(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号に所定の周期で挿入された所定パターンの同期信号に基いて上記送信信号の受信信号を得る無線受信装置であって、
所定のクロックに基いて相関値を検出するための基準パターン周波数を作成する基準パターン作成手段と、
上記基準パターン周波数から得られた所定のテンプレートと、上記受信信号から得られた所定のサンプルを乗算した中間値を複数加算して複素数相関値を検出する相関値検出手段と、
上記複素数相関値に基いて上記基準パターン周波数の上記同期信号からの誤差を検出する周波数誤差検出手段と、
上記同期信号からの誤差を所定単位当たりの位相誤差に変換し、該位相誤差を蓄積した位相補正量で上記基準パターン周波数を座標変換し、周波数誤差を補正する周波数誤差補正手段とを具えた無線受信装置。
【請求項２】
送信信号に所定の周期で挿入された所定パターンの同期信号に基いて上記送信信号の受信信号を得る無線受信方法であって、
所定のクロックに基いて相関値を検出するための基準パターン周波数を作成するステップと、
上記基準パターン周波数から得られた所定のテンプレートと、上記受信信号から得られた所定のサンプルを乗算した中間値を複数加算して複素数相関値を検出するステップと、
上記複素数相関値に基いて上記基準パターン周波数の上記同期信号からの誤差を検出するステップと、
上記同期信号からの誤差を所定単位当たりの位相誤差に変換し、該位相誤差を蓄積した位相補正量で上記基準パターン周波数を座標変換し、周波数誤差を補正するステップとを含む無線受信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線受信方式（装置と方法）に関し、例えば、符号化された音声信号を送信し受信するデジタル移動電話に用いて好適のものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１つの無線電話機を有するデジタル移動電話では、音声信号を符号化して送受信することにより、時分割多重方式の方法を適用して１つのチャンネルを同時に複数の端末装置と使用できるようになっている。
【０００３】
もっと具体的にいえば、電源を入れたときに、この種の端末装置は、予め設けられた、例えば１２４チャンネルを順次走査し、電磁界の強い順にこれらを並べ換えてからチャンネル内に含まれたＦＣＣＨ（周波数修正チャンネル）を探索し、該ＦＣＣＨを含むチャンネルを制御チャンネルとして認識する。
それから直ぐ、端末装置は、この端末装置が属する地域に割当てられた制御チャンネルを検出し、これを受信している。この制御チャンネルの位置は、１２チャンネルのうち特定チャンネルに固定されていないので、これを探索する必要がある。
【０００４】
こうして探索された制御チャンネルは、タイムスロットを形成して各種の情報を送信するために使用され、デジタル移動電話では、各端末装置が制御チャンネルを受信して基地局に関する情報、隣接する基地局に関する情報、及び基地局から端末装置を呼出すための情報を受取っている。
【０００５】
このように、端末装置は、所定の周期でこの制御チャンネルに挿入された信号より成る周波数修正チャンネル（ＦＣＣＨ）と、この周波数修正チャンネルの信号に基く処理タイミングとを検出して、必要な情報の存在するタイムスロットの概略の位置を検出する。
【０００６】
ここに、周波数修正チャンネル信号は、復調されたときに「０」値をもつデータが所定のビット数の間にわたって続くようなビットパターンが割当てられた同期信号である。デジタル移動電話では、このデータをＧＭＳＫ（Gaussian filtered minimum shift keying）変調して送信している。したがって、周波数修正チャンネル信号は、図１に示す如く、Ｉ信号とＱ信号の複合波として表すことができる。両信号は、９０°の位相差があり、信号レベルが正弦曲線状に変化している。
【０００７】
このようにすると、端末装置で直交検波によって得られるべき受信信号を正確なタイミングでサンプルしたとき得られるＩＱデータは、９０°の位相差でＩ軸及びＱ軸をもつ複素平面上を連続的に回転するものとなる。
【０００８】
ただし、図２に示す如く、周波数修正チャンネル信号を上記のタイミングが遅れた状態で受信すると、受信データは、このタイミングの遅れに対応してＩ軸及びＱ軸から次第に位置がずれてゆく。
【０００９】
もっと詳しくいえば、この種の受信信号はベクトルで表すことができ、該受信信号を１ビット毎にサンプリングして（サンプリングは、約２７０ｋｂｐｓのクロックで行われる。）受信データを得る場合、このサンプリングの基地局に対するタイミングの遅れ（即ち、端末装置のクロックの遅れ）をθｅ（ラジアン）で表し、所定タイミングでサンプリングされた受信データをベクトルＳ0 （α0 ，β0 ）で表し、４サンプルだけ遅れた受信データをベクトルＳ4 （α4 ，β4 ）で表すと、振幅／位相角表示法を用いて次式を得ることができる。
【００１０】
ｒ0 ｅｘｐ（ｊθ0 ）＝α0 ＋ｊβ0     ‥‥‥  （１）
ｒ4 ｅｘｐ（ｊθ4 ）＝α4 ＋ｊβ4     ‥‥‥  （２）
位相誤差は次のように表すことができる。
θe ＝θ4 −θ0                       ‥‥‥  （３）
【００１１】
したがって、（１）及び（２）式より次式を得ることができる。
0003703589.tif 000002
【００１２】
ここで、次の関係がある場合、
θe ＜＜１                            ‥‥‥  （５）
次式を得ることができる。
ｓｉｎθe ＝θe                       ‥‥‥  （６）
【００１３】
（４）式の虚数部を解くと、位相誤差θe を求めることができる。
もっと詳しくいえば、（４）式より次式を得ることができる。
0003703589.tif 000003
【００１４】
よって、端末装置において、受信データに基いて（７）式の計算処理を行うことにより、位相誤差を検出できる。実際の端末装置では、ノイズの影響を消すために平均化処理を行って位相誤差θe を検出している。
【００１５】
もっと具体的にいえば、受信信号の振幅は端末装置では１スロット内で大きく変化しないので、位相誤差θe は、次式の計算処理を行うことによって検出される。
0003703589.tif 000004
【００１６】
この場合、位相誤差θe は、４ビット毎の角度誤差であるので、毎秒次式に定義する角度だけもっと余計にＩＱ平面上を回転することになる。
0003703589.tif 000005
【００１７】
この場合、デジタル移動電話の端末装置におけるビットレートは約２７０．８ｋｂｐｓ（１３Ｍｂｐｓ／４８）であるから、実際の周波数誤差ｆe は次の如く表すことができる。
0003703589.tif 000006
【００１８】
したがって、端末装置は周波数誤差ｆe を検出することができ、実際には図３に示す如き処理動作を実行して、周波数誤差を補正する。
もっと詳しくいえば、端末装置は、予め設定された１２４チャンネルを順次走査してこの端末装置が属する地域に割当てられた制御チャンネル内のＦＣＣＨを受信すると、図３のステップＳＰ１からステップＳＰ２に進み、ＦＣＣＨの受信結果である入力データと所定の基準信号との間の相関値を順次連続して検出する。
【００１９】
この基準信号には周波数修正チャンネル信号と同一の信号が当てがわれるので、端末装置は、相関値の上昇を検出することによって周波数修正チャンネル信号のタイミングを検出する。
したがって、端末装置は、周波数修正チャンネル信号のタイミングを検出すると、周波数修正チャンネルの受信結果である入力データをメモリ回路に記憶する。その記憶は、このタイミングで受信されるＩＱデータを所定のメモリ回路に蓄積することによって行う。次のステップＳＰ３で、このメモリ回路に蓄積されたＩＱデータを用いて（８）式の計算を行う。
【００２０】
このようにして周波数誤差を検出した後、端末装置は、図３のＳＰ４に進んでクロック周波数を修正する。その修正は、周波数誤差の検出結果に基いて、基準信号発生回路（クロック）における発振周波数を修正することによって行う。そして、ステップＳＰ５に進み、処理動作を終了する。
【００２１】
悪い信号受信条件の環境内で、特に自動車のような動く交通機関内で実際に端末装置を使う場合、ノイズやフェージングによって受信信号に波形歪みを生じることがある。しかも、この場合、受信信号自体の搬送周波数がドップラー偏移によってずれることがある。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来の端末装置では、この種の外部妨害により周波数修正チャンネルの周波数を正確に検出することが困難であった。
特に、従来の端末装置でのシミュレーション結果によれば、Ｅｂ／Ｎｏ＝１５ｄＢが周波数誤差検出の限界であり（Ｅｂは１ビット当たりの通信エネルギ、Ｎｏは雑音電力密度、Ｅｂ／Ｎｏは通信媒体の状態を表す一般的数値である。）、ノイズ・レベルが更に増せば、事実上周波数誤差を検出できなくなることが明白であった。
【００２３】
一方、実際の使用状況においては、ノイズ・レベルがこの値よりも増える場合があり、結局、端末装置で周波数修正チャンネルを繰返し受信する必要が生じ、そのため、通話を始めるまでに時間がかかる欠点があった。以上の点に鑑み、本発明は、ノイズ・レベルが高い環境内においても周波数誤差を正確かつ確実に検出しうる無線受信装置を提供しようとするものである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、所定の周期で送信信号に挿入された所定パターンの同期信号（ＦＣＣＨ）に基いて送信信号を受信する無線受信装置において、相関値検出用の基準パターン周波数を上記のクロックに基いて作り、基準パターン周波数から得られた所定のテンプレートと、受信信号から得られた所定のサンプルを乗算した中間値を複数加算して複素数相関値ＣORR を検出し、この複素数相関値ＣORR に基いて同期信号（ＦＣＣＨ）に対する基準パターン作成周波数誤差を検出し、この誤差検出結果に基いて同期信号からの誤差を所定単位当たりの位相誤差に変換し、位相誤差を蓄積した位相補正量で上記基準パターン周波数を座標変換し、周波数誤差を補正する周波数修正を行い、基準パターン作成周波数が同期信号（ＦＣＣＨ）の周波数と一致する場合に得られるべき受信信号を得ることができる。
【００２６】
相関値検出用の基準パターンを上記クロックに基いて作り、基準パターン及び受信信号間の複素数相関値ＣORR を検出すれば、この複素数相関値ＣORR によりノイズの影響を減少させて上記クロックの周波数誤差及び同期信号（ＦＣＣＨ）のタイミングを検出しうる。
よって、検出された周波数誤差に基いてクロック周波数又は信号受信結果の処理計算を修正することにより、周波数を容易に修正しうると共に、基準パターン作成周波数が同期信号（ＦＣＣＨ）の周波数と一致する時に得られるべき受信信号を得ることができる。
【００２７】
上述した本発明によれば、同期信号と基準パターンとの間の相関値の検出結果に基いて周波数誤差を検出できるので、容易かつ確実に周波数誤差を検出しうる無線受信装置を得ることができる。本発明の特質、原理及び有用性は、次の詳細な説明を添付図面と一緒に読めば、もっと明瞭になるであろう。なお、図面において類似部分には類似の符号を付してある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施態様を述べる。
（１）実施態様の一般的構成
図４は、本発明を実施したデジタル移動電話の端末装置を示すブロック図である。図４において、１により全体として示したデジタル移動電話の端末装置は、アンテナ２により基地局から送信された送信信号を受信し、受信した信号をアンテナ共用装置（図示せず）を介して増幅器３に供給する。
【００２９】
増幅器３は、受信した信号を所定の利得で増幅した後、高周波処理（ＲＦ処理）回路４に出力する。高周波処理回路４は、所定の局部発振信号を用い受信した信号に対して周波数変換を行う。したがって、端末装置１は、局部発振信号の周波数を変えることにより所望のチャンネルを選択的に受信することができる。
【００３０】
また、高周波処理回路４は、周波数変換された受信信号を直交検波することにより、受信信号の基準位相と同期したＩ信号を復調すると共に、Ｉ信号と位相が９０°異なるＱ信号を復調し、内蔵されたアナログ・デジタル変換回路でこれらのＩ信号及びＱ信号をデジタル値に変換する。
【００３１】
この構成で、端末装置１は、受信信号の基準位相と同期したＩデータを復調できると共に、Ｉデータと位相が９０°異なるＱデータを復調できるので、ＧＭＳＫ変調して送信されたＩデータ及びＱデータを復調することができる。この例では、ＩＱデータの位相差は９０°であるが、ＧＭＳＫでは９０°に限定されない。
【００３２】
データ処理回路５は、これらのＩデータ及びＱデータを処理するデジタル信号プロセッサより成り、Ｉデータ及びＱデータの波形を等化し、歪みを補正することにより、フェージング及び多重径路の影響を軽減する。
【００３３】
また、データ処理回路５は、これらのＩデータ及びＱデータに基いて周波数修正チャンネルを検出すると共に、その検出結果に応じて周波数誤差を検出する。同時に、上記検出結果に基いてこのデータ処理回路５及び所定の基準信号発生回路などの機能を制御し、それに応じて周波数誤差が補正される。この一連の処理の外に、Ｉデータ及びＱデータを畳み込み（fold in)復号した後、データ処理回路５は、誤り訂正処理をしてその結果符号化されたデータを音声処理回路６又は中央処理ユニット（ＣＰＵ）８に選択的に出力する。
【００３４】
音声処理回路６は、復号されたデータを音声伸長処理したあと音声データを復調し、この音声データを内蔵のデジタル・アナログ変換回路で音声信号に変換する。音声処理回路６はまた、この音声信号でスピーカ７を駆動し、こうして端末装置１は、基地局から通信目的のために出力された音声信号を受信することができる。
【００３５】
一方、中央処理ユニット８は、復号されたデータに応じ基地局から出力された上述の情報を受信し、受信結果に基いて局部発振信号の周波数を変える。これにより、受信周波数が所定の通信チャンネルに移され、端末装置１はこうして、所定通信チャンネルを選択することにより音声信号を受信することがでる。
【００３６】
他方、端末装置１の送信系は、マイクロホン９から出力される音声信号を音声処理回路６で音声データに変換した後、音声圧縮処理を行う。
【００３７】
データ処理回路５は、この音声処理回路６の出力データを畳み込み符号化することによりＩデータ及びＱデータを作成し、また、音声処理回路６の出力データの代わりに、中央処理ユニット８から出力される種々の制御コードを畳み込み符号化することによりＩデータ及びＱデータを作成する。
ＲＦ処理回路４は、Ｉデータ及びＱデータをＧＭＳＫ変調してＩ信号及びＱ信号を作り、これらのＩ信号及びＱ信号を結合して所定周波数の送信信号を作る。
【００３８】
ＲＦ処理回路４はまた、この周波数変換された送信信号をアンテナ２に増幅器１０を介して出力し、こうして、端末装置１で発信者の音声信号又は基地局を呼出す信号を送信することができる。
【００３９】
端末装置１は、データ処理回路５で検出される一定のタイミングの検出結果に基いて送受信のタイミングを切替え、時間分割多重の方法を適用することにより、基地局から複数の端末装置に送信される送信信号内の、自局に割当てられたタイムスロットを選択的に受信し、また、自局に割当てられたタイムスロットを用いて基地局への音声信号を送信する。
【００４０】
したがって、中央処理ユニット（ＣＰＵ）８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）回路１３内に作業領域を得てから、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）回路１１内に記憶された処理プログラムを実行し、必要に応じて制御コードを各回路ブロックに出力することにより動作全体を制御する。例えば、表示キー入力ユニット１２の所定の操作キーを押すと、この操作に対応して呼出し信号が基地局へ出力される。また、基地局から呼出し信号が入力されると、受信チャンネルがシフトされる。
（２）周波数誤差の補正
端末装置１はまず、制御チャンネルを受信すると、該チャンネル内の周波数修正チャンネル信号に基いてフレーム同期を実行し、また、周波数誤差を検出して周波数ずれを補正することにより、所定のバーストに基いて全体の動作を受信データに同期させ、タイムスロットを受信し、所望の情報を受信する。
【００４１】
もっと具体的にいえば、電源を入れるか又は端末装置が属する地域が変わると、中央処理ユニット８は、制御コードをＲＦ処理回路４に出力して制御チャンネルを受信し、それから制御コードをデータ処理回路５に出力して周波数修正チャンネルを検出する。
【００４２】
この構成で、中央処理ユニット８は、周波数修正チャンネルのタイミングを検出した後、このタイミングに基いてデータ処理回路５に内蔵されたタイムベース・カウンタをセットし、動作の全体についてフレーム同期を行う。
データ処理回路５は、テンプレートとなる基準波形と受信信号との間の相関値を計算することにより、相関値の上昇を検出して周波数修正チャンネル信号のタイミングを検出する。
【００４３】
もっと具体的にいえば、データ処理回路５は、次式の関係が存在すると、周波数修正チャンネルが受信されていると判断して、相関値の上昇及び周波数修正チャンネル信号のタイミングを検出する。次式において、相関値検出結果の累乗（Power)をＰCORRとし、受信信号のエネルギをＰREC とし、閾をＴＨとする。
ＰREC −ＰCORR×ＴＨ≦０              ‥‥‥  （１１）
【００４４】
ここで、データ処理回路５において、Ｉデータ及びＱデータの各々についてｉ番目のサンプルを夫々Ｉi 及びＱi （samplei ）で表し、ｉ番目のテンプレート値を複素共役数Ｔii及びＴqi（templatei ）として表し、相関の長さ（相関値検出のためのデータ数）をｎとして、計算用の中間値Ｃi を次のように表す。ここで、Ｔii，Ｔqiの値は−１か＋１である。
0003703589.tif 000007
【００４５】
そして、データ処理回路５は、次式の計算処理を実行し相関値ＣORR を得る。
0003703589.tif 000008
【００４６】
更に詳しくいえば、周波数修正チャンネルを正確に受信した場合に得られるＩＱデータの値に等しくテンプレート値を設定することにより、相関値ＣORR を周波数修正チャンネルのタイミングで上昇させることができる。したがって、周波数修正チャンネルは、複素数で検出される相関値ＣORR の累乗を用い、（１１）式の関係が存在するか否かを判断することによって、容易に検出することができる。
【００４７】
したがって、複素数で検出される相関値ＣORR を、受信信号に共役複素数を乗じて得る場合、受信信号がＩＱ平面に１ビットで表されている場合には、これは、受信信号がこの平面上を反時計方向に９０°だけ回転していることを意味する。
【００４８】
そうすると、周波数誤差が０ならば、このようにして得た相関値ＣORR は、周波数修正チャンネルを受信している間、複素平面上の同じ位置に留まる。もし、周波数誤差が現れると、周波数修正チャンネル受信中、相関値が複素平面上を周波数誤差として回転する。
【００４９】
もっと明確にいうと、この実施態様のように相関値ＣORR を複素数の形で検出すれば、周波数誤差に関する情報を得ることができる。
更に、この相関値ＣORR は（１３）式において中間値Ｃi を積算して平均処理したので、ノイズの影響が減少する。
【００５０】
よって、周波数誤差を相関値ＣORR に基いて検出することができ、この場合、ノイズの影響を減少できることが明らかである。
実際のデジタル移動電話において、ノイズ・レベルが高いために（例えば、Ｅｂ／Ｎｏ＝０ｄＢの場合）周波数誤差をＩＱデータに基いて検出できないとき、周波数修正チャンネルを相関値ＣORR から検出することができる。
【００５１】
そして、この相関値ＣORR に基いて周波数修正チャンネルを検出すれば、周波数誤差を、周波数修正チャンネル・タイミング検出結果を用いて検出できることになり、周波数修正チャンネルの受信及び復調を繰返すというような従来必要とした処理を省略できる。
【００５２】
したがって、受信機の全体の動作が短時間に基地局と同期化され、短時間で通信可能な状態となる。
【００５３】
データ処理回路５は、周波数修正チャンネルの受信期間中、（１３）式から得られる相関値ＣORR を順次下記のように表現する。
ＣORRk＝γk ＋ｊδk                   ‥‥‥  （１４）
データ処理回路５はそれから、次の計算を実行し、平均処理によって得られる相関値ＣORR を更に平均処理し、周波数誤差を検出する。
0003703589.tif 000009
【００５４】
一方、中央処理ユニット８は、図５に示す如き手順で処理を行い、周波数を修正する。
【００５５】
具体的にいうと、中央処理ユニット８は、ステップＳＰ１０からステップＳＰ１１に進み、相関値を検出することにより周波数修正チャンネル（ＦＣＣＨ）を検出して制御コードをデータ処理回路５に出力し、次のステップＳＰ１２で、この相関値から（１５）式の計算を実行して周波数誤差を検出する。
【００５６】
このようにして、中央処理ユニット８は、シンセサイザ（合成回路）より成る所定の基準信号発生回路に制御コードを出力し、次のステップＳＰ１３で、この発生回路の周波数をシフトし（変え）てクロック周波数を修正することにより周波数誤差を補正し、次のステップＳＰ１４で処理動作を完了する。
【００５７】
したがって、周波数誤差を相関値に基いて検出する場合、実際のシミュレーションにおいて、たとえノイズ・レベルと信号レベルが等しいときでも、相関値に基いて周波数誤差を検出できることが確認できる。
【００５８】
（３）本実施態様の効果
以上の構成によれば、複素数の形の相関値を検出することにより周波数修正チャンネルが検出され、更に、この相関値に基いて周波数誤差が検出されるので、ノイズ・レベルが高い場合でも、周波数誤差を検出して周波数ずれを容易かつ確実に補正することができる。
【００５９】
（４）他の実施態様
上述の実施態様は、基準信号発生回路（クロック）の周波数を修正することにより周波数誤差を補正する場合を取扱った。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、クロック周波数の修正をせずにＩＱデータを計算処理することにより周波数誤差を補正することもできる。（この方法は、周波数ずれが小さいときのみ適用可能である。）
【００６０】
具体的にいえば、（１５）式の計算結果を１ビット当たりの位相誤差に変換し、該位相誤差を蓄積することにより、ＩＱデータ毎の位相誤差θenが検出される。θenは１ビット当たりｎ番目の位相補正量で、θen＝θe ×（ｎ−１）と書ける。
したがって、ＩＱデータを夫々ε及びζとすれば、周波数偏差は、次の計算を実行することにより補正できる。
0003703589.tif 000010
【００６１】
また、上述の実施態様は、本発明をデジタル移動電話に適用して周波数誤差を補正する場合を取扱った。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、所定の周期で挿入された同期信号に基いて送信信号を受信する無線装置に広く適用可能なものであり、また、周波数誤差を測定するだけの場合にも適するものである。
【００６２】
以上、本発明の好適な実施態様について述べたが、当業者には、本発明の真の趣旨及び範囲内において種々の変形及び変更をなしうることが明らかであろう。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の効果については、既に〔発明の実施の形態〕の欄において繰返し詳述したので、重複記載を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】周波数修正チャンネルを示す波形図である。
【図２】周波数誤差を示す簡単な線図である。
【図３】従来の周波数修正処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明を実施したデジタル移動電話の端末装置を示すブロック図である。
【図５】本発明による周波数修正処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  無線装置、５  データ処理回路（相関値検出手段、周波数誤差検出手段、周波数誤差補正手段）
【図１】
0003703589.tif 000011
【図２】
0003703589.tif 000012
【図３】
0003703589.tif 000013
【図４】
0003703589.tif 000014
【図５】
0003703589.tif 000015