JP2002261728A - マルチキャリア変調方式の同期方法 - Google Patents
マルチキャリア変調方式の同期方法Info
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Abstract
装置において、FFTフレーム同期処理の時間短縮と精
度向上を図る。 【解決手段】N/4周期の同期信号2の相関性を利用し
て遅延処理と積和演算にてFFTフレームの粗同期処理
を行い、全搬送波による同期信号により高い相関ピーク
が同期点で得られる折り返し相関処理17を行うこと
で、同期の高精度と時間短縮を図る。 【効果】粗同期と精密同期を組み合わせることで、処理
時間の短縮と高精度化が達成できる。
Description
重(OFDM)方式をはじめとするマルチキャリア変調
方式において、送信の単位となるフレームの開始位置を
受信側で検出する同期方法に関する。
それらを合成して送信信号とする方式をマルチキャリア
変調方式と呼ぶ。伝送速度が同一の場合には、マルチキ
ャリア方式の方が送信時間をキャリア数倍、長くできる
ために通信路で発生する反射波の影響を受けにくい。
ルチキャリア変調方式の一つであり、搬送波の周波数間
隔を最小にできるため、高い周波数利用効率が得られ
る。このため、電力線搬送,デジタルテレビ放送,無線
及び電話回線を用いるxDSL(Digital Subscriber Li
ne)の変調方式として採用されている。
は、送信デジタルデータを搬送波の振幅及び位相に変換
し、逆フーリエ変換(IFFT)にて搬送波を合成し送信
信号を生成する。IFFTにより合成した送信信号の長
さをFFTフレームと呼び、その長さNはIFFTの基
数と一致する。OFDMでは更にマルチパス遅延波の影
響を低減するため、FFTフレームの後半部をフレーム
の先頭にコピーし、送信信号とする。このコピーした部
分がガードインターバルであり、これとフレームを合わ
せた送信信号単位をシンボルと呼ぶ。送信信号はシンボ
ルが複数個連続したものとなる。
にフーリエ変換(FFT)し、搬送波を分離し各搬送波
毎にデータを復調する。受信処理ではFFTフレームの
区切りを検出することが重要であり、区切りを誤検出す
ると異なるフレームのデータをFFTするため、復調で
きなくなる恐れがある。
FFTフレーム同期と呼ぶ。従来は、シンボル中のガー
ドインターバル信号がそのシンボル後半部と同一である
ことを利用し相関処理にて検出する方法や、1シンボル
期間送信しないヌルシンボル、周波数を直線的に変化さ
せるチャープシンボル或いは同期信号を用いて、FFTフ
レーム同期を達成していた。これらの従来技術は、例え
ば特開平11−239115号公報,特開2000−6897
2号公報等がある。
ードインターバルがFFTフレームのコピー信号である
ため、シンボル区切り点前後においても相関値は高く相
関ピーク値が明瞭ではないため、同期誤差が発生し易
く、また同期精度を上げるためには複数シンボル期間同
期処理する必要がある。同期信号を用いる従来法におい
ても上記問題がある他、その対策の一案であるところ
の、同期信号と同じ信号を受信側に設けその一致度でシ
ンボル同期を取る方法は、同期検出処理が複雑になるこ
と及び同期信号が伝送路で歪むと一致度が低下し精度を
上げるためには複数の同期信号を用いて判定する必要が
あった。
くFFTフレーム同期を実現できる同期方法及びこれを
用いた通信装置を提供することにある。尚、同期信号は
送信データを伝送する信号ではないため、同期信号は短
ければ短いほど、送信信号を伝送するために利用できる
時間が増えるため、送信データとデータ伝送を制御する
ために必要なデータとの比で決まる伝送効率は高くな
る。
ャリア変調方式の同期方法は、複数の搬送波の振幅と位
相を送信データにより変調しそれらの合成信号を変調信
号とする直交周波数多重分割(OFDM)方式をはじめ
とするマルチキャリア変調方式の送信データフレームの
同期方法であって、送信データの送信前に、複数の搬送
周波数を周波数多重変調しデータフレーム長Nの1/4
の長さの同期信号を生成し、前期同期信号を少なくとも
4個以上繰り返し連続して送信し、前記同期信号とは異
なる複数の搬送周波数からなる長さN/4の第2の同期
信号を少なくとも4個以上繰り返し連続して送信し、続
いて全搬送周波数を周波数多重変調し長さNの同期信号
を2回以上繰り返し送信し、前記複数の同期信号と送信
データを受信する受信側においては、送信データの開始
位置をN/2長さ離れて受信される信号値との比較及び
受信データ列を検出点から折り返し検出点から同数離れ
た信号値との比較により決定されることを特徴とする。
てた少なくとも4個以上の搬送波周波数を多重変調した
同期信号を利用すること、N/2長さ離れて受信され
る信号値間の相関値によりフレーム開始位置を検出し、
前記全搬送周波数から生成された同期信号の上記フレー
ム開始位置に相当する受信データサンプリング点前後の
点を上記折り返し点とし上記相関処理し、フレーム開始
位置を検出すること、前記同期信号を送信する前に伝
送路ノイズの周波数分布を測定し同期信号を生成する搬
送波周波数を決定すること、または前記同期信号及び
送信データが電力を機器に供給する電力線内を伝送する
こと、が望ましい。
と高精度化のため2段階の同期処理手順を持つ。FFT
フレーム内のサンプリングデータ数をNとすれば、最初
にN/4周期の同期信号を繰り返し送信し、受信側では
受信信号とそれをN/2サンプリングクロックだけ遅延
させたものとの相関演算をし、同期信号の区切りのとこ
ろで発生する相関のピーク値に区切りを検出する。この
検出点には、ノイズ等により誤差が含まれている可能性
がある。
信した後、全搬送波を変調した同期信号を送信し、受信
側ではN/4周期同期信号で得られた区切り点から、上
記全搬送波を変調した同期信号の到来時刻を予測し、そ
の時刻前後を検出点として一種の相関処理を行う。
信号を生成するが、発生させたN個の時間データは中心
位置N/2を点対称として同一の値を持つ。例えばN=
8の場合、(2,8),(3,7),(4,6)の要素
の組が同一の値を持つ。このことを利用し、(N/2−
1)組のデータを相関処理し相関値の大きなところがN
/2の区切りと判断することができる。この処理は全受
信信号系列に対して行う必要はなく、N/4周期同期信
号で得られた誤差を含んだ区切り点の前後をN/2の点
として、相関処理をすればよい。
粗同期をN/4周期の同期信号で行い、次に通常周期の
同期信号により精密同期を行うことにより、確立時間の
短縮と高精度化が可能となる。
1を用いて説明する。図1は本発明の一実施例である電
力線搬送装置の構成図である。送信信号(送信データ)
1及び同期信号2は、IFFT3により複数の搬送波に
合成され、デジタルアナログ変換器D/A4により、ア
ナログ信号に変換され、電力線結合器5aを介して電力
線6にOFDM送信信号が重畳される。尚、符号12,
13はスイッチである。
ろな電気機器11a,11bが接続されており、これら
機器によりノイズや送信信号の歪みが発生する。
号を分離し、A/D7によりデジタル信号に変換する。
OFDM受信信号を復調するため、まず同期回路8にて
FFTフレーム同期を取り、受信信号をFFTフレーム毎に
FFT9にてフーリエ変換し受信データを得る。尚、符
号10は受信データ(受信信号)であり、符号13はス
イッチである。同期回路8は、FFTフレームカウンタ
18,ピーク検出16,相関処理15,N/2遅延1
4,折り返し相関処理17で構成される。
以下説明する。本発明では図1に示すようにまずN/4
個の同期信号Xを送信し、次に符号を反転させた−Xを
送信し、続けて同様にX,−X,−Xの順に連続して送
信する。このようにN/4周期の信号を生成するには、
搬送波周波を4個間隔で選択して変調し合成すればよ
い。このとき、同期信号を生成する搬送波周波数の数は
多いほどノイズに対する誤検出が少なくなるため、少な
くとも4個以上とすることが望ましい。
ていない。従って電力線結合器5b,A/D7を介して
入力された受信信号は、スイッチ13により同期回路8
の方へ出力される。その受信信号は、相関処理15とN
/2遅延14に入力される。図1においては、折り返し
相関処理17にも接続されているが、同期処理の初期段
階では折り返し相関処理17の動作は停止させておく。
受信信号はA/D7のサンプリング毎に受信され、N/
2遅延14は受信信号をサンプリング数でN/4個分遅
延される機能を持つ。
sにおける出力信号をy(k)とすれば、同時刻にN/2
遅延14から出力される信号はy(k−N/2)となる。
ここで、fsはA/D7のサンプリング周波数である。
相関処理15はy(k)とy(k−N/2)の相関処理を行
う。これは両信号の積、或いは差分を計算することで実
現できる。N/4周期の同期信号を繰り返し送信するた
め、y(k−N/2)が同期信号であればy(k)との相
関値は当然高くなる。
イズが相関処理15の入力信号となり、ノイズにはN/
4或いはN/2の周期性を持つ可能性は小さいため相関
値は小さい。但し、同期信号にノイズが重畳されたもの
が入力信号となる可能性がある。このため、相関処理1
5の誤検出を防ぐため、連続した複数個の相関値を平均
化したものを相関処理15の出力とすることで、誤検出
を防ぐことができる。平均化する個数は多ければ多いほ
ど耐ノイズ性は向上する。
号をその符号を交互に反転させ繰り返し送信するため、
最大でN/2個の相関値を平均化すればよい。相関処理
15においては、上述したようにサンプリングされた受
信信号y(k) 及びy(k−N/2)が入力され、両者の
積或いは差を取り、これをその前の入力信号で計算され
た(N/2−1)個の相関値と合わせて平均値を求める
のみで良く。このような処理は信号を時系列的に処理す
るために用いられるデジタルシグナルプロセッサ(以下
DSPと略す)に好適なアルゴリズムである。
たようにN/4周期の同期信号XをX,−X,X,−
X,−Xのように符号を反転させて送信する。このた
め、図1に示すようにN/2相関出力値は時刻A点にお
いて、相関出力値が最大となる。すなわち時刻A点で相
関処理されるN/2組の受信信号は、両者とも(X,−
X)となるためである。ピーク検出16は相関値のピー
クを検出すると、次の同期処理である折り返し相関処理
17の動作を開始させる。なお、時刻A点の後の同期信
号が−XではなくXであるとすれば、相関出力値はN/
4期間最大値となる。この場合にはしきい値を設けて、
それ以上の値になることで時刻A点となり、ピーク検出
16で検出すればよい。本発明の実施例では、時刻A点
で相関値がピークを示すように最後のN/4周期の同期
信号の符号を反転させている。
を繰り返し最後のN/4個は先頭のN/4同期信号と符
号を反転させれば、A点でピークが得られる。従って、
上述の本発明の実施例では、(X,−X,X,−X,−
X)の同期信号を用いたが、(X,X,X,X,−X)
の組合せの同期信号を用いても良い。
様々な周波数成分のノイズが発生する可能性があり、図
1に示したような明瞭なピークが得られずに誤検出する
恐れがある。このため、Xの信号を繰り返した同期信号
の後、同じくN/4の周期を持つYを繰り返し同期信号
とすることでより検出精度を高めることができる。この
とき、同期信号XとYで利用する搬送波周波数を異なる
周波数とすることにより、搬送波と同一の周波数を持つ
ノイズが発生した場合にでもより精度良くフレーム位置
を検出することができる。
N/4の周期性のみを利用するため、受信側では同期信
号の時間波形を予め知る必要はない。このため、例えば
N/4周期の信号を生成するために使用する搬送波周波
数は受信側の告知せずに変更することが可能である。従
って、送信前に電力線に発生しているノイズを測定し、
ノイズ周波数と異なる搬送波から同期信号を生成すれ
ば、ノイズの影響による同期誤差を小さくすることが可
能となる。
入力信号に対して1回の積和演算或いは差分演算のみで
行えるため処理が簡単ではあるが、ピーク値前後の相関
値も高いため、数サンプリングクロック程度の誤差は発
生する可能性はある。そこでFFTフレーム同期精度を
高めるため、N/4周期の繰り返し同期信号に続いて全
搬送波周波数を用いて生成した同期信号を送信する。受
信側では上述したようにこの時刻A点でピーク検出16
でピーク検出しているため、折り返し相関処理17の動
作が開始されている。
に示すようにIFFTを用いて生成されることから、デ
ータ数をNとすれば中心位置N/2において点対称な送
信信号となる。上述のN/4同期信号で検出した時点A
から、全搬送波周波数を用いて生成した同期信号を受信
完了するまでのデータ数は5N/4であることは、受信
側では予め解っている。従って、折り返し相関処理17
は時刻A点以降、受信信号が入力される毎に処理を行う
必要なく、ピーク検出16で検出した時刻とA点との誤
差範囲の領域のみにおいて、相関処理を行えばよい。
値が5サンプル以下であるとすれば、ピーク検出点から
(5N/4−5)時刻進んだ時点から折り返し相関処理
を開始し、(5N/4+5)時刻までの10サンプル期
間相関処理を行い、各サンプル時の相関出力から最大値
を検出することでFETフレームの区切りを検出するこ
とができる。
力されるたびに、N/2を境に相関性を同期信号が持つ
ことを利用して、N個のデータ列y(n)に対して下記相
関演算を行う。
り返して相関をすることから、折り返し相関処理と呼
ぶ。この相関値は、FFTフレーム点での相関値は高
く、1サンプリングクロック離れた位置での相関は非常
に小さな値となるため、精度良く検出することができ
る。尚、この演算ではデータ列を並べ替えて相関処理を
行う必要があり、上述のN/4同期信号に対する処理に
比べ処理時間を要する。電力線搬送や他のOFDMを用
いた伝送方式においては、FFTフレーム同期処理だけ
でなく、他の処理も同時に並行して行う必要があるた
め、IFFTの相関性を利用した折り返し相関処理を、
常に行うことは実現するハードウェアの処理能力を増大
させる。
N/4同期信号を用いて誤差数クロックを許容する方法
でFFTフレーム位置を検出し、全搬送波周波数を用い
て生成した同期信号が受信される時点前後でのみ折り返
し相関処理にて、同期検出を行う方が良いことは言うま
でもない。
出すると、その信号によりFETフレームカウンタ18
をリセットする。カウンタ18はN進のカウンタとなっ
ており、その出力値が0となる点がFETフレームの区
切り点として、FET9の処理を行えば良い。折り返し
相関処理でピークを検出した後は、スイッチ13にてA
/D7からの受信信号はFET9に入力する。このよう
にすれば、同期信号の後に続けて送信されてくる送信デ
ータをFET9にて、カウンタ18の出力が0となる度
にN個のデータをFET処理することで受信データを復
調することができる。
搬送装置において、本発明のFETフレーム同期方法の
一実施例であったが、本発明の電力線搬送装置を用いた
通信システムにも適用できる。その一例を図2に示す。
図2において、高電圧電力線100は、例えば6.6K
Vの電圧を送電しており、電柱41,45に取りつけら
れた高電圧/低電圧変圧器31,32により100V/
200Vの低電圧が2次側に出力される。高電圧/低電
圧変圧器の2次側である低圧電力線61,62は、電力
引込み線71,72を介して各家庭101,102,1
03,104,105に、100V/200Vの低電圧
を供給する。42,43,44,46,47は各家庭に
配電する低圧電力線61,62、電力引込み線71,7
2を架設するための電柱である。
4,95が取りつけられており、家庭内には、宅内電力
線111,112,113,114,115が敷設され
ており、この宅内電力線に、例えばパソコン121,1
22,123,124,125や家電品131,132,
133,134,135,141,142,143,1
44,145などの機器が接続されている。尚、宅内電
力線は単線図で示してある。光ファイバー200は電柱
41,45に架設されており、公衆通信網に接続されて
いる。
1,22を介して親局51,52に一部が接続されてい
る。光分岐器21,22の代わりに、光ファイバー同士
を融着接続させても良い。親局51,52は低圧電力線
61,62、電力引込み線71,72に通信データを重
畳させて各家庭に設置した電力線搬送装置81,82,
83,84,85と通信すると共に光ファイバー200
を介した公衆通信網150へのデータ通信も行う。この
例では、パソコン121,122,123,124,1
25の通信情報を電力線搬送装置81,82,83,8
4,85に出力し、親局51,52を介して宅外に通信
することができる。いわゆるインターネット通信を可能
としている。
ダー151などが多数接続されており、宅内から欲しい
情報を入手することが可能である。また逆に、外部から
宅内の情報を入手することも可能である。さらに、宅外
から、宅内遠隔監視・制御モバイル152により、宅内
機器を遠隔に監視したり制御したりすることも可能であ
る。
間短縮と同期精度を向上するため、このような通信シス
テムに適用した場合には以下の効果がある。すなわち、
同期処理時間が短いと同期信号を短くでき、短縮した時
間をデータ送信時間に割り当てることが可能となるた
め、単位時間当たりに伝送可能な情報量を増やすことが
できる。また、同期精度が低下すると伝送誤りが増加
し、送信データの再送が必要となる。このため、本発明
は同期精度を高くすることができるため、再送の割合を
低くすることができるため、結果として単位時間当たり
に伝送可能な情報量を増やすことができる。
バーは各家庭まで敷設する必要がなく、基幹ルートの敷
設のみでよい。基幹ルートからは、各家庭に電力を供給
している電力線を利用して複数の家庭に電力線搬送によ
り通信データを送受信することが可能である。特に、基
幹ルートは公道に面した場所や電力線や光ファイバーな
どを敷設する専用の地下トンネルであったりするので敷
設距離の割りには工事費は比較的安価である。一方、各
家庭は公道に面した場所でなかったり、工事用車が入り
づらい場所であったりすることが多く、光ファイバーを
各家庭に敷設しようとすると距離の割りには工事費が膨
大になるが、このようなことが本実施例ではない。
2に複数の電力線搬送装置81,82,83,84,8
5を接続している構成としているために、親局51,5
2の設置台数が少なくて済み、工事費、設備費を軽減で
きる。これら親局及び子局に用いる電力線搬送におい
て、OFDM変調方式のFFTフレーム同期に本発明を
適用することにより、同期処理時間の短縮と同期精度を
高くできるため、実効伝送速度の向上及び通信の信頼性
が向上する。
を受信側で復調するために必要なFFTフレーム同期処理
を、処理時間を短くし精度良く検出することができる。
また、同期処理においては同期処理の相関性を利用して
おり同期信号が伝送路で歪みを受けても相関性は損なわ
れることはなく、精度良い検出が可能となる。
のため、本発明では同期信号を短くできるため、相対的
に送信信号に利用できる割合が増え、実効伝送速度を向
上できる。FFT同期フレームがずれると、受信信号を
復調するときに誤差が発生し易くなり、伝送誤りが発生
する。
構成図である。
/A、5…電力線結合器、6…電力線、7…A/D、8
…同期回路、9…FFT、10…受信データ、11…電
気機器、12…送信切換SW、13…受信切換A/D、
14…N/2遅延、15…相関処理、16…ピーク検
出、17…折り返し相関処理、18…FFTフレームカウ
ンタ。
Claims (5)
- 【請求項1】複数の搬送波の振幅と位相を送信データに
より変調しそれらの合成信号を変調信号とする直交周波
数多重分割(OFDM)方式をはじめとするマルチキャ
リア変調方式の送信データフレームの同期方法であっ
て、送信データの送信前に、複数の搬送周波数を周波数
多重変調しデータフレーム長Nの1/4の長さの同期信
号を生成し、前期同期信号を少なくとも4個以上繰り返
し連続して送信し、前記同期信号とは異なる複数の搬送
周波数からなる長さN/4の第2の同期信号を少なくと
も4個以上繰り返し連続して送信し、続いて全搬送周波
数を周波数多重変調し長さNの同期信号を2回以上繰り
返し送信し、前記複数の同期信号と送信データを受信す
る受信側においては、送信データの開始位置をN/2長
さ離れて受信される信号値との比較及び受信データ列を
検出点から折り返し検出点から同数離れた信号値との比
較により決定されることを特徴とするマルチキャリア変
調方式の同期方法。 - 【請求項2】請求項1において、一定間隔で割り当てた
少なくとも4個以上の搬送波周波数を多重変調した同期
信号を利用することを特徴とするマルチキャリア変調方
式の同期方法。 - 【請求項3】請求項1において、N/2長さ離れて受信
される信号値間の相関値によりフレーム開始位置を検出
し、前記全搬送周波数から生成された同期信号の上記フ
レーム開始位置に相当する受信データサンプリング点前
後の点を上記折り返し点とし上記相関処理し、フレーム
開始位置を検出することを特徴とするマルチキャリア変
調方式の同期方法。 - 【請求項4】請求項1において、前記同期信号を送信す
る前に伝送路ノイズの周波数分布を測定し同期信号を生
成する搬送波周波数を決定することを特徴とするマルチ
キャリア変調方式の同期方法。 - 【請求項5】請求項1の同期方法において、前記同期信
号及び送信データが電力を機器に供給する電力線内を伝
送することを特徴とするマルチキャリア変調方式の同期
方法。
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