JP2015065550A

JP2015065550A - 無線受信機、及び同期制御方法

Info

Publication number: JP2015065550A
Application number: JP2013197779A
Authority: JP
Inventors: 日暮　欽一; Kinichi Higure; 欽一日暮
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】無線受信機において、ＰＬＬループの誤差信号となる最大位置検索部からの出力の分解能に起因する位相誤差を低減する技術を提供する。
【解決手段】無線受信機１００は、最大位置検索部２０９とループフィルタ２１０との間に、ピーク推定部１０１を備える。相関演算部２０８の出力が最大位置検索部２０９とピーク推定部１０１に入力される。最大位置検索部２０９の出力がピーク推定部１０１へ入力される。ピーク推定部１０１の出力がループフィルタ２１０へ入力される。ピーク推定部１０１は、最大位置検索部２０９より出力される最大位置番号をもとに、最大位置の相関値とその前後の相関値の３点の相関値を用いて、３点を２次関数に近似したピーク位置を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線受信機及び同期制御方法に係り、特に、受信ベースバンド信号と同期ワードパターンとの相互相関から受信のフレームタイミングを同期させる無線受信機及び同期制御方法に関する。

図３は、背景技術に係る無線受信機の構成を示したブロック図である。アンテナから入力される受信信号は、ＲＦ／ＩＦ部２０１、Ａ／Ｄ変換器２０２、復調処理部２０３を伝送される。復調処理部２０３の出力は、音声データに関して、音声デコーダ２０４、Ｄ／Ａ変換器２０５、スピーカＳＰへ伝送される。また、制御用のデータとして、復調処理部２０３の出力は、チャネルデコーダ２０６、無線制御部２０７へ伝送される。さらに、ＰＬＬのループを構成として、Ａ／Ｄ変換器２０２、復調処理部２０３、相関演算部２０８、最大位置検索部２０９、ループフィルタ２１０、Ｄ／Ａ変換器２１１、ＶＣ−ＴＣＸＯ２１２、分周器２１３が配置されている。

図４は、ARIB STD-T98第３編の変調方式（４値ＦＳＫ）に対応した変調方式で、位相誤差をシミュレーションにより計算したものである。図示のように、シンボル周期４１７μsに対して、±２０μs程度の誤差が常に発生する。

図４の例の場合は、受信の位相誤差が±２０μsで、１／２０シンボル程度であり、４値ＦＳＫでは復調特性への影響は無視できるが、多値ＱＡＭなどの１シンボルあたりの情報量の多い変調方式では、復調特性に影響を受ける可能性がある。

なお、無線端末のＶＣ−ＴＣＸＯ（電圧制御温度補償水晶発振器）の基準発振周波数のずれを補正する技術については各種提案されている。例えば、無線端末が長波標準電波信号を受信しているときには、ＰＬＬにおいてリファレンスカウンタを長波標準電波信号と同じ周波数に設定し、またフラクショナルＮデバイダーについてもＶＣＯの局部発振周波数をリファレンスカウンタと同じ周波数に分周することで、ＶＣ−ＴＣＸＯが出力する基準発振周波数を長波標準電波信号で補正する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１０９５１６号公報

ところで、図３で説明した無線受信機では、相関演算部２０８から出力される相互相関演算結果は、演算を行うＤＳＰの処理能力の限界から、１シンボル２０サンプルのサンプリングで演算している。このため、ＰＬＬループの誤差信号となる最大位置検索部２１０からの出力は、１／２０シンボルの分解能となってしまい、位相誤差が発生してしまうという課題があり対策の技術が求められていた。

また、特許文献１に開示の技術にあっては、経年変化による基準発振周波数のずれについては補正ができるが、分解能に起因する位相誤差については対応が不十分であって、別の技術が求められていた。

本発明は、このような従来の事情に鑑みなされたもので、上記課題を解決する技術を提案することを目的とする。

本発明に係る無線受信機は、受信ベースバンド信号と同期ワードパターンとの相互相関を演算する相関演算部と、相関演算結果のピーク位置を検索するピーク位置検出部と、
前記ピーク位置の相関値とその前後の相関値を含む所定数の相関値から、前記所定数の相関値を通る関数において、前記所定数の区間における最大値を求める最大ピーク推定部と、を備え、頂点となる位置情報を新たな相関ピーク位置として、ループフィルタへ入力し、前記ループフィルタを介して電圧制御発振器の位相を制御することによって、受信のフレームタイミングを同期させる。
また、前記最大ピーク推定部は、前記ピーク位置の相関値とその前後の相関値を含む３点の相関値から、前記３点を通る２次関数の頂点を求めてもよい。
本発明に係る同期方法は、受信ベースバンド信号と同期ワードパターンとの相互相関を演算する相関演算工程と、相関演算結果のピーク位置を検索するピーク位置検出工程と、前記ピーク位置の相関値とその前後の相関値を含む所定数の相関値から、前記所定数の相関値を通る関数において、前記所定数の区間における最大値を求める最大ピーク推定工程と、頂点となる位置情報を新たな相関ピーク位置として、ループフィルタへ入力し、前記ループフィルタを介して電圧制御発振器の位相を制御することによって、受信のフレームタイミングを同期させる同期工程と、を備える。
また、前記最大ピーク推定工程は、前記ピーク位置の相関値とその前後の相関値を含む３点の相関値から、前記３点を通る２次関数の頂点を求めてもよい。

以上、本発明によると、無線受信機において、ＰＬＬループの誤差信号となる最大位置検索部からの出力の分解能に起因する位相誤差を低減する技術を提供することができる。

実施形態に係る、無線受信機の構成を示すブロック図である。実施形態に係る、３点の相関値からのピーク位置推定を説明する図である。背景技術に係る無線受信機の構成を示したブロック図である。背景技術に係る、４値ＦＳＫの変調方式で、位相誤差をシミュレーションした図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本実施形態に係る無線受信機１００の構成を示すブロック図である。アンテナから入力される受信信号は、ＲＦ／ＩＦ部２０１で増幅/周波数変換され、Ａ／Ｄ変換器２０２でデジタル信号に変換され、復調処理部２０３でデジタル変調方式に対応した復調処理が行われる。

復調処理部２０３は、復調したベースバンド信号を相関演算部２０８へ出力する。更にベースバンド信号を符号判定したデータを音声デコーダ２０４とチャネルデコーダ２０６へ出力する。

音声デコーダ２０４は、符号化された音声信号を復号して、音声サンプル信号を出力する。その音声サンプル信号は、Ｄ／Ａ変換器２０５と図示していない増幅器を介してスピーカから出力される。

チャネルデコーダ２０６は、受信チャネル上の制御チャネル信号を復号し、無線制御部２０７へ出力する。

無線制御部２０７は、制御チャネルの情報を元に、受信音声をミュート／アンミュートするなどの制御を行う。

相関演算部２０８は、復調したベースバンド信号と同期ワードとの相互相関を演算し、最大位置検索部２０９へ出力する。

最大位置検索部２０９は、相互相関が最大値となるタイミングを検索することにより、受信信号のフレームタイミングを求め、ループフィルタ２１０へ出力する。

ループフィルタ２１０の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器２１１を介して、ＶＣ−ＴＣＸＯ２１２の制御電圧入力端子へ入力する。

ＶＣ−ＴＣＸＯ２１２の発振出力は、分周器２１３で分周され、Ａ／Ｄ変換器２０２のサンプリングの基準クロックとして入力される。

ここで、Ａ／Ｄ変換器２０２、復調処理部２０３、相関演算部２０８、最大位置検索部２０９、ループフィルタ２１０、Ｄ／Ａ変換器２１１、ＶＣ−ＴＣＸＯ２１２、分周器２１３は、ＰＬＬのループを構成している。

上記のように、相関演算のサンプリング周波数の関係で、ＰＬＬループの位相誤差の分解能が低くなり、受信タイミングに位相誤差が生じる。多値ＱＡＭなどの１シンボルあたりの情報量の多い変調方式においても、復調特性に影響を与えないように、位相誤差の分解能を上げることが望まれる。

そこで、本実施形態の無線受信機１００は、最大位置検索部２０９とループフィルタ２１０との間に、ピーク推定部１０１を備える。

相関演算部２０８の出力が最大位置検索部２０９とピーク推定部１０１に入力される。また、最大位置検索部２０９の出力がピーク推定部１０１へ入力される。ピーク推定部１０１の出力がループフィルタ２１０へ入力される。

ピーク推定部１０１は、最大位置検索部２０９より出力される最大位置番号をもとに、最大位置の相関値とその前後の相関値の３点の相関値を用いて、３点を２次関数に近似したピーク位置を求める。

図２は、３点の相関値からのピーク位置推定を説明する図である。図２において、横軸が時間ｔで、縦軸が相関値ｒである。時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３は相関を抽出する３点の時間で、時間ｔ_２を最大位置検索部２０９の出力値とし、時間ｔ_１=ｔ_２−１、時間ｔ_３=ｔ_２＋１とする。また、相関値ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３は、時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３での各相関値である。

ここで、３点の相関値ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３を近似する２次関数を次の式（１）とする。

なお、ａ＞０であり、（ｔ_０、ｒ_０）が頂点となる。

時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３での相関値をｒ_１、ｒ_２、ｒ_３とするから、次の式（２）〜（４）が得られる。

式（２）、（３）より、次の式（５）が得られる。

同様に式（３）、（４）より、次の式（６）が得られる。

さらに、式（５）、（６）より、次の式（７）が得られる。

求めたいのは頂点の時間ｔ_０であり、式（７）に時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、相関値ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３を代入することで時間ｔ_０が求まる。つまり、ピーク位置の推定値である時間ｔ_０が求まる。

つぎに、算出した時間ｔ_０がループフィルタ２１０へ入力される。より真のピーク位置に近いピーク位置が推定されるから、相関演算のサンプリング周波数の関係により分解能が低い場合においても、その誤差を軽減することができる。

以上、本実施形態によれば、より真のピーク位置に近い相関のピーク位置を推定できるから、相関演算のサンプリング周波数の関係により、ピーク位置の分解能が低い場合においても、その分解能による誤差を軽減することができ、多値ＱＡＭなどの１シンボルの情報量の多い変調方式においても、受信タイミング誤差による復調特性への影響を軽減することができる。

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わ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。例えば、ピーク位置推定のために用いた関数は２次関数であったが、これに限る趣旨ではない。他の関数であって、頂点又は極大値を有する関数であれば適用することができる。なお、２次関数以外の関数を適用した場合であっても、最大位置検索部２０９の探索の結果、相関値ｒ_２が相関値ｒ_１及び相関値ｒ_３より大きいと判断されているので、頂点又は極大値は必ず求まることになる。ただし、当該区間で連続関数である必要がある。

１００無線受信機
１０１ピーク推定部
２０１ＲＦ／ＩＦ部
２０２Ａ／Ｄ変換器
２０３復調処理部
２０４音声デコーダ
２０５、２１１Ｄ／Ａ変換器
２０６チャネルデコーダ
２０７無線制御部
２０８相関演算部
２０９最大位置検索部
２１０ループフィルタ
２１２ＶＣ−ＴＣＸＯ
２１３分周器

Claims

受信ベースバンド信号と同期ワードパターンとの相互相関を演算する相関演算部と、
相関演算結果のピーク位置を検索するピーク位置検出部と、
前記ピーク位置の相関値とその前後の相関値を含む所定数の相関値から、前記所定数の相関値を通る関数において、前記所定数の区間における最大値を求める最大ピーク推定部と、
を備え、
頂点となる位置情報を新たな相関ピーク位置として、ループフィルタへ入力し、前記ループフィルタを介して電圧制御発振器の位相を制御することによって、受信のフレームタイミングを同期させる
ことを特徴とする無線受信機。
前記最大ピーク推定部は、前記ピーク位置の相関値とその前後の相関値を含む３点の相関値から、前記３点を通る２次関数の頂点を求めることを特徴とする請求項１に記載の無線受信機。
受信ベースバンド信号と同期ワードパターンとの相互相関を演算する相関演算工程と、
相関演算結果のピーク位置を検索するピーク位置検出工程と、
前記ピーク位置の相関値とその前後の相関値を含む所定数の相関値から、前記所定数の相関値を通る関数において、前記所定数の区間における最大値を求める最大ピーク推定工程と、
頂点となる位置情報を新たな相関ピーク位置として、ループフィルタへ入力し、前記ループフィルタを介して電圧制御発振器の位相を制御することによって、受信のフレームタイミングを同期させる同期工程と、
を備えることを特徴とする同期制御方法。
前記最大ピーク推定工程は、前記ピーク位置の相関値とその前後の相関値を含む３点の相関値から、前記３点を通る２次関数の頂点を求めることを特徴とする請求項３に記載の同期制御方法。