JP3829703B2 - 多値ｑａｍ信号の同期検出方法、復号判定閾値設定方法および同期検出装置 - Google Patents
多値ｑａｍ信号の同期検出方法、復号判定閾値設定方法および同期検出装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル無線通信装置等に使用される多値ＱＡＭ信号の復調時における同期検出方法、復号判定閾値設定方法および同期検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル無線通信方式では、その復調時の高速引き込み動作（受信あるいはチャネル切替からフレーム同期が確立されるまでの時間の短縮化）が要求されており、従来より送信側から既知パターンを送り受信側でこれを受信判定してシンボル同期やフレーム同期をとっていた。
【０００３】
そして、１６ＱＡＭ変調方式における復調装置では、パイロットシンボルを挿入した信号を周期的に送信側から送り、受信側においてこれを検出してシンボル同期をとりさらにフレーム同期をとっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、周期的にパイロットシンボルを挿入するのみでは、それを検出するための時間がかかるため、送信側で多くのフレームを送信しなければならなかった。このため、高速引き込みを行うことができず、同期検出に時間を要するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、送信側から送られる最大振幅の同期ワードを受信して高速に同期検出ができ、またその同期ワードにより多値ＱＡＭ信号の復号判定に必要な閾値も得ることができるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出方法であって、受信したシンボルの振幅値が所定値より大きい状態が所定数のシンボルに亘って連続し、且つ前記複数の同期ワードと前記各同期ワードに対応した各々のベクトルとの相関のピーク値が得られるタイミングを、前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出方法とした。
【０００７】
請求項２に係る発明は、多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出方法であって、前記フレームの粗いサンプリングデータを使用して、受信したシンボルの振幅値が所定値より大きい状態が所定数のシンボルに亘って連続し、且つ前記複数の同期ワードと前記各同期ワードに対応した各々のベクトルとの相関のピーク値が得られる第１のタイミングを求め、前記第１のタイミングが得られたとき、前記フレームの細かいサンプリングデータを使用して、前記複数の同期ワードと前記各同期ワードに対応した各々のベクトルとの相関のピーク値が得られる第２のタイミングを求め、該第２のタイミングを前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出方法とした。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記受信したシンボルの振幅値が所定値より大きい状態が所定数のシンボルに亘って連続するか否かの判断を、過去受信した複数シンボルの振幅の平均値に基づく閾値と現在受信したシンボルの振幅との比較により行うことを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出方法とした。
【０００９】
請求項４に係る発明は、受信した同期ワードを順次メモリに格納し、請求項１又は２に係る発明の同期ワードの終端のタイミングが得られた時点に格納した同期ワード又は該同期ワードとそれ以前に格納した１又は２以上の同期ワードのベクトルに基づいて、多値ＱＡＭ信号の復号判定用の閾値を生成することを特徴とする多値ＱＡＭ信号の復号判定閾値設定方法とした。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記格納した同期ワードのベクトルを対応する正規の同期ワードのベクトルに合うよう位相補正し、該位相補正して得られたベクトルから多値ＱＡＭ信号の復号判定用の閾値を作成することを特徴とする多値ＱＡＭ信号の復号判定閾値設定方法とした。
【００１１】
請求項６に係る発明は、多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出装置であって、多値ＱＡＭ信号を所定シンボル数の期間だけ遅延させるよう縦続接続された複数の１シンボル遅延器と、該各１シンボル遅延器の出力と所定のベクトルとの複素相関を各々演算する複数の複素相関演算器を有する複素相関部と、前記多値ＱＡＭ信号の最大値が所定数連続するとき同期ワードが到来したことを検出する同期ワード検出部とを具備し、前記同期ワード検出部が同期ワードを検出し、且つ前記複素相関部が相関ピークを検出したタイミングを前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出装置とした。
【００１２】
請求項７に係る発明は、多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出装置であって、粗くサンプリングした多値ＱＡＭ信号を所定シンボル数の期間だけ遅延させるよう縦続接続された複数の第１の１シンボル遅延器および該各第１の１シンボル遅延器の出力と所定のベクトル値との複素相関を各々演算する複数の第１の複素相関演算器を有する第１の複素相関部と、粗くサンプリングした多値ＱＡＭ信号の最大値が所定数連続するとき同期ワードが到来したことを検出する同期ワード検出部と、細かくサンプリングした多値ＱＡＭ信号を所定シンボル数の期間だけ遅延させるよう縦続接続された複数の第２の１シンボル遅延器および該各第２の１シンボル遅延器の出力と所定のベクトル値との複素相関を各々演算する複数の第２の複素相関演算器を有する第２の複素相関部とを具備し、前記同期ワード検出部が同期ワードを検出し、且つ前記第１の複素相関部が相関ピークを検出したとき、前記第２の複素相関部を前記同期ワードの期間だけ動作させ、前記第２の複素相関部で相関ピークを検出したタイミングを前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出装置とした。
【００１３】
請求項８に係る発明は、請求項６又は７に係る発明において、前記同期ワード検出部は、過去受信した複数シンボルの振幅の平均値に基づく閾値と現在受信したシンボルの振幅とを比較する比較器と、該比較器の出力をカウントするカウンタとを具備し、前記比較器の出力がシンボルごとに連続して出力しそれが所定数に達したとき前記カウンタから同期ワードが到来したことを示す信号が出力することを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出装置とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、図２(a)に示すように先頭にガードフィールド３１をもち、その次に既知の同期ワードフィールド３２が続き、その後に情報フィールド３３が続くフォーマットの１６ＱＡＭのフレーム３０を受信し、同期ワードフィールド３２の終端（情報フィールド３３の開始点）のタイミングを検出することにより、シンボル同期とフレーム同期を同時にとる。
【００１５】
同期ワードは、図２の(b)に示すように、ＳＷ1〜ＳＷ10の１０シンボルからなり、各シンボルの１６ＱＡＭの値は０，８，Ａ，２のいずれかである。図２(c)はその１６ＱＡＭの値の配置位置を示す信号点配置図であり、シンボル０，８，Ａ，２は最大振幅包絡線の上のポイントにあり、その振幅（絶対値、以下同じ）はピーク値で同じである。
【００１６】
そして、本実施形態では、送信側において同期ワードをＳＷ1〜ＳＷ10の順序でフレーム３０の同期ワードフィールド３２に含ませて送り、受信側においてこの同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10を複素相関演算処理により相関検出して、相関ピークが得られた時点（つまり最後の同期ワードＳＷ１０が検出された時点）を情報フィールド３３が開始するタイミング点（同期点）として検出する。
【００１７】
このとき、このタイミング点を得る演算では間引いた１６ＱＡＭのデータを使用して行い、それが検出された後はデータを間引かずに行い精度を高めたタイミング点を得るようにして、高精度の検出を少ない演算容量で実現可能とする。
【００１８】
また、このとき受信された同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10は、それぞれ既知のシンボルであるので、これを使用して１６ＱＡＭ信号の復号のための判定用閾値（図２(c)における＋Ｉth、−Ｉth、＋Ｑth、−Ｑth）を設定する。以下、詳しく説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態の１６ＱＡＭ復調装置の同期検出部のブロック図である。１は入力する１６ＱＡＭ信号を８倍オーバサンプリングでデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。なお、入力信号は予めＩ成分とＱ成分に直交復調されている。２はルートロールオフフィルタであり、1/4の間引きを行って２倍のオーバーサンプリングデータについてフィルタリングを行う。
【００２０】
31〜310は１シンボル分の遅延を行う１シンボル遅延器であり、この場合は２サンプルデータ分を遅延する。４1〜４10は入力したシンボル（Ｉ，Ｑ）と予め設定したベクトルとを乗算して相関を検出する複素相関演算器である。各複素相関演算器４1〜４10には、その４1〜４10の順序で図２(b)に示した同期ワードＳＷ10〜ＳＷ1と共役関係にあるベクトル（例えば、ＳＷ1のシンボル０と共役関係にあるベクトルは２：図２(c)参照）が乗算係数として設定され、入力するシンボルと乗算した結果を出力する。同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10とその共役複素数を各々乗算すると、その結果は一定値を示す。以上の符号３〜５の部分は複素相関部を構成する。また、これらは全て２倍オーバーサンプリングデータについての処理を行う。
【００２１】
５は各複素相関演算器４1〜４10の相関出力の平均値（例えば加算値）を出力する平均レベル算出部、６は入力シンボルの過去１０シンボル分（２０サンプル分）のレベル（振幅）の平均値（例えば加算値）を出力する平均レベル算出部、７は係数が0.5の乗算器、８は乗算器７の出力に基づき比較閾値を決める閾値レベル算出部、９は現在の入力シンボルのレベル（振幅）を算出する瞬時レベル算出部、１０は瞬時レベル算出部９の出力Ａが閾値レベル算出部８で算出された閾値Ｂより大きい（Ａ＞Ｂ）ときにパルス出力を出す比較器、１１は第１の比較器１０から出力するパルス出力をカウントするＳＷ検出カウンタである。このＳＷ検出カウンタ１１は、比較器１０から出るパルスをサンプリングピッチで連続して２０回（１０シンボル分）カウントするとイネーブル信号Ｅｎを出すが、途中で１回でもカウントしないときはリセットされる。１２は比較器であり、ＳＷ検出カウンタ１１がイネーブル信号Ｅｎを出力したとき動作して平均レベル算出部５の出力Ｃと乗算器７の出力Ｄを比較し、Ｃ＞Ｄのときフラグを出力する。以上の符号６〜１２の部分は同期ワード検出部を構成する。また、これらは全て２倍オーバーサンプリングデータについての処理を行う。
【００２２】
２１はルートロールオフフィルタであり、間引きしない８倍のオーバーサンプリングデータのフィルタリングを行う。２２は入力信号をほぼ１フレーム分遅延させるタイミング調整用の１フレーム遅延器でフレームメモリ等からなる。２３1〜２３10は１シンボル分の遅延を行う１シンボル遅延器であり、ここでは８サンプルデータ分を遅延する。２４1〜２４10は入力したシンボルと予め設定したベクトルとを乗算して相関を検出する複素相関演算器であり、前記した複素相関演算器４1〜４10と同様の動作を行う。２５は各複素相関演算器２４1〜２４10の相関出力の平均値（例えば加算値）を出力する平均レベル算出部である。２６は平均レベル算出部２５の出力信号を予め決めた閾値と比較してピーク点のタイミングを検出するピーク点検出部である。２７はＳＷ区間検出部であり、第２の比較器１２からフラグが出力すると前記したフレーム３０の同期ワードフィールド３２の期間だけイネーブル信号Ｅｎを１シンボル遅延器２３1〜２３10と複素相関演算器２４1〜２４10に与える、以上の符号２１〜２７の部分は複素相関部を構成する。また、これらは全て８倍オーバーサンプリングデータについての処理を行う。
【００２３】
さて、図２(a)のフレーム３０の同期ワードフィールド３２の同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10以外のデータあるいはノイズが到来しているときは、入力するシンボルの振幅は同期ワードのそれと同じか或いはそれより小さいので、平均レベル算出部６で得られる平均値は小さな値となり、それを0.5倍した値に基づいて閾値レベル算出部８で設定された閾値Ｂも小さくなる。一方、瞬時レベル算出部９からの出力Ａは受信シンボルの振幅に応じて、大きな値あるいは小さな値がランダムに出力する。したがって、Ａ＞Ｂか否かを比較する比較器１０では、Ａ＞Ｂを検出するパルスがランダムに出力し、シンボルピッチで連続して出力することはない。このため、ＳＷ検出カウンタ１１は最初のカウントから連続した１０シンボル分（２０パルス）をカウントすることができず、よってイネーブル信号Ｅｎは比較器１２に入力せず、その比較器１２は動作しない。
【００２４】
次に、図２(a)のフレーム３０の同期ワードフィールド３２の同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10が、その順序で到来しているときは、最後の同期ワードＳＷ10が複素相関演算器４1で相関演算されたとき、複素相関演算器４1〜４10の全てにおいて相関がとれるので、その相関出力を平均レベル算出部５で平均（加算）した値はピーク値を示す。一方、それまでの瞬時レベル算出部９からは連続して同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10の瞬時レベルが算出されるので、その値Ａは連続してピーク値となる。また、平均レベル算出部６の出力は順次大きな値となり閾値レベル算出部８で閾値Ｂも順次大きくなるが、瞬時レベル算出部９の出力を超えることはない。よって、比較器１０からはＡ＞Ｂを検出したパルスが連続して２０回出力するので、ＳＷ検出カウンタ１１は２０回連続してそれをカウントし、イネーブル信号Ｅｎを出力するので、比較器１２はこのとき動作して、乗算器７の出力Ｄと平均レベル算出部５の出力Ｃを比較する。このときは、平均レベル算出部５の出力Ｃは前記したように相関がとれたことを表すピーク値を示しており、比較器１２はＣ＞Ｄを検出してフラグを出力する。
【００２５】
よって、ＳＷ区間検出部２７からは同期ワード区間を示すイネーブル信号Ｅｎが出力し、フレーム３０の同期ワードフィールド３２の時間だけ１シンボル遅延器２３1〜２３9と複素相関演算器２４1〜２４9が動作可能となる。１シンボル遅延器２３1には１フレーム遅延器２２によりタイミング調整された同期ワードがＳＷ1から順番に入力するので、複素相関演算器２４1〜２４10により、前記した４1〜４10と同様に複素相関がとられる。平均レベル検出部２５ではその平均（加算）がとられるが、同期ワードＳＷ10が複素相関演算器２４1で相関演算された時点で、その出力がピーク値を示す。よって、このピーク値をピーク点検出器２６で検出することにより、フレーム３０の同期ワードフィールド３２の終端のタイミングを得ることができる。
【００２６】
このように、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１で８倍オーバーサンプリングされた受信データを、まずフィルタ２により1/4間引いた２倍オーバーサンプリングデータとし、このデータによりフレーム３０の情報フィールド３３の開始点を粗く（軽い演算量で）検出し比較器１２に入力させるが、この比較器１２は同期ワード３２の１０個の同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10が到来したときのみ動作するので、確実に同期ワードフィールド３２の終端を検出でき、同期ワード３２の前方や後方を誤って検出することが防止（前方保護、後方保護）される。
【００２７】
そして、この粗い検出動作により同期ワードフィールド３２の終端が検出されたとき初めて、元の８倍オーバーサンプリングデータを使用して同期ワードフィールド３２の複素相関をとり、正確に同期ワードフィールド３２の終端を検出する。このように同期検出を２段構えにすることにより、８倍オーバーサンプリングデータによって処理する演算を、１フレーム内の同期ワードフィールド３２のデータの演算に限ることができるので、入力する８倍オーバーサンプリングデータについて絶えず複素相関を取る演算に比べて、余裕をもって実施することができる。
【００２８】
以上のようにして同期タイミングを検出する間、８倍オーバーサンプリングデータを図３の(a)に示すように、順次メモリ４０に格納すると、情報フィールド３３の開始点が検出された時点のデータを特定することができる。このデータが同期ワードＳＷ10であるとすると、それから８個前のデータはＳＷ9、さらに８個前のデータはＳＷ8、さらに８個前のデータはＳＷ7のように特定できる。
【００２９】
よって、例えば同じ値の同期ワードＳＷ1とＳＷ10（図２の(b)参照）のベクトル値の平均値を求め、この値が例えばＩ＝Ｉ1、Ｑ＝Ｑ1であったときは、図３(b)に示すように、本来のシンボル０の角度（＝π／４）と位相差θがあることが判明するので、信号点配置のＩ軸とＱ軸の回転により位相補正して本来の信号配置点であるＩ＝Ｉa、Ｑ＝Ｑaに変換し、この値を用いて１６ＱＡＭの復号のための判定閾値を設定する。この場合の閾値Ｉth、Ｑthは「Ｉa/３＋Ｑa/３」であり、Ｉa＝Ｑa＝１のときは、Ｉth＝Ｑth＝2/3となる。なお、−Ｉth＝−Ｑth＝−2/3として求めることができる。このように、値が既知の同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10を受信することによって、１６ＱＡＭ信号の信号点配置のための復号判定閾値を設定することができる。
【００３０】
なお、以上説明した実施形態は１６ＱＡＭの場合についてであったが、本発明は、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭ等のように多値ＱＡＭのすべてに適用できる。また、前記実施形態では、ハードウエアに余裕があれば、前記した２倍サンプリングデータで処理する部分を、８倍サンプリングデータで処理してもよく、この場合は比較器１２の出力を直ちにフレーム３０の情報フィールド３３の先頭を示すタイミング信号とすることができる。さらに、前記実施形態では、１フレーム遅延器２２を使用してタイミング調整することにより、同一のフレームの同期ワードについてまず粗く同期タイミングを検出し、次に細かく同期タイミングを検出したが、２つ続くフレームの内の前のフレームの同期ワードについてまず粗く同期タイミングを検出し、次に次のフレームの同期ワードについて細かく同期タイミングを検出してもよい。さらに、前記実施形態では、１６ＱＡＭ信号点配置の復号判定閾値を複数の同じ同期ワードの平均値を使用して設定したが、１個の同期ワードのみを使用して設定することもできる。さらに、前記実施形態では、同期ワードフィールド３２を情報フィールド３３の直前に挿入したが、情報フィールド３３の内部あるいは他の位置に挿入しても同様に同期をとることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、フレームの同期ワードフィールドの終端のタイミングを多くとも２フレームの信号受信により検出することができる。このタイミングはフレーム同期、シンボル同期のタイミングでもあり、よってパイロットシンボルを使用する場合に比べて高速に同期を取ることができる。また、同期ワードフィールドが到来したか否かを常時検出しながら同期検出を行うので、同期ワードフィールドの前方や後方を誤って検出することはない。さらに得られた同期ワードを使用して多値ＱＡＭ信号の復号用の判定閾値も同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の１６ＱＡＭ復調装置の同期検出部のブロック図である。
【図２】 (a)はフレームの説明図、(b)は同期ワードの説明図、(c)は１６ＱＡＭの信号点配置図である。
【図３】 (a)は受信データを格納するメモリの説明図、(b)は同期ワードを使用して信号点配置の復号判定閾値を得る説明図である。
【符号の説明】
１：Ａ／Ｄ変換器、２：ルートロールオフフィルタ、３1〜３10：１シンボル遅延器、４1〜４10：複素相関演算器、５：平均レベル算出部、６：平均レベル算出部、７：乗算器、８：閾値レベル算出部、９：瞬時レベル算出部、１０：比較器、１１：ＳＷ検出カウンタ、１２：比較器
２１：ルートロールオフフィルタ、２２：１フレーム遅延器、２３1〜２３10：１シンボル遅延器、２４1〜２４10：複素相関演算器、２５：平均レベル算出部、２６：ピーク検出部、２７：ＳＷ区間検出部
３０：フレーム、３１：ガードフィールド、３２：同期ワードフィールド、３３：情報フィールド
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル無線通信装置等に使用される多値ＱＡＭ信号の復調時における同期検出方法、復号判定閾値設定方法および同期検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、デジタル無線通信方式では、その復調時の高速引き込み動作（受信あるいはチャネル切替からフレーム同期が確立されるまでの時間の短縮化）が要求されており、従来より送信側から既知パターンを送り受信側でこれを受信判定してシンボル同期やフレーム同期をとっていた。
【０００３】
そして、１６ＱＡＭ変調方式における復調装置では、パイロットシンボルを挿入した信号を周期的に送信側から送り、受信側においてこれを検出してシンボル同期をとりさらにフレーム同期をとっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、周期的にパイロットシンボルを挿入するのみでは、それを検出するための時間がかかるため、送信側で多くのフレームを送信しなければならなかった。このため、高速引き込みを行うことができず、同期検出に時間を要するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、送信側から送られる最大振幅の同期ワードを受信して高速に同期検出ができ、またその同期ワードにより多値ＱＡＭ信号の復号判定に必要な閾値も得ることができるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出方法であって、受信したシンボルの振幅値が所定値より大きい状態が所定数のシンボルに亘って連続し、且つ前記複数の同期ワードと前記各同期ワードに対応した各々のベクトルとの相関のピーク値が得られるタイミングを、前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出方法とした。
【０００７】
請求項２に係る発明は、多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出方法であって、前記フレームの粗いサンプリングデータを使用して、受信したシンボルの振幅値が所定値より大きい状態が所定数のシンボルに亘って連続し、且つ前記複数の同期ワードと前記各同期ワードに対応した各々のベクトルとの相関のピーク値が得られる第１のタイミングを求め、前記第１のタイミングが得られたとき、前記フレームの細かいサンプリングデータを使用して、前記複数の同期ワードと前記各同期ワードに対応した各々のベクトルとの相関のピーク値が得られる第２のタイミングを求め、該第２のタイミングを前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出方法とした。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記受信したシンボルの振幅値が所定値より大きい状態が所定数のシンボルに亘って連続するか否かの判断を、過去受信した複数シンボルの振幅の平均値に基づく閾値と現在受信したシンボルの振幅との比較により行うことを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出方法とした。
【０００９】
請求項４に係る発明は、受信した同期ワードを順次メモリに格納し、請求項１又は２に係る発明の同期ワードの終端のタイミングが得られた時点に格納した同期ワード又は該同期ワードとそれ以前に格納した１又は２以上の同期ワードのベクトルに基づいて、多値ＱＡＭ信号の復号判定用の閾値を生成することを特徴とする多値ＱＡＭ信号の復号判定閾値設定方法とした。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記格納した同期ワードのベクトルを対応する正規の同期ワードのベクトルに合うよう位相補正し、該位相補正して得られたベクトルから多値ＱＡＭ信号の復号判定用の閾値を作成することを特徴とする多値ＱＡＭ信号の復号判定閾値設定方法とした。
【００１１】
請求項６に係る発明は、多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出装置であって、多値ＱＡＭ信号を所定シンボル数の期間だけ遅延させるよう縦続接続された複数の１シンボル遅延器と、該各１シンボル遅延器の出力と所定のベクトルとの複素相関を各々演算する複数の複素相関演算器を有する複素相関部と、前記多値ＱＡＭ信号の最大値が所定数連続するとき同期ワードが到来したことを検出する同期ワード検出部とを具備し、前記同期ワード検出部が同期ワードを検出し、且つ前記複素相関部が相関ピークを検出したタイミングを前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出装置とした。
【００１２】
請求項７に係る発明は、多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出装置であって、粗くサンプリングした多値ＱＡＭ信号を所定シンボル数の期間だけ遅延させるよう縦続接続された複数の第１の１シンボル遅延器および該各第１の１シンボル遅延器の出力と所定のベクトル値との複素相関を各々演算する複数の第１の複素相関演算器を有する第１の複素相関部と、粗くサンプリングした多値ＱＡＭ信号の最大値が所定数連続するとき同期ワードが到来したことを検出する同期ワード検出部と、細かくサンプリングした多値ＱＡＭ信号を所定シンボル数の期間だけ遅延させるよう縦続接続された複数の第２の１シンボル遅延器および該各第２の１シンボル遅延器の出力と所定のベクトル値との複素相関を各々演算する複数の第２の複素相関演算器を有する第２の複素相関部とを具備し、前記同期ワード検出部が同期ワードを検出し、且つ前記第１の複素相関部が相関ピークを検出したとき、前記第２の複素相関部を前記同期ワードの期間だけ動作させ、前記第２の複素相関部で相関ピークを検出したタイミングを前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出装置とした。
【００１３】
請求項８に係る発明は、請求項６又は７に係る発明において、前記同期ワード検出部は、過去受信した複数シンボルの振幅の平均値に基づく閾値と現在受信したシンボルの振幅とを比較する比較器と、該比較器の出力をカウントするカウンタとを具備し、前記比較器の出力がシンボルごとに連続して出力しそれが所定数に達したとき前記カウンタから同期ワードが到来したことを示す信号が出力することを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出装置とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、図２(a)に示すように先頭にガードフィールド３１をもち、その次に既知の同期ワードフィールド３２が続き、その後に情報フィールド３３が続くフォーマットの１６ＱＡＭのフレーム３０を受信し、同期ワードフィールド３２の終端（情報フィールド３３の開始点）のタイミングを検出することにより、シンボル同期とフレーム同期を同時にとる。
【００１５】
同期ワードは、図２の(b)に示すように、ＳＷ1〜ＳＷ10の１０シンボルからなり、各シンボルの１６ＱＡＭの値は０，８，Ａ，２のいずれかである。図２(c)はその１６ＱＡＭの値の配置位置を示す信号点配置図であり、シンボル０，８，Ａ，２は最大振幅包絡線の上のポイントにあり、その振幅（絶対値、以下同じ）はピーク値で同じである。
【００１６】
そして、本実施形態では、送信側において同期ワードをＳＷ1〜ＳＷ10の順序でフレーム３０の同期ワードフィールド３２に含ませて送り、受信側においてこの同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10を複素相関演算処理により相関検出して、相関ピークが得られた時点（つまり最後の同期ワードＳＷ１０が検出された時点）を情報フィールド３３が開始するタイミング点（同期点）として検出する。
【００１７】
このとき、このタイミング点を得る演算では間引いた１６ＱＡＭのデータを使用して行い、それが検出された後はデータを間引かずに行い精度を高めたタイミング点を得るようにして、高精度の検出を少ない演算容量で実現可能とする。
【００１８】
また、このとき受信された同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10は、それぞれ既知のシンボルであるので、これを使用して１６ＱＡＭ信号の復号のための判定用閾値（図２(c)における＋Ｉth、−Ｉth、＋Ｑth、−Ｑth）を設定する。以下、詳しく説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施形態の１６ＱＡＭ復調装置の同期検出部のブロック図である。１は入力する１６ＱＡＭ信号を８倍オーバサンプリングでデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。なお、入力信号は予めＩ成分とＱ成分に直交復調されている。２はルートロールオフフィルタであり、1/4の間引きを行って２倍のオーバーサンプリングデータについてフィルタリングを行う。
【００２０】
31〜310は１シンボル分の遅延を行う１シンボル遅延器であり、この場合は２サンプルデータ分を遅延する。４1〜４10は入力したシンボル（Ｉ，Ｑ）と予め設定したベクトルとを乗算して相関を検出する複素相関演算器である。各複素相関演算器４1〜４10には、その４1〜４10の順序で図２(b)に示した同期ワードＳＷ10〜ＳＷ1と共役関係にあるベクトル（例えば、ＳＷ1のシンボル０と共役関係にあるベクトルは２：図２(c)参照）が乗算係数として設定され、入力するシンボルと乗算した結果を出力する。同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10とその共役複素数を各々乗算すると、その結果は一定値を示す。以上の符号３〜５の部分は複素相関部を構成する。また、これらは全て２倍オーバーサンプリングデータについての処理を行う。
【００２１】
５は各複素相関演算器４1〜４10の相関出力の平均値（例えば加算値）を出力する平均レベル算出部、６は入力シンボルの過去１０シンボル分（２０サンプル分）のレベル（振幅）の平均値（例えば加算値）を出力する平均レベル算出部、７は係数が0.5の乗算器、８は乗算器７の出力に基づき比較閾値を決める閾値レベル算出部、９は現在の入力シンボルのレベル（振幅）を算出する瞬時レベル算出部、１０は瞬時レベル算出部９の出力Ａが閾値レベル算出部８で算出された閾値Ｂより大きい（Ａ＞Ｂ）ときにパルス出力を出す比較器、１１は第１の比較器１０から出力するパルス出力をカウントするＳＷ検出カウンタである。このＳＷ検出カウンタ１１は、比較器１０から出るパルスをサンプリングピッチで連続して２０回（１０シンボル分）カウントするとイネーブル信号Ｅｎを出すが、途中で１回でもカウントしないときはリセットされる。１２は比較器であり、ＳＷ検出カウンタ１１がイネーブル信号Ｅｎを出力したとき動作して平均レベル算出部５の出力Ｃと乗算器７の出力Ｄを比較し、Ｃ＞Ｄのときフラグを出力する。以上の符号６〜１２の部分は同期ワード検出部を構成する。また、これらは全て２倍オーバーサンプリングデータについての処理を行う。
【００２２】
２１はルートロールオフフィルタであり、間引きしない８倍のオーバーサンプリングデータのフィルタリングを行う。２２は入力信号をほぼ１フレーム分遅延させるタイミング調整用の１フレーム遅延器でフレームメモリ等からなる。２３1〜２３10は１シンボル分の遅延を行う１シンボル遅延器であり、ここでは８サンプルデータ分を遅延する。２４1〜２４10は入力したシンボルと予め設定したベクトルとを乗算して相関を検出する複素相関演算器であり、前記した複素相関演算器４1〜４10と同様の動作を行う。２５は各複素相関演算器２４1〜２４10の相関出力の平均値（例えば加算値）を出力する平均レベル算出部である。２６は平均レベル算出部２５の出力信号を予め決めた閾値と比較してピーク点のタイミングを検出するピーク点検出部である。２７はＳＷ区間検出部であり、第２の比較器１２からフラグが出力すると前記したフレーム３０の同期ワードフィールド３２の期間だけイネーブル信号Ｅｎを１シンボル遅延器２３1〜２３10と複素相関演算器２４1〜２４10に与える、以上の符号２１〜２７の部分は複素相関部を構成する。また、これらは全て８倍オーバーサンプリングデータについての処理を行う。
【００２３】
さて、図２(a)のフレーム３０の同期ワードフィールド３２の同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10以外のデータあるいはノイズが到来しているときは、入力するシンボルの振幅は同期ワードのそれと同じか或いはそれより小さいので、平均レベル算出部６で得られる平均値は小さな値となり、それを0.5倍した値に基づいて閾値レベル算出部８で設定された閾値Ｂも小さくなる。一方、瞬時レベル算出部９からの出力Ａは受信シンボルの振幅に応じて、大きな値あるいは小さな値がランダムに出力する。したがって、Ａ＞Ｂか否かを比較する比較器１０では、Ａ＞Ｂを検出するパルスがランダムに出力し、シンボルピッチで連続して出力することはない。このため、ＳＷ検出カウンタ１１は最初のカウントから連続した１０シンボル分（２０パルス）をカウントすることができず、よってイネーブル信号Ｅｎは比較器１２に入力せず、その比較器１２は動作しない。
【００２４】
次に、図２(a)のフレーム３０の同期ワードフィールド３２の同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10が、その順序で到来しているときは、最後の同期ワードＳＷ10が複素相関演算器４1で相関演算されたとき、複素相関演算器４1〜４10の全てにおいて相関がとれるので、その相関出力を平均レベル算出部５で平均（加算）した値はピーク値を示す。一方、それまでの瞬時レベル算出部９からは連続して同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10の瞬時レベルが算出されるので、その値Ａは連続してピーク値となる。また、平均レベル算出部６の出力は順次大きな値となり閾値レベル算出部８で閾値Ｂも順次大きくなるが、瞬時レベル算出部９の出力を超えることはない。よって、比較器１０からはＡ＞Ｂを検出したパルスが連続して２０回出力するので、ＳＷ検出カウンタ１１は２０回連続してそれをカウントし、イネーブル信号Ｅｎを出力するので、比較器１２はこのとき動作して、乗算器７の出力Ｄと平均レベル算出部５の出力Ｃを比較する。このときは、平均レベル算出部５の出力Ｃは前記したように相関がとれたことを表すピーク値を示しており、比較器１２はＣ＞Ｄを検出してフラグを出力する。
【００２５】
よって、ＳＷ区間検出部２７からは同期ワード区間を示すイネーブル信号Ｅｎが出力し、フレーム３０の同期ワードフィールド３２の時間だけ１シンボル遅延器２３1〜２３9と複素相関演算器２４1〜２４9が動作可能となる。１シンボル遅延器２３1には１フレーム遅延器２２によりタイミング調整された同期ワードがＳＷ1から順番に入力するので、複素相関演算器２４1〜２４10により、前記した４1〜４10と同様に複素相関がとられる。平均レベル検出部２５ではその平均（加算）がとられるが、同期ワードＳＷ10が複素相関演算器２４1で相関演算された時点で、その出力がピーク値を示す。よって、このピーク値をピーク点検出器２６で検出することにより、フレーム３０の同期ワードフィールド３２の終端のタイミングを得ることができる。
【００２６】
このように、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１で８倍オーバーサンプリングされた受信データを、まずフィルタ２により1/4間引いた２倍オーバーサンプリングデータとし、このデータによりフレーム３０の情報フィールド３３の開始点を粗く（軽い演算量で）検出し比較器１２に入力させるが、この比較器１２は同期ワード３２の１０個の同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10が到来したときのみ動作するので、確実に同期ワードフィールド３２の終端を検出でき、同期ワード３２の前方や後方を誤って検出することが防止（前方保護、後方保護）される。
【００２７】
そして、この粗い検出動作により同期ワードフィールド３２の終端が検出されたとき初めて、元の８倍オーバーサンプリングデータを使用して同期ワードフィールド３２の複素相関をとり、正確に同期ワードフィールド３２の終端を検出する。このように同期検出を２段構えにすることにより、８倍オーバーサンプリングデータによって処理する演算を、１フレーム内の同期ワードフィールド３２のデータの演算に限ることができるので、入力する８倍オーバーサンプリングデータについて絶えず複素相関を取る演算に比べて、余裕をもって実施することができる。
【００２８】
以上のようにして同期タイミングを検出する間、８倍オーバーサンプリングデータを図３の(a)に示すように、順次メモリ４０に格納すると、情報フィールド３３の開始点が検出された時点のデータを特定することができる。このデータが同期ワードＳＷ10であるとすると、それから８個前のデータはＳＷ9、さらに８個前のデータはＳＷ8、さらに８個前のデータはＳＷ7のように特定できる。
【００２９】
よって、例えば同じ値の同期ワードＳＷ1とＳＷ10（図２の(b)参照）のベクトル値の平均値を求め、この値が例えばＩ＝Ｉ1、Ｑ＝Ｑ1であったときは、図３(b)に示すように、本来のシンボル０の角度（＝π／４）と位相差θがあることが判明するので、信号点配置のＩ軸とＱ軸の回転により位相補正して本来の信号配置点であるＩ＝Ｉa、Ｑ＝Ｑaに変換し、この値を用いて１６ＱＡＭの復号のための判定閾値を設定する。この場合の閾値Ｉth、Ｑthは「Ｉa/３＋Ｑa/３」であり、Ｉa＝Ｑa＝１のときは、Ｉth＝Ｑth＝2/3となる。なお、−Ｉth＝−Ｑth＝−2/3として求めることができる。このように、値が既知の同期ワードＳＷ1〜ＳＷ10を受信することによって、１６ＱＡＭ信号の信号点配置のための復号判定閾値を設定することができる。
【００３０】
なお、以上説明した実施形態は１６ＱＡＭの場合についてであったが、本発明は、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭ、１２８ＱＡＭ等のように多値ＱＡＭのすべてに適用できる。また、前記実施形態では、ハードウエアに余裕があれば、前記した２倍サンプリングデータで処理する部分を、８倍サンプリングデータで処理してもよく、この場合は比較器１２の出力を直ちにフレーム３０の情報フィールド３３の先頭を示すタイミング信号とすることができる。さらに、前記実施形態では、１フレーム遅延器２２を使用してタイミング調整することにより、同一のフレームの同期ワードについてまず粗く同期タイミングを検出し、次に細かく同期タイミングを検出したが、２つ続くフレームの内の前のフレームの同期ワードについてまず粗く同期タイミングを検出し、次に次のフレームの同期ワードについて細かく同期タイミングを検出してもよい。さらに、前記実施形態では、１６ＱＡＭ信号点配置の復号判定閾値を複数の同じ同期ワードの平均値を使用して設定したが、１個の同期ワードのみを使用して設定することもできる。さらに、前記実施形態では、同期ワードフィールド３２を情報フィールド３３の直前に挿入したが、情報フィールド３３の内部あるいは他の位置に挿入しても同様に同期をとることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、フレームの同期ワードフィールドの終端のタイミングを多くとも２フレームの信号受信により検出することができる。このタイミングはフレーム同期、シンボル同期のタイミングでもあり、よってパイロットシンボルを使用する場合に比べて高速に同期を取ることができる。また、同期ワードフィールドが到来したか否かを常時検出しながら同期検出を行うので、同期ワードフィールドの前方や後方を誤って検出することはない。さらに得られた同期ワードを使用して多値ＱＡＭ信号の復号用の判定閾値も同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の１６ＱＡＭ復調装置の同期検出部のブロック図である。
【図２】 (a)はフレームの説明図、(b)は同期ワードの説明図、(c)は１６ＱＡＭの信号点配置図である。
【図３】 (a)は受信データを格納するメモリの説明図、(b)は同期ワードを使用して信号点配置の復号判定閾値を得る説明図である。
【符号の説明】
１：Ａ／Ｄ変換器、２：ルートロールオフフィルタ、３1〜３10：１シンボル遅延器、４1〜４10：複素相関演算器、５：平均レベル算出部、６：平均レベル算出部、７：乗算器、８：閾値レベル算出部、９：瞬時レベル算出部、１０：比較器、１１：ＳＷ検出カウンタ、１２：比較器
２１：ルートロールオフフィルタ、２２：１フレーム遅延器、２３1〜２３10：１シンボル遅延器、２４1〜２４10：複素相関演算器、２５：平均レベル算出部、２６：ピーク検出部、２７：ＳＷ区間検出部
３０：フレーム、３１：ガードフィールド、３２：同期ワードフィールド、３３：情報フィールド
Claims (8)
- 多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出方法であって、
受信したシンボルの振幅値が所定値より大きい状態が所定数のシンボルに亘って連続し、且つ前記複数の同期ワードと前記各同期ワードに対応した各々のベクトルとの相関のピーク値が得られるタイミングを、前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出方法。 - 多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出方法であって、
前記フレームの粗いサンプリングデータを使用して、受信したシンボルの振幅値が所定値より大きい状態が所定数のシンボルに亘って連続し、且つ前記複数の同期ワードと前記各同期ワードに対応した各々のベクトルとの相関のピーク値が得られる第１のタイミングを求め、
前記第１のタイミングが得られたとき、前記フレームの細かいサンプリングデータを使用して、前記複数の同期ワードと前記各同期ワードに対応した各々のベクトルとの相関のピーク値が得られる第２のタイミングを求め、該第２のタイミングを前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出方法。 - 請求項１又は２において、
前記受信したシンボルの振幅値が所定値より大きい状態が所定数のシンボルに亘って連続するか否かの判断を、過去受信した複数シンボルの振幅の平均値に基づく閾値と現在受信したシンボルの振幅との比較により行うことを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出方法。 - 受信した同期ワードを順次メモリに格納し、請求項１又は２に記載の同期ワードの終端のタイミングが得られた時点に格納した同期ワード又は該同期ワードとそれ以前に格納した１又は２以上の同期ワードのベクトルに基づいて、多値ＱＡＭ信号の復号判定用の閾値を生成することを特徴とする多値ＱＡＭ信号の復号判定閾値設定方法。
- 請求項４において、
前記格納した同期ワードのベクトルを対応する正規の同期ワードのベクトルに合うよう位相補正し、該位相補正して得られたベクトルから多値ＱＡＭ信号の復号判定用の閾値を作成することを特徴とする多値ＱＡＭ信号の復号判定閾値設定方法。 - 多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出装置であって、
多値ＱＡＭ信号を所定シンボル数の期間だけ遅延させるよう縦続接続された複数の１シンボル遅延器と、該各１シンボル遅延器の出力と所定のベクトルとの複素相関を各々演算する複数の複素相関演算器を有する複素相関部と、
前記多値ＱＡＭ信号の最大値が所定数連続するとき同期ワードが到来したことを検出する同期ワード検出部とを具備し、
前記同期ワード検出部が同期ワードを検出し、且つ前記複素相関部が相関ピークを検出したタイミングを前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出装置。 - 多値ＱＡＭ信号の最大振幅値で設定された複数個の同期ワードを情報フィールドと共に挿入したフレームを入力し、該同期ワードの処理により前記同期ワードの終端のタイミングを検出する多値ＱＡＭ信号の同期検出装置であって、
粗くサンプリングした多値ＱＡＭ信号を所定シンボル数の期間だけ遅延させるよう縦続接続された複数の第１の１シンボル遅延器および該各第１の１シンボル遅延器の出力と所定のベクトル値との複素相関を各々演算する複数の第１の複素相関演算器を有する第１の複素相関部と、
粗くサンプリングした多値ＱＡＭ信号の最大値が所定数連続するとき同期ワードが到来したことを検出する同期ワード検出部と、
細かくサンプリングした多値ＱＡＭ信号を所定シンボル数の期間だけ遅延させるよう縦続接続された複数の第２の１シンボル遅延器および該各第２の１シンボル遅延器の出力と所定のベクトル値との複素相関を各々演算する複数の第２の複素相関演算器を有する第２の複素相関部とを具備し、
前記同期ワード検出部が同期ワードを検出し、且つ前記第１の複素相関部が相関ピークを検出したとき、前記第２の複素相関部を前記同期ワードの期間だけ動作させ、前記第２の複素相関部で相関ピークを検出したタイミングを前記同期ワードの終端のタイミングとすることを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出装置。 - 請求項６又は７において、
前記同期ワード検出部は、過去受信した複数シンボルの振幅の平均値に基づく閾値と現在受信したシンボルの振幅とを比較する比較器と、該比較器の出力をカウントするカウンタとを具備し、前記比較器の出力がシンボルごとに連続して出力しそれが所定数に達したとき前記カウンタから同期ワードが到来したことを示す信号が出力することを特徴とする多値ＱＡＭ信号の同期検出装置。
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