JP6095165B2

JP6095165B2 - 同期方法および同期装置

Info

Publication number: JP6095165B2
Application number: JP2013102250A
Authority: JP
Inventors: 正治山下; 内藤　昌志; 昌志内藤
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-05-14
Also published as: JP2014222838A

Description

本発明は、伝送信号の同期方法および同期装置に関するものである。

従来、直交周波数分割多重変調方式を用いたデータ伝送装置おいて、受信機側で、受信信号と所定の同期シンボルとの相関演算を行うに際して、当該相関演算により得られる相関演算値の所定期間の値を１／Ｎ倍(Ｎ＞１)とした上で、当該相関演算値の最大値を検出し、当該検出した最大値に基づき、受信機の同期検出、制御を行うようにしたもので、マルチパスフェージングの存在する状況でも、主波に同期する確度を向上できると共に、相関演算量を増やすことなく、遅延時間の長い反射波の存在に対しても、主波に同期する確度が向上し、安定した同期検出ができる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−２１１１３７号公報

本発明の目的は、長遅延のマルチパスフェージング環境下で正しく復調されていても同期外れが起きてしまうという問題点を解決し、ＦＤＭ(Frequency Division Multiplexing：周波数分割多重)−ＰＳＫ (Phase Shift Keying：位相変移変調)信号のシンボル同期方法を提供する。

本発明の同期方法は、ガード区間とデータ区間からなる伝送信号を同期する同期方法であって、伝送信号を入力する入力ステップと、ＳＮ比を算出するＳＮ比算出ステップと、同期の粗調整ステップと、同期の微調整ステップと、ＳＮ比算出ステップで算出したＳＮ比に応じて粗調整ステップと微調整ステップを切替える切替えステップとを有することを特徴とする。

また、本発明の同期装置は、ガード区間とデータ区間からなる伝送信号を同期する同期装置であって、伝送信号を入力する入力部と、ゼロクロス点検出部と、同期信号発生部と、伝送信号のＳＮ比を算出するＳＮ比算出部と、同期の粗調整処理部と、同期の微調整処理部とを有し、ＳＮ比算出部の出力に応じて粗調整処理部と微調整処理部を切替える切替えことを特徴とする。

本発明によれば、伝送信号から算出したＳ／Ｎ算出値を同期判定材料とした受信シンボル同期方法を用いることで、長遅延のマルチパスフェージング環境下でも正しく同期ポイントを保持でき、安定した受信品質が維持できる。

本発明の一実施例である同期装置を説明するためのブロック図である。ＩＱコンスタレーション上の信号配置点を説明するための図である。本発明の一実施例である同期装置の動作を説明するためのフローチャートである。図３の同期判別データ収集処理の詳細動作を説明するためのフローチャートである。図３の同期ポイント良否判別処理の詳細動作を説明するためのフローチャートである。図３の微調整処理の詳細動作を説明するためのフローチャートである。ＦＤＭ−ＰＳＫのシンボル構成を説明するための図である。ＦＤＭ−ＰＳＫのスペクトラムを説明するための図である。同期装置の粗調整処理の一例を説明するための図である。同期装置の微調整処理の一例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施例の詳細について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例である同期装置を説明するためのブロック図である。
図１において、同期装置１００は、乗算部１０２と、同期信号発生部１０３と、Ｓ／Ｎ(Signal to Noise ratio)算出部１０４と、ＢＰＦ(Band Pass Filter)部１０５と、ゼロクロス点検出部１０６と、粗調整／微調整処理部１０７で構成されている。
同期装置１００は、伝送信号１０１を入力し、同期ポイント信号１０８を出力する。

同期装置１００は、ＦＤＭ（Frequency Division Multiplexing：周波数分割多重）−ＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相変移変調）伝送信号１０１と同期信号発生部１０３からの同期サブキャリア信号を乗算部１０２で乗算し、ＢＰＦ部１０５で同期信号を検出する。検出した同期信号の位相変化点（シンボル同期点）をゼロクロス点検出部１０６で同期信号の位相変化点をゼロクロス検出し、微調整／粗調整処理部１０７で検出したゼロクロス点とＦＤＭ−ＰＳＫ伝送信号１０１からＳ／Ｎ算出部１０４で算出したＳ／Ｎ算出値で同期ポイント信号１０８の検出および調整を行う。

図２は、ＩＱコンスタレーション上の信号配置点を説明するための図である。
Ｓ／Ｎ算出は図２に示すように正常の信号配置点２０１と実際の信号配置点２０２のずれから信号電力と雑音電力の比を算出する。Ｓ／Ｎ算出方法の手順を以下に示す。

最初は、復調した信号から信号電力と雑音電力を算出する。
ＢＰＳＫ(Binary Phase Shift Keying)の場合は、式１と式２から算出する。
信号電力＝Σ受信復調結果Ｉ・・・（式１）
雑音電力＝Σ受信復調結果Ｑ・・・（式２）

ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)の場合は、式３と式４から算出する。
信号電力＝Σ（（受信復調結果Ｉ×受信復調結果Ｉの硬判定）
＋（受信復調結果Ｑ×受信復調結果Ｑの硬判定））・・・（式３）
雑音電力＝Σ（（受信復調結果Ｉ×受信復調結果Ｑの硬判定）
−（受信復調結果Ｉ×受信復調結果Ｑの硬判定））・・・（式４）

次に、式１〜式４で求めた信号電力と雑音電力結果の平均値を算出する。算出式は式５と式６である。
平均信号電力＝平均信号電力×λ＋信号電力×（１−λ）・・・（式５）
平均雑音電力＝平均雑音電力×λ＋雑音電力×（１−λ）・・・（式６）
なお、λは忘却係数である。

次に本発明の一実施例の詳細な動作について、図３〜図６のフローチャートを用いて説明する。
図３は、本発明の一実施例である同期装置の動作を説明するためのフローチャートである。
同期装置１００は、Ｉ相同期信号の最大振幅値（MaxampＩ）と、Ｑ相同期信号の最大振幅値（MaxampＱ）とゼロクロス点（CrosspointＩ、CrosspointＱ）を用いて同期判別データ収集する（Ｓ３０１）。

同期装置１００は、収集データから同期ポイント良否を判別する（Ｓ３０２）。
同期装置１００は、良否結果である同期良否判別フラグ（Syncflag）を判定する（Ｓ３０３）。
同期装置１００は、Ｓ３０３の処理で同期良否判別フラグ（Syncflag）が“良”の場合（ＹＥＳ）には正しい同期ポイントであるので、同期保持のために微調整処理を行う（Ｓ３０４）。
同期装置１００は、Ｓ３０３の処理で同期良否判別フラグ（Syncflag）が“否”の場合（ＮＯ）には同期ポイントが外れているので、再検出のため粗調整処理を行う（Ｓ３０５）。
そして処理を終了する。

図４は、図３の同期判別データ収集処理の詳細動作を説明するためのフローチャートである。
同期装置１００は、Ｉ相同期信号の最大振幅値（MaxampＩ）と、Ｑ相同期信号の最大振幅値（MaxampＱ）を比較する（Ｓ４０１）。
同期装置１００は、Ｓ４０１の処理でＩ相同期信号の最大振幅値（MaxampＩ）がＱ相同期信号の最大振幅値（MaxampＱ）以上の場合（ＹＥＳ）はＳ４０２の処理に進み、Ｉ相同期信号の最大振幅値（MaxampＩ）がＱ相同期信号の最大振幅値（MaxampＱ）より小さい場合（ＮＯ）はＳ４０３の処理に進む。

同期装置１００は、Ｓ４０２の処理で、I相同期信号の最大振幅値（MaxampＩ）とゼロクロス点（CrosspointＩ）を同期判別データ収集材料として使用するため、Ｉ相同期信号の最大振幅値（MaxampＩ）を選択最大振幅値（Selmaxamp）に設定し、Ｉ相同期信号のゼロクロス点（CrosspointＩ）を選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）に設定し、Ｓ４０４の処理に進む。
同期装置１００は、Ｓ４０３の処理で、Ｑ相同期信号の最大振幅値（MaxampＱ）と、ゼロクロス点(CrosspointQ)を同期判別データ収集材料として使用するため、Ｑ相同期信号の最大振幅値（MaxampＱ）を選択最大振幅値(Selmaxamp) に設定し、Ｑ相同期信号のゼロクロス点（CrosspointＱ）を選択ゼロクロス点(Selcrosspoint)に設定し、Ｓ４０４の処理に進む。

同期装置１００は、Ｓ４０４の処理で、Ｉ相同期信号のゼロクロス点（CrosspointＩ）とＱ相同期信号のゼロクロス点（CrosspointＱ）をゼロクリアし、Ｉ相同期信号の最大振幅値（MaxampＩ）とＱ相同期信号の最大振幅値（MaxampＱ）をゼロクリアする。

同期装置１００は、選択最大振幅値（Selmaxamp）と振幅閾値（THRESHSYNC）を比較し（Ｓ４０５）、選択最大振幅値（Selmaxamp）が振幅閾値（THRESHSYNC）以上の場合（ＹＥＳ）はＳ４０６の処理に進み、選択最大振幅値（Selmaxamp）が振幅閾値（THRESHSYNC）より小さい場合（ＮＯ）は同期判別データ収集処理を終了する。

（ゼロクロス点の判別）
同期装置１００は、Ｓ４０６の処理で、同期ポイント検出回数カウンタ（Syncchkcnt）に“１”を加算する。
同期装置１００は、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）が微調エリア内かを確認するため、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）がSYNCNGMINより大きく、SYNCOKMAX以下であることを判定し（Ｓ４０７）、ＹＥＳの場合はＳ４０９の処理に進み、ＮＯの場合はＳ４０８の処理に進む。
同期装置１００は、Ｓ４０８の処理で、同期ポイントＮＧカウンタ（Syncngcnt）に“１”を加算する。

同期装置１００は、Ｓ４０９の処理で、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）の該当する同期エリアを判別する。
同期装置１００は、Ｓ４０９の処理で、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）がＡＲＥＡ１以上でＡＲＥＡ２より小さい場合には、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）が同期エリア１の範囲内にあるので同期エリア１（Syncarea［０］）に“１”を加算し（Ｓ４１０）、同期判別データ収集処理を終了する。
同期装置１００は、Ｓ４０９の処理で、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）がＡＲＥＡ２以上でAREA3より小さい場合には、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）が同期エリア２の範囲内にあるので同期エリア２（Syncarea［１］)に“１”を加算し（Ｓ４１１）、同期判別データ収集処理を終了する。

同期装置１００は、Ｓ４０９の処理で、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）がＡＲＥＡ３以上でＡＲＥＡ４より小さい場合には、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）が同期エリア３の範囲内にあるので同期エリア３（Syncarea［２］）に“１”を加算し（Ｓ４１２）、同期判別データ収集処理を終了する。
同期装置１００は、Ｓ４０９の処理で、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）がＡＲＥＡ４以上でＡＲＥＡ５より小さい場合には、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）が同期エリア４の範囲内にあるので同期エリア４（Syncarea［３］）に“１”を加算し（Ｓ４１３）、同期判別データ収集処理を終了する。

図５は、図３の同期ポイント良否判別処理の詳細動作を説明するためのフローチャートである。
同期装置１００は、同期ポイント検出回数カウンタ（Syncchkcnt）とカウンタ閾値（SYNCCHKNUM）を比較し（Ｓ５０１）、同期ポイント検出回数カウンタ（Syncchkcnt）がカウンタ閾値（SYNCCHKNUM）以上の場合（ＹＥＳ）にはＳ５０２の処理に進み、同期ポイント検出回数カウンタ（Syncchkcnt）がカウンタ閾値（SYNCCHKNUM）より小さい場合（ＮＯ）には同期ポイント良否判別の処理を終了する。

同期装置１００は、Ｓ５０２の処理で、同期ポイント良否確認処理に入り、復調した信号から算出したＳ／Ｎ算出値（Snr）とＳ／Ｎ算出値の閾値（THRESHSNR）の比較し、同期判別データ収集で求めた同期ＮＧカウンタ（Syncngcnt）と同期ＮＧカウンタ閾値（SYNCNGNUM）を比較する。
同期装置１００は、Ｓ５０２の処理で、同期ＮＧカウンタ（Syncngcnt）が同期ＮＧカウンタ閾値（SYNCNGNUM）以上で、かつＳ／Ｎ算出値（Snr）がＳ／Ｎ算出値の閾値（THRESHSNR）より小さい場合（ＹＥＳ）には同期外れと判別してＳ５０３の処理に進み、上述の条件に該当しない場合（ＮＯ）にはＳ５０４の処理に進む。

同期装置１００は、Ｓ５０３の処理で、同期良否判別フラグ（Syncflag）を“ＮＧ”に設定して微調整処理から粗調整処理に変更する。
同期装置１００は、Ｓ５０４の処理で、同期ポイント検出回数カウンタ（Syncchkcnt）と同期ポイントＮＧカウンタ（Syncngcnt）をゼロクリアし、同期ポイント良否判別の処理を終了する。

図６は、図３の微調整処理の詳細動作を説明するためのフローチャートである。
同期装置１００は、最初のみランダムウォーク（Randomwork）値に初期値である“０”を設定し（Ｓ６０１）、Ｓ６０２の処理に進む。

同期装置１００は、Ｓ６０２の処理で、選択ゼロクロス点（Selzerocross）が微調整エリア内か否かを判定する。
同期装置１００は、Ｓ６０２の処理で、選択ゼロクロス点（Selzerocross）が−ADJUSTFINE_RANGEより大きくADJUSTFINE_RANGEより小さい場合には微調整エリア内（ＹＥＳ）であると判定した場合にはＳ６０３の処理に進み、選択ゼロクロス点（Selzerocross）が上述の範囲外（ＮＯ）であると判定した場合にはＳ６１３の処理に進む。

同期装置１００は、Ｓ６１３の処理で、同期ポイントの進みまたは遅れの検出および制御を行わず、シンボル同期カウンタ（Synccnt）を初期値に設定し、微調整処理を終了する。

同期装置１００は、Ｓ６０３の処理で、再度、選択ゼロクロス点（Selzerocross）の進みまたは遅れの判定を行う。
同期装置１００は、Ｓ６０３の処理で、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）が“０”未満の場合（ＹＥＳ）はＳ６０４の処理に進み、選択ゼロクロス点（Selcrosspoint）が“０”以上の場合（ＮＯ）はＳ６０９の処理に進む。

同期装置１００は、Ｓ６０４の処理で、同期ポイントが遅れているのでランダムウォーク値（Randomwalk）から“１”を減算し、Ｓ６０５の処理に進む。
同期装置１００は、Ｓ６０５の処理で、同期ポイントの進み制御を確認するため、ランダムウォーク値（Randomwalk）がランダムウォーク閾値（-RANDOMWALKNUM）以下であるか否かを判定し、ランダムウォーク値（Randomwalk）がランダムウォーク閾値（-RANDOMWALKNUM）以下である場合（ＹＥＳ）にはＳ６０６の処理に進み、ランダムウォーク値（Randomwalk）がランダムウォーク閾値（-RANDOMWALKNUM）より大きい場合（ＮＯ）にはＳ６０８の処理に進む。

同期装置１００は、Ｓ６０６の処理で、同期ポイントの進み制御を行うため、シンボル同期カウンタ（Synccnt）に“１”を加算して、Ｓ６０７の処理に進む。
同期装置１００は、Ｓ６０７の処理で、ランダムウォーク値（Randomwalk）をゼロクリアし、微調整処理を終了する。
同期装置１００は、Ｓ６０８の処理で、進み制御を行わずにシンボル同期カウンタ（Synccnt）を初期値に設定し、微調整処理を終了する。

同期装置１００は、Ｓ６０９の処理で、ランダムウォーク値（Randomwalk）に“１”を加算し、Ｓ６１０の処理に進む。
同期装置１００は、Ｓ６１０の処理で、ランダムウォーク値（Randomwalk）がランダムウォーク閾値（RANDOMWALKNUM）以上か否かを判定する。
同期装置１００は、Ｓ６１０の処理で、ランダムウォーク値（Randomwalk）がランダムウォーク閾値（RANDOMWALKNUM）以上の場合（ＹＥＳ）にはＳ６１１の処理に進み、ランダムウォーク値（Randomwalk）がランダムウォーク閾値（RANDOMWALKNUM）より小さい場合（ＮＯ）にはＳ６０８の処理に進む。

同期装置１００は、Ｓ６１１の処理で、同期ポイントの遅れ制御を行うため、シンボル同期カウンタ（Synccnt）から“１”を減算し、Ｓ６１２の処理に進む。
同期装置１００は、Ｓ６１２の処理で、ランダムウォーク値（Randomwalk）をゼロクリア(612)し、微調整処理を終了する。

図７は、ＦＤＭ−ＰＳＫのシンボル構成を説明するための図である。
図７において、ＦＤＭ−ＰＳＫの送信シンボルは、１シンボル７０１をガード長７０２と有効シンボル長７０３で構成されている。

図８は、ＦＤＭ−ＰＳＫのスペクトラムを説明するための図である。
図８において、ＦＤＭ−ＰＳＫのスペクトルは１サブキャリアのπシフト信号８０１と複数のＰＳＫ変調されたサブキャリア信号８０２で構成され、１サブキャリアのπシフト信号８０１を抽出して受信シンボル同期を行う。

（粗調整処理）
図９は、同期装置の粗調整処理の一例を説明するための図である。
図１の粗調整／微調整処理部１０７は、１シンボル（９００）を４分割した同期エリア１（９０１）、同期エリア２（９０２）、同期エリア３（９０３）、同期エリア４（９０４）に各々の同期信号のゼロクロス点を集計する同期エリアカウンタを有する。

次に、粗調整／微調整処理部１０７の粗調整処理について説明する。
同期信号のゼロクロス点が同期エリア１（ＡＲＥＡ１〜ＡＲＥＡ２）の範囲内では同期エリア１（９０１）の同期エリアカウンタに“１”加算する。
同期信号のゼロクロス点が同期エリア２（ＡＲＥＡ２〜ＡＲＥＡ３）の範囲内では同期エリア２（９０２）の同期エリアカウンタに“１”を加算する。
同期信号のゼロクロス点が同期エリア３（ＡＲＥＡ３〜ＡＲＥＡ４）の範囲内では同期エリア３（９０３）の同期エリアカウンタに“１”を加算する。
同期信号のゼロクロス点が同期エリア４（ＡＲＥＡ４〜ＡＲＥＡ５）の範囲内では同期エリア４（９０４）の同期エリアカウンタに“１”を加算する。
その後、集計結果から最大の同期エリアカウンタを同期ポイントが入っている同期エリアとし、同期ポイント調整を微調整処理に変更する。

（微調整処理）
図１０は、同期装置の微調整処理の一例を説明するための図である。
図１の粗調整／微調整処理部１０７は、微調整エリア１（１００１）と、微調整エリア２（１００２）を有する。

次に、粗調整／微調整処理部１０７の微調整処理について説明する。
同期信号のゼロクロス点が微調整エリア１（１００１）（−ＡＤＪＵＳＴＦＩＮＥ＿ＲＡＮＧＥ〜０）の範囲内は、同期ポイントが進んでいるので同期ポイント遅れ制御を行う。
同期信号のゼロクロス点が微調整エリア２（１００２）（０〜＋ＡＤＪＵＳＴＦＩＮＥ＿ＲＡＮＧＥ）の範囲内は、同期ポイントが遅れているので同期ポイント進み制御を行う。

以上本発明について詳細に説明したが、本発明は、ここに記載された同期方法および同期装置に限定されるものではなく、上記以外の同期方法および同期装置に広く適用することができることは言うまでもない。

１００：同期装置、１０１：伝送信号、１０２：乗算部、１０３：同期信号発生部、１０４：Ｓ／Ｎ算出部、１０５：ＢＰＦ部、１０６：ゼロクロス点検出部、１０７：粗調整／微調整処理部、１０８：同期ポイント信号。

Claims

直交周波数分割多重変調方式を用いたデータ伝送装置の受信機側におけるガード区間とデータ区間からなる伝送信号を同期する同期装置の同期方法において、
同期サブキャリア信号を出力する同期信号発生ステップと、
前記同期サブキャリア信号と入力される前記伝送信号とを乗算する乗算ステップと、
該乗算ステップによる出力を同期信号として検出するＢＰＦステップと、
該検出した同期信号の位相変化点をゼロクロス検出するゼロクロス点検出ステップと、
前記入力される伝送信号から算出したＳ／Ｎ値を出力するＳ／Ｎ算出ステップと、
前記検出したゼロクロス点と前記算出したＳ／Ｎ値に基づき同期ポイント信号の検出および調整を行う微調整／粗調整処理部とにより、前記ＳＮ比算出ステップによる出力に応じて粗調整処理と微調整処理を切替える切替ステップとを有することを特徴とする同期装置の同期方法。
直交周波数分割多重変調方式を用いたデータ伝送装置の受信機側におけるガード区間とデータ区間からなる伝送信号を同期する同期装置において、
同期サブキャリア信号を出力する同期信号発生部と、
前記同期サブキャリア信号と入力される前記伝送信号とを乗算する乗算部と、
該乗算部の出力を同期信号として検出するＢＰＦと、
該検出した同期信号の位相変化点をゼロクロス検出するゼロクロス点検出部と、
前記入力される伝送信号から算出したＳ／Ｎ値を出力するＳ／Ｎ算出部と、
前記検出したゼロクロス点と前記算出したＳ／Ｎ値に基づき同期ポイント信号の検出および調整を行う微調整／粗調整処理部とを備え、
該微調整／粗調整処理部は、前記ＳＮ比算出部の出力に応じて粗調整処理と微調整処理を切替えることを特徴とする同期装置。
前記請求項２に記載の同期装置であって、
粗調整処理は、前記ガード区間とデータ区間を１シンボルとし、当該１シンボルを所定の同期エリアに分割し、各々の同期信号のゼロクロス点を集計する同期エリアカウンタを備え、
該同期エリアカウンタの集計結果から最大のゼロクロス点が集計されているエリアを同期エリアとして設定することを特徴とする同期装置。
前記請求項２または３に記載の同期装置であって、
微調整処理は、前記粗調整処理で設定された同期エリアの範囲内において、
同期信号のゼロクロス点が同期ポイントに対してマイナス側の場合には、同期ポイント遅れ制御を行い、
同期信号のゼロクロス点が同期ポイントに対してプラス側の場合には、同期ポイント進み制御を行うことを特徴とする同期装置。