(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側では固定信号系列を複数回繰り返したプリアンブルを送信し、受信側では周波数同期確立のため前記送信側で送信されたプリアンブルの受信信号に基づいて周波数オフセットを補正するＯＦＤＭ伝送システムに適用され、
当該システムの受信側で受信信号とその遅延信号の相関値を求め、得られた相関値の位相成分を誤差信号とし、この誤差信号から該周波数オフセットを推定する周波数同期方法において、
該プリアンブルの受信信号とその遅延信号の間の遅延量の異なる複数の相関値を求め、これら複数の相関値それぞれに基づいて複数の誤差信号を計算し、該複数の相関値もしくは該複数の誤差信号に基づいて周波数オフセット推定に用いる誤差信号を選択し、周波数オフセットを推定し、
前記複数の相関値のうち少なくとも一つの相関値について、複素平面上のいずれの象限にあるかを検出することで、前記複数の相関値の中から周波数オフセット推定値を求めるための相関値を選択し、この選択された相関値と、該検出された象限の値に基づいて周波数オフセット推定値を求めることを特徴とする周波数同期方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記誤差信号のうち少なくとも一つは、前記相関値の虚数部をその実数部の絶対値で除算した値であることを特徴とする周波数同期方法。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかにおいて、
誤差信号のうち少なくとも一つは、受信信号とその遅延信号の間の遅延量が等しい複数の相関値を計算し、これらの平均値に基づいて計算されることを特徴とする周波数同期方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の周波数同期方法を用いて周波数オフセットを補正する回路を備えてなることを特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数同期方法及びこれを用いたＯＦＤＭ受信装置に関し、特に直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式における周波数同期方法及び受信装置に利用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ伝送方式は、互いに直交する多数の搬送波を用いるディジタル変調方式であり、他のサービスに妨害を与えにくく、妨害を受けにくい、周波数利用効率が比較的良いなどの特徴があるが、周波数オフセットによる信号歪が大きく、高精度の周波数同期が必要となる。従来のＯＦＤＭ用周波数同期手法は、例えば文献"A Fast Synchronization Scheme of OFDM Signals for High-Rate Wireless LAN" T.Onizawa et.al, IEICE TRANS. COMMUN. VOL.E82-B. NO.2等に示されている。
【０００３】
以下、従来の周波数同期手法を説明する。この周波数同期手法を用いて周波数同期を行うための送信パケットフォーマットを図５に示す。送信パケット１０はプリアンブル１０１とデータ１０２からなり、プリアンブル１０１を用いて周波数オフセットを推定し、周波数補正することにより、周波数同期を行う。プリアンブル１０１の構成を図２に示す。プリアンブル１０１は、１６サンプル長の同一の固定信号系列２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８および２９からなる。
【０００４】
次に、従来の周波数同期方法を、図３を用いて説明する。図３において、ｓ（ｎ）は受信されたＯＦＤＭ信号であり、Ｒｅ（ｓ（ｎ））およびＩｍ（ｓ（ｎ））はそれぞれｓ（ｎ）の実数部および虚数部を表す。また、ｏｕｔ（ｎ）は周波数補正後の信号を表す。ここで、ｎはサンプリング周期をＴとする受信側での離散時刻を表す。誤差信号生成部３０において、プリアンブル１０１の受信信号ｓ（ｎ）から、周波数オフセット量に応じた誤差信号Ｅ（ｎ）を計算する。次に、誤差信号変換部３１にて、誤差信号Ｅ（ｎ）から周波数オフセットの推定値ΔｆESTを求める。正弦波発生部３２では、ΔｆESTの周波数で振動する複素数の正弦波ｃ（ｎ）を出力する。このｃ（ｎ）と、入力信号ｓ（ｎ）を、複素乗算部３３にて乗算することで、周波数オフセット補正されたｏｕｔ（ｎ）を得る。
【０００５】
誤差信号生成部３０の構成を図４に示す。誤差信号生成部３０では、遅延部３０１で、入力信号を６４サンプル遅延させ、遅延信号ｓ（ｎ−６４）を得る。このｓ（ｎ−６４）に対し、複素共役部３０２にて複素共役ｓ（ｎ−６４）*を求め、複素乗算部３０３にて、入力信号ｓ（ｎ）と複素共役部３０２から出力されたｓ（ｎ−６４）*の積Ｓ（ｎ）を求める。受信したプリアンブルは６４サンプル周期の繰り返し信号であるので、周波数オフセットがない状態では、ｓ（ｎ）とｓ（ｎ−６４）はノイズ成分を除いて同一となり、Ｓ（ｎ）は実数となる。しかし、周波数オフセットΔｆがある状態では、ｓ（ｎ−６４）は式（１）のようになり、ｓ（ｎ）とｓ（ｎ−６４）の間で位相差が生じる。
【０００６】
ｓ（ｎ−６４）＝ｓ（ｎ）ｅｘｐ（ｊ２π・６４ＴΔｆ）  ・・・・・（１）
このため、Ｓ（ｎ）は式（２）のように、位相成分を持つ。
Ｓ（ｎ）＝| Ｓ（ｎ）|2ｅｘｐ（ｊ２π・６４ＴΔｆ）  ・・・・・・（２）
【０００７】
積算部３０４は、上記方法にて求められたＳ（ｎ）を、６４サンプルにわたって積算し、相関値ΣＳ（ｎ）を求める。また除算部３０５は、積算部３０４の出力ΣＳ（ｎ）について、式（３）により誤差信号Ｅ（ｎ）を得る。
Ｅ（ｎ９＝Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））／Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））  ・・・・・・・（３）
除算部３０５から出力される誤差信号Ｅ（ｎ）は、式（４）、式（５）のように対応付ける事ができる。
Ｅ（ｎ）＝ｔａｎ（ΔθEST)                     ・・・・・・・・（４）
ΔθEST ＝２π・６４ＴΔｆEST                   ・・・・・・・・（５）
【０００８】
ΔθESTは、受信したプリアンブル１０１から推定されたｓ（ｎ）とｓ（ｎ−６４）の位相ずれであり、ΔｆESTは周波数オフセット推定値である。したがって、誤差信号Ｅ（ｎ）から、式（６）の演算を行うことで、周波数オフセット推定値ΔｆESTが得られる。図３の誤差信号変換部３１は、式（６）の演算を行うものである。
ΔｆEST＝ｔａｎ-1（Ｅ（ｎ））／（２π・６４Ｔ）  ・・・・・・・（６）
以上が従来の周波数同期手法の説明である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の周波数同期手法は、前述したように繰り返し送信される既知の信号列を用いて周波数同期を行うものであり、誤差信号は式（４）、式（５）のように、周波数オフセット値の正接として求められる。正接関数の周期性から、誤差信号の位相成分で表されるΔθESTがとりうる値の範囲は、                      −π／２≦ΔθEST≦π／２に限定される。よって、式（５）より、推定可能な周波数オフセット値の範囲は、式（７）で表される。
−１／（２５６・Ｔ）≦Δｆ≦１／（２５６・Ｔ）  ・・・・・・・・（７）
【００１０】
すなわち、同期引き込み周波数範囲は±１／（２５６・Ｔ）に限定され、これ以上の周波数オフセットが存在する場合は周波数同期が不可能となるという第１の課題がある。例えば、サンプリング周波数を１／Ｔ＝２０ＭＨｚとした場合、同期引き込み周波数範囲は±７８．５ＫＨｚとなる。
【００１１】
さらに、周波数オフセットが同期引き込み周波数範囲の限界近くの値を持つ場合、ΔθESTの大きさはπ／２に近い値となる。このとき、除算部３０５の入力ΣＳ（ｎ）のうち、実数成分Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））の絶対値の大きさが非常に小さいものとなる。このため、伝送路ノイズによって、実数成分の符号が容易に反転し、得られたΔｆESTの符号も反転してしまうことから、周波数オフセットの推定誤差が大きくなるという第２の課題がある。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決し、広い周波数同期引き込み範囲を実現し、周波数オフセットの推定誤差を小さく抑えることのできる周波数同期方法とそれを用いた受信装置を提供するとを目的とする。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。すなわち、遅延量が異なる複数の相関値計算部と、それぞれの相関値計算部から得られた相関値より求める誤差信号と、設定された判定閾値の大小比較を行い、周波数同期に使用する誤差信号を選択する。前記複数の相関値の属する複素平面上の象限を検出することで、周波数オフセット推定に用いる相関値を選択し、選択された相関値と該相関値の属する複素平面上の象限から周波数オフセット推定値を求める。上述のそれぞれの誤差信号生成部において、遅延量が等しい複数の相関値を計算し、これらを平均化して誤差信号を求める。上述のそれぞれの誤差信号生成部における除算部において、除算前に実数成分の入力の絶対値を求め、この絶対値をもって虚数成分の除算を行う。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る周波数同期方法およびこれを用いる受信装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
（実施例１）本発明に係る周波数オフセット推定部の構成例を図１に示す。この周波数オフセット推定部は、受信信号ｓ（ｎ）が入力され、これからそれぞれ６４サンプル、３２サンプル、１６サンプル遅れて受信する信号ｓ（ｎ−６４）、ｓ（ｎ−３２）、ｓ（ｎ−１６）とｓ（ｎ）との相関値を求める相関値計算部５１，５２，５３と、相関値計算部５１，５２，５３から出力される相関値ΣＳ（ｎ）６４，ΣＳ（ｎ）３２，ΣＳ（ｎ）１６を入力して、これらの相関値に対する誤差信号Ｅ（ｎ）６４，Ｅ（ｎ）３２，Ｅ（ｎ）１６を求め、周波数オフセット推定誤差が最小となるように、Ｅ（ｎ）６４，Ｅ（ｎ）３２，Ｅ（ｎ）１６の中から推定に用いる誤差信号Ｅ（ｎ）を選択して、さらにこのＥ（ｎ）からΔθESTを求め、ΔθESTから周波数オフセット推定値ΔfESTを計算して出力する判定・演算部５４から構成される。
【００１６】
図１において、相関値計算部５１，５２，５３で、遅延量がそれぞれ６４サンプル、３２サンプル、１６サンプルとなる遅延信号ｓ（ｎ−６４）、ｓ（ｎ−３２）、ｓ（ｎ−１６）と、受信信号ｓ（ｎ）との相関値ΣＳ（ｎ）６４，ΣＳ（ｎ）３２，ΣＳ（ｎ）１６を計算する。これらの計算結果を判定・演算部５４に入力し、判定・演算部５４では、ΣＳ（ｎ）６４，ΣＳ（ｎ）３２，ΣＳ（ｎ）１６の３種類の相関値に対応する誤差信号Ｅ（ｎ）６４，Ｅ（ｎ）３２，Ｅ（ｎ）１６を求め、Ｅ（ｎ）６４，Ｅ（ｎ）３２，Ｅ（ｎ）１６の中から最終的な周波数オフセット推定に用いる誤差信号を選択し、選択された誤差信号から位相ずれΔθESTを計算し、選択された誤差信号に応じて、式（８）を用いて周波数オフセット推定値ΔfESTを出力する。ここでＮは、選択された相関値に対応する遅延サンプル数の値であり、本実施例では１６，３２，６４のいずれかの値を取る。
【００１７】
ΔｆEST = ΔθEST／２πＴＮ                    ・・・・・・・・（８）
相関値計算部５１，５２，５３の構成を図６に示す。相関値計算部５１は、受信信号ｓ（ｎ）を６４サンプル遅延させてｓ（ｎ−６４）を出力する遅延部５１１と、ｓ（ｎ−６４）の複素共役ｓ（ｎ−６４）*を得る複素共役部５１２と、ｓ（ｎ）とｓ（ｎ−６４）*の複素乗算を行って積Ｓ（ｎ）６４を得る複素乗算部５１３と、Ｓ（ｎ）６４を６４サンプルにわたって積算し、相関値ΣＳ（ｎ）６４を出力する積算部５１４から構成される。
【００１８】
また、相関値計算部５２は、受信信号ｓ（ｎ）を３２サンプル遅延させてｓ（ｎ−３２）を出力する遅延部５２１と、ｓ（ｎ−３２）の複素共役ｓ（ｎ−３２）*を得る複素共役部５２２と、ｓ（ｎ）とｓ（ｎ−３２）*の複素乗算を行って積Ｓ（ｎ）３２を得る複素乗算部５２３と、Ｓ（ｎ）３２を３２サンプルにわたって積算し、相関値ΣＳ（ｎ）３２を出力する積算部５２４から構成される。
【００１９】
また、相関値計算部５３は、受信信号ｓ（ｎ）を１６サンプル遅延させてｓ（ｎ−１６）を出力する遅延部５３１と、ｓ（ｎ−１６）の複素共役ｓ（ｎ−１６）*を得る複素共役部５３２と、ｓ（ｎ）とｓ（ｎ−１６）*の複素乗算を行って積Ｓ（ｎ）１６を得る複素乗算部５３３と、Ｓ（ｎ）１６を１６サンプルにわたって積算し、相関値ΣＳ（ｎ）１６を出力する積算部５３４から構成される。
【００２０】
これらの相関値計算部の動作を、相関値計算部５２を例にとって説明する。上記遅延部５２１では、入力信号ｓ（ｎ）に対して３２サンプルの遅延を施し、ｓ（ｎ−３２）を得る。上記複素共役部５２２でｓ（ｎ−３２）の複素共役ｓ（ｎ−３２）*を求めて、上記複素乗算部５２３にてｓ（ｎ）とｓ（ｎ−３２）*の乗算を行い、積Ｓ（ｎ）３２を得る。上記積算部５２４では、このＳ（ｎ）３２を３２サンプルにわたって積算し、相関値ΣＳ（ｎ）３２を求める。上記相関値計算部５１および５３においても、遅延量と積算サンプル数がそれぞれ６４サンプル、１６サンプルとなる以外は同一の動作を行う。
【００２１】
次に、図１中の判定・演算部５４の構成について、図７を用いて説明する。判定・演算部５４は、入力した３種類の相関値、ΣＳ（ｎ）６４、ΣＳ（ｎ）３２、ΣＳ（ｎ）１６のそれぞれについて、位相検出のために、虚数部を実数部で除算して、それぞれに対する誤差信号Ｅ（ｎ）６４，Ｅ（ｎ）３２，Ｅ（ｎ）１６を出力する除算部５４１、５４２、５４３と、除算部５４１、５４２、５４３から出力された誤差信号から、周波数オフセット推定に用いる誤差信号を選択し、これをＥ（ｎ）として出力する誤差信号選択部５４４と、Ｅ（ｎ）にアークタンジェント演算を行い、Ｅ（ｎ）からΔθESTを求めて出力するアークタンジェント演算部５４５と、ΔθESTとＮから、式（８）を用いて周波数オフセット推定値ΔfESTを計算する演算部５４６から構成される。なお、Ｎは誤差信号選択部５４４により、演算部５４６へ供給される。
【００２２】
相関値の位相成分を求めるために、相関値の虚数部を実数部で除算する。得られた３種類の相関値ΣＳ（ｎ）６４、ΣＳ（ｎ）３２、ΣＳ（ｎ）１６についてこの除算をそれぞれ除算部５４１，５４２，５４３を用いて行い、それぞれの遅延量に対する誤差信号Ｅ（ｎ）６４，Ｅ（ｎ）３２，Ｅ（ｎ）１６を出力する。誤差信号選択部５４４では、３種類の誤差信号Ｅ（ｎ）６４，Ｅ（ｎ）３２，Ｅ（ｎ）１６を入力し、最も周波数オフセット推定精度が良好となるものを選択して、Ｅ（ｎ）としてアークタンジェント演算部５４５に出力する。
【００２３】
また、ΔθESTから周波数オフセット推定値ΔｆESTを求めるため、選択された誤差信号に対する遅延サンプル数Ｎを、演算部５４６に出力する。このようにして得られたＥ（ｎ）をアークタンジェント演算部５４５に入力し、アークタンジェント演算部５４５では、誤差信号選択部５４４から出力されたＥ（ｎ）に対して式（９）の演算を行い、ΔθESTを求め、これを演算部５４６に出力する。
ΔθEST = ｔａｎ-1（Ｅ（ｎ））                  ・・・・・・・・（９）
【００２４】
演算部５４６では、アークタンジェント演算部５４５より入力したΔθESTと、誤差信号選択部５４４より入力した遅延サンプル数Ｎを用いて、式（８）の演算を行い、ΔfESTを求める。
【００２５】
次に、誤差信号選択部５４４の、誤差信号選択アルゴリズムについて説明する。Ｅ（ｎ）は式（３）および式（４）で表されることから、ΔθESTが−π／２≦ΔθEST≦＋π／２の範囲にある場合、Ｅ（ｎ）の値は周波数オフセットが大きくなると共に大きくなる。また、式（４）、式（５）、式（６）から、遅延量を少なくすると、引き込み周波数範囲は拡大する。一方、遅延量を多くすると、ノイズ成分が抑圧され、引き込み周波数範囲内の推定精度が良好になる。これらの性質を利用して、Ｅ（ｎ）１６とＥ（ｎ）３２の値の大きさを観測し、ΔθESTを求めるために使用する誤差信号Ｅ（ｎ）を選択する。
【００２６】
誤差信号選択アルゴリズムを図８に示す。まず、判定閾値を設定し、処理ブロック８１にてＥ（ｎ）１６の絶対値との大小比較を行う。Ｅ（ｎ）１６の絶対値が判定閾値より大きい場合、周波数オフセットはＥ（ｎ）３２で推定した場合の引き込み周波数範囲内にないと判断し、最も引き込み周波数範囲の広いＥ（ｎ）１６を用いて推定を行う（処理ブロック８５）。また、判定閾値の方がＥ（ｎ）１６と比べて大きいか等しい場合、次に処理ブロック８２にてＥ（ｎ）３２の絶対値と判定閾値の大小比較を行う。
【００２７】
ここで、Ｅ（ｎ）３２の絶対値の方が判定閾値よりも大きい場合、周波数オフセットはＥ（ｎ）６４で推定した場合の引き込み周波数範囲内にないと判断し、二番目に引き込み範囲の広いＥ（ｎ）３２を用いて推定を行う（処理ブロック８４）。また、処理ブロック８２において判定閾値の方がＥ（ｎ）３２より大きいか等しい場合、周波数オフセットはＥ（ｎ）６４で推定した場合の引き込み周波数範囲内にあると判断し、最も推定精度が良好となるＥ（ｎ）６４を用いて推定を行う（処理ブロック８３）。
【００２８】
（実施例２）本発明の周波数同期方法に係る相関値計算部の別の実施の形態について述べる。相関値計算部５２は、図９に示すような構成とすることもできる。図９に示す相関値計算部では、前述図６の遅延部５２１、複素共役部５２２、複素乗算部５２３、積算部５２４に加えて、受信信号に対して６４サンプルの遅延を与えて、ｓ（ｎ−６４）を出力する遅延部５２５、ｓ（ｎ−６４）に対して３２サンプルの遅延を与え、ｓ（ｎ−９６）を出力する遅延部５２６、ｓ（ｎ−９６）の複素共役を取り、ｓ（ｎ−９６）*を出力する複素共役部５２７、ｓ（ｎ−６４）と、ｓ（ｎ−９６）*を複素乗算して、積Ｓ（ｎ）３２''を出力する複素乗算部５２８、Ｓ（ｎ）３２''を３２サンプルにわたって積算して、相関値ΣＳ（ｎ）３２''を出力する積算部５２９、および、積算部５２４の出力である相関値ΣＳ（ｎ）３２' と、積算部５２９の出力である相関値ΣＳ（ｎ）３２''を平均化して、推定に用いる相関値ΣＳ（ｎ）３２を出力する平均化部５２０で構成される。
【００２９】
図９に示す相関値計算部では、図６に示す相関値計算部５２の動作を、受信信号ｓ（ｎ）に対してだけではなく、受信信号を６４サンプル遅延させて得られた信号ｓ（ｎ−６４）についても行い、平均化部５２０にて、得られた二つの相関値を加算し、定数２で除算することで相関値が平均化され、伝送路ノイズの影響を軽減し、推定精度を向上できる。ただし、相関値計算部５２の出力ΣＳ（ｎ）３２に対しては、図１中の判定・演算部５４にて、虚数部を実数部で除算するため、平均化部５２０では、ΣＳ（ｎ）３２' とΣＳ（ｎ）３２''の加算を行うだけで、平均化することと等価になる。この処理の説明図を図２１に示す。
【００３０】
図２中の固定信号系列２０と２１からなる３２サンプルの信号系列Ｓ１（ｎ）と、図２中の固定信号系列２２と２３からなる３２サンプルの信号系列Ｓ２（ｎ）との相関値ΣＳ（ｎ）３２' を処理ブロック７１にて求め、さらに、図２中の固定信号系列２４と２５からなる３２サンプル信号系列Ｓ３（ｎ）と、図２中の固定信号系列２６と２７からなる３２サンプルの信号系列Ｓ４（ｎ）との相関値ΣＳ（ｎ）３２''を処理ブロック７２にて求める。処理ブロック７３にて、ΣＳ（ｎ）３２' とΣＳ（ｎ）３２''を平均化（加算のみでも良い）して、周波数オフセット推定に用いる相関値ΣＳ（ｎ）３２を得る。以上が本発明に係る第二の実施例である。
【００３１】
（実施例３）本発明の周波数同期方法に係る、判定・演算部の別の実施の形態について、図１０を用いて説明する。図１０において、アークタンジェント演算部５４５および演算部５４６の動作は図７に示すものと同一であり、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
図１０では、判定・演算部５４は上記アークタンジェント演算部５４５と、演算部５４６と、周波数オフセット推定に用いる相関値を選択する相関値選択部５４７と、相関値選択部５４７で選択された相関値の虚数部を実数部で除算する除算部５４８にて構成される。
【００３３】
さらに、相関値選択部５４７の構成を図１１に示す。相関値選択部５４７は、入力したΣＳ（ｎ）３２の実数部Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２とΣＳ（ｎ）１６の実数部Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））１６にそれぞれ判定閾値を乗算して、積Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２ＴＨとＲｅ（ΣＳ（ｎ））１６ＴＨをそれぞれ出力する乗算部８０１、８０２と、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））３２Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））１６と、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２ＴＨとＲｅ（ΣＳ（ｎ））１６ＴＨを入力して、ΣＳ（ｎ）６４、ΣＳ（ｎ）３２、ΣＳ（ｎ）１６のうちのどれを周波数オフセット推定に用いるΣＳ（ｎ）とするかとＮを決定する判定部８０３から構成される。
【００３４】
次に、判定部８０３における判定アルゴリズムを、図１２を用いて説明する。まず、処理ブロック８０４にて、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））１６の絶対値とＲｅ（ΣＳ（ｎ））１６ＴＨの絶対値の大小比較を行う。Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））１６の絶対値の方がＲｅ（ΣＳ（ｎ））１６ＴＨの絶対値よりも大きい場合、周波数オフセットはΣＳ（ｎ）３２で推定した場合の引き込み周波数範囲内にないと判断し、最も引き込み周波数範囲の広いΣＳ（ｎ）１６を用いて推定を行う（処理ブロック８０８) 。
【００３５】
Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））１６ＴＨの絶対値の方が、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））１６の絶対値よりも大きいか等しい場合は、次に、処理ブロック８０５にて、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））３２の絶対値とＲｅ（ΣＳ（ｎ））３２ＴＨの絶対値の大小比較を行う。Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））３２の絶対値の方が、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２ＴＨの絶対値よりも大きい場合、周波数オフセットはΣＳ（ｎ）６４で推定した場合の引き込み周波数範囲内にないと判断し、二番目に引き込み周波数範囲の広いΣＳ（ｎ）３２を用いて推定を行う（処理ブロック８０７）。
【００３６】
Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２ＴＨの絶対値の方がＩｍ（ΣＳ（ｎ））３２の絶対値よりも大きいか等しい場合は、周波数オフセットはΣＳ（ｎ）６４で推定した場合の引き込み周波数範囲内にあると判断し、最も推定精度が良好となるΣＳ（ｎ）６４を用いて推定を行う（処理ブロック８０６）。この処理は、相関値の実数部に判定閾値を乗じて該相関値の虚数部との大小比較を行うもので、相関値の虚数部を該相関値の実数部で除算して、判定閾値と大小比較することと等価である。以上が本発明に係る第三の実施例である。
【００３７】
（実施例４）本発明の周波数同期方法に係る判定・演算部の別の実施の形態について、図１３を用いて説明する。図１３の構成において、判定・演算部５４は、周波数オフセット推定に用いる相関値を判定する相関値選択部５４９と、選択された相関値の虚数部Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））を実数部Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））で除算して誤差信号Ｅ（ｎ）を求める除算部５４８と、得られた誤差信号Ｅ（ｎ）にアークタンジェント演算を施してΔθESTを求めるアークタンジェント演算部５４５と、ΔθESTと以下で説明する象限情報とＮとから周波数オフセットΔｆESTを計算する位相周波数変換部５４０から構成される。ここで、除算部５４８の動作およびアークタンジェント演算部５４５の動作は図１０に示すものと同じであり、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３８】
以下、図１３に示す判定・演算部５４の動作について説明する。まず、相関値計算部５１、５２、５３でそれぞれ得られた相関値ΣＳ（ｎ９６４、ΣＳ（ｎ）３２、ΣＳ（ｎ）１６は、相関値選択部５４９に入力される。相関値選択部５４９では、入力した３種類の相関値の中から、推定に用いる相関値を選択して、除算部５４８へ出力し、さらに選択された相関値が属する複素平面上の象限を決定し、象限情報として位相周波数変換部５４０へ出力する。さらに、選択された相関値がΣＳ（ｎ）６４、ΣＳ（ｎ）３２、ΣＳ（ｎ）１６のいずれかに応じて、Ｎとして６４、３２、１６のいずれかを出力する。
【００３９】
位相周波数変換部５４０では、アークタンジェント演算部５４５から得られたΔθESTと、相関値選択部５４９から得られた遅延量Ｎと、相関値選択部５４９より得られた象限情報を用いて、ΔθESTからΔｆESTを計算し、出力する。
【００４０】
相関値選択部５４９における、推定に使用する相関値の選択アルゴリズムを図１４を用いて説明する。まず、処理ブロック１１１にて、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））１６の正負を判定する。これが負の場合、ΣＳ（ｎ）１６を用いて推定する（処理ブロック１１５）。正または０の場合は処理ブロック１１２にて、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２の正負を判定する。Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２が負の場合、ΣＳ（ｎ）３２を用いて推定する（処理ブロック１１４）。Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２が正または０の場合はΣＳ（ｎ）６４を用いて推定する（処理ブロック１１３）。
【００４１】
また、相関値選択部５４９における象限情報決定方法を図１５、図１６、図１７を用いて説明する。ここで、図１５はΣＳ（ｎ）６４を用いて推定する場合の方法、図１６はΣＳ（ｎ）３２を用いて推定する場合の方法、図１７はΣＳ（ｎ）１６を用いて推定する場合の方法である。
【００４２】
例えば、ΣＳ（ｎ）６４を用いて推定する場合、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））６４とＩｍ（ΣＳ（ｎ））６４の正負から象限情報を得る。Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））６４が正または０の場合、ΣＳ（ｎ）６４から得られるΔθEST(以下、Δθ６４と記す）の範囲は０≦Δθ６４≦πであり、このとき、ΣＳ（ｎ）６４の属する複素平面上の象限は第１象限または第２象限となる。
【００４３】
また、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））６４が負の場合、Δθ６４の範囲は−π＜Δθ６４＜０であり、ΣＳ（ｎ）６４の属する複素平面上の象限は第３象限または第４象限となる。また、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））６４が正または０の場合、Δθ６４の範囲は−π／２≦Δθ６４≦π／２であり、このとき、ΣＳ（ｎ）６４の属する複素平面上の象限は第１象限または第４象限となる。
【００４４】
一方、Ｒe （ΣＳ（ｎ））６４が負の場合、Δθ６４の範囲は−π＜Δθ６４＜−π／２またはπ／２＜Δθ６４＜πであり、このとき、ΣＳ（ｎ）６４の属する複素平面上の象限は第２象限または第３象限となる。以上のことから、図１５に示すように、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））６４が正または０の場合は、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））６４が正または０ならば第１象限、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））６４が負ならば第４象限、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））６４が負の場合は、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））６４が正または０ならば第２象限、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））６４が負ならば第３象限と判定することができる。
【００４５】
また、ΣＳ（ｎ）３２を用いて推定する場合、図１６に示すように、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２とＩｍ（ΣＳ（ｎ））３２の正負から象限情報を得る。すなわち、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２が正または０の場合、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））３２が正または０であれば第１象限、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））３２が負であれば第４象限と判定する。また、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））３２が負の場合、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））３２が正または０であれば第２象限、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））３２が負であれば第３象限と判定する。
【００４６】
さらに、ΣＳ（ｎ）１６を用いて推定する場合、図１７に示すように、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））１６とＩｍ（ΣＳ（ｎ））１６の正負から象限情報を得る。すなわち、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））１６が正または０の場合、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））１６が正または０であれば第１象限、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））１６が負であれば第４象限と判定する。また、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））１６が負の場合、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））１６が正または０であれば第２象限、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））１６が負であれば第３象限と判定する。
【００４７】
次に、位相周波数変換部５４０の動作を説明する。まず、相関値選択部５４９より得られた象限情報から、選択された相関値の属する複素平面上の象限を決定する。選択された相関値が複素平面上の第４象限または第１象限にある場合、すなわちΔθESTが−π／２≦ΔθEST≦π／２の範囲にある場合は、これまでに述べた方法、すなわち数８の演算によりΔｆESTが求められる。ΔθESTが上記範囲内にないとき、すなわち、選択された相関値が複素平面上の第２象限または第３象限にある場合は、数８の演算ののち、オフセット値を加えてΔｆESTとする。以上が本発明に係る第四の実施例である。
【００４８】
（実施例５）本発明の周波数同期方法に係る除算部の別の実施の形態について、図１８を用いて説明する。図１８において、除算部５４８は、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））の絶対値 |Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））|を求める絶対値算出部９０１と、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ））を、絶対値算出部の出力 |Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））|で除算し、誤差信号Ｅ（ｎ）を求める除算部９０２から構成される。
【００４９】
前記実施例１乃至３の方法でΔθESTを求めた場合、理想的な状態では、ΔθESTの取りうる範囲が−π／２≦ΔθEST≦π／２に限られることから、相関値ΣＳ（ｎ）の実数部は伝送路ノイズ成分を除けば常に正または０となる。しかし、実際の受信信号にはノイズ成分が加わるため、相関値の実数部の値が小さい場合、負の値になることがある。
【００５０】
このことを、除算部５４８を例にとって、図１９を用いて説明する。例えば、相関値ΣＳ（ｎ）が図１９中の点９１であるとき、ノイズの影響で、求められた相関値が実際には点９２となり、実数部Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））が負の値をとる場合がある。しかし、ΔθESTの取りうる範囲は−π／２≦ΔθEST≦π／２であるため、Ｉｍ（ΣＳ（ｎ９）をＲｅ（ΣＳ（ｎ））で除算した結果、周波数オフセット推定に用いられる相関値は点９３となる。このとき、周波数オフセット推定値は、真の周波数オフセットと比較して符号自身が反転したものとなり、推定誤差は非常に大きくなる。
【００５１】
この影響を低減するため、除算部５４８を、本実施の形態である図１８のような構成にし、絶対値 |Ｒｅ（ΣＳ(n))|でＩｍ（ΣＳ（ｎ））を除算して、誤差信号Ｅ（ｎ）を得ることにより、Ｒｅ（ΣＳ（ｎ））の符号反転によるＥ（ｎ）の符号反転、すなわちΔｆESTの符号反転を防止することができ、推定精度の劣化を抑えることができる。この構成を、他の除算部５４１、５４２、５４３にも適用することができる。以上が本発明に係る第五の実施例である。
【００５２】
（実施例６）本発明に係る周波数同期方法を用いたＯＦＤＭ受信装置の構成について説明する。図２０はＯＦＤＭ信号受信装置のブロック図であり、アンテナ６０から入力された受信信号の周波数変換を行うＲＦ部６１と、アナログ信号を標本量子化してディジタル信号ｓ（ｎ）に変換するＡ／Ｄ変換器６２と、受信パケットの開始タイミングを検出するタイミング同期部６３と、ｓ（ｎ）から周波数オフセットを推定して推定値ΔｆESTを出力する周波数オフセット推定部６４と、ΔｆESTの周波数で振動する正弦波を受信信号に乗算して周波数オフセットを補正する周波数オフセット補正部６５と、ＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算部６６と、誤り訂正を行うビタビデコーダ６７とを有する。
【００５３】
周波数同期部６８は、周波数オフセット推定部６４と、周波数オフセット補正部６５から構成される。本実施例では、周波数オフセット推定部６４に、上記１乃至５のいずれかに記載した周波数オフセット推定方法を適用する。
【００５４】
図２０において、ＲＦ部６１に受信ＯＦＤＭ信号が入力される。ＲＦ部６１では、入力される受信ＯＦＤＭ信号を搬送波にほぼ近いローカル信号によりアナログ複素ベースバンド信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器６２は、ＲＦ部６１にて得られたアナログ複素ベースバンド信号を標本量子化して、ディジタル受信信号ｓ（ｎ）を出力する。
【００５５】
ｓ（ｎ）はタイミング同期部63および周波数オフセット推定部６４に入力する。タイミング同期部６３では、受信信号におけるプリアンブルの開始位置を検出し、周波数オフセット推定部６４およびＦＦＴ演算部６６の動作開始タイミングを決定する。周波数オフセット推定部64では、信号ｓ（ｎ）を入力し、タイミング検出部６３にて示されたタイミングで周波数オフセットを推定し、推定値ΔｆESTを出力する。
【００５６】
さらに、周波数オフセット補正部６５では、周波数オフセット推定部６４で得られたΔｆESTを入力し、これに対応する正弦波を発生して、受信信号ｓ（ｎ）と複素乗算し、周波数オフセットを補正する。周波数オフセット補正された信号に対して、ＦＦＴ演算部６６でＦＦＴ演算を施し、ビタビデコーダ６７で誤り訂正を行う。
【００５７】
図２０のＯＦＤＭ受信装置は、本発明に係る周波数同期方法を用いることで、従来より広い周波数引き込み範囲の周波数同期、または、従来より小さい周波数オフセットの推定誤差の周波数同期を実現でき、良好なＯＦＤＭの復調信号を得ることができる。
【００５８】
なお、上記１乃至５の実施例では遅延量を６４サンプル、３２サンプル、１６サンプルの３種類としているが、これに限るものではない。すなわち、一般的に、プリアンブル１０１の構成が、Ｌサンプル長の同一の固定信号系列のＲ回の繰り返しの場合、遅延量はＬ，２Ｌ…，（Ｒ／２）Ｌとすることができる。以上が本発明に係る第六の実施例である。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、大まかな周波数オフセットの大きさを推定し、周波数オフセットが十分小さいと判定されれば、より同期引き込み周波数範囲が狭い（推定精度の良い）誤差信号を用いて周波数オフセットを推定する。これにより、周波数オフセットが小さい場合には高精度の周波数同期を確立でき、また、周波数オフセットが大きい場合の周波数同期、即ち広い周波数引き込み範囲を実現できる。
【００６０】
さらに本発明によれば、相関値を複数求めてその平均値を用いて周波数オフセット推定の誤差信号を計算することにより、周波数オフセット推定におけるノイズ成分の影響を抑制することができ、周波数オフセット推定精度が向上し、高精度の周波数同期が確立できるようになる。
【００６１】
さらに本発明によれば、相関値の実数部の絶対値をもって除算を行うことにより、伝送路ノイズによる誤差信号の符号の反転を防ぐことができることから、周波数オフセットが同期引き込み周波数範囲の限界近くの値を持つ場合でも、推定精度の劣化を抑制することが可能となる。
【００６２】
さらに本発明によれば、相関値からΔθESTの属する象限も検出することにより、周波数オフセット推定引き込み範囲を拡大することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る周波数オフセット推定部のブロック図である。
【図２】本発明に係るプリアンブルの構成図である。
【図３】従来の周波数同期回路の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の周波数同期回路における誤差信号生成部のブロック図である。
【図５】ＯＦＤＭシステムにおいて伝送されるパケットの構成図である。
【図６】本発明に係る周波数オフセット推定部中の相関値計算部のブロック図である。
【図７】本発明に係る周波数オフセット推定部のブロック図である。
【図８】本発明に係る誤差信号選択アルゴリズムを示すフローチャート図である。
【図９】本発明に係る周波数オフセット推定部中の相関値計算部のブロック図である。
【図１０】本発明に係る周波数オフセット推定部中の判定・演算部のブロック図である。
【図１１】本発明に係る周波数オフセット推定部中の相関値選択部のブロック図である。
【図１２】本発明に係る相関値選択アルゴリズムを示すフローチャート図である。
【図１３】本発明に係る周波数オフセット推定部中の判定・演算部のブロック図である。
【図１４】本発明に係る相関値選択アルゴリズムを示すフローチャート図である。
【図１５】本発明に係る相関値の属する象限決定方法を示す説明図である。
【図１６】本発明に係る相関値の属する象限決定方法を示す説明図である。
【図１７】本発明に係る相関値の属する象限決定方法を示す説明図である。
【図１８】本発明に係る周波数オフセット推定回路中の除算部のブロック図である。
【図１９】相関値計算における伝送路ノイズの影響を示す説明図である。
【図２０】本発明に係るＯＦＤＭ信号受信装置の一実施例のブロック図である。
【図２１】本発明に係る周波数オフセット推定部中の相関値計算の説明図である。
【符号の説明】
５１、５２、５３……相関値計算部、５４……判定・演算部、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９……プリアンブルにおける固定信号系列、３０……誤差信号生成部、３１……誤差信号変換部、３２……正弦波発生部、３３……複素乗算部、３０１……遅延部、３０２……複素共役部、３０３……複素乗算部、３０４……積算部、３０５……除算部、１０……ＯＦＤＭシステムにおいて伝送されるパケット、１０１……ＯＦＤＭシステムにおいて伝送されるパケットのプリアンブル部、１０２……ＯＦＤＭシステムにおいて伝送されるパケットのデータ部、５１１、５２１、５３１……遅延部、５１２、５２２、５３２……複素共役部、５１３、５２３、５３３……複素乗算部、５１４、５２４、５３４……積算部、５４１、５４２、５４３……除算部、５４４……誤差信号選択部、５４５……アークタンジェント演算部、５４６……演算部、８１……Ｅ（ｎ）１６に対する判定分岐処理、８２……Ｅ（ｎ）３２に対する判定分岐処理、８３、８４、８５……誤差信号判定結果、５２５、５２６……遅延部、５２７……複素共役部、５２８……複素乗算部、５２９……積算部、５２０……平均化部、５４７……相関値選択部、５４８……除算部、８０１、８０２……乗算部、８０３……判定部、８０４……  ΣＳ（ｎ）１６に対する判定分岐処理、８０５……ΣＳ（ｎ）３２に対する判定分岐処理、８０６、８０７、８０８……相関値選択結果、５４９……相関値選択部、５４０……位相周波数変換部、１１１……ΣＳ（ｎ）１６に対する判定分岐処理、１１２……ΣＳ（ｎ）３２に対する判定分岐処理、１１３、１１４、１１５……相関値選択結果、９０１……絶対値算出部、９０２……除算部、９１……理想状態における相関値を表す点、９２……ノイズの影響を受けた状態で求められた相関値を表す点、９３……ノイズの影響を受けて実数部が負数になった場合に推定に用いられる相関値を表す点、６０……アンテナ、６１……ＲＦ部、６２……Ａ／Ｄ変換器、６３……タイミング同期部、６４……周波数オフセット推定部、６５……周波数オフセット補正部、６６……ＦＦＴ演算部、６７……ビタビデコーダ、６８……周波数同期部、７１、７２……相関値計算処理ブロック、７３……平均化処理ブロック。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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