(57)【要約】【課題】雑音の影響によらず高精度な周波数誤差を推定できる周波数誤差装置を提供する。【解決手段】周波数誤差推定装置は、周波数誤差検出範囲が可変である周波数誤差検出回路と、周波数誤差検出回路の検出値を入力とし、平滑化処理し、周波数誤差推定値として出力する第１の平滑化フィルタ回路と、周波数誤差検出回路の周波数誤差検出範囲又は第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅を調整する調整回路とを備え、調整回路は、周波数誤差検出範囲に含まれる有効領域を設定し、周波数誤差検出値が有効領域を超えたとき、有効領域の中心周波数を周波数誤差検出値に再設定し、有効領域の再設定が所定の時間内に起きない場合、周波数誤差検出範囲又は第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅を狭める。【選択図】図１
2010103800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数誤差検出範囲が可変である周波数誤差検出回路と、
前記周波数誤差検出回路の検出値を入力とし、平滑化処理し、周波数誤差推定値として出力する第１の平滑化フィルタ回路と、
前記周波数誤差検出回路の周波数誤差検出範囲及び前記第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅を調整する調整回路と、
を備え、
前記調整回路は、前記周波数誤差検出範囲に含まれる有効領域を設定し、前記周波数誤差検出値が前記有効領域を超えたとき、前記有効領域の中心周波数を前記周波数誤差検出値に再設定し、前記有効領域の再設定が所定の時間内に起きない場合、前記周波数誤差検出範囲又は前記第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅を狭めることを特徴とする周波数誤差推定装置。
【請求項２】
前記調整回路は、前記周波数誤差検出範囲又は前記第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅が一定値に達した場合、前記周波数誤差検出範囲又は前記第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅を狭めることを停止することを特徴とする請求項１に記載の周波数誤差推定装置。
【請求項３】
前記周波数誤差検出回路が、
受信信号の特定の推定区間における位相回転量から周波数誤差を推定し、
前記推定区間の長さを変更することで前記周波数誤差検出範囲を可変とすることを特徴とする請求項１または２に記載の周波数誤差推定装置。
【請求項４】
受信信号を無変調化する回路と、前記無変調化された信号を平滑化する第２の平滑化フィルタ回路をさらに備え、前記周波数誤差検出回路が前記第２の平滑化フィルタ回路の出力に基づき周波数誤差を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の周波数誤差推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信などのディジタル通信システムにおいて、受信信号に含まれる周波数誤差による受信信号特性の劣化を防ぐため、周波数誤差補償に用いる周波数誤差値を高精度に推定する周波数誤差推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、受信信号に含まれる周波数誤差を推定する従来の周波数誤差推定装置の構成である（非特許文献１参照）。図４によると、周波数誤差推定装置は、Ｎシンボル遅延回路３１と、位相回転量検出回路３２と、平滑化フィルタ３３を備える。
【０００３】
続いて、上記周波数誤差推定装置における信号の流れについて説明する。該周波数誤差推定装置には、受信信号からＱＰＳＫなどの変調成分を除去した無変調信号を入力する。位相回転量検出回路３２は、該周波数誤差推定装置の入力信号と、前記入力信号をＮシンボル遅延回路３１でＮシンボル遅延させた信号に基づき、Ｎシンボルあたりの位相回転量を出力する。平滑化フィルタ３３は、位相回転量検出回路３２の出力であるＮシンボルあたりの位相回転量に基づき、１シンボルあたりの位相回転量、すなわち周波数誤差推定値を出力する。
【０００４】
図５は、図４の周波数誤差推定回路におけるＮシンボルあたりの位相回転量のベクトル表示である。受信信号にシンボルレートでの規格化周波数誤差Δｆが存在する場合、Ｎシンボル区間の位相回転量は２πＮΔｆである。このように、位相回転量はＮと周波数誤差に比例するので、位相回転量検出回路３２で位相回転量を検出し、平滑化フィルタ３３で雑音を平滑化して周波数誤差出力を得る。雑音の影響を考慮すると、周波数誤差出力は２π（ＮΔｆ）＋ｅと表せる（ただし、ｅは雑音成分）。Ｎを大きく設定すると周波数誤差に比例した成分のみ増加するので、相対的に雑音の影響が小さくなり、周波数誤差推定精度が向上する利点がある。しかしながら、Ｎを大きく設定すると推定できる周波数誤差の範囲が狭まる問題がある。
【０００５】
図６は、図４の周波数誤差推定回路において、Ｎを大きく設定し、推定できる周波数誤差の範囲が狭まり、正常に周波数誤差を検出出来ない場合を示している。２πＮΔｆ＞πのとき、実際に検出される位相回転量はマイナス方向に位相が回転した−２π（１−ＮΔｆ）と誤検出される。同様に２πＮΔｆ＜−πの場合も位相回転量を正確に検出できない。このため、検出可能な位相回転量は、−π≦２πＮΔｆ≦πとなり、推定可能な周波数誤差Δｆの範囲は、−１／（２Ｎ）≦Δｆ≦１／（２Ｎ）となる。すなわちＮに反比例して検出範囲は狭くなる。
【０００６】
図７は、図４のＮの値が異なる２つの周波数誤差推定回路を組み合わせ、周波数誤差推定範囲を狭めることなく、高精度な周波数誤差の推定を実現する周波数誤差推定装置である（特許文献１）。該周波数誤差推定装置は、Ｎ＝ｍ（ｍは自然数）である第１の周波数誤差推定回路と、Ｎ＝ｎ（ｎは自然数）かつｍ＜ｎである第２の周波数誤差推定回路、及び第１の周波数誤差推定回路の出力と第２の周波数誤差推定回路の出力に基づき、高精度な周波数誤差推定値を出力する、周波数誤差推定値補正回路を備える。
【０００７】
第１の周波数誤差推定回路は、ｍシンボル遅延回路４１と、位相回転量検出回路４２と、平滑化フィルタ４３を備える。第２の周波数誤差推定回路は、ｎシンボル遅延回路４４と、位相回転量検出回路４５と、平滑化フィルタ４６を備える。周波数誤差推定値補正回路は、乗算回路４７、４９、及び５１と、加算回路４８、及び５２と、丸め回路５０を備える。
【０００８】
続いて、上記周波数誤差推定装置における信号の流れについて説明する。該周波数誤差推定装置に、受信信号から変調成分を除去した無変調信号を入力する。位相回転量検出回路４２は、該周波数誤差推定装置の入力信号と、前記入力信号をｍシンボル遅延回路４１でｍシンボル遅延させた信号に基づき、ｍシンボルあたりの位相回転量を出力する。平滑化フィルタ４３は、位相回転量検出回路４２の出力の帯域制限をし、雑音の影響を低減する。位相回転量検出回路４５は、該周波数誤差推定装置の入力信号と、前記入力信号をｎシンボル遅延回路４４でｎシンボル遅延させた信号に基づき、ｎシンボルあたりの位相回転量を出力する。平滑化フィルタ４６は、位相回転量検出回路４５の出力の帯域制限をし、雑音の影響を低減する。乗算回路４７は、平滑化フィルタ４３の出力をｎ／ｍ倍しｎシンボル分の位相回転量に相当する値を出力する。加算回路４８は、乗算回路４７の出力と平滑化フィルタ４６の出力の差分をとり、平滑化フィルタ４６の出力における、本来のｍシンボル分の位相回転量からの不足分を出力する。乗算回路４９、丸め回路５０、及び乗算回路５１は、加算回路４８の出力が本来２πの整数倍であることを利用し、加算回路４８の出力に含まれる雑音等の影響を除去する。加算回路５２は、平滑化フィルタ４６の出力に乗算回路５１の出力を加えて、本来のｎシンボル分の位相回転量を出力する。乗算回路５３は、加算回路５２の出力を１／（２π×ｎ）で乗算し、１シンボルあたりの位相回転量、すなわち周波数誤差推定値を出力する。
【０００９】
ｍ＜ｎなので、第２の周波数誤差推定回路は、第１の周波数誤差推定回路よりも高精度な周波数誤差推定が可能であるが、推定周波数範囲が狭い。受信信号に第２の周波数誤差推定回路の推定可能範囲外となる周波数誤差が存在する場合、第２の周波数誤差推定回路が検出するｎシンボル分の位相回転量ｙは、本来検出すべき位相回転量とは異なる。これは、本来の位相回転量は２πｋ＋ｙ（ｋは整数）であるが、第２の周波数誤差推定回路は、位相回転量２πｋを検出できないためである。
【００１０】
以上を考慮すると１シンボル分の位相回転量は、（ｙ＋２πｋ）／ｎである。ｋは不明なので、１シンボル分の位相回転量が定まらず、周波数誤差が推定できない。そこで、周波数誤差推定値補正回路では、推定対象の周波数誤差が推定可能範囲内にある第１の周波数誤差推定回路が検出するｍシンボル分の位相回転量ｘに基づき、ｋを決定する。ｘをｎ／ｍ倍した値はｎシンボル分の位相回転量に相当する。そのため、下記の式が成立する。
【００１１】
ｘ×ｎ／ｍ＝ｙ＋２πｋ
よって、ｋ＝（ｘ×ｎ／ｍ−ｙ）／２πとなるが、（ｘ×ｎ／ｍ−ｙ）／２πは雑音の影響で整数にならないため、ｋは（ｘ×ｎ／ｍ−ｙ）／２πに最も近い整数値とする。周波数誤差推定値補正回路は、ｋに基づきｙを補正するため、高精度な周波数誤差推定値を得る（特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−２００９３９号公報
【非特許文献１】H. Furukawa, K. Matsuyama, T. Sato, T. Takenaka and Y. Takeda, “Aπ/4-Shifted DQPSK Demodulator for a Personal Mobile Communications System”,IEEE PIMRC 92,pp.618-622
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図７の周波数誤差推定装置において、第２の周波数誤差推定回路で推定可能な周波数を超える周波数を推定するため、推定可能範囲が広い第１の周波数誤差推定回路の推定値を用いて、第２の周波数誤差推定値を補償する。しかしながら、平滑化フィルタ４３の出力を乗算回路４７でｎ／ｍ倍するため、平滑化フィルタ４３の出力が受けている雑音の影響を増大させている。このため、受信信号に含まれる雑音が増大するにつれ、丸め回路５０の出力に誤りが生じ、乗算回路５１の出力である平滑化フィルタ４６の出力に対する補正値が劣化する。この結果、装置の周波数誤差推定値が劣化する問題がある。
【００１４】
従って、本発明は雑音の影響によらず高精度な周波数誤差を推定できる周波数誤差装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を実現するため本発明による周波数誤差推定装置は、周波数誤差検出範囲が可変である周波数誤差検出回路と、前記周波数誤差検出回路の検出値を入力とし、平滑化処理し、周波数誤差推定値として出力する第１の平滑化フィルタ回路と、前記周波数誤差検出回路の周波数誤差検出範囲及び前記第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅を調整する調整回路とを備え、前記調整回路は、前記周波数誤差検出範囲に含まれる有効領域を設定し、前記周波数誤差検出値が前記有効領域を超えたとき、前記有効領域の中心周波数を前記周波数誤差検出値に再設定し、前記有効領域の再設定が所定の時間内に起きない場合、前記周波数誤差検出範囲又は前記第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅を狭める。
【００１６】
また、前記調整回路は、前記周波数誤差検出範囲又は前記第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅が一定値に達した場合、前記周波数誤差検出範囲又は前記第１の平滑化フィルタ回路のフィルタ帯域幅を狭めることを停止することも好ましい。
【００１７】
また、前記周波数誤差検出回路が、受信信号の特定の推定区間における位相回転量から周波数誤差を推定し、前記推定区間の長さを変更することで前記周波数誤差検出範囲を可変とすることも好ましい。
【００１８】
また、受信信号を無変調化する回路と、前記無変調化された信号を平滑化する第２の平滑化フィルタ回路をさらに備え、前記周波数誤差検出回路が前記第２の平滑化フィルタ回路の出力に基づき周波数誤差を検出することも好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の周波数誤差推定装置は、周波数誤差推定値の収束状況により、周波数誤差推定範囲を順次切り替えるので、高精度かつ高速な周波数誤差の推定を実現する。精度の低い推定値により補正する必要がないので、雑音を増大させることなく高精度に周波数誤差を推定できる。また周波数誤差推定値がある程度収束したとき、平滑化フィルタ回路の通過帯域幅もあわせて段階的に狭めることで周波数誤差推定値の変動を低減させ、雑音の影響を一層低減させる。さらに収束状況は乗算回路などを必要としない簡易な回路で推定できるので、従来技術と比べ回路規模を簡素化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
次に、本発明の実施形態に関わる周波数誤差推定装置の構成図を図１に示す。図１によると、周波数誤差推定装置は、乗算回路１、可変発振回路２、無変調化回路３、平滑化フィルタ回路４、ｍシンボル遅延回路５、位相回転量検出回路６、帯域幅可変平滑化フィルタ回路７、調整回路１０を備える。帯域幅可変平滑化フィルタ回路７は、可変ループゲイン８、および積分回路９を備える。なお、ｍシンボル遅延回路５におけるｍの値（ｍは自然数）、および帯域幅可変平滑化フィルタ回路７における可変ループゲイン８の値は、調整回路１０の出力により変更できる。
【００２２】
続いて、上記周波数誤差推定装置における信号の流れについて説明する。該周波数誤差推定装置には、ベースバンドの受信信号を入力する。可変発振回路２は、積分回路９の出力である周波数誤差推定値に基づき、周波数誤差補償信号を出力する。乗算回路１は、ベースバンドの受信信号に含まれる周波数誤差を補償する。
【００２３】
しかしながら、周波数誤差推定値が受信信号の周波数誤差値と一致しない場合、乗算回路１の出力には残留周波数誤差が含まれる。そこで当該装置は、残留周波数誤差を検出し、残留周波数誤差が０になるように周波数誤差推定値を更新する。
【００２４】
無変調化回路３は、乗算回路１の出力に含まれる既知パターンを検出し、受信回路１の出力に含まれる既知パターンと、無変調化回路内で生成された既知パターンを逆変調したものとを乗算することで、受信回路１の出力からＱＰＳＫなどの変調成分を除去し、無変調化する。平滑化フィルタ回路４は、調整回路１０の出力に基づき無変調化回路３の出力を平滑化した値を出力する。位相回転量検出回路６は、平滑化フィルタ回路４の出力と、同出力をｍシンボル遅延回路５でｍシンボル遅延させた信号に基づき、ｍシンボル間に残留周波数誤差により生じた位相回転量を算出する。積分回路９は、位相回転量検出回路６の出力を可変ループゲイン８で調整した値に基づき、逐次積分することで周波数誤差推定値を更新する。調整回路１０は、図２に示すフローチャートに基づき、ｍシンボル遅延回路５のｍの値を調整し、また可変ループゲイン８の値を調整する。
【００２５】
調整回路１０は帯域幅可変平滑化フィルタ回路７の出力に基づき、ｍシンボル分の位相回転量検出回路１１のｍの値を逐次増大させることで、周波数誤差推定範囲と周波数誤差推定精度を変更できる。なお、回路の動作開始時はｍの値は最小とし、そのときの周波数誤差推定可能範囲に含まれる領域［−Ｂ，Ｂ］を有効領域とする。すなわち、Ｂは１／（２ｍ）より小さい値とする。
【００２６】
周波数誤差推定値が有効領域外の場合、有効領域の中心である中心周波数を当該周波数誤差推定値に設定する。よって、有効領域は［周波数誤差推定値−Ｂ，周波数誤差推定値＋Ｂ］となる。
【００２７】
周波数誤差推定値が有効領域内であり、かつ予め設定された時間Ｔの間に有効領域の中心周波数が変更されなかった場合、可変ループゲイン８を減少させると共に、有効領域を［周波数誤差推定値−Ｂ，周波数誤差推定値＋Ｂ］に再設定する。可変ループゲイン８を減少させることは、閉ループのループ帯域が狭まるため、帯域幅可変平滑化フィルタ回路７の通過帯域幅が小さくなることと等価である。また、可変ループゲイン８の値が予め設定された下限値のとき、ｍを増加、Ｂを減少、可変ループゲイン８の値を初期化する。
【００２８】
ｍを増加することにより、周波数誤差推定範囲は狭まり、結果として周波数誤差推定精度が高まる。上記動作を繰り返し、ｍが予め設定された上限値に達した場合、調整回路１０はｍの値、および可変ループゲイン８の値の更新を停止する。
【００２９】
図１の回路は、有効領域の変更頻度によって周波数誤差推定値の収束状況を判断している。すなわち、収束に近づくほど周波数誤差推定値の変化が小さくなるため、周波数誤差推定値が設定された有効領域内に留まる時間が長くなる。図２のフローチャートは、前記有効領域内に留まる時間を測定することで収束状況を判断し、周波数誤差推定値がある程度収束したとき、可変ループゲイン８の値を段階的に引き下げて周波数誤差推定値の変動を低減させ、雑音の影響を低減させる。このようにして得られた周波数誤差推定値は、雑音の影響が相当低減されているので、入力信号の周波数誤差の真値に近づく。従って図１の回路は、ｍの値を切り替えても、推定対象の周波数誤差が推定可能範囲外になることが防がれ、かつ図７のように複数の乗算回路が不要であるので、従来技術と比べ回路規模を簡素化することが可能である。
【００３０】
図１のｍシンボル分の位相回転量検出回路１１は、図３に示すａシンボル分の位相回転量検出回路１２、ｂシンボル分の位相回転量検出回路１５、セレクタ１８を用いても良い。ａシンボル分の位相回転量検出回路１２はａシンボル遅延回路１３と位相回転量検出回路１４とから構成され、ｂシンボル分の位相回転量検出回路１５はｂシンボル遅延回路１６と位相回転量検出回路１７とから構成される。図３の構成は、図１におけるｍシンボル遅延回路５のｍの値を１回のみ切り替える場合に相当する。セレクタ１８は調整回路１０の出力に基づき、ａシンボル分の位相回転量検出回路１２とｂシンボル分の位相回転量検出回路１５のいずれかを選択し、出力する。
【００３１】
以上のアルゴリズムにより、高速な初期引き込みと収束状態における雑音の低減が可能になる。
【００３２】
また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による周波数誤差推定装置の構成図である。
【図２】図１で示す調整回路１０における処理を示すフローチャートである。
【図３】図１で示すｍシンボル分の位相回転量検出回路１１の別の形態である。
【図４】従来の周波数誤差推定装置を示す図である。
【図５】図４で示す周波数誤差推定装置において検出できる位相回転量の範囲を示す図である。
【図６】図４で示す周波数誤差推定回路が位相回転量を誤検出する場合を示す図である。
【図７】図４の誤検出を防いで高精度な周波数誤差の推定を行う従来の周波数誤差推定装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  乗算回路
２  可変発振回路
３  無変調化回路
４  平滑化フィルタ回路
５  ｍシンボル遅延回路
６  位相回転量検出回路
７  帯域幅可変平滑化フィルタ回路
８  可変ループゲイン
９  積分回路
１０  調整回路
１１  ｍシンボル分の位相回転量検出回路
１２  ａシンボル分の位相回転量検出回路
１３  ａシンボル遅延回路
１４  位相回転量検出回路
１５  ｂシンボル分の位相回転量検出回路
１６  ｂシンボル遅延回路
１７  位相回転量検出回路
１８  セレクタ
３１  Ｎシンボル遅延回路
３２、４２、４５  位相回転量検出回路
３３、４３、４６  平滑化フィルタ
４１  ｍシンボル遅延回路
４４  ｎシンボル遅延回路
４７、４９、５１、５３  乗算回路
４８、５２  加算回路
５０  丸め回路
【図１】
2010103800.tif 000003
【図２】
2010103800.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010103800.tif 000006
【図５】
2010103800.tif 000007
【図６】
2010103800.tif 000008
【図７】
2010103800.tif 000009