JP6229224B2 - 同期信号検出装置、及び同期信号検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、同期信号検出装置、及び同期信号検出方法に関する。

一般的に、送信機と受信機との間で伝送されるデジタル無線通信においては、データをフレーム単位で送受信している。このとき、各フレームの所定位置には、特定の信号配列パターンを有する同期信号(同期ワード)が挿入されている。従って、受信機は、受信したデータから同期ワードを検出することによって同期を確立してフレーム内のデータを取得し、例えば音声信号などに復調して出力している。このとき、送信機と受信機との間で周波数オフセット（周波数偏差：Δｆ）が存在すると正しい同期ワードの位置を検出することができないので、様々な技術によって周波数オフセット（周波数偏差）の補正（Δｆ補正）が行われている。

例えば、送受信機間で常に信号が流れている常送通信システムにおいては、受信器が同期ワードを取得する前に周波数推定に時間をかけることによって（すなわち、周波数を追尾することによって）Δｆ補正を行い、正しい同期ワードの取得を行っている。言い換えると、受信機は、受信したデータのフレームごとに、逐次、同期位置を推定しながらΔｆ補正を行い、正確な同期ワードの取得を行っている。また、送受信機間において通信時のみ信号が流れている非常送通信システムにおいては、送信機が同期ワードを送出する前にプリアンブル信号が送出される。従って、受信機側では、このプリアンブル信号を受信してΔｆ補正を行い、正しい同期ワードの取得を行っている。

また、広域フィルタを使用することなく、周波数オフセットに起因するＤＣオフセット量を適正に補正して、受信すべき最初の同期信号を正確に検出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、受信機側において、受信検波信号と既知のフレーム同期ワードとを相関処理して得られた相関値のピーク値を、予め定められた第１の閾値と比較している。そして、このピーク値が第１の閾値より大きい場合には、該当する受信検波信号の検波出力を同期ワードの候補とみなして、受信検波信号に含まれるＤＣオフセット量を算出している。そして、前記検波出力から、算出したＤＣオフセット量を減算して、同期ワードの補正信号を生成している。さらに、この同期ワードの補正信号と既知のフレーム同期ワードとのベクトル誤差を算出している。そして、このベクトル誤差を第２の閾値と比較し、ベクトル誤差が第２の閾値より小さいときに同期が確立したと判定している。

特許第４４６１０６１号公報

しかしながら、受信信号の同期ワード（シンボルデータ）と既知のフレーム同期ワードとの相関計算によって正確な同期ワードの位置をサーチする際、送信機側と受信機側との間で周波数オフセット（周波数偏差）が存在すると、受信機側で求められた同期ワードの相関値に誤差が発生する。その結果、受信機側では必要とする同期ワードの位置を正確に検出することができない。このため、従来技術では、周波数オフセット量を追尾しながら真の同期ワードの位置を検出してフレーム同期を確立したり、プリアンブル信号を用いてフレーム同期を確立したりしていたので、フレーム同期の確立を短時間かつ高精度に行うことができないなどの問題が生じていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、フレーム同期の確立を迅速かつ高精度に行うことができる同期信号検出装置、及び同期信号検出方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る同期信号検出装置は、受信信号から抽出した受信検波信号と既知のフレーム同期ワードとの第１の相関値を算出する第１相関値算出部と、前記第１相関値算出部が算出した第１の相関値に基づいて、前記受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの誤差の極小値を検出するピーク検出部と、前記ピーク検出部が検出した極小値の時間軸上の位置において、前記受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの周波数の誤差を周波数偏差として算出する周波数偏差算出部と、前記周波数偏差算出部が算出した周波数偏差に基づいて前記受信検波信号の周波数を補正する補正部と、補正後の受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの第２の相関値を算出する第２相関値算出部と、前記第２相関値算出部が算出した第２の相関値と所定の閾値との比較結果に基づいて同期確立の判定を行う同期確立判定部と、を備えることを特徴としている。

また、本発明の一態様に係る同期信号検出装置において、前記受信検波信号は４値ＦＳＫ信号であり、前記第１相関値算出部は、前記４値ＦＳＫ信号のシンボルデータの時間軸上の位置と前記既知のフレーム同期ワードの時間軸上の位置との相関値を前記第１の相関値として算出するようにしてもよい。

また、本発明の一態様に係る同期信号検出装置において、前記第１の相関値は、前記４値ＦＳＫ信号のシンボルデータの時間軸上の位置と前記既知のフレーム同期ワードの時間軸上の位置とのズレを示す誤差レベルであって、前記ピーク検出部は、前記誤差レベルの極小値を検出するようにしてもよい。

また、本発明の一態様に係る同期信号検出装置において、前記周波数偏差に基づいて補正された４値ＦＳＫ信号のシンボルデータの硬判定処理を行う硬判定復調部をさらに備え、前記同期確立判定部は、前記第２相関値算出部が算出した第２の相関値と所定の閾値との比較結果に加えて、前記硬判定復調部で硬判定処理された前記４値ＦＳＫ信号のシンボルデータと前記既知のフレーム同期ワードとの比較結果を参照して、同期確立の判定を行うようにしてもよい。

上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る同期信号検出方法は、受信信号から抽出した受信検波信号と既知のフレーム同期ワードとの第１の相関値を算出する第１のステップと、前記第１のステップで算出された第１の相関値に基づいて、前記受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの誤差の極小値を検出する第２のステップと、前記第２のステップで検出された極小値の時間軸上の位置において、前記受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの周波数偏差を算出する第３のステップと、前記第３のステップで算出された周波数偏差に基づいて前記受信検波信号の周波数を補正する第４のステップと、前記第４のステップで周波数が補正された補正後の受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの第２の相関値を算出する第５のステップと、前記第５のステップで算出された第２の相関値と所定の閾値との比較結果に基づいて同期確立の判定を行う第６のステップと、を含むことを特徴としている。

本発明によれば、同期信号検出装置は、フレーム同期の確立を迅速かつ高精度に行うことができる。

本実施形態にかかるデジタル無線通信機の受信機の概略構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る復調部の詳細な構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る復調部の内部回路を機能的に示すブロック図である。 本実施形態に係る復調部が同期検出を行うときの処理の流れを示すフローチャートである。 受信信号のシンボルと既知のフレーム同期ワードとの１スロット分の相関値を示す実測波形である。

［実施形態の概要］
本実施形態の同期信号検出装置は、まず、未加工の受信信号の同期ワード（シンボルデータ）と既知のフレーム同期ワードとの相関値（第１の相関値）を求め、この第１の相関値の極小値を検出（ピーク点検出）する。次に、同期信号検出装置は、この極小値（ピーク点）を仮のポイントとして、受信信号と既知のフレーム同期ワードとの周波数偏差（Δｆ）を推定する。そして、同期信号検出装置は、推定された周波数偏差（Δｆ）に基づいて求められた周波数偏差補正値（Δｆ補正値）によって受信信号の周波数を補正する。さらに、同期信号検出装置は、補正後の受信信号の同期ワードと既知のフレーム同期ワードとの相関値（第２の相関値）を求め、この第２の相関値が所定の閾値より小さくなったときに真の同期ワードを検出して同期が確立したと判定する。このようにして、同期信号検出装置は、周波数の追尾を行うことなく、受信信号の同期ワード（シンボルデータ）と既知のフレーム同期ワードとの２度の相関計算によって真の同期ワードを求めている。従って、同期信号検出装置は、フレーム同期の確立を短時間かつ高精度に行うことができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に述べる実施形態は本発明の理解を容易にするための一例であるので、本発明は、以下の実施形態の内容に限定されるものではない。

図１は、本実施形態にかかるデジタル無線通信機の受信機１の概略構成を示すブロック図である。この受信機１は、一例として、受信信号を音声信号に変換して出力する構成で示されている。図１に示すように、受信機１は、アンテナ２、受信部３、復調部４、出力部５、及びスピーカ６を備えている。

アンテナ２は、図示しない送信機から無線電波を受信する。
受信部３は、アンテナ２で受信された無線信号（受信信号）を、周知の濾波・増幅・混合等の処理を行い、処理後の信号を復調部４へ出力する。
復調部４は、受信部３から入力された受信信号を復調信号（音声信号）に復調する。このとき、復調部４では、周波数−電圧変換が行われるため、送信機と受信機との周波数誤差の関係で周波数オフセット（周波数偏差：Δｆ）に起因するＤＣオフセットが重畳する。
このような周波数偏差（Δｆ）に起因するＤＣオフセットが存在すると、受信信号の各フレームの所定位置に挿入されている同期ワードを検出するときに検出誤差が生じる。言い換えると、復調部４は、ＤＣオフセットが存在すると同期の確立を正確に行うことができない。そこで、復調部４では、受信信号の同期ワードと既知のフレーム同期ワードとの２度の相関計算によって真の同期ワードを求めて同期の確立を行っているが、この手法の詳細については後述する。

出力部５は、復調部４で同期が確立されて出力された復調信号（音声信号）を入力し、この復調信号（音声信号）をデジタル／アナログ変換して増幅した後にスピーカ６へ出力する。
スピーカ６はアナログ変換された復調信号（音声信号）を音響化して音声として出力する。

図２は、本実施形態に係る復調部４の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示すように、復調部４は、Ｖ／Ｆ変換器１１、第１相間計算器１２、ピーク検出器１３、Δｆ検出器１４、減算器１５、第２相関計算器１６、閾値判定器１７、硬判定復調器１８、同期ワード検出器１９、同期確立判定器２０を備えている。

図１の受信部３から復調部４へ入力された受信信号は、図２に示すように、２４ｋサンプル／ｓｅｃでサンプリングされたＩＱ信号（変調信号）としてＶ／Ｆ変換器１１へ入力される。
Ｖ／Ｆ変換器１１は、２４ｋサンプル／ｓｅｃでサンプリングされたＩＱ信号を、シンボル周波数偏差間隔が狭い２４ｋサンプル／ｓｅｃの４値ＦＳＫ信号に変換して第１相間計算器１２へ入力する。
第１相間計算器１２は、２４ｋサンプル／ｓｅｃの４値ＦＳＫ信号（すなわち、受信信号のシンボルデータ）と既知のフレーム同期ワードとの周波数偏差（Δｆ）の相関計算を行って第１の相関値を求める。

ピーク検出器１３は、第１相間計算器１２により相関計算によって求められた第１の相関値に基づいて、受信信号のシンボル位置と既知のフレーム同期ワードの位置との誤差レベルの極小値（すなわち、ピーク点）を検出する。
Δｆ検出器１４は、ピーク検出器１３からのピーク点情報とＶ／Ｆ変換器１１からの２４ｋサンプル／ｓｅｃの４値ＦＳＫ信号とに基づいて、誤差レベルが極小値となる位置の周波数偏差Δｆの情報を減算器１５へ出力する。
減算器１５は、Ｖ／Ｆ変換器１１が送信した２４ｋサンプル／ｓｅｃの４値ＦＳＫ信号（すなわち、受信信号のシンボルデータ）から、誤差レベルが極小値となる位置の周波数偏差Δｆを減算して、補正後の受信信号（すなわち、周波数偏差補正値（Δｆ補正値）のデータ）を求める。

第２相関計算器１６は、演算対象サンプルとして決定されたピーク検出器１３からのピーク点情報と、減算器１５からの周波数偏差補正値（Δｆ補正値）のデータとに基づいて、補正後の受信信号のシンボルデータと既知のフレーム同期ワードとの相関計算を行い、補正後の受信信号シンボルデータの周波数と既知のフレーム同期ワードの周波数との相関値（第２の相関値）を求める。
閾値判定器１７は、第２相関計算器１６で求められた第２の相関値が所定の閾値を下回ったか否かを判定して、その判定結果を同期確立判定器２０へ送信する。

硬判定復調器１８は、演算対象サンプルとして決定されたピーク検出器１３からのピーク点情報と、減算器１５からの周波数偏差補正値（Δｆ補正値）のデータとに基づいて、Ｖ／Ｆ変換器１１から送信された４値ＦＳＫ信号（受信信号のシンボルデータ）の硬判定復調を行う。硬判定復調では、Ｖ／Ｆ変換器１１から送信された４値ＦＳＫ信号（受信信号のシンボルデータ）に対して、１つのビットごとに対応して所定の閾値で０，１判定を行う。
同期ワード検出器１９は、硬判定復調された４値ＦＳＫ信号（受信信号のシンボルデータ）と既知のフレーム同期ワードパターンのシンボルを比較判定し、その判定結果を同期確立判定器２０へ送信する。

同期確立判定器２０は、閾値判定器１７から送信された第２の相関値が閾値を下回ったか否かの判定結果と、同期ワード検出器１９から送信された硬判定復調後の４値ＦＳＫ信号（受信信号のシンボルデータ）と既知のフレーム同期ワードパターンのシンボル比較の判定結果とに基づいて、真の同期ワードを検出して同期の確立を行う。

図３は、本実施形態に係る復調部４の内部回路を機能的に示すブロック図である。従って、図２を参照しながら、図３に示す復調部の内部回路の動作を説明する。なお、図３では、図２と同一構成要素については同一番号で示してある。図３において、受信信号である４値ＦＳＫ復調信号は、Ｖ／Ｆ変換器１１（図２参照）に記憶されている受信ワードパターン２１に基づいて受信ワード（受信信号の同期ワード）に変換され、第１相間計算器１２へ入力される。一方、同期ワードパターン２２に基づいて生成された既知のフレーム同期ワードも第１相間計算器１２へ入力される。

これによって、第１相間計算器１２は、受信信号の同期ワードと既知のフレーム同期ワードとの相関計算を行って相関値（第１の相関値）を求め、この相関値（第１の相関値）をピーク検出器１３へ送信する。次に、ピーク検出器１３は、第１の相関値に基づいて、受信信号の同期ワードの位置と既知のフレーム同期ワードの位置との誤差が極小値となるピーク点を検出すると共に、ピーク点を検出した場合は実行フラグを立てる。

次に、Δｆ検出器１４（図２参照）に内蔵された減算器２３が、ピーク点における受信信号の同期ワードの周波数から既知のフレーム同期ワードの周波数を減算して、ピーク点における受信信号の同期ワードと既知のフレーム同期ワードとの周波数偏差Δｆに対応するＤＣオフセット量を求める。そして、減算器１５が、受信信号の同期ワードから周波数偏差Δｆ（ＤＣオフセット量）を減算して、補正ワードパターン（すなわち、Δｆ補正値で補正した補正後の受信信号の同期ワード）を求める。

さらに、第２相関計算器１６が、補正ワードパターン（補正後の受信信号の同期ワード）と既知のフレーム同期ワードとの相関計算を行い、補正後の受信信号の同期ワードと既知のフレーム同期ワードとの相関誤差（第２の相関値）を求める。そして、閾値判定器１７が、第２相関計算器１６で求められた第２の相関値が所定の閾値２４を下回ったか否かを判定し、判定結果を同期確立判定器２０へ送信する。

一方、硬判定復調器１８（図２参照）に内蔵されたシンボル硬判定器２５は、補正ワードパターン（補正後の受信信号の同期ワード）と既知のフレーム同期ワードとに基づいて、補正後の受信信号の同期ワードにおけるシンボルデータの硬判定を行い、硬判定されたシンボルデータと既知のフレーム同期ワードパターンとのシンボルを比較判定し、その判定結果を同期確立判定器２０へ送信する。

同期確立判定器２０は、閾値判定器１７から送信された第２の相関値が閾値２４を下回ったか否かの判定結果と、シンボル硬判定器２５から送信された硬判定後の受信信号のシンボルデータと既知のフレーム同期ワードパターンとのシンボル比較の判定結果とに基づいて、真の同期ワードを検出して同期の確立を行う。すなわち、同期確立判定器２０は、第２の相関値が閾値２４を下回っていて、かつ、受信信号のシンボルデータと既知のフレーム同期ワードパターンのシンボルが一致したとき、真の同期ワードを検出して同期を確立する。

図４は、本実施形態に係る復調部４が同期検出を行うときの処理の流れを示すフローチャートである。なお、図４の各処理を示すステップ番号は図３にも対応して示されている。さらに理解を容易にするために、図４の各処理を示すステップ番号は図２にも対応して示されている。以下、図３に示すステップ番号を参照しながら（必要に応じて図２に示すステップ番号も参照しながら）、図４のフローチャートの流れに従って復調部が同期検出を行うときの処理の流れを説明する。

（ステップＳ１）第１相間計算器１２が、受信信号の同期ワードと既知のフレーム同期ワードとの相関計算を行う。
（ステップＳ２）ピーク検出器１３は、相関計算された第１の相関値に基づいて、受信信号の同期ワードの位置と既知のフレーム同期ワードの位置との誤差が極小値となるピーク点を検出したか否かを判定する。この処理（ステップＳ１、Ｓ２の処理）は、受信信号の１つのシンボルが実行されるごとに行われる。ピーク検出器１３は、受信信号の同期ワードの位置と既知のフレーム同期ワードの位置との誤差が極小値となるピーク点を検出したと判定した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進み、受信信号の同期ワードの位置と既知のフレーム同期ワードの位置との誤差が極小値となるピーク点を検出していない判定した場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。

（ステップＳ３）ステップＳ２の判定でピーク点が検出された場合、減算器２３は、ピーク点における受信信号の同期ワードの周波数から既知のフレーム同期ワードの周波数を減算して、ピーク点における受信信号の同期ワードと既知のフレーム同期ワードとの周波数偏差Δｆ（すなわち、ＤＣオフセット）を求める。
（ステップＳ４）減算器１５が、受信信号の同期ワードから周波数偏差Δｆを減算して、Δｆ補正後の受信信号の同期ワード（補正ワードパターン）を求める。

（ステップＳ５）第２相関計算器１６が、補正後の受信信号の同期ワード（補正ワードパターン）と既知のフレーム同期ワードとの相関計算を行い、補正後の受信信号の同期ワードと既知のフレーム同期ワードとの相関誤差（第２の相関値）を求める。そして、閾値判定器１７は、第２の相関値が所定の閾値２４を下回ったか否かを判定する（ステップＳ６）。閾値判定器１７は、第２の相関値が所定の閾値２４を下回ったと判定した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ステップＳ７に進み、第２の相関値が所定の閾値２４を下回っていないと判定した場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。

（ステップＳ７）硬判定復調器１８（図２参照）に内蔵されたシンボル硬判定器２５は、補正後の受信信号の同期ワード（補正ワードパターン）のシンボルと既知のフレーム同期ワードのシンボルとを比較（シンボル比較）して、補正後の受信信号の同期ワードにおけるシンボルデータの硬判定を行う。

（ステップＳ８）同期確立判定器２０は、第２の相関値が所定の閾値２４を下回ったとき、硬判定された受信信号のシンボルデータと既知のフレーム同期ワードパターンとのシンボル比較の判定結果とに基づいて、真の同期ワードを検出したか否かを判定する（ステップＳ８）。同期確立判定器２０は、真の同期ワードを検出したと判定した場合（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、ステップＳ９に進み、真の同期ワードを検出していないと判定した場合（ステップＳ８；Ｎｏ）、ステップＳ１に戻る。
（ステップＳ９）同期確立判定器２０は、受信信号の同期を確立する。
以上で、同期検出の処理を終了する。

図５は、受信信号のシンボルと既知のフレーム同期ワードとの１スロット分の相関値を示す実測波形である。図５（ａ）は周波数偏差が０Ｈｚのときの実測波形であり、図５（ｂ）は周波数偏差が６００Ｈｚのときの実測波形である。図５（ａ）および図５（ｂ）において、横軸は時間、縦軸は受信信号のシンボルと既知のフレーム同期ワードとの周波数偏差との誤差レベルを表す。

図５（ａ）に示すように、受信信号のシンボルと既知のフレーム同期ワードとの周波数偏差がゼロのときは、同期ワード検出位置（ＳＷ位置）における受信信号のシンボルと既知のフレーム同期ワードとの誤差レベルはゼロになっている。すなわち、周波数オフセット（周波数偏差）が存在していないために、正しい同期ワードの位置を検出することができる。

一方、図５（ｂ）に示すように、受信信号のシンボルと既知のフレーム同期ワードとの周波数偏差が６００Ｈｚのときは、同期ワード検出位置（ＳＷ位置）における受信信号のシンボルと既知のフレーム同期ワードとの誤差レベルはゼロではない。すなわち、周波数オフセット（周波数偏差）が存在しているために、正しい同期ワードの位置を検出することができない。

従って、本実施形態では、前述したように、受信信号のシンボルと既知のフレーム同期ワードとの誤差レベルが極小値となったピーク点を同期ワード検出位置（ＳＷ位置）として周波数偏差（Δｆ）を推定している。そして、推定された周波数偏差（Δｆ）に基づいて受信信号のシンボル補正を行い、シンボル補正した受信信号と既知のフレーム同期ワードとの相関値が所定の閾値以下になったときに受信信号の真の同期ワードを検出して同期の確立を行っている。これによって、周波数偏差の有無に関わらず、受信信号の同期確立を短時間かつ高精度に行うことができる。

なお、周波数偏差がゼロのときは同期ワード検出位置（ＳＷ位置）における受信信号のシンボルと既知のフレーム同期ワードとの誤差レベルがゼロであり、周波数偏差が６００Ｈｚのときは誤差レベルがゼロとならない理由は次の通りである。

周波数偏差がゼロのとき、受信信号の周波数をＡ、既知のフレーム同期ワードの周波数をＢ、受信信号のシンボル数を１０とすると、誤差レベルδは、δ＝Σ（Ａ−Ｂ）^２／１０で表わされる。ここで、周波数偏差がゼロのときはＡ＝Ｂであるので、誤差レベルδ＝０となる。

一方、周波数偏差が６００Ｈｚのときは、受信信号の周波数をＡ１（＝Ａ＋６００）、既知のフレーム同期ワードの周波数をＢ、受信信号のシンボル数を１０とすると、誤差レベルδ１は、δ１＝Σ（Ａ１−Ｂ）^２／１０＝Σ（Ａ−Ｂ＋６００）^２／１０で表わされる。従って、周波数偏差が６００ＨｚのときはＡ＝Ｂであっても、誤差レベルδ１はゼロより大きくなる。

［比較例］
ここで、本実施形態の優位性を示すために、同期ワードを検出して同期の確立を行う比較例における技術の一例について説明する。比較例では、最初に受信信号の周波数と既知のフレーム同期ワードの周波数との周波数偏差（Δｆ）を算出し、受信信号の周波数から周波数偏差（Δｆ）を減算して補正後の受信信号を求める。次に、比較例では、補正後の受信信号と既知のフレーム同期ワードとの相関計算を行い、相関計算で求めた相関値が所定の閾値より小さいか否かを判定する。比較例では、相関計算で求めた相関値が所定の閾値より小さい場合、補正後の受信信号と既知のフレーム同期ワードとに基づいて、補正後の受信信号のシンボルデータの硬判定を行っている。そして、比較例では、硬判定された受信信号のシンボルデータと既知のフレーム同期ワードパターンとのシンボル比較の判定結果に基づいて、真の同期ワードを検出する。

すなわち、この比較例の場合は、周波数偏差（Δｆ）の推定を受信信号のフレームごとに逐次行っているため、受信信号の同期ワードが推定できた場合でも、次のフレームで、再度、周波数偏差（Δｆ）を算出して推定し直さなければならない。一方、本実施形態の場合は、受信信号のシンボル位置と既知のフレーム同期ワードの位置との誤差レベルの極小値（ピーク点）で推定された周波数偏差（Δｆ）は精度が高いため、図４の処理フローのループ内で算出された最新の周波数偏差（Δｆ）を、再計算することなくそのまま使用して、真の同期ワードを検出することができる。そのため、受信信号の同期確立を迅速かつ高精度に行うことができると共に、受信信号の同期引き込みが速くなる。

以上のように、本実施形態に係る同期信号検出装置（復調部４）は、受信信号から抽出した受信検波信号と既知のフレーム同期ワードとの第１の相関値を算出する第１相関値算出部と、第１相関値算出部（第１相間計算器１２）が算出した第１の相関値の極小値を検出するピーク検出部（ピーク検出器１３）と、ピーク検出部が検出した極小値の時間軸上の位置において、受信検波信号とフレーム同期ワードとの周波数の誤差を周波数偏差として算出する周波数偏差算出部（Δｆ検出器１４）と、周波数偏差算出部が算出した周波数偏差に基づいて受信検波信号の周波数を補正する補正部（減算器１５）と、補正後の受信検波信号とフレーム同期ワードとの第２の相関値を算出する第２相関値算出部（第２相関計算器１６）と、第２相関値算出部が算出した第２の相関値と所定の閾値との比較結果に基づいて同期確立の判定を行う同期確立判定部（同期確立判定器２０）と、を備える。

また、本実施形態に係る同期信号検出装置（復調部４）は、周波数偏差に基づいて補正された４値ＦＳＫ信号のシンボルデータの硬判定処理を行う硬判定復調部（硬判定復調器１８）をさらに備え、同期確立判定部は、第２相関値算出部が算出した第２の相関値と所定の閾値との比較結果に加えて、硬判定復調部で硬判定処理された４値ＦＳＫ信号のシンボルデータと既知のフレーム同期ワードとの比較結果を参照して、同期確立の判定を行う。

このような構成により、本実施形態では、受信機側が、既知のフレーム同期ワードの位置と未加工の受信信号の同期ワード（シンボルデータ）の位置との誤差の極小値を用いて、周波数オフセット（周波数偏差：Δｆ）を推定している。そして、推定した周波数偏差（Δｆ）に基づいて求められた周波数偏差の補正値（Δｆ補正値）で補正された受信信号の同期ワード（シンボルデータ）と既知のフレーム同期ワードとの相関値が所定の閾値を下回ったとき、真の同期ワードを検出して同期の確立を行っている。従って、受信機は、真の同期ワードを取得するときの周波数追尾に時間がかからない。すなわち、受信機は、周波数追尾の追い込みを行う必要がないので、送受信機間において通信時のみ信号が流れる非常送信号の１フレーム目から同期の確立を行うことができる。また、受信機は、受信信号の同期ワードと既知のフレーム同期ワードとの相関計算を２回行っているので、フレーム同期を高精度に確立させることができる。言い換えると、受信機はフレーム同期の確立を短時間かつ高精度に行うことができる。

さらに、受信機は、同期ワードを検出の対象としているので、データの冒頭にプリアンブルがない場合でも、周波数オフセット（周波数偏差：Δｆ）を推定して同期の確立を行うことができる。例えば、通信中の無線通信システムに途中から電源を入れて後から参入した受信機であっても、受信したデータの１フレーム目から、既知のフレーム同期ワードの位置と未加工の受信信号の同期ワード（シンボルデータ）の位置との誤差の極小値に基づいて周波数偏差（Δｆ）を推定し、周波数偏差補正値（Δｆ補正値）で補正された受信信号と既知のフレーム同期ワードとの相関値から、高精度に同期の確立を行うことができる。

なお、同期信号検出装置（復調部４）の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

１…受信機、２…アンテナ、３…受信部、４…復調部、５…出力部、６…スピーカ、１１…Ｖ／Ｆ変換器、１２…第１相間計算器、１３…ピーク検出器、１４…Δｆ検出器、１５…減算器、１６…第２相関計算器、１７…閾値判定器、１８…硬判定復調器、１９…同期ワード検出器、２０…同期確立判定器、２１…受信ワードパターン、２２…同期ワードパターン、２３…減算器、２４…閾値、２５…シンボル硬判定器

Claims (5)

1. 受信信号から抽出した受信検波信号と既知のフレーム同期ワードとの第１の相関値を算出する第１相関値算出部と、
   前記第１相関値算出部が算出した第１の相関値に基づいて、前記受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの誤差の極小値を検出するピーク検出部と、
   前記ピーク検出部が検出した極小値の時間軸上の位置において、前記受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの周波数の誤差を周波数偏差として算出する周波数偏差算出部と、
   前記周波数偏差算出部が算出した周波数偏差に基づいて前記受信検波信号の周波数を補正する補正部と、
   補正後の受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの第２の相関値を算出する第２相関値算出部と、
   前記第２相関値算出部が算出した第２の相関値と所定の閾値との比較結果に基づいて同期確立の判定を行う同期確立判定部と、
   を備えることを特徴とする同期信号検出装置。
2. 前記受信検波信号は４値ＦＳＫ信号であり、
   前記第１相関値算出部は、前記４値ＦＳＫ信号のシンボルデータの時間軸上の位置と前記既知のフレーム同期ワードの時間軸上の位置との相関値を前記第１の相関値として算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の同期信号検出装置。
3. 前記第１の相関値は、前記４値ＦＳＫ信号のシンボルデータの時間軸上の位置と前記既知のフレーム同期ワードの時間軸上の位置とのズレを示す誤差レベルであって、
   前記ピーク検出部は、前記誤差レベルの極小値を検出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の同期信号検出装置。
4. 前記周波数偏差に基づいて補正された４値ＦＳＫ信号のシンボルデータの硬判定処理を行う硬判定復調部をさらに備え、
   前記同期確立判定部は、前記第２相関値算出部が算出した第２の相関値と所定の閾値との比較結果に加えて、前記硬判定復調部で硬判定処理された前記４値ＦＳＫ信号のシンボルデータと前記既知のフレーム同期ワードとの比較結果を参照して、同期確立の判定を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の同期信号検出装置。
5. 受信信号から抽出した受信検波信号と既知のフレーム同期ワードとの第１の相関値を算出する第１のステップと、
   前記第１のステップで算出された第１の相関値に基づいて、前記受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの誤差の極小値を検出する第２のステップと、
   前記第２のステップで検出された極小値の時間軸上の位置において、前記受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの周波数偏差を算出する第３のステップと、
   前記第３のステップで算出された周波数偏差に基づいて前記受信検波信号の周波数を補正する第４のステップと、
   前記第４のステップで周波数が補正された補正後の受信検波信号と前記フレーム同期ワードとの第２の相関値を算出する第５のステップと、
   前記第５のステップで算出された第２の相関値と所定の閾値との比較結果に基づいて同期確立の判定を行う第６のステップと、
   を含むことを特徴とする同期信号検出方法。