(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機キャリア周波数で変調され無線送信された所定のデジタル同期コードを含む送信信号を受信し、該同期コードを検出することにより、前記送信信号との同期をとる受信機であって：
局部発振器；
該局部発振器からの受信機局部周波数に基づいて、受信した前記送信信号をキャリア周波数からベースバンドへと復調する復調器；
復調されたアナログ信号をデジタル化してデジタル信号を出力するアナログデジタル変換器；
前記送信機キャリア周波数と前記受信機局部周波数との誤差を補償できるような補償回転複素係数を前記デジタル信号に乗算して第１乗算出力とし、かつ前記補償回転複素係数の共役複素数を前記デジタル信号に乗算して第２乗算出力とする、複素乗算器；
少なくとも前記第１乗算出力と前記第２乗算出力とを加算して、和を出力する加算器；
前記加算器から出力された和を入力し、前記和に基づいて、少なくとも前記第１乗算出力及び前記第２乗算出力のうちの一つに対応する相関ピークから同期を検出する相関器；
を備える受信機。
【請求項２】
請求項１に記載された受信機であって：
前記加算器が、前記第１乗算出力と前記第２乗算出力と前記デジタル信号とを加算する；
ことを特徴とする受信機。
【請求項３】
送信機キャリア周波数で変調され無線送信された所定のデジタル同期コードを含む送信信号を受信し、該同期コードを検出することにより、前記送信信号との同期をとる受信機であって：
局部発振器；
該局部発振器からの受信機局部周波数に基づいて、受信した前記送信信号をキャリア周波数からベースバンドへと復調する復調器；
復調されたアナログ信号をデジタル化してデジタル信号を出力するアナログデジタル変換器；
前記送信機キャリア周波数及び前記受信機局部周波数の間の誤差を補償できるような補償回転複素係数とその共役複素数と１とを加算して得た実数値補償係数を前記デジタル信号に乗算して乗算出力を出力する乗算器；
前記乗算器からの乗算出力を入力し、該乗算出力に基づいて、前記デジタル信号、前記デジタル信号と前記補償回転複素係数との積、及び前記デジタル信号と前記補償回転複素係数の共役複素数との積のうちの一つに対応する相関ピークから同期を検出する相関器；
を備える受信機。
【請求項４】
送信機キャリア周波数で変調され無線送信された所定のデジタル同期コードを含む送信信号を受信し、該同期コードを検出することにより、前記送信信号との同期をとる受信機において、前記送信機キャリア周波数と受信機局部周波数との誤差を補償する方法であって：
局部発振器からの前記受信機局部周波数に基づき、受信した前記送信信号をキャリア周波数からベースバンドへと復調する段階；
復調されたアナログ信号をデジタル化してデジタル信号を出力する段階；
前記送信機キャリア周波数と前記受信機局部周波数との誤差を補償できるような補償回転複素係数を前記デジタル信号に乗算して第１乗算出力とし、かつ前記補償回転複素係数の共役複素数を前記デジタル信号に乗算して第２乗算出力とする段階；
少なくとも前記第１乗算出力と前記第２乗算出力とを加算して、相関器に和を出力する加算段階；
前記和に基づいて、少なくとも前記第１乗算出力及び前記第２乗算出力のうちの一つに対応する相関ピークから同期を検出する段階；
を含む方法。
【請求項５】
請求項４に記載された方法であって：
前記加算段階が、前記第１乗算出力と前記第２乗算出力と前記デジタル信号とを加算する段階である；
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
送信機キャリア周波数で変調され無線送信された所定のデジタル同期コードを含む送信信号を受信し、該同期コードを検出することにより、前記送信信号との同期をとる受信機において、前記送信機キャリア周波数と受信機局部周波数との誤差を補償する方法であって：
局部発振器からの前記受信機局部周波数に基づき、受信した前記送信信号をキャリア周波数からベースバンドへと復調する段階；
復調されたアナログ信号をデジタル化してデジタル信号を出力する段階；
前記送信機キャリア周波数及び前記受信機局部周波数の間の誤差を補償できるような補償回転複素係数とその共役複素数と１とを加算して得た実数値補償係数を前記デジタル信号に乗算して積を相関器に出力する段階；
前記積に基づいて、前記デジタル信号、前記補償回転複素係数と前記デジタル信号との積、及び前記補償回転複素係数の共役複素数と前記デジタル信号の積のうちの一つに対応する相関ピークから同期を検出する段階；
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数誤差を補償する受信機および方法に関し、特に所定のデジタル同期コードを検出することにより送信信号との同期をとる際に周波数誤差を補償する受信機および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばCDMA等のスペクトラム拡散方式を用いた無線通信において、基地局である送信機と移動機である受信機との間に、シンボル境界の同期が必要となる。このため、送信機から所定の同期コードである拡散符号 [A0 〜 AN-1] をデータ送信前に送信する。一方、受信機は相関器を備え、受信信号に含まれる同期コードと受信機内に準備してある拡散符号との相関をとることにより同期を検出することができる。
【０００３】
図１は、受信機内で同期検出を行う従来の相関器１０の構成例を示す図である。受信機のアンテナから受信され、直交復調器で復調されアナログデジタル変換された信号が、入力端子１へ入力される。一般に、スペクトラム拡散用受信機では、受信信号の同相成分と直交成分を各々サンプリングし、同相成分I を実部、直交成分Q を虚部とする複素信号 I + jQ として信号を扱う。図１の入力端子１へは、このような複素信号が入力されるものとする。
【０００４】
入力端子１へ入力された受信信号には、所定の同期コードである拡散符号 [A0〜 AN-1] が含まれている。受信信号は、各々１チップ期間 T の遅延を有する遅延素子を経て、図示のように各乗算器へ入力される。各乗算器では、逆拡散符号であるタップ係数 [C0 〜 CN-1] が受信信号に乗算される。ここで、逆拡散符号Cnは An の共役複素数であり、Cn = An* ( n = 0, 1, …, N-1) で表される。
【０００５】
各乗算器の出力は、加算された後、電力測定部２へ入力される。電力測定部２は、複素電力 (I2 + Q2)を計算し、出力端子３から測定した相関電力値を出力する。
【０００６】
上述のとおり、送信機における拡散符号がAn = [A0〜AN-1]であり、相関器１０における逆拡散符号Cn = [C0〜CN-1]が An の複素共役になっているので、送信信号のシンボル境界において、強い相関が得られる。
【０００７】
図２のグラフは、N = 31としたときの出力端子３の理想状態における出力例であり、縦軸は出力端子３の出力、横軸はサンプル時刻である。送信シンボル境界であるサンプル時刻 = 0 のところに強いピークが現れている。このようにして、相関電力値のピークを検出することにより、シンボル境界の同期を検出することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
現実的には、送信機のキャリア（搬送波）周波数ωc と受信機の直交復調器内の局部発振周波数との間に誤差（キャリヤオフセット）が存在し、前述の相関器の同期性能が著しく劣化する。キャリヤオフセットが存在する場合、受信信号は復調器内において複素平面上での位相回転を受ける。例えば、キャリヤオフセットの各周波数値をΔω、拡散符号をAn、逆拡散符号をAn*とすると、相関値（図１の電力測定部２の出力）のピークS0は、
【０００９】
【数１】
0004820957.tif 000002
となる。ただし、aは、拡散符号および逆拡散符号の振幅とする。S0の大きさは、Δωが0から離れるにつれ小さくなり、±2π/NT(rad/sec)となったとき、ついにS0 = 0となる。これは、指数関数 exp(jθ)を１周期分積分すれば０となることからも分かる。
【００１０】
図２のグラフは、N=31とし、キャリヤオフセットΔωを2π/NT(rad/sec)としたときの、出力端子３の出力例である。このキャリヤオフセット2π/NTは、１シンボル期間(31チップ期間)に、位相が2π回転するような大きなキャリヤオフセットである。従って、図３に示すように、最悪の場合（Δω = ±2π/NT(rad/sec)のとき）、相関電力値は0となり、シンボル境界を検出することが不可能となる。しかしキャリヤオフセットΔωを小さくできるような高精度発振器は高価である。
【００１１】
この問題を解決するために、従来の同期検出器として、図４のように構成されているものがあった。図４において、アンテナ１４から受信された送信信号は、直交復調器１５によりベースバンドへと復調される。復調された同相・直交相信号がそれぞれA/D変換器２８，３０によりアナログ・デジタル変換されて、I 信号、Q 信号として相関器へと供給される。直交復調器１５は、局部発振器２０からの周波数に基づいて復調動作をするが、局部発振器２０の局部発振周波数が送信機のキャリア周波数からΔωだけずれていると、上述のような問題点が生ずる。受信信号を直交復調器内において一定の周波数 -ωkで回転させて相関器１０へ入力するという試みがある。そうするために、局部発振器２０の発振周波数（ωc + Δω）を-ωkだけずらす。通常、同期を確立する以前に、同期検出器ではキャリヤオフセット量Δωを知り得ないため、ずらす量としては、例えば-ωk、０，+ωkの３種類を試行し、これらについて受信信号と拡散符号との相関をとる。もしΔω = ωk となれば、そのとき相関器１０から大きな出力が得られ、同期を確立することができる。
【００１２】
しかしながら、従来の同期検出器では、例えば-ωk、０，+ωkの３種類を試行しなければならず、同期確立までに長時間を要していた。キャリヤ周波数が高くかつ伝送帯域幅が狭い場合、キャリヤオフセットが伝送帯域幅に対し相対的に大きくなり、特に問題となっていた。
【００１３】
そこで、本発明は、キャリヤオフセットが存在する場合でも高速に同期検出が可能でありかつ安価な受信機を提供することを目的とする。
【００１４】
【実施例】
以下に本発明の実施例について図面を参照して説明する。図５において相関器に直交復調信号を供給する様子が示されている。送信される信号は、所定の同期コードを含むデジタル変調無線通信信号ならどのようなものでも良く、例えばQPSK, BPSK, QAMなどがある。アンテナ１４から受信された送信信号は、直交復調器１５によりベースバンドへと復調される。復調された同相・直交相信号がそれぞれA/D変換器２８，３０によりアナログ・デジタル変換されて、I 信号、Q 信号として出力される。直交復調器１５は、局部発振器４０からの周波数に基づいて復調動作をするが、局部発振器４０の局部発振周波数が送信機のキャリア周波数からΔωだけずれていると、やはり上述のような問題点が生ずる。
【００１５】
本実施例においては、局部発振器４０の発信周波数をずらすということをしない。A/D変換器２８，３０から出力された複素信号 I + jQに対して相関器１０に入力する前に、ある乗算を施してオフセット補償をする。
【００１６】
複素信号 I + jQは、例えば３つに分けられ、それぞれ異なる複数の角周波数で回転され、その和が相関器１０へと入力される。例えば、複数の異なる周波数として -ωk、0、+ωk を考える。図５に示すように、乗算器４４において複素信号 I + jQに対して exp(-jwkTn) が乗算される。乗算器４６において複素信号 I + jQに対して exp(+jwkTn) が乗算される。加算器４２が、上記の２つの乗算結果出力と複素信号 I + jQそのままとを加算して、加算出力を相関器１０に入力する。相関器１０の構成は、従来の技術と同様で良い。複素信号 I + jQをRn、相関器１０への入力信号をWnとすると、Wn は次式で表される。
【００１７】
【数２】
Wn = Rn x exp(-jwkTn) + Rn + Rn x exp(+jwkTn)       (n = 0, 1, …, N-1)
もし正の方向にキャリヤオフセットΔωが存在しΔωがωkに近い場合、第１項（乗算器４４からの出力）が相関値に対し寄与する。もし負の方向にキャリヤオフセット -Δωが存在しΔωがωkに近い場合、第３項（乗算器４６からの出力）が相関値に対し寄与する。キャリヤオフセットΔωが０に近い場合には第２項（スルー）の信号が相関値に対し寄与することになる。他の２つの出力はノイズとなってしまうが、１つの出力から得られたピークから同期を検出することができる。
【００１８】
図７および図８に、ωk =π/NT(rad/sec)としたときの、相関電力値の計算例を示す。図７は、キャリヤオフセットが存在しない（Δω= 0）場合、図８はΔω = +2π/NT(rad/sec)のキャリヤオフセットが加わった場合の例である。図８より、図３の例では生じなかった相関電力値のピークが現れていることが分かる。また、図７より、図２の例と同様に、キャリヤオフセットが存在しない場合でも、相関電力値のピークが発生することが分かる。
【００１９】
さらに、本発明の補償乗算器は、図６のように単一の構成することもできる。この実施例では、複素信号 I + jQを回転させる操作として、複素信号 I + jQに 1 + 2cosωktを乗算すれば良い。2cosωkt は、exp(-jwkt) + exp(+jwkt)に等価であるからである。この実施例では、「複素数×複素数」ではなく、「複素数×実数」の演算で済むため、処理量を減らすことができ、かつ回路も簡略化できる。
【００２０】
【実施例の効果】
本発明の実施例は、上述のとおり、受信複素信号 I + jQを複数の異なる角周波数で回転させ、それらの和を相関器へ入力するように構成したので、キャリヤオフセットが存在する場合でも、短時間低コストでの同期確立を可能になる。従って、本発明を携帯無線電話通信に応用した場合には、電源投入時から短時間で使用可能となる無線端末(携帯電話等)を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】受信機内で同期検出を行う従来の相関器の構成例を示す図である。
【図２】出力端子３の理想状態における相関出力値を示したグラフであり、ピークを表している。
【図３】出力端子３の最悪の場合の相関出力値を示したグラフであり、シンボル境界の検出不可能を表している。
【図４】従来の同期検出器としての受信機構成を示す。
【図５】本発明の実施例である同期検出器としての受信機構成を示す。
【図６】本発明の他の実施例である補償乗算器を含む受信機構成を示す。
【図７】キャリヤオフセットが存在しない（Δω= 0）場合における、本発明の実施例により得られる相関電力値の計算例を示す。
【図８】キャリアオフセットがΔω = +2π/NT(rad/sec)の場合における、本発明の実施例により得られる相関電力値の計算例を示す。
【符号の説明】
４０      局部発振器
１５，    直交復調器
２８，３０      アナログ・デジタル変換器
４４，４６，４８      乗算器
４２      加算器
１０      相関器
【図１】
0004820957.tif 000003
【図２】
0004820957.tif 000004
【図３】
0004820957.tif 000005
【図４】
0004820957.tif 000006
【図５】
0004820957.tif 000007
【図６】
0004820957.tif 000008
【図７】
0004820957.tif 000009
【図８】
0004820957.tif 000010