JP5606411B2 - Wireless signal synchronization processor - Google Patents

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Description

本発明は、受信信号の同期処理を行う無線信号同期処理装置に関する。   The present invention relates to a radio signal synchronization processing apparatus that performs synchronization processing of received signals.

従来、瞬時周波数を変調ベースバンドに比例させて通信を行う周波数変調として、変調信号にガウシアンフィルタを施すことで帯域制限を行うGFSK(Gaussian-filtered Frequency Shift Keying)や、瞬時周波数の偏移が直交する最小の瞬時周波数を用いたGMSK(Gaussian-filtered Minimum Shift Keying)などの通信方式が知られている。   Conventionally, as frequency modulation that performs communication with the instantaneous frequency proportional to the modulation baseband, GFSK (Gaussian-filtered Frequency Shift Keying) that limits the band by applying a Gaussian filter to the modulated signal, and the instantaneous frequency shift is orthogonal Communication systems such as GMSK (Gaussian-filtered Minimum Shift Keying) using the minimum instantaneous frequency are known.

また、一般的な無線通信の時間同期処理の1つとして、受信した信号をサンプル毎にずらしながら、一定範囲で、予め無線受信機に保持してあるレプリカ信号と相関をとる手法がある。レプリカ信号としてプリアンブル部を構成するトレーニング信号を用いることで、相関タイミングがプリアンブル部と一致した場合、相関電力値は大きい値となる。これを利用することで、フレーム位置の検出、プリアンブル信号の検出が可能となる。   Further, as one of the time synchronization processes of general wireless communication, there is a method of correlating with a replica signal held in advance in a wireless receiver within a certain range while shifting a received signal for each sample. By using the training signal that constitutes the preamble part as the replica signal, the correlation power value becomes a large value when the correlation timing coincides with the preamble part. By utilizing this, it is possible to detect the frame position and the preamble signal.

GMSK、GFSK通信方式においても、上記方式を用いてフレーム位置の検出、プリアンブル信号の検出を行うことができる。具体的に、GFSK信号に対してプリアンブル部の「1」「0」の交番パターンの周波数偏移が正弦波に極めて似ていることを利用して、レプリカ信号に正弦波を用いて相関を取ることにより、プリアンブル部を検出する方法が下記特許文献1において開示されている。   Also in the GMSK and GFSK communication systems, it is possible to detect the frame position and the preamble signal using the above system. Specifically, using the fact that the frequency shift of the alternating pattern of “1” and “0” in the preamble portion is very similar to a sine wave with respect to the GFSK signal, a correlation is obtained using the sine wave for the replica signal. Thus, a method for detecting a preamble portion is disclosed in Patent Document 1 below.

特開2003−87155号公報JP 2003-87155 A

しかしながら、上記従来の技術によれば、相関演算に複素乗算が必要となる。そのため、演算量が多くなり、消費電力が大きくなる、という問題があった。また、プリアンブル部が「0」「1」の交番パターンでのみ有効であり、プリアンブル部が交番パターンでない場合は検出できない、という問題があった。   However, according to the above conventional technique, complex multiplication is required for the correlation calculation. For this reason, there is a problem that the amount of calculation increases and the power consumption increases. In addition, there is a problem that the preamble portion is effective only with an alternating pattern of “0” and “1”, and cannot be detected when the preamble portion is not an alternating pattern.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プリアンブル部のパターンに係わらず、相関演算の演算量および消費電力を小さくすることが可能な無線信号同期処理装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a wireless signal synchronization processing device capable of reducing the amount of correlation calculation and power consumption regardless of the pattern of the preamble portion. .

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、IQ受信信号に付与されているプリアンブル部と同一パターンのプリアンブルデータを周波数変調し、遅延検波後に硬判定した結果をレプリカ信号として出力するレプリカ信号生成手段と、前記レプリカ信号と遅延検波されたIQ受信信号とを相関演算して相関電力値を算出し、また、前記相関電力値の位相から周波数オフセットによる位相回転量を算出して周波数オフセット推定値を算出する相関演算手段と、前記相関電力値から最大相関電力値をとるタイミングをフレームタイミングとして検出する相関電力値ピーク検出手段と、前記最大相関電力値と規定の相関電力しきい値とを比較した結果をプリアンブル検出結果として出力するプリアンブル検出手段と、前記周波数オフセット推定値を用いて、遅延検波前の前記IQ受信信号を周波数オフセット補正するAFC手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention frequency-modulates preamble data having the same pattern as the preamble portion added to the IQ reception signal, and uses the result of hard decision after delay detection as a replica signal. A correlation power value is calculated by performing a correlation operation between the replica signal generating means to output, the replica signal and the delay-detected IQ received signal, and a phase rotation amount due to a frequency offset is calculated from the phase of the correlation power value. Correlation calculating means for calculating an estimated frequency offset value, correlation power value peak detecting means for detecting a timing at which the maximum correlation power value is obtained from the correlation power value as frame timing, and the maximum correlation power value and a prescribed correlation power. Preamble detection means for outputting a result of comparison with a threshold as a preamble detection result; Using Tsu preparative estimate, characterized in that it comprises a AFC means and for frequency offset correcting the IQ received signal before delay detection.

本発明によれば、プリアンブル部のパターンに係わらず、相関演算の演算量および消費電力を小さくすることができる、という効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that the calculation amount and power consumption of the correlation calculation can be reduced regardless of the pattern of the preamble portion.

図1は、無線信号同期処理装置の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless signal synchronization processing device. 図2は、レプリカ信号生成部の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the replica signal generation unit. 図3は、硬判定のイメージを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an image of hard decision. 図4は、3値での硬判定のイメージを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an image of ternary hard decision. 図5は、フレーム構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a frame configuration. 図6は、無線信号同期処理装置における同期処理を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing synchronization processing in the wireless signal synchronization processing apparatus. 図7は、相関演算処理のイメージを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an image of correlation calculation processing. 図8は、レプリカ信号生成部の構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the replica signal generation unit. 図9は、MSK変調された信号を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an MSK modulated signal. 図10は、無線信号同期処理装置の構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless signal synchronization processing device. 図11は、レプリカ信号生成部の構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the replica signal generation unit. 図12は、無線信号同期処理装置における同期処理を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing synchronization processing in the wireless signal synchronization processing apparatus.

以下に、本発明にかかる無線信号同期処理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。   Embodiments of a wireless signal synchronization processing device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
図1は、本実施の形態の無線信号同期処理装置の構成例を示す図である。無線信号同期処理装置は、遅延検波部10と、相関演算部20と、相関電力値ピーク検出部30と、プリアンブル検出部40と、AFC(自動周波数制御)部50と、レプリカ信号生成部60と、を備える。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a wireless signal synchronization processing device according to the present embodiment. The radio signal synchronization processing apparatus includes a delay detection unit 10, a correlation calculation unit 20, a correlation power value peak detection unit 30, a preamble detection unit 40, an AFC (automatic frequency control) unit 50, and a replica signal generation unit 60. .

遅延検波部10は、IQ受信信号に対して遅延検波を行う。相関演算部20は、遅延検波後のIQ信号とレプリカ信号とを用いて相関演算処理を行う。相関電力値ピーク検出部30は、相関電力値のピーク検出を行う。プリアンブル検出部40は、相関電力値と相関電力しきい値との比較を行い、プリアンブル検出結果およびフレームタイミングを出力する。AFC部50は、周波数オフセット推定値を用いてIQ受信信号に対して周波数オフセット補正を行う。レプリカ信号生成部60は、プリアンブルデータをGMSK変調し、硬判定してレプリカ信号を生成する。   The delay detection unit 10 performs delay detection on the IQ reception signal. The correlation calculation unit 20 performs a correlation calculation process using the IQ signal after delay detection and the replica signal. The correlation power value peak detection unit 30 performs peak detection of the correlation power value. The preamble detection unit 40 compares the correlation power value with the correlation power threshold value, and outputs a preamble detection result and frame timing. The AFC unit 50 performs frequency offset correction on the IQ reception signal using the frequency offset estimation value. The replica signal generation unit 60 performs GMSK modulation on the preamble data and performs a hard decision to generate a replica signal.

図2は、レプリカ信号生成部60の構成例を示す図である。レプリカ信号生成部60は、GMSK変調部61と、受信ガウスフィルタ部62と、遅延検波部63と、プリアンブル信号硬判定部64と、を備える。GMSK変調部61および受信ガウスフィルタ部62で、IQ受信信号のプリアンブル部と同一のプリアンブルデータ(図2中の(a))をGMSK変調し、遅延検波部63が、GMSK変調後のプリアンブルデータ(図2中の(b))を遅延検波して、フィルタ通過後のプリアンブル信号(図2中の(c))を生成する。そして、プリアンブル信号硬判定部64が、フィルタ通過後のプリアンブル信号をIQで「1」または「−1」の2値に硬判定する(図2中の(d))。なお、GMSK変調する場合について説明したが、これに限定せず、他の周波数変調、例えば、GFSK変調を用いることも可能である。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the replica signal generation unit 60. The replica signal generation unit 60 includes a GMSK modulation unit 61, a reception Gauss filter unit 62, a delay detection unit 63, and a preamble signal hard decision unit 64. The GMSK modulation unit 61 and the reception Gaussian filter unit 62 GMSK-modulate the same preamble data ((a) in FIG. 2) as the preamble portion of the IQ reception signal, and the delay detection unit 63 uses the preamble data after GMSK modulation ( (B) in FIG. 2 is subjected to delay detection to generate a preamble signal ((c) in FIG. 2) after passing through the filter. Then, the preamble signal hard decision unit 64 makes a hard decision on the preamble signal after passing through the filter to a binary value of “1” or “−1” by IQ ((d) in FIG. 2). In addition, although the case where GMSK modulation was performed was demonstrated, it is not limited to this, It is also possible to use another frequency modulation, for example, GFSK modulation.

図3は、プリアンブル信号硬判定部64における硬判定のイメージを示す図である。プリアンブル信号硬判定部64は、フィルタ通過後のプリアンブル信号に対して、IQそれぞれについて、正の値であれば「1」、負の値であれば「−1」として硬判定を行う。レプリカ信号生成部60では、プリアンブル信号硬判定部64で硬判定した結果をレプリカ信号として相関演算部20へ出力する。   FIG. 3 is a diagram showing an image of hard decision in the preamble signal hard decision unit 64. The preamble signal hard decision unit 64 makes a hard decision with respect to each of the preamble signals after passing through the filter as “1” if the IQ is a positive value and “−1” if it is a negative value. The replica signal generation unit 60 outputs the result of the hard decision made by the preamble signal hard decision unit 64 to the correlation calculation unit 20 as a replica signal.

なお、硬判定として「1」、「−1」の2値で硬判定を行う場合について説明したが、これに限定するものではない。例えば「1」、「0」、「−1」の3値で硬判定を行うことも可能である。図4は、プリアンブル信号硬判定部64における3値での硬判定のイメージを示す図である。ここでは、正負ではなく「0.5」または「−0.5」を基準にして硬判定を行う。   In addition, although the case where the hard decision is performed with the binary values “1” and “−1” as the hard decision has been described, the present invention is not limited to this. For example, it is possible to make a hard decision with three values “1”, “0”, and “−1”. FIG. 4 is a diagram showing an image of a hard decision with three values in the preamble signal hard decision unit 64. Here, the hard decision is made based on “0.5” or “−0.5” instead of positive and negative.

図5は、本実施の形態にかかるフレーム構成を示す図である。フレームは、プリアンブル部100およびデータ部200で構成される。無線信号同期処理装置では、受信信号に対して、レプリカ信号としてプリアンブル部100を構成するトレーニング信号と一定期間、相関処理を行ってプリアンブル部100を検出し、そして、所望プリアンブルの検出、フレームのデータ先頭位置の検出(フレーム検出)、およびAFC(自動周波数制御)の処理を行う。   FIG. 5 is a diagram showing a frame configuration according to the present embodiment. The frame includes a preamble part 100 and a data part 200. In the radio signal synchronization processing device, the received signal is subjected to correlation processing with a training signal constituting the preamble unit 100 as a replica signal for a certain period to detect the preamble unit 100, and detection of a desired preamble, frame data Detection of the head position (frame detection) and AFC (automatic frequency control) are performed.

なお、図5に示すフレーム構成は一例であり、必ずしもこの構成に限定されるものではない。プリアンブル部が存在するフレーム構成であれば他の構成であってもよい。   Note that the frame configuration shown in FIG. 5 is an example, and is not necessarily limited to this configuration. Other configurations may be used as long as the frame configuration includes a preamble portion.

つづいて、無線信号同期処理装置におけるプリアンブル検出、フレーム検出および周波数オフセット推定を行う同期処理について説明する。図6は、無線信号同期処理装置における同期処理を示すフローチャートである。   Next, synchronization processing for performing preamble detection, frame detection, and frequency offset estimation in the radio signal synchronization processing device will be described. FIG. 6 is a flowchart showing synchronization processing in the wireless signal synchronization processing apparatus.

まず、遅延検波部10が、受信したベースバンドIQ信号(IQ受信信号)に対して、1シンボル間隔で遅延検波を行う(ステップS1)。なお、1シンボル間隔は一例であり、1シンボル間隔以外で遅延検波してもよい。   First, the delay detection unit 10 performs delay detection on the received baseband IQ signal (IQ reception signal) at intervals of one symbol (step S1). Note that one symbol interval is an example, and delay detection may be performed at intervals other than one symbol interval.

つぎに、相関演算部20が、遅延検波後のIQ信号とレプリカ信号生成部60で生成されたレプリカ信号とを用いて相関処理を行う(ステップS2)。具体的には、1サンプルごとに相互相関を行い、1サンプルごとの相関電力値を算出する。ここで、遅延検波後のIQ信号の相関演算開始位置をiサンプル目とする。また、相関演算結果の位相から1シンボル長での周波数オフセットによる位相回転量を算出し、1シンボル長で平均した1サンプルあたりの位相回転量を周波数オフセット推定値として算出する。相関演算部20は、算出した相関電力値と周波数オフセット推定値を、サンプル開始位置iと共に相関電力ピーク検出部30へ出力する。   Next, the correlation calculation unit 20 performs correlation processing using the IQ signal after delay detection and the replica signal generated by the replica signal generation unit 60 (step S2). Specifically, cross-correlation is performed for each sample, and a correlation power value for each sample is calculated. Here, it is assumed that the correlation calculation start position of the IQ signal after delay detection is the i-th sample. Further, the phase rotation amount due to the frequency offset at one symbol length is calculated from the phase of the correlation calculation result, and the phase rotation amount per sample averaged at one symbol length is calculated as the frequency offset estimated value. The correlation calculation unit 20 outputs the calculated correlation power value and the estimated frequency offset value to the correlation power peak detection unit 30 together with the sample start position i.

以下に、具体的な周波数オフセット推定値の算出方法について説明する。周波数オフセット存在下の遅延検波後のIQ受信信号をS(i)、レプリカ信号をR(n)とすると、IQ受信信号S(i)、レプリカ信号R(n)はそれぞれ式(1)、式(2)で表すことができる。   Hereinafter, a specific method for calculating the frequency offset estimated value will be described. Assuming that the IQ received signal after delay detection in the presence of a frequency offset is S (i) and the replica signal is R (n), the IQ received signal S (i) and the replica signal R (n) are expressed by the equations (1) and (1), respectively. (2).

Figure 0005606411
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Figure 0005606411
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ここで、A(i)、A´(n)は各信号の振幅、φ(i)、φ´(n)は各信号の位相、Nsは1シンボルのサンプル数、iは相関演算開始位置を表す。Nsについて、1シンボル間隔での遅延検波の場合は1シンボルのサンプル数であるが、例えば、Nシンボル間隔で遅延検波した場合は、NsはNシンボルのサンプル数となる。また、foffはオフセット周波数を示す。IQ受信信号S(i)とレプリカ信号R(n)の相関演算結果をC(i)とすると、相関演算結果C(i)は次の式(3)で表すことができる。 Here, A (i) and A ′ (n) are the amplitude of each signal, φ (i) and φ ′ (n) are the phases of each signal, N s is the number of samples of one symbol, and i is the correlation calculation start position. Represents. N s is the number of samples of one symbol in the case of delay detection at intervals of one symbol, but for example, when delay detection is performed at intervals of N symbols, N s is the number of samples of N symbols. F off indicates an offset frequency. When the correlation calculation result between the IQ reception signal S (i) and the replica signal R (n) is C (i), the correlation calculation result C (i) can be expressed by the following equation (3).

Figure 0005606411
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掛け算「×」は複素乗算、「」は複素共役を示す。また、Nrepはレプリカ信号のサンプル数を示す。ここで、雑音の影響は無視し、IQ受信信号S(i)がレプリカ信号R(n)に等しい場合、相関演算結果C(i)は次の式(4)で表すことができる。 Multiplication “×” indicates complex multiplication, and “ * ” indicates complex conjugate. N rep indicates the number of replica signal samples. Here, the influence of noise is ignored, and when the IQ reception signal S (i) is equal to the replica signal R (n), the correlation calculation result C (i) can be expressed by the following equation (4).

Figure 0005606411
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従って、IQ受信信号S(i)の相関演算開始位置iがプリアンブルの先頭に等しいとき、相関演算結果C(i)の位相を求めることで1シンボルでの位相回転量が分かり、周波数オフセット推定が可能となる。   Therefore, when the correlation calculation start position i of the IQ received signal S (i) is equal to the head of the preamble, the phase rotation amount in one symbol can be determined by obtaining the phase of the correlation calculation result C (i), and the frequency offset estimation can be performed. It becomes possible.

ここで、本実施の形態では、レプリカ信号R(n)は、レプリカ信号生成部60において硬判定されている。すなわち、レプリカ信号R(n)のIQは「1」、「−1」、または「1」、「0」、「−1」となるため、複素乗算は必要なく、加算及び減算のみで相関演算が可能となる。   Here, in the present embodiment, the replica signal R (n) is hard-determined in the replica signal generation unit 60. That is, since the IQ of the replica signal R (n) is “1”, “−1”, or “1”, “0”, “−1”, complex multiplication is not necessary, and correlation calculation is performed only by addition and subtraction. Is possible.

相関演算部20は、相関演算を開始する遅延検波後のIQ信号の相関演算開始位置iをインクリメントし(ステップS3)、相関演算開始位置iが相関演算開始位置の終わりを示す相関演算回数Ncorr以下の場合は上記ステップS2の処理を繰り返し実行する(ステップS4:No)。一方、相関演算開始位置iが相関演算回数Ncorrよりも大きい場合は、つぎの相関電力値ピーク検出部30の処理へ移行する(ステップS4:Yes)。 The correlation calculation unit 20 increments the correlation calculation start position i of the IQ signal after delay detection for starting the correlation calculation (step S3), and the correlation calculation count N corr indicates that the correlation calculation start position i indicates the end of the correlation calculation start position. In the following cases, the process of step S2 is repeatedly executed (step S4: No). On the other hand, when the correlation calculation start position i is larger than the correlation calculation count N corr, the process proceeds to the next correlation power value peak detection unit 30 (step S4: Yes).

図7は、相関演算処理のイメージを示す図である。相関演算開始位置iが0から相関演算回数Ncorrまでの間でレプリカ信号の位置をずらしてフレーム側との相関演算を行うことを示すものである。レプリカ信号の位置をずらし、相関タイミングがプリアンブル部と一致したときに相関電力値は大きい値となる。 FIG. 7 is a diagram showing an image of correlation calculation processing. This indicates that the correlation calculation with the frame side is performed by shifting the position of the replica signal between the correlation calculation start position i from 0 to the correlation calculation count N corr . When the position of the replica signal is shifted and the correlation timing coincides with the preamble part, the correlation power value becomes a large value.

つぎに、相関電力値ピーク検出部30が、相関電力値のピーク検出を行う(ステップS5)。具体的には、相関電力値ピーク検出部30が、相関演算部20から受け取った相関演算開始位置i毎の相関電力値および周波数オフセット推定値の中で、最も相関電力値の大きいサンプル位置(最大相関電力値サンプル位置)imaxを検索する。そして、相関電力値ピーク検出部30は、最大相関電力値サンプル位置imaxをフレームタイミングとして、最大相関電力値サンプル位置imaxでの相関電力値Pmaxとともにプリアンブル検出部40へ出力する。また、相関電力値ピーク検出部30は、最大相関電力値サンプル位置imaxでの周波数オフセット推定値FoffをAFC部50へ出力する。 Next, the correlation power value peak detection unit 30 performs peak detection of the correlation power value (step S5). Specifically, the correlation power value peak detection unit 30 receives the sample position (maximum correlation power value) among the correlation power value and the frequency offset estimation value for each correlation calculation start position i received from the correlation calculation unit 20. The correlation power value sample position) i max is searched. Then, the correlation power value peak detector 30, a maximum correlation electric power value sample position i max as a frame timing, and outputs the preamble detection unit 40 together with correlation power value P max of the maximum correlation electric power value sample position i max. Further, correlation power value peak detection unit 30 outputs frequency offset estimation value F off at maximum correlation power value sample position i max to AFC unit 50.

つぎに、プリアンブル検出部40が、相関電力値Pmaxと予め記憶している規定の相関電力しきい値Pthとの比較を行う。そして、相関電力値Pmaxと相関電力しきい値Pthとの比較結果をプリアンブル検出結果として、図示しない復調部へ出力する。同様に、最大相関電力値サンプル位置imaxをフレームタイミングとして、図示しない復調部へ出力する(ステップS6)。 Next, the preamble detector 40 compares the correlation power value P max with a predetermined correlation power threshold value P th stored in advance. Then, the comparison result between correlation power value P max and correlation power threshold value P th is output as a preamble detection result to a demodulator (not shown). Similarly, the maximum correlation power value sample position i max is output as a frame timing to a demodulator (not shown) (step S6).

最後に、AFC部50が、AFC処理として、相関電力値ピーク検出部30から出力された周波数オフセット推定値Foffを用いて、IQ受信信号に対して周波数オフセット補正を行う(ステップS7)。そして、周波数オフセット補正後の信号を受信信号として、図示しない復調部へ出力する。 Finally, the AFC unit 50 performs frequency offset correction on the IQ reception signal using the frequency offset estimation value F off output from the correlation power value peak detection unit 30 as AFC processing (step S7). Then, the signal after frequency offset correction is output as a received signal to a demodulator (not shown).

図示しない復調部では、プリアンブル検出結果、フレームタイミング、および受信信号を入力し、復調処理を行う。   A demodulator (not shown) inputs the preamble detection result, the frame timing, and the received signal, and performs demodulation processing.

以上説明したように、本実施の形態では、無線信号同期処理装置において、プリアンブル部の存在するフレーム構成におけるGMSK通信またはGFSK通信のときに、受信した信号のプリアンブル部と同一のプリアンブルデータから生成したレプリカ信号と相関演算をすることでプリアンブル検出、フレーム検出、周波数オフセット推定を行う場合、硬判定したレプリカ信号を用いることとした。これにより、相関演算において複素乗算が不要となり、演算量を低下させ消費電力を低下させることができる。   As described above, in the present embodiment, in the radio signal synchronization processing device, the GMSK communication or the GFSK communication in the frame configuration in which the preamble portion exists is generated from the same preamble data as the preamble portion of the received signal. When performing preamble detection, frame detection, and frequency offset estimation by performing correlation calculation with the replica signal, the hard-decided replica signal is used. Thereby, complex multiplication is not required in the correlation calculation, and the amount of calculation can be reduced and the power consumption can be reduced.

実施の形態2.
実施の形態1では使用するレプリカ信号を2値化または3値化により硬判定をした。本実施の形態では、プリアンブルデータをMSK変調し、シンボル毎に抽出したものをレプリカ信号として使用する。実施の形態1と異なる部分について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the hard decision is made by binarization or ternarization of the replica signal to be used. In the present embodiment, preamble data is subjected to MSK modulation and extracted for each symbol is used as a replica signal. A different part from Embodiment 1 is demonstrated.

本実施の形態の無線信号同期処理装置の構成は実施の形態1(図1参照)と同一であるが、レプリカ信号生成部60の構成が異なる。図8は、レプリカ信号生成部60の構成例を示す図である。レプリカ信号生成部60は、MSK変調部65と、遅延検波部66と、を備える。MSK変調部65は、プリアンブルデータに対してMSK変調を行い、遅延検波部66にて遅延検波を行う。ここでは、レプリカ信号生成部60は、遅延検波後の信号をレプリカ信号として相関演算部20へ出力する。   The configuration of the radio signal synchronization processing apparatus of the present embodiment is the same as that of the first embodiment (see FIG. 1), but the configuration of the replica signal generation unit 60 is different. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the replica signal generation unit 60. The replica signal generation unit 60 includes an MSK modulation unit 65 and a delay detection unit 66. The MSK modulation unit 65 performs MSK modulation on the preamble data, and the delay detection unit 66 performs delay detection. Here, the replica signal generation unit 60 outputs the signal after delay detection to the correlation calculation unit 20 as a replica signal.

つぎに、MSK変調された信号について説明する。図9は、MSK変調された信号を示す図である。点線はMSK信号を、実線はMSKレプリカを示す。MSK変調された信号はシンボル点では、「1」または「−1」のみをとるため、実施の形態1と同様、レプリカ信号との相関演算の際に複素乗算が不要となる。なお、レプリカ信号生成部60以外の処理については実施の形態1と同様のため、無線信号同期処理装置における詳細な同期処理の説明については省略する。   Next, the MSK modulated signal will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating an MSK modulated signal. A dotted line indicates an MSK signal, and a solid line indicates an MSK replica. Since the MSK-modulated signal takes only “1” or “−1” at the symbol point, complex multiplication is not required in the correlation calculation with the replica signal as in the first embodiment. Since processes other than the replica signal generation unit 60 are the same as those in the first embodiment, a detailed description of the synchronization process in the radio signal synchronization processing apparatus is omitted.

以上説明したように、本実施の形態では、レプリカ信号にMSK変調後の信号を用いることとした。この場合においても、実施の形態1と同様、相関演算において複素乗算が不要となり、演算量を低下させ消費電力を低下させることができる。   As described above, in this embodiment, a signal after MSK modulation is used as a replica signal. Also in this case, as in the first embodiment, complex multiplication is not required in the correlation calculation, and the amount of calculation can be reduced and the power consumption can be reduced.

実施の形態3.
周波数オフセット推定値を算出する場合、実施の形態1ではプリアンブルデータを硬判定したレプリカ信号を用い、実施の形態2ではプリアンブルデータをMSK変調したレプリカ信号を用いている。しかしながら、硬判定またはMSK変調したレプリカ信号を用いた場合、周波数オフセット推定値に誤差が生じる。本実施の形態では、相関演算と周波数オフセット推定で異なるレプリカ信号を用いる。実施の形態1、2と異なる部分について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In calculating the frequency offset estimation value, the replica signal obtained by hard-deciding the preamble data is used in the first embodiment, and the replica signal obtained by MSK-modulating the preamble data is used in the second embodiment. However, when a hard decision or MSK modulated replica signal is used, an error occurs in the frequency offset estimation value. In the present embodiment, different replica signals are used for correlation calculation and frequency offset estimation. A different part from Embodiment 1, 2 is demonstrated.

図10は、本実施の形態の無線信号同期処理装置の構成例を示す図である。無線信号同期処理装置は、遅延検波部10と、相関演算部20aと、相関電力値ピーク検出部30aと、プリアンブル検出部40と、AFC部50と、レプリカ信号生成部60と、レプリカ信号生成部70と、周波数オフセット推定部80と、を備える。   FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the radio signal synchronization processing device according to the present embodiment. The radio signal synchronization processing apparatus includes a delay detection unit 10, a correlation calculation unit 20a, a correlation power value peak detection unit 30a, a preamble detection unit 40, an AFC unit 50, a replica signal generation unit 60, and a replica signal generation unit. 70 and a frequency offset estimator 80.

相関演算部20aは、遅延検波後のIQ信号とレプリカ信号とを用いて相関演算処理を行う。ここでは、実施の形態1(相関演算部20)と異なり、周波数オフセット推定は行わない。相関電力値ピーク検出部30aは、相関電力値のピーク検出を行う。レプリカ信号生成部70は、周波数オフセット推定部80が周波数オフセット推定の際に用いるレプリカ信号を生成する。なお、レプリカ信号生成部70(第2のレプリカ信号生成手段)で生成するレプリカ信号をレプリカ信号2(第2のレプリカ信号)とし、レプリカ信号生成部60(第1のレプリカ信号生成手段)で生成されるレプリカ信号は実施の形態1または2と同様であるが、本実施の形態ではレプリカ信号1(第1のレプリカ信号)とする。周波数オフセット推定部80は、レプリカ信号2およびフレームタイミングを用いて周波数オフセット推定を行う。   The correlation calculation unit 20a performs correlation calculation processing using the IQ signal and the replica signal after delay detection. Here, unlike Embodiment 1 (correlation calculation unit 20), frequency offset estimation is not performed. The correlation power value peak detection unit 30a performs peak detection of the correlation power value. The replica signal generation unit 70 generates a replica signal used by the frequency offset estimation unit 80 when estimating the frequency offset. Note that the replica signal generated by the replica signal generation unit 70 (second replica signal generation unit) is referred to as replica signal 2 (second replica signal), and is generated by the replica signal generation unit 60 (first replica signal generation unit). The replica signal to be used is the same as that in the first or second embodiment, but in this embodiment, the replica signal is assumed to be the first replica signal (first replica signal). The frequency offset estimation unit 80 performs frequency offset estimation using the replica signal 2 and the frame timing.

図11は、レプリカ信号生成部70の構成例を示す図である。レプリカ信号生成部70は、GMSK変調部71と、受信ガウスフィルタ部72と、遅延検波部73と、を備える。GMSK変調部71および受信ガウスフィルタ部72で、プリアンブルデータをGMSK変調し、遅延検波部73が、GMSK変調後のプリアンブルデータを遅延検波して、フィルタ通過後のプリアンブル信号を生成する。レプリカ信号生成部70では、遅延検波後のプリアンブル信号をレプリカ信号として出力する。   FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the replica signal generation unit 70. The replica signal generation unit 70 includes a GMSK modulation unit 71, a reception Gaussian filter unit 72, and a delay detection unit 73. The GMSK modulation unit 71 and the reception Gaussian filter unit 72 perform GMSK modulation on the preamble data, and the delay detection unit 73 performs delay detection on the preamble data after GMSK modulation to generate a preamble signal after passing through the filter. The replica signal generation unit 70 outputs the preamble signal after delay detection as a replica signal.

つづいて、無線信号同期処理装置におけるプリアンブル検出、フレーム検出および周波数オフセット推定を行う同期処理について説明する。図12は、無線信号同期処理装置における同期処理を示すフローチャートである。   Next, synchronization processing for performing preamble detection, frame detection, and frequency offset estimation in the radio signal synchronization processing device will be described. FIG. 12 is a flowchart showing synchronization processing in the wireless signal synchronization processing apparatus.

まず、遅延検波部10が、受信したベースバンドIQ信号(IQ受信信号)に対して、1シンボル間隔で遅延検波を行う(ステップS11)。なお、1シンボル間隔は一例であり、1シンボル間隔以外で遅延検波してもよい。   First, the delay detection unit 10 performs delay detection on the received baseband IQ signal (IQ reception signal) at intervals of one symbol (step S11). Note that one symbol interval is an example, and delay detection may be performed at intervals other than one symbol interval.

つぎに、相関演算部20aが、遅延検波後のIQ信号とレプリカ信号生成部60で生成されたレプリカ信号1とを用いて相関処理を行う(ステップS12)。具体的には、1サンプルごとに相互相関を行い、1サンプルごとの相関電力値を算出する。ここで、遅延検波後のIQ信号の相関演算開始位置をiサンプル目とする。相関演算部20aは、算出した相関電力値を、サンプル開始位置iと共に相関電力ピーク検出部30aへ出力する。   Next, the correlation calculation unit 20a performs correlation processing using the IQ signal after delay detection and the replica signal 1 generated by the replica signal generation unit 60 (step S12). Specifically, cross-correlation is performed for each sample, and a correlation power value for each sample is calculated. Here, it is assumed that the correlation calculation start position of the IQ signal after delay detection is the i-th sample. The correlation calculation unit 20a outputs the calculated correlation power value to the correlation power peak detection unit 30a together with the sample start position i.

相関演算部20aは、相関演算を開始する遅延検波後のIQ信号の相関演算開始位置iをインクリメントし(ステップS13)、相関演算開始位置iが相関演算回数Ncorr以下の場合は上記ステップS12の処理を繰り返し実行する(ステップS14:No)。一方、相関演算開始位置iが相関演算回数Ncorrよりも大きい場合は、つぎの相関電力値ピーク検出部30aの処理へ移行する(ステップS14:Yes)。 The correlation calculation unit 20a increments the correlation calculation start position i of the IQ signal after delay detection for starting the correlation calculation (step S13), and when the correlation calculation start position i is equal to or smaller than the number of correlation calculations N corr , The process is repeatedly executed (step S14: No). On the other hand, if the correlation calculation start position i is larger than the correlation calculation count N corr, the process proceeds to the next correlation power value peak detection unit 30a (step S14: Yes).

つぎに、相関電力値ピーク検出部30aが、相関電力値のピーク検出を行う(ステップS15)。具体的には、相関電力値ピーク検出部30aが、相関演算部20aから受け取った相関演算開始位置i毎の相関電力値の中で、最大相関電力値サンプル位置imaxを検索する。そして、最大相関電力値サンプル位置imaxをフレームタイミングとして、最大相関電力値サンプル位置imaxでの相関電力値Pmaxとともにプリアンブル検出部40へ出力する。また、相関電力値ピーク検出部30aは、最大相関電力値サンプル位置imaxをフレームタイミングとして、周波数オフセット推定部80へ出力する。 Next, the correlation power value peak detection unit 30a detects the peak of the correlation power value (step S15). Specifically, the correlation power value peak detection unit 30a searches for the maximum correlation power value sample position i max among the correlation power values for each correlation calculation start position i received from the correlation calculation unit 20a. Then, the maximum correlation power value sample position i max is used as a frame timing, and is output to the preamble detector 40 together with the correlation power value P max at the maximum correlation power value sample position i max . The correlation power value peak detection unit 30a outputs the maximum correlation power value sample position i max to the frequency offset estimation unit 80 as a frame timing.

周波数オフセット推定部80は、相関電力ピーク検出部30aから入力した最大相関電力値サンプル位置imax(フレームタイミング)を開始とするIQ受信信号と、レプリカ信号生成部70で生成されたレプリカ信号2と、を用いて1度だけ相関演算を行い、相関演算結果の位相より周波数オフセット推定値Foffを算出する(ステップS16)。周波数オフセット推定部80は、算出した周波数オフセット推定値FoffをAFC部50へ出力する。なお、具体的な周波数オフセット推定値の算出方法については、実施の形態1(ステップS2の処理)と同様である。 The frequency offset estimation unit 80 includes an IQ reception signal that starts from the maximum correlation power value sample position i max (frame timing) input from the correlation power peak detection unit 30a, and the replica signal 2 generated by the replica signal generation unit 70. The correlation calculation is performed once using, and the frequency offset estimated value F off is calculated from the phase of the correlation calculation result (step S16). The frequency offset estimation unit 80 outputs the calculated frequency offset estimation value F off to the AFC unit 50. Note that a specific method for calculating the frequency offset estimated value is the same as that in the first embodiment (step S2).

つぎに、プリアンブル検出部40が、相関電力値Pmaxと予め記憶している規定の相関電力しきい値Pthとの比較を行う。そして、相関電力値Pmaxと相関電力しきい値Pthとの比較結果をプリアンブル検出結果として、図示しない復調部へ出力する。同様に、最大相関電力値サンプル位置imaxをフレームタイミングとして、図示しない復調部へ出力する(ステップS17)。 Next, the preamble detector 40 compares the correlation power value P max with a predetermined correlation power threshold value P th stored in advance. Then, the comparison result between correlation power value P max and correlation power threshold value P th is output as a preamble detection result to a demodulator (not shown). Similarly, the maximum correlation power value sample position i max is output as a frame timing to a demodulator (not shown) (step S17).

最後に、AFC部50が、AFC処理として、周波数オフセット推定部80から出力された周波数オフセット推定値Foffを用いて、IQ受信信号に対して周波数オフセット補正を行う(ステップS18)。そして、周波数オフセット補正後の信号を受信信号として、図示しない復調部へ出力する。 Finally, the AFC unit 50 performs frequency offset correction on the IQ reception signal using the frequency offset estimation value F off output from the frequency offset estimation unit 80 as AFC processing (step S18). Then, the signal after frequency offset correction is output as a received signal to a demodulator (not shown).

図示しない復調部では、プリアンブル検出結果、フレームタイミング、および受信信号を入力し、復調処理を行う。   A demodulator (not shown) inputs the preamble detection result, the frame timing, and the received signal, and performs demodulation processing.

以上説明したように、本実施の形態では、無線信号同期処理装置において、相関電力のピークを検出するための相関演算には、硬判定またはMSK変調したレプリカ信号を用い、周波数オフセット推定については、相関電力がピークとなる位置で硬判定しないレプリカ信号を用いることとした。これにより、実施の形態1、2と同様の効果を得つつ、さらに、周波数オフセット推定精度を向上させることができる。   As described above, in the present embodiment, in the radio signal synchronization processing device, a hard decision or MSK modulated replica signal is used for correlation calculation for detecting the peak of correlation power, and frequency offset estimation is as follows. A replica signal that does not make a hard decision at a position where the correlation power reaches a peak is used. Thereby, the frequency offset estimation accuracy can be further improved while obtaining the same effects as those of the first and second embodiments.

以上のように、本発明にかかる無線信号同期処理装置は、無線受信機に有用であり、特に、プリアンブル部を含むフレームを受信する無線受信機に適している。   As described above, the radio signal synchronization processing device according to the present invention is useful for a radio receiver, and is particularly suitable for a radio receiver that receives a frame including a preamble portion.

10 遅延検波部
20、20a 相関演算部
30、30a 相関電力値ピーク検出部
40 プリアンブル検出部
50 AFC部
60、70 レプリカ信号生成部
61、71 GMSK変調部
62、72 受信ガウスフィルタ部
63、73 遅延検波部
64 プリアンブル信号硬判定部
65 MSK変調部
66 遅延検波部
80 周波数オフセット推定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Delay detection part 20, 20a Correlation calculating part 30, 30a Correlation power value peak detection part 40 Preamble detection part 50 AFC part 60, 70 Replica signal generation part 61, 71 GMSK modulation part 62, 72 Reception gauss filter part 63, 73 Delay Detection unit 64 Preamble signal hard decision unit 65 MSK modulation unit 66 Delay detection unit 80 Frequency offset estimation unit

Claims (4)

IQ受信信号に付与されているプリアンブル部と同一パターンのプリアンブルデータを周波数変調し、そしてその周波数変調信号を遅延検波し、さらにその遅延検波結果を硬判定することによってレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成手段と、
前記レプリカ信号と遅延検波されたIQ受信信号とを相関演算して相関電力値を算出し、また、前記相関電力値の位相から周波数オフセットによる位相回転量を算出して周波数オフセット推定値を算出する相関演算手段と、
前記相関電力値から最大相関電力値をとるタイミングをフレームタイミングとして検出する相関電力値ピーク検出手段と、
前記最大相関電力値と規定の相関電力しきい値とを比較した結果をプリアンブル検出結果として出力するプリアンブル検出手段と、
前記周波数オフセット推定値を用いて、遅延検波前の前記IQ受信信号を周波数オフセット補正するAFC手段と、
を備えることを特徴とする無線信号同期処理装置。
Replica signal generation for generating a replica signal by frequency-modulating preamble data having the same pattern as the preamble part added to the IQ reception signal, delay-detecting the frequency-modulated signal, and hard-decisioning the delay detection result Means,
A correlation power value is calculated by correlating the replica signal and the delay-detected IQ received signal, and a phase rotation amount due to a frequency offset is calculated from a phase of the correlation power value to calculate a frequency offset estimation value. Correlation calculation means;
Correlation power value peak detection means for detecting, as frame timing, the timing of taking the maximum correlation power value from the correlation power value;
Preamble detection means for outputting a result of comparing the maximum correlation power value and a specified correlation power threshold as a preamble detection result;
AFC means for correcting the frequency offset of the IQ reception signal before delay detection using the frequency offset estimation value;
A wireless signal synchronization processing apparatus comprising:
IQ受信信号に付与されているプリアンブル部と同一パターンのプリアンブルデータをMSK変調し、そしてそのMSK変調信号を遅延検波することによってレプリカ信号を生成するレプリカ信号生成手段と、
前記レプリカ信号と遅延検波されたIQ受信信号とを相関演算して相関電力値を算出し、また、前記相関電力値の位相から周波数オフセットによる位相回転量を算出して周波数オフセット推定値を算出する相関演算手段と、
前記相関電力値から最大相関電力値をとるタイミングをフレームタイミングとして検出する相関電力値ピーク検出手段と、
前記最大相関電力値と規定の相関電力しきい値とを比較した結果をプリアンブル検出結果として出力するプリアンブル検出手段と、
前記周波数オフセット推定値を用いて、遅延検波前の前記IQ受信信号を周波数オフセット補正するAFC手段と、
を備えることを特徴とする無線信号同期処理装置。
A replica signal generation means for generating a replica signal by the preamble data of the preamble section of the same pattern being applied to the IQ received signals MSK modulation, and differential detection the MSK modulation signal,
A correlation power value is calculated by correlating the replica signal and the delay-detected IQ received signal, and a phase rotation amount due to a frequency offset is calculated from a phase of the correlation power value to calculate a frequency offset estimation value. Correlation calculation means;
Correlation power value peak detection means for detecting, as frame timing, the timing of taking the maximum correlation power value from the correlation power value;
Preamble detection means for outputting a result of comparing the maximum correlation power value and a specified correlation power threshold as a preamble detection result;
AFC means for correcting the frequency offset of the IQ reception signal before delay detection using the frequency offset estimation value;
A wireless signal synchronization processing apparatus comprising:
IQ受信信号に付与されているプリアンブル部と同一パターンのプリアンブルデータを周波数変調し、そしてその周波数変調信号を遅延検波し、さらにその遅延検波結果を硬判定することによって第1のレプリカ信号を生成する第1のレプリカ信号生成手段と、
受信したIQ受信信号に付与されているプリアンブル部と同一パターンのプリアンブルデータを周波数変調し、そしてその周波数変調信号を遅延検波することによって第2のレプリカ信号を生成する第2のレプリカ信号生成手段と、
前記第1のレプリカ信号と遅延検波されたIQ受信信号とを相関演算して相関電力値を算出する相関演算手段と、
前記相関電力値から最大相関電力値をとるタイミングをフレームタイミングとして検出する相関電力値ピーク検出手段と、
前記最大相関電力値と規定の相関電力しきい値とを比較した結果をプリアンブル検出結果として出力するプリアンブル検出手段と、
前記第2のレプリカ信号と前記フレームタイミングを開始とするIQ受信信号とを用いて相関演算を行い、周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、
前記周波数オフセット推定値を用いて、遅延検波前の前記IQ受信信号を周波数オフセット補正するAFC手段と、
を備えることを特徴とする無線信号同期処理装置。
The preamble data of the preamble section of the same pattern being applied to the IQ received signal frequency-modulated, and its frequency modulation signal to delay detection, further generates a first replica signal by hard decision the delay detection result First replica signal generating means;
Second replica signal generating means for generating a second replica signal by frequency-modulating preamble data having the same pattern as the preamble portion attached to the received IQ reception signal and delay-detecting the frequency modulation signal ; ,
Correlation calculating means for calculating a correlation power value by calculating a correlation between the first replica signal and the delay-detected IQ received signal;
Correlation power value peak detection means for detecting, as frame timing, the timing of taking the maximum correlation power value from the correlation power value;
Preamble detection means for outputting a result of comparing the maximum correlation power value and a specified correlation power threshold as a preamble detection result;
Said second replica signal, performs a correlation calculation using the IQ received signal to start the frame timing, and frequency offset estimation means for calculating a frequency offset estimate,
AFC means for correcting the frequency offset of the IQ reception signal before delay detection using the frequency offset estimation value;
A wireless signal synchronization processing apparatus comprising:
IQ受信信号に付与されているプリアンブル部と同一パターンのプリアンブルデータをMSK変調し、そしてそのMSK変調信号を遅延検波することによって第1のレプリカ信号を生成する第1のレプリカ信号生成手段と、
受信したIQ受信信号に付与されているプリアンブル部と同一パターンのプリアンブルデータを周波数変調し、そしてその周波数変調信号を遅延検波することによって第2のレプリカ信号を生成する第2のレプリカ信号生成手段と、
前記第1のレプリカ信号と遅延検波されたIQ受信信号とを相関演算して相関電力値を算出する相関演算手段と、
前記相関電力値から最大相関電力値をとるタイミングをフレームタイミングとして検出する相関電力値ピーク検出手段と、
前記最大相関電力値と規定の相関電力しきい値とを比較した結果をプリアンブル検出結果として出力するプリアンブル検出手段と、
前記第2のレプリカ信号と前記フレームタイミングを開始とするIQ受信信号とを用いて相関演算を行い、周波数オフセット推定値を算出する周波数オフセット推定手段と、
前記周波数オフセット推定値を用いて、遅延検波前の前記IQ受信信号を周波数オフセット補正するAFC手段と、
を備えることを特徴とする無線信号同期処理装置。
The preamble data is MSK modulation of the preamble part of the same pattern being applied to the IQ received signal, and a first replica signal generating means for generating a first replica signal by differential detection the MSK modulation signal,
Second replica signal generating means for generating a second replica signal by frequency-modulating preamble data having the same pattern as the preamble portion attached to the received IQ reception signal and delay-detecting the frequency modulation signal ; ,
Correlation calculating means for calculating a correlation power value by calculating a correlation between the first replica signal and the delay-detected IQ received signal;
Correlation power value peak detection means for detecting, as frame timing, the timing of taking the maximum correlation power value from the correlation power value;
Preamble detection means for outputting a result of comparing the maximum correlation power value and a specified correlation power threshold as a preamble detection result;
Said second replica signal, performs a correlation calculation using the IQ received signal to start the frame timing, and frequency offset estimation means for calculating a frequency offset estimate,
AFC means for correcting the frequency offset of the IQ reception signal before delay detection using the frequency offset estimation value;
A wireless signal synchronization processing apparatus comprising:
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