JP3329383B2 - 逆拡散器とタイミング検出装置とチャネル推定装置および周波数誤差測定方法とafc制御方法 - Google Patents
逆拡散器とタイミング検出装置とチャネル推定装置および周波数誤差測定方法とafc制御方法Info
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Description
割多元接続:Code Division Multi
ple Access)通信システムに関し、特に周波
数ずれが大きな環境下においてもタイミング検出、チャ
ネル推定を行うことができる逆拡散器に関する。
信方式として、干渉や妨害に強いCDMA通信方式が注
目されている。このCDMA通信方式とは、送信側では
送信したいユーザ信号を拡散符号により拡散して送信
し、受信側ではその拡散符号と同一の拡散符号を用いて
逆拡散を行うことにより元のユーザ信号を得る通信方式
である。
信側と受信側の拡散符号系列の位相の同期をとらなけれ
ば受信側において逆拡散を行うことができない。このた
め移動局では、基地局から受信した信号の復調を行う際
に用いられる基準周波数信号を生成するための基準発振
器として非常に周波数精度の高いTCXO(Tempe
rature Compensated Xtal O
scillator)が用いられている。しかし、移動
局には小型化および低コスト化が求められるため、移動
局に用いられる基準発振器は基地局に用いられている基
準発振器と比較すると周波数精度が低くなってしまう。
そのため、移動局では、基準周波数信号の周波数を送信
側である基地局の基準周波数信号の周波数と合わせるた
めのAFC(Automatic Frequency
Control)制御が行われている。
図12を参照して説明する。このCDMA通信システム
では、1シンボルの信号はnチップの拡散符号により拡
散されるているものとして説明する。
タイミング検出装置4と、チャネル推定装置5と、TC
XO6と、復調部16と、AFC制御回路17とを有し
ている。また、タイミング検出装置4は逆拡散器7とピ
ーク検出部8とから構成され、チャネル推定装置5は逆
拡散器9と回転補正部15とから構成されている。
O6によって生成された基準周波数信号をもとに直交検
波し、A/D変換することにより、デジタル信号のI
(同位相)、Q(直交位相)成分のベースバンド信号1
1、21に変換している。
周波数が制御された信号を基準周波数信号として出力し
ている。逆拡散器7は、無線部1からのI、Q成分のベ
ースバンド信号11、21に拡散符号を乗算することに
より逆拡散を行っている。
拡散の際に相関値がピークとなるタイミングを検出する
ことにより拡散タイミングを検出している。逆拡散器9
は、無線部1からのI、Q成分のベースバンド信号1
1、21を、ピーク検出部8により得られた拡散タイミ
ングを用いて逆拡散することによりI、Q成分のシンボ
ルからなる複素シンボルを得ている。
ド・フィルタにより実現した場合の構成を図13を参照
して説明する。
110、120とから構成されている。そして、相関器
110は、受信時にオーバサンプリングが行われる場合
には、受信時のオーバーサンプリングレートをOSRと
すると、OSR×(n-1)個の遅延素子121〜12
osr(n-1)と、n個の乗算器131〜13nと、加算器14
とから構成される。相関器120は、同様に、OSR×
(n-1)個の遅延素子221〜22osr(n-1)と、n個の
乗算器231〜23nと、加算器24とから構成される。
ースバンド信号11は、遅延素子121〜12osr(n-1)
を順次シフトされながら、乗算器131〜13nにより拡
散符号と乗算されて相関値が計算される。そして、加算
器14においてその相関値どうしが加算されることによ
りI成分の相関値が得られる。相関器120においても
同様にしてQ成分のベースバンド信号21と拡散符号と
の逆拡散が行われてQ成分の相関値が得られる。この1
組のI成分、Q成分の相関値が逆拡散された複素シンボ
ルとなる。
・コリレータにより実現した場合の構成を図14を参照
して説明する。
60、70とから構成されている。そして、相関器60
は、乗算器62と、加算器63と、遅延素子64とから
構成されている。相関器70は、同様に、乗算器72
と、加算器73と、遅延素子74とから構成されてい
る。
スバンド信号11は、チップ毎に乗算器62により拡散
符号と乗算される。そして、ここで得られたベースバン
ド信号11と拡散符号とを乗算することにより得られた
n個の乗算値は、加算器63と遅延素子64で構成され
る積算器で積算され、I成分の相関値が得られる。相関
器70でも同様にして、Q成分のベースバンド信号21
の逆拡散が行われQ成分の相関値が得られる。この1組
のI成分、Q成分の相関値が逆拡散された複素シンボル
となる。
れたI、Qの複素シンボルに含まれている位相誤差を検
出し、その位相誤差を補正している。
15において行われるチャネル推定について説明する。
波数信号の周波数ずれ等により回転してしまった複素シ
ンボルの位相を推定し、その位相を補正することであ
る。このチャネル推定は、基地局から送信されてくるデ
ータに含まれているパイロットシンボルを基準にして行
われている。
明する。ある規格における、基地局から移動局に対して
送信される回線である下り回線の止まり木(パーチ)チ
ャネルのフレーム構成を図15を参照して説明する。
sのスーパフレームは、10ms間隔の72個の無線フ
レーム501〜5072によって構成されている。そし
て、この無線フレーム501〜5072は、それぞれ16
のタイムスロット511〜5116により構成されてい
る。そして、各タイムスロット511〜5116は、それ
ぞれ1シンボルのサーチコードシンボル52と、5シン
ボルの送信データシンボル53と、4シンボルのパイロ
ットシンボル54とから構成されている。このパイロッ
トシンボル54は、各タイムスロット511〜5116に
よって異なる値となっているが、そのパターンは予め定
められたパターンとなっている。そのため、移動局は、
パイロットシンボル54を実際に受信する前に送信され
てくるはずのシンボルパターンを知ることができる。そ
して、この規格の場合には、移動局では4つのパイロッ
トシンボル54を使用して基地局との位相誤差および周
波数誤差を測定することができる。
つの複素シンボルをIQ平面上に示したものが、図16
に示す複素ベクトル45〜48のようになったとする
と、隣接する各パイロットシンボルは、それぞれθ1、
θ2、θ3だけ位相回転していることになる。
誤差が補正されたI、Qの複素シンボルを復調すること
により元のシンボルを得ている。AFC制御回路17
は、回転補正部15により検出された位相誤差に基づい
てTCXO6から生成される基準周波数信号の周波数と
基地局の基準周波数との差である周波数誤差を計算し、
その周波数誤差が少なくなるようにTCXO6から生成
される基準周波数信号の周波数を制御している。
局では、TCXO6により生成される基準周波数信号に
周波数ずれが発生し逆拡散器9により得られる複素シン
ボルの位相が回転した場合でも、その基準周波数信号の
周波数ずれがある一定範囲内であれば回転補正部15に
より位相誤差は補正されて復調部16において正常な復
調が行われる。
る一定範囲を超えると上記従来の移動局では、AFC制
御によりその周波数ずれを補正することができなくなっ
てしまう。つまり、AFC制御の引き込み範囲を超えて
しまう。上記従来の移動局では、このようなことが発生
する理由を下記に説明する。
ル区間であるnチップ区間において位相が回転してしま
う。つまり、各チップ間においても位相誤差が発生す
る。
は、1シンボル区間のn個のチップの信号全てを同位相
で相関値演算を行なうことにより複素シンボルを得てい
る。そのため、各チップと拡散符号の相関値を加算する
ことにより得られる相関値も小さなものとなってしまい
拡散利得が低下してしまう。そのため、タイミング検出
装置5において、拡散タイミングを得ることができる確
率であるタイミング捕捉率も下がってしまう。そして、
拡散タイミングを得ることができなければ、逆拡散器9
における逆拡散もできなくなり、それ以降のチャネル推
定、AFC制御等を行うことができなくなる。
捉率が低下してしまう様子を図17を参照して説明す
る。図17は、キャリア周波数の周波数ずれ量をパラメ
ータとした場合の、タイミング捕捉率と信号1ビットあ
たりのエネルギー対平均雑音電力スペクトル密度(Eb
/N0)の関係を示すグラフである。
場合にはEb/N0が低下してもさほどタイミング捕捉
率が低下していないのに比較すると、周波数ずれが3p
pm、5ppmと増加するに従ってタイミング捕捉率が
低下することがわかる。特に、周波数ずれが5ppmと
なるとタイミング捕捉率は急激に低下している。
ル推定では、拡散利得が低下するとエラーレートが増加
してしまう。さらに、上記従来の移動局では、シンボル
レートでチャネル推定を行っているため、1シンボルあ
たり180°を超える位相ずれが発生すると、拡散利得
の低下が著しく、シンボル単位でのチャネル推定は非常
に困難となってしまう。また、どちらの方向に位相がず
れたのかを検出することはできないため周波数ずれ量の
検出は不可能である。
zであり、シンボルレートが16ksps(シンボル/
秒)であると、基準周波数が1ppmずれると45°/
シンボルの位相誤差が発生し、4ppmずれると180
°/シンボルの位相誤差が発生してしまう。
タとした場合の、ビット誤り率(BER)と信号1ビッ
トあたりのエネルギー対平均雑音電力スペクトル密度
(Eb/N0)の関係を示すグラフを図18に示す。こ
のグラフより、周波数ずれが0〜4ppmへと増加して
いくに従って、同じEb/N0で得られるBERは大き
くなっていることがわかる。
O6の周波数ずれが±4ppmの範囲内であれば周波数
ずれ量を検出することができるので、その周波数ずれを
AFC制御により補正することができる。このことによ
り、AFC制御における現実的な引き込み範囲は±4p
pm程度であるといえる。
ける引き込み範囲を拡大した発明が特開平9−2000
81号公報に記載されている。この従来の移動局におけ
る周波数誤差検出回路を図19に示す。
ッチド・フィルタ131、132と、複素拡散符号発生
器133、134と、ピーク検出平均部135、136
と、ピーク位置検出部137と、電力計算部138、1
39と、電力差計算部143と、周波数誤差変換部14
2とから構成されている。また、電力差計算部143
は、加算器140と、正規化回路141とから構成され
ている。
部で受信され直交検波されたベースバンド複素信号は、
複素マッチド・フィルタ131、132に入力され、そ
れぞれ複素拡散符号発生器133、134で発生された
複素拡散符号とを乗算されて複素相関が計算される。そ
して、ピーク位置検出部137によって検出された複素
相関の最大値タイミングでそれぞれ2つのピーク検出平
均部135、136でピーク最大値の数シンボル時間の
平均が取られ、2つの電力計算部138、139におい
て電力値が計算される。電力差計算部143では、加算
器140により計算された電力値の差が求めれ、正規化
回路141により電力値の差の正規化が行われる。そし
て、周波数誤差変換部142では、正規化された電力値
の差から該当する周波数誤差が求められて出力される。
ここで、複素拡散符号発生器133、134はそれぞ
れ、正の周波数オフセットを与えて予め算出させた複素
拡散符号と、正の周波数オフセットと絶対値が等しく負
の周波数オフセットを与えて予め算出された複素拡散符
号を出力する。このため、複素相関値にはシンボル時間
内に周波数オフセットが与えられる。
予め周波数オフセットを与えた複素拡散符号を用いて逆
拡散を行うことにより、AFC制御における周波数誤差
の引き込み範囲を拡大することができる。
は、周波数オフセットを与えた複素拡散符号を予め記憶
しておくためのメモリが必要となる。また、ベースバン
ド信号と拡散符号を乗算する高速なチップレート処理に
おいて、ベースバンド信号と複素拡散符号を乗算する複
素乗算が必要となる。図13、図14に示したような従
来の逆拡散器では、拡散符号は1ビットの信号であるた
め、ベースバンド信号と拡散符号との間の乗算は、実際
の処理としては符号操作により行われていた。しかし、
周波数オフセットを与えた拡散符号を表現するためには
必要となるビット数が多くなるので、ベースバンド信号
と拡散符号との間の乗算はこのような符号操作によって
は実現することができず、複数ビットどうしの信号を乗
算することができる乗算器が必要となる。よって、ベー
スバンド信号と周波数オフセットを与えていない拡散符
号との間の乗算を行う場合と比較すると複素乗算を行う
ためには逆拡散器の回路規模、消費電力が大幅に増加し
てしまうことになる。
消費電力化を行うことが要求されているが、逆拡散器の
回路規模および消費電力の増加はこれに反することなっ
てしまう。
器およびAFC制御方法では、下記のような問題点があ
った。 (1)シンボルレートでのチャネル推定により得られた
位相誤差を用いたAFC制御方法だけでは、周波数ずれ
が大きな環境下においてはタイミング検出、チャネル推
定自体を行うことができなくなり、その結果としてAF
C制御における引き込み範囲が狭くなる。 (2)特開平9−200081号公報記載のAFC制御
では、逆拡散器の回路規模、消費電力の大幅な増加を招
いてしまう。
費電力を大幅に増加させることなく周波数ずれが大きな
環境下においてもタイミング検出、チャネル推定を行う
ことができる逆拡散器を提供し、このことによりAFC
制御における引き込み範囲を拡大することである。
に、本発明の逆拡散器は、1シンボルあたりnチップの
拡散符号で拡散されたI成分とQ成分のベースバンド信
号からなる複素ベースバンド信号の逆拡散を行うための
逆拡散器であって、前記I成分のベースバンド信号をあ
る一定時間間隔で遅延させることにより順次シフトして
いる少なくともn−1の整数倍個の第1の遅延素子と、
前記第1の遅延素子により順次シフトされた前記I成分
のベースバンド信号と拡散符号との間の乗算をそれぞれ
行っているn個の第1の乗算器と、n個の前記第1の乗
算器のうちのk個の第1の乗算器からの出力の積算を行
ないそれぞれI成分の中間信号として出力しているm
(=n/k)個の第1の加算器とを有する第1の相関器
と、前記Q成分のベースバンド信号をある一定時間間隔
で遅延させることにより順次シフトしている1シンボル
あたりのチップ数nと同数の第2の遅延素子と、前記第
2の遅延素子により順次シフトされた前記I成分のベー
スバンド信号と拡散符号との間の乗算をそれぞれ行って
いるn個の第2の乗算器と、n個の前記第2の乗算器の
うちのk個の第2の乗算器からの出力の積算を行ないそ
れぞれQ成分の中間信号として出力しているm個の第2
の加算器とを有する第2の相関器と、前記各第1の相関
器により生成されたm個のI成分の中間信号と前記各第
2の相関器により生成されたm個のQ成分の中間信号か
らなるm組の複素中間信号を、それぞれ1組の複素中間
信号あたり基準回転角δずつずらしたm段階の位相回転
角で複素平面上での位相を回転させることにより回転補
正を行うm個の位相回転器と、前記各位相回転器により
回転補正が行われた後のm個の複素中間信号のI成分ど
うしの積算を行うことによりI成分の相関値を算出して
いる第1の加算器と、前記各位相回転器により回転補正
が行われた後のm個の複素中間信号のQ成分どうしの積
算を行うことによりQ成分の相関値を算出している第2
の加算器とから構成されている。
・フィルタ型の相関器を用いた場合のものであり、第1
および第2の乗算器により複素ベースバンド信号と拡散
符号との間で乗算を行ない、そのn個の乗算値をそれぞ
れ積算して複素シンボルを得る前に、第1および第2の
加算器によりk個の乗算値毎に積算を行うことによりm
個の複素中間信号を生成して、位相回転器によりm個の
複素中間信号に対して周波数オフセットを与えることに
より、1シンボル区間内での回転を補償して、大きな拡
散利得を得られるようにしたものである。
とによりタイミング捕捉率を増加させることができると
ともに複素シンボル生成前において位相誤差を補正する
ためAFC制御における引き込み範囲を拡大することが
できる。
ルあたりnチップの拡散符号で拡散されたI成分とQ成
分のベースバンド信号からなる複素ベースバンド信号の
逆拡散を行うための逆拡散器であって、前記I成分のベ
ースバンド信号とチップ数nの拡散符号との間の乗算を
順次行っている第1の乗算器と、前記第1の乗算器によ
り得られた乗算値をk個毎に順次積算して該積算値を中
間信号とすることによりm(=n/k)個のI成分の中
間信号を生成して出力している第1の相関器と、前記Q
成分のベースバンド信号とチップ数nの拡散符号との間
の乗算を順次行っている第2の乗算器と、前記第1の乗
算器により得られた乗算値をk個毎に順次積算して該積
算値を中間信号とすることによりm個のQ成分の中間信
号を生成して出力している第2の相関器と、前記I成分
の中間信号と前記Q成分の中間信号からなるm組の複素
中間信号を、1組の複素中間信号あたり基準回転角δず
つm段階で段階的に複素平面上で順次位相回転させるこ
とにより回転補正を行う位相回転器と、前記位相回転器
により回転補正が行われた後のm個の複素中間信号のI
成分を順次積算することによりI成分の相関値を算出し
ている第1の加算器と、前記各位相回転器により回転補
正が行われた後のm個の複素中間信号のQ成分を順次積
算することによりQ成分の相関値を算出している第2の
加算器とから構成されている。
リレータ型の相関値を用いた場合のものであり、第1お
よび第2の乗算器により複素ベースバンド信号と拡散符
号との間で順次乗算を行ない、そのn個の乗算値をそれ
ぞれ積算して複素シンボルを得る前に、k個の乗算値毎
に積算を行うことによりm個の複素中間信号を生成し
て、そのm個の複素中間信号に対して順次周波数オフセ
ットを与えることにより、1シンボル区間内での回転を
補償して、大きな拡散利得を得られるようにしたもので
ある。
とによりタイミング捕捉率を増加させることができると
ともに複素シンボル生成前において位相誤差を補正する
ためAFC制御における引き込み範囲を拡大することが
できる。
りnチップの拡散符号で拡散されたI成分とQ成分のベ
ースバンド信号からなる複素ベースバンド信号の逆拡散
を行うための逆拡散器であって、入力される前記複素ベ
ースバンド信号のチップ数を順次カウントし、該チップ
数がKチップ増加する毎に、一周の回転角度(2π)を
M分割した角度である基準回転角ずつずらされたM段階
の位相回転角で前記複素ベースバンド信号の複素平面上
での位相を回転する回転補正を段階的に行っている周波
数誤差補正器と、前記周波数誤差補正器により回転補正
が行われた後の複素ベースバンド信号に対して、それぞ
れ拡散符号を乗算する処理を行っている拡散符号乗算器
と、前記拡散符号乗算器からの乗算値を、それぞれI、
Q成分毎に1シンボル区間累積加算することによりI、
Q成分の相関値をそれぞれ生成している2つの累積加算
器とを有している。
波数誤差補正器は、入力される前記複素ベースバンド信
号のチップ数を順次カウントし、該チップ数がKチップ
増加する毎にインクリメント指示を行っているチップ数
カウンタと、前記チップ数カウンタからのインクリメン
ト指示に従い、出力しているステップ番号がM−1以外
の場合には該ステップ番号を1増加させ、該ステップ番
号がM−1の場合には該ステップ番号を0に戻す処理を
行っているステップ番号カウンタと、前記基準回転角ず
つずらされたM段階の位相回転角が予め設定されてい
て、前記複素ベースバンド信号に対して、前記ステップ
番号カウンタからのステップ番号に応じた位相回転角に
よる回転補正処理を行っている位相回転器とから構成さ
れている。
処理を行う前に、周波数誤差補正器による位相回転補正
を行っているため、拡散符号乗算器における逆拡散処理
には従来の逆拡散処理からの変更は何も必要ではなく、
相関器の構成に関して自由度が増し、逆拡散処理を分割
することができない相関器でも使用することができる。
また、本発明は、位相回転器を1つしか必要としないと
ともに、累積加算処理も1段しか必要としないため簡単
な回路構成により実現することができる。さらに、本発
明では、拡散符号乗算器による逆拡散処理の前に周波数
誤差補正器による回転補正処理を行うため、補正処理単
位をシンボル拡散率とは独立に設定することができる。
拡散器と、その逆拡散器における逆拡散により得られた
I成分、Q成分の相関値の大きさから拡散タイミングを
検出するピーク検出部とから構成される。
説明した本発明の逆拡散器を用いて相関値を得ることに
より大きな拡散利得を得ることができるので、タイミン
グ捕捉率を向上させることができる。
上記の逆拡散器と、その逆拡散器により得られた複素シ
ンボルに含まれている位相誤差を検出し、該位相誤差の
補正を行っている回転補正部とから構成される。
明した本発明の逆拡散器を用いて複素シンボルを生成し
ているので、複素シンボル生成前にある程度の位相誤差
は補正されることになる。そのため、位相誤差が大きい
場合でもAFC制御により位相誤差を補正することがで
きAFC制御の引き込み範囲を拡大することができる。
図面を参照して詳細に説明する。
実施形態における逆拡散器の構成を示すブロック図であ
る。図13中と同一の符号が付された構成要素は同一の
構成要素を示す。本実施形態は、図12に示した移動局
において、逆拡散器7、9として図1に示す逆拡散器を
用いたものである。このCDMA通信システムでは、1
シンボルの信号はnチップの拡散符号により拡散される
ているものとして説明する。
すように、相関器10、20と、位相回転器311〜3
1mと、加算器41、42とから構成されている。ここ
で、mはnをKチップ毎に分割するための分割数であ
り、n=m×kとなる数である。
〜14mと、n個の乗算器131〜13nと、OSR×
(n−1)個の遅延素子121〜12OSR(n-1)とから構
成され、相関器20は、m個の加算器241〜24mと、
n個の乗算器231〜23nと、OSR×(n−1)個の
遅延素子221〜22OSR(n-1)とから構成されている。
3nのうちのk個の乗算器からの値をそれぞれ積算する
ことにより1/kチップレートの中間信号を生成してい
る。例えば、加算器141は、乗算器131〜13kから
の値を積算して出力している。加算器241〜24mも同
様に、乗算器231〜23nのうちのk個の乗算器からの
値をそれぞれ積算している。
nが256の場合、つまり1シンボルが256チップに
拡散される場合に、256チップを分割する数であるm
を4とすると、分割された各単位毎のチップ数kは64
チップとなる。
〜14mによって得られたm個の1/kチップレートの
中間信号を、それぞれ基準回転角δずつずらしたm段階
の位相回転角δ、2δ、3δ、・・・、mδだけ複素平
面上で位相を回転させて出力している。加算器41、4
2は、それぞれmタップ入力の加算器であり、位相回転
器311〜31mにより位相が回転された中間信号それぞ
れI成分、Q成分毎に積算することにより複素シンボル
の相関値を得ている。ここで得られた複素シンボルは、
位相回転器311〜31mにより位相回転されたことによ
り擬似的に周波数オフセットを与えられ逆拡散された複
素シンボルとなっている。
われる中間信号の基準回転角δを数種類の大きさに設定
することにより、複素シンボルに与える周波数オフセッ
トを変化させることが可能である。そして、周波数オフ
セットを与えられた複素シンボルの電力値を求め、得ら
れた電力値が最も大きくなった位相回転角により与えら
れる周波数オフセットが送信側と受信側の周波数誤差に
最も近い周波数オフセットとなる。
シンボルの電力値が最も大きくなった位相回転角に基づ
いて中間信号の位相回転をそれぞれ行う。ここで、位相
回転器311〜31mによって行われる位相回転により与
えられる周波数オフセットは、送信側と受信側の周波数
ずれに完全に一致する程の高い精度は必要ではなく、チ
ャネル推定装置5によるチャネル推定が可能な範囲に、
周波数ずれが収まれば後は従来と同様なAFC制御によ
り周波数ずれは補正される。
割するための数mを大きくるすと回路規模は大きくなる
が大きな拡散利得を得ることができタイミング捕捉率の
向上およびBERの削減を図ることができる。そのた
め、分割数mの値は、必要となる性能および許容できる
回路規模等を考慮して決定される値である。
て、基地局と移動局の基準周波数ずれを擬似的に発生さ
せるシミュレーションを行なうことにより得られた、本
実施形態の逆拡散器を用いた移動局におけるデータを図
2〜図6に示す。このシミュレーションは、1フレーム
あたりのシンボル数はI、Qそれぞれ160(シンボル
/フレーム)、キャリア周波数2GHzの条件により行
われたものである。
5ppmの周波数ずれを発生させ、本実施形態の逆拡散
器により−4ppmの補正を行った場合と、補正を行わ
なかった場合と、比較のために1ppmの周波数ずれを
発生させ補正を行わなかった場合のビット誤り率(BE
R)特性を示したものである。ここで、BERは、QP
SK復調後のデータにおけるビット誤り率である。
生した場合に補正の有無によりビット誤り率特性が大幅
に向上していることがわかる。そして、5ppmの周波
数ずれが発生した場合でも、−4ppmの補正を行うこ
とにより、1ppmの周波数ずれしか発生していない場
合と同程度のビット誤り率特性が得られることがわか
る。
から8に増加させた場合のグラフであり、5ppmの周
波数ずれが発生した場合でも、−4ppmの補正を行う
ことにより、1ppmの周波数ずれしか発生していない
場合とほとんど同じビット誤り率特性が得られることが
わかる。
から16に増加させた場合のグラフであり、5ppmの
周波数ずれが発生した場合でも、−4ppmの補正を行
うことにより、1ppmの周波数ずれしか発生していな
い場合と全く同一のビット誤り率特性が得られることが
わかる。
おけるビット誤り率特性の関係を示したグラフであり、
分割数mを増加させることによりビット誤り率特性が向
上することがわかる。
目標BERを1.0×10-2とした場合に、その目標B
ERを得るために必要となるEb/N0の周波数ずれに
対する変化を示したグラフである。このシミュレーショ
ンは、分割数m=4の場合について行われたものであ
る。
は、周波数ずれが4ppmを超えると目標BERを得る
ためのEb/N0は急激に増加するのに対して、本実施
形態による補正を行うことにより、周波数誤差が大き
く、雑音が多い環境下でも復調が可能であることがわか
る。このことから、結果的にAFC制御の引き込み範囲
が拡大される。補正なしの従来例では、±4ppmまで
のAFC引き込みが可能であるとすると、同じ雑音環境
下であれば、±7ppm程度まで、引き込み範囲を拡大
することができる。
装置4における逆拡散器7、チャネル推定装置5におけ
る逆拡散器9に対して本発明を適用した場合を用いて説
明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、逆
拡散器7、9のうちのどちらか一方の逆拡散器のみに本
発明を適用した場合でも同様に本発明を適用することが
できるものである。また、逆拡散器7、9を1つの逆拡
散器で共用するようにしてもよい。
では、位相回転を行った後にチャネル推定により位相誤
差を検出して元の複素シンボルを求めなければならない
ため、精度の高い位相補正が必要となるが、タイミング
捕捉を行うための逆拡散器7では、1シンボル区間の相
関値の大きさだけを検出すればよいため、逆拡散器7の
場合よりも位相補正の精度は低くてもよい。
実施形態における逆拡散器について説明する。
ド・フィルタを用いた相関器に対して本発明を適用した
ものであったが、本実施形態はスライディング・コリレ
ータ型の相関器に対して本発明を適用したものである。
図14中と同一の符号が付された構成要素は同一の構成
要素を示す。
すように、相関器60、70と、位相回転器81と、加
算器91、101と、遅延素子92、102とから構成
されている。
号11はチップ毎に乗算器62により拡散符号と乗算さ
れ、加算器63と遅延素子64により構成される積算器
で順次積算されていく。相関器70でも同様にして、Q
成分のベースバンド信号21はチップ毎に乗算器72に
より拡散符号と乗算され、加算器73と遅延素子74に
より構成される積算器で順次積算されていく。
の複素中間信号あたり基準回転角δずつm段階に複素平
面上で順次位相回転させることにより回転補正を行う。
そして、回転補正が行われた後の複素中間信号のうち、
I成分の中間信号は加算器91、遅延素子92により構
成される積算器によりm回積算され、Q成分の中間信号
は加算器101、遅延素子102により構成される積算
器によりm回積算されることにより複素シンボルの相関
値が得られる。ここで得られた複素シンボルは、位相回
転器31により位相回転されたことにより擬似的に周波
数オフセットを与えられて逆拡散された複素シンボルと
なる。
2は、それぞれ1つであるが、受信時にオーバーサンプ
リングが行われる場合には、オーバーサンプリングレー
トをOSRとすると、遅延素子64、74、92、10
2は、遅延素子をそれぞれOSR個縦列に接続するもの
とする。
図2〜図6に示したような、上記第1の実施形態の逆拡
散器を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
実施形態における逆拡散器について説明する。
は、逆拡散の途中でチップレート信号から1/kチップ
レートの中間信号を生成し、その中間信号を段階的に位
相回転させることにより補正処理を行っている。そのた
め、この第1の実施形態の逆拡散器では、周波数ずれに
対する補正能力は高いが、その回路構成はやや複雑とな
ってしまう。具体的には、第1の実施形態の逆拡散器で
は、図1に示されるように分割数mと同数の位相回転器
311〜31mが必要となる。また、1シンボル毎に処理
を行う必要があるため、回転補正単位がシンボルあたり
の拡散チップ数に対して整数分の1に限定されてしま
う。
は、逆拡散処理の途中で回転補正を行うため、位相回転
器81の前後にそれぞれ累積加算処理を行う積算器を設
ける必要があり結果として2段の累積加算処理が必要と
なるため、第1の実施形態の逆拡散器と同様に回路構成
がやや複雑となる。図7中の加算器63、73と遅延素
子64、74とからなる積算器が1段めの累積加算処理
であり、加算器91、101と遅延素子92、102と
からなる積算器が2段めの累積加算処理である。また、
第2の実施形態の逆拡散器も、第1の実施形態と同様に
回転補正単位が、シンボルあたりの拡散チップ数に対し
て整数分の1に限定されてしまう。
は、逆拡散ので処理を分割することができるデジタル・
マッチド・フィルタやスライディング・コリレータを相
関器として用いた逆拡散器に本発明を適用した場合であ
るが、逆拡散の処理を分割して回転補正を行うことがで
きない相関器を用いた逆拡散器には同様に本発明を適用
することができない。
olay)・コリレータ(例えば3GPP(3rd Gene
ration Partnership Project) TSGR1−995
54)を相関器として用いた逆拡散器には、逆拡散の処
理を分割して回転補正を行うという方法は適用すること
ができない。
コリレータの構造の一例を図8に示す。図8中におい
て、遅延素子D1〜D8はF/Fあるいはメモリ等によ
り構成され、W1〜W8は1あるいは−1の値をとる係
数である。このゴーレイ・コリレータは、図8の左側か
らI成分のベースバンド信号11(Q成分のベースバン
ド信号21)を入力し、Di(i=1〜8)クロックだ
け遅延された上段の値と、遅延されずにWiを乗じた下
段の値との加算/減算が複数回繰り返されることでによ
り逆拡散が行われるというものである。
2.4.0に示されているとおり、
=[128、64、16、32、8、1、4、2] [W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7、W8]
=[1、−1、1、1、1、1、1、1] という組合せにより、下記のyで示される256チップ
の拡散符号で拡散された信号の逆拡散を行うことができ
る。
列であり、
している。
符号に対して逆拡散を行えるわけではないが、このゴー
レイ・コリレータ構成の相関器を使用することができる
場合、マッチドフィルタに比べて、遅延用メモリや加算
器の回路規模を削減することができる。
を1度に逆拡散する場合には適しているが、上記でも説
明したように、1シンボル内の逆拡散処理を拡散率の約
数である分割数mに分割して処理することはできない。
そのため、逆拡散処理途中での回転補正を行うことはで
きない。
第2の実施形態の逆拡散器におけるこのような点を改善
したものである。本発明の第3の実施形態の逆拡散器を
図9に示す。
に、周波数誤差補正器82と、拡散符号乗算器86と、
累積加算器87、88とから構成されている。また、周
波数誤差補正器82は、チップ数カウンタ83と、ステ
ップ番号カウンタ84と、位相回転器85とから構成さ
れている。
タル信号のI、Q成分のベースバンド信号11、21の
チップ数を順次カウントし、そのチップ数がKチップ増
加する毎にステップ番号カウンタ84にステップ番号の
インクリメントを指示している。
ウンタ83からのインクリメント指示に従い、出力して
いるステップ番号がM−1以外の場合にはそのステップ
番号を1増加させ、ステップ番号がM−1の場合には1
増加させるかわりにステップ番号を0に戻す処理を行っ
ている。
2πをMステップ分割した角度である基準回転角刻みで
回転処理を行う事が可能で、予め設定されたM段階の位
相回転角のうち、ステップ番号カウンタ84のステップ
番号に応じた位相回転角で、I、Q成分のベースバンド
信号11、21の複素平面上での位相を回転させること
により回転補正処理を行っている。
より回転補正が行われた後のI、Q成分のベースバンド
信号に対して、それぞれ拡散符号を乗算する処理を行っ
ている。
86からの乗算値を、それぞれI、Q成分毎に1シンボ
ル区間累積加算することによりI、Q成分の相関値を生
成している。
て図面を参照して詳細に説明する。
分のベースバンド信号11、21は、先ず周波数誤差補
正器82に入力される。
カウンタ84の2つのカウンタにより、ステップ番号は
Kチップ毎に0〜(M−1)の間でインクリメントもし
くは0に戻す処理が行われる。ステップ番号をデクリメ
ントもしくは0に戻す処理を行うことで、インクリメン
トとは逆方向の周波数ずれを補正することが可能であ
る。
のベースバンド信号11、21に対して、ステップ番号
カウンタ84からのステップ番号に応じた位相回転角で
の回転補正処理を行う。具体的な例としてM=8とした
場合における位相回転の様子を図10に示す。この場合
には、各ステップ毎の位相回転量はπ/4刻みとなる。
つまり、この場合の基準回転角はπ/4である。
散符号乗算器86を介して累積加算器87、88に入力
される。このことにより、回転補正処理されたI、Q成
分のベースバンド信号は拡散符号を乗算された後、1シ
ンボル期間の累積加算処理が行われ、拡散前の情報シン
ボルとして復号される。
り、基地局−移動局間における基準発振器に大きな周波
数ずれが存在する場合においても、拡散利得減少を抑え
ることが可能である。たとえば、W−CDMA 3GP
P規格のPCCPCH(Primary Common Control Ph
ysical Channel)の場合、キャリア周波数2GHzで
4ppmの周波数オフセットが存在すると、通常の回転
補正無しの状態ではノイズ特性が4dB悪くなるのに対
し、本発明を適応すると適切周波数補正を行った場合の
ノイズ特性の劣化は0.3dBに抑える事ができる。
散器では、逆拡散処理の途中で回転補正を行うため、マ
ッチド・フィルタやスライディング・コリレータのよう
な逆拡散処理を分割することができる相関器にしか適用
することができなかった。しかし、本実施形態の逆拡散
器では、逆拡散処理を行う前に位相回転補正を行ってい
るため、後段における逆拡散処理には従来の逆拡散処理
からの変更は何も必要ではなく、相関器の構成に関して
自由度が増す。したがって、図8に示した階層化構造の
ゴーレイ・コリレータを相関器として使用することも可
能である。
と同数の位相回転器を必要とする第1の実施形態の逆拡
散器と比較すると、位相回転器を1つしか必要としない
ため簡単な回路構成となっている。2段の累積加算処理
を必要とする第2の実施形態の逆拡散器と比較すると、
累積加算処理は1段しか必要としないため簡単な回路構
成となっている。
散器では、逆拡散処理の途中で回転補正を行っているた
め、1シンボル毎に処理を行う必要があり、回転補正単
位がシンボルあたりの拡散チップ数に対して整数分の1
でなければならないという限定があるが、本実施形態の
逆拡散器では、逆拡散処理の前に回転補正処理を行うた
め、補正処理単位をシンボル拡散率とは独立に設定する
ことができる。
ような8段階とすると、必要な位相回転はπ/4、π/
2、πおよびこれらの和に限定できる。これらの回転処
理は、πは符号反転、π/2はI、Q入れ替えと符号反
転の演算だけである。また、π/4に関しては正確には
sinπ/4(=21/2/2)を用いた乗算が必要であ
るが、sinπ/4=3/4と近似しても性能劣化は認
められなかった。このような8段階の位相回転器は、シ
フトと加算器およびセレクタのみと非常に簡単な回路構
成で実現することが可能である。
いて、sinπ/4=3/4と近似してPCCPCHを
復調した場合にBER(ビットエラー率)が0.1を満
たすために必要なノイズ強度Eb/N0をシミュレーシ
ョンした結果を図11に示す。図11中のKは位相回転
を行う際に各ステップにとどまるチップ数であり、この
数字が小さいほど大きな周波数オフセット補正を行うこ
とになる。例えばK=85とした場合には、周波数ずれ
が3ppmである環境下おいて、回転補正が無い場合に
比べて約2dBノイズ耐性が強い事が分かる。
によれば、回路規模、消費電力を大幅に増加させること
なく周波数ずれが大きな環境下においてもタイミング検
出、チャネル推定を行うことができるので、AFC制御
における引き込み範囲を拡大することができるという効
果を得ることができる。
すブロック図である。
散器のビット誤り率特性を示すグラフである。
散器のビット誤り率特性を示すグラフである。
拡散器のビット誤り率特性を示すグラフである。
8、16の場合におけるビット誤り率特性を示すグラフ
である。
散器により得られる捕捉特性を示すグラフである。
すブロック図である。
ある。
すブロック図である。
た場合の位相回転の様子を示す図である。
波数の周波数ずれ量と、ビット誤り率(BER)が0.
1となるEb/N0の値との関係を示すグラフである。
示すブロック図である。
チド・フィルタにより実現した場合の構成を示すブロッ
ク図である。
・コレレータにより実現した場合の構成を示すブロック
図である。
ある。
示す図である。
とした場合の、タイミング捕捉率と信号1ビットあたり
のエネルギー対平均雑音電力スペクトル密度(Eb/N
0)の関係を示すグラフである。
とした場合の、ビット誤り率(BER)と信号1ビット
あたりのエネルギー対平均雑音電力スペクトル密度(E
b/N0)の関係を示すグラフである。
路の構成を示すブロック図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 1シンボルあたりnチップの拡散符号で
拡散されたI成分とQ成分のベースバンド信号からなる
複素ベースバンド信号の逆拡散を行うための逆拡散器で
あって、 前記I成分のベースバンド信号をある一定時間間隔で遅
延させることにより順次シフトしている少なくともn−
1の整数倍個の第1の遅延素子と、前記第1の遅延素子
により順次シフトされた前記I成分のベースバンド信号
と拡散符号との間の乗算をそれぞれ行っているn個の第
1の乗算器と、n個の前記第1の乗算器のうちのk個の
第1の乗算器からの出力の積算を行ないそれぞれI成分
の中間信号として出力しているm(=n/k)個の第1
の加算器とを有する第1の相関器と、 前記Q成分のベースバンド信号をある一定時間間隔で遅
延させることにより順次シフトしている1シンボルあた
りのチップ数nと同数の第2の遅延素子と、前記第2の
遅延素子により順次シフトされた前記I成分のベースバ
ンド信号と拡散符号との間の乗算をそれぞれ行っている
n個の第2の乗算器と、n個の前記第2の乗算器のうち
のk個の第2の乗算器からの出力の積算を行ないそれぞ
れQ成分の中間信号として出力しているm個の第2の加
算器とを有する第2の相関器と、 前記各第1の相関器により生成されたm個のI成分の中
間信号と前記各第2の相関器により生成されたm個のQ
成分の中間信号からなるm組の複素中間信号を、それぞ
れ1組の複素中間信号あたり基準回転角δずつずらした
m段階の位相回転角で複素平面上での位相を回転させる
ことにより回転補正を行うm個の位相回転器と、 前記各位相回転器により回転補正が行われた後のm個の
複素中間信号のI成分どうしの積算を行うことによりI
成分の相関値を算出している第1の加算器と、 前記各位相回転器により回転補正が行われた後のm個の
複素中間信号のQ成分どうしの積算を行うことによりQ
成分の相関値を算出している第2の加算器とから構成さ
れている逆拡散器。 - 【請求項2】 1シンボルあたりnチップの拡散符号で
拡散されたI成分とQ成分のベースバンド信号からなる
複素ベースバンド信号の逆拡散を行うための逆拡散器で
あって、 前記I成分のベースバンド信号とチップ数nの拡散符号
との間の乗算を順次行っている第1の乗算器と、前記第
1の乗算器により得られた乗算値をk個毎に順次積算し
て該積算値を中間信号とすることによりm(=n/k)
個のI成分の中間信号を生成して出力している第1の相
関器と、 前記Q成分のベースバンド信号とチップ数nの拡散符号
との間の乗算を順次行っている第2の乗算器と、前記第
1の乗算器により得られた乗算値をk個毎に順次積算し
て該積算値を中間信号とすることによりm個のQ成分の
中間信号を生成して出力している第2の相関器と、 前記I成分の中間信号と前記Q成分の中間信号からなる
m組の複素中間信号を、1組の複素中間信号あたり基準
回転角δずつm段階で段階的に複素平面上で順次位相回
転させることにより回転補正を行う位相回転器と、 前記位相回転器により回転補正が行われた後のm個の複
素中間信号のI成分を順次積算することによりI成分の
相関値を算出している第1の加算器と、 前記各位相回転器により回転補正が行われた後のm個の
複素中間信号のQ成分を順次積算することによりQ成分
の相関値を算出している第2の加算器とから構成されて
いる逆拡散器。 - 【請求項3】 1シンボルあたりnチップの拡散符号で
拡散されたI成分とQ成分のベースバンド信号からなる
複素ベースバンド信号の逆拡散を行うための逆拡散器で
あって、 入力される前記複素ベースバンド信号のチップ数を順次
カウントし、該チップ数がKチップ増加する毎に、一周
の回転角度(2π)をM分割した角度である基準回転角
ずつずらされたM段階の位相回転角で前記複素ベースバ
ンド信号の複素平面上での位相を回転する回転補正を段
階的に行っている周波数誤差補正器と、 前記周波数誤差補正器により回転補正が行われた後の複
素ベースバンド信号に対して、それぞれ拡散符号を乗算
する処理を行っている拡散符号乗算器と、 前記拡散符号乗算器からの乗算値を、それぞれI、Q成
分毎に1シンボル区間累積加算することによりI、Q成
分の相関値をそれぞれ生成している2つの累積加算器と
を有する逆拡散器。 - 【請求項4】 前記周波数誤差補正器が、 入力される前記複素ベースバンド信号のチップ数を順次
カウントし、該チップ数がKチップ増加する毎にインク
リメント指示を行っているチップ数カウンタと、 前記チップ数カウンタからのインクリメント指示に従
い、出力しているステップ番号がM−1以外の場合には
該ステップ番号を1増加させ、該ステップ番号がM−1
の場合には該ステップ番号を0に戻す処理を行っている
ステップ番号カウンタと、 前記基準回転角ずつずらされたM段階の位相回転角が予
め設定されていて、前記複素ベースバンド信号に対し
て、前記ステップ番号カウンタからのステップ番号に応
じた位相回転角による回転補正処理を行っている位相回
転器とから構成されている請求項3記載の逆拡散器。 - 【請求項5】 請求項1から4のいずれか1項記載の逆
拡散器と、 前記逆拡散器における逆拡散により得られたI成分、Q
成分の相関値の大きさから拡散タイミングを検出するピ
ーク検出部とから構成されるタイミング検出装置。 - 【請求項6】 請求項1から4のいずれか1項記載の逆
拡散器と、 前記逆拡散器により得られた複素シンボルに含まれてい
る位相誤差を検出し、該位相誤差の補正を行っている回
転補正部とから構成されるチャネル推定装置。 - 【請求項7】 受信側の基準周波数と送信側の基準周波
数との差である周波数誤差を測定するための周波数誤差
測定方法であって、 それぞれnチップのI、Q成分のベースバンド信号を、
ある一定時間間隔で遅延させることによりそれぞれ順次
シフトさせ、シフトされた前記I、Q成分のベースバン
ド信号と拡散符号との間の乗算をそれぞれ行ない、得ら
れたn個の乗算値のうちのk個の乗算値の積算を行ない
m(=n/k)個のI成分の中間信号およびm個のQ成
分の中間信号を生成し、 m個のI成分の中間信号とm個のQ成分の中間信号から
なるm組の複素中間信号を、それぞれ1組の複素中間信
号あたり基準回転角δずつずらしたm段階の位相回転角
で複素平面上での位相を回転させることにより回転補正
を行ない、 回転補正が行われた後のm個の複素中間信号のI成分ど
うし及びQ成分どうしの積算を行うことによりI、Q成
分の相関値をそれぞれ算出し、 前記I成分の相関値と前記Q成分の相関値に基づいた複
素シンボルの電力値を算出し、該電力値が最大となるよ
うな前記基準回転角δの値を選択し、 選択された前記基準回転角δに基づいて前記周波数誤差
の検出を行なう周波数誤差測定方法。 - 【請求項8】 受信側の基準周波数と送信側の基準周波
数との差である周波数誤差を測定するための周波数誤差
測定方法であって、 それぞれnチップのI、Q成分のベースバンド信号とチ
ップ数nの拡散符号との間の乗算を順次行ない、該乗算
値をk個毎に順次積算して該積算値を中間信号とするこ
とによりm(=n/k)個のI、Q成分の中間信号をそ
れぞれ生成し、 前記I成分の中間信号と前記Q成分の中間信号からなる
m組の複素中間信号を、1組の複素中間信号あたり基準
回転角δずつm段階で段階的に複素平面上で順次位相回
転させることにより回転補正を行ない、 回転補正が行われた後のm個の複素中間信号のI成分ど
うし及びQ成分どうしを順次積算することによりI、Q
成分の相関値をそれぞれ算出し、 前記I成分の相関値と前記Q成分の相関値に基づいた複
素シンボルの電力値を算出し、該電力値が最大となるよ
うな前記基準回転角δの値を選択し、 選択された前記基準回転角δに基づいて前記周波数誤差
の検出を行なう周波数誤差測定方法。 - 【請求項9】 受信側の基準周波数と送信側の基準周
波数との差である周波数誤差を測定するための周波数誤
差測定方法であって、 入力される前記複素ベースバンド信号のチップ数を順次
カウントし、 カウントされた前記チップ数がKチップ増加する毎に、
一周の回転角度(2π)をM分割した角度である基準回
転角ずつずらされたM段階の位相回転角で前記複素ベー
スバンド信号の複素平面上での位相を回転する回転補正
を段階的に行ない、 前記周波数誤差補正器により回転補正が行われた後の複
素ベースバンド信号に対して、それぞれ拡散符号を乗算
する処理を行ない、 前記拡散符号乗算器からの乗算値を、それぞれI、Q成
分毎に1シンボル区間累積加算することによりI、Q成
分の相関値をそれぞれ生成し、 前記I成分の相関値と前記Q成分の相関値に基づいた複
素シンボルの電力値を算出し、該電力値が最大となるよ
うな前記基準回転角の値を選択し、 選択された前記基準回転角に基づいて前記周波数誤差の
検出を行なう周波数誤差測定方法。 - 【請求項10】 請求項7から9のいずれか1項記載の
周波数誤差測定方法により周波数誤差を測定し、 該周波数誤差が減少するように移動局の基準周波数信号
の周波数の制御を行うAFC制御方法。
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