(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定長の伝送データ毎に既知のユニークワードが付加されたフレーム構成を有する信号が変調された電波を受信して外部から与えられる周波数誤差補正値により補正制御された直交検波を行う直交検波手段と、
検波後の受信信号におけるユニークワード部と正負両方向に故意に周波数オフセットを与えたユニークワードとの複素相関演算を行うことによって第１の周波数誤差情報を検出する第１の周波数誤差検出手段と、
該第１の周波数誤差情報に基づき受信系列に逆の回転を与える第１の周波数補正手段と、
該第１の周波数補正手段から出力されるユニークワードを含む受信信号の波形等化を行うことによって遅延歪みを等化する適応等化器と、
遅延歪みの影響が除去された受信信号のユニークワード部と既知のユニークワードとの複素相関演算を行うことによって第２の周波数誤差情報を検出する第２の周波数誤差検出手段と、
前記第１および第２の２つの周波数誤差情報を加算して前記直交検波手段に前記周波数誤差補正値として入力し次フレームの周波数誤差を補正する第２の周波数補正手段と
を備えた自動周波数制御方式。
【請求項２】
前記第１の周波数誤差検出手段は、既知のユニークワードに対する受信信号のユニークワードの位相回転を求める手段を用いることを特徴とする請求項１記載の自動周波数制御方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル無線機の受信部に用いられる自動周波数制御（ＡＦＣ）方式に関し、特に、ＨＦ帯域のように比較的長い遅延を伴うマルチパスが存在し、かつ比較的大きな送受信間周波数誤差が存在する回線に適用するフレーム同期回路に付加される自動周波数制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル無線通信では、変調信号を周波数固定発振器で直交準同期検波し、ディジタル信号処理により復調を行う。しかし、送受信機間の局部発振周波数の設定誤差と、温度変動などの周波数誤差により、検波後の信号にビート成分が発生する。そのため、正しい復調信号を得るためにはこれを補償する必要がある。
【０００３】
通常、ディジタル無線通信の場合には、たとえば同期捕捉用、あるいは等化器のトレーニングのためユニークワードのような送受で既知である信号が伝送データに付加されている。受信信号中のユニークワード部と、受信側で、既知であるユニークワードのパターンとの位相誤差を検出することにより、周波数誤差の補償を行う方法が従来から知られている。
【０００４】
しかし、広帯域変調の場合、マルチパス伝搬による周波数選択性フェージングの影響により、受信信号中のユニークワード部の波形が大きく歪むため、前述の方法では正確に位相誤差が検出できず、周波数誤差を完全に補償できない。
通常、広帯域伝送時の周波数選択性フェージング対策のためには適応等化処理が用いられるが、等化処理で補償できる周波数誤差は、その等化処理で補償できる最大ドップラ周波数程度までである。
また、上述のような広帯域伝送時であっても、周波数誤差を補償できる他の方式として、相関ピーク検出型ＡＦＣ方式と、 tan-1型ＡＦＣ方式などが知られている。以下、これらについて詳しく説明する。
【０００５】
まず、相関ピーク検出型ＡＦＣ方式について説明する。図２は従来の相関ピーク検出型ＡＦＣ方式の構成例図である。図において、２１は直交検波器、２２は＋ｆＨｚオフセットさせたユニークワードを発生させる＋ｆＨｚユニークワード発生器、２３は−ｆＨｚオフセットさせたユニークワードを発生させる−ｆＨｚユニークワード発生器、２４，２５は複素相関演算器、２６，２７は電力計算器、２８は電力比算出器、２９は周波数誤差変換器、３０は平均化処理器である。
【０００６】
まず、送信側では、ユニークワードを付加した状態で直交変調して送信する。
受信側では、送信側より伝送された信号を受信し、直交検波器２１で直交検波を行い、Ｉ相とＱ相に分離する。Ｉ相とＱ相に分離した受信信号のユニークワード部と、予めＡＦＣ部に用意されている±ｆＨｚをそれぞれにオフセットさせたユニークワード発生器２２，２３との複素相関を複素相関演算器２４，２５でそれぞれ算出し、自乗和を算出する。複素相関自乗和は以下に示す（１）式による。
【０００７】
【数１】
0003678896.tif 000002
【０００８】
ここで、それぞれに±ｆＨｚオフセットさせたユニークワードの導出方法を式（２），式（３）を使って以下に示す。
イ）ユニークワードに対応した±ｆＨｚのオフセット・カーブを算出する。
（例：ユニークワードのシンボル数を「２８シンボル」とし、キーイングスピードを「１５００baud」とする。）
【０００９】
【数２】
0003678896.tif 000003
【００１０】
ロ）ユニークワードと式（２）で算出した結果との複素乗算を式（３）に示すように行う。（例：ユニークワードの振幅を「ａ」とする。）
【数３】
ユニークワード    ：ａ＋ｊａ
オフセット・カーブ：ｚ＋ｊｙ（式（２）で導出されるｚおよびｙを使用）
複素乗算          ：（ａｚ−ａ）＋ｊ（ａｚ＋ａｙ）      …… (3)
【００１１】
図３はオフセット量をパラメータにした入力周波数誤差に対する複素相関比の特性例図であり、上述の方法で、±ｆＨｚオフセットさせたユニークワード（オフセット量として±４０Ｈｚ・±５０Ｈｚ・±６０Ｈｚを与えた）と、受信信号に故意にオフセットを与えた信号におけるユニークワード部との複素相関結果から正負複素相関比（＋ｆ[Hz]offsetＲＥＳＵＬＴ）／（−ｆ[Hz]offsetＲＥＳＵＬＴ）を算出し、これを縦軸に、受信信号の周波数誤差を横軸にそれぞれ配したグラフである。
【００１２】
ここで、
＋ｆ[Hz]offsetＲＥＳＵＬＴ  ：＋ｆＨｚオフセットさせたユニークワードと受信信号を故意にオフセットさせた入力信号との複素相関自乗和であり、
−ｆ[Hz]offsetＲＥＳＵＬＴ  ：−ｆＨｚオフセットさせたユニークワードと受信信号を故意にオフセットさせた入力信号との複素相関自乗和である。
【００１３】
図３より、±５０Ｈｚそれぞれオフセットさせたユニークワードとの複素相関演算を行うことで、ＨＦ帯域で航空機同士のすれ違い時のドップラシフトやＳＳＢ離調などの場合に生じる周波数誤差を補償することができることがわかる。
上述の結果によって、受信信号のユニークワード部と±５０Ｈｚオフセットさせたユニークワードとの複素相関結果である複素相関系列が複素相関演算器２４，２５から出力される。
【００１４】
複素相関演算器２４，２５から出力される複素相関系列は、電力計算器２６，２７に入力され、それぞれの電力値（系列自乗和）が算出され、電力比算出器２８に入力される。
電力比算出器２８では正負複素相関比が算出され、その出力は周波数誤差変換器２９に入力されて周波数誤差情報に変換出力される。
【００１５】
次に、平均化処理器３０で平均化を行い、突発的に起こると予想される演算結果の大幅なずれを吸収する。平均化を行う式を式（４）に示す。
【数４】
ｘave ＝（λ×ｘave ）＋((１−λ）×ｘt ）        …… (4)
ｘave ：  平均化結果
ｘt   ：  現フレームで算出されたオフセット周波数
λ    ：  忘却係数（０＜λ＜１）
【００１６】
こうして検出された周波数誤差情報は、直交検波器２１に与えられ、次フレームの直交検波時において受信信号に与える逆回転の回転量を制御する周波数誤差補正値として使用される。
【００１７】
しかし、この方式のみを用いたＡＦＣ方式では、周波数選択性フェージングの影響を除去することができないため、データ伝送の品質であるＢＥＲ（Bit Error Rate）特性の劣化が見られる。
【００１８】
次に、 tan-1型ＡＦＣ方式について説明する。
まず、既知のユニークワードを基準とし、検波後の受信ユニークワードの位相誤差を検出する。ユニークワード位相誤差検出には下記の（５）式を用い、ユニークワードの１シンボル間のみではなくユニークワード長に亘って誤差検出を行い、平均化し、１シンボル当たりの誤差（Φs ）を求める。この平均化処理により受信電力が減少した際にも正確に位相誤差が検出できる。
【００１９】
【数５】
0003678896.tif 000004
但し、
φs ：１シンボル当たりの誤差
Ｉ  ：Ｉ相受信ユニークワード
Ｑ  ：Ｑ相受信ユニークワード
Ｕi ：Ｉ相ユニークワード
Ｕq ：Ｑ相ユニークワード
Ｎ  ：ユニークワード長
【００２０】
次に、忘却係数λを０以上１未満の値に設定し、（５）式によって検出された位相誤差Φs に対し、（６）式によって平均化処理を行う。
【数６】
φave ＝λ・φave ＋（１−λ）・Φs               …… (6)
φave ：平均化誤差
φs   ：１シンボル当たりの誤差
λ    ：忘却係数（０≦λ＜１）
【００２１】
これは、周波数誤差はフレーム間で急激に変動することはないため、平均化処理を入れることで、選択性フェージングによる受信信号の歪みが大きく、等化出力の歪みも大きな場合における、位相誤差の誤検出を抑えるためである。
次に、（７）式に示すように、平均化位相誤差（Φave ）を反転し、適当な増幅係数（α）を乗じて補正情報（Φcont）とする。
【数７】
φcont＝−α・φave                               …… (7)
φcont：補正情報
φave ：平均化誤差
α  ：増幅係数（０＜α）
【００２２】
しかし、この方式のみを用いた場合、等化器へ入力する前にＡＦＣ処理を行わねばならないため、周波数選択性フェージングの影響を除去していない受信信号のユニークワード部を用いて等化演算を行わねばならず、演算結果として得られる周波数誤差情報が実際の周波数誤差とは全く異なったものとなってしまうため、前記の相関ピーク検出型ＡＦＣ方式と同様にＢＥＲ特性の劣化が見られる。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の従来の相関ピーク検出型ＡＦＣ方式の周波数選択性フェージングの影響を除去できないという欠点をなくし、 tan-1型ＡＦＣ方式の周波数選択性フェージングの影響を除去できないという欠点と、等化処理前のＡＦＣ処理のため等化処理結果の周波数誤差が不正確であるという欠点を回避することにあり、ＨＦ帯域などで航空機同士のすれ違い時のドップラシフトやＳＳＢ離調時に起こりうる、数１０〜数１００Ｈｚの周波数誤差をも補償することのできるＡＦＣ方式を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、検波後の受信信号を、周波数選択性フェージングが存在しても、ある程度の周波数誤差を検出できる第１のＡＦＣ部４を用いて、適応等化器５が動作するレベルまでの周波数誤差成分の推定と補正を行ってから適応等化器５に入力し、等化後の等化出力に残留する周波数誤差成分を、等化された受信信号のユニークワード部と受信機側で既知のユニークワードから再度推定し、２つの周波数誤差情報を加算して直交検波器１１に入力することで周波数誤差を補正する方式である。
【００２５】
すなわち、一定長の伝送データ毎に既知のユニークワードが付加されたフレーム構成を有する信号が変調された電波を受信して外部から与えられる周波数誤差補正値により補正制御された直交検波を行う直交検波手段と、
検波後の受信信号におけるユニークワード部と正負両方向に故意に周波数オフセットを与えたユニークワードとの複素相関演算を行うことによって第１の周波数誤差情報を検出する第１の周波数誤差検出手段と、
該第１の周波数誤差情報に基づき受信系列に逆の回転を与える第１の周波数補正手段と、
該第１の周波数補正手段から出力されるユニークワードを含む受信信号の波形等化を行うことによって遅延歪みを等化する適応等化器と、
遅延歪みの影響が除去された受信信号のユニークワード部と既知のユニークワードとの複素相関演算を行うことによって第２の周波数誤差情報を検出する第２の周波数誤差検出手段と、
前記第１および第２の２つの周波数誤差情報を加算して前記直交検波手段に前記周波数誤差補正値として入力し次フレームの周波数誤差を補正する第２の周波数補正手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例を示すブロック図である。図において、１は直交検波器、２はオフセットユニークワード発生器、３は第１周波数誤差検出器、４は第１の周波数補正部（第１ＡＦＣ部）、５は適応等化器、６はユニークワード発生器、７は第２周波数誤差検出器、８は加算器、１０は第２の周波数補正部（第２ＡＦＣ部）、１−１は分波器、１−２，１−３は乗算器、１−４はπ／シフト演算器である。
【００２７】
直交検波器１は受信信号をＩ相およびＱ相に分離する。すなわち、直交検波器１に入力された受信信号は、直交検波器内の分波器１−１に入力され２波に分波されて出力される。２波はそれぞれ sin波を乗算器１−２，１−３で乗じられ、Ｉ相／Ｑ相信号となる。なお、乗算器１−２に乗じられる sin波は、もう一方の乗算器１−３に乗じる sin波をπ／２シフト演算器１−４でπ／２シフトさせた波である。
【００２８】
オフセットユニークワード発生器２は、相異なる複数の周波数でオフセットさせたユニークワードを発生して第１周波数誤差検出器３へ出力する。
第１周波数誤差検出器３は、直交検波器１でＩ相／Ｑ相に分離された受信信号を入力し、オフセットユニークワード発生器２からのオフセットさせたユニークワードと受信信号におけるユニークワード部との複素相関演算を行うことにより第１周波数誤差情報を第１ＡＦＣ部４と加算器８に対して出力する。動作の詳細は従来の技術の項に記述してある通りである。
【００２９】
第１ＡＦＣ部４は、第１周波数誤差検出器３から得られる第１周波数誤差情報より、受信信号に逆回転を与えて周波数補正を行う。
適応等化器５は、受信信号中のユニークワード部をトレーニングに用いて伝送路の推定を行い、適応的にタップ係数を算出する。次に、算出されたタップ係数を用いて受信信号のユニークワード部およびデータ部の波形等化を行う。
【００３０】
第２周波数誤差検出器７は、適応等化器５の出力である等化された受信信号のユニークワードと、ユニークワード発生器６から得られる既知のユニークワードとの tan-1演算により第２周波数誤差情報を得る。動作の詳細は従来の技術の項に記述してある通りである。
【００３１】
第２ＡＦＣ部１０は、加算器８と上述の直交検波器１を含み持っている。加算器８は上述の第１周波数誤差検出器３から出力される第１周波数誤差情報と、第２周波数誤差検出器７から出力される第２周波数誤差情報とを加算し、周波数誤差補正値として出力し、直交検波器１で受信信号と乗算する sin波の回転制御を行い周波数の補正を行う。
なお、上記第１周波数誤差検出器３は、既知のユニークワードに対する受信信号のユニークワードの位相回転を（５）式によって求める手段を用いても同様の効果を得ることは自明である。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明を実施することにより、周波数選択性フェージング下においても、ＨＦ帯域などで相互に通信中の航空機同士のすれ違い時に発生するドップラシフトや、ＳＳＢ伝送での周波数離調時に起こりうる周波数誤差が存在する場合でも、正確にこれらの周波数誤差の補正が可能なＡＦＣ方式を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】従来の相関ピーク検出型ＡＦＣ方式の構成例図である。
【図３】正負複素相関比を入力オフセット周波数を横軸にグラフ化した図である。
【符号の説明】
１  直交検波器
１−１  分波器
１−２，１−３  乗算器
１−４  π／２シフト演算器
２  オフセットユニークワード発生器
３  第１周波数誤差検出器
４  第１ＡＦＣ部
５  適応等化器
６  ユニークワード発生器
７  第２周波数誤差検出器
８  加算器
１０  第２ＡＦＣ部
２１  直交検波器
２２  ＋ｆＨｚユニークワード発生器
２３  −ｆＨｚユニークワード発生器
２４，２５  複素相関演算器
２６，２７  電力計算器
２８  電力比計算器
２９  周波数誤差変換器
３０  平均化処理器
【図１】
0003678896.tif 000005
【図２】
0003678896.tif 000006
【図３】
0003678896.tif 000007