(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の発振周波数を有する信号を出力する可変周波数発振手段と、
既知の位相情報を有し、所定時間一定振幅で送信されるパイロット信号を含む変調信号を入力し、前記可変周波数発振手段の出力に基づき前記変調信号の中心周波数を変換する周波数変換手段と、
前記周波数変換手段の出力から前記パイロット信号を抽出するパイロット信号抽出手段と、
前記パイロット信号抽出手段によって抽出された前記パイロット信号の位相を求める位相演算手段と、
基準となるパイロット信号の前記既知の位相情報を予め記憶するメモリ手段と、
前記位相演算手段の出力と前記メモリ手段の出力との間の位相誤差を求める位相差演算手段と、
前記位相差演算手段からの前記所定時間分の前記位相誤差に基づいて、前記発振周波数との周波数誤差を求める周波数誤差演算手段とを備え、
前記周波数誤差演算手段の出力に応じて、前記可変周波数発振手段の出力が有する前記発振周波数を制御する、自動周波数制御装置。
【請求項２】
前記位相差演算手段の出力を直線近似する直線近似手段をさらに備え、
前記周波数誤差演算手段は、前記直線近似手段の出力から周波数誤差を求めることを特徴とする、請求項１に記載の自動周波数制御装置。
【請求項３】
前記パイロット信号として、前記所定時間内において時間の変化に応じて周波数が１次関数的に変化する信号を用い、
前記位相演算手段は、前記パイロット信号抽出手段によって抽出されたパイロット信号の逆正接を演算することにより位相を求めることを特徴とする、請求項１に記載の自動周波数制御装置。
【請求項４】
前記変調信号は、前記パイロット信号と送信データとを含む信号を変調して得られた複数の変調波をさらに周波数領域で多重した信号であることを特徴とする、請求項１に記載の自動周波数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動周波数制御装置に関し、より特定的には、ディジタル伝送において、受信機側で用いられる自動周波数制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、注目を集めているＣＡＴＶや移動体通信などにおいては、一般的に、受信機内において受信信号の中心周波数を中間周波数に落とすための周波数変換器が設けられているが、受信機の周波数安定度がよくないため、自動周波数制御が必要となる。特に、周波数領域で多数の変調波を多重するマルチキャリア伝送においては、高精度な自動周波数制御を必要とする。
【０００３】
以下、図面を参照しながら、従来の自動周波数制御装置について説明する。図５は、従来の自動周波数制御装置の構成を示すブロック図である。図５において、従来の自動周波数制御装置は、周波数変換回路２１と、中間周波増幅回路３２と、周波数復調回路３３と、積分回路３４と、局部発振回路３５とを備えている。
【０００４】
周波数変換回路２１は、受信信号の中心周波数を中間周波数に変換する。周波数復調回路３３は、中間周波数信号の周波数偏移を電圧偏移へ変換する。積分回路３４は、周波数復調回路３３の出力電圧を積分することにより、電圧偏移の中心電位を得る。局部発振回路３５の局部発振周波数は、積分回路３４の出力に対応しており、周波数変換回路２１へ供給される。
【０００５】
以上のように構成された従来の自動周波数制御装置について、以下にその動作をより詳細に説明する。
今、局部発振回路３５の周波数変動によって、中間周波数がΔｆ変動したとする。このΔｆ変動した中間周波数の信号は、中間周波数増幅回路３２を経由して、周波数復調回路３３へ供給される。周波数復調回路３３は、周波数偏移を電圧偏移へ変換する。周波数復調回路３３の出力は、積分回路３４へ供給され、積分される。これによって、ベースバンド成分を抑圧した電圧誤差ΔＶが得られる。ここで、ΔＶは、周波数誤差Δｆに対する電圧誤差である。この電圧誤差ΔＶを制御信号として局部発振回路３５へ供給し、その発振周波数を制御することにより、中間周波数が一定にされる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、自動周波数制御装置の性能が、周波数復調回路３３の特性に大きく影響される。そのため、周波数復調回路３３の温度特性や経時特性により、周波数安定性が悪くなる恐れがあり、頻繁に調整を必要とするという問題点があった。
【０００７】
それ故に、本発明の目的は、正確に周波数誤差を求めることができ、高精度にかつ迅速に周波数を制御できる自動周波数制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および効果】
上記目的を達成するために、本発明の自動周波数制御装置は、
所定の発振周波数を有する信号を出力する可変周波数発振部と、
既知の位相情報を有し、所定時間一定振幅で送信されるパイロット信号を含む変調信号を入力し、可変周波数発振部の出力に基づき当該変調信号の中心周波数を変換する周波数変換部と、
周波数変換部の出力からパイロット信号を抽出するパイロット信号抽出部と、
パイロット信号抽出部によって抽出されたパイロット信号の位相を求める位相演算部と、
基準となるパイロット信号の既知の位相情報を予め記憶するメモリ部と、
位相演算部の出力とメモリ部の出力との間の位相誤差を求める位相差演算部と、
位相差演算部からの所定時間分の位相誤差に基づいて、発振周波数との周波数誤差を求める周波数誤差演算部とを備えており、
周波数誤差演算部の出力に応じて、可変周波数発振部の出力が有する発振周波数を制御する。
【０００９】
上記のように、本発明の自動周波数制御装置では、受信信号中に含まれる、所定時間一定振幅で送信されるパイロット信号の位相と、予めメモリに保持されている基準となるパイロット信号の位相とを比較してその位相差を求め、当該位相差に基づいて周波数誤差を求めるようにしている。そのため、従来のように、受信データそのものから周波数誤差を求める従来の装置に比べて、周波数誤差を正確に求めることができる。従って、受信信号の自動周波数制御を高精度かつ迅速に行うことができる。
【００１０】
ところで、伝送路上で生じるノイズを考慮すると、位相差演算部で求められる位相差が絶え間なくかつランダムに変化することになる。もし、このノイズ成分が大きい場合は、周波数の制御がノイズ成分の変化に追いつかず、周波数制御ループの動作が不安定になる恐れがある。そこで、位相差演算部の出力を直線近似することより、伝送路上で伝送信号に乗るノイズ成分を無視して周波数制御を行うようにしても良い。これによって、周波数制御ループの安定化を図ることができる。なお、伝送路上で生じたノイズは、周波数変換部をスルーすることになるが、このスルーしたノイズ成分は、別途、簡単なノイズ除去回路（例えば、ハイカットフィルタ）によって除去することが可能である。
【００１１】
ＣＡＴＶや移動体通信のように、伝送路に非線形特性がある場合、その振幅変動によって位相も変動する。線形の伝送路では、振幅の変化に対して位相は一定であるが、非線形の伝送路では振幅の変化に対して位相の変化は一様とならない。このため、伝送路で非線形の影響を受けた受信信号は、その振幅変動により、位相も変化するため、受信信号の位相情報は歪みを受けてしまう。逆に、常に一定の振幅を持つ信号であれば、伝送路で非線形の影響を受けた場合においても位相は一定となる。そこで、パイロット信号として、振幅一定の信号を用いることにより、位相の変化を一定に保つようにしても良い。これによって、受信信号が伝送路で非線形の影響を受けて振幅が歪んだ場合でも、位相情報の抽出を容易に行うことができる。
【００１２】
また、パイロット信号として、所定の時間間隔内で時間の変化に応じて周波数が１次関数的に変化する信号を用い、位相演算部は、抽出されたパイロット信号の逆正接を演算することにより位相を求めるようにしても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る自動周波数制御装置について、図面を参照しながら説明する。
まず、図１を参照して、本実施形態の自動周波数制御装置が受信する信号、すなわち送信側から送信されてくる信号について説明する。図１に示すように、送信側は、送信データと共に、パイロット信号ＰＳを送信する。このパイロット信号ＰＳは、一定の時間間隔毎に挿入される。
【００１４】
図２は、図１に示すパイロット信号ＰＳとして、所定の時間間隔内で時間の変化に応じて周波数が１次関数的に変化する信号（いわゆる、周波数掃引信号）を用いた場合の、時間対周波数の関係を示す図である。
【００１５】
図２に示すように、パイロット信号は、時間が−Ｔｓ／２からＴｓ／２へ変化するのに伴って、周波数が−Ｆｓ／２からＦｓ／２へと１次関数的に変化する。この時間ｔ対周波数ｆ（ｔ）の関係は、数式（１）によって表される。
ｆ（ｔ）＝（Ｆｓ／Ｔｓ）・ｔ  …（１）
【００１６】
位相の時間変化ｄθ／ｄｔは、数式（２）によって表される。
ｄθ／ｄｔ＝２πｆ（ｔ）  …（２）
【００１７】
従って、パイロット信号の位相θ（ｔ）を時間の関数として表すと、数式（３）となる。
0003818602.tif 000002
【００１８】
従って、パイロット信号の振幅を一定値Ａとすると、パイロット信号ｘ（ｔ）は、直交座標系において数式（４）によって表される。
0003818602.tif 000003
【００１９】
以上のことから、所定の時間間隔内で時間の変化に応じて周波数が１次関数的に変化する信号は、数式（４）により時間ｔを所定の時間間隔内で変化させることで容易に生成できる。
【００２０】
図３は、本発明の一実施形態に係る自動周波数制御装置の構成を示すブロック図である。図３において、本実施形態の自動周波数制御装置は、周波数変換回路２１と、逆正接演算回路２２と、メモリ２３と、位相差演算回路２４と、直線近似回路２５と、周波数誤差演算回路２６と、可変周波数発振回路２７と、パイロット信号抽出回路２８と、出力端子２９とを備えている。
【００２１】
周波数変換回路２１は、受信信号と可変周波数発振回路２７の出力とを乗算することにより、受信信号の中心周波数を中間周波数に変換する。パイロット信号抽出回路２８は、周波数変換回路２１の出力と、予め内部に記憶しているパイロット信号の基本パターンとの相関を取ることにより、周波数変換回路２１の出力から、パイロット信号のみを抽出する。逆正接演算回路２２は、パイロット信号抽出回路２８によって抽出されたパイロット信号の逆正接（ａｒｃ  ｔａｎｇｅｎｔ）を演算することにより、パイロット信号の位相を求める。メモリ２３は、予め基準となるパイロット信号の位相を保持している。位相差演算回路２４は、逆正接演算回路２２の出力である受信信号中のパイロット信号の位相と、メモリ２３に予め保持されている基準となるパイロット信号の位相との位相誤差を演算する。直線近似回路２５は、位相差演算回路２４の出力を直線近似する。周波数誤差演算回路２６は、直線近似回路２５の出力から、周波数誤差を演算する。周波数誤差演算回路２６の出力は、周波数制御信号として可変周波数発振回路２７に与えられる。可変周波数発振回路２７は、周波数誤差演算回路２６の出力に応じて、その発振周波数が変化する。周波数誤差演算回路２６の出力は、周波数変換回路２１へ供給される。周波数変換回路２１の出力は、出力端子２９を介して、図示しない復調回路に与えられる。
【００２２】
以上のように構成された本実施形態の自動周波数制御装置について、以下にその動作をより詳細に説明する。
まず、受信信号の中心周波数と、可変周波数発振回路２７の発振周波数との間に周波数誤差Δｆがあり、受信信号の伝送路の影響を無視すると、周波数変換回路２１の出力中のパイロット信号Ｘｉｆ（ｔ）は、数式（５）で表される。
Ｘｉｆ（ｔ）＝ｘ（ｔ）・ｅｘｐ（ｊ２πΔｆｔ）  …（５）
【００２３】
周波数変換回路の２１の出力中のパイロット信号の位相θｉｆ（ｔ）は、逆正接演算回路２２によりパイロット信号Ｘｉｆ（ｔ）の逆正接を演算することで求めることができ、数式（６）より表される。
θｉｆ（ｔ）＝π（Ｆｓ／Ｔｓ）ｔ2 ＋２πΔｆｔ  …（６）
【００２４】
メモリ２３に予め保持されているパイロット信号の位相をθ（ｔ）で表すと、位相差演算回路２４の出力Δθ（ｔ）は、数式（６）とθ（ｔ）との差となり、数式（７）で示される。
0003818602.tif 000004
【００２５】
数式（７）より、位相差演算回路２４の出力Δθ（ｔ）は、時間ｔの１次関数となる。しかし、Δθ（ｔ）が時間ｔの１次関数となるのは、受信信号の伝送路の影響を無視した場合であって、伝送路の影響を考慮した場合は、１次関数とはならない。そこで、位相差演算回路２４の出力Δθ（ｔ）を１次関数とみなして、直線近似回路２５において直線近似する。この直線近似回路２５の出力である１次関数の傾きは、数式（８）で表される。
ｄθ（ｔ）／ｄｔ＝２πΔｆ  …（８）
【００２６】
従って、周波数誤差演算回路２６において、直線近似回路２５の出力ｄθ（ｔ）／ｄｔから、可変周波数発振回路２７の発振周波数との周波数誤差Δｆを、数式（９）に基づいて求めることができる。
Δｆ＝（１／２π）・｛ｄθ（ｔ）／ｄｔ｝  …（９）
【００２７】
以上のようにして求めた周波数誤差Δｆを、可変周波数発振回路２７へ入力し、予め設定されている発振周波数から周波数をΔｆ変化させ、可変周波数発振回路２７の出力を周波数変換回路２１へ供給することにより、周波数を高精度にかつ迅速に安定させることができ、優れた自動周波数制御装置を実現できる。
【００２８】
ところで、位相差演算回路２４の出力Δθ（ｔ）を直線近似することなく周波数制御を行った場合、伝送路上で伝送信号に乗るノイズ成分によって周波数誤差が絶え間なくかつランダムに変化することになる。このため、周波数の制御がノイズ成分の変化に追いつかず、周波数制御ループの動作が不安定になる。そこで、上記実施形態では、位相差演算回路２４の出力Δθ（ｔ）を直線近似回路２５で直線近似することより、伝送路上で伝送信号に乗るノイズ成分を無視して周波数制御を行うこととし、それによって周波数制御ループの安定化を図っている。従って、上記実施形態では、伝送路上で生じたノイズ成分は、周波数変換回路２１をスルーすることになる。スルーしたノイズ成分は、別途、図示しないノイズ除去回路（例えば、ハイカットフィルタ）によって除去される。
【００２９】
ＣＡＴＶや移動体通信のように、その伝送路に非線形特性がある場合、その振幅変動によって位相も変動する。この振幅と位相の関係を図４に示す。線形の伝送路では、振幅の変化に対して位相は一定であるが、非線形の伝送路では振幅の変化に対して位相の変化は一様とならない。このため、伝送路で非線形の影響を受けた受信信号は、その振幅変動により、位相も変化するため、受信信号の位相情報は歪みを受けてしまう。逆に、常に一定の振幅を持つ信号であれば、伝送路で非線形の影響を受けた場合においても位相は一定となる（例えば、図４の点（Ａ，ＰA ））。それ故、パイロット信号として、振幅一定の信号を用いることにより、位相の変化を一定に保つことができ、受信信号が伝送路上で非線形の影響を受けて振幅が歪んだ場合でも位相情報の抽出を容易に行うことができる。このような効果は、パイロット信号の振幅が一定であれば奏される。従って、パイロット信号として、振幅が一定で、既知の位相情報を有する信号（例えば、周波数が一定の信号）を用いるようにしても同様の効果が奏される。
【００３０】
なお、上述の逆正接演算回路２２、位相差演算回路２４、直線近似回路２５、周波数誤差演算回路２６は、ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）により容易に実現することができ、従来の自動周波数制御回路における周波数復調回路３３（図５参照）に比べて、安定した動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】送信側から受信側に対して送られてくるデータの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態で使用されるパイロット信号の時間対周波数の関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る自動周波数制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】非線形伝送路において、振幅が位相に対して与える影響を示す図である。
【図５】従来の自動周波数制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の簡単な説明】
ＰＳ…パイロット信号
２１…周波数変換回路
２２…逆正接演算回路
２３…メモリ
２４…位相差演算回路
２５…直線近似回路
２６…周波数誤差演算回路
２７…可変周波数発振回路
２８…パイロット信号抽出回路
【図１】
0003818602.tif 000005
【図２】
0003818602.tif 000006
【図３】
0003818602.tif 000007
【図４】
0003818602.tif 000008
【図５】
0003818602.tif 000009