期装置であって、
参照信号出力手段と同相加算器と相関検出器とシンボル同期タイミング決定手段を有し、
前記参照信号出力手段は、前記パイロットシンボル系列のみが送信されるとしたときの前記送信信号について1シンボル区間の一部の区間を参照信号として出力し、
前記同相加算器は、前記送信信号の前記1シンボル区間に前記ガードインターバルが付加された区間を単位周期として、前記単位周期の複数周期にわたって受信信号を同相加算し、
前記相関検出器は、前記同相加算器により同相加算された前記受信信号と前記参照信号出力手段から出力される前記参照信号との相関値を出力し、
前記シンボル同期タイミング決定手段は、前記相関検出器が出力する前記相関値の出力タイミングに基づいて、前記送信信号にシンボル同期するタイミングを決定する、
ことを特徴とするシンボルタイミング同期装置。
A symbol timing synchronization apparatus in a multi-carrier CDMA system using a transmission signal in which each data symbol sequence and pilot symbol sequence of one or a plurality of users is code-division multiplexed in a plurality of orthogonal subcarriers and a guard interval is added. There,
A reference signal output means, an in-phase adder, a correlation detector, and a symbol synchronization timing determination means;
The reference signal output means outputs a part of one symbol period as a reference signal for the transmission signal when only the pilot symbol sequence is transmitted,
The in-phase adder performs in-phase addition of the reception signal over a plurality of periods of the unit period, with a period obtained by adding the guard interval to the one symbol period of the transmission signal as a unit period,
The correlation detector outputs a correlation value between the received signal that has undergone in-phase addition by the in-phase adder and the reference signal that is output from the reference signal output means,
The symbol synchronization timing determination means determines a timing for symbol synchronization with the transmission signal based on an output timing of the correlation value output by the correlation detector.
A symbol timing synchronizer.
前記同相加算器は、同相加算の対象とする各単位周期の受信信号に対し、中央にある前記単位周期に最も大きな重みを付け、端に行くに従って小さい重みを付けて同相加算を行う、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のシンボルタイミング同期装置。
The in-phase adder performs the in-phase addition with the largest weight on the unit period at the center and the smaller weight toward the end for the reception signal of each unit period to be subjected to in-phase addition,
The symbol timing synchronization apparatus according to claim 1 or 2, wherein
1または複数のユーザの各データシンボル系列とパイロットシンボル系列が複数の各直交サブキャリアにおいて符号分割多重化されたものにガードインターバルが付加された送信信号を用いるマルチキャリアCDMA方式におけるシンボルタイミング同期方法であって、
参照信号出力ステップと同相加算ステップと相関検出ステップとシンボル同期タイミング決定ステップを有し、
前記参照信号出力ステップは、前記パイロットシンボル系列のみが送信されるとしたときの前記送信信号について1シンボル区間を参照信号として出力し、
前記同相加算ステップは、前記送信信号の前記1シンボル区間に前記ガードインターバルが付加された区間を単位周期として、前記単位周期の複数周期にわたって受信信号を同相加算し、
前記相関検出ステップは、前記同相加算ステップにより同相加算された前記受信信号と前記参照信号出力ステップから出力される前記参照信号との相関値を出力し、
前記シンボル同期タイミング決定ステップは、前記相関検出ステップが出力する前記相関値の出力タイミングに基づいて、前記送信信号にシンボル同期するタイミングを決定する、
ことを特徴とするシンボルタイミング同期方法。
A symbol timing synchronization method in a multi-carrier CDMA system using a transmission signal in which each data symbol sequence and pilot symbol sequence of one or a plurality of users is code division multiplexed on a plurality of orthogonal subcarriers and a guard interval is added. There,
A reference signal output step, an in-phase addition step, a correlation detection step, and a symbol synchronization timing determination step,
The reference signal output step outputs, as a reference signal, one symbol period for the transmission signal when only the pilot symbol sequence is transmitted,
The in-phase addition step performs in-phase addition of the received signal over a plurality of periods of the unit period, with a period obtained by adding the guard interval to the one symbol period of the transmission signal as a unit period,
The correlation detection step outputs a correlation value between the received signal that has been added in phase by the in-phase addition step and the reference signal that is output from the reference signal output step,
The symbol synchronization timing determination step determines a timing of symbol synchronization with the transmission signal based on an output timing of the correlation value output by the correlation detection step.
A symbol timing synchronization method.
1または複数のユーザの各データシンボル系列とパイロットシンボル系列が複数の各直交サブキャリアにおいて符号分割多重化されたものにガードインターバルが付加された送信信号を用いるマルチキャリアCDMA方式におけるシンボルタイミング同期方法であって、
参照信号出力ステップと同相加算ステップと相関検出ステップとシンボル同期タイミング決定ステップを有し、
前記参照信号出力ステップは、前記パイロットシンボル系列のみが送信されるとしたときの前記送信信号について1シンボル区間の一部の区間を参照信号として出力し、
前記同相加算ステップは、前記送信信号の前記1シンボル区間に前記ガードインターバルが付加された区間を単位周期として、前記単位周期の複数周期にわたって受信信号を同相加算し、
前記相関検出ステップは、前記同相加算ステップにより同相加算された前記受信信号と前記参照信号出力ステップから出力される前記参照信号との相関値を出力し、
前記シンボル同期タイミング決定ステップは、前記相関検出ステップが出力する前記相関値の出力タイミングに基づいて、前記送信信号にシンボル同期するタイミングを決定する、
ことを特徴とするシンボルタイミング同期方法。
A symbol timing synchronization method in a multi-carrier CDMA system using a transmission signal in which each data symbol sequence and pilot symbol sequence of one or a plurality of users is code division multiplexed on a plurality of orthogonal subcarriers and a guard interval is added. There,
A reference signal output step, an in-phase addition step, a correlation detection step, and a symbol synchronization timing determination step,
The reference signal output step outputs a part of one symbol period as a reference signal for the transmission signal when only the pilot symbol sequence is transmitted,
The in-phase addition step performs in-phase addition of the received signal over a plurality of periods of the unit period, with a period obtained by adding the guard interval to the one symbol period of the transmission signal as a unit period,
The correlation detection step outputs a correlation value between the received signal that has been added in phase by the in-phase addition step and the reference signal that is output from the reference signal output step,
The symbol synchronization timing determination step determines a timing of symbol synchronization with the transmission signal based on an output timing of the correlation value output by the correlation detection step.
A symbol timing synchronization method.
前記同相加算ステップは、同相加算の対象とする各単位周期の受信信号に対し、中央にある前記単位周期に最も大きな重みを付け、端に行くに従って小さい重みを付けて同相加算を行う、
ことを特徴とする請求項4または5に記載のシンボルタイミング同期方法。
The in-phase addition step performs the in-phase addition by assigning the largest weight to the unit period at the center and the smaller weight toward the end for the reception signal of each unit period to be subjected to in-phase addition,
6. The symbol timing synchronization method according to claim 4, wherein the symbol timing is synchronized with each other.
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