JP5239529B2 - 同期検出器及び通信機器 - Google Patents

Description

本願の開示は、一般に同期検出器に関し、詳しくは信号値の自己相関値により同期を検出する同期検出器に関する。

セルラー系通信システムにおいて、各移動端末は基地局に常時同期している必要がある。電源投入時またはハンドオーバー時において、各移動端末は、通信相手の基地局との同期を確立するために初期同期処理を行う。この際、通信システムのフレームタイミングを検出して、検出されたフレームタイミングに合わせて同期を確立する。

図１は、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）通信システムにおける基地局と移動端末との間のフレームのやり取りを示す図である。Ｔｘ＿ａｔ＿ＢＳは基地局から送信する信号を示し、Ｒｘ＿ａｔ＿ＭＳは移動端末で受信する信号を示す。またＴｘ＿ａｔ＿ＭＳは移動端末から送信する信号を示し、Ｒｘ＿ａｔ＿ＢＳは基地局で受信する信号を示す。

各フレームはフレーム間隔Ｔｆ（図１の例では５ｍｓ）で現れ、ダウンリンクＤＬのサブフレーム及びアップリンクＵＬのサブフレームに分割される。基地局がダウンリンクサブフレームを送信してからアップリンクサブフレームを受信するまでの間隔としてＴＴＧ（Transmit-to-receive Transition Gap）が設けられている。また基地局がアップリンクサブフレームを受信してからダウンリンクサブフレームを送信するまでの時間間隔としてＲＴＧ（Receive-to-transmit Transition Gap）が設けられている。ＳＳＴＴＧ（Subscriber Station TTG）及びＳＳＲＴＧ（Subscriber Station RTG）は、それぞれ移動端末側のＴＴＧとＲＴＧとである。

ダウンリンクの各サブフレームの先頭にはプリアンブルが設けられている。このプリアンブルのパターンは各基地局毎に異なるが、ある基地局が送信する全てのサブフレームにおいてプリアンブルパターンは同一である。移動端末側はプリアンブルのパターンを知らされていないので、既知のフレーム間隔Ｔｆ（図１の例では５ｍｓ）で同一パターンが現れる位置を検出することにより、各フレームの先頭位置を認識する。このように既知の一定のフレーム間隔Ｔｆ（図１の例では５ｍｓ）で同一パターンが現れる位置を検出するために、移動端末側では自己差動相関による同期検出を行なう。

図２は、自己差動相関による同期処理部の構成の一例を示す図である。図２の同期処理部は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１０、相関値演算部１１、最大値ポイント検出部１２、及び複数の遅延素子１３を含む。相関値演算部１１は、遅延素子１４、複素共役処理部１５、掛け算部１６、移動平均処理部１７、及び絶対値処理部１８を含む。

アナログデジタル変換器１０は、アンテナで受信されたアナログ受信信号をデジタル信号に変換する。相関値演算部１１は、アナログデジタル変換器１０が出力するデジタル受信信号の相関値を求める。２つの複素数ｘ及びｙの相関値ρは以下の式（１）により求めることができる。

ここで関数Ｅは期待値演算であり、時間的に変動する信号の場合には時間平均を求めることにより期待値を求めることができる。またｙ^＊はｙの複素共役である。

ここで受信信号ｙは以下の式（２）のように表現することができる。

ｙ（ｋ）はアナログデジタル変換器１０が出力する１フレーム分のデジタル受信信号である。ｘ（ｋ）は送信信号であり、ｈ（ｋ）は伝送路特性を表すチャネル応答関数である。またｎ（ｋ）は混入するノイズである。

まず相関値演算部１１の遅延素子１４が、デジタル受信信号ｙ（ｋ）をＮ_{ｆｒａｍｅ}（１フレームのサンプル数）分のサンプル点だけ遅延させることにより、時間的に１フレーム分遅延させる。遅延素子１４の出力である遅延後の信号は以下の式（３）のように表現できる。

ここでチャネル応答ｈ（ｘ）の時間的な変動分をΔｈ（ｋ）とする。

複素共役処理部１５がｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）の複素共役ｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）^＊を求める。更に掛け算部１６がｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）とｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）^＊との積を求める。この積の時間平均を移動平均処理部１７により求めることにより、ｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）とｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）^＊との積の期待値を求める。この積の期待値は以下の式（４）のように表すことができる。

絶対値処理部１８は移動平均処理部１７が求めた期待値の絶対値を計算する。相関値演算部１１が出力するサンプル点ｋに対応する期待値ε（ｋ）（実際には期待値の絶対値）は、最大値ポイント検出部１２に供給されるとともに、縦続に接続された複数の遅延素子１３に順次供給される。各遅延素子１３は入力される期待値を１サンプル点だけ遅延させて、遅延後の期待値を次段の遅延素子１３に供給すると共に、最大値ポイント検出部１２に供給する。

最大値ポイント検出部１２は、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}個の期待値ε（ｋ）〜ε（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＋１）のうちで期待値が最大値のものを検出し、この最大値に対応するサンプル位置ｋを出力する（ハット付きのｋで表す）。この最大値に対応するｋを出力する演算は、以下の式（５）に示すＡｒｇＭａｘ関数で表すことができる。

ここで最大値ポイント検出部１２が検出したサンプル位置が正しくプルアンブルシンボルの位置に対応している場合、プルアンブルシンボルはＮ_{ｆｒａｍｅ}サンプル毎に現れるので、以下の式（６）が成り立つ。なお、ここでは送信信号ｘ（ｋ）が振幅１に正規化されているとする。

プリアンブル位置においては、あるサンプル点ｋにおける送信信号ｘ（ｋ）と、ｋからＮ_{ｆｒａｍｅ}サンプル前のサンプル点における送信信号ｘ（ｋ）とは、同一の複素数である。従って、上記式（６）の演算の結果は１になる。

前述の式（４）に示す期待値の式に、上記式（６）の結果を適用するとともに、前述の変動分Δｈ（ｋ）を用いて展開すると、以下の式（７）、（８）、（９）を得ることができる。

式（８）はチャネル変動分による誤差を表す項である。また式（９）は、相関値演算部１１に入力される雑音ｎ（ｋ）に起因する誤差の項である。

このように、図２に示す相関値演算部１１により求めた期待値には、式（７）〜（９）に示すように、チャネル変動分による誤差と雑音による誤差とが含まれることになる。この誤差分が相関処理によるゲインに対して大きくなると、図２に示す同期処理部により正確にプリアンブルの位置を検出することができなくなる。

なお相関処理によるゲインは、その相関サンプル数に比例する。プリアンブルシンボル周期とサンプリング周期との比率が、相関処理によるゲインそのものになる。例えば、帯域幅５ＭＨｚのＷｉＭＡＸシステムの場合には、プリアンブルシンボル周期とサンプリング周期との比率は以下のように５７６になる。この場合、相関処理によるゲインＧ_ｃｏｒｒは、以下の式（１０）に示すように２７．６デシベルとなる。

この式（１０）に示す相関処理ゲインに対し式（８）及び式（９）に示す誤差が大きい場合、つまり端末が移動する環境であり且つ信号対雑音比が低い場合には、同期処理部により正しい同期点を検出することができない。
特開平８−２６５２３６号公報 特開２００６−１９１１８７号公報

以上を鑑みて、チャネル応答の変動及び雑音の影響を受けにくく正確に同期点を検出可能な同期検出器、及びそのような同期検出器を用いた通信機器が望まれる。

同期検出器は、複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の信号値を受け取り、着目サンプル点と該着目サンプル点から固定のサンプル数だけ離れたサンプル点との間において前記信号値の自己相関値を演算する相関値演算部と、前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値を受け取り、前記固定のサンプル数の間隔で並ぶ複数のサンプル点のうちの少なくとも２つのサンプル点について前記自己相関値を重ね合わせることにより合成相関値を演算する相関値合成部と、前記相関値合成部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の合成相関値のうちで値が最大の合成相関値に対応するサンプル点の位置を検出する最大値ポイント検出部と、前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値のうちで値が大きな所定数個の自己相関値を、１フレームのサンプル数が前記固定のサンプル数である各フレーム毎に選択し、選択した前記所定数個の自己相関値を前記相関値合成部に供給する相関値抽出部を含み、前記相関値合成部は前記相関値抽出部から供給された前記所定数個の自己相関値以外の自己相関値を用いることなく、複数のフレーム間での前記合成相関値を演算することを特徴とする。

通信機器は、複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の信号値を受信信号として受け取り、着目サンプル点と該着目サンプル点から固定のサンプル数だけ離れたサンプル点との間において前記信号値の自己相関値を演算する相関値演算部と、前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値を受け取り、前記固定のサンプル数の間隔で並ぶ複数のサンプル点のうちの少なくとも２つのサンプル点について前記自己相関値を重ね合わせることにより合成相関値を演算する相関値合成部と、前記相関値合成部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の合成相関値のうちで値が最大の合成相関値に対応するサンプル点の位置を検出する最大値ポイント検出部と、前記最大値ポイント検出部により検出したサンプル点の位置を同期点として前記受信信号を処理する信号処理部と、前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値のうちで値が大きな所定数個の自己相関値を、１フレームのサンプル数が前記固定のサンプル数である各フレーム毎に選択し、選択した前記所定数個の自己相関値を前記相関値合成部に供給する相関値抽出部を含み、前記相関値合成部は前記相関値抽出部から供給された前記所定数個の自己相関値以外の自己相関値を用いることなく、複数のフレーム間での前記合成相関値を演算することを特徴とする。

少なくとも１つの実施例の同期検出器では、相関値合成部により複数の自己相関値の重ね合わせ処理を実行することにより、自己相関値の信頼性を向上させることができる。従って、同期検出器により検出した同期サンプル点が、正確に受信信号の同期信号の位置に対応することになる。

以下に本発明の実施例を添付の図面を用いて詳細に説明する。

図３は、同期検出器の構成の一例を示す図である。図３の同期検出器３０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２０、相関値演算部２１、最大値ポイント検出部２２、複数の遅延素子２３、相関値抽出部２４、及び相関値合成部２５を含む。相関値演算部２１は、遅延素子３４、複素共役処理部３５、掛け算部３６、移動平均処理部３７、及び絶対値処理部３８を含む。

アナログデジタル変換器２０は、アンテナで受信されたアナログ受信信号をデジタル信号に変換する。相関値演算部２１は、アナログデジタル変換器２０が出力するデジタル受信信号の相関値を求める。２つの複素数ｘ及びｙの相関値ρは前述の式（１）により求めることができる。また受信信号ｙは前述の式（２）のように表現することができる。

まず相関値演算部２１の遅延素子３４が、デジタル受信信号ｙ（ｋ）をＮ_{ｆｒａｍｅ}（１フレームのサンプル数）分のサンプル点だけ遅延させることにより、時間的に１フレーム分遅延させる。遅延素子３４の出力である遅延後の信号は前述の式（３）のように表現できる。

複素共役処理部３５がｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）の複素共役ｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）^＊を求める。更に掛け算部３６がｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）とｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）^＊との積を求める。この積の時間平均を移動平均処理部３７により求めることにより、ｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）とｙ（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）^＊との積の期待値を求める。この積の期待値は前述の式（４）のように表すことができる。更に、絶対値処理部３８は移動平均処理部３７が求めた期待値の絶対値を計算する。

このようにして、相関値演算部２１は、複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の受信信号値を受け取り、着目サンプル点とその着目サンプル点から固定のサンプル数Ｎ_{ｆｒａｍｅ}だけ離れたサンプル点との間において受信信号値の自己相関値を演算する。相関値演算部２１が出力するサンプル点ｋに対応する自己相関値（即ち期待値ε（ｋ）：期待値の絶対値でもよい）は、相関値抽出部２４に供給されるとともに、縦続に接続された複数の遅延素子２３に順次供給される。各遅延素子２３は入力される期待値を１サンプル点だけ遅延させて、遅延後の期待値を次段の遅延素子２３に供給すると共に、相関値抽出部２４に供給する。

相関値抽出部２４は、相関値演算部２１により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値ε（ｋ）〜ε（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＋１）のうちで値が大きい順番に所定数個の自己相関値を選択し、選択した所定数個の自己相関値を相関値合成部２５に供給する。ここで相関値演算部２１が求める複数の自己相関値ε（ｋ）〜ε（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＋１）の個数はＮ_{ｆｒａｍｅ}個であり、例えば１シンボルあたりサンプル点数が５７６、１フレームあたりのシンボル数が５０とすると、合計５０×５７６個のサンプル点となる。これだけの莫大な数のサンプル点について以降の処理を実行するのでは処理の負担が大きいので、図３の構成のように相関値抽出部２４により以降の処理対象の自己相関値の個数を減らすことが好ましい。相関値抽出部２４により、値が大きいものから順番に例えば１０個の自己相関値を選択して、選択した１０個の自己相関値を相関値合成部２５に供給してよい。ｘ個の自己相関値を選択した場合のε’（ｋ）〜ε’（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＋１）は、以下の式（１１）のように表現できる。

なお図３では、相関値抽出部２４が出力する選択後の自己相関値ε’（ｋ）〜ε’（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＋１）の個数もＮ_{ｆｒａｍｅ}個であるが、上記の式（１１）の数学的表現に合わせて選択されたもの以外は値が０になっているとの趣旨である。実際の装置においては、後述の説明のように、選択した個数の自己相関値（即ち例えば１０個の自己相関値）のみを相関値抽出部２４から相関値合成部２５に供給すればよい。

相関値合成部２５は、相関値演算部２１により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値を受け取る。図３の構成例では、上記のように相関値演算部２１により求めた複数の自己相関値のうちから相関値抽出部２４により所定個数の自己相関値を選択・抽出し、これら所定個数の自己相関値が相関値合成部２５に供給される。相関値合成部２５は、固定のサンプル数Ｎ_{ｆｒａｍｅ}の間隔で並ぶ複数のサンプル点のうちの少なくとも２つのサンプル点について自己相関値を重ね合わせることにより合成相関値を演算する。例えば、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}の間隔で並ぶ複数のサンプル点ｋ、ｋ＋Ｎ_{ｆｒａｍｅ}、ｋ＋２Ｎ_{ｆｒａｍｅ}、ｋ＋３Ｎ_{ｆｒａｍｅ}、・・・のうちで、連続する２つのサンプル点ｋ及びｋ＋Ｎ_{ｆｒａｍｅ}についてε’（ｋ）とε’（ｋ＋Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）とを重ね合わせることにより、合成相関値を演算する。このように、合成する少なくとも２つのサンプル点は、固定のサンプル数の間隔をおいて並ぶ連続したサンプル点であってよい。また或いは1つおきの２つのサンプル点ｋ及びｋ＋２Ｎ_{ｆｒａｍｅ}についてε’（ｋ）とε’（ｋ＋２Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）とを重ね合わせることにより、合成相関値を演算する。このように、合成する少なくとも２つのサンプル点は、固定のサンプル数の間隔をおいて並ぶ連続してサンプル点から幾つかおきに取り出したサンプル点であってよい。

相関値合成部２５による自己相関値の重ね合わせは、自己相関値を加算することにより実行してよい。即ち、ε’（ｋ）とε’（ｋ＋Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）との重ね合わせとは、ε’（ｋ）とε’（ｋ＋Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）との加算であってよい。また例えば自己相関値の自乗値の加算であったり、或いは自己相関値に重み係数を掛けた値についての加算であったりしてもよい。基本的には、複数の自己相関値を重ね合わせることにより信号成分が重ね合わせられて相対的に増大し、複数の自己相関値の間で無相関である雑音成分等の誤差成分が重ね合わせにより相対的に減少するように、重ね合わせ演算が実行されればよい。

相関値合成部２５によるα個の自己相関値の加算演算は、以下の式（１２）のように表現することができる。

なお図３では、相関値合成部２５が出力する重ね合わせ後の合成相関値ε’’（ｋ）〜ε’’（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＋１）の個数もＮ_{ｆｒａｍｅ}個であるが、上記の式（１１）及び式（１２）の数学的表現に合わせて一度も選択されなかったサンプル点での値は０になっている。実際の装置においても、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}個の合成相関値を出力してよいし、或いはそれより少ない数の合成相関値を出力してもよい。

最大値ポイント検出部２２は、相関値合成部２５により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の合成相関値のうちで値が最大の合成相関値に対応するサンプル点の位置を検出する。例えば、Ｎ_{ｆｒａｍｅ}個の合成相関値ε’’（ｋ）〜ε’’（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＋１）のうちで期待値が最大値のものを検出し、この最大値に対応するサンプル位置ｋを出力する（ハット付きのｋで表す）。この最大値に対応するｋを出力する演算は、以下の式（１３）に示すＡｒｇＭａｘ関数で表すことができる。

ここで最大値ポイント検出部２２が検出したサンプル位置が正しくプルアンブルシンボルの位置に対応している場合、プルアンブルシンボルはＮ_{ｆｒａｍｅ}サンプル毎に現れる。説明を簡単にするために相関値抽出部２４による選択処理を無視して、全サンプル点に対して相関値合成部２５による重ね合わせ処理を実行すると仮定すると、前述の式（７）の期待値は重ね合わせ処理により以下の式（１４）となる。

ここで、第２項のδｈと第３項のｗとが消えているのは、α回の重ね合わせ処理により、重ね合わせ対象の信号間で相関のないと見なせるチャネル変動分による誤差と雑音による誤差とは無視できる大きさとなるからである。

このように図３に示す同期検出器３０では、相関値合成部２５により複数の自己相関値の重ね合わせ処理を実行することにより、自己相関値の信頼性を向上させることができる。従って、同期検出器３０により検出した同期サンプル点が、正確に受信信号のプリアンブルの位置に対応することになる。

図４は、同期検出器３０による同期点検出処理の流れを示すフローチャートである。図４のステップＳ１において、１フレーム分の差動相関値から上位ｘ個の値を抽出する。即ち、自己相関値ε（ｋ）〜ε（ｋ−Ｎ_{ｆｒａｍｅ}＋１）のうちで値が大きい順番にｘ個の自己相関値を選択する。なお選択したｘ個の自己相関値の各々について、その自己相関値のデータと共に対応するサンプル点ｋの値をインデックスとして記録しておく。

ステップＳ２で、抽出された上位ｘ個の相関値に対して、同じｉｎｄｅｘ（ｋ）を持つものを合成する。例えばｘが３であり、最初の１フレーム分について選択した上位３個の自己相関値のサンプル点ｋの値が２４３、５８４９、１６９８３であったとする。次の１フレーム分について選択した上位３個の自己相関値のサンプル点ｋの値が２４３、５８５２、１６９８３であったとする。この時、ｋの値が２４３に対するε’（ｋ）については２つのフレーム間での重ね合わせ処理を実行し、同様にｋの値が１６９８３に対するε’（ｋ）については２つのフレーム間での重ね合わせ処理を実行する。ｋの値が５８４９及び５８５２に対するε’（ｋ）については、２つのフレーム間で対応する位置のデータがないので重ね合わせ処理は実行しない。代替的に、対応する位置のデータが０であるとして、０との重ね合わせ処理を実行してもよい。

ステップＳ３で、複数フレーム分の相関値を合成した候補より、最も大きな相関値を取るｋをサーチする。即ち、２つ又はそれ以上のフレームに対して重ね合わせ処理を実行して得られた合成相関値のうちで、最大値の合成相関値を求める。そしてこの最大値の合成相関値を与えるｋの値を同期サンプル点として出力する。

図５は、同期検出器３０による同期点検出処理を具体的に説明するための図である。まず基地局と移動端末との間で複数のフレーム４１が送受信される。各フレームはダウンリンクサブフレームＤＬ及びアップリンクサブフレームＵＬを含む。各ダウンリンクサブフレームＤＬの先頭には、フレーム位置を示すためのプリアンブル４２が付加されている。図３の同期検出器３０によりこのプリアンブル４２の位置を検出する。

まず同期検出器３０の相関値演算部２１により、受信信号の自己相関を演算する。この相関演算が図５において相関演算４３として示されている。具体的には、相関値演算部２１がまず第１番目のフレームと第２番目のフレームとの間で各サンプル点ｋに対して自己相関値を求める。この自己相関値が図５においてε（ｋ）として示されている。その次に、相関値演算部２１は、第２番目のフレームと第３番目のフレームとの間で各サンプル点ｋに対して自己相関値を求める。この自己相関値が図５においてε（ｋ＋Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）として示されている。相関値演算部２１は、同様に自己相関値を求めていき、最後にα番目のフレームとα＋１番目のフレームとの間で各サンプル点ｋに対して自己相関値を求める。この自己相関値が図５においてε（ｋ＋（α−１）Ｎ_{ｆｒａｍｅ}）として示されている。

なお図５において、説明を分かり易くするためにダウンリンクサブフレームの先頭から相関演算が開始されるように図示されているが、実際には移動端末側において、複数のフレーム４１の各フレームの区切りのタイミングは分からない。従って、任意に選択したタイミングのサンプル点から受信信号の相関演算を開始することになる。なお以降、フレームと言った場合、この任意に選択したサンプル位置を先頭とする１フレーム分のサンプル点に対応する部分のこと、更にはその後に連続して続く各フレーム分のサンプル点に対応する部分のことを意味する。

相関値演算部２１が１フレーム分のＮ_{ｆｒａｍｅ}個の自己相関値を演算すると、相関値抽出部２４が１フレーム分のＮ_{ｆｒａｍｅ}個の自己相関値のうちで値の大きいものから順番にｘ個を選択する。この抽出処理が図５において抽出処理（Ｅｘｔｒａｃｔ）４４として示されている。この抽出処理（Ｅｘｔｒａｃｔ）４４は、相関値抽出部２４が各フレームに対して順次実行していく。

図６は、１フレーム分のＮ_{ｆｒａｍｅ}個の自己相関値に対する抽出処理を示すフローチャートである。図６のステップＳ１で、相関値抽出部２４は、０〜Ｎ_{ｆｒａｍｅ}−１の区間における１つの着目サンプル点ｋにおける自己相関値ε（ｋ）を選択する。ステップＳ２で、相関値抽出部２４は、着目サンプル点ｋにおける自己相関値ε（ｋ）が、既に選択されている上位ｘ個の自己相関値ε’（ｋ_ｎ）よりも小さいか否かを判定する。判定結果がＹＥＳであればステップＳ１に戻り、相関値抽出部２４は次の着目サンプル点における自己相関値を選択する。なお既に選択されている上位ｘ個の自己相関値及び対応するサンプル点ｋの値は、バッファ（メモリ）に格納されている。

ステップＳ２での判定がＮＯの場合、ステップＳ３で相関値抽出部２４は、着目サンプル点ｋの値及びその自己相関値ε（ｋ）により、バッファ中の上位ｘ個の自己相関値ε’（ｋ_ｎ）及びそれに対応するサンプル点ｋの値を更新する。即ち、上位ｘ個の自己相関値のうちで最も小さいものとそれに対応するサンプル点ｋの値とを、着目サンプル点における自己相関値と着目サンプル点の値とで置き換える。まだ処理していないサンプル点ｋが残っている場合には、ステップＳ１に戻り処理を継続する。

上記処理を０〜Ｎ_{ｆｒａｍｅ}−１の区間における全てのサンプル点ｋにおける自己相関値ε（ｋ）に対して実行することで、これらの自己相関値ε（ｋ）のうちの上位ｘ個の自己相関値及びそれに対応するサンプル点ｋの値が求められる。ステップＳ３において、これら上位ｘ個の自己相関値及びそれに対応するサンプル点ｋの値をバッファ（メモリ）に格納する。

図５において、上位ｘ個の自己相関値及びそれに対応するサンプル点ｋの値を格納するバッファのデータが、相関値バッファデータ４５として示される。第１番目のフレーム分のデータに対して求めた上位ｘ個の自己相関値がＦｒａｍｅ＃１の欄に格納される。この例では各自己相関値は、実数部Ｒｅ［・］と虚数部Ｉｍ［・］とに分けて格納されている。また上位ｘ個の自己相関値に対応するサンプル点ｋの値ｋ_１１〜ｋ_ｘ１がサンプル値欄５０に格納されている。

同様に、第２番目のフレーム分のデータに対して求めた上位ｘ個の自己相関値がＦｒａｍｅ＃２の欄に格納される。またこれら上位ｘ個の自己相関値に対応するサンプル点ｋの値ｋ_１２〜ｋ_ｘ２がサンプル値欄５０に格納されている。同様に、α番目のフレーム分のデータに対して求めた上位ｘ個の自己相関値がＦｒａｍｅ＃αの欄に格納される。またこれら上位ｘ個の自己相関値に対応するサンプル点ｋの値ｋ_１α〜ｋ_ｘαがサンプル値欄５０に格納されている。

上記のように、この例において各自己相関値は、実数部Ｒｅ［・］と虚数部Ｉｍ［・］とに分かれたままである。このように、各自己相関値は実数部Ｒｅ［・］と虚数部Ｉｍ［・］とに分かれた複素数値のまま前段の処理部から後段の処理部に受け渡し、比較演算などのデータ処理において適宜必要に応じて絶対値を求めて演算を行なう構成であってもよい。

上記のようにして求めた相関値バッファデータ４５に基づいて、相関値合成部２５が相関値の重ね合わせ処理を実行する。この重ね合わせ処理が、図５においてＣｏｍｂｉｎｉｎｇ処理４６として示されている。このＣｏｍｂｉｎｉｎｇ処理４６においては、相関値バッファデータ４５に格納された上位ｘ個の自己相関値に対して、同一のｋ値を有するものを合成する。例えば図５に例示されているように、ｋ_１１＝ｋ_３２＝ｋ_１αである場合、これらのサンプル点に対応する３つの自己相関値同士を加算することにより、合成相関値を求める。同様に、例えばｋ_１２＝ｋ_ｘαである場合、これらのサンプル点に対応する２つの自己相関値同士を加算することにより、合成相関値を求める。合成相関値は、０〜Ｎ_{ｆｒａｍｅ}−１の区間の全てのｋの値について求めてよい。

図７は、重ね合わせ処理の流れを示すフローチャートである。図７のステップＳ１で、相関値合成部２５は、ｍ番目のフレームに対するｘ個のサンプル点ｋの値のうちで１つの着目サンプル点ｋ_ｎ，ｍを選択する。ステップＳ２で、相関値合成部２５は、着目サンプル点ｋ_ｎ，ｍの値が、各フレームのｘ個のサンプル点の値と等しいか否かを判定する。値の等しいサンプル点が見つからない場合（判定結果がＮＯの場合）、ステップＳ１に戻り、相関値合成部２５は次の着目サンプル点を選択する。

値の等しいサンプル点が見つかった場合（ステップＳ２での判定がＹＥＳの場合）、相関値合成部２５は、ステップＳ３において相関値を合成する。即ち、相関値合成部２５は、着目サンプル点ｋ_ｎ，ｍでの自己相関値ε’（ｋ_ｎ，ｍ）と着目サンプル点ｋ_ｎ，ｍに等しい値のサンプル点ｋ_ｉ，ｊでの自己相関値ε’（ｋ_ｉ，ｊ）とを加算する。これにより合成相関値ε’’を求める。このステップＳ３の処理は、ステップＳ２での判定により見つかった着目サンプル点ｋ_ｎ，ｍに等しい全てのサンプル点ｋ_ｉ，ｊに対して実行される。これにより着目サンプル点ｋ_ｎ，ｍに対する相関値合成処理を完了する。

まだ処理していないサンプル点ｋが残っている場合には、ステップＳ１に戻り処理を継続する。このステップＳ１乃至ステップＳ３の処理を、既に相関値合成を完了したサンプル点を排除しながら、全てのフレームに対して実行する。これにより、０〜Ｎ_{ｆｒａｍｅ}−１の区間における全てのサンプル点に対する合成相関値を求めることができる。最後にステップＳ４において、最終的に求められた合成相関値ε’’を出力する。

なお０〜Ｎ_{ｆｒａｍｅ}−１の区間におけるサンプル点のうちで、ｍ個のフレームの何れにおいても上位ｘ個に選択されなかったサンプル点については、合成相関値はゼロとして取り扱ってもよい。なおここで０〜Ｎ_{ｆｒａｍｅ}−１の区間におけるサンプル点とは、各フレームにおいて先頭から数えて０〜Ｎ_{ｆｒａｍｅ}−１番目のサンプル点のことである。

図５に戻り、重ね合わせ処理４６に続いて、最大値ポイント検出部２２が合成相関値の最大値の位置を検出する処理であるＡｒｇｍａｘ処理４７を実行する。このＡｒｇｍａｘ処理４７では、重ね合わせ処理４６により求められた複数の合成相関値のうちで最大の合成相関値を特定し、この最大の合成相関値に対応するサンプル点ｋの値を求める。求めたｋの値は、推定同期点として出力される。

図８は、合成相関値の最大値の位置を検出する処理を示すフローチャートである。図８のステップＳ１において、最大値ポイント検出部２２は、０〜Ｎ_{ｆｒａｍｅ}−１の区間における１つの着目サンプル点における合成相関値ε’’を選択する。ステップＳ２で、最大値ポイント検出部２２は、着目サンプル点における合成相関値ε’’が、既に選択されている推定同期点の合成相関値ε’’以下であるか否かを判定する。判定結果がＹＥＳであればステップＳ１に戻り、最大値ポイント検出部２２は次の着目サンプル点における合成相関値ε’’を選択する。ステップＳ２での判定がＮＯの場合、最大値ポイント検出部２２は、ステップＳ３において推定同期点の合成相関値ε’’を着目サンプル点における合成相関値ε’’で置き換える。まだ処理していないサンプル点ｋが残っている場合には、ステップＳ１に戻り処理を継続する。

上記処理を０〜Ｎ_{ｆｒａｍｅ}−１の区間における全てのサンプル点ｋにおける合成相関値ε’’に対して実行することで、これらの合成相関値ε’’のうちの最大値が求められる。ステップＳ４において、求めた最大合成相関値ε’’に対応するサンプル点ｋの値を推定同期点として出力する。

図９は、同期確立に成功するまでのフレーム数のシミュレーション結果を示す図である。図９には、相関合成無しの場合（図２の従来技術の構成の場合）及び相関合成有りの場合（即ち図３の構成の場合）のそれぞれについて、信号対雑音比が０ｄＢの場合と５ｄＢの場合とについて、ある数のフレームを用いた場合に同期確立に成功する率を示している。相関値合成無しの場合には、各フレームにおいて同期検出を試みて、失敗した場合には次のフレームで同様に同期検出を試みる。例えば、相関値合成無しで信号対雑音比が５ｄＢの場合、２フレーム目で同期検出に成功する率は０．４５程度であり、６フレーム目になっても同期検出に成功する率は０．９５程度に過ぎない。それに対して図３の構成により相関値合成をする場合には、同様に信号対雑音比が５ｄＢの場合、２フレームを用いた相関値合成により０．９５程度の同期検出成功率を達成することができる。また３フレームを用いて相関値合成する構成とすれば、殆ど１００％に近い同期検出成功率を達成することができる。

図１０は、ＯＦＤＭ受信機の構成の一例を示す図である。図３に示す同期検出器は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式の受信機においてフレーム同期タイミングを検出するために用いることができる。図１０の受信機は、デジタルアナログ変換器（ＡＤＣ）７１、自動利得制御器（ＡＧＣ）７２、ＦＦＴ処理部７３、チャネル推定器７４、自動周波数制御器（ＡＦＣ）７５、復調器７６、及び同期処理部７７を含む。アンテナにより受信されたＯＦＤＭ受信信号は受信回路によりベースバンド信号に復調され、このベースバンド信号がＡ／Ｄ変換器７１によりデジタル受信信号に変換される。自動利得制御器７２は、デジタルアナログ変換器７１が出力するデジタル受信信号の利得を制御する。

同期処理部７７は、図３に示す同期検出器であり、複数フレームについての相関値合成処理により高い確度で同期点検出を行なうことができる。同期処理部７７が検出した推定同期点は、ＦＦＴ処理部７３に供給される。ＦＦＴ処理部７３は、同期処理部７７が検出した推定同期点をフレームの開始点として、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を実行し受信信号を復調する。自動周波数制御器７５は、ＦＦＴ処理部７３による復調結果に基づいて自動周波数制御処理を実行する。チャネル推定器７４は、ＦＦＴ処理部７３による復調信号に基づいて、受信信号の位相ずれを検出するチャネル推定処理を実行する。復調器７６は、チャネル推定結果を用いて、受信信号に対する同期検波処理を実行する。チャネル推定により、マルチパスによる雑音の影響を取り除いて高品質な受信信号を得ることができる。

上記のように同期処理部７７では、図３に示す構成を用いて複数フレームについての相関値合成処理を実行し、高い確度で同期点検出を行なうことができる。即ち、同期処理部７７では、図３に示す相関値合成部２５により複数の自己相関値の重ね合わせ処理を実行することにより、自己相関値の信頼性を向上させることができる。従って、検出した同期サンプル点が、正確に受信信号のプリアンブルの位置に対応することになる。

前述の式（１２）に示す相関値合成処理は、以下の式（１５）に示すように、連続しないフレーム間で実行してもよい。

この式において、相関値合成処理をγフレーム毎に実行している。例えばγが２であれば、２つ毎のフレーム（１つおきのフレーム）について相関値合成処理を実行する。図１１は、γフレーム毎の２つの自己相関値を合成する場合を一例として模式的に示す図である。γの値としては、例えばドップラー周波数ｆｄの関数とし、通信機器の移動速度が遅い場合にγを大きく設定してよい。通信機器の移動速度が遅いために伝送路特性を表すチャネル応答関数が余り変化しない場合であっても、時間的に離れたより（相関性のない）独立性が高いフレームを用いて相関値合成することにより、チャネル応答等による影響をより効果的に削減することができる。

また前述の式（１２）に示す相関値合成処理は、以下の式（１６）に示すように忘却係数βを用いて合成を行うことも可能である。

即ち、図３の相関値合成部２５による自己相関値の重ね合わせは、自己相関値に重み係数（β及び１−β）を掛けた値について重ね合わせてよい。図１２は、自己相関値に重み係数（β及び１−β）を掛けた値について重ね合わせる場合を一例として模式的に示す図である。この場合は、同期対象との距離等が移動によって変化する際に、その変動分に対して、より効果的に追従することができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で様々な変形が可能である。

なお本願は以下の内容を含むものである。
（付記１）
複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の信号値を受け取り、着目サンプル点と該着目サンプル点から固定のサンプル数だけ離れたサンプル点との間において前記信号値の自己相関値を演算する相関値演算部と、
前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値を受け取り、前記固定のサンプル数の間隔で並ぶ複数のサンプル点のうちの少なくとも２つのサンプル点について前記自己相関値を重ね合わせることにより合成相関値を演算する相関値合成部と、
前記相関値合成部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の合成相関値のうちで値が最大の合成相関値に対応するサンプル点の位置を検出する最大値ポイント検出部と、
を含むことを特徴とする同期検出器。
（付記２）
前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値のうちで値が大きな所定数個の自己相関値を選択し、選択した前記所定数個の自己相関値を前記相関値合成部に供給する相関値抽出部を更に含み、前記相関値合成部は前記相関値抽出部から供給された前記所定数個の自己相関値以外の自己相関値を用いることなく前記合成相関値を演算することを特徴とする付記１記載の同期検出器。
（付記３）
前記少なくとも２つのサンプル点は、前記固定のサンプル数の間隔をおいて並ぶ連続したサンプル点であることを特徴とする付記１記載の同期検出器。
（付記４）
前記少なくとも２つのサンプル点は、前記固定のサンプル数の間隔をおいて並ぶ連続してサンプル点から幾つかおきに取り出したサンプル点であることを特徴とする付記１記載の同期検出器。
（付記５）
前記相関値合成部による前記自己相関値の重ね合わせは、前記自己相関値を加算することにより実行されることを特徴とする付記１記載の同期検出器。
（付記６）
前記相関値合成部による前記自己相関値の重ね合わせは、前記自己相関値に重み係数を掛けた値について重ね合わせることを特徴とする付記１記載の同期検出器。
（付記７）
複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の信号値を受信信号として受け取り、着目サンプル点と該着目サンプル点から固定のサンプル数だけ離れたサンプル点との間において前記信号値の自己相関値を演算する相関値演算部と、
前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値を受け取り、前記固定のサンプル数の間隔で並ぶ複数のサンプル点のうちの少なくとも２つのサンプル点について前記自己相関値を重ね合わせることにより合成相関値を演算する相関値合成部と、
前記相関値合成部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の合成相関値のうちで値が最大の合成相関値に対応するサンプル点の位置を検出する最大値ポイント検出部と、
前記最大値ポイント検出部により検出したサンプル点の位置を同期点として前記受信信号を処理する信号処理部と、
を含むことを特徴とする通信機器。
（付記８）
前記受信信号はＯＦＤＭ信号であり、前記信号処理部はＦＦＴ処理部であることを特徴とする付記７記載の通信機器。
（付記９）
前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値のうちで値が大きい順番に所定数個の自己相関値を選択し、選択した前記所定数個の自己相関値を前記相関値合成部に供給する相関値抽出部を更に含み、前記相関値合成部は前記相関値抽出部から供給された前記所定数個の自己相関値以外の自己相関値を用いることなく前記合成相関値を演算することを特徴とする付記７記載の通信機器。
（付記１０）
前記少なくとも２つのサンプル点は、前記固定のサンプル数の間隔をおいて並ぶ連続したサンプル点であることを特徴とする付記７記載の通信機器。
（付記１１）
前記少なくとも２つのサンプル点は、前記固定のサンプル数の間隔をおいて並ぶ連続してサンプル点から幾つかおきに取り出したサンプル点であることを特徴とする付記７記載の通信機器。
（付記１２）
前記相関値合成部による前記自己相関値の重ね合わせは、前記自己相関値を加算することにより実行されることを特徴とする付記７記載の通信機器。
（付記１３）
前記相関値合成部による前記自己相関値の重ね合わせは、前記自己相関値に重み係数を掛けた値について重ね合わせることを特徴とする付記７記載の通信機器。

ＴＤＭＡ通信システムにおける基地局と移動端末との間のフレームのやり取りを示す図である。 自己差動相関による同期処理部の構成の一例を示す図である。 同期検出器の構成の一例を示す図である。 同期検出器による同期点検出処理の流れを示すフローチャートである。 同期検出器による同期点検出処理を具体的に説明するための図である。 １フレーム分の自己相関値に対する抽出処理を示すフローチャートである。 重ね合わせ処理の流れを示すフローチャートである。 合成相関値の最大値の位置を検出する処理を示すフローチャートである。 同期確立に成功するまでのフレーム数のシミュレーション結果を示す図である。 ＯＦＤＭ受信機の構成の一例を示す図である。 γフレーム毎の２つの自己相関値を合成する場合を一例として模式的に示す図である。 自己相関値に重み係数を掛けた値について重ね合わせる場合を一例として模式的に示す図である。

符号の説明

２０ アナログデジタル変換器
２１ 相関値演算部
２２ 最大値ポイント検出部
２３ 複数の遅延素子
２４ 相関値抽出部
２５ 相関値合成部
３０ 同期検出器
３４ 遅延素子
３５ 複素共役処理部
３６ 掛け算部
３７ 移動平均処理部
３８ 絶対値処理部

Claims (10)

1. 複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の信号値を受け取り、着目サンプル点と該着目サンプル点から固定のサンプル数だけ離れたサンプル点との間において前記信号値の自己相関値を演算する相関値演算部と、
   前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値を受け取り、前記固定のサンプル数の間隔で並ぶ複数のサンプル点のうちの少なくとも２つのサンプル点について前記自己相関値を重ね合わせることにより合成相関値を演算する相関値合成部と、
   前記相関値合成部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の合成相関値のうちで値が最大の合成相関値に対応するサンプル点の位置を検出する最大値ポイント検出部と、
   前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値のうちで値が大きな所定数個の自己相関値を、１フレームのサンプル数が前記固定のサンプル数である各フレーム毎に選択し、選択した前記所定数個の自己相関値を前記相関値合成部に供給する相関値抽出部
   を含み、
   前記相関値合成部は前記相関値抽出部から供給された前記所定数個の自己相関値以外の自己相関値を用いることなく、複数のフレーム間での前記合成相関値を演算する
   ことを特徴とする同期検出器。
2. 前記相関値合成部は前記相関値抽出部から供給された前記所定数個の自己相関値以外の自己相関値を用いることなく、複数のフレーム間で同一のサンプル点を見つけ、見つかったサンプル点の自己相関値を合成することにより前記合成相関値を演算することを特徴とする請求項１記載の同期検出器。
3. 前記少なくとも２つのサンプル点は、前記固定のサンプル数の間隔をおいて並ぶ連続したサンプル点であることを特徴とする請求項１記載の同期検出器。
4. 前記少なくとも２つのサンプル点は、前記固定のサンプル数の間隔をおいて並ぶ連続してサンプル点から幾つかおきに取り出したサンプル点であることを特徴とする請求項１記載の同期検出器。
5. 前記相関値合成部による前記自己相関値の重ね合わせは、前記自己相関値を加算することにより実行されることを特徴とする請求項１記載の同期検出器。
6. 前記相関値合成部による前記自己相関値の重ね合わせは、前記自己相関値に重み係数を掛けた値について重ね合わせることを特徴とする請求項１記載の同期検出器。
7. 複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の信号値を受信信号として受け取り、着目サンプル点と該着目サンプル点から固定のサンプル数だけ離れたサンプル点との間において前記信号値の自己相関値を演算する相関値演算部と、
   前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値を受け取り、前記固定のサンプル数の間隔で並ぶ複数のサンプル点のうちの少なくとも２つのサンプル点について前記自己相関値を重ね合わせることにより合成相関値を演算する相関値合成部と、
   前記相関値合成部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の合成相関値のうちで値が最大の合成相関値に対応するサンプル点の位置を検出する最大値ポイント検出部と、
   前記最大値ポイント検出部により検出したサンプル点の位置を同期点として前記受信信号を処理する信号処理部と、
   前記相関値演算部により求めた複数のサンプル点にそれぞれ対応する複数の自己相関値のうちで値が大きな所定数個の自己相関値を、１フレームのサンプル数が前記固定のサンプル数である各フレーム毎に選択し、選択した前記所定数個の自己相関値を前記相関値合成部に供給する相関値抽出部を
   を含み、
   前記相関値合成部は前記相関値抽出部から供給された前記所定数個の自己相関値以外の自己相関値を用いることなく、複数のフレーム間での前記合成相関値を演算する
   ことを特徴とする通信機器。
8. 前記受信信号はＯＦＤＭ信号であり、前記信号処理部はＦＦＴ処理部であることを特徴とする請求項７記載の通信機器。
9. 前記相関値合成部は前記相関値抽出部から供給された前記所定数個の自己相関値以外の自己相関値を用いることなく、複数のフレーム間で同一のサンプル点を見つけ、見つかったサンプル点の自己相関値を合成することにより前記合成相関値を演算することを特徴とする請求項７記載の通信機器。
10. 前記相関値合成部による前記自己相関値の重ね合わせは、前記自己相関値に重み係数を掛けた値について重ね合わせることを特徴とする請求項７記載の通信機器。