JP5283182B2 - Symbol synchronization apparatus and symbol synchronization method - Google Patents
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本発明は、シンボル同期装置及びシンボル同期方法に関し、特に、通信路環境変化の著しいデジタル無線通信システムに好適なシンボル同期、追従装置及びその方法の改良に関する。 The present invention relates to a symbol synchronization apparatus and a symbol synchronization method, and more particularly, to an improvement in a symbol synchronization and tracking apparatus suitable for a digital wireless communication system in which communication path environment changes are significant and a method thereof.
デジタル無線通信システムでは、受信側でデータを復調するために、先ず、シンボル同期を図り、同期確立後はそれに追従して同期を維持する必要がある。シンボル同期と追従(同期維持)には、通常、送受信両方において予め設定した既知のデータパターンを使用する。
即ち、送信側では、伝送するデータに既知のデータパターンを付加したフレーム単位で送信し、受信側では、この既知データパターンを補足することによって各フレームの同期を確立し、その同期タイミングに従ってフレーム中に配列されている情報データの復調を行う。デジタル無線通信システムでは、フレーム同期確立と同期維持が極めて重要であり、これら既知データパターンは、フレーム同期ワード(Frame Sync Word、以下「FSW」)と称され、各フレームの先頭に配置される場合が一般的であるが、システムによっては、初期同期用として比較的長周期の同期用プリアンブルとして付加するものも存する。
In a digital wireless communication system, in order to demodulate data on the receiving side, it is necessary to first perform symbol synchronization, and after synchronization is established, it is necessary to follow and maintain synchronization. For symbol synchronization and tracking (maintaining synchronization), a known data pattern preset in both transmission and reception is usually used.
That is, on the transmission side, transmission is performed in units of frames in which a known data pattern is added to the data to be transmitted, and on the reception side, synchronization of each frame is established by supplementing this known data pattern, Is demodulated. In a digital wireless communication system, frame synchronization establishment and synchronization maintenance are extremely important, and these known data patterns are referred to as frame synchronization words (hereinafter referred to as “FSW”) and are arranged at the head of each frame. However, depending on the system, there is a system that is added as a relatively long-period synchronization preamble for initial synchronization.
以下、同期用プリアンブルを備えた通信フォーマットの一例として、MIL-STD-188-110(A United States Defense Standardの電気通信に関する規格)に示されているフォーマットを例に説明する。
図4は、MIL−STD−188−110に規定されている通信フォーマットを示す概要図であり、規格では更に、予め定められたパターンのコードを重畳することによってスクランブルを施すが、本発明の説明上不要であるので省略する。この例において、先頭の同期用プリアンブル301は、初期同期捕捉用に設けた既知データパターン(1440シンボル)であり、それに続いて送信される送信データ302は、上述したフレーム同期追従用の既知データパターン(FSW)303と、未知のデータパターンである情報データ(通信データ)304からなる複数のフレームとして送信され、データは後述するシンボルにより構成される。
この例では既知データパターン(FSW)は16シンボルで、PSK(Phase Shift Keying)変調が施された情報データ(32シンボル)を復調する際の同期検波の基準となる軸(I軸、Q軸)を決定するためにも使用される。
Hereinafter, as an example of a communication format provided with a synchronization preamble, a format shown in MIL-STD-188-110 (A United States Defense Standard regarding telecommunications) will be described as an example.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a communication format defined in MIL-STD-188-110. The standard further scrambles by superimposing a code of a predetermined pattern. Since it is unnecessary, it is omitted. In this example, the leading
In this example, the known data pattern (FSW) has 16 symbols, and axes (I axis, Q axis) which are the reference for synchronous detection when demodulating information data (32 symbols) subjected to PSK (Phase Shift Keying) modulation. Also used to determine.
PSK変調においてシンボルは、送信する情報データをその位相位置によって表現するもので、例えば、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying:4位相偏移変調)の場合は、図5に示すように位相位置が設定されている。
即ち、QPSKでは図5に示す例では、4つのシンボル位置(位相位置)によりデータを表現し、1つのシンボルにより2ビット分のデータを表現できる。具体的には、基準となる正弦波(図5のI軸)に対し、45°、135°、225°、315°の位相の波のどれかを送信することによって2ビットにてあらわす4値、(00)、(01)、(10)、(11)の情報を伝送することができる。なお、MIL−STD−188−110規格によれば、更にシンボル位置が修正グレイ符号により符号化されるが、これも本発明に直接関係ないので説明を省略する。
このようにして送信された信号を受信復調する際には、送信されたシンボルの位相が、どの値(位置)に該当するものであるか、即ち、4種のビット列のどれを示すものであるかを正確に検出する必要があり、この判定処理が復調と云うことになる。
In PSK modulation, a symbol represents information data to be transmitted by its phase position. For example, in the case of QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), the phase position is set as shown in FIG. ing.
That is, in the example shown in FIG. 5, QPSK can represent data by four symbol positions (phase positions) and can represent data of 2 bits by one symbol. Specifically, four values represented by 2 bits by transmitting any of the waves of 45 °, 135 °, 225 °, and 315 ° with respect to the reference sine wave (I-axis in FIG. 5). , (00), (01), (10), (11) can be transmitted. Note that, according to the MIL-STD-188-110 standard, the symbol position is further encoded by the modified Gray code, but this is also not directly related to the present invention, so that the description thereof is omitted.
When receiving and demodulating a signal transmitted in this way, it indicates which value (position) the phase of the transmitted symbol corresponds to, that is, which of the four types of bit strings. This determination process is called demodulation.
復調を正しく行うためには、最適なタイミングでシンボルを取り込む必要があるが、この様子を図6を用いて説明する。図6はQPSKデータのI軸(もしくはQ軸)のシンボルのアイパターンを模式的に表したもので、1シンボル期間を周期として重ね書きしたものである。またこの例では、データの取得をシンボル周期(の周波数)の6倍(の周波数)でオーバーサンプリングしており、このオーバーサンプリングのタイミングをT0乃至T5で示している。なお、オーバーサンプリングの倍数については2倍を超えていれば任意の数値が設定可能であり、通常は4倍乃至8倍程度が一般的である。
図6に示す例においては、データの復調をT3のタイミングで行うのが最も良く、次にその直近のタイミングであるT2もしくはT4が良く、T1とT5での復調は好ましくなく、T0のタイミングでは復調不可能である。即ち、T3から離れるほど復調タイミングとしては不適当なものとなる。これは図6を見れば明らかなように、タイミングT3においてシンボル値が最小範囲に集中しておりシンボル値のばらつきが小さく、一方、T0、T5においてはシンボル値のばらつきが大きくなっている。このことは、シンボルデータに雑音(ノイズ)が混入した場合、アイの開口が一番広いT3におけるタイミングでの復調が、雑音の影響によりデータを誤る確率が最も低く、T3のタイミングから離れるに従ってその確率が高くなることを示している。
なお、図6に示した例は、比較的理想状態に近い場合のアイパターンの模式図であり、実際のシステムにおいてはアイの開口部が最大になるタイミングT3は、図に示すタイミングよりも前後(図面上では、左右)に変動するので、そのタイミングをT3の位置に来るように調整する処理が重要である。つまり、アイ開口部最大となるタイミング(T3)でデータ復調を行うように調整することを、「同期を取る」、「同期捕捉」あるいは「同期取得」と云う。また、一度同期が取れても、送受信側の夫々の基準発振器の周波数ズレやドップラーシフトなどにより発生するタイミングのズレを補って、同期が取れた状態に保つことを、「同期保持」、「同期維持」あるいは「同期追従」と云う。
In order to correctly perform demodulation, it is necessary to capture symbols at an optimal timing. This will be described with reference to FIG. FIG. 6 schematically shows an eye pattern of symbols on the I-axis (or Q-axis) of QPSK data, and is overwritten with one symbol period as a cycle. In this example, the data acquisition is oversampled at a frequency that is six times the symbol period (frequency), and the timing of this oversampling is indicated by T0 to T5. In addition, as for the oversampling multiple, any numerical value can be set as long as it exceeds two times, and usually about four to eight times.
In the example shown in FIG. 6, it is best to perform data demodulation at the timing of T3, and then the nearest timing is T2 or T4. The demodulation at T1 and T5 is not preferable, and at the timing of T0. It cannot be demodulated. That is, the further away from T3, the more inappropriate the demodulation timing becomes. As apparent from FIG. 6, the symbol values are concentrated in the minimum range at the timing T3, and the variation of the symbol values is small. On the other hand, the variation of the symbol values is large at T0 and T5. This means that when noise (noise) is mixed in the symbol data, the demodulation at the timing at T3 where the eye opening is the widest has the lowest probability of erroneous data due to the influence of the noise, and as it moves away from the timing of T3 The probability is high.
The example shown in FIG. 6 is a schematic diagram of an eye pattern when it is relatively close to an ideal state. In an actual system, the timing T3 at which the eye opening becomes maximum is before and after the timing shown in the figure. Since it fluctuates (left and right in the drawing), it is important to adjust the timing so as to come to the position of T3. That is, adjusting so as to perform data demodulation at the timing (T3) at which the eye opening becomes maximum is called “synchronization”, “synchronization acquisition”, or “synchronization acquisition”. In addition, even if synchronization is established once, it is possible to compensate for timing deviations caused by frequency deviation or Doppler shift of each reference oscillator on the transmission / reception side, and to maintain the synchronized state. This is called “maintenance” or “synchronous tracking”.
図7は、従来のシンボル同期装置の一例を示すブロック図である。同図において、601は受信データを所定タイミング信号に基づいて、上述した図6のタイミングT0乃至T5に振り分けるマルチプレクサ、602は同期用プリアンブルを係数とする相関器としてのマッチドフィルタ(以下、「MF」とする)、603は、MF602の出力である受信信号と同期用プリアンブルの相関値を積分する積分器であり、MF602と積分器603は、図面上部から順にオーバーサンプリングのタイミングT0、T1、・・・T5に夫々対応して設けたものである。
積分器603の出力を比較して、最大値が最適同期点となり、選択器604がこの同期点のタイミングを出力する。この後、図示しない調整手段によって、同期点がT3の位置となるようにタイミング調整を行い、同期追従モードに移行する。
なお、MF602の係数は同期用プリアンブルを使用するが、その1440シンボルをそのまま使用すると長過ぎるので、係数を可変としてスライドさせながら積分器603で積分することにより長期間の相関を取ることと同等の動作をさせることもできる。即ち、MF602の処理と積分器603の処理を合わせて、係数長1440のMFと等価な処理となるようにする。また、相関はある程度の長さがあれば十分検出可能であるので、必ずしも1440シンボル分全ての係数は必要とせず、適宜これより短い係数長でも構わないが、本発明における説明では1440とする。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of a conventional symbol synchronization apparatus. In the figure,
By comparing the outputs of the
The coefficient of MF 602 uses a synchronization preamble, but if the 1440 symbol is used as it is, it is too long, and is equivalent to taking a long-term correlation by integrating with
以下、動作を説明する。先ず、受信信号はシンボルレートの複数倍、この例では6倍でオーバーサンプリングされて、夫々のタイミングにおいてマルチプレクサ601により対応するMF602(MF0乃至MF5)に振り分けられる。夫々のMF602にて受信信号とプリアンブル係数の相関値が計算され、積分器603(∫0乃至∫5)に出力される。MF602と積分器603は上述したように、合わせて係数長1440のMFとして働くように構成する。積分器603の出力のうち最大値となるものが予め設定した閾値を超えた場合、そのタイミングを同期点と判断する。
図8は、低雑音環境で、同期が取れていないときの積分器603の出力を模式的に表したものであり、相関値はゼロに近い値となる。図9は、低雑音環境で、同期が取れたときの積分器603出力を模式的に表したものであり、相関値の最大値が閾値を超えている。なお、この例では最大レベルのT5を同期点として説明するが、最大値でない相関値も閾値を超えていることについては後述する。
このようにして最大値のサンプル点が検出できれば、既に説明したように図示しない調整機構によって、検出した最大値のサンプリングのタイミング(図9におけるT5)が中央のT3のタイミングになるように、サンプリングのタイミングをスライドさせて調整する。即ち、図9の最大値となるT5の値がT3のタイミングとなるように調整した上で、同期追従モードに移行する。なお、同期追従については、同期用プリアンブルの代わりに各フレームに付加された既知データを使用して、上記と同様の原理でT3に同期最適点が来るように制御するのが一般的である。
なお、符号拡散方式の受信信号の同期追従手段として、同期点の電力閾値を見て、位相調整をするか否かを判定するものが特許文献1に開示されている。また、特許文献2には、通信環境を様々な手段により推定し、通信環境の変動に対応して同期判断のための閾値を変更するものが提案されている。
The operation will be described below. First, the received signal is oversampled at a multiple of the symbol rate, 6 times in this example, and distributed to the corresponding MF 602 (MF0 to MF5) by the
FIG. 8 schematically shows the output of the
If the maximum value sample point can be detected in this way, the sampling is performed so that the detected maximum value sampling timing (T5 in FIG. 9) becomes the center T3 timing by the adjusting mechanism (not shown) as described above. Slide the timing to adjust. That is, after adjusting so that the value of T5 which is the maximum value in FIG. 9 becomes the timing of T3, the mode shifts to the synchronous follow-up mode. Note that the synchronization tracking is generally controlled using known data added to each frame instead of the synchronization preamble so that the optimum synchronization point comes to T3 based on the same principle as described above.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228688 discloses a code tracking method for receiving a signal of a code spread method, which determines whether or not to perform phase adjustment by looking at a power threshold at a synchronization point. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 proposes a method in which a communication environment is estimated by various means and a threshold value for synchronization determination is changed in response to a change in the communication environment.
しかしながら、上述したような従来のシンボル同期装置や同期検出方法では、通信環境の変動に対応して、正確に同期検出し、あるいは正確に同期追従処理が行えない場合があった。
即ち、刻々と変化する無線通信環境においては、フェージング、雑音等の影響により受信信号の平均的な電力が大幅に変動し、それに伴い受信信号とMF係数との相関値も変動するので、最適な固定的閾値を予め設定することは実質的に困難であり、従来のように固定的な閾値を設定すると誤同期の原因となる。例えば、受信信号電力がフェージングにより常に変化しているため、図9に示したように、閾値が小さ過ぎると閾値を越えるタイミング点が複数検出されるので、同期点でないタイミングを同期点と判断する「誤同期」が発生する虞がある。また逆に、閾値が大き過ぎると正しい同期点が閾値を越えない場合が発生するので、正確な同期検出ができないといった事態が発生する。
このような問題に対応するために、特許文献2に提案されているように、同期判定のための閾値を環境反映パラメータ、例えば、移動局の移動速度変化に対応して、閾値としての信号電力対干渉電力の比(SIR)を変化させるものが提案されているが、複雑な処理が必要であり装置のコスト上昇を伴うと云う新たな問題を招く虞があった。
本発明は、このような従来のシンボル同期装置、及び、シンボル同期捕捉・追従手段における問題を解決するためになされたものであって、受信電力が大きく変動する場合であっても、正確に同期検出を行い、あるいは同期追従が可能なシンボル同期装置及びその方法を提供することを目的としている。
However, the conventional symbol synchronization apparatus and synchronization detection method as described above may not be able to accurately detect synchronization or accurately perform synchronization tracking processing in response to changes in the communication environment.
That is, in a wireless communication environment that changes from moment to moment, the average power of the received signal varies greatly due to the effects of fading, noise, etc., and the correlation value between the received signal and the MF coefficient also varies accordingly. It is practically difficult to set a fixed threshold value in advance, and setting a fixed threshold value as in the prior art causes false synchronization. For example, since the received signal power constantly changes due to fading, as shown in FIG. 9, if the threshold value is too small, a plurality of timing points exceeding the threshold value are detected. Therefore, a timing that is not a synchronization point is determined as a synchronization point. There is a possibility that "false synchronization" may occur. Conversely, if the threshold value is too large, the correct synchronization point may not exceed the threshold value, so that a situation in which accurate synchronization detection cannot be performed occurs.
In order to deal with such a problem, as proposed in
The present invention has been made to solve such problems in the conventional symbol synchronization apparatus and symbol synchronization acquisition / follow-up means, and can accurately synchronize even when the received power fluctuates greatly. An object of the present invention is to provide a symbol synchronization apparatus and method capable of performing detection or tracking synchronization.
かかる課題を解決するために、本発明のシンボル同期装置は、受信した同期用プリアンブルに基づいて各シンボルの同期タイミングを検出するシンボル同期装置において、受信信号をn倍でオーバーサンプリングする手段と、オーバーサンプリングした受信信号の同期用プリアンプルの全部又は予め設定したシンボル数と、既知の同期用プリアンブルパターンとの相関値を各シンボルのn個のサンプル値毎にそれぞれ求めるn個の相関器と、上記n個の相関器から別々に出力されるn個の相関値のうち最大値を選択する最大値選択手段と、n個の相関器に1対1に対応して設けられ、対応して設けられた相関器から出力される相関値が最大値選択手段で最大値として選択された回数をそれぞれカウントするn個のカウンタと、n個のカウンタの計数値のうち最大の値である最大回数を予め設定した閾値回数と比較する比較手段と、比較手段による比較の結果、n個のカウンタのうち閾値回数を越えた最大回数を出力する1個のカウンタに基づいて同期タイミングを判定する同期タイミング判定手段と、同期タイミング判定手段で判定された同期タイミングがサンプリング周期中央になるように調整する調整手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明のシンボル同期装置は、初期同期捕捉後の同期追従時は、受信信号の同期用プリアンブルに代えて受信信号の各フレームに付加されたフレーム同期ワードと既知のデータパターンとの相関値に基づいて同期タイミングを検出することを特徴とする。
In order to solve such a problem, symbol synchronizer of the present invention, the symbol synchronizer to detect a synchronization timing for each symbol based on the synchronization preamble received, and means for over-sampling the received signal at n times N correlators for obtaining a correlation value between all or a preset number of symbols for synchronization of the oversampled received signal and a known synchronization preamble pattern for each n sample values of each symbol A maximum value selecting means for selecting a maximum value among n correlation values output separately from the n correlators, and corresponding to the n correlators in a one-to-one correspondence. N counters each counting the number of times the correlation value output from the correlator provided is selected as the maximum value by the maximum value selection means, and n counters Of the maximum value maximum number preset comparison to that comparison means with a threshold number of times which is the one of the count values, comparison results by the comparison means, the maximum number of times exceeding the number of threshold Nekai of n counter A synchronization timing determination unit that determines the synchronization timing based on one counter that is output , and an adjustment unit that adjusts the synchronization timing determined by the synchronization timing determination unit to be in the center of the sampling period. And
Further, the symbol synchronizer of the present invention, the synchronous follow-up time of 捉後 capturing initial synchronization frame is added to each frame of the received signal in place of the synchronization preamble of a received signal synchronization word and the known data pattern The synchronization timing is detected based on the correlation value .
また、本発明のシンボル同期方法は、受信した同期用プリアンブルに基づいて各シンボルの同期タイミングを検出するシンボル同期方法において、受信信号をn倍でオーバーサンプリングする処理と、オーバーサンプリングした前記受信信号の同期用プリアンプルの全部又は予め設定したシンボル数と、既知の同期用プリアンブルパターンとの相関値をn個の相関器により各シンボルのn個のサンプル値毎に求める相関処理と、n個の相関値のうち最大値を選択する最大値選択処理と、n個の相関器に1対1に対応して設けられたn個のカウンタにより、対応して設けられた前記相関器から出力される前記相関値が前記最大値として選択された回数をそれぞれカウントするカウント処理と、カウント処理により得られたn個の計数値のうち最大の値である最大回数を予め設定した閾値回数と比較する比較処理と、比較処理の結果、前記n個のカウンタのうち前記閾値回数を越えた前記最大回数を出力する1個のカウンタに基づいて同期タイミングを判定する同期タイミング判定処理と、同期タイミング判定処理で判定された前記同期タイミングがサンプリング周期中央になるように調整する調整処理と、を含むことを特徴とする。
また、本発明のシンボル同期方法は、初期同期捕捉後の同期追従時は、受信信号の同期用プリアンブルに代えて受信信号の各フレームに付加されたフレーム同期ワードと既知のデータパターンとの相関値に基づいて同期タイミングを検出することを特徴とする。
The symbol synchronization method of the present invention is a symbol synchronization method for detecting a synchronization timing of each symbol based on a received synchronization preamble , and a process of oversampling a received signal by n times and the oversampled reception Correlation processing for obtaining a correlation value between all or a preset number of symbols for signal synchronization and a known preamble pattern for synchronization for each n sample values of each symbol by n correlators, and n Output from the correlator provided in correspondence with the maximum value selection processing for selecting the maximum value among the correlation values of n and n counters provided in a one-to-one correspondence with the n correlators. A count process for counting the number of times the correlation value is selected as the maximum value, and a maximum of n count values obtained by the count process. And to that comparison processing compared with a threshold number of times to set the maximum number previously a large value, the comparison processing result, one that outputs the maximum number of times exceeding the number of the threshold Nekai of the n counter Synchronization timing determination processing for determining the synchronization timing based on the counter, and adjustment processing for adjusting the synchronization timing determined in the synchronization timing determination processing to be in the center of the sampling period .
Also, the symbol synchronization method of the present invention, the correlation of the synchronization tracking during initial synchronization capturing 捉後 includes a frame sync word and a known data pattern that is added to each frame of the received signal in place of the synchronization preamble of a received signal The synchronization timing is detected based on the value .
本発明の同期装置及びシンボル同期方法は、閾値として、従来のようなレベル値の比較に代えて、各サンプリング点における相関値が最高値となる回数を、予め設定した閾値回数と比較することによって、同期点を判断するので、受信電力値が変動する環境下においても、常に、正確な同期検出と追従動作が可能となる。しかも、簡単な処理で済むので、回路規模を従来の方式よりも小さくすることも可能であり、装置のコスト上昇を伴わない。
更に、シンボル同期点の判断の閾値が回数であるので、通信環境変化に関わらず固定値とすることができるので、環境推定のための回路や装置等が不要となり、装置構成を大幅に簡略化できる。また同時に、従来例のように環境変化に応じて閾値を変化させる手段を併用すれば、更に正確な同期検出、同期捕捉、同期追従処理が期待できる。
The synchronization device and the symbol synchronization method of the present invention compare the number of times that the correlation value at each sampling point becomes the maximum value as a threshold value, instead of the conventional level value comparison, as a threshold value. Since the synchronization point is determined, accurate synchronization detection and tracking operation can always be performed even in an environment where the received power value fluctuates. Moreover, since simple processing is sufficient, the circuit scale can be made smaller than that of the conventional method, and the cost of the apparatus is not increased.
Furthermore, since the symbol synchronization point judgment threshold is the number of times, it can be fixed regardless of changes in the communication environment, eliminating the need for circuits and devices for environment estimation, and greatly simplifying the device configuration. it can. At the same time, more accurate synchronization detection, synchronization acquisition, and synchronization follow-up processing can be expected if a means for changing the threshold value according to environmental changes is used together as in the conventional example.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。また既に説明したものと同一部分ならびに同一事項には同一符号、番号を付し、重複する説明は省略する。
図1は本発明に係るシンボル同期装置の一実施例を示すブロック図である。同図において、1はマルチプレクサであり、上記図7に示した601と同様に受信信号を上述した図6のタイミングT0乃至T5に振り分ける。2はオーバーサンプリング数に対応して備えた6個の相関器としてのマッチドフィルタ(MF0乃至MF5)であり、上記図7のマッチドフィルタ(MF602)と同一機能であるが、本発明では、以下に詳述するように使用目的を異にしている。更に、3は第一の最大値選択器、4は上記6個のマッチドフィルタ(MF)夫々に対応させたカウンタ(Σ0乃至Σ5)、5は第二の最大値選択器である。なお、以下実施例の説明においてMF0乃至MF5の全体を指す場合はマッチドフィルタ2と表記する。
この装置の特徴は、マッチドフィルタ2から供給される信号のうち最大の値を選択し、そのカウンタの中から最大信号を出力したマッチドフィルタ2(MF0乃至MF5のなかの何れか一つ)に対応するカウンタのみにカウントアップ信号を出力し、他には出力しない。即ち、カウンタ4は、最大値選択器3からカウントアップ信号が供給されたものだけがカウントアップし、他はカウントアップしない。5は第二の最大値選択器で、カウンタ4(Σ0乃至Σ5)のなかから最大値のカウント値(回数)を出力する。この最大値が、図示を省略した処理部において予め定められた閾値回数と比較され、その閾値を超えた場合に、その最大回数となったタイミングを同期点と判断する。図において、マッチドフィルタ2のMF0乃至MF5とカウンタ4のΣ0乃至Σ5は、上から順にオーバーサンプリングのタイミングT0、T1、・・・T5夫々に対応するものとする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. . In addition, the same parts and the same matters as those already described are denoted by the same reference numerals and numbers, and redundant description is omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a symbol synchronizer according to the present invention. In the figure,
The feature of this apparatus is that it corresponds to the matched filter 2 (any one of MF0 to MF5) that selects the maximum value from the signals supplied from the matched
以下、動作を詳しく説明する。先ず受信信号は、従来例と同様にシンボルレートの複数倍(この例では6倍)でオーバーサンプリングされて、夫々のタイミングにおいてマルチプレクサ1により対応するマッチドフィルタ2のMF0乃至MF5に振り分けられる。マッチドフィルタ2は同期用プリアンブルと受信信号の相関値を第一の最大値選択器3に出力する。
第一の最大値選択器3は、T0〜T5に対応したマッチドフィルタ2出力のうち最大値をとるタイミングに対応したカウンタ4(のΣ0乃至Σ5のいずれか)に対してカウントアップ信号を出力する。
カウンタ4は、第一の最大値選択器3からカウントアップ信号を入力したときは、そのときのカウント値をカウントアップ(+1)する。カウントアップ信号は任意でよいが、例えば、信号が“1”のときはカウントアップし、“0”のときはカウントアップしないように構成する。カウンタ4のΣ0乃至Σ5の夫々は、内部に同期用プリアンブル分の期間だけカウントアップ信号の履歴を記憶しておき、その間のカウント値を第二の最大値選択器5に出力する。その結果、カウンタ4の値は、サンプリングタイミング期間中におけるプリアンブルとの相関が他のものより大きくなった回数を示している。
Hereinafter, the operation will be described in detail. First, the received signal is oversampled at a multiple of the symbol rate (six times in this example) as in the conventional example, and is distributed to the corresponding matched
The first
When the
第二の最大値選択器5は、所定期間中のカウント値が最大になったカウンタ4(のΣ0乃至Σ5のいずれか)の出力を、図示を省略した処理部に最大回数として出力して予め設定した閾値回数と比較させ、閾値回数を超えていたときに、そのカウンタに対応するサンプリングタイミングが同期点と判断する。この閾値回数は、全カウント数の例えば、0.7倍程度に設定するのが合理的であろう。
なお、マッチドフィルタ(MF)の係数長はシステムにより適宜最適な値を設定することができるが、この例のように、同期用プリアンブルを全て(1440シンボル)使用する場合は、例えば、係数長を32とし、45回カウントする。このとき、閾値回数は45とすれば、その0.7倍の31.5に基づいて、閾値回数を32回とし、それ以上の回数において最大値となるタイミングがあれば、そのタイミングが同期点であると判断する。
The second
Note that the coefficient length of the matched filter (MF) can be set to an optimum value as appropriate by the system. However, when all the synchronization preambles (1440 symbols) are used as in this example, for example, the coefficient length is set to 32 and count 45 times. At this time, if the threshold number is 45, the threshold number is set to 32 based on 31.5, which is 0.7 times the number. It is judged that.
図2は、マッチドフィルタ(MF)2出力と、夫々に対応するカウンタ(Σ0乃至Σ5)のカウントアップの様子を示した模式図である。この図に示す四つの例では、サンプリングT5のタイミングにおいて最大値となる回数が最も多いので、そのタイミングが同期点となる。即ち、1回目のマッチドフィルタ出力は、T5が最大となるので、そのタイミングに対応するカウンタΣ5がカウントアップされる。カウンタ値は図2の夫々の模式図の最下行に数値で示している。
同様に2回目、3回目・・・に対し最大値となるタイミングについてカウントアップし、最終的にM回目(上記の例ではM=45)にカウンタの値が図に示すようにN0〜N5で表されている場合を例示している。ここで、タイミングT5におけるカウント値N5の回数が最大で、且つ、0.7×M(上記の例でいえば32)以上であれば、同期が取れたもの(同期点である)と判定する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the output of the matched filter (MF) 2 and the counting up of the counters (Σ0 to Σ5) corresponding to the outputs. In the four examples shown in this figure, the maximum number of times at the timing of sampling T5 is the largest, so that timing is the synchronization point. That is, since the first matched filter output has the maximum T5, the counter Σ5 corresponding to the timing is counted up. The counter value is indicated by a numerical value in the bottom line of each schematic diagram in FIG.
Similarly, the timing of the maximum value for the second time, the third time,... Is counted, and finally the counter value is N0 to N5 at the Mth time (M = 45 in the above example) as shown in the figure. The case where it represents is illustrated. Here, if the number of times of the count value N5 at the timing T5 is the maximum and 0.7 × M (32 in the above example) or more, it is determined that the synchronization is achieved (the synchronization point). .
図3は、本発明に係るシンボル同期方法の処理例を示すフローチャートである。
この例では、処理がスタートすると、初期同期用プリアンブルであることを検出し(S1)、一シンボルあたり6個のサンプル値を得るようにオーバーサンプリング処理を行うとともに(S2)、得られた各サンプリング値に対し、プリアンブル係数との相関値を求める(S3)。相関値は、相関器の一例として示したマッチドフィルタが一般的であるが、スライド相関器等の他の手段や処理であっても構わない。
このようにしてn個のサンプリング値について相関値が求まると、そのなかで最大値となるタイミングを検出する(S4)。この検出は、T0乃至T5における相関値の相対的な比較であるので通信環境の影響を受けない。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing example of the symbol synchronization method according to the present invention.
In this example, when the processing starts, it is detected that the preamble is an initial synchronization preamble (S1), oversampling processing is performed so as to obtain 6 sample values per symbol (S2), and each obtained sampling is performed. A correlation value with a preamble coefficient is obtained for the value (S3). The correlation value is generally a matched filter shown as an example of a correlator, but may be another means or process such as a slide correlator.
When the correlation value is found for n sampling values in this way, the timing at which the maximum value is obtained is detected (S4). Since this detection is a relative comparison of correlation values in T0 to T5, it is not affected by the communication environment.
相関値が最大となるタイミングが検出されると、そのタイミングに該当するカウンタ4のΣ0乃至Σ5のいずれかの値を+1(インクリメント)増加する(S5)。このような処理を、同期用プリアンブルの全部、又は予め設定したシンボル数(所定シンボル数)について処理が終了するまで継続し(S2乃至S6)、終了したら(S6、Yes)、そのときのカウンタの最大値が、予め設定した閾値回数を越えているか否かを判断し(S7)、閾値を越えている場合は(S8、Yes)、そのタイミングが同期点であると判断し(S9)、その最大となるタイミングがサンプリング期間の中央に位置するように、サンプリングタイミングを調整(スライド)するとともに(S10)、同期処理を行って、その時点における処理を終了する。一方、上記処理S8において、最大回数が閾値を越えていない場合は(S8、No)、同期不成立と判断して処理を終了する(S11)か、あるいは、処理S1に戻って、同様の処理を繰返す。
即ち、本発明のシンボル同期方法は、受信した同期用プリアンブル、あるいはフレームに付された同期用既知データパターンをn倍でオーバーサンプリングする処理と、オーバーサンプリング値に対するn個の相関値を出力する相関処理と、この相関処理による出力値から最大レベルとなるものを選択する最大レベル検出処理、及び、相関処理出力値が最大レベルとなる回数を計数するカウンタ処理と、予め設定した所定数のシンボルにおける上記カウンタの計数値を、予め設定した閾値回数と比較する最大レベル回数比較処理と、比較処理の結果、閾値回数を超えたカウンタに対応するタイミングが同期タイミングであると判定する同期タイミング判定処理と、を含むことを特徴としている。
このように本発明では、同期判断を行う処理では、相関値の相対的比較と、最大値となる回数を閾値回数と比較するので、従来のように、通信環境の変化に伴って変動する要素を含まない。従って、閾値を通信環境変動に伴って変化させるような複雑な処理を必要とすることなく、正確な同期捕捉が可能である。更に、初期同期捕捉に留まることなく、その後の同期維持においても、同様に最大となる回数比較によって同期点を判定しつつ、同期維持処理を行うことができる。同期維持処理中に、送信側、又は受信側の発振器周波数の変動や、フェージング、ドップラー効果等による同期変動が含まれる場合は、そのズレを補正するように構成することも可能である。例えば、図2において説明したように、最大回数となるサンプリングタイミングがサンプリング周期の中央(T3)になるように調整すればよい。
When the timing at which the correlation value becomes maximum is detected, the value of any one of Σ0 to Σ5 of the
That is, according to the symbol synchronization method of the present invention, a process of oversampling a received synchronization preamble or a known synchronization data pattern attached to a frame by a factor of n and a correlation for outputting n correlation values for the oversampling value. Processing, a maximum level detection process for selecting the maximum output value from the correlation process, a counter process for counting the number of times the correlation process output value reaches the maximum level, and a predetermined number of symbols A maximum level number comparison process for comparing the count value of the counter with a preset threshold number, and a synchronization timing determination process for determining that the timing corresponding to the counter exceeding the threshold number is a synchronization timing as a result of the comparison process; It is characterized by including.
Thus, according to the present invention, in the process of performing the synchronization determination, the relative comparison of the correlation value and the number of times of the maximum value are compared with the threshold number of times. Not included. Therefore, accurate synchronization acquisition is possible without requiring complicated processing for changing the threshold value in accordance with communication environment fluctuations. Furthermore, the synchronization maintaining process can be performed while determining the synchronization point by comparing the maximum number of times in the subsequent synchronization maintenance without stopping at the initial synchronization acquisition. When synchronization maintaining processing includes fluctuations in the oscillator frequency on the transmission side or the reception side, or synchronization fluctuations due to fading, the Doppler effect, etc., it is also possible to correct the deviation. For example, as described with reference to FIG. 2, the sampling timing that is the maximum number of times may be adjusted so as to be in the center (T3) of the sampling period.
以上、初期同期処理について説明したが、一旦同期捕捉が成功した後の同期追従については、同期用プリアンブルの代わりに各フレームに付加されている既知データであるフレーム同期ワード(FSW)を使用して、上記と同様の原理で制御を行うことができることは、既に説明したとおりである。一般的に、同期用プリアンブルは、非同期状態から同期を確保するために多くのシンボル数を含んでおり、配置される周期間隔も長いので、フレーム毎に付される既知データパターン、あるいは短周期で送信される同期用プリアンブル以外の既知データを使用して、同期追従、同期維持を図るのが合理的であろう。
また、上述した例では同期用プリアンブル1440シンボルを全て用いた場合を説明したが、必ずしもこの例に限定する必要はなく、ある程度の長さがあればよいので、一部分を使用する等、適宜、短縮することができる。
また、本発明においては、閾値回数を固定値にしても正確な同期検出が可能であることが一つの特徴であるが、更に、特許文献2に開示されているように、環境変化に追従して可変とすることもできる。この場合においても、本発明の装置、方式によれば積分器を必要とせず、回数を計数するカウンタで済むので、回路規模は従来と比して小さくすることができる。
As described above, the initial synchronization processing has been described. For synchronization tracking after successful synchronization acquisition, a frame synchronization word (FSW) that is known data added to each frame is used instead of the synchronization preamble. As described above, the control can be performed based on the same principle as described above. In general, the synchronization preamble includes a large number of symbols to ensure synchronization from an asynchronous state, and the arranged periodic interval is long, so that a known data pattern attached to each frame or a short cycle is used. It would be reasonable to achieve synchronization tracking and synchronization using known data other than the transmitted synchronization preamble.
In the above-described example, the case where all the
In addition, in the present invention, one feature is that accurate synchronization detection is possible even if the number of thresholds is fixed. However, as disclosed in
以上、本発明について具体的に実施例を説明したが、本発明の実現においては、この例に限定することなく種々変形が可能である。例えば、本発明を適用可能な変調方式はFSKに限る必要はなく、あらゆる変調方式に適用可能であることは容易に理解できる。
また、本発明の実施に際しては、例に示したブロック図に限定することなく、夫々の処理を、CPUやDSP、所要のメモリ装置によって、デジタル処理することができる。例えば、複数のマッチドフィルタやカウンタは、DSPによる処理が好ましいであろう。更に、本発明のシンボル同期方法や制御方法をコンピュータが制御可能なOSに従ってプログラミングすれば、そのOSを備えたコンピュータを搭載した通信機において本発明を実施することができる。特に、近年の通信装置は、CPUやDSP、その他のデジタル処理装置を搭載したものが多いので、そのような既存の通信装置に本発明を実施するプログラムをインストールすることにより、本発明を実現することも可能であろう。
As mentioned above, although the Example was concretely described about this invention, in the implementation | achievement of this invention, a various deformation | transformation is possible, without being limited to this example. For example, the modulation scheme to which the present invention is applicable need not be limited to FSK, and it can be easily understood that the present invention can be applied to any modulation scheme.
In implementing the present invention, each process can be digitally processed by a CPU, a DSP, or a required memory device without being limited to the block diagram shown in the example. For example, a plurality of matched filters and counters are preferably processed by a DSP. Furthermore, if the symbol synchronization method and control method of the present invention are programmed according to an OS that can be controlled by a computer, the present invention can be implemented in a communication device equipped with a computer equipped with the OS. In particular, many recent communication devices are equipped with a CPU, DSP, or other digital processing device, so that the present invention is realized by installing a program for carrying out the present invention in such an existing communication device. It would also be possible.
1 マルチプレクサ、2 マッチドフィルタ(相関器)、3 第一の最大値選択器、4 カウンタ、5 第二の最大値選択器 1 multiplexer, 2 matched filter (correlator), 3 first maximum value selector, 4 counter, 5 second maximum value selector
Claims (4)
受信信号をn倍でオーバーサンプリングする手段と、
オーバーサンプリングした前記受信信号の同期用プリアンプルの全部又は予め設定したシンボル数と、既知の同期用プリアンブルパターンとの相関値を各シンボルのn個のサンプル値毎にそれぞれ求めるn個の相関器と、
前記n個の相関器から別々に出力されるn個の相関値のうち最大値を選択する最大値選択手段と、
前記n個の相関器に1対1に対応して設けられ、対応して設けられた前記相関器から出力される前記相関値が前記最大値選択手段で最大値として選択された回数をそれぞれカウントするn個のカウンタと、
前記n個のカウンタの計数値のうち最大の値である最大回数を予め設定した閾値回数と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較の結果、前記n個のカウンタのうち前記閾値回数を越えた前記最大回数を出力する1個のカウンタに基づいて同期タイミングを判定する同期タイミング判定手段と、
前記同期タイミング判定手段で判定された前記同期タイミングがサンプリング周期中央になるように調整する調整手段と、
を備えたことを特徴とするシンボル同期装置。 In a symbol synchronization device that detects the synchronization timing of each symbol based on the received synchronization preamble ,
Means for oversampling the received signal by n times;
N correlators for obtaining a correlation value between all of the oversampled synchronization preambles of the received signal or a preset number of symbols and a known synchronization preamble pattern for each n sample values of each symbol When,
Maximum value selecting means for selecting a maximum value among n correlation values output separately from the n correlators ;
The n correlators are provided in a one-to-one correspondence, and the number of times that the correlation value output from the corresponding correlator is selected as the maximum value by the maximum value selection unit is counted. and n-number of counter that,
And said n counter largest you compared to a threshold number of times to set the maximum number of times previously the value comparison means of the count value,
Result of comparison by the comparing means, and synchronization timing determination means for determining a synchronization timing based on one of the counter which outputs the maximum number of times exceeding the number of the threshold Nekai of the n counter,
Adjusting means for adjusting the synchronization timing determined by the synchronization timing determination means to be in the center of the sampling period;
A symbol synchronizer comprising:
受信信号をn倍でオーバーサンプリングする処理と、
オーバーサンプリングした前記受信信号の同期用プリアンプルの全部又は予め設定したシンボル数と、既知の同期用プリアンブルパターンとの相関値をn個の相関器により各シンボルのn個のサンプル値毎に求める相関処理と、
前記n個の相関値のうち最大値を選択する最大値選択処理と、
前記n個の相関器に1対1に対応して設けられたn個のカウンタにより、対応して設けられた前記相関器から出力される前記相関値が前記最大値として選択された回数をそれぞれカウントするカウント処理と、
前記カウント処理により得られたn個の計数値のうち最大の値である最大回数を予め設定した閾値回数と比較する比較処理と、
前記比較処理の結果、前記n個のカウンタのうち前記閾値回数を越えた前記最大回数を出力する1個のカウンタに基づいて同期タイミングを判定する同期タイミング判定処理と、
前記同期タイミング判定処理で判定された前記同期タイミングがサンプリング周期中央になるように調整する調整処理と、
を含むことを特徴とするシンボル同期方法。 In a symbol synchronization method for detecting the synchronization timing of each symbol based on a received synchronization preamble ,
A process of oversampling the received signal by n times;
Correlation values between all of the oversampled synchronization preambles of the received signal or a preset number of symbols and a known synchronization preamble pattern are obtained for each n sample values of each symbol by n correlators. Correlation processing,
A maximum value selection process for selecting a maximum value among the n correlation values ;
The number of times that the correlation value output from the correlator provided in correspondence with the n counters provided in a one-to-one correspondence with the n correlators is selected as the maximum value, respectively. Counting process to count,
And maximum you compare the value threshold set number of times the maximum number previously a comparison processing among the n count value obtained by the count process,
Result of the comparison processing, and the synchronization timing determination processing for determining a synchronization timing based on one of the counter which outputs the maximum number of times exceeding the number of the threshold Nekai of the n counter,
An adjustment process for adjusting the synchronization timing determined in the synchronization timing determination process to be in the center of a sampling period;
A symbol synchronization method comprising:
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