(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局からの受信波を用いて発振子の周波数を自動制御する移動機の周波数自動制御装置であって、
トンネル内における所定速度以上の高速走行中の車両内の前記移動機において、前記自動制御による補正後の周波数が所定閾値を超える場合に、単位時間当たりの周波数補正量が一定値になるよう制限をかけることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記高速走行の検知は、受信波のフェージングピッチを用いてなされることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記高速走行の検知は、基地局からの報知情報によりなされることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記周波数制御量の制限は、受信復号誤りがない範囲で設定されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか記載の装置を用いたことを特徴とする移動機。
【請求項６】
基地局からの受信波を用いて発振子の周波数を自動制御する移動機の周波数自動制御方法であって、
トンネル内における所定速度以上の高速走行中の車両内の前記移動機において、前記自動制御による補正後の周波数が所定閾値を超える場合に、単位時間当たりの周波数補正量が一定値になるよう制限をかけるステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記高速走行の検知は、受信波のフェージングピッチを用いてなされることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記高速走行の検知は、基地局からの報知情報によりなされることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記周波数制御量の制限は、受信復号誤りがない範囲で設定されていることを特徴とする請求項６〜８いずれか記載の方法。
【請求項１０】
基地局からの受信波を用いて発振子の周波数を自動制御する移動機の周波数自動制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
トンネル内における所定速度以上の高速走行中の車両内の前記移動機において、前記自動制御による補正後の周波数が所定閾値を超える場合に、単位時間当たりの周波数補正量が一定値になるよう制限をかける処理を含むことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は周波数自動制御装置及びその方法並びにそれを用いた移動機に関し、特に移動通信システムにおける携帯電話機に代表される移動機に内蔵されている基準周波数発振子の発振周波数を制御する周波数自動制御方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動機の内部発振子の発振周波数を制御する方法として、ＡＦＣ（Automatic Frequency Contorol）方式が一般的である。このＡＦＣ方式は、温度変化、経年偏差等の比較的緩やかな周波数遷移に対応して設計されるものであり、フェージング等の一瞬の大きな変化には追従しないように設計することにより、安定性を保つようになっている。
【０００３】
しかしながら、高速走行する車両（例えば、新幹線など）がトンネル内に設置されたアンテナを通過するときには、ドップラー効果の影響により、一瞬で大きな周波数変化が生じる。緩やかな周波数遷移にしか対応していないＡＦＣ制御方式の場合には、このような大きな周波数変化が生じると、周波数追従遅れにより受信誤りが発生してしまう。しかし、逆に早い周波数遷移に対応するＡＦＣ制御方式にすると、安定性に欠ける特性となる。
【０００４】
なお、関連する技術として特許文献１がある。
【特許文献１】特開平２００２−２６７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
移動機における上述したＡＦＣ制御方式においては、通常使用時での周波数安定性を維持しつつ、高速走行時の新幹線などの車両がトンネル内設置アンテナ直下を通過する様な場合において、ドップラー効果の影響によって急激に周波数遷移が生じた場合にも、受信誤りがないように制御することが要求されることになる。
【０００６】
そこで、本発明はこのような要求を満足すべくなされたものであって、その目的とするところは、移動機の高速移動時におけるドップラー効果に起因する瞬時の大きな周波数偏移を軽減して受信誤りをなくす様にした周波数自動制御装置及びその方法並びにそれを用いた移動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による周波数自動制御装置は、
基地局からの受信波を用いて発振子の周波数を自動制御する移動機の周波数自動制御装置であって、
トンネル内における所定速度以上の高速走行中の車両内の前記移動機において、前記自動制御による補正後の周波数が所定閾値を超える場合に、単位時間当たりの周波数補正量が一定値になるよう制限をかけることを特徴とする。
【０００８】
本発明による周波数自動制御方法は、
基地局からの受信波を用いて発振子の周波数を自動制御する移動機の周波数自動制御方法であって、
トンネル内における所定速度以上の高速走行中の車両内の前記移動機において、前記自動制御による補正後の周波数が所定閾値を超える場合に、単位時間当たりの周波数補正量が一定値になるよう制限をかけるステップを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明による移動機は、上記の周波数自動制御装置を用いたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によるプログラムは、
基地局からの受信波を用いて発振子の周波数を自動制御する移動機の周波数自動制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
トンネル内における所定速度以上の高速走行中の車両内の前記移動機において、前記自動制御による補正後の周波数が所定閾値を超える場合に、単位時間当たりの周波数補正量が一定値になるよう制限をかける処理を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、単位時間当たりの周波数補正可能量に制限を設けることにより、移動機の高速移動時のドップラー効果に起因する瞬時の大きな周波数遷移を軽減することができ、よって、受信誤りをなくすことが可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明するが、それに先立って、前述した移動機の高速移動時におけるドップラー効果に起因する瞬時の大きな周波数遷移と、それに伴って生じる受信誤りなどについて詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すように、トンネル１００内に、車両１０４の移動方向に添って順次設置された複数のアンテナ１０１〜１０３の直下を、新幹線などの車両１０４が高速で通過した場合、当該車両内の移動機においては、ドップラーシフトにより、アンテナ通過前後で受信周波数が変化する。そして、その変化量は車両速度が上がるほど大きくなる。新幹線のように時速３００ｋｍ近くで走る場合が変化量の大きい例である。
【００１４】
図２は、トンネル内設置アンテナの前後での移動機内における基準発振子の発振周波数の変化例を示すものである。縦軸のｆ_real がドップラーシフトがない場合において制御されるべき周波数である。なお、複数の受信波が存在する場合には、周波数補正は基準受信信号の受信レベルの高い受信波に比重を重くした制御がされるものとする。
【００１５】
図２を参照すると、時間Ｔ１では、アンテナ１０１への接近に伴い、アンテナ１０１の受信レベルが増加し、ドップラーシフトにより周波数が上がる方向への補正となる。時間Ｔ２では、アンテナ１０１直下の通過後は、ドップラーシフトの方向が短時間で反転し、周波数が下がる方向へ補正される。時間Ｔ３では、アンテナ１０２の受信波レベルが徐々に上昇し始めるために、周波数が上がり始める。時間Ｔ４では、アンテナ１０１とアンテナ１０２との受信レベルがほぼ同等となる。時間Ｔ５以降は、上記の繰り返しとなる。
【００１６】
当該車両１０４に乗車中のユーザが携帯する移動機内には、基準周波数発振子が設けられており、基地局からの受信波を利用してこの基準周波数発振子の発振周波数を、ＡＦＣ制御によって、然るべき周波数に修正するようになっている。前述のドップラーシフトが発生した場合にも、同様に、当該基準周波数発振子がＡＦＣ制御さるが、アンテナ直下通過時における急激な周波数変化には追従できず、受信周波数と内部周波数とに誤差が生じることになる。その結果、受信エラーが発生する場合が生じるのである。
【００１７】
逆に、ＡＦＣ制御を常に周波数の瞬時変化に対応できるような設計にすると、一般的なフェージング環境下における周波数安定性が失われてしまうという問題がある。そこで考えられるのが、移動機が高速で移動していることを何らかの手段で知り得た場合にのみ、周波数の瞬時変化に対応できるＡＦＣ制御とすることである。
【００１８】
例えば、図３に示すように、受信波のフェージングピッチから速度を推定する方法が考えられる。すなわち、図３（ａ）の移動機の移動速度が速い場合には、図３（ｂ）の移動速度が遅い場合に比較して、基準となる周波数ｆ0 をまたぐ回数が、所定時間当りでは、より多くなるので、これを検出して移動速度を検出することができる。この検出結果により、周波数の瞬時変化に対応できるＡＦＣ制御とするのである。
【００１９】
また、図４に示すように、トンネル１００の前後の基地局１０５〜１０８からの下り報知情報に、高速移動であることを報知する情報をのせて、携帯電話機に告知するようにするのである。すなわち、トンネル１００の前後の基地局１０５〜１０８は、新幹線１０４内の移動機に対して、高速移動する旨の情報を下りの報知情報にのせて、その旨を移動機に告知するようにすることにより、周波数の瞬時変化に対応できるＡＦＣ制御とするのである。なお、図４において、１０５ａ〜１０８ａは基地局１０５〜１０８の各サービスエリア（セクタ）を示している。
【００２０】
しかしながら、ドップラーシフトした受信周波数に移動機側が追従できた場合でも、移動機からの上り信号が基地局側に届く場合にもドップラーシフトが生じるため、基地局側は更に大きなドップラーシフトの影響を受けることになり、その結果、基地局側の受信能力を超えてしまい、受信エラーを招くことになる。
【００２１】
従って、本発明では、単位時間あたりに補正できる周波数量に制限を設けることにより、正常受信できる範囲内で、ドップラーシフトによる周波数追従を最小限に抑制することを提案するものである。
【００２２】
図５は、移動機の受信性能を示すものであり、横軸の０が、周波数発振子の周波数が受信周波数と一致した場合であって、当該発振周波数が０を基準としてプラス側およびマイナス側にそれぞれシフトした場合の復号誤り度合いを示している。プラス方向及びマイナス方向にそれぞれｆ_ α及びｆ_ βの範囲では、受信誤りが発生しないために、この範囲での周波数オフセットを許容しつつ、ドップラーシフトによる周波数補正に制限をかけるのである。
【００２３】
以上述べたことから、図６に示す様に、本発明の実施の形態による移動機のＡＦＣ制御に関する機能ブロック図が得られる。本実施の形態における移動機のＡＦＣ制御装置は、アンテナ１と、無線部２と、周波数誤差計算部３と、周波数補正量算出部４と、ＣＰＵ５と、制御部６と、Ｄ／Ａコンバータ７と、基準周波数発振子８と、フェージングピッチ計算部９と、速度検出部１０とを含んで構成されている。
【００２４】
無線部２は、アンテナ１により受信された基地局からの下り受信信号を、基準周波数発振子８の周波数を用いて無線処理を行うものである。周波数誤差計算部３は、無線部２の出力信号に基づいて基準周波数発振子８の周波数の誤差を算出するものである。周波数補正量算出部４は、周波数誤差計算部３により算出された周波数誤差に応じた周波数補正量を算出してＣＰＵ（予め設定されたプログラム手順に従って動作するコンピュータと等価である）５へ出力するものである。
【００２５】
フェージングピッチ計算部９は、無線部２の出力を用いて図３に示した受信波のフェージングピッチを求めて、速度検出部１０へ出力し、速度検出部１０は、このフェージングピッチに基づいて移動機の速度を検出して速度情報をＣＰＵ５へ導出する。
【００２６】
ＣＰＵ５は、この速度検出部１０により検出された速度情報と、周波数補正量算出部４により計算された周波数補正量とに応じて、基準周波数発振子８の周波数補正の制限をなす機能を有する。すなわち、ＣＰＵ５は、周波数補正の制限が必要であると判断した場合には、周波数補正量算出部４により計算された周波数補正量（通常のＡＦＣ機能）に代えて、予め定められている所定の周波数補正量を制御部６へ出力する様になっている。
【００２７】
制御部６は、ＣＰＵ５から出力される周波数補正量に応じた周波数補正信号を生成して、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータ７へ出力するものである。Ｄ／Ａコンバータ７は、制御部６からの周波数補正信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換して基準周波数発振子８へ供給するものであり、これにより、基準周波数発振子８の発振周波数の自動制御がなされることになる。
【００２８】
図７は本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートであり、速度検出部１０から、移動機が所定速度以上の高速移動であることがＣＰＵ５へ報告されている場合の動作であるものとする。この場合の高速とは、移動機の通常の移動、すなわち、歩行、自動車、新幹線以外の鉄道車両などでの平均的な移動速度に比較して、より高速な移動、例えば、新幹線などの時速数百Ｋｍの移動をいうものとする。
【００２９】
先ず、時間Ｔa を計時するためのタイマをＣＰＵ５に設けるものとする。このタイマスタート時（ステップＳ１）の基準周波数発振子８の周波数がｆ0 として記憶される（ステップＳ２）。このタイマがタイムアップするまでの間は、周波数の補正制限を行うことになる。
【００３０】
このタイムアップするまでの間に、周波数補正が必要かどうかが判断され（ステップＳ３）、必要でなければ（ステップＳ３でＮＯ）、周波数補正は行われないが、周波数補正が必要であれば（ステップＳ３でＹＥＳ）、そのときの周波数補正量Δｆが算出されることになる（ステップＳ４）。そして、この補正後の周波数ｆ＋Δｆが、
ｆ＋Δｆ＞ｆ0 ＋Ｆ１    ｏｒ    ｆ＋Δｆ＜ｆ0 −Ｆ１
であるかどうかが判定される（ステップＳ５）。
【００３１】
ここで、Ｆ１は周波数の補正制限量である。この補正制限量Ｆ１について、図８を用いて説明する。図８において、ｆ_real は、新幹線がトンネルに入る直前の基準周波数発振子８の発振周波数であり、トンネル以外では、移動機と基地局との距離が大であるので、高速走行をしていても、ドップラーシフトの影響は小さく、よって通常のＡＦＣが行われる。
【００３２】
移動機がトンネルに入って、ドップラーシフトにより、基準周波数発振子８の発振周波数が大きく変化して、ステップＳ５の判定結果が“ＹＥＳ”となると、通常のＡＦＣに代えて、本発明の周波数補正制限処理が開始されることになる。すなわち、この場合には、ｆ＝ｆ0 ±Ｆ１なる補正が行われて、Ｆ１を超える周波数変化はプラス方向にもマイナス方向にも補正を行わない様に制限がかけられるのである（ステップＳ６）。
【００３３】
ここで、移動機のとり得る最大速度はほぼ決まっているので（例えば、新幹線速度３００Ｋｍ／ｈ）、ドップラーシフトの最大値もおおよそ推定が可能である。このことと、図５に示した受信復号誤りが０となる範囲とを考慮して、Ｆ１は決定されることになる。そして、タイマがタイムアップすると（ステップＳ７）、本発明の周波数補正制限は解除されて通常のＡＦＣ動作となる。
【００３４】
タイマがトンネル内でタイムアップする可能性があるが、同一トンネル内では、タイムアップを最大１回とするために、タイマのタイムアップの時間Ｔa は、新幹線がトンネルを通過する時間に対して十分長く設定されるのが良い。
【００３５】
また、移動機を充電した場合、温度上昇が発生して基準周波数発振子８の発振周波数が変動し、結果としてＡＦＣ制御動作により、大きく周波数制御が行われることになるが、このような場合に、本発明の周波数制限をかけると、周波数追従が不十分となることも考えられる。よって、移動機が高速移動状態の場合にだけ、本発明の周波数補正制限を適用するのが望ましい。
【００３６】
タイマのタイムアップ時間Ｔa は、新幹線がトンネルに入る直前に、トンネル入り口付近の基地局からの報知情報で、移動機に対して告知する様にしても良い。トンネルの長さは予め判っており、よって、この長さのトンネルを新幹線が通過するに十分な時間は予測できるので、この時間をＴa として、トンネル入り口付近の基地局から報知情報として移動機に告知するのである。
【００３７】
このように、基地局からの報知情報により周波数制御のための情報が得られれば、タイマのタイムアップ時間Ｔa を必要以上に長くしたり、また短すぎてトンネル内で本発明の制御が満了することを防止することが可能になる。
【００３８】
なお、図９は、本発明の実施の形態による、単位時間Ｔa 当たりの周波数補正量の制限のようすを示す図である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明が適用される全体システムであり、トンネル内に設置されたアンテナ直下を高速移動する車両の様子を示す図である。
【図２】図１の高速移動する車両に搭載された移動機内基準周波数発振子の発振周波数の時間的変化例を示す図である。
【図３】フェージングの影響により、移動機内基準周波数発振子の発振周波数の時間的変化例を示す図であり、（ａ）は高速移動時、（ｂ）は低速移動時のものである。
【図４】トンネル前後の基地局とそのセクタ構成を示す図である。
【図５】移動機の受信周波数オフセットと復号誤りとの関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の機能ブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に基づく周波数補正制限後の基準周波数発振子の発振周波数の時間的変化を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に基づく単位時間当たりの周波数補正量制限の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  アンテナ
２  無線部
３  周波数誤差計算部
４  周波数補正量算出部
５  ＣＰＵ
６  制御部
７  Ｄ／Ａコンバータ
８  基準周波数発振子
９  フェージングピッチ計算部
１０  速度検出部
１００  トンネル
１０１〜１０３  トンネル内設置アンテナ
１０４  新幹線車両
１０５〜１０８  基地局
１０５ａ〜１０８ａ  セクタ
【図１】
0005344520.tif 000002
【図２】
0005344520.tif 000003
【図３】
0005344520.tif 000004
【図４】
0005344520.tif 000005
【図５】
0005344520.tif 000006
【図６】
0005344520.tif 000007
【図７】
0005344520.tif 000008
【図８】
0005344520.tif 000009
【図９】
0005344520.tif 000010