(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の受信データとの複素相関をとる複素相関演算手段と、前記複素相関演算手段の演算過程において予め設定した異なる相関長での複素相関値を獲得する複素相関値取得手段と、前記獲得した複数の相関値の位相差を算出する位相算出手段と、前記相関長と位相差の関係から周波数オフセット量を推定する周波数オフセット量推定手段とを備えた周波数オフセット量推定装置。
【請求項２】
伝搬路の遅延プロファイルを獲得する遅延プロファイル獲得手段を備え、複数の到来波のタイミング毎に周波数オフセット量を推定し、これらの周波数オフセット量を平均化し、最終的な周波数オフセット量を決定することを特徴とする請求項１記載の周波数オフセット量推定装置。
【請求項３】
伝搬路の遅延プロファイルを獲得する遅延プロファイル獲得手段を備え、複数の到来波のタイミング毎に周波数オフセット量を推定し、これらの周波数オフセット量を到来波レベルに応じた重み付け平均をし、最終的な周波数オフセット量を決定することを特徴とする請求項１記載の周波数オフセット量推定装置。
【請求項４】
周波数オフセット量の推定を複数回行い、複数回の周波数オフセット量推定結果を平均化し、これを最終的な周波数オフセット量とすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の周波数オフセット量推定装置。
【請求項５】
受信データの受信レベルを検出する手段を備え、周波数オフセット量の推定を複数回行い、複数回の周波数オフセット量推定結果を各々の推定時における受信レベルに応じた重み付け平均し、これを最終的な周波数オフセット量とすることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の周波数オフセット量推定装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の周波数オフセット量推定装置と、推定された周波数オフセット量に基づいて周波数オフセットを補正する手段とを備えた移動局無線装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の周波数オフセット量推定装置と、推定された周波数オフセット量に基づいて周波数オフセットを補正する手段とを備えた基地局無線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話、自動車電話、自営デジタル無線通信電話等の無線通信システムで使用可能な周波数オフセット量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線通信システムにおいて受信装置に設けられている周波数オフセット量推定装置は、受信側で繰り返し受信される同一の既知パターンとの複素相関結果と、繰り返し受信される既知パターンの受信時間差により、単位時間当たりの位相差を求めて周波数オフセット量を推定する。以下、従来例として特開平８−１９５７７８号公報に記載された周波数オフセット検出方法について説明する。図７は周期的に送信されるスロット構成のバーストデータを受信するＴＤＭＡ方式の受信機において、周波数オフセット量を推定する状態を示す説明図である。図７の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、周期的な同一スロットにおいて第１のバーストデータｂ１と第２のバーストデータｂ２とを受信し、第１のバーストデータｂ１に含まれる特定の既知パターンより得られる位相と、第２のバーストデータｂ２に含まれる特定の既知パターンにより得られる位相とを比較して、比較して算出した位相差に基づいて周波数オフセット量を推定する。ただし、ここで説明した従来例において、図７の（Ｃ）は同期ビットを既知パターンとして相関をとった結果であり、ｔ１とｔ２の位置において相関値のピークが立ったことをあらわしている。図７の（Ｄ）に示すθ１、θ２はｔ１、ｔ２時の複素相関値をＩＱ平面上であらわしたものである。θ１’はθ１とθ２の初期位相を等しくするようにしたものであるが、周波数オフセットによって図７の（Ｃ）に示すｔ２−ｔ１時間の間に回転する位相が１８０度以内であるならば正しく周波数オフセット量を推定することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の周波数オフセット量推定装置では、繰り返し数やパターン長は通信路状況やビット誤り率等の目標性能にもよるが、ある一定長の繰り返しパターンを挿入しなければならず、予想され得る最大周波数オフセット量により繰り返し距離を設計しなければならなかった。特に遅延広がりの大きなマルチパスフェージング条件下で精度良く周波数オフセット量の推定を行うためには、繰り返しパターンのシンボル長が大きくなり、演算量、および周波数オフセットを推定する検出時間が多大になる。また、ＴＤＭＡ方式による受信装置において既知パターンであるタイミング同期獲得用のＵＷ（ユニークワード）を使用して周波数オフセットを検出する場合、タイミング同期獲得性能を良好にすることと、周波数オフセットを良好に推定できることの両方を満たすパターンを導出しなければならない。さらに、ＴＤＭＡ方式の受信システムにおいて、ＵＷを復号前にフレームを識別する情報として利用する場合、複数のＵＷがお互いに相互相関の少なくなるようなパターンを選定しなければならない。これら三つの条件を満たすためには、互いに性能を譲歩し合わなければならず、総合的に受信性能が劣化する可能性が高い。
【０００４】
本発明は、このような従来の技術における課題を解決するものであり、既知のパターンを一定長挿入されている通信システムにおいて、符号間干渉の生じるマルチパスフェージング条件下でも精度良く、少ない演算量で周波数オフセット量を推定することのできる周波数オフセット量推定装置、良好な周波数オフセット補償を行うことのできる移動局無線装置、基地局無線装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の周波数オフセット量推定装置は、既知の受信データとの複素相関をとる複素相関演算手段と、前記複素相関演算手段の演算過程において予め設定した異なる相関長での複素相関値を獲得する複素相関値取得手段と、前記獲得した複数の相関値の位相差を算出する位相算出手段と、前記相関長と位相差の関係から周波数オフセット量を推定する周波数オフセット量推定手段とを備えたものであり、各々の相関長に対する複素相関値の位相は、初期位相によらず、常に周波数オフセット成分と相関長により一意的に決まるものとなり、既知パターンがいかなるパターンであっても、周波数オフセット量を推定することができる。
【０００６】
また、本発明の周波数オフセット量推定装置は、既知の受信データとの複素相関をとる複素相関演算手段と、前記複素相関演算手段の演算過程において予め設定した異なる相関長での複素相関値を獲得する複素相関値取得手段と、前記獲得した複数の相関値の位相差を算出する位相算出手段と、前記相関長と位相差の関係から周波数オフセット量を推定する周波数オフセット量推定手段と、伝搬路の遅延プロファイルを獲得する遅延プロファイル獲得手段とを備え、複数の到来波のタイミング毎に周波数オフセット量を推定し、これらの周波数オフセット量を平均化することにより、最終的に求まる周波数オフセット量の精度を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明の周波数オフセット量推定装置は、既知の受信データとの複素相関をとる複素相関演算手段と、前記複素相関演算手段の演算過程において予め設定した異なる相関長での複素相関値を獲得する複素相関値取得手段と、前記獲得した複数の相関値の位相差を算出する位相算出手段と、前記相関長と位相差の関係から周波数オフセット量を推定する周波数オフセット量推定手段と、伝搬路の遅延プロファイルを獲得する遅延プロファイル獲得手段とを備え、複数の到来波のタイミング毎に周波数オフセット量を推定し、これらの周波数オフセット量を到来波レベルに応じた重み付け平均をすることにより、最終的に求まる周波数オフセット量の精度を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明の周波数オフセット量推定装置は、上記した周波数オフセット量推定装置により周波数オフセット量の推定を複数回行い、複数回の周波数オフセット量推定結果を平均化し、これを最終的なオフセット量とすることを特徴とするものであり、平均化することにより最終的な周波数オフセット量の推定精度を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の周波数オフセット量推定装置は、受信データの受信レベルを検出する手段と、上記した周波数オフセット量推定装置により周波数オフセット量の推定を複数回行い、複数回の周波数オフセット量推定結果を各々の推定時における受信レベルに応じた重み付け平均し、これを最終的なオフセット量とすることを特徴とするものであり、最終的な周波数オフセット量の推定精度を向上させることができる。
【００１０】
また、本発明の移動局無線装置は、上記した周波数オフセット量推定装置と、推定された周波数オフセット量に基づいて周波数オフセットを補正する手段とを備えたものであり、周波数オフセット推定値に基づいて発振周波数を制御し周波数オフセットを補正するか、または、周波数オフセット推定値に基づいて受信データに位相回転をかけて周波数オフセットを補正することにより、前記周波数オフセット量推定装置により受信データに含まれる既知パターンがいかなるパターンであっても、周波数オフセット量を推定し、前記手段によって周波数オフセットを補正し、良好な受信特性を確保することができる。
【００１１】
また、本発明の基地局無線装置は、上記した周波数オフセット量推定装置と、推定された周波数オフセット量に基づいて周波数オフセットを補正する手段とを備えたものであり、周波数オフセット推定値に基づいて発振周波数を制御し周波数オフセットを補正するか、または、周波数オフセット推定値に基づいて受信データに位相回転をかけて周波数オフセットを補正することにより、前記周波数オフセット量推定装置により受信データに含まれる既知パターンがいかなるパターンであっても、周波数オフセット量を推定し、前記手段によって周波数オフセットを補正し、良好な受信特性を確保することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における周波数オフセット量推定装置を備えた移動局無線装置または基地局無線装置の送信部の構成を示している。図１において、アンテナ１０１から受信された受信信号は、ミキサ部１０２に入力され、ダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号は直交復調器１０３に入力され、直交復調された信号が出力される。この信号はＡＤ変換部１０４に入力され、アナログ信号からサンプリングされたデジタル信号へ変換される。この信号はタイミング同期部１０５に入力され、既知シンボルの到来タイミング時における信号が出力される。この信号は周波数オフセット量推定装置１０６に入力され、周波数オフセット量が推定される。この周波数オフセット推定量は発信周波数変換部１０７に入力され、周波数オフセットを補正するために発振器１０８の発振周波数を変換するか、または、この周波数オフセット推定量は位相回転部１０９に入力され、ＡＤ変換部１０４の出力信号に周波数オフセットを補正するための位相回転をかける。
【００１４】
図２は上記した周波数オフセット量推定装置１０６の構成を示しており、既知の受信データとの複素相関をとる複素相関演算手段２０１と、複素相関演算手段２０１の演算過程において予め設定した異なる相関長での複素相関値を獲得する複素相関値取得手段２０２と、獲得した複数の相関値の位相差を算出する位相算出手段２０３と、相関長と位相差の関係から周波数オフセット量を推定する周波数オフセット量推定手段２０４とを備える。
【００１５】
次に、この周波数オフセット量推定装置１０６における周波数オフセットを推定する方法について図３を参照して説明する。図３の（Ｂ）に示すＶｎは、受信データの既知パターンを含む部分と図３の（Ａ）に示す既知パターンの先頭から相関長Ｎまで複素相関演算した結果の複素相関値である。図３の（Ｂ）に示すＶｍは、受信データの既知パターンを含む部分と図３の（Ａ）に示す既知パターンの先頭から相関長Ｍまで複素相関演算した結果の複素相関値である。つまり複素相関値Ｖｎは、複素相関値Ｖｍを計算する際の途中結果である。複素相関演算は、複素共役積を相関長分累積加算することであるが、各サンプル点における複素共役積の位相は周波数オフセット、ノイズおよびマルチパスによる干渉により決まる。しかし、一定相関長分累積加算することによって、ノイズおよびマルチパス干渉による位相への影響が平均化され、周波数オフセットによる位相への影響のみが残る。また、相関長の異なる時点において比較した複素相関値の位相差は相関長の差により、周波数オフセット量に対して一意的に位相差が決まる。逆に言うと、相関長の差と各々の複素相関値の位相差によって単位時間あたりの周波数オフセット量を推定することができる。
【００１６】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２における周波数オフセット量推定装置は、図４に示すように、図２の構成に伝搬路の遅延プロファイルを獲得する遅延プロファイル獲得手段２０５を追加したものであり、伝搬路の遅延プロファイルに基づいて、周波数オフセット量の推定精度を向上させることを意図したものである。
【００１７】
以下、本実施の形態２の動作について説明する。図５は遅延プロファイル推定手段２０５に既知パターンとの相関を利用した例であり、横軸は時間、縦軸は相関値を示す。相関値Ｓ１および相関値Ｓ２は他の時間の相関値と比較して大きいため、その時点の受信データに含まれる既知パターンの成分が比較的多大であったことを示す。従って、図５に示すＳ１およびＳ２の時点に到来波があると推定することができる。このようにマルチパス環境においては既知パターンの成分が分散される。実施の形態２では、マルチパスにより分散された既知パターン成分を積極的に吸収するための手段を備え、実施の形態１で説明した周波数オフセット量推定手段２０４により求められた周波数オフセット推定量を平均化もしくは重み付け平均をする。
【００１８】
このように、本実施の形態２では、図５に示す相関値Ｓ１および相関値Ｓ２の時点において各々の時点での実施の形態１で説明した周波数オフセット量推定手段２０４により周波数オフセット量を推定し、その周波数オフセット推定量を平均化することにより、最終的な周波数オフセット量を推定する。また、図５に示す相関値Ｓ１および相関値Ｓ２の時点において各々の時点での実施の形態１で説明した周波数オフセット量推定手段２０４により周波数オフセット量を推定し、その周波数オフセット推定量を相関値Ｓ１および相関値Ｓ２の大きさに比例した加算をすることにより、最終的な周波数オフセット量を推定する。
【００１９】
（実施の形態３）
次に図６を用いて本発明の実施の形態３について説明する。図６は受信データに既知パターンが複数含まれていることを示す。本実施の形態３は、実施の形態１および２で説明した手段により求まる周波数オフセット推定量を使用する。図６に示す受信データに既知パターンにより、周波数オフセット推定量を求め、その周波数オフセット推定量を保持する。図６に示す受信データには既知パターンが複数含まれているため各々に対して周波数オフセット推定量を求め、その周波数オフセット推定量を保持する。次に、各々の既知パターン到来時点で求めた周波数オフセット推定量を平均化することにより、最終的な周波数オフセット量を推定する。また、各々の既知パターン受信時における受信レベルを検出する手段を備え、各々の既知パターン到来時点で求めた周波数オフセット推定量に対して受信レベルに比例した重み付け平均をすることにより、最終的な周波数オフセット量を推定する。
【００２０】
このように、上記各実施の形態によれば、既知パターンの含まれる受信データと予め用意された既知パターンとの複素相関演算を行い、その演算過程において予め設定しておいた異なる相関長での複素相関値を複数算出し、相関長に対する複素相関値から各々の相関長の差によって単位時間あたりの位相差を求めることにより、周波数オフセット量を推定するので、既知パターンに繰り返しパターンを含ませる必要がなく、また、最大周波数オフセット量の許容推定範囲に対しては、各々の相関長に対する複素相関値の位相差が１８０度を超えないように相関長の差を設定することにより対応することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の周波数オフセット量推定装置によれば、一定長の既知パターンが受信データに含まれているだけで、複素相関演算の演算過程における相関長の違う時点での複素相関値の位相差から周波数オフセット量推定できるため、既知パターンがいかなるパターンであっても、周波数オフセット量を推定することができるという効果を有する。また、その周波数オフセット推定量は、受信データに含まれる既知パターン成分のレベルおよび既知パターン受信時の受信レベルに応じて平均化および重み付けを行うことができるため、それら行うことにより周波数オフセット量の推定精度を向上させることができるという効果を有する。
【００２２】
また、本発明によれば、周波数オフセットによる性能劣化の問題を解決するための既知パターンの制約が少なくなり、システム構築の拘束条件が緩和されることから、無線通信システムの設計がしやすくなる。例えば、タイミング同期獲得に使用する既知パターンをそのままのパターンを使用して周波数オフセット量を推定することができるため、受信データに含まれる既知パターンの割合を削減することができる。既知パターンは自由度が少ないため情報としての価値が薄い、ゆえに、受信データに含まれる既知パターンの割合を削減することができることにより、システム構築を容易に行うことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における移動局無線装置または基地局無線装置の送信部の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における周波数オフセット量推定装置のブロック図
【図３】本発明の実施の形態１における周波数オフセット量推定方法の説明図
【図４】本発明の実施の形態２における周波数オフセット量推定装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態２における遅延プロファイルを既知パターンの相関結果で推定した状態図
【図６】本発明の実施の形態３における受信データに複数の既知パターンが含まれている状態図
【図７】従来例における周波数オフセット量推定方法の説明図
【符号の説明】
１０１              受信アンテナ
１０２              ミキサ部
１０３                直交復調部
１０４                ＡＤ変換部
１０５                タイミング同期部
１０６                周波数オフセット量推定装置
１０７                発振周波数変換部
１０８                発振器
１０９                位相回転部
２０１        複素相関演算手段
２０２        複素相関値獲得手段
２０３        位相算出手段
２０４        周波数オフセット量推定手段
２０５        遅延プロフィル獲得手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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