JPH06209342A - 同期シンボル検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数の複素信号から同期シンボルを検出する同
期シンボル検出回路に関し、ＤＳＰを使用して実現する
ことを可能とし、かつ、小型、低コストにすることを目
的とする。 【構成】複数の複素信号から複数の同期シンボル判定ベ
クトル対を生成する判定ベクトル生成手段１と、判定ベ
クトル生成手段１が出力した複数の同期シンボル判定ベ
クトル対が等しいことを判定する複数のベクトル比較手
段２と、それら複数のベクトル比較手段２が、全て、同
期シンボル判定ベクトル対を等しいと判定したときに同
期シンボルを検出したと判定する制御手段３と、からな
る構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば移動体無線など
に使用するマルチサブキャリア直交変調信号を検波して
得る複数の複素信号から同期シンボルを検出する同期シ
ンボル検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年においては、移動体無線でデジタル
通信を行うための研究・開発が進められている。そのよ
うなデジタル無線通信においては、変調方式として振幅
位相変調を採用する方向で実用化が進められている。振
幅位相変調信号 s(t) は、一般的に式 (1)で定義され
る。

【０００３】 s(t) = r(t)cos〔 ω_c t + θ(t) 〕・・・・・・・・・・式 (1) 式 (1)で、 r(t) 、θ(t) はベースバンド信号であり、
ω_c は搬送波の角周波数である。ここで、ベースバンド
信号 mi(t)、mq(t) を次のように定義する。

【０００４】 mi(t) = r(t)cos 〔θ(t) 〕・・・・・・・・・・・・・・式 (2) mq(t) = r(t)sin 〔θ(t) 〕・・・・・・・・・・・・・・式 (3) ベースバンド信号 mi(t)、mq(t) を用いれば、振幅位相
変調信号 s(t) は式 (4)で定義される。

【０００５】 s(t) = mi(t)cosω_c t - mq(t)sinω_c t ・・・・・・・・式 (4) 式（4)は、直交変調とも呼ばれる。式 (4)は、式 (5)、
（6)のように複素数でも表現できる。

【０００６】 ｍ(t) = mi(t) + jmq(t)・・・・・・・・・・・・・・・・式 (5) ｓ(t) = ｍ(t)exp〔j ω_c t 〕・・・・・・・・・・・・・式 (6) 式（6)の実数部をとれば、式（4)と同じになることか
ら、式（4)と式（6)は等価であることがわかる。式（5)
のように複素数で表現できる信号を、以下の説明では
「複素信号」または「ベクトル」と記し、それが式（5)
のようにベースバンド信号である場合は「複素ベースバ
ンド信号」または「ベースバンドベクトル」と記す。式
（1)のr(t)を以下の説明では、複素信号またはベクトル
の「絶対値」と記し、式（1)のθ(t) を、複素信号また
はベクトルの「位相」または「偏角」と記す。

【０００７】移動体無線でのデジタル通信においては、
上記の直交変調を基にして、複数の搬送波を使用し、そ
れらを相互に関連するベースバンド信号で直交変調を行
う方式を研究している。例えば、直交変調方式の１６Ｑ
ＡＭ変調波を使用すると、１つの搬送波で同時に伝送で
きるビット数は４ビットであるから、４つの搬送波を用
いれば、１６ビットの情報を同時に伝送することが可能
となる。この場合、それぞれの搬送波を変調するベース
バンド信号は組合わさって、換言すると、相互に関連し
て１つの情報を構成する。このような複数の搬送波を相
互に関連したベースバンド信号で直交変調して得られる
変調信号を、以下の説明では「マルチサブキャリア直交
変調信号」と記し、それら搬送波を「サブキャリア」と
記す。マルチサブキャリア直交変調信号は、次式で定義
される。

【０００８】 ｍ_k (t) = mi_k (t) + jmq_k (t) ・・・・・・・・・・・・式 (7) ｓ(t) = Σ_(k=1,m) ｍ_k (t)exp〔 jω_ckt 〕・・・・・・・式（8) ここで、Σ_(k=1,m) は、変数ｋを１からｍまで変化させ
て加算することを意味する。式（7)は、複素信号であ
り、式（8)のω_ckは、それぞれのサブキャリアの角周波
数である。図７は、４つのサブキャリアを使用した１６
ＱＡＭ変調波で伝送する情報の例を示したものである。
図７のように、マルチサブキャリア直交変調信号で同時
に伝送される情報を、以下の説明では「シンボル」と記
す。マルチサブキャリア直交変調信号を使用したデータ
伝送では、先頭に同期をとるためのシンボルを挿入し、
その後にデータを伝送するためのシンボルを続けて、１
つのフレームを構成している。このような同期をとるた
めのシンボルを以下の説明では「同期シンボル」と記
し、データを伝送するためのシンボルを「データシンボ
ル」と記す。このようなデータ伝送においては、当然の
ことながら、受信側はその同期シンボルを検出する必要
がある。

【０００９】同期シンボルを検出する方法として、その
形状を判定する方法がある。同期シンボルの形状を判定
するとは、すなわち、式（9)〜（10) を、全てのベース
バンドべクトルについて判定することである。

【００１０】 θ^SYNC _k = tan ^-1〔mq_k / mi_k 〕・・・・・・・・・・・・式（9) ｒ^SYNC _k = ( mi_k ² + mq_k ²)^1/2 ・・・・・・・・・・・・式（10) 式（9)において、θ^SYNC _k は、同期シンボルの各ベース
バンドベクトルの位相である。式（10) において、ｒ
^SYNC _k は、同期シンボルの各ベースバンドベクトルの絶
対値である。なお、この形状判定は、位相差、絶対値比
を判定する式（11)〜（12) に置き換えて行われるの
が、一般的である。

【００１１】 Δθ^SYNC _k = tan ^-1〔mq_k+1 / mi_k+1 〕- tan ^-1〔mq_k / mi_k 〕・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（11) Δｒ^SYNC _k = ( mi_k+1 ² + mq_k+1 ²)^1/2 ／( mi_k ² + mq_k ²)^1/2 ・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（12) 式（11) において、Δθ^SYNC _k は、同期シンボルのベー
スバンドベクトル間の位相差〔θ^SYNC _k+1 - θ^SYNC _k 〕
である。式（12) において、Δｒ^SYNC _k は、同期シンボ
ルのベースバンドベクトル間の絶対値の比〔ｒ^SYNC _k+1
／ｒ^SYNC _k 〕である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記の式（11) 、（1
2) によって同期シンボルの検出を行なうには、乗算、
加算、減算、除算、平方根、tan ^-1の計算が必要であ
る。それらをＤＳＰ(Digtalsignal processor) を使用
して実現する場合には、乗算、加算、減算については高
速で計算できるものの、周知のように、除算や、特に平
方根、tan ^-1については計算時間が長くなってしまうの
で、同期シンボルを検出するための動作周期内に上記の
判定処理が終了しないという不都合が生じる。

【００１３】このような不都合をなくすには、単位時間
あたりの演算能力を高くすれば良いので、高速なＤＳＰ
を使用したり、複数のＤＳＰを使用することが考えられ
るが、高速なＤＳＰは高価であり、複数のＤＳＰの使用
は回路規模が大きくなってしまう。実際には、高速なＤ
ＳＰを数個ほど使用しても、上記の判定処理が必要とす
る動作周期よりも長くなってしまうのが現状である。

【００１４】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、複数の複素信号から同期シンボルを検出する同
期シンボル検出回路を、ＤＳＰを使用して実現すること
を可能とし、かつ、小型、低コストにすることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明による同
期シンボル検出回路の基本原理を説明するブロック図で
ある。請求項１の同期シンボル検出回路は、複数の複素
信号から複数の同期シンボル判定ベクトル対を生成する
判定ベクトル生成手段１と、判定ベクトル生成手段１が
出力したそれぞれの同期シンボル判定ベクトル対が等し
いことを判定する複数のベクトル比較手段２と、それら
複数のベクトル比較手段２が、全て、同期シンボル判定
ベクトル対を等しいと判定したときに、同期シンボルを
検出したと判定する制御手段３とを有している。

【００１６】請求項２の同期シンボル検出回路は、請求
項１の同期シンボル検出回路において、前記の複数のベ
クトル比較手段２が、高速ベクトル比較を行う構造を有
している。

【００１７】

【作用】いま、サブキャリア数を４と仮定して説明す
る。同期シンボルを次の条件を満たすように選定する。
但し、Ｘを任意のアルファベットとして、 .Ｘ. は、Ｘ
がベースバンドベクトルであることを意味し、１６ＱＡ
Ｍ信号空間ダイアグラム上では、Ｉ軸成分がmi_X であ
り、Ｑ軸成分がmq_X であるものとする。

【００１８】 .Ｂ. と .Ｄ. が直交する。・・・・・・・・・・・（条件１） .Ａ. と .Ｃ. が直交する。・・・・・・・・・・・（条件２） .Ｂ. ＋ .Ｄ. ＝−２^1/2 × .Ｃ. が成り立つ。・・（条件３） 条件１〜３を満たすベースバンドベクトル .Ａ. 、 .
Ｂ. 、 .Ｃ. 、 .Ｄ. で定義される同期シンボルの一例
を、図２に示す。条件３は、符号を反転した次の条件で
も良い。

【００１９】 .Ｂ. ＋ .Ｄ. ＝２^1/2 × .Ｃ. が成り立つ。・・・（条件３’） このような同期シンボルの一例を、図３に示す。条件１
〜３を、ベクトルの成分で表すと、判定式１〜６のよう
になる。

【００２０】 mi_B = - mq_D ・・・・・・・・・・・・・・・・・（判定式１） mq_B = mi_D ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（判定式２） mi_A = - mq_C ・・・・・・・・・・・・・・・・・（判定式３） mq_A = mi_C ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（判定式４） mi_B + mi_D = -2^1/2 mi_C ・・・・・・・・・・・・（判定式５） mq_B + mq_D = -2^1/2 mq_C ・・・・・・・・・・・・（判定式６） 判定式１〜６は、図２のような同期シンボルで成立す
る。図３のような同期シンボルでは、次のようになる。

【００２１】 mi_B = mq_D ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（判定式１’） mq_B = - mi_D ・・・・・・・・・・・・・・・・・（判定式２’） mi_A = mq_C ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（判定式３’） mq_A = - mi_C ・・・・・・・・・・・・・・・・・（判定式４’） mi_B + mi_D = 2^1/2 mi_C ・・・・・・・・・・・・（判定式５’） mq_B + mq_D = 2^1/2 mq_C ・・・・・・・・・・・・（判定式６’） 判定式１、２、並びに、判定式１’、２’は、上記の条
件１より、ベースバンドベクトル .Ｂ. と .Ｄ. の内積
が０になることから導かれる。同様に、判定式３、４、
並びに、判定式３’、４’は、上記の条件２より、ベー
スバンドベクトル.Ａ. と .Ｃ. の内積が０になること
から導かれる。ここで、ベクトルα_i 、β _i を、次のよ
うに定義する。

【００２２】 α₁ = ( mi_B ，mq_B ）・・・・・・・・・・・・・（定義式１） β₁ = ( - mq_D ，mi_D ）・・・・・・・・・・・・（定義式２） α₂ = ( mi_A ，mq_C ）・・・・・・・・・・・・・（定義式３） β₂ = ( - mq_A ，mi_C ）・・・・・・・・・・・・（定義式４） α₃ = ( mi_B + mi_D ，mq_B + mq_D ）・・・・・・・（定義式５） β₃ = ( -2^1/2 mi_C ，-2^1/2 mq_C ）・・・・・・・（定義式６） 定義式１〜６は、図２のような同期シンボルを使用する
場合における、ベクトルα_i 、β_i の定義であり、図３
のような同期シンボルを使用する場合には、ベクトルα
_i 、β_i を、次のように定義する。

【００２３】 α₁ = ( mi_B ，mq_B ）・・・・・・・・・・・・・（定義式１’） β₁ = ( mq_D ，- mi_D ）・・・・・・・・・・・・（定義式２’） α₂ = ( mi_A ，mq_C ）・・・・・・・・・・・・・（定義式３’） β₂ = ( mq_A ，- mi_C ）・・・・・・・・・・・・（定義式４’） α₃ = ( mi_B + mi_D ，mq_B + mq_D ）・・・・・・・（定義式５’） β₃ = ( 2^1/2 mi_C ， 2^1/2 mq_C ）・・・・・・・（定義式６’） 上記のようなベクトルα_i 、β_i を定義すると、判定式
１〜６、並びに、判定式１’〜６’は、次のように表せ
る。

【００２４】 α_i = β_i （i = 1 〜 3）・・・・・・・・・・・・・・式（13) 以下の説明では、添字ｉが同じ数字であるベクトル
α_i 、β_i の一組を、「同期シンボル判定ベクトル対」
と記す。

【００２５】図１において、判定ベクトル生成手段１
は、複素信号ｍ_A 〜ｍ_D から、式（13) で定義される３
組の同期シンボル判定ベクトル対を生成して出力する。
なお、サブキャリア数によって、上記のような同期シン
ボルの条件数が増減するので、同期シンボル判定ベクト
ル対の組数も増減する。ベクトル比較手段２は、それら
同期シンボル判定ベクトル対が、それぞれ等しいかどう
かを判定する。制御手段５は、ベクトル比較手段２が、
全て、同期シンボル判定ベクトル対を等しいと判定した
ときに、同期シンボルを検出したと判定する。

【００２６】このような同期シンボル検出回路は、同期
シンボルを検出するのに、定義式１〜６、並びに、定義
式１’〜６’から分かるように、高速で計算できる加
算、減算、乗算のみで構成できて、計算時間の長い平方
根、tan ^-1の計算を必要としなくなる。これは、同期シ
ンボルを検出するための計算時間が減少することを意味
するから、同期シンボル検出回路にＤＳＰの使用を可能
とすることであり、また、使用するＤＳＰの個数を減少
させたり、演算速度の遅いＤＳＰの使用を可能とするこ
とでもある。補足すれば、 2^1/2 は、平方根計算の結果
であるが、定数であるから、１度計算すれば良いし、あ
らかじめ計算してＲＯＭのようなメモリに記憶させてお
いても良いので、同期シンボル検出の動作周期内に計算
するものではない。

【００２７】ところで、実際の同期シンボル判定ベクト
ル対の比較には、ある許容範囲が必要である。いま、ベ
クトルの成分が、( x₁ , y₁)、( x₂ , y₂)であるとする
と、ベクトルの比較には、一般に式（14) が用いられ
る。

【００２８】 ｛( x₂ - x₁)² + ( y₂ - y₁)² ｝^1/2 < γ(x₁ ² + y₁ ²) ・・式（14) ここで、γは、許容範囲の大きさを決定する定数であ
る。しかしながら、式（14) を用いると、平方根の計算
が必要となるため、式（15) のように変形して演算量を
減らすのが効果的である。

【００２９】 ABS(x₂ - x₁) + ABS(y₂ - y₁) < γ｛ABS(x₁) + ABS(y₁) ｝・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（15) 式（15) において、「ABS 」は絶対値計算を意味する。
式（15) によるベクトルの比較方法を、以下の説明では
「高速ベクトル比較」と記す。

【００３０】請求項２の同期シンボル検出回路は、請求
項１におけるベクトル比較手段２の同期シンボル判定ベ
クトル対の一致判定を、式（15) を基に計算する構造と
したものである。請求項２の同期シンボル検出回路にお
いても、式（15) から分かるように、高速で計算できる
加算、減算、乗算のみで構成できて、計算時間の長い平
方根の計算を必要としなくなる。これは、同期シンボル
を検出するための計算時間が減少することを意味するか
ら、同期シンボル検出回路にＤＳＰの使用を可能とする
ことであり、また、使用するＤＳＰの個数を減少させた
り、演算速度の遅いＤＳＰの使用を可能とすることでも
ある。

【００３１】

【実施例】次に、本発明による同期シンボル検出回路
が、実際上どのように具体化されるかを、実施例で説明
する。図４は、請求項１、請求項２の実施例を示すブロ
ック図であり、マルチサブキャリア直交変調信号を受信
して、同期シンボルを検出する構成を示している。直交
検波回路41は、マルチサブキャリア直交変調信号を受信
して、複素ベースバンド信号を復調する。ＤＳＰ42は、
復調された複素ベースバンド信号から、同期シンボルを
検出する演算・判定を行う。図５は、そのようなＤＳＰ
の処理を示すフローチャートである。

【００３２】図５において、ステップＨ51のように複素
ベースバンド信号が、直交検波回路41からＤＳＰ42に入
力される。その入力値から、ステップＨ52、Ｈ54、Ｈ56
のように同期シンボル判定ベクトル対が計算される。そ
のとき、ステップＨ56において、２^1/2 の値は、ＲＯＭ
43に記憶されているので、ＤＳＰ42は平方根計算を必要
としない。それら同期シンボル判定ベクトル対は、ステ
ップＨ53、Ｈ55、Ｈ57のように、式（15) によって比較
され、全てが等しい場合には、ステップＨ58のように、
同期シンボルであると判定される。一方、同期シンボル
判定ベクトル対が１組でも等しいと判定されなかったと
きは、ステップＨ59のように、同期シンボルではないと
判定される。

【００３３】高速ベクトル比較におけるベクトル一致判
定の許容範囲を、図６に示す。式（14) を用いると許容
範囲が円形であるのに対し、式（15) を用いる高速ベク
トル比較では、同図斜線部のように正方形になる。この
ように、高速ベクトル比較を行う構成とすると、許容範
囲が少し狭くなり、許容範囲の等方性がなくなるが、実
用上は問題が生じない。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、上記のように、複数の複素信
号から同期シンボルを検出する同期シンボル検出回路に
おいて、同期シンボル判定ベクトル対を生成し、それら
が等しいかどうかを判定する構成となっているので、従
来と比べて、同期シンボルの検出に必要な計算時間を減
らすことができた。それにより、同期シンボル検出回路
にＤＳＰを使用することが可能になったと共に、使用す
るＤＳＰの個数を減らすことや、演算速度の遅い、すな
わち低コストなＤＳＰを使用することも可能となった。

【００３５】従って、本発明によれば、複数の複素信号
から同期シンボルを検出する同期シンボル検出回路を、
ＤＳＰを使用して実現することが可能となり、かつ、小
型、低コストにすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本原理図である。

【図２】マルチサブキャリア直交変調方式における同期
シンボルの条件を説明する図である。

【図３】マルチサブキャリア直交変調方式における同期
シンボルの条件を説明する図である。

【図４】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図５】実施例におけるＤＳＰの処理を示すフローチャ
ートである。

【図６】高速ベクトル比較におけるベクトル一致の判定
範囲を示す図である。

【図７】マルチサブキャリア直交変調方式におけるシン
ボルの一例である。

【符号の説明】

１ 判定ベクトル生成手段 ２ ベクトル比較手段 ３ 制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の複素信号から、同期シンボルを検
   出する同期シンボル検出回路において、 複数の複素信号から、複数組の同期シンボル判定ベクト
   ル対を生成する判定ベクトル生成手段（１）と、 判定ベクトル生成手段（１）が出力したそれぞれの同期
   シンボル判定ベクトル対が等しいことを判定する複数の
   ベクトル比較手段（２）と、 それら複数のベクトル比較手段（２）が、全て、同期シ
   ンボル判定ベクトル対を等しいと判定したときに、同期
   シンボルを検出したと判定する制御手段（３）と、を有
   することを特徴とする同期シンボル検出回路。
2. 【請求項２】 請求項１の同期シンボル検出回路におい
   て、前記の複数のベクトル比較手段（２）を、高速ベク
   トル比較を行う構造としたことを特徴とする同期シンボ
   ル検出回路。