(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定タイミングで受信した受信信号、および前記所定タイミングに対して所定シンボル数に相当する時間分異なるタイミングにおける該受信信号のうち、いずれか一方の複素共役となる信号と他方の信号とを乗算した受信信号差動出力を取得する受信信号差動出力取得部と、
複数シンボルからなる既知信号の前記所定タイミングに対応するシンボル、および前記所定シンボル数離れたシンボルのうち、いずれか一方の複素共役となるシンボルと他方のシンボルとを乗算した既知信号差動出力を取得する既知信号差動出力取得部と、
前記受信信号差動出力と前記既知信号差動出力との乗算、または受信信号差動出力および前記既知信号差動出力のうちいずれか一方の複素共役と他方との乗算により、既知周波数成分を除去した乗算値を取得する乗算値取得部と、
前記乗算値の位相を取得する位相取得部と、
を備え、複数の前記所定タイミングについて取得された前記位相から受信信号の周波数誤差を検出する周波数誤差検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の周波数誤差検出回路を備えた受信装置。
【請求項３】
所定タイミングで受信した受信信号、および前記所定タイミングに対して所定シンボル数に相当する時間分異なるタイミングにおける該受信信号のうち、いずれか一方の複素共役となる信号と他方の信号とを乗算した受信信号差動出力を取得する工程と、
複数シンボルからなる既知信号の前記所定タイミングに対応するシンボル、および前記所定シンボル数離れたシンボルのうち、いずれか一方の複素共役となるシンボルと他方のシンボルとを乗算した既知信号差動出力を取得する工程と、
前記受信信号差動出力と前記既知信号差動出力との乗算、または受信信号差動出力および前記既知信号差動出力のうちいずれか一方の複素共役と他方との乗算により、既知周波数成分を除去した乗算値を取得する工程と、
前記乗算値の位相を取得する工程と、
を含み、複数の前記所定タイミングについて取得された前記位相から受信信号の周波数誤差を検出する周波数誤差検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信あるいは衛星通信等において、信号の伝送中に生じた受信信号の周波数誤差を検出する周波数誤差検出回路に関し、特に、周波数誤差のより高精度な検出を可能とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
伝送路中あるいは受信装置内において、信号の周波数が変化してしまう場合がある。受信装置で受信した信号に既知信号との周波数誤差が生じていた場合、これを補正しなければ、信号を正確に復調することが難しくなる。このため、従来の受信装置では、復調前に、下記工程（ａ）〜（ｅ）を含む周波数誤差検出処理が行われる。
【０００３】
（ａ）所定の受信タイミングtにおける受信信号r(t)と、この受信タイミングtと１シンボル時間T異なるタイミングt-Tにおける受信信号r(t-T)の複素共役となる信号r*(t-T)と、が乗算された受信信号差動出力x1(t)が取得される。
【数１】
0003668442.tif 000002
ここに、A(t)：受信信号r(t)の振幅、j：虚数、ω：既知角速度、Δω：角速度誤差、Δθint：初期位相誤差、α1(t)（=A(t)・A(t-T)）：受信信号差動出力x1(t)の振幅。また本明細書中、上付の＊は、複素共役を示す。式（３）からわかるように、この工程（ａ）によって、受信信号に含まれる初期位相誤差Δθintの成分が除去される。
【０００４】
（ｂ）既知信号の所定シンボルD(i)と、これに隣接するシンボルD(i-1)の複素共役となるシンボルD*(i-1)と、が乗算された既知信号差動出力d1(i)が取得される。
【数２】
0003668442.tif 000003
ここに、B(i)：既知信号D(i)の振幅、β1(t)（=B(i)・B(i-1)）：既知信号差動出力d(i)の振幅。
【０００５】
（ｃ）受信信号差動出力x1(t)と、tに対応するシンボルiにおける既知信号差動出力d1(i)の複素共役d1*(i)と、の乗算値y1(t)が取得される。
【数３】
0003668442.tif 000004
ここに、γ1(t)（=α1(t)・β1(i)）：乗算値y1(t)の振幅。式（７）からわかるように、工程（ｂ）および（ｃ）によって、既知周波数fに関わる既知角速度成分ωが除去される。こうして取得された乗算値y1(t)の位相成分ΔωTは、受信信号r(t)の１シンボル時間Tあたりの位相誤差を示している。
【０００６】
（ｄ）タイミングの異なる複数の乗算値y1(t)を所定期間に相当するサンプル数N加算した相関値R1(t)が取得される。
【数４】
0003668442.tif 000005
上記工程（ｃ）および（ｄ）は、シフトレジスタ３６、乗算処理部３８、および加算処理部４０を備えた相関値取得部３２によって行われる。シフトレジスタ３６は直列に配置されたサンプル数（N個）のセル４２を備える。これらセル４２からそれぞれ出力されたシンボル時間T毎のN個の受信信号差動出力x1(t)，x1(t-T)，x1(t-2T)，・・・，x1[t-(N-1)・T]に対し、各乗算セル４４で、それぞれ対応する既知信号差動出力の複素共役d1*(0)，d1*(1)，・・・，d1*(N-1)が乗算され、乗算値y1(0)，y1(1)，・・・，y1(N-1)が取得される［式（７）］。これら乗算値y1(0)，y1(1)，・・・，y1(N-1)が加算処理部４０で加算され、相関値R1(t)が取得される［式（８）］。
【０００７】
（ｅ）相関値R1(t)の位相θ1(t)から、周波数誤差Δfが取得される。
【数５】
0003668442.tif 000006
ここに、Re：実数成分（同相成分）、Im：虚数成分（直交成分）。こうして、所定期間における受信信号の平均的な周波数誤差Δfが取得される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手法による周波数誤差の検出が、時間的な振幅変動を含む受信信号に対して行われると、その検出精度が低下してしまう。これを、図５を参照して説明する。図５は、二つの異なるタイミングにおける乗算値の組み合わせ[y1(t)およびy1a(t-T)]，[y1(t)およびy1b(t-T)]からそれぞれ取得された相関値R1a(t)，R1b(t)の一例である（ここに、[y1a(t-T)の位相] = [y1b(t-T)の位相]、[y1a(t-T)の振幅γ1a] ＜ [y1b(t-T)の振幅γ1b]）。この図５から、乗算値y1a(t-T)，y1b(t-T)のそれぞれの位相（すなわち図５に示した各ベクトルの方向）が同じであっても、それらの振幅γ1a，γ1bが異なる場合、乗算値の合計としての相関値の位相θ1a(t)とθ1b(t)との間には位相誤差Δθ1が生じることがわかる。上記式（３）および（７）からわかるように、乗算値y1(t)の振幅γ1(t)は、受信信号r(t)の振幅A(t)に依存している。すなわち、上記した従来の手法では、相関値R1(t)の位相θ1(t)、およびこの位相θ1(t)に基づいて取得される周波数誤差Δfは、受信信号r(t)の振幅A(t)に依存することになる。周波数誤差Δfは、本質的に受信信号r(t)の振幅A(t)には依存するものではないが、上記従来の手法では、受信信号の振幅に依存した振幅を有する乗算値を複数のタイミングについて加算した相関値から周波数誤差を検出していたため、受信信号の振幅変動に依存した検出誤差が生じていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる周波数誤差検出回路は、所定タイミングで受信した受信信号、および前記所定タイミングに対して所定シンボル数に相当する時間分異なるタイミングにおける該受信信号のうち、いずれか一方の複素共役となる信号と他方の信号とを乗算した受信信号差動出力を取得する受信信号差動出力取得部と、複数シンボルからなる既知信号の前記所定タイミングに対応するシンボル、および前記所定シンボル数離れたシンボルのうち、いずれか一方の複素共役となるシンボルと他方のシンボルとを乗算した既知信号差動出力を取得する既知信号差動出力取得部と、前記受信信号差動出力と前記既知信号差動出力との乗算、または受信信号差動出力および前記既知信号差動出力のうちいずれか一方の複素共役と他方との乗算により、既知周波数成分を除去した乗算値を取得する乗算値取得部と、前記乗算値の位相を取得する位相取得部と、を備え、複数の前記所定タイミングについて取得された前記位相から受信信号の周波数誤差を検出する。上記振幅調整を行うことにより、周波数誤差に対する受信信号の振幅変動の影響を抑制することができる。
【００１０】
また本発明にかかる周波数誤差検出回路は、所定タイミングで受信した受信信号、および前記所定タイミングに対して所定シンボル数に相当する時間分異なるタイミングにおける該受信信号のうち、いずれか一方の複素共役となる信号と他方の信号とを乗算した受信信号差動出力を取得する受信信号差動出力取得部と、複数シンボルからなる既知信号の前記所定タイミングに対応するシンボル、および前記所定シンボル数離れたシンボルのうち、いずれか一方の複素共役となるシンボルと他方のシンボルとを乗算した既知信号差動出力を取得する既知信号差動出力取得部と、前記受信信号差動出力と前記既知信号差動出力との乗算、または受信信号差動出力および前記既知信号差動出力のうちいずれか一方の複素共役と他方との乗算により、既知周波数成分を除去した乗算値を取得する乗算値取得部と、前記乗算値の位相を取得する位相取得部と、を備え、複数の前記所定タイミングについて取得された前記位相から受信信号の周波数誤差を検出する。複数の所定タイミングのそれぞれにおいて振幅成分の排除された位相を取得し、その位相に基づいて周波数誤差を検出することで、周波数誤差に対する受信信号の振幅変動の影響を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる周波数誤差検出回路１０を備える受信装置１２を示すブロック図、また図２は、周波数誤差検出回路１０を示すブロック図である。
【００１２】
受信装置１２は、受信信号の周波数誤差を検出する周波数誤差検出回路１０と、検出した周波数誤差を補正する補正回路１４と、周波数補正後の受信信号を復調する復調回路１６と、を備える。以下、周波数誤差検出回路１０の構成および動作について説明する。なお、周波数誤差検出回路１０は例えばＤＳＰ(Digital Signal Processor)として構成することができる。
【００１３】
複数のシンボルを含むシリアル信号の所定タイミングtにおける受信結果（受信信号）をr(t)とする。受信信号r(t)は、まず、振幅調整部１８に入力され、ここで、振幅を複数の所定タイミングで共通の値Au（例えばAu=１）とした次の式（１２）で示される振幅調整済受信信号u(t)（以下、単に調整済信号u(t)と記す）が取得される。
【数６】
0003668442.tif 000007
【００１４】
この調整済信号u(t)が受信信号差動出力取得部２０に入力され、所定のタイミングtにおける調整済信号u(t)と、このタイミングtと所定シンボル数nに相当する時間(nT)分異なるタイミング（例えば前のタイミングt-nt）における調整済信号u(t-nT)の複素共役信号u*(t-nT)と、が乗算された受信信号差動出力x(t)が取得される。図２に示される受信信号差動出力取得部２０は、調整済信号u(t)を１シンボル数に相当する時間（すなわち１シンボル時間）Tだけ保持して、当該時間T前の調整済信号u(t-T)を出力する保持部２２と、保持部２２からの出力u(t-T)の複素共役u*(t-T)と調整済信号u(t)とを乗算する乗算処理部２４と、を備える。すなわち、この受信信号差動出力取得部２０は、次の式（１３），（１４）に示される処理を行う。
【数７】
0003668442.tif 000008
式（１４）からわかるように、上記式（１３），（１４）の処理によって、受信信号に含まれる初期位相誤差Δθintの成分が除去される。なお、受信信号差動出力x(t)の元となるタイミングのずれた二つの調整済信号u(t)，u(t-nT)の設定は、n=1には限られず、複数シンボル数に相当する時間分タイミングが異なるようにしてもよい。また、調整済信号u(t)の複素共役u*(t)と調整済信号u(t-nT)とを乗算するようにしてもよい。
【００１５】
ここで、受信信号差動出力x(t)の振幅は、周波数誤差の検出範囲となる複数のタイミングtについて共通の値に調整されている。これは、振幅調整部１８により、受信信号差動出力x(t)の算出の元となる調整済信号u(t)の振幅が共通値Auに調整されているためである。
【００１６】
一方、複数シンボルからなる既知信号D(i)（i：シンボル位置を示すパラメータ）についても、受信信号r(t)と同様の振幅調整が行われる。すなわち、既知信号D(i)は、振幅調整部２６に入力され、ここで、既知信号D(i)の振幅B(i)を複数のシンボルに共通の所定値（共通値）Bu（例えばBu=１）に変えた次の式（１６）で示される振幅調整済既知信号v(i)（以下、単に調整済信号v(i)と記す）が取得される。
【数８】
0003668442.tif 000009
【００１７】
こうして取得された調整済信号v(i)が既知信号差動出力取得部２８に入力され、所定のタイミングtに対応するシンボル位置iのシンボルv(i)と、このシンボルv(i)と所定シンボル数m離れたシンボル位置i-mにあるシンボルv(i-m)の複素共役v*(i-m)と、が乗算処理部３０で乗算された既知信号差動出力d(i)が取得される。図２に示される既知信号差動出力取得部２８は、前記m=１として次の式(１７)に示される処理を行う。
【数９】
0003668442.tif 000010
なお、既知信号差動出力d(i)の元となるタイミングのずれた二つの調整済信号v(i)，v(i-m)の設定は、m=1には限られず、複数シンボル数の分タイミングが異なるようにしてもよい。また、調整済信号v(i)の複素共役v*(i)と調整済信号v(i-m)とを乗算するようにしてもよい。
【００１８】
ここで、既知信号差動出力d(i)の振幅Bv2は、加算される範囲の複数のシンボルiについて共通の値となっている。これは、振幅調整部２６において、既知信号差動出力d(i)の算出の元となる調整済信号v(i)の振幅が共通値Buに調整されているためである。
【００１９】
次に、受信信号差動出力x(t)および既知信号差動出力d(i)は、相関値取得部３２に入力され、ここでこれらの相関値R(t)が取得される。相関値R(t)は、受信信号差動出力x(t)および既知信号差動出力d(i)を乗算した乗算値y(t)の複数のタイミング分（例えばタイミングT毎；t,t-T,t-2T,・・・,t-(N-1)T)の加算値、あるいは、受信信号差動出力x(t)および既知信号差動出力d(i)のうちいずれか一方の複素共役となる信号および他方（複素共役でない元のままの信号）を乗算した乗算値y(t)の複数のタイミング分（例えばタイミングT毎；t,t-T,t-2T,・・・,t-(N-1)T)の加算値、として取得される。この乗算においてどれを複素共役とするかは、乗算によって既知周波数成分（または既知角速度成分）が消去されるように決める。一例として、図２に示す受信信号差動出力取得部２０において式（１４）により取得された受信信号差動出力x(t)と、既知信号差動出力取得部２８において式（１７）により取得された既知信号差動出力d(i)との場合には、これらのうちいずれか一方（例えば既知信号差動出力d(i)）を複素共役として乗算すれば、得られた乗算値y(t)において既知周波数成分（既知角速度成分ω）が消去される。すなわち、
【数１０】
0003668442.tif 000011
相関値R(t)の取得は、図４に示す従来回路と同じ構成（シフトレジスタ３６、乗算処理部３８、および加算処理部４０）を備える相関値取得部３２によって行われる。受信信号差動出力x(t)の入力されるシフトレジスタ３６は、直列に配置された複数（N個）のセル４２を備え、セル４２は、１シンボル時間Tおきに受信信号差動出力x(t),x(t-T),x(t-2T),・・・,x[t-(N-1)T]を、それぞれ対応する乗算セル４４に出力する。各乗算セル４４において、受信信号差動出力x(t),x(t-T),x(t-2T),・・・,x[t-(N-1)T]に、それぞれ対応する既知信号差動出力の複素共役d*(0),d*(1),・・・,d*(N-1)が乗算され、乗算値y(0),y(1),・・・,y(N-1)が取得される［式（１８）］。これら乗算値y(0),y(1),・・・,y(N-1)が加算処理部４０で加算され、相関値R(t)が取得される［式（１９）］。
【００２０】
上記したように、受信信号差動出力x(t)の振幅は、複数のタイミングで共通の値に調整されているから、異なる複数のタイミングにおける各乗算値y(0),y(1),・・・,y(N-1)の振幅は全て同じ値となる。すなわちこのような構成により、相関値R(t)に含まれる受信信号r(t)の振幅成分が複数のタイミングで共通の値に調整されているので、従来の回路で生じていたような、受信信号r(t)の振幅変動に起因する検出誤差を抑制することができる。このとき、さらに既知信号差動出力d(i)の振幅を複数のシンボルで共通の値に設定しておけば、同様の理由により、さらに確実に検出誤差を抑制することができる。なお、相関値に含まれる受信信号r(t)の振幅成分の調整は、受信信号差動出力x(t)の振幅、または乗算値y(t)の振幅を複数のタイミングで共通の所定値に調整することにより行ってもよい。
【００２１】
こうして取得された相関値R(t)の位相θ(t)から、周波数誤差算出部４６において周波数誤差Δfが取得される。
【数１１】
0003668442.tif 000012
ここに、Re：実数成分（同相成分）、Im：虚数成分（直交成分）。式（２１）によって、相関値R(t)の位相θ(t)から周波数誤差Δfが取得される。こうして取得された周波数誤差Δfからは、受信信号の振幅変動による影響が排除されている。
【００２２】
次に本発明の第二の実施形態について説明する。図３は、本実施形態にかかる周波数誤差検出回路５０を示すブロック図である。本実施形態の周波数誤差検出回路５０は、図１に示す受信装置１２の周波数誤差検出回路１０に替えて用いることができる。本実施形態にかかる周波数誤差検出回路５０は、周波数誤差検出回路１０の相関値取得部３２に替えて位相取得部５２を備えている。また、図２と同じ符号を付した構成要素、例えば、受信信号差動出力取得部２０，既知信号差動出力取得部２８，シフトレジスタ３６，および乗算処理部３８は、図２に示した構成要素とそれぞれ同じ構成であり、それぞれ同様の処理を行う。この周波数誤差検出回路５０は、複数のタイミングでそれぞれ取得された位相誤差から所定期間における受信信号の周波数誤差を取得するのが特徴である。各タイミングで位相が取得されるときに、受信信号の振幅成分は消去されるから、この周波数誤差検出回路５０では、上記第一の実施形態のような受信信号r(t)および既知信号D(i)に対する振幅調整は必ずしも必要でない。以下、本実施形態にかかる周波数誤差検出回路５０の構成および動作について、図３を参照して説明する。
【００２３】
上記した事情から、本実施形態では、受信信号r(t)および既知信号D(i)は、それぞれ振幅が調整されることなく、そのまま受信信号差動出力取得部２０および既知信号差動出力取得部２８に入力される。すなわち、受信信号差動出力x1(t)および既知信号差動出力d1(i)は、
【数１２】
0003668442.tif 000013
となる。
【００２４】
位相取得部５２は、相関値取得部３２と同様のシフトレジスタ３６および乗算処理部３８を備える。受信信号差動出力x1(t)の入力されるシフトレジスタ３６は、直列に配置された複数（N個）のセル４２を備える。すなわち、これらセル４２は、１シンボル時間T毎の受信信号差動出力x1(t),x1(t-T),x1(t-2T),・・・,x1[t-(N-1)T]を、それぞれ対応する乗算セル４４に出力し、各乗算セル４４において、受信信号差動出力x1(t),x1(t-T),x1(t-2T),・・・,x1[t-(N-1)T]と、それぞれ対応する既知信号差動出力の複素共役d1*(0),d1*(1),・・・,d1*(N-1)とが乗算され、乗算値y1(0),y1(1),・・・,y1(N-1)が取得される。
【数１３】
0003668442.tif 000014
各乗算セル４４には、それぞれ位相算出セル５４が接続されており、ここで、各乗算値y1(0),y1(1),・・・,y1(N-1)に対するタイミング別（または各タイミングに対応するシンボル別）の位相θy(i)が取得される。
【数１４】
0003668442.tif 000015
こうして取得された位相θy(i)が、平均値取得部５６に入力され、ここでこれら複数の位相θy(i)の平均値として平均位相θ(t)が取得される。式（２５）からわかるように、位相θy(i)には、受信信号r(t)の振幅成分は含まれないため、これら位相θy(ｉ)から取得される平均位相θ(t)、およびこの平均位相θ(t)より取得される周波数誤差Δfには、受信信号r(t)の振幅の成分は含まれないことになる。
【００２５】
周波数誤差算出部６０において、この平均位相θ(t)から式（２７）により周波数誤差Δfが取得される。
【数１５】
0003668442.tif 000016
なお、本実施形態では、受信信号差動出力x1(t)と既知信号差動出力の複素共役d1*(i)とを乗算して乗算値y1(t)を取得したが、これに替えて受信信号差動出力の複素共役x1*(t)と既知信号差動出力d1(i)とを乗算して乗算値y1(t)を取得してもよい。また、複数のタイミングの設定が本実施形態の例示したもの（すなわち１シンボル時間TおきにN個）に限定されないことは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受信信号の振幅に依存しない周波数誤差を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態にかかる受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の第一の実施形態にかかる周波数誤差検出回路の構成を示すブロック図である。
【図３】  本発明の第二の実施形態にかかる周波数誤差検出回路の構成を示すブロック図である。
【図４】  従来の周波数誤差検出回路に設けられる相関値取得部の構成を示すブロック図である。
【図５】  従来の周波数誤差検出において生じる受信信号の振幅に起因した位相誤差を示す説明図である。
【符号の説明】
１０，５０  周波数誤差検出回路、１２  受信装置、１４  補正回路、１６  復調回路、１８  振幅調整部、２０  受信信号差動出力取得部、２２  保持部、２４  乗算処理部、２６  振幅調整部、２８  既知信号差動出力取得部、３０  乗算処理部、３２  相関値取得部、３６  シフトレジスタ、３８  乗算処理部、４０  加算処理部、４２  セル、４４  乗算セル、４６，６０  周波数誤差算出部、５２  位相取得部、５４  位相算出セル、５６  平均値取得部。
【図１】
0003668442.tif 000017
【図２】
0003668442.tif 000018
【図３】
0003668442.tif 000019
【図４】
0003668442.tif 000020
【図５】
0003668442.tif 000021