JP2010535452A - 受信機の同期をとるための方法および装置 - Google Patents

Abstract

様々な実施形態は、一般に、受信機の同期をとるための方法に関し、前記方法は、巡回エクステンションを含むストリームを受信することと、巡回エクステンションのサイズを推定することと、推定されたサイズに従ってストリームの量を抽出することと、抽出された量をストリームと比較し、それによってシンボル開始点を含む可能性があるストリームの一部分を決定することとを含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２００７年７月３１日に出願された米国仮特許出願第６０／９５２，９９９号の利益を主張するものである。

本発明は、通信の分野に関し、より詳細には、巡回エクステンションまたは同様のタイプの時間領域サンプルの反復をもつシンボルを利用するシステムにおいて使用するように適合された受信機に関する。

通信システムは、一般に、受信機において同期を行う機構を必要とする。そのような機構は、特に、デジタル・ビデオ放送（ＤＶＢ）システム、いくつかのワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク、デジタル無線システム、電力線通信ならびに他のシステムの文脈内で使用される、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、すなわち、Ｎ個の並列副搬送波上でデータを伝送するための通信方式に必要とされる。

長さＬ＝Ｎ＋ＧのＯＦＤＭシンボルは、ＯＦＤＭ変調器から発生するＮ個の（複素）時間領域サンプル、ならびに長さＧの巡回エクステンションからなる。巡回エクステンションは、末尾および／または先頭から取り出され、Ｎ個のサンプルに先行および／または後続して配置される、Ｎ個のサンプルの一部分である。巡回エクステンションは、１つのＯＦＤＭシンボルを別のＯＦＤＭシンボルと区別する際の補助として利用され、ならびにシンボル間干渉（ＩＳＩ）および他の望ましくない伝搬効果を緩和するためのガード・インターバルとして機能する。

ＯＦＤＭシンボルが何らかの有用な情報を与えるために、ＯＦＤＭ受信機はＯＦＤＭシンボルを区別することができなければならない。ＯＦＤＭシンボルの開始点を決定するために、通常、相関技法が使用される。しかしながら、ＤＶＢ−Ｔシステムを含む、いくつかの通信システムでは、ＯＦＤＭシンボルの正確な長さは受信機に知られていない。シンボルの長さを決定し、その位置を推定する一般的な方法は、あるシンボル長を推測し、受信信号の相関を実行し、相関が時間とともにどのように変化するかを確かめることである。相関がしきい値レベルを超えて増加した場合、ＯＦＤＭシンボルが発見されたと見なされる。最終的に成功する可能性はあるが、このブルート・フォース（ｂｒｕｔｅ ｆｏｒｃｅ）方法は、時間がかかり、様々な誤差源の影響を受けやすい。その上、これらのランダムな推量は、妥当な時間中に十分な結果をもたらさないこともある。

様々な実施形態は、一般に、巡回エクステンションまたは同様のタイプの時間領域サンプルの反復をもつシンボルを検出する受信機の同期をとるための方法であって、シンボルのシーケンスを含むストリームを受信するステップと、シンボルのサイズを推定するステップと、巡回エクステンションの推定されたサイズに従ってストリームの量を抽出するステップと、抽出された量をストリームと比較し、それによってシンボル開始点を含む可能性があるストリームの一部分を決定するステップとを反復的に実行することを含む方法に関する。

本発明の教示は、添付の図面とともに以下の詳細な説明を検討することによって容易に理解できる。

当技術分野で知られている例示的なシンボル構成の図である。 同期を実行するために巡回エクステンションをもつシンボルを利用する復調器の例示的なアーキテクチャのフロントエンドのブロック図である。 様々な実施形態を実施するための方法を示す図である。 様々な実施形態を理解するのに有用な相関プロットを示す図である。 様々な実施形態を理解するのに有用な相関プロットを示す図である。 様々な実施形態を理解するのに有用な相関プロットを示す図である。 様々な実施形態を理解するのに有用な相関プロットを示す図である。 様々な実施形態による例示的な反復的相関スタッキングを示す図である。 様々な実施形態による例示的な反復的相関スタッキングを示す図である。 変動する長さのシンボルが検出される受信機での実装に適した、シンボル同期モジュール４００のブロック図である。 時間遅延多重移動相関平均（ｔｉｍｅ−ｄｅｌａｙｅｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｍｏｖｉｎｇ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｖｅｒａｇｉｎｇ）（ＴＤ−ＭＭＣＡ）モジュールの概略ブロック図である。 一実施形態によるＴＤ−ＭＭＣＡモジュールのブロック図である。 図６ＡのＴＤ−ＭＭＣＡモジュールに対する様々な遅延値の平均化ウィンドウを示す図である。

理解を容易にするために、可能な場合、各図に共通の同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用している。

様々な実施形態について、主に、巡回エクステンションを利用する直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号を検出しながら受信機の同期を達成するという文脈内で説明する。ただし、本明細書で説明する様々な実施形態は、送信が副搬送波ごとに個別にチャネル状態に適合されるＯＦＤＭベースの通信を示す、（限定はしないが）離散マルチトーン（ＤＭＴ）変調を含む同様の信号タイプを検出することにも等しく適用可能であることが十分に企図される。この変調方式を使用するシステムの例はＶＤＳＬである。

図１Ａに、説明する様々な実施形態を理解するのに有用な、当技術分野で知られている例示的なＯＦＤＭシンボル構成１００を示す。長さＬ＝Ｎ＋Ｇのシンボル構成１００は、ＯＦＤＭ変調器から発生するＮ個の（複素）時間領域サンプル１０１、ならびにサンプル・シーケンス１０１の部分１０４および１０２と同一の、巡回プレフィックス部分１０８および巡回サフィックス部分１０６を含む。サンプル部分１０１のそれぞれの側の組み合わされた巡回プレフィックス部分１０８と巡回サフィックス部分１０６は、集合的に、長さＧの巡回エクステンションを構成する。連続する部分１０８および１０２は部分１０４および１０６と同一である。ただし、シンボル構成１００は一例として与えたものにすぎず、論じる様々な実施形態は、シンボル構成１００と同じ厳密な構成を有するシンボルのみを処理することに限定されると考えるべきではないことを強調しなければならない。そうではなく、情報搬送部分および巡回エクステンションの等価な一般的構成を有する任意のシンボルを含む、構成１００以外の他のさらなるシンボル・タイプを、その基本原理に従い、その基本原理を逸脱することなしに処理することができる、様々な実施形態が等しく想定される。

図１Ｂに、ＯＦＤＭまたはＤＭＴ信号など、様々な実施形態によるシンボル同期を実行するために巡回エクステンションを利用する信号の処理に適した、例示的な受信機１１０のフロントエンドのブロック図を示す。特に、受信機１１０は、情報搬送ＯＦＤＭ信号を検出（すなわち、受信）し、その信号上の同相／直交位相（Ｉ／Ｑ）ベースバンド変調信号を抽出する。

例示的な受信機１１０は、ベースバンド回復／調整モジュール１２０と、同期モジュール１３０と、復調／ペイロード抽出モジュール１４０とを含む。ベースバンド回復／調整モジュール１２０は、検出された信号を受信し、（複素）Ｉ／Ｑ信号にダウンコンバートする。このステップは、フィルタリング、補間および量子化など、さらなる動作を含むことができる。調整された信号は、次いで同期モジュール１３０によって処理される。論じる様々な実施形態は、同期モジュール１３０などのシステムによって実施可能なプロセスを対象とするが、本明細書で開示する基本原理を逸脱しなければ、同様の機能を実行するどんなシステムも利用することができる。

同期モジュール１３０は、シンボル同期モジュール１３２と巡回エクステンション削除モジュール１３４とを含む。シンボル同期モジュール１３２はシンボルの長さおよび位置を決定し、それによって受信機の同期を行う。巡回エクステンションは、その長さおよび位置が特徴づけられると、巡回エクステンション削除モジュール１３４によって削除されて、シンボルの情報搬送部のみが残り、これが復調／ペイロード抽出モジュール１４０によって抽出される。モジュール１４０は、一般に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、さらに、搬送周波数推定および補正、ならびにポストＦＦＴ等化およびペイロード抽出を行うことができる。モジュール１４０は、モジュール１２０中の補間器にフィードバックされるサンプリング周波数オフセット推定を実行することもできる。

一般に、シンボルの長さは初期捕捉時に受信機に知られておらず、長さは時間とともに変化する。しかし、シンボルの長さは限られた数の値しかとらないことが知られている（すなわち、受信機が認識している）場合がある。シンボル同期モジュールの仕事は、ＯＦＤＭ（または他のタイプの）シンボルの長さおよびその相対位置を自動的に検出することである。様々な実施形態では、相関を利用して、シンボルの開始時間を決定する。

例示的な一実施形態では、ＯＦＤＭシンボルは長さＬ＝Ｎ＋Ｇを有し、Ｎはシンボルの情報搬送部の長さであり、Ｇは巡回エクステンションの長さを示す。所与の時間に、Ｎは、許容値

（以下、Ｎ’と記述する）の組のうちのいずれか１つとすることができる。相応して、Ｇは、可能な値

（以下、Ｇ’^（Ｎ）と記述する）の組のうちのいずれか１つとすることができる。たとえば、デジタル・ビデオ放送地上波（ＤＶＢ−Ｔ）システムでは、Ｎ’＝｛２０４８，８１９２｝であり、シンボル長Ｎに対する巡回エクステンションの比は｛１／３２，１／１６，１／８，１／４｝の要素である。したがって、Ｎ＝２０４８の場合、Ｇ’^（Ｎ）＝｛６４，１２８，２５６，５１２｝であり、Ｎ＝８１９２の場合、Ｇ’^（Ｎ）＝｛２５６，５１２，１０２４，２０４８｝である。これは、ＤＶＢ−Ｔシステムにおけるシンボル長が、組

（以下、Ｌ’と記述する）がＬ’＝｛２１１２，２１７６，２３０４，２５６０，８４４８，８７０４，９２１６，１０２４０｝のいずれかの要素であることを暗示する。

一実施形態では、ＯＦＤＭ復調器のサンプリング・レートは所与の確度内で知られている。基本概念を紹介する目的で、最初に、ＮおよびＧが固定長を有するアルゴリズムについて説明する。説明する他の実施形態には、任意の長さＮおよび／またはＧを含むシンボルの検出のための実施形態が含まれる。本例では、（実数または複素）サンプルのストリームを｛ｙ_ｔ｝で表し、サンプルＬ＝Ｎ＋Ｇの量は、信号を再構成するのに十分であり、したがって、この例では、オーバーサンプリングを仮定しないことを示す。説明する他の実施形態は、オーバーサンプリング・シナリオと再サンプリング・シナリオの両方に適用可能である。一実施形態では、特定の有害なパラメータ（ノイズ、マルチパスなど）が比較的低い場合、シンボルの位置が正確に決定されたかどうかを判断するために必要なサンプルがより少なくて済むように、ノイズ・レベルならびにマルチパスなどの他の伝搬効果を判断する。

サンプル｛ｙ_ｔ｝のストリームのうち、第１の受信信号はｙ_０である。時間ｔで要素ｙ_ｔ−Ｌ．．．ｙ_ｔ−１を保持する長さＬ＝Ｎ＋Ｇのバッファはゼロで初期化され、すなわち、−Ｌ≦ｔ＜０の場合、ｙ_ｔ＝０である。様々な実施形態の基本目的は、２つの信号シーケンス・セグメント（最大長さＧ）が実質的に同一かどうかを判断するために、Ｎ個のサンプルによって時間遅延された信号と着信信号との間の相関ｃ_ｔを確認することである。すなわち、ｃ_ｔは、

のように表すことができ、ｙ^＊ _{ｔーＮーｇ}は、ｙ_{ｔ−Ｎ−ｇ}の複素共役を示す。すなわち、要素ｃ_ｔは、一般に、

のように表すことができる。

上述の相関は、複数のシンボルに対して（たとえば、継続的に連続して）複数回実行できる。期間Ｌ＝Ｎ＋Ｇにわたって蓄積する相関値は、長さＬのスタッキングされた相関ベクトルｓとして記憶され、ｒ個のスタッキングされた相関の後の係数ｓ_ｌ ^（ｒ）は、一例として

によって与えられ、αは重み係数である。α＝１の場合、各相関値の完全な値は前の値に追加（スタッキング）される。説明する様々な実施形態では、α＝１ならば、不利なチャネル状態下で最高のパフォーマンスが得られ、常にまたはほとんどの場合、α＝１を維持することが望ましい。しかし、αは、すべての連続するスタッキング動作にわたって静的なままである必要はない。すなわち、αは、たとえば、古い相関の影響が時間とともに消滅するように、設定または調整できる。一実施形態では、あらゆる新しいスタッキング手順の初期化時に、ベクトルｓ^（（））のすべての要素を０に設定する。しかし、すべての過去の相関値の影響を完全に緩和しないように、αを特定の値０＜α＜１に調整することによって、ベクトルｓを（部分的に）リセットまたは再初期化することができることも想定される。

一実施形態では、シンボルの正しい開始位置の決定をさらに補助するために、スタッキングされた相関ベクトルの要素について平均エネルギー係数を決定する。平均エネルギー係数Ｅ^（ｒ）は、たとえば、

のように指定される。スタッキングされた相関ベクトルｓ^（ｒ）の値θ^（ｒ）の最大値も、その長さＬにわたって決定され、これは、たとえば

のように表すことができ、演算子「ａｒｇ ｍａｘ」は、最大値に関連する引数または要素インデックスを示す。

Ｅ^（ｒ）およびθ^（ｒ）を利用して、相関「ピーク」の幅を決定する。ゼロよりも大きい幅を有する「ピーク」が存在する場合、それを「プラトー」と呼ぶことがある。一実施形態では、最初に２つの整数ｌ_１およびｌ_２を決定するアルゴリズムによってプラトーの「幅」を決定し、すべての０≦ｑ_１≦ｌ_１の場合は、

であり、すべての０≦ｑ_２≦ｌ_２の場合は、

であり、「ｍｏｄ」はモジュロ演算子を示す。その後、

によって「ピーク」のエネルギーを決定する。式（６）および（７）において、Ｅ^（ｒ）の平方根を正確に計算する必要はないことに留意されたい。実施形態によっては、多くの場合、適切な大きさの近似値、または容認できる誤差限界を生じる好適な他のしきい値で十分である。

一実施形態では、所与のＮおよびＧのしきい値Ｔ^{（Ｎ，Ｇ）}を下回ると、Ｅ_ｐｅａｋ ^（ｒ）の値が、相関ベクトルの残部に対して、巡回エクステンションの位置が確立されたことを示すのに十分なエネルギーを有しないと考えられるように、Ｔ^{（Ｎ，Ｇ）}を予め定義する。すなわち、

である。スタッキング手順は、Ｅ_ｐｅａｋ ^（ｒ）の値がＴ^{（Ｎ，Ｇ）}に等しいかそれを上回る値に達し、巡回エクステンションの位置が確立されたこと、すなわち、

であることを示すまで続く。一実施形態では、ｌ_１≒ｌ_２と仮定すると、不等式（１０）の条件が満たされることは、次の最も可能性のある開始位置がθかまたはその付近であること（および受信機の同期が確立できる／確立したこと）を示す。他の場合、予想される開始位置は、θ＋（ｌ_２−ｌ_１）／２、または相関値がＴ^{（Ｎ，Ｇ）}を上回る領域の中央付近であると仮定される。

したがって、式／不等式（１）〜（１０）から、図１Ｂの同期モジュール１３０などの同期モジュールは、一実施形態では、Ｌ個の入力サンプルを記憶するバッファを使用して実装でき、一方、サイズＬの対応するバッファは、スタッキングされた相関値を同時に（たとえば、実質的に同時に）記憶するということになる。たとえば式（１）に示すように、一連の相関係数ｃ_ｔを、２つの乗算器を利用して効率的に計算することができる。ｃ_ｔの得られた値は、スタッキングされた相関値ｓ_ｌ ^（ｒ）を更新するために使用され、ｌ＝ｔ ｍｏｄ Ｌ、およびｒ＝［ｔ／Ｌ］であり、すなわち、ｒは、ｔ／Ｌ以下の最も大きい整数である。新しいスタッキング・レベルｒごとに、エネルギーに対する補助パラメータＥ^（ｒ）およびθを同時に計算することができる。

要約すると、式（１）〜（１０）によって表される例示的なアルゴリズムは、巡回エクステンションのサイズおよび位置を検出するために、設定可能な数の相関ベクトルをスタッキングする。「観測ウィンドウ」（たとえば、ＮおよびＧの推定サイズ）は、シンボル長のすべてまたはいくつかの可能な組合せを予め定義された順序で検査するように構成される。後で様々な実施形態に関して、これがＮおよびＧの１つの特定の選択に対して一度に、またはそのすべての可能な値に対して同時に実行できることを示す。スタッキング・アルゴリズムは、相関ピークを増幅し、平均化によってノイズおよび他の望ましくない伝搬効果を緩和する。ピークが十分に明確になると、シンボル同期は達成される。すなわち、シンボルの長さおよび巡回エクステンションの位置が検出されたと見なされ、得られた情報を、さらなる処理のために巡回エクステンション削除モジュールにパスすることができる。

スタッキングされる相関ベクトルの数を調整することによって、様々な実施形態は、シンボル間干渉（ＩＳＩ）やマルチパス歪みなどの不利なチャネル状態下で非常に頑強であることが示されている。マルチパス環境では、受信機は、相関ピーク幅を広げる、各ＯＦＤＭ（またはＤＭＴなど）シンボルのいくつかの遅延されたコピーの加重和である信号を検出する。一実施形態では、アルゴリズムは、対応するサンプルが巡回エクステンションのサンプル点の加重和である位置を見つけるために相関ピークの幅を測定し、マルチパスのインスタンスを特定する。

前述のように、式／不等式（１）〜（１０）は、ＮおよびＧの固定値に対して受信機の同期を達成するためのアルゴリズムを表す。図２に、（限定はしないが）図１Ｂの同期モジュール１３０などの同期モジュール、または同様の機能を実行する任意のデバイスにおける実装に適した、例示的な方法２００のブロック図を示す。方法２００は、式／不等式（１）〜（１０）によって表されるプロセスの拡張を表し、ＮおよびＧが固定でないインスタンスにおいて受信機の同期を可能にする。方法２００は、図４〜図６に関して論じる様々な実施形態について説明する際にも有用であろう。

方法２００はブロック２１０で開始し、ブロック２２０に進み、未知の長さＮおよびＧを有するサンプルのストリームを受信する。ブロック２３０で、ＮおよびＧの複数の可能な長さに従って受信ストリームからの複数のそれぞれのサンプル量を抽出する。次いで、ブロック２４０で、ＮおよびＧの可能な長さに従って抽出された複数のサンプル量を（たとえば、式／不等式（１）〜（７）を利用して）同時にサンプルの受信ストリームと比較する。様々な実施形態では、図３Ｅおよび図３Ｆに関してより詳細に説明するように、ブロック２５０における「比較」は、ＮおよびＧが特定されるまで、または他の時間期間、抽出されたサンプルと受信されたサンプルとの間の相関係数を反復的にスタッキングすることを含む。ブロック２５０で、巡回エクステンションを含む可能性がある受信ストリームの一部分が特定されたかどうかを判断するために、ブロック２４０で実行された比較の結果を（たとえば、不等式（７）〜（１０）を利用して）調査する。巡回エクステンション位置が正しく特定された場合、ステップ２３０および２４０でＮおよびＧの複数の可能な値うちのどれが抽出され、比較されたかを調査することによって、ＮおよびＧの長さは本質的に知られ、位置が特定されることになる。方法２００は、次いでブロック２５５に進み、ブロック２５０で巡回エクステンション位置（ならびにＮおよびＧの値）を特定することができた場合、受信機の同期は達成され、本方法はブロック２６０で終了する。（たとえば、ノイズおよび／または他の不利なチャネル状態のために）巡回エクステンション位置ならびにＮおよびＧの後続の値を特定することができなかった場合、方法２００はステップ２２０に戻る。すなわち、ＮおよびＧの値が決定され、受信機の同期が達成されるまで、方法２００は反復的に繰り返す。

可能な長さＮおよびＧの複数のサンプル量を同時に抽出し、受信ストリームと比較することによって、方法２００は、ＮおよびＧの長さを「推測」し、同期動作を連続して実行することに基づく、時間がかかる同期方法の必要をなくす。そうではなく、方法２００（および図４〜図６に関して論じるハードウェア）は、同期機能を並列に実行する機能を与える。しかし、同期機能を実行するために利用される方法および関連するハードウェアは、本明細書で説明する全体的な原理を逸脱しなければ、部分並列または順次方式で同期を実行するように適合できることも企図される。

様々な実施形態では、シンボルの境界が検出されたと見なされると、さらなる動作がモジュール１４０によって実行できることが企図される。これらのモジュールはモジュール１３０へのフィードバックを行うことができる。正しい同期が実際に得られた場合、ＦＦＴを正常に実行し、等化し、ペイロードを抽出する可能性がある。一方、同期が得られなかった場合、モジュール１４０で信号を処理するときに、ペイロード抽出が不可能であることが明らかになり、方法２００を実行するかまたは繰り返さなければならない。

様々な実施形態では、同期が得られた後、方法２００全体を実行するのではなく、受信ストリーム中の得られた巡回エクステンション位置を監視すれば十分であることも企図される。そのような監視のために、方法２００を実行するために利用されるのと同じハードウェアの一部分を利用することができ、残りの部分は「スリープ」またはスタンバイモードに入れられ、同期が失われたとき「起動（ｗａｋｅ−ｕｐ）」することができる。

図３Ａ〜図３Ｃに、巡回エクステンションの位置が見つかる可能性があり、相関が最大値またはその付近にある、サンプルの受信ストリームの部分にわたる時間ｔの関数として（所与の推定巡回エクステンション・サイズＧに対する）、すべての相関係数ｃ_ｔの（スタッキングされた）和の絶対値をプロットした図を示す。（たとえば、図２のブロック２３０および２４０の）予測的巡回エクステンション長選択の確度に応じて、相関曲線は、正確な相関を示す識別可能なピーク３１０か、またはマルチパスや、所与のＮについて受信ストリームと相関しているＧの誤った値などのファクタによって生じた不正確な相関を示す広いもしくは狭いプラトー３２０部分のいずれかを含む。

図３Ａに、（たとえば、図２のブロック２２０の）正確に推定された巡回エクステンション・サイズの実例を示す。前記正確な選択は、図３Ａで、ピークまで増大する上昇ランプ関数３０２と、後続の続くピークから減少する下降ランプ関数３０４とを示す相関曲線３００_Ａによって特徴づけられる。ランプ関数のピーク３１０は最大相関を示し、したがって、シンボル開始点の見込み位置３０５を示す。

不正確に選択された巡回エクステンション・サイズ（および／または不利なチャネル状態）の場合、図３Ｂおよび図３Ｃに示すような相関曲線３００_Ｂおよび３００_Ｃが生成される。具体的に言うと、相関曲線３００_Ｂまたは３００_Ｃは、上昇ランプ関数３０２、後続のプラトー３２０、さらに下降ランプ関数３０４を示す。巡回エクステンションの見込み位置３０５はプラトーの中央である。プラトーは、不適当に選択された巡回エクステンション・サイズが使用された場合に達成される偏相関に関係する。プラトーの幅は、選択された巡回エクステンション・サイズと実際の巡回エクステンション・サイズとの間の整数倍差に関係する。スタッキングされた相関ベクトルｓ上のエネルギーＥ^（ｒ）の和に対して、プラトーの幅は、前述のように、式（４）または他の好適な手段に関して説明した計算などの計算を実行することによって得られる。図３Ｂに示すプラトーなどの比較的広いまたは広範囲のプラトーは、実際の巡回エクステンション・サイズに近くない選択された巡回エクステンション・サイズを示すが、図３Ｃに示すプラトーなどの比較的狭いプラトーは、実際の巡回エクステンション・サイズに近い選択された巡回エクステンション・サイズを示す。

しかしながら、巡回エクステンション・サイズおよび位置が正確に決定されたかどうかを確認するためのしきい値基準（たとえば、図３Ａ〜図３Ｃなどにおける相関値）が必ずしも絶対パラメータではないことは、十分に想定される。様々な実施形態では、たとえば、不利なチャネル状態（ノイズ、フェージングなど）または信号重複などを生じる信号包絡線整形手段（ウィンドウ処理など）のために、図３Ａの相関曲線または他の好適なインジケータなど、「完全」な巡回エクステンション・サイズ／位置選択の指示を得ることが不可能な場合がある。したがって、多数の実例での選択は、必ず「完全」な実例の代わりに、指示（たとえば、相関）値の適宜に定義された範囲内で行われたと適切に見なすことができる。

図３Ａ〜図３Ｃは、説明のために与えるものであり、前述のように、長さＧの、巡回エクステンション位置の中心の周りのみのスタッキングされた相関値しか含まないことに留意されたい。式（１）〜（３）に関して、実際に実施されるときの様々な実施形態は、サンプル長Ｎと巡回プレフィックス長Ｇの両方にわたる相関およびスタッキングを含めて、全シンボル長Ｌにわたって相関を実行することと、値をスタッキングすることとを含む。実際の実装では、本明細書で説明する得られた相関曲線は、同じく図３Ａ〜図３Ｃに示されていないノイズおよび／または他の不利なチャネル状態を含むことがある。図３Ｄに、複数のシンボル長Ｌにわたってとられ、不利なチャネル効果の例を含む、様々な実施形態による例示的な相関曲線３００_Ｄを示す。相関曲線３００_Ｄは、シンボル長Ｌによって区切られたサンプルのストリーム中の巡回プレフィックスの見込み位置３０５を中心とする（図３Ａに関して定義される）一連の周期的なピーク３１０を示す。各ピーク３１０間には、シンボルＬの非巡回エクステンション（Ｎ）部分にわたって発生する領域３３０があり、そこでは、相関は、ゼロに向かうか、またはピーク３１０に比較して最小になる。これが発生するのは、様々な実施形態では、ＮおよびＧのペイロード（データ成分）が一般に互いにランダムに相関し、それによって（図３Ｅおよび図３Ｆに関してさらに詳細に説明する）これまでに論じたスタッキング手順が小さい値を生成する傾向をもつようになるためである。しかしながら、チャネル中のノイズおよび干渉、ならびに／あるいはシンボルの部分におけるＮとＧの間の偶然の相関のために、巡回エクステンション位置を示さない最小ピーク３３５が領域３３０内に依然として現れることがある。

様々な実施形態では、シンボル開始位置が発生しない位置に発生すると仮定された場合、ランダムデータはＮ個の位置だけ離れたところで相関することになる。一方、正しい開始位置からＧ個の位置よりも離れていない場合、三角形状の相関が発生し始め、これは正しい位置で最大になる。マルチパスおよびノイズの場合、相関の形状はより不明瞭になることがある。図３Ｆに示すように、チャネル状態が不利な場合、様々な実施形態では、認識可能なピークを形成するために相関係数スタッキングを利用する。さらに、マルチパスの効果が認められる。正しい値のＮと、誤った（たとえば、小さすぎる値の）Ｇがある場合、重複がより長くなるので、第１の反復の後の相関パターンにおいてより長いプラトーが生成されることになる。しかしながら、Ｌ＝Ｎ＋Ｇであるので、次の台形は第１の台形と整列しない。

図３Ｅおよび図３Ｆに、図３Ｄに関してよりもさらに詳細に論じる反復的相関スタッキングの例を示す。図３Ｅはスタッキング反復プロファイル３５０を含み、図３Ｆはスタッキング反復プロファイル３６０を含む。いくつかの実施形態では、スタッキング反復プロファイル３５０および３６０は、図２の方法２００のブロック２４０および２５０に関して論じた「比較」プロセスの例を表す。スタッキング反復プロファイル３５０は、大幅に歪んだチャネルで実行されるスタッキング反復１〜５（それぞれ３５１〜３５５）を含む。すなわち、チャネルのノイズ・レベルは非常に著しいが、この状況ではマルチパスはない。スタッキング反復プロファイル３５０は、初期スタッキング反復３５１で表される相関ピークを示し、たとえば、式（３）のように、各連続反復３５２〜３５５にわたって鋭くなるピークをもつ。

一例として、スタッキング反復３５１〜３５５ごとに、約Ｌ個のサンプルにわたって、方法２００のブロック２４０の抽出されたサンプル量と受信したサンプル量との間で相関が実行される。所与の相関反復の後、十分に強い（たとえば、式（１０）を満たすのに十分な）ピーク３１０の位置が見つからない場合、相関を繰り返し、それらの後続の相関値を各先行する値の上に（累積的に）スタッキングして、存在する可能性があるが、不利なチャネル状態または他の理由により十分に顕著でなかった相関を増幅する。

相関は存在するが、劣悪なチャネルのために抑制された場合、ピーク３１０は、たとえば、３５１と比較したピーク３５２のように、後続の反復のスタッキングの後に増大する。様々な実施形態では、ピーク３１０が特定の数のスタッキング反復の後に増大しない場合、巡回エクステンションの見込み位置３０５の位置を特定できなかったと推論することができる。この状況では、スタッキング動作をリセットするか、および／またはすべての値がまだ同時に評価されていなかった場合、ＮおよびＧの他の可能な値を検討する。

スタッキング反復プロファイル３６０はプロファイル３５０と同様であるが、現実的なチャネル状態であるチャネル・マルチパスの存在下で行われている反復的スタッキングを示す。スタッキング反復プロファイル３５０と同様に、スタッキング反復プロファイル３６０はスタッキング反復１〜５（それぞれ３６１〜３６５）を含む。ただし、反復３５１〜３５５に比較して、反復３６１〜３６５の相関ピークはマルチパスのために拡大されている。しかし、反復的スタッキングは各反復とともにピークの定義を改善し、そのような状態の存在下でも相関の明瞭な指示を与える。スタッキング反復プロファイル３６０は、適切な巡回エクステンション選択が行われたかどうかを確認するために、式（９）および（１０）に関して論じた手順などの手順を利用することができる例である。

図４に、変動する長さＬ＝Ｎ＋Ｇのシンボルが検出される受信機での、図１Ｂの同期モジュール１３０などの同期モジュールとしての実装に適した、例示的な同期モジュール４００のブロック図を示す。前述のように、Ｎは、任意の時間に許容値Ｎ’の組のうちのいずれか１つをとることができるシンボルの情報搬送部の長さを示し、Ｇは巡回エクステンションの長さを示す。ＯＦＤＭ信号ｙ_ｔは、複数の異なる値Ｎ∈Ｎ’をとるために、変動する長さＢ^（１）、Ｂ^（２）、およびＢ^（３）のバッファ記憶要素４１０^{（１〜３）}を含む、同期モジュール４００に入る。複数の直列バッファ記憶要素４１０^{（１）〜（３）}は、信号ｙ_ｔが様々なそれぞれの遅延で利用可能であるように構成される。信号ｙ_ｔは、実数または複素信号とすることができ、いくつかの実施形態では、ＦＦＴに利用されるよりも低い分解能で記憶できる。相関値計算（ＣＶＣ）ユニット４２０は、Ｎ∈Ｎ’の値ごとに、サンプリングされた信号値ｙ_ｔとｙ_ｔ−Ｎを相関させる。

一例として、同期モジュール４００は、Ｎが、Ｎ_１＜Ｎ_２である２つの許容値（たとえば、｛Ｎ_１，Ｎ_２｝）を有すると仮定される一実施形態を示す。ただし、様々な実施形態は、全体として、本例によって、Ｎが２つの許容値のみを有するものと限定的に解釈すべきではない。そうではなく、Ｎ（ならびにＧ）が任意の値をとることを可能にする様々な実施形態が十分に企図される。ＣＶＣユニット４２０に正しい遅延を与えるために、同期モジュール４００は、（一例として）長さＮ_１を有するＢ^（２）を含み、Ｎ_２＝Ｂ^（１）＋Ｂ^（２）＋Ｂ^（３）である。本明細書の教示を受けた当業者なら、任意の長さＬ＝Ｎ＋Ｇを有するシンボルの処理を可能にするために、代替のバッファ長Ｂ^（１）、Ｂ^（２）、Ｂ^（３）．．．Ｂ^（ｉ）を実装し、組み合わせることができることを容易に諒解するであろう。様々な実施形態では、バッファ長（Ｂ^（１）＋Ｂ^（２）＋Ｂ^（３）．．．＋Ｂ^（ｉ））の総和を、一般に（必ずしもそうではないが）、図４のようにＮ’の可能な最大の値となるように選択することができる。

各ＣＶＣユニット４２０の出力は、時間遅延多重移動相関平均（ＴＤ−ＭＭＣＡ）４３０モジュールによって処理される。一実施形態では、ＴＤ−ＭＭＣＡモジュール４３０は、特に所与の値のＮおよびＧ’^（Ｎ）を処理するように設計されており、式／不等式（１）〜（１０）に関して前述したように、Ｇは、Ｇ∈Ｇ’^（Ｎ）であるようにＧ’^（Ｎ）に関係する。ＴＤ−ＭＭＣＡモジュール４３０のそれぞれの出力は制御ユニット４４０によって処理され、制御ユニット４４０は、同期が達成されたことを示す出力信号を与え、（たとえば、モジュール１３４および１４０または他の好適なデバイスを介して）巡回エクステンションを除去し、シンボルの情報搬送部を処理することができる。シンボルの情報搬送部の検出された長さＮは後続のモジュールに伝達される。

図５に、図４のＴＤ−ＭＭＣＡモジュール４３０としての実装に適した、ＴＤ−ＭＭＣＡモジュール５００の例示的な一実施形態のブロック図を示す。ＴＤ−ＭＭＣＡモジュールは、ＣＶＣユニット４２０から、Ｎ∈Ｎ’の値ごとのすべての相関する信号ｙ_ｔとｙ_ｔ−Ｎの相関値を受信し、ピーク相関を特定する。次に、ＴＤ−ＭＭＣＡモジュール５００によって処理されるサンプルごとの相関係数ｑ_ｔが（式（１）よりも）一般的な項で定義され、

となり、ｆ_ｑは、サンプルごとの相関関数を示す。Ｇが未知であるシンボルが検出されているので、巡回エクステンション長の値Ｇはもはや、時間シフトされた関数ｙ_ｔ−Ｎの初期引数として含まれないことに留意されたい。式（２）と同様に、要素ｑ_ｔは、一般に

として表すことができる。ただし、ｆ_ｑは、

として表すこともでき、ただし、式（１３）は、最大値ではなく最小相関を戻す。

これまでに述べた相関パラメータ以外に、他のおよびさらなる相関パラメータも利用できることが十分に企図される。相関関数は、たとえば３つ以上の引数を備え、該当する実施形態では、結果の分解能が低減される。特定の適用例によっては、様々な実施形態はまた、システムパフォーマンスの著しい損失をもたらさなければ、（たとえば、バッファ・サイズを低減することによる）数値精度の低減を許容することができる。したがって、一般的な範囲を逸脱しなければ、抽出されたサンプル量を着信信号と比較するどんな好適な手段も実行できることが諒解されよう。

ＴＤ−ＭＭＣＡモジュール５００は、相関する信号ｙ_ｔ−Ｎのすべての可能な遅延を集合的に処理するために、変動するそれぞれの遅延Ｄ^（−２）．．．Ｄ^（２）の複数のバッファ５１０^（−２）．．．５１０^（２）を含む。一般に（必ずしもすべての場合ではないが）、ｑ_ｔが決定されるとすぐに、要素ｙ_ｔ−Ｎを廃棄することができる。したがって、バッファ５１０は、様々な実施形態では、少なくともＮ個の要素を記憶できるように構成される。また、いくつかの実施形態では、乗算器の必要を回避するいくつかの場合に、ルックアップ・テーブルを利用して、所与のｙ_ｔおよびｙ_ｔ−Ｎの粗いマッピングを実行すれば十分である。

様々な実施形態では、式（１１）〜（１３）で得られた相関係数ｑ_ｔは、シーケンス

に従って、単一のシンボルに対して時間ｔで長さＧの巡回エクステンションと組み合わせられ、そのシーケンスは、

として表すことができる値を有し、ｔ＜０の場合、ｑ_ｔ＝０である。式（１４）および（１５）によって表されるスタッキング・プロセスは、それぞれの移動相関平均（ＭＣＡ）モジュール５２０^（０）．．．５２０^（２）によって実行される。したがって、式（１４）および（１５）から、バッファ長Ｇは値ｃ_ｔ−Ｇ．．．ｃ_ｔ−１を保持する必要があり、これは、一実施形態では、巡回バッファ（カウンタ・モジュロとともにバッファのサイズを有するＲＡＭ）または好適な代替として実装できる。相応して、ＭＣＡモジュール５２０^{（０）〜（２）}は、すべての可能な遅延値の係数ｑ_ｔをスタッキングするように構成される。ＴＤ−ＭＭＣＡモジュール５００の実施形態に関する実施形態では、一例として、ＭＣＡモジュール５２０^（０）は、遅延値Ｄ^（０）を含む相関値をスタッキングし、ＭＣＡモジュール５２０^（１）は、遅延値Ｄ^（−１）＋Ｄ^（０）＋Ｄ^（１）を含む相関値をスタッキングし、ＭＣＡモジュール５２０^（１）は、遅延値Ｄ^（−２）＋Ｄ^（−１）＋Ｄ^（０）＋Ｄ^（１）＋Ｄ^（２）を含む相関値をスタッキングする。制御ユニット５３０は、遅延ごとに、ＭＣＡモジュール５２０とインターフェースをとり、最大相関値ｓ_ｔを特定する。

Ｎ＋Ｇ個の入力値を記憶する必要がある、式／不等式（１）〜（１０）に関して論じた実施形態とは反対に、Ｇの係数ｃ_ｔを記憶することによって、Ｎ個の入力値ｙ_ｔ−Ｎ．．．ｙ_ｔ−１を記憶するだけでよい。相関出力ｃ_ｔは、量子化／四捨五入され、Ｄ^（−２）の値を保持するバッファ５１０^（−２）に記憶される。バッファの出力は、ＭＣＡモジュール５２０と、値Ｄ^（−１）を保持する次のバッファ５１０^（−１）などとの両方によって処理される。様々な実施形態では、バッファ・サイズは、一般に、Ｄ^（０）＝Ｇ_１および

となるように選択され、Ｇ’^（Ｎ）＝｛Ｇ_１，Ｇ_２，．．．｝は順序集合であり、Ｇ_１は最小の可能な巡回エクステンション値である。

図６Ａに、ＯＦＤＭ受信機での実装に適したＴＤ−ＭＭＣＡモジュール６００の例示的な実施形態を示し、Ｎ＝２０４８およびＧ’^（Ｎ）＝｛６４，１２８，２５６，５１２｝である。Ｇ’^（Ｎ）内のすべての可能な遅延（Ｄ^（ｉ））を考慮に入れるために、ＴＤ−ＭＭＣＡモジュール６００は、一例として、遅延値Ｄ^（０）＝６４、Ｄ^（１）＝Ｄ^（−１）＝３２、Ｄ^（２）＝Ｄ^（−２）＝６４、およびＤ^（３）＝Ｄ^（−３）＝１２８を有するバッファ６１０を含む。それにより、達成されうる最大の全体遅延は５１２である。すなわち、Ｄ^（−３）＋Ｄ^（−２）＋Ｄ^（−１）＋Ｄ^（０）＋Ｄ^（１）＋Ｄ^（２）＋Ｄ^（３）＝１２８＋６４＋３２＋６４＋３２＋６４＋１２８＝５１２である。Ｇ’^（Ｎ）の残りの値に対するより短い遅延は、それぞれ、Ｄ^（−２）＋Ｄ^（−１）＋Ｄ^（０）＋Ｄ^（１）＋Ｄ^（２）＝２５６、Ｄ^（−１）＋Ｄ^（０）＋Ｄ^（１）＝１２８およびＤ^（０）＝６４を含むことができる。

図６Ｂに、一例として上述した

、および／または（追加の遅延を含む実施形態における）

内のそれぞれの遅延ごとに、Ｇ’^（Ｎ）の各値に対する遅延を平均化ウィンドウ６４０として示す。図６Ｂに関する一実施形態では、平均化ウィンドウ６４０_６４は、Ｄ^（０）に対応する長さ６４を有し、平均化ウィンドウ６４０_１２８は、Ｄ^（−１）＋Ｄ^（０）＋Ｄ^（１）に対応する長さ１２８を有するなどである。図６Ｂの平均化ウィンドウ６４０のサイズの選択は、ＭＣＡユニット（６２０、６２２、６２４、６２６）が時間ｔ−２５６の相関平均を含むように行われるが、他のいかなる好適な時間も利用できることが企図される。

それぞれのＭＣＡユニット（６２０、６２２、６２４、６２６）で観測される最小値は、相関ウィンドウが巡回エクステンションを含んでいる可能性が非常に低いときの相関値の指示を与える。この点で、最小値を観測することは、式（４）でのＥ^（ｒ）の計算と同様の機能を果たす。一実施形態では、ＭＣＡユニットの１つまたは複数の出力は、ピーク対平均Ｅ^（ｒ）比およびその適切なしきい値（たとえば、Ｔ^{（Ｎ，Ｇ）}）を決定するために、図５の５３０などの制御ユニットによって使用される。一実施形態では、Ｇの可能な最大の値に対応するＭＣＡユニット（たとえば、ＭＣＡ６２６）が、この信号を与える。

図５に関する実施形態では、Ｇ’^（Ｎ）の最小値が所与のＮに対する真の巡回プレフィックス長である場合、ＭＣＡ５２０^（０）は、マルチパスがない場合に、図３Ａと同様の相関プロファイルを生成する可能性があり、他のＭＣＡは、この形状のノイズの多い異形を有する。しかしながら、図６Ｂに示すバッファの選択のために、ピークは（良好なチャネル状態下で）同じ位置で検出される可能性がある。最大ＭＣＡの最小相関値は、巡回プレフィックスの一部を含む可能性がなく、したがって、前に決定されたピークまたは最小相関値に対するスタッキングされたピークの高さを解釈し、同期を宣言すべきか否かを判断するために、Ｅ^（ｒ）と同様の有用なベースライン値を与える。Ｇ’^（Ｎ）の最大の値が真の巡回プレフィックス長である場合、ＭＣＡ５２０^（２）は、それぞれ、図３Ｃおよび図３Ｂのプラトー３２０などのプラトーを示す可能性がある５２０^（１）および５２０^（０）と比較して、図３Ａのピーク３１０などの大きいピークを示す可能性がある。この場合も、図６Ｂのようなバッファの選択のために、ピークおよび／またはプラトーの中央は整列する可能性がある。

制御ユニット（たとえば、制御ユニット５３０）は、ＮおよびＧの値を決定するために、相関ピーク間の時間と、ピークのエネルギーおよび幅とを測定する。スタッキングは、実施される一実施形態に適合する必要がある精度のいかんにかかわらず実行できる。一実施形態では、たとえば、スタッキングは、必ずしもすべての計算された相関係数値を含むわけではない。代わりに、相関係数値があるしきい値を超える場合、インデックスが記憶される。これは、低信号対ノイズ（ＳＮＲ）状態または激しいマルチパスがある状況に特に有用である。

記載の実施形態は、方法、コンピュータ可読媒体およびコンピュータ・プログラム・プロセスの文脈内で実施できる。したがって、本明細書で、方法、アルゴリズムおよび／またはソフトウェア・プロセスとして論じたステップのいくつかは、ハードウェア（たとえば、プロセッサと協働して様々なステップを実行する回路）、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組合せ内で実施できることが企図される。

本発明は、コンピュータ・プログラム製品として実装でき、コンピュータ命令は、コンピュータによって処理されるとき、本明細書で様々な実施形態に関して説明した方法および／または技法が呼び出されるか、または別の形で与えられるように、コンピュータの動作を適合させる。記載の方法を呼び出すための命令は、固定または取外し可能媒体に記憶し、放送媒体などの信号搬送媒体中のストリームを介して伝送し、および／または命令に従って動作するコンピューティング・デバイスに関連する作業メモリまたは大容量記憶デバイス内に記憶することができる。

概して、プロセッサと、メモリと、入出力手段とを含むコンピューテュング・デバイスは、ソフトウェア命令を処理し、ソフトウェア命令を記憶し、および／または、通信チャネル、記憶チャネルまたは他のコンピュータ／システムへもしくはそれらからソフトウェア命令を伝搬するために使用できる。

上記は様々な実施形態を対象とするが、本発明の他のさらなる実施形態は、その基本的な範囲を逸脱することなく考案できる。したがって、本発明の適切な範囲は以下の特許請求の範囲に従って決定すべきである。

Claims (10)

1. 受信機の同期をとる方法であって、
   少なくとも１つのシンボルの情報搬送部と巡回エクステンション部との可能な長さに従って、前記少なくとも１つのシンボルを含むサンプルの受信ストリームから複数のサンプル量を同時に抽出するステップと、
   前記複数の抽出された部分をサンプルの前記受信ストリームと同時に比較するステップと、
   前記同時比較に基づいて前記少なくとも１つのシンボルの前記情報搬送部と前記巡回エクステンション部との前記長さを特定するステップと、を含む方法。
2. 前記情報搬送部と前記巡回エクステンション部との長さを特定する前記ステップが、シンボル開始点を含む可能性がある前記受信ストリームの少なくとも１つの部分を特定するステップを含む、請求項２に記載の方法。
3. シンボル開始点を含む可能性がある前記受信ストリームの少なくとも１つの部分を特定するステップが、前記受信ストリームと前記抽出されたサンプル量との間の平均相関を決定するステップを含む、請求項３に記載の方法。
4. シンボル開始点を含む可能性がある前記ストリームの少なくとも１つの部分を特定するステップが、前記受信ストリームと前記抽出されたサンプル量との間の平均相関値をスタッキングするステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
5. 前記受信ストリームと前記抽出されたサンプル量との間の前記平均相関が予め定義されたしきい値を超えたときには、前記シンボル開始点が正確に決定されたと見なされる、請求項５に記載の方法。
6. 前記予め定義されたしきい値が、前記スタッキングされた平均相関値のピーク平均エネルギーである、請求項６に記載の方法。
7. 少なくとも１つのシンボルの情報部と巡回エクステンション部との可能な長さに従って、前記少なくとも１つのシンボルを含むサンプルの受信ストリームから複数のサンプル量を同時に抽出する手段と、
   前記複数の抽出された部分をサンプルの前記受信ストリームと同時に比較する手段と、
   シンボル開始点を含む可能性がある前記受信ストリームの少なくとも１つの部分の特定を含む、前記同時比較に基づいて前記少なくとも１つのシンボルの前記情報搬送部と前記巡回エクステンション部との前記長さを特定する手段とを備える、同期モジュール。
8. 複数のサンプル量を同時に抽出する前記手段が、前記少なくとも１つのシンボルの前記情報部および前記巡回エクステンション部の前記可能な長さの各々に従って、サンプルの前記受信ストリームの遅延を同時に与えるために組み合わせて配置された複数のバッファを用いてサンプルの前記受信ストリームを処理すること備える、請求項７に記載の同期モジュール。
9. それぞれの相関値計算ユニットが、前記少なくとも１つのシンボルの前記情報部と前記巡回エクステンション部との前記可能な長さの各々について平均相関をそれぞれ決定するように、前記複数の抽出された部分をサンプルの前記受信ストリームと同時に比較する前記手段が、前記複数のバッファに接続可能に結合された複数の相関値計算ユニットを備える、請求項７に記載の同期モジュール。
10. 各相関値計算ユニットが時間遅延多重移動相関平均モジュールに接続可能に結合され、
    前記少なくとも１つのシンボルの前記情報部と前記巡回エクステンション部との前記可能な長さの各々に従って、前記相関値計算ユニットによって決定された前記平均相関値の遅延を同時に与えるように組み合わせて配置された複数のバッファと、
    前記少なくとも１つのシンボルの前記情報部と前記巡回エクステンション部との前記可能な長さの各々に従って、各可能な遅延で前記平均相関値をスタッキングする複数の移動相関平均モジュールと、
    前記複数の移動相関平均モジュールに接続可能に結合され、シンボル開始点を含む可能性がある前記受信ストリームの前記部分が特定されたかどうかを判断する制御ユニットと
    を備える、請求項９に記載の同期モジュール。

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