JP5717585B2 - タイミング検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、受信信号からタイミングを検出するタイミング検出装置に関する。

近年、無線ＬＡＮやＬＴＥ（Long Term Evolution）などの広帯域な無線伝送システムでは、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式やシングルキャリアブロック伝送方式などのブロック伝送方式が用いられている。ブロック伝送方式では、周波数領域でサブキャリアに送信系列をマッピングし、逆ＦＦＴ(Fast Fourier Transform）で時間領域の信号に変換して送信信号とする。さらに、逆ＦＦＴされた信号の後端の一部をガードインターバルとしてその信号の前方に付加することで、マルチパスフェージングによるチャネル間干渉に耐性を持たせている。ブロック伝送方式では、復調する際、付加したガードインターバルの位置を正確に推定し、ガードインターバルを除去しない場合、チャネル間干渉に対する耐性が損なわれ、受信性能が劣化する。

ガードインターバルの位置を正確に推定するため、従来のブロック伝送方式では、受信信号と受信信号を遅延させた信号との相関演算を行い、相関演算値からタイミング検出を行っている。遅延量は、ガードインターバルを生成する際、ガードインターバルの元となった信号とガードインターバルとの差であり、ガードインターバル長の相関値を計算する。受信信号で実際にガードインターバル部分の相関値を計算するときに相関値が高くなり、ガードインターバルのタイミングを検出できる。このような技術が、下記特許文献１において開示されている。

特許第３０４１１７１号

しかしながら、上記従来の技術によれば、マルチパスの遅延広がりが大きい場合、ガードインターバル部分に前の信号が多重される。そのため、相関性が低下し、タイミング検出性能が劣化する、という問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、タイミング検出を高精度に行うことが可能なタイミング検出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、本発明は、周波数領域でデータをサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号間に、周波数領域でデータおよびパイロットを多重して等間隔にサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号を挿入された送信信号を受信する受信機におけるタイミング検出装置であって、時間領域の受信信号を周波数領域の受信信号に変換するＤＦＴ手段と、前記パイロットと同一のパイロットをサブキャリアにマッピングしたレプリカを生成するレプリカ生成手段と、前記周波数領域の受信信号と前記レプリカの複素共役を対応するサブキャリア毎に乗算するレプリカ乗算手段と、レプリカ乗算後の周波数領域の受信信号を時間領域の信号に変換するＩＤＦＴ手段と、前記ＩＤＦＴ手段から出力された時間領域の信号を電力化し、所定の範囲内で電力値の最大ピークを検出し、検出したときのタイミングを出力するピーク検出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、タイミング検出を高精度に行うことができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１の送信信号のフレーム構成を示す図である。 図２は、実施の形態１の送信機の構成例を示す図である。 図３は、サブキャリアへのマッピング方法を示す図である。 図４は、実施の形態１の受信機の構成例を示す図である。 図５は、実施の形態１のシンボルタイミング検出部の構成例を示す図である。 図６は、レプリカＦ生成部の構成例を示す図である。 図７は、送信信号と相関計算長の関係を示す図である。 図８は、実施の形態２のシンボルタイミング検出部の構成例を示す図である。 図９は、受信信号のパイロットシンボルおよびレプリカのタイミングと相互相関電力の関係を示す図である。 図１０は、検出タイミング補正部のメイン処理を示すフローチャートである。 図１１は、非同期状態の処理を示すフローチャートである。 図１２は、同期状態の処理を示すフローチャートである。 図１３は、実施の形態３のシンボルタイミング検出部の構成例を示す図である。 図１４は、レプリカＴ生成部の構成例を示す図である。 図１５は、実施の形態４の送信信号のフレーム構成を示す図である。 図１６は、実施の形態４の送信機の構成例を示す図である。 図１７は、実施の形態４の受信機の構成例を示す図である。 図１８は、フレームタイミング検出部の構成例を示す図である。 図１９は、相互相関演算を行う周期および範囲を示す図である。

以下に、本発明にかかるタイミング検出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。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に適用する送信信号のフレーム構成を示す図である。送信信号は、複数のシンボル（ＳＹＭ）でフレームを構成する。また、各シンボルにおいてデータを送信するが、その一部のシンボルでは、伝送路推定に用いるパイロットをデータと多重して送信する。なお、図１では、１フレームを１６シンボル、パイロットは４シンボル毎にデータと多重しているが、一例であり、図１に示す構成に限定するものではない。

図２は、図１に示す送信信号を生成する本実施の形態の送信機の構成例を示す図である。送信機は、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）部１と、パイロット生成部２と、ＤＦＴ部３と、サブキャリアマッピング部４と、ＩＤＦＴ（Inverse Discrete Fourier Transform）部５と、ＧＩ（Guard Interval）付加部６と、Ｄ／Ａ（Digital to Analogue）変換部７と、送信無線部８と、制御部９と、から構成される。

なお、ＤＦＴ部１に入力されるデータ系列は、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の情報変調された複素のデータ系列である。通常、情報変調前に誤り訂正符号化等も行われるが、本実施の形態における動作には直接関係しないため省略する。

ＤＦＴ部１は、入力される時間領域のデータ系列を、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）により周波数領域の系列に変換する。データの系列長は、データのみを送信するシンボルを生成する場合と、パイロットと多重するシンボルを生成する場合と、で異なる。データとパイロットを多重するシンボルで１／２をパイロットに使用する場合、データのみを送信する場合の系列長をＮｄａｔａとすると、パイロットと多重するシンボルでの系列長はＮｄａｔａ／２となる。系列長の変更は、制御部９からの制御により行われる。

パイロット生成部２は、複素のパイロット系列を生成する。パイロット系列には、時間領域において自己相関特性の良い系列を用いる。例えば、Ｎを系列長、ｋを系列番号、ｑを任意の整数とした場合に、下記の式で生成されるＣＡＺＡＣ（Constant Amplitude Zero Auto-Correlation）系列の一種であるＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列を用いることができる。なお、下記の式に示すように、Ｎが偶数と奇数の場合で用いる式が異なる。

ＤＦＴ部３は、パイロット生成部２で生成された複素のパイロット系列を、離散フーリエ変換により周波数領域の系列に変換する。

サブキャリアマッピング部４は、周波数領域のデータ系列と周波数領域のパイロット系列をサブキャリアにマッピングする。図３は、サブキャリアへのマッピング方法を示す図である。ここで、サブキャリア数は、ＩＤＦＴ部５のＩＤＦＴポイント数であるＮｄｆｔとする。生成するシンボルがデータのみのシンボルの場合（図３（ａ））、系列長ＮｄａｔａのデータＤａｔａ（ｎ）；ｎ＝０〜Ｎｄａｔａ−１は、あるサブキャリアに連続してマッピングされる。一方、生成するシンボルがデータとパイロットを多重するシンボルの場合（図３（ｂ））、系列長Ｎｄａｔａ／２のデータＤａｔａ（ｎ）；ｎ＝０〜Ｎｄａｔａ／２−１と系列長Ｎｄａｔａ／２のパイロットＰｉｌｏｔ（ｎ）；ｎ＝０〜Ｎｄａｔａ／２−１は交互にマッピングされる。データのみをマッピングするか、またはデータとパイロットをマッピングするかは、制御部９から制御される。

ＩＤＦＴ部５は、サブキャリアにマッピングされた周波数領域の系列を逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）により時間領域の系列に変換する。

ＧＩ付加部６は、ＩＤＦＴ部５の出力する時間領域の系列の後端をガードインターバルとして、時間領域の系列の先頭に付加する。

Ｄ／Ａ変換部７は、ＧＩ付加部６が出力するベースバンドデジタル信号をベースバンドアナログ信号に変換する。

送信無線部８は、ベースバンドアナログ信号を周波数変換後に増幅し、無線で送信する信号に変換する。

制御部９は、生成するシンボルのシンボル番号により、生成するシンボルがデータのみか、データとパイロットを多重するかを判断し、ＤＦＴ部１およびサブキャリアマッピング部４に対して、データのみか、データとパイロットを多重するかを指示する制御信号を出力する。

つぎに、上記で説明した送信機から送信された信号（送信信号）を受信する受信機について説明する。図４は、本実施の形態の受信機の構成例を示す図である。受信機は、受信無線部１０１と、Ａ／Ｄ（Analogue to Digital）変換部１０２と、シンボルタイミング検出部１０３と、ＧＩ除去部１０４と、ＤＦＴ部１０５と、から構成される。

受信無線部１０１は、アンテナで受信された信号を入力し、周波数変換して受信アナログベースバンド信号として出力する。

Ａ／Ｄ変換部１０２は、受信アナログベースバンド信号を受信デジタルベースバンド信号に変換し、シンボルタイミング検出部１０３と、ＧＩ除去部１０４へ出力する。

シンボルタイミング検出部１０３は、タイミング検出装置であり、Ａ／Ｄ変換部１０２から受信デジタルベースバンド信号を入力し、ＧＩ除去部１０４が受信デジタルベースバンド信号のＧＩを除去する検出タイミングを出力する。

シンボルタイミング検出部１０３については、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態におけるシンボルタイミング検出部１０３の構成例を示す図である。シンボルタイミング検出部１０３は、ＤＦＴ部１２１と、レプリカＦ生成部１２２と、レプリカＦ乗算部１２３と、ＩＤＦＴ部１２４と、ピーク検出部１２５と、から構成される。

ＤＦＴ部１２１は、入力された時間領域の受信デジタルベースバンド信号を、周波数領域の信号に変換する。

レプリカＦ生成部１２２は、時間領域の受信デジタルベースバンド信号を周波数領域に変換した信号に乗算するためのレプリカＦを生成する。

レプリカＦ生成部１２２については、図６を用いて説明する。図６は、レプリカＦ生成部１２２の構成例を示す図である。レプリカＦ生成部１２２は、パイロット生成部１４１と、ＤＦＴ部１４２と、サブキャリアマッピング１４３と、から構成される。

パイロット生成部１４１は、送信機のパイロット生成部２と同じ処理を実施し、送信機で生成された複素のパイロット系列と同じパイロット系列を生成する。

ＤＦＴ部１４２は、送信機のＤＦＴ部３と同じ処理を実施し、時間領域のパイロット系列を周波数領域の系列に変換する。

サブキャリアマッピング部１４３は、送信機のサブキャリアマッピング部４でデータとパイロットを多重する場合と同様にパイロット系列をサブキャリアにマッピングする。このとき、データをマッピングしたサブキャリアには０をマッピングし、レプリカＦとして出力する。

なお、レプリカＦ生成部１２２は、上記の通り生成したレプリカＦをメモリ等に保存し、読み出す構成としてもよい。

図５のシンボルタイミング検出部１０３の説明に戻る。レプリカＦ乗算部１２３は、ＤＦＴ部１２１が出力する周波数領域の受信信号に、レプリカＦの複素共役を乗算する。

ＩＤＦＴ部１２４は、レプリカＦ乗算部１２３が出力した複素の出力である周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。

ピーク検出部１２５は、ＩＤＦＴ部１２４の複素の出力を電力化し、電力値の最大値（ピーク）を検出し、その最大値を検出したタイミングを検出タイミングとして出力する。

ピーク検出部１２５がピークタイミングを検出する範囲である相関計算長を、図７を用いて説明する。図７は、図１で示した送信信号とその信号を受信した場合の相関計算長の関係を示す図である。相関計算長は、その範囲にパイロットが１つ含まれる長さとする。すなわち、パイロット多重間隔が相関計算長となる。図７では、送信信号にはパイロットが４シンボル毎にデータと多重されていることから、相関計算長も４シンボルの期間となる。これにより、相関計算長の範囲で常に同じタイミングにパイロットが含まれることから、ピーク検出部１２５は、パイロットが多重されているシンボル先頭でピーク（図７では相関電力の最大値）を検出することができる。なお、ピーク検出は、相関計算長の電力値を複数個平均化した電力平均値を用いて実施してもよい。

レプリカＦは、データがマッピングされたサブキャリアを０としているため、乗算することにより受信信号のデータ部分の影響をなくすことができ、また、パイロットには自己相関特性が良好な系列を用いるため、時間領域での相関電力はパイロットが多重されたシンボル先頭で非常に鋭いピークとして検出される。そのため、高い精度でタイミングを検出することができる。

図４の受信機の説明に戻る。ＧＩ除去部１０４は、シンボルタイミング検出部１０３より入力される検出タイミングに基づいて、受信デジタルベースバンド信号のＧＩを除去し、ＧＩ除去後の時間領域の信号をＤＦＴ部１０５へ出力する。

ＤＦＴ部１０５は、ＧＩ除去部１０４から出力された時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する。なお、ＤＦＴ部１０５以降の動作については、伝送路推定、周波数領域等化、誤り訂正等の処理を実施するが、一般的な動作のため説明を省略する。

このように、周波数領域でデータをサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号間に、周波数領域でデータおよびパイロットを多重して等間隔にサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号を挿入された送信信号を受信する受信機では、ＧＩ除去部１０４が、シンボルタイミング検出部１０３が高い精度で検出したタイミングに基づいてＧＩを除去することができるため、受信性能を改善し、劣化を防止することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、受信機のタイミング検出装置において、時間領域の受信信号を周波数領域に変換した受信信号に、パイロットのみマッピングされたサブキャリアのレプリカの複素共役を乗算し、時間領域の信号に変換後、電力化してから電力値の最大値を検出し、その最大値が検出されたタイミングを検出タイミングとして出力することとした。これにより、パイロットが多重されたシンボル先頭で非常に鋭いピークとして検出されることから、シンボル先頭タイミングを高精度に検出でき、このタイミングに基づいてＧＩを除去することができるため、受信性能を改善することができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、受信器が、実施の形態１とは異なるシンボルタイミング検出部を備える。実施の形態１と異なる部分について説明する。

本実施の形態の受信機の構成は図４と同様であるが、シンボルタイミング検出部１０３に替えて、シンボルタイミング検出部１０３ａを備える。図８は、本実施の形態におけるシンボルタイミング検出部１０３ａの構成例を示す図である。シンボルタイミング検出部１０３ａは、ＤＦＴ部１２１と、レプリカＦ生成部１２２と、レプリカＦ乗算部１２３と、ＩＤＦＴ部１２４と、ピーク検出部１２５と、検出タイミング補正部１２６と、から構成される。シンボルタイミング検出部１０３（図５参照）に、検出タイミング補正部１２６を追加したものである。

ここで、検出タイミング補正部１２６について説明する前に、送信信号の特徴について説明する。図２に示す送信機の動作説明で記載したように、パイロットとデータを多重したシンボルを生成する際、周波数領域のパイロット系列をサブキャリアに１つおきにマッピングする。これを時間領域の信号に変換すると、同じ信号が２回繰り返された信号となる。このような信号とレプリカとの相互相関電力を図９に示す。図９は、受信信号のパイロットシンボルおよびレプリカのタイミングと相互相関電力の関係を示す図である。図９に示すように、受信信号のパイロットシンボルのタイミングとパイロットレプリカのタイミングが一致したときに、相互相関電力の最大ピークが検出され、その前後にそれぞれＮｄｆｔ／２離れたタイミングにピークが検出される。なお、ＮｄｆｔはＤＦＴのポイント数である。伝搬路変動によっては、この前後のピークが最大ピークとなり、誤った検出タイミングを出力する場合がある。そのため、検出タイミング補正部１２６では、このようなタイミング誤検出を補正する。

なお、図示していないが、パイロット系列をマッピングする間隔を１つおきから、２つおき、３つおきと増やす場合、時間領域の信号は同じ信号が３回、４回と繰り返す回数が増えていき、ピークの検出される数も増えていく。以下では、一例として、２回繰り返される場合のタイミング誤検出の方法を説明するが、同様の考え方で、３回、４回と繰り返される場合にも適用可能である。

つづいて、図１０〜図１２を用いて検出タイミング補正部１２６の動作を説明する。図１０は、検出タイミング補正部１２６のメイン処理を示すフローチャートである。検出タイミング補正部１２６は、起動されると、まず、カウンタＣＮＴｄとカウンタＣＮＴｎｄをそれぞれ初期化して０とする（ステップＳ１０１）。つぎに、初期状態の設定で、状態を非同期状態にする（ステップＳ１０２）。ここで、同期状態とは、送信信号を送信した送信機と送信信号を受信した受信機との間で同期が取れている状態とし、非同期状態とは、送信機と受信機との間で同期が取れていない状態とする。検出タイミング補正部１２６は、ピーク検出部１２５からの検出タイミングを待ち、検出タイミングＴｄ（ｔ）を受信すると（ステップＳ１０３）、状態の判定を行う（ステップＳ１０４）。状態が非同期状態の場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、非同期状態の処理を行う（ステップＳ１０５）。一方、状態が同期状態の場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、同期状態の処理を行う（ステップＳ１０６）。そして、非同期状態の処理（ステップＳ１０５）または同期状態の処理（ステップＳ１０６）終了後、次の検出タイミング待ちとなる（ステップＳ１０３）。

つぎに、図１０のステップＳ１０５における非同期状態の処理について、図１１を用いて詳細に説明する。図１１は、非同期状態の処理を示すフローチャートである。まず、検出タイミング補正部１２６は、今回受信した最新の検出タイミングＴｄ（ｔ）をそのまま出力する（ステップＳ２０１）。そして、前回の検出タイミングＴｄ（ｔ―１）に対して今回の検出タイミングＴｄ（ｔ）が相関計算長の範囲において±ΔＴｄの範囲に入っているかどうかを判定する（ステップＳ２０２）。ここで、ΔＴｄは、マルチパスが存在する範囲であり、ガードインターバル長程度とする。

±ΔＴｄの範囲に入っている場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、検出タイミング補正部１２６は、カウンタＣＮＴｄを＋１する（ステップＳ２０３）。一方、±ΔＴｄの範囲に入っていない場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、検出タイミング補正部１２６は、カウンタＣＮＴｄを０にして（ステップＳ２０４）、非同期状態の処理を終了する。

検出タイミング補正部１２６は、カウンタＣＮＴｄを＋１すると（ステップＳ２０３）、つぎに、カウンタＣＮＴｄと閾値ＴＨｄとを比較する（ステップＳ２０５）。閾値ＴＨｄは、同期状態に遷移することを判定するための値である。カウンタＣＮＴｄが閾値ＴＨｄ未満の場合（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、非同期状態の処理を終了する。一方、カウンタＣＮＴｄが閾値ＴＨｄ以上の場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ）、検出タイミング補正部１２６は、状態を同期状態に変更して（ステップＳ２０６）、非同期状態の処理を終了する。

これにより、検出タイミング補正部１２６は、検出タイミングＴｄ（ｔ）が閾値ＴＨｄ回連続で±ΔＴｄの範囲に入らないと同期状態に遷移しないため、タイミング誤検出時に同期状態に移行することを防止することができる。

つぎに、図１０のステップＳ１０６における同期状態の処理について、図１２を用いて詳細に説明する。図１２は、同期状態の処理を示すフローチャートである。まず、検出タイミング補正部１２６は、前回の検出タイミングＴｄ（ｔ―１）に対して今回の（最新の）検出タイミングＴｄ（ｔ）が相関計算長の範囲において±ΔＴｄの範囲に入っているかどうかを判定する（ステップＳ３０１）。±ΔＴｄの範囲に入っている場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、カウンタＣＮＴｄとカウンタＣＮＴｎｄをそれぞれ初期化して０にする（ステップＳ３０２）。そして、検出タイミングＴｄ（ｔ）を出力し（ステップＳ３０３）、同期状態の処理を終了する。

ステップＳ３０１に戻って、±ΔＴｄの範囲に入っていない場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、つぎに、検出タイミング補正部１２６は、前回の検出タイミングＴｄ（ｔ―１）に対して今回の検出タイミングに所定の差分としてＮｄｆｔ／２を加算したＴｄ（ｔ）＋Ｎｄｆｔ／２が、相関計算長の範囲において±ΔＴｄの範囲に入っているか判定する（ステップＳ３０４）。ここで、Ｎｄｆｔ／２とは、ＤＦＴまたはＩＤＦＴの際のポイント数Ｎｄｆｔに、サブキャリアにマッピングするデータとパイロットの総数に対するパイロットの比率（ここでは１／２）を乗算した値である。±ΔＴｄの範囲に入っている場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、カウンタＣＮＴｄを＋１して、カウンタＣＮＴｎｄは０に初期化する（ステップＳ３０５）。そして、カウンタＣＮＴｄと閾値ＴＨｄとを比較する（ステップＳ３０６）。カウンタＣＮＴｄが閾値ＴＨｄ未満の場合（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、本来のタイミングＴｄ（ｔ）に対して＋Ｎｄｆｔ／２離れたタイミングに補正する（ステップＳ３０７）。その後、補正後の検出タイミングＴｄ（ｔ）を出力して（ステップＳ３０３）、同期状態の処理を終了する。一方、カウンタＣＮＴｄが閾値ＴＨｄ以上の場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、そのまま、検出タイミングＴｄ（ｔ）を出力して（ステップＳ３０３）、同期状態の処理を終了する。

これにより、本来のタイミングに対して＋Ｎｄｆｔ／２離れたタイミングの誤検出を本来のタイミングに補正することができる。また、その補正が連続して閾値であるＴＨｄ回発生した場合、＋Ｎｄｆｔ／２離れたタイミングを本来のタイミングとするため、誤検出タイミングを取り続けることを防止することができる。

ステップＳ３０４に戻って、±ΔＴｄの範囲に入っていない場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、つぎに、検出タイミング補正部１２６は、前回の検出タイミングＴｄ（ｔ―１）に対して今回の検出タイミングから所定の差分としてＮｄｆｔ／２を減算したＴｄ（ｔ）−Ｎｄｆｔ／２が、相関計算長の範囲において±ΔＴｄの範囲に入っているかどうかを判定する（ステップＳ３０８）。±ΔＴｄの範囲に入っている場合（ステップＳ３０８：Ｙｅｓ）、カウンタＣＮＴｄを−１して、カウンタＣＮＴｎｄは０に初期化する（ステップＳ３０９）。そして、カウンタＣＮＴｄと閾値−ＴＨｄとを比較する（ステップＳ３１０）。カウンタＣＮＴｄが閾値−ＴＨｄよりも大きい場合（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）、本来のタイミングＴｄ（ｔ）に対して−Ｎｄｆｔ／２離れたタイミングに補正する（ステップＳ３１１）。その後、補正後の検出タイミングＴｄ（ｔ）を出力して（ステップＳ３０３）、同期状態の処理を終了する。一方、カウンタＣＮＴｄが閾値−ＴＨｄ以下の場合（ステップＳ３１０：Ｎｏ）、そのまま、検出タイミングＴｄ（ｔ）を出力して（ステップＳ３０３）、同期状態の処理を終了する。

これにより、本来のタイミングに対して−Ｎｄｆｔ／２離れたタイミングの誤検出を本来のタイミングに補正することができる。また、その補正が連続して閾値であるＴＨｄ回発生した場合、−Ｎｄｆｔ／２離れたタイミングを本来のタイミングとするため、誤検出タイミングを取り続けることを防止することができる。

ステップＳ３０８に戻って、±ΔＴｄの範囲に入っていない場合（ステップＳ３０８：Ｎｏ）、カウンタＣＮＴｄを０に初期化して、カウンタＣＮＴｎｄを＋１する（ステップＳ３１２）。そして、カウンタＣＮＴｎｄと閾値ＴＨｎｄとを比較する（ステップＳ３１３）。閾値ＴＨｎｄは、非同期状態に遷移することを判定するための値である。カウンタＣＮＴｎｄが閾値ＴＨｎｄよりも小さい場合（ステップＳ３１３：Ｙｅｓ）、今回検出されたタイミングＴｄ（ｔ）をＴｄ（ｔ−１）に補正する（ステップＳ３１４）。その後、補正後の検出タイミングＴｄ（ｔ）を出力して（ステップＳ３０３）、同期状態の処理を終了する。一方、カウンタＣＮＴｎｄが閾値ＴＨｎｄ以上の場合（ステップＳ３１３：Ｎｏ）、状態を非同期状態に変更する（ステップＳ３１５）。その後、検出タイミングＴｄ（ｔ）を出力して（ステップＳ３０３）、同期状態の処理を終了する。

これにより、想定外の検出タイミングが検出された場合、その検出タイミングを使用しないため、誤検出タイミングでの復調を防止でき、復調性能の劣化を防ぐことができる。また、想定外の検出タイミングが連続して発生する場合、同期が外れたと判断し、状態を非同期に変更する。

以上説明したように、本実施の形態では、検出したタイミングについて、今回検出したタイミング、または今回検出したタイミングにＮｄｆｔ／２を加算または減算したタイミングと、前回検出したタイミングとの比較を行った結果に基づいて、今回検出したタイミングを補正して、または補正せずに出力することとした。これにより、信号の特性で誤検出が起きやすいタイミングを補正することができ、実施の形態１と比較して、タイミング検出性能を改善することができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、受信機が、実施の形態１、２とは異なるシンボルタイミング検出部を備える。実施の形態１、２と異なる部分について説明する。

本実施の形態の受信機の構成は図４と同様であるが、シンボルタイミング検出部１０３に替えてシンボルタイミング検出部１０３ｂを備える。図１３は、本実施の形態におけるシンボルタイミング検出部１０３ｂの構成例を示す図である。シンボルタイミング検出部１０３ｂは、レプリカＴ生成部１６１と、相関演算部１６２と、ピーク検出部１６３と、から構成される。

レプリカＴ生成部１６１は、時間領域のパイロットレプリカであるレプリカＴを生成する。

レプリカＴ生成部１６１については、図１４を用いて説明する。図１４は、レプリカＴ生成部１６１の構成例を示す図である。レプリカＴ生成部１６１は、パイロット生成部１４１と、ＤＦＴ部１４２と、サブキャリアマッピング部１４３と、ＩＤＦＴ部１４４と、から構成される。実施の形態１のレプリカＦ生成部１２２に、ＩＤＦＴ部１４４を追加したものである。

ＩＤＦＴ部１４４は、サブキャリアマッピングされた周波数領域の系列を時間領域に変換し、時間領域のパイロットレプリカであるレプリカＴを出力する。なお、レプリカＴ生成部１６１は、上記の通り生成したレプリカＦをメモリ等に保存し、読み出す構成にしてもよい。

図１３のシンボルタイミング検出部１０３ｂの説明に戻る。相関演算部１６２は、タイミング検出部１０３ｂに入力される受信デジタルベースバンド信号とレプリカＴとの相互相関演算を実施し、複素の相関演算結果を出力する。相互相関演算は受信機において一般的に行われる演算であり、ここでは、受信デジタルベースバンド信号とレプリカＴとの相関をとって、Ｉ相およびＱ相からなるベクトル量を複素の相関演算結果として算出する。

ピーク検出部１６３は、複素の相関演算結果を電力化し、相関演算長の中で最大電力のタイミングを検出タイミングとして出力する。相関演算長は、図７で説明したものと同様である。なお、ピーク検出は、相関計算長の電力値を複数個平均化した電力平均値を用いて実施してもよい。

シンボルタイミング検出部１０３ｂ（図１３参照）とシンボルタイミング検出部１０３（図５参照）では、信号の処理領域が時間と周波数で異なり、構成が異なるが、原理的には同じ処理である。そのため、シンボルタイミング検出部１０３ｂは、シンボルタイミング検出部１０３と同様の効果を得ることができ、さらに、シンボル先頭タイミングを高精度に検出でき、受信性能を改善することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、シンボルタイミング検出部１０３ｂにおいて、受信信号を周波数領域に変換することなく、時間領域の受信信号をそのまま用いて相互相関演算の結果を用いてピーク検出を行うこととした。この場合においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、シンボルタイミング検出部１０３ｂに、実施の形態２で説明した検出タイミング補正部１２６と同等の構成を備えることも可能である。この場合、さらに、実施の形態２と同等の効果を得ることができる。

実施の形態４．
本実施の形態では、データに多重するパイロットを２種類とする。実施の形態１〜３と異なる部分について説明する。

図１５は、本実施の形態に適用する送信信号のフレーム構成を示す図である。送信信号は、複数のシンボル（ＳＹＭ）でフレームを構成する。図１５では、１６シンボルで１フレームとしているが、一例であり、１フレームのシンボル数は１６でなくてもよい。また、各シンボルではデータを送信するが、その一部でパイロットをデータと多重して送信する。図１５では、パイロットは４シンボル毎にデータと多重しているが、４シンボル毎でなくてもよい。図１に示す送信信号とは、第１のパイロットであるパイロット１と第２のパイロットであるパイロット２の２種類のパイロットをデータと多重している点が異なる。フレーム先頭のシンボル＃０にパイロット２を多重し、その他のパイロット多重シンボルにはパイロット１を多重している。

図１６は、図１５に示す送信信号を生成する本実施の形態の送信機の構成例を示す図である。送信機は、パイロット１生成部２０１と、パイロット２生成部２０２と、パイロット選択部２０３と、ＤＦＴ部１と、ＤＦＴ部３と、サブキャリアマッピング部４と、ＩＤＦＴ部５と、ＧＩ付加部６と、Ｄ／Ａ変換部７と、送信無線部８と、制御部２０４と、から構成される。

パイロット１生成部２０１およびパイロット２生成部２０２は、それぞれパイロット１系列とパイロット２系列を生成する。パイロット１系列とパイロット２系列はそれぞれ自己相関特性が良好で、相互相関が低い系列とする。例えば、前述のＣＡＺＡＣ系列の１種であるＺａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ系列で系列番号の異なるものを使用する。

パイロット選択部２０３は、制御部２０４からの制御信号に従って、パイロット１系列かパイロット２系列のどちらかを選択して出力する。

制御部２０４は、生成するシンボルのシンボル番号により、生成するシンボルがデータのみか、データとパイロットを多重するかを判断し、ＤＦＴ部１およびサブキャリアマッピング部４に対してデータのみか、データとパイロット多重するかを指示する制御信号を出力する。また、データとパイロットを多重する場合、パイロット１系列とパイロット２系列のどちらを使用するかを指示する制御信号を、パイロット選択部２０３に出力する。

つぎに、上記で説明した送信機から送信された信号を受信する受信機について説明する。図１７は、本実施の形態の受信機の構成例を示す図である。受信機は、受信無線部１０１と、Ａ／Ｄ変換部１０２と、シンボルタイミング検出部１０３と、ＧＩ除去部１０４と、ＤＦＴ部１０５と、フレームタイミング検出部２２１と、から構成される。

受信無線部１０１、Ａ／Ｄ変換部１０２、シンボルタイミング検出部１０３、ＧＩ除去部１０４、ＤＦＴ部１０５の動作は実施の形態１（図４参照）と同様である。なお、シンボルタイミング検出部１０３で生成するパイロットレプリカは、パイロット１のレプリカであり、フレームタイミング検出部２２１に対してシンボルタイミングを出力する。

図１８は、フレームタイミング検出部２２１の構成例を示す図である。フレームタイミング検出部２２１は、レプリカ２Ｔ生成部２６１と、相関演算部２６２と、ピーク検出部２６３と、から構成される。

レプリカ２Ｔ生成部２６１は、図１４に示したレプリカＴ生成部１６１のパイロット生成部１４１で生成するパイロット系列をパイロット２にしたものであり、レプリカ２Ｔを生成する。

相関演算部２６２は、レプリカ２Ｔと、Ａ／Ｄ変換部１０２の出力であるデジタルベースバンド信号と、シンボルタイミング検出部１０３からシンボルタイミングが入力される。相関演算部２６２では、デジタルベースバンド信号とレプリカ２Ｔとの相互相関演算を行い、複素の演算結果を出力する。

図１９は、相互相関演算を行う周期および範囲を示す図である。相関電力１はパイロット１を、相関電力２はパイロット２を対象としたものである。相互相関演算周期は、パイロット系列が挿入される周期で実施する。図１９は、パイロット系列が４シンボル毎に挿入される場合であり、相互相関演算周期も４シンボル毎に実施する。ここで、パイロット２が多重されたシンボルのタイミングについては、パイロット１が多重されたシンボルのタイミングを検出するときと比較して、相関計算範囲を限定して検出する処理を行う。図１９に示すように、パイロット２が多重されたシンボルのタイミングについての相互相関演算範囲は、マルチパスによるピークタイミングの変動を考慮し、シンボルタイミングを中心に前後ガードインターバル長程度とする。

ピーク検出部２６３は、相関演算部２６２からの複素の相互相関演算結果を電力化し、１フレーム分の相互相関演算結果の中ら最大ピークのタイミングを検出し、そのタイミングをフレームタイミングとして出力する。

このように、複数のパイロットを用い、周波数領域でデータをサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号間に、時間領域で生成されたデータおよびパイロット１を多重して等間隔にサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号を所定の周期で挿入するうち、フレーム周期で前記パイロット１に替えてパイロット２を用いて生成された送信信号を受信する受信機では、１つのフレームに１つのみ多重されたパイロット２については、フレームタイミング検出部２２１がタイミングの検出を行う。このとき、フレームタイミング検出部２２１では、シンボルタイミング検出部１０３と比較して相互相関演算処理を限定した範囲で行う。

以上説明したように、本実施の形態では、２種類のパイロットを用い、フレームの先頭に多重されたパイロットを検出する場合、タイミング検出装置では、フレームタイミング検出部が、相互相関演算範囲を限定してピーク検出処理を行うこととした。これにより、ピーク検出を行うときの処理量を削減することができる。また、フレームタイミング検出用パイロット（パイロット２）には自己相関特性が良好な系列を用い、シンボルタイミング検出用のパイロット（パイロット１）との相互相関が低い系列を用いるため、フレーム先頭タイミングを高精度に検出することができる。

なお、受信機においてシンボルタイミング検出部１０３を用いる場合について説明したが、これに限定するものではなく、シンボルタイミング検出部１０３ａ、１０３ｂについても適用可能である。

以上のように、本発明にかかるタイミング検出装置は、広帯域の無線伝送システムに有用であり、特に、ブロック伝送方式を用いる場合に適している。

１ ＤＦＴ部
２ パイロット生成部
３ ＤＦＴ部
４ サブキャリアマッピング部
５ ＩＤＦＴ部
６ ＧＩ付加部
７ Ｄ／Ａ変換部
８ 送信無線部
９ 制御部
１０１ 受信無線部
１０２ Ａ／Ｄ変換部
１０３、１０３ａ、１０３ｂ シンボルタイミング検出部
１０４ ＧＩ除去部
１０５ ＤＦＴ部
１２１ ＤＦＴ部
１２２ レプリカＦ生成部
１２３ レプリカＦ乗算部
１２４ ＩＤＦＴ部
１２５ ピーク検出部
１２６ 検出タイミング補正部
１４１ パイロット生成部
１４２ ＤＦＴ部
１４３ サブキャリアマッピング部
１４４ ＩＤＦＴ部
１６１ レプリカＴ生成部
１６２ 相関演算部
１６３ ピーク検出部
２０１ パイロット１生成部
２０２ パイロット２生成部
２０３ パイロット選択部
２０４ 制御部
２２１ フレームタイミング検出部
２６１ レプリカ２Ｔ生成部
２６２ 相関演算部
２６３ ピーク検出部

Claims (8)

1. 複数のパイロットを用い、周波数領域でデータをサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号間に、時間領域で生成されたデータおよび第１のパイロットを多重して等間隔にサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号を所定の周期で挿入するうち、フレーム周期で前記第１のパイロットに替えて第２のパイロットを用いて生成された送信信号を受信する受信機におけるタイミング検出装置であって、
   時間領域の受信信号を周波数領域の受信信号に変換するＤＦＴ手段と、
   前記第１のパイロットと同一のパイロットをサブキャリアにマッピングした第１のレプリカを生成する第１のレプリカ生成手段と、
   前記周波数領域の受信信号と前記第１のレプリカの複素共役を対応するサブキャリア毎に乗算するレプリカ乗算手段と、
   レプリカ乗算後の周波数領域の受信信号を時間領域の信号に変換するＩＤＦＴ手段と、
   前記ＩＤＦＴ手段から出力された時間領域の信号を電力化し、所定の範囲内で電力値の最大ピークを検出し、検出したときの第１のタイミングを出力する第１のピーク検出手段と、
   前記第２のパイロットと同一のパイロットをサブキャリアにマッピングし、時間領域の信号に変換した第２のレプリカを生成する第２のレプリカ生成手段と、
   時間領域の受信信号と前記第２のレプリカとの相関演算を所定の範囲で行い、複素の相関演算結果を出力する相関演算手段と、
   前記複素の相関演算結果を電力化し、所定の範囲内で電力値の最大ピークを検出し、検出したときの第２のタイミングを出力する第２のピーク検出手段と、
   を備えることを特徴とするタイミング検出装置。
2. 複数のパイロットを用い、周波数領域でデータをサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号間に、時間領域で生成されたデータおよび第１のパイロットを多重して等間隔にサブキャリアにマッピングして時間領域に変換後ガードインターバルを付加した信号を所定の周期で挿入するうち、フレーム周期で前記第１のパイロットに替えて第２のパイロットを用いて生成された送信信号を受信する受信機におけるタイミング検出装置であって、
   前記第１のパイロットと同一のパイロットをサブキャリアにマッピングし、時間領域の信号に変換した第１のレプリカを生成する第１のレプリカ生成手段と、
   時間領域の受信信号と前記第１のレプリカとの相関演算を行い、第１の複素の相関演算結果を出力する第１の相関演算手段と、
   前記第１の複素の相関演算結果を電力化し、第１の所定の範囲内で電力値の最大ピークを検出し、検出したときの第１のタイミングを出力する第１のピーク検出手段と、
   前記第２のパイロットと同一のパイロットをサブキャリアにマッピングし、時間領域の信号に変換した第２のレプリカを生成する第２のレプリカ生成手段と、
   時間領域の受信信号と前記第２のレプリカとの相関演算を所定の範囲で行い、第２の複素の相関演算結果を出力する第２の相関演算手段と、
   前記第２の複素の相関演算結果を電力化し、第２の所定の範囲内で電力値の最大ピークを検出し、検出したときの第２のタイミングを出力する第２のピーク検出手段と、
   を備えることを特徴とするタイミング検出装置。
3. 前記第２のピーク検出手段が最大ピークを検出するときの所定の範囲または第２の所定の範囲を、前記第１のタイミングの前後に前記ガードインターバルの長さを付与した範囲とする、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のタイミング検出装置。
4. さらに、
   前記第１のピーク検出手段で検出されたタイミングを補正して出力する検出タイミング補正手段、
   を備えることを特徴とする請求項１，２または３に記載のタイミング検出装置。
5. 前記検出タイミング補正手段は、前記送信信号を送信する送信機と前記受信機との同期状態に応じて補正を実施するかどうかを決定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のタイミング検出装置。
6. 前記検出タイミング補正手段は、同期状態のとき、前回の検出タイミングと最新の検出タイミングを比較し、比較した結果、所定の差分が検出された場合は所定の差分だけ最新の検出タイミングを補正する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のタイミング検出装置。
7. 前記検出タイミング補正手段は、同期状態のとき、前回の検出タイミングと最新の検出タイミングを比較し、比較した結果、所定の差分が連続して検出された場合は最新の検出タイミングを補正せずに出力する、
   ことを特徴とする請求項５または６に記載のタイミング検出装置。
8. 前記所定の差分を、前記時間領域の信号を前記周波数領域の信号に変換するときの離散フーリエ変換または前記周波数領域の信号を前記時間領域の信号に変換するときの逆離散フーリエ変換のポイント数に、サブキャリアにマッピングするデータとパイロットの総数に対する前記パイロットの比率を乗算した値とする、
   ことを特徴とする請求項６または７に記載のタイミング検出装置。

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