JP2005033791A - 周波数差測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定のサンプル間隔に基づいて位相の変化値を演算することで、それら演算された位相の変化値に基づいて、送信周波数と受信周波数との平均周波数差値を正確に測定し得る周波数差測定方法を提供する。
【解決手段】復調された信号の位相の変化値を、所定のサンプル間隔に基づいて演算する段階と、前記演算された位相の変化値に基づいて、送信周波数と受信周波数との平均周波数差値を決定する段階とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動通信システムに係るもので、詳しくは、ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式の移動通信システムにおいて周波数の差を測定する方法に関するものである。

一般に、移動通信システムの送信側及び受信側は、所定の周波数で信号を送／受信し、該所定の周波数は、周波数発生器から発生される。しかしながら、送／受信される周波数は、環境的な要因による周波数発生器の特性の変化、及び移動通信端末機の動きによるドップラー効果（Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｅｆｆｅｃｔ）のため、所定の周波数と一致しないようになる。
よって、移動通信システムの受信側は、発生される送信周波数と受信周波数との差を最小化して信号を受信することによって、移動通信システムの性能の低下を防止する必要がある（例えば、特許文献１参照）。

図３は、一般のＡＦＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）構造の周波数差測定装置を示したブロック図である。図に示すように、発振周波数を基準にアンテナを通して受信された信号を復調してベースバンド信号に出力する復調器（Ｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１１０と、復調器１１０に入力される発振周波数を生成する周波数発生器１２０と、復調器１１０から入力される信号の周波数と発振周波数との差を算出する周波数差測定器１３０とから構成されている。ここで、周波数発生器１２０は、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）により構成されることが好ましい。

このように構成された従来の周波数差測定装置の周波数差測定方法を、図４及び図５に基づいて説明する。
一般に、送信側は、データＳ（ｔ）を送信周波数にのせて送信し、受信側は、受信された信号を受信周波数を利用して復調する。ここで、送信周波数をｆ_ｔ、受信周波数をｆ_ｒとするとき、それら送信周波数ｆ_ｔと受信周波数ｆ_ｒとの差値ｆ_ｄは、下記の数１のように定義される。

（数１）
ｆ_ｄ＝ｆ_ｔ−ｆ_ｒ
このとき、受信側は、送信周波数ｆ_ｔと受信周波数ｆ_ｒとが一致すると、データＳ（ｔ）を首尾良く受信することができ、送信周波数ｆ_ｔと受信周波数ｆ_ｒとが一致しないと、データＳ（ｔ）を受信することなく、Ｓ（ｔ）・ｅ^{ｊ２πｆｄｔ}を受信する。

よって、送信側及び受信側がパイロット信号（Ｐｉｌｏｔ Ｓｉｇｎａｌ）のようによく知られている信号をデータＳ（ｔ）として使用するとき、受信側は、復調された信号Ｓ（ｔ）・ｅ^{ｊ２πｆｄｔ}中、ｅ^{ｊ２πｆｄｔ}の位相の変化値を演算することで、該位相の変化値に基づいて送信周波数ｆ_ｔと受信周波数ｆ_ｒとの差値ｆ_ｄを測定することができる。

まず、受信側は、復調された信号Ｓ（ｔ）・ｅ^{ｊ２πｆｄｔ}からデータＳ（ｔ）が除去された下記の数２のように表現される位相成分を抽出する。
（数２）
ｉ（ｔ_ｎ）＝ｅ^{ｊ２πｆｄｔｎ} 、 ｈｅｒｅｉｎ ｎ＝１、２、・・・、Ｎ

以下、位相成分の位相の変化を図４に基づいて説明する。
図４は、復調された信号の位相の変化を示したグラフである。図に示すように、復調された信号Ｓ（ｔ）・ｅ^{ｊ２πｆｄｔ}中、ｅ^{ｊ２πｆｄｔ}の位相値２πｆ_ｄｔを時間軸によって表示するとき、それら表示された位相値はほぼ直線状に現れる。受信側は、位相成分の位相の変化値に基づいて、送信周波数ｆ_ｔと受信周波数ｆ_ｒとの差値ｆ_ｄを測定することができる。

以下、位相成分の位相の変化値を演算する原理を、図５に基づいて説明する。
図５は、従来の位相の変化値を演算する原理を示したグラフである。図に示すように、相互隣接した信号間に下記の数３のように表現される位相の変化値が演算される。

演算された位相の変化値に基づいて、下記の数４のように表現される周波数差値が測定される。

したがって、数４に基づいてＮ個の周波数差値が測定されるため、受信側は、それら測定されたＮ個の周波数差値を下記の数５のように平均することで、その平均値を送信周波数ｆ_ｔと受信周波数ｆ_ｒとの平均周波数差値として測定する。

このように、従来の周波数差測定方法は、測定されたＮ個の周波数差値中、最初及び最後の周波数差値のみに基づいて送信周波数ｆ_ｔと受信周波数ｆ_ｒとの平均周波数差値を測定するものであって、これを数式的に簡略に説明すると次のようである。例えば、平均周波数差値を測定するためのＮ個の位相値は、下記の数６のように表現される。
（数６）
Φ_０＝２πｆ_ｄｔ_０、Φ_１＝２πｆ_ｄｔ_１、Φ_２＝２πｆ_ｄｔ_２、・・・、Φ_Ｎ＝２πｆ_ｄｔ_Ｎ

それら位相値中、相互隣接した信号間の位相差は、下記の数７のように表現される。
（数７）
Φ_０−Φ_１＝２πｆ_ｄｔ_０−２πｆ_ｄｔ_１
Φ_１−Φ_２＝２πｆ_ｄｔ_１−２πｆ_ｄｔ_２
Φ_２−Φ_３＝２πｆ_ｄｔ_２−２πｆ_ｄｔ_３
・・・
Φ_Ｎ−１−Φ_Ｎ＝２πｆ_ｄｔ_Ｎ−１−２πｆ_ｄｔ_Ｎ

このとき、それら演算された位相の変化値が全て加算されると、下記の数８のように表現される。
（数８）
（Φ_０−Φ_１）＋（Φ_１−Φ_２）＋（Φ_２−Φ_３）＋・・・＋（Φ_Ｎ−１−Φ_Ｎ）＝Φ_０−Φ_Ｎ

よって、受信側は、数８の結果を下記の数９のように平均することで、その平均値を送信周波数ｆ_ｔと受信周波数ｆ_ｒとの平均周波数差値として決定することができる。

特開平１０−２２４１８４号公報

しかしながら、このような従来の周波数差測定方法においては、位相の変化値を平均する過程で中間の位相値が全て除去されて、最初及び最後の位相値のみに基づいて送信周波数ｆ_ｔと受信周波数ｆ_ｒとの平均周波数差値を決定するため、決定された平均周波数差値が必然的に不正確になるという問題点があった。

そこで、本発明は上記従来の周波数差測定方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、所定のサンプル間隔に基づいて位相の変化値を演算することで、それら演算された位相の変化値に基づいて、送信周波数と受信周波数との平均周波数差値を正確に測定し得る周波数差測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による周波数差測定方法は、復調された信号の位相の変化値を、所定のサンプル間隔に基づいて演算する段階と、前記演算された位相の変化値に基づいて、送信周波数と受信周波数との平均周波数差値を決定する段階とを有することを特徴とする。

又、上記目的を達成するためになされた本発明による周波数差測定方法は、送信周波数と受信周波数との周波数差値を決定する移動通信システムにおいて、受信信号を復調して、前記復調された受信信号の位相成分を抽出する段階と、所定のサンプル間隔に基づいて、前記抽出された位相成分の位相の変化値を演算する段階と、前記演算された位相の変化値に相当する周波数差値を測定する段階と、前記測定された周波数差値を平均して、その平均値を送信周波数と受信周波数との平均周波数差値として決定する段階とを有することを特徴とする。

本発明に係る周波数差測定方法によれば、所定のサンプル間隔に基づいて位相の変化値を演算して、演算された位相の変化値に基づいて送信周波数と受信周波数との周波数差値を正確に決定するため、受信側は、送信側から送信されたデータを正確に受信することで、移動通信システムの性能を向上させるという効果がある。

次に、本発明に係る周波数差測定方法を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
一般に、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ）方式の移動通信システムは、アップリンク及びダウンリンクの周波数を相互異なるように用いて通信する。即ち、ダウンリンクの特定のチャネルが用いられるとき、基地局は、通常、既知の信号を端末機に伝達することができる。

このような環境で、端末機は、いつも充分な量の信号を利用して周波数差を測定することができる。例えば、ＦＤＤ方式を用いるＷ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅｂａｎｄ−Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）システムの場合、移動通信システムは、共通チャネル中の一つのＣＰＩＣＨ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｐｉｌｏｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）を利用することができるが、ＣＰＩＣＨは、通常、基地局が端末機に信号を送信するチャネルである。

よって、端末機は、周波数差を測定するためにＣＰＩＣＨを利用するとき、拡散利得（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｇａｉｎ）によって高い水準のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を有する信号を利用することができるし、１０ｍｓ間に１５０ｓｙｍｂｏｌ（＝３８４００ ｃｈｉｐ）を利用することができる。

反面、ＴＤＤ方式の移動通信システムは、アップリンクとダウンリンクとの伝送時間を分割して通信する。即ち、アップリンクの時間にはダウンリンクが許容されないため、基地局は、端末機に既知の信号を伝送し得る時間が制限されている。例えば、ＴＤＤ方式を用いるＴＤ−ＳＣＤＭＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ−Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＣＤＭＡ）方式の移動通信システムにおいて、ダウンリンクを利用し得る時間が制限されているため、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ方式の移動通信システムは、通話チャネル（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ）が連結されるとき伝送されるミッドアンブル信号（Ｍｉｄａｍｂｌｅ Ｓｉｇｎａｌ）のみを利用することができる。

ところが、この移動通信システムは、１２．２ｋｂｐｓのチャネルを利用するとき、ミッドアンブル信号の占める比率が単に２．１１％（５ｍｓ間に６８００ｃｈｉｐ中１４４ｃｈｉｐ）になるというだけでなく、低い水準のＳＮＲを有する信号のみを利用しなければならない。
よって、ＴＤ−ＳＣＤＭＡ方式の移動通信システムにおいては、相対的に低品質で、少量の信号を利用するため、正確に周波数差値を測定し得る方法が要求されている。

以下、ＴＤＤ方式の移動通信システムにおいて送信周波数と受信周波数との周波数差を正確に測定し得る方法を、図１に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る周波数差測定方法の流れを示したフローチャートである。
図に示すように、本発明に係る周波数差測定方法は、受信された信号を復調して、復調された信号の位相成分を抽出する段階（ステップＳ４１）と、所定のサンプル間隔に基づいて、抽出された位相成分の位相の変化値を演算する段階（ステップＳ４２）と、演算された位相の変化値に相当する周波数差値を測定する段階（ステップＳ４３）と、測定された周波数差値を平均して、その平均値を送信周波数と受信周波数との平均周波数差値として決定する段階（ステップＳ４４）とを有し、それらを順次行っていく。

以下、このような本発明に係る周波数差測定方法をより詳しく説明する。
まず、受信側は、復調された信号からデータＳ（ｔ）が除去された下記の数１０のように表現される位相成分を抽出する（ステップＳ４１）。
（数１０）
ｉ（ｔ_ｎ）＝ｅ^{ｊ２πｆｄｔｎ} 、 ｈｅｒｅｉｎ ｎ＝１、２、・・・、Ｎ

以下、抽出された位相成分の位相の変化値を演算する原理を、図２に基づいて説明する。
図２は、本発明に係る位相の変化値を演算する原理を示したグラフである。図に示すように、所定のサンプル間隔を有する位相成分間に、下記の数１１のように表現される位相の変化値が演算される（ステップＳ４２）。

演算された位相の変化値を利用して、下記の数１２のように表現される周波数差値が測定される（ステップＳ４３）。

よって、測定された周波数差値に基づいてＮ個の周波数差値が測定されるため、受信側は、それら測定されたＮ個の周波数差値を下記の数１３のように平均することで、その平均値を送信周波数と受信周波数との平均周波数差値として決定する（ステップＳ４４）。

このように、本発明に係る周波数差測定方法は、所定のサンプル間隔以上離れた位相成分間の位相の変化値に基づいて、送信周波数と受信周波数との平均周波数差を測定するものであって、これを数式的に簡略に説明すると次のようである。例えば、平均周波数差値を測定するためのＮ個の位相値は、下記の数１４のように表現される。
（数１４）
Φ_０＝２πｆ_ｄｔ_０、Φ_１＝２πｆ_ｄｔ_１、Φ_２＝２πｆ_ｄｔ_２、・・・、Φ_Ｎ＝２πｆ_ｄｔ_Ｎ

それら位相値中、所定のサンプル間隔以上離れた位相値間の位相差値は、下記の数１５のように表現される。
（数１５）
Φ_０−Φ_ｋ＝２πｆ_ｄｔ_０−２πｆ_ｄｔ_ｋ
Φ_１−Φ_ｋ＋１＝２πｆ_ｄｔ_１−２πｆ_ｄｔ_ｋ＋１
Φ_２−Φ_ｋ＋２＝２πｆ_ｄｔ_２−２πｆ_ｄｔ_ｋ＋２
・・・
Φ_{Ｎ−ｋ−２}−Φ_Ｎ−２＝２πｆ_ｄｔ_{Ｎ−ｋ−２}−２πｆ_ｄｔ_Ｎ−２
Φ_{Ｎ−ｋ−１}−Φ_Ｎ−１＝２πｆ_ｄｔ_{Ｎ−ｋ−１}−２πｆ_ｄｔ_Ｎ−１
Φ_Ｎ−ｋ−Φ_Ｎ＝２πｆ_ｄｔ_Ｎ−ｋ−２πｆ_ｄｔ_Ｎ

それら演算された位相の変化値を全て加算すると、下記の数１６のように表現される。

よって、受信側は、数１６の結果値を平均することで、送信周波数と受信周波数との平均周波数差値を決定することができる。ここで、受信側は、数１６のｋ値によって、（＋）項目でｋ個で、（−）項目でｋ個の位相値を利用することができるため、相対的に正確な周波数差値を決定することができる。

尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

本発明に係る周波数差測定方法を示したフローチャートである。 本発明に係る位相の変化値を演算する原理を示したグラフである。 従来のＡＦＣ構造の周波数差測定装置を示したブロック図である。 復調された信号の位相の変化を示したグラフである。 従来の位相の変化値を演算する原理を示したグラフである。

Claims (7)

1. 復調された信号の位相の変化値を、所定のサンプル間隔に基づいて演算する段階と、
   前記演算された位相の変化値に基づいて、送信周波数と受信周波数との平均周波数差値を決定する段階とを有することを特徴とする周波数差測定方法。
2. 前記所定のサンプル間隔は、前記演算される位相の変化値の個数と同数であることを特徴とする請求項１記載の周波数差測定方法。
3. 前記所定のサンプル間隔は、相互重複されるサンプルが存在しないことを特徴とする請求項２記載の周波数差測定方法。
4. 前記送信周波数と受信周波数との平均周波数差値を決定する段階は、前記演算された位相の変化値に相当する周波数差値を平均して、その平均値を前記送信周波数と前記受信周波数との平均周波数差値として決定することを特徴とする請求項１記載の周波数差測定方法。
5. 送信周波数と受信周波数との周波数差値を決定する移動通信システムにおいて、
   受信信号を復調して、前記復調された受信信号の位相成分を抽出する段階と、
   所定のサンプル間隔に基づいて、前記抽出された位相成分の位相の変化値を演算する段階と、
   前記演算された位相の変化値に相当する周波数差値を測定する段階と、
   前記測定された周波数差値を平均して、その平均値を送信周波数と受信周波数との平均周波数差値として決定する段階とを有することを特徴とする周波数差測定方法。
6. 前記所定のサンプル間隔は、前記抽出しようとする位相の変化値の個数と同数であることを特徴とする請求項５記載の周波数差測定方法。
7. 前記所定のサンプル間隔は、相互重複されるサンプルが存在しないことを特徴とする請求項６記載の周波数差測定方法。

Images