JP5466432B2 - フレーム同期装置 - Google Patents

Description

本発明は、フレーム同期通信系において、既定のフレーム構成の下でフレーム同期を確立するフレーム同期装置に関する。

現在、光伝送系を含む有線伝送系および無線伝送系の多くでは、伝送情報が分割されて配置されるデータフィールド毎に所定のフレーム同期ワード（ＵＷ:Unique Word)(以下、「ＵＷ」という。)が付加されたフレームの列として、様々な語長および内容のデータの伝送が行われている。

これらの伝送系では、受信端において伝送情報の安定な復元を実現するために、受信系列と上記ＵＷとの相関の下でフレーム同期がとられる。
このようなフレーム同期は、例えば、図４に示す構成の下で、以下の通りに実現される。

アンテナ２１に到来した受信波は、受信装置２２によって復調、信号判定、伝送路復号化等の処理が施されることによって、既述のフレーム（図５(1))を示すシンボル列に変換される。
ビット同期部２３は、このようなシンボル列から個々のシンボルを構成する伝送情報のビット毎に同期したクロック信号を再生する。

フレーム同期部２４は、以下の処理を行う。
(1) 上記クロック信号に同期してファーストイン・ファーストアウト方式により既述のシンボル列をビット単位に直並列変換し、その直並列変換の下で既定のビット数の語（以下、「被相関ワード」という。）を生成する。
(2) このような被相関ワードと、既知のＵＷとの相関をとり、両者の符号間距離が（既定の上限値を上回ることなく）最小となる時点を特定する。
(3) この時点を基準として時間軸上におけるデータフィールド（図５(2))の期間を特定する。

一方、データ抽出部２５は、上記クロック信号に同期してビット単位にシンボル列を取り込み、これらのビットの内、上述したようにフレーム同期部２４によって特定された期間にとり込まれたビットの列を伝送情報として出力する。

なお、ＵＷは、１通りとは限らず、例えば、送信端から受信端に対して通知されるべき伝送速度、伝送情報の種別・語長、適用される変調方式、受信局の識別情報その他に対応するユニークな語として設定される場合がある。

また、上述した上限値は、必ずしも一定ではなく、例えば、受信波のレベル、ＳＮ比、伝送品質等に応じて変更される場合がある。

さらに、データフィールドに配置される伝送情報には、上記受信局の識別情報が含まれる場合もある。
なお、本発明に関連がある先行技術としては、以下の特許文献１ないし特許文献３がある。

(1) 「多点監視方式によりフレーム同期パターンを検出するフレーム同期検出回路において、フレーム同期パターンを複数のパターンに分割して固定パターンと順次照合して同期検出を行うと共に、前記照合パターンは複数通りの照合パターンを予めメモリ内に記憶しておき、これらを順次読み出してフレーム同期パターンと照合させる」ことにより、安価であって省スペースの実現を可能とする点に特徴がある論理パスフレームの同期検出回路（フレーム同期検出方式）…特許文献１

(2) 「複数チャネルの信号が多重化され、周期的にフレーム同期パルスパターンが挿入された多重化信号を順次ｎ個の信号列に分割する直列並列変換回路と、分割されたｎ個の信号列からｎ種類のフレーム同期パルスパターンを検出する検出回路と、フレーム同期パルスパターン挿入位置でフレームパルスを出力するフレームパルス出力回路と、該フレームパルス出力タイミングと該検出回路のｎ種類フレーム同期パルスパターン検出タイミングが一致するか否かを比較するタイミング比較回路とを有してなるフレーム同期回路において、同期語が直列／ｎ並列変換により変換された時に生じうるｎ種類のパターンに対応したｎ種類のパターン検出回路およびタイミング比較回路毎に同期外れであるか否かを判定するｎ個の同期保護回路(4)と、ｎ種類のフレーム同期パターンの検出パルスの全てに対して該タイミング比較回路が不一致を検出し、かつ該ｎ個の同期保護回路すべてが同期はずれと判定した際に、該フレームパルス出力回路のフレームパルス出力タイミングを制御するタイミング制御回路(52)とを備える」ことにより、分割前の多重化信号用のフレーム同期回路と同じ同期保護回路を適用とする点に特徴があるフレーム同期回路…特許文献２

(3) 「複数チャネルの信号が多重化され、周期的にフレーム同期パルスパターンが挿入された多重化信号を順次ｎ個の信号列に分割する直列並列変換回路と、分割されたｎ個の信号列からｎ種類のフレーム同期パルスパターンを検出する検出回路と、フレーム同期パルスパターン挿入位置でフレームパルスを出力するフレームパルス出力回路と、該フレームパルス出力タイミングと該検出回路のｎ種類フレーム同期パルスパターン検出タイミングが一致するか否かを比較するタイミング比較回路とを有してなるフレーム同期回路において、同期語が直列／ｎ並列変換により変換された時に生じうるｎ種類のパターンに対応したｎ種類のパターン検出回路およびタイミング比較回路毎に同期外れであるか否かを判定するｎ個の同期保護回路(4)と、ｎ種類のフレーム同期パターンの検出パルスの全てに対して該タイミング比較回路が不一致を検出し、かつ該ｎ個の同期保護回路すべてが同期はずれと判定した際に、該フレームパルス出力回路のフレームパルス出力タイミングを制御するタイミング制御回路(52)とを備える」ことにより、フレーム同期パターンを変更することなく、従来と同じ同期復帰時間で同期を取ることを可能にする点に特徴があるフレーム同期回路…特許文献３

特開平８−１０２７３３号公報 特公平６−３８５９７号公報 特公平６−３８５９７号公報

ところで、上述した従来例では、例えば、アンテナ２１に到来する受信波には無線伝送路で生じたフェージングやマルチパスに起因する歪みが含まれ、特に、その歪みがＵＷが伝送される期間にバースト状に発生した場合には、フレーム同期の円滑な確立が阻まれ、あるいはフレーム同期の誤同期が生じたりフレーム同期の後方保護が維持できない可能性が高かった。

なお、このような問題点は、従来、例えば、個々のフレームに複数のＵＷ（ユニークな識別情報が含まれる場合もある。）が配置され、受信端においてこれらの複数のＵＷの列との相関に基づくフレーム同期が図られることにより、ある程度は軽減される。

しかし、このような構成のフレームは、語長が長くなるために、伝送効率が低下し、あるいは仕様その他の制約に阻まれて実際には適用できない場合が多かった。

本発明は、フレーム構成の大幅な変更と、伝送効率の低下との何れもが生じることなくフレーム同期の安定な確立および維持が可能なフレーム同期装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、相関手段は、フレームの列として受信されたビット列と、前記フレームに含まれるべきフレーム同期ワードが区分されてなる複数のサブワードの順列との相関を並行してとる。同期判定手段は、前記複数のサブワードに個別に対応した前記相関の結果の前記ビット列上における配置を特定し、前記配置に基づいて前記ビット列に前記フレームのフレーム構成を適用することにより、前記ビット列上における前記フレームの位置を判定する。

すなわち、フレーム同期は、既知のフレーム同期ワードが区分されてなる複数のサブワード毎に行われる「受信されたビット列との相関の結果」と、フレーム構成との適否に基づいて実現される。

請求項２に記載の発明では、相関手段は、フレームの列として受信されたビット列と、異なる複数のサブワードの順列として構成され、かつ前記フレームに含まれるべきフレーム同期ワードとの相関を前記複数のサブワード毎に並行してとる。同期判定手段は、前記複数のサブワードに個別に対応した前記相関の結果の前記ビット列上における配置を特定し、前記配置に基づいて前記ビット列に前記フレームのフレーム構成を適用することにより、前記ビット列上における前記フレームの位置を判定する。

すなわち、フレーム同期は、フレーム同期ワードを構成する異なる複数のサブワードの毎に行われる「受信されたビット列との相関の結果」と、フレーム構成との適否に基づいて実現される。

請求項３に記載の発明では、相関手段は、フレームの列として受信されたビット列から、ビット単位に重複が許容されつつ漏れなく配分するルールに基づいて生成された複数の語と、前記フレームに含まれるべきフレーム同期ワードが前記ルールの下で区分されてなる複数のサブワードの順列との相関を並行してとる。同期判定手段は、前記複数のサブワードに個別に対応した前記相関の結果の前記ビット列上における配置を特定し、前記配置に基づいて前記ビット列に前記フレームのフレーム構成を適用することにより、前記ビット列上における前記フレームの位置を判定する。

すなわち、複数のサブワードの毎に行われる「受信されたビット列との相関」は、フレーム同期ワードの一部のビットが参照されることによって行われ、かつ上記ルールの下で時間軸上における所望の時点で得られる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のフレーム同期装置において、前記複数のサブワードは、前記ビット列に含まれる全てのビットが前記ビット列に対して順序不同に配置されて構成される。

このような複数のサブワードと受信されたビット列との相関の結果の精度は、そのビット列の品質がバースト状に劣化した場合でも、その劣化に起因するビット誤りが時間軸上で分散されるため、急激には劣化しない。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のフレーム同期装置において、前記相関手段は、前記受信されたビット列の伝送品質に応じて前記相関の結果を重み付けして用いる。

すなわち、複数のサブワードの毎に行われる「受信されたビット列との相関」の結果は、伝送品質が低いほど、大きくあるいは小さく重みづけられてフレーム同期に供される。

本発明によれば、受信されたビット列と
既知のフレーム同期ワードとの単なる相関に基づいてフレーム同期が行われる従来例に比べて、フレーム構成が大幅に変更されたり、伝送効率の低下が生じることなく、フレーム同期の安定な確立および維持が可能となる。

本発明によれば、既存のフレーム構成と異なるフレーム構成が適用され、あるいはフレーム同期ワードが変更される場合であっても、従来例に比べてフレーム長が大幅に長くなったり伝送効率の低下が生じることなく、フレーム同期の安定な確立および維持が可能となる。

本発明によれば、受信されたフレーム同期ワードの品質がバースト状に劣化した場合であっても、構成の最適化と、その構成にかかわる制約の緩和とが可能となる。
本発明によれば、フレーム同期の確立の安定化が図られる。

したがって、本発明が適用された伝送系では、性能および信頼性が安価に高められ、かつ保守や運用の効率化が図られる。

本発明の一実施形態を示す図である。 本実施形態の動作タイムチャートである。 本実施形態に適用されたフレーム構成を示す図である。 フレーム同期通信系の受信端に配置された受信装置の構成例を示す図である。 従来例に適用されたフレーム構成を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
本実施形態と図４に示す従来例との構成の相違点は、フレーム同期部２４に代えてフレーム同期部１０が備えられ、そのフレーム同期１０が以下の通りに構成される点にある。

(1) 初段に、ビット同期部２３の出力に接続されたクロック端子と、既述のシンボル列が入力されるシリアル入力とを有するシフトレジスタ１１が配置される。
(2) このシフトレジスタ１１は、後述する３つのサブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３に個別に対応する並列出力を有する。

(3) これらの並列出力は、相関器１２-1、１２-2、１２-3のそれぞれの一方の入力に接続される。
(4) 相関器１２-1、１２-2、１２-3の他方の入力には、上記サブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３をそれぞれ示す既知の語が与えられる。

(5) これらの相関器１２-1、１２-2、１２-3の出力は同期検定部１３の第一ないし第三の入力にそれぞれ接続され、その同期検定部１３のクロック端子にはビット同期部２３の出力が接続される。
(6) 同期検定部１３の出力は、データ抽出部２５の対応する入力に接続される。

図２は、本実施形態の動作タイムチャートである。
以下、図１および図２を参照して本実施形態の動作を説明する。なお、本実施形態の特徴は、図５に示すフレーム構成に代えて図３に示すフレーム構成が適用され、かつフレーム同期部１０の各部がこのようなフレーム構成の下で後述するように連係する点にある。
したがって、以下では、図４に示す従来例と同様に行われる動作については、詳細な説明を省略する。

「フレーム同期ワード」フィールドに配置されるＵＷは、ビット列としては図５に示すＵＷと同じであるが、そのＵＷが並び替えられることなく３つに区分されてなるサブユニークワードＳＵＷ１（図３(1))、ＳＵＷ２（図３(2))、ＳＵＷ３（図３(3))の順列に相当する。

なお、以下では、サブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３の語長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、何れも異なると仮定する。
フレーム同期部１０の各部は、以下の通りに連係する。

シフトレジスタ１１は、ビット同期部２３によって生成されたクロック信号に同期してファーストイン・ファーストアウト方式により既述のシンボル列をビット単位に直並列変換し、その直並列変換の下で従来例と同様の被相関ワードを生成する。

相関器１２-1、１２-2、１２-3は、この被相関ワードが上記語長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で区分されてなる３つの部分被相関ワードＰＣＷ１、ＰＣＷ２、ＰＣＷ３と、既述のサブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３との相関をそれぞれ並行してとる（図２(1))ことにより、二値（相関性の高低を論理値「１」／「０」で示す。）の相関結果ＲＣ１（図２(2),図３(4))、ＲＣ２（図２(3),図３(5))、ＲＣ３（図２(4),図３(6))を出力する。

なお、このような相関性の高低の判定の基準は、上述した部分被相関ワードＰＣＷ１、ＰＣＷ２、ＰＣＷ３に個別に対応した最小のビット数である閾値Ｎ１(≦Ｌ１)、Ｎ２(≦Ｌ２)、Ｎ３(≦Ｌ３)として与えられる。

同期検定部１３は、上述した相関結果ＲＣ１、ＲＣ２、ＲＣ３の論理値の内、例えば、２つ以上の論理値が「１」であることが検出された時点を特定し、このタイミングを基準として図３に示すフレーム構成を適用する（図２(5))ことにより、時間軸上におけるデータフィールド（図３(7))の期間（図２(6))を特定する。

データ抽出部２５は、このようにして特定された期間に上記クロック信号に同期してとり込んだビットの列を伝送情報として出力する。

すなわち、本実施形態によれば、ＵＷに基づくフレーム同期の確立は、そのＵＷが区分されてなるサブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３と、上記部分被相関ワードＰＣＷ１、ＰＣＷ２、ＰＣＷ３との相関性の全てまたは一部が高いと判定された時点に基づいて図られる。

したがって、本発明によれば、サブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３の順列だけではなく、語長Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を基準としてフレーム同期が図られるので、図４に示す従来例に比べて構成が大幅に複雑となったりハードウェアの規模が増加することなく、ＵＷが単に連送された場合に生じる伝送効率の低下とフレーム同期の遅延との何れもが回避される。

なお、本実施形態では、サブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３は、従来のフレーム構成に適用されたＵＷが単に分割されることによって構成されなくてもよい。

また、これらのサブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３は、例えば、上記相関性が高いと判断された時点の時間軸上におけるインターバルの組み合わせに基づくフレーム同期が所望の精度および確度で実現されるならば、所望の異なるＵＷ（語長の異同は不問である。）の順列、あるいは同じＵＷの順列として設定されてもよい。

さらに、サブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３は、既述のＵＷのビット列としての順列が変更されることなく、そのＵＷが区分された３つのブロックとして設定されている。しかし、これらのサブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３は、ＵＷに含まれるビットがビット列の順の如何にかかわらず配分された３つの語として設定されることにより、例えば、ＵＷの生じたバースト誤りによる誤同期や同期遅れが回避されてもよい。

また、サブユニークワードＳＵＷ１、ＳＵＷ２、ＳＵＷ３については、ＵＷに含まれるビットが重複が許容されつつ漏れなく配分された３つの語として設定されることにより、例えば、上記相関性が高いと判断される時点の時間軸上における配置が最適化され、あるいはハードウェアの構成との整合が図られてもよい。

さらに、部分被相関ワードＰＣＷ１、ＰＣＷ２、ＰＣＷ３に個別に対応した最小のビット数Ｎ１(≦Ｌ１)、Ｎ２(≦Ｌ２)、Ｎ３(≦Ｌ３)は、例えば、既述のシンボル列を得るために行われた信号判定や伝送路復号化の過程で評価された伝送品質に基づいて可変されることにより、伝送品質に応じたフレーム同期の基準の適正化が図られてもよい。

また、上記相関性が高いと判断された時点の内、フレーム同期のために適用されるべき時点の数および組み合わせについては、例えば、伝送品質に基づいて可変されることにより、フレーム同期の柔軟な判定の実現に供されてもよい。

また、本実施形態は、フレーム同期部１０の全てまたは一部は、例えば、ＤＳＰによって行われる信号処理、あるいは既述の動作に等価な機能を実現する集積回路として実現されてもよい。
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
以下、上記実施形態として開示された発明の内、本願の特許請求の範囲に盛り込むことが可能な発明を「特許請求の範囲」、「課題を解決するための手段」、「発明の効果」の各欄に準じた記載様式で付記する。

[請求項６] 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のフレーム同期装置において、
前記同期判定手段は、
前記受信されたビット列の伝送品質に応じて、前記相関の結果の内、前記ビット列上における配置として特定されるべき前記相関の結果の組み合わせまたは数を可変する
ことを特徴とするフレーム同期装置。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のフレーム同期装置において、前記同期判定手段は、前記受信されたビット列の伝送品質に応じて、前記相関の結果の内、前記ビット列上における配置として特定されるべき前記相関の結果の組み合わせまたは数を可変する。

すなわち、複数のサブワードの毎に行われる「受信されたビット列との相関」の結果の内、フレーム同期に供される結果の数は、伝送品質が低いほど、多くあるいは少なく設定される。
したがって、本発明によれば、伝送品質の変化に適した柔軟なフレーム同期が可能となる。

１０，２４ フレーム同期部
１１ シフトレジスタ
１２ 相関器
１３ 同期検定部
２１ アンテナ
２２ 受信装置
２３ ビット同期部
２５ データ抽出部

Claims (5)

1. フレームの列として受信されたビット列と、前記フレームに含まれるべきフレーム同期ワードが区分されてなる複数のサブワードの順列との相関を並行してとる相関手段と、
   前記複数のサブワードに個別に対応した前記相関の結果の前記ビット列上における配置を特定し、前記配置に基づいて前記ビット列に前記フレームのフレーム構成を適用することにより、前記ビット列上における前記フレームの位置を判定する同期判定手段と
   を備えたことを特徴とするフレーム同期装置。
2. フレームの列として受信されたビット列と、異なる複数のサブワードの順列として構成され、かつ前記フレームに含まれるべきフレーム同期ワードとの相関を前記複数のサブワード毎に並行してとる相関手段と、
   前記複数のサブワードに個別に対応した前記相関の結果の前記ビット列上における配置を特定し、前記配置に基づいて前記ビット列に前記フレームのフレーム構成を適用することにより、前記ビット列上における前記フレームの位置を判定する同期判定手段と
   を備えたことを特徴とするフレーム同期装置。
3. フレームの列として受信されたビット列から、ビット単位に重複が許容されつつ漏れなく配分するルールに基づいて生成された複数の語と、前記フレームに含まれるべきフレーム同期ワードが前記ルールの下で区分されてなる複数のサブワードの順列との相関を並行してとる相関手段と、
   前記複数のサブワードに個別に対応した前記相関の結果の前記ビット列上における配置を特定し、前記配置に基づいて前記ビット列に前記フレームのフレーム構成を適用することにより、前記ビット列上における前記フレームの位置を判定する同期判定手段と
   を備えたことを特徴とするフレーム同期装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のフレーム同期装置において、
   前記複数のサブワードは、
   前記ビット列に含まれる全てのビットが前記ビット列に対して順序不同に配置されて構成される
   ことを特徴とするフレーム同期装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のフレーム同期装置において、
   前記相関手段は、
   前記受信されたビット列の伝送品質に応じて前記相関の結果を重み付けして用いる
   ことを特徴とするフレーム同期装置。