(57)【要約】【課題】周波数誤差が大きく周波数誤差値を推定することができない状況下においても、局部発振器の制御を可能とする自動周波数制御装置を得る。【解決手段】同期語検出部５は、受信信号に予め挿入された同期語を検出する。受信電界強度検出部３は、受信信号の受信電界強度の値を検出する。制御部６は、同期語検出部５で同期語が安定して検出できない状態が所定時間継続し、かつ、受信電界強度検出部３で検出する受信電界強度があるレベル以上である場合、ＶＣＴＣＸＯ９の周波数を、同期語が安定して検出できる周波数範囲以下の遷移幅でサーチさせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
局部発振器の周波数と受信信号の搬送波周波数との周波数誤差を推定し、前記局部発振器の周波数を前記受信信号の搬送波周波数に追従させる自動周波数制御装置において、
前記受信信号に予め挿入された同期語を検出する同期語検出部と、
前記受信信号の受信電界強度の値を検出する受信電界強度検出部と、
前記同期語検出部で同期語が安定して検出できない状態が所定時間継続し、かつ、前記受信電界強度検出部で検出する受信電界強度があるレベル以上である場合、前記局部発振器の周波数を、前記同期語が安定して検出できる周波数範囲以下の遷移幅でサーチさせる制御部とを備えた自動周波数制御装置。
【請求項２】
制御部は、周波数サーチを同一の遷移幅で正の方向と負の方向に、局部発振器の周波数ずれが発生する可能性のある範囲内を、所定ステップずつ実施することを特徴とする請求項１記載の自動周波数制御装置。
【請求項３】
制御部は、周波数サーチ先にて同期語を同期語検出部にて安定して検出できない状態が所定時間継続した場合は、次の周波数サーチ先に移行し、どの周波数サーチ先においても前記同期語を安定して検出できない状態が所定時間継続した場合には、最終的に元の周波数に戻るよう制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の自動周波数制御装置。
【請求項４】
局部発振器の周波数と受信信号の搬送波周波数との周波数誤差を推定する周波数誤差推定部を備え、
制御部は、周波数サーチ先にて同期語を同期語検出部が安定して検出できた場合には周波数サーチを停止し、前記周波数誤差推定部にて推定した周波数誤差を小さくするように前記局部発振器の周波数を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載の自動周波数制御装置。
【請求項５】
局部発振器の制御を行うための制御値を保持する記録部を備え、
制御部は、前記記録部に記録された初期制御値により前記局部発振器の制御を開始し、周波数引き込みが完了した時点で、前記初期制御値と現在の制御値とを比較し、その差がある一定値以上である場合、前記初期制御値を現在の制御値に更新することを特徴とする請求項４項記載の自動周波数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、移動体通信等において局部発振器の周波数を受信信号の搬送波周波数に追従させる自動周波数制御装置に関し、特に、局部発振器の周波数と受信信号の搬送波周波数との周波数誤差が大きく、周波数誤差値の推定ができない場合における周波数制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、移動体無線通信において、基地局より受信される信号の搬送波周波数と移動局内部の局部発振器の周波数は通常異なっている。そのため、移動局では受信信号の周波数と移動局内部の局部発振器の周波数との周波数誤差を推定し、局部発振器の周波数を受信信号の周波数に追従させる自動周波数制御機能（ＡＦＣ機能）を備えている。
【０００３】
従来、このような自動周波数制御機能を実現する自動周波数制御装置として、受信入力の第２中間周波数を分周する分周器と、リファレンス発振器の基準周波数を分周する分周器との出力の周波数を位相比較してその位相誤差極性を判断し、基準周波数を段階的に変化させ、位相誤差極性が反転した時に基準周波数は許容誤差範囲にあると判断するようにしたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＡＦＣ回路が同期状態での基準信号源の制御電圧をＡＦＣ電圧として記録するＡＦＣ電圧記録回路とを備え、電源投入時にＡＦＣ電圧記録回路に記録されたＡＦＣ電圧を基準信号源制御電圧の初期値としてＡＦＣ回路を動作させるようにしたものがあった（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２６４００９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５３８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の自動周波数制御装置のうち、位相誤差極性に基づいて基準周波数が誤差許容範囲にあるのを判断するようにしたものでは、常に周波数誤差が推定可能なことを前提としてものであるため、周波数誤差値が推定できない場合では適用できなかった。また、電源投入時に記録されている値を初期値として動作させるようにしたものでは、初回の電源投入時に周波数を遷移させるだけであるため、経年変化／温度変化などにより局部発振器が偏移する範囲が周波数誤差値を推定できる範囲を超えてしまう恐れがあった。
【０００７】
このように、従来の自動周波数制御装置において、受信信号の周波数と移動局内部の局部発振器の周波数との周波数誤差が大きい場合は、推定した周波数誤差値の信頼性が低くなり、正方向にずれているのか、負方向にずれているのかも判断できなくなる。即ち周波数誤差値の推定ができなくなる。
【０００８】
そして、周波数誤差値が推定できない状態では移動局の周波数を制御できないため、通常は経年変化／温度変化などにより局部発振器が偏移する範囲を、周波数誤差値が推定できる範囲内となるように局部発振器を選定する。しかし、その場合、安価な局部発振器を選定することが難しいという問題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、周波数誤差が大きく周波数誤差値を推定することができない状況下においても、局部発振器の制御を可能とする自動周波数制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る自動周波数制御装置は、受信信号に予め挿入された同期語を検出する同期語検出部と、受信信号の受信電界強度の値を検出する受信電界強度検出部と、同期語検出部で同期語が安定して検出できない状態が所定時間継続し、かつ、受信電界強度検出部で検出する受信電界強度があるレベル以上である場合、局部発振器の周波数を、同期語が安定して検出できる周波数範囲以下の遷移幅でサーチさせる制御部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の自動周波数制御装置は、同期語が安定して検出できない状態が所定時間継続し、かつ、受信電界強度があるレベル以上である場合、局部発振器の周波数をサーチさせるようにしたので、周波数誤差が大きく周波数誤差値を推定することができない状況下においても、局部発振器の制御を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による自動周波数制御装置を適用した無線受信機の構成図である。
図において、無線受信機は、アンテナ１、復調部２、受信電界強度検出部３、周波数誤差推定部４、同期語検出部５、制御部６、記録部７、Ｄ／Ａ変換器８、ＶＣＴＣＸＯ９を備えている。
【００１３】
アンテナ１は、移動体無線通信の移動局といった無線受信機において無線信号を受信するためのアンテナである。復調部２は、アンテナ１で受信した信号をＶＣＴＣＸＯ９の局部発振周波数の信号を用いて復調する機能部である。受信電界強度検出部３は、受信信号の電界強度の値を検出する機能部である。周波数誤差推定部４は、復調部２で復調された受信信号の搬送波周波数と、ＶＣＴＣＸＯ９の局部発振周波数との周波数誤差を推定する機能部である。同期語検出部５は、受信信号の予め挿入されている同期語を検出する機能部である。制御部６は、無線機の各部の制御を行うための機能部であり、同期語検出部５で同期語が安定して検出できない状態が所定時間継続し、かつ、受信電界強度検出部３で検出する受信電界強度があるレベル以上である場合、ＶＣＴＣＸＯ９の周波数を、同期語が安定して検出できる周波数範囲以下の遷移幅でサーチさせるよう構成されている。記録部７は、制御部６が用いるＶＣＴＣＸＯ９の制御値を記録するための機能部である。Ｄ／Ａ変換器８は、制御部６から出力されるデジタル制御信号をアナログ制御信号に変換するための機能部である。ＶＣＴＣＸＯ９は、Ｄ／Ａ変換器８からのアナログ制御信号に対応した周波数の局部発振信号を生成するための電圧制御温度補償水晶発振器である。
【００１４】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
先ず、周波数制御の概略について説明する。
アンテナ１にて受信した信号を復調部２にて復調し、受信電界強度検出部３により受信電界強度測定、周波数誤差推定部４により周波数誤差値の推定、同期語検出部５にて同期語の検出を行い、その結果により制御部６にて周波数制御値を決定する。制御部６は、決定した周波数制御値により、Ｄ／Ａ変換器８を介してＶＣＴＣＸＯ９の制御電圧を変化させ発振周波数を制御する。
【００１５】
次に、ＶＣＴＣＸＯ９の周波数と受信信号の搬送波周波数との周波数誤差が大きく、周波数誤差値を推定することができない状況にも対応した周波数制御について説明する。
図２は、実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
制御部６は、制御を開始する場合、先ず、記録部７に記録されている制御値によりＶＣＴＣＸＯ９を制御する（ステップＳＴ１）。次に、同期語検出部５の出力に基づき、同期語が安定して検出できているかどうかを確認する（ステップＳＴ２）。
【００１６】
尚、同期語が安定して検出できているか否かの判断は、次のような観点によって決定される。例えば、移動体無線通信における受信信号には、ある一定間隔（例えば、４０ｍｓ毎）で同期語が挿入されている。移動局は、起動時には先ず非同期状態からスタートし、同期語がある一定回数（例えば３回）連続で検出できた場合に同期状態に遷移する。また、同期状態において、同期語がある一定回数（例えば１０回）連続で検出できなかった場合は非同期状態に遷移する。そして、このような同期状態にある場合に同期語が安定して検出できていると判断し、非同期状態であれば同期語を安定して検出できていないと判断する。また、同期語としては、受信信号中のプリアンブルやテールビットといった固定データと相関の低いビット列が用いられる。
【００１７】
ステップＳＴ２において、安定して検出できているということは、即ち、周波数誤差推定値の信頼性が高いと判断できるため、推定した周波数誤差値を小さくするようＶＣＴＣＸＯ９を制御する通常のＡＦＣ動作に移行する（ステップＳＴ９）。安定して検出できていない場合は、ステップＳＴ３へ移行する。ステップＳＴ３において、制御部６は、保持している図示しないタイマにより、同期語が安定して検出できない状態が一定時間続いているかどうかを確認し、続いている場合はステップＳＴ４へ、続いていない場合はステップＳＴ２へ戻る。尚、一定時間の判断条件については、受信環境等によって適宜決定するものである。例えば、周波数誤差が同期語安定検出範囲以上となることが非常に稀であれば、この時間を長く設定し、頻繁に発生するのであれば短く設定する。但し、短く設定すると周波数誤差が同期語安定検出範囲以上ではない場合に誤って周波数遷移してしまう可能性が高くなるので、追従速度と確実性のトレードオフによりこの時間を決定することが望ましい。
【００１８】
ステップＳＴ４において、制御部６は、受信電界強度検出部３の出力に基づいて、受信電界強度が一定レベル以上あるか否かを確認し、一定レベル以上である場合は次の周波数サーチ先へ移行するためにＶＣＴＣＸＯ９を制御する（ステップＳＴ５）。即ち、この場合は、同期語が安定して検出できない状態が所定時間継続し、かつ、電界強度があるレベル以上である状態に相当する。また、ステップＳＴ４において、受信電界強度が一定レベル以上ではない場合は、ステップＳＴ２へ戻る。
【００１９】
ステップＳＴ５において、次の周波数サーチ先に移行した後、その周波数サーチ先において、同期語が安定して検出できているかどうかを確認する（ステップＳＴ６）。ステップＳＴ６において、同期語を安定して検出できている場合、制御部６は、推定した周波数誤差値を小さくするようＶＣＴＣＸＯ９を制御する通常のＡＦＣ動作に移行する（ステップＳＴ９）。そうでない場合は、ステップＳＴ７へ移行する。
ステップＳＴ７において、制御部６は、同期語が安定して検出できない状態が一定時間続いているかどうかを確認し、続いている場合はステップＳＴ８へ、続いていない場合はステップＳＴ６へ戻る。即ち、このステップＳＴ６、ＳＴ７は、次の周波数サーチ先に移行した後のステップＳＴ２、ＳＴ３と同様の動作である。
【００２０】
ステップＳＴ８において、制御部６は、サーチが１周分終了したかどうかを確認し、１周していなければ次の周波数サーチ先へ移行するために、ＶＣＴＣＸＯ９を制御する（ステップＳＴ５）。１周していれば、ステップＳＴ１に戻り、初期の周波数に再び戻る。尚、サーチが１周したか否かの判断は、ＶＣＴＣＸＯ９の周波数ずれが発生する可能性のある範囲の周波数をサーチしたか否かである。
【００２１】
また、制御部６は、通常のＡＦＣ動作（ステップＳＴ９）に移行後、周波数引き込みが完了した時点で、記録部７に記録されている初期制御値と現在の制御値とを比較し（ステップＳＴ１０）、その差が一定値以上であれば、記録部の初期制御値を現在の制御値に更新し（ステップＳＴ１１）、そうでない場合は初期制御値のままとする（ステップＳＴ１２）。
【００２２】
以上説明したように、ＶＣＴＣＸＯ９のずれる可能性のある周波数範囲をくまなくサーチするため、いずれかの周波数サーチ先にて周波数誤差値の推定が可能となり、通常のＡＦＣ動作に移行でき、結果として基地局の搬送波周波数に追従することが可能となる。
【００２３】
図３に、移動局の周波数に対して基地局の搬送波周波数が、正方向側に２周波数遷移分ずれている場合のサーチ例を示す。ここでは、受信信号にはある程度の帯域幅があるため、初期周波数においても受信電界強度がある一定レベル以上あることとして、以下記載する。
【００２４】
先ず、初期周波数においては、基地局の搬送波周波数との周波数誤差が大きいので、同期語を安定して検出できない状態がある一定時間継続することから、所定の遷移幅（同期語が安定して検出できる周波数範囲以下の遷移幅）で周波数の正方向への周波数サーチを実施する（１）。その結果、この周波数においても、基地局の搬送波周波数との周波数誤差が大きいので、同期語を安定して検出できない状態がある一定時間継続することから、今度は周波数の負方向への周波数サーチを実施する（２）。尚、この周波数サーチは初期周波数から所定の遷移幅分低い周波数である。
【００２５】
ここでも同様に、基地局の搬送波周波数との周波数誤差が大きいので、同期語を安定して検出できない状態がある一定時間継続するため、再度、周波数の正方向への周波数サーチを実施する（３）。その結果、基地局の搬送波周波数との誤差が小さいため、同期語を安定して検出できる。この場合は、周波数誤差値の信頼性が高いと判断できるため、推定した周波数誤差値を小さくする通常のＡＦＣ制御に移行し、結果として基地局の搬送波周波数に追従することが可能となる。
【００２６】
また、この場合、周波数引き込みが完了した時点において、記録部７に記録されている局部発振器の初期制御値と現在の制御値との差が大きいため、制御部６は、記録部７に記録されている初期制御値を現在の制御値で更新する。これにより、次回以降の電源投入時に周波数誤差が大きく、周波数サーチが実施されることを防ぐことができる。
【００２７】
次に、他の例のサーチ例を説明する。
図４は、自システムではない何らかの波を受信し、受信電界強度がある一定レベル以上ある場合のサーチ例を示す説明図である。
先ず、初期周波数においては、自システムではない波を受信しているので、同期語を安定して検出できない状態がある一定時間継続することから、所定の遷移幅で周波数の正方向への周波数サーチを実施する（１）。その結果、初期周波数の場合と同様に、同期語を安定して検出できない状態がある一定時間継続することから、周波数の負方向への周波数サーチを実施する（２）。ここでも同様に、同期語を安定して検出できない状態がある一定時間継続するため、更に、周波数の正方向への周波数サーチを実施する（３）。ここでも同様に、同期語を安定して検出できない状態がある一定時間継続するため、再度、周波数の負方向への周波数サーチを実施する（４）。ここでも同様に、同期語を安定して検出できない状態がある一定時間継続するため、サーチが１周し、元の周波数に戻る。
【００２８】
図４に示すように、同期語の安定検出を条件に周波数サーチを実施しているため、自システムではない他システムの波や自システムの相互変調波により周波数サーチを実施した場合には元の周波数に戻ることができるため、誤追従することを防ぐことができる。
また、受信信号レベルがある一定レベル以上の場合にのみ、周波数サーチを実施するため、基地局からの信号を受信できない圏外において、誤制御してしまうことを防ぐことができる。
【００２９】
尚、ここでは、ＶＣＴＣＸＯ９の周波数ずれが発生する可能性のある範囲を所定ステップずつ周波数サーチする例として、正方向、負方向と交互に周波数サーチを実施している例を示しているが、サーチの順番は本例の通りである必要はなく、ＶＣＴＣＸＯ９が変化しうる範囲を網羅できれば良い。また、次の周波数サーチを実施する遷移幅についても、同期語が安定して検出できる周波数範囲以下の遷移幅であれば、適宜選択することができる。
【００３０】
以上のように、実施の形態１の自動周波数制御装置によれば、局部発振器の周波数と受信信号の搬送波周波数との周波数誤差を推定し、局部発振器の周波数を受信信号の搬送波周波数に追従させる自動周波数制御装置において、受信信号に予め挿入された同期語を検出する同期語検出部と、受信信号の受信電界強度の値を検出する受信電界強度検出部と、同期語検出部で同期語が安定して検出できない状態が所定時間継続し、かつ、受信電界強度検出部で検出する受信電界強度があるレベル以上である場合、局部発振器の周波数を、同期語が安定して検出できる周波数範囲以下の遷移幅でサーチさせる制御部とを備えたので、周波数誤差が大きく周波数誤差値を推定することができない状況下においても、局部発振器の制御を可能とすることができ、その結果、安価な局部発振器であっても使用可能となり、システムとしての低コスト化を図ることができる。
【００３１】
また、実施の形態１の自動周波数制御装置によれば、制御部は、周波数サーチを同一の遷移幅で正の方向と負の方向に、局部発振器の周波数ずれが発生する可能性のある範囲内を、所定ステップずつ実施するようにしたので、確実な周波数サーチを行うことができ、局部発振器の制御をより確実に行うことができる。
【００３２】
また、実施の形態１の自動周波数制御装置によれば、制御部は、周波数サーチ先にて同期語を同期語検出部にて安定して検出できない状態が所定時間継続した場合は、次の周波数サーチ先に移行し、どの周波数サーチ先においても同期語を安定して検出できない状態が所定時間継続した場合には、最終的に元の周波数に戻るよう制御を行うので、他システムへの信号や自システムの相互変調波といった信号により周波数サーチを行っても、これらの信号に誤追従してしまうことを防止することができる。
【００３３】
また、実施の形態１の自動周波数制御装置によれば、局部発振器の周波数と受信信号の搬送波周波数との周波数誤差を推定する周波数誤差推定部を備え、制御部は、周波数サーチ先にて同期語を同期語検出部が安定して検出できた場合には周波数サーチを停止し、周波数誤差推定部にて推定した周波数誤差を小さくするように局部発振器の周波数を制御するようにしたので、確実に受信信号の搬送波周波数に追従することが可能となる。
【００３４】
また、実施の形態１の自動周波数制御装置によれば、局部発振器の制御を行うための制御値を保持する記録部を備え、制御部は、記録部に記録された初期制御値により局部発振器の制御を開始し、周波数引き込みが完了した時点で、初期制御値と現在の制御値とを比較し、その差がある一定値以上である場合、初期制御値を現在の制御値に更新するようにしたので、次回以降の電源投入時に周波数誤差が大きい状態のままであることが防止でき、速やかなＡＦＣ動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１による自動周波数制御装置を適用した無線受信機を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１における自システムの受信波がある場合の周波数サーチの制御を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１における自システムの受信波がない場合の周波数サーチの制御を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  復調部、３  受信電界強度検出部、４  周波数誤差推定部、５  同期語検出部、６  制御部、７  記録部、９  ＶＣＴＣＸＯ（局部発振器）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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