JP2007006014A

JP2007006014A - フレーム同期装置及びフレーム同期方法

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Publication number: JP2007006014A
Application number: JP2005182208A
Authority: JP
Inventors: Masashi Mizuno; 正志水野
Original assignee: Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Current assignee: Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-06-22
Also published as: WO2006137175A1; CN101204058A; EP1898583A1; JP4082460B2; EP1898583A4; CN101204058B

Abstract

【課題】パイロットシンボルの検出を簡単な構成で高精度に行い、多値ＱＡＭ方式を利用した通信システムにおいてフレーム同期が確実に取れるようにする。
【解決手段】
入力端１から入力されたシンボルは内積演算手段２で内積演算が実行される。この内積演算結果は、スイッチ手段３によりN周期で一巡するように移動平均計算記憶手段４の各記憶手段へと振り分けられる。振り分けられた値は、移動平均計算記憶手段４で、N周期前の値との移動平均が計算された上で、N個の記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎに格納される。データシンボル間の内積値の移動平均は、データがランダムであるので０に収束されるが、１信号フレームにあらかじめ挿入されたパイロットシンボル間の内積値の移動平均は所定の値となる。このことを利用して、比較判定手段５はN個の記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎの各値を参照して、パイロットシンボルの検出を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、多値ＱＡＭ方式を利用した通信システムのパイロットシンボルの検出に関する。

近年、多値QAM（Quadrate Amplitude Modulation、直交振幅変調）方式を利用した通信システムが、各種デジタル通信に用いられている。多値QAM方式により通信を行うシステムは、送信側でデータをフレーム化して伝送するが、受信側でフレーム同期が取れない状況では、例えエラー訂正技術などでリカバリーを図ったとしても、データエラーを起こし通信不能な状態に陥ってしまう。

従来のフレーム検出方法として、特許文献１（特開平９−８３５０５号公報）には、パイロットシンボルをデータシンボル列の間に周期的に挿入し、これを基準として送信フレームを構成するデジタル信号伝送システムにおける受信機のフレーム検出回路であって、フレームシンボル数と等しい数の記憶回路を用いてフレームタイミングを検出する手段を有するフレーム検出回路において、フレーム検出回路の入力情報からその平均値を算出する手段と、上記算出情報を閾値として入力情報との比較判定を行い、閾値以下であると判定したときは前記記憶回路への入力情報を零にする手段とを有することを特徴とするフレーム検出回路が開示されている。

また、特許文献２（特開２０００−４９８８１号公報）には、ユニークワードを含んだ信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムにおいて、送信装置から送信する信号フレーム中の連続した複数のシンボルに振幅が最大となるシンボル値を割り当てることによりユニークワードを構成し、受信装置には、受信したシンボル値を少なくとも１信号フレーム分保持するメモリと、メモリに保持されたシンボル値の並びの中からユニークワードを構成するシンボル数と同数の連続したシンボルの列を順次選択して当該シンボル列のシンボル値を総和する総和回路と、総和回路により得られた総和値が最大となるシンボル列の並び位置をユニークワードの検出タイミング候補として出力する検出回路と、を備えたことを特徴とする通信システムが記載されている。
特開平９−８３５０５号公報特開２０００−４９８８１号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に開示されたフレーム検出装置では、パイロットシンボルの二乗値を求める方法が採られているが、この方法では、パイロットシンボル以外の受信シンボルとの差はそれほど大きくないので、Ｓ／Ｎの劣化した通信環境では、フレーム検出エラーを発生し、システム全体のＢＥＲ特性が劣化するという問題があった。

また、上記特許文献２に開示された検出回路では、ＵＷを構成するシンボルやＵＷ前後のシンボルにおいて、ノイズやフェージング等の影響によりシンボル値が変動してしまった場合にＵＷのタイミング検出を誤り、誤同期が発生するという問題があった。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明は、パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定装置において、１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるよう、且つｎ個のパイロットシンボルのうち、どの２個も信号点配置図中で位相差がπ/2にはならないように割り当て、受信装置は、入力シンボル間の内積の演算を行う内積演算手段と、該内積演算手段により演算された演算結果の移動平均を計算し記憶する移動平均計算記憶手段と、該移動平均計算記憶手段に設けられたＮ個の記憶手段と、該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定する比較判定手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２に係る本発明は、パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定装置において、１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるよう、且つｎ個のパイロットシンボルのうち、どの２個も信号点配置図中で位相差がπ/2にはならないように割り当て、受信装置は、入力シンボル間の内積の演算を行う複数の内積演算手段と、複数の該内積演算手段により演算された複数の演算結果を加算し平均化する加算平均化処理手段と、該加算平均化処理手段により加算平均化処理された処理結果の移動平均を計算し記憶する移動平均計算記憶手段と、該移動平均計算記憶手段に設けられたＮ個の記憶手段と、該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定する比較判定手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項３に係る本発明は、請求項１又は請求項２に記載のフレーム同期判定装置において、該内積演算手段でパイロットシンボル同士の内積を演算した結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することを特徴とする。

また、請求項４に係る本発明は、パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定装置において、１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるように割り当て、受信装置は、入力シンボルを位相変換済シンボルに位相変換する位相変換手段と、位相変換済シンボル間の内積の演算を行う内積演算手段と、該内積演算手段により演算された演算結果の移動平均を計算し記憶する移動平均計算記憶手段と、該移動平均計算記憶手段に設けられたＮ個の記憶手段と、該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定する比較判定手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項５に係る本発明は、パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定装置において、１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるように割り当て、受信装置は、入力シンボルを位相変換済シンボルに位相変換する位相変換手段と、位相変換済シンボル間の内積の演算を行う複数の内積演算手段と、複数の該内積演算手段により演算された複数の演算結果を加算し平均化する加算平均化処理手段と、該加算平均化処理手段により加算平均化処理された処理結果の移動平均を計算し記憶する移動平均計算記憶手段と、該移動平均計算記憶手段に設けられたＮ個の記憶手段と、該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定する比較判定手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項６に係る本発明は、請求項４又は請求項５に記載のフレーム同期判定装置において、該内積演算手段で位相変換済のパイロットシンボル同士の内積を演算した結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することを特徴とする。

また、請求項７に係る本発明は、請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のフレーム同期判定装置において、複数の該位相変換手段のうち０ラジアンの位相変換処理を行う位相変換手段が含まれることを特徴とする。

また、請求項８に係る本発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のフレーム同期判定装置において、パイロットシンボルには振幅が最大であるシンボルを選択することを特徴とする。

また、請求項９に係る本発明は、パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定方法において、１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるよう、且つｎ個のパイロットシンボルのうち、どの２個も信号点配置図中で位相差がπ/2にはならないように割り当て、受信装置では、入力シンボル間の内積の演算を行い、この内積演算の結果の移動平均を計算し、この移動平均の計算結果をＮ周期でＮ個の記憶手段に記憶し、該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定することを特徴とする。

また、請求項１０に係る本発明は、パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定方法において、１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるよう、且つｎ個のパイロットシンボルのうち、どの２個も信号点配置図中で位相差がπ/2にはならないように割り当て、受信装置では、入力シンボル間の内積の演算を行い、複数の内積演算の結果の加算平均を演算し、この加算平均の演算結果の移動平均を計算し、この移動平均の計算結果をＮ周期でＮ個の記憶手段に記憶し、該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定することを特徴とする。

また、請求項１１に係る本発明は、請求項９又は請求項１０に記載のフレーム同期判定方法において、パイロットシンボル同士の内積を演算した結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することを特徴とする。

また、請求項１２に係る本発明は、パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定方法において、１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるように割り当て、受信装置では、入力シンボルを位相変換し、位相変換されたシンボル間の内積の演算を行い、この内積演算の結果の移動平均を計算し、この移動平均の計算結果をＮ周期でＮ個の記憶手段に記憶し、該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定することを特徴とする。

また、請求項１３に係る本発明は、パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定方法において、１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるように割り当て、受信装置では、入力シンボルを位相変換し、位相変換されたシンボル間の内積の演算を行い、複数の内積演算の結果の加算平均を演算し、この加算平均の演算結果の移動平均を計算し、この移動平均の計算結果をＮ周期でＮ個の記憶手段に記憶し、該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定することを特徴とする。

また、請求項１４に係る本発明は、請求項１２又は請求項１３に記載のフレーム同期判定方法において、位相変換済のパイロットシンボル同士の内積を演算した結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することを特徴とする。

また、請求項１５に係る本発明は、請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載のフレーム同期判定方法において、複数の該位相変換手段のうち０ラジアンの位相変換処理を行う位相変換手段が含まれることを特徴とする。

また、請求項１６に係る本発明は、請求項９乃至請求項１５のいずれかに記載のフレーム同期判定方法において、パイロットシンボルには振幅が最大であるシンボルを選択することを特徴とする。

本発明のようにシンボル間の内積の演算を行う内積演算手段を設けることにより、従来のようにパイロットシンボルの振幅値の絶対値（二乗値）ではなく、正負の符号を持つ値をパイロットシンボル検出に使用可能となり、検出基準がより明確となる。

ノイズやデータシンボル値のようにランダムな値の内積演算の結果は正負両方にランダムな値となり、フレーム周期で各シンボル間の演算結果の移動平均をとることで結果はゼロに収束していく。一方、信号フレームのパイロットシンボル間の内積演算の結果は所定の値となるので、フレーム周期でこの値の移動平均をとっても所定の値のままとなる。このように内積演算をとり、その移動平均をとることにより、０か所定の値かを検出すればよいようになり、パイロットフレームの検出基準は非常に明瞭となるので、ノイズ等の影響がある場合でもパイロットシンボルの誤検出の発生が少なく、フレーム同期を容易に行うことが可能となる。

そして、本発明によれば、Ｓ／Ｎが０ｄＢといった劣悪な環境においてもフレーム同期が確立するため、ＢＥＲ特性の向上し、しいてはデータ通信システムの信頼性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ１６ＱＡＭを例として説明する。１６ＱＡＭは４ビットのデジタルデータを１６個のシンボルにより搬送波を変調し伝送するデジタル変調方式である。図１は１６ＱＡＭの信号点の配置を示す図であり、各信号点には４ビットずつのデータが割り当てられている。図中、横軸は実軸の同相成分Ｉ、縦軸は虚軸の直交成分Ｑを表しており、それぞれの信号点は、−３、−１、１、３のいずれかの値をとる構成が用いられる。

ＱＡＭ方式の通信システムでは、信号フレーム内にパイロットシンボルを挿入しておき、受信装置側でそのパイロット信号を検出して、フレーム同期を行っている。図2は、１信号フレームの構成の一例を示す図であり、１信号フレームはＮ個のシンボルで構成され、データシンボルＤの先頭にパイロットシンボルＰが挿入されている。

図３、図4は本発明に係るフレーム同期方法の実施の形態を示す図であり、それぞれ、本実施の形態の信号点配置図、１信号フレームの構成図である。パイロットシンボルとしてＰ₁（３，３）、Ｐ₂（−３，−３）の２つを用い、１信号フレームの先頭の２つに挿入するものとする。パイロットシンボルの判定を容易にするためには、その振幅が最大であるシンボル値を割り当てることが理想的であるので、本実施の形態ではそのようなＰ₁、Ｐ₂が選択されているが、本発明においては必ずしもそのようなパイロットシンボルを割り当てる必要はない。また、本実施の形態においては、２つのパイロットシンボル間の位相差がπ/2ラジアンとはならないように、２つのパイロットシンボルが選択されている。パイロットシンボル間の位相差がπ/2ラジアンとなるようにパイロットシンボルを選択する場合については後述する。

図5は、本発明に係るパイロットシンボル検出回路をブロック図で示したものであり、１は入力端であり、２は内積演算手段であり、３はスイッチ手段であり、４は移動平均計算記憶手段であり、５は比較判定手段であり、６は出力端である。

入力端１は、２つ設けられており、それぞれにｎ番目のシンボルであるＳｎ、及び、ｎ＋１番目のシンボルであるＳn+1が入力される。内積演算手段２は、入力された２つのシンボルの内積演算を実行するものである。スイッチ手段３は、N個の出力端を順次切り替えるものであり、ＳｎとＳn+1との内積演算が１回実行されるたびに切り替えられて、N周期で一巡するように構成されている。移動平均計算記憶手段４にはＮ個の記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎが設けられている。移動平均計算記憶手段４では、スイッチ手段３の各出力端からの出力データと各記憶手段が既に記憶しているデータとの平均値を計算する。そして、この平均値は再びそれぞれの各記憶手段に格納される。すなわち、各記憶手段のデータはＮ周期で更新される構成となっている。なお、初期状態においては、各記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎには０がセットされている。比較判定手段５は、移動平均計算記憶手段４のＮ個の記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎに記憶されている値を比較して、パイロットシンボルの検出を行う。パイロットシンボルの検出結果については、出力端６から出力されるようになっている。

以上の構成で具体的にどのようにパイロットシンボルの検出を行うかを説明する。ｎ番目のシンボルＳｎ、及びｎ＋１番目のシンボルＳn+1が内積演算手段２において内積されると、内積値として、―１８、−１２、−１０、−８、−６、−４、−２、０、＋２、＋４、＋６、＋８、＋１０、＋１２、＋１８の各値を取り得るが、データシンボルはランダムであるので、シンボルＳｎとシンボルＳn+1がデータシンボルの場合には、これらの内積値の移動平均値をとっていくと、内積値が正負のランダムとなるために、移動平均値は０に収斂していくことがわかる。また、シンボルＳｎとシンボルＳn+1のどちらか一方がパイロットシンボルの場合には、内積値は−１８、−１２、−６、０、＋６、＋１２、＋１８となり、この場合も内積値の移動平均は０に収斂していく。一方、シンボルＳｎとシンボルＳn+1の両方がパイロットシンボルの場合には、計算される内積値は必ず−１８となり、この移動平均値も当然−１８となる。したがって、内積演算結果の移動平均値が記憶される各記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎのうち一つの記憶手段には、―１８が格納され、それ以外のＮ―１個の記憶手段には０に近い値が格納されることとなる。比較判定手段５は、移動平均計算記憶手段４の各記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎのうち、−１８を探すことによりパイロットシンボルを検出することができる。なお、本実施の形態のように、パイロットシンボル同士の内積をとったときに負の数となるようにパイロットシンボルを選択することは理想的ではあるが、必ずしも必須の条件ではない。

以上はノイズやフェージングの影響が全くない場合のものであるが、ノイズやフェージングの影響があったとしても、それらの影響もランダムなものであるのであるので、データシンボル間の内積値の移動平均、データシンボルとパイロットシンボル間の移動平均は結局０に収束していく。一方、パイロットシンボル間の内積値もノイズやフェージングの影響を受けるが、そのような影響を受けたとしても、パイロットシンボル間の内積値の移動平均は、データシンボル間の内積値の移動平均やデータシンボルとパイロットシンボル間の内積値の移動平均である０とは明確に異なり、比較判定手段における検出は従来のものに比べて格段にしやすくなっているので、パイロットシンボルの誤検出が起こる確率は極めて少なくなる。このように、本発明によれば、ノイズやフェージングがある環境においても確実にパイロットシンボルの検出ができ、フレーム同期を容易に行うことができる。

１信号フレーム内のパイロットシンボルは本実施の形態に示したように、必ずしも信号フレームの先頭に連続配置させる必要はなく、各パイロットシンボルが１信号フレーム内で離れて配置されていてもよい。図6には、そのような配置が示されており、図中の信号フレームにおいては、２番目と５番目のシンボル位置にそれぞれパイロットシンボルＰ₁、Ｐ₂が配置されている。このようなパイロットシンボルの配置の場合には、内積演算手段２への入力は図7に示されるように、ｎ番目のシンボルＳnとｎ＋３番目のシンボルＳn+3が利用される。

また、１信号フレーム内のパイロットシンボルは２つに限らずそれ以上の個数を用いることもできる。図８、図９はパイロットシンボルを３つ用いた本発明のフレーム同期方法の他の実施の形態を示す図であり、それぞれ、他の実施の形態の信号点配置図、１信号フレームの構成図である。この実施の形態では、先の実施の形態において用いたパイロットシンボルＰ₁（３，３）、Ｐ₂（−３，−３）の２つに加え、Ｐ₃（３，３）が用いられる。また、これら３つのパイロットシンボルは、１信号フレームの先頭の１番目から３番目に挿入されているものとする。この実施の形態においても、パイロットシンボル検出回路は図5に係るものを用いることができる。

この実施の形態の場合でも先の実施の形態と同様、シンボルＳｎとシンボルＳn+1がデータシンボルの場合、或いは、シンボルＳｎとシンボルＳn+1のどちらか一方がパイロットシンボルの場合には、これらの内積値の移動平均値をとっていくと、移動平均値は０に収斂していき、シンボルＳｎとシンボルＳn+1の両方がパイロットシンボルの場合には、内積値は必ず−１８となり移動平均値も−１８となる。ただし、本実施の形態の場合には、−１８が記憶される移動平均計算記憶手段４内の記憶手段は２つとなる。したがって、比較判定手段５は、移動平均計算記憶手段４の各記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎのうち、−１８に近い値２つを探せばよいようになり、より確実にパイロットシンボルを検出することができる。

図１０は、本発明の他の実施の形態に係るものであり、図5のパイロットシンボル検出回路に、加算平均化処理手段７を加えたブロック図を示すものである。なお、その他の内積演算手段２、スイッチ手段３、移動平均計算記憶手段４、比較判定手段５の機能は図5と変わるところはない。回路に入力されるシンボルは、Ｓn、Sn+1、Sn+2の３つであり、加算平均化処理手段７は、Ｓn、Sn+1間で算出された内積値と、Ｓn、Sn+2間で算出された内積値との加算平均化処理を行う。このような回路を用いるときの信号点配置図と、１信号フレームの構成図を図１１、図１２に示す。パイロットシンボルには、Ｐ₁（３，３）、Ｐ₂（−３，−３）、Ｐ₃（−３，−３）の３つが用いられる。

加算平均化処理手段７を要するシンボル検出回路を用いると、入力端であるＳn、Sn+1、Sn+2からの入力が全てパイロットシンボルの場合には、加算平均化処理された値は−３６となり、2つのパイロットシンボルを用いた先の実施の形態の場合に比べて、０からの値の乖離が大きくなり、よりパイロットシンボルの検出時の判定が容易になるという効果を有する。

パイロットシンボル３つ用いて、パイロットシンボル検出を行うメリットについて説明する。パイロットシンボルとして３個のシンボルを用いて２つのパイロットシンボルペアの内積演算の平均をとっているのは、パイロットシンボルペア１組用いた場合と比較してデータシンボル中にパイロットシンボルと同じシンボル値のシンボルの組み合わせが存在する確率を減少させてフレーム誤同期の可能性を減らすためである。データシンボル間で内積結果が最大となる確率は（１／１６）²であるから、１信号フレーム内でｉ個の内積演算を利用することにより、データシンボル間の内積演算結果が最大値を示す確率ｒ_maxは以下のようになる。

ここで、ｋは多値ＱＡＭの多値数である。１６ＱＡＭではｋ＝１６である。本実施の形態ではｒ＝７．６９３９４５３１２５×１０^-6である。この式の最初の１／２は、パイロットシンボル間の内積演算以外のデータシンボル間の内積演算が同等レベルになる可能性であり、パイロットシンボルとデータシンボル位置のどちらかを選択する確率と考える。一般的に通信回線品質は１０^-4を超えていれば、通信可能なレベルと言われるレベルであり、通信システムとして十分な特性が得られることが分かる。

これまでの実施の形態では、パイロットシンボルとして、どの２つのシンボルも位相差がπ／２とならないものが設定されていた。これは位相差がπ／２である２つのシンボル間の内積をとると０となってしまうためである。しかしながら、パイロットシンボルとして位相差がπ／２である２つを選ぶような場合についても、本発明を適用することができる。図１３には本発明の他の実施の形態に係る信号点配置図を示し、また、図１４には本発明の他の実施の形態に係る１信号フレームの構成図を示す。

この実施の形態では、パイロットシンボルとしてＰ₁（３，３）、Ｐ₂（３，−３）の２つを用い、１信号フレームの先頭の２つに挿入するものとする。また、本実施の形態においては、２つのパイロットシンボル間の位相差がπ/2ラジアンとはなる２つのパイロットシンボルが選択されている。

図１５は、本発明の他の実施の形態に係るパイロットシンボル検出回路のブロック図である。この実施の形態のパイロットシンボル検出回路は、図5に係るパイロットシンボル検出回路のSn+1入力端の後段に位相変換手段８が加えられたものであり、その他の内積演算手段２、スイッチ手段３、移動平均計算記憶手段４、比較判定手段５の機能は図5と変わるところはない。このような回路では、回路に入力されるシンボルＳn、Sn+1の２つのうち、Sn+1側に入力されたシンボルは位相変換手段８により位相がπ／２進められる。したがって、シンボルＳnとしてＰ₁（３，３）が、シンボルSn+1としてＰ₂（３，−３）が入力された時には、後者のシンボルは位相変換手段８によりＰ'₂（−３，−３）に変換された後に、内積演算手段２でＰ₁（３，３）との内積がとられるので、演算結果は−１８となる。このように、位相差がπ／２であるパイロットシンボル同士の内積値は０とはならず、先の実施の形態の場合同様−１８となる。一方、パイロットシンボル回路に入力されるシンボルＳn、Sn+1の両方がデータシンボルである場合には、Sn+1側に入力されたシンボルは位相変換手段８により位相変換されるが、位相変換されたとしてもデータシンボルはランダムであるので、内積演算手段２によりシンボルＳnとの内積演算がとられたのちに、この演算結果の移動平均をとっていけば、結局０に収束していく。したがって、位相変換手段８が加えられた構成においても、内積演算結果の移動平均値が記憶される各記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎのうち一つの記憶手段には、―１８が格納され、それ以外のＮ―１個の記憶手段には０に近い値が格納される。比較判定手段５は、移動平均計算記憶手段４の各記憶手段４−１、４−２〜４−Ｎのうち、−１８を探すことによりパイロットシンボルを検出することができ、受信装置でのフレーム同期をとることができるようになる。なお、パイロットシンボルが入力されたときの内積演算手段２での演算結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することは理想的ではあるが、必ずしも必須の条件ではない。

本発明の他の実施の形態として、加算平均化処理手段７及び位相変換手段８の双方を備えるパイロット検出回路も考え得る。図１６に、本発明の他の実施の形態に係る信号点配置図を示し、また、図１７には本発明の他の実施の形態に係る１信号フレームの構成図を示す。本例では、パイロットシンボルＰ₁としてＰ₁（３，３）、パイロットシンボルＰ₂、Ｐ₃として共通のＰ₂（３，−３）、Ｐ₃（３，−３）を用いるものとする。ここで、図１６に示すとおりシンボルＰ₁とシンボルＰ₂の位相差、及びシンボルＰ₁とシンボルＰ₃の位相差はそれぞれπ／２ラジアンであるので、これら位相差をπラジアンにする為に位相変換処理を位相変換手段８にて行う。具体的には、位相変換手段８ａで０ラジアンの位相変換処理を、位相変換手段８ｂ及び位相変換手段８ｃで時計回りにπ／２ラジアンの位相変換処理を行う。なお、０ラジアンの位相変換は位相変換を全く施していないことになるので、例えば位相変換手段８ａを省く構成も考えられる。０ラジアンの位相変換処理を施す場合、位相変換手段を設けておき０ラジアンの位相変換を行うか、位相変換手段は設けないようにしておくかは適宜選択する。図１５に示したパイロットシンボル検出回路のブロック図では、０ラジアンの位相変換のために特に位相変換手段を設けていないものが示されている。

さて前述のように位相変換処理を施すと、パイロットシンボルＰ₂及びパイロットシンボルＰ₃のシンボル値Ｐ₂（３，−３）、Ｐ₃（３，−３）は、位相変換処理によりそれぞれＰ'₂（−３，−３）、Ｐ'₃（−３，−３）となる。このように位相変換されるので、入力端であるＳnにパイロットシンボルＰ₁が、Sn+1にパイロットシンボルＰ₂が、Sn+2にパイロットシンボルＰ₃がそれぞれ入力されると、前述のように位相変換処理された上で内積がとられ、さらに加算平均化処理された値は−３６となる。そして、この値がパイロットシンボルの検出に利用されることは先の実施の形態に示した通りである。なお、パイロットシンボルが入力されたときの内積演算手段２での演算結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することは理想的ではあるが、必ずしも必須の条件ではない。

１６ＱＡＭの信号点の配置を示す図である。１信号フレームの構成の一例を示す図である。本発明に係るフレーム同期方法の実施の形態の信号点配置図である。本発明に係るフレーム同期方法の実施の形態の１信号フレームの構成図である。本発明に係るパイロットシンボル検出回路のブロック図である。１信号フレーム内で離れてパイロットシンボルを配置する場合のフレームの構成図である。１信号フレーム内で離れてパイロットシンボルを配置する場合のパイロットシンボル検出回路のブロック図である。パイロットシンボルを３つ用いた場合のフレーム同期方法の信号点配置図である。パイロットシンボルを３つ用いた場合のフレーム同期方法の１信号フレームの構成図である。本発明に係る加算平均化処理手段付きパイロットシンボル検出回路のブロック図である。加算平均化処理手段付きパイロットシンボル検出回路によるフレーム同期方法の実施の形態の信号点配置図である。加算平均化処理手段付きパイロットシンボル検出回路によるフレーム同期方法の実施の形態の１信号フレームの構成図である。本発明の他の実施の形態に係る信号点配置図である。本発明の他の実施の形態に係る１信号フレームの構成図である。本発明の他の実施の形態に係るパイロットシンボル検出回路のブロック図である。本発明の他の実施の形態に係る信号点配置図である。本発明の他の実施の形態に係る１信号フレームの構成図である。本発明の他の実施の形態に係るパイロットシンボル検出回路のブロック図である。

符号の説明

１・・・入力端、２・・・内積演算手段、３・・・スイッチ手段、４・・・移動平均計算記憶手段、５・・・比較判定手段、６・・・出力端、７・・・加算平均化処理手段、８・・・位相変換手段

Claims

パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定装置において、
１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、
Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、
ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるよう、且つ
ｎ個のパイロットシンボルのうち、どの２個も信号点配置図中で位相差がπ/2にはならないように割り当て、
受信装置は、入力シンボル間の内積の演算を行う内積演算手段と、
該内積演算手段により演算された演算結果の移動平均を計算し記憶する移動平均計算記憶手段と、
該移動平均計算記憶手段に設けられたＮ個の記憶手段と、
該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定する比較判定手段とを備えることを特徴とするフレーム同期判定装置。
パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定装置において、
１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、
Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、
ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるよう、且つ
ｎ個のパイロットシンボルのうち、どの２個も信号点配置図中で位相差がπ/2にはならないように割り当て、
受信装置は、入力シンボル間の内積の演算を行う複数の内積演算手段と、
複数の該内積演算手段により演算された複数の演算結果を加算し平均化する加算平均化処理手段と、
該加算平均化処理手段により加算平均化処理された処理結果の移動平均を計算し記憶する移動平均計算記憶手段と、
該移動平均計算記憶手段に設けられたＮ個の記憶手段と、
該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定する比較判定手段とを備えることを特徴とするフレーム同期判定装置。
該内積演算手段でパイロットシンボル同士の内積を演算した結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフレーム同期判定装置。
パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定装置において、
１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、
Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、
ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるように割り当て、
受信装置は、入力シンボルを位相変換済シンボルに位相変換する位相変換手段と、
位相変換済シンボル間の内積の演算を行う内積演算手段と、
該内積演算手段により演算された演算結果の移動平均を計算し記憶する移動平均計算記憶手段と、
該移動平均計算記憶手段に設けられたＮ個の記憶手段と、
該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定する比較判定手段とを備えることを特徴とするフレーム同期判定装置。
パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定装置において、
１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、
Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、
ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるように割り当て、
受信装置は、入力シンボルを位相変換済シンボルに位相変換する位相変換手段と、
位相変換済シンボル間の内積の演算を行う複数の内積演算手段と、
複数の該内積演算手段により演算された複数の演算結果を加算し平均化する加算平均化処理手段と、
該加算平均化処理手段により加算平均化処理された処理結果の移動平均を計算し記憶する移動平均計算記憶手段と、
該移動平均計算記憶手段に設けられたＮ個の記憶手段と、
該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定する比較判定手段とを備えることを特徴とするフレーム同期判定装置。
該内積演算手段で位相変換済のパイロットシンボル同士の内積を演算した結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のフレーム同期判定装置。
複数の該位相変換手段のうち０ラジアンの位相変換処理を行う位相変換手段が含まれることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のフレーム同期判定装置。
パイロットシンボルには振幅が最大であるシンボルを選択することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のフレーム同期判定装置。
パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定方法において、
１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、
Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、
ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるよう、且つ
ｎ個のパイロットシンボルのうち、どの２個も信号点配置図中で位相差がπ/2にはならないように割り当て、
受信装置では、入力シンボル間の内積の演算を行い、
この内積演算の結果の移動平均を計算し、この移動平均の計算結果をＮ周期でＮ個の記憶手段に記憶し、
該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定することを特徴とするフレーム同期判定方法。
パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定方法において、
１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、
Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、
ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるよう、且つ
ｎ個のパイロットシンボルのうち、どの２個も信号点配置図中で位相差がπ/2にはならないように割り当て、
受信装置では、入力シンボル間の内積の演算を行い、
複数の内積演算の結果の加算平均を演算し、
この加算平均の演算結果の移動平均を計算し、この移動平均の計算結果をＮ周期でＮ個の記憶手段に記憶し、
該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定することを特徴とするフレーム同期判定方法。
パイロットシンボル同士の内積を演算した結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のフレーム同期判定方法。
パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定方法において、
１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、
Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、
ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるように割り当て、
受信装置では、入力シンボルを位相変換し、
位相変換されたシンボル間の内積の演算を行い、
この内積演算の結果の移動平均を計算し、この移動平均の計算結果をＮ周期でＮ個の記憶手段に記憶し、
該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定することを特徴とするフレーム同期判定方法。
パイロットシンボルが挿入された信号フレームを多値ＱＡＭ方式により送信装置から受信装置へ送信する通信システムのフレーム同期判定方法において、
１信号フレームをＮ個のシンボルから構成し、
Ｎ個のシンボルのうち、パイロットシンボルをｎ個（ただし、ｎは２以上の自然数）配置し、
ｎ個のパイロットシンボルのうち、少なくとも一組は異なるように割り当て、
受信装置では、入力シンボルを位相変換し、
位相変換されたシンボル間の内積の演算を行い、
複数の内積演算の結果の加算平均を演算し、
この加算平均の演算結果の移動平均を計算し、この移動平均の計算結果をＮ周期でＮ個の記憶手段に記憶し、
該記憶手段に記憶されたＮ個の値をそれぞれ比較して、パイロットシンボルの位置を判定することを特徴とするフレーム同期判定方法。
位相変換済のパイロットシンボル同士の内積を演算した結果が負の数となるようにパイロットシンボルを選択することを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載のフレーム同期判定方法。
複数の該位相変換手段のうち０ラジアンの位相変換処理を行う位相変換手段が含まれることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載のフレーム同期判定方法。
パイロットシンボルには振幅が最大であるシンボルを選択することを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれかに記載のフレーム同期判定方法。