JPWO2018154753A1 - タイミング推定装置およびタイミング推定方法 - Google Patents

Abstract

本発明にかかるタイミング推定装置（１００）は、既知系列を含みオーバーサンプリングされた受信信号から、シンボルレート間隔で抽出された第１の数のサンプルであるサンプル群を、先頭の位置を１サンプルずつずらして複数出力する受信信号メモリ（１）と、複数のサンプル群のそれぞれに対して、サンプル群に基づいてチャネルインパルスレスポンスを算出し、チャネルインパルスレスポンスおよび既知系列を用いて受信信号のレプリカを生成し、サンプル群、レプリカおよびチャネルインパルスレスポンスに基づいて信頼値を算出する信頼性算出部（２）と、信頼値に基づいて、先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングを推定するタイミング推定部（３）と、を備える。

Description

本発明は、受信信号における先行波および遅延波の到来タイミングを推定するタイミング推定装置およびタイミング推定方法に関する。

無線通信システムにおいて、送信された電波が複数の経路で受信装置に到来することがある。受信装置は、複数の経路でそれぞれ到来した複数の到来波を、それぞれの経路に応じたタイミングで受信する。これにより、符号間干渉が生じることがある。符号間干渉は、隣接するシンボル間が互いの影響を受けることである。符号間干渉により通信品質が劣化するので、一般に、受信装置は、符号間干渉を抑圧する等化器を用いている。時間領域で等化を行う等化器は、各到来波の受信信号における位置すなわち各到来波のタイミングを求め、最も早い時刻に到来する波である先頭波の到来タイミングである先行波タイミングと、最も遅い時間に到来する波である最遅延波のタイミングである最遅延波タイミングとを求める。そして、等化器は、先行波タイミングと最遅延波タイミングとの間の長さすなわち遅延の広がりを推定し、遅延の広がりを用いて等化を行うタイミングおよびタップ長を設定する。受信装置は、遅延の広がりを精度良く推定できると、等化を行うタイミングおよびタップ長を適切に設定することができ、結果として、通信品質を向上させることができる。このため、各到来波のタイミングを精度高く推定することが課題となっている。

各到来波のタイミングを推定する従来の技術として、特許文献１に記載の技術が挙げられる。特許文献１に記載の同期検出回路は、同期シンボル列、トレーニング信号といった既知系列をフレーム内に含む通信方式において、受信信号をシフトレジスタで１シンボルずつ遅延させ、入力信号と既知系列との畳み込み演算、すなわち入力信号と既知系列との相互相関をとる演算を行い、この演算の結果である相関値を逐次出力する。特許文献１に記載の同期検出回路は、相関値が最大となる位置を検出し、検出した位置を同期タイミングすなわち主波の位置とする。また、特許文献１に記載の同期検出回路は、算出した相関値のなかで、主波以外で相関値が大きくなっているものを遅延波とすることにより遅延プロファイルを推定する。

特開２００５−３３３３００号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、相互相関を用いて到来波のタイミングを推定している。このため、到来波間に電力の差がある場合に、電力が小さい到来波のタイミングの推定精度が劣化する。したがって、遅延の広がりを正確に推定することが困難となるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、到来波に電力の差がある環境であっても、到来波のタイミングの推定精度の劣化を抑制することができるタイミング推定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、本発明にかかるタイミング推定装置は、既知系列を含みオーバーサンプリングされた受信信号から、シンボルレート間隔で抽出された第１の数のサンプルであるサンプル群を、各サンプル群の先頭の位置を１サンプルずつずらして複数出力する受信信号出力部、を備える。また、このタイミング推定装置は、複数のサンプル群のそれぞれに対して、サンプル群に基づいてチャネルインパルスレスポンスを算出し、チャネルインパルスレスポンスおよび既知系列を用いて受信信号のレプリカを生成し、サンプル群、レプリカおよびチャネルインパルスレスポンスに基づいて信頼値を算出する信頼性算出部と、信頼値に基づいて、先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングを推定するタイミング推定部と、を備える。

本発明にかかるタイミング推定装置は、到来波に電力の差がある環境であっても、到来波のタイミングの推定精度の劣化を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるタイミング推定装置の構成例を示す図 実施の形態１の信頼性算出部の構成例を示す図 実施の形態１のタイミング推定部の構成例を示す図 実施の形態１の処理回路の構成例を示す図 実施の形態１の処理回路の構成例を示す図 実施の形態１のタイミング推定装置におけるタイミング推定方法の一例を示すフローチャート 実施の形態１の信頼性算出部へ出力される各サンプルの一例を示す図 実施の形態１の効果を説明するための図 実施の形態２のタイミング推定装置の構成例を示す図 実施の形態２の信頼性算出部の構成例を示す図 実施の形態２のタイミング推定部の構成例を示す図 実施の形態３のタイミング推定装置の構成例を示す図 実施の形態３のタイミング推定部の構成例を示す図 実施の形態４のタイミング推定装置の構成例を示す図 実施の形態４の信頼性算出部の構成例を示す図 実施の形態４のタイミング推定部の構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるタイミング推定装置およびタイミング推定方法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、本発明の実施の形態１にかかるタイミング推定装置の構成例を示す図である。本実施の形態のタイミング推定装置１００は、受信信号に含まれる既知系列を用いて、到来波の位置すなわち到来波のタイミングを推定する装置である。本実施の形態のタイミング推定装置１００は、例えば、無線通信システムにおいて、送信装置から送信された無線信号を受信する受信装置に搭載される。また、本実施の形態のタイミング推定装置１００は、受信信号に対して時間領域の等化を行う等化器に搭載されてもよい。また、本実施の形態のタイミング推定装置１００から出力された推定結果が、時間領域の等化を行う等化器において用いられてもよい。

図１に示すように、本実施の形態のタイミング推定装置１００は、受信信号メモリ１、信頼性算出部２−１〜２−ｋ、タイミング推定部３、粗タイミング推定部４およびオーバーサンプリング部５を備える。ｋは２以上の整数である。なお、以下では、タイミング推定装置１００がオーバーサンプリング部５を備える例を説明するが、オーバーサンプリング部５はタイミング推定装置１００の外部にあってもよい。

オーバーサンプリング部５には、シンボルレート間隔でサンプリングされた受信信号が入力される。シンボルは、送信されるデータの単位であり、例えば、信号が変調されて送信される場合には１回の変調の単位である。各シンボルは一定時間ごとに送信される。送信装置においてシンボルが送信される間隔をシンボルレート間隔と呼ぶ。オーバーサンプリング部５は、フレーム単位で受信信号をＮ倍にオーバーサンプリングし、オーバーサンプリング後の受信信号を受信信号メモリ１へ格納する。Ｎは２以上の整数である。フレームとは、送信されるデータの単位である。ここでは、１フレームはＦシンボルで構成されるとする。Ｆは２以上の整数である。１フレーム分のＦ個のシンボルは、オーバーサンプリング部５により、Ｆ×Ｎ個のサンプルに変換される。また、１フレームには、１系列長がＬ（Ｌは１より大きくＦより小さい整数とする）シンボルの既知系列｛Ｘ（０），・・・，Ｘ（Ｌ−１）｝が含まれているとする。

受信信号メモリ１には１フレーム分のオーバーサンプリング後の受信信号が格納される。受信信号メモリ１に格納されるオーバーサンプリング後の受信信号は、１フレーム分の後段の処理すなわちタイミング推定部３における処理が終了すると、次のフレームのオーバーサンプリング後の受信信号に更新される。

受信信号メモリ１は、格納されたオーバーサンプリング後の受信信号のうち第１の数であるＬ−Ｍ＋１個のシンボルレート間隔のサンプルを信頼性算出部２−１〜２−ｋへ出力する。すなわち、受信信号メモリ１は、既知系列を含みオーバーサンプリングされた受信信号から、シンボルレート間隔で抽出されたＬ−Ｍ＋１個のサンプルであるサンプル群を、サンプル群の先頭の位置を１サンプルずつずらして複数出力する受信信号出力部である。Ｍは、チャネルインパルスレスポンス（Channel Impulse Response：以下、ＣＩＲとする）の推定におけるタップ長であり、想定される最大遅延シンボル数に基づいて設定される値であり、１より大きい整数である。信頼性算出部２−１〜２−ｋへそれぞれ出力するＬ−Ｍ＋１個のサンプルの先頭のサンプルの位置は、１サンプルずつずれている。すなわち、信頼性算出部２−１〜２−ｋへそれぞれ出力される受信信号の位置すなわちタイミングは１サンプルずつずれている。ここでは、信頼性算出部２−１へ出力されるサンプルをタイミング＃０のサンプルと呼び、信頼性算出部２−２へ出力されるサンプルをタイミング＃１のサンプルと呼び、信頼性算出部２−ｋへ出力されるサンプルをタイミング＃Ｔのサンプルと呼ぶ。なお、Ｔ＝ｋ−１である。このように、信頼性算出部２−ｉ（ｉ＝０，１，…，ｋ）へ出力されるサンプルをタイミング＃ｊ（ｊ＝ｉ−１）のサンプルと呼ぶ。タイミング＃０〜タイミング＃Ｔにおける＃の後の数値は、信頼性算出部２−１〜２−ｋへ入力されるサンプルの先頭位置を示す数値である。図１では、タイミング＃ｊのサンプルをタイミング＃ｊと略して示している。タイミング＃０のサンプルの先頭の位置は、後述する粗タイミング推定部４により決定される。

信頼性算出部２−１〜２−ｋは、受信信号メモリ１から出力された複数のサンプル群のそれぞれに対して、サンプル群に基づいてＣＩＲを算出し、ＣＩＲおよび既知系列を用いて受信信号のレプリカを生成し、サンプル群、レプリカおよびＣＩＲに基づいて信頼値を算出する。信頼性算出部２−１〜２−ｋは、１つの信頼性算出部として構成されてもよい。信頼性算出部２−１〜２−ｋに入力されるＬ−Ｍ＋１個のサンプルすなわちサンプル群は、上述したとおり互いに１サンプルずつずれている。信頼性算出部２−１〜２−ｋにおける処理の詳細については後述する。

タイミング推定部３は、信頼性算出部２−１〜２−ｋにより算出されたｋ個の信頼値に基づいて、到来波のタイミングを推定する。ここでは、タイミング推定部３は、到来波のタイミングの推定の一例として、先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングすなわち先行波タイミングおよび遅延波タイミングを推定することとし、推定した先行波タイミングおよび遅延波タイミングを出力する。以下、信頼性算出部２−１〜２−ｋを区別せずに示すときには、信頼性算出部２と記載する。

粗タイミング推定部４は、受信信号に基づいて、受信信号における既知系列のおおよその位置を推定し、推定した位置から、タイミング＃０のサンプルの先頭の位置を示す情報を受信信号メモリ１へ出力する。粗タイミング推定部４における既知系列のおおよその位置の推定方法は、どのような方法を用いてもよいが、例えば、既知系列と受信信号との相関値に基づいて推定する方法を用いることができる。粗タイミング推定部４は、既知系列のおおよその位置を推定すると、推定した既知系列の位置の先頭より前の位置を、タイミング＃０のサンプルの先頭の位置に決定する。例えば、粗タイミング推定部４は、１フレームのＦ個のシンボルのうちｕ番目からＬ個が既知系列であると推定した場合、ｕ番目のシンボルより前の位置を、タイミング＃０のサンプルの先頭の位置に決定する。

図２は、本実施の形態の信頼性算出部２の構成例を示す図である。図２に示すように、信頼性算出部２は、ＣＩＲ推定部２１、レプリカ生成部２２、信頼値算出部２３および信頼値クリップ部２４を備える。

図３は、本実施の形態のタイミング推定部３の構成例を示す図である。タイミング推定部３は、隣接平均部３１、タイミング判定部３２およびフレーム間平均部３３を備える。図２および図３に示した各部の動作については、後述する。

次に、本実施の形態のタイミング推定装置１００のハードウェア構成について説明する。本実施の形態のタイミング推定装置１００を構成する各部は処理回路により実現される。図４は、処理回路の構成例を示す図である。図４に示した処理回路２００は、専用の回路として構成された処理回路である。処理回路２００は、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものを含む。

本実施の形態のタイミング推定装置１００を構成する各部を実現する処理回路はプロセッサを備える処理回路であってもよい。図５は、プロセッサを備える処理回路の構成例を示す図である。図５に示した処理回路３００は、プロセッサ３０１およびメモリ３０２を備える。プロセッサ３０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マイクロプロセッサ等が該当する。メモリ３０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。

本実施の形態のタイミング推定装置１００を構成する各部を実現する処理回路が、図５に示した処理回路３００により実現される場合、タイミング推定装置１００を構成する各部の機能は、メモリ３０２に格納されたプログラムが、プロセッサ３０１により実行されることにより実現される。メモリ３０２は、プロセッサ３０１によりプログラムが実行される際の記憶領域としても用いられる。なお、本実施の形態のタイミング推定装置１００を構成する各部は、一部が専用の回路として構成された処理回路２００により実現され、残部がプロセッサ３０１を備える処理回路３００により実現されてもよい。

次に、本実施の形態のタイミング推定方法について説明する。図６は、本実施の形態のタイミング推定装置１００におけるタイミング推定方法の一例を示すフローチャートである。図１、図２、図３および図６を用いて本実施の形態のタイミング推定方法を説明する。なお、図６に示す動作の開始の前に、粗タイミング推定部４により、タイミング＃０のサンプルの先頭の位置が受信信号メモリ１に指示されているとする。

まず、タイミング推定装置１００のオーバーサンプリング部５は、受信信号をオーバーサンプリングし（ステップＳ１）、オーバーサンプリング後の受信信号を受信信号メモリ１へ格納する（ステップＳ２）。受信信号メモリには、１フレーム分のオーバーサンプリング後の受信信号すなわち｛ｒ（１），・・・，ｒ（Ｆ×Ｎ）｝のＦ×Ｎ個のサンプルが格納される。受信信号メモリ１は、｛ｒ（１），・・・，ｒ（Ｆ×Ｎ）｝のうち、シンボルレート間隔で抽出された、タイミング＃０のサンプルの先頭の位置を先頭としたＬ−Ｍ＋１個のサンプルを信頼性算出部２−１へ出力する。

図７は、信頼性算出部２へ出力される各サンプルの一例を示す図である。図７に示した白い楕円はシンボルに対応するサンプルすなわちオーバーサンプリング前の受信信号の各点を示し、黒い楕円はオーバーサンプリングにより追加されたサンプルを示す。タイミング＃０のサンプルの先頭の位置をｔ_s番目のサンプルとすると、｛ｒ（ｔ_s），ｒ（Ｎ＋ｔ_s），・・・，ｒ（（Ｌ−Ｍ）×Ｎ＋ｔ_s）｝が信頼性算出部２−１へタイミング＃０のサンプルとして出力される。また、信頼性算出部２−１には、｛ｒ（ｔ_s＋１），・・・，ｒ（（Ｌ−Ｍ）×Ｎ＋ｔ_s＋１）｝がタイミング＃１のサンプルとして出力される。このように、１サンプルずつずれたＬ−Ｍ＋１個のサンプルが受信信号メモリ１から各信頼性算出部２へ出力される。一般化すると、タイミング＃ｔ（ｔ＝０，１，・・・，Ｔ）のサンプルは、｛ｒ（ｔ_s＋ｔ），ｒ（ｔ_s＋ｔ＋Ｎ），・・・，ｒ（（Ｌ−Ｍ）×Ｎ＋ｔ_s＋ｔ）｝である。

図６の説明に戻る。信頼性算出部２のＣＩＲ推定部２１は、シンボルレート間隔で抽出されたＬ−Ｍ＋１個のサンプル、すなわちＬ−Ｍ＋１シンボル分のデータを用いて、Ｍタップ分のＣＩＲを推定する（ステップＳ３）。すなわち、第１の推定部であるＣＩＲ推定部２１は、シンボルレート間隔で抽出されたＬ−Ｍ＋１個のサンプルであるサンプル群から第２の数のタップすなわちＭタップのＣＩＲを算出する。ＣＩＲ推定部２１は、推定したＣＩＲをレプリカ生成部２２および信頼値算出部２３へ出力する。ＣＩＲ推定部２１におけるＣＩＲの推定手法としては、以下の手法を用いることができる。信頼性算出部２に入力されるタイミング＃ｔのサンプルを、Ｌ−Ｍ＋１列の行ベクトルでｙ列目の要素がｒ（（ｙ−１）×Ｎ＋ｔ_s＋ｔ）となるベクトルｒ（太字）_tにより表し、既知系列から生成した行列を行列Ｘ（太字）とする。行列Ｘ（太字）は、Ｍ行Ｌ−Ｍ＋１列の行列でｘ行ｙ列の要素がＸ（Ｍ−ｘ＋ｙ−１）の行列である。ｘ，ｙは、それぞれ行および列を示す整数である。このとき、ＣＩＲは、ベクトルｒ（太字）_tに行列Ｘ（太字）の疑似逆行列を乗算することにより求めることができる。これを式に表すと、以下の式（１）となる。ただし、Ｃ（太字）_tはＭ列の行ベクトルであり、タイミング＃ｔにおけるＣＩＲの推定である。また、以下では、Ｃ（太字）_tのｙ列目の要素をＣ_t（ｙ−１）と表記する。また、式（１）において行列の右肩のＨは複素転置を示し、行列の右肩の−１は逆行列を行う演算子を表す。なお、ＣＩＲの推定手法は、この例に限定されない。

次に、レプリカ生成部２２は、ＣＩＲを用いて受信信号のレプリカを生成する（ステップＳ４）。レプリカ生成部２２は、ＭタップのＣＩＲおよび既知系列を用いて第１のレプリカを生成する第１のレプリカ生成部である。具体的には、レプリカ生成部２２は、既知系列｛Ｘ（０），・・・，Ｘ（Ｌ−１）｝とＣＩＲ｛Ｃ_t（０），・・・，Ｃ_t（Ｍ−１）｝との畳み込みを行い、畳み込みの結果からレプリカを求める。例えば、レプリカ生成部２２は、以下の式（２）により、タイミング＃ｔにおけるレプリカｘ番目の要素ｒｅｐ_t（ｘ）を求めることができる。

上記のｒｅｐ_t（ｘ）を、ｘ＝１からｘ＝Ｌ−Ｍ＋１まで生成することにより、信頼性算出部２へ入力されたＬ−Ｍ＋１の長さ、すなわちシンボルレート間隔でＬ−Ｍ＋１個分の長さのレプリカを生成することができる。レプリカ生成部２２は、こうして生成したレプリカを信頼値算出部２３へ出力する。

信頼値算出部２３は、レプリカと受信信号との差から誤差電力を算出し、ＣＩＲからＣＩＲ電力を算出し、ＣＩＲ電力から誤差電力を除算して信頼値を算出する（ステップＳ５）。すなわち、信頼値算出部２３は、サンプル群およびレプリカに基づいて誤差電力を算出し、ＭタップのＣＩＲに基づいてＣＩＲの電力を算出し、誤差電力とＣＩＲの電力とに基づいて信頼値である第１の信頼値を算出する第１の算出部である。詳細には、信頼値算出部２３は、レプリカ生成部２２から出力されたレプリカと受信信号メモリ１から出力されたオーバーサンプリング後の受信信号との要素ごとの差を算出する。受信信号メモリ１から出力されたオーバーサンプリング後の受信信号とレプリカ生成部２２から出力されたレプリカとはいずれもＬ−Ｍ＋１個の要素で構成されるため、上記の差はＬ−Ｍ＋１個算出される。信頼値算出部２３は、算出したＬ−Ｍ＋１個の差の二乗和を求め誤差電力とする。また、信頼値算出部２３は、入力されたＣＩＲのタップの二乗和、すなわちＭタップ分の二乗和を算出してＣＩＲ電力とする。そして、信頼値算出部２３は、ＣＩＲ電力を誤差電力で除算したものを信頼値として信頼値クリップ部２４へ出力する。

信頼値クリップ部２４は、信頼値を閾値であるクリップ閾値にクリップする（ステップＳ６）。具体的には、信頼値クリップ部２４は、信頼値算出部２３から出力された信頼値が、予め設定されたクリップ閾値を超える場合に、信頼値をクリップ閾値にクリップしたものをタイミング推定部３へ出力する。すなわち信頼値クリップ部２４は、信頼値がクリップ閾値を超える場合にクリップ閾値をタイミング推定部３へ出力するクリップ処理を実施する。なお、ここでは、タイミング推定装置１００が信頼値クリップ部２４を備える例を説明するが、タイミング推定装置１００は、信頼値クリップ部２４を備えなくてもよい。タイミング推定装置１００が信頼値クリップ部２４を備えない場合、信頼値算出部２３から出力された信頼値は、そのままタイミング推定部３へ出力される。

タイミング推定部３の隣接平均部３１は、各信頼性算出部２から出力された信頼値に対し、両隣のタイミングとの平均値を算出する（ステップＳ７）。すなわち、隣接平均部３１は、信頼値と、該信頼値に対応するサンプル群と１サンプルずれたサンプル群である隣接サンプル群に対応する信頼値と、を平均化する。たとえば、隣接平均部３１は、タイミング＃ａにおける信頼値がαである場合、タイミング＃ａ−１における信頼値βおよびタイミング＃ａ＋１における信頼値γを用いて、両隣のタイミングとの平均値を（α＋β＋γ）／３により算出する。また、端のタイミング、すなわちタイミング＃０、およびタイミング＃Ｔでは、隣接するタイミングは１つしかない。このような場合には、隣接平均部３１は、端のタイミングと該タイミングに隣接する１つのタイミングとの平均値を算出する。たとえば、隣接平均部３１は、タイミング＃０における信頼値がαである場合、タイミング＃１における信頼値βを使用して（α＋β）／２を平均値として算出する。隣接平均部３１は、ｋ個の信頼性算出部２から出力されたｋ個のタイミング、すなわちタイミング＃０からタイミング＃Ｔに対応する信頼値を用いて、ｋ個の平均値を算出し、算出したｋ個の平均値をタイミング推定部３に出力する。

なお、以上の例では、隣接平均を算出する方法として、両隣との平均値を算出する例を挙げたが、隣接平均として一方の隣りのタイミングとの平均を算出してもよいし、隣接平均を算出する方法は上述した例に限定されない。また、隣接平均部３１を設けずに、信頼性算出部２から出力された信頼値がそのままタイミング判定部３２へ出力されるようにしてもよい。

タイミング判定部３２は、遅延波タイミングおよび先行波タイミングを算出し（ステップＳ８）、算出した遅延波タイミングおよび先行波タイミングをフレーム間平均部３３へ出力し、１フレーム分の処理を終了する。具体的には、タイミング判定部３２は、ｋ個の各タイミングの信頼値のなかで最大となるものを探索する。タイミング判定部３２は、探索して得られた信頼値すなわち信頼値の最大値に、予め設定された定数を乗算した値を閾値とする。なお、この定数は、１以下の正の実数である。タイミング判定部３２は、各タイミングにおける信頼値を閾値とそれぞれ比較し、信頼値が閾値以上となるタイミングを求める。ここで、タイミング＃０〜タイミング＃Ｔにおける＃の後ろの数値をタイミング番号と呼ぶ。タイミング判定部３２は、閾値以上となるタイミングの中で、最もタイミング番号の小さいタイミングを遅延波タイミングとし、最もタイミング番号の大きいタイミングを先行波タイミングとして出力する。なお、このときタイミング判定部３２が出力する遅延波タイミングは、遅延波のうち最遅延波に相当する遅延波のタイミングである。タイミング判定部３２は、例えば、遅延波タイミングおよび先行波タイミングとして、それぞれに対応するタイミング番号を出力する。

フレーム間平均部３３では、図６に示した処理により、フレームごとにタイミング判定部３２から入力される先行波タイミングおよび遅延波タイミングのそれぞれに対し、フレーム間での平均化処理を行う。フレーム間平均部３３は、平均化処理後の先行波タイミングおよび遅延波タイミングをタイミング推定装置１００の外部へ出力する。すなわち、タイミング推定部３は、先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングをフレームごとに推定し、複数のフレームの先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングの平均値を推定結果として出力する。

フレーム間平均部３３は、平均化処理として、どのような処理を行ってもよいが、例えば、次のような処理を行う。まず、フレーム間平均部３３は、フレームごとの先行波タイミングおよび遅延波タイミングのヒストグラムすなわち度数分布をそれぞれ生成する。先行波タイミングおよび遅延波タイミングの各ヒストグラムは、新たに先行波タイミングおよび遅延波タイミングが入力されるたびに順次更新される。また、フレーム間平均部３３は、先行波タイミングおよび遅延波タイミングが入力された回数すなわち処理されたフレーム数が、あらかじめ設定された平均化回数を超えると、古いものから順に各ヒストグラムから削除していく。フレーム間平均部３３は、各ヒストグラムにおける度数が、あらかじめ設定された閾値を超えるタイミング番号を抽出する。そして、フレーム間平均部３３は、抽出したタイミング番号のうちからあらかじめ定められた規則にしたがって１つのタイミングを平均化処理後のタイミングとして選択する。あらかじめ定められた規則は、例えば、抽出したタイミング番号のなかで最小の番号を選択する規則、抽出したタイミング番号のなかで最大の番号を選択する規則、または抽出したタイミング番号のうち最も度数が大きいタイミング番号を選択する規則を用いることができる。平均化方法は以上述べた方法に限定されない。

なお、遅延波の広がり、すなわち遅延波タイミングと先行波タイミングとの間の長さは、タイミング推定装置１００から出力される遅延波タイミングに対応するタイミング番号および先行波タイミングに対応するタイミング番号とオーバーサンプリング後のサンプル間隔とに基づいて算出することができる。ただし、後述するように、本実施の形態の遅延波タイミングは、遅延波をＭタップ分の遅延の最も大きい遅延に対応したタイミングで検出した場合のタイミングを示す。このため、実際に遅延波の到来したタイミングは、タイミング推定装置１００から出力された遅延波タイミングをＭ−１タップ分遅延させたタイミングとなる。なお、タイミング推定装置１００は、このＭ−１タップ分遅延させたタイミングを遅延波タイミングとして出力してもよい。

次に、上述したタイミング推定方法により得られる効果を説明する。図８は、本実施の形態の効果を説明するための図である。図８は、横軸に時間を示し、縦軸に信頼値を示している。信頼値は、上述した通り、タイミングごとに算出されるので、オーバーサンプルのサンプル間隔で算出される。図８では、算出された各信頼値を直線により繋いで示している。図８に示したＣＩＲ推定範囲（１）〜ＣＩＲ推定範囲（４）は、それぞれ異なるタイミングに対応する各信頼性算出部２の信頼値算出部２３が信頼値を算出する範囲を示している。信頼値算出部２３は、Ｍタップ分のＣＩＲを算出するため、各ＣＩＲ推定範囲（１）〜ＣＩＲ推定範囲（４）の長さはシンボルレート間隔にＭを乗じた値である。なお、ＣＩＲ推定範囲（１）〜ＣＩＲ推定範囲（４）は、上述したタイミング番号が連続したタイミングに対応するものではない。例えば、ＣＩＲ推定範囲（１）の先頭とＣＩＲ推定範囲（２）の先頭との間は、オーバーサンプリング後の１サンプル間隔以上である。

図８の上方の先行波と記載した矢印は、既知系列の先頭が先行波として受信されるタイミングを示し、図８の上方の遅延波と記載した矢印は、既知系列の先頭が遅延波として受信されるタイミングを示す。各矢印の横幅は１シンボルレート間隔を示している。図８に示した例では、ＣＩＲ推定範囲（１）には先行波が含まれているが遅延波は含まれていない。ＣＩＲ推定範囲（２）およびＣＩＲ推定範囲（３）には、先行波および遅延波の両方が含まれている。ＣＩＲ推定範囲（４）には遅延波が含まれているが先行波は含まれていない。

図８に示したように、信頼性算出部２におけるＣＩＲの推定範囲がＣＩＲ推定範囲（１）である場合、信頼性算出部２により生成されるレプリカに遅延波の成分が含まれない。したがって、信頼性算出部２が誤差電力を算出する際に、受信信号に含まれる遅延波の成分がレプリカと受信信号との差としてあらわれ、誤差電力が大きくなる。これにより、信頼性算出部２におけるＣＩＲの推定範囲がＣＩＲ推定範囲（１）である場合、信頼値は小さくなる。また、信頼性算出部２におけるＣＩＲの推定範囲がＣＩＲ推定範囲（４）である場合、信頼性算出部２により生成されるレプリカに先行波の成分が含まれない。したがって、信頼性算出部２が誤差電力を算出する際に、受信信号に含まれる先行波の成分がレプリカと受信信号との差としてあらわれ、誤差電力が大きくなる。これにより、信頼性算出部２におけるＣＩＲの推定範囲がＣＩＲ推定範囲（４）である場合、信頼値は小さくなる。

一方、信頼性算出部２におけるＣＩＲの推定範囲がＣＩＲ推定範囲（２）およびＣＩＲ推定範囲（３）である場合、信頼性算出部２により生成されるレプリカに先行波および遅延波の成分が含まれる。したがって、信頼性算出部２が誤差電力を算出する際に、誤差電力が小さくなり、信頼値は大きくなる。

以上のことより、信頼値が閾値を超えるなかで最もタイミング番号が小さい、すなわち最も早い時刻に対応するタイミングが、ＣＩＲ推定範囲の末尾に遅延波を含むタイミングとなることがわかる。また、信頼値が閾値を超えるなかで最もタイミング番号が大きい、すなわち最も遅い時刻に対応するタイミングが、ＣＩＲ推定範囲の先頭に先行波を含むタイミングとなることがわかる。ＣＩＲ推定範囲（２）からＣＩＲ推定範囲（３）までの間に対応するタイミングでは、図８に示すように信頼値が連続して高くなる。図８では、下部に丸で囲って記載された先の文字は、ＣＩＲ推定範囲の先頭に先行波を含むＣＩＲ推定範囲の開始タイミングすなわち先行波タイミングを示し、下部に丸で囲って記載された遅の文字は、ＣＩＲ推定範囲の末尾に遅延波を含むＣＩＲ推定範囲の開始タイミングすなわち遅延波タイミングを示す。なんらかの誤差要因により瞬間的に信頼値が高くなってしまった場合には、連続して信頼値が高くなる可能性は低いため、隣接平均部３１により隣接したタイミングと平均化することで、先行波および遅延波の誤検出の確率を下げることができる。

また、キャリア対雑音比が高い特定の環境においては、ＣＩＲ推定範囲（２）からＣＩＲ推定範囲（３）までの間のように、信頼値が大きくなることがある。このような場合、タイミング判定部３２において用いられる閾値すなわち信頼値の最大値から生成される閾値が大きくなりすぎて、先行波および遅延波のタイミングを検出できない可能性がある。これに対し、信頼値クリップ部２４が、信頼値をあらかじめ定めたクリップ閾値でクリップすることにより、タイミング判定部３２において生成される閾値が大きくなりすぎることを防ぎ、先行波および遅延波のタイミングの非検出確率を下げることができる。

受信信号と既知系列との相関値に基づいてタイミングを推定する比較例では、到来波に電力差がある場合、既知系列以外の部分であるデータ系列と既知系列とが類似する可能性がある。データ系列と既知系列とが類似する部分の相関値が、電力差のある到来波のなかで電力の低い方に対応するタイミングにおける相関値と同程度以上となると、到来波のタイミングの誤検出が生じる。この問題を解決するためには、既知系列長を長くするか、平均回数を多くするか、または両方の対策を行う必要であるが、これらの対策を行うとデータの伝送効率が低下する。これに対し、以上述べた実施の形態１のタイミング推定装置１００は、比較例ではデータ系列と既知系列との類似性により相関値が高くなってしまうタイミングであっても、生成したレプリカと受信信号との誤差が大きくなり信頼値を抑圧できる。このため、到来波に電力差がある場合でも、到来波のタイミングの誤検出の発生を比較例に比べて減少させることができる。このため、実施の形態１では、到来波に電力差がある場合でも、短い時間かつ短い既知系列で、精度高く先行波および遅延波のタイミングを推定することができる。

実施の形態２．
図９は、本発明にかかる実施の形態２のタイミング推定装置の構成例を示す図である。実施の形態２のタイミング推定装置１００ａは、実施の形態１の粗タイミング推定部４を備えず、実施の形態１の信頼性算出部２−１〜２−ｋおよびタイミング推定部３の替わりに信頼性算出部２ａ−１〜２ａ−ｋおよびタイミング推定部３ａを備える。以下、信頼性算出部２ａ−１〜２ａ−ｋを区別せずに示すときには、信頼性算出部２ａと記載する。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

図１０は、本実施の形態の信頼性算出部２ａの構成例を示す図である。信頼性算出部２ａは、実施の形態１と同様のＣＩＲ推定部２１、レプリカ生成部２２、信頼値算出部２３および信頼値クリップ部２４−１を備える。信頼値クリップ部２４−１は符号に枝番号がついているが実施の形態１の信頼値クリップ部２４と同様の機能を有する。信頼性算出部２ａは、さらに、ｎタップＣＩＲ推定部２５、Ｍタップレプリカ生成部２６、ｎタップレプリカ生成部２７、信頼値算出部２８，２９および信頼値クリップ部２４−２〜２４−３を備える。

図１１は、本実施の形態のタイミング推定部３ａの構成例を示す図である。タイミング推定部３ａは、隣接平均部３１、フレーム間平均部３４およびタイミング判定部３５を備える。

本実施の形態のタイミング推定装置１００ａを構成する各部は、処理回路により実現される。処理回路は、実施の形態１で述べた通り、専用の回路である処理回路２００であってもよいしプロセッサ３０１を備える処理回路３００であってもよいし、処理回路２００および処理回路３００の両方を含んでいてもよい。

次に、本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態の信頼性算出部２ａは、ＣＩＲ推定部２１、レプリカ生成部２２、信頼値算出部２３および信頼値クリップ部２４−１によって実施の形態１と同様の信頼値を算出する。なお、レプリカ生成部２２により生成されるレプリカを第１のレプリカとも呼ぶ。また、信頼値算出部２３により生成される信頼値を第２の信頼値とも呼ぶ。ただし、本実施の形態では、タイミング推定装置１００ａは粗タイミング推定部４を備えていないため、実施の形態１におけるｔ_sは０として受信信号メモリ１から各信頼性算出部２ａへ、オーバーサンプリング後のサンプルが出力される。

本実施の形態の信頼性算出部２ａでは、さらに、以下に述べる動作を実施する。Ｍタップレプリカ生成部２６が、ＣＩＲ推定部２１により生成されたＭタップ分のＣＩＲのうち末尾からｎ（ｎはＭより小さい整数）タップ分と既知系列との畳み込みの結果を用いて受信信号のレプリカである第２のレプリカを生成する。すなわち、Ｍタップレプリカ生成部２６は、ＭタップのＣＩＲのうち、Ｍタップの末尾の第３の数のタップであるｎタップに対応するＣＩＲを用いて第２のレプリカを生成する第２のレプリカ生成部である。Ｍタップレプリカ生成部２６におけるレプリカの生成方法は、実施の形態１と同様の方法を用いることができる。

信頼値算出部２８は、第２のレプリカと受信信号との誤差電力を算出し、ＣＩＲ推定部２１により生成されたＭタップ分のＣＩＲのうち末尾からｎタップ分のＣＩＲ電力を算出し、ＣＩＲ電力を誤差電力で除算し、除算した結果を第２の信頼値として信頼値クリップ部２４−２へ出力する。すなわち、信頼値算出部２８は、サンプル群および第２のレプリカに基づいて誤差電力を算出し、Ｍタップの末尾のｎタップに対応するＣＩＲに基づいてＭタップの末尾のｎタップに対応するＣＩＲの電力であるＣＩＲ電力を算出し、算出した誤差電力とＣＩＲ電力とに基づいて第２の信頼値を算出する第２の算出部である。信頼値算出部２８における誤差電力およびＣＩＲ電力の算出方法は、信頼値算出部２３における誤差電力の算出方法と同様の方法を用いることができる。

信頼値クリップ部２４−２は、信頼値算出部２８から出力された信頼値を、あらかじめ定められたクリップ閾値でクリップしてタイミング推定部３ａへ出力する。信頼値クリップ部２４−２におけるクリップ閾値は、信頼値クリップ部２４−１におけるクリップ閾値と同じであってもよいし異なっていてもよい。

また、第２の推定部であるｎタップＣＩＲ推定部２５は、受信信号メモリ１から出力されたオーバーサンプリング後の受信信号に基づいて、ｎタップのＣＩＲを求め、求めたＣＩＲをｎタップレプリカ生成部２７および信頼値算出部２９へ出力する。ｎタップのＣＩＲを算出する方法は、実施の形態１で説明したＣＩＲにおいてＭの替わりにｎを用いた方法であってもよいし、実施の形態１で説明した方法とは異なる方法であってもよい。

第３のレプリカ生成部であるｎタップレプリカ生成部２７は、ｎタップＣＩＲ推定部２５から出力されたＣＩＲと既知系列との畳み込みを行い、畳み込みの結果に基づいて、受信信号のレプリカである第３のレプリカを生成し、第３のレプリカを信頼値算出部２９へ出力する。ｎタップレプリカ生成部２７におけるレプリカの生成方法は、実施の形態１と同様の方法を用いることができる。

信頼値算出部２９は、第３のレプリカとオーバーサンプリング後の受信信号との誤差電力を算出し、ｎタップＣＩＲ推定部２５から出力されるｎタップのＣＩＲのＣＩＲ電力を求め、誤差電力をＣＩＲ電力で除算し、除算した結果を第３の信頼値として信頼値クリップ部２４−３へ出力する。信頼値算出部２９は、サンプル群および第３のレプリカに基づいて誤差電力を算出し、第３の数のタップすなわちｎタップのＣＩＲに基づいてＣＩＲ電力を算出し、算出した誤差電力とＣＩＲ電力とに基づいて第３の信頼値を算出する第３の算出部である。信頼値算出部２９における誤差電力およびＣＩＲ電力の算出方法は、信頼値算出部２３における誤差電力の算出方法と同様の方法を用いることができる。

信頼値クリップ部２４−３は、信頼値算出部２９から出力された信頼値を、あらかじめ定められたクリップ閾値でクリップしてタイミング推定部３ａへ出力する。信頼値クリップ部２４−３におけるクリップ閾値は、信頼値クリップ部２４−１におけるクリップ閾値と同じであってもよいし異なっていてもよい。

なお、タイミング推定装置１００ａは、信頼値クリップ部２４−１〜２４−３を備えなくてもよい。信頼値クリップ部２４−１〜２４−３を備えない場合、信頼値算出部２３，２８，２９から出力された第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値がそのままタイミング推定部３ａへ出力される。

次に、タイミング推定部３ａでは、隣接平均部３１が、信頼性算出部２ａから出力されたクリップ後の第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値に対して、それぞれ実施の形態１と同様に隣接平均処理を実施し、処理結果をフレーム間平均部３４へ出力する。本実施の形態では、ここまでの処理がフレームごとに実施される。したがって、実施の形態２においてフレームごとに実施される処理のフローは、実施の形態１で説明した図６に示したフローチャートにおいてステップＳ８が削除されたものとなる。また、図６に示したフローチャートのステップＳ３からステップＳ５の実施とともに、上述したｎタップＣＩＲ推定部２５、Ｍタップレプリカ生成部２６、ｎタップレプリカ生成部２７、信頼値算出部２８，２９および信頼値クリップ部２４−２〜２４−３における処理が実施され、ステップＳ７では、第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値の隣接平均処理が実施される。

フレーム間平均部３４は、第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値のそれぞれについて、フレーム間の平均値を算出する。すなわち、フレーム間平均部３４は、フレームごとに入力される各タイミングの第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値のそれぞれの平均値を算出する。平均値の算出方法としては、移動平均をとる方法を用いることができる。例えば、フレーム間平均部３４は、ｑ−１フレーム目までの第１の信頼値の平均をαとし、ｑフレームにおける第１の信頼値をβとした時に、ｑフレームにおける平均値をα×（１−ａ）＋β×ａにより求めることができる。ｑは、フレームの番号を示す整数である。ａは１以下の正の実数で、ａの逆数が平均化回数を意味する。第２の信頼値および第３の信頼値のそれぞれの平均値も同様の方法により算出することができる。なお、各信頼値の平均値を算出する方法は、この方法に限定されずどのような方法でもよく、例えば区間平均であってもよい。

フレーム間平均部３４は、算出した第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値のそれぞれの平均値を、タイミング判定部３５へ出力する。以下、フレーム間平均部３４の処理の説明においては、第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値のそれぞれの平均値を、それぞれ第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値と呼ぶ。タイミング判定部３５は、第１の信頼値を用いて、実施の形態１のタイミング判定部３２と同様に、最大値に基づいて閾値を設定し、閾値を超えるタイミングを求める。そして、タイミング判定部３５は、求めたタイミングのなかで、第２の信頼値が最大となるタイミングを遅延波タイミングと決定する。また、タイミング判定部３５は、求めたタイミングのなかで、第３の信頼値が最大となるタイミングを先行波タイミングと決定する。タイミング判定部３５は、決定した先行波タイミングおよび遅延波タイミングを外部へ出力する。以上のように、タイミング推定部は、第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値に基づいて、先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングを推定する。

以上説明したように、実施の形態２では実施の形態１と同様の第１の信頼値を用いた検出に加えて、Ｍタップの末尾のｎタップに対応する第２の信頼値と、Ｍタップのうちの先頭のｎタップに対応する第３の信頼値とを用いて先行波タイミングおよび遅延波タイミングを推定するようにした。このため、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、実施の形態１に比べて、瞬時的な推定精度の向上が期待できる。

なお、本実施の形態では、第２の信頼値に基づいて遅延波タイミングを決定し、第３の信頼値に基づいて先行波タイミングを決定したが、遅延波タイミングおよび先行波タイミングのうちの一方を実施の形態１と同様の方法で決定してもよい。タイミング推定装置１００ａは、遅延波タイミングを実施の形態１と同様の方法で決定する場合は、Ｍタップレプリカ生成部２６、信頼値算出部２８、および信頼値クリップ部２４−２を備えなくてもよく、先行波タイミングを実施の形態１と同様の方法で決定する場合は、ｎタップＣＩＲ推定部２５、ｎタップレプリカ生成部２７、信頼値算出部２９および信頼値クリップ部２４−３を備えなくてよい。

実施の形態３．
図１２は、本発明にかかる実施の形態３のタイミング推定装置の構成例を示す図である。実施の形態３のタイミング推定装置１００ｂは、実施の形態２のタイミング推定部３ａの替わりにタイミング推定部３ｂを備え、実施の形態１と同様の粗タイミング推定部４を追加する以外は、実施の形態２のタイミング推定装置１００ａと同様である。実施の形態１または実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１または実施の形態２と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１または実施の形態２と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のタイミング推定装置１００ｂを構成する各部は、処理回路により実現される。処理回路は、実施の形態１で述べた通り、専用の回路である処理回路２００であってもよいしプロセッサ３０１を備える処理回路３００であってもよいし、処理回路２００および処理回路３００の両方を含んでいてもよい。

本実施の形態では、実施の形態１と同様に受信信号メモリ１に粗タイミング推定部４からｔ_sが入力され、受信信号メモリ１は、実施の形態１と同様に、ｔ_sを用いて、信頼性算出部２ａ−１〜２ａ−ｋへオーバーサンプリング後の信号を出力する。

信頼性算出部２ａの構成および動作は実施の形態２と同様である。信頼性算出部２ａ−１〜２ａ−ｋは、第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値をクリップしたものをタイミング推定部３ｂへ出力する。

図１３は、実施の形態３のタイミング推定部３ｂの構成例を示す図である。図１３に示すように、タイミング推定部３ｂは、実施の形態１と同様の隣接平均部３１、タイミング判定部３２およびフレーム間平均部３３を備える。タイミング推定部３ｂは、さらに、実施の形態２と同様のフレーム間平均部３４およびタイミング判定部３５を備える。タイミング推定部３ｂは、さらに、選択部３６を備える。

隣接平均部３１、タイミング判定部３２およびフレーム間平均部３３の動作は実施の形態１と同様である。隣接平均部３１は、隣接平均処理の結果をタイミング判定部３２およびフレーム間平均部３４の両方へ出力する。フレーム間平均部３３は、処理結果すなわち先行波タイミングおよび遅延波タイミングを選択部３６へ出力する。フレーム間平均部３４およびタイミング判定部３５の動作は、実施の形態２と同様である。タイミング判定部３５は、処理結果すなわち先行波タイミングおよび遅延波タイミングを選択部３６へ出力する。

選択部３６は、フレーム間平均部３３から出力された処理結果である第１の推定結果とタイミング判定部３５から出力された処理結果である第２の推定結果とのうち一方を選択して出力する。詳細には、例えば、選択部３６は、フレーム間平均部３３およびタイミング判定部３５から出力された処理結果からそれぞれ遅延波の広がりを求め、遅延波の広がりの大きい方の処理結果を推定結果として選択して出力する。遅延波の広がりは、先行波が到着したタイミングと最遅延波が到着したタイミングまでの長さを示すものである。実施の形態１で述べた通り、処理結果として出力される遅延波タイミングはＭタップの末尾で検出された場合を示しているため、各処理結果として出力される遅延波タイミングおよび先行波タイミングを用いると、遅延波の広がりは以下の式（３）により算出することができる。なお、ここでは、遅延波タイミングおよび先行波タイミングは上述したタイミング番号により示されていると仮定する。
遅延波の広がり＝遅延波タイミング−先行波タイミング＋（Ｍ−１）×Ｎ …（３）

なお、実施の形態１で述べたように、タイミング推定装置１００ｂは、隣接平均部３１を備えなくてもよい。タイミング推定装置１００ｂが隣接平均部３１を備えない場合、信頼性算出部２ａ−１〜２ａ−ｋから出力されるクリップされた第１の信頼値、第２の信頼値および第３の信頼値は、タイミング判定部３２およびフレーム間平均部３４にそのまま入力される。

以上のように、タイミング推定装置１００ｂは、実施の形態１で述べた方法と同様に第２の信頼値および第３の信頼値を用いずに算出された先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングである第１の推定結果と、実施の形態２で述べた方法と同様に第２の信頼値および第３の信頼値を用いて算出された先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングである第２の推定結果と、のうちのいずれか一方を選択して出力する。以上の例では、遅延波の広がりに基づいて、フレーム間平均部３３から出力された処理結果とタイミング判定部３５から出力された処理結果とのうち一方を選択したが、パラメータによりどちらを選択するかを設定可能なように構成されてもよい。第１の推定結果と、第２の推定結果とのうちどちらを用いる設定とするかについては、例えば、想定される伝搬環境に応じて設定することができるが、設定方法についてはこれに限定されない。

以上説明したように、実施の形態３のタイミング推定装置１００ｂは、実施の形態１のタイミング推定部３における処理と実施の形態２のタイミング推定部３ａにおける処理とを併用し、両者の処理結果から出力する結果を選択している。実施の形態１は、実施の形態２と比較して瞬時的な推定精度が低いが、変動が少ない環境ではフレーム間平均における平均化によりタイミング推定の精度は実施の形態２と比較して高くなる。実施の形態３では、変動が少ない環境では実施の形態１の処理結果を選択し、トンネルの出入りなどの突然伝搬環境が変わった場合には実施の形態２を選択することができ、変動が少ない環境におけるタイミング推定の精度を維持しつつ、伝搬環境の変動への耐性を強くすることができる。

実施の形態４．
図１４は、本発明にかかる実施の形態４のタイミング推定装置の構成例を示す図である。実施の形態４のタイミング推定装置１００ｃは、実施の形態２の信頼性算出部２ａ−１〜２ａ−ｋおよびタイミング推定部３ａの替わりに、信頼性算出部２ｃ−１〜２ｃ−ｋおよびタイミング推定部３ｃを備える以外は、実施の形態２のタイミング推定装置１００ａと同様である。実施の形態１または実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１または実施の形態２と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１または実施の形態２と異なる点を主に説明する。

本実施の形態のタイミング推定装置１００ｃを構成する各部は、処理回路により実現される。処理回路は、実施の形態１で述べた通り、専用の回路である処理回路２００であってもよいしプロセッサ３０１を備える処理回路３００であってもよいし、処理回路２００および処理回路３００の両方を含んでいてもよい。

本実施の形態では、送信装置との間で同期がとれており、既知系列のおおまかな位置は、タイミング推定装置１００ｃを搭載する受信装置においてわかっているとする。受信信号メモリ１は、実施の形態１と同様に、既知系列のおおまかな位置から定められたｔ_sに基づいて、各２ｃ−１〜２ｃ−ｋへタイミング＃０〜タイミング＃Ｔのサンプルを出力する。以下、信頼性算出部２ｃ−１〜２ｃ−ｋを区別せずに示す場合には、信頼性算出部２ｃと記載する。

図１５は、本実施の形態の信頼性算出部２ｃの構成例を示す図である。図１５に示すように、信頼性算出部２ｃは、実施の形態１と同様のＣＩＲ推定部２１、レプリカ生成部２２および信頼値算出部２３を備える。信頼性算出部２ｃは、さらに、ｎタップＣＩＲ推定部２５−１〜２５−ｐと、ｎタップレプリカ生成部２７−１〜２７−ｐと、信頼値算出部２９−１〜２９−ｐとを備える。ｐは２以上の整数である。以下、ｎタップＣＩＲ推定部２５−１〜２５−ｐを区別せずに示す場合、ｎタップＣＩＲ推定部２５と記載し、ｎタップレプリカ生成部２７−１〜２７−ｐを区別せずに示す場合、ｎタップレプリカ生成部２７と記載し、信頼値算出部２９−１〜２９−ｐを区別せずに示す場合、信頼値算出部２９と記載する。

ｎタップＣＩＲ推定部２５−ｒ（ｒ＝１，・・・，ｐ）は、受信信号メモリ１から入力されたオーバーサンプリング後の受信信号に基づいて、ｎタップのＣＩＲを求め、求めたＣＩＲをｎタップレプリカ生成部２７−ｒおよび信頼値算出部２９−ｒへ出力する。ｎタップのＣＩＲを算出する方法は、実施の形態１で説明したＣＩＲにおいてＭの替わりにｎを用いた方法であってもよいし、実施の形態１で説明した方法とは異なる方法であってもよい。ただし、ｎタップＣＩＲ推定部２５−１〜２５−ｐにおけるタップ数ｎの値は、ｎタップＣＩＲ推定部２５−１〜２５−ｐによりそれぞれ異なる。以下、ｎタップＣＩＲ推定部２５−１〜２５−ｐにおけるそれぞれのタップ数であり、第３の数であるｎの値を、ｎ₁〜ｎ_pとする。ｎ₁〜ｎ_pは、それぞれＭより小さい正の整数である。

ｎタップレプリカ生成部２７−ｒ（ｒ＝１，・・・，ｐ）は、ｎタップＣＩＲ推定部２５−ｒから出力されるＣＩＲを用いて、受信信号のレプリカを生成し、レプリカを信頼値算出部２９−ｒへ出力する。レプリカの生成方法は、実施の形態１と同様の方法を用いることができるが、この方法に限定されない。

信頼値算出部２９−ｒは、レプリカとオーバーサンプリング後の受信信号とＣＩＲとに基づいて信頼値を算出し、信頼値をタイミング推定部３ｃへ出力する。信頼値の算出方法は、実施の形態１と同様の方法を用いることができるが、この方法に限定されない。

以上のように、本実施の形態のタイミング推定装置１００ｃは、第２の算出部であるｎタップＣＩＲ推定部２５、第３のレプリカ生成部であるｎタップレプリカ生成部２７、第３の算出部である信頼値算出部２９を複数組備える。第３の数であるｎは、複数組のそれぞれで異なる。

図１６は、実施の形態４のタイミング推定部３ｃの構成例を示す図である。図１６に示すように、タイミング推定部３ｃは、フレーム間平均部３４−１〜３４−（ｐ＋１）、タイミング判定部３５−１〜３５−（ｐ＋１）、データ部信頼値算出部３７−１〜３７−（ｐ＋１）および選択部３８を備える。フレーム間平均部３４−１〜３４−ｐには、それぞれ信頼値算出部２９−１〜２９−ｐにより算出された信頼値が入力される。フレーム間平均部３４−（ｐ＋１）には、信頼値算出部２３により算出された信頼値が入力される。

フレーム間平均部３４−１〜３４−（ｐ＋１）における処理は、実施の形態２のフレーム間平均部３４の処理と同様である。フレーム間平均部３４−１〜３４−（ｐ＋１）は、処理結果をそれぞれ対応するタイミング判定部３５−１〜３５−（ｐ＋１）へ出力する。タイミング判定部３５−１〜３５−（ｐ＋１）における処理は、実施の形態２のタイミング判定部３５の処理と同様である。タイミング判定部３５−１〜３５−（ｐ＋１）は、処理結果すなわち先行波タイミングおよび遅延波タイミングを、それぞれ対応するデータ部信頼値算出部３７−１〜３７−（ｐ＋１）へ出力する。

データ部信頼値算出部３７−１〜３７−（ｐ＋１）は、対応するタイミング判定部３５−１〜３５−（ｐ＋１）から入力される先行波タイミングおよび遅延波タイミングを用いて、受信信号のデータ部すなわちフレーム内の既知系列以外の部分のシンボル判定を行う。シンボル判定の方法は、一般的に用いられている方法を用いることができ、どのような方法を用いてもよい。なお、受信信号は受信信号メモリ１からデータ部信頼値算出部３７−１〜３７−（ｐ＋１）へ入力されるオーバーサンプリング後の受信信号である。データ部信頼値算出部３７−１〜３７−（ｐ＋１）は、シンボル判定結果と受信信号とに基づいてデータ部の信頼値を求め、信頼値を先行波タイミングおよび遅延波タイミングとともに選択部３８へ出力する。データ部の信頼値は、実施の形態１で、既知系列と受信信号とを用いた方法を用いることができるが、この方法に限定されない。

選択部３８は、データ部信頼値算出部３７−１〜３７−（ｐ＋１）から入力された信頼値のうち最も大きい信頼値に対応するものに対応する先行波タイミングおよび遅延波タイミングを選択して出力する。すなわち、タイミング推定部３ｃは、複数組のｎタップＣＩＲ推定部２５、ｎタップレプリカ生成部２７および信頼値算出部２９により算出された複数の第３の信頼値に基づいてそれぞれ先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングを第１の推定タイミングとして算出する。また、タイミング推定部３ｃは、第１の信頼値に基づいて先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングを第２の推定タイミングとして算出する。そして、タイミング推定部３ｃは、第２の推定タイミングと複数の第１の推定タイミングとのなかから選択した先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングを推定結果として出力する。

以上のように、実施の形態４では複数のタップ数による信頼値をそれぞれ算出し、データ部の信頼値に基づいて、先行波タイミングおよび遅延波タイミングを選択している。このため、実施の形態１と同様の効果を得られるとともに、瞬時的な変動がある環境でも推定精度が大きく向上する。したがって、バースト受信を行う場合のように、十分にフレーム間平均化の回数を稼げない場合でもタイミング推定の精度を高くできる。

＜変形例＞
上述した各実施の形態では、タイミング＃０からタイミング＃Ｔに対応した信頼性算出部がそれぞれ設けられ、複数のタイミングの処理を並列に実施する例を説明したが、これに限定されず、１つまたは複数の信頼性算出部が、複数のタイミングに対応した処理をシリアルに実施するようにしてもよい。例えば、１つの信頼性算出部が、タイミング＃０からタイミング＃Ｔにそれぞれ対応した処理を、シリアルに実施してもよい。また、実施の形態４において信頼性算出部２ｃ内の処理およびタイミング推定部３ｃ内の処理は、タップ数ごとに並列に行われているが、これらの処理もシリアルに行われてもよい。

また、信頼値クリップ部２４，２４−１〜２４−３によるクリップ処理を実施するか否かをパラメータにより設定できるように構成してもよい。また、フレーム間平均部３３，３４，３４−１〜３４−（ｐ＋１）、隣接平均部３１の機能をそれぞれ有効にするか無効にするかすなわち隣接平均部３１における平均化を実施するか否かをパラメータにより設定できるように構成してもよい。また、フレーム間平均部３３，３４，３４−１〜３４−（ｐ＋１）における平均化の回数を、すなわちフレーム間平均部３３，３４，３４−１〜３４−（ｐ＋１）により算出される平均値の算出の基になるフレーム数を、パラメータに変更できるように構成してもよい。フレーム間平均の回数を増やすとタイミング推定の精度は向上し、フレーム間平均の回数を減らすと処理の収束速度が速くなる。したがって、例えば、推定の精度と収束速度とのトレードオフによりフレーム間平均の回数があらかじめ設定される。なお、各パラメータの設定は任意の方法により設定可能であり、上述した例に限定されない。

また、実施の形態１および実施の形態３では、粗タイミング推定部４を用いる例を説明したが、実施の形態１および実施の形態３の構成および動作において、実施の形態２と同様に粗タイミング推定部４を用いずにｔ_sを０としてもよい。また、実施の形態２および実施の形態４の構成に粗タイミング推定部４を追加して、実施の形態１と同様に、受信信号メモリ３が粗タイミング推定部４により推定されたおおまかな位置を用いて、オーバーサンプリング後の受信信号を出力するようにしてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 受信信号メモリ、２，２−１〜２−ｋ，２ａ，２ａ−１〜２ａ−ｋ，２ｃ，２ｃ−１〜２ｃ−ｋ 信頼性算出部、３，３ａ，３ｂ，３ｃ タイミング推定部、４ 粗タイミング推定部、５ オーバーサンプリング部、２１ ＣＩＲ推定部、２２ レプリカ生成部、２３，２８，２９，２９−１〜２９−ｐ 信頼値算出部、２４，２４−１〜２４−３ 信頼値クリップ部、２５，２５−１〜２５−ｐ ｎタップＣＩＲ推定部、２６ Ｍタップレプリカ生成部、２７，２７−１〜２７−ｐ ｎタップレプリカ生成部、３１ 隣接平均部、３２，３５，３５−１〜３５−（ｐ＋１） タイミング判定部、３３，３４，３４−１〜３４−（ｐ＋１） フレーム間平均部、３６，３８ 選択部、３７−１〜３７−（ｐ＋１） データ部信頼値算出部、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ タイミング推定装置。

Claims (16)

1. 既知系列を含みオーバーサンプリングされた受信信号から、シンボルレート間隔で抽出された第１の数のサンプルであるサンプル群を、各前記サンプル群の先頭の位置を１サンプルずつずらして複数出力する受信信号出力部と、
   複数の前記サンプル群のそれぞれに対して、前記サンプル群に基づいてチャネルインパルスレスポンスを算出し、前記チャネルインパルスレスポンスおよび前記既知系列を用いて前記受信信号のレプリカを生成し、前記サンプル群、前記レプリカおよび前記チャネルインパルスレスポンスに基づいて信頼値を算出する信頼性算出部と、
   前記信頼値に基づいて、先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングを推定するタイミング推定部と、
   を備えることを特徴とするタイミング推定装置。
2. 前記信頼性算出部は、
   前記サンプル群から、第２の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスを算出する第１の推定部と、
   前記第２の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスおよび前記既知系列を用いて前記レプリカである第１のレプリカを生成する第１のレプリカ生成部と、
   前記サンプル群および前記レプリカに基づいて誤差電力を算出し、前記第２の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスに基づいて前記チャネルインパルスレスポンスの電力を算出し、前記誤差電力と前記チャネルインパルスレスポンスの電力とに基づいて前記信頼値である第１の信頼値を算出する第１の算出部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のタイミング推定装置。
3. 前記信頼性算出部は、
   前記第２の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスのうち、前記第２の数のタップの末尾の第３の数のタップに対応する前記チャネルインパルスレスポンスを用いて前記レプリカである第２のレプリカを生成する第２のレプリカ生成部と、
   前記サンプル群および前記第２のレプリカに基づいて誤差電力を算出し、前記第２の数のタップの末尾の第３の数のタップに対応する前記チャネルインパルスレスポンスに基づいて前記第２の数のタップのうち末尾の第３の数のタップに対応する前記チャネルインパルスレスポンスの電力を算出し、算出した前記誤差電力と前記第２の数のタップの末尾の第３の数のタップに対応する前記チャネルインパルスレスポンスの電力とに基づいて前記信頼値である第２の信頼値を算出する第２の算出部と、
   を備え、
   前記タイミング推定部は、前記第１の信頼値および前記第２の信頼値に基づいて、前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングを推定することを特徴とする請求項２に記載のタイミング推定装置。
4. 前記信頼性算出部は、
   前記サンプル群から、第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスを算出する第２の推定部と、
   前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスおよび前記既知系列を用いて前記レプリカである第３のレプリカを生成する第３のレプリカ生成部と、
   前記サンプル群および前記第３のレプリカに基づいて誤差電力を算出し、前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスに基づいて前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスの電力を算出し、算出した前記誤差電力と前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスの電力とに基づいて前記信頼値である第３の信頼値を算出する第３の算出部と、
   を備え、
   
   前記第１の信頼値および前記第３の信頼値に基づいて、前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングを推定することを特徴とする請求項２に記載のタイミング推定装置。
5. 前記信頼性算出部は、
   前記サンプル群から、前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスを算出する第２の推定部と、
   前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスおよび前記既知系列を用いて前記レプリカである第３のレプリカを生成する第３のレプリカ生成部と、
   前記サンプル群および前記第３のレプリカに基づいて誤差電力を算出し、前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスに基づいて前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスの電力を算出し、算出した前記誤差電力と前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスの電力とに基づいて前記信頼値である第３の信頼値を算出する第３の算出部と、
   を備え、
   前記タイミング推定部は、前記第１の信頼値、前記第２の信頼値および前記第３の信頼値に基づいて、前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングを推定することを特徴とする請求項３に記載のタイミング推定装置。
6. 前記第２の信頼値および前記第３の信頼値を用いずに算出された前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングである第１の推定結果と、
   前記第２の信頼値および前記第３の信頼値を用いて算出された前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングである第２の推定結果と、
   のうちのいずれか一方を選択して出力することを特徴とする請求項５に記載のタイミング推定装置。
7. 前記第１の推定結果および前記第２の推定結果のうち前記先行波の到来タイミングと前記遅延波の到来タイミングとの間の長さである遅延波の広がりが大きい方を推定結果として選択することを特徴とする請求項６に記載のタイミング推定装置。
8. 前記信頼性算出部は、生成した前記信頼値が閾値を超える場合に前記閾値を前記信頼値として前記タイミング推定部へ出力するクリップ処理を実施することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のタイミング推定装置。
9. 前記クリップ処理を実施するか否かがパラメータにより設定可能であることを特徴とする請求項８に記載のタイミング推定装置。
10. 前記タイミング推定部は、前記信頼値と、該信頼値に対応する前記サンプル群と１サンプルずれた前記サンプル群である隣接サンプル群に対応する前記信頼値と、を平均化し、平均化された値に基づいて前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングを推定することを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載のタイミング推定装置。
11. 前記平均化を実施するか否かがパラメータにより設定可能であることを特徴とする請求項１０に記載のタイミング推定装置。
12. 前記タイミング推定部は、前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングをフレームごとに推定し、複数の前記フレームの前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングの平均値を推定結果として出力することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載のタイミング推定装置。
13. 前記平均値の算出の基になる前記フレームの数をパラメータにより設定可能であることを特徴とする請求項１２に記載のタイミング推定装置。
14. 前記信頼性算出部は、
    前記サンプル群から、第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスを算出する第２の算出部と、
    前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスおよび前記既知系列を用いて前記レプリカである第３のレプリカを生成する第３のレプリカ生成部と、
    前記サンプル群および前記第３のレプリカに基づいて誤差電力を算出し、前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスに基づいて前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスの電力を算出し、算出した前記誤差電力と前記第３の数のタップの前記チャネルインパルスレスポンスの電力とに基づいて前記信頼値である第３の信頼値を算出する第３の算出部と、を複数組備え、
    前記第３の数は、前記複数組のそれぞれで異なり、
    前記タイミング推定部は、前記複数組の前記第３の算出部により算出された複数の前記第３の信頼値に基づいてそれぞれ前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングを第１の推定タイミングとして算出し、前記第１の信頼値に基づいて前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングを第２の推定タイミングとして算出し、前記第２の推定タイミングと複数の前記第１の推定タイミングとのなかから選択した前記先行波の到来タイミングおよび前記遅延波の到来タイミングを推定結果として出力することを特徴とする請求項２に記載のタイミング推定装置。
15. 前記タイミング推定部は、複数の前記第３の信頼値および前記第１の信頼値のうちの最大値に対応する前記遅延波の到来タイミングを前記推定結果として選択することを特徴とする請求項１４に記載のタイミング推定装置。
16. タイミング推定装置が、
    既知系列を含みオーバーサンプリングされた受信信号から、シンボルレート間隔で抽出された第１の数のサンプルであるサンプル群を、各前記サンプル群の先頭の位置を１サンプルずつずらして複数出力する出力ステップと、
    前記複数のサンプル群のそれぞれに対して、前記サンプル群に基づいてチャネルインパルスレスポンスを算出し、前記チャネルインパルスレスポンスおよび前記既知系列を用いて前記受信信号のレプリカを生成する生成ステップと、
    前記サンプル群、前記レプリカおよび前記チャネルインパルスレスポンスに基づいて信頼値を算出する算出ステップと、
    前記信頼値に基づいて、先行波の到来タイミングおよび遅延波の到来タイミングを推定する推定ステップと、
    を含むことを特徴とするタイミング推定方法。

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