(57)【要約】 【課題】  受信波の周波数偏移を送信時に小さくすること。【解決手段】  通信相手となる通信装置からの受信波を受信する復調回路と、前記受信波の周波数偏移を検出する位相回転抽出回路３８と、送信波の周波数を、前記受信波の周波数偏移に基づいて偏移させる複素乗算回路１４と、前記偏移手段により偏移された前記送信波を前記通信相手となる通信装置に対し送信する変調回路と、を含むことを特徴とする通信装置。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信相手となる通信装置からの受信波を受信する受信手段と、
前記受信波の周波数偏移を検出する検出手段と、
送信波の周波数を、前記受信波の周波数偏移に基づいて偏移させる偏移手段と、
前記偏移手段により偏移された前記送信波を前記通信相手となる通信装置に対し送信する送信手段と、
を含むことを特徴とする通信装置。
【請求項２】
請求項１に記載の通信装置において、
前記偏移手段は、前記受信波の周波数偏移の偏移量に応じて偏移させることにより、前記送信波の周波数を偏移させる、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項３】
請求項２に記載の通信装置において、
前記偏移手段は、前記受信波の周波数偏移の偏移量と等しい偏移量を逆に偏移させることにより、前記送信波の周波数を偏移させる、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の通信装置において、
前記検出手段は、前記受信波の位相回転を検出することにより周波数偏移を検出し、
前記偏移手段は、前記受信波の位相回転の回転量に応じて前記送信波の周波数を偏移させる、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項５】
請求項４に記載の通信装置において、
前記偏移手段は、前記受信波の位相回転の回転量の複素共役を前記送信波に複素乗算することにより、前記送信波の周波数を偏移させる、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項６】
通信相手となる通信装置からの受信波を受信するステップと、
前記受信波の周波数偏移を検出するステップと、
送信波の周波数を、前記受信波の周波数偏移に基づいて偏移させるステップと、
前記偏移手段により偏移された前記送信波を前記通信相手となる通信装置に対し送信するステップと、
を含むことを特徴とする周波数偏移低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信装置及び周波数偏移低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線を使用する通信システムにおいては、通信装置が移動することによるドップラー効果の影響を受けて受信波の周波数偏移が生じる場合がある。そして、周波数偏移が生ずることにより復調時の誤り率が増加する場合がある。
【０００３】
そこで、例えば変復調に位相変調を用いる米国電気通信工業会のＩＳ−９５規格（Interim Standard-95）においては、例えばパイロット信号の１スロットの平均位相回転量を、位相回転量として抽出する。そして、受信波に該位相回転量の複素共役を複素乗算することにより、受信波の上記周波数偏移を打ち消し、該受信波の復調時の誤り率の低減を図っている。
【０００４】
なお、特許文献１には、ディジタル移動体通信におけるデータ伝送路での誤り率を推定する方法に関する発明が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１０２７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の方式では、位相回転量は１スロットあたりの平均位相回転量であり、１スロット送信する間にドップラー効果の影響が変化するような場合には、受信波の周波数偏移を打ち消す際に誤差が大きくなる。また、受信側において１シンボルごとに最尤判定を行うとしても、ドップラー効果の影響を軽減するのが困難となる場合がある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、受信波の周波数偏移を送信時に小さくすることを可能にする通信装置及び周波数偏移低減方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係る通信装置は、通信相手となる通信装置からの受信波を受信する受信手段と、前記受信波の周波数偏移を検出する検出手段と、送信波の周波数を、前記受信波の周波数偏移に基づいて偏移させる偏移手段と、前記偏移手段により偏移された前記送信波を前記通信相手となる通信装置に対し送信する送信手段と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
このようにすることにより、受信波の周波数偏移を送信時に小さくすることが可能になる。
【０００９】
また、上記通信装置において、前記偏移手段は、前記受信波の周波数偏移の偏移量に応じて偏移させることにより、前記送信波の周波数を偏移させる、こととしてもよい。このようにすれば、当該通信装置の受信波の周波数偏移に応じて、送信波の周波数を偏移させることができるようになる。
【００１０】
また、上記通信装置において、前記偏移手段は、前記受信波の周波数偏移の偏移量と等しい偏移量を逆に偏移させることにより、前記送信波の周波数を偏移させる、こととしてもよい。
【００１１】
また、上記通信装置において、前記検出手段は、前記受信波の位相回転を検出することにより周波数偏移を検出し、前記偏移手段は、前記受信波の位相回転の回転量に応じて前記送信波の周波数を偏移させる、こととしてもよい。このようにすれば、位相変調方式において、当該通信装置の受信波の位相回転に応じて、送信波の周波数を偏移させることができるようになる。
【００１２】
また、上記通信装置において、前記偏移手段は、前記受信波の位相回転の回転量の複素共役を前記送信波に複素乗算することにより、前記送信波の周波数を偏移させる、こととしてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る周波数偏移低減方法は、通信相手となる通信装置からの受信波を受信するステップと、前記受信波の周波数偏移を検出するステップと、送信波の周波数を、前記受信波の周波数偏移に基づいて偏移させるステップと、前記偏移手段により偏移された前記送信波を前記通信相手となる通信装置に対し送信するステップと、を含むことを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施の形態に係る移動体通信システム４は、図１に示すように、移動局装置１、基地局装置２及び通信ネットワーク３と、を含んで構成されている。そして、基地局装置２と、移動局装置１とは、無線による通信を行う。
【００１６】
移動局装置１は、図２に示すように、制御部１１１と、通信部１１２と、記憶部１１３とを含んで構成されている。制御部１１１は、移動局装置１の各部を制御し、通話やデータ通信に関わる処理を実行している。通信部１１２は、空中線を備え、制御部１１１から入力される指示に従って、音声信号や通信用パケット等を変調して空中線を介して出力したり、空中線に到来する音声信号や通信用パケット等を受信して復調し、制御部１１１に出力したり、といった処理を行う。記憶部１１３は、制御部１１１のワークメモリとして動作する。また、この記憶部１１３は、制御部１１１によって行われる各種処理に関わるプログラムやパラメータを保持している。
【００１７】
次に、基地局装置２は、図３に示すように、制御部１２１と、ネットワークインターフェイス部１２２と、無線通信部１２３と、記憶部１２４とを含んで構成されている。制御部１２１は、基地局装置２の各部を制御し、通話やデータ通信に関わる処理を実行している。ネットワークインターフェイス部１２２は、通信ネットワーク３と接続されており、通信ネットワーク３からの音声信号や通信用パケット等を受信して制御部１２１に出力したり、制御部１２１の指示に従って音声信号や通信用パケット等を通信ネットワーク３に対して送信したりする。無線通信部１２３は、空中線を備え、少なくとも１の移動局装置１からの音声信号や通信用パケット等をそれぞれ受信して復調し、制御部１２１に出力したり、制御部１２１から入力される指示に従って、制御部１２１から入力される音声信号や通信用パケット等を変調して空中線を介して出力したり、といった処理を行う。記憶部１２４は、制御部１２１のワークメモリとして動作する。また、この記憶部１２４は、制御部１２１によって行われる各種処理に関わるプログラムやパラメータを保持している。
【００１８】
無線通信部１２３の具体的な構成を、簡単のため移動体通信システム４で使用される変復調方式がＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying，四相位相偏移変調方式）である場合を例に取り、以下に説明する。なお、通信部１１２における構成も同様である。
【００１９】
図４は、無線通信部１２３の具体的な構成を示す図である。変調側には、符号化回路１０、変調回路１２、複素乗算回路１４、直交変調回路１６、乗算器１８、増幅回路２０、アンテナ共用器（デュプレクサ）２２及びアンテナ２４が、この順に接続される。また、復調側には、アンテナ２４、アンテナ共用器２２、増幅回路２６、乗算器２８、直交復調回路３０、複素乗算回路３２、復調回路３４、復号化回路３６が、この順に接続される。さらに、直交復調回路３０と複素乗算回路３２の間に、位相回転抽出回路３８、同期捕捉回路（サーチャ）４０が設けられる。位相回転抽出回路３８は複素乗算回路３２に接続されるとともに、周波数偏移算出回路４２が接続され、該周波数偏移算出回路４２には数値制御発信器（ＮＣＯ，Numerically Controlled Oscillator）４４が接続され、該数値制御発信器４４は複素乗算器１４に接続される。
【００２０】
次に、上記各回路等における処理について、説明する。
【００２１】
まず、変調側の動作について説明する。符号化回路１０は、制御部１２１からパイロット信号やユーザデータ等のデータを入力される。そして、該データを情報符号であるビット列に変換する。そして、該情報符号を変調回路１２に出力する。
【００２２】
変調回路１２は、入力された情報符号を多値位相変調により変調する。具体的には、該情報符号を２ビットずつ一度に読み込み、ビットの継続時間を倍に引き延ばす。そして、該２ビットの情報を式（１）に示すシンボルＳ１として、以下の式（２）で表される信号波Ｖ１にＩ（In-phase）／Ｑ（Quadrature phase）多重することにより変調する。ここで、ｊは虚数、ｆは位相を表し、該ｆがπ／４，３π／４，５π／４，７π／４の数値を取ることにより、２ビットの情報を表現している。また、ｗは信号波Ｖ１の角速度であり、ｔは時間である。
【００２３】
【数１】
2005295282.tif 000003
【００２４】
【数２】
2005295282.tif 000004
【００２５】
そして、該信号波Ｖ１を複素乗算回路１４に入力する。複素乗算回路１４における処理は、後に説明する。ここでは、複素乗算回路１４は何らの処理を行うことなく、そのまま信号Ｖ１を直交変調回路１６に出力する。
【００２６】
直交変調回路１６は、該信号Ｖ１を、以下の式（３）で表される信号波Ｖ２に位相合成することにより変調する。
【００２７】
【数３】
2005295282.tif 000005
【００２８】
そして、該信号波Ｖ２を出力し、乗算器１８において該信号波Ｖ２の周波数を実際にアンテナ２４から送信する電磁波の周波数に変換し、増幅回路２０で増幅され、アンテナ共用器２２を介して、アンテナ２４から送信される。
【００２９】
次に、復調側の動作について説明する。アンテナ２４で受信される信号波は、アンテナ共用器２２で送信波と分離され、増幅回路２６で増幅される。そして、乗算器２８で受信波の周波数を復調回路で用いる周波数に変換して直交復調回路３０に出力する。ここで出力される信号波Ｖ３は次の式（４）で表される。
【００３０】
【数４】
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【００３１】
ここで、ｄは無線伝送路で受けたドップラー効果により、周波数が偏移したことにより生じた周波数偏移量である。そして、直交復調回路３０は、該信号波Ｖ３から以下の式（５）で表されるシンボルＳ２を取得する。
【００３２】
【数５】
2005295282.tif 000007
【００３３】
なお、式（５）においては、直交復調回路３０に含まれるローパスフィルタにより、高調波成分を除去している。そして、直交復調回路３０は、後述する処理を行う複素乗算回路３２を通して、該シンボルＳ２を復調回路３４に入力する。そして、復調回路３４は、同期捕捉回路４０により入力される同期タイミングに同期して、該シンボルＳ２をビット列とし、復号化回路３６に出力する。そして、復号化回路３６は、該ビット列を制御部２１に対し、ユーザデータ等のデータとして出力する。
【００３４】
ここで、式（１）と式（５）を比較すると、位相を表すｆがｄｔだけずれてしまっていることが分かる。これは、上述のようにドップラー効果の影響である。そこで従来、位相回転抽出回路３８において位相回転を抽出し、該回転量をシンボルＳ２に複素乗算することにより、ドップラー効果を打ち消している。ここで、位相回転抽出回路３８の動作を以下に説明する。
【００３５】
位相回転抽出回路３８は、最尤判定により受信シンボルＳ２の位相回転を抽出する。つまり、ｄｔだけ位相回転していることを検出するために、受信シンボルＳ２がＩ（In-phase）−Ｑ（Quadrature phase）平面上で最も近い信号点が、位相回転がない場合のシンボルの位置であるとして、位相回転がない場合のシンボルの位置と、受信シンボルＳ２の位相回転を比較することにより、位相回転量ｑを抽出する。そして、該位相回転量ｑはシンボルＳ２の場合には以下の式（６）で表される。
【００３６】
【数６】
2005295282.tif 000008
【００３７】
このｑの複素共役を、複素乗算回路３２において信号波Ｖ３に乗算することにより、元のシンボルＳ１を得ることができる。
【００３８】
しかし実際の移動体通信環境では、上記の処理を行うことによってドップラー効果をシンボルごとに打ち消していくことは困難である。そこで、例えば米国電気通信工業会のＩＳ−９５規格（Interim Standard-95）においては、図５に示すように、パイロットチャネルの１スロットの最初のシンボルＲｘ（０）の位相回転量ｑ０と、最後のシンボルＲｘ（ｎ）の位相回転量ｑｎをそれぞれ上記最尤判定により抽出する。そして、式（７）に示す計算により、その平均値を位相回転量ｑとし、該ｑの複素共役を信号波に複素乗算することにより、位相回転の打ち消しを行っている。
【００３９】
【数７】
2005295282.tif 000009
【００４０】
このように、位相回転量ｑは位相回転量の平均値となっており、受信波における位相回転の打ち消しの処理では、完全にドップラー効果による周波数偏移を打ち消すことは困難である。そこで、本実施の形態では、位相回転抽出回路３８で抽出した位相回転量ｑを、送信波に複素乗算することにより、受信波の周波数偏移を送信時に小さくすることを可能にしている。
【００４１】
以下に、該処理について、詳細に説明する。
【００４２】
位相回転抽出回路３８では、上記式（７）に示す処理により、受信波の位相回転量ｑを読み出す。そして周波数偏移算出回路４２は、該位相回転量ｑから、受信波の周波数偏移を検出する。具体的には、Δｆ＝２πｑという計算を行うことにより、周波数偏移Δｆを算出する。
【００４３】
そして、該周波数偏移算出回路４２は、図示しないテーブルにおいて、Δｆと整数ｋを対応付けて記憶する。そして上記算出したΔｆの範囲に対応する整数ｋを読出し、該整数ｋを数値制御発信器４４に出力する。ここで、ｋは２の乗数であることが好適である。これは、以下に説明する数値制御発信器４４の処理のためである。そして、数値制御発信器４４は、該整数ｋに応じて周波数の異なる信号波Ｖ４を複素乗算回路１４に出力する。この場合において、該信号波Ｖ４の周波数は、受信波である信号波Ｖ３の周波数偏移に応じた周波数となっており、該信号波Ｖ４を送信波である信号波Ｖ１に複素乗算することにより、送信波の周波数を、受信波の周波数偏移に応じて偏移させることができる。
【００４４】
ここで、数値制御発信器４４の処理について、詳細に説明する。
【００４５】
数値制御発信器４４は、図６に示すように、加算器５０、フリップフロップ回路５２、加算器５４、テーブル５６及び符号反転回路５８とから構成されている。加算器５０に上記ｋが入力される。そして加算器５０とフリップフロップ回路５２により、ｋの倍数（ｋ，２ｋ，３ｋ，…）が出力される。そして、上下の枝（ａ）及び（ｂ）に分岐し、（ａ）ではそのまま、（ｂ）では、テーブル５６の行数の１／４となる数ｘを加算器５４で加算する。なお、該行数は、２の乗数であることが好適である。そして（ａ）では、テーブルのｋ行からｋ行おきに数値を読み出していく。同様に、（ｂ）では、テーブルのｋ＋ｘ行からｋ行おきに数値を読み出していく。なお、テーブルの行数を超えた場合には、テーブルの開始行に戻って読み出していく。ここでテーブル５６には、該テーブル５６の行数を周期とする正弦波を該行数で等分したときの、該正弦波の振幅が登録されている。そして、読み出す速度は、例えばフリップフロップ回路５２に入力される図示しないクロックに同期した速度となるため一定となり、（ａ）の出力はｋの値に応じた周波数の正弦波となり、（ｂ）の出力はｋの値に応じた余弦波となる。そして（ａ）において符号反転回路５８を通過させるので、数値制御発信器４４の出力信号波Ｖ４は式（８）で表される。なお、Ｆｓはテーブルの数値を読み出す速度である、サンプリング周波数である。
【００４６】
【数８】
2005295282.tif 000010
【００４７】
なお、図６では、簡単のためにテーブルを１６行としているが、実際にはこれよりも大きな行数を採用することが望ましい。このようにして、数値制御発信器４４は、Δｆの範囲に応じて不連続な信号波Ｖ４を出力することが可能となっている。そして、該信号波Ｖ４を送信波Ｖ1に複素乗算することにより、受信波Ｖ３の周波数偏移の偏移量、すなわち位相変調方式の場合には位相回転の回転量、に応じて送信波Ｖ１の周波数を偏移させることが可能となっている。
【００４８】
以上のようにすることにより、受信波の周波数偏移を送信時に小さくすることが可能になる。また、通信装置の受信波の周波数偏移に応じて、当該通信装置の送信波の周波数を偏移させることにより、該送信波の受信装置における受信波の周波数偏移を予め低減させることが可能になる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、周波数偏移算出回路４２及び数値制御発信器４４を用いず、位相回転抽出回路３８の出力の複素共役を直接複素乗算器１４において送信波に複素乗算してもよい。このようにすることで、Δｆに応じて連続的な信号波を複素乗算器１４に入力することが可能となる。また、受信波の周波数偏移と等しい量、送信波の周波数を逆に偏移させることが可能になる。また、周波数偏移算出回路４２及び数値制御発信器４４に代えて、ＰＬＬ（Phase Locked Loop，高周波発振器）及びＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator，電圧制御発信器）を用いた構成としてもよい。また、シンボルごとの位相回転を直接送信波の各シンボルに複素乗算することとしてもよい。さらに、本発明に係る通信装置は、互いに通信を行う一方と他方の通信装置両方に適用してもよいし、片方のみでもよい。具体的に、例えば移動体通信システム４の場合では、基地局装置２のみ又は移動局装置１のみに適用してもよいし、双方に適用してもよい。また、上記実施形態では式（４）で示すように、角速度ｗの偏移を例に取り説明したが、位相ｆが偏移する場合でも、同様の処理により受信波の偏移を送信時に小さくすることが可能になる。また、位相回転抽出以外の方法、例えば受けるべき周波数と受信波の周波数との比較等の方法で周波数偏移を検出することにより、本発明を実施することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る移動体通信システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る移動局装置の構成ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る基地局装置の構成ブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る無線通信部の回路構成図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る１スロット中の位相回転量を示すー説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る数値制御発信器の回路構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  移動局装置、２  基地局装置、３  通信ネットワーク、４  移動体通信システム、１０  符号化回路、１２  変調回路、１４，３２  複素乗算回路、１６  直交変調回路、１８，２８  乗算器、２０，２６  増幅回路、２２  アンテナ共用器、２４  アンテナ、３０  直交復調回路、３４  復調回路、３６  復号化回路、３８  位相回転抽出回路、４０  同期捕捉回路、４２  周波数偏移算出回路、４４  数値制御発信器、５０，５４  加算器、５２  フリップフロップ回路、５６  テーブル、５８  符号反転回路、１１１，１２１  制御部、１１２  通信部、１１３，１２４  記憶部、１２２  ネットワークインターフェイス部、１２３  無線通信部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005295282.tif 000013
【図４】
2005295282.tif 000014
【図５】
2005295282.tif 000015
【図６】
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