JP2004260531A

JP2004260531A - タイミング検出方法と装置およびそれを利用した受信装置

Info

Publication number: JP2004260531A
Application number: JP2003048723A
Authority: JP
Inventors: Tadahisa Kamiyama; 忠久神山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】複数の伝搬路を経由して到来した信号からシンボルのタイミングを検出する。
【解決手段】逆拡散部４８は、デジタル受信信号２００を逆拡散処理してＭＦ出力信号２１０を出力する。乗算部６８は、先頭候補タイミングと異なったＭＦ出力信号２１０と、先頭候補タイミングのＭＦ出力信号２１０間の位相差を計算して、位相差信号２１２を出力する。遅延候補タイミング選択部５８は、遅延候補タイミングに相当する位相差信号２１２を選択する。比較部７４は、位相差信号２１２が、同一象限に属する確率を計算する。判定部７６は、比較部７４の出力値が、予め定めたしきい値の比較によって、シンボルの先頭タイミングを判定して、これを先頭タイミング信号２０８として出力する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタイミング検出技術とそれを利用した受信技術に関する。特に、スペクトル拡散通信システムにおけるタイミング検出方法と装置およびそれを利用した受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）などに使用されているスペクトル拡散技術では、シンボルのベースバンドの占有帯域幅よりも高い周波数の拡散符号を使用して、シンボルを拡散処理する。シンボルは、より幅広い周波数帯域幅に拡散処理されるため、パワースペクトル密度が低くなり、その結果他の通信システムに与える干渉が小さくなる。さらに拡散処理されたシンボルは、一般に拡散処理されていないシンボルより検出が困難なため、他の通信システムとの間で混信も生じにくい。
【０００３】
拡散符号に公知の擬似ランダム符号語が使用されると、同一の擬似ランダム符号語を有しない受信装置は、当該擬似ランダム符号語によって拡散処理された変調信号を復調できない。擬似ランダム符号語は、一般にチップのシーケンスで構成され、当該チップは「−１」または「＋１」あるいは「０」と「１」の値を有する。擬似ランダム符号語の一例は、Ｍ系列、ゴールド符号（Ｇｏｌｄｃｏｄｅｓ）があるが、ＩＥＥＥ８０２．１１標準に準拠した無線ＬＡＮは、バーカー符号語（Ｂａｒｋｅｒｃｏｄｅｓ）を使用する。このバーカー符号語は、シーケンス「０１００１０００１１１」あるいは「＋１、−１、＋１、＋１、−１、＋１、＋１、＋１、−１、−１、−１」の値を有する１１個のチップで構成されている。
【０００４】
無線ＬＡＮのひとつのＩＥＥＥ８０２．１１標準においては、送信されるバーストの先頭部分にトレーニングプリアンブルが配置され、その後データフィールドが続く。さらに、トレーニングプリアンブルには、ＳＹＮＣ（同期）フィールド、ＳＦＤ（フレームデミリター開始）フィールド、ＳＩＧＮＡＬフィールドなどが含まれる。ＳＹＮＣフィールドを含むトレーニングプリアンブルは、差分二進位相シフトキーイング（ＤＢＰＳＫ：ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調をした後、拡散処理して送信される。受信装置では、ＳＹＮＣフィールドを検出し、検出したＳＹＮＣフィールドのシンボルに受信装置の内部クロックを整合させた固定基準フレームを確立し、当該固定基準フレームをもとにＳＹＮＣフィールドに続くＳＦＤフィールド等を解釈する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２１５２０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
受信装置は固定基準フレームを確立する、すなわち送信装置とのタイミング同期を確立するために、一般に拡散処理されたＳＹＮＣフィールドを拡散符号によって逆拡散処理し、その結果得られる逆拡散処理された信号の強度のピークを検出する。すなわち逆拡散処理された信号の強度のピークにおけるタイミングがシンボルの先頭タイミングに対応する。一方、無線ＬＡＮなどの無線通信システムにおける送信装置と受信装置間の無線伝搬路においては、送信装置を出力した信号が直接受信装置に到達する直接波に加えて、所定の反射物で反射された後に受信装置に到達する遅延波が存在する場合もある。
【０００７】
そのような無線伝搬路を経由した受信信号が逆拡散処理された場合、逆拡散処理された信号には、直接波と遅延波のそれぞれに対応した強度のピークが存在する。一般に、信号の強度の複数のピークのうち、直接波に対応するピークは不明であるため、ひとつのシンボルに複数の先頭タイミングの候補が存在する。特に、無線通信システムにおいては、遅延波に対応した逆拡散処理された信号の強度のピークが、直接波に対応したものより大きい場合もあるので、先頭タイミングを強度の最大値に対応したタイミングに決定すると、受信特性を劣化させる場合もある。さらに、直接波と遅延波の時間差がシンボル期間の半分以内ならば、ひとつのシンボル期間内で集中して存在する信号の強度の複数のピークの先頭を先頭タイミングに決定できるが、当該時間差がシンボル期間の半分以上になれば、そのような方法による先頭タイミングの検出が困難になる。
【０００８】
本発明者はこうした状況を認識して、本発明をなしたものであり、その目的はスペクトル拡散通信システムにおけるタイミング検出方法と装置およびそれを利用した受信装置を提供することである。また、伝搬時間の異なった複数の無線伝搬路を経由した信号に対応したタイミング検出方法と装置およびそれを利用した受信装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様はタイミング検出装置である。この装置は、所定のシンボルが拡散処理された信号を入力する入力部と、入力した信号を逆拡散処理する逆拡散処理部と、逆拡散処理した信号の強度のピークに対応したタイミングを起点として、シンボル間隔で出現すべき先頭候補タイミングを検出し、さらに逆拡散処理した信号の強度のピークとは別の強度のピークに対応したタイミングを起点として、シンボル間隔で出現すべき遅延候補タイミングを検出する候補タイミング検出部と、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と、遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号間における位相差をそれぞれ検出する位相検出部と、検出した位相差のそれぞれが、位相平面における所定の領域内に属する確率が所定のしきい値より大きい場合に、先頭候補タイミングをシンボルの先頭タイミングに決定する決定部とを含む。
【００１０】
「強度」は、電力、振幅、振幅の絶対値などを含むものとする。
「位相差」は、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と、遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号間の直接的な位相差だけでなく、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号に含まれた情報成分と、遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号間の位相差のような、別の信号を介した間接的な位相も含むものとする。
「しきい値より大きい場合」には、しきいと同じ値を含んでもよいとする。
【００１１】
候補タイミング検出部は、ひとつのシンボル期間内において、逆拡散処理した信号の強度のふたつのピークのうち前方のピークに対応した第１のタイミングと、後方のピークに対応した第２のタイミングをそれぞれ検出するピークタイミング検出部と、第１のタイミングと第２のタイミングの間隔が、第１のタイミングをシンボル期間遅延させたタイミングと第２のタイミングの間隔より小さければ第１のタイミングから先頭候補タイミングを決定し、大きければ第２のタイミングから先頭候補タイミングを決定する基準決定部とを含んでもよい。
「強度のふたつのピーク」には、逆拡散処理した信号をさらに統計処理した信号における強度のふたつのピークも含むものとする。
【００１２】
位相検出部は、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と所定の基準信号から、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号に含まれたシンボルの情報成分を推定する推定部と、遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と推定した情報成分間の位相差を計算する計算部とを含んでもよい。この装置において、推定部は、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号から推定した情報成分を除去し、さらに当該情報成分を除去した先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号を統計処理して、基準信号を生成してもよい。
「統計処理」には、例えば平均処理などを含むが、その処理期間などは限定しないものとする。
【００１３】
位相検出部は、決定部においてシンボルの先頭タイミングが決定されない場合に、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングを入れ替えて、再度位相差検出処理を行ってもよい。
【００１４】
以上の装置により、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングにおける信号の位相差を複数のシンボル期間で観測し、その結果の分散で先頭のタイミングを判定するため、遅延波が存在する無線伝搬路を経由した受信信号からもシンボルの先頭タイミングを検出可能である。
【００１５】
本発明の別の態様は受信装置である。この装置は、タイミング検出装置と、タイミング検出装置で検出されたシンボルの先頭タイミングにもとづいてシンボルを復調処理する復調部とを含む。この装置において、タイミング検出装置は、拡散処理されたシンボルを逆拡散処理した信号の強度の複数のピークをひとつのシンボル期間内において検出してから、当該強度の複数のピークに対応したタイミング間における位相差を複数のシンボル期間で観測し、位相差のそれぞれが所定の範囲内となる確率がしきい値より大きければ、強度の複数のピークのうち先頭のピークに対応したタイミングをシンボルの先頭タイミングとして検出してもよい。
【００１６】
本発明のさらに別の態様はタイミング検出方法である。この方法は、拡散処理されたシンボルを逆拡散処理した信号の強度の複数のピークをひとつのシンボル期間内において検出してから、当該強度の複数のピークに対応したタイミング間における位相差を複数のシンボル期間で観測し、位相差のそれぞれが所定の範囲内となる確率がしきい値より大きければ、強度の複数のピークのうち先頭のピークに対応したタイミングをシンボルの先頭タイミングとして検出してもよい。
【００１７】
本発明のさらに別の態様もタイミング検出方法である。この方法は、所定のシンボルが拡散処理された信号を入力するステップと、入力した信号を逆拡散処理するステップと、逆拡散処理した信号の強度のピークに対応したタイミングを起点として、シンボル間隔で出現すべき先頭候補タイミングを検出し、さらに逆拡散処理した信号の強度のピークとは別の強度のピークに対応したタイミングを起点として、シンボル間隔で出現すべき遅延候補タイミングを検出するステップと、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と、遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号間における位相差をそれぞれ検出するステップと、検出した位相差のそれぞれが、位相平面における所定の領域内に属する確率が所定のしきい値より大きい場合に、先頭候補タイミングをシンボルの先頭タイミングに決定するステップとを含む。
【００１８】
遅延候補タイミングを検出するステップは、ひとつのシンボル期間内において、逆拡散処理した信号の強度のふたつのピークのうち前方のピークに対応した第１のタイミングと、後方のピークに対応した第２のタイミングをそれぞれ検出するステップと、第１のタイミングと第２のタイミングの間隔が、第１のタイミングをシンボル期間遅延させたタイミングと第２のタイミングの間隔より小さければ第１のタイミングから先頭候補タイミングを決定し、大きければ第２のタイミングから先頭候補タイミングを決定するステップとを含んでもよい。
【００１９】
位相差をそれぞれ検出するステップは、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と所定の基準信号から、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号に含まれたシンボルの情報成分を推定するステップと、遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と推定した情報成分間の位相差を計算するステップとを含んでもよい。この方法において、シンボルの情報成分を推定するステップは、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号から推定した情報成分を除去し、さらに当該情報成分を除去した先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号を統計処理して、基準信号を生成してもよい。
【００２０】
位相差をそれぞれ検出するステップは、先頭候補タイミングをシンボルの先頭タイミングに決定するステップにおいてシンボルの先頭タイミングが決定されない場合に、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングを入れ替えて、再度位相差検出処理を行ってもよい。
【００２１】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
実施の形態１は、スペクトル拡散通信システムの受信装置において、逆拡散処理した信号から、送信された信号に含まれたシンボルの先頭タイミングを検出するタイミング検出装置に関する。所定の情報成分を含んだシンボルは、拡散処理の後、送信装置から複数の無線伝搬路を経由して受信装置に到達する。一般に、送信装置から受信装置に直接伝送された直接波のタイミングがシンボルの先頭タイミングに相当するが、受信信号を逆拡散処理した信号には、それぞれの無線伝搬路の遅延時間に応じた信号の強度のピークが検出されるため、それらの中から直接波のタイミングの検出は困難となる。
【００２３】
本実施の形態におけるタイミング検出装置は、逆拡散処理した信号の強度のピークから、シンボル期間内に存在する直接波に対応したタイミングの候補（以下、「先頭候補タイミング」という）と遅延波に対応したタイミングの候補（以下、「遅延候補タイミング」という）を検出し、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号の位相差を複数シンボル間で観測する。無線伝搬路に急激な変化がなければ、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングに含まれるシンボルの情報成分が等しい場合、上記の位相差は複数のシンボル間においてもほぼ一定の値となる。一方、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングに含まれるシンボルの情報成分が異なる場合、上記の位相差には、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングに含まれるシンボルの情報成分が反映された値になるため、一定の値ではなくなる。
【００２４】
図１は、実施の形態１に係る通信システム１００を示す。通信システム１００は、送信装置１０と受信装置１６を含む。送信装置１０は、１次変調部１８、２次変調部２０、ＤＡ変換部２２、直交変調部２４、周波数変換部２６、増幅部２８、送信装置用アンテナ１２、制御部３０を含む。受信装置１６は、受信装置用アンテナ１４、周波数変換部３２、ＡＧＣ３４、ＡＦＣ３６、直交検波部３８、ＡＤ変換部４０、２次復調部４２、１次復調部４４、制御部４６を含む。また、信号として、デジタル受信信号２００、タップ初期係数２０２、逆拡散処理信号２０４を含む。
【００２５】
１次変調部１８は、送信したい情報信号を変調して、送信信号を生成する。変調方式は、ＱＰＳＫ（ＱｕｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（１６ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、ＧＭＳＫ（ＧａｕｓｓｉａｎｆｉｌｔｅｒｅｄＭｉｎｉｍｕｍＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）等の任意のものでよい。
【００２６】
２次変調部２０は、拡散符号系列にもとづき送信信号を拡散処理して、拡散信号を生成する。ここで、送信信号のひとつの信号を「シンボル」、その速度を「シンボル速度」、拡散符号系列の１ビットの拡散符号を「チップ」、その速度を「チップ速度」、拡散符号の１周期分のチップ数を「拡散符号長」といい、通常チップ速度はシンボル速度よりも高速に設定されているため、拡散処理によって、信号の速度がシンボル速度からチップ速度に高くされる。
【００２７】
ＤＡ変換部２２は、拡散信号をアナログ信号に変換し、直交変調部２４はアナログ信号を直交変調し、周波数変換部２６は無線周波数に周波数変換する。さらに、無線周波数の送信信号は、増幅部２８で増幅された後、送信装置用アンテナ１２から送信される。
【００２８】
送信された無線周波数の信号は、受信装置用アンテナ１４で受信され、周波数変換部３２で中間周波数に周波数変換される。
ＡＧＣ３４は、中間周波数の信号の振幅が後述するＡＤ変換部４０のダイナミックレンジになるように、中間周波数の信号の振幅を調節する。
【００２９】
ＡＦＣ３６は、送信装置１０と受信装置１６のそれぞれに含まれた図示しない周波数発振器間の周波数誤差を補正する。
直交検波部３８が、直交検波した後、ＡＤ変換部４０がチップ速度以上のサンプリング速度でデジタル変換し、その結果をデジタル受信信号２００として出力する。
【００３０】
２次復調部４２は、拡散符号系列にもとづきデジタル受信信号２００を逆拡散処理して、送信信号に対応した逆拡散処理信号２０４を出力する。さらに、出力を正確にするためには、ひとつの拡散信号に乗算する１チップの拡散符号が、拡散処理において当該ひとつの拡散信号を生成するために乗算した１チップの拡散符号と同一である、すなわち両者のタイミングが同期している必要があるため、２次復調部４２はこれらのタイミングの同期処理を実行する。
【００３１】
１次復調部４４は、逆拡散処理信号２０４を復調して、送信した情報信号を出力する。復調に同期検波を使用する場合、逆変調法、逓倍法などによるキャリア再生も行うが、ここでは、適応等化器を使用する。そのために、２次復調部４２から出力されるタップ初期係数２０２を使用する。
制御部３０と制御部４６は、それぞれ送信装置１０と受信装置１６のタイミングを制御する。
【００３２】
図２は、実施の形態１に係るバーストフォーマットを示すが、これはＣＳＭＡ（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）をベースとした無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）のひとつであるＩＥＥＥ８０２．１１ｂ標準のバーストフォーマットである。バーストの先頭から１４４ビットの間にプリアンブルが、それに続く４８ビットの間に、ヘッダが配置されている。プリアンブルのなかにタイミング検出に使用可能なＳＹＮＣフィールドが含まれる。
【００３３】
図３（ａ）−（ｇ）は、実施の形態１に係るタイミング検出処理の原理を示す。図３（ａ）は、送信装置１０から送信される信号を示す。図中の「０」あるいは「１」は、シンボルに含まれた情報成分を示し、さらに各シンボルは拡散処理されているものとする。図３（ｂ）は、送信された信号が直接に受信装置１６で受信された場合の直接受信信号を示す。ここで、送信した信号と直接受信信号との絶対的な遅延時間は無視するものとし、また無線伝搬路による直接受信信号の符号誤りもないものとする。図３（ｃ）は、直接受信信号を２次復調部４２で逆拡散処理したＭＦ出力信号を示す。ＭＦ出力信号は、シンボルの情報成分に応じて正と負の方向に振幅のピークを有する。図３（ｄ）は、ＭＦ出力信号の振幅のピークに対応した位相を示す。ここでは、シンボル間における位相の回転等はないものとする。
【００３４】
図３（ｅ）は、送信した信号が遅延して受信装置１６で受信された場合の遅延受信信号を示す。遅延受信信号は直接受信信号と比較して、同一の情報成分を有したシンボルを含むが、時間的に遅延している。実際には、受信装置１６によって受信される信号は直接受信信号と遅延受信信号が合成されているため、図３（ｂ）と図３（ｅ）のように分離されていないが、ここでは説明の便宜にため分離して表示している。図３（ｆ）は、図３（ｃ）に対応した遅延受信信号におけるＭＦ出力信号である。図３（ｇ）は、図３（ｆ）のＭＦ出力信号の振幅のピークに対応した位相を示す。
【００３５】
受信した信号を逆拡散処理した信号における振幅のピークは、Ａ１からＡ４とＢ１からＢ４で得られる。ここで、Ａ１からＡ４を先頭候補タイミングとすれば、それぞれの先頭候補タイミングからシンボル期間内においてＢ１からＢ４が存在するため、Ｂ１からＢ４は遅延候補タイミングに相当する。次に、シンボル期間内において、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングのＭＦ出力信号間の位相差を計算する。すなわち、Ａ１とＢ１間の位相差、Ａ２とＢ２間の位相差、Ａ３とＢ３間の位相差、Ａ４とＢ４間の位相差をそれぞれ計算する。その結果、それらの位相差は同一になる。一方、Ｂ１からＢ４を先頭タイミング候補とし、Ａ２からＡ４を遅延候補タイミングとすれば、Ｂ１とＡ２間の位相差、Ｂ２とＡ３間の位相差、Ｂ３とＡ４間の位相差がそれぞれ計算されるが、それぞれの位相差の値はシンボルに含まれた情報成分の影響で異なる。そのため、シンボルの先頭タイミングは、上述の位相差を観測することによって、検出可能である。
【００３６】
図４は、２次復調部４２の構成を示す。２次復調部４２は、逆拡散部４８、切替部５０、位相検出部５２、統計処理部５４、ピーク検出部５６、遅延候補タイミング選択部５８、決定部６０を含む。位相検出部５２は、ラッチ部６２、選択部６４、ラッチ部６６、乗算部６８を含む。決定部６０は、象限判定部７０、ラッチ部７２、比較部７４、判定部７６を含む。また、信号として、制御信号２０６、先頭タイミング信号２０８、ＭＦ出力信号２１０、位相差信号２１２を含む。
【００３７】
逆拡散部４８は、デジタル受信信号２００を拡散符号によって逆拡散処理し、その結果をＭＦ出力信号２１０として出力する。構成は、ここではマッチドフィルタとするが、スライディング相関器でもよい。なお、逆拡散部４８はサンプリング速度で動作する。
【００３８】
切替部５０は、制御部４６から入力した制御信号２０６をもとに、ＭＦ出力信号２１０の出力先を変更する。また、シンボルの先頭タイミングが検出された後は、ＭＦ出力信号２１０を逆拡散処理信号２０４として直接出力する。シンボルの先頭タイミングが検出される前の動作は後述する。
【００３９】
ピーク検出部５６は、バーストフォーマットにおけるＳＹＮＣフィールドの先頭において、ＭＦ出力信号２１０からシンボル期間内におけるふたつの電力あるいは振幅のピークを検出し、これらを先頭候補タイミングと遅延候補タイミングとする。ふたつの電力のピークのうち、前側のピークの時間をｔ１、後側のピークの時間をｔ２、シンボル間隔をＴとした場合、時間差（ｔ２−ｔ１）と、（ｔ１＋Ｔ−ｔ２）を比較し、前者が小さければ、ふたつの電力のピークのうち前側のピークに相当するタイミングおよび当該タイミングからシンボル間隔で出現するタイミングを先頭候補タイミングとする。一方、後者が小さければ、ふたつの電力のピークのうち後側のピークに相当するタイミングおよび当該タイミングからシンボル間隔で出現するタイミングを先頭候補タイミングとする。その情報は、位相検出部５２にも伝えられる。なお、ピークの検出のために、平均処理のような統計処理が行われてもよい。以上の処理期間中、切替部５０の切替はピーク検出部５６を選択する。
【００４０】
ラッチ部６２、選択部６４、ラッチ部６６は、制御信号２０６をもとに、乗算部６８における乗算の対象となる値が、先頭候補タイミングのＭＦ出力信号２１０と先頭候補タイミングの１チップ前のＭＦ出力信号２１０の組合わせ、先頭候補タイミングのＭＦ出力信号２１０と先頭候補タイミングの１チップ後のＭＦ出力信号２１０の組合わせ、先頭候補タイミングのＭＦ出力信号２１０と先頭候補タイミングの２チップ後のＭＦ出力信号２１０の組合わせ、先頭候補タイミングのＭＦ出力信号２１０と先頭候補タイミングの３チップ後のＭＦ出力信号２１０の組合わせのような、先頭候補タイミングと異なったＭＦ出力信号２１０と、先頭候補タイミングのＭＦ出力信号２１０の組み合わせとなるように動作する。以上の処理期間中、切替部５０の切替も位相検出部５２を選択する。
【００４１】
乗算部６８は、ふたつの信号の位相差を計算して、位相差信号２１２を出力する。その際、一方の値を複素共役処理してもよい。
遅延候補タイミング選択部５８は、サンプリング速度で出力される信号から遅延候補タイミングに相当する位相差信号２１２を選択する。
【００４２】
象限判定部７０は、後述する方法によって、遅延候補タイミングに相当する位相差信号２１２の位相が属する領域を判定する。
ラッチ部７２は、位相差の判定の基準とするために、最初の遅延候補タイミングに相当する位相差信号２１２の象限を記憶する。
【００４３】
比較部７４は、最初の遅延候補タイミングに相当する位相差信号２１２の象限と、最初の遅延候補タイミングに続く遅延候補タイミングに相当する位相差信号２１２の象限を比較し、同一象限に属する確率を計算する。
【００４４】
判定部７６は、比較部７４の出力値が、予め定めたしきい値の比較によって、シンボルの先頭タイミングを判定して、これを先頭タイミング信号２０８として出力する。すなわち、同一象限に属する確率がしきい値より大きければ、先頭候補タイミングをシンボルの先頭タイミングに決定し、確率がしきい値以下の場合には、先頭候補タイミングは先頭タイミングでないため、先頭候補タイミングを変更して、先頭タイミングの検出処理を再び実行する。
【００４５】
統計処理部５４は、チップまたは逆拡散部４８の動作タイミングごとに位相差信号２１２を統計処理する。所定の期間経過後、タップ初期係数２０２として１次復調部４４に出力する。１次復調部４４では、タップ初期係数２０２を適応等化器のタップ係数の初期値に使用する。
【００４６】
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリのロードされた予約管理機能のあるプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００４７】
図５は、逆拡散部４８の構成を示す。逆拡散部４８は、遅延部７８と総称される第１遅延部７８ａ、第２遅延部７８ｂ、第（Ｌ−１）遅延部７８（ｌ−１）、データ記憶部８０と総称される第１データ記憶部８０ａ、第２データ記憶部８０ｂ、第３データ記憶部８０ｃ、第（Ｌ−１）データ記憶部８０（ｌ−１）、第Ｌデータ記憶部８０ｌ、乗算部８２と総称される第１乗算部８２ａ、第２乗算部８２ｂ、第３乗算部８２ｃ、第（Ｌ−１）乗算部８２（ｌ−１）、第Ｌ乗算部８２ｌ、加算部８４を含む。
【００４８】
遅延部７８は、デジタル受信信号２００をサンプリング速度に対応した時間間隔で遅延させる。
データ記憶部８０のそれぞれは、１チップの拡散符号を記憶し、データ記憶部８０すべてで拡散符号長の拡散符号を記憶する。
【００４９】
乗算部８２は、遅延部７８から出力されたデジタル受信信号２００とデータ記憶部８０をそれぞれ乗算する。乗算結果は、加算部８４で加算され、ＭＦ出力信号２１０として出力される。
【００５０】
図６は、統計処理部５４の構成を示す。統計処理部５４は、切替部８６、加算部８８と総称される第１加算部８８ａ、第２加算部８８ｂ、第Ｎ加算部８８ｎ、ラッチ部９０と総称される第１ラッチ部９０ａ、第２ラッチ部９０ｂ、第Ｎラッチ部９０ｎ、後処理部９２を含む。
【００５１】
切替部８６は、制御信号２０６によるタイミングをもとに、位相差信号２１２の出力をチップ間隔ごとに切り替える。なお、サンプリング速度に対応した間隔でもよい。
ラッチ部９０は、それぞれ位相差信号２１２を１シンボル期間遅延させ、加算部８８は、遅延された過去の位相差信号２１２と、新たに入力された位相差信号２１２を加算する。
【００５２】
後処理部９２は、統計処理部５４への最初の位相差信号２１２の入力から所定期間経過後に、ラッチ部９０と加算部８８で積算されたそれぞれの結果を、例えば平均処理などの統計処理を行って、その結果の値それぞれをタップ初期係数２０２として出力する。なお、所定期間経過の指示は、制御信号２０６によってなされる。
【００５３】
図７は、象限判定部７０による象限判定を示す。最初に入力された遅延候補タイミングにおける位相差信号２１２の位相は、図中のＰで示されるように、位相平面の位相０に設定する。続いて、最初の遅延候補タイミングからシンボル間隔で出現する遅延候補タイミングにおける位相差信号２１２の位相が、位相平面にプロットされる。その際、最初に入力された遅延タイミングにおける位相差信号２１２の位相と位相０の位相差によって、位相差信号２１２の位相がそれぞれ変換される。さらに、比較部７４は、後に入力される位相差信号２１２が第１象限と第４象限に存在すれば、同一領域であると判定し、第２象限と第３象限に存在すれば、非同一領域であると判定する。
【００５４】
図８は、受信処理のフローチャートを示す。受信した信号をもとにＡＧＣ３４は、振幅を調整する（Ｓ１０）。ピーク検出部５６は、位相差信号２１２からシンボル期間内に存在する位相差信号２１２の電力についての先頭候補タイミングと遅延候補タイミングを検出する（Ｓ１２）。その後、ＡＧＣ３４は再び振幅を調整する（Ｓ１４）。ＡＦＣ３６は、周波数偏差を計測して、補正する（Ｓ１６）。象限判定部７０は、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングにおけるＭＦ出力信号２１０の位相差を測定する（Ｓ１８）。
【００５５】
比較部７４は、位相差が最初の位相差と同一領域に存在する確率を計算する。同一領域の確率がしきい値より大きくない場合（Ｓ２０のＮ）、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングを入れ替えて、位相差の測定を再び実行する（Ｓ２２）。同一領域の確率がしきい値より大きい場合（Ｓ２０のＹ）、先頭候補タイミングをシンボルの先頭タイミングに決定する。統計処理部５４は、タップ初期係数２０２を計算する（Ｓ２４）。１次復調部４４における適応等化器は、統計処理部５４で計算されたタップ初期係数２０２から、タップ係数を更新し（Ｓ２６）、データ受信処理を実行する（Ｓ２８）。
【００５６】
図９（ａ）は図２のバーストフォーマットをもとに受信処理のタイミングを示す。バーストの先頭においてＡＧＣ３４が受信した信号の振幅を調節する。ピーク検出部５６は、ふたつのピークを検出し、それらから先頭候補タイミングと遅延候補タイミングを決定する。ピークが検出されるとＡＧＣ３４は再び振幅を調節する。ＡＦＣ３６が受信した信号に含まれた周波数偏差を補正する。２次復調部４２は、遅延プロファイルを測定するとともに、シンボルの先頭タイミングを検出する。シンボルの先頭タイミングの検出に成功すれば、測定した遅延プロファイルをもとに１次復調部４４で使用するためのタップ初期係数２０２を計算する。
【００５７】
一方、図９（ｂ）は、最初に決定した先頭候補タイミングがシンボルの先頭タイミングで無かった場合の受信処理のタイミングを示す。２次復調部４２が１回目の遅延プロファイルを測定するとともに、シンボルの先頭タイミングを検出する。シンボルの先頭タイミングが検出できなければ、先頭候補タイミングと遅延候補タイミングを入れ替えて、シンボルの先頭タイミングを検出する。シンボルの先頭タイミングの検出に成功すれば、測定した遅延プロファイルをもとに１次復調部４４で使用するためのタップ初期係数２０２を計算する。
【００５８】
以上の構成による２次復調部４２の動作は以下の通りである。逆拡散部４８は、入力したデジタル受信信号２００を逆拡散処理して、ＭＦ出力信号２１０を出力する。切替部５０は、ＭＦ出力信号２１０をピーク検出部５６に出力し、ピーク検出部５６は、ＭＦ出力信号２１０からシンボル期間内に存在するふたつのＭＦ出力信号２１０の電力のピークを検出し、そのうちの一方に対応したタイミングを先頭候補タイミングに決定し、他方に対応したタイミングを遅延候補タイミングに決定する。
【００５９】
その後、切替部５０は、ＭＦ出力信号２１０を位相検出部５２に出力し、位相検出部５２は、それぞれのタイミングにおける信号と、先頭候補タイミングにおける信号から位相差信号２１２を計算する。遅延候補タイミング選択部５８は、位相差信号２１２から遅延候補タイミングに相当した位相差信号２１２を選択する。決定部６０は、選択された位相差信号２１２の位相が属する象限を判定し、さらに複数の象限の判定結果から、先頭候補タイミングがシンボルの先頭タイミングであると決定した場合、先頭タイミング信号２０８を出力する。また、その際、統計処理部５４が位相差信号２１２を統計処理したタップ初期係数２０２を出力する。その後、切替部５０は、ＭＦ出力信号２１０をそのまま逆拡散処理信号２０４として出力する。
【００６０】
本実施の形態によれば、シンボル期間内のふたつのタイミングにおける信号間の位相差をもとに、シンボルの先頭タイミングを検出するため、精度の高いタイミング検出を可能にする。特に、逆拡散処理された信号に周波数偏差が含まれている場合でも、上述したふたつのタイミングの間隔が小さければ、周波数偏差の影響を小さくできる。
【００６１】
（実施の形態２）
実施の形態２は、実施の形態１と同様に、先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号の位相差を複数シンボル間で観測して、逆拡散処理した信号におけるシンボルの先頭タイミングを検出する。実施の形態１では、ひとつのシンボル期間内での先頭候補タイミングと遅延候補タイミングにおける逆拡散処理された信号の位相差を検出するのに対して、実施の形態２では、最初のシンボルでの遅延候補タイミングと、当該最初のシンボルから連続して受信されるシンボルでの遅延候補タイミングのそれぞれにおける逆拡散処理された信号の位相をもとに、シンボルの先頭タイミングを判定する。異なるシンボル間では、それぞれ含まれたシンボルの情報成分が異なるため、最初のシンボルに含まれたシンボルと情報成分が同一となるように、先頭候補タイミングの逆拡散処理された信号をもとに、遅延候補タイミングにおける逆拡散処理された信号から情報成分を除去する。実施の形態２におけるタイミング検出装置では、遅延候補タイミングにおける逆拡散処理された信号と情報成分の位相差をもとにタイミング検出を行うため、雑音成分の影響が小さくなり、タイミング検出の特性の向上が可能である。
【００６２】
図１０は、実施の形態２に係る２次復調部４２の構成を示す。２次復調部４２は、逆拡散部４８、切替部５０、位相検出部５２、統計処理部５４、ピーク検出部５６、遅延候補タイミング選択部５８、決定部６０を含む。位相検出部５２は、ラッチ部９４、π反転部９６、データ選択部９８、推定部１０２を含み、推定部１０２は、π反転部１０４、直交／位相変換部１０６、比較部１０８、位相選択部１１０を含む。決定部６０は、象限判定部７０、ラッチ部７２、比較部７４、判定部７６を含む。
【００６３】
π反転部１０４は、先頭候補タイミングにおけるＭＦ出力信号２１０の位相をπ回転させる。ＭＦ出力信号２１０が直交したふたつの信号の場合、同相成分および直交成分の符号を反転させる。
【００６４】
直交／位相変換部１０６は、π反転部１０４の出力と、ＭＦ出力信号２１０のそれぞれを位相値に変換する。一般に、直交したふたつの信号から位相値への変換には、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）が使用される。
【００６５】
比較部１０８は、ふたつの位相値のそれぞれと、統計処理部５４から出力される基準信号の位相値をそれぞれ比較して、それらの差分を出力する。
【００６６】
位相選択部１１０は、ふたつの差分の絶対値を比較し、小さいほうの差分を選択する。さらに、小さいほうの差分に対応する位相値が、π反転部１０４でπ回転された信号あるいはＭＦ出力信号２１０かを判定し、ＭＦ出力信号２１０のシンボルに含まれた情報成分を推定する。この推定は、シンボル間隔で実行される。
【００６７】
ラッチ部９４は、推定部１０２の処理期間に応じて、ＭＦ出力信号２１０を遅延させる。π反転部９６は、π反転部１０４と同一の動作をする。
データ選択部９８は、位相選択部１１０から出力される情報成分に関する信号をもとに、ＭＦ出力信号２１０からシンボルの情報成分を除去する。
【００６８】
統計処理部５４は、図４における統計処理部５４と同様の動作をするが、それに加えて前述のとおり、先頭候補シンボルにおける位相値を平均処理のような統計処理して、比較部１０８に基準信号を出力する。
【００６９】
以上の構成による２次復調部４２の動作は以下の通りである。逆拡散部４８は、入力したデジタル受信信号２００を逆拡散処理して、ＭＦ出力信号２１０を出力する。切替部５０は、ＭＦ出力信号２１０をピーク検出部５６に出力し、ピーク検出部５６は、ＭＦ出力信号２１０からシンボル期間内に存在するふたつのＭＦ出力信号２１０の電力のピークを検出し、そのうちの一方に対応したタイミングを先頭候補タイミングに決定し、他方に対応したタイミングを遅延候補タイミングに決定する。
【００７０】
その後、切替部５０は、ＭＦ出力信号２１０を位相検出部５２に出力し、位相検出部５２は、ＭＦ出力信号２１０から情報成分を除去した信号を出力する。遅延候補タイミング選択部５８は、遅延候補タイミングに相当し、かつＭＦ出力信号２１０から情報成分を除去した信号を選択する。決定部６０は、ＭＦ出力信号２１０から情報成分を除去した信号の位相が属する象限を判定し、さらに複数の象限の判定結果から、先頭候補タイミングがシンボルの先頭タイミングであると決定した場合、先頭タイミング信号２０８を出力する。また、その際、統計処理部５４が位相差信号２１２を統計処理したタップ初期係数２０２を出力する。その後、切替部５０は、ＭＦ出力信号２１０をそのまま逆拡散処理信号２０４として出力する。
【００７１】
本実施の形態によれば、シンボルの先頭タイミングの検出について、直接ふたつのタイミングにおける信号の位相差から計算するのではなく、一方のタイミングにおける信号と情報成分の位相差をもとに判定するため、雑音の影響が少なくなり、タイミング検出の精度がより向上する。また、情報成分の推定は、統計処理した信号を基準信号として使用するため、正確な推定が可能である。
【００７２】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００７３】
実施の形態１において、位相検出部５２は位相情報の検出に乗算部６８を使用し、実施の形態２において、位相検出部５２は位相情報の検出に直交／位相変換部１０６を使用しているが、これらの組み合わせは任意のものでよい。つまり、位相情報が検出されればよい。
【００７４】
実施の形態１または２において、ピーク検出部５６は、シンボル期間に存在するふたつのＭＦ出力信号２１０の電力のピークを検出している。しかし、これに限らず、ふたつより多いＭＦ出力信号２１０の電力のピークを検出してもよい。その際、遅延候補タイミング選択部５８は、複数種類存在する遅延候補タイミングについての位相差信号２１２を選択してもよい。本変形例によれば、複数のタイミングで位相誤差を測定するため、タイミングの検出精度が向上する。つまり、シンボルの先頭タイミングを基準としなかった場合に、位相差に情報成分が含まれるようなタイミングが選択されればよい。
【００７５】
実施の形態１または２において、判定部７６は、シンボルの先頭タイミングの検出のために、位相差が同一領域に属する確率を計算している。しかし、これに限らず、例えば、所定の期間に同一領域に属する位相差の数を計算してもよい。本変形例によれば、除算処理が不要になる。つまり、位相差が非同一領域に入る度合いが検出できればよい。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、スペクトル拡散通信システムにおけるタイミング検出方法と装置およびそれを利用した受信装置を提供できる。また、伝搬時間の異なった複数の無線伝搬路を経由した信号に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る通信システムを示す図である。
【図２】実施の形態１に係るバーストフォーマットを示す図である。
【図３】図３（ａ）−（ｇ）は、実施の形態１に係るタイミング検出処理の原理を示す図である。
【図４】図１の２次復調部の構成を示す図である。
【図５】図４の逆拡散部の構成を示す図である。
【図６】図４の統計処理部の構成を示す図である。
【図７】図４の象限判定部による象限判定を示す図である。
【図８】図１の受信処理を示すフローチャートである。
【図９】図９（ａ）−（ｂ）は、図１の受信処理のタイミングを示す図である。
【図１０】実施の形態２に係る２次復調部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０送信装置、１２送信装置用アンテナ、１４受信装置用アンテナ、１６受信装置、１８１次変調部、２０２次変調部、２２ＤＡ変換部、２４直交変調部、２６周波数変換部、２８増幅部、３０制御部、３２周波数変換部、３４ＡＧＣ、３６ＡＦＣ、３８直交検波部、４０ＡＤ変換部、４２２次復調部、４４１次復調部、４６制御部、４８逆拡散部、５０切替部、５２位相検出部、５４統計処理部、５６ピーク検出部、５８遅延候補タイミング選択部、６０決定部、６２ラッチ部、６４選択部、６６ラッチ部、６８乗算部、７０象限判定部、７２ラッチ部、７４比較部、７６判定部、７８遅延部、８０データ記憶部、８２乗算部、８４加算部、８６切替部、８８加算部、９０ラッチ部、９２後処理部、９４ラッチ部、９６ π反転部、９８データ選択部、１００通信システム、１０２推定部、１０４ π反転部、１０６直交／位相変換部、１０８比較部、１１０位相選択部、２００デジタル受信信号、２０２タップ初期係数、２０４逆拡散処理信号、２０６制御信号、２０８先頭タイミング信号、２１０ＭＦ出力信号、２１２位相差信号。

Claims

所定のシンボルが拡散処理された信号を入力する入力部と、
前記入力した信号を逆拡散処理する逆拡散処理部と、
前記逆拡散処理した信号の強度のピークに対応したタイミングを起点として、シンボル間隔で出現すべき先頭候補タイミングを検出し、さらに前記逆拡散処理した信号の強度のピークとは別の強度のピークに対応したタイミングを起点として、シンボル間隔で出現すべき遅延候補タイミングを検出する候補タイミング検出部と、
前記先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と、前記遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号間における位相差をそれぞれ検出する位相検出部と、
前記検出した位相差のそれぞれが、位相平面における所定の領域内に属する確率が所定のしきい値より大きい場合に、前記先頭候補タイミングをシンボルの先頭タイミングに決定する決定部と、
を含むことを特徴とするタイミング検出装置。
前記候補タイミング検出部は、
ひとつのシンボル期間内において、前記逆拡散処理した信号の強度のふたつのピークのうち前方のピークに対応した第１のタイミングと、後方のピークに対応した第２のタイミングをそれぞれ検出するピークタイミング検出部と、
前記第１のタイミングと前記第２のタイミングの間隔が、前記第１のタイミングをシンボル期間遅延させたタイミングと前記第２のタイミングの間隔より小さければ前記第１のタイミングから前記先頭候補タイミングを決定し、大きければ前記第２のタイミングから前記先頭候補タイミングを決定する基準決定部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載のタイミング検出装置。
前記位相検出部は、
前記先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と所定の基準信号から、前記先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号に含まれたシンボルの情報成分を推定する推定部と、
前記遅延候補タイミングにおける逆拡散処理した信号と前記推定した情報成分間の位相差を計算する計算部と、
を含み、
前記推定部は、前記先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号から前記推定した情報成分を除去し、さらに当該情報成分を除去した先頭候補タイミングにおける逆拡散処理した信号を統計処理して、前記基準信号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載のタイミング検出装置。
前記位相検出部は、前記決定部において前記シンボルの先頭タイミングが決定されない場合に、前記先頭候補タイミングと前記遅延候補タイミングを入れ替えて、再度位相差検出処理を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のタイミング検出装置。
タイミング検出装置と、
前記タイミング検出装置で検出されたシンボルの先頭タイミングにもとづいてシンボルを復調処理する復調部とを含み、
前記タイミング検出装置は、拡散処理されたシンボルを逆拡散処理した信号の強度の複数のピークをひとつのシンボル期間内において検出してから、当該強度の複数のピークに対応したタイミング間における位相差を複数のシンボル期間で観測し、前記位相差のそれぞれが所定の範囲内となる確率がしきい値より大きければ、前記強度の複数のピークのうち先頭のピークに対応したタイミングをシンボルの先頭タイミングとして検出することを特徴とする受信装置。
拡散処理されたシンボルを逆拡散処理した信号の強度の複数のピークをひとつのシンボル期間内において検出してから、当該強度の複数のピークに対応したタイミング間における位相差を複数のシンボル期間で観測し、前記位相差のそれぞれが所定の範囲内となる確率がしきい値より大きければ、前記強度の複数のピークのうち先頭のピークに対応したタイミングをシンボルの先頭タイミングとして検出することを特徴とするタイミング検出方法。