JP2005286729A - 同期捕捉回路およびそれを利用した受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定のパターンを検出するための処理量を抑えつつ、検出精度を高める。
【解決手段】 マッチトフィルタ４０は、複数のタップを有し、ベースバンド信号２００と特定用信号系列との間の相関値を算出する。マッチトフィルタ４０は、ベースバンド信号２００に含まれたプリアンブルのパターンの候補であるプリアンブルの第１パターンから第４パターンにもとづいて、特定用信号系列を導出する。ホッピングパターン検出部４２は、マッチトフィルタ４０から出力される相関値２０６をシンボル単位で平均化し、遅延プロファイルを生成および解析を行って周波数ホッピングパターン検出する。シンボルタイミング検出部４４は、マッチトフィルタ４０から出力された相関値２０６をシンボル単位で平均化し、遅延プロファイルを生成および解析を行ってシンボルタイミングを段階的に検出する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、同期捕捉技術に関し、特に入力した信号に含まれた所定のパターンを捕捉する同期捕捉回路およびそれを利用した受信装置に関する。

無線通信の分野において、従来からスペクトラム拡散通信方式（ＳＳ）の検討がなされている。スペクトラム拡散通信方式は、直接拡散方式（ＤＳ）と周波数ホッピング方式（ＦＨ）を含む。ＦＨ方式は、搬送波の周波数を符号系列にもとづいて次々とホッピングさせてスペクトル拡散通信を行う。そのため、ＦＨ方式でのスペクトル分布は、長時間観測すると広帯域を占有しているが、ひとつのビットあるいはシンボル単位で観測すると特定の周波数帯域のみを占有した信号であって、ＤＳ方式よりも狭帯域な信号である。そのため、干渉回避型のＳＳであるといえるので、複数のユーザが同一の時間に同一周波数で通信する確率が小さくなるという利点を有する。一般的に、送信信号の周波数帯域は予め定められた周波数ホッピングパターンに従い決定されるが、周波数ホッピングパターンは複数設けられており、受信側は、どの周波数ホッピングパターンでどのタイミングで受信するかを予め知らされていないので、同期捕捉によって時間及び周波数の両方の同期を確立する必要がある。

このような同期捕捉を実行する技術のひとつは、ＦＨ方式の全てのチャネルをカバーするような広帯域な受信信号から、ＦＦＴ等のデジタル信号処理によって受信チャネルを推定する方式である（例えば、特許文献１参照。）。これは、周波数検出部を設け、検出された周波数に基づいて周波数ホッピングパターン検出を行っている。また周波数検出部からの出力を微分することによって周波数パターンの変化点を見つけてタイミング同期を行う。しかし、この方式では受信帯域が広がることで熱雑音を受信する周波数帯域も広がるので、受信感度が低下する。また周波数検出の分解能を向上させるために、マルチレート信号処理によるフィルタバンクとＦＦＴとを組み合わせたＤＦＴフィルタバンク、およびＦＦＴを用いて周波数検出部を構成しており、タイミング検出も含めると同期捕捉回路が複雑化する傾向にある。

一方、同期捕捉の別の技術は、特定の周波数帯域の信号のみを受信し、信号の有無パターンと予めシステムで設定されている複数種の周波数ホッピングパターンとを比較する（例えば、特許文献２参照。）。これは、受信信号の周波数帯域のうち、同期捕捉回路が監視対象とする周波数帯の成分を通過して出力するＢＰＦ（帯域通過フィルタ）を設け、判定回路は、その周波数帯に信号があるか否かの判定を行い、判定結果を信号有無パターンとしてパターン比較回路に出力する。パターン比較回路は、送信側の周波数ホッピングパターンのうち、同期捕捉回路が監視対象とする周波数帯にある部分と同一であるパターンを、同期用パターンとして出力する。

パターン比較回路は、判定回路からの信号有無パターンと同期用パターンとが、一致するか否かを比較する。この比較では、信号有無パターンと同期用パターンとに位相差がある場合にも、パターンの形態が一致していれば、信号有無パターンと同期用パターンとが一致すると判定される。信号有無パターンと同期用パターンとが一致する場合、所定の処理にもとづいて同期捕捉が達成される。この方式では、周波数ホッピングパターン検出回路の構成は簡易となるが、信号レベルのみにより判定するため、マルチパスによって電界強度が大きく変動している状況化などでは検出精度が劣化する。またシンボルタイミング検出は誤差が大きく、困難になると推測される。
特開平１１−２５１９６９号公報 特開２００３−３２１４９号公報

前述のごとく、周波数ホッピングパターンが受信側で不明である場合に、同期捕捉処理として、周波数ホッピングパターン検出とシンボルタイミング検出の２工程の捕捉処理がなされる。周波数ホッピングパターン検出に前述の検出技術を使用した場合、検出回路の複雑化と検出精度の低下がトレードオフになる。また、シンボルタイミング検出はマルチパスによる干渉等によってさらに誤差が大きくなる。また、予め受信信号に周波数ホッピングパターンの識別情報が載せられている場合には、マッチトフィルタを用いて検出精度を向上できるが、通常はパターン数やパターン長（符号長）が複数種類存在するので、マッチトフィルタの回路規模が増大する傾向にある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、周波数ホッピングパターンの識別情報が送信信号パターンとして送信されるシステムにおいて、周波数ホッピングパターンとシンボルタイミングの検出を高精度に行いつつ、回路規模および消費電力も低減する同期捕捉回路およびそれを利用した受信装置をすることにある。

本発明のある態様は、同期捕捉回路である。この回路は、所定の参照信号の系列が含まれた信号を入力する入力部と、入力した信号に含まれた参照信号の系列の候補になるべき候補用信号の複数の系列にもとづいて、入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定するための特定用信号の系列を導出する導出部と、導出した特定用信号の系列と入力した信号との相関値を計算するマッチトフィルタと、計算した相関値にもとづいて、候補用信号の複数の系列の中から、入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定する特定部とを備える。この回路によれば、導出部は、マッチトフィルタに含まれた複数のタップを候補用信号の系列の数で分割して、候補用信号の系列の数のグループを設定し、かつ設定したグループにそれぞれ対応した候補用信号の系列を組み合わせて特定用信号の系列を導出し、マッチトフィルタは、設定したグループに対応した相関値をそれぞれ計算し、特定部は、計算した相関値の大きさにもとづいて設定したグループの一部を選択し、かつ選択したグループの一部に対して導出部とマッチトフィルタの処理を再度実行させ、最終的に選択したグループから、入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定してもよい。

以上の装置により、ひとつのマッチフィルタを使用しながらも、マッチトフィルタの複数のタップを分割して使用することによって、最初は相関値を計算するための候補用信号の系列の数が多くなるように設定し、段階的に減らしていくので、回路規模を増加させずに、検出精度を向上できる。

導出部は、候補用信号の複数の系列が異なったパターンで組み合わされた特定用信号の複数の系列を予め記憶しており、特定部でなされたグループの一部の選択にもとづいて、記憶した特定用信号の複数の系列の中から、選択されたグループの一部に対応した特定用信号の系列を出力してもよい。導出部は、特定部でなされたグループの一部の選択にもとづいて、グループの数が段階的に少なくなるようにグループを設定し、かつ特定用信号の系列に組み合わされたそれぞれの候補用信号の系列の長さが段階的に長くなるように特定用信号の系列を導出してもよい。入力部で入力した信号に含まれた参照信号の系列は、所定の周期性を有しており、導出部は、周期性にもとづいて、候補用信号の複数の系列の中から選択された代表的な候補用信号の複数の系列の数のグループを設定し、特定部で代表的な候補用信号の複数の系列のひとつに対応したグループが選択された後、代表的な候補用信号の複数の系列のひとつに代表された候補用信号の複数の系列の数のグループを設定してもよい。

「グループ」とは、マッチトフィルタの複数のタップを複数に分割した際の、所定の数のタップを意味する。ここで、ひとつのグループに対応したタップは、複数のタップの中で、連続するように配置されてもよいが、連続していなくてもよい。

入力部で入力した信号に含まれた参照信号の系列は、所定の周期性を有しており、特定部は、ひとつのグループを単位にして、周期性にもとづいて計算した相関値からひとつの比較対象の相関値を生成し、さらに設定したグループにそれぞれ対応した比較対象の相関値にもとづいて、設定したグループの一部を選択してもよい。入力部で入力した信号は周波数ホッピングされており、かつ周波数ホッピングの周波数ホッピングパターンは、入力した信号に含まれた参照信号の系列に応じて規定されており、特定部は、特定した参照信号の系列にもとづいて、入力した信号の周波数ホッピングパターンを特定してもよい。入力部は、入力した信号に規定された複数のホッピング周波数のうち、所定のホッピング周波数に対応した信号のみを入力してもよい。特定部で特定した参照信号の系列に対応して、マッチトフィルタで計算された相関値を入力し、入力した相関値にもとづいて、入力した信号のタイミングを検出する検出部をさらに含んでもよい。

「比較対象の相関値」は、比較に使用されるべき相関値であって、元の相関値に所定の処理が加えられる場合だけでなく、元の相関値と同一の値であってもよい。

本発明の別の態様は、受信装置である。この装置は、所定の参照信号の系列が含まれた信号を入力する入力部と、入力した信号に含まれた参照信号の系列の候補になるべき候補用信号の複数の系列にもとづいて、入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定するための特定用信号の系列を導出する導出部と、導出した特定用信号の系列と入力した信号との相関値を計算するマッチトフィルタと、計算した相関値にもとづいて、候補用信号の複数の系列の中から、入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定する特定部と、特定した参照信号の系列にもとづいて、入力した信号を処理する処理部とを備える。この装置によれば、導出部は、マッチトフィルタに含まれた複数のタップを候補用信号の系列の数で分割して、候補用信号の系列の数のグループを設定し、かつ設定したグループにそれぞれ対応した候補用信号の系列を組み合わせて特定用信号の系列を導出し、マッチトフィルタは、設定したグループに対応した相関値をそれぞれ計算し、特定部は、計算した相関値の大きさにもとづいて設定したグループの一部を選択し、かつ選択したグループの一部に対して導出部とマッチトフィルタの処理を再度実行させ、最終的に選択したグループから、入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定してもよい。

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。

本発明によれば、周波数ホッピングパターンの識別情報が送信信号パターンとして送信されるシステムにおいて、周波数ホッピングパターンとシンボルタイミングの検出を高精度に行いつつ、回路規模および消費電力も低減できる。

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、シンボル単位で周波数ホッピングがなされる通信システムに関する。本実施例に係る通信システムで伝送されるバースト信号は先頭部分にプリアンブルを付加している。また、当該プリアンブルのパターンは複数種類設けられ、かつそれぞれのプリアンブルのパターンが周波数ホッピングパターンに対応している。すなわち、受信装置は、バースト信号のプリアンブルの区間でプリアンブルのパターンを特定すれば、当該特定したプリアンブルのパターンに対応した周波数ホッピングのパターンも取得できる。

本発明の実施例に係る受信装置は、マッチトフィルタによってプリアンブルのパターンを特定するが、プリアンブルのパターン数に応じたマッチトフィルタを備えずに、ひとつのマッチトフィルタのみを備える。そこで、ひとつのマッチトフィルタに含まれた複数のタップであって、かつひとつのシンボルに含まれたサンプル数に相当した複数のタップの数をプリアンブルのパターン数で分割して、分割されたタップをそれぞれグループとして設定する。さらに、それぞれのグループのタップ数に応じて、プリアンブルのパターンの一部を抽出し、それをすべてのグループに対して行って、抽出したそれぞれのプリアンブルのパターンを組み合わせて新たなプリアンブルのパターン（以下、「特定用信号系列」という）を生成する。

受信装置は、受信した信号と特定用信号系列との間で相互相関処理を行うが、相互相関処理の加算はグループ単位で行って、グループ単位の部分的な相関値を複数出力する。複数出力された相関値の大きさを比較して、グループの数をあらかじめ設けたグループの数よりも少ない数に限定する。さらに、受信装置は限定したグループの数に応じて新たな特定用信号系列を生成し、同様の処理を繰り返し実行して、最終的にひとつのグループを選択する。受信装置は、選択したひとつのグループに対応したプリアンブルのパターンを特定し、それに伴って周波数ホッピングのパターンも特定する。グループの数を限定することによって、ひとつの特定用信号系列に含まれたそれぞれのプリアンブルの長さが長くなり、その結果の相関値の精度も高められていく。

図１は、実施例に係る通信システム１００の構成を示す。通信システム１００は、送信装置１０、受信装置１２を含む。また、送信装置１０は、ベースバンド変調部１４、アップコンバータ１６、符号発生部１８、周波数シンセサイザ２０、送信用アンテナ２２を含み、受信装置１２は、受信用アンテナ２４、ダウンコンバータ２６、同期捕捉部２８、符号発生部３０、周波数シンセサイザ３２、ベースバンド復調部３４、制御部３６を含む。また信号として、ベースバンド信号２００、同期バターン信号２０２、同期タイミング信号２０４を含む。

ベースバンド変調部１４は、ＰＳＫ、ＭＳＫ、ＯＦＤＭ等の変調方式にもとづいてデータ信号を変調する。符号発生部１８は、擬似ランダム符号信号を生成し、周波数シンセサイザ２０は、擬似ランダム符号信号にもとづいて、ランダムにホッピングする搬送波を生成する。アップコンバータ１６は、ランダムにホッピングする搬送波によって、変調した信号を周波数ホッピングさせる。送信用アンテナ２２は、周波数ホッピングした信号を送信する。受信用アンテナ２４は、送信用アンテナ２２から送信された信号を受信する。周波数シンセサイザ３２は、周波数シンセサイザ２０と同様にランダムにホッピングする搬送波を生成し、ダウンコンバータ２６は、ランダムにホッピングした搬送波によって、受信した信号を周波数変換する。周波数変換した信号は、ベースバンド信号２００として出力する。

ここで、周波数シンセサイザ２０で生成された搬送波の周波数ホッピングパターンと周波数シンセサイザ３２で生成された搬送波の周波数ホッピングパターンが一致すれば、ダウンコンバータ２６は、正確に受信した信号を周波数変換できるが、一致しなければ周波数変換できない。そのため、同期捕捉部２８は、受信した信号を正確に周波数変換できるように、周波数シンセサイザ３２で生成される搬送波の周波数ホッピングパターンを受信した信号の周波数ホッピングパターンに同期させる。ホッピングパターンの同期に関する指示信号は、同期バターン信号２０２として出力する。さらに、同期捕捉部２８は、受信した信号のシンボルタイミングの同期も実行し、シンボルタイミングの同期に関する指示信号を同期タイミング信号２０４として出力する。

図２（ａ）−（ｄ）は、実施例に係るバーストフォーマットの構成を示す。図２（ａ）は、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式におけるバーストフォーマットを示している。横軸は時間である。フレームはプリアンブル部、ヘッダ部、データ部に大別され、それぞれ通信モードに応じて規定された数のシンボルデータから構成される。図２（ｂ）は、プリアンブルの構成を示す。ここで、プリアンブルは、２４シンボルから構成されており、ひとつのシンボルは１２８サンプルの信号から構成されている。また、周波数ホッピングはシンボル単位でなされるので、ひとつのシンボル内では同一の周波数が使用される。

図２（ｃ）は、プリアンブルのパターンを示す。同期捕捉処理にはプリアンブル部が用いられるが、当該プリアンブルのパターンは互いに直交関係を保ちつつ４種類設けられている。ここで、４種類のプリアンブルのパターンを第１パターンから第４パターンとする。さらに前述のごとく、４種類のプリアンブルのパターンのそれぞれに対応して４種類の周波数ホッピングパターンが規定されている。

図２（ｄ）は、第１パターンから第４パターンのデータを示す。ひとつのシンボルに含まれた１２８サンプルの信号は、１６サンプルの信号を単位とした規則性を有する。信号の値を「１」あるいは「−１」として図に示すが、ひとつのプリアンブルのパターンは、１６サンプルごとに同一の信号あるいは符号のみが反転した信号が繰り返されるような周期性を有する。なお、１６サンプルの信号の値は、異なったプリアンブルのパターンにおいて異なっている。

図３（ａ）−（ｅ）は、実施例に係るホッピング周波数とホッピングパターンを示す。ここでは、無線ＬＡＮよりも狭い範囲の無線ネットワークとして、ＰＤＡや周辺機器間の近距離無線ネットワークであるＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を対象にする。ＷＰＡＮでは、ＵＳＢやＷｉｒｅｌｅｓｓ １３９４、あるいはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ(登録商標)に比べて更なる高速化が求められており、これを実現する方式のひとつがＭＢ−ＯＦＤＭ方式である。図３（ａ）は、対象とするホッピング周波数を示す。ここでは、周波数「ｆ１」、「ｆ２」、「ｆ３」を使用する。図３（ｂ）は、第１のホッピングパターンを示し、これは図２（ｃ）の第１パターンに対応したホッピングパターンである。６シンボルの期間に「ｆ１」→「ｆ２」→「ｆ３」→「ｆ１」→「ｆ２」→「ｆ３」と周波数ホッピングする。ここで、それぞれのシンボルのタイミングを「Ｓ１」から「Ｓ３」で示す。

図３（ｃ）は、第２のホッピングパターンを示し、これは図２（ｃ）の第２パターンに対応したホッピングパターンである。６シンボルの期間に「ｆ１」→「ｆ３」→「ｆ２」→「ｆ１」→「ｆ３」→「ｆ２」と周波数ホッピングする。図３（ｄ）は、第３のホッピングパターンを示し、これは図２（ｃ）の第３パターンに対応したホッピングパターンである。６シンボルの期間に「ｆ１」→「ｆ１」→「ｆ２」→「ｆ２」→「ｆ３」→「ｆ３」と周波数ホッピングする。図３（ｅ）は、第４のホッピングパターンを示し、これは図２（ｃ）の第４パターンに対応したホッピングパターンである。６シンボルの期間に「ｆ１」→「ｆ１」→「ｆ３」→「ｆ３」→「ｆ２」→「ｆ２」と周波数ホッピングする。

図４は、同期捕捉部２８の構成を示す。同期捕捉部２８は、マッチトフィルタ４０、ホッピングパターン検出部４２、シンボルタイミング検出部４４、同期制御部４６を含む。また信号として、相関値２０６、マッチトフィルタ制御信号２０８、ホッピングパターン検出部制御信号２１０、判定結果２１２、シンボルタイミング検出部制御信号２１４、シンボルタイミング２１６を含む。

マッチトフィルタ４０は、複数のタップを有し、ベースバンド信号２００と特定用信号系列との間の相関値を算出する。マッチトフィルタ４０は、所定の参照信号の系列、すなわち所定のパターンを有したプリアンブルが含まれたベースバンド信号２００を入力する。その際、図３（ａ）に示したような複数のホッピング周波数のうち、所定のホッピング周波数、例えば、「ｆ２」のみに対応した信号のみを入力する。

また、マッチトフィルタ４０は、ベースバンド信号２００に含まれたプリアンブルのパターンの候補であるプリアンブルの第１パターンから第４パターンにもとづいて、特定用信号系列を導出する。ここで、マッチトフィルタ４０に含まれた複数のタップをプリアンブルのパターンの数「４」で分割して、「４」つのグループを設定し、かつ「４」つのグループにそれぞれ対応した第１パターンから第４パターンを組み合わせて、特定用信号系列を生成する。なお、特定用信号系列の長さは、マッチトフィルタ４０の複数のタップの数に合わされるため、特定用信号系列を生成する場合に、第１パターンから第４パターンはそれぞれ１／４の長さに相当した部分のみが使用される。さらに、マッチトフィルタ４０は、グループに対応した４種類の相関値をそれぞれ計算して、それぞれを相関値２０６として出力する。

ホッピングパターン検出部４２は、マッチトフィルタ４０から出力される相関値２０６をシンボル単位で平均化し、遅延プロファイルを生成および解析を行って周波数ホッピングパターン検出する。具体的には、ホッピングパターン検出部４２は、マッチトフィルタ４０で計算された相関値２０６にもとづいて、特定用信号系列に組み込まれたプリアンブルのパターンに対応したグループのうちから、一部のグループを選択する。例えば、「４」つのグループが含まれている場合には、その中から「２」つのグループを選択する。さらに、選択した結果は判定結果２１２として同期制御部４６に出力し、同期制御部４６では判定結果２１２にもとづいてマッチトフィルタ４０のタップ数、特定用信号系列の制御を行う。ここで、初期段階でのひとつのグループに設定されるタップの数Ｎは、１つのシンボルに含まれたサンプルの数をｍ、周波数ホッピングパターンの数をｎとすると、Ｎ＝ｍ／ｎで設定される。第２段階ではＮ＝２ｍ／ｎとなり、第ｋ段階ではＮ＝２^ｋ−１ｍ／ｎで示される。以下では、ｍを「１２８」、ｎを「４」として説明する。

以上のように、ホッピングパターン検出部４２は、同期制御部４６を介して、選択した一部のグループ対してマッチトフィルタ４０の処理を再度実行させ、特定用信号に含まれるプリアンブルのパターンを段階的に少なくしていき、最終的に選択したひとつグループから、ベースバンド信号２００に含まれたプリアンブルのパターンを特定する。特定したプリアンブルのパターンにもとづいて、同期制御部４６は、周波数ホッピングのパターンを特定する。

シンボルタイミング検出部４４は、マッチトフィルタ４０から出力された相関値２０６をシンボル単位で平均化し、遅延プロファイルを生成および解析を行ってシンボルタイミングを段階的に検出する。ここで、シンボルタイミング検出部４４の処理は、ホッピングパターン検出部４２においてベースバンド信号２００に含まれたプリアンブルのパターンがひとつに限定されてから実行されるものとする。

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。

図５は、マッチトフィルタ４０の構成を示す。マッチトフィルタ４０は、バッファ５０と総称される第１バッファ５０ａ、第２バッファ５０ｂ、第Ｍバッファ５０ｍ、乗算部５２と総称される第１乗算部５２ａ、第２乗算部５２ｂ、第Ｍ乗算部５２ｍ、加算部５４、記憶部５６、選択部５８、参照符号バッファ６０を含む。

記憶部５６は、パターンが異なったプリアンブルを組み合わせた複数の特定用信号系列あるいはプリアンブルパターンを予め記憶する。ここでは、「第１バターン」、「第２バターン」、「第３バターン」、「第４バターン」を記憶する。また、「第１バターンと第２パターンと第３パターンと第４パターンの組み合わせ」、「第１バターンと第２パターンの組み合わせ」、「第１バターンと第３パターンの組み合わせ」、「第１バターンと第４パターンの組み合わせ」、「第２パターンと第３パターンの組み合わせ」、「第２パターンと第４パターンの組み合わせ」、「第３パターンと第４パターンの組み合わせ」、「第１バターン」、「第２バターン」、「第３バターン」、「第４バターン」をそれぞれ記憶してもよい。また、記憶部５６は、マッチトフィルタ制御信号２０８に含まれた指示に基づいて、特定用信号系列に含まれたグループの数が段階的に少なくなるようにグループが選択されるので、その結果、特定用信号系列に組み合わされたそれぞれのプリアンブルの長さが段階的に長くなるような特定用信号系列が選択される。

選択部５８は、マッチトフィルタ制御信号２０８に含まれた指示に基づいて、記憶部５６で記憶した複数の特定用信号系列の中から、対応したグループを含んだ特定用信号の系列を選択する。すなわち、選択部５８は、記憶部５６の中から第１の段階で「第１バターンと第２パターンと第３パターンと第４パターンの組み合わせ」が形成されるように選択し、第２の段階で「第１バターンと第２パターンの組み合わせ」、「第１バターンと第３パターンの組み合わせ」、「第１バターンと第４パターンの組み合わせ」、「第２パターンと第３パターンの組み合わせ」、「第２パターンと第４パターンの組み合わせ」、「第３パターンと第４パターンの組み合わせ」のいずれかが形成されるように選択し、第３の段階で、「第１バターン」、「第２バターン」、「第３バターン」、「第４バターン」のいずれかを選択する。

ベースバンド信号２００はバッファ５０に順次記憶される。前述のごとくＭは１２８なので、バッファ５０は１２８ステップのシフトレジスタで構成されている。一方、参照符号バッファ６０は、マッチトフィルタ制御信号２０８に含まれた指示によって、サーチの段階によって選択された特定用信号系列がロードされる。即ち、前述のごとく、第１段階では、プリアンブルの第１パターンから第４パターンに対応したプリアンブルパターンの部分系列が３２チップずつ順番にセットされ、第２段階では、第１段階での判定結果を受け、上位２候補として選択されたプリアンブルの第Ｘ１パターンと第Ｘ２パターン（Ｘ１、Ｘ２は１から４のいずれかであり、Ｘ１とＸ２は異なる）に対応したプリアンブルパターンの部分系列が６４チップずつ順にセットされる。最後に第３段階として、第２段階で特定されたプリアンブルの第Ｘパターン（Ｘは１〜４のいずれか）に対応したプリアンブルが１２８チップセットされる。

参照符号バッファ６０に格納された特定用信号系列と、バッファ５０に記憶されてた１２８個のベースバンド信号２００との間の相関値が、乗算部５２と加算部５４によって算出される。乗算部５２は、バッファ５０に記憶されていた１２８個のベースバンド信号２００と特定用信号系列を乗算し、加算部５４は乗算結果を加算する。なお、乗算の前に、特定用信号系列が「０」ならば「１」、「１」ならば「−１」に変換される。加算部５４は、第１段階から第３段階に応じて次のように加算範囲を変えるように制御される。

第１段階では、（１）バッファ５０のうち、第１バッファ５０ａ（ここでは、１番目のバッファ５０とする。以下同様。）から図示しない３２番目の５０に対応した乗算部５２の出力ベクタを加算、（２）バッファ５０のうち、図示しない３３番目のバッファ５０から図示しない６４番目のバッファ５０に対応した乗算部５２の出力ベクタを加算、（３）バッファ５０のうち、図示しない６５番目のバッファ５０から図示しない９６番目のバッファ５０に対応した乗算部５２の出力ベクタを加算、（４）バッファ５０のうち、図示しない９７番目のバッファ５０から１２８（Ｍ）番目のバッファ５０に対応した乗算部５２の出力ベクタを加算し、（１）から（４）の加算結果である４つの相関値を相関値２０６として出力する。

第２段階では、（１）バッファ５０のうち、１番目のバッファ５０から図示しない６４番目のバッファ５０に対応した乗算部５２の出力ベクタを加算、（２）バッファ５０のうち、図示しない６５番目のバッファ５０から１２８番目のバッファ５０に対応した乗算部５２の出力ベクタを加算し、（１）と（２）の加算結果である２つの相関値を相関値２０６として出力する。第３段階では、すべての乗算部５２の出力ベクタを加算して、ひとつの相関値を相関値２０６として出力する。

図６は、ホッピングパターン検出部４２の構成を示す。ホッピングパターン検出部４２は、分離部７０、計算部７２と総称される第１計算部７２ａ、第２計算部７２ｂ、第３計算部７２ｃ、第４計算部７２ｄ、判定部７４を含む。また、第１計算部７２ａは、加算部７６、第１セレクタ７８、遅延プロファイルメモリ８０、第２セレクタ８２、スイッチ８４、遅延プロファイルバッファ８６、ピーク検出部８８、強度計算部９０、平均化部９２を含む。

分離部７０は、入力した相関値２０６を第１パターンから第４パターンに対応させて分離する。
加算部７６、第１セレクタ７８、遅延プロファイルメモリ８０、第２セレクタ８２は、分離部７０から出力された相関値を加算する。その際、図２（ｄ）に示したごとく、プリアンブルは１６サンプルを単位にした周期性を有しているので、周期性にもとづいて相関値を１６サンプルごとにそれぞれ加算する。第１セレクタ７８は、加算部７６から出力された信号をホッピングパターン検出部制御信号２１０に従って遅延プロファイルメモリ８０を更新するためのデータとして出力する。遅延プロファイルメモリ８０は、このようにして１６サンプル毎に同期平均されたデータによって順次更新される。有効な相関値２０６入力が開始された直後からの相関値２０６の時系列データを｛Ｃi｝（ｉ＝１，２，３，・・・）とすると、遅延プロファイルメモリ８０からの出力信号ベクタ｛ＡＶＥ１，ＡＶＥ２，・・・，ＡＶＥ１６｝は次のようになる。
（数１）
ＡＶＥ１ ＝ Ｃ１ ＋ Ｃ１７ ＋ ・・・ ＋ Ｃ１１３
ＡＶＥ２ ＝ Ｃ２ ＋ Ｃ１８ ＋ ・・・ ＋ Ｃ１１４
・・・
ＡＶＥ１６ ＝ Ｃ１６ ＋ Ｃ３２ ＋ ・・・ ＋ Ｃ１２８

上記の平均化が完了すると、遅延プロファイルバッファ８６がＯＮされて遅延プロファイルデータ（ＡＶＥ１〜１６）が遅延プロファイルバッファ８６にロードされる。また、遅延プロファイルバッファ８６がＯＦＦし、さらに遅延プロファイルメモリ８０がリセットされて、第２段階のための遅延プロファイル生成に移行する。尚、ここで算出された遅延プロファイルデータは、厳密には１２８本の伝搬パスを１６パス毎に区切って足し合わせたものである。このため遅延分散に関する正確な情報は持っていないが、本実施例における周波数ホッピングパターン検出においてタイミング情報は不要である。

ピーク検出部８８は、遅延プロファイルバッファ８６にロードされた遅延プロファイルデータの最大値ＰＥＡＫ＿ｋ（＝ｍａｘ（ＡＶＥ１，ＡＶＥ２，・・・，ＡＶＥ１６））を求める。なお、ｋは２または４である。平均化部９２は、遅延プロファイルデータの平均値ＡＶＥ＿ｋ（＝（ＡＶＥ１＋ＡＶＥ２＋・・・＋ＡＶＥ１６）／１６）を求める。強度計算部９０は、以下のように相対ピーク強度を計算する。
（数２）
相対ピーク強度 ＝ ｍａｘ（ＡＶＥ１，ＡＶＥ２，・・・，ＡＶＥ１６）／（（ＡＶＥ１＋ＡＶＥ２＋・・・＋ＡＶＥ１６）／１６）
＝ １６＊ｍａｘ（ＡＶＥ１，ＡＶＥ２，・・・，ＡＶＥ１６）／（ＡＶＥ１＋ＡＶＥ２＋・・・＋ＡＶＥ１６）

判定部７４は、計算部７２から出力された相対ピーク強度を比較し、所定の数のプリアンブルパターンを選択する。最終的には、ひとつのプリアンブルパターンを選択する。具体的には、以下のように選択する。第１段階では、相対ピーク強度の上位２系統を選出し、その番号（１〜４のうち２つ）を判定結果２１２として出力する。また第２段階では、相対ピーク強度の大きい方を選出し、その番号（１〜４のうち１つ）を判定結果２１２として出力する。同期制御部４６では、判定結果２１２にもとづいて、対応したホッピングパターンを特定する。特定されたホッピングパターンは、同期バターン信号２０２として出力される。

図７は、シンボルタイミング検出部４４の構成を示す。シンボルタイミング検出部４４は、相対ピークレベル算出部４８、判定部９８を含む。また、相対ピークレベル算出部４８は、ピーク検出部９４、移動平均部９６を含む。シンボルタイミング検出部４４は、判定部７４で特定したシンボルパターンに対応した相関値２０６を入力し、相関値２０６にもとづいて、ベースバンド信号２００のタイミングを検出する。

相関値２０６は、相対ピークレベル算出部４８に入力される。シンボルタイミング検出部制御信号２１４によって第３段階の開始を通知され、相対ピークレベル算出部４８は動作を開始する。ピーク検出部９４は入力される相関値２０６の最大値を検出し、最大値とともにそのタイミング情報を保持する。次に入力された相関値２０６が、保持されている最大値よりも大きい時、その値で最大値レジスタを更新し、タイミング情報も更新する。

また、相関値２０６は移動平均部９６にも入力され、移動平均部９６では、１２８サンプル分の相関値２０６を移動平均する。１２８サンプル分の処理が完了すると、判定部９８は相対ピークレベル （＝ 最大値／移動平均値）を算出し、しきい値比較によってシンボルタイミング検出の完了判定を行う。相対ピークレベルがしきい値未満で完了条件を満たさない場合は、次の受信シンボル以降、同様にして１２８サンプル分の処理を継続して行う。

図８は、同期捕捉部２８の動作タイミングを示す。図８は、横軸を時間軸として、受信されるプリアンブル信号と同期捕捉処理の各手続きとの関係を示している。プリアンブル信号はシンボル毎に区切って表示してあるが、マッチトフィルタ４０の動作の開始タイミングを基準にしたものであり、表示のシンボル境界は仮想のものである。

「Ｔ１」は、マッチトフィルタ４０のうちのバッファ５０の充填期間である。「Ｔ２」は、第１段階におけるマッチトフィルタ４０の動作（有効な相関値２０６を出力）期間である。「Ｔ３」は、ホッピングパターン検出部４２による第１段階における周波数ホッピングパターンの候補絞込み期間であり。ふたつの候補が選択される。「Ｔ４」は、第２段階におけるマッチトフィルタ４０の動作（有効な相関値２０６を出力）期間である。「Ｔ５」は、第2段階における周波数ホッピングパターンの検出期間である。「Ｔ６」は、第３段階におけるマッチトフィルタ４０の動作（有効な相関値２０６を出力）期間である。なお、シンボルタイミング検出部４４によるシンボルタイミング検出は、「Ｔ６」の間において１シンボル毎に行われる。

以上の処理によって、１９シンボルのプリアンブル期間でシンボルタイミング検出までの処理が完了する。図２（ｃ）に示すように、同期捕捉に使用されるプリアンブルは２４シンボルで構成されている。本実施例では、１９シンボルで同期捕捉が完了するため、規定のプリアンブル期間内での処理の完了が可能である。

図９（ａ）−（ｄ）は、ホッピングパターン検出部４２での第１段階で計算した相関値を示す。これらは、第１段階での遅延プロファイルバッファ８６の出力波形の例である。図９（ａ）−（ｄ）は、送信された信号の周波数ホッピングパターンに対応したプリアンブルの第１パターンから第４パターンとベースバンド信号２００との間の相関値をそれぞれ示している。ここで相関値は、３２サンプル分の部分相関である。図９（ａ）と（ｄ）での相対ピーク強度が大きくなっている。判定部７４は、第１段階での選択の結果として第１パターンと第４パターンを選択するよう指示信号を出力する。

図１０（ａ）−（ｂ）は、ホッピングパターン検出部４２での第２段階で計算した相関値を示す。これらは、第２段階での遅延プロファイルバッファ８６の出力波形の例である。図１０（ａ）−（ｂ）は、送信された信号の周波数ホッピングパターンに対応したプリアンブルの第１パターンと第４パターンとベースバンド信号２００との間の相関値をそれぞれ示している。ここで、相関値は、６４サンプル分の部分相関である。図１０（ａ）での相対ピーク強度の方が大きくなっている。判定部７４は、第２段階での選択の結果といて第１パターンを選択するよう指示信号を出力する。

図１１は、ホッピングパターン検出部４２での第３段階で計算した相関値を示す。これは、１２８タップのマッチトフィルタ４０の出力波形例を示している。１シンボル周期で相関値ピークが観測され、このピーク位置からシンボル境界タイミングを算出できる。

以上の構成による同期捕捉部２８の動作を説明する。参照符号バッファ６０には、４つのパターンを組み合わせた特定用信号系列が入力される。マッチトフィルタ４０は、ベースバンド信号２００と特定用信号系列との間の４種類の相関値を計算し、相関値２０６を出力する。ホッピングパターン検出部４２は、４種類の相関値のそれぞれの相対的な大きさを導出して、相対的な大きさにもとづいて２つのパターンを選択する。参照符号バッファ６０には、２つのパターンを組み合わせた特定用信号系列が入力される。マッチトフィルタ４０は、ベースバンド信号２００と特定用信号系列との間の２種類の相関値を計算し、相関値２０６を出力する。ホッピングパターン検出部４２は、２種類の相関値のそれぞれの相対的な大きさを導出して、相対的な大きさにもとづいて１つのパターンを選択する。参照符号バッファ６０には、１つのパターンを組み合わせた特定用信号系列が入力される。マッチトフィルタ４０は、ベースバンド信号２００と特定用信号系列との間の１種類の相関値を計算し、相関値２０６を出力する。シンボルタイミング検出部４４は、相関値２０６の大きさにもとづいて、相対的な大きさのピークを検出して、タイミングの同期を確立する。また、選択されたひとつのパターンにもとづいて、周波数ホッピングパターンも導出される。

本発明の実施例によれば、マッチトフィルタを分割して使用し、短い相関期間による相関値の相対レベル判定によってパターンの候補の絞込みを行いつつ、順次段階的に相関期間を長くして、各段階を経て相関値の相対レベル判定によってひとつのプリアンブルパターンを検出するため、マッチトフィルタ１個のリソースを維持したまま、検出精度、検出時間に優れた同期捕捉方式を実現できる。また、複数のマッチトフィルタを使用する方式に比べて、回路規模、消費電力を低減することができる。

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。

本発明の実施例において、記憶部５６、選択部５８、参照符号バッファ６０は、４種のプリアンブルパターンを組み合わせた特定用信号系列を導出した後、２種のプリアンブルパターンを組み合わせた特定用信号系列を導出し、さらに１種のプリアンブルパターンからなる特定用信号系列を導出した。しかしながらこれに限らず例えば、プリアンブルパターンの周期性を利用して、実施例と異なったパターンでプリアンブルパターンを特定してもよい。すなわち、複数のプリアンブルパターンの中から選択された複数の代表的なプリアンブルパターンの数のグループを設定し、実施例と同様の処理によって、ひとつの代表的なプリアンブルパターンを選択し、ひとつの代表的なプリアンブルパターンに代表された複数のプリアンブルパターンから、ひとつのプリアンブルパターンを選択してもよい。

具体的には、図２（ｄ）に示したプリアンブルパターンによれば、第１段階では第１パターンと第４パターンの区別が困難であり、第２パターンと第３パターンの区別も困難である特性を有している。そのため、代表的なパターンとして第１パターンと第２パターンを選択し、これらのうちの一方を選択してから、選択されたパターンに代表されたパターンとの間の選択を行う。例えば、第１パターンが選択されれば、第１パターンと第４パターンのうちの一方の選択を行う。すなわち、２種のプリアンブルパターンを組み合わせた特定用信号系列を導出した後、再び２種のプリアンブルパターンを組み合わせた特定用信号系列を導出し、さらに１種のプリアンブルパターンからなる特定用信号系列を導出する。本変形例によれば、第１段階で特定用信号系列に組み合わされるプリアンブルパターンのサンプル数を増加できるので、相関値の精度が高くなる。つまり、複数のパターンから段階的にひとつのパターンが選択されればよい。

本発明の実施例において、強度計算部９０は、除算を使用して相対ピーク強度を導出した。しかしながらこれに限らず例えば、減算等によって相対ピーク強度を導出してもよい。例えば、相対ピーク強度は以下のようにも示される。
（数３）
相対ピーク強度 ＝ ｍａｘ（ＡＶＥ１，ＡＶＥ２，・・・，ＡＶＥ１６）−（（ＡＶＥ１＋ＡＶＥ２＋・・・＋ＡＶＥ１６）／１６）
本変形例によれば、回路規模を小さくできる。つまり、雑音等の影響を加味した相対的な強度が導出できればよい。

本発明の実施例において、同期捕捉部２８は、ひとつのマッチトフィルタ４０を使用している。しかしながらこれに限らず例えば、これを２個用いて相関期間を倍にしてもよい。本変形例よれば、精度を高めることが可能である。つまり、マッチトフィルタの分割の数に関しては、相関期間（参照符号の長さ）、周波数ホッピングパターンの数、同期捕捉処理にかける時間等に応じて最適化されればよい。

実施例に係る通信システムの構成を示す図である。 図２（ａ）−（ｄ）は、実施例に係るバーストフォーマットの構成を示す図である。 図３（ａ）−（ｅ）は、実施例に係るホッピング周波数とホッピングパターンを示す図である。 図１の同期捕捉部の構成を示す図である。 図１のマッチトフィルタの構成を示す図である。 図１のホッピングパターン検出部の構成を示す図である。 図１のシンボルタイミング検出部の構成を示す図である。 図１の同期捕捉部の動作タイミングを示す図である。 図９（ａ）−（ｄ）は、図４のホッピングパターン検出部での第１段階で計算した相関値を示す図である。 図１０（ａ）−（ｂ）は、図４のホッピングパターン検出部での第２段階で計算した相関値を示す図である。 図４のホッピングパターン検出部での第３段階で計算した相関値を示す図である。

符号の説明

１０ 送信装置、 １２ 受信装置、 １４ ベースバンド変調部、 １６ アップコンバータ、 １８ 符号発生部、 ２０ 周波数シンセサイザ、 ２２ 送信用アンテナ、 ２４ 受信用アンテナ、 ２６ ダウンコンバータ、 ２８ 同期捕捉部、 ３０ 符号発生部、 ３２ 周波数シンセサイザ、 ３４ ベースバンド復調部、 ３６ 制御部、 ４０ マッチトフィルタ、 ４２ ホッピングパターン検出部、 ４４ シンボルタイミング検出部、 ４６ 同期制御部、 ４８ 相対ピークレベル算出部、 ５０ バッファ、 ５２ 乗算部、 ５４ 加算部、 ５６ 記憶部、 ５８ 選択部、 ６０ 参照符号バッファ、 ７０ 分離部、 ７２ 計算部、 ７４ 判定部、 ７６ 加算部、 ７８ 第１セレクタ、 ８０ 遅延プロファイルメモリ、 ８２ 第２セレクタ、 ８４ スイッチ、 ８６ 遅延プロファイルバッファ、 ８８ ピーク検出部、 ９０ 強度計算部、 ９２ 平均化部、 ９４ ピーク検出部、 ９６ 移動平均部、 ９８ 判定部、 １００ 通信システム、 ２００ ベースバンド信号、 ２０２ 同期バターン信号、 ２０４ 同期タイミング信号、 ２０６ 相関値、 ２０８ マッチトフィルタ制御信号、 ２１０ ホッピングパターン検出部制御信号、 ２１２ 判定結果、 ２１４ シンボルタイミング検出部制御信号、 ２１６ シンボルタイミング。

Claims (9)

1. 所定の参照信号の系列が含まれた信号を入力する入力部と、
   前記入力した信号に含まれた参照信号の系列の候補になるべき候補用信号の複数の系列にもとづいて、前記入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定するための特定用信号の系列を導出する導出部と、
   前記導出した特定用信号の系列と前記入力した信号との相関値を計算するマッチトフィルタと、
   前記計算した相関値にもとづいて、前記候補用信号の複数の系列の中から、前記入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定する特定部とを備え、
   前記導出部は、前記マッチトフィルタに含まれた複数のタップを候補用信号の系列の数で分割して、候補用信号の系列の数のグループを設定し、かつ前記設定したグループにそれぞれ対応した候補用信号の系列を組み合わせて特定用信号の系列を導出し、
   前記マッチトフィルタは、前記設定したグループに対応した相関値をそれぞれ計算し、
   前記特定部は、前記計算した相関値の大きさにもとづいて前記設定したグループの一部を選択し、かつ前記選択したグループの一部に対して前記導出部と前記マッチトフィルタの処理を再度実行させ、最終的に選択したグループから、前記入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定することを特徴とする同期捕捉回路。
2. 前記導出部は、前記候補用信号の複数の系列が異なったパターンで組み合わされた特定用信号の複数の系列を予め記憶しており、前記特定部でなされたグループの一部の選択にもとづいて、前記記憶した特定用信号の複数の系列の中から、前記選択されたグループの一部に対応した特定用信号の系列を出力することを特徴とする請求項１に記載の同期捕捉回路。
3. 前記導出部は、前記特定部でなされたグループの一部の選択にもとづいて、グループの数が段階的に少なくなるようにグループを設定し、かつ特定用信号の系列に組み合わされたそれぞれの候補用信号の系列の長さが段階的に長くなるように特定用信号の系列を導出することを特徴とする請求項１または２に記載の同期捕捉回路。
4. 前記入力部で入力した信号に含まれた参照信号の系列は、所定の周期性を有しており、
   前記導出部は、前記周期性にもとづいて、前記候補用信号の複数の系列の中から選択された代表的な候補用信号の複数の系列の数のグループを設定し、前記特定部で前記代表的な候補用信号の複数の系列のひとつに対応したグループが選択された後、前記代表的な候補用信号の複数の系列のひとつに代表された候補用信号の複数の系列の数のグループを設定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の同期用捕捉回路。
5. 前記入力部で入力した信号に含まれた参照信号の系列は、所定の周期性を有しており、
   前記特定部は、ひとつのグループを単位にして、前記周期性にもとづいて前記計算した相関値からひとつの比較対象の相関値を生成し、さらに前記設定したグループにそれぞれ対応した比較対象の相関値にもとづいて、前記設定したグループの一部を選択することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の同期用捕捉回路。
6. 前記入力部で入力した信号は周波数ホッピングされており、かつ前記周波数ホッピングの周波数ホッピングパターンは、前記入力した信号に含まれた参照信号の系列に応じて規定されており、
   前記特定部は、前記特定した参照信号の系列にもとづいて、前記入力した信号の周波数ホッピングパターンを特定することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の同期用捕捉回路。
7. 前記入力部は、前記入力した信号に規定された複数のホッピング周波数のうち、所定のホッピング周波数に対応した信号のみを入力することを特徴とする請求項６に記載の同期用捕捉回路。
8. 前記特定部で特定した参照信号の系列に対応して、前記マッチトフィルタで計算された相関値を入力し、前記入力した相関値にもとづいて、前記入力した信号のタイミングを検出する検出部をさらに含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の同期用捕捉回路。
9. 所定の参照信号の系列が含まれた信号を入力する入力部と、
   前記入力した信号に含まれた参照信号の系列の候補になるべき候補用信号の複数の系列にもとづいて、前記入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定するための特定用信号の系列を導出する導出部と、
   前記導出した特定用信号の系列と前記入力した信号との相関値を計算するマッチトフィルタと、
   前記計算した相関値にもとづいて、前記候補用信号の複数の系列の中から、前記入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定する特定部と、
   前記特定した参照信号の系列にもとづいて、前記入力した信号を処理する処理部とを備え、
   前記導出部は、前記マッチトフィルタに含まれた複数のタップを候補用信号の系列の数で分割して、候補用信号の系列の数のグループを設定し、かつ前記設定したグループにそれぞれ対応した候補用信号の系列を組み合わせて特定用信号の系列を導出し、
   前記マッチトフィルタは、前記設定したグループに対応した相関値をそれぞれ計算し、
   前記特定部は、前記計算した相関値の大きさにもとづいて前記設定したグループの一部を選択し、かつ前記選択したグループの一部に対して前記導出部と前記マッチトフィルタの処理を再度実行させ、最終的に選択したグループから、前記入力した信号に含まれた参照信号の系列を特定することを特徴とする受信装置。

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