JPH0787075A - デジタル無線通信の同期方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 フェージング補正によって向上した同期信号
又はプリアンブルを得、同期を確立してデータ信号の復
調を可能にし、フェージング下での通信可能な範囲を拡
大する。 【構成】 デジタル無線通信の受信系で同期をとるため
に送信系で挿入した同期信号又はプリアンブル中の定め
られた位置に、パイロット信号として機能する信号を選
択する。同期信号又はプリアンブルを受信して送信信号
のタイミングを検出する同期回路において、上記パイロ
ット信号として機能する信号が含まれた同期信号又はプ
リアンブルに、フェージング補正を施す処理を行う。フ
ェージング補正を施す処理を行って得られた信号の振幅
を一定値に制限するか、その振幅が一定値を越えている
時間中は同期をとるための動作を中止して、同期ミスの
ないように同期を確立してデータ信号を確実に復調す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、業務用無線等において
使用されるデジタル無線通信の同期方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル無線通信においては、受信系で
受信するデータ信号の開始時間を知るために即ち同期を
とるために、送信系では伝送しようとするデータ信号に
同期信号又はプリアンブルと呼ばれる一定の信号を付加
して送信している。この同期信号又はプリアンブルとし
ては、通常自己相関の強い信号が用いられ、図１０に示
すようにある一定の時間スロットに周期的に挿入され
る。

【０００３】図１１は従来の受信系のブロック図であ
り、同期回路２ではマッチドフィルタ２１を用いて受信
信号とプリアンブルの信号との相関をとっている。受信
信号中にプリアンブルが存在すると、マッチドフイルタ
２１の出力は大きなピークを発生する。このピークが比
較回路２２における閾値を越えている場合には、この閾
値を越えている時間の中間点をプリアンブルを受信した
タイミングとして同期をとっている。このタイミングに
基づいて受信したデータ信号をサンプルし、その信号を
復調回路３で復調するようにしている。

【０００４】同期をとる際、受信信号中のプリアンブル
の歪が小さければ、図１２（ａ）に示すようにマッチド
フイルタ２１の出力信号は自己相関に近い波形になって
鋭いピークが発生し、受信信号のタイミングを正確に検
出することができる。しかし、フェージング等によりプ
リアンブルの歪みが大きくなると、図１２（ｂ）に示す
ようにマッチドフイルタ２１の出力信号のピークは緩や
かになり、受信信号のタイミングを正確に検出すること
ができない。更にプリアンブルの歪みが大きくなると、
図１２（ｃ）に示すようにマッチドフイルタ２１の出力
信号のピークがその閾値を越えることがなく、受信信号
のタイミングを検出することが不可能になる。

【０００５】このような不都合を回避するためにはプリ
アンブル長の長いものを用いることが考えられる。プリ
アンブル長が長ければ自己相関が強くなって、フェージ
ングによりプリアンブルに歪が発生した場合にもマッチ
ドフイルタ２１の出力信号のピークを鋭く保つことが可
能である。しかし、プリアンブル長が長くなるとその分
データ信号の長さが減少するため、結果としてデータ伝
送速度が小さくなるという欠点がある。

【０００６】一方、１６ＱＡＭのような線形変調を用い
た陸上移動無線においては、送信信号の位相のみならず
振幅にもデータが含まれているため、送信系から送信さ
れた信号の位相と振幅を受信系で忠実に再現することが
必要であるが、フェージングによりこの信号の位相と振
幅に歪が発生してしまう。そこで送信信号と同じ信号を
忠実に再現するために、フェージングによる信号の位相
と振幅の歪みを補償するフェージング歪み補償方式が提
案されている（電子情報通信学会論文誌８９／１Ｖｏ
ｌ．Ｊ７２−ＢＩＩＮｏ．１第７頁から第１４頁参
照）。

【０００７】この方式は、送信系においてデータ信号に
定期的にパイロット信号を挿入し、受信系ではこのパイ
ロット信号をもとにしてフェージング歪みを測定し、そ
の時系列を内挿することによって全信号のフェージング
歪を推定し、その逆特性を受信信号に乗積することによ
り歪みのないデータ信号を再生するものである。

【０００８】図１３は、この方式に用いられるフェージ
ング歪み推定・補償部の構成を示し、クロック再生部４
１、フレーム同期部４２、フェージング歪み推定部４
３、フェージング歪み補償部４４からなる。このフェー
ジング歪み推定・補償部においては、検波後のベースバ
ンド信号からクロックタイミングとフレームタイミング
を再生し、次にパイロット信号の受信複素ベースバンド
信号を測定する。今、ｔ＝ｋＴ_F （ｋは０又は正の整
数、Ｔ_F はフレーム周期）におけるパイロット信号の受
信複素ベースバンド信号をｕ（ｋ）とすると、ｕ（ｋ）
＝ｃ（ｋ）ｚ₁ （ｋ）＋ｎ（ｋ）となる。尚、ｃ（ｋ）
は複素ランダム信号、ｚ₁ （ｋ）は送信複素ベースバン
ド信号、ｎ（ｋ）は白色ガウス雑音である。

【０００９】ここで、ｃ＾（ｋ）＝ｕ（ｋ）／ｚ
₁ （ｋ）とすると、ｃ＾（ｋ）＝ｃ（ｋ）＋ｎ（ｋ）／
ｚ₁ （ｋ）となり、ｃ＾（ｋ）は、ちょうどｃ（ｔ）を
フレーム周期Ｔ_F でサンプリングしたサンプル値に相当
し、このサンプル値には雑音成分ｎ（ｋ）／ｚ₁ （ｋ）
が含まれることを意味する。そこでｃ＾（ｋ）をｃ
（ｋ）の推定値とし、ｃ＾（ｋ）の時系列を内挿するこ
とにより、データ信号におけるフェージング歪みの推定
ができる。この内挿法には、ニュートンの公式やガウス
の公式等があり、例えばｔ＝（ｋ−１）Ｔ_F 、ｋＴ_F 、
（ｋ＋１）Ｔ_F において得られたフェージング歪みの推
定値をそれぞれ、ｃ＾（ｋ−１）、ｃ＾（ｋ）、ｃ＾
（ｋ＋１）とした場合、これらから、ある時刻ｔ＝ｋＴ
_F ＋（ｍ／Ｎ）Ｔ_F におけるフェージング変動ｃ＾（ｋ
＋（ｍ／Ｎ））を推定する。この内挿はフェージング歪
み推定部４３で行われる。ここで、ｍは０又は正の整
数、Ｎはフレーム長である。

【００１０】一方、フェージング歪み補償部４４におい
ては、ｚ＾（ｋ＋（ｍ／Ｎ））＝ｕ（ｋ＋ｍ／Ｎ）／ｃ
＾（ｋ＋（ｍ／Ｎ））を計算することにより、フェージ
ング歪みが補償された受信ベースバンド信号ｚ＾（ｋ＋
（ｍ／Ｎ））を得る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記フ
ェージング歪み補償方式（以下「フェージング補正」と
いう。）では、データ信号はフェージングに対する耐久
力が向上し ビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ Ｅｒｒｏ
ｒ Ｒａｔｅ）は改善するが、プリアンブル（フレーム
信号）には無関係であるため、同期性能は依然としても
とのままであって改善されていない。また、上記フェー
ジング補正は、クロック同期及びフレーム同期が完全に
とれることを前提としているため、データ信号のフェー
ジング耐久能力がこれによって向上したとしても、フェ
ージングによってプリアンブルに歪みが生じて同期がと
れなくなっている場合には、その能力を生かすことはで
きない。

【００１２】従ってあるフェージング状況下において、
たとえ上記フェージング補正によってデータ信号を復調
することができる能力を有していたとしても、プリアン
ブルの同期がとれないために結果的にはデータ信号も復
調できないということが起こり得る。つまりプリアンブ
ルのフェージング耐久力が劣るためにデータ信号のフェ
ージング耐久力が十分に発揮されないことになり、フェ
ージング補正の利点を無駄にしてしまっている。

【００１３】以上の様子を図１４を用いて概念的に説明
する。これらの図において横軸は時間を表し、各時間ス
ロットに区切られている。縦軸はフェージングに対する
耐久能力を表しており、どれだけ激しいフェージング下
で正常に機能するかを示す。但しこれらの図は説明のた
めに概念のみを示すものであり、図中で表しているフェ
ージング耐久能力とは定量的に厳密に定義されたもので
はなく定性的なものである。即ちプリアンブルのフェー
ジング耐久能力がフェージングの強さを越えている場合
には同期がとれ、それに達していない場合には同期はと
れないことを意味する。またデータ信号のフェージング
耐久能力がフェージングの強さを越えている場合には復
調が可能であり、それに達していない場合には復調は不
可能であることを意味する。但しデータ信号のフェージ
ング耐久能力とは、同期がとれたと仮定した場合の能力
であるとする。

【００１４】図１４（ａ）はフェージング補正を行わな
い場合のフェージング耐久能力を表している。プリアン
ブルは一般にデータ信号よりもフェージングに対して耐
久力のある信号が用いられる。図中Ａで示すような弱い
レベルのフェージングが発生した場合には、同期がとれ
しかもデータ信号も復調ができる。図中Ｂで示すような
レベルのフェージングが発生した場合には、同期はとれ
るがデータ信号は復調できないという状態になる。更に
図中Ｃで示すような強いレベルのフェージングが発生し
た場合には、同期もとれないうえにデータ信号も復調で
きないことになる。

【００１５】図１４（ｂ）はデータ信号にフェージング
補正を行った場合のフェージング耐久能力を表してい
る。フェージング補正の効果により、図１４（ａ）に比
べデータ信号のフェージング耐久能力は向上している。
このようにデータ信号のフェージング耐久能力がプリア
ンブルのそれを越えてしまう程フェージング補正の効果
が大きい場合には、その越えてしまった分は無駄になっ
てしまう。つまり図１４（ｂ）のＤで示すような、プリ
アンブルのフェージング耐久能力とデータ信号のフェー
ジング耐久能力との間の強さのフェージングがある場合
には、何らかの方法で同期がとれさえすればデータ信号
が復調できるにもかかわらず、プリアンブルのフェージ
ング耐久能力が及ばないために同期がとれず、従ってデ
ータ信号も復調できないことになる。

【００１６】以上説明したように従来のフェージング補
正では、データ信号のフェージング耐久能力のみが向上
し、プリアンブルのフェージング耐久能力は何ら改善さ
れないため、ある強さのフェージングに対してはプリア
ンブルの歪みが大きくなり、データ信号を復調できる能
力を有していながらも同期がとれないためにデータ信号
の復調が不可能であり、通信が行えないという不都合が
あった。

【００１７】本発明は、以上のような従来技術の不具合
に鑑み、データ伝送速度を低下させることなしに、図１
４（ｃ）に示すようにフェージング補正によって向上し
たデータ信号のフェージング耐久能力以上の耐久能力を
有する同期信号又はプリアンブルが得られるようにする
ことにより、データ信号が復調され得る能力を持つとき
には必ず同期を確立してデータ信号の復調を可能にし、
フェージング下での通信可能な範囲を拡大することを目
的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１に、デジ
タル無線通信の受信系で同期をとるために送信系で挿入
した同期信号又はプリアンブル中の定められた位置にパ
イロット信号として機能する信号が含まれていることを
特徴とする。

【００１９】第２に、デジタル無線通信の受信系におけ
る、同期信号又はプリアンブルを受信して送信信号のタ
イミングを検出する同期回路において、上記パイロット
信号として機能する信号が含まれた同期信号又はプリア
ンブルに、フェージング補正を施す処理を行うことを特
徴とする。

【００２０】第３に、上記同期回路において、フェージ
ング補正を施す処理を行って得られた信号の振幅を一定
値に制限することを特徴とする。

【００２１】第４に、上記同期回路において、フェージ
ング補正を施す処理を行って得られた信号の振幅が一定
値を越えている時間中は同期を取るための動作を中止す
ることを特徴とする。

【００２２】

【作用】送信系における同期信号又はプリアンブル中の
定められた位置にパイロット信号として機能する信号が
存在するので、受信系ではこの信号を含む同期信号又は
プリアンブルにフェージング補正を施すことができ、同
期信号又はプリアンブルのフェージング耐久能力が向上
する。従って、データ信号の復調を確実に行うことがで
きる。また、フェージング補正を施す処理を行って得ら
れた信号の振幅を一定値に制限すれば、或いはフェージ
ング補正を施す処理を行って得られた信号の振幅が一定
値を越えている時間中は同期をとるための動作を中止す
れば、同期信号又はプリアンブル中のパイロット信号と
して機能する信号でない信号を誤ってフェージング補正
した場合にも大きなピークの発生を抑制でき、同期ミス
を回避できる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。送信系に
おいては図１に示すようにプリアンブル中の規則的な位
置にパイロット信号として機能する信号（以下「パイロ
ット信号」と称する。）が含まれるよう選択して送信信
号を構成する。従来のパイロット信号のフォーマット
は、図２に示すようにデータ信号中にのみパイロット信
号が存在するのに対し、本実施例のパイロット信号のフ
ォーマットは、図１のようにプリアンブル中にもパイロ
ット信号が存在することになる。

【００２４】受信系においては図３に示すように、図１
１に示した従来の受信系に比べ、同期回路２において、
マッチドフイルタ２１の前段にフェージング補正回路２
３及び振幅制限回路２４が新たに付加されて構成されて
いる。

【００２５】フェージング補正回路２３では、例えば図
４に示すように受信信号の最初からプリアンブルとして
割当てられた数（この例ではｐ１からｐ９までの９個）
だけの時間スロットの信号を取り出し、パイロット信号
としてあらかじめ定められた時間スロットに位置する信
号（ｐ１、ｐ３、ｐ５、ｐ７、ｐ９）をパイロット信号
とみなしてフェージング補正を施す処理を行う。このフ
ェージング補正は図１３に示したフェージング歪み補償
方式と同様の方式で行うことができる。次に時間スロッ
ト１個分だけずらして同じ数（９個）だけの時間スロッ
トの信号を取り出し、同様にフェージング補正を施す処
理を行う。この動作を順次繰り返して、受信信号から１
個分の時間スロットだけずらした信号を次々と取り出し
てそれぞれにフェージング補正を施す処理を行って出力
する。

【００２６】受信信号を時間スロット１個分だけずらし
て取り出す過程において、プリアンブル中の定められた
位置にあるパイロット信号が存在する時間スロットに受
信信号におけるパイロット信号の位置が一致した場合に
は、図５に示すようにフェージング補正が正しく実行さ
れ、フェージングによって歪んだプリアンブルはもとの
送信時の波形に復元される。これにより受信したプリア
ンブルからフェージング歪みが除去されるため、マッチ
ドフイルタ２１からは自己相関に近い鋭いピークが出力
され、このピークが比較回路２２における閾値よりも大
きく当該比較回路２２の出力によりプリアンブルのタイ
ミングを正確に検出できる。つまり図１３のデータ信号
の場合と同様にプリアンブルのフェージング歪みがフェ
ージング補正によって除去されるため、従来は図１２
（ｂ）又は（ｃ）であったマッチドフイルタ２１の出力
波形が、図１２（ａ）のように改善され、タイミングの
検出精度が向上し、また同期がとれなかった状態から同
期がとれる状態になる。

【００２７】一方、プリアンブル中の定められた位置に
あるパイロット信号が存在する時間スロットに受信信号
におけるパイロット信号の位置が一致しない場合には、
パイロット信号ではない信号をパイロット信号として扱
う誤ったフェージング補正を行うこととなるため、フェ
ージング補正回路２３からは送信されたプリアンブルと
は異なった波形を出力する。そのためもとのプリアンブ
ルとの相関が弱く、マッチドフイルタ２１を通してもピ
ークが発生せず、比較回路２２の閾値を越えることがで
きず、タイミングの検出はされないことになる。

【００２８】この場合、振幅制限回路２４を設けないと
すれば、送信したプリアンブルとは異なった波形である
にもかかわらず、マッチドフイルタ２１からピークが発
生する可能性は残されている。例えばパイロット信号は
一般に振幅最大の信号を用いるが、これよりも振幅の大
きな信号がフェージング補正回路２３から出力されるこ
とがある。このような振幅の大きな信号はそのままマッ
チドフイルタ２１に入力されると、ピークが出力されて
あたかもタイミングを検出したかのような結果をもたら
す。そのためこのような誤ったピークが発生しないよう
にマッチドフイルタ２１の前段に振幅制限回路２４を設
けて、図６に示すようにマッチドフイルタ２１への入力
信号の最大振幅がパイロット信号と同じレベルになるよ
うにクリッピングする。

【００２９】尚、パイロット信号が存在する時間スロッ
トに受信信号におけるパイロット信号の位置が一致して
いる場合は、もとのパイロット信号よりも大きな信号が
フェージング補正回路２３から出力されることは原理的
にあり得ないので、振幅制限回路２４によるクリッピン
グはされないことになる。

【００３０】以上説明したようにこの実施例によれば、
データ伝送速度を低下させること無く、フェージングの
ある状況下においてもプリアンブルのタイミングを正確
に検出することが可能となり、さらに誤ったタイミング
の検出を回避することができる。従って、データ信号の
復調を確実に行うことができる。

【００３１】本発明においては、図７に示すように図３
の振幅制限回路２４の代わりに振幅判定回路２５を設け
て、パイロット信号の振幅を越える信号はマッチドフイ
ルタ２１に出力されないようにしてもよい。これは、パ
イロット信号の振幅を越える信号がフェージング補正の
結果として得られる場合は、パイロット信号が存在する
時間スロットに受信信号におけるパイロット信号の位置
が一致していない場合であるので、わざわざマッチドフ
イルタ２１を通してピークを作る必要がないからであ
る。この構成によれば、マッチドフイルタ２１がデジタ
ルで構成されている場合には、パイロット信号の振幅を
越える信号が含まれているときには演算をする必要がな
いため、マッチドフイルタ２１の演算負荷が軽減され、
動作が速くなるという利点がある。

【００３２】以上の実施例では同期回路２をハードウエ
アにより構成したが、本発明においては同期回路２をソ
フトウエアにより構成することも可能である。即ち図３
及び図７の同期回路２をフローチャートによって表すと
図８及び図９のようになるので、これらを実行するソフ
トウエアによっても同期回路２を構成することができ
る。具体的に説明すると、図８においては、Ｓ１で受信
信号からプリアンブルとして割当てられた長さの時間ス
ロットの信号を取出し、次いでＳ２でパイロット信号の
位置として割当てられた位置の信号をパイロット信号と
みなしてフェージング補正を施す処理を行う。Ｓ３では
信号の振幅とパイロット信号の振幅を比較して信号の振
幅がパイロット信号よりも大きければＳ４でパイロット
信号の振幅になるようにクリッピングした後、Ｓ５のマ
ッチドフイルタにおいて相関を計算する。一方、信号の
振幅がパイロット信号と同じか又は小さいときはクリッ
ピングせずにＳ５のマッチドフイルタにおいて相関を計
算する。次にＳ６でマッチドフイルタの出力が閾値と比
較され、出力が閾値より大きい場合は、Ｓ７で閾値を越
えている時間の中間点でパルスを出力し、次にＳ８で受
信信号を１個分の時間スロットだけ遅延させ、再びＳ１
から同じ操作を繰り返す。一方Ｓ６で出力が閾値と同じ
か又は小さい場合はパルスを発生させずにＳ８の操作に
移行し、そしてＳ１から同じ操作を繰り返す。

【００３３】図９の場合は、Ｓ１〜Ｓ３までは図８と同
様であるが、Ｓ３において信号の振幅がパイロット信号
の振幅よりも大きい場合は同期がとれないことが明らか
なのでＳ７に飛んで受信信号を１個分の時間スロットだ
け遅延させ、再びＳ１から同じ操作を繰り返す。一方Ｓ
３において信号の振幅がパイロット信号の振幅と同じか
又は小さい場合はＳ４に移行してマッチドフイルタによ
り相関を計算し、以後図８と同様の操作を行う。

【００３４】本発明においては、フェージング補正の方
法としては図１３のフェージング歪み補償方式に限定さ
れず、その他の方法を採用してもよい。また本発明は、
プリアンブルの同期をとる場合に限られず、ビット同期
をとる場合等、他の同期をとる場合にも適用することが
できる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、データ伝
送速度を低下させることなしにフェージング補正によっ
て向上したデータ信号のフェージング耐久能力以上のフ
ェージング耐久能力を有する同期信号又はプリアンブル
を提供することができ、データ信号が復調され得る能力
を持つときには必ず同期を確立してデータ信号の復調を
可能にして通信ができるようにすることができる。従っ
て、従来フェージングの影響によって通信が不可能であ
った場合にも通信が可能になるため、フェージング状況
下での通信可能な範囲を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるパイロット信号のフォ
ーマットの説明図である。

【図２】従来におけるパイロット信号のフォーマットの
説明図である。

【図３】本発明の実施例における受信系の構成の説明図
である。

【図４】プリアンブル中で定められたパイロット信号の
一例を示す説明図である。

【図５】本発明の実施例におけるフェージング補正の様
子を説明する概念図である。

【図６】本発明の実施例における振幅制限回路によるク
リッピングの様子を説明する概念図である。

【図７】本発明の他の実施例における受信系の構成の説
明図である。

【図８】図３の構成に対応するフローチャートである。

【図９】図７の構成に対応するフローチャートである。

【図１０】プリアンブルの挿入のフォーマットの説明図
である。

【図１１】従来の受信系及び同期回路のブロック図であ
る。

【図１２】マッチドフイルタにおける出力と同期タイミ
ングの関係を示す説明図である。

【図１３】フェージング歪み補償方式に用いられるフェ
ージング歪み推定・補償部の構成を示す説明図である。

【図１４】プリアンブルとデータ信号のフェージング耐
久能力の関係を示す概念図である。

【符号の説明】

２ 同期回路 ２１ マッチドフイルタ ２２ 比較回路 ３ 復調回路 ２３ フェージング補正回路 ２４ 振幅制限回路 ２５ 振幅判定回路 ４１ クロック再生部 ４２ フレーム同期部 ４３ フェージング歪み推定部 ４４ フェージング歪み補償部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7304−5Ｋ Ｈ０４Ｂ 7/26 １０９ Ａ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタル無線通信の受信系で同期をとる
   ために送信系で挿入した同期信号又はプリアンブル中の
   定められた位置にパイロット信号として機能する信号が
   含まれていることを特徴とするデジタル無線通信の同期
   方法。
2. 【請求項２】 デジタル無線通信の受信系における、同
   期信号又はプリアンブルを受信して送信信号のタイミン
   グを検出する同期回路において、請求項１のパイロット
   信号として機能する信号が含まれた同期信号又はプリア
   ンブルに、フェージング補正を施す処理を行うことを特
   徴とするデジタル無線通信の同期方法。
3. 【請求項３】 請求項２の同期回路において、フェージ
   ング補正を施す処理を行って得られた信号の振幅を一定
   値に制限することを特徴とするデジタル無線通信の同期
   方法。
4. 【請求項４】 請求項２の同期回路において、フェージ
   ング補正を施す処理を行って得られた信号の振幅が一定
   値を越えている時間中は同期をとるための動作を中止す
   ることを特徴とするデジタル無線通信の同期方法。