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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-11
(45)【発行日】2022-07-20
(54)【発明の名称】同期検出回路及び無線通信装置
(51)【国際特許分類】
H04B 1/7077 20110101AFI20220712BHJP
H04L 7/04 20060101ALI20220712BHJP
【ＦＩ】
H04B1/7077
H04L7/04 600
H04L7/04 200
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021506864
(86)(22)【出願日】2019-03-18
(86)【国際出願番号】 JP2019011266
(87)【国際公開番号】W WO2020188716
(87)【国際公開日】2020-09-24
【審査請求日】2021-06-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000001122
【氏名又は名称】株式会社日立国際電気
(74)【代理人】
【識別番号】100093104
【弁理士】
【氏名又は名称】船津 暢宏
(72)【発明者】
【氏名】岡 晃弘
(72)【発明者】
【氏名】内藤 昌志
【審査官】高野 洋
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１０－１５４１０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１５５９４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２８３３７８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｂ １／７０７７
Ｈ０４Ｌ ７／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
拡散符号化変調方式における受信信号のフレーム同期を検出する同期検出回路であって、受信信号のフレーム内の既知のプリアンブル信号から相関を検出して相関値を出力するマッチトフィルタと、
前記相関値と第１の閾値とを比較して同期検出を行い、第１の同期検出フラグを出力する比較・ピーク検出部と、
平均化された遅延検波の結果からトーン信号の位置を検出して前記相関値のピーク位置の範囲を推定するピーク位置推定部と、
前記推定されたピーク位置の範囲から前記相関値の最大値を検出して同期検出を行い、第２の同期フラグを出力する最大値検出部と、
前記比較・ピーク検出部からの第１の同期検出フラグと前記最大値検出部からの第２の同期検出フラグのいずれかを選択する選択部とを有する同期検波回路。
【請求項2】
選択部は、比較・ピーク検出部から入力される第１の同期検出フラグと、最大値検出部から入力される第２の同期検出フラグの内で、先に入力された方を選択して同期検出フラグとして出力する請求項１記載の同期検出回路。【請求項3】
最大値検出部は、マッチトフィルタからの相関値と第２の閾値とを比較して同期検出を行うもので、前記第２の閾値は、第１の閾値より低い請求項１記載の同期検出回路。【請求項4】
ピーク位置推定部は、トーン信号終了の位置を検出して、当該位置から前記トーン信号に続くプリアンブル信号の特定期間を相関値のピーク位置の範囲とする請求項１記載の同期検出回路。【請求項5】
請求項１記載の同期検出回路を有する無線通信装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、拡散符号化変調方式でのフレーム同期を行う同期検出回路に係り、特に、ＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio：搬送波対雑音比）が低い環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を正しい位置で確実に検出できる同期検出回路及び無線通信装置に関する。
【背景技術】
【0002】
［従来の技術］
拡散符号化変調方式は、送信信号に対して拡散符号を掛け合わせることで、低ＣＮＲの環境であっても受信側で復調可能である。
一般的にフレーム同期は、マッチトフィルタでの相関出力から、既知のパターンであるプリアンブル位置を閾値判定で検出し、そこから正確な復調開始位置を推定するものである。
拡散符号化変調方式は、送信信号に対して拡散符号を掛け合わせることで、低ＣＮＲの環境であっても受信側で復調可能である。
一般的にフレーム同期は、マッチトフィルタでの相関出力から、既知のパターンであるプリアンブル位置を閾値判定で検出し、そこから正確な復調開始位置を推定するものである。
【0003】
［従来のフレーム信号：図９］
従来のフレーム信号について図９を参照しながら説明する。図９は、従来のフレーム信号の一例を示す概略図である。
従来のフレーム信号は、図９に示すように、プリアンブル信号とデータ信号（実データ）とから１フレームが構成されている。このプリアンブル信号を用いて後述するマッチトフィルタで同期検出を行うものである。
従来のフレーム信号について図９を参照しながら説明する。図９は、従来のフレーム信号の一例を示す概略図である。
従来のフレーム信号は、図９に示すように、プリアンブル信号とデータ信号（実データ）とから１フレームが構成されている。このプリアンブル信号を用いて後述するマッチトフィルタで同期検出を行うものである。
【0004】
［無線通信装置の受信側のディジタル信号処理回路：図１０］
次に、一般的な受信側のディジタル信号処理回路について図１０を参照しながら説明する。図１０は、無線通信装置の受信側のディジタル処理回路の構成ブロック図である。
無線通信装置の受信側のディジタル信号処理回路は、図１０に示すように、受信ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）信号のアナログ信号を入力してディジタルＩＦ信号に変換するＡＤＣ（Analogue Digital Converter）１と、ディジタルＩＦ信号をディジタルベースバンド信号に周波数変換を行う周波数変換部２と、ディジタルベースバンド信号のダウンサンプルを行うダウンサンプル部３と、ダウンサンプルされた信号のゲイン（利得）を適切な範囲に自動制御するＡＧＣ（Auto Gain Controller）４と、自動利得制御された信号の周波数を一定に保つよう自動制御するＡＦＣ（Auto Frequency Controller）５と、自動周波数制御された信号について同期処理を行う同期処理部６と、同期処理された信号を逆拡散して復調処理を行い、受信データを出力する逆拡散／復調処理部７とを備えている。
次に、一般的な受信側のディジタル信号処理回路について図１０を参照しながら説明する。図１０は、無線通信装置の受信側のディジタル処理回路の構成ブロック図である。
無線通信装置の受信側のディジタル信号処理回路は、図１０に示すように、受信ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）信号のアナログ信号を入力してディジタルＩＦ信号に変換するＡＤＣ（Analogue Digital Converter）１と、ディジタルＩＦ信号をディジタルベースバンド信号に周波数変換を行う周波数変換部２と、ディジタルベースバンド信号のダウンサンプルを行うダウンサンプル部３と、ダウンサンプルされた信号のゲイン（利得）を適切な範囲に自動制御するＡＧＣ（Auto Gain Controller）４と、自動利得制御された信号の周波数を一定に保つよう自動制御するＡＦＣ（Auto Frequency Controller）５と、自動周波数制御された信号について同期処理を行う同期処理部６と、同期処理された信号を逆拡散して復調処理を行い、受信データを出力する逆拡散／復調処理部７とを備えている。
【0005】
［従来の同期検出回路：図１１］
次に、図１０における同期処理部における従来の同期検出回路について図１１を参照しながら説明する。図１１は、従来の同期検出回路の構成ブロック図である。
従来の同期検出回路は、図１１に示すように、ＡＦＣ５からの自動周波数制御された信号を入力し、既知のプリアンブル信号について相関を検出し、相関値（ＭＦ）を出力するマッチトフィルタ（ＭＦ：Matched Filter／相関器）８と、ＭＦ８からの相関値と固定の同期閾値とを比較し、同期閾値を超えている場合にピークとして検出し、同期検出フラグを出力する比較・ピーク検出部９とを備えている。
次に、図１０における同期処理部における従来の同期検出回路について図１１を参照しながら説明する。図１１は、従来の同期検出回路の構成ブロック図である。
従来の同期検出回路は、図１１に示すように、ＡＦＣ５からの自動周波数制御された信号を入力し、既知のプリアンブル信号について相関を検出し、相関値（ＭＦ）を出力するマッチトフィルタ（ＭＦ：Matched Filter／相関器）８と、ＭＦ８からの相関値と固定の同期閾値とを比較し、同期閾値を超えている場合にピークとして検出し、同期検出フラグを出力する比較・ピーク検出部９とを備えている。
【0006】
［出力レベルのばらつき：図１２］
しかし、低ＣＮＲの環境では、受信信号に比べて雑音が支配的であるため、フレーム同期の検出に用いるマッチトフィルタの出力レベルにばらつきが生じることがある。
出力レベルのばらつきについて図１２を参照しながら説明する。図１２は、ＣＮＲ＝－１０ｄＢの時のマッチトフィルタ出力の波形を示す図である。図１２では、横軸が時間で、縦軸が相関レベルである。
しかし、低ＣＮＲの環境では、受信信号に比べて雑音が支配的であるため、フレーム同期の検出に用いるマッチトフィルタの出力レベルにばらつきが生じることがある。
出力レベルのばらつきについて図１２を参照しながら説明する。図１２は、ＣＮＲ＝－１０ｄＢの時のマッチトフィルタ出力の波形を示す図である。図１２では、横軸が時間で、縦軸が相関レベルである。
【0007】
低ＣＮＲの環境では、マッチトフィルタのピークレベルが低下する。
図１２では、〇部分がマッチトフィルタピークを示しており、〇部分の最も低いレベルと最も高いレベルとの間でマッチトフィルタの出力レベルにばらつきが見られる。図１２では、縦方向の太い矢印がばらつき範囲となる。
ここで、閾値を２，５００とした場合に、それより下のピークではフレーム逃がしが発生する。
図１２では、〇部分がマッチトフィルタピークを示しており、〇部分の最も低いレベルと最も高いレベルとの間でマッチトフィルタの出力レベルにばらつきが見られる。図１２では、縦方向の太い矢印がばらつき範囲となる。
ここで、閾値を２，５００とした場合に、それより下のピークではフレーム逃がしが発生する。
【0008】
［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特許第４４８９９８０号公報「フレーム同期回路」（特許文献１）がある。
特許文献１には、同期ワードと相関がなされると予測される所定の期間においてのみ、受信信号と同期ワードとの複素相関値の記憶及び走査を行い、フレーム同期位置の検出を行うことにより、フレーム長に拘わらず、フレーム同期を確率できることが示されている。他に、特許文献２には、スペクトル拡散受信の同期捕捉、特許文献３には、直交変調信号のユニークワードによる遅延検波に関する技術が開示されている。
尚、関連する先行技術として、特許第４４８９９８０号公報「フレーム同期回路」（特許文献１）がある。
特許文献１には、同期ワードと相関がなされると予測される所定の期間においてのみ、受信信号と同期ワードとの複素相関値の記憶及び走査を行い、フレーム同期位置の検出を行うことにより、フレーム長に拘わらず、フレーム同期を確率できることが示されている。他に、特許文献２には、スペクトル拡散受信の同期捕捉、特許文献３には、直交変調信号のユニークワードによる遅延検波に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特許第４４８９９８０号公報
【文献】特開２００８－２１１７１４号公報
【文献】特開平１０－１６４１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、上記従来の拡散符号化変調方式における低ＣＮＲの環境では、フレーム同期に用いるマッチトフィルタの出力レベルにばらつきが生じるため、ピークが閾値より低くなる場合には、フレーム逃がしや誤同期が発生し、通信に支障をきたすという問題点があった。
【0011】
尚、特許文献１には、無線フレームの前段にトーン信号を配置し、そのトーン信号を遅延検波することでマッチトフィルタのピークレベル位置を検出することについての記載がない。
【0012】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に正しい位置で検出する同期検出回路及び無線通信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、拡散符号化変調方式における受信信号のフレーム同期を検出する同期検出回路であって、受信信号のフレーム内の既知のプリアンブル信号から相関を検出して相関値を出力するマッチトフィルタと、相関値と第１の閾値とを比較して同期検出を行い、第１の同期検出フラグを出力する比較・ピーク検出部と、平均化された遅延検波の結果からトーン信号の位置を検出して相関値のピーク位置の範囲を推定するピーク位置推定部と、推定されたピーク位置の範囲から相関値の最大値を検出して同期検出を行い、第２の同期フラグを出力する最大値検出部と、比較・ピーク検出部からの第１の同期検出フラグと最大値検出部からの第２の同期検出フラグのいずれかを選択する選択部とを有するものである。
【0014】
本発明は、上記同期検出回路において、選択部が、比較・ピーク検出部から入力される第１の同期検出フラグと、最大値検出部から入力される第２の同期検出フラグの内で、先に入力された方を選択して同期検出フラグとして出力するものである。
【0015】
本発明は、上記同期検出回路において、最大値検出部が、マッチトフィルタからの相関値と第２の閾値とを比較して同期検出を行うもので、第２の閾値が、第１の閾値より低いものである。
【0016】
本発明は、上記同期検出回路において、ピーク位置推定部が、トーン信号終了の位置を検出して、当該位置からトーン信号に続くプリアンブル信号の特定期間を相関値のピーク位置の範囲とするものである。
【0017】
本発明は、無線通信装置であって、上記同期検出回路を有するものである。また、本発明は、無線通信装置の受信側のディジタル信号処理回路であって、上記同期検出回路を有するものである。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、拡散符号化変調方式における受信信号のフレーム同期を検出する同期検出回路であって、受信信号のフレーム内の既知のプリアンブル信号から相関を検出して相関値を出力するマッチトフィルタと、相関値と第１の閾値とを比較して同期検出を行い、第１の同期検出フラグを出力する比較・ピーク検出部と、平均化された遅延検波の結果からトーン信号の位置を検出して相関値のピーク位置の範囲を推定するピーク位置推定部と、推定されたピーク位置の範囲から相関値の最大値を検出して同期検出を行い、第２の同期フラグを出力する最大値検出部と、比較・ピーク検出部からの第１の同期検出フラグと最大値検出部からの第２の同期検出フラグのいずれかを選択する選択部とを有する同期検波回路としているので、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に正しい位置で検出できる効果がある。
【0019】
本発明によれば、上記同期検出回路を有する無線通信装置としているので、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本フレーム信号を示す概略図である。
【図2】本同期検出回路の構成ブロック図である。
【図3】遅延検波平均化部の構成ブロック図である。
【図4】ＣＮＲ＝４０ｄＢの時の遅延検波出力を示す図である。
【図5】ＣＮＲ＝－１０ｄＢの時の遅延検波出力を示す図である。
【図6】ピーク位置推定部の構成ブロック図である。
【図7】トーン信号検出の説明図である。
【図8】送信側及び受信側の回路を含む無線通信装置の構成ブロック図である。
【図9】従来のフレーム信号の一例を示す概略図である。
【図10】無線通信装置の受信側のディジタル処理回路の構成ブロック図である。
【図11】従来の同期検出回路の構成ブロック図である。
【図12】ＣＮＲ＝－１０ｄＢの時のマッチトフィルタ出力の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る同期検出回路（本同期検出回路）は、マッチトフィルタと、マッチトフィルタ出力と固定閾値との比較で同期検出を行う比較・ピーク検出部とを用いた同期検出に加えて、平均化された遅延検波の結果からトーン信号の位置を検出してマッチトフィルタ出力のピーク位置の範囲を推定するピーク位置推定部と、推定されたピーク位置の範囲からマッチトフィルタ出力の最大値を検出して同期検出を行う最大値検出部と、比較・ピーク検出部からの同期検出と最大値検出部からの同期検出とを選択する選択部を有するものであり、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に正しい位置で検出できるものである。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る同期検出回路（本同期検出回路）は、マッチトフィルタと、マッチトフィルタ出力と固定閾値との比較で同期検出を行う比較・ピーク検出部とを用いた同期検出に加えて、平均化された遅延検波の結果からトーン信号の位置を検出してマッチトフィルタ出力のピーク位置の範囲を推定するピーク位置推定部と、推定されたピーク位置の範囲からマッチトフィルタ出力の最大値を検出して同期検出を行う最大値検出部と、比較・ピーク検出部からの同期検出と最大値検出部からの同期検出とを選択する選択部を有するものであり、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に正しい位置で検出できるものである。
【0022】
また、本発明の実施の形態に係る無線通信装置は、本同期検出回路を備えるものであり、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に行うことができるものである。
【0023】
［本フレーム信号：図１］
本同期検出回路を説明する前に、本発明の実施の形態に係るフレーム信号（本フレーム信号）について図１を参照しながら説明する。図１は、本フレーム信号を示す概略図である。
本フレーム信号は、図１に示すように、１フレームが従来のプリアンブル信号とデータ信号（実データ）の前段にトーン信号を追加して配置した構成となっている。このトーン信号が後述するように、マッチトフィルタのピーク位置を推定するのに用いられる。
本同期検出回路を説明する前に、本発明の実施の形態に係るフレーム信号（本フレーム信号）について図１を参照しながら説明する。図１は、本フレーム信号を示す概略図である。
本フレーム信号は、図１に示すように、１フレームが従来のプリアンブル信号とデータ信号（実データ）の前段にトーン信号を追加して配置した構成となっている。このトーン信号が後述するように、マッチトフィルタのピーク位置を推定するのに用いられる。
【0024】
［本同期検出回路：図２］
次に、本同期検出回路について図２を参照しながら説明する。図２は、本同期検出回路の構成ブロック図である。
本同期検出回路は、図２に示すように、マッチトフィルタ（ＭＦ）８と、比較・ピーク検出部９と、最大値検出部１０と、遅延検波平均化部１１と、ピーク位置推定部１２と、選択部１３とを基本的に有している。
次に、本同期検出回路について図２を参照しながら説明する。図２は、本同期検出回路の構成ブロック図である。
本同期検出回路は、図２に示すように、マッチトフィルタ（ＭＦ）８と、比較・ピーク検出部９と、最大値検出部１０と、遅延検波平均化部１１と、ピーク位置推定部１２と、選択部１３とを基本的に有している。
【0025】
本同期検出回路の各部を説明する。
［ＭＦ８］
マッチトフィルタ（ＭＦ）８は、従来と同様で、ＡＦＣ５からの自動周波数制御された受信信号の既知のプリアンブル信号から相関値（ＭＦ出力）を出力する。
［ＭＦ８］
マッチトフィルタ（ＭＦ）８は、従来と同様で、ＡＦＣ５からの自動周波数制御された受信信号の既知のプリアンブル信号から相関値（ＭＦ出力）を出力する。
【0026】
［比較・ピーク検出部９］
比較・ピーク検出部９は、従来と同様で、ＭＦ８からの相関値を入力し、固定の同期閾値（請求項における第１の閾値）と比較して、同期閾値を超えていれば、相関ピークとして同期検出フラグを選択部１３に出力する。比較・ピーク検出部９から出力されるフラグを「同期検出フラグＡ」とする。
比較・ピーク検出部９は、従来と同様で、ＭＦ８からの相関値を入力し、固定の同期閾値（請求項における第１の閾値）と比較して、同期閾値を超えていれば、相関ピークとして同期検出フラグを選択部１３に出力する。比較・ピーク検出部９から出力されるフラグを「同期検出フラグＡ」とする。
【0027】
［遅延検波平均化部１１］
遅延検波平均化部１１は、ＡＦＣ５からの出力を入力し、本トーン信号の遅延検波出力（平均化された遅延検波の結果）と平均電力をピーク位置推定部１２に出力する。遅延検波平均化部１１の具体的な構成は後述する。
遅延検波平均化部１１は、ＡＦＣ５からの出力を入力し、本トーン信号の遅延検波出力（平均化された遅延検波の結果）と平均電力をピーク位置推定部１２に出力する。遅延検波平均化部１１の具体的な構成は後述する。
【0028】
［ピーク位置推定部１２］
ピーク位置推定部１２は、本トーン信号の遅延検波出力と平均電力から本トーン信号の終了を検出し、それを基にＭＦピーク位置がある範囲（期間）を推定して最大値検出部１０に出力する。この範囲（期間）を「ＭＦピーク位置推定期間」と呼ぶ。
尚、ピーク位置推定部１２の具体的な構成は後述する。
ピーク位置推定部１２は、本トーン信号の遅延検波出力と平均電力から本トーン信号の終了を検出し、それを基にＭＦピーク位置がある範囲（期間）を推定して最大値検出部１０に出力する。この範囲（期間）を「ＭＦピーク位置推定期間」と呼ぶ。
尚、ピーク位置推定部１２の具体的な構成は後述する。
【0029】
［最大値検出部１０］
最大値検出部１０は、ＭＦ８からのＭＦ出力を入力し、ピーク位置推定部１２からのＭＦピーク位置推定期間においてＭＦピークの最大値を検出し、同期検出フラグを選択部１３に出力する。最大値検出部１０から出力されるフラグを「同期検出フラグＢ」とする。
最大値検出部１０は、ＭＦ８からのＭＦ出力を入力し、ピーク位置推定部１２からのＭＦピーク位置推定期間においてＭＦピークの最大値を検出し、同期検出フラグを選択部１３に出力する。最大値検出部１０から出力されるフラグを「同期検出フラグＢ」とする。
【0030】
具体的には、最大値検出部１０では、ピーク位置推定部１２からのＭＦピーク位置推定期間において、ＭＦピークの値をレジスタ及び比較器等を用いて最大値を検索し、ＭＦピーク位置推定期間終了時点でのＭＦピーク最大値を検出した位置をＭＦピーク位置としてデータ復調開始位置を推定する。
【0031】
更に、具体的には、ピーク位置推定部１２からトーン信号の終了を検出する信号が最大値検出部１０に入力されると、そのトーン信号の終了から特定期間（ＭＦピーク位置推定期間）において、トーン信号終了直後のプリアンブル信号のＭＦ出力の最大値（ピーク）を検出し、そのピーク位置についての同期検出フラグＢを選択部１３に出力する。ピーク位置の検出は、ＭＦピーク位置推定期間内における最初のピークを最大ピークとしてもよい。
【0032】
［選択部１３］
選択部１３は、比較・ピーク検出部９からの同期検出フラグＡと最大値検出部１０からの同期検出フラグＢを入力し、いずれかを選択して同期検出フラグとして出力する。
選択部１３での選択の基準は、先に入力されたフラグを同期検出フラグとして選択している。
選択部１３は、比較・ピーク検出部９からの同期検出フラグＡと最大値検出部１０からの同期検出フラグＢを入力し、いずれかを選択して同期検出フラグとして出力する。
選択部１３での選択の基準は、先に入力されたフラグを同期検出フラグとして選択している。
【0033】
［遅延検波平均化部１１：図３］
次に、遅延検波平均化部１１について図３を参照しながら具体的に説明する。図３は、遅延検波平均化部の構成ブロック図である。
遅延検波平均化部１１は、図３に示すように、ダウンサンプル部１１１と、複数の遅延検波部１１２と、電力計算部１１３と、複数の位相回転部１１４と、加算器１１５と、平均化処理部１１６と、平均化処理部１１７とを有している。
次に、遅延検波平均化部１１について図３を参照しながら具体的に説明する。図３は、遅延検波平均化部の構成ブロック図である。
遅延検波平均化部１１は、図３に示すように、ダウンサンプル部１１１と、複数の遅延検波部１１２と、電力計算部１１３と、複数の位相回転部１１４と、加算器１１５と、平均化処理部１１６と、平均化処理部１１７とを有している。
【0034】
ダウンサンプル部１１１は、ＡＦＣ５からの出力（ＡＦＣ出力）を入力し、ダウンサンプルして複数の遅延検波部１１２と電力計算部１１３に出力する。
複数の遅延検波部１１２は、１シンボル遅延検波部１１２-1、２シンボル遅延検波部１１２-2、３シンボル遅延検波部１１２-3、４シンボル遅延検波部１１２-4、…、６４シンボル遅延検波部１１２-64とから構成され、各シンボル数の遅延検波を行って、奇数シンボル遅延検波部ではＱ相のみを出力し、偶数シンボル遅延検波部ではＩ相のみを出力する。
複数の遅延検波部１１２は、１シンボル遅延検波部１１２-1、２シンボル遅延検波部１１２-2、３シンボル遅延検波部１１２-3、４シンボル遅延検波部１１２-4、…、６４シンボル遅延検波部１１２-64とから構成され、各シンボル数の遅延検波を行って、奇数シンボル遅延検波部ではＱ相のみを出力し、偶数シンボル遅延検波部ではＩ相のみを出力する。
【0035】
電力計算部１１３は、ダウンサンプル部１１１からの出力について電力を計算し、電力値を平均化処理部１１７に出力する。
複数の位相回転部１１４は、２シンボル遅延検波部１１２-2の後段に－π／２位相回転部１１４-2、３シンボル遅延検波部１１２-3の後段に－２π／２位相回転部１１４-3、４シンボル遅延検波部１１２-4の後段に－３π／２位相回転部１１４-4、…、６４シンボル遅延検波部１１２-64の後段に－６３π／２位相回転部１１４-64が設けられた構成となっており、各位相を回転して、結果としてはＱ相のみを出力する。
複数の位相回転部１１４は、２シンボル遅延検波部１１２-2の後段に－π／２位相回転部１１４-2、３シンボル遅延検波部１１２-3の後段に－２π／２位相回転部１１４-3、４シンボル遅延検波部１１２-4の後段に－３π／２位相回転部１１４-4、…、６４シンボル遅延検波部１１２-64の後段に－６３π／２位相回転部１１４-64が設けられた構成となっており、各位相を回転して、結果としてはＱ相のみを出力する。
【0036】
加算器１１５は、１シンボル遅延検波部１１２-1、－π／２位相回転部１１４-2、－２π／２位相回転部１１４-3、－３π／２位相回転部１１４-4、…、－６３π／２位相回転部１１４-64からのＱ相のみの出力を入力して加算（合計）し、平均化処理部１１６に出力する。
【0037】
平均化処理部１１６は、加算器１１５からの出力の平均化処理を行い、平均化処理の結果を出力する。この出力を「遅延検波出力」と呼ぶ。
平均化処理部１１７は、電力計算部１１３からの出力の平均化処理を行い、平均電力を出力する。
平均化処理部１１７は、電力計算部１１３からの出力の平均化処理を行い、平均電力を出力する。
【0038】
［遅延検波出力：図４，５］
次に、平均化処理部１１６からの遅延検波出力について図４，５を参照しながら説明する。図４は、ＣＮＲ＝４０ｄＢの時の遅延検波出力を示す図であり、図５は、ＣＮＲ＝－１０ｄＢの時の遅延検波出力を示す図である。各図は、２段の波形を示しているが、上段が遅延検波出力の波形で、下段が遅延検波出力の移動平均を示している。
次に、平均化処理部１１６からの遅延検波出力について図４，５を参照しながら説明する。図４は、ＣＮＲ＝４０ｄＢの時の遅延検波出力を示す図であり、図５は、ＣＮＲ＝－１０ｄＢの時の遅延検波出力を示す図である。各図は、２段の波形を示しているが、上段が遅延検波出力の波形で、下段が遅延検波出力の移動平均を示している。
【0039】
図４，５で、トーン信号部分は、枠で囲んで示している。
図４は、ＣＮＲが良好であるので、トーン信号を明確に識別できる。一方、図５では、ノイズの影響を受けているものの、ＣＮＲ＝－１０ｄＢの環境であっても、トーン信号を識別できるものである。
本同期検出回路では、このトーン信号の識別可能な特徴を利用して、トーン信号に続くプリアンブル信号の特定期間をＭＦピーク位置推定期間として同期検出を行い、低ＣＮＲ環境でも同期確立できるよう工夫したものである。
図４は、ＣＮＲが良好であるので、トーン信号を明確に識別できる。一方、図５では、ノイズの影響を受けているものの、ＣＮＲ＝－１０ｄＢの環境であっても、トーン信号を識別できるものである。
本同期検出回路では、このトーン信号の識別可能な特徴を利用して、トーン信号に続くプリアンブル信号の特定期間をＭＦピーク位置推定期間として同期検出を行い、低ＣＮＲ環境でも同期確立できるよう工夫したものである。
【0040】
［ピーク位置推定部１２：図６］
次に、ピーク位置推定部について図６を参照しながら具体的に説明する。図６は、ピーク位置推定部の構成ブロック図である。
ピーク位置推定部１２は、図６に示すように、比較器１２１、乗算器１２２、セレクタ１２３、加算器１２４、累積カウンタ（Register）１２５、比較器１２６、反転器（Inverter）１２７、遅延器（Ｚ-1）１２８、論理積回路（ＡＮＤ）１２９を備えている。
次に、ピーク位置推定部について図６を参照しながら具体的に説明する。図６は、ピーク位置推定部の構成ブロック図である。
ピーク位置推定部１２は、図６に示すように、比較器１２１、乗算器１２２、セレクタ１２３、加算器１２４、累積カウンタ（Register）１２５、比較器１２６、反転器（Inverter）１２７、遅延器（Ｚ-1）１２８、論理積回路（ＡＮＤ）１２９を備えている。
【0041】
乗算器１２２は、遅延検波平均化部１１の平均化処理部１１７からの平均電力を入力し、１／４０を乗算して比較器１２１に乗算結果の閾値Ａを出力する。
比較器１２１は、遅延検波平均化部１１の平均化処理部１１６からの遅延検波出力と乗算器１２２からの閾値Ａを入力し、両者を比較し、閾値Ａを遅延検波出力が超えた場合に「１」を、超えない場合に「０」をセレクタ１２３に出力する。
比較器１２１は、遅延検波平均化部１１の平均化処理部１１６からの遅延検波出力と乗算器１２２からの閾値Ａを入力し、両者を比較し、閾値Ａを遅延検波出力が超えた場合に「１」を、超えない場合に「０」をセレクタ１２３に出力する。
【0042】
ここで、平均電力の１／４０の値を乗算しているのは、ＣＮＲ＝－１０ｄＢ程度の信号を確実に抽出するために、余裕をもって－１６ｄＢ程度まで検出できるようにしたものである。平均電力（相関出力の平均）を１に正規化しており、－１６ｄＢの場合は、１／４０となる。
【0043】
セレクタ１２３は、入力が「１」の場合（遅延検波出力が閾値Ａを超えた場合）、外部からの「１」を選択して加算器１２４に出力し、入力が「０」の場合（遅延検波出力が閾値Ａを超えない場合）、外部からの「－０．５」を選択して加算器１２４に出力する。
平均電力の１／４０の乗算やセレクタ１２３から出力される「１」又は「－０．５」といった値はあくまで一例であり、環境によって最適な値を使用する。
平均電力の１／４０の乗算やセレクタ１２３から出力される「１」又は「－０．５」といった値はあくまで一例であり、環境によって最適な値を使用する。
【0044】
加算器１２４は、セレクタ１２３からの「１」又は「－０．５」の出力を入力し、累積カウンタ１２５からの累積カウンタ値と加算し、累積カウンタ１２５に出力する。
累積カウンタ（Register）１２５は、加算器１２４からの加算結果を入力し、内部に累積カウント値として記憶して加算器１２４と比較器１２６に出力する。
累積カウンタ（Register）１２５は、加算器１２４からの加算結果を入力し、内部に累積カウント値として記憶して加算器１２４と比較器１２６に出力する。
【0045】
比較器１２６は、累積カウンタ１２５からのカウント値と固定値の閾値Ｂを比較し、カウント値が閾値Ｂを超えると「１」を反転器１２７と遅延器１２８に出力し、超えない場合は「０」を出力する。
ここで、閾値Ｂは、トーン信号のサンプル長「７６８」の１／２の値を設定しており、「３８４」である。
ここで、閾値Ｂは、トーン信号のサンプル長「７６８」の１／２の値を設定しており、「３８４」である。
【0046】
反転器（Inverter）１２７は、比較器１２６からの出力「１」又は「０」を入力して反転させ「０」又は「１」をＡＮＤ１２９に出力する。
遅延器（Ｚ-1）１２８は、比較器１２６からの出力「１」又は「０」を入力して１サンプルタイミングを遅延させてＡＮＤ１２９に出力する。
遅延器（Ｚ-1）１２８は、比較器１２６からの出力「１」又は「０」を入力して１サンプルタイミングを遅延させてＡＮＤ１２９に出力する。
【0047】
論理積回路（ＡＮＤ）１２９は、反転器１２７と遅延器１２８からの出力を入力し、論理積を演算して出力を行う。
具体的には、比較器１２６からの出力が「０」（閾値Ｂをカウント値が超えていない場合）であれば、反転器１２７からの出力は反転されて「１」となり、遅延器１２８からの出力は「０」（以前に入力を「０」とする）となるので、論理積は「０」となる。
具体的には、比較器１２６からの出力が「０」（閾値Ｂをカウント値が超えていない場合）であれば、反転器１２７からの出力は反転されて「１」となり、遅延器１２８からの出力は「０」（以前に入力を「０」とする）となるので、論理積は「０」となる。
【0048】
また、比較器１２６からの出力が「１」（閾値Ｂをカウント値が超えた場合）であれば、反転器１２７からの出力は反転されて「０」となり、遅延器１２８からの出力は「０」（以前に入力を「０」とする）となるので、論理積は「０」となる。
その後に、比較器１２６からの出力が「０」（閾値Ｂをカウント値が下回った場合）であれば、反転器１２７からの出力は反転されて「１」となり、遅延器１２８からの出力は「１」（以前に入力が「１」である）となるので、初めて論理積は「１」となる。
その後に、比較器１２６からの出力が「０」（閾値Ｂをカウント値が下回った場合）であれば、反転器１２７からの出力は反転されて「１」となり、遅延器１２８からの出力は「１」（以前に入力が「１」である）となるので、初めて論理積は「１」となる。
【0049】
つまり、ＡＮＤ１２９からの出力が「１」となるのは、累積カウンタ１２５からのカウント値が一旦閾値Ｂを超え、その後閾値Ｂを下回った状態になったときである。これは、トーン信号の終了を検出したものである。このトーン信号の終了を検出するピーク位置推定部１２での具体的な動作については以下説明する。
【0050】
［トーン信号の終了を検出する動作：図７］
次に、本同期検出回路におけるピーク位置推定部１２でのピーク位置検出の動作について図７を参照しながら説明する。図７は、トーン信号検出の説明図である。
図７では、上段に、ピーク位置推定部１２の比較器１２１に入力される遅延検波出力の波形を示しており、乗算器１２２からの閾値Ａが破線で示されている。また、中段に、比較器１２１からの出力が「０」の場合は、「遅延検波出力量子化」（量子化出力）として「－」の帯で、出力が「１」の場合は、量子化出力として「＋」の帯で示されている。更に、下段に、累積カウンタ１２５からの出力と閾値Ｂが示されている。尚、累積カウンタ１２５からの出力は、カウント値であるので、実際は細かい階段状になるが、それを直線で簡略化している。
次に、本同期検出回路におけるピーク位置推定部１２でのピーク位置検出の動作について図７を参照しながら説明する。図７は、トーン信号検出の説明図である。
図７では、上段に、ピーク位置推定部１２の比較器１２１に入力される遅延検波出力の波形を示しており、乗算器１２２からの閾値Ａが破線で示されている。また、中段に、比較器１２１からの出力が「０」の場合は、「遅延検波出力量子化」（量子化出力）として「－」の帯で、出力が「１」の場合は、量子化出力として「＋」の帯で示されている。更に、下段に、累積カウンタ１２５からの出力と閾値Ｂが示されている。尚、累積カウンタ１２５からの出力は、カウント値であるので、実際は細かい階段状になるが、それを直線で簡略化している。
【0051】
図７に示すように、本同期検出回路のピーク位置推定部１２では、そのトーン信号の終了を検出しようとするものである。
具体的には、トーン信号の入力前は、遅延検波出力が閾値Ａを超えないため、比較器１２１からの量子化出力は「－」であり、累積カウンタ１２５からの出力は「０」のまま推移する。
具体的には、トーン信号の入力前は、遅延検波出力が閾値Ａを超えないため、比較器１２１からの量子化出力は「－」であり、累積カウンタ１２５からの出力は「０」のまま推移する。
【0052】
遅延検波出力が閾値Ａを超えると、量子化出力が「＋」になり、累積カウンタ１２５からの出力が累積加算されて増加する。
また、トーン信号において、閾値Ａを超えない場合も発生するので、量子化出力が「－」となり、累積カウンタ１２５からの出力が減少する。
また、トーン信号において、閾値Ａを超えない場合も発生するので、量子化出力が「－」となり、累積カウンタ１２５からの出力が減少する。
【0053】
累積カウンタ１２５からの出力の増減を繰り返しながら、トーン信号が特定期間発生していれば、累積カウンタ１２５からの出力が閾値Ｂを超えるようになり、その後、トーン信号が終了すると、遅延検波出力が閾値Ａを超えなくなり、量子化出力が「－」となり、累積カウンタ１２５からの出力が減少して閾値Ｂを下回るとＡＮＤ１２９が論理積「１」を出力するので、累積カウンタ１２５からの出力が閾値Ｂを下回ったタイミングを検出することができる。
【0054】
上記のように、トーン信号の終了をピーク位置推定部１２が検出すると、その後にはフレーム内のプリアンブル信号が続くことになるので、トーン信号の終了から特定期間をＭＦピーク位置の推定期間として最大値検出部１０に出力する。
最大値検出部１０では、その推定期間でＭＦ出力の最大値を検出して、そのタイミングを同期検出フラグＢで選択部１３に出力する。
最大値検出部１０では、その推定期間でＭＦ出力の最大値を検出して、そのタイミングを同期検出フラグＢで選択部１３に出力する。
【0055】
選択部１３では、比較・ピーク検出部９からの同期検出フラグＡと最大値検出部１０からの同期検出フラグＢのいずれかを選択する。例えば、選択部１３に先に入力されたフラグを同期検出フラグとして出力する。
【0056】
このようにして、本同期検出回路では、ＭＦ８と比較・ピーク検出部９を用いた従来の同期検出に対して、ＭＦ８、遅延検波平均化部１１、ピーク位置推定部１２、最大値検出部１０を用いたトーン信号による同期検出を追加したものであり、低ＣＮＲの環境で従来の同期検出が困難な場合に、トーン信号による同期検出が有効に補助するものとなるものである。
【0057】
また、本同期検出回路では、フェージング等によりトーン信号を見逃してしまうと場合でも、従来の同期検出が為されるので、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に行うことができるものである。
【0058】
［無線通信装置：図８］
本同期検波回路を含む無線通信装置について図８を参照しながら説明する。図８は、送信側及び受信側の回路を含む無線通信装置の構成ブロック図である。
本同期検波回路を含む無線通信装置は、図８に示すように、本実施の形態に係るディジタル信号処理の受信側の構成と、送信側の構成を含み、他局（移動局又は基地局又は中継局）との無線送受信を行うものであり、本同期検出回路によって、拡散符号化変調方式の無線データを受信する場合の受信フレーム同期を確実に行うことができるものである。
本同期検波回路を含む無線通信装置について図８を参照しながら説明する。図８は、送信側及び受信側の回路を含む無線通信装置の構成ブロック図である。
本同期検波回路を含む無線通信装置は、図８に示すように、本実施の形態に係るディジタル信号処理の受信側の構成と、送信側の構成を含み、他局（移動局又は基地局又は中継局）との無線送受信を行うものであり、本同期検出回路によって、拡散符号化変調方式の無線データを受信する場合の受信フレーム同期を確実に行うことができるものである。
【0059】
図８に示す無線通信装置は、上述した受信側のディジタル信号処理回路３２を含み、また、拡散符号化変調方式の送信側の回路を含み構成される。
尚、各部を制御するＣＰＵ、データを一時記憶するメモリ、電力供給部等の機能は図示していない。
尚、各部を制御するＣＰＵ、データを一時記憶するメモリ、電力供給部等の機能は図示していない。
【0060】
送信側回路は、図８に示すように、誤り訂正符号化部２１で送信用データを誤り訂正符号化し、変調マッピング部２２でデータマッピングを行い、拡散符号多重化部２３で拡散符号多重化し、送信ＲＦ部２４で送信ＲＦにて送信出力する。フレーム信号にトーン信号を付加するのは、例えば、送信ＲＦ部２４で行うことが考えられる。
【0061】
受信側回路は、図８に示すように、受信ＲＦ部３１で受信信号を入力し、受信ＩＦ信号に変換し、受信側ディジタル信号処理回路３２内の本同期検出回路で上述したトーン信号を利用した受信フレームの同期を行い、受信側ディジタル信号処理回路３２から受信データを出力する。
【0062】
［実施の形態の効果］
本同期検出回路によれば、マッチトフィルタ８と、マッチトフィルタ出力と固定閾値との比較で同期検出を行う比較・ピーク検出部９とを用いた同期検出に加えて、平均化された遅延検波の結果からトーン信号の位置を検出してマッチトフィルタ出力のピーク位置の範囲を推定するピーク位置推定部１２と、推定されたピーク位置の範囲からマッチトフィルタ出力の最大値を検出して同期検出を行う最大値検出部１０と、比較・ピーク検出部９からの同期検出と最大値検出部１０からの同期検出とを選択する選択部１３を有するものであり、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に正しい位置で検出できる効果がある。
本同期検出回路によれば、マッチトフィルタ８と、マッチトフィルタ出力と固定閾値との比較で同期検出を行う比較・ピーク検出部９とを用いた同期検出に加えて、平均化された遅延検波の結果からトーン信号の位置を検出してマッチトフィルタ出力のピーク位置の範囲を推定するピーク位置推定部１２と、推定されたピーク位置の範囲からマッチトフィルタ出力の最大値を検出して同期検出を行う最大値検出部１０と、比較・ピーク検出部９からの同期検出と最大値検出部１０からの同期検出とを選択する選択部１３を有するものであり、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に正しい位置で検出できる効果がある。
【0063】
また、本無線通信装置によれば、本同期検出回路を備えるものであり、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に行うことができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【0064】
本発明は、低ＣＮＲの環境においても、拡散符号化変調方式のフレーム同期を確実に正しい位置で検出する同期検出回路及び無線通信装置、無線通信装置の受信側のディジタル信号処理回路に好適である。
【符号の説明】
【0065】
１…ＡＤＣ（Analogue Digital Converter）、 ２…周波数変換部、 ３…ダウンサンプル部、 ４…ＡＧＣ（Auto Gain Controller）、 ５…ＡＦＣ（Auto Frequency Controller）、 ６…同期処理部、 ７…逆拡散／復調処理部、 ８…マッチトフィルタ（ＭＦ：Matched Filter／相関器）、 ９…比較・ピーク検出部、 １０…最大値検出部、 １１…遅延検波平均化部、 １２…ピーク位置推定部、 １３…選択部、 ２１…誤り訂正符号化部、 ２２…変調マッピング部、２３…拡散符号多重化部、 ２４…送信ＲＦ部、 ３１…受信ＲＦ部、３２…受信側ディジタル信号処理回路、 １１１…ダウンサンプル部、 １１２…遅延検波部、 １１３…電力計算部、 １１４…位相回転部、 １１５…加算器、 １１６…平均化処理部、 １１７…平均化処理部、 １２１…比較器、 １２２…乗算器、 １２３…セレクタ、 １２４…加算器、 １２５…累積カウンタ（Register）、 １２６…比較器、 １２７…反転器（Inverter）、 １２８…遅延器（Ｚ-1）、 １２９…論理積回路（ＡＮＤ）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】