JP2010541377A - Ｄｍｂ−ｔシステムのための時間周波数同期およびフレーム番号検出 - Google Patents

Abstract

DMB-T受信機は単一搬送波（SC）型の変調および直交周波数分割多重（OFDM）のようなマルチ搬送波型の変調をサポートする。放送信号を受信すると、DMB-T受信機は受信された放送信号を受信ベースバンド信号にダウンコンバートし、隣り合う信号フレーム内の受信シンボルのグループどうしの相関を取ることによって、各フレームについてのフレーム番号を判別する。具体的には、受信機は、最大右シフト相関値および最大左シフト相関値を判別する。最大右シフト相関値の大きさが最大左シフト相関値の大きさ以上である場合には、最大右シフト相関値がルックアップテーブルからフレーム番号を取得するために使われる。そうでない場合には、最大左シフト相関値に負号を付けた値が、前記ルックアップテーブルからフレーム番号を取得するために使われる。

Description

〈関連出願への相互参照〉
本願は、2007年9月28日に出願された米国仮出願第60/995,782号の利益を主張するものである。

〈発明の背景〉
本発明は概括的には通信システムに、より詳細には、たとえば地上波放送、携帯電話（cellular）、無線忠実度（Wi-Fi: Wireless-Fidelity）、衛星などの無線システムに関する。

近年、地上波テレビジョンのためのデジタル・マルチメディア放送（DMB-T: Digital Multimedia Broadcasting for Terrestrial Television）規格が中国におけるデジタル・テレビジョン（DTV）放送のために公開された（非特許文献１）。DMB-T規格は、受信機が単一搬送波（SC: single carrier）変調モードおよび直交周波数分割多重（OFDM: orthogonal frequency division multiplexing）変調モード（マルチ搬送波モード）をサポートすることを規定している。単一搬送波モードについては、直交振幅変調（QAM: Quadrature Amplitude Modulated）シンボルが直接送信される。マルチ搬送波モードについては、QAMシンボルは逆DFT（discrete Fourier transform［離散フーリエ変換］）演算によって変調される。DMB-T信号は、階層的なフレーム構造をもち、信号フレームが基本的な構成要素を与える。信号フレーム１０が図１に示されている。信号フレーム１０はフレーム・ヘッダ１１およびフレーム・ボディ１２を有する。フレーム・ヘッダ１１は異なる長さの三つのフレーム・ヘッダ・モードをもつ。図１から観察できるように、これらの長さは420シンボル、595シンボルまたは945シンボルである。フレーム・ボディ１２は3780個のシンボルを伝達し、そのうち36シンボルがシステム情報であり、3744シンボルがデータである。DMB-Tシステムでは、時間領域同期OFDM（TDS-OFDM: time-domain synchronous OFDM）技法が採用されている。よって、フレーム・ヘッダは擬似ノイズ（PN: pseudonoise）・シーケンスを含む。擬似ノイズ・シーケンスはパイロット信号としてはたらくとともに、ヨーロッパで使われるDVB-T（地上波）（たとえば非特許文献２参照）で使われるような典型的なOFDM送信に見出されるような巡回的プレフィックス（cyclic prefixes）に代わる保護区間（guard intervals）としても使われる。

Framing Structure, Channel Coding and Modulation for Digital Terrestrial Broadcasting System」、NSPRC、2007年8月 ETSI EN 300 744 V1.4.1(2001-01)、「Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television」 F. Tufvesson, O. Edfors and M. Faulkner、「Time and Frequency Synchronization for OFDM Using PN-Sequence Preambles」、Proc. IEEE VTC、pp.2203-2207、1999年9月 P. Dent, E. G. Bottomley, and T. Croft、「Jakes Fading Model Revisited」、Electronics Letters、Vol. 29、No. 13、pp.1162-1163、1993年6月

上記のように、DMB-T信号は信号フレームを有する。信号フレームはフレーム・ヘッダおよびフレーム・ボディを有する。DMB-T規格では三つのフレーム・ヘッダ・モード（モード）が定義されており、各モードについての構造は異なっている。それらの異なるモードのフレーム・ヘッダは擬似ノイズ（PN）・シーケンスを含む。擬似ノイズ・シーケンスは上述したDVB-Tのような典型的なOFDM送信に見出されるような巡回的プレフィックスに代わる保護区間として挿入される。モード１および３におけるPNフレーム・ヘッダはまた、DMB-Tにおける信号フレーム番号を示すためにも設計されている。これに関し、フレーム・ヘッダ・モード１および３において使用されるPNシーケンスの認識は、フレーム番号を検出するために使うことができる。具体的には、本発明の原理によれば、受信機は受信されたシンボルのシーケンスを与えるために信号を受信する。受信された信号は関連付けられた信号フレーム構造を有しており、各フレームは受信されたシンボルのグループを有する。受信機は各フレームについてのフレーム番号を、隣接する信号フレーム内の受信されたシンボルのグループどうしを相関付ける（correlate）ことによって決定する。

本発明のある例示的な実施形態では、受信機はDMB-T受信機であり、単一搬送波（SC）型の変調および直交周波数分割多重（OFDM）のようなマルチ搬送波型の変調をサポートする。放送信号を受信すると、受信機は受信された放送信号を受信されたベースバンド信号にダウンコンバートし、隣り合う信号フレーム内の受信シンボルのグループどうしを相関付けることによって、各フレームについてのフレーム番号を判別する。具体的には、受信機は、最大右シフト相関値および最大左シフト相関値を判別する。最大右シフト相関値の大きさが最大左シフト相関値の大きさ以上である場合には、最大右シフト相関値がルックアップテーブルからフレーム番号を取得するために使われる。そうでない場合には、最大左シフト相関値の負の値が、ルックアップテーブルからフレーム番号を取得するために使われる。

上記に鑑み、また詳細な説明を読むことから明白となるであろうように、本発明の原理の範囲内にはいる他の実施形態および特徴も可能である。

DMB-Tフレームを示す図である。 DMB-Tフレーム・ヘッダを示す図である。 本発明の原理に基づく例示的なデータ・セグメントを示す図である。 本発明の原理に基づく例示的な実施形態を示す図である。 本発明の原理に基づく例示的なフローチャートを示す図である。 本発明の原理に基づく受信機の例示的な実施形態を示す図である。 本稿に記載されるさまざまな方法についてのパフォーマンス・グラフを示す図の一つである。 本稿に記載されるさまざまな方法についてのパフォーマンス・グラフを示す図の一つである。 本稿に記載されるさまざまな方法についてのパフォーマンス・グラフを示す図の一つである。 本稿に記載されるさまざまな方法についてのパフォーマンス・グラフを示す図の一つである。 本稿に記載されるさまざまな方法についてのパフォーマンス・グラフを示す図の一つである。 本稿に記載されるさまざまな方法についてのパフォーマンス・グラフを示す図の一つである。 本発明の原理に基づく例示的なデータ・セグメントを示す図である。 本発明の原理に基づくもう一つの例示的なフローチャートを示す図である。 本発明の原理に基づく受信機の例示的な実施形態を示す図である。

本発明の概念のほかは、図面に示される要素はよく知られたもので、詳細に説明することはしない。また、テレビジョン放送、受信機およびビデオ・エンコードになじみがあることを前提とし、本稿で説明はしない。たとえば、本発明の概念のほかは、NTSC（National Television Systems Committee［全米テレビジョン・システム委員会］）、PAL（Phase Alternation Lines［位相交替線］）、SECAM（SEquential Couleur Avec Memoire［記憶をもつ逐次カラー］）、ATSC（Advanced Television Systems Committee［先進テレビジョン・システム委員会］）、中国デジタル・テレビジョン・システム(GB)20600-2006といった現行のおよび提案されているテレビジョン（TV）規格およびIEEE802.16、802.11hなどのようなネットワーキングについての勧告になじみがあることは前提とする。DVB-T放送信号についてのさらなる情報は、たとえば、非特許文献２に見出すことができる。同様に、本発明の概念のほかは、８レベル残留側波帯（8-VSB: eight-level vestigial sideband）、直交振幅変調（QAM: Quadrature Amplitude Modulation）、直交周波数分割多重（OFDM）または符号化OFDM（COFDM）または離散マルチトーン（DMT: discrete multitone）のような伝送概念および無線周波（RF: radio-frequency）フロントエンドのような受信機コンポーネントまたは低ノイズ・ブロック、チューナーおよび復調器、相関器（correlator）、リーク積分器（leak integrator）および平方器（squarer）のような受信機セクションは前提とされる。同様に、本発明の概念のほかは、転送ビットストリームを生成するためのフォーマットおよびエンコードの方法（動画像専門家グループ（MPEG）-2システム規格（ISO/IEC13818-1）のような）はよく知られており、本稿で説明することはしない。また、本発明の概念は、従来式のプログラミング技法を使って実装されてもよいことを注意しておくべきであろう。そのような従来式のプログラミング技法については本稿では説明しない。最後に、図面における同様の符号は同様の要素を表す。

前記のように、DMB-Tには三つの異なるフレーム・ヘッダ・モードがある。これらは図２に示されている。フレーム・ヘッダ・モード１（１１−１）は前同期部分（２１）、PN255シーケンス部分（２２）および後同期部分（２３）を含む。前（２１）および後（２３）同期は、PN255シーケンス（２２）の巡回的な延長である。前同期の長さは82シンボルであり、後同期の長さは83シンボルである。フレーム・ヘッダ・モード１については、255個の信号フレームのグループがスーパーフレーム（図示せず）をなし、これらの225個のフレームが同じ８次線形シフトレジスタによって生成されるが異なる初期位相をもつPNシーケンスを使う。フレーム・ヘッダ・モード２（１１−２）はPN595シーケンスを有し、これは10次の最大長シーケンスを打ち切ったものである。たとえば、フレーム・ヘッダ・モード２（１１−２）は、長さ1023のPNシーケンスからの最初の595個のシンボルからなる。フレーム・ヘッダ・モード２については、216個の信号フレームのグループがスーパーフレームをなす。フレーム・ヘッダ・モード１とは異なり、すべてのフレーム・ヘッダが同じPN595シーケンスを含む。最後に、フレーム・ヘッダ・モード３（１１−３）はフレーム・ヘッダ・モード１（１１−１）の構造と同様である。フレーム・ヘッダ・モード３は前同期（４１）、PN511シーケンス（４２）および後同期（４３）を含む。前（４１）および後（４３）同期は、PN511シーケンス（４２）の巡回的な延長である。前同期の長さは217シンボルであり、後同期の長さは217シンボルである。フレーム・ヘッダ・モード３については、200個の信号フレームのグループがスーパーフレームをなし、これらの200個のフレームが同じ９次線形シフトレジスタによって生成された異なる初期位相をもつPNシーケンスを使う。異なるモードについての異なる構造にもかかわらず、本発明の原理によれば、受信機は、サンプル・シフト値内で少なくとも2信号フレーム離間した受信シンボルのグループどうしの相関を取ることによってフレーム・タイミング同期を実行する。以下の記述では、受信機はすでに通常の技法によってフレーム・ヘッダ・モードを判別していると想定する。

上記したように、フレーム・ヘッダ・モード１および３については、あるスーパーフレーム内の諸信号フレーム・ヘッダは、同じ線形シフトレジスタによって生成されているが異なる初期位相をもつPNシーケンスを使う。これらのPNシーケンスは互いの巡回シフトとなっている。スーパーフレームの各信号フレームについてのPNシーケンスの初期位相は、先述した非特許文献１に挙げられている。コンピュータ検証後、我々は、PNシーケンスが以下の構造をもつことを見出した。最初の信号フレーム内のPNシーケンスを参照PNシーケンスとし、P_i(l)をフレーム・ヘッダ・モードiについて参照PNシーケンスに対してl位置だけ巡回的に右シフトさせたPNシーケンスであるとする。すると、フレーム・ヘッダ・モード１について、次の関係が成り立つ：

ここで、F₁(l)は、フレーム・ヘッダ・モード１についてl番目の信号フレームにおいて使われるPNシーケンスである。同様にして、フレーム・ヘッダ・モード３については、次の関係が成り立つ：

ここで、F₃(l)は、フレーム・ヘッダ・モード３についてl番目の信号フレームにおいて使われるPNシーケンスである。

式(1)および(2)において与えられているPNシーケンス構造から、真ん中の二つの信号フレーム（これらはモード１ではフレーム111および113、モード３ではフレーム99および101である）を除いては、一つおきの信号フレームについてのPNシーケンスの巡回シフトは、１位置右へ、または１位置左へであることがわかる。真ん中の二つの信号フレームについては（繰り返すが、これらはモード１ではフレーム111および113、モード３ではフレーム99および101である）、それらの１フレーム隣のPNシーケンスは１位置巡回シフトされているか、不変かのどちらかである。したがって、一つおきの信号フレームについて、フレーム・ヘッダは少なくともL_i−1個の反復されたPNシンボルをもち、L_iはi＝1,3としてフレーム・ヘッダ・モードiについてのフレーム・ヘッダの長さである（たとえば、L₁＝420シンボル、L₃＝495シンボル）。これに鑑み、本発明の原理によれば、タイミング例mおよびsサンプル・シフトに関するPNフレーム・ヘッダ相関（FHC: Frame Header Correlation）関数が：

として定義される。ここで、r[m]はサンプリングされた受信信号であり、G_iはi＝1,3としてフレーム・ヘッダ・モードiについてのPNシーケンスの長さである（たとえば、G₁＝255シンボル、G₃＝511シンボル）。パラメータM_i＝N＋L_iは、i＝1,3としてフレーム・ヘッダ・モードiについての信号フレームの長さである（たとえば、M₁＝4206シンボル、M₃＝4725シンボル）。よって、最適フレーム・タイミングm₀は：

によって与えられる。
サンプル・タイミングがシンボル・タイミングに等しいことが想定されていることを注意しておくべきであろう。しかしながら、本発明の概念はそのように限定されるものではなく、サンプル・タイミングはシンボル・タイミングとは異なることもできる。式(3)は概念的に図３に図解されている。受信信号r ８０はサンプリングされてサンプルのシーケンスを与える。たとえば、サンプル７９は（k＝0における）r[m]を表す。一連のサンプル８１（0≦k≦G_i−2）は、2M_iサンプル離れて、すなわち少なくとも２信号フレーム離れて位置し、sサンプル前方または後方にシフトされている一連のサンプル８２（0≦k≦G_i−2）からの対応するサンプルを乗算される。ここで、−l≦s≦lである。本質的には、あるサンプル・シフト値内で少なくとも２信号フレーム離間しているスライディング窓相関である。ひとたびm₀が決定されたら（式(4)）、m₀の値は、シンボル単位でフレームがどこで始まるかを表す。

ここで図４を参照すると、本発明の原理に基づく装置５０の例示的な実施形態が示されている。装置５０は任意のプロセッサ・ベースのプラットフォームを表す。たとえば、パソコン（PC）、サーバー、セットトップボックス、携帯情報端末（PDA）、携帯電話、モバイル・デジタル・テレビジョン（DTV）、DTVなどである。これに関し、装置５０は、メモリが付随する一つまたは複数のプロセッサを含み（図示せず）、受信機５５をも有する。受信機５５は放送信号１を（たとえばアンテナ（図示せず）を介して）受信する。この例の目的のためには、放送信号１はデジタル・テレビジョン（DTV）・サービス、すなわちDTVトランスポート・ストリームを表すと想定される。これは少なくとも一つのテレビ・チャンネルのためのビデオ、オーディオおよび／またはシステム情報を含み、その放送信号１はこの情報を、単一搬送波（SC）変調または直交周波数分割多重（OFDM）のようなマルチ搬送波変調のいずれかを使って伝達する。例示的に、DTVサービスはDMB-Tを介して伝達されると想定される。しかしながら、本発明の概念はそれに限定されるものではない。この例では、放送信号１は少なくとも三つの型のフレーム・ヘッダ・モードを使うので、受信機５５は、フレーム・タイミング同期を実行するために本発明の原理に基づいて受信された放送信号１を処理する。フレーム・タイミング同期を得たあとで、受信機５５はさらに受信された放送信号１を処理してそこから、出力装置６０に加えるための出力信号５６を復元する。出力装置６０は、破線の形で表されているように装置５０の一部であってもなくてもよい。この例のコンテキストでは、出力装置６０は、選択されたテレビ番組を視聴することをユーザーに許容するディスプレイである。

ここで図５を参照すると、装置５０で使うための本発明の原理に基づく例示的なフローチャートが示されている。ステップ２０５において、受信機５５が、サンプリングされた受信信号（たとえば先の図３参照）からのサンプルに対して、フレーム・ヘッダ相関（式(3)）を実行する。このデータから、受信機５５はステップ２１５においてピーク値m₀を決定する（式(4)）。値m₀はどこでフレームが始まるかを表す。ステップ２１５において、受信機５５はまた、フレーム・タイミング同期が達成されたことを信号で合図する。

ここで図６に目を転じると、受信機５５の例示的な部分が示されている。受信機５５のうち本発明の概念に重要な部分のみが示されている。受信機５５はダウンコンバータ１１０、復調器１１５およびフレーム・タイミング同期器１２０を有する。さらに、受信機５５はプロセッサ・ベースのシステムであり、図６において破線の四角の形で示されているプロセッサ１９０およびメモリ１９５によって表される一つまたは複数のプロセッサおよび付随するメモリを含む。このコンテキストにおいて、コンピュータ・プログラムまたはソフトウェアがプロセッサ１９０によるたとえば上記の図５のフローチャートの実行のためにメモリ１９５に記憶されている。プロセッサ１９０は一つまたは複数の記憶プログラム型制御プロセッサを表し、これらは受信機機能専用である必要はない。たとえば、プロセッサ１９０は受信機５５の他の機能をも制御してもよい。たとえば、受信機５５がより大きな装置の一部である場合、プロセッサ１９０はこの装置の他の機能を制御してもよい。メモリ１９５は任意の記憶装置、たとえばランダム・アクセス・メモリ（RAM）、読み出し専用メモリ（ROM）などを表し、受信機５５に内蔵および／または外付けであってよく、必要に応じて揮発性および／または不揮発性である。

図６のアンテナ１０５は放送信号を受信してそれを受信機５５に与える。この例では、アンテナ１０５は受信された放送信号１０６をダウンコンバータ１１０に与える。ダウンコンバータ１１０は受信機５５のフロントエンド処理を表し、たとえば、受信された放送信号１０６に同調し、これをダウンコンバートして、ベースバンドのまたは中間周波（IF: intermediate frequency）の受信信号１１１を受信機５５によるさらなる処理のための提供するためのチューナー（図示せず）などを含む。受信信号１１１は復調器１１５に加えられる。DMB-Tのコンテキストでは、復調器１１５は、N＞1としてN個の復調モードをサポートする。この例のコンテキストでは、N＝2であり、一つの復調モードはOFDMモードであり、もう一つの復調モードはSCモードである。この例の目的のためには、受信信号１１１は、フレーム・ヘッダ・モード１またはフレーム・ヘッダ・モード３のいずれかを使ってOFDM信号を表すと想定される。復調器１１５は受信信号１１１を復調して復調信号１１６を与え、この復調信号１１６が次いでさらに受信機５５によって、当技術分野で既知の仕方で（省略符号１３０によって表されるように）処理され、出力信号１６を与える。本発明の原理によれば、フレーム・タイミング同期器１２０は、信号経路１１２を介した復調器１１５からのデータを処理して（図５のフローチャートに関連して上述したように）、受信機５５による使用のためのフレーム・タイミング同期を達成する。これは、図６では信号１２１によって図示されている。これは、受信機５５による使用のために、フレーミング・タイミング同期が達成された（たとえば図５のステップ２１５）ことを信号発信する。図６のさまざまな要素が単一のブロックとして表されているが、本発明はそれに限定されるものではない。たとえば、それぞれが一つまたは複数の型の復調をサポートする別々の復調器があってもよい。

モード１および３におけるPNフレーム・ヘッダはDMB-Tにおける信号フレーム番号を指示するためにも設計されていることを注意しておくべきであろう。これに関し、本発明の原理に基づくフレーム・ヘッダ・モード１および３において使用されるPNシーケンスの認識は、フレーム番号を検出するために使うことができる。実際、式(1)および(2)を使うと、低計算量のフレーム番号検出器が得られる。さらに、この低計算量フレーム番号検出器は、周波数オフセットの影響を受けない。

フレーム・ヘッダ・モード１およびフレーム・ヘッダ・モード３についてのそれぞれi＝1,3について、S_i(l)を、(1)および(2)に基づくF_i(l)からF_i(l＋1)への巡回的な右シフトの数であるとする。具体的には、フレーム・ヘッダ・モード１については、

であり、フレーム・ヘッダ・モード３については、

である。
S_i(l)の値が負であることは、左への巡回シフトを示すことを注意しておくべきであろう。こうして、F_i(l)からF_i(l＋1)への一意的な巡回シフトがある。また、フレーム・ヘッダlおよびl＋1について、L_i−|S_i(l)|個の反復されるシンボルがあることも注意しておくべきであろう。式(5)および(6)から、二つのルックアップテーブル（LUT）が構築できる。一方のLUTはフレーム・ヘッダ・モード１についてであり、他方のLUTはフレーム・ヘッダ・モード３についてである。各LUTにおいて、各巡回シフトsは、フレーム番号lの値に関連付けられる。フレーム・ヘッダ・モード１については、連続する二つのフレーム・ヘッダ内に少なくともZ₁＝308個の反復シンボルがあり、フレーム・ヘッダ・モード３については、連続する二つのフレーム・ヘッダ内に少なくともZ₃＝845個の反復シンボルがある。ここで、R^R _pnc[s]およびR^L _pnc[s]を、sサンプルの右および左へのシフトに関するPN相関関数（PN correlation functions）とする：

i＝1,3であり、R^R _pnc[s]について0≦s≦112であり、R^L _pnc[s]について0≦s≦112である。次いで、

とする。最後に、F_i(l)からF_i(l＋1)へのPNシーケンスの推定される巡回シフトは：

によって与えられる。

式(9)の＾付きsの値は、次いで、適切なLUTから関連付けられたフレーム番号lを取り出すために使用される。

さらなる例示として、式(7)からのR^R _pnc[s]が概念的に図１３に示されている。たとえば式(4)からのm₀の値を使ってひとたびフレーム同期が決定されると、反復されるシンボルをもつ、隣り合う信号フレームの部分どうしが一緒に相関付けされる。これは図１３において第一のフレームの部分３０１と次の隣接フレームの部分３０２によって示されている。

ここで図１４を参照すると、装置５０における使用のための本発明の原理に基づく例示的なフローチャートが示されている。ステップ４０５では、受信機５５はフレーム同期を実行する（たとえば、図５に示され、先に述べた方法を使って）。ひとたびフレーム同期が達成されると、受信機５５はステップ４１０において、最大右シフト相関値s_Rおよび最大左シフト相関値s_Lを決定する（たとえば上記の式(7)および式(8)から）。ステップ４１５では、これらの値の大きさが比較される。最大右シフト相関値の大きさが最大左シフト相関値の大きさ以上である場合には、最大右シフト相関値が、ステップ４２０においてルックアップテーブルからフレーム番号を取得するために使われる（式(9)）。そうでない場合には、最大左シフト相関値に負号を付けた値が、ステップ４２５においてルックアップテーブルからフレーム番号を取り出すために使われる（式(9)）。このプロセスは、スーパーフレーム内の諸隣接フレームについて続けられる。

ここで図１５に目を向けると、受信機５５のもう一つの例示的な部分が示されている。受信機５５のうち本発明の概念に重要な部分のみが示されている。受信機５５のこの部分は図６に示したものと同様であるが、フレーム番号検出器１４０が加わっている。フレーム番号検出器１４０は二つのルックアップテーブル１４２および１４３を有する。ルックアップテーブル１４２はフレーム・ヘッダ・モード１に関連付けられており、そのモードについて、各巡回右シフトをフレーム番号と関連付ける。同様に、ルックアップテーブル１４３はフレーム・ヘッダ・モード３に関連付けられており、そのモードについて、各巡回右シフトをフレーム番号と関連付ける。本発明の原理によれば、フレーム番号検出器１４０は信号経路１１２を介した復調器１１５からのデータを処理して（図１４のフローチャートに関連して上述したように）、受信機５５による使用のためのフレーム番号を決定する。これは、図１５では信号１４１によって図示されている。これは、各受信フレームについてのフレーム番号を与える。

図２に示したように、フレーム・ヘッダ・モード１および３については、フレーム・ヘッダはPNシーケンスおよびその巡回的な延長を含む。よって、フレーム・ヘッダ・モード１では、フレーム・ヘッダの最初の165個のシンボルは、そのフレーム・ヘッダの最後の165個のシンボルの繰り返しである。同様に、フレーム・ヘッダ・モード３では、フレーム・ヘッダの最初の434個のシンボルは、そのフレーム・ヘッダの最後の434個のシンボルの繰り返しである。よって、これらの巡回的な延長の間の相関も、フレーム・タイミング同期を実行するために使うことができる。具体的には、タイミング例mに関する巡回的延長相関（CEC: Cyclic Extension Correlation）関数は：

として定義される。パラメータC₁＝165は巡回的な延長されるシンボルの数であり、G₁＝255はフレーム・ヘッダ・モード１についてのPNシーケンスの長さである。同様に、パラメータC₃＝434は巡回的な延長されるシンボルの数であり、G₃＝511はフレーム・ヘッダ・モード３についてのPNシーケンスの長さである。その際、最適なフレーム・タイミング（信号フレームの先頭におけるサンプル・インデックス）は：

によって与えられる。

周波数オフセットの存在は、タイミング・インデックスに比例する位相回転を引き起こすことを注意しておくべきであろう。よって、周波数オフセットΔfを、

によって推定することが一般的である。ここで、f_s＝7.56MHzはDMB-Tシステムのシンボル・レートである（たとえば非特許文献３参照）。関数Arg(・)は、引数のmod 2πでの角である。位相曖昧さのため、式(12)で与えられる周波数オフセット推定器はその限界があることを注意しておくべきであろう。フレーム・ヘッダ・モード１については、この推定器は|Δf|＜29647Hzのときに信頼できる推定ができ、フレーム・ヘッダ・モード３については、この推定器は|Δf|＜14794Hzのときに信頼できる推定ができる。

提案されるフレーム・タイミング同期器、周波数オフセット推定器およびフレーム番号検出器のパフォーマンスは、コンピュータ・シミュレーションによって実証された。シミュレーション環境は、加法的白色ガウス雑音（AWGN: additive white Gaussian noise）および二乗平均平方根（RMS: root mean square）遅延スプレッドが1.24μs（9.37サンプル）に等しいマルチパス・レイリー・フェージング・チャネルである。マルチパス・レイリー・フェージング・チャネルについては、各信号経路のエンベロープがレイリー分散しており、各経路のチャネル利得がジェークス（Jakes）・フェージング・モデルによって生成される（たとえば非特許文献４参照）。図７および図８は、AWGN環境のもとでのフレーム・ヘッダ・モード１（図７）およびフレーム・ヘッダ・モード３（図８）についての推定されたタイミングの標準偏差を示している。標準偏差はSNRが5dB付近であるときには１サンプル未満であることが観察できる。周波数オフセットは、シミュレーションでは14kHzに設定されている。図９（フレーム・ヘッダ・モード１について）および図１０（フレーム・ヘッダ・モード３について）から見て取れるように、SNRが0dBのとき、二乗平均平方根（RMS）残差周波数オフセットは、フレーム・ヘッダ・モード１については300Hzに近く、フレーム・ヘッダ・モード３については100Hzに近い。最後に、フレーム・ヘッダ番号検出に関し、図１１（フレーム・ヘッダ・モード１）および図１２（フレーム・ヘッダ・モード３）において、提案されるアルゴリズムが優秀なパフォーマンスを発揮し、SNRが−3dBより大きいときにはフレーム番号検出誤差が起こりそうもないことが観察できる。フレーム番号検出器において使われるフレーム・タイミングが式(3)および(4)のPNSタイミング同期器から得られていることを注意しておくべきであろう。

上記のように、本発明の原理によれば、フレーム・タイミング同期器およびフレーム番号検出器は、フレーム・ヘッダ・モード１および３におけるPNパターンを利用する。フレーム・ヘッダにおける巡回的な延長の性質に基づく合同フレーム・タイミングおよび周波数オフセット推定器も上記した。シミュレーション結果は、すべての提案されるアルゴリズムのパフォーマンスが優れていることを示している。さらに、提案されるアルゴリズムの計算量は非常に少なく、よって提案されるアルゴリズムは実用的なシステムにおいて簡単に適用できる。OFDM信号のコンテキストにおいて記述しているが、本発明の概念は単一搬送波信号にも適用可能である。さらに、フレーム・ヘッダ・モード２については、従来式の相関技法を使うことができることは認識しておくべきである。

上記に鑑み、以上は単に本発明の原理を例解するものであり、よって、当業者は、本稿に明示的に記載されてはいなくても本発明の原理を具現するものでありその精神および範囲内である数多くの代替的な構成を考案できるであろうことは理解されるであろう。たとえば、別個の機能要素のコンテキストで例解されていても、それらの機能要素は一つまたは複数の集積回路（IC）において具現されてもよい。さらに、本発明の原理は他の型の通信システム、たとえば衛星、無線忠実度（Wi-Fi）、携帯電話等にも適用可能であることは注意しておくべきである。実際、本発明の概念は静止または移動受信機にも適用可能である。したがって、付属の請求項によって定義される本発明の精神および範囲から外れることなく、例示的な実施形態に数多くの修正がなされてもよく、他の構成が考案されてもよいことは理解しておくものとする。

Claims (10)

1. 受信機において使う方法であって：
   受信シンボルのシーケンスを与えるよう、関連付けられたフレーム構造をもつ信号を受信する段階であって、各フレームは受信シンボルのグループを有する、段階と、
   隣接し合う信号フレーム内の受信シンボルのグループを相関付けることによって、各フレームについてのフレーム番号を決定する段階とを有する、
   方法。
2. 前記信号フレーム構造が複数のフレーム・ヘッダ・モードを有し、各フレーム・ヘッダ・モードは擬似ノイズ・シーケンスを有する、請求項１記載の方法。
3. 前記信号がデジタル・マルチメディア放送‐地上波（Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial）テレビジョン信号であり、前記決定する段階が、フレーム・ヘッダ・モード１およびフレーム・ヘッダ・モード３について実行される、請求項２記載の方法。
4. 請求項１記載の方法であって、前記決定する段階が：
   最大右シフト相関値および最大左シフト相関値を判別し；
   前記最大右シフト相関値の大きさが前記最大左シフト相関値の大きさ以上である場合には、前記最大右シフト相関値を使ってルックアップテーブルからフレーム番号を取得し；
   そうでない場合には、前記最大左シフト相関値に負号を付けた値を使って、前記ルックアップテーブルからフレーム番号を取得することを含む、
   方法。
5. 前記相関付けが、隣接し合う信号フレーム内の反復されるシンボルのグループに対して実行される、請求項１記載の方法。
6. 受信シンボルのシーケンスを与えるよう、関連付けられたフレーム構造をもつ信号を受信し、各フレームは受信シンボルのグループを有する、ダウンコンバータと；
   隣接し合う信号フレーム内の受信シンボルのグループの相関を調べることによって、各信号フレームに関連付けられたフレーム番号を決定するプロセッサとを有する、
   装置。
7. 前記信号フレーム構造が複数のフレーム・ヘッダ・モードを有し、各フレーム・ヘッダ・モードは擬似ノイズ・シーケンスを有する、請求項６記載の装置。
8. 前記信号がデジタル・マルチメディア放送‐地上波（Digital Multimedia Broadcasting-Terrestrial）テレビジョン信号であり、前記プロセッサが、フレーム・ヘッダ・モード１およびフレーム・ヘッダ・モード３についてのフレーム・タイミングに同期する、請求項７記載の装置。
9. 請求項６記載の装置であって、前記プロセッサが、最大右シフト相関値および最大左シフト相関値を判別し、両者を比較して前記フレーム番号を決定するためのルックアップテーブルへのポインタを決定する、装置。
10. 前記相関付けが、隣接し合う信号フレーム内の反復されるシンボルのグループに対して実行される、請求項６記載の装置。

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