JP2010226348A - Symbol synchronizing apparatus and symbol synchronizing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a symbol synchronizing apparatus and method performing accurate synchronization detection or synchronization maintenance in accordance with a fixed threshold easily configured or easily processed even when a reception demodulation level is varied by a change in communication path environment. <P>SOLUTION: In place of level value comparison, the number of times at which a correlation value of a sampling point becomes a peak value, is detected and a threshold for that determination is set to the preset threshold number of times. Thereby, synchronization detection and synchronization following processes are performed without being affected by variation in reception power value. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、シンボル同期装置及びシンボル同期方法に関し、特に、通信路環境変化の著しいデジタル無線通信システムに好適なシンボル同期、追従装置及びその方法の改良に関する。   The present invention relates to a symbol synchronization apparatus and a symbol synchronization method, and more particularly, to an improvement in a symbol synchronization and tracking apparatus suitable for a digital wireless communication system in which communication path environment changes are remarkably improved.

デジタル無線通信システムでは、受信側でデータを復調するために、先ず、シンボル同期を図り、同期確立後はそれに追従して同期を維持する必要がある。シンボル同期と追従(同期維持)には、通常、送受信両方において予め設定した既知のデータパターンを使用する。
即ち、送信側では、伝送するデータに既知のデータパターンを付加したフレーム単位で送信し、受信側では、この既知データパターンを補足することによって各フレームの同期を確立し、その同期タイミングに従ってフレーム中に配列されている情報データの復調を行う。デジタル無線通信システムでは、フレーム同期確立と同期維持が極めて重要であり、これら既知データパターンは、フレーム同期ワード(Frame Sync Word、以下「FSW」)と称され、各フレームの先頭に配置される場合が一般的であるが、システムによっては、初期同期用として比較的長周期の同期用プリアンブルとして付加するものも存する。
In a digital wireless communication system, in order to demodulate data on the receiving side, it is necessary to first perform symbol synchronization, and after synchronization is established, it is necessary to follow and maintain synchronization. For symbol synchronization and tracking (synchronization maintenance), a known data pattern preset in both transmission and reception is usually used.
That is, on the transmission side, transmission is performed in units of frames in which a known data pattern is added to the data to be transmitted, and on the reception side, the synchronization of each frame is established by supplementing this known data pattern, and according to the synchronization timing, Is demodulated. In a digital wireless communication system, frame synchronization establishment and synchronization maintenance are extremely important, and these known data patterns are referred to as frame synchronization words (hereinafter referred to as “FSW”) and are arranged at the head of each frame. However, depending on the system, there is a system that is added as a relatively long-period synchronization preamble for initial synchronization.

以下、同期用プリアンブルを備えた通信フォーマットの一例として、MIL-STD-188-110(A United States Defense Standardの電気通信に関する規格)に示されているフォーマットを例に説明する。
図4は、MIL−STD−188−110に規定されている通信フォーマットを示す概要図であり、規格では更に、予め定められたパターンのコードを重畳することによってスクランブルを施すが、本発明の説明上不要であるので省略する。この例において、先頭の同期用プリアンブル301は、初期同期捕捉用に設けた既知データパターン(1440シンボル)であり、それに続いて送信される送信データ302は、上述したフレーム同期追従用の既知データパターン(FSW)303と、未知のデータパターンである情報データ(通信データ)304からなる複数のフレームとして送信され、データは後述するシンボルにより構成される。
この例では既知データパターン(FSW)は16シンボルで、PSK(Phase Shift Keying)変調が施された情報データ(32シンボル)を復調する際の同期検波の基準となる軸(I軸、Q軸)を決定するためにも使用される。
Hereinafter, as an example of a communication format provided with a synchronization preamble, a format shown in MIL-STD-188-110 (A United States Defense Standard regarding telecommunications) will be described as an example.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a communication format defined in MIL-STD-188-110. The standard further scrambles by superimposing a code of a predetermined pattern. Since it is unnecessary, it is omitted. In this example, the leading synchronization preamble 301 is a known data pattern (1440 symbols) provided for initial synchronization acquisition, and subsequently transmitted data 302 is a known data pattern for frame synchronization tracking described above. (FSW) 303 and information data (communication data) 304 that is an unknown data pattern are transmitted as a plurality of frames, and the data is composed of symbols to be described later.
In this example, the known data pattern (FSW) has 16 symbols, and axes (I axis, Q axis) which are the reference for synchronous detection when demodulating information data (32 symbols) subjected to PSK (Phase Shift Keying) modulation. Also used to determine.

PSK変調においてシンボルは、送信する情報データをその位相位置によって表現するもので、例えば、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying:4位相偏移変調)の場合は、図5に示すように位相位置が設定されている。
即ち、QPSKでは図5に示す例では、4つのシンボル位置(位相位置)によりデータを表現し、1つのシンボルにより2ビット分のデータを表現できる。具体的には、基準となる正弦波(図5のI軸)に対し、45°、135°、225°、315°の位相の波のどれかを送信することによって2ビットにてあらわす4値、(00)、(01)、(10)、(11)の情報を伝送することができる。なお、MIL−STD−188−110規格によれば、更にシンボル位置が修正グレイ符号により符号化されるが、これも本発明に直接関係ないので説明を省略する。
このようにして送信された信号を受信復調する際には、送信されたシンボルの位相が、どの値(位置)に該当するものであるか、即ち、4種のビット列のどれを示すものであるかを正確に検出する必要があり、この判定処理が復調と云うことになる。
In PSK modulation, a symbol represents information data to be transmitted by its phase position. For example, in the case of QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), the phase position is set as shown in FIG. ing.
That is, in the example shown in FIG. 5, QPSK can represent data by four symbol positions (phase positions) and can represent data of 2 bits by one symbol. Specifically, four values represented by 2 bits by transmitting any of the waves of 45 °, 135 °, 225 °, and 315 ° with respect to the reference sine wave (I-axis in FIG. 5). , (00), (01), (10), (11) can be transmitted. Note that, according to the MIL-STD-188-110 standard, the symbol position is further encoded by the modified Gray code, but this is also not directly related to the present invention, so that the description thereof is omitted.
When receiving and demodulating a signal transmitted in this way, it indicates which value (position) the phase of the transmitted symbol corresponds to, that is, which of the four types of bit strings. This determination process is called demodulation.

復調を正しく行うためには、最適なタイミングでシンボルを取り込む必要があるが、この様子を図6を用いて説明する。図6はQPSKデータのI軸(もしくはQ軸)のシンボルのアイパターンを模式的に表したもので、1シンボル期間を周期として重ね書きしたものである。またこの例では、データの取得をシンボル周期(の周波数)の6倍(の周波数)でオーバーサンプリングしており、このオーバーサンプリングのタイミングをT0乃至T5で示している。なお、オーバーサンプリングの倍数については2倍を超えていれば任意の数値が設定可能であり、通常は4倍乃至8倍程度が一般的である。
図6に示す例においては、データの復調をT3のタイミングで行うのが最も良く、次にその直近のタイミングであるT2もしくはT4が良く、T1とT5での復調は好ましくなく、T0のタイミングでは復調不可能である。即ち、T3から離れるほど復調タイミングとしては不適当なものとなる。これは図6を見れば明らかなように、タイミングT3においてシンボル値が最小範囲に集中しておりシンボル値のばらつきが小さく、一方、T0、T5においてはシンボル値のばらつきが大きくなっている。このことは、シンボルデータに雑音(ノイズ)が混入した場合、アイの開口が一番広いT3におけるタイミングでの復調が、雑音の影響によりデータを誤る確率が最も低く、T3のタイミングから離れるに従ってその確率が高くなることを示している。
なお、図6に示した例は、比較的理想状態に近い場合のアイパターンの模式図であり、実際のシステムにおいてはアイの開口部が最大になるタイミングT3は、図に示すタイミングよりも前後(図面上では、左右)に変動するので、そのタイミングをT3の位置に来るように調整する処理が重要である。つまり、アイ開口部最大となるタイミング(T3)でデータ復調を行うように調整することを、「同期を取る」、「同期捕捉」あるいは「同期取得」と云う。また、一度同期が取れても、送受信側の夫々の基準発振器の周波数ズレやドップラーシフトなどにより発生するタイミングのズレを補って、同期が取れた状態に保つことを、「同期保持」、「同期維持」あるいは「同期追従」と云う。
In order to correctly perform demodulation, it is necessary to capture symbols at an optimal timing. This will be described with reference to FIG. FIG. 6 schematically shows an eye pattern of symbols on the I-axis (or Q-axis) of QPSK data, and is overwritten with one symbol period as a cycle. In this example, the data acquisition is oversampled at a frequency that is six times the symbol period (frequency), and the timing of this oversampling is indicated by T0 to T5. In addition, as for the oversampling multiple, any numerical value can be set as long as it exceeds two times, and usually about four to eight times.
In the example shown in FIG. 6, it is best to perform data demodulation at the timing of T3, and then the nearest timing is T2 or T4. The demodulation at T1 and T5 is not preferable, and at the timing of T0. It cannot be demodulated. That is, the further away from T3, the more inappropriate the demodulation timing becomes. As apparent from FIG. 6, the symbol values are concentrated in the minimum range at the timing T3, and the variation of the symbol values is small. On the other hand, the variation of the symbol values is large at T0 and T5. This means that when noise (noise) is mixed in the symbol data, the demodulation at the timing at T3 where the eye opening is the widest has the lowest probability of erroneous data due to the influence of the noise, and as it moves away from the timing of T3 The probability is high.
The example shown in FIG. 6 is a schematic diagram of an eye pattern when it is relatively close to an ideal state. In an actual system, the timing T3 at which the eye opening becomes maximum is before and after the timing shown in the figure. Since it fluctuates (left and right in the drawing), it is important to adjust the timing so as to come to the position of T3. That is, adjusting so as to perform data demodulation at the timing (T3) at which the eye opening becomes maximum is called “synchronization”, “synchronization acquisition”, or “synchronization acquisition”. In addition, even if synchronization is established once, it is possible to compensate for timing deviations caused by frequency deviation or Doppler shift of each reference oscillator on the transmission / reception side, and to maintain the synchronized state. This is called “maintenance” or “synchronous tracking”.

図7は、従来のシンボル同期装置の一例を示すブロック図である。同図において、601は受信データを所定タイミング信号に基づいて、上述した図6のタイミングT0乃至T5に振り分けるマルチプレクサ、602は同期用プリアンブルを係数とする相関器としてのマッチドフィルタ(以下、「MF」とする)、603は、MF602の出力である受信信号と同期用プリアンブルの相関値を積分する積分器であり、MF602と積分器603は、図面上部から順にオーバーサンプリングのタイミングT0、T1、・・・T5に夫々対応して設けたものである。
積分器603の出力を比較して、最大値が最適同期点となり、選択器604がこの同期点のタイミングを出力する。この後、図示しない調整手段によって、同期点がT3の位置となるようにタイミング調整を行い、同期追従モードに移行する。
なお、MF602の係数は同期用プリアンブルを使用するが、その1440シンボルをそのまま使用すると長過ぎるので、係数を可変としてスライドさせながら積分器603で積分することにより長期間の相関を取ることと同等の動作をさせることもできる。即ち、MF602の処理と積分器603の処理を合わせて、係数長1440のMFと等価な処理となるようにする。また、相関はある程度の長さがあれば十分検出可能であるので、必ずしも1440シンボル分全ての係数は必要とせず、適宜これより短い係数長でも構わないが、本発明における説明では1440とする。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a conventional symbol synchronization apparatus. In the figure, reference numeral 601 denotes a multiplexer that distributes received data to the above-described timings T0 to T5 in FIG. 6 based on a predetermined timing signal, and reference numeral 602 denotes a matched filter (hereinafter referred to as “MF”) as a correlator using a synchronization preamble as a coefficient. 603 is an integrator that integrates the correlation value of the received signal that is the output of the MF 602 and the synchronization preamble, and the MF 602 and the integrator 603 are oversampling timings T0, T1,. -Provided corresponding to T5 respectively.
By comparing the outputs of the integrator 603, the maximum value becomes the optimum synchronization point, and the selector 604 outputs the timing of this synchronization point. Thereafter, the timing is adjusted by an adjusting means (not shown) so that the synchronization point is at the position T3, and the mode shifts to the synchronization follow-up mode.
The coefficient of MF 602 uses a synchronization preamble, but if the 1440 symbol is used as it is, it is too long, and is equivalent to taking a long-term correlation by integrating with integrator 603 while sliding the coefficient as variable. It can also be operated. In other words, the processing of MF 602 and the processing of integrator 603 are combined so as to be processing equivalent to MF having a coefficient length of 1440. Further, since the correlation can be detected sufficiently if it has a certain length, not all the coefficients for 1440 symbols are necessarily required, and a coefficient length shorter than this may be used as appropriate.

以下、動作を説明する。先ず、受信信号はシンボルレートの複数倍、この例では6倍でオーバーサンプリングされて、夫々のタイミングにおいてマルチプレクサ601により対応するMF602(MF0乃至MF5)に振り分けられる。夫々のMF602にて受信信号とプリアンブル係数の相関値が計算され、積分器603(∫0乃至∫5)に出力される。MF602と積分器603は上述したように、合わせて係数長1440のMFとして働くように構成する。積分器603の出力のうち最大値となるものが予め設定した閾値を超えた場合、そのタイミングを同期点と判断する。
図8は、低雑音環境で、同期が取れていないときの積分器603の出力を模式的に表したものであり、相関値はゼロに近い値となる。図9は、低雑音環境で、同期が取れたときの積分器603出力を模式的に表したものであり、相関値の最大値が閾値を超えている。なお、この例では最大レベルのT5を同期点として説明するが、最大値でない相関値も閾値を超えていることについては後述する。
このようにして最大値のサンプル点が検出できれば、既に説明したように図示しない調整機構によって、検出した最大値のサンプリングのタイミング(図9におけるT5)が中央のT3のタイミングになるように、サンプリングのタイミングをスライドさせて調整する。即ち、図9の最大値となるT5の値がT3のタイミングとなるように調整した上で、同期追従モードに移行する。なお、同期追従については、同期用プリアンブルの代わりに各フレームに付加された既知データを使用して、上記と同様の原理でT3に同期最適点が来るように制御するのが一般的である。
なお、符号拡散方式の受信信号の同期追従手段として、同期点の電力閾値を見て、位相調整をするか否かを判定するものが特許文献1に開示されている。また、特許文献2には、通信環境を様々な手段により推定し、通信環境の変動に対応して同期判断のための閾値を変更するものが提案されている。
The operation will be described below. First, the received signal is oversampled at a multiple of the symbol rate, 6 times in this example, and distributed to the corresponding MF 602 (MF0 to MF5) by the multiplexer 601 at each timing. Each MF 602 calculates the correlation value between the received signal and the preamble coefficient, and outputs it to the integrator 603 (∫0 to ∫5). As described above, the MF 602 and the integrator 603 are configured to work together as an MF having a coefficient length of 1440. When the maximum output of the integrator 603 exceeds a preset threshold value, the timing is determined as a synchronization point.
FIG. 8 schematically shows the output of the integrator 603 when synchronization is not achieved in a low noise environment, and the correlation value is a value close to zero. FIG. 9 schematically shows the output of the integrator 603 when synchronization is achieved in a low noise environment, and the maximum correlation value exceeds the threshold value. In this example, the maximum level T5 is described as a synchronization point, but it will be described later that the correlation value that is not the maximum value also exceeds the threshold value.
If the maximum value sample point can be detected in this way, the sampling is performed so that the detected maximum value sampling timing (T5 in FIG. 9) becomes the center T3 timing by the adjusting mechanism (not shown) as described above. Slide the timing to adjust. That is, after adjusting so that the value of T5 which is the maximum value in FIG. 9 becomes the timing of T3, the mode shifts to the synchronous follow-up mode. Note that the synchronization tracking is generally controlled using known data added to each frame instead of the synchronization preamble so that the optimum synchronization point comes to T3 based on the same principle as described above.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228688 discloses a code tracking method for receiving a signal of a code spread method, which determines whether or not to perform phase adjustment by looking at a power threshold at a synchronization point. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 proposes a method in which a communication environment is estimated by various means and a threshold value for synchronization determination is changed in response to a change in the communication environment.

特開2006−60691公報JP 2006-60691 A 特開2005−253055公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-253055

しかしながら、上述したような従来のシンボル同期装置や同期検出方法では、通信環境の変動に対応して、正確に同期検出し、あるいは正確に同期追従処理が行えない場合があった。
即ち、刻々と変化する無線通信環境においては、フェージング、雑音等の影響により受信信号の平均的な電力が大幅に変動し、それに伴い受信信号とMF係数との相関値も変動するので、最適な固定的閾値を予め設定することは実質的に困難であり、従来のように固定的な閾値を設定すると誤同期の原因となる。例えば、受信信号電力がフェージングにより常に変化しているため、図9に示したように、閾値が小さ過ぎると閾値を越えるタイミング点が複数検出されるので、同期点でないタイミングを同期点と判断する「誤同期」が発生する虞がある。また逆に、閾値が大き過ぎると正しい同期点が閾値を越えない場合が発生するので、正確な同期検出ができないといった事態が発生する。
このような問題に対応するために、特許文献2に提案されているように、同期判定のための閾値を環境反映パラメータ、例えば、移動局の移動速度変化に対応して、閾値としての信号電力対干渉電力の比(SIR)を変化させるものが提案されているが、複雑な処理が必要であり装置のコスト上昇を伴うと云う新たな問題を招く虞があった。
本発明は、このような従来のシンボル同期装置、及び、シンボル同期捕捉・追従手段における問題を解決するためになされたものであって、受信電力が大きく変動する場合であっても、正確に同期検出を行い、あるいは同期追従が可能なシンボル同期装置及びその方法を提供することを目的としている。
However, the conventional symbol synchronization apparatus and synchronization detection method as described above may not be able to accurately detect synchronization or accurately perform synchronization tracking processing in response to changes in the communication environment.
That is, in a wireless communication environment that changes from moment to moment, the average power of the received signal varies greatly due to the effects of fading, noise, etc., and the correlation value between the received signal and the MF coefficient also varies accordingly. It is practically difficult to set a fixed threshold value in advance, and setting a fixed threshold value as in the prior art causes false synchronization. For example, since the received signal power constantly changes due to fading, as shown in FIG. 9, if the threshold value is too small, a plurality of timing points exceeding the threshold value are detected. Therefore, a timing that is not a synchronization point is determined as a synchronization point. There is a possibility that "false synchronization" may occur. Conversely, if the threshold value is too large, the correct synchronization point may not exceed the threshold value, so that a situation in which accurate synchronization detection cannot be performed occurs.
In order to deal with such a problem, as proposed in Patent Document 2, the threshold for synchronization determination is set as an environmental reflection parameter, for example, signal power as a threshold corresponding to a change in the moving speed of the mobile station. A device that changes the ratio of interference to interference power (SIR) has been proposed, but there is a possibility that a complicated process is required and a new problem of increasing the cost of the apparatus is caused.
The present invention has been made to solve such problems in the conventional symbol synchronization apparatus and symbol synchronization acquisition / follow-up means, and can accurately synchronize even when the received power fluctuates greatly. An object of the present invention is to provide a symbol synchronization apparatus and method capable of performing detection or tracking synchronization.

本発明はかかる課題を解決するために、本発明の請求項1記載のシンボル同期装置は、受信した既知のデータパターンに基づいて各シンボルの同期タイミングを検出するシンボル同期装置において、受信した既知データパターンをn倍でオーバーサンプリングする手段と、オーバーサンプリングしてサンプル値を出力するn個の相関器と、上記n個の相関器の出力値から最大レベルとなるものを選択する最大レベル検出手段と、上記n個の相関器に対応させて、夫々の相関器出力が最大レベルとなる回数を計数するn個のカウンタと、所定数のシンボルにおける前記n個のカウンタの計数値を予め設定した閾値回数と比較する最大レベル回数比較手段と、この比較の結果、上記閾値の回数を超えたカウンタに基づいて同期タイミングを判定する同期タイミング判定手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のシンボル同期装置において、初期同期捕捉時の既知データパターンが同期用プリアンブル又は、その一部であり、同期後の同期追従時の既知データパターンが、各フレームに付加された既知データパターンであることを特徴とする
In order to solve such a problem, the present invention provides a symbol synchronization apparatus according to claim 1 of the present invention, in which the received symbol data is detected by the symbol synchronization apparatus that detects the synchronization timing of each symbol based on the received known data pattern. Means for oversampling the pattern n times, n correlators for oversampling and outputting sample values, and maximum level detecting means for selecting the maximum level from the output values of the n correlators; N counters for counting the number of times each correlator output reaches the maximum level in correspondence with the n correlators, and a threshold value in which count values of the n counters for a predetermined number of symbols are set in advance. The synchronization timing is determined based on the maximum level number comparison means for comparing with the number of times and the counter that has exceeded the threshold number as a result of this comparison A synchronization timing determination means, characterized by comprising a.
The invention according to claim 2 is the symbol synchronizer according to claim 1, wherein the known data pattern at the time of initial synchronization acquisition is a synchronization preamble or a part thereof, and the known data pattern at the time of synchronization tracking after synchronization is It is a known data pattern added to each frame.

請求項3記載の発明は、シンボル同期方法に関するものであって、受信した既知のデータパターンに基づいて各シンボルの同期タイミングを検出するシンボル同期方法において、受信した既知データパターンをn倍でオーバーサンプリングする処理と、オーバーサンプリング値に対するn個の相関値を出力する相関処理と、上記相関処理による出力値から最大レベルとなるものを選択する最大レベル検出処理と、上記相関処理出力値が最大レベルとなる回数を計数するカウンタ処理と、所定数のシンボルにおける上記カウンタの計数値を予め設定した閾値回数と比較する最大レベル回数比較処理と、この比較処理の結果、上記閾値の回数を超えたカウンタに基づいて同期タイミングを判定する同期タイミング判定処理と、を含むことを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項3記載のシンボル同期方法において、初期同期捕捉時の既知データパターンが同期用プリアンブル又は、その一部であり、同期後の同期追従時の既知データパターンが、各フレームに付加された既知データパターンであることを特徴とする。
The invention according to claim 3 relates to a symbol synchronization method, and in the symbol synchronization method for detecting the synchronization timing of each symbol based on the received known data pattern, the received known data pattern is oversampled by n times. A correlation process that outputs n correlation values for the oversampling value, a maximum level detection process that selects a maximum level from the output values obtained by the correlation process, and the correlation process output value is a maximum level. Counter processing that counts the number of times, the maximum level number comparison processing that compares the count value of the counter in a predetermined number of symbols with a preset threshold number of times, and the result of this comparison processing is a counter that exceeds the threshold number of times. Synchronization timing determination processing for determining synchronization timing based on That.
The invention according to claim 4 is the symbol synchronization method according to claim 3, wherein the known data pattern at the time of initial synchronization acquisition is a synchronization preamble or a part thereof, and the known data pattern at the time of synchronization tracking after synchronization is It is a known data pattern added to each frame.

本発明の同期装置及びシンボル同期方法は、閾値として、従来のようなレベル値の比較に代えて、各サンプリング点における相関値が最高値となる回数を、予め設定した閾値回数と比較することによって、同期点を判断するので、受信電力値が変動する環境下においても、常に、正確な同期検出と追従動作が可能となる。しかも、簡単な処理で済むので、回路規模を従来の方式よりも小さくすることも可能であり、装置のコスト上昇を伴わない。
更に、シンボル同期点の判断の閾値が回数であるので、通信環境変化に関わらず固定値とすることができるので、環境推定のための回路や装置等が不要となり、装置構成を大幅に簡略化できる。また同時に、従来例のように環境変化に応じて閾値を変化させる手段を併用すれば、更に正確な同期検出、同期捕捉、同期追従処理が期待できる。
The synchronization device and the symbol synchronization method of the present invention compare the number of times that the correlation value at each sampling point becomes the maximum value as a threshold value, instead of the conventional level value comparison, as a threshold value. Since the synchronization point is determined, accurate synchronization detection and tracking operation can always be performed even in an environment where the received power value fluctuates. Moreover, since simple processing is sufficient, the circuit scale can be made smaller than that of the conventional method, and the cost of the apparatus is not increased.
Furthermore, since the symbol synchronization point judgment threshold is the number of times, it can be fixed regardless of changes in the communication environment, eliminating the need for circuits and devices for environment estimation, and greatly simplifying the device configuration. it can. At the same time, more accurate synchronization detection, synchronization acquisition, and synchronization follow-up processing can be expected if a means for changing the threshold value according to environmental changes is used together as in the conventional example.

本発明に係るシンボル同期装置の要部構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structural example of the symbol synchronizer which concerns on this invention. 本発明に係るシンボル同期装置の処理例を示すサンプリングのタイミング図である。It is a timing diagram of sampling which shows the process example of the symbol synchronizer which concerns on this invention. 本発明に係るシンボル同期方法の処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process example of the symbol synchronization method which concerns on this invention. MIL−STD−188−110に規定されている通信フォーマットを示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the communication format prescribed | regulated to MIL-STD-188-110. 4値PSKを説明する図である。It is a figure explaining 4 value PSK. QPSKデータのI軸(もしくはQ軸)のシンボルのアイパターンを模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the eye pattern of the symbol of the I axis (or Q axis) of QPSK data. 従来のシンボル同期装置の要部構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of a principal part structure of the conventional symbol synchronizer. 従来のシンボル同期装置の動作を説明するサンプリングのタイミング図で、同期が取れていないときの積分器出力を模式的に表した図である。It is a timing chart of sampling explaining operation of the conventional symbol synchronizer, and it is a figure showing typically an integrator output when not synchronizing. 従来のシンボル同期装置の動作を説明する他のサンプリングのタイミング図で、同期が取れているときの積分器出力を模式的に表した図である。It is the timing diagram of other sampling explaining operation | movement of the conventional symbol synchronizer, and is the figure which represented typically the integrator output when synchronizing.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。また既に説明したものと同一部分ならびに同一事項には同一符号、番号を付し、重複する説明は省略する。
図1は本発明に係るシンボル同期装置の一実施例を示すブロック図である。同図において、1はマルチプレクサであり、上記図7に示した601と同様に受信信号を上述した図6のタイミングT0乃至T5に振り分ける。2はオーバーサンプリング数に対応して備えた6個の相関器としてのマッチドフィルタ(MF0乃至MF5)であり、上記図7のマッチドフィルタ(MF602)と同一機能であるが、本発明では、以下に詳述するように使用目的を異にしている。更に、3は第一の最大値選択器、4は上記6個のマッチドフィルタ(MF)夫々に対応させたカウンタ(Σ0乃至Σ5)、5は第二の最大値選択器である。なお、以下実施例の説明においてMF0乃至MF5の全体を指す場合はマッチドフィルタ2と表記する。
この装置の特徴は、マッチドフィルタ2から供給される信号のうち最大の値を選択し、そのカウンタの中から最大信号を出力したマッチドフィルタ2(MF0乃至MF5のなかの何れか一つ)に対応するカウンタのみにカウントアップ信号を出力し、他には出力しない。即ち、カウンタ4は、最大値選択器3からカウントアップ信号が供給されたものだけがカウントアップし、他はカウントアップしない。5は第二の最大値選択器で、カウンタ4(Σ0乃至Σ5)のなかから最大値のカウント値(回数)を出力する。この最大値が、図示を省略した処理部において予め定められた閾値回数と比較され、その閾値を超えた場合に、その最大回数となったタイミングを同期点と判断する。図において、マッチドフィルタ2のMF0乃至MF5とカウンタ4のΣ0乃至Σ5は、上から順にオーバーサンプリングのタイミングT0、T1、・・・T5夫々に対応するものとする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. . In addition, the same parts and the same matters as those already described are denoted by the same reference numerals and numbers, and redundant description is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a symbol synchronizer according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a multiplexer, which distributes received signals to the timings T0 to T5 in FIG. 6 described above in the same manner as 601 shown in FIG. 2 is a matched filter (MF0 to MF5) as six correlators provided corresponding to the number of oversampling, and has the same function as the matched filter (MF602) of FIG. As described in detail, the purpose of use is different. Further, 3 is a first maximum value selector, 4 is a counter (Σ0 to Σ5) corresponding to each of the six matched filters (MF), and 5 is a second maximum value selector. In the following description of the embodiments, the term “matched filter 2” is used when referring to the whole of MF0 to MF5.
The feature of this apparatus is that it corresponds to the matched filter 2 (any one of MF0 to MF5) that selects the maximum value from the signals supplied from the matched filter 2 and outputs the maximum signal from the counter. The count-up signal is output only to the counter that does, and not to the other. That is, the counter 4 counts up only those to which the count-up signal is supplied from the maximum value selector 3, and does not count up the others. A second maximum value selector 5 outputs the maximum count value (number of times) from the counter 4 (Σ0 to Σ5). This maximum value is compared with a predetermined threshold number in a processing unit (not shown), and when the threshold value is exceeded, the timing at which the maximum number is reached is determined as a synchronization point. In the figure, MF0 to MF5 of the matched filter 2 and Σ0 to Σ5 of the counter 4 correspond to oversampling timings T0, T1,... T5 in order from the top.

以下、動作を詳しく説明する。先ず受信信号は、従来例と同様にシンボルレートの複数倍(この例では6倍)でオーバーサンプリングされて、夫々のタイミングにおいてマルチプレクサ1により対応するマッチドフィルタ2のMF0乃至MF5に振り分けられる。マッチドフィルタ2は同期用プリアンブルと受信信号の相関値を第一の最大値選択器3に出力する。
第一の最大値選択器3は、T0〜T5に対応したマッチドフィルタ2出力のうち最大値をとるタイミングに対応したカウンタ4(のΣ0乃至Σ5のいずれか)に対してカウントアップ信号を出力する。
カウンタ4は、第一の最大値選択器3からカウントアップ信号を入力したときは、そのときのカウント値をカウントアップ(+1)する。カウントアップ信号は任意でよいが、例えば、信号が“1”のときはカウントアップし、“0”のときはカウントアップしないように構成する。カウンタ4のΣ0乃至Σ5の夫々は、内部に同期用プリアンブル分の期間だけカウントアップ信号の履歴を記憶しておき、その間のカウント値を第二の最大値選択器5に出力する。その結果、カウンタ4の値は、サンプリングタイミング期間中におけるプリアンブルとの相関が他のものより大きくなった回数を示している。
Hereinafter, the operation will be described in detail. First, the received signal is oversampled at a multiple of the symbol rate (six times in this example) as in the conventional example, and is distributed to the corresponding matched filter 2 MF0 to MF5 by the multiplexer 1 at each timing. The matched filter 2 outputs the correlation value between the synchronization preamble and the received signal to the first maximum value selector 3.
The first maximum value selector 3 outputs a count-up signal to the counter 4 (any one of Σ0 to Σ5) corresponding to the timing of obtaining the maximum value among the outputs of the matched filter 2 corresponding to T0 to T5. .
When the counter 4 receives the count-up signal from the first maximum value selector 3, the counter 4 counts up (+1) the count value at that time. The count-up signal may be arbitrary. For example, the count-up signal is configured to count up when the signal is “1” and not count up when the signal is “0”. Each of Σ0 to Σ5 of the counter 4 stores the history of the count-up signal for a period corresponding to the synchronization preamble, and outputs the count value during that period to the second maximum value selector 5. As a result, the value of the counter 4 indicates the number of times that the correlation with the preamble during the sampling timing period is greater than the others.

第二の最大値選択器5は、所定期間中のカウント値が最大になったカウンタ4(のΣ0乃至Σ5のいずれか)の出力を、予め設定した閾値回数と比較し、閾値回数を超えていたときに、そのカウンタに対応するサンプリングタイミングが同期点と判断する。この閾値回数は、全カウント回数の例えば、0.7倍程度に設定するのが合理的であろう。
なお、マッチドフィルタ(MF)の係数長はシステムにより適宜最適な値を設定することができるが、この例のように、同期用プリアンブルを全て(1440シンボル)使用する場合は、例えば、係数長を32とし、45回カウントする。このとき、閾値回数は45とすれば、その0.7倍の31.5に基づいて、閾値回数を32回とし、それ以上の回数において最大値となるタイミングがあれば、そのタイミングが同期点であると判断する。
The second maximum value selector 5 compares the output of the counter 4 (any one of Σ0 to Σ5) with the maximum count value during a predetermined period with a preset threshold count, and exceeds the threshold count. The sampling timing corresponding to the counter is determined as the synchronization point. It would be reasonable to set this threshold number of times to, for example, about 0.7 times the total number of counts.
Note that the coefficient length of the matched filter (MF) can be set to an optimum value as appropriate by the system. However, when all the synchronization preambles (1440 symbols) are used as in this example, for example, the coefficient length is set to 32 and count 45 times. At this time, if the threshold number is 45, the threshold number is set to 32 based on 31.5, which is 0.7 times the number. It is judged that.

図2は、マッチドフィルタ(MF)2出力と、夫々に対応するカウンタ(Σ0乃至Σ5)のカウントアップの様子を示した模式図である。この図に示す四つの例では、サンプリングT5のタイミングにおいて最大値となる回数が最も多いので、そのタイミングが同期点となる。即ち、1回目のマッチドフィルタ出力は、T5が最大となるので、そのタイミングに対応するカウンタΣ5がカウントアップされる。カウンタ値は図2の夫々の模式図の最下行に数値で示している。
同様に2回目、3回目・・・に対し最大値となるタイミングについてカウントアップし、最終的にM回目(上記の例ではM=45)にカウンタの値が図に示すようにN0〜N5で表されている場合を例示している。ここで、タイミングT5におけるカウント値N5の回数が最大で、且つ、0.7×M(上記の例でいえば32)以上であれば、同期が取れたもの(同期点である)と判定する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the output of the matched filter (MF) 2 and the counting up of the counters (Σ0 to Σ5) corresponding to the outputs. In the four examples shown in this figure, the maximum number of times at the timing of sampling T5 is the largest, so that timing is the synchronization point. That is, since the first matched filter output has the maximum T5, the counter Σ5 corresponding to the timing is counted up. The counter value is indicated by a numerical value in the bottom line of each schematic diagram in FIG.
Similarly, the timing of the maximum value for the second time, the third time,... Is counted, and finally the counter value is N0 to N5 at the Mth time (M = 45 in the above example) as shown in the figure. The case where it represents is illustrated. Here, if the number of times of the count value N5 at the timing T5 is the maximum and 0.7 × M (32 in the above example) or more, it is determined that the synchronization is achieved (the synchronization point). .

図3は、本発明に係るシンボル同期方法の処理例を示すフローチャートである。
この例では、処理がスタートすると、初期同期用プリアンブルであることを検出し(S1)、一シンボルあたり6個のサンプル値を得るようにオーバーサンプリング処理を行うとともに(S2)、得られた各サンプリング値に対し、プリアンブル係数との相関値を求める(S3)。相関値は、相関器の一例として示したマッチドフィルタが一般的であるが、スライド相関器等の他の手段や処理であっても構わない。
このようにしてn個のサンプリング値について相関値が求まると、そのなかで最大値となるタイミングを検出する(S4)。この検出は、T0乃至T5における相関値の相対的な比較であるので通信環境の影響を受けない。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing example of the symbol synchronization method according to the present invention.
In this example, when the processing starts, it is detected that the preamble is an initial synchronization preamble (S1), oversampling processing is performed so as to obtain 6 sample values per symbol (S2), and each obtained sampling is performed. A correlation value with a preamble coefficient is obtained for the value (S3). The correlation value is generally a matched filter shown as an example of a correlator, but may be another means or process such as a slide correlator.
When the correlation value is found for n sampling values in this way, the timing at which the maximum value is obtained is detected (S4). Since this detection is a relative comparison of correlation values in T0 to T5, it is not affected by the communication environment.

相関値が最大となるタイミングが検出されると、そのタイミングに該当するカウンタ4のΣ0乃至Σ5のいずれかの値を+1(インクリメント)増加する(S5)。このような処理を、同期用プリアンブルの全部、又は予め設定したシンボル数(所定シンボル数)について処理が終了するまで継続し(S2乃至S6)、終了したら(S6、Yes)、そのときのカウンタの最大値が、予め設定した閾値回数を越えているか否かを判断し(S7)、閾値を越えている場合は(S8、Yes)、そのタイミングが同期点であると判断し(S9)、その最大となるタイミングがサンプリング期間の中央に位置するように、サンプリングタイミングを調整(スライド)するとともに(S10)、同期処理を行って、その時点における処理を終了する。一方、上記処理S8において、最大回数が閾値を越えていない場合は(S8、No)、同期不成立と判断して処理を終了する(S11)か、あるいは、処理S1に戻って、同様の処理を繰返す。
即ち、本発明のシンボル同期方法は、受信した同期用プリアンブル、あるいはフレームに付された同期用既知データパターンをn倍でオーバーサンプリングする処理と、オーバーサンプリング値に対するn個の相関値を出力する相関処理と、この相関処理による出力値から最大レベルとなるものを選択する最大レベル検出処理、及び、相関処理出力値が最大レベルとなる回数を計数するカウンタ処理と、予め設定した所定数のシンボルにおける上記カウンタの計数値を、予め設定した閾値回数と比較する最大レベル回数比較処理と、比較処理の結果、閾値回数を超えたカウンタに対応するタイミングが同期タイミングであると判定する同期タイミング判定処理と、を含むことを特徴としている。
このように本発明では、同期判断を行う処理では、相関値の相対的比較と、最大値となる回数を閾値回数と比較するので、従来のように、通信環境の変化に伴って変動する要素を含まない。従って、閾値を通信環境変動に伴って変化させるような複雑な処理を必要とすることなく、正確な同期捕捉が可能である。更に、初期同期捕捉に留まることなく、その後の同期維持においても、同様に最大となる回数比較によって同期点を判定しつつ、同期維持処理を行うことができる。同期維持処理中に、送信側、又は受信側の発振器周波数の変動や、フェージング、ドップラー効果等による同期変動が含まれる場合は、そのズレを補正するように構成することも可能である。例えば、図2において説明したように、最大回数となるサンプリングタイミングがサンプリング周期の中央(T3)になるように調整すればよい。
When the timing at which the correlation value becomes maximum is detected, the value of any one of Σ0 to Σ5 of the counter 4 corresponding to the timing is increased by +1 (increment) (S5). Such processing is continued until the processing is completed for all of the synchronization preambles or the preset number of symbols (predetermined number of symbols) (S2 to S6), and when completed (S6, Yes), the counter of the current time It is determined whether or not the maximum value exceeds a preset threshold number (S7). If the maximum value is exceeded (S8, Yes), it is determined that the timing is a synchronization point (S9). The sampling timing is adjusted (slid) so that the maximum timing is located at the center of the sampling period (S10), the synchronization processing is performed, and the processing at that time is ended. On the other hand, when the maximum number of times does not exceed the threshold value in the process S8 (S8, No), it is determined that synchronization is not established and the process ends (S11), or the process returns to the process S1 and the same process is performed. Repeat.
That is, according to the symbol synchronization method of the present invention, a process of oversampling a received synchronization preamble or a known synchronization data pattern attached to a frame by a factor of n and a correlation for outputting n correlation values for the oversampling value. Processing, a maximum level detection process for selecting the maximum output value from the correlation process, a counter process for counting the number of times the correlation process output value reaches the maximum level, and a predetermined number of symbols A maximum level number comparison process for comparing the count value of the counter with a preset threshold number, and a synchronization timing determination process for determining that the timing corresponding to the counter exceeding the threshold number is a synchronization timing as a result of the comparison process; It is characterized by including.
Thus, according to the present invention, in the process of performing the synchronization determination, the relative comparison of the correlation value and the number of times of the maximum value are compared with the threshold number of times. Not included. Therefore, accurate synchronization acquisition is possible without requiring complicated processing for changing the threshold value in accordance with communication environment fluctuations. Furthermore, the synchronization maintaining process can be performed while determining the synchronization point by comparing the maximum number of times in the subsequent synchronization maintenance without stopping at the initial synchronization acquisition. When synchronization maintaining processing includes fluctuations in the oscillator frequency on the transmission side or the reception side, or synchronization fluctuations due to fading, Doppler effect, or the like, it is also possible to correct the deviation. For example, as described with reference to FIG. 2, the sampling timing that is the maximum number of times may be adjusted to the center (T3) of the sampling period.

以上、初期同期処理について説明したが、一旦同期捕捉が成功した後の同期追従については、同期用プリアンブルの代わりに各フレームに付加されている既知データであるフレーム同期ワード(FSW)を使用して、上記と同様の原理で制御を行うことができることは、既に説明したとおりである。一般的に、同期用プリアンブルは、非同期状態から同期を確保するために多くのシンボル数を含んでおり、配置される周期間隔も長いので、フレーム毎に付される既知データパターン、あるいは短周期で送信される同期用プリアンブル以外の既知データを使用して、同期追従、同期維持を図るのが合理的であろう。
また、上述した例では同期用プリアンブル1440シンボルを全て用いた場合を説明したが、必ずしもこの例に限定する必要はなく、ある程度の長さがあればよいので、一部分を使用する等、適宜、短縮することができる。
また、本発明においては、閾値回数を固定値にしても正確な同期検出が可能であることが一つの特徴であるが、更に、特許文献2に開示されているように、環境変化に追従して可変とすることもできる。この場合においても、本発明の装置、方式によれば積分器を必要とせず、回数を計数するカウンタで済むので、回路規模は従来と比して小さくすることができる。
As described above, the initial synchronization processing has been described. For synchronization tracking after successful synchronization acquisition, a frame synchronization word (FSW) that is known data added to each frame is used instead of the synchronization preamble. As described above, the control can be performed based on the same principle as described above. In general, the synchronization preamble includes a large number of symbols to ensure synchronization from an asynchronous state, and the arranged periodic interval is long, so that a known data pattern attached to each frame or a short cycle is used. It would be reasonable to achieve synchronization tracking and synchronization using known data other than the transmitted synchronization preamble.
In the above-described example, the case where all the synchronization preamble 1440 symbols are used has been described. However, the present invention is not necessarily limited to this example. can do.
In addition, in the present invention, one feature is that accurate synchronization detection is possible even if the number of thresholds is fixed. However, as disclosed in Patent Document 2, it also follows environmental changes. Can be made variable. Even in this case, according to the apparatus and method of the present invention, an integrator is not required, and a counter that counts the number of times is sufficient. Therefore, the circuit scale can be reduced as compared with the prior art.

以上、本発明について具体的に実施例を説明したが、本発明の実現においては、この例に限定することなく種々変形が可能である。例えば、本発明を適用可能な変調方式はFSKに限る必要はなく、あらゆる変調方式に適用可能であることは容易に理解できる。
また、本発明の実施に際しては、例に示したブロック図に限定することなく、夫々の処理を、CPUやDSP、所要のメモリ装置によって、デジタル処理することができる。例えば、複数のマッチドフィルタやカウンタは、DSPによる処理が好ましいであろう。更に、本発明のシンボル同期方法や制御方法をコンピュータが制御可能なOSに従ってプログラミングすれば、そのOSを備えたコンピュータを搭載した通信機において本発明を実施することができる。特に、近年の通信装置は、CPUやDSP、その他のデジタル処理装置を搭載したものが多いので、そのような既存の通信装置に本発明を実施するプログラムをインストールすることにより、本発明を実現することも可能であろう。
As mentioned above, although the Example was concretely described about this invention, in the implementation | achievement of this invention, a various deformation | transformation is possible, without being limited to this example. For example, the modulation scheme to which the present invention is applicable need not be limited to FSK, and it can be easily understood that the present invention can be applied to any modulation scheme.
In implementing the present invention, each process can be digitally processed by a CPU, a DSP, or a required memory device without being limited to the block diagram shown in the example. For example, a plurality of matched filters and counters are preferably processed by a DSP. Furthermore, if the symbol synchronization method and control method of the present invention are programmed according to an OS that can be controlled by a computer, the present invention can be implemented in a communication device equipped with a computer equipped with the OS. In particular, many recent communication devices are equipped with a CPU, DSP, or other digital processing device, so that the present invention is realized by installing a program for carrying out the present invention in such an existing communication device. It would also be possible.

1 マルチプレクサ、2 マッチドフィルタ(相関器)、3 第一の最大値選択器、4 カウンタ、5 第二の最大値選択器 1 multiplexer, 2 matched filter (correlator), 3 first maximum value selector, 4 counter, 5 second maximum value selector

Claims (4)

受信した既知のデータパターンに基づいて各シンボルの同期タイミングを検出するシンボル同期装置において、受信した既知データパターンをn倍でオーバーサンプリングする手段と、オーバーサンプリングして既知データパターンとの相関値を出力するn個の相関器と、前記n個の相関器出力値から最大レベルとなるものを選択する最大レベル検出手段と、前記n個の相関器に対応させて、夫々の相関器出力が最大レベルとなる回数を計数するn個のカウンタと、所定数のシンボルにおける前記n個のカウンタの計数値のうち最大の値を予め設定した閾値回数と比較する最大レベル回数比較手段と、この比較の結果、前記閾値の回数を超えたカウンタに基づいて同期タイミングを判定する同期タイミング判定手段と、を備えたことを特徴とするシンボル同期装置。   In a symbol synchronizer that detects the synchronization timing of each symbol based on a received known data pattern, a means for oversampling the received known data pattern by n times and outputs a correlation value between the oversampled known data pattern N correlators, a maximum level detecting means for selecting a maximum level from the n correlator output values, and each correlator output corresponding to the n correlators has a maximum level. N counters for counting the number of times, and maximum level number comparison means for comparing the maximum value among the count values of the n counters in a predetermined number of symbols with a preset threshold number of times, and the result of this comparison And synchronization timing determination means for determining synchronization timing based on a counter exceeding the number of times of the threshold, That symbol synchronization device. 請求項1記載のシンボル同期装置において、初期同期捕捉時の既知データパターンが同期用プリアンブル又は、その一部であり、同期後の同期追従時の既知データパターンが、各フレームに付加された既知データパターンであることを特徴とするシンボル同期装置。   2. The symbol synchronization apparatus according to claim 1, wherein the known data pattern at the time of initial synchronization acquisition is a synchronization preamble or a part thereof, and the known data pattern at the time of synchronization tracking after synchronization is added to each frame. A symbol synchronizer characterized by being a pattern. 受信した既知のデータパターンに基づいて各シンボルの同期タイミングを検出するシンボル同期方法において、受信した既知データパターンをn倍でオーバーサンプリングする処理と、オーバーサンプリング値に対するn個の相関値を出力する相関処理と、前記相関処理による出力値から最大レベルとなるものを選択する最大レベル検出処理と、前記相関処理出力値が最大レベルとなる回数を計数するカウンタ処理と、所定数のシンボルにおける前記カウンタの計数値のうち最大の値を予め設定した閾値回数と比較する最大レベル回数比較処理と、この比較処理の結果、前記閾値の回数を超えたカウンタに基づいて同期タイミングを判定する同期タイミング判定処理と、を含むことを特徴とするシンボル同期方法。   In a symbol synchronization method for detecting the synchronization timing of each symbol based on a received known data pattern, a process of oversampling the received known data pattern by n times and a correlation for outputting n correlation values for the oversampling value Processing, maximum level detection processing for selecting the maximum level from the output value by the correlation processing, counter processing for counting the number of times the correlation processing output value reaches the maximum level, and the counter of the counter for a predetermined number of symbols A maximum level number comparison process for comparing the maximum value among the count values with a preset threshold number, and a synchronization timing determination process for determining a synchronization timing based on a counter exceeding the threshold number as a result of the comparison process; The symbol synchronization method characterized by including. 請求項3のシンボル同期方法において、初期同期捕捉時の既知データパターンが同期用プリアンブル又は、その一部であり、同期後の同期追従時の既知データパターンが、各フレームに付加された既知データパターンであることを特徴とするシンボル同期方法。   4. The symbol synchronization method according to claim 3, wherein the known data pattern at the time of initial synchronization acquisition is a synchronization preamble or a part thereof, and the known data pattern at the time of tracking following synchronization is added to each frame. A symbol synchronization method characterized by:
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