JP4342264B2 - Symbol clock synchronization method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、位相変調方式を利用した無線通信機のシンボルクロック同期装置に関し、特に、移動体通信等の無線受信機の復調装置に用いられるπ/4シフトQPSK方式のシンボルクロック同期方法を用いた従来方式に比べて少ないビット数で同期を取る高速シンボルクロック同期方法及び装置に関する。 The present invention relates to a symbol clock synchronization apparatus for a radio communication device using a phase modulation method, and more particularly, to use a symbol clock synchronization method of a π / 4 shift QPSK method used in a demodulation device for a radio receiver such as mobile communication. The present invention relates to a high-speed symbol clock synchronization method and apparatus for synchronizing with a smaller number of bits than in the conventional method.
PHS及び携帯電話等の無線通信において、位相変調方式は広く利用されており、受信機は受信信号を処理し伝送されてきた情報信号を取り出すために、送信機が伝送したい情報信号に所要の処理をした送信信号にフレーム同期、シンボルタイミング同期、周波数変移補正等の処理を行う必要がある。 In wireless communication such as PHS and mobile phones, the phase modulation method is widely used, and the receiver processes the received signal and extracts the transmitted information signal. It is necessary to perform processing such as frame synchronization, symbol timing synchronization, and frequency shift correction on the transmitted signal.
図6は、π/4シフトQPSK(Quaternary Phase Shift Keying)変調方式の復調回路の従来例を示すブロック図である。図6に示す復調回路は、シンボルタイミング検出手段を復調器20に有しており、図示した回路より前段の回路においては、無線信号の受信、受信信号の増幅、受信信号の無線周波数(RF)から中間周波数(IF)へのダウンコンバート等の処理が実行され、図6に示す回路部分にはIF受信信号が入力される。AGC(Auto Gain Control)1は利得制御により可変増幅されたIF受信信号を直交復調器2に入力する。
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional example of a demodulation circuit of a π / 4 shift QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) modulation method. The demodulator circuit shown in FIG. 6 has symbol timing detection means in the
直交復調器2は、このIF受信信号を直交復調し、その結果得られたI(in-phase),Q(quadrature phase)各chのベースバンド信号を、不要成分除去用のローパスフィルタ3,4を介してA/Dコンバータ5,6でデジタルデータに変換される、さらに復調器20により、デジタル情報信号を復調するために必要なシンボルタイミングを相関関数により検出することができる。
The
図7は、一般的なフレームフォーマットを示す模式図であり、無線通信はフレームフォーマットに従って通信を行っている。位相変調方式を利用した無線通信におけるフレームフォーマットとしては、一般的に、過渡応答用ランプアップタイム(RU)、スタートシンボル(SS)、プリアンブル(PR)、同期ワード(UW)、データ領域(DATA)及び過渡応答用ランプダウンタイム(RD)を有しており、各情報は数ビットから数十ビットで表されている。 FIG. 7 is a schematic diagram showing a general frame format, and wireless communication is performed according to the frame format. As a frame format in wireless communication using a phase modulation method, generally, ramp up time for transient response (RU), start symbol (SS), preamble (PR), synchronization word (UW), data area (DATA) And ramp down time (RD) for transient response, and each information is represented by several bits to several tens of bits.
図8は、基準PRデータパターンと受信データパターンとの相関関数を算出する場合の算出方法を示す例示図であり、同期ワード(UW)の前にあるプリアンブル(PR)を用いて受信機内部の基準PRデータと入力データが一致するまで逐次比較し、一致を判定する方法として相関関数値が最大値を示す相関関数計算区間(n)において受信シンボルタイミングを検出する。 FIG. 8 is an exemplary diagram illustrating a calculation method in the case of calculating a correlation function between a reference PR data pattern and a reception data pattern, and uses a preamble (PR) before a synchronization word (UW) to indicate the internal structure of the receiver. The reference PR data and the input data are successively compared until they match, and the received symbol timing is detected in the correlation function calculation interval (n) in which the correlation function value shows the maximum value as a method for determining the match.
また、図6のような直交復調方式を利用した受信機では、通信相手から送られてくる無線信号を初めて受信する時には、受信信号レベル、受信シンボルタイミングずれ、キャリア周波数ずれなどの情報が判っていないにもかかわらず、同期ワード(UW)以降は、復調動作を行うために必要なデータであるため、プリアンブル(PR)までの受信信号から受信信号レベル等の情報を求める必要がある。 In addition, in a receiver using the orthogonal demodulation method as shown in FIG. 6, when a radio signal transmitted from a communication partner is received for the first time, information such as a received signal level, a received symbol timing shift, and a carrier frequency shift is known. In spite of the absence, since the data after the synchronization word (UW) is necessary data for performing the demodulation operation, it is necessary to obtain information such as the received signal level from the received signal up to the preamble (PR).
図9は、送信機における送信電力と受信機における受信電力の時間変化を示すタイムチャートである。送信機における送信電力レベルを、図9の(a)に示す。送信開始時は、ランプアップ(RU)区間で送信電力を徐々に上げていき、スタートビット(SS)が始まる時点で最大送信電力値とする。その後、同期を取るためのプリアンブル(PR)、基地局等の情報を含む同期ワード(UW)及び音声情報やデータ情報を含むデータ領域(DATA)を送信する。そして、送信終了時には、ランプダウン(RD)区間で送信電力を徐々に下げていき、ランプダウン区間が終わる時点で送信電力がOFF状態になるようにするサイクルを連続的に行っている。 FIG. 9 is a time chart showing temporal changes in transmission power at the transmitter and reception power at the receiver. The transmission power level in the transmitter is shown in FIG. At the start of transmission, the transmission power is gradually increased during the ramp-up (RU) period, and the maximum transmission power value is set when the start bit (SS) starts. Thereafter, a preamble (PR) for synchronization, a synchronization word (UW) including information such as a base station, and a data area (DATA) including voice information and data information are transmitted. At the end of transmission, the transmission power is gradually decreased in the ramp-down (RD) section, and a cycle is continuously performed so that the transmission power is turned off at the end of the ramp-down section.
受信シンボルクロック同期を取る方法として、以下の4つの方法がある。
(1)図8に示したように、あらかじめ受信機内部に用意した基準プリアンブル(PR)データパターンと受信データパターンとの複素相関関数値を算出して、一番近いサンプリングポイントを求める方法。
There are the following four methods for obtaining the reception symbol clock synchronization.
(1) A method of obtaining the nearest sampling point by calculating a complex correlation function value between a reference preamble (PR) data pattern prepared in advance in a receiver and a received data pattern as shown in FIG.
図10は、サンプリングデータを微調整しながら基準サンプリングポイントを見つける場合の復調結果を位相平面上に示した例示図である。位相誤差から受信シンボル同期を取る方法のように、
(2)復調結果の位相誤差からサンプリングデータを微調整しながらシンボルタイミングを見つける方法。
FIG. 10 is an exemplary diagram showing a demodulation result on a phase plane when a reference sampling point is found while finely adjusting sampling data. Like the method of taking the received symbol synchronization from the phase error,
(2) A method of finding the symbol timing while finely adjusting the sampling data from the phase error of the demodulation result.
さらに、
(3)特許文献1で公開されているフレームフォーマット中のプリアンブル(PR)の受信信号パターンを使用してシンボルタイミングを検出する方法。
(4)特許文献2で公開されている1シンボル前のサンプリングデータと差動化したデータの出力ベクトルから検出する方法がある。
further,
(3) A method for detecting symbol timing using a preamble (PR) received signal pattern in a frame format disclosed in
(4) There is a method for detecting from the output vector of the sampling data one symbol before and the differential data disclosed in
従来技術によるシンボルクロック同期方法は、以下のようなシンボルタイミング検出における課題があった。 The conventional symbol clock synchronization method has the following problems in symbol timing detection.
第1の課題は、基準プリアンブル(PR)データパターンと受信データパターンとの相関関数値を算出してシンボルクロック同期をとる方法では、直交復調器の出力信号をシンボル周波数の2倍以上の周波数でA/D変換器にてサンプリングし、サンプリングした受信データとあらかじめ受信機内部に用意したプリアンブルデータパターンとの相関関数値を算出する。この時、受信信号レベルが大きい場合には、直交復調器の出力が飽和してしまうことがある。この場合には、飽和することによって情報が失われてしまい、相関関数値を正確に算出することができない。よって、前段のAGCのゲインを調整し、直交復調器の出力が飽和しない状態にする必要がある。また、入力レベルが一定でないと、相関関数値にばらつきが生じる。 The first problem is that in the method of calculating the correlation function value between the reference preamble (PR) data pattern and the received data pattern to obtain symbol clock synchronization, the output signal of the quadrature demodulator is at a frequency that is at least twice the symbol frequency. Sampling is performed by an A / D converter, and a correlation function value between the sampled received data and a preamble data pattern prepared in advance in the receiver is calculated. At this time, if the received signal level is high, the output of the quadrature demodulator may be saturated. In this case, information is lost due to saturation, and the correlation function value cannot be calculated accurately. Therefore, it is necessary to adjust the gain of the AGC in the previous stage so that the output of the quadrature demodulator is not saturated. If the input level is not constant, the correlation function value varies.
第2の課題は、入力レベルを調整するためにプリアンブル(PR)が使用されてしまうと、プリアンブル(PR)の先頭ビットから相関関数値を算出するために使用できずに、プリアンブル(PR)の途中のデータから相関関数値の算出に使用することになる。入力レベル補正に時間がかってしまうと、相関関数値を算出するために使用できるデータ数が少なくなり、また、入力レベルによって相関関数値を算出するために使用できるデータ数が異なり相関関数値にばらつきが生じる。 The second problem is that if the preamble (PR) is used to adjust the input level, it cannot be used to calculate the correlation function value from the first bit of the preamble (PR), and the preamble (PR) It will be used to calculate the correlation function value from the intermediate data. If it takes a long time to correct the input level, the number of data that can be used to calculate the correlation function value decreases, and the number of data that can be used to calculate the correlation function value varies depending on the input level. Occurs.
第3の課題は、図9の(b)、(c)の受信電力例に示すように受信機における受信信号レベルは、伝搬経路の条件等により変動し、通信相手との距離等により100dB以上入力レベル差が生じることがある。また、市街地などでは、ビルの陰に入ってしまうと入力レベルが急激に落ち込むことがあり、結果としてプリアンブル(PR)の先頭ビットから相関関数値を算出することができない。 The third problem is that, as shown in the received power examples of FIGS. 9B and 9C, the received signal level in the receiver varies depending on the conditions of the propagation path and the like, and is 100 dB or more depending on the distance to the communication partner, etc. Input level differences may occur. Also, in an urban area or the like, the input level may drop sharply when entering the shadow of a building, and as a result, the correlation function value cannot be calculated from the first bit of the preamble (PR).
第4の課題は、サンプリングポイントを微調整しながらシンボルタイミングを見つける方法では、基準の位相ポイント(±45度、±135度)と復調結果の位相ポイントを比較し、基準の位相ポイントに近くなるようにサンプリングポイントを調整する。初期値として最大1/2シンボルずれている場合があり、この場合にはサンプリングポイントを調整し、最適値に補正するまでに時間がかかり、プリアンブル(PR)のビット数が少ない場合には、適していない。 The fourth problem is that in the method of finding the symbol timing while finely adjusting the sampling point, the reference phase point (± 45 degrees, ± 135 degrees) is compared with the phase point of the demodulation result, and it becomes close to the reference phase point. Adjust the sampling point as follows. The initial value may be shifted by a maximum of 1/2 symbol. In this case, it takes time to adjust the sampling point and correct it to the optimum value, and this is suitable when the number of bits of the preamble (PR) is small. Not.
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであり、その目的は、シンボルタイミング検出の為に少ないビット数で効率良く、受信信号のクロック同期を取る高速シンボルクロック同期方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a high-speed symbol clock synchronization method for efficiently synchronizing a received signal with a small number of bits for symbol timing detection.
上記問題を解決するため、本発明によるシンボルクロック同期方法は、π/4シフトQPSK方式を利用した直交復調工程と、同期を取る為の検波工程を有する受信機のシンボルクロック同期方法において、位相変調された受信信号をシンボル周波数の2倍以上の周波数でサンプリングして直交復調信号に変換するサンプリング工程と、サンプリングされた同相成分及び直交成分の信号列に遅延検波を行い1シンボル間の位相差を検出する遅延検波工程と、遅延検波された信号列の2乗和を演算する2乗和演算工程と、演算された2乗和の信号列をサンプリング順番毎に平均する平均化工程と、平均化された信号列の中から平均化された信号の最大値となるサンプリングポイントがシンボルピークであると判定する判定工程と、を備え、受信信号のパターンによらず、シンボルタイミングを検出することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a symbol clock synchronization method according to the present invention includes a quadrature demodulation process using a π / 4 shift QPSK system and a symbol clock synchronization method for a receiver having a detection process for synchronization. A sampling step of sampling the received signal at a frequency more than twice the symbol frequency to convert it to a quadrature demodulated signal, and delay detection on the sampled in-phase and quadrature component signal sequences to obtain a phase difference between one symbol a differential detection step of detecting that the square sum calculating step of calculating a sum of squares of differential detection signal sequence, an averaging step of averaging the signal sequence of the computed squared sum for each sampling sequence, averaging been averaged signal maximum value to become sampling point from among the signal sequence and a determination step of determining is that a symbol peak received Regardless of the issue of pattern, and detecting a symbol timing.
また、本発明によるシンボルクロック同期方法は、π/4シフトQPSK方式を利用した直交復調工程と、同期を取る為の検波工程を有する受信機のシンボルクロック同期方法において、位相変調された受信信号をシンボル周波数の2倍以上の周波数でサンプリングして直交復調信号に変換するサンプリング工程と、サンプリングされた同相成分及び直交成分の信号列に遅延検波を行い1シンボル間の位相差を検出する遅延検波工程と、遅延検波された信号列の2乗和を演算する2乗和演算工程と、演算された2乗和の信号列をサンプリング順番毎に平均する平均化工程と、平均化された信号列の中から平均化された信号と1/2シンボル分離れたサンプルポイントの平均化された信号との差分を求め、差分が最大値となるサンプリングポイントがシンボルピークであると判定する判定工程と、を備え、受信信号のパターンによらず、シンボルタイミングを検出することを特徴とする。また、無線通信のシンボルクロック同期方法において、受信信号のパターンを相互相関関数による処理をすること無しにシンボルタイミングを検出することを特徴とする。 The symbol clock synchronization method according to the present invention is a symbol clock synchronization method for a receiver having an orthogonal demodulation step using a π / 4 shift QPSK system and a detection step for obtaining synchronization. A sampling step of sampling at a frequency twice or more the symbol frequency and converting it to a quadrature demodulated signal, and a delay detection step of detecting a phase difference between one symbol by performing delay detection on the sampled in-phase and quadrature component signal sequences When the square sum calculating step of calculating a sum of squares of differential detection signal sequence, an averaging step of averaging the signal sequence of the computed squared sum for each sampling sequentially averaged signal sequence It obtains a difference between the averaged signal and the 1/2 averaged signal of the symbol apart sample points from within the sampling POI that difference becomes the maximum value DOO is and a determination step of determining that the symbol peak, regardless of the pattern of the received signal, and detecting a symbol timing. Further, in the symbol clock synchronization method of wireless communication, the symbol timing is detected without processing the pattern of the received signal by the cross-correlation function .
また、本発明によるシンボルクロック同期装置は、π/4シフトQPSK方式を利用した直交復調手段と、同期を取る為の検波手段を有する受信機のシンボルクロック同期装置において、位相変調された受信信号をシンボル周波数の2倍以上の周波数でサンプリングして直交復調信号に変換するサンプリング手段と、サンプリングされた同相成分及び直交成分の信号列に遅延検波を行い1シンボル間の位相差を検出する遅延検波手段と、遅延検波された信号列の2乗和を演算する2乗和演算手段と、演算された2乗和の信号列をサンプリング順番毎に平均する平均化手段と、平均化された信号列の中から平均化された信号の最大値となるサンプリングポイントがシンボルピークであると判定する判定手段と、を備え、受信信号のパターンによらず、シンボルタイミングを検出することを特徴とする。 The symbol clock synchronizer according to the present invention is a symbol clock synchronizer of a receiver having a quadrature demodulating means using a π / 4 shift QPSK system and a detecting means for achieving synchronization. Sampling means for sampling at a frequency more than twice the symbol frequency and converting it to a quadrature demodulated signal, and delay detecting means for detecting a phase difference between one symbol by performing delay detection on the sampled in-phase and quadrature component signal sequences When the square sum calculating means for calculating a sum of squares of differential detection signal sequence, an averaging means for averaging the signal sequence of the computed squared sum for each sampling sequentially averaged signal sequence sampling point with the maximum value of the averaged signal and a determining means and a symbol peak from within, the pattern of the received signal Not, and detecting a symbol timing.
さらに、本発明によるシンボルクロック同期装置は、π/4シフトQPSK方式を利用した直交復調手段と、同期を取る為の検波手段を有する受信機のシンボルクロック同期装置において、位相変調された受信信号をシンボル周波数の2倍以上の周波数でサンプリングして直交復調信号に変換するサンプリング手段と、サンプリングされた同相成分及び直交成分の信号列に遅延検波を行う遅延検波手段と、遅延検波された信号列の2乗和を演算する2乗和演算手段と、演算された2乗和の信号列をサンプリング順番毎に平均する平均化手段と、平均化された信号列の中から平均化された信号と1/2シンボル分離れたサンプルポイントの平均化された信号との差分を求め、差分が最大値となるサンプリングポイントがシンボルピークであると判定する判定手段と、を備え、受信信号のパターンによらず、シンボルタイミングを検出することを特徴とする。 Furthermore, a symbol clock synchronizer according to the present invention is a symbol clock synchronizer of a receiver having a quadrature demodulating means using a π / 4 shift QPSK system and a detecting means for achieving synchronization. Sampling means for sampling at a frequency more than twice the symbol frequency and converting it into a quadrature demodulated signal, delay detection means for performing delay detection on the sampled in-phase component and quadrature component signal sequences, and delay-detected signal sequences and square sum calculating means for calculating a sum of squares, and averaging means for averaging the signal sequence of the computed squared sum for each sampling sequence, signal averaged from the averaged signal sequence and 1 / 2 obtains a difference between the averaged signal of the symbol apart sample points, the sampling points where the difference is the maximum value is a symbol peak With a constant determining means, and regardless of the pattern of the received signal, and detecting a symbol timing.
本発明によれば、少ないビット数で効率良く、受信信号のクロック同期を取ることが出来るシンボルクロック同期方法を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a symbol clock synchronization method that can efficiently perform clock synchronization of a received signal with a small number of bits.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による一実施形態のシンボルタイミング検出方法を使用したシンボルタイミング検出回路のブロック図である。復調器201は、遅延検波モジュール21、I/Qchの2乗和モジュール22、サンプリング平均モジュール23、1/2シンボルずれ判定モジュール24、最大値判定モジュール25及び切替スイッチ26を有している。
FIG. 1 is a block diagram of a symbol timing detection circuit using a symbol timing detection method according to an embodiment of the present invention. The
図1の切替スイッチ26により最大値判定モジュール25を用いてシンボルピーク点に一番近いサンプリングポイントを見つけ、1シンボル毎にシンボルクロック同期を取る第1の実施形態を説明する。
A first embodiment in which a sampling point closest to the symbol peak point is found using the maximum
最初に、ACG1の入力信号レベルを直交復調器の出力が飽和しない程度に調整しておく。位相変調信号は、歪んでしまうと位相情報に誤差が発生するため、入力信号レベルが歪まないように直交復調器の前段のAGCの利得を調整し、計算途中では利得を変更しないようにしている。 First, the input signal level of ACG1 is adjusted so that the output of the quadrature demodulator is not saturated. If the phase modulation signal is distorted, an error occurs in the phase information. Therefore, the gain of the AGC at the preceding stage of the quadrature demodulator is adjusted so that the input signal level is not distorted, and the gain is not changed during the calculation. .
入力信号レベルが伝達経路の条件により減少する場合には、利得調整を行うことになるが、タイミングによってはプリアンブル(PR)の先頭ビットから受信シンボルタイミング検出に使用できるとは限らないので、本発明による一実施形態ではプリアンブル(PR)のデータパターンによる相関関数値に依存しない方法で計算している。 When the input signal level decreases due to the condition of the transmission path, gain adjustment is performed. However, depending on the timing, it cannot always be used for detection of the received symbol timing from the first bit of the preamble (PR). In one embodiment, the calculation is performed by a method that does not depend on the correlation function value based on the data pattern of the preamble (PR).
図2は、本発明による一実施形態のπ/4シフトQPSK信号空間配置を示す例示図である。変調方式をπ/4シフトQPSK、1シンボル当たり4オーバーサンプリングで受信した場合について、図2を用いて説明する。 FIG. 2 is an exemplary diagram illustrating a π / 4 shift QPSK signal space arrangement according to an embodiment of the present invention. The case where the modulation method is received with π / 4 shift QPSK and 4 oversampling per symbol will be described with reference to FIG.
π/4シフトQPSKの場合には、入力信号を位相平面上で見ると、シンボルピークポイントは図2(a)のように円周上の8ポイントの点に集まり、シンボルピークポイントではないサンプリング点のデータは、円周上の8ポイントをつなぐ線上に存在する。但し、実際の通信においては、フィルタによって帯域制限が行われるため、線上付近に存在することになる。 In the case of π / 4 shift QPSK, when the input signal is viewed on the phase plane, the symbol peak points are gathered at 8 points on the circumference as shown in FIG. This data exists on a line connecting 8 points on the circumference. However, in actual communication, the band is limited by the filter, and therefore exists near the line.
π/4シフトQPSKは、QPSKの一種であり、連続するシンボル間の位相差は、±π/4、±3π/4である。連続するシンボル間の位相差が伝送する情報であるので、連続するシンボル間の位相差を求めるために、本発明の一実施形態ではサンプリングされたデータに対して遅延検波を行う。遅延検波とは、1シンボル前にサンプリングされた受信PSK信号を基準波とみなしてサンプリングした受信信号との複素乗算を行い、基準搬送波を用いずに位相差を検出し復調信号を得る検波方法である。 The π / 4 shift QPSK is a kind of QPSK, and the phase difference between consecutive symbols is ± π / 4 and ± 3π / 4. Since the phase difference between successive symbols is information to be transmitted, in order to obtain the phase difference between successive symbols, in one embodiment of the present invention, delayed detection is performed on the sampled data. Delayed detection is a detection method that obtains a demodulated signal by detecting a phase difference without using a reference carrier wave by performing complex multiplication with a sampled received signal by regarding the received PSK signal sampled one symbol before as a reference wave. is there.
遅延検波後のサンプリングデータを位相平面上に表すと図2(b)のようになり、遅延検波後のシンボルピークポイントのサンプリングデータは、4点に集まる。また、シンボルピークポイントではないサンプリングデータは、4点のシンボルピークポイントデータを半径とする円の内側に存在する。 The sampling data after the delay detection is represented on the phase plane as shown in FIG. 2B, and the sampling data of the symbol peak points after the delay detection are collected at four points. In addition, sampling data that is not a symbol peak point exists inside a circle whose radius is four symbol peak points.
さらに、サンプリングデータは線上を移動し、シンボルクロック同期を取ることによりシンボルピークに同期することができる。信号空間配置図では、原点からの距離が振幅であるので、遅延検波後のサンプリングデータ(Ich、Qch)の2乗和を計算すると、遅延検波後の計算結果はサンプリングピークポイントまたは一番近いポイントの2乗和の値が一番大きくなる。その後、互いに、サンプリングポイント2つ分離れた(すなわち1/2シンボル分離れた)1組の遅延検波後のサンプリングデータ(Ich,Qch)の2乗和の差を求め、この値が一番大きかった点が、シンボルピークに一番近いポイントと判断することができ、シンボルクロック同期を取ることができる。 Furthermore, the sampling data can be synchronized with the symbol peak by moving on the line and taking symbol clock synchronization. In the signal space layout diagram, since the distance from the origin is the amplitude, if the sum of squares of the sampling data (Ich, Qch) after delay detection is calculated, the calculation result after delay detection is the sampling peak point or the nearest point. The value of the sum of squares is the largest. Then, to each other, the sampling points away two minutes (i.e. away 1/2 symbol) set of delayed sampling data (Ich, Qch) after detection determines the difference between the sum of squares of, this value is the most large This point can be determined as the point closest to the symbol peak, and symbol clock synchronization can be achieved.
図3は、本発明による第1の実施形態を示す1シンボル分のサンプリングデータからシンボルピークを算出するフローチャートであり、サンプリングデータは4オーバサンプリングされている。 FIG. 3 is a flowchart for calculating a symbol peak from sampling data for one symbol according to the first embodiment of the present invention. The sampling data is oversampled four times.
以下、図1と図3を用いて処理の流れを説明する。図3の初期設定(ステップS1)は、データを格納する記憶領域を初期化する。その後サンプリングデータ待ち(ステップS2)に入る。 Hereinafter, the flow of processing will be described with reference to FIGS. 1 and 3. The initial setting (step S1) in FIG. 3 initializes a storage area for storing data. Thereafter, the process waits for sampling data (step S2).
図1に図示しない受信信号の無線周波数(RF)から中間周波数(IF)へのダウンコンバート等の処理が実行され、図1に示す回路部分にはIF受信信号が入力される。AGC(Auto Gain Control)1は利得制御により可変増幅されたIF受信信号を直交復調器2に入力し、得られた同相成分と直交成分をローパスフィルタ3,4とA/Dコンバータ5,6を介して復調器20へ入力し前記サンプリング待ち(ステップS2)でサンプリングデータを取得する。
Processing such as down-conversion of the received signal from a radio frequency (RF) to an intermediate frequency (IF) not shown in FIG. 1 is performed, and the IF received signal is input to the circuit portion shown in FIG. An AGC (Auto Gain Control) 1 inputs an IF reception signal variably amplified by gain control to a
図1の復調器20に入力された同相成分と直交成分は遅延検波モジュール21で図3の遅延検波(ステップS3)に示す演算により遅延検波され、Ich/Qchの2乗和モジュール22で図3に示す演算により振幅値(Power値)を求め(ステップS4)、これらの処理を4オーバサンプリング分処理する為にサンプリング平均モジュール23で処理し、オーバサンプリングカウンタをカウントアップ(ステップS5)する。
The in-phase component and the quadrature component input to the
オーバサンプリング完了判定(ステップS6)と1シンボルデータカウンタをカウントアップ(ステップS7)し、同様に1シンボルデータ完了判定(ステップS8)を実行する。その後、最大値判定モジュール25でIch/Qchの2乗和の最大値検出をする為の処理(ステップS9)を行いシンボルクロックの同期を取る。
Oversampling completion determination (step S6) and 1 symbol data counter are counted up (step S7), and 1 symbol data completion determination (step S8) is executed in the same manner. Thereafter, the maximum
以下、第2の実施形態について述べる。通常、送信信号は帯域外の不要放射電力を小さくするために帯域制限され、実際のシステムでは、送信フィルタとしてルートロールオフフィルタが使用される場合が多い。ルートロールオフフィルタで帯域制限されると、高調波成分が除去され位相遷移が緩やかになる。原点からの距離が振幅であるが、フィルタリングされることにより、シンボル点より振幅が大きい部分が現れ、特に位相遷移が±45度である時に、シンボル点より振幅が大きくなることがある。また、ノイズの影響により、シンボル点より振幅が大きくなることがある。 The second embodiment will be described below. Usually, the transmission signal is band-limited to reduce unnecessary radiated power outside the band, and in an actual system, a route roll-off filter is often used as a transmission filter. When the band is limited by the root roll-off filter, the harmonic component is removed and the phase transition becomes gentle. Although the distance from the origin is the amplitude, a portion having a larger amplitude than the symbol point appears by filtering, and the amplitude may be larger than the symbol point particularly when the phase transition is ± 45 degrees. In addition, the amplitude may be larger than the symbol point due to the influence of noise.
従って、1シンボル分のサンプリングデータのみを使用してシンボルピークポイントを検出しようとすると、誤検出することがある。よって、数シンボル分の平均を取ることにより、誤検出をさらに減らすことができる。そこで、図1の切替スイッチ26により最大値判定モジュール25を用いてシンボルピーク点に一番近いサンプリングポイントを見つけ、4シンボル毎にシンボルクロック同期を取る第2の実施形態を説明する。
Therefore, if a symbol peak point is detected using only sampling data for one symbol, a false detection may occur. Therefore, the error detection can be further reduced by taking an average of several symbols. Therefore, a second embodiment in which the sampling point closest to the symbol peak point is found using the maximum
図4は、本発明による第2の実施形態を示す4シンボル分のサンプリングデータからシンボルピークを算出するフローチャートであり、サンプリングデータは4オーバサンプリングされている。 FIG. 4 is a flowchart for calculating a symbol peak from sampling data for four symbols according to the second embodiment of the present invention. The sampling data is oversampled four times.
以下、図1と図4を用いて処理の流れを説明する。図4の初期設定(ステップS11)は、データを格納する記憶領域を初期化する。その後サンプリングデータ待ち(ステップS12)に入る。 Hereinafter, the flow of processing will be described with reference to FIGS. 1 and 4. The initial setting (step S11) in FIG. 4 initializes a storage area for storing data. Thereafter, the process waits for sampling data (step S12).
図1に示す回路部分にはIF受信信号が入力される。AGC(Auto Gain Control)1は利得制御により可変増幅されたIF受信信号を直交復調器2に入力し得られた同相成分と直交成分をローパスフィルタ3,4とA/Dコンバータ5,6を介して復調器20へ入力し前記サンプリング待ち(ステップS12)でサンプリングデータを取得する。
An IF reception signal is input to the circuit portion shown in FIG. An AGC (Auto Gain Control) 1 inputs an IF reception signal variably amplified by gain control to a
図1の復調器20に入力された同相成分と直交成分は遅延検波モジュール21で図4の遅延検波(ステップS13)に示す演算により遅延検波され、Ich/Qchの2乗和モジュール22で図4に示す演算により振幅値(Power値)の平均値を求め(ステップS14)、4オーバサンプリング分処理をする為にサンプリング平均モジュール23で処理し、オーバサンプリングカウンタをカウントアップ(ステップS15)する。
The in-phase component and the quadrature component input to the
オーバサンプリング完了判定(ステップS16)と4シンボルデータカウンタをカウントアップ(ステップS17)し、同様に4シンボルデータ完了判定(ステップS18)を実行する。そして、サンプリングデータ待ち(ステップS12)へ戻り4シンボル分繰り返し実行する。その後、最大値判定モジュール25でIch/Qchの2乗知の最大値検出をする為の処理(ステップS19)を行いシンボルクロックの同期を取る。
The oversampling completion determination (step S16) and the 4-symbol data counter are counted up (step S17), and similarly the 4-symbol data completion determination (step S18) is executed. Then, the process returns to waiting for sampling data (step S12) and is repeatedly executed for 4 symbols. Thereafter, the maximum
以下、第3の実施形態について述べる。遅延検波後の位相遷移は、2つのシンボルピーク点の中間点付近において、直交軸付近に存在し、IchとQchの2乗和の値は、‘0’に近づく事が分かる。よって、互いに、サンプリングポイント2つ分離れた(すなわち1/2シンボル分離れた)1組の遅延検波後のサンプリングデータ(Ich,Qch)の2乗和の差を求め、この差が一番大きいサンプリングポイントがシンボルピークであると判断することができる。 The third embodiment will be described below. It can be seen that the phase transition after the delay detection exists near the orthogonal axis in the vicinity of the middle point between the two symbol peak points, and the value of the square sum of Ich and Qch approaches “0”. Therefore, the difference between the sums of squares of the sampling data (Ich, Qch) after one set of delay detection separated from each other by two sampling points (that is, separated by 1/2 symbol) is obtained, and this difference is the largest. It can be determined that the sampling point is a symbol peak.
図5は、本発明による第3の実施形態を示す4シンボル分のサンプリングデータから1/2シンボルずれとの差を計算し、シンボルピークを算出するフローチャートであり、サンプリングデータは4オーバサンプリングされている。そこで、図1の切替スイッチ26により1/2シンボルずれ判定モジュール24を用いて、1/2シンボル離れたサンプリングポイントの平均値との差を計算し、差が一番大きいサンプリングポイントを見つけ、4シンボル毎にシンボルクロック同期を取る第3の実施形態を説明する。
FIG. 5 is a flowchart for calculating a symbol peak by calculating a difference with a ½ symbol shift from 4 symbols of sampling data according to the third embodiment of the present invention. The sampling data is 4 oversampled. Yes. Therefore, the
以下、図1と図5を用いて処理の流れを説明する。図5の初期設定(ステップS21)は、データを格納する記憶領域を初期化する。その後サンプリングデータ待ち(ステップS22)に入る。 Hereinafter, the flow of processing will be described with reference to FIGS. 1 and 5. The initial setting (step S21) in FIG. 5 initializes a storage area for storing data. Thereafter, the process waits for sampling data (step S22).
図1に示す回路部分にはIF受信信号が入力される。AGC(Auto Gain Control)1は利得制御により可変増幅されたIF受信信号を直交復調器2に入力し得られた同相成分と直交成分をローパスフィルタ3,4とA/Dコンバータ5,6を介して復調器20へ入力し前記サンプリング待ち(ステップS22)でサンプリングデータを取得する。
An IF reception signal is input to the circuit portion shown in FIG. An AGC (Auto Gain Control) 1 inputs an IF reception signal variably amplified by gain control to a
図1の復調器20に入力された同相成分と直交成分は遅延検波モジュール21で図5の遅延検波(ステップS23)に示す演算により遅延検波され、Ich/Qchの2乗和モジュール22で図5に示す演算により振幅値(Power値)の平均値を求め(ステップS24)、4オーバサンプリング分処理する為にサンプリング平均モジュール23で処理し、オーバサンプリングカウンタをカウントアップ(ステップS25)する。
The in-phase component and the quadrature component input to the
オーバサンプリング完了判定(ステップS26)と4シンボルデータカウンタをカウントアップ(ステップS27)し、同様に4シンボルデータ完了判定(ステップS28)を実行する。そして、サンプリングデータ待ち(ステップS22)へ戻り4シンボル分繰り返し実行する。その後、Ich/Qchの2乗和から1/2シンボルすれ判定モジュール24で1/2シンボルすれとの差を求め、この差が最大値となるポイントを検出(ステップS29)を行いシンボルクロックの同期を取る。
The oversampling completion determination (step S26) and the 4-symbol data counter are counted up (step S27), and similarly the 4-symbol data completion determination (step S28) is executed. Then, the process returns to waiting for sampling data (step S22) and is repeatedly executed for 4 symbols. Thereafter, a difference from the 1/2 symbol shift is obtained by the 1/2 symbol
以上のように1/2シンボル離れたサンプリングポイントの平均値との差を計算することにより、第2の実施形態に比べてさらに誤検出を減らすことができる。 As described above, by calculating the difference from the average value of sampling points that are 1/2 symbol apart, it is possible to further reduce false detections compared to the second embodiment.
本発明の一実施形態では、この動作を複数回行い、シンボルピークポイントを検出し、クロック同期を行う。4オーバーサンプリングの場合であれば、各サンプリングポイントに0〜3の番号を付け、このサンプリング番号ごとに同相成分と直交成分の2乗和の計算結果を加算し、平均値を計算する。その後、サンプリングポイント2つ分離れた点との差を求め、この値が一番大きかった点が、シンボルピークに一番近いポイントと判断することができる。
In one embodiment of the present invention, this operation is performed a plurality of times, symbol peak points are detected, and clock synchronization is performed. In the case of four oversampling,
この動作を複数回実施し、シンボルピークポイントであると判断された回数が一番多かったサンプリングポイントがシンボルピークポイントであると判断する。例えば、4シンボルごとに2乗和の平均値を計算し、この動作を4回実施した結果からシンボルピークを検出するとすると、16シンボルでシンボルピーク検出し、クロック同期を取ることができる。 This operation is performed a plurality of times, and it is determined that the sampling point having the highest number of times determined to be the symbol peak point is the symbol peak point. For example, if an average value of the sum of squares is calculated every four symbols and a symbol peak is detected from the result of performing this operation four times, the symbol peak can be detected at 16 symbols and clock synchronization can be achieved.
本発明の一実施形態では処理をステップに従って説明したが、プログラムによる処理の他に電子回路による処理も好適に実施できるのは言うまでもない。また、一実施形態では切替スイッチ26を切替えて実施形態を説明したが、受信状況により動的に処理を切替えることも好適に実施できる。
In the embodiment of the present invention, the processing has been described according to the steps, but it goes without saying that processing by an electronic circuit can be suitably implemented in addition to processing by a program. In the embodiment, the embodiment has been described with the
1 AGC、2 直交復調器、3 ローパスフィルタ、4 ローパスフィルタ、5 A/Dコンバータ、6 A/Dコンバータ、201 復調器、21 遅延検波モジュール、22 I/Qchの2乗和モジュール、23 サンプリング平均モジュール、24 1/2シンボルモジュール、25 最大値判定モジュール、26 切替スイッチ。
1 AGC, 2 quadrature demodulator, 3 low pass filter, 4 low pass filter, 5 A / D converter, 6 A / D converter, 201 demodulator, 21 delay detection module, 22 I / Qch square sum module, 23 sampling average Module, 24 1/2 symbol module, 25 maximum value determination module, 26 selector switch.
Claims (5)
位相変調された受信信号をシンボル周波数の2倍以上の周波数でサンプリングして直交復調信号に変換するサンプリング工程と、
サンプリングされた同相成分及び直交成分の信号列に遅延検波を行い1シンボル間の位相差を検出する遅延検波工程と、
遅延検波された信号列の2乗和を演算する2乗和演算工程と、
演算された2乗和の信号列をサンプリング順番毎に平均する平均化工程と、
平均化された信号列の中から平均化された信号の最大値となるサンプリングポイントがシンボルピークであると判定する判定工程と、
を備え、
受信信号のパターンによらず、シンボルタイミングを検出することを特徴とする無線通信のシンボルクロック同期方法。 In a symbol clock synchronization method for a receiver having an orthogonal demodulation process using a π / 4 shift QPSK system and a detection process for obtaining synchronization,
A sampling step of sampling the phase-modulated received signal at a frequency of at least twice the symbol frequency and converting it to a quadrature demodulated signal;
A delay detection step of performing delay detection on the sampled in-phase component and quadrature component signal sequences to detect a phase difference between one symbol;
A sum-of-squares calculation step of calculating a sum of squares of the signal sequence subjected to delay detection;
An averaging step of averaging the calculated square sum signal sequence for each sampling order;
A determination step of determining a sampling point with the maximum value of the averaged signal from the averaged signal sequence is the symbol peak,
With
A symbol clock synchronization method for wireless communication, wherein symbol timing is detected regardless of a pattern of a received signal.
位相変調された受信信号をシンボル周波数の2倍以上の周波数でサンプリングして直交復調信号に変換するサンプリング工程と、
サンプリングされた同相成分及び直交成分の信号列に遅延検波を行い1シンボル間の位相差を検出する遅延検波工程と、
遅延検波された信号列の2乗和を演算する2乗和演算工程と、
演算された2乗和の信号列をサンプリング順番毎に平均する平均化工程と、
平均化された信号列の中から平均化された信号と1/2シンボル分離れたサンプルポイントの平均化された信号との差分を求め、差分が最大値となるサンプリングポイントがシンボルピークであると判定する判定工程と、
を備え、
受信信号のパターンによらず、シンボルタイミングを検出することを特徴とする無線通信のシンボルクロック同期方法。 In a symbol clock synchronization method for a receiver having an orthogonal demodulation process using a π / 4 shift QPSK system and a detection process for obtaining synchronization,
A sampling step of sampling the phase-modulated received signal at a frequency of at least twice the symbol frequency and converting it to a quadrature demodulated signal;
A delay detection step of performing delay detection on the sampled in-phase component and quadrature component signal sequences to detect a phase difference between one symbol;
A sum-of-squares calculation step of calculating a sum of squares of the signal sequence subjected to delay detection;
An averaging step of averaging the calculated square sum signal sequence for each sampling order;
It obtains a difference between the averaged signal and the 1/2 averaged signal of the symbol apart sample points from the averaged signal sequence, the sampling points where the difference is the maximum value is a symbol peak A determination step for determining;
With
A symbol clock synchronization method for wireless communication, wherein symbol timing is detected regardless of a pattern of a received signal.
受信信号のパターンを相互相関関数による処理をすること無しにシンボルタイミングを検出することを特徴とする無線通信のシンボルクロック同期方法。 The radio communication symbol clock synchronization method according to claim 1 or 2,
A symbol clock synchronization method for wireless communication, wherein a symbol timing is detected without processing a received signal pattern by a cross-correlation function.
位相変調された受信信号をシンボル周波数の2倍以上の周波数でサンプリングして直交復調信号に変換するサンプリング手段と、
サンプリングされた同相成分及び直交成分の信号列に遅延検波を行い1シンボル間の位相差を検出する遅延検波手段と、
遅延検波された信号列の2乗和を演算する2乗和演算手段と、
演算された2乗和の信号列をサンプリング順番毎に平均する平均化手段と、
平均化された信号列の中から平均化された信号の最大値となるサンプリングポイントがシンボルピークであると判定する判定手段と、
を備え、
受信信号のパターンによらず、シンボルタイミングを検出することを特徴とする無線通信のシンボルクロック同期装置。 In a symbol clock synchronizer of a receiver having quadrature demodulation means using a π / 4 shift QPSK system and detection means for obtaining synchronization,
Sampling means for sampling the phase-modulated received signal at a frequency of at least twice the symbol frequency and converting it to a quadrature demodulated signal;
Delay detection means for delay-detecting a sampled in-phase component and quadrature component signal sequence and detecting a phase difference between one symbol;
Sum-of-squares computing means for computing the sum of squares of the signal sequence subjected to delay detection;
An averaging means for averaging the calculated square sum signal sequence for each sampling order;
A determining means and the sampling point with the maximum value of the averaged signal from the averaged signal sequence is the symbol peak,
With
A symbol clock synchronizer for wireless communication, characterized by detecting a symbol timing regardless of a pattern of a received signal.
位相変調された受信信号をシンボル周波数の2倍以上の周波数でサンプリングして直交復調信号に変換するサンプリング手段と、
サンプリングされた同相成分及び直交成分の信号列に遅延検波を行う遅延検波手段と、
遅延検波された信号列の2乗和を演算する2乗和演算手段と、
演算された2乗和の信号列をサンプリング順番毎に平均する平均化手段と、
平均化された信号列の中から平均化された信号と1/2シンボル分離れたサンプルポイントの平均化された信号との差分を求め、差分が最大値となるサンプリングポイントがシンボルピークであると判定する判定手段と、
を備え、
受信信号のパターンによらず、シンボルタイミングを検出することを特徴とする無線通信のシンボルクロック同期装置。 In a symbol clock synchronizer of a receiver having quadrature demodulation means using a π / 4 shift QPSK system and detection means for obtaining synchronization,
Sampling means for sampling the phase-modulated received signal at a frequency of at least twice the symbol frequency and converting it to a quadrature demodulated signal;
Delay detection means for performing delay detection on a sampled in-phase component and quadrature component signal sequence;
Sum-of-squares computing means for computing the sum of squares of the signal sequence subjected to delay detection;
An averaging means for averaging the calculated square sum signal sequence for each sampling order;
It obtains a difference between the averaged signal and the 1/2 averaged signal of the symbol apart sample points from the averaged signal sequence, the sampling points where the difference is the maximum value is a symbol peak Determination means for determining;
Equipped with a,
A symbol clock synchronizer for wireless communication, characterized by detecting a symbol timing regardless of a pattern of a received signal .
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