JP5511434B2 - フレーム同期装置および受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチキャリア信号の受信装置に関する。

従来のマルチキャリア信号の受信装置の一例として、分散パイロット信号を用いてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）フレームの同期確立を行う受信装置が存在する（下記特許文献１参照）。

特許文献１に記載された受信装置においては、分散パイロット信号を含むＯＦＤＭ信号を受信すると、高速フーリエ変換器が受信信号を時間軸信号から周波数軸信号に変換する。このとき、分散パイロットの配置は１シンボルにおいてＮ種類の配置パターンをもつように構成されている。そして、受信装置では、変換後の周波数軸受信信号に対して、Ｎ種類の分散パイロット配置パターン毎に、まず、(1)分散パイロット配置パターンに従い、パイロット信号位置に対応する受信信号に対して既知であるパイロット信号を乗算して伝送路値を求め、次に、(2)求めた伝送路値に対して、周波数軸上で隣り合うパイロット信号位置の伝送路値に対して相互相関値を求める。さらに、(3)求めた相互相関値をすべて累積する。以上の(1)〜(3)の処理をそれぞれの分散パイロット配置パターンについて行うことにより、Ｎ種類の分散パイロット配置パターンそれぞれを使用した場合の相互相関値の累積値を算出する。最後に、算出したＮ個の累積値の中の最大値に対応する分散パイロット配置パターンを検出パターンとする。このように、特許文献１に記載の受信装置では、１シンボルのＯＦＤＭ受信信号に基づいて分散パイロット配置パターンを検出するので、短時間に分散パイロット配置パターンを検出することが可能である。

特開２００８−１３６１６１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された受信装置では、周波数軸上に隣接する伝送路値の相関特性に基づいて分散パイロット配置パターンを検出しているので、マルチパス環境のように伝送路の周波数相関が低下する環境においては、分散パイロット配置パターンの検出精度が劣化する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マルチパス環境のように伝送路の周波数相関が低下する環境においても性能が劣化することがなく、分散パイロット配置パターンの検出を高精度に行うことが可能なフレーム同期装置および受信装置を得ることを目的とする。また、伝播路環境によらず従来よりも高精度に分散パイロット配置パターンの検出を行うフレーム同期装置および受信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の信号配置パターンの中のいずれか一つのパターンに従ってパイロット信号が配置されているマルチキャリア信号の受信装置を構成するフレーム同期装置であって、前記複数の信号配置パターンの中のいずれか一つに対応付けられ、対応付けられた信号配置パターンが示すパイロット信号の配置位置それぞれの受信信号を用いて、当該配置位置それぞれにおける伝送路推定を行う、前記複数の信号配置パターンと同数の伝送路算出手段と、前記複数の伝送路算出手段の中のいずれか一つから伝送路推定結果である伝送路値を取得し、各伝送路値について、配置位置が隣接する伝送路値の中のいずれか一つとの相互相関値を算出する、前記複数の伝送路算出手段と同数の相互相関算出手段と、前記相互相関算出手段でそれぞれ算出された相互相関値に基づいてパイロット信号の配置位置を推測する信号配置推測手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、伝送路の周波数相関が低下する環境においても分散パイロット配置パターンの検出を高精度に行うことが可能となり、伝播路環境によらず従来よりも高精度に分散パイロットの配置パターンを検出できるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる受信装置の実施の形態１の構成例を示す図である。 図２は、受信信号のフレーム構成の一例を示す図である。 図３は、フレーム内のＰＮ系列の割り当て位置の一例を示す図である。 図４は、フレーム内のＰＮ系列の割り当て位置の一例を示す図である。 図５は、実施の形態１のフレーム位置検出部の機能ブロックの一例を示す図である。 図６は、１フレーム分の周波数軸信号を示す図である。 図７は、分散パイロット配置パターンとパイロット信号の配置の対応例を示す図である。 図８は、伝送路値の相互相関組み合わせの概念を示した図である。 図９は、相互相関組み合わせの対応表を示した図である。 図１０は、実施の形態２の受信装置の構成例を示す図である。 図１１は、実施の形態２のフレーム位置検出部の機能ブロックの一例を示す図である。 図１２は、実施の形態２の受信装置が受信する信号のフレーム構成の一例を示す図である。 図１３は、受信信号の１フレーム分の周波数軸信号を示す図である。 図１４は、受信信号の１フレーム分の周波数軸信号を示す図である。 図１５は、実施の形態３の受信装置の構成例を示す図である。 図１６は、実施の形態３のフレーム位置検出部の機能ブロックの一例を示す図である。 図１７は、ＬＣＸ通信システムの構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかるフレーム同期装置および受信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる受信装置の実施の形態１の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の受信装置は、ＧＩ除去部１、ＦＦＴ部２、フレーム位置検出部３、伝送路推定部４、伝送路パラメータ算出部５、周波数領域等化部６、軟判定値生成部７および誤り訂正復号部８を備える。この受信装置は、たとえばＯＦＤＭ信号を送受信する通信装置を構成し、ＯＦＤＭ受信信号に含まれる分散パイロット信号を用いてフレーム位置を検出する。

ＧＩ除去部１は、アンテナで受信した信号に対してダウンコンバート等の所定の処理を実行して得られたベースバンド受信信号の１ＯＦＤＭシンボル毎に含まれるＧＩ(ガードインターバル)を除去する。なお、図１においては、上記所定の処理を実行する構成要素の記載を省略している。

ＦＦＴ部２は、ＧＩ除去後のＯＦＤＭ受信データに対して高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を実行して周波数軸受信データに変換する。

フレーム同期装置に相当するフレーム位置検出部３は、周波数軸受信データと、後述する伝送路パラメータ算出部５で生成された伝送路パラメータとを用いてフレーム位置を検出する。

伝送路推定部４は、フレーム位置検出部３で検出されたフレーム位置をもとに分散パイロット信号を抽出して伝送路を推定する。

伝送路パラメータ算出部５は、伝送路推定部４にて求められた伝送路推定値に基づいて、最大ドップラー周波数（以下ＦＤと表現する）およびマルチパス最大遅延時間（以下τＤと表現する）を算出する。

周波数領域等化部６は、伝送路推定値と周波数軸受信データを用いて周波数領域等化を行う。

軟判定値生成部７は、周波数領域等化後の受信データに対してデマッピング処理をすることによりシンボルデータからビットデータに変換するとともに、各ビットに対する軟判定値を算出する。

誤り訂正復号部８は、各ビットに対する軟判定値を用いて誤り訂正復号処理を行い、復号結果を出力する。

つづいて、本実施の形態の受信装置において特徴的な動作を実行するフレーム位置検出部３について詳しく説明する。

フレーム位置検出部３は、１フレーム分の周波数軸受信データから分散パイロット信号である可能性があるパイロット信号を抽出し、抽出したパイロット信号から求められる伝送路値に対して時間および周波数の２次元方向から相関が高いと推測される伝送路値同士で相互相関を求め、さらに、求めた相互相関値を累積し、全ての分散パイロット配置パターンの中から最大となる累積値をもつ分散パイロット配置パターンを検出することで、フレーム先頭位置を検出する。これにより、従来よりも高精度にフレーム検出を行う（フレーム同期を行う）。

なお、以下で述べるフレーム位置検出部３の動作は、ある特定のフレーム構成を持つ受信データを例に挙げて説明するが、フレーム構成についてはここで例に挙げる構成に限定されず、他のフレーム構成を有する場合であってもフレーム位置を検出することが可能である。さらに、従来の手法（たとえば上記特許文献１に記載の方法）を適用した場合よりも精度が高いフレーム同期を行うことが可能である。

図２は、本実施の形態の受信装置が受信する信号のフレーム構成の一例を示す図である。図２では、フレーム同期が確立していない、つまり個々の周波数軸信号が情報データ、パイロット信号およびヌル信号のどれか不定である状態において、１フレーム分の周波数軸受信データのなかでパイロット信号である可能性がある４通りのパイロット配置を示している。具体的には、図示したＡの各位置にパイロット信号が配置される場合、Ｂの各位置にパイロット信号が配置される場合、Ｃの各位置にパイロット信号が配置される場合、およびＤの各位置にパイロット信号が配置される場合の４通りを示している。また、図２では、周波数軸信号に対して時間順（ＯＦＤＭシンボル番号順）として横方向に、周波数順（サブキャリア番号順）として縦方向に並べた場合の構成例を示している。図示したように、１フレームは１ＯＦＤＭシンボルあたり１６サブキャリアの８ＯＦＤＭシンボルにより構成されており、この例では、分散パイロット信号を、時間軸方向については４ＯＦＤＭシンボルに１つの間隔で配置し、周波数軸方向については８サブキャリアに１つの間隔で配置している。

パイロット信号に用いるデータは１フレーム内のパイロット信号数（この例では８つ）にあたる固定長の系列を割り当てる。例えば、パイロット信号のデータ系列として擬似ランダム符号（ＰＮ(Pseudo Noise)符号）を用いる場合、１フレーム内のパイロット信号、つまり８つのパイロット信号にはＰＮ系列Ｐ＝［P(0)…P(7)］が割り当てられる。

図３および図４は、配置Ａを使用した場合（図２のＡの位置にパイロット信号がある場合）におけるＰＮ系列の割り当て位置の一例を示す図である。ＰＮ系列の割り当て位置が図３および図４に示した２パターン存在するのは、次の理由によるものである。分散パイロット配置が４ＯＦＤＭシンボルで１周期の配置であることから、１フレーム（８ＯＦＤＭシンボル）にはパイロット配置が２周期分含まれる。そのため、フレーム同期が確立していない状態では１周期目，２周期目とどちらがフレームの先頭に当たるか判断できないために、図３と図４の２パターンが存在することになる。これは配置Ａ〜Ｄの全ての配置に対してそれぞれ２パターンずつ存在する。従って、全パイロット配置パターンは４×２＝８パターンになる。

図５は、フレーム位置検出部３の機能ブロックの一例を示す図である。フレーム位置検出部３は、データ抽出部１１と、パイロット信号の配置パターン数（この例では４つ）と同数の伝送路算出部１２および相互相関算出部１４の組と、組み合わせ選択部１３と、相互相関累積部１５と、フレーム位置決定部１６とを備える。なお、相互相関累積部１５とフレーム位置決定部１６が信号配置推測手段を構成する。

データ抽出部１１は、ＦＦＴ部２から出力された１フレーム分の周波数軸データから４種類の分散パイロット配置に対するパイロット信号を抽出する。図６は、１フレーム分の周波数軸信号Ｒ(i,j)を示す図である。図６において、Ｒ(i,j)はｉ番目サブキャリアのｊ番目ＯＦＤＭシンボルにおける受信信号を示している。データ抽出部１１は、次式に従って、配置ｐにおけるパイロット信号ＲＰ(p,n)を抽出する。
ＲＰ(p,n)＝Ｒ(i,j)

ただし、p=0,1,2,3、n=0,1,…,7である。また、(i,j)の値は、図７に示した対応表に従う。この対応表は、分散パイロット配置パターンとパイロット信号の配置の対応関係の一例を示している。たとえば、ｐ＝０（配置Ａ）に対応するパイロット信号ＲＰ(0,n)を抽出する場合、データ抽出部１１は、図６に示されているＲ(0,0)、Ｒ(8,0)、Ｒ(4,2)、Ｒ(12,2)、Ｒ(0,4)、Ｒ(8,4)、Ｒ(4,6)およびＲ(12,6)を抽出する。

各伝送路算出部１２は、データ抽出部１１で抽出されたパイロット信号ＲＰ(p,n)に対して、パイロットデータ系列であるＰＮ系列Ｐ＝［P(0)…P(7)］と乗算し、伝送路値ＨＰ(p,t,n)を算出する。ｔは配置ｐにおけるＰＮ割り当てパターンであり、ここでは配置Ａ〜Ｄに対してそれぞれ２パターンずつ存在する。各伝送路値算出部１２が算出する伝送路値ＨＰ(p,t,n)は、次式で表される。ただし、t=0,1である。
ＨＰ(p,t,n)＝ＲＰ(n)×Ｐ((ｎ＋ｔ×４)mod８)

組み合わせ選択部１３は、伝送路パラメータ算出部５にて算出されたドップラー周波数Ｆ_Dおよびマルチパス最大遅延時間τ_Dに基づいて、前段の伝送路算出部１２で算出された配置ｐ，パターンｔに属する伝送路値ＨＰ(p,t,n)の中から最も相関が高いと推測される伝送路値の組み合わせを選択する。ここで、分散パイロット信号の配置として、４ＯＦＤＭシンボルに１つ，８サブキャリアに１つの間隔で配置されていることを考慮すると、隣接するパイロット位置の組み合わせは３つになる。１つ目は時間方向、つまり４ＯＦＤＭシンボル離れたパイロット位置にある伝送路値との組み合わせ、２つ目は周波数方向、つまり８サブキャリア離れたパイロット位置にある伝送路値との組み合わせ、３つ目は時間，周波数の２次元方向、つまり２ＯＦＤＭシンボル，４サブキャリア離れたパイロット位置にある伝送路値との組み合わせである。よって、組み合わせ選択部１３は、まず、次式に従って、前記３つの組み合わせについての相関係数Ｋ(0)、Ｋ(1)およびＫ(2)を求める。ただし、Ｔ_sはＯＦＤＭシンボル時間を表す。

組み合わせ選択部１３は、次に、求めた３つの相関係数（Ｋ(0)，Ｋ(1)，Ｋ(2)）の中から最も大きい値を探索し、最大相関係数をもつ組み合わせを選択する。そして最後に、選択した組み合わせにより、伝送路値の相互相関組み合わせを決定する。例えば、Ｋ(2)が最大の場合、時間および周波数の２次元方向にある伝送路値の組み合わせを選択することになる。図８は、Ｋ(2)が最大相関係数の場合における配置Ａに対する伝送路値の相互相関組み合わせの概念を示した図である。組み合わせ選択が終了すると、組み合わせ選択部１３は、配置Ａ〜Ｄに対する伝送路値の相互相関組み合わせ(v,w)を、対応する相互相関算出部１４へ出力する。たとえば、“配置Ａ”と記載されたブロック（伝送路算出部１２と相互相関算出部１４の組）の相互相関算出部１４に対しては、配置Ａに対する(v,w)を出力する。

各相互相関算出部１４は、組み合わせ選択部１２から出力された、配置Ａ〜Ｄに対する伝送路値の相互相関組み合わせ(v,w)に従い、該当する伝送路値の組み合わせに対して相互相関値を算出する。ここで、相互相関値の算出に使用する伝送路値は、配置Ａ〜Ｄそれぞれにおいて２パターン存在する（ＰＮ割り当てパターンが２パターンある）。そのため、相互相関算出部１４では、合計Ｎ_p＝８パターン(p=0,…,4、t=0,1)に対して相互相関値ＳＴ(p,t,m)の算出を行う。相互相関値は次式により求める。
ＳＴ(p,t,m)＝ＨＰ(p,t,v)×ＨＰ(p,t,w)^*

ただし、m=0,1,…,4であり、*は複素共役を示している。また、相互相関組み合わせ(v,w)は、図９に示した対応表に従う。なお、図９は、上記のＫ(2)が最大相関関数の場合における相互相関組み合わせの対応表である。図９において、p=0,m=0の場合の(v,w)=(0,2)とは、ＰＮ系列割り当てパターンが図３に示したものである場合に、ＰＮ系列のＰ(0)とＰ(2)の相互相関が他の組み合わせ（Ｐ(0)とＰ(1)，Ｐ(0)とＰ(4)）よりも高いことを示している。p=0,m=1の場合の(v,w)=(1,3)などについても同様である。

相互相関累積部１５は、相互相関算出部１４で算出されたＮ_p＝８パターンの相互相関値を、パターンごとに累積する。相互相関累積部１５は、次式に従って、パターンごとの相互相関値の累積値ＳＴＣ(p,t)を算出する。ただし、p=0,1,2,3、t=0,1である。

フレーム位置決定部１６は、相互相関累積部１５から出力された相互相関累積値ＳＴＣ(p,t)を入力として、入力された８個の相互相関累積値ＳＴＣ(p,t)の中で最大となる相互相関累積値をもつ(p,t)を探索し、探索した(p,t)に対応する分散パイロット配置パターンを検出結果とすることによりフレーム先頭位置を決定する。フレーム位置決定部１６は、次式に従って相互相関累積値が最大となる(p,t)である(p_M,t_M)を決定する。

また、フレーム位置決定部１６は、(p_M,t_M)および次式に従って、フレーム先頭位置ＦＲを決定する。
ＦＲ＝ｐ_M＋ｔ_M×４

ただし、ｐ_M∈0,1,2,3、ｔ_M∈0,1、ＦＲ∈0,1,…,7である。フレーム先頭位置ＦＲは、データ抽出部１１で抽出された１フレーム分の周波数軸信号における先頭ＯＦＤＭシンボルを０番目シンボルとしたときに、ＦＲ番目シンボルがフレーム先頭位置であることを示している。

フレーム位置決定部１６は、フレーム先頭位置ＦＲを検出すると、検出結果（ＦＲ）を伝送路推定部４へ出力する。伝送路推定部４は、フレーム位置検出部３（フレーム位置決定部１６）から受け取った検出結果に従って分散パイロット信号を抽出し、伝送路を推定する。

このように、本実施の形態の受信装置において、フレーム位置検出部３は、１フレーム分の周波数軸受信データから分散パイロット配置パターンに応じて伝送路値を求め、それぞれの分散パイロット配置パターンに対して伝送路パラメータを使用して、時間，周波数方向の２次元方向から最も相関が高いと推測される伝送路値同士に対して相互相関値を算出し、さらに、分散パイロット配置パターンごとに累積し、累積値が最大となるパターンを、受信信号に適用されている分散パイロット配置パターンと判断することとした。これにより、従来の周波数１次元に対する伝送路同士の相互相関値の累積値よりも伝送路相関がより高くなる可能性があることからフレーム位置検出精度が向上する可能性がある。すなわち、伝送路の周波数相関が低下する環境においても分散パイロット配置パターンの検出を高精度に行うことが可能となり、伝播路環境によらず従来よりも高精度に分散パイロットパターンの検出を行うことができる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２の受信装置について説明する。実施の形態１では、フレーム位置を検出する際に、伝送路値の相互相関組み合わせとして時間と周波数の２次元方向から伝送路相関が最も高いと推測される伝送路値の組み合わせに対応する分散パイロット配置パターンを、その通信で適用されている分散パイロット配置パターンと判断する受信装置について説明した。これに対して、本実施の形態では、時間と周波数に空間を加えた３次元方向から伝送路相関が最も高いと推測される伝送路の組み合わせを選択する受信装置について説明する。

図１０は、実施の形態２の受信装置の構成例を示す図である。本実施の形態の受信装置は、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）システムの受信装置である。図示したように、本実施の形態の受信装置は、複数（Ｎｒ本）の受信アンテナを有しており、Ｎｔ本の送信アンテナより送信された信号が多重された信号を各受信アンテナで受信する。また、本実施の形態の受信装置において、ＧＩ除去部２１、ＦＦＴ部２２、伝送路推定部２４および伝送路パラメータ算出部２５は、受信アンテナごとに同等の回路（信号処理ブロック）が用意されており、受信データは、各受信アンテナに対応付けられた信号処理ブロックで並列処理される。なお、ＧＩ除去部２１、ＦＦＴ部２２、軟判定値生成部２７および誤り訂正復号部２８は、実施の形態１の受信装置（図１参照）が備えていたＧＩ除去部１、ＦＦＴ部２、軟判定値生成部７および誤り訂正復号部８とそれぞれ同じ処理を行う。そのため、本実施の形態では、これらの構成要素の動作説明は省略する。

本実施の形態の受信装置において、フレーム位置検出部２３は、Ｎｒ本の受信アンテナにて受信した周波数軸受信データと受信アンテナごとの伝播路パラメータを入力として、フレーム先頭位置を検出する。

伝送路推定部２４は、Ｎｒ本の受信アンテナにて受信した周波数軸受信データおよびフレーム位置検出部２３から出力されるフレーム先頭位置を入力とし、分散パイロット信号をもとにＮｔ本の送信アンテナとＮｒ本の受信アンテナを繋ぐＮｔ×Ｎｒ本の伝送路を推定する。

伝送路パラメータ算出部２５は、伝送路推定部２４にて求められた伝送路推定値に基づいて、最大ドップラー周波数（以下ＦＤと表現する）、マルチパス最大遅延時間（以下τＤと表現する）およびアンテナ相関（以下ρＤ（ただし０≦ρＤ≦１）と表現する）を算出する。

周波数領域等化部２６は、Ｎｒ本の受信アンテナにて受信した周波数軸データ、およびＮｔ×Ｎｒ本の伝送路に対する推定値を入力として、Ｎｔ本の送信アンテナにて多重された受信データに対して信号分離処理および周波数領域等化処理を行う。

つづいて、本実施の形態の受信装置において特徴的な動作を実行するフレーム位置検出部２３について詳しく説明する。

図１１は、フレーム位置検出部２３の機能ブロックの一例を示す図である。このフレーム位置検出部２３は、実施の形態１の受信装置が備えていたフレーム位置検出部３（図５参照）を変形したものであり、相互相関累積部３５およびフレーム位置決定部３６は、実施の形態１のフレーム位置検出部３における相互相関累積部１５およびフレーム位置決定部１６と同じ動作を実行する。そのため、本実施の形態では、実施の形態１のフレーム位置検出部３と異なる動作を実行する構成要素、具体的には、データ抽出部３１、伝送路算出部３２、組み合わせ選択部３３および相互相関算出部３４の動作について説明を行う。

図１２は、本実施の形態の受信装置が受信する信号のフレーム構成の一例を示す図である。図２では、フレーム同期が確立していない、つまり個々の周波数軸信号が情報データ、パイロット信号およびヌル信号のどれか不定である状態において、１フレーム分の周波数軸受信データのなかでパイロット信号である可能性がある４通りのパイロット配置を示している。具体的には、図示したＡ０およびＡ１の各位置にパイロット信号が配置される場合，Ｂ０およびＢ１の各位置にパイロット信号が配置される場合，Ｃ０およびＣ１の各位置にパイロット信号が配置される場合，Ｄ０およびＤ１の各位置にパイロット信号が配置される場合の４通りを示している。図示したように、本実施の形態では、１フレームは１ＯＦＤＭシンボルにて１６サブキャリアを有する８ＯＦＤＭシンボルで構成され、受信装置は、Ｎｔ＝２の送信アンテナにて送信信号が多重されている信号を受信する。ここで、各送信アンテナ（送信アンテナ＃０，＃１とする）から送信されるパイロット信号はお互い重ならないように送信されているものとする。図１２において、アルファベットＡ〜Ｄは、実施の形態１で示した図２と同様にパイロット配置を表し、またアルファベットに添えられている数字は送信アンテナ番号を表している。例えば、“Ｃ１”はパイロット配置Ｃに分類され、送信アンテナ＃１より送信されたパイロット信号であることを示している。

また、１フレームにおけるパイロット信号の数は、送信アンテナ＃０，＃１で送信されたものがそれぞれ４つの合計８個である。パイロット信号に用いるデータに擬似ランダム符号（ＰＮ符号）を用いる場合、たとえば、送信アンテナ＃０における４つのパイロット信号にはＰＮ系列Ｐ＝［P(0),P(1),P(4),P(5)］を割り当て、送信アンテナ＃１における４つのパイロット信号にはＰＮ系列Ｐ＝［P(2),P(3),P(6),P(7)］を割り当てる。これらの各アンテナに割り当てるＰＮ系列は、たとえば、上述した実施の形態１と同様に、図３および図４で示した位置に割り当てる。ＰＮ系列の割り当て位置が２パターン存在するのは、実施の形態１と同じ理由、すなわち、分散パイロット配置が４ＯＦＤＭシンボルで１周期であることから１フレーム分（８ＯＦＤＭシンボル）の中ではフレーム位置になるパターンが２パターン存在するためである。

データ抽出部３１は、ＦＦＴ部２２から出力された、Ｎｒ本の受信アンテナにおける１フレーム分の周波数軸データから、パイロット配置ごと受信データを分類かつ抽出し、抽出した受信データを出力する。図１３は、Ｎｒ＝２とした場合の一方の受信アンテナ（受信アンテナ＃０とする）で受信した信号の１フレーム分の周波数軸信号Ｒ０(i,j)を示す図であり、図１４は、他方の受信アンテナ（受信アンテナ＃１とする）で受信した信号の１フレーム分の周波数軸信号Ｒ１(i,j)を示す図である。データ抽出部３１では、次式に従って、１フレーム分の受信データＲ０(i,j)およびＲ１(i,j)をそれぞれ配置パターンＡ〜Ｄに分類し、分類した１フレーム分のデータを出力する。
ＲＰ０(p,n)＝Ｒ０(i,j)
ＲＰ１(p,n)＝Ｒ１(i,j)

ただし、p=0,1,2,3、n=0,1,2,3である。また、(i,j)の値は、実施の形態１で示した図７の対応表に従う。たとえば、ｐ＝１（配置Ｂ）に対応するデータとしては、図１３に示されているＲ０(0,1)，Ｒ０(8,1)，Ｒ０(4,3)，Ｒ０(12,3)，Ｒ０(0,5)，Ｒ０(8,5)，Ｒ０(4,7)，Ｒ０(12,7)、および図１４に示されているＲ１(0,1)，Ｒ１(8,1)，Ｒ１(4,3)，Ｒ１(12,3)，Ｒ１(0,5)，Ｒ１(8,5)，Ｒ１(4,7)，Ｒ１(12,7)を抽出して出力する。

伝送路算出部３２は、抽出したパイロット信号ＲＰ０(p,n)およびＲＰ１(p,n)に対して、パイロットデータ系列であるＰＮ系列Ｐ＝［P(0)…P(7)］と乗算し、伝送路値ＨＰ０(p,t,n)およびＨＰ１(p,t,n)を算出する。ｔは配置ｐにおけるＰＮ割り当てパターンであり、ここでは配置Ａ〜Ｄに対してそれぞれ２パターンずつ存在する。伝送路値算出部３２が算出する伝送路値ＨＰ０(p,t,n)およびＨＰ１(p,t,n)は次式で表される。ただし、t=0,1である。
ＨＰ０(p,t,n)＝ＲＰ０(n)×Ｐ((ｎ＋ｔ×４)mod８)
ＨＰ１(p,t,n)＝ＲＰ１(n)×Ｐ((ｎ＋ｔ×４)mod８)

組み合わせ選択部３３は、伝送路パラメータ算出部２５にて算出されたドップラー周波数Ｆ_D、マルチパス最大遅延時間τ_Dおよびアンテナ相関ρ_Dに基づいて、前段の伝送路算出部３２で算出された配置ｐ，パターンｔに属する伝送路値ＨＰ０(p,t,n)，ＨＰ１(p,t,n)の中から最も相関が高いと推測される伝送路値の組み合わせを選択する。ここで、分散パイロット信号の配置として、４ＯＦＤＭシンボルに１つ，８サブキャリアに１つの間隔で配置されていることを考慮すると、隣接するパイロット位置の組み合わせは３つになる。１つ目は時間方向、つまり４ＯＦＤＭシンボル離れたパイロット位置にある伝送路値との組み合わせ、２つ目は周波数方向、つまり８サブキャリア離れたパイロット位置にある伝送路値との組み合わせ、３つ目は時間，周波数，空間の３次元方向、つまり２ＯＦＤＭシンボル、４サブキャリア離れたパイロット位置にある異なる送信アンテナに対する伝送路値との組み合わせである。よって、組み合わせ選択部３３は、まず、次式に従って、前記３つの組み合わせについての相関係数Ｋ(0)、Ｋ(1)およびＫ(2)を求める。ただし、Ｔ_sはＯＦＤＭシンボル時間を表す。

組み合わせ選択部３３は、次に、求めた３つの相関係数（Ｋ(0)，Ｋ(1)，Ｋ(2)）の中から最も大きい値を探索し、最大相関係数をもつ組み合わせを選択する。そして最後に、選択した組み合わせにより、伝送路値の相互相関組み合わせを決定する。例えば、Ｋ(2)が最大の場合、時間、周波数および空間の３次元方向にある伝送路値の組み合わせを選択することになる。この場合の配置Ａに対する伝送路値の相互相関組み合わせの概念を図示すると図８のようになる。組み合わせ選択が終了すると、組み合わせ選択部３３は、配置Ａ〜Ｄに対する伝送路値の相互相関組み合わせ(v,w)を、対応する相互相関算出部３４へ出力する。たとえば、“配置Ａ”と記載されたブロック（伝送路算出部３２と相互相関算出部３４の組）の相互相関算出部３４に対しては、配置Ａに対する(v,w)を出力する。

各相互相関算出部３４は、組み合わせ選択部３２から出力された、配置Ａ〜Ｄに対する伝送路値の相互相関組み合わせ(v,w)に従い、該当する伝送路値の組み合わせに対して相互相関値を算出する。ここで、相互相関値の算出に使用する伝送路値は、配置Ａ〜Ｄそれぞれにおいて２パターン存在する（ＰＮ割り当てパターンが２パターンある）。そのため、相互相関算出部３４では、合計Ｎ_p＝８パターン(p=0,…,4、t=0,1)に対して相互相関値ＳＴ(p,t,m)の算出を行う。相互相関値は次式により求める。
Ｓ(p,t,m)＝ＨＰ０(p,t,v)×ＨＰ０(p,t,w)^*＋ＨＰ１(p,t,v)×ＨＰ１(p,t,w)^*

ただし、m=0,1,…,4であり、*は複素共役を示している。また、相互相関組み合わせ(v,w)は、実施の形態１で示した図９の対応表に従う。

相互相関累積部３５およびフレーム位置決定部３６は、実施の形態１で説明した相互相関累積部１５およびフレーム位置決定部１６と同様の処理を実施する。

このように、本実施の形態の受信装置は、複数のアンテナを備え、フレーム位置検出部２３は、１フレーム分の各受信アンテナの受信データを用いて、時間，周波数，空間の３次元方向から伝送路相関が最も高いと推測される伝送路値同士の組み合わせを選択し、各組み合わせについての相互相関値算出し、さらに、分散パイロット配置パターンごとに累積し、累積値が最大となるパターンを、受信信号に適用されている分散パイロット配置パターンと判断することとした。これにより、従来方式よりも高精度にフレーム位置を検出できる。また、複数（Ｎｒ本）の受信アンテナ分の受信データを用いることで、算出する相互相関値の数が１本の受信アンテナのときに比べてＮｒ倍になり、相互相関値のサンプルデータが増えるので、相互相関値の精度を向上させることができる。

実施の形態３．
つづいて、実施の形態３の受信装置について説明する。実施の形態１，２では、伝送路値の相互相関組み合わせを選択する方法として、伝送路パラメータを算出し、伝送路パラメータを用いることで最も伝送路相関が高いと推測される伝送路値同士を選択する受信装置について説明した。これに対して、本実施の形態では、伝送路パラメータを事前に想定できる伝播路環境において、予め伝送路パラメータを決定しておくことで、伝送路値の相互相関組み合わせを事前に決定し、この組み合わせに従ってフレーム同期を行う受信装置について説明する。

図１５は、実施の形態３の受信装置の構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態の受信装置は、実施の形態２で説明した受信装置（図１０参照）から伝送路パラメータ算出部２５を削除し、さらに、フレーム位置検出部２３をフレーム位置検出部４３に置き換えたものである。本実施の形態では、実施の形態２で説明した受信装置に含まれていない構成要素であるフレーム位置検出部４３の動作についてのみ説明を行う。

図１６は、フレーム位置検出部４３の機能ブロックの一例を示す図である。図示したように、フレーム位置検出部４３は、実施の形態２で説明したフレーム位置検出部２３（図１１参照）から組み合わせ選択部３３を削除したものである。

上述したように、本実施の形態の受信装置は、伝送路パラメータ（ドップラー周波数Ｆ_D，マルチパス最大遅延時間τ_D，アンテナ相関ρ_D）を事前に想定できる伝播路環境を前提としている。そのため、フレーム位置検出部４３は、相互相関を求める伝送路値の組み合わせを予め認識しており、相互相関算出部３４では、伝送路算出部３２から伝送路値が入力されると、予め決定されている組み合わせについての相互相関値を算出する。

なお、実施の形態２で説明した受信装置（図１０参照）から伝送路パラメータ算出部２５を削除する場合の例について示したが、実施の形態１で説明した受信装置（図１参照）から伝送路パラメータ算出部５を削除することも可能である。

また、伝送路パラメータ算出部を備えた構成の受信装置において、伝送路パラメータを事前に想定できる伝搬路環境にある場合には伝送路パラメータ算出部を動作させないように制御してもよい。

このように、本実施の形態においては、受信装置は、事前に想定可能な伝送路環境において動作することを前提として、相互相関値を求める伝送路値の組み合わせを固定としている。これにより、伝送路パラメータ推定のための演算量、および相互相関組み合わせを選択するための演算量を削減しつつ、従来よりもフレーム位置検出の精度を向上させることができる。さらに、実施の形態１，２よりも回路規模を削減することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では本発明のフレーム同期を有する受信装置を、無線通信ステムに適用する一例として、漏洩同軸ケーブル（Leaky CoaXial cable、以下、ＬＣＸという）を用いた通信システムへの適用について説明する。

図１７はＬＣＸ通信システムの構成例を示す図である。図示したように、本実施の形態におけるＬＣＸ通信システムは、基地局４１、有線回線４２、ＬＣＸ４３、スリット４４、移動局４５、送信アンテナ４６および受信アンテナ４７を備える。

基地局４１は、移動局へ送信する信号を生成し、有線回線４２を経由してＬＣＸ４３へ送信する送信装置と、移動局４５より送信された信号に対してＬＣＸ４３から有線回線４２を経由して受信し復調する受信装置を有する。

ＬＣＸ４３は、信号を伝送するための通信媒体であり、ＬＣＸ４３に複数設けられたスレット４４から、基地局４１にて生成された送信信号を移動局４５へ放射する。さらに、移動局４５から送信された信号を複数のスリット４４にて受信し、受信した信号を基地局４１に伝送する。

移動局４５は、ＬＣＸ４３に設けられた複数のスリット４４にて放射された基地局４１からの送信信号を受信アンテナ４７にて受信し、当該受信信号を復調する受信装置と、基地局４１へ送信する信号を生成し、送信アンテナ４６にて当該送信信号を送信する送信装置を有する。

上記ＬＣＸ通信システムにおいて、スキャッタードパイロットを用いたマルチキャリア通信を行う場合、実施の形態１〜３で説明したフレーム同期装置を有する受信装置を、上記ＬＣＸ通信システムにおける基地局の受信装置ならびに、移動局の受信装置に適用することが可能である。そして、上記のフレーム同期装置を有する受信装置を上記ＬＣＸ通信システムに適用することにより、従来の手法を適用してフレーム同期を行う場合よりも高精度にフレーム同期を行うことが可能である。

以上のように、本発明にかかるフレーム同期装置は、マルチキャリア信号の受信装置に有用であり、特に、分散パイロット信号の配置パターンが複数ある場合において、受信信号に適用されている配置パターンを検出してフレーム同期を行うフレーム同期装置に適している。

１，２１ ＧＩ除去部
２，２２ ＦＦＴ部
３，２３，４３ フレーム位置検出部
４，２４ 伝送路推定部
５，２５ 伝送路パラメータ算出部
６，２６ 周波数領域等化部
７，２７ 軟判定値生成部
８，２８ 誤り訂正復号部
１１，３１ データ抽出部
１２，３２ 伝送路算出部
１３，３３ 組み合わせ選択部
１４，３４ 相互相関算出部
１５，３５ 相互相関累積部
１６，３６ フレーム位置決定部
４１ 基地局
４２ 有線回線
４３ 漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ）
４４ スリット
４５ 移動局
４６ 送信アンテナ
４７ 受信アンテナ

Claims (7)

1. 複数の信号配置パターンの中のいずれか一つのパターンに従ってパイロット信号が配置されているマルチキャリア信号の受信装置において、複数のＯＦＤＭシンボルおよびサブキャリアからなるＯＦＤＭフレームに対して適用されている信号配置パターンを判定してＯＦＤＭフレームの先頭位置を検出するフレーム同期装置であって、
   １ＯＦＤＭフレームを対象として、前記複数の信号配置パターンの中のいずれか一つに対応付けられ、対応付けられた信号配置パターンが示すパイロット信号の配置位置それぞれの受信信号を用いて、当該配置位置それぞれにおける伝送路推定を行う、前記複数の信号配置パターンと同数の伝送路算出手段と、
   前記複数の伝送路算出手段の中のいずれか一つから伝送路推定結果である伝送路値を取得し、各伝送路値について、配置位置が隣接する伝送路値の中のいずれか一つとの相互相関値を算出する、前記複数の伝送路算出手段と同数の相互相関算出手段と、
   前記相互相関算出手段でそれぞれ算出された相互相関値に基づいて、１ＯＦＤＭフレーム内のパイロット信号の配置位置を推測する信号配置推測手段と、
   を備え、
   前記信号配置推測手段は、
   前記相互相関算出手段で算出された相互相関値の相互相関算出手段ごとの１フレーム期間にわたる累積値を算出する相互相関累積手段と、
   前記算出された累積値の中の最大値に対応する信号配置パターンを、受信信号に適用されている信号配置パターンと判断し、当該信号配置パターンに基づいてフレーム位置を検出するフレーム位置決定手段と、
   を備えることを特徴とするフレーム同期装置。
2. 複数の信号配置パターンの中のいずれか一つのパターンに従ってパイロット信号が配置されているマルチキャリア信号の受信装置において、複数のＯＦＤＭシンボルおよびサブキャリアからなるＯＦＤＭフレームに対して適用されている信号配置パターンを判定してＯＦＤＭフレームの先頭位置を検出するフレーム同期装置であって、
   １ＯＦＤＭフレームを対象として、前記複数の信号配置パターンの中のいずれか一つに対応付けられ、対応付けられた信号配置パターンが示すパイロット信号の配置位置それぞれの受信信号を用いて、当該配置位置それぞれにおける伝送路推定を行う、前記複数の信号配置パターンと同数の伝送路算出手段と、
   前記複数の伝送路算出手段の中のいずれか一つから伝送路推定結果である伝送路値を取得し、各伝送路値について、配置位置が隣接する伝送路値の中のいずれか一つとの相互相関値を算出する、前記複数の伝送路算出手段と同数の相互相関算出手段と、
   前記相互相関算出手段でそれぞれ算出された相互相関値に基づいて、１ＯＦＤＭフレーム内のパイロット信号の配置位置を推測する信号配置推測手段と、
   を備え、
   前記信号配置推測手段は、
   前記相互相関算出手段で算出された相互相関値の相互相関算出手段ごとの累積値を算出する相互相関累積手段と、
   前記算出された累積値の中の最大値に対応する信号配置パターンおよびパイロット信号の割り当てパターンを、受信信号に適用されている信号配置パターンＰ _M およびパイロット信号の割り当てパターンｎ _M と判断し、当該Ｐ _M と、当該ｎ _M に対して同一サブキャリアで送信されるパイロット信号の送信間隔を掛け合わせた値と、を加算した結果に基づいてフレーム位置を検出するフレーム位置決定手段と、
   を備えることを特徴とするフレーム同期装置。
3. 受信信号に基づき決定された所定の伝送路パラメータに基づいて、相関の最も高い伝送路値の組み合わせを選択する組み合わせ選択手段、
   をさらに備え、
   前記相互相関算出手段は、前記組み合わせ選択手段により選択された伝送路値の組み合わせについての相互相関値を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のフレーム同期装置。
4. 前記伝送路パラメータとして、ドップラー周波数およびマルチパス最大遅延時間を採用する
   ことを特徴とする請求項３に記載のフレーム同期装置。
5. ＭＩＭＯシステムの受信装置を構成する場合、
   前記伝送路パラメータとして、ドップラー周波数、マルチパス最大遅延時間およびアンテナ相関を採用する
   ことを特徴とする請求項３に記載のフレーム同期装置。
6. 前記相互相関算出手段は、予め決定されている配置位置の組み合わせに従って、相互相関値を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のフレーム同期装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載のフレーム同期装置、
   を備えることを特徴とする受信装置。

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