JP6975760B2 - Autocorrelator and receiver - Google Patents
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Description
本発明は、自己相関器および受信機に関し、詳しくは、シングルキャリアブロック伝送におけるシンボルタイミングを生成するための自己相関器、および、これを用いた受信機に関する。 The present invention relates to an autocorrelator and a receiver, and more particularly to an autocorrelator for generating symbol timing in single carrier block transmission, and a receiver using the autocorrelator.
高電圧送電線路を用いる広帯域ディジタル電力線搬送においては、限られた周波数帯域(150kHz〜450kHz)で高速伝送を行うため、64QAM(Quadrature Amplitude Modulation:直交振幅変調)の高多値化変調方式が用いられる。良好なBER(Bit Error Ratio)特性を得るには送信側で生成したナイキスト間隔のシンボルタイミングと、受信側で生成するシンボルタイミングを一致させる必要がある。ただし、通常は送受信のシンボルタイミングは非同期であり、受信側のシンボルタイミングは送信側のシンボルタイミングとは同期がとれていない。 In wideband digital power line transport using a high voltage transmission line, a high multi-level modulation method of 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation) is used for high-speed transmission in a limited frequency band (150 kHz to 450 kHz). .. In order to obtain good BER (Bit Error Ratio) characteristics, it is necessary to match the symbol timing of the Nyquist interval generated on the transmitting side with the symbol timing generated on the receiving side. However, normally, the transmission / reception symbol timing is asynchronous, and the reception side symbol timing is not synchronized with the transmission side symbol timing.
このため、送受信のシンボルタイミングを一致させる必要があり、受信側で送信シンボルタイミングを高精度に推定し、送信シンボルタイミングと同期がとれた受信シンボルタイミングを生成する必要がある。これにより、受信側ロールオフフィルタの出力ではシンボル間干渉が低減され良好なBER特性を得ることができる。特に高い多値化の変調方式ほど高精度化が要求されるので、広帯域ディジタル電力線搬送方式では、高精度な受信シンボルタイミングを生成できるDPLL(Digital Phase Lock Loop:ディジタル位相同期回路)方式の開発が重要となってくる。 Therefore, it is necessary to match the transmission / reception symbol timings, and it is necessary for the receiving side to estimate the transmission symbol timing with high accuracy and generate the reception symbol timing synchronized with the transmission symbol timing. As a result, interference between symbols can be reduced at the output of the roll-off filter on the receiving side, and good BER characteristics can be obtained. In particular, the higher the multi-value modulation method, the higher the accuracy is required. Therefore, in the wideband digital power line transfer method, the development of a DPL (Digital Phase Lock Loop) method that can generate highly accurate reception symbol timing has been developed. It becomes important.
例えば、特許文献1には、入力される時間信号に対して自己相関演算を行う自己相関演算部と、入力される時間信号に対して相互相関演算を行う相互相関演算部と、自己相関演算部及び相互相関演算部からの自己相関演算結果及び相互相関演算結果を用いてタイミング同期位置の検出を行うものが開示されている。特許文献1に開示された装置では、様々な受信状況下にあっても、受信データを復調するためのタイミングを高精度で正確に生成できるとしている。
For example,
特許文献1に開示されているように、自己相関演算は、信号自身の繰り返しパターンを利用して、受信信号のみから相関を求めるものであり、一般的に、自己相関は反射やフェーディングに強く、回路構成上も小規模に実現できるという利点がある。しかし、プリアンブル以外の周期性を持ったデータや雑音でも相関を示してしまうという特性上の欠点がある。一方、相互相関演算は、あらかじめ既知の信号自身のデータ列を受信側に保持して、受信信号と期待値との相関を取るものであり、相互相関は、雑音や無関係なデータに対して、ほとんど相関を検出せず、低C/N(キャリア信号/雑音)のガウス雑音伝送路でも高精度なタイミング同期が実現できるという利点がある。しかし、大きな受信周波数のずれや、反射やフェーディングなどで受信波形が変化すると、各ピークが小さくなり、同期特性が劣化する欠点がある。
As disclosed in
これまでの送電線用ディジタル電力線搬送装置で用いているシンボルレートは数十キロbps程度であるため、受信信号に遅延波が存在していても相関器からの相関ピーク位置には大きなズレは無く、また相関ピーク位置にズレが生じタイミング位置がズレたとしても等化器で許容できるズレ幅であるのでBER特性には大きな影響は与えていなかった。しかし、方式が広帯域伝送となりシンボルレートが数百キロbps程度になった場合、これまでDPLLの特性に影響を与えていなかった遅延波の影響が顕著に表れ、遅延波の位相特性によっては相関器からの相関ピーク位置は大きくズレが生じることになる。このため、等化器では対応できずBER特性が大きく劣化してしまうことになる。送信シンボルタイミングを高精度に推定するためには、シンボル間の時間幅が短くなるため、高精度にシンボルタイミングを抽出するためには、より高レートでのオーバーサンプリング数が要求される。 Since the symbol rate used in the conventional digital power line carrier for transmission lines is about several tens of kilobps, there is no large deviation in the correlation peak position from the correlator even if a delayed wave is present in the received signal. In addition, even if the correlation peak position is deviated and the timing position is deviated, the deviation width is acceptable by the equalizer, so that the BER characteristic is not significantly affected. However, when the method is wideband transmission and the symbol rate is about several hundred kilobps, the influence of the delayed wave, which has not affected the characteristics of DPLL until now, becomes noticeable, and depending on the phase characteristics of the delayed wave, the correlator The correlation peak position from is greatly deviated. Therefore, the equalizer cannot handle it, and the BER characteristics are greatly deteriorated. Since the time width between symbols is shortened in order to estimate the transmission symbol timing with high accuracy, the number of oversamplings at a higher rate is required to extract the symbol timing with high accuracy.
例えば、受信側ロールオフフィルタの出力の信号をシンボルレートの、128倍オーバーサンプリング程度でインタポレーションを行う必要がある。このため、128倍オーバーサンプリングで動作をする複素数の相関器が必要となるが、高いサンプリングレートでタップ数が多い相関器を用いた場合、FPGA(Field Programmable Gate Array)の規模が大きくなってしまうことが懸念される。 For example, it is necessary to interpolate the output signal of the receiving roll-off filter at a symbol rate of about 128 times oversampling. For this reason, a complex number correlator that operates with 128 times oversampling is required, but when a correlator with a large number of taps is used at a high sampling rate, the scale of the FPGA (Field Programmable Gate Array) becomes large. Is a concern.
例えば、128倍オーバーサンプリングを用いた場合、64タップでは、FPGAに乗算数が256でDSP(Digital Signal Processing:ディジタル信号処理)ブロックが64モジュールを必要とし、32タップでは、乗算数が128でDSPブロックが32モジュール必要となる。また、16タップでは、乗算数が64でDSPブロックが16モジュールを必要とし、タップ数が2倍になると回路規模も比例して大きくなる事が分かる。これがオーバーサンプリング時に相関器を適用する場合の課題であり、相関器がFPGAに割当てられるモジュール数(例えば274モジュール)の多くを占有するため、FFT(Fast Fourier Transform)処理など他の処理で行なえるモジュール数をひっ迫してしまう。このことから、相関器は極力小さなタップ数の相関で構成することが望まれる。しかしながら、相関器のタップ数を小さくした場合、相関ピーク電力値や相関特性が必要とするタイミングで出現できないという問題が生じる。 For example, when 128 times oversampling is used, at 64 taps, the FPGA has a multiplier of 256 and the DSP (Digital Signal Processing) block requires 64 modules, and at 32 taps, the multiplier is 128 and the DSP. 32 blocks are required. Further, with 16 taps, it can be seen that the multiplication number is 64 and the DSP block requires 16 modules, and when the number of taps is doubled, the circuit scale is proportionally increased. This is a problem when applying a correlator during oversampling, and since the correlator occupies most of the number of modules allocated to FPGA (for example, 274 modules), it can be performed by other processing such as FFT (Fast Fourier Transform) processing. The number of modules is tight. From this, it is desirable that the correlator is composed of the correlation with the smallest possible number of taps. However, when the number of taps of the correlator is reduced, there arises a problem that the correlation peak power value and the correlation characteristic cannot appear at the required timing.
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、送電線用広帯域ディジタル電力線搬送方式に対応するための相関器として、相関器のタップ数の規模を小さくした場合でも、所要の相関ピーク電力値が確保できる自己相関器、および、この自己相関器を有する受信機を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of these circumstances, and as a correlator for supporting a wideband digital power line transfer method for transmission lines, a required correlation peak is required even when the scale of the number of taps of the correlator is reduced. It is an object of the present invention to provide an autocorrelator capable of ensuring a power value and a receiver having this autocorrelator.
上記課題を解決するために、本発明の第1の技術手段は、シングルキャリアブロック伝送におけるシンボルタイミングを生成する自己相関器であって、Zadoff−Chu系列が配置されたトレーニングシーケンスを有する受信データから、Zadoff−Chu系列の偶対称を利用して自己相関値出力を算出する自己相関器であり、前記トレーニングシーケンスは、データブロックの先頭と後方に配置されており、前記自己相関値出力として、少なくとも、(n−1)番目のデータブロックの後方のトレーニングシーケンスまたはn番目のデータブロックの前方のトレーニングシーケンスを利用して得られる第1の自己相関値出力と、該第1の自己相関値出力と所定サンプル数離れた自己相関値出力であって、(n―1)番目のデータブロックの後方のトレーニングシーケンスとこれに連続するn番目のデータブロックの前方のトレーニングシーケンスを利用して得られる第2の自己相関値出力の2つの自己相関値出力の合計値を出力することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the first technical means of the present invention is an autocorrelator that generates symbol timing in single carrier block transmission, from received data having a training sequence in which a Zadoff-Chu sequence is arranged. , An autocorrelation device that calculates the autocorrelation value output using the even symmetry of the Zadoff-Chu series. The training sequence is arranged at the beginning and the back of the data block, and the autocorrelation value output is at least. , (N-1) The first autocorrelation value output obtained by using the training sequence after the th data block or the training sequence before the nth data block, and the first autocorrelation value output. A second autocorrelation value output that is separated by a predetermined number of samples and is obtained by using the training sequence after the (n-1) th data block and the training sequence before the nth data block following it. It is characterized in that the total value of the two autocorrelation value outputs of the autocorrelation value output of is output.
第2の技術手段は、第1の技術手段において、前記自己相関器の自己相関値出力Ca(t)は、kをトレーニング信号のオーバーサンプリング数、Mを乗算器の数(タップ数)、aをZadoff−Chu系列において偶対称となる最小距離のシンボル数、rd(t)を、時間インデックスtにおける前記受信データの値(複素数)、rd(t)*を、前記受信データrd(t)の複素共役数の値とした場合、次式
第3の技術手段は、第1または第2の技術手段において、前記乗算器の数Mは、16〜48であることを特徴とするものである。 The third technical means is characterized in that, in the first or second technical means, the number M of the multiplier is 16 to 48.
第4の技術手段は、第1から第3のいずれか1の技術手段において、前記所定サンプル数は、前記トレーニングシーケンスのシンボル数に相当するサンプル数、または、前記シンボル数の2分の1に相当するサンプル数であることを特徴とするものである。 The fourth technical means is that in any one of the first to third technical means, the predetermined number of samples is the number of samples corresponding to the number of symbols in the training sequence, or one half of the number of symbols. It is characterized by having a corresponding number of samples.
第5の技術手段は、受信機であって、第1から第4のいずれか1の技術手段の自己相関器を有することを特徴とするものである。 The fifth technical means is a receiver, characterized in that it has an autocorrelator of any one of the first to fourth technical means.
本発明によれば、送電線用広帯域ディジタル電力線搬送方式に対応するための相関器として、相関器のタップ数の規模を小さくした場合でも、所要の相関ピーク電力値が確保できる相関器を得ることができる。 According to the present invention, as a correlator for supporting a wideband digital power line carrier system for transmission lines, it is possible to obtain a correlator that can secure a required correlation peak power value even when the scale of the number of taps of the correlator is reduced. Can be done.
以下、図面を参照しながら、本発明の自己相関器および受信機に係る好適な実施形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。 Hereinafter, preferred embodiments of the autocorrelator and receiver of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the configurations with the same reference numerals may be omitted because the configurations with the same reference numerals are the same in different drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the examples in these embodiments, but includes all modifications within the scope of the matters described in the claims and within the scope of equality. Further, as long as a combination of a plurality of embodiments is possible, the present invention includes a combination of arbitrary embodiments.
図1は、本発明に係る自己相関器が用いられる受信機の構成の一部を示す図である。
送電線路から受信されたRF信号は復調器11で復調され、復調された信号は所要のサンプリング速度となるように1/dデシメーション部12で1/dにデシメーションされる。デシメーションされた信号はナイキストフィルタ(ロールオフフィルタ)部13で帯域制限される。そして、送信信号から回り込んでくるエコー信号をエコーキャンセル部14で除去し、受信信号の要素のみを抽出する。
FIG. 1 is a diagram showing a part of the configuration of a receiver in which the autocorrelator according to the present invention is used.
The RF signal received from the transmission line is demodulated by the
次に、送信側から送信されたトレーニング信号から受信信号のシンボルタイミングを生成するため、k倍インタポレーション部15でk倍のオーバーサンプリングでインタポレーションを行う。k倍のオーバーサンプリングされた信号はDPLL20とシンボルデータ生成部16へと出力される。DPLL20では自己相関器21により受信信号の相関計測値が出力され、相関ピーク探索部22で相関ピーク値が探索され、相関ピーク位置算出部23で探索された相関ピーク位置から受信シンボルタイミングを算出する。
Next, in order to generate the symbol timing of the received signal from the training signal transmitted from the transmitting side, the
シンボルタイミング位置の補正値制御部24では、送信シンボルタイミングと受信シンボルタイミングが同期するよう、受信シンボルタイミングを補正し、シンボルタイミング生成部25では、補正されたシンボルタイミングでシンボルタイミング信号を生成する。そして、シンボルデータ生成部16では、生成されたシンボルタイミング信号に基づいてインタポレーションされた受信データを打ち抜き、シンボルレートに対応したシンボルデータが抽出される。出力されたシンボルデータは周波数オフセットが存在するので、周波数オフセット推定・補正部17で周波数オフセットが補正され、等化器18へ入力される。等化器18ではシンボルデータから遅延波の要素が除去され、送信されたシンボルデータを推定した信号が出力される。
The correction
図2は、広帯域ディジタル電力線搬送用のブロック伝送データの構成例を示す図である。送電線用広帯域ディジタル電力線搬送においては、シングルキャリアブロック伝送を適用するため、図2に示すようにデータシンボルの先頭と後方にトレーニングシーケンス(以下、「TS」ともいう。)が配置される。そして、本実施形態では、受信シンボルタイミングを高精度に生成するため、式(1)で示すZadoff−Chu系列をTSとして用いている。
式(1)において、NtsはTSのシンボル数であり、Zadoff−Chu系列の系列長(整数)として与えられる。mは任意の整数である。定数mは、PAPR(Peak to Average Power Ratio:ピーク対平均電力比)を小さくするために、系列長に等しいシンボル数Ntsと互いに素となるように選択される。 In the equation (1), N ts is the number of symbols of TS and is given as the series length (integer) of the Zadoff-Chu series. m is an arbitrary integer. The constant m is selected to be relatively prime with the number of symbols N ts equal to the sequence length in order to reduce the PAPR (Peak to Average Power Ratio).
図4は、本発明に係る自己相関器における、Zadoff−Chu系列が配置されたトレーニングシーケンスと自己相関測定の関係を説明するための図である。図4に示す各値は、TSのシンボル数Ntsが64の場合であり、定数mを61とした場合のZadoff−Chu系列の値u(t)を示している。図4から分かるように、Zadoff−Chu系列は偶対称の系列となる。なお、図2に示すデータシンボルのシンボル数Ndは、例えば960であり、ブロックのシンボル数は1088である。また、TSおよびデータシンボルはDFT(Discrete Fourier Transform)ブロックである。 FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the training sequence in which the Zadoff-Chu sequence is arranged and the autocorrelation measurement in the autocorrelation device according to the present invention. Each value shown in FIG. 4 shows the value u (t) of the Zadoff-Chu series when the number of symbols N ts of TS is 64 and the constant m is 61. As can be seen from FIG. 4, the Zadoff-Chu series is an even symmetric series. Incidentally, the symbol number N d data symbols shown in FIG. 2, for example, 960, number of symbols in the block is 1088. The TS and data symbols are DFT (Discrete Fourier Transform) blocks.
図3は、本発明に係る自己相関器の例を示す図である。図3に示す自己相関器21は、M個(本実施形態では、M=16)の乗算器W1〜WMと、2M−1個の遅延器D1〜D2(M−1)+1と、2つの加算器A1、A2を備えており、Zadoff−Chu系列を偶対称で自己相関を測定する構成となっている。図3において、kは図1に示したk倍インタポレーション部15におけるオーバーサンプリング数で、遅延器D1〜DM−1および、遅延器DM+1〜D2(M−1)+1は、サンプリング数のk倍(128倍)の遅延量を有している。また、自己相関を測定するシンボル間のサンプル数が128オーバーサンプリングとすると、遅延器DMの遅延量akは、最小距離となる偶対称のシンボル間(2シンボル)のサンプリング数である256サンプリングが用いられる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an autocorrelator according to the present invention.
遅延器D1からDM−1で遅延された系列の一方の値と、遅延器DMからD2(M−1)+1で遅延された系列の他方の値の複素共役値とが、乗算器W1〜WMで乗算され、乗算結果は加算器A1によって1サンプリングごとに加算され、合計が加算器A1から出力される。加算器A1の出力値である自己相関値出力Ca(t)は、次式(2)となる。なお、先述したように式(2)において、kはトレーニング信号のオーバーサンプリング数、Mは乗算器の数、aはZadoff−Chu系列において偶対称となる最小距離のシンボル数、rd(t)は、時間インデックスtにおける受信データの値(複素数)、rd(t)*は、受信データrd(t)の複素共役数の値である
自己相関器21の自己相関値出力Ca(t)のみに基づいて、相関ピークを求め、シンボルタイミング信号を得ることが可能であるが、Zadoff−Chu系列のTSはデータブロックのNdシンボルの前方と後方に配置されているので、受信側ではZadoff−Chu系列の偶対称を利用して、複数箇所での自己相関値出力Ca(t)を用いて大きな相関ピークを得ることが可能である。
It is possible to obtain the correlation peak and obtain the symbol timing signal based only on the autocorrelation value output Ca (t) of the
図4に示すように、TSを構成するZadoff−Chu系列のシンボル数Ntsを偶数とした場合、2つのTSは、それぞれのTSのシンボル数Ntsの2分の1の値(時間インデックスt=32での値)の前後で偶対称となる他、後方ブロックの前方のTSの先頭の値(t=0での値)の前後で偶対称となり、それぞれ相関値にピークが生じる。 As shown in FIG. 4, when the number of symbols N ts of the Zadoff-Chu series constituting the TS is an even number, the two TSs are half the value of the number of symbols N ts of each TS (time index t). In addition to being even-symmetrical before and after (value at = 32), even-numbered symmetry occurs before and after the value at the beginning of the TS in front of the rear block (value at t = 0), and peaks occur in the correlation values.
このため、式(3)で示すように、自己相関値出力Ca(t)とNサンプル(N=32)遅延した自己相関値出力Ca(t-N)を加算器A2で加算することで、現在の相関ピーク値とNサンプル遅延している相関ピーク値とが加算されることになるため、大きな相関ピーク値の相関関数として得ることができる。
図4を用いて自己相関値出力Cad(t)について説明すると、前方ブロックの後方のTSと後方ブロックの前方のTSとは連続して受信される。そして、例えば、前方の(n―1)番目のブロックの後方のTSで自己相関値出力Ca(t)を求めるとともに、前方の(n―1)番目のブロックの後方のTSと後方のn番目のブロックの前方のTSの2つのTSを利用して、Nシンボル(N=32)遅延した自己相関値出力Ca(t-N)を求め、両者を加算している。あるいは、自己相関値出力Ca(t)とNシンボル(N=32)遅延した自己相関値出力Ca(t-N)は、前方の(n―1)番目のブロックの後方のTSと後方のn番目のブロックの前方のTSの2つのTSを利用して、自己相関値出力Ca(t)を求め、後方のn番目のブロックの前方のTSから、Nシンボル(N=32)遅延した自己相関値出力Ca(t-N)を求めてもよい。ちなみに、図4の矢印で示した自己相関値測定を行うTSの2つの値に基づく各乗算器の出力値は1となり、Cad(t)およびCa(t-N)の値は、それぞれ16の値を有するピーク値となる。 Explaining the autocorrelation value output CAD (t) with reference to FIG. 4, the TS behind the front block and the TS in front of the rear block are continuously received. Then, for example, the autocorrelation value output Ca (t) is obtained from the TS behind the front (n-1) th block, and the TS behind the front (n-1) th block and the nth rear. Using the two TSs of the TS in front of the block, the autocorrelation value output Ca (t-N) delayed by the N symbol (N = 32) is obtained, and both are added. Alternatively, the autocorrelation value output Ca (t) and the N symbol (N = 32) delayed autocorrelation value output Ca (t-N) are the TS behind the front (n-1) th block and the n behind. The autocorrelation value output Ca (t) is obtained using the two TSs of the TS in front of the second block, and the autocorrelation delayed by N symbols (N = 32) from the TS in front of the nth block behind. The value output Ca (t-N) may be obtained. By the way, the output value of each multiplier based on the two values of TS for measuring the autocorrelation value shown by the arrow in FIG. 4 is 1, and the values of CAD (t) and Ca (t-N) are 16 respectively. It becomes a peak value having a value.
加算器A1で加算された自己相関値出力Cad(t)は、2乗されることで絶対値|Cad|2(t)として自己相関器21の自己相関値出力として、相関ピーク探索部22に出力される。なお、式(3)では、32シンボル離れた2か所の自己相関値出力を加算しているが、32シンボルずつ遅延した3か所の自己相関値出力を加算することも可能である。
Added by the adder A 1 autocorrelation value output Cad (t) is squared by that the absolute value | Cad | as autocorrelation value output of
次に、本発明に係る自己相関器と従来の相互相関器の時間特性について説明する。図5は、相互相関器の例を示す図である。相互相関器31を用いる場合は、図1におけるDPLL20の自己相関器21が相互相関器31に置き換わる。DPLLに用いる相互相関器31では、相互相関器31のタップ数をZadoff−Chu系列のTSのシンボル数Ntsと等しくした場合、オーバーサンプリング数kと同一の遅延時間となる遅延器D1〜DN−1がZadoff−Chu系列のTSのシンボル数Nts−1個配置され、k倍インタポレーション部15からインタポレーション信号が入力される。
Next, the time characteristics of the autocorrelator and the conventional cross-correlator according to the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing an example of a cross-correlator. When the cross-correlator 31 is used, the
遅延器Dの出力にはZadoff−Chu系列のTSのシンボル数Nts個の乗算器W1〜WNtsが配置され、参照信号となる複素共役のZadoff−Chu系列信号と乗算される。乗算されたNts個の信号は、1サンプリングごとに加算器で加算され、合計値C(t)が出力される。そして、合計値C(t)と合計値C(t)の複素共役の信号C(t)*とを乗算することで絶対値の相関値|C(t)|2が出力される。なお、相互相関器31のタップ数を少なくする場合は、乗算器Wとともに遅延器Dの数を減らすことができる。 A multiplier W 1 to W Nts having N ts of symbols of the TS of the Zadoff-Chu series is arranged at the output of the delay device D, and is multiplied by the complex conjugate Zadoff-Chu series signal serving as a reference signal. The multiplied N ts signals are added by an adder for each sampling, and the total value C (t) is output. Then, by multiplying the total value C (t) and the complex conjugate signal C (t) * of the total value C (t), the absolute value correlation value | C (t) | 2 is output. When reducing the number of taps of the cross-correlator 31, the number of delay devices D can be reduced together with the multiplier W.
図6Aは、本発明に係る自己相関器(タップ=16)の時間特性を示す図であり、図6Bは、本発明に係る自己相関器(タップ=20)の時間特性を示す図であり、図6Cは、本発明に係る自己相関器(タップ=24)の時間特性を示す図である。また、図7Aは、比較例としての相互相関器(タップ=16)の時間特性を示す図であり、図7Bは、比較例としての相互相関器(タップ=32)の時間特性を示す図であり、図7Cは、比較例としての相互相関器(タップ=64)の時間特性を示す図である。また、図8は、本発明に係る自己相関器と比較例としての相互相関器の各相関器の相関ピーク応答特性を示す図である。なお、図7A、図7B、図7Cは、従来の相互相関器の回路構成による時間特性を示したものであり、本発明に係る自己相関器の回路構成による時間特性とは、回路方式が異なるものである。 FIG. 6A is a diagram showing the time characteristics of the autocorrelator (tap = 16) according to the present invention, and FIG. 6B is a diagram showing the time characteristics of the autocorrelator (tap = 20) according to the present invention. FIG. 6C is a diagram showing the time characteristics of the autocorrelator (tap = 24) according to the present invention. Further, FIG. 7A is a diagram showing the time characteristics of the cross-correlator (tap = 16) as a comparative example, and FIG. 7B is a diagram showing the time characteristics of the cross-correlator (tap = 32) as a comparative example. Yes, FIG. 7C is a diagram showing the time characteristics of a cross-correlator (tap = 64) as a comparative example. Further, FIG. 8 is a diagram showing the correlation peak response characteristics of each correlator of the autocorrelator according to the present invention and the cross-correlator as a comparative example. 7A, 7B, and 7C show the time characteristics according to the circuit configuration of the conventional cross-correlator, and the circuit method is different from the time characteristics due to the circuit configuration of the autocorrelator according to the present invention. It is a thing.
本発明に係る自己相関器では、図6A、図6B、図6Cに示すように、タップ数が16、20、24の何れにおいても、2個所のピークポイントが一定のサンプリング間隔(Nシンボル×kオーバーサンプリング分)で現れる特性を有している。タップ数を大きくすれば、より大きなピーク値が得られるので、タップ数が48くらいまでは実用的であるが、タップ数の増加はオーバーサンプリング数に乗じて回路規模が大きくなり、例えばタップ数を64まで大きくすることは実用的ではない。このためFPGAへの実装の容易性やコスト面から、16〜48タップがオーバーサンプリング時には現実的である。これは128倍のようにオーバーサンプリング数が大きくなるほど顕著に表れる。 In the autocorrelator according to the present invention, as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, when the number of taps is 16, 20, or 24, the two peak points have a constant sampling interval (N symbol × k). It has the characteristics that appear in the oversampling). If the number of taps is increased, a larger peak value can be obtained, so it is practical until the number of taps is about 48. However, increasing the number of taps increases the circuit scale by multiplying the number of oversamplings. It is not practical to increase it to 64. Therefore, 16 to 48 taps are realistic at the time of oversampling from the viewpoint of ease of mounting on FPGA and cost. This becomes more pronounced as the number of oversamplings increases, such as 128 times.
また、図8は、横軸がピーク位置のサンプル点を0とした場合の相対サンプリング数を示し、縦軸が相関値を示している。図8に示すように、タップ数が16の自己相関器21とタップ数が16の部分相互相関器31において、相関値が最大となる前後の相関関数を比較すると、タップ数が16の部分相互相関器31は急峻なピーク特性を得ることができていない。このため、これらからシンボルタイミングとして抽出した場合、タイミング位置を推測するためのアルゴリズムや適用回路が非常に大きなものになると推測される。この点は、相互相関器31のタップ数を32および64とした場合と比べても同様で、相関値が最大となる前後の相関関数を比較した場合、16タップの自己相関器が最も急峻なピークを持つ特性が得られる。
Further, FIG. 8 shows the relative sampling number when the sample point at the peak position is 0 on the horizontal axis, and the correlation value is shown on the vertical axis. As shown in FIG. 8, when the correlation functions before and after the maximum correlation value is compared between the autocorrelator 21 having 16 taps and the partial cross-correlator 31 having 16 taps, the partial cross-correlation with 16 taps is compared. The
次に、タップ数32の相互相関器31の相関関数においては、図7Bに示すように、5か所の相関ピークポジションが出現しており、それぞれのピークポジションの間隔は非周期的になっている。そして、最も高いピーク値が得られている2つのピークの間隔は一定(64シンボル=8192サンプル)となっている。この2つのピークポイントを利用してシンボルタイミングの抽出は可能と考えるが、他のピーク値とのレベル差が得られていないので、雑音などによる影響を考慮した場合、ピークポジション探索のための閾値の設定が難しくなると考えられる。この点は、図7Aに示すタップ数16の相互相関器31の時間特性についても同様である。 Next, in the correlation function of the cross-correlator 31 with 32 taps, as shown in FIG. 7B, five correlation peak positions appear, and the intervals between the peak positions become aperiodic. There is. The distance between the two peaks at which the highest peak value is obtained is constant (64 symbols = 8192 samples). It is possible to extract the symbol timing using these two peak points, but since the level difference from other peak values has not been obtained, the threshold value for peak position search is taken into consideration when considering the effects of noise and the like. It is thought that it will be difficult to set. This point is the same for the time characteristic of the cross-correlator 31 having 16 taps shown in FIG. 7A.
一方、タップ数64の相互相関器31の相関関数においては、図7Cに示すように、高い相関ピーク値が2個所で現れ、ピークポジションの間隔は一定のサンプリング間隔(64シンボル=8192サンプル)となっている。このため、相関ピーク値の特性としてはタップ数64の相互相関器が最も適切であるが、前述したようにFPGAのDSPモジュール数の規模が増大するため、回路規模の観点から適用は難しい。 On the other hand, in the correlation function of the cross-correlator 31 with 64 taps, as shown in FIG. 7C, high correlation peak values appear at two locations, and the peak position interval is a constant sampling interval (64 symbols = 8192 samples). It has become. Therefore, the cross-correlator having 64 taps is the most appropriate as the characteristic of the correlation peak value, but it is difficult to apply from the viewpoint of the circuit scale because the scale of the number of DSP modules of the FPGA increases as described above.
以上から、タップ数が16の自己相関器21の相関ピーク特性は、タップ数64の相互相関器31よりピーク電力値は劣るものの、シンボルタイミングを抽出するためのピーク時における相関関数は十分な電力値と、最も急峻なピーク特性となっている。そして、FPGAの回路規模を最小限とすることが可能となる観点からも、タップ数が16の自己相関器21は、広帯域ディジタル電力線搬送のDPLL方式に適用する相関器として適している。
From the above, the correlation peak characteristic of the
このように、本実施形態の自己相関器は、受信側に参照信号となるZadoff−Chu系列を必要とせず、相互相関器に比べて周波数オフセットが存在するシンボル列においても相関特性の劣化が少ない。また、所定サンプル数離れた相関値出力の和を求める場合、相互相関器では、前後のTSの遅延時間分の周波数オフセットによる誤差の影響を受けるが、自己相関器では、このような誤差の影響を受けることがない。したがって、本実施形態の自己相関器は、遅延波や雑音による影響が小さい場合では、相関ピーク位置がシンボルタイミングとして適用できる。 As described above, the autocorrelator of the present embodiment does not require the Zadoff-Chu sequence as a reference signal on the receiving side, and the deterioration of the correlation characteristic is small even in the symbol string having the frequency offset as compared with the cross-correlator. .. Further, when calculating the sum of the correlation value outputs separated by a predetermined number of samples, the cross-correlator is affected by the error due to the frequency offset for the delay time of the TS before and after, but the autocorrelator is affected by such an error. Never receive. Therefore, in the autocorrelator of the present embodiment, when the influence of the delayed wave or noise is small, the correlation peak position can be applied as the symbol timing.
11…復調器、12…1/dデシメーション部、13…ナイキストフィルタ(ロールオフフィルタ)部、14…エコーキャンセル部、15…k倍インタポレーション部、16…シンボルデータ生成部、17…補正部、18…等化器、20…DPLL、21…自己相関器、22…相関ピーク探索部、23…相関ピーク位置算出部、24…補正値制御部、25…シンボルタイミング生成部、31…相互相関器、A1…加算器、A2…加算器、D…遅延器、W…乗算器。 11 ... demodulator, 12 ... 1 / d decimation section, 13 ... Nyquist filter (roll-off filter) section, 14 ... echo cancel section, 15 ... k times cross-correlation section, 16 ... symbol data generation section, 17 ... correction section , 18 ... Equalizer, 20 ... DPLL, 21 ... Autocorrelator, 22 ... Correlation peak search unit, 23 ... Correlation peak position calculation unit, 24 ... Correction value control unit, 25 ... Symbol timing generation unit, 31 ... Cross-correlation Instrument, A1 ... adder, A2 ... adder, D ... delayer, W ... multiplier.
Claims (5)
前記トレーニングシーケンスは、データブロックの先頭と後方に配置されており、前記自己相関値出力として、少なくとも、(n−1)番目のデータブロックの後方のトレーニングシーケンスまたはn番目のデータブロックの前方のトレーニングシーケンスを利用して得られる第1の自己相関値出力と、該第1の自己相関値出力と所定サンプル数離れた自己相関値出力であって、(n―1)番目のデータブロックの後方のトレーニングシーケンスとこれに連続するn番目のデータブロックの前方のトレーニングシーケンスを利用して得られる第2の自己相関値出力の2つの自己相関値出力の合計値を出力することを特徴とする、自己相関器。 An autocorrelator that generates symbol timing in single-carrier block transmission, and calculates the autocorrelation value output using the even symmetry of the Zadoff-Chu series from received data that has a training sequence in which the Zadoff-Chu series is placed. Is an autocorrelator
The training sequence is arranged at the beginning and the back of the data block, and as the autocorrelation value output, at least the training sequence after the (n-1) th data block or the training before the nth data block. The first autocorrelation value output obtained by using the sequence and the autocorrelation value output separated from the first autocorrelation value output by a predetermined number of samples, which are behind the (n-1) th data block. The autocorrelation is characterized by outputting the sum of the two autocorrelation value outputs of the second autocorrelation value output obtained by using the training sequence and the training sequence in front of the nth data block consecutive to the training sequence. Correlator.
で表されることを特徴とする、請求項1に記載の自己相関器。 In the autocorrelation value output Ca (t) of the autocorrelator, k is the number of oversamplings of the training signal, M is the number of multipliers (number of taps), and a is the symbol of the minimum distance that is even symmetric in the Zadoff-Chu series. When the number and rd (t) are the value of the received data (complex number) at the time index t and the rd (t) * is the value of the complex conjugate number of the received data rd (t), the following equation is used.
The autocorrelator according to claim 1, wherein the autocorrelator is represented by.
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