JP4044109B2 - Signal processing device - Google Patents
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本発明は、信号処理技術に関し、特に無線信号の同期を判定する信号処理装置に関する。 The present invention relates to a signal processing technique, and more particularly to a signal processing device that determines synchronization of radio signals.
無線通信システムにおいては、送信装置と受信装置とで用いている水晶等から発振される信号の不安定性により周波数オフセットが発生する。この発生した周波数オフセットの影響を低減するために、送信された信号に含まれる既知信号の位相の誤りを推定し、推定された位相の誤りだけ信号の位相をずらしていた。しかしながら、周波数オフセットがシンボルレートの±1/2M(Mは、PSK(Phase Shift Keying)変調における相数。)以上生じている場合には、正常な同期を確立せずに、正常な同期から±2π/M×シンボルレート/2πだけ周波数シフトした位置に同期状態が固定されてしまうといった、いわゆる擬似同期の状態に陥る場合がある。従来、この擬似同期の状態を脱却するために、誤り訂正を行なって、その結果で擬似同期か否かを判別していた。さらに、擬似同期と判別された場合は、擬似同期状態でなくなるまで、周波数シフトを繰り返していた。(たとえば、特許文献1参照)。
本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。すなわち、衛星通信システムのように、非常に受信電力の弱い信号を端末にて受信し、さらに、フェージング現象とドップラー現象の影響によって、搬送波再生ループにおける基準位相が不必要にシフトしてしまう状態、すなわち、位相スリップの状態に陥った場合、誤り訂正復号後の信頼度によって正確な判定を行なうには、時間が長くなるといった課題である。 Under such circumstances, the present inventor has come to recognize the following problems. That is, a state in which a signal with very weak reception power is received at a terminal, as in a satellite communication system, and the reference phase in the carrier recovery loop is unnecessarily shifted due to the influence of the fading phenomenon and the Doppler phenomenon, That is, when a phase slip occurs, it takes a long time to make an accurate determination based on the reliability after error correction decoding.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、擬似同期状態の脱却に要する処理時間を低減できる受信装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a receiving apparatus that can reduce the processing time required to escape from the pseudo-synchronized state.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の信号処理装置は、入力部と、復調部と、部分信号取得部と、差動間隔決定部と、同期検出部とを備える。入力部は、複数の既知信号からなる既知信号の系列が所定の周期Lで複数挿入された信号系列を入力する。復調部は、入力部から入力された信号系列から搬送波を再生し、再生された搬送波にしたがって、信号系列を復調する。部分信号取得部は、復調部において復調した信号系列に含まれる既知信号の系列に対応すべき部分信号の系列を所定の周期と同じ周期で複数取得する。差動間隔決定部は、部分信号取得部で取得した部分信号の系列のうち、所定の前後の部分信号の系列に含まれる既知信号に対応すべき部分信号を複数の差動間隔に関する規則を用いてそれぞれ対応づける。同期検出部は、複数の差動間隔に関する規則のうちの第1規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算することによって、既知信号の系列が挿入された位置を推定して仮同期を検出する。仮同期を検出した後に、同期検出部は、複数の差動間隔に関する規則のうち、第1規則とは異なる差動間隔となる第2規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算することによって、復調部で再生された搬送波の周波数が正しいか否かを検出する。 In order to solve the above problems, a signal processing device according to an aspect of the present invention includes an input unit, a demodulation unit, a partial signal acquisition unit, a differential interval determination unit, and a synchronization detection unit. The input unit inputs a signal sequence in which a plurality of known signal sequences including a plurality of known signals are inserted at a predetermined period L. The demodulation unit reproduces a carrier wave from the signal sequence input from the input unit, and demodulates the signal sequence according to the reproduced carrier wave. The partial signal acquisition unit acquires a plurality of partial signal sequences to be associated with the known signal sequences included in the signal sequence demodulated by the demodulation unit at the same cycle as the predetermined cycle. The differential interval determination unit uses a rule relating to a plurality of differential intervals for a partial signal that should correspond to a known signal included in a sequence of partial signals before and after the partial signal sequence acquired by the partial signal acquisition unit. And associate them with each other. The synchronization detection unit calculates the relative phase difference between the partial signals associated with each other according to the first rule among the plurality of rules regarding the differential interval, thereby determining the position where the sequence of known signals is inserted. Estimate and detect temporary synchronization. After detecting the provisional synchronization, the synchronization detector detects the relative position between the partial signals associated according to the second rule having a differential interval different from the first rule among the plurality of rules regarding the differential interval. By calculating the respective phase differences, it is detected whether or not the frequency of the carrier wave reproduced by the demodulator is correct.
ここで、「入力部は、信号系列を入力する」とは、受信した信号系列を信号処理装置に伝達することなどを含み、たとえば、信号処理装置に信号系列を処理させるために、信号系列をメモリに記憶することなども含む。また、「既知信号の系列」とは、予め定められた規則で配列された複数の既知信号から構成される系列を含む。それぞれの既知信号は、同一のシンボルであってもよく、また、それぞれ異なるシンボルであってもよい。すなわち、受信側において既知な情報であればよい。また、「部分信号の系列」とは、無線回線を通じて受信した信号系列のうち、既知信号に相当すべき部分を含む。いいかえると、部分信号は、受信時の既知信号をいう。「部分信号」とは、無線回線を通じて受信した信号系列のうち、既知信号に相当すべき部分を含む。いいかえると、部分信号は、受信時の既知信号をいう。また、「対応づける」とは、連続する2つの行に存在する部分情報において、差動を計算する2つの部分情報を特定することなどを含む。また、「相対的な位相差」とは、複数の位相間における位相差などを含み、たとえば、前後の既知信号の位相の差動を計算することによって得た差分などを含む。また、「再生された搬送波の周波数が正しいか否かを判定する」とは、正常に周波数同期が捕捉できているか否かを判定することなどを含む。 Here, “the input unit inputs the signal sequence” includes transmitting the received signal sequence to the signal processing device. For example, in order to cause the signal processing device to process the signal sequence, It also includes storing in memory. Further, the “known signal sequence” includes a sequence composed of a plurality of known signals arranged according to a predetermined rule. Each known signal may be the same symbol or may be a different symbol. That is, any information that is known on the receiving side may be used. The “partial signal sequence” includes a portion that should correspond to a known signal in a signal sequence received through a wireless channel. In other words, the partial signal is a known signal at the time of reception. The “partial signal” includes a portion that should correspond to a known signal in a signal series received through a wireless line. In other words, the partial signal is a known signal at the time of reception. “Associating” includes specifying, for example, two pieces of partial information for calculating a differential in partial information existing in two consecutive rows. The “relative phase difference” includes a phase difference between a plurality of phases, and includes, for example, a difference obtained by calculating a differential of the phases of known signals before and after. Further, “determining whether or not the frequency of the regenerated carrier wave is correct” includes determining whether or not frequency synchronization has been successfully captured.
この態様によると、2つの異なる相対的な位相差を用いて同期を2段階に分けて確立させることによって、擬似同期状態の判定処理時間を低減できる。また、最初にタイミング同期を確立し、その後、周波数同期を確立させることによって、効率的に同期が検出できる。また、それぞれの段階における同期判定に差動間隔に関する規則を使い分けることによって、より効率的に同期が検出できる。 According to this aspect, it is possible to reduce the processing time for determining the pseudo-synchronized state by establishing synchronization in two stages using two different relative phase differences. Also, synchronization can be efficiently detected by first establishing timing synchronization and then establishing frequency synchronization. Also, synchronization can be detected more efficiently by using different rules regarding the differential interval for synchronization determination at each stage.
同期検出部は、第1差動計算部と、第1相関計算部と、仮同期判定部と、第2差動計算部と、第2相関計算部と、擬似同期判定部と、を有する。第1差動計算部は、複数の差動間隔に関する規則のうちの第1規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算する。第1相関計算部は、第1差動計算部によって計算されたそれぞれの部分信号間の位相差と、それぞれの部分信号間の位相差と対応すべき既知信号間の相対的な位相差との第1相関値を計算する。仮同期判定部は、第1相関計算部で計算された第1相関値が仮同期に関するしきい値より大きい場合に、部分信号が存在する位置を既知信号の系列が挿入された位置として判定する。第2差動計算部は、前記仮同期判定部によって判定された既知信号の系列が挿入された位置に存在する部分信号のうち、複数の差動間隔に関する規則のうちの第2規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相の誤差をそれぞれ計算する。第2相関計算部は、第2差動計算部によって計算されたそれぞれの部分信号間の位相差と、それぞれの部分信号間の位相差と対応すべき既知信号間の相対的な位相差との第2相関値を計算する。擬似同期判定部は、第2相関計算部で計算された第2相関値が擬似同期に関するしきい値より大きい場合に、復調部で再生された搬送波の周波数が正しい正常同期として判定する。 The synchronization detection unit includes a first differential calculation unit, a first correlation calculation unit, a temporary synchronization determination unit, a second differential calculation unit, a second correlation calculation unit, and a pseudo synchronization determination unit. The first differential calculation unit calculates a relative phase difference between the partial signals associated with each other according to the first rule among the rules regarding the plurality of differential intervals. The first correlation calculation unit calculates the phase difference between the partial signals calculated by the first differential calculation unit and the relative phase difference between the known signals to be matched with the phase difference between the partial signals. A first correlation value is calculated. The temporary synchronization determination unit determines a position where a partial signal exists as a position where a sequence of known signals is inserted when the first correlation value calculated by the first correlation calculation unit is larger than a threshold value related to temporary synchronization. . The second differential calculation unit responds according to the second rule among the rules regarding a plurality of differential intervals among the partial signals existing at the position where the known signal sequence determined by the temporary synchronization determination unit is inserted. The relative phase error between the attached partial signals is calculated. The second correlation calculation unit calculates the phase difference between the partial signals calculated by the second differential calculation unit and the relative phase difference between the known signals to be matched with the phase difference between the partial signals. A second correlation value is calculated. The pseudo-synchronization determination unit determines that the frequency of the carrier wave reproduced by the demodulation unit is correct normal synchronization when the second correlation value calculated by the second correlation calculation unit is larger than a threshold value related to pseudo-synchronization.
ここで、「それぞれの部分信号間の位相差と対応すべき既知信号間の相対的な位相差」とは、部分信号の理想値である既知信号における位相差などを含む。すなわち、現実の位相差と理想の位相差との関連性を示す値などを含み、たとえば、現実の位相差と理想の位相差の差異などを含む。この態様によると、部分信号間の位相の差動を計算することによって、位相スリップが生じた場合でも、正確に同期を捕捉することができる。 Here, “the relative phase difference between the known signals to be associated with the phase difference between the respective partial signals” includes a phase difference in the known signal which is an ideal value of the partial signal. That is, it includes a value indicating the relationship between the actual phase difference and the ideal phase difference, and includes, for example, the difference between the actual phase difference and the ideal phase difference. According to this aspect, by calculating the phase difference between the partial signals, synchronization can be accurately acquired even when a phase slip occurs.
同期検出部は、信号系列の信号強度を測定する測定部をさらに有してもよい。測定部で測定された信号強度にしたがって、第1相関計算部と第2相関計算部によってそれぞれ計算される相関値における積算の個数が決定されてもよい。ここで、「相関値の積算の個数」とは、相関値を計算する対象となる部分信号の個数などを含む。この態様によると、信号強度により相関値を計算する範囲を限定することによって、同期を短時間に捕捉できる。 The synchronization detection unit may further include a measurement unit that measures the signal strength of the signal series. The number of integrations in the correlation values calculated by the first correlation calculation unit and the second correlation calculation unit may be determined according to the signal intensity measured by the measurement unit. Here, “the number of accumulated correlation values” includes the number of partial signals for which correlation values are calculated. According to this aspect, the synchronization can be captured in a short time by limiting the range in which the correlation value is calculated based on the signal strength.
同期検出部は、制御部と、周波数補正部とをさらに有してもよい。制御部は、第1相関計算部で計算された第1相関値が仮同期に関するしきい値より小さい場合に、信号系列のうち部分信号の系列とは異なる部分信号の系列を対象として、再度、第1差動計算部に差動を計算させてもよい。周波数補正部は、第2相関計算部で計算された第2相関値が擬似同期に関するしきい値より小さい場合に、搬送波の周波数をシフトすることによって、搬送波の周波数を補正してもよい。 The synchronization detection unit may further include a control unit and a frequency correction unit. When the first correlation value calculated by the first correlation calculation unit is smaller than the threshold value related to temporary synchronization, the control unit targets again a partial signal sequence different from the partial signal sequence in the signal sequence, You may make a 1st differential calculation part calculate a differential. The frequency correction unit may correct the frequency of the carrier by shifting the frequency of the carrier when the second correlation value calculated by the second correlation calculation unit is smaller than a threshold value related to pseudo synchronization.
ここで、「周波数を補正する」とは、搬送波の中心周波数をシフトすることなどを含む。この態様によると、仮同期が確立されるまで所定の処理を繰り替えることによって、送信側において挿入された既知信号の位置を正確に捕捉することができる。また、搬送波の周波数を補正することによって、擬似同期状態を脱却することができる。 Here, “correcting the frequency” includes shifting the center frequency of the carrier wave. According to this aspect, the position of the known signal inserted on the transmission side can be accurately captured by repeating predetermined processing until provisional synchronization is established. Further, the pseudo-synchronized state can be escaped by correcting the frequency of the carrier wave.
差動間隔決定部は、既知信号の系列に対応すべき部分系列に含まれる複数の既知信号のうちの1つの既知信号と、その部分信号と所定の周期Lと同じ長さで離れた位置に配置されている部分信号とを対応づけてもよい。また、差動間隔決定部は、既知信号の系列に対応すべき部分系列に含まれる複数の部分信号のうちの1つの部分信号と、その部分信号と所定の周期Lとは異なる長さで離れた位置に配置されている部分信号とを対応づけてもよい。この態様によると、それぞれ異なる対象で差動を計算させることによって、スリップ対策だけでなく、擬似同期も判定できる。 The differential interval determination unit is located at a position separated from one known signal of a plurality of known signals included in the partial series to be associated with the known signal series by the same length as the predetermined period L. The arranged partial signals may be associated with each other. The differential interval determination unit separates one partial signal among a plurality of partial signals included in the partial series that should correspond to the known signal series, and the partial signal and the predetermined period L are different in length. The partial signals arranged at different positions may be associated with each other. According to this aspect, it is possible to determine not only anti-slip measures but also pseudo-synchronization by calculating differentials for different objects.
入力部によって入力される信号系列は、所定の変調多値数を有する変調方式で変調されていてもよい。また、第2規則における、異なる長さは、所定の周期と、変調多値数とにしたがって決定されてもよい。 The signal sequence input by the input unit may be modulated by a modulation scheme having a predetermined modulation multilevel number. Further, the different lengths in the second rule may be determined according to the predetermined period and the modulation multi-level number.
本発明の別の態様である信号処理方法は、入力するステップと、復調するステップと、取得するステップと、決定するステップと、検出するステップとを備える。入力するステップは、複数の既知信号からなる既知信号の系列が所定の周期Lで複数挿入された信号系列を入力する。復調するステップは、入力するステップにおいて入力された信号系列から搬送波を再生し、再生された搬送波にしたがって、信号系列を復調する。取得するステップは、復調するステップにおいて復調した信号系列に含まれる既知信号の系列に対応すべき部分信号の系列を所定の周期と同じ周期で複数取得する。決定するステップは、取得するステップで取得した部分信号の系列のうち、所定の前後の部分信号の系列に含まれる既知信号に対応すべき部分信号を複数の差動間隔に関する規則を用いてそれぞれ対応づける。検出するステップは、複数の差動間隔に関する規則のうちの第1規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算することによって、既知信号の系列が挿入された位置を推定して仮同期を検出する。また、検出するステップは、複数の差動間隔に関する規則のうち、第1規則とは異なる差動間隔となる第2規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算することによって、復調部で再生された搬送波の周波数が正しいか否かを検出する。 A signal processing method according to another aspect of the present invention includes an input step, a demodulation step, an acquisition step, a determination step, and a detection step. The inputting step inputs a signal sequence in which a plurality of known signal sequences composed of a plurality of known signals are inserted at a predetermined period L. The demodulating step reproduces a carrier wave from the signal sequence input in the inputting step, and demodulates the signal sequence according to the reproduced carrier wave. In the acquiring step, a plurality of partial signal sequences to be associated with the known signal sequences included in the signal sequence demodulated in the demodulating step are acquired in the same cycle as the predetermined cycle. In the determining step, partial signals that should correspond to the known signals included in the predetermined partial signal sequences among the partial signal sequences acquired in the acquiring step are respectively handled using a plurality of rules regarding differential intervals. Put it on. The detecting step calculates the position where the sequence of known signals is inserted by calculating the relative phase difference between the partial signals associated according to the first rule among the plurality of rules regarding the differential interval. Estimate and detect temporary synchronization. The detecting step calculates a relative phase difference between the partial signals associated with each other according to the second rule having a differential interval different from the first rule among the plurality of rules regarding the differential interval. Thus, it is detected whether or not the frequency of the carrier wave reproduced by the demodulator is correct.
この態様によると、2つの異なる相対的な位相差を用いて同期を2段階に分けて確立させることによって、擬似同期状態の判定処理時間を低減できる。また、最初に粗く同期を確立し、その後、厳密な同期を確立させることによって、効率的に同期が検出できる。また、それぞれの段階における同期判定に差動間隔に関する規則を使い分けることによって、より効率的に同期が検出できる。 According to this aspect, it is possible to reduce the processing time for determining the pseudo-synchronized state by establishing synchronization in two stages using two different relative phase differences. Also, synchronization can be efficiently detected by first establishing coarse synchronization and then establishing strict synchronization. Also, synchronization can be detected more efficiently by using different rules regarding the differential interval for synchronization determination at each stage.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, a system, a recording medium, a computer program, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、擬似同期状態の脱却に要する処理時間を低減できる。 According to the present invention, it is possible to reduce the processing time required to escape from the pseudo-synchronized state.
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、低CNR(Carrier to Noise power Ratio)の無線信号を受信する端末装置に関する。一般的に、端末装置においては、M相PSK方式で変調された信号を受信する際、周波数オフセットがシンボルレートの±1/2M以上生じている場合には、正常な同期を確保せずに、正常な同期から±2π/M×シンボルレート/2πだけ周波数シフトした位置に同期状態が固定されてしまうといった、いわゆる擬似同期の状態に陥る場合がある。さらに、フェージング現象とドップラー現象の影響によって搬送波再生ループにおける基準位相が不必要にシフトしてしまう位相スリップの状態に陥いる場合がある。このような場合、既知信号を同定して、正確同期を捕捉することが困難となる。 Before describing the present invention in detail, an outline will be described. Embodiments described herein relate generally to a terminal device that receives a low CNR (Carrier to Noise power Ratio) radio signal. In general, in a terminal device, when receiving a signal modulated by the M-phase PSK method, if a frequency offset occurs more than ± 1 / 2M of a symbol rate, normal synchronization is not secured. There may be a so-called pseudo-synchronization state where the synchronization state is fixed at a position shifted from the normal synchronization by ± 2π / M × symbol rate / 2π. Furthermore, there may be a phase slip state in which the reference phase in the carrier recovery loop is unnecessarily shifted due to the influence of the fading phenomenon and the Doppler phenomenon. In such a case, it is difficult to identify a known signal and acquire accurate synchronization.
上述のような場合を想定し、本実施例に係る端末装置は、受信した無線信号の同期を捕捉するために、2段階に分けて同期処理を実行する。本発明に係る端末装置は、まず第1段階として、既知信号間の相対的な位相差を用いて、位相スリップの影響を除去するとともに、無線信号系列における既知信号が挿入された位置を同定する。すなわち、既知信号のタイミング同期を捕捉する。つぎに、第2段階として、第1段階とは異なる既知信号間の相対的な位相差を用いて、捕捉したタイミング同期が正常同期であるか擬似同期であるかを判定する。ここで、擬似同期とは、端末装置にて再生された搬送波の周波数が正しくないこと、すなわち、正常に周波数同期が捕捉できていないことなどを含む。なお、本実施例においては、説明を簡易なものとするために、一例として無線信号の変調方式をBPSK(Binary Phase Shift Keying)と仮定して説明する。また、無線信号系列に含まれるすべての既知信号は同一のシンボルから構成されていると仮定する。詳細は後述する。 Assuming the case as described above, the terminal apparatus according to the present embodiment executes the synchronization process in two stages in order to capture the synchronization of the received radio signal. First, as a first step, the terminal apparatus according to the present invention uses the relative phase difference between known signals to remove the influence of phase slip and identify the position where the known signal is inserted in the radio signal sequence. . That is, the timing synchronization of the known signal is captured. Next, as a second stage, a relative phase difference between known signals different from the first stage is used to determine whether the captured timing synchronization is normal synchronization or pseudo synchronization. Here, the pseudo-synchronization includes that the frequency of the carrier wave reproduced by the terminal device is not correct, that is, the frequency synchronization cannot be normally captured. In the present embodiment, in order to simplify the description, the radio signal modulation method is assumed to be BPSK (Binary Phase Shift Keying) as an example. Further, it is assumed that all known signals included in the radio signal sequence are composed of the same symbols. Details will be described later.
図1は、本発明の実施例にかかる端末装置200の構成例を示す図である。端末装置200は、アンテナ1と、RF部2と、直交検波部3と、信号処理部100と、復号部6と、を含む。アンテナ1は、通信を実行している相手から送信された信号系列を受信する。RF部2は、アンテナ1で受信した信号系列に対し、フィルタなどを用いて、RF帯から中間周波数帯の信号に変換する処理を施す。直交検波部3は、RF部2で処理された信号系列に対し、中間周波数帯からベースバンド帯への周波数変換処理を施す。信号処理部100は、詳細は後述するが、直交検波部3で処理された信号系列に対し、アナログ/デジタル変換、同期処理などを実行して、同期が捕捉された信号系列を復号部6に出力する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a
復号部6は、信号処理部100で同期が捕捉された信号系列のうち、既知信号の系列を除く系列に対し、送信側にて実行された誤り訂正符号化処理に対応する復号処理が実行される。たとえば、送信側において、送信信号系列に対し、信号系列の順序を並び替えるインタリーブ処理が実行された場合、復号部6では、受信信号系列に対し、そのインタリーブ処理とは逆の並べ替え処理を実行するデインタリーブ処理が実行される。また、送信側において、信号系列に対し畳み込み符号化がなされた場合には、復号部6は、受信信号系列に対し、ビタビ復号を実行して、送信された信号を推定する。
The
図2は、図1の信号処理部100の構成例を示す図である。信号処理部100は、復調部20と、部分信号取得部22と、差動間隔決定部25と、同期検出部70と、バッファ40とを含む。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
ここで、信号処理部100が受信する信号系列50は、図3に示すような構成となっている。図3は、図2の信号処理部100が受信する信号系列の構成例を示す図である。横軸は時間を表す。この信号系列には、既知信号の系列52とデータ信号54とが含まれている。既知信号の系列52は、周期Lごとにそれぞれ信号系列中に挿入されている。また、それぞれの既知信号の系列52は、M個の既知信号53を含む。Mは正の整数である。また、Mは、信号系列に対して施されたM相PSKにおける相数と同一の値としている。同一の値とする理由は、相数の数だけ、擬似同期の態様が存在するため、擬似同期を判定するには、擬似同期の態様の数だけ規則が必要となるからである。詳細は後述する。本実施例では、変調方式をBPSKとしているので、M=2となる。なお、既知信号の系列52とデータ信号54に含まれるシンボルの個数をLとする。また、Lの整数倍で構成される信号系列をフレームと表現する。
Here, the
また、信号処理部100で受信する既知信号の系列52は、一般的に、伝送路において発生した連続誤り、もしくは、RF部2などにおいて発生した熱雑音により、送信された既知信号の系列とは異なっている。したがって、以下においては、「既知信号の系列52」を「既知信号の系列52に相当する部分信号の系列」、もしくは、単に、「部分信号の系列」と表記して説明することとする。また、「既知信号53」を「既知信号53に相当する部分信号」、もしくは、単に、「部分信号」と表記して説明することとする。
In addition, the known
図2に戻る。復調部20は、信号系列50から搬送波を再生し、再生された搬送波にしたがって、信号系列50を復調する。具体的には、直交検波部3から入力された信号系列50に対して、コスタスループなどを用いた同期検波を実行をして、搬送波を再生する。さらに、信号系列50系列に対して、帯域制限処理、自動利得制御処理、直流オフセット補正、位相推定、などの処理を実行して、部分信号取得部22に出力する。
Returning to FIG. The
ここで、図4(a)〜(c)を用いて、搬送波を再生した後におけるBPSK変調された信号系列のシンボル点配置(Symbol Constellation)について説明する。図4(a)〜(c)は、図2の復調部20から出力された信号系列の信号点配置の例を示す図である。図4(a)は、理想的な搬送波再生がされた場合の信号点配置を示す図である。図4(b)は、周波数オフセットに起因した位相誤差θが残存した場合の信号点配置を示す図である。図4(c)は、信号点AとBが互いにπずれた場合の信号点配置を示す図である。いいかえると、周波数オフセットに起因した位相誤差θが±πの整数倍だけ再生した搬送波に残存していることを示している。
Here, with reference to FIGS. 4A to 4C, a symbol point arrangement of a signal sequence subjected to BPSK modulation after reproducing a carrier wave will be described. 4A to 4C are diagrams showing examples of signal point arrangement of the signal sequence output from the
図4(b)のような信号点配置になった場合であっても、誤り訂正復号などを用いることによって、図4(a)の状態に訂正することができる。しかしながら、図4(c)のような信号点配置になった場合、復調部20自身では回復することが困難である。また、復号部6によっても訂正するための多大な時間を要する。なお、図4(c)の状態を一般的に位相スリップ、または、サイクルスリップとよぶ。位相スリップは、基準位相が短時間の間に回転する現象であり、BPSK変調の場合は、πだけ回転する現象となる。このような場合、誤り訂正復号を用いても正しく復号することができないため、後述の差動処理により救済する必要がある。
Even in the case of the signal point arrangement as shown in FIG. 4B, it is possible to correct the state as shown in FIG. 4A by using error correction decoding or the like. However, when the signal point arrangement is as shown in FIG. 4C, it is difficult for the
図2に戻る。部分信号取得部22は、復調部20で復調した信号系列50に含まれる部分信号の系列を周期と同じ周期で複数取得する。具体的には、1フレームにわたって信号系列を取得して、バッファ40に書き込む。このとき、部分信号の系列とともに、データ信号もバッファ40に書き込まれる。部分信号取得部22は、すべての信号系列をバッファ40に書き込んだ後、書込が完了した旨を差動間隔決定部25に通知する。
Returning to FIG. The partial
バッファ40は、部分信号取得部22などによって書き込まれた信号系列を保持するメモリ空間である。また、バッファ40は、同期検出部70によって部分信号の系列の同期を判定する際に一時メモリとしても用いられる。バッファ40は、書き込まれる対象ごとに、その書込にかかる開始アドレスが異なってもよい。また、バッファ40は、単一のメモリから構成されていなくともよい。
The
ここで、部分信号取得部22が信号系列を書き込むバッファ40は、図5に示すようなデータ構造をとる。図5は、図2のバッファ40内に記憶されるデータ構造の例を示す図である。部分信号取得部22は、バッファ40に信号系列を書き込む際、バッファ40の左上から右方向に書き込んでいく。また、部分信号取得部22は、バッファ40のある行の最後まで書き込んだ後、次の行に同じように書き込んでいく。また、復号部6は、後述する同期検出部70にて正常同期が獲得された旨の通知を受けた後に、バッファ40から既知信号の系列に対応する部分信号の系列以外の信号系列を読み出す。復号部6は、バッファ40から信号系列を読み出す際、バッファ40の左上から下方向に読み出していく。また、部分信号取得部22は、バッファ40のある列を最後まで読み込んだ後、次の列を同じように読み込んでいく。このようにバッファ40を用いることによって、効率的にデインタリーブ処理を実現することができる。
Here, the
バッファ40の1行のサイズを信号系列における既知信号の系列の挿入周期と同じLとすることによって、図5に示すように、既知信号の系列52に対応すべき部分信号の系列を同一の列に位置させることができる。図5においては、フレーム同期がとれているものと仮定しているので、既知信号の系列に相当する部分信号の系列が列の先頭に現れている。フレーム同期がとれていないような場合、部分信号の系列は、図5に示すように、先頭の列に存在することはないものの、同一の列に位置する点では変わらない。ここで、フレーム同期とは、同期検出部70において部分信号の系列の列の位置を判定することなどを含む。
By setting the size of one row of the
なお、ここでは、説明を簡易なものとするために、図5のバッファ40の構成例を二次元状に配置されているとして説明したが、実際のバッファ40は、一次元的な構成でもよい。また、それぞれの行は、ポインタなどによりそれぞれ関連付けられていれば、物理的に離れているメモリに記憶されてもよい。
Here, in order to simplify the description, the configuration example of the
図2に戻る。差動間隔決定部25は、部分信号取得部22で取得した部分信号の系列のうち、所定の前後の部分信号の系列に含まれる既知信号53に対応すべき部分信号を複数の差動間隔に関する規則を用いて、それぞれ対応づける。具体的には、後述する同期検出部70において部分信号間の相対的な位相差を算出するにあたり、算出の対象となる2つの部分信号の対応づけを実行する。例を用いて説明する。バッファ40のある行における2つの部分信号をA0とB0と仮定する。また、他の部分信号の系列における部分信号をA1とB1と仮定する。このときに実行される対応づけは、同一の部分信号の系列内では行なわないものとする。また、対応づけは、1対1の関係で実行される。
Returning to FIG. The differential
そうすると、対応づけを実行した結果は、図6(a)〜(b)に示すような関係となる。図6は、図2の差動間隔決定部25における対応づけの例を示す図である。図6(a)においては、A0とB0、A1とB1の対応づけとなる。図6(b)においては、A0とB1、A1とB0となる。ここで、図6(a)のような対応づけを「ストレート」と表記する。また、図6(b)のような対応づけを「クロス」と表記する。言い換えると、ストレートは、「信号系列内において存在するある部分信号は、周期Lだけ離れた部分信号と対応づけられること」を意味する規則となる。さらに言い換えると、ストレートは、「バッファ40内において存在するある部分信号はその直下の行の部分信号と対応づけられること」を意味する規則となる。
If it does so, the result of having performed matching will become a relation as shown in Drawing 6 (a)-(b). FIG. 6 is a diagram illustrating an example of correspondence in the differential
また、クロスは、「信号系列内において存在するある部分信号は、周期Lと異なる長さだけ離れた部分信号と対応づけられること」を意味する規則となる。BPSKの場合のクロスは、「信号系列内において存在するある部分信号は、L+1、もしくは、L−1だけ離れた部分信号と対応づけられること」を意味する規則となる。なお、図6(a)〜(b)の場合、クロスは1通りしか存在しないが、1つの部分信号の系列内の部分信号の個数が増加するにつれ、複数通りのクロスが存在することとなる。以下においては、ストレート、クロスの一方を「第1規則」、「第2規則」を「第1規則」とは異なる規則とする。すなわち、第1規則がストレートである場合、第2規則はクロスになる。逆に、第1規則がクロスである場合、第2規則はストレートになる。なお、クロスが複数存在する場合、第1規則と第2規則とでそれぞれ異なるクロスを用いてもよい。 The cross is a rule meaning that “a partial signal existing in the signal sequence is associated with a partial signal separated by a length different from the period L”. The cross in the case of BPSK is a rule meaning that “a partial signal existing in a signal sequence is associated with a partial signal separated by L + 1 or L−1”. In the case of FIGS. 6A to 6B, there is only one cross, but as the number of partial signals in one partial signal series increases, a plurality of crosses exist. . In the following, it is assumed that one of the straight and the cross is a “first rule”, and the “second rule” is a rule different from the “first rule”. That is, if the first rule is straight, the second rule is cross. Conversely, if the first rule is a cross, the second rule is straight. If there are a plurality of crosses, different crosses may be used for the first rule and the second rule.
図2に戻る。同期検出部70は、複数の差動間隔に関する規則のうちの第1規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算することによって、既知信号の系列52が挿入された位置を推定して仮同期を検出する。具体的には、部分信号取得部22によってバッファ40に書き込まれた信号系列のうち、部分信号の系列がバッファ40のどの列に存在するかを推定する。推定は、第1規則にしたがって対応付けられた、前後の行における部分信号間の相対的な位相差を算出する。
Returning to FIG. The
たとえば、ある行における2つの部分信号に対応する位相がA0とB0であり、その行の次の行における部分信号の位相がA1とB1であったと仮定する。また、第1規則をストレートの関係と仮定する。すなわち、A0とA1、B0とB1とが対応づけられていると仮定する。そうすると、後述する第1差動計算部30、第2差動計算部72において、位相差は、以下のとおりに算出される。なお、右辺の|X|は、Xの絶対値を計算する関数を表す。
A0とA1の位相差 = |A0−A1| ・・・式(1)
B0とB1の位相差 = |B0−B1| ・・・式(2)
For example, assume that the phases corresponding to two partial signals in a row are A0 and B0, and the phases of the partial signals in the next row of the row are A1 and B1. Also assume that the first rule is a straight relationship. That is, it is assumed that A0 and A1 and B0 and B1 are associated with each other. Then, in the first
Phase difference between A0 and A1 = | A0−A1 | Equation (1)
Phase difference between B0 and B1 = | B0−B1 | (2)
前述のとおり、各行において、部分信号はM個存在する。ここで、信号系列に含まれるシンボルの個数をNとすると、算出される位相差の個数は、以下のとおりとなる。
算出される位相差の個数 = M×(N/L−1−α) ・・・式(3)
ここで、αとは、信号系列の信号強度によって決まる値で、詳細は後述するが、信号強度が大きいほど大きな値となる。また、右辺の括弧内は行数に相当する値である。上述の例の場合、2行における位相差をもとめているので、算出される位相差の個数は、2×(2−1)=2となる。
As described above, there are M partial signals in each row. Here, if the number of symbols included in the signal sequence is N, the number of calculated phase differences is as follows.
Number of calculated phase differences = M × (N / L-1-α) Equation (3)
Here, α is a value determined by the signal strength of the signal series, and will be described later in detail. The larger the signal strength, the larger the value. The value in parentheses on the right side is a value corresponding to the number of lines. In the case of the above example, since the phase difference between the two rows is obtained, the number of calculated phase differences is 2 × (2-1) = 2.
また、同期検出部70は、部分信号の理想値である既知信号の相対的な位相差を同様に算出する。さらに、両者の位相差の相関値を求め合算する。さいごに、その合算した結果としきい値とを比較することで部分信号の系列のタイミング同期が推定される。詳細は後述する。また、同期検出部70は、複数の差動間隔に関する規則のうち、第1規則とは異なる差動間隔となる第2規則、すなわちクロスにしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算することによって、復調部20で再生された搬送波の周波数が正しいか否かを検出する。第1規則を用いる代わりに第2規則を用いる点以外は、上述の第1規則にもとづく位相差の算出と同様の方法であるので、説明を省略する。
Further, the
図7は、図2の部分信号取得部22の構成例を示す図である。部分信号取得部22は、書込部62と、信頼度取得部64とを含む。書込部62は、復調部20で復調した信号系列をバッファ40に書き込む。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the partial
信頼度取得部64は、復調部20で復調した信号系列に含まれる既知信号の系列に相当する部分信号の系列の信頼度をそれぞれ取得して、順次、バッファ40に書き込む。ここで、信頼度とは、部分信号の系列の確からしさを示す値を含み、たとえば、部分信号の系列の軟判定値、部分信号の系列と既知信号の系列の相関を表す値などを含む。また、部分信号の系列の位相の確からしさを示す値であってもよい。1つの部分信号の系列が複数のシンボルから構成されている場合、部分信号の系列に含まれる複数のシンボルの信頼度を合算することによって、部分信号の系列の信頼度を取得してもよい。
The
図8は、図2の同期検出部70の構成例を示す図である。同期検出部70は、第1差動計算部30と、第1相関計算部32と、仮同期判定部24と、測定部38と、第2差動計算部72と、第2相関計算部74と、擬似同期判定部26と、制御部42と、周波数補正部28とを含む。なお、図8内の各構成は、図示しない信号バスにより、前述したバッファ40と接続されているものとする。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the
第1差動計算部30は、複数の差動間隔に関する規則のうちの第1規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算する。位相差の計算に用いられるそれぞの部分信号の位相θは、部分信号の系列に含まれるシンボルのI成分とQ成分を用いて、以下のように計算される。
θ = tan−1(Q/I) ・・・式(4)
The first
θ = tan −1 (Q / I) (4)
第1相関計算部32は、第1差動計算部30によって計算されたそれぞれの部分信号間の位相差と、それぞれの部分信号間の位相差と対応すべき既知信号53間の相対的な位相差との第1相関値を計算する。具体的には、前後の行に存在する部分信号間、既知信号間の位相差をバッファ40における式(3)の右辺のかっこ内で示される数だけ計算する。さらに、計算されたすべての行における位相差を加算して相関値を求める。既知信号の系列に対応する部分信号の系列が全て同一のシンボル「0」で構成されている場合は、算出した位相θがそのまま相関値となる。
The first
仮同期判定部24は、第1相関計算部32で計算された第1相関値が仮同期に関するしきい値より大きい場合に、部分信号が存在する位置を既知信号の系列52が挿入された位置として判定する。すなわち、仮同期状態であると判定する。仮同期とは、その同期状態が擬似同期である可能性があるものの、少なくとも既知信号が挿入された信号系列内の位置が判別できた状態に相当する。
When the first correlation value calculated by the first
制御部42は、第1相関計算部32で計算された第1相関値が仮同期に関するしきい値より小さい場合に、信号系列のうち部分信号の系列とは異なる部分信号の系列を対象として、再度、第1差動計算部30に差動を計算させる。ここで、「異なる部分信号の系列」とは、バッファ40内における他の列を含む。言い換えると、仮同期判定部24によって判定された列が既知信号の系列に対応すべき部分信号の系列でなかった場合、他の列を対象として、その列が既知信号の系列に対応すべき部分信号の系列であるか否かを判定する。なお、既知信号の系列に対応すべき部分信号の系列が複数のシンボルから構成されている場合の「異なる部分信号の系列」とは、すでに判定した部分信号の系列の一部と、判定の対象となっていなかった信号とを含む。たとえば、1列目と2列目が部分信号の系列ではないと判定された場合、次に判定の対象となる列は、2列目と3列目となる。このとき、はじめに判定を行なった2列目についての差動の結果を保持しておくことによって、2回目以降の処理を短縮できる。
When the first correlation value calculated by the first
測定部38は、信号系列の信号強度を測定する。測定部38で測定された信号強度にしたがって、第1相関計算部32と第2相関計算部74によってそれぞれ計算される相関値の範囲が決定される。信号強度が大きい場合は、各部分信号の信頼度も大きいと考えられることから、相関値を計算する範囲を狭くしてもよいと考えられるからである。すなわち、式(3)の右辺のαが大きな値となる。これにより、相関処理の時間を短縮できる。
The measuring
第2差動計算部72は、複数の差動間隔に関する規則のうちの第2規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算する。第1規則のかわりに第2規則を用いる点以外は、第1差動計算部30と同様であるので、ここでは説明を省略する。
The second
第2相関計算部74は、第2差動計算部72によって計算されたそれぞれの部分信号間の位相差と、それぞれの部分信号間の位相差と対応すべき既知信号間の相対的な位相差との第2相関値を計算する。ここでの処理は、第1相関計算部32と同様であるので、説明を省略する。
The second
擬似同期判定部26は、第2相関計算部74で計算された第2相関値が擬似同期に関するしきい値より大きい場合に、復調部20で再生された搬送波の周波数が正しい正常同期として判定し、図示しない復号部6に対し正常同期が確立できた旨を通知する。第2相関値が擬似同期に関するしきい値より小さい場合は、擬似同期と判定して、その旨、および周波数のシフト量を周波数補正部28に通知する。
The pseudo
周波数補正部28は、擬似同期判定部26の通知にしたがって、第2相関計算部74で計算された第2相関値が擬似同期に関するしきい値より大きい場合に、搬送波の周波数をシフトすることによって、搬送波の周波数を補正する。具体的には、補正する周波数の量に相当する周波数信号を発生し、復調部20に出力する。復調部20は、周波数補正部28で生成された周波数信号を図示しないミキサなどの周波数変換部の一方に入力させることによって、搬送波の周波数を補正する。
The
ここで、差動間隔決定部25において対応づけられた部分信号間の相対的な位相差を求めることによって、位相スリップを回避するとともに、擬似同期が判定できる原理について説明する。
Here, the principle that the phase synchronization can be avoided and the pseudo-synchronization can be determined by obtaining the relative phase difference between the partial signals associated in the differential
まず、a(t)とb(t)を送信情報信号、ωcを送信キャリア角周波数としたときのBPSKを包括したQPSK受信信号r(t)を以下のように想定する。
r(t) = a(t)cos(ωct)−b(t)sin(ωct) ・・・式(5)
First, a QPSK reception signal r (t) including BPSK when a (t) and b (t) are transmission information signals and ω c is a transmission carrier angular frequency is assumed as follows.
r (t) = a (t) cos (ω c t) −b (t) sin (ω c t) (5)
ここで、式(5)に示す信号を受信し、ベースバンド帯信号に変換すると、同相成分I(t)と直交成分Q(t)は式(6)のようになる。
I(t) = a(t)cos(Δωt+θ0) − b(t)sin(Δωt+θ0)
Q(t) = b(t)cos(Δωt+θ0) + a(t)sin(Δωt+θ0) ・・・式(6)
Here, when the signal shown in Equation (5) is received and converted into a baseband signal, the in-phase component I (t) and the quadrature component Q (t) are as shown in Equation (6).
I (t) = a (t) cos (Δωt + θ 0 ) − b (t) sin (Δωt + θ 0 )
Q (t) = b (t) cos (Δωt + θ 0 ) + a (t) sin (Δωt + θ 0 ) (6)
ここで、Δωは、送信キャリア角周波数ωcと受信ローカル角周波数ω1との誤差を示す。また、θ0は両者の初期位相差を示している。このベースバンド信号I(t)とQ(t)は、その後復調処理が施される。さらに、シンボル周期(Ts)ごとにそれぞれの復調結果が出力される。ここで、復調処理としては、ベースバンド信号I(t)、Q(t)に対して、例えばコスタスループなどの手法により、周波数誤差Δωと初期位相差θ0がどちらも零となるような処理が、実行される。この復調処理は、理想的に動作した場合、すなわち、Δω=0、θ0=0である場合、図4(a)のように位相平面上に得られる。また、周波数誤差Δω=0で位相誤差のみ残留した場合、すなわちθ0≠0である場合や、位相誤差θ0は零に収束するものの周波数誤差ΔωがΔω≠0の場合は、それぞれ図4(b)と図4(c)のようになる。また、この復調結果は、同相成分I(t)と直交成分Q(t)ごとに軟判定値とすることが一般的であるが、後段の処理の都合上、I(t)とQ(t)による位相情報であってもよい。例えば、BPSKの場合は、0とπとなる。 Here, Δω represents an error between the transmission carrier angular frequency ω c and the reception local angular frequency ω 1 . Θ 0 indicates the initial phase difference between the two. The baseband signals I (t) and Q (t) are then demodulated. Further, each demodulation result is output for each symbol period (Ts). Here, as a demodulation process, a process in which both the frequency error Δω and the initial phase difference θ 0 are zero with respect to the baseband signals I (t) and Q (t) by a technique such as a Costas loop, for example. Is executed. This demodulation processing is obtained on the phase plane as shown in FIG. 4A when ideally operated, that is, when Δω = 0 and θ 0 = 0. Further, when only the phase error remains at the frequency error Δω = 0, that is, when θ 0 ≠ 0, or when the phase error θ 0 converges to zero but the frequency error Δω is Δω ≠ 0, FIG. As shown in b) and FIG. The demodulation result is generally a soft decision value for each of the in-phase component I (t) and the quadrature component Q (t), but I (t) and Q (t ) May be phase information. For example, in the case of BPSK, they are 0 and π.
本発明の実施例にて対象としている問題は、図4(c)に示している状況である。また、仮にθ0≠0であっても、その影響は全復調出力共通の位相オフセットであり差動を施すとその影響は見えなくなるため、これ以降ではθ0=0としても支障はない。したがって、式(6)を式(7)に変更できる。
I(t) = a(t)cosΔωt − b(t)sinΔωt
Q(t) = b(t)cosΔωt + a(t)sinΔωt ・・・式(7)
The problem targeted in the embodiment of the present invention is the situation shown in FIG. Even if θ 0 ≠ 0, the effect is a phase offset common to all demodulated outputs, and if the difference is applied, the effect becomes invisible. Therefore, there is no problem even if θ 0 = 0 thereafter. Therefore, equation (6) can be changed to equation (7).
I (t) = a (t) cosΔωt − b (t) sinΔωt
Q (t) = b (t) cosΔωt + a (t) sinΔωt Equation (7)
式(7)による復調出力はシンボル周期Ts間隔で得られることから、式(7)を式(8)に変更できる。ここでkは整数である。
I(kTs) = a(kTs)cosΔωkTs − b(kTs)sinΔωkTs
Q(kTs) = b(kTs)cosΔωkTs + a(kTs)sinΔωkTs ・・・式(8)
Since the demodulated output by equation (7) is obtained at symbol period Ts intervals, equation (7) can be changed to equation (8). Here, k is an integer.
I (kTs) = a (kTs) cosΔωkTs−b (kTs) sinΔωkTs
Q (kTs) = b (kTs) cosΔωkTs + a (kTs) sinΔωkTs (8)
さらに式(8)は、I(kTs)とQ(kTs)をそれぞれ複素数の実数と虚数として扱うと、式(9)が得られる。
I(kTs)−jQ(kTs)={a(kTs)−jb(kTs)}Exp(−jΔωkTs)
・・・式(9)
Further, Expression (8) is obtained by treating Expression I (kTs) and Q (kTs) as complex real numbers and imaginary numbers, respectively.
I (kTs) −jQ (kTs) = {a (kTs) −jb (kTs)} Exp (−jΔωkTs)
... Formula (9)
式(9)において、{a(kTs)−jb(kTs)}は、送信情報信号における既知信号であり、復調出力と相関処理を行う際の部分信号と対応している。差動相関であっても、参照信号として差動間隔を考慮して用意すれば同様となる。従って、相関の際に問題となるのは、Exp(−jΔωkTs)の部分、即ち、周波数誤差Δωと時刻kTsによる位相であり、差動処理を行う場合では、(k+Δk)による位相変化に着目すれば良い。ここで、Δkは差動間隔である。 In Equation (9), {a (kTs) −jb (kTs)} is a known signal in the transmission information signal, and corresponds to a partial signal when performing correlation processing with the demodulated output. Even in the case of differential correlation, if a differential interval is prepared as a reference signal, the same applies. Therefore, the problem in the correlation is the part of Exp (−jΔωkTs), that is, the phase due to the frequency error Δω and the time kTs. When performing differential processing, pay attention to the phase change due to (k + Δk). It ’s fine. Here, Δk is a differential interval.
BPSKの場合、Δkの差動間隔による位相変化Δφは、式(10)のようになる。
Δφ=0 (Δω=0;正常同期)
Δk・π (Δω=2π・fs/2 ;fs/2だけずれた擬似同期)
Δk・−π (Δω=2π・-fs/2 ;-fs/2だけずれた擬似同期)
Δk・π (Δω=2π・-fs/2 ;-fs/2だけずれた擬似同期)
・・・式(10)
ここでfsはシンボルレートであり、擬似同期が生じる周波数誤差の想定範囲は、図1の直交検波部3後の図示しないLPF(Low Pass Filter)や復調処理前に施されるルートロールオフフィルタなどの帯域を想定すると、-fs/2からfs/2の範囲とすることで十分である。
In the case of BPSK, the phase change Δφ due to the differential interval of Δk is expressed by Equation (10).
Δφ = 0 (Δω = 0; normal synchronization)
Δk · π (Δω = 2π · fs / 2; pseudo-synchronization shifted by fs / 2)
Δk · −π (Δω = 2π · -fs / 2; pseudo-synchronization shifted by -fs / 2)
Δk · π (Δω = 2π · -fs / 2; pseudo-synchronization shifted by -fs / 2)
... Formula (10)
Here, fs is a symbol rate, and an assumed range of a frequency error in which pseudo-synchronization occurs is an LPF (Low Pass Filter) (not shown) after the
式(10)から、BPSKの場合には、正常同期時は差動間隔不問で相関出力の位相は0となる。また、擬似同期の場合は、差動間隔Δkにしたがって、0またはπとなる。この性質を利用すると、表1の組み合わせが得られる。
既知信号のみを対象として、差動間隔を偶数の場合と奇数の場合の2通り実行すると、正常同期時はどちらも位相0、擬似同期時はいずれか一方がπとなる。すなわち、互いに反転した位相が得られることから、この両者を比較することで正常同期、もしくは、擬似同期のいずれの状態であるか判定できることとなる。また、Δkが偶数および奇数の場合で、両相関値の絶対的な値、たとえば0やπを用いる場合には、差動をとる方向と間隔に加えて、既知信号であるインタリーブの1行サイズが、偶数か奇数かということも、相関出力位相に影響する。いいかえると、相関出力位相は、Δkが偶数となるか奇数となるかという設定に影響する。したがって、インタリーブのサイズ、すなわち、既知信号の系列が信号系列内に挿入された周期を考慮して、判定する方法を決定する必要がある。 If only two known differential signals are executed for only known signals, the phase interval is 0 during normal synchronization and either is π during pseudo synchronization. That is, since mutually inverted phases are obtained, it is possible to determine whether the state is normal synchronization or pseudo synchronization by comparing the two. Further, when Δk is an even number and an odd number, when using absolute values of both correlation values, for example, 0 or π, in addition to the direction and interval for taking the differential, the size of one line of the interleave that is a known signal Whether it is even or odd also affects the correlation output phase. In other words, the correlation output phase affects the setting of whether Δk is even or odd. Therefore, it is necessary to determine the determination method in consideration of the size of the interleaving, that is, the period in which the sequence of known signals is inserted into the signal sequence.
なお、復調出力としては軟判定値を適用するのが一般的ではある。また、その軟判定値を(1、−1)の2値化に変換、すなわち、硬判定化すれば、表1の結果は0又はπといった位相状態が、正負という状態に読みかえられる。また、軟判定値とは別に、復調出力位相(0とπ)を用いれば、表1の関係がそのまま適用できる。 Note that a soft decision value is generally applied as a demodulated output. If the soft decision value is converted into binarization of (1, -1), that is, a hard decision is made, the result of Table 1 can be read as a positive or negative phase state such as 0 or π. Further, if the demodulated output phase (0 and π) is used separately from the soft decision value, the relationship in Table 1 can be applied as it is.
ここで、例を用いて説明する。バッファ40の1行のサイズLが「信号系列の1シンボルあたりの変調多値数(BPSKなら2、QPSKなら4)」の倍数であると仮定する。なお、1つの既知信号の系列に含まれる既知信号の個数は、「信号系列の1シンボルあたりの変調多値数」と等しく、ここでは、2と仮定する。さらに、部分信号の系列に含まれる部分信号は、AとBの2シンボルより構成されていると仮定する。また、全ての既知信号が0であると仮定する。そうすると、正常同期の場合におけるバッファ40に記憶された部分信号の系列の位相は、雑音がない場合、式(11−1)のように表せる。同様に、擬似同期の場合におけるバッファ40に記憶された部分信号の系列の位相は、雑音がない場合、式(11−2)のように表せる。また、括弧内の「A;B;C」は、部分信号の系列AとBとCとがそれぞれ連続した異なる行に配置されている様子を示す。式(11−1)、式(11−2)で示される部分信号の系列に含まれる部分信号は、AとBの2シンボルより構成されていると仮定した。また、全ての既知信号が0であると仮定する。
{0、0;0、0;0、0} ・・・式(11−1)
{0、π;0、π;0、π} ・・・式(11−2)
Here, an example will be described. It is assumed that the size L of one row of the
{0, 0; 0, 0; 0, 0} Expression (11-1)
{0, π; 0, π; 0, π} Formula (11-2)
さらに、差動間隔決定部25において対応づけられる関係は、図6(a)、(b)であると仮定する。以上の仮定のもとにおいて、式(11−1)で示される部分信号間に対して、ストレートとクロスについて差動を計算すると式(12−1S)、式(12−1C)のようになる。また、式(11−2)で示される部分信号間に対して、ストレートとクロスについて差動を計算すると式(12−2S)、式(12−2C)のようになる。
{0、0;0、0} :ストレートの場合 ・・・式(12−1S)
{0、0;0、0} :クロスの場合 ・・・式(12−1C)
{0、0;0、0} :ストレートの場合 ・・・式(12−2S)
{π、π;π、π} :クロスの場合 ・・・式(12−2C)
Furthermore, it is assumed that the relationship associated with the differential
{0, 0; 0, 0}: In the case of straight: Formula (12-1S)
{0, 0; 0, 0}: In the case of a cross ... Formula (12-1C)
{0, 0; 0, 0}: In the case of straight: Formula (12-2S)
{Π, π; π, π}: In the case of a cross: Formula (12-2C)
ここで、式(12−1S)、式(12−1C)、式(12−2S)、式(12−2C)において、それぞれ計算された差動結果を合算すると、以下のようになる。
式(12−1S)を合算した結果 = 0 ・・・式(13−1S)
式(12−1C)を合算した結果 = 0 ・・・式(13−1C)
式(12−2S)を合算した結果 = 0 ・・・式(13−2S)
式(12−2C)を合算した結果 = π ・・・式(13−2C)
Here, in the equations (12-1S), (12-1C), (12-2S), and (12-2C), the calculated differential results are summed as follows.
The result of adding the expression (12-1S) = 0 = expression (13-1S)
The result of adding the formula (12-1C) = 0 = formula (13-1C)
Result of summing up formula (12-2S) = 0 = formula (13-2S)
Result of summing up formula (12-2C) = π... Formula (13-2C)
以上の例により、式(11−1)の場合、すなわち正常同期の場合は、ストレート、クロスの双方とも「0」となる。また、式(11−2)の場合、すなわち擬似同期の場合は、ストレートは「0」になるものの、クロスは「π」となる。したがって、ストレートについて差動をとることにより、仮同期状態を判別し、さらに、クロスについて差動をとることにより、擬似同期状態であるかどうかを判別できることとなる。 According to the above example, in the case of Expression (11-1), that is, in the case of normal synchronization, both straight and cross become “0”. In the case of Expression (11-2), that is, in the case of pseudo synchronization, the straight is “0”, but the cross is “π”. Therefore, it is possible to determine the provisional synchronization state by taking the differential with respect to the straight, and further to determine whether the state is the pseudo-synchronization state by taking the differential with respect to the cross.
ここで、バッファ40の1行のサイズLが既知信号の系列に含まれる既知信号の個数の倍数でないと仮定した場合の例について説明する。そうすると、正常同期の場合におけるバッファ40に記憶された部分信号の系列の位相は、雑音がない場合、式(14−1)のように表せる。同様に、擬似同期の場合におけるバッファ40に記憶された部分信号の系列の位相は、雑音がない場合、式(14−2)のように表せる。
{0、0;0、0;0、0} ・・・式(14−1)
{0、π;π、0;0、π} ・・・式(14−2)
Here, an example in which it is assumed that the size L of one row of the
{0, 0; 0, 0; 0, 0} Expression (14-1)
{0, π; π, 0; 0, π} Formula (14-2)
式(14−1)で示される部分信号間に対して、ストレートとクロスについて差動を計算すると式(15−1S)、式(15−1C)のようになる。式(14−2)で示される部分信号間に対して、ストレートとクロスについて差動を計算すると式(15−2S)、式(15−2C)のようになる。
{0、0;0、0} :ストレートの場合 ・・・式(15−1S)
{0、0;0、0} :クロスの場合 ・・・式(15−1C)
{π、π;π、π} :ストレートの場合 ・・・式(15−2S)
{0、0;0、0} :クロスの場合 ・・・式(15−2C)
When the differential is calculated for the straight and the cross between the partial signals represented by Expression (14-1), Expression (15-1S) and Expression (15-1C) are obtained. When the differential between the straight signal and the cross is calculated with respect to the partial signal represented by Expression (14-2), Expression (15-2S) and Expression (15-2C) are obtained.
{0, 0; 0, 0}: In the case of straight: Formula (15-1S)
{0, 0; 0, 0}: In the case of a cross ... Formula (15-1C)
{Π, π; π, π}: In the case of straight: Formula (15-2S)
{0, 0; 0, 0}: In the case of a cross: Formula (15-2C)
さらにここで、式(15−1S)、式(15−1C)、式(15−2S)、式(15−2C)において、それぞれ計算された差動結果を合算すると、以下のようになる。
式(15−1S)を合算した結果 = 0 ・・・式(16−1S)
式(15−1C)を合算した結果 = 0 ・・・式(16−1C)
式(15−2S)を合算した結果 = π ・・・式(16−2S)
式(15−2C)を合算した結果 = 0 ・・・式(16−2C)
Furthermore, when the differential results calculated in the formula (15-1S), formula (15-1C), formula (15-2S), and formula (15-2C) are added together, the result is as follows.
The result of adding the formula (15-1S) = 0 = formula (16-1S)
The result of adding the formula (15-1C) = 0 = formula (16-1C)
Result of summing up formula (15-2S) = π... Formula (16-2S)
The result of adding the formula (15-2C) = 0 = formula (16-2C)
以上の例により、式(14−1)の場合、すなわち正常同期の場合は、ストレート、クロスの双方とも「0」となる。また、式(14−2)の場合、すなわち擬似同期の場合は、ストレートは「π」になるものの、クロスは「0」となる。したがって、クロスについて差動をとることにより、仮同期状態を判別し、さらに、ストレートについて差動をとることにより、擬似同期状態であるかどうかを判別できることとなる。 According to the above example, in the case of Expression (14-1), that is, in the case of normal synchronization, both straight and cross are “0”. In the case of the expression (14-2), that is, in the case of pseudo synchronization, the straight is “π”, but the cross is “0”. Therefore, it is possible to determine the provisional synchronization state by taking the differential with respect to the cross, and further to determine whether the state is the pseudo-synchronization state by taking the differential with respect to the straight.
以上、2つの例について原理について説明した。これらの例から導けることは、ストレート、クロスのいずれか一方の対応関係で差動を計算することにより、まず仮同期を確立させる。さらに、仮同期を確立させた対応関係以外の対応関係で差動を計算することにより、擬似同期を判定する。このとき、差動を計算するために用いられる対応関係は、既知信号の系列が挿入されている周期Lと、信号系列の1シンボルあたりの変調多値数により決定されることとなる。 The principle of two examples has been described above. What can be derived from these examples is that first, provisional synchronization is established by calculating a differential in correspondence with one of straight and cross. Furthermore, pseudo-synchronization is determined by calculating a differential with a correspondence relationship other than the correspondence relationship for which provisional synchronization has been established. At this time, the correspondence used for calculating the differential is determined by the period L in which the sequence of known signals is inserted and the number of modulation levels per symbol of the signal sequence.
ここで、図9を用いて、信号処理部100の動作について説明する。図9は、図2の信号処理部100の動作例を示すフローチャートである。まず、復調部20は、直交検波部3から送られた信号系列に対し、搬送波の再生処理などの復調処理を実行する(S10)。つぎに、部分信号取得部22は、信号系列をバッファ40に書き込む(S12)。つぎに、差動間隔決定部25は、差動間隔に関する第1規則、第2規則を用いて、部分信号取得部22によって取得された部分信号に対して対応づけを実行する(S13)。同期検出部70は、バッファ40内のある部分信号について差動を計算する(S14)。同期検出部70は、対応する既知信号についても同様に差動を計算する。さらに、同期検出部70は、計算した2つの差動の相関を計算する(S16)。つぎに、同期検出部70は、差動を計算した列の個数だけ、相関結果を合算する。つぎに、同期検出部70は、仮同期に関するしきい値と相関結果を比較して、差動を計算した列が既知信号の系列に相当する部分信号の系列であるか否か、すなわちフレーム同期を判定する(S20)。
Here, the operation of the
判定の結果、しきい値を超えていない場合(S20のN)、同期検出部70は、バッファ40内の列をずらして(S22)、再度、対応付け(S13)、差動計算1(S14)などの処理を繰り返す。判定の結果、しきい値を超えている場合(S20のY)、仮同期とみなせる。この場合、同期検出部70は、S14とは異なる差動間隔で対応づけられた部分信号間の差動を計算する(S23)。さらに、同期検出部70は、対応する既知信号に対しても、同様の差動間隔で差動を計算する。さらに、同期検出部70は、S16と同様に、部分信号間の差動結果と既知信号間の差動結果の相関を計算する(S25)。つぎに、同期検出部70は、相関の結果が擬似同期に関するしきい値より大きい場合に、復調部20で再生された搬送波の周波数が正しい正常同期として判定する(S26のY)。第2相関値が擬似同期に関するしきい値より小さい場合は、擬似同期と判定して(S26のN)、あわせて判定された周波数のシフト量を用いて周波数補正を実行する。なお、図9には図示してないが、正常同期が確立された後は、復号部6においてインタリーブ処理、ビタビ復号処理などの復号処理がなされる。
As a result of the determination, if the threshold value is not exceeded (N in S20), the
本実施例によれば、2つの異なる相対的な位相差を用いて同期を2段階に分けて確立させることによって、擬似同期状態の判定処理時間を低減できる。また、最初に粗く同期を確立し、その後、厳密な同期を確立させることによって、効率的に同期が検出できる。また、それぞれの段階における同期判定に差動間隔に関する規則を使い分けることによって、より効率的に同期が検出できる。また、部分信号間の位相の差動を計算することによって、位相スリップが生じた場合でも、正確に同期を捕捉することができる。また、信号強度により相関値を計算する範囲を限定することによって、同期を短時間に捕捉できる。また、仮同期が確立されるまで所定の処理を繰り替えることによって、送信側において挿入された既知信号の位置を正確に捕捉することができる。また、搬送波の周波数を補正することによって、擬似同期状態を脱却することができる。また、それぞれ異なる対象で差動を計算させることによって、スリップ対策だけでなく、擬似同期も判定できる。 According to the present embodiment, it is possible to reduce the determination processing time of the pseudo-synchronized state by establishing synchronization in two stages using two different relative phase differences. Also, synchronization can be efficiently detected by first establishing coarse synchronization and then establishing strict synchronization. Also, synchronization can be detected more efficiently by using different rules regarding the differential interval for synchronization determination at each stage. Also, by calculating the phase differential between the partial signals, synchronization can be accurately captured even when a phase slip occurs. Further, the synchronization can be captured in a short time by limiting the range in which the correlation value is calculated based on the signal strength. In addition, by repeating the predetermined process until provisional synchronization is established, the position of the known signal inserted on the transmission side can be accurately captured. Further, the pseudo-synchronized state can be escaped by correcting the frequency of the carrier wave. In addition, by calculating the differential for different objects, not only anti-slip measures but also pseudo-synchronization can be determined.
つぎに、本発明の実施例の変形例を示す。本発明の実施例の変形例は、低CNRの無線信号の同期を確定する信号処理部100を含む端末装置200に関する。本発明の実施例との相違は、端末装置200が受信する信号系列がBPSK変調ではなく、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調されている点である。なお、前述した実施例と構成は同一であるので、同一の符号を付して説明を簡略化する。本発明の実施例の変形例にかかる端末装置200は、図1に示す構成と同様に、アンテナ1と、RF部2と、直交検波部3と、信号処理部100と、復号部6とを含む。信号処理部100は、図2に示す構成と同様に、復調部20と、部分信号取得部22と、差動間隔決定部25と、同期検出部70と、バッファ40とを含む。また、部分信号取得部22は、図7に示す構成と同様に、書込部62と、信頼度取得部64とを含む。また、同期検出部70は、図8に示す構成と同様に、第1差動計算部30と、第1相関計算部32と、仮同期判定部24と、制御部42と、測定部38と、第2差動計算部72と、第2相関計算部74と、擬似同期判定部26と、周波数補正部28とを含む。
Next, a modification of the embodiment of the present invention will be shown. The modification of the Example of this invention is related with the
ここで、QPSK変調方式の場合において、差動間隔決定部25において対応づけられた部分信号間の相対的な位相差を求めることによって、位相スリップを回避するとともに、擬似同期が判定できる原理について説明する。
Here, in the case of the QPSK modulation method, the principle that the phase difference can be avoided and the pseudo-synchronization can be determined by obtaining the relative phase difference between the partial signals associated in the differential
QPSKの場合、Δkの差動間隔による位相変化Δφは、式(17)のようになる。
Δφ=0 (Δω=0;正常同期)
Δk・π/2 (Δω=2π・fs/4 ;fs/4だけずれた擬似同期)
Δk・−π/2 (Δω=2π・-fs/4 ;-fs/4だけずれた擬似同期)
Δk・π (Δω=2π・fs/2 ;-fs/2だけずれた擬似同期)
Δk・−π (Δω=2π・-fs/2 ;-fs/2だけずれた擬似同期)
Δk・π (Δω=2π・-fs/2 ;-fs/2だけずれた擬似同期)
・・・式(17)
In the case of QPSK, the phase change Δφ due to the differential interval of Δk is expressed by Equation (17).
Δφ = 0 (Δω = 0; normal synchronization)
Δk · π / 2 (Δω = 2π · fs / 4; pseudo-synchronization shifted by fs / 4)
Δk ・ −π / 2 (Δω = 2π ・ -fs / 4; pseudo-synchronization shifted by -fs / 4)
Δk · π (Δω = 2π · fs / 2; pseudo-synchronization shifted by -fs / 2)
Δk · −π (Δω = 2π · -fs / 2; pseudo-synchronization shifted by -fs / 2)
Δk · π (Δω = 2π · -fs / 2; pseudo-synchronization shifted by -fs / 2)
... Formula (17)
ここで、正常同期の場合は、Δkによらず常に0であるのに対し、fs/4ずれた擬似同期ではΔk=4,8,12・・・で0(rad)となる。また、-fs/4ずれた擬似同期でもΔk=4,8,12・・・で0(rad)となる。また、±fs/2ずれた擬似同期ではΔk=2,4,6,8,10・・・で0(rad)となる。以上から、正常同期、および、いずれかの擬似同期であってもΔk=4,8,12,・・・では0(rad)となる。このパターンをパターンAとする。また、Δk=2,6,10,・・・・では正常同期、および、±fs/2ずれた擬似同期で0(rad)となる。このパターンをパターンBとする。さらに、それ以外のΔk(奇数)ではπ/2、-π/2、πのいずれかを算出する。このパターンをパターンCとする。なお、Δk=0は、自己相関となるためここでは除外して考える。 Here, in the case of normal synchronization, it is always 0 regardless of Δk, whereas in pseudo synchronization shifted by fs / 4, Δk = 4, 8, 12,. Further, even with pseudo-synchronization shifted by −fs / 4, Δk = 4, 8, 12,. Further, in pseudo synchronization shifted by ± fs / 2, Δk = 2, 4, 6, 8, 10,. From the above, even with normal synchronization and any pseudo-synchronization, 0 (rad) is obtained when Δk = 4, 8, 12,. This pattern is referred to as pattern A. Further, when Δk = 2, 6, 10,..., 0 (rad) is obtained in normal synchronization and pseudo synchronization shifted by ± fs / 2. This pattern is referred to as pattern B. Further, for any other Δk (odd number), one of π / 2, −π / 2, and π is calculated. This pattern is referred to as pattern C. Since Δk = 0 is an autocorrelation, it is excluded here.
上記のパターンA、B、Cは、換言すると、
パターンA:正常同期およびどの擬似同期でも2nπ=0(rad)となる差動間隔
パターンB:正常同期およびある擬似同期では2nπ=0(rad)となる差動間隔
パターンC:正常同期以外では2nπ=0(rad)とならない差動間隔
とも言える。従って、「パターンAとなるΔkによる差動相関」と「パターンCとなるΔkによる差動相関」の比較によって、正常同期か擬似同期かの判断が可能となる。これを比較方法1とする。あるいは、「パターンAとなるΔkによる差動相関」と「パターンA以外の2種類、または3種類の差動相関の組み合わせ」の比較によって、正常同期か擬似同期かの判断が可能となる。これを比較方法2とする。
In other words, the above patterns A, B, C are
Pattern A: Differential interval with 2nπ = 0 (rad) for normal synchronization and any pseudo-synchronization Pattern B: Differential interval with 2nπ = 0 (rad) for normal synchronization and some pseudo-synchronization Pattern C: 2nπ for other than normal synchronization It can also be said that the differential interval does not become = 0 (rad). Accordingly, it is possible to determine whether the synchronization is normal synchronization or pseudo-synchronization by comparing “differential correlation due to Δk as pattern A” and “differential correlation due to Δk as pattern C”. This is referred to as Comparative Method 1. Alternatively, it is possible to determine whether the synchronization is normal synchronization or pseudo-synchronization by comparing “differential correlation by Δk as pattern A” and “combination of two or three types of differential correlation other than pattern A”. This is referred to as
ここで、図10(a)〜(d)を用いて、差動間隔決定部25が8つの部分信号をそれぞれ対応づける規則について示す。図10(a)〜(d)は、本発明の実施例の変形例にかかる差動間隔決定部25における対応づけの例を示す図である。図10(a)は、図2の差動間隔決定部25におけるストレートに係る対応づけパターンを示す図である。図10(b)〜(d)は、それぞれ図2の差動間隔決定部25におけるクロスに係る対応づけパターン例を示す図である。なお、1つの既知信号の系列に含まれる既知信号の個数は、「信号系列の1シンボルあたりの変調多値数」と等しく、ここでは、4と仮定している。BPSKの場合について示した図6と異なり、クロスについてのパターンが多いのが特徴である。
Here, with reference to FIGS. 10A to 10D, a rule in which the differential
ここで、図11(a)〜(d)を用いて、図2の差動間隔決定部25における規則について説明する。図11(a)〜(d)は、本発明の実施例の変形例にかかる差動結果の例を示す図である。図11(a)は、バッファ40の1行あたりの長さLが「信号系列の1シンボルあたりの変調多値数」の倍数である場合についての相関値の例である。この例においては、正常同期もしくは3つの擬似同期のいずれかである場合と、対応づけがストレートもしくは3つのクロスのいずれかである場合との組み合わせについて、計16個の相関値を示している。なお、これらの例は、BPSKにおいて示した差動結果式(16−1S)等に対応している。また、クロス1、クロス2、クロス3とは、図10(b)〜(d)にそれぞれ示した対応付けパターンを指している。また、図示したパターンA、パターンB以外のパターンをパターンCとする。
Here, the rules in the differential
図11(a)に示すとおり、ストレート(Δk=4,8,12・・・・)の相関値を用いて仮同期を判定できる。また、パターンB(クロス1、クロス3)のうちのいずれかその相関値を比較(比較方法1)することで、正常同期か擬似同期か判断できる。また、このときには、±fs/4、すなわち、±π/2の擬似同期に限り、周波数誤差の極性も把握できる。このような場合、擬似同期判定部26は、周波数補正部28に対し、極性についての情報も通知する。
As shown in FIG. 11A, temporary synchronization can be determined using the correlation value of straight (Δk = 4, 8, 12,...). Further, by comparing the correlation values of any one of the patterns B (cross 1, cross 3) (comparison method 1), it can be determined whether the synchronization is normal synchronization or pseudo synchronization. At this time, the polarity of the frequency error can also be grasped only in the pseudo-synchronization of ± fs / 4, that is, ± π / 2. In such a case, the
比較方法2の場合には、クロス1と2,3の各相関出力を絶対値化した後に位相成分をsinとcosに分解した状態で加算し、最後に改めて加算結果のsinとcosから位相を算出すれば良い(絶対値をとらないと、合成時には位相0になる場合もある)。例えば、π/2にて擬似同期した場合には、パターンBとCの組み合わせとして、π/2、π、|−π/2|の位相をsinとcosに分解した上で、sin同士、およびcos同士を加算し、最後に位相を算出すると、その位相結果はtan-1(2/1)≒116(deg)≒2π/3(rad)付近に漸近する。
In the case of the
図11(b)〜(d)は、バッファ40の1行あたりの長さLが「信号系列の1シンボルあたりの変調多値数」の倍数でないそれぞれの場合についての相関値の例で、正常同期もしくは擬似同期である場合と、対応づけがストレートもしくはクロスである場合のあわせて16の相関値を示している。
FIGS. 11B to 11D are examples of correlation values in each case where the length L per row of the
図11(b)に示すとおり、インタリーブ1行サイズがmod(N,4)=1となる場合、すなわち、バッファ40の1行あたりの長さLを「信号系列の1シンボルあたりの変調多値数」で剰余演算したときに1となる場合は、パターンA(クロス3)の相関値を用いて仮同期を判定できる。また、パターンB(ストレート、クロス2)のうちのいずれかその相関値を比較(比較方法1)することで、正常同期か擬似同期か判断できる。また、このときには、±π/2の擬似同期に限り、周波数誤差の極性も把握できる。
As shown in FIG. 11B, when the interleaved line size is mod (N, 4) = 1, that is, the length L per line of the
図11(c)に示すとおり、バッファ40の1行あたりの長さLを「信号系列の1シンボルあたりの変調多値数」で剰余演算したときに2となる場合は、パターンA(クロス2)の相関値を用いて仮同期を判定できる。また、パターンB(クロス1、クロス3)のうちのいずれかその相関値を比較(比較方法1)することで、正常同期か擬似同期か判断できる。また、このときには、±π/2の擬似同期に限り、周波数誤差の極性も把握できる。
As shown in FIG. 11C, when the length L per line of the
図11(d)に示すとおり、バッファ40の1行あたりの長さLを「信号系列の1シンボルあたりの変調多値数」で剰余演算したときに3となる場合は、パターンA(クロス1)の相関値を用いて仮同期を判定できる。また、パターンB(ストレート、クロス2)のうちのいずれかその相関値を比較(比較方法1)することで、正常同期か擬似同期か判断できる。また、このときには、±π/2の擬似同期に限り、周波数誤差の極性も把握できる。
As shown in FIG. 11D, when the length L per line of the
なお、比較方法2の場合については、図11(b)〜(d)に示すいずれの場合においても、考え方は図11(a)の場合と同様である。実際に差動処理を行う際には、シンボル毎の復調出力に対しては4通りの位相(0、±π/2、π)に変換しておけば良い。
In the case of the
以上、QPSKの場合について原理を説明した。これらの例から導けることは、QPSKの場合であっても、BPSKの場合と同様に、ストレート、クロスのいずれか一方の対応関係で差動を計算することにより、まず仮同期を確立できる。さらに、仮同期を確立させた対応関係以外の対応関係で差動を計算することにより、擬似同期を判定できる。このとき、差動を計算するために用いられる対応関係は、既知信号の系列が挿入されている周期Lと、信号系列の1シンボルあたりの変調多値数により決定されることとなる。なお、信号系列の1シンボルあたりの変調多値数は、1つの既知信号の系列に含まれる既知信号の個数とよみかえることができるものとする。 The principle has been described above for the case of QPSK. As can be derived from these examples, even in the case of QPSK, as in the case of BPSK, temporary synchronization can be established first by calculating the differential with either the straight or cross correspondence. Furthermore, pseudo-synchronization can be determined by calculating a differential with a correspondence relationship other than the correspondence relationship for which provisional synchronization is established. At this time, the correspondence used for calculating the differential is determined by the period L in which the sequence of known signals is inserted and the number of modulation levels per symbol of the signal sequence. Note that the modulation multi-level number per symbol of a signal sequence can be regarded as the number of known signals included in one known signal sequence.
本実施例の変形例によれば、2つの異なる相対的な位相差を用いて同期を2段階に分けて確立させることによって、擬似同期状態の判定処理時間を低減できる。また、既知信号の系列が挿入されている周期Lと、信号系列の1シンボルあたりの変調多値数により相関値を計算する対応関係を決定することにより、どのような場合であっても、擬似同期状態を判定できる。また、BPSKの場合と同様に、最初に粗く同期を確立し、その後、厳密な同期を確立させることによって、効率的に同期が検出できる。また、それぞれの段階における同期判定に差動間隔に関する規則を使い分けることによって、より効率的に同期が検出できる。周波数誤差の極性も把握できる。 According to the modification of the present embodiment, the synchronization processing time can be reduced by establishing two stages of synchronization using two different relative phase differences. Further, by determining the correspondence relationship for calculating the correlation value based on the period L in which the sequence of the known signal is inserted and the number of modulation multi-values per symbol of the signal sequence, it is possible to simulate in any case. The synchronization status can be determined. As in the case of BPSK, the synchronization can be efficiently detected by first establishing the synchronization roughly and then establishing the strict synchronization. Also, synchronization can be detected more efficiently by using different rules regarding the differential interval for synchronization determination at each stage. The polarity of frequency error can also be grasped.
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合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。 In the above, this invention was demonstrated based on the Example. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such modifications are also within the scope of the present invention. .
本実施例においては、一面のバッファ40に信号系列を書き込むとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、二面構成のバッファ40を用いてもよい。また、差動処理において、バッファ40に書き込まれた上下について実行するとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、2つおき、3つおきの行との差動を実行してもよい。
In the present embodiment, it has been described that the signal sequence is written in the
また、本実施例、本実施例の変形例では、信号系列がBPSK、もしくは、QPSK変調されているとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、OQPSK(Offset QPSK)、DBPSK(Diffential BPSK)、DQPSK(Differential QPSK)、π/4シフトQPSK、M−PSK、M−DPSK(Differential PSK)、M−APSK(Amplitude PSK)、M−ADPSK(Amplitude DPSK)、2L-QAM(Quadrature Amplitude Modulation)であってもよい。その場合、下記のような原理で動作させることで、上述と同様の効果を得ることができる。 Further, in the present embodiment and the modified example of the present embodiment, the signal sequence has been described as being BPSK or QPSK modulated. However, the present invention is not limited to this, and OQPSK (Offset QPSK), DBPSK (Differential BPSK), DQPSK (Differential QPSK), π / 4 shift QPSK, M-PSK, M-DPSK (Differential PSK), M-APSKde (Amplu PPS), It may be M-ADPSK (Amplitude DPSK) or 2 L -QAM (Quadrature Amplitude Modulation). In that case, the same effect as described above can be obtained by operating according to the following principle.
OQPSKの場合、復調時には、一般的にI(t)またはQ(T)のいずれか一方をTs/2だけ遅延させ、通常のQPSKのように変換して復調処理される。このとき、通常のQPSK同様に擬似同期が生じる可能性があるが、上述のQPSKの場合と同様に考えることができる。ただし、Ts/2シンボル遅延を施していることから、QPSKの場合のように相関方向に応じた一律の相関位相にならないと言う、OQPSK固有の状況が生じる場合がある(±fs/4にて擬似同期した場合)。例えば、インタリーブ1行サイズがmod(N,4)=1において、fs/4にて擬似同期(位相変化はπ/2)の場合に、1行間隔のストレート方向の差動相関を施すと、0→3π/4、3π/4→π、π→-π/4、-π/4→0と変化する。しかしながら、位相の各変化量に対してsinとcosに分解して合成すると、合成値として最終的にはπ/2に漸近することとなる。そのため、QPSKの場合と比較して、「位相分解処理が増える」「相関の合成値の精度が低い」という問題はあるものの、基本的にはQPSKと同様な判断が可能である。 In the case of OQPSK, at the time of demodulation, either I (t) or Q (T) is generally delayed by Ts / 2, and converted to normal QPSK and demodulated. At this time, pseudo-synchronization may occur as in normal QPSK, but it can be considered in the same manner as in the case of QPSK described above. However, since a Ts / 2 symbol delay is applied, there may occur a situation unique to OQPSK that does not result in a uniform correlation phase according to the correlation direction as in QPSK (at ± fs / 4). (If pseudo-synchronized). For example, when the interleave 1 row size is mod (N, 4) = 1 and fs / 4 is quasi-synchronized (the phase change is π / 2), the differential correlation in the straight direction with 1 row spacing is performed. It changes as 0 → 3π / 4, 3π / 4 → π, π → −π / 4, and −π / 4 → 0. However, if each phase change amount is decomposed and combined into sin and cos, the resultant value finally approaches π / 2. Therefore, compared with the case of QPSK, there is a problem that “the phase decomposition process increases” and “the accuracy of the correlation composite value is low”, but basically the same determination as in QPSK is possible.
DBPSKやDQPSKの場合、すなわち、変調側にて差動符号化された場合は、受信側においては図1のような準同期検波構成によってベースバンド帯信号に変換し、復調処理後、差動符号化の部分は復号しない状態で、復調出力に対して差動相関を行うことで、正常同期と擬似同期とによらずにフレーム同期確立を行い、その後、依然として差動符号化の部分は復号しない状態のまま、上述のようなΔkなる間隔の差動出力との相関を実行すればよい。なお、信号系列に含まれる既知信号の系列以外のデータ部分については、正常同期段階で復合すれば良い。なお、差動符号化部分を復号してしまうと、擬似同期では誤り伝播が多発してフレーム同期がとれなくなる。また、正常同期と擬似同期の判断においても、差動符号化部分を復号してしまうと、上述のような関係が得られない。また、IF信号を遅延検波方式でベースバンド帯信号に変換する方法も、復調方式として差動符号化信号には適用できるが、遅延検波実行段階で、差動符号化部分の復号が行われてしまうため、本考案はそのような回路構成では適用できない。 In the case of DBPSK or DQPSK, that is, when differential encoding is performed on the modulation side, the reception side converts to a baseband signal by a quasi-synchronous detection configuration as shown in FIG. By performing differential correlation on the demodulated output without decoding the normalization part, frame synchronization is established regardless of normal synchronization and pseudo-synchronization, and then the differential encoding part is not decoded. What is necessary is just to perform a correlation with the differential output of the above-mentioned space | interval of (DELTA) k with a state. Note that data portions other than the known signal sequence included in the signal sequence may be decoded at the normal synchronization stage. If the differential encoding portion is decoded, error propagation frequently occurs in pseudo synchronization, and frame synchronization cannot be achieved. Even in the determination of normal synchronization and pseudo-synchronization, if the differentially encoded portion is decoded, the above relationship cannot be obtained. In addition, the method of converting IF signals into baseband signals by the delay detection method can also be applied to differentially encoded signals as a demodulation method, but the differential encoding part is decoded at the stage of delay detection execution. Therefore, the present invention cannot be applied to such a circuit configuration.
π/4シフトQPSKの場合において、変調側にて施されたπ/4ラジアンのシフト操作の部分は、1/(8Ts)なる周波数成分のオフセットによって、検波出力の同相成分と直交成分では解除されおり、その後はQPSKやDQPSKと同じ方法で復調できる。即ち、上述のQPSKやDQPSKの場合と同様な方法が適用できる。 In the case of π / 4 shift QPSK, the shift operation portion of π / 4 radians performed on the modulation side is canceled for the in-phase component and the quadrature component of the detection output by the offset of the frequency component of 1 / (8Ts). After that, it can be demodulated by the same method as QPSK or DQPSK. That is, the same method as in the case of QPSK or DQPSK described above can be applied.
M−PSK、M−DPSKの場合、たとえば、8PSKや16PSKの場合であっても、擬似同期の発生メカニズムは同じ。また、差動間隔Δkによる相関位相の関係を把握することで、QPSKの場合の拡張として本方式が適用できることは、当該業者であれば容易に考えられる。更に、8DPSKや16DPSKという差動符号化を行っている場合であっても、上述のDBPSKやDQPSKの考えを踏まえれば、当該業者であれば適用方法は容易に考えられる。 In the case of M-PSK and M-DPSK, for example, even in the case of 8PSK or 16PSK, the generation mechanism of pseudo synchronization is the same. In addition, it is easily conceivable for those skilled in the art that the present method can be applied as an extension in the case of QPSK by grasping the correlation phase relationship by the differential interval Δk. Furthermore, even if differential encoding such as 8DPSK or 16DPSK is performed, the application method can be easily considered by the relevant trader in consideration of the above-mentioned DBPSK and DQPSK.
M−APSK、M−ADPSKの場合も、擬似同期発生メカニズムは同様である。8APSKや16APSKの場合、同一半径のシンボルに既知信号を配置する方式であれば、上述の説明から適用方法が容易に考えられ、振幅が異なるシンボルを用いたとしても、差動相関時の出力として位相情報を用いれば、適用方法は容易に考えられる。また、差動符号化が施されている場合であっても、これまでの方法を踏襲することで、当該業者であれば容易に適用方法は考えられる。 In the case of M-APSK and M-ADPSK, the pseudo-synchronization generation mechanism is the same. In the case of 8APSK or 16APSK, as long as a known signal is arranged in symbols of the same radius, the application method can be easily considered from the above description. Even if symbols with different amplitudes are used, the output at the time of differential correlation is If phase information is used, an application method can be easily considered. Moreover, even if differential encoding is performed, the application method can be easily considered by a person skilled in the art by following the conventional method.
2L-QAMの場合、たとえば、16QAMといった、いわゆる多値直交振幅変調方式であっても、キャリア再生方式としてPSK方式と同様な方式を適用すると、擬似同期が生じる。この場合であっても、フレーム同期に適用する既知信号をouterシンボル(四隅)に配置されていれば、QPSKと同じ考え方が適用できる。また、outer以外のシンボルに配置されていたとしても、差動間隔Δkと、想定する周波数誤差範囲内にて生じる擬似同期にて発生する1シンボル間の位相変化パターン全てとの対応を踏まえれば、上述のQPSKと同様な判断基準が得られることから、このような変調方式であっても適用することは当該業者であれば可能である。 In the case of 2 L -QAM, pseudo-synchronization occurs even if a so-called multi-value quadrature amplitude modulation method such as 16QAM is applied as a carrier reproduction method similar to the PSK method. Even in this case, the same idea as QPSK can be applied if a known signal to be applied to frame synchronization is arranged in the outer symbol (four corners). In addition, even if it is arranged in symbols other than outer, considering the correspondence between the differential interval Δk and all the phase change patterns between one symbol generated in the pseudo-synchronization occurring within the assumed frequency error range, Since the same judgment standard as the above-mentioned QPSK can be obtained, even such a modulation scheme can be applied by those skilled in the art.
1 アンテナ、 2 RF部、 3 直交検波部、 6 復号部、 20 復調部、 22 部分信号取得部、 24 仮同期判定部、 25 差動間隔決定部、 26 擬似同期判定部、 28 周波数補正部、 30 第1差動計算部、 32 第1相関計算部、 38 測定部、 40 バッファ、 42 制御部、 50 信号系列、 52 既知信号の系列、 53 既知信号、 54 データ信号、 62 書込部、 64 信頼度取得部、 70 同期検出部、 72 第2差動計算部、 74 第2相関計算部、 100 信号処理部、 200 端末装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antenna, 2 RF part, 3 Quadrature detection part, 6 Decoding part, 20 Demodulation part, 22 Partial signal acquisition part, 24 Temporary synchronization determination part, 25 Differential space | interval determination part, 26 Pseudo-synchronization determination part, 28 Frequency correction part, 30 first differential calculation unit, 32 first correlation calculation unit, 38 measurement unit, 40 buffer, 42 control unit, 50 signal series, 52 known signal series, 53 known signal, 54 data signal, 62 writing unit, 64 A reliability acquisition unit, 70 synchronization detection unit, 72 second differential calculation unit, 74 second correlation calculation unit, 100 signal processing unit, 200 terminal device.
Claims (5)
前記入力部から入力された信号系列から搬送波を再生し、再生された搬送波にしたがって、前記信号系列を復調する復調部と、
前記復調部において復調した信号系列に含まれる前記既知信号の系列に対応すべき部分信号の系列を前記所定の周期と同じ周期で複数取得する部分信号取得部と、
前記部分信号取得部で取得した部分信号の系列のうち、所定の前後の部分信号の系列に含まれる前記既知信号に対応すべき部分信号を複数の差動間隔に関する規則を用いてそれぞれ対応づける差動間隔決定部と、
前記複数の差動間隔に関する規則のうちの第1規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算することによって、前記既知信号の系列が挿入された位置を推定して仮同期を検出した後に、前記複数の差動間隔に関する規則のうち、前記第1規則とは異なる差動間隔となる第2規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算することによって、前記復調部で再生された搬送波の周波数が正しいか否かを検出する同期検出部と、
を備えることを特徴とする信号処理装置。 An input unit for inputting a signal sequence in which a plurality of known signal sequences including a plurality of known signals are inserted at a predetermined period L;
A demodulator that reproduces a carrier wave from the signal sequence input from the input unit, and demodulates the signal sequence according to the reproduced carrier wave;
A partial signal acquisition unit for acquiring a plurality of partial signal sequences to be associated with the sequence of known signals included in the signal sequence demodulated in the demodulation unit;
A difference in which partial signals to be associated with the known signal included in a predetermined partial signal sequence among the partial signal sequences acquired by the partial signal acquisition unit are respectively associated using a plurality of rules regarding differential intervals. A movement interval determination unit;
By calculating the relative phase difference between the partial signals associated according to the first rule among the plurality of rules relating to the differential interval, the position where the known signal sequence is inserted is estimated. After detecting the provisional synchronization, the relative phase difference between the partial signals associated with each other according to the second rule, which is a differential interval different from the first rule, among the plurality of rules regarding the differential interval, respectively. A synchronization detection unit that detects whether the frequency of the carrier wave reproduced by the demodulation unit is correct by calculating;
A signal processing apparatus comprising:
前記複数の差動間隔に関する規則のうちの第1規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算する第1差動計算部と、
前記第1差動計算部によって計算されたそれぞれの部分信号間の位相差と、前記それぞれの部分信号間の位相差に対応すべき既知信号間の相対的な位相差との第1相関値を計算する第1相関計算部と、
前記第1相関計算部で計算された第1相関値が仮同期に関するしきい値より大きい場合に、前記部分信号が存在する位置を前記既知信号の系列が挿入された位置として判定する仮同期判定部と、
前記仮同期判定部によって判定された既知信号の系列が挿入された位置に存在する部分信号のうち、前記複数の差動間隔に関する規則のうちの第2規則にしたがって対応付けられた部分信号間の相対的な位相差をそれぞれ計算する第2差動計算部と、
前記第2差動計算部によって計算されたそれぞれの部分信号間の位相差と、前記それぞれの部分信号間の位相差と対応すべき既知信号間の相対的な位相差との第2相関値を計算する第2相関計算部と、
前記第2相関計算部で計算された第2相関値が擬似同期に関するしきい値より大きい場合に、前記復調部で再生された搬送波の周波数が正しい正常同期として判定する擬似同期判定部と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。 The synchronization detector
A first differential calculation unit that calculates a relative phase difference between the partial signals associated according to a first rule among the rules regarding the plurality of differential intervals;
A first correlation value between a phase difference between the respective partial signals calculated by the first differential calculation unit and a relative phase difference between the known signals that should correspond to the phase difference between the respective partial signals. A first correlation calculation unit for calculating;
Temporary synchronization determination that determines the position where the partial signal exists as the position where the sequence of known signals is inserted when the first correlation value calculated by the first correlation calculation unit is larger than a threshold value related to temporary synchronization And
Among the partial signals existing at the position where the sequence of known signals determined by the temporary synchronization determination unit is inserted, between the partial signals associated according to the second rule among the rules regarding the plurality of differential intervals A second differential calculation unit for calculating a relative phase difference;
A second correlation value between a phase difference between the respective partial signals calculated by the second differential calculation unit and a relative phase difference between the known signals to be matched with the phase difference between the respective partial signals; A second correlation calculator for calculating;
A pseudo-synchronization determination unit that determines that the frequency of the carrier wave reproduced by the demodulation unit is correct normal synchronization when the second correlation value calculated by the second correlation calculation unit is larger than a threshold value related to pseudo-synchronization;
The signal processing apparatus according to claim 1, comprising:
前記第1相関計算部で計算された第1相関値が仮同期に関するしきい値より小さい場合に、前記信号系列のうち前記部分信号の系列とは異なる部分信号の系列を対象として、再度、第1差動計算部に差動を計算させる制御部と、
前記第2相関計算部で計算された第2相関値が擬似同期に関するしきい値より小さい場合に、前記搬送波の周波数をシフトすることによって、搬送波の周波数を補正する周波数補正部とをさらに有することを特徴とする請求項2に記載の信号処理装置。 The synchronization detector
When the first correlation value calculated by the first correlation calculation unit is smaller than a threshold value related to provisional synchronization, the signal sequence is again set to a partial signal sequence different from the partial signal sequence. A control unit that causes a differential calculation unit to calculate a differential;
A frequency correction unit that corrects the frequency of the carrier wave by shifting the frequency of the carrier wave when the second correlation value calculated by the second correlation calculation unit is smaller than a threshold value related to pseudo synchronization; The signal processing apparatus according to claim 2.
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