JP3559515B2 - 復調方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばπ／４シフトＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式により変調されたバースト信号からクロック同期を確立する復調方法や同期確立装置や変復調装置や基地局装置に関し、特に、短期間で同期を確立する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばバースト的な無線通信が行われる無線通信システムでは、無線送信機が変調部により変調したバースト信号を無線により送信し、無線受信機が当該バースト信号の受信開始時において復調部により当該バースト信号からクロック同期を確立することが行われる。また、このような無線通信システムでは、例えばπ／４シフトＱＰＳＫ等の種々な変調方式及び復調方式が用いられる。
【０００３】
ここで、図１１には、バースト信号の構造の一例を示してある。
同図に示されるように、バースト信号に含まれる各バーストスロットは、クロック同期を確立するためのパターンであるプリアンブルパターン（ＰＲ）と、バーストの基準位置を決めるための識別パターンであるユニークワード（ＵＷ）と、通信データ本体であるデータと、スロット間の緩衝タイミングを設けてバーストの重なりを防ぐガードビット（ＧＢ）とが記載順に先頭から並べられて構成されている。
【０００４】
バーストでの通信を行う場合、受信機では、それぞれのバースト受信の開始時にプリアンブルパターンを参照して自己のクロックの同期を確立する。上記図１１に示したようなフレームフォーマットを有するバースト信号を用いた場合には、例えばユニークワードの前までに同期を確立することが望まれる。
【０００５】
また、図１２には、無線受信機に備えられて上記のようなクロック同期を確立する復調回路の一例を示してあり、この復調回路では一般的な方式としてフィードバック制御によりクロック同期を確立している。また、同図の例では、π／４シフトＱＰＳＫが変調方式として用いられ遅延検波方式で復調した場合を示してある。
【０００６】
具体的には、同図に示した復調回路では、無線受信機により受信した（π／４シフトＱＰＳＫによる）バースト信号をＡ／Ｄ変換器６１によりアナログ信号からデジタル信号へ変換し、当該変換後の信号を復調器６２によりＩ成分（同相成分）とＱ成分（直交成分）に復調し、当該Ｉ成分及び当該Ｑ成分をそれぞれフィルタ６３及びフィルタ６４によりフィルタリングする。
【０００７】
２つのフィルタ６３、６４から出力されるＩ成分及びＱ成分は、（遅延）検波器６５に入力されるとともに、クロック位相検出回路６６に入力される。そして、検波器６５では入力されたＩ成分及びＱ成分を遅延検波により復調して復調データを生成することが行われる。また、パラレル／シリアル変換器６８では検波器６５から出力されるＩ成分及びＱ成分の復調データをパラレルデータからシリアルデータへ変換することが行われる。また、クロック位相検出回路６６では入力されたＩ成分及びＱ成分からクロックの位相を検出することが行われ、クロック再生回路６７では当該検出結果に基づいて同期クロックを生成し、上記したＡ／Ｄ変換器６１や２つのフィルタ６３、６４や検波器６５をフィードバック制御することが行われる。
【０００８】
ここで、π／４シフトＱＰＳＫの同期検波回路の従来例として、特開平９−２６６４９９号公報に記載された「デジタル復調回路、最大値検出回路及び受信装置」を紹介しておく。
この従来例は、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等の移動体通信に関するものであり、例えば高速動作を可能にして小型化やＩＣ化に対応可能な同期検波回路を有するデジタル復調器を提供することを目的として、送受信機間の周波数誤差や位相誤差を取り除く技術に関する。
【０００９】
具体的には、この従来例では、「１００１」の繰り返しパターンから成るプリアンブルパターンを用いており、このプリアンブルパターンの期間で周波数差を検出することや、このプリアンブルパターンの期間で瞬時位相信号の位相変化パターンに基づいて周波数差補正信号を形成することが行われ、これにより、キャリア信号間の周波数差を正しく検出することが可能な位相雑音の許容範囲を拡大することを図っている。
【００１０】
また、この従来例では、キャリア発生器により自己発生させたキャリア信号の位相と受信信号のキャリア信号の位相とを比較してその位相誤差を検出し、その位相誤差を補正することにより同期を確立することが行われている。また、この従来例では、π／４シフトＱＰＳＫによる受信信号の位相をπ／４だけ逆にシフトさせて、ＱＰＳＫに対応したものとして処理を行っている。この場合、プリアンブルパターンはシンボル毎にπの位相変化を繰り返す波形となり、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号として扱うことが可能となることから、位相雑音に対して誤検出をしにくくなり、精度の高い位相検出が可能となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば上記図１２に示したような従来の復調回路では、プリアンブルパターンに基づいてクロック同期を確立するためには、一般的な受信機の性能として、バースト信号の受信を開始してから約１００シンボル分もの長い信号受信期間が必要となってしまうといった不具合があった。
【００１２】
ここで、図１３を参照して、上記のような不具合により生じる問題点を具体的に説明する。
同図（ａ）には、クロックの同期が確立するまでの期間が約１００シンボルと長いことに対処するために、１００シンボル分以上の長さ（期間）を有するプリアンブルパターンを設けた場合におけるバースト信号の構造例を示してある。しかしながら、この場合には、バーストスロット全体の長さ（期間）に占めるプリアンブルパターンの長さ（期間）の割合が大きくなってしまうため、当該プリアンブルパターンの期間がデータ通信上で無駄な期間となり、データの通信（転送）レートが低くなってしまうといった問題が生じる。
【００１３】
また、同図（ｂ）には、プリアンブルパターンの長さ（期間）を同図（ａ）に示したほどには長く確保しない場合におけるバースト信号の構造例を示してあり、この場合、受信開始から１００シンボル分程度の期間までは受信信号を正しく復調することができない可能性があり、１回目のバースト受信時にはユニークワードやデータの期間についても正常な復調を行うことができない可能性がある。このため、１回目のバースト受信時における受信データを正常に受信できずに当該１回目の受信データを破棄することが前提となってしまうといった問題や、また、１回目のバースト受信時に確立した同期のタイミングを２回目以降のバースト受信時に使用するために保存しておく必要があるといった問題があった。
【００１４】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、例えば受信された（π／４シフトＱＰＳＫによる）バースト信号の先頭に含まれるプリアンブルパターンに基づいてクロックの同期を確立するに際して、短期間で同期を確立することができる復調方法や同期確立装置や変復調装置や基地局装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る復調方法では、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号を含む受信信号から同期を確立して当該受信信号を復調することを行い、具体的には、受信信号に含まれる同期確立用信号の振幅の変化値の正負が変化するタイミングに基づいて当該受信信号から同期を確立して当該受信信号を復調する。
【００１６】
従って、同期確立用信号（例えばプリアンブルパターン）の振幅変化値の正負が周期的に変化するタイミングに基づいて同期（例えばクロックの同期）が確立されることで、短期間で同期を確立することができ、これにより、例えば同期確立用信号の長さ（期間）を比較的短くしてデータ通信レートを向上させることができ、また、例えば短い長さ（期間）の同期確立用信号を用いても当該同期確立用信号の期間内で同期が確立されるため、１回目のバースト受信時における受信データから確実に正常受信を行うことができる。
【００１７】
また、本発明に係る復調方法では、上記のような復調を行うに際して、複数の受信信号から各受信信号毎に同期を確立して当該各受信信号を復調する。
上述のように、本発明では、短期間で同期を確立することができるため、例えば上記のような同期確立用信号を含む受信信号が複数あってほぼ同時期に受信されたような場合においても、これら複数の受信信号のそれぞれについての同期を短期間で確立することができ、これにより、これら複数の受信信号の全体としても短期間で同期を確立することができる。
【００１８】
また、本発明では、上記した本発明に係る復調方法と同様な技術思想を同期確立装置や変復調装置や基地局装置に適用して、上記と同様に、短期間で受信信号から同期を確立することを実現した。
すなわち、本発明に係る同期確立装置では、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号を含む受信信号から同期を確立するに際して、正負変化タイミング検出手段が受信信号に含まれる同期確立用信号の振幅の変化値の正負が変化するタイミングを検出し、同期確立手段が検出したタイミングに基づいて当該受信信号から同期を確立する。
【００１９】
また、本発明に係る変復調装置では、次のようにして、送信信号を変調する一方、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号を含む受信信号から同期を確立して当該受信信号を復調する。すなわち、変調手段が送信信号を変調する一方、正負変化タイミング検出手段が受信信号に含まれる同期確立用信号の振幅の変化値の正負が変化するタイミングを検出し、同期確立手段が検出したタイミングに基づいて当該受信信号から同期を確立し、復調手段が確立した同期タイミングに従って当該受信信号を復調する。
【００２０】
また、本発明に係る基地局装置は、当該基地局装置と移動局装置とが無線により通信する交通情報システムに備えられる。そして、本発明に係る基地局装置では、次のようにして、信号を変調して移動局装置に対して無線により送信する一方、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号を含む信号を移動局装置から無線受信し、当該受信信号から同期を確立して当該受信信号を復調する。すなわち、無線信号を送受信するアンテナを備えて、変調手段が信号を変調し、送信手段が変調した信号をアンテナにより移動局装置に対して無線送信する一方、受信手段が移動局装置から無線送信される信号をアンテナにより受信し、正負変化タイミング検出手段が受信した信号に含まれる同期確立用信号の振幅の変化値の正負が変化するタイミングを検出し、同期確立手段が検出したタイミングに基づいて当該受信信号から同期を確立し、復調手段が確立した同期タイミングに従って当該受信信号を復調する。また、制御手段が移動局装置との間で送受信する信号を外部の装置（例えば他の基地局装置や中央制御局装置）との間で通信する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例に係る同期確立回路（同期確立装置）を図面を参照して説明する。なお、本例では、本発明に係る復調方法についても、まとめて説明する。
図１には、本例に係る同期確立回路の概略的な構成例を示してあり、この同期確立回路は、例えば上記図１１に示したものと同様な構造を有するバースト信号を受信する無線受信機に備えられて、当該バースト信号に含まれるプリアンブルパターンに基づいて当該バースト信号からクロックの同期を確立する。
【００２２】
また、本例では、無線送信機と無線受信機とがπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式を用いて信号を無線通信する場合を示し、また、無線送信機から無線送信されるバースト信号の先頭に含まれるプリアンブルパターンとして、「１００１」が繰り返して発生するパターンである「１００１１００１１００１…」というパターンが用いられる場合を示す。
【００２３】
ここで、π／４シフトＱＰＳＫにおいて「１００１」が繰り返されるパターンは、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返すパターンとなり、これを具体的に説明する。
図２には、上記のようなプリアンブルパターンをπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式により変調することで生成される変調波について、当該変調波の位相や振幅（コンステレーション）が遷移する様子の一例を示してあり、同図中の横軸はＩ成分を示しており、縦軸はＱ成分を示している。なお、この変調波は、例えば上記のようなプリアンブルパターンを、グレイ符号化、和分論理変換、π／４シフトＱＰＳＫ変調することにより得られる。
【００２４】
同図に示されるように、π／４シフトＱＰＳＫでは、「１０」というビットパターン（シンボル）は例えば−（π／４）の位相変化（位相の変化値が負である位相変化）と対応しており、「０１」というビットパターン（シンボル）は例えば＋（３π／４）の位相変化（位相の変化値が正である位相変化）と対応している。また、「１０」というビットパターン（シンボル）では振幅の値が高い一方、「０１」というビットパターンでは振幅の値が低い。つまり、「１０」及び「０１」が繰り返されるパターン（「１００１」が繰り返されるパターン）では、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返すことになる。また、このパターンでは、変調波の位相が８回遷移すると当該位相が座標平面上において総じて１回転分（２π分）遷移して元の位相位置に戻る構成となっている。
【００２５】
なお、本例では、プリアンブルパターンが１バイトのランプ部（Ｒ）と４バイトのプリアンブル部との計５バイトのデータ（２０シンボル分のデータ）から構成されており、「１００１」が１０回繰り返される構成となっている。
また、本明細書の実施例では、「１００１」が繰り返されるパターンをプリアンブルパターンとして用いた場合を示すが、本発明では、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返すパターンであれば、他の任意のパターンがプリアンブルパターンとして用いられてもよい。
【００２６】
また、図３には、上記図２に示したプリアンブルパターンの変調波をＡ／Ｄ変換器によりサンプリング（デジタル化）した波形の一例を示してあり、同図中の横軸は時間（例えばサンプリング数を単位とした場合の値）を示しており、縦軸は当該波形の信号値を示している。また、図３中には、当該波形の包絡線Ｒを示してある。
【００２７】
上記図３に示されるように、π／４シフトＱＰＳＫにおいては、「１００１１００１１００１…」というプリアンブルパターンが振幅の周期的な変化を生じさせ、また、振幅の変化値も周期的に正負の値を繰り返して変化する。本例では、後述するように、このような振幅の変化（方向）を検出することで、各シンボル（ここでは、「１０」というシンボルや「０１」というシンボル）の正確な変化点を検出してクロック同期を確立する。
【００２８】
上記図１を参照して、本例の同期確立回路の概略的な動作の一例を示す。
同図に示されるように、本例の同期確立回路には、Ａ／Ｄ変換器１と、振幅変化量検出回路２と、振幅極性変化点検出回路３と、変化点統計処理回路４と、クロック同期設定回路５とが備えられている。
Ａ／Ｄ変換器１は、受信されて復調器へ入力されるバースト信号（ここでは、当該バースト信号に含まれるプリアンブルパターンの信号）を入力して、当該信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換し、変換したデジタル信号（デジタルの値）を振幅変化量検出回路２へ出力する機能を有している。
【００２９】
振幅変化量検出回路２は、Ａ／Ｄ変換器１から入力されるデジタル信号の値に基づいて当該デジタル信号の振幅の変化量を検出し、当該検出結果を振幅極性変化点検出回路３へ出力する機能を有している。なお、振幅変化量は、例えば所定のサンプリング周波数でサンプリングしたデジタル値について、或るサンプリングタイミングでのデジタル値と前回の（１回前の）サンプリングタイミングでのデジタル値とを比較してこれらの振幅差（本例のように、例えば振幅値を２乗した値の差でもよい）を検出することにより取得可能であり、つまり、当該振幅差を振幅変化量として用いることができる。
【００３０】
振幅極性変化点検出回路３は、振幅変化量検出回路２により検出された振幅の変化量の極性（当該変化量が正であるか負であるか）を判定して、当該極性が変化する点（タイミング）を検出し、当該検出結果を変化点統計処理回路４へ出力する機能を有している。なお、このような極性の変化点は、振幅変化量検出回路２により検出された振幅変化量の極性が反転する（正から負へ変化する、或いは、負から正へ変化する）タイミングを検出することにより取得可能であり、つまり、当該タイミングを極性変化点として用いることができる。
【００３１】
変化点統計処理回路４は、振幅極性変化点検出回路３により検出された極性変化点の数を例えばプリアンブルパターンの計測可能範囲内においてカウントするとともに、検出された複数の極性変化点に最もよく適合したタイミング周期（隣接する極性変化点の間の時間間隔）を判定し、当該判定結果をクロック同期設定回路５へ出力する機能を有している。
【００３２】
なお、無線通信における誤差が無いとすると、１シンボルに対して１つのタイミング周期を検出することができるが、実際には無線通信における誤差を考慮して多数（好ましくは、なるべく多く）のタイミング周期をサンプリングするのがよい。また、タイミング周期のサンプリング数は、例えばプリアンブルパターンの長さ（期間）に基づいて決定される。上記した変化点統計処理回路４では、サンプリングしたタイミング周期を集計して、例えば複数の検出結果を平均化したタイミング周期をクロック同期設定回路５に通知することや、或いは、例えば集計結果の分布に基づいて最も検出頻度の高いタイミング周期を判定してクロック同期設定回路５に通知すること等を行う。
【００３３】
クロック同期設定回路５は、変化点統計処理回路４から通知されるタイミング周期を用いてクロックの同期（ビット同期）を確立し、これにより生成した同期クロック信号を（当該同期クロック信号によって動作する）各処理部へ出力する機能を有している。なお、クロックの同期確立は、例えば当該クロックを構成するパルス信号の周期を前記タイミング周期に合わせることにより実現される。
【００３４】
次に、本例の同期確立回路の更に具体的な構成例及び動作例を示す。
図４には、本例の同期確立回路の具体的な構成例を示してある。
同図に示した同期確立回路には、振幅差検出回路Ｔ１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１５と、極性ビット変換器Ｚと、変化点抽出回路Ｔ２と、変化点計測回路Ｔ３と、クロック同期回路Ｔ４と、タイミング生成回路Ｔ５とが備えられている。
なお、本例の回路では、ボーレートの１６倍のクロックでアナログデータをサンプリングしている。
【００３５】
振幅差検出回路Ｔ１には、Ａ／Ｄ変換器１１と、乗算器１２と、加算器１３と、１６個（１６段）のレジスタ１４ａ〜１４ｐとが備えられている。
Ａ／Ｄ変換器１１は、例えば後述するタイミング生成器２２から出力されるタイミング信号に基づいて、受信されて復調器へ入力されるバースト信号（ここでは、当該バースト信号に含まれるプリアンブルパターンの信号）を入力して、当該信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換し、変換したデジタル信号（デジタルの値）を２つの経路を介して乗算器１２へ出力する。ここで、Ａ／Ｄ変換器１１によりプリアンブルパターンがサンプリング（デジタル化）されて出力される波形（図４中に示した“ａ”点での値）の一例としては、上記図３に示した波形のようになる。
【００３６】
乗算器１２は、Ａ／Ｄ変換器１１から出力されるデジタル信号を２つの経路を介して入力して、これら２つのデジタル信号（デジタルの値）を乗算し、当該乗算結果を加算器１３及び１段目のレジスタ１４ａへ出力する。ここで、乗算器１２から出力される乗算結果は、Ａ／Ｄ変換器１１から出力されるデジタル信号（デジタルの値）を２乗した値となる。
【００３７】
また、図５には、乗算器１２から出力される信号の波形（図４中に示した“ｂ”点での値）、すなわち、Ａ／Ｄ変換器１１からの出力波形（上記図３に示した波形）を２乗した波形の一例を示してあり、同図中の横軸は時間を示しており、縦軸は２乗値を示している。同図中の波形（２乗値）を参照することで、受信信号の振幅の時間的な変化を把握することができる。つまり、２乗値が大きいことは振幅値が高いことに相当し、２乗値が小さいことは振幅値が低いことに相当する。
【００３８】
１段目のレジスタ１４ａは、例えば後述するタイミング生成器２２から出力されるタイミング信号に基づいて、乗算器１２から入力される２乗値を（上記したボーレートの１６倍のクロックにおいて）１クロック分遅延させて次段のレジスタ１４ｂへ出力する。
同様に、２段目〜１５段目のレジスタ１４ｂ〜１４ｏはそれぞれ、例えば後述するタイミング生成器２２から出力されるタイミング信号に基づいて、前段のレジスタから入力される２乗値を１クロック分遅延させて次段のレジスタへ出力する。
【００３９】
１６段目（最終段目）のレジスタ１４ｐは、例えば後述するタイミング生成器２２から出力されるタイミング信号に基づいて、前段のレジスタ１４ｏから入力される２乗値を１クロック分遅延させて加算器１３へ出力する。
このように１６段のレジスタ１４ａ〜１４ｐがそれぞれ２乗値を１クロック分ずつ遅延させることにより、総じて、１６クロック分（１シンボル分）遅延させられた２乗値が加算器１３へ出力される。
【００４０】
加算器（本例では、正負を逆にして加算する装置）１３は、乗算器１２から２乗値のデータ（ここで、Ｘ１とする）を入力するとともに、当該２乗値を１６クロック分シフトさせたもののデータ（ここで、Ｘ２とする）をレジスタ１４ｐから入力し、これら２つのデータの差（本例では、Ｘ１−Ｘ２）をローパスフィルタ１５へ出力する。ここで、加算器１３から出力される前記差の信号は、上記した（振幅の）２乗値の時間的な変化量を示している。
また、図６には、加算器１３から出力される差信号の波形（図４中に示した“ｃ”点での値）の一例を示してあり、同図中の横軸は時間を示しており、縦軸は２乗値の時間的な変化量（２乗した値による振幅差）を示している。
【００４１】
ローパスフィルタ１５は、加算器１３から入力される差信号をフィルタリングすることで当該差信号からノイズを除去し、当該差信号を極性ビット変換器Ｚへ出力する。
ここで、図７には、ローパスフィルタ１５から出力される（フィルタリング後の）差信号の波形（図４中に示した“ｄ”点での値）の一例を示してあり、同図中の横軸は時間を示しており、縦軸は２乗値の時間的な変化量（２乗した値による振幅差）を示している。
【００４２】
上記図７に示されるように、前記差信号の波形は正の値と負の値とを交互に繰り返す波形（例えばサイン波形状のもの）となり、この波形において値（縦軸の値）がゼロ（０）を横切る点（値が正から負へ変化する点、或いは、値が負から正へ変化する点）が発生する時間間隔（横軸の間隔）はボーレートの期間となる。
【００４３】
極性ビット変換器Ｚは、ローパスフィルタ１５から入力される差信号の値の極性が正である場合には“１”値のデータを変化点抽出回路Ｔ２に備えられたレジスタ１６及びＸＯＲ１７へ出力する一方、負である場合には“０”値のデータを当該レジスタ１６及び当該ＸＯＲ１７へ出力する。
【００４４】
変化点抽出回路Ｔ２には、レジスタ１６と、ＸＯＲ１７とが備えられている。レジスタ１６は、例えば後述するタイミング生成器２２から出力されるタイミング信号に基づいて、極性ビット変換器Ｚから入力されるデータの値を１クロック分ずらして（例えば遅延させて）ＸＯＲ１７へ出力する。
【００４５】
ＸＯＲ１７は、極性ビット変換器Ｚ及びレジスタ１６から入力されるデータの値が異なる場合（つまり、データ値の正負が変化した場合）には“１”値のデータを変化点計測回路Ｔ３に備えられたＳ／Ｐ変換器１８へ出力する一方、極性ビット変換器Ｚ及びレジスタ１６から入力されるデータの値が同じである場合（つまり、データ値の正負が不変である場合）には“０”値のデータを当該Ｓ／Ｐ変換器１８へ出力する。
【００４６】
このような構成及び動作により、変化点抽出回路Ｔ２では、２乗した値による振幅差の波形の値がゼロ（０）点を横切るタイミング（正負の変化点）を抽出することができる。つまり、具体的には、２乗した値による振幅差の波形について、１クロック分ずれていないデータの極性（正負）と１クロック分ずれたデータの極性（正負）とを比較して、これら２つの極性が異なるタイミングの点（極性が変化した点）を振幅差の正負の変化点として検出することができる。
【００４７】
変化点計測回路Ｔ３には、Ｓ／Ｐ変換器１８と、加算器１９と、レジスタ２０とが備えられている。
Ｓ／Ｐ変換器１８は、ＸＯＲ１７から入力されるデータをシリアルデータからパラレルデータへ変換し、当該データ（本例では、隣接する“１”値と“１”値との間の時間間隔を表すデータ）を加算器１９へ出力する。
【００４８】
加算器１９は、Ｓ／Ｐ変換器１８から入力されるデータの値を例えば１６回分（１６クロック分）累積的に加算して、当該加算結果をレジスタ２０へ出力する。
レジスタ２０は、例えば後述するタイミング生成器２２から出力されるタイミング信号に基づいて、加算器１９から入力される加算結果（バイナリ値）を４ビット（桁が小さくなる方向に）シフトさせて、当該シフト後の加算結果（平均値）をクロック同期回路Ｔ４に備えられた同期器２１へ出力する。なお、ここで言う４ビットのシフトを行うと、加算結果を１６で割ることになり、つまり、１６回分の加算結果を１６で割って平均化することになる。
【００４９】
このような構成及び動作により、変化点計測回路Ｔ３では、計測された振幅差の正負の変化点タイミング（本例では、隣接する“１”値と“１”値との間の時間間隔）を１６回分カウントして累積加算し、当該加算結果のバイナリ値を４ビットシフトさせて平均化することができる。
なお、振幅差の正負の変化点タイミングを平均化するときに用いる当該変化点タイミングの数（サンプリング数）としては、種々であってもよく、一例として、プリアンブルパターンを構成する２０シンボルの中で安定している（と推定される）真中付近の８回分の変化点タイミングを平均化に用いるのも好ましい。
【００５０】
クロック同期回路Ｔ４には、同期器２１が備えられている。
同期器２１は、例えば後述するタイミング生成器２２から入力されるタイミング信号及びレジスタ２０から入力される（振幅差の正負の変化点タイミングの）平均値に基づいて、クロックの同期を確立し、当該確立した同期タイミングに従った基準（同期）クロック信号を出力する。
【００５１】
なお、具体的には、同期器２１では、タイミング生成器２２から入力されるタイミング信号によりクロックをリセットするとともに、レジスタ２０から入力される（振幅差の正負の変化点タイミングの）平均値に相当する時間間隔毎にクロックをリセットすることにより、クロックの同期を確立することができる。このように、振幅差の正負の変化点が検出される時間間隔を複数回サンプリングして平均化した値を用いることで、クロックの同期を確立することができる。
【００５２】
タイミング生成回路Ｔ５には、タイミング生成器２２が備えられている。
タイミング生成器２２は、例えば受信されるバースト信号が開始されるタイミングに基づいて、クロックをリセットする位置（同期の先頭の位置）を決めるタイミング信号を生成し、当該タイミング信号を同期器２１等へ出力する。
【００５３】
以上のように、本例の同期確立回路では、π／４シフトＱＰＳＫ変調方式により変調された（受信）バースト信号を（π／４シフトＱＰＳＫ復調方式により）復調するに際して、プリアンブルパターンの振幅値を検出して当該振幅値を２乗し、当該プリアンブルパターンの時間的な振幅差（振幅変化）を当該２乗値により検出し、検出した振幅差の極性を検出し、検出した極性の変化点が発生する時間間隔に基づいて基準クロック信号を生成する。
【００５４】
また、これに際して、本例の同期確立回路では、プリアンブルパターンの振幅差（振幅の変化値）が周期的に正負を繰り返していることを活用しており、具体的には、当該振幅差の極性を検出するとともに、当該極性が正負に変化するタイミングを検出し、当該極性が正負に変化する時間間隔の平均値を算出した結果に基づいてクロックをリセットすることにより、クロック同期を確立する。
そして、このような本例の同期確立回路を備えた復調回路では、本例の同期確立回路により生成される基準クロック信号に従って、受信したバースト信号に含まれるユニークワードやデータを正確に復調することができる。
【００５５】
従って、本例の同期確立回路では、プリアンブルパターンの振幅差の正負が周期的に変化するタイミングに基づいてクロック同期が確立されることで、短期間で同期を確立することができ、これにより、例えばプリアンブルパターンの長さ（期間）を比較的短くしてデータ通信レートを向上させることができ、また、例えば短い長さ（期間）のプリアンブルパターンを用いても当該プリアンブルパターンの期間内で同期が確立されるため、１回目のバースト受信時における受信データから確実に正常受信を行うことができる。
【００５６】
なお、本例の同期確立回路では、例えば自己でキャリア信号を発生するのではなく、（受信）バースト信号に含まれるプリアンブルパターンの絶対振幅を検出して、その周期性を利用して同期を確立している。この場合、本例の同期確立回路では、振幅差を周期的な波形として処理するとともに、当該波形の値の正負を判定して、振幅差の正負の変化点タイミングを検出しており、当該検出結果に基づいて同期を確立している。
【００５７】
また、本例の同期確立回路を備えた復調回路では、上記のような復調を行うに際して、例えば複数の（受信）バースト信号から各バースト信号毎に同期を確立して、当該確立した（各バースト信号毎の）同期タイミングに従って、当該各バースト信号を復調することもできる。
この場合、本例の同期確立回路では、短期間で同期を確立することができるため、例えば本例のようなプリアンブルパターンを含む（受信）バースト信号が複数あってほぼ同時期に受信されたような場合においても、これら複数のバースト信号のそれぞれについての同期を短期間で確立することができ、これにより、これら複数のバースト信号の全体としても短期間で同期を確立することができる。
【００５８】
ここで、本例では、「１００１」が繰り返されるプリアンブルパターンが本発明に言う振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号に相当し、当該プリアンブルパターンを含む受信バースト信号が本発明に言う同期確立用信号を含む受信信号に相当する。
【００５９】
また、本例では、上記図４に示した変化点計測回路Ｔ３等が受信バースト信号に含まれるプリアンブルパターンの振幅の変化値の正負が変化するタイミングを検出する機能により、本発明に言う正負変化タイミング検出手段が構成されている。なお、本例では、プリアンブルパターンの波形を２乗したものに基づいて振幅の変化方向（正の方向或いは負の方向）を検出したが、例えばこのような２乗処理を行わなくとも、振幅が正の方向に変化するか或いは負の方向に変化するかを検出することが可能である。
【００６０】
また、本例では、上記図４に示したクロック同期回路Ｔ４等が前記検出したタイミングに基づいて前記受信バースト信号からクロックの同期を確立する機能により、本発明に言う同期確立手段が構成されている。
【００６１】
次に、本発明の第２実施例に係る送受信変復調装置（変復調装置）を図８を参照して説明する。なお、本例の送受信変復調装置は、π／４シフトＱＰＳＫ変復調方式を用いて無線通信する無線通信機に備えられており、例えば無線信号を送受信するアンテナと当該送受信される各信号を制御する制御部との間に設けられて、当該アンテナ及び当該制御部と接続されている。
【００６２】
同図には、本例の送受信変復調装置の概略的な構成例を示してあり、この送受信変復調装置には、受信側の回路として、Ａ／Ｄ変換器３１と、復調器３２と、２つのフィルタ３３、３４と、検波器３５と、Ｐ／Ｓ変換器３６と、クロック位相検出回路３７と、同期確立回路３８とが備えられているとともに、送信側の回路として、変調器３９と、フィルタ４０とが備えられている。
【００６３】
まず、受信側の回路について説明する。
Ａ／Ｄ変換器３１はアンテナにより受信された信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換して、当該変換後の受信信号を復調器３２及び同期確立回路３８へ出力する。
同期確立回路３８は、例えば上記図４に示したのと同様な回路構成で構成されており、Ａ／Ｄ変換器３１から入力される受信信号（例えば上記第１実施例で示したのと同様なプリアンブルパターン）に基づいてクロックの同期を確立し、これにより生成した基準クロック信号を後述する検波器３５へ出力する。
【００６４】
復調器３２は、Ａ／Ｄ変換器３１から入力される受信信号のＩ成分及びＱ成分を復調し、当該Ｉ成分を一方のフィルタ３３へ出力する一方、当該Ｑ成分を他方のフィルタ３４へ出力する。
一方のフィルタ３３は、復調器３２から入力されるＩ成分をフィルタリングして検波器３５へ出力する。
他方のフィルタ３４は、復調器３２から入力されるＱ成分をフィルタリングして検波器３５へ出力する。
【００６５】
検波器３５は、同期確立回路３８から入力される基準クロック信号に基づいて遅延検波を行い、具体的には、２つのフィルタ３３、３４から入力されるＩ成分及びＱ成分を検波（復調）して、これにより取得した復調データ（２ビット）をＰ／Ｓ変換器３６へ出力する。
【００６６】
Ｐ／Ｓ変換器３６は、検波器３５から入力される復調データをパラレルデータからシリアルデータへ変換して制御部へ出力する。
なお、クロック位相検出回路３７は、クロックの位相を検出し、当該検出結果をＡ／Ｄ変換器３１や２つのフィルタ３３、３４や検波器３５へ出力して供給する。
【００６７】
次に、送信側の回路について説明する。
変調器３９は、制御部から送信対象となる信号（データ）を入力し、当該信号を変調してフィルタ４０へ出力する。
フィルタ４０は、変調器３９から入力される変調信号をフィルタリングしてアンテナへ出力する。
【００６８】
以上のように、本例の送受信変復調装置では、受信部がアンテナにより無線受信された信号を入力して復調部が当該受信信号を復調して制御部へ出力する一方、変調部が制御部から入力される信号を変調して送信部が当該変調信号をアンテナにより無線送信するに際して、例えば上記第１実施例に示したのと同様な同期確立回路３８を備えた復調回路により受信信号を復調することを行う。このため、本例の送受信変復調装置では、例えば上記第１実施例で示した同期確立回路に関して述べたのと同様に、短期間で同期を確立することができる等といった効果を得ることができる。
【００６９】
ここで、本例では、変調器３９が送信信号（送信対象となるデータ）を変調する機能により、本発明に言う変調手段が構成されている。
また、本例では、同期確立回路３８が受信バースト信号に含まれるプリアンブルパターンの振幅の変化値の正負が変化するタイミングを検出して、当該検出したタイミングに基づいて当該受信バースト信号からクロックの同期を確立する機能により、本発明に言う正負変化タイミング検出手段や同期確立手段が構成されている。
また、本例では、検波器３５が同期確立回路３８により確立された同期タイミングに従って受信バースト信号（に含まれるユニークワードやデータ）を復調する機能により、本発明に言う復調手段が構成されている。
【００７０】
次に、本発明の第３実施例に係る路車間交通無線通信システム（ＡＨＳ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｒｕｉｓｅ−Ａｓｓｉｓｔ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｓｙｓｔｅｍ）に備えられる基地局装置を図面を参照して説明する。なお、本例の路車間交通無線通信システムは、本発明に言う交通情報システムの一例である。
【００７１】
図９（ａ）には、本例の路車間交通無線通信システムの概略的な構成例を示してあり、このシステムには、道路４４の近辺に（例えば固定的に）設置された複数の基地局装置４１と、道路４４上を移動する複数の移動局装置（例えば自動車等の移動機に備えられた無線機）４２とが備えられている。なお、同図（ａ）では、一部の道路及び１つの基地局装置及び１つの移動局装置のみについて符号（“４４”、“４１”、“４２”）を付してあり、他のものについては符号を省略してある。また、符号を付した基地局装置４１については、その通信可能領域（エリア）４３の一例を示してある。
【００７２】
同図（ａ）に示した路車間交通無線通信システムでは、例えばπ／４シフトＱＰＳＫ変復調方式を用いて、１つの基地局装置４１がその通信可能領域に存在する複数（本例では、最大で１２）の移動局装置４２との間で、交通に関する情報等を無線により通信する。
【００７３】
また、本例の路車間交通無線通信システムでは、例えば上記第１実施例で示したのと同様なプリアンブルパターンを含むバースト信号を用いた無線通信が行われるところ、本例の基地局装置４１から移動局装置４２への通信で用いられるバースト信号のフレームフォーマットでは、例えば同図（ｂ）に示されるように、データ信号の部分に１２個のスロットＤ１〜Ｄ１２が設けられており、これにより、基地局装置４１が最大で１２の移動局装置４２と（同時に）無線通信することが可能となっている。
【００７４】
図１０には、上記した基地局装置４１の構成例を示してあり、この基地局装置４１には、アンテナ５１と、受信部５２と、復調部５３と、変調部５４と、送信部５５と、制御部５６とが備えられている。
アンテナ５１は、無線信号を送受信する。
受信部５２は、移動局装置４２から無線送信される信号をアンテナ５１により受信し、当該受信信号を復調部５３へ出力する。
【００７５】
復調部５３は、例えば上記図４に示したのと同様な同期確立回路を有するとともに受信信号を復調する回路を有しており、受信部５２から入力される受信信号（例えば上記第１実施例で示したのと同様なプリアンブルパターン）に基づいてクロックの同期を確立するとともに、当該確立した同期クロックに基づいて受信信号を復調し、当該復調結果を制御部５６へ出力する。
【００７６】
変調部５４は、制御部５６から送信対象となる信号（データ）を入力し、当該信号を変調して送信部５５へ出力する。
送信部５５は、変調部５４から入力される変調信号をアンテナ５１により移動局装置４２に対して無線送信する。
制御部５６は、他の装置（例えば他の基地局装置や中央制御局装置）と例えば有線で接続されており、復調部５３から入力される信号（復調データ）を当該他の装置へ送信することや、当該他の装置から送信される信号（データ）を受信して変調部５４へ出力することにより、当該他の装置との間で送受信信号の受け渡しを行う。
【００７７】
以上のように、本例の基地局装置４１では、受信部５２がアンテナ５１により無線受信された信号を入力して復調部５３が当該受信信号を復調して制御部５６へ出力する一方、変調部５４が制御部５６から入力される信号を変調して送信部５５が当該変調信号をアンテナ５１により無線送信するに際して、例えば上記第１実施例に示したのと同様な同期確立回路を備えた復調部５３により受信信号を復調することを行う。このため、本例の基地局装置４１では、例えば上記第１実施例で示した同期確立回路に関して述べたのと同様に、短期間で同期を確立することができる等といった効果を得ることができる。
【００７８】
一例として、本例の基地局装置４１では、その通信可能領域４３に複数の移動局装置４２が高速で入ってきて各移動局装置４２と素早く同期を確立しなければならないような場合においても、上記第１実施例で述べたように、このような同期を短期間で確立することができ、各移動局装置４２との通信を可能とすることができる。
【００７９】
なお、従来の同期検波方式では、１つの基地局装置と１つの移動局装置との間での送受信（つまり、１対１での送受信）に関しては可能であったが、上記のように複数の移動局装置が基地局装置の通信可能領域に高速で入ってくるような場合には、基地局装置が同期を確立する前に移動局装置が当該通信可能領域から出ていってしまうといった問題が生じていた。また、例えばＰＨＳでは、それが採用する同期検波方式（同期すべき信号のフィードバックを行い、徐々に同期を確立する方式）により１つの基地局装置と複数の移動局装置とで通信を行うが、ＰＨＳでは、基地局装置と高速の移動局装置との通信を確立するために別の基地局装置との同時送受信を利用しており、つまり、ＰＨＳでは、１つの基地局装置が素早い同期確立を行うようなものではなかった。本例の基地局装置４１は、このような従来の問題点を改善することができるものである。
【００８０】
ここで、本例の基地局装置４１では、無線信号を送受信するアンテナ５１が本発明に言うアンテナに相当する。
また、本例の基地局装置４１では、変調部５４が信号を変調する機能により、本発明に言う変調手段が構成されている。
【００８１】
また、本例の基地局装置４１では、送信部５５が変調された信号をアンテナ５１により移動局装置４２に対して無線送信する機能により、本発明に言う送信手段が構成されている。
また、本例の基地局装置４１では、受信部５２が移動局装置４２から無線送信される信号をアンテナ５１により受信する機能により、本発明に言う受信手段が構成されている。
【００８２】
また、本例の基地局装置４１では、復調部５３が受信バースト信号に含まれるプリアンブルパターンの振幅の変化値の正負が変化するタイミングを検出して、当該検出したタイミングに基づいて当該受信バースト信号からクロックの同期を確立する機能や、当該確立された同期タイミングに従って受信バースト信号（に含まれるユニークワードやデータ）を復調する機能により、本発明に言う正負変化タイミング検出手段や同期確立手段や復調手段が構成されている。
また、本例の基地局装置４１では、制御部５６が移動局装置４２との間で送受信する信号を外部の装置との間で通信する機能により、本例に言う制御手段が構成されている。
【００８３】
ここで、本発明に係る復調方法の態様や、本発明に係る同期確立装置や変復調装置や交通情報システムや基地局装置等の構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な態様や構成が用いられてもよい。
また、本発明の適用分野としても、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は種々な分野に適用することが可能なものである。
【００８４】
また、以上では、同期確立用信号に基づいて同期を確立する側（受信側）の復調方法や装置に関して述べたが、このような同期確立用信号を送信する側の変調方法や装置については、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号（例えば上記第１実施例で示したようなプリアンブルパターン）を含む信号（例えばπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式により変調したバースト信号）を生成して受信側に対して送信する構成とする。
【００８５】
また、本発明に係る方法や装置により行われる同期確立処理等といった各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成とすることもでき、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段を独立したハードウエア回路として構成することもできる。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体として把握することもでき、当該制御プログラムを記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る復調方法や同期確立装置や変復調装置や基地局装置では、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号を含む受信信号に含まれる当該同期確立用信号の振幅の変化値の正負が変化するタイミングに基づいて当該受信信号から同期を確立するようにしたため、短期間で同期を確立することができる等といった効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る同期確立回路の概略的な構成例を示す図である。
【図２】プリアンブルパターンのコンステレーションの一例を示す図である。
【図３】プリアンブルパターンの振幅変化波形の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施例に係る同期確立回路の具体的な構成例を示す図である。
【図５】振幅変化波形を２乗した波形の一例を示す図である。
【図６】２乗した値による振幅差の一例を示す図である。
【図７】ローパスフィルタから出力される２乗した値による振幅差の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例に係る送受信変復調装置の概略的な構成例を示す図である。
【図９】本発明の第３実施例に係る路車間交通無線通信システムの概略的な構成例及びバースト信号の構造例を示す図である。
【図１０】路車間交通無線通信システムに備えられる基地局装置の構成例を示す図である。
【図１１】バースト信号の構造の一例を示す図である。
【図１２】従来例に係る復調回路の一例を示す図である。
【図１３】従来における課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１、１１、３１・・Ａ／Ｄ変換器、 ２・・振幅変化量検出回路、
３・・振幅極性変化点検出回路、 ４・・変化点統計処理回路、
５・・クロック同期設定回路、 Ｒ・・包絡線、 Ｔ１・・振幅差検出回路、
Ｚ・・極性ビット変換器、 Ｔ２・・変化点抽出回路、
Ｔ３・・変化点計測回路、 Ｔ４・・クロック同期回路、
Ｔ５・・タイミング生成回路、 １２・・乗算器、 １３、１９・・加算器、
１４ａ〜１４ｐ、１６、２０・・レジスタ、 １５・・ローパスフィルタ、
１７・・ＸＯＲ、 １８・・Ｓ／Ｐ変換器、 ２１・・同期器、
２２・・タイミング生成器、 ３２・・復調器、
３３、３４、４０・・フィルタ、 ３５・・検波器、 ３６・・Ｐ／Ｓ変換器、
３７・・クロック位相検出回路、 ３８・・同期回路、 ３９・・変調器、
４１・・基地局装置、 ４２・・移動局装置、 ４３・・エリア、
４４・・道路、 ５１・・アンテナ、 ５２・・受信部、 ５３・・復調部、
５４・・変調部、 ５５・・送信部、 ５６・・制御部、

Claims (5)

1. 振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号を含む受信信号から同期を確立して当該受信信号を復調する復調方法であって、
   受信信号に含まれる同期確立用信号の振幅の変化値の正負が変化するタイミングに基づいて当該受信信号から同期を確立して当該受信信号を復調することを特徴とする復調方法。
2. 請求項１に記載の復調方法において、
   複数の受信信号から各受信信号毎に同期を確立して当該各受信信号を復調することを特徴とする復調方法。
3. 振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号を含む受信信号から同期を確立する同期確立装置であって、
   受信信号に含まれる同期確立用信号の振幅の変化値の正負が変化するタイミングを検出する正負変化タイミング検出手段と、
   検出したタイミングに基づいて当該受信信号から同期を確立する同期確立手段と、
   を備えたことを特徴とする同期確立装置。
4. 送信信号を変調する一方、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号を含む受信信号から同期を確立して当該受信信号を復調する変復調装置であって、
   送信信号を変調する変調手段と、
   受信信号に含まれる同期確立用信号の振幅の変化値の正負が変化するタイミングを検出する正負変化タイミング検出手段と、
   検出したタイミングに基づいて当該受信信号から同期を確立する同期確立手段と、
   確立した同期タイミングに従って当該受信信号を復調する復調手段と、
   を備えたことを特徴とする変復調装置。
5. 基地局装置と移動局装置とが無線により通信する交通情報システムに備えられ、信号を変調して移動局装置に対して無線により送信する一方、振幅の変化値が周期的に正負を繰り返す同期確立用信号を含む信号を移動局装置から無線受信し、当該受信信号から同期を確立して当該受信信号を復調する基地局装置であって、
   無線信号を送受信するアンテナと、
   信号を変調する変調手段と、
   変調した信号をアンテナにより移動局装置に対して無線送信する送信手段と、
   移動局装置から無線送信される信号をアンテナにより受信する受信手段と、
   受信した信号に含まれる同期確立用信号の振幅の変化値の正負が変化するタイミングを検出する正負変化タイミング検出手段と、
   検出したタイミングに基づいて当該受信信号から同期を確立する同期確立手段と、
   確立した同期タイミングに従って当該受信信号を復調する復調手段と、
   移動局装置との間で送受信する信号を外部の装置との間で通信する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする基地局装置。

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