JP2006140631A

JP2006140631A - 周波数制御装置

Info

Publication number: JP2006140631A
Application number: JP2004326876A
Authority: JP
Inventors: Motoyasu Taguchi; 元康田口; Hideki Kanemoto; 英樹金本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】ハンドオーバのために端末が複数の基地局との間で同時に通信する場合に、共通パイロットチャネルを割り当てない基地局と通信する時であっても正しい周波数補正を可能にする。
【解決手段】自局の送受信周波数を通信相手局の周波数に自動的に追従させる自動周波数制御装置１０２であって、互いに異なる複数の物理チャネルについてそれぞれ周波数誤差の情報を検出する周波数誤差測定部１０６ａ〜１０６ｃと、検出した複数の物理チャネルの周波数誤差に関する情報を合成した結果を自局の周波数補正に反映する複数チャネル周波数誤差合成部１０８ａ、１０８ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話等に搭載される自動周波数制御装置（ＡＦＣ）に関する。

ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）システムのようにスペクトラム拡散通信を行う通信システムにおいては、比較的広い同一の周波数帯の中に多数のチャネルが形成され、チャネル毎に独立して通信を行うことができる。このような通信システムにおいて各端末が自局の周波数を特定の無線局（例えば基地局）の周波数に追従させるために自動周波数制御（ＡＦＣ）を行う場合には、各端末は受信信号の中で、既知のデータ列で構成されるチャネル（共通パイロットチャネル）を用いて周波数誤差を推定し、得られた推定値に基づいて自局の基準周波数を補正するように制御するのが一般的である。このような自動周波数制御の従来例として、例えば特許文献１に開示された技術が知られている。

図３および図４は従来の自動周波数制御装置を示す構成図である。図３において、ある基地局の送信した信号を端末が受信した信号は、マルチパス信号３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃとしてパス毎に自動周波数制御部に入力される。これらのマルチパス信号３０２ａ，３０２ｂ，３０２ｃは、それぞれミキサ（混合器）３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃにおいて発振器３０８が出力する信号と混合され周波数変換される。すなわち、対応する逆拡散された信号の周波数に比例してダウンコンバートされミキサ３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃから出力される。周波数検出器３０６ａ，３０６ｂ，３０６ｃは、それぞれミキサ３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃが出力する受信信号を入力し、パス毎に受信信号の周波数誤差を算出する。周波数検出器３０６ａ，３０６ｂ，３０６ｃが算出した周波数誤差は、合波器３０７で合成され誤差結果ｅ(ｎ)として出力される。この誤差結果ｅ(ｎ)は、ループフィルタ３０９を介して発振器３０８にフィードバックされる。従って、発振器３０８は誤差結果ｅ(ｎ)が小さくなるように自身の発振周波数を補正する。これにより、発振器３０８から各ミキサ３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃに送られる信号の周波数が補正される。このようなループ制御により、端末は基地局の送信する信号の周波数に追従するように自動的に基準周波数を補正することができる。特許文献１の技術では、計算行程を少なくするために、図４に示すような構成を用いて自動周波数制御を行うことを提案している。すなわち、図３における周波数検出器３０６ａ，３０６ｂ，３０６ｃの代わりにフィンガ４０２ａ，４０２ｂ，４０２ｃを用いて、各パス毎の処理は逆拡散のみにとどめ、マルチパスの合成後に周波数誤差を計算するように処理している。
特開２０００−１０６５３５号公報

前述のように、ＣＤＭＡシステムで端末が自動周波数制御を行う場合には、基地局から送信される既知のシンボルデータのみで構成される共通パイロットチャネルのシンボル間の周波数誤差を推定し、推定した周波数誤差に基づいて端末の基準周波数を補正するのが一般的である。但し、ＣＤＭＡシステムでは、ある端末に対して共通パイロットチャネルを割り当てない基地局が存在する場合もある。基地局が端末に共通パイロットチャネルを割り当てない場合には、基地局の送信に利用される個別物理チャネルで音声データなどのユーザーデータに付随して送信される既知のシンボルデータを検出し、これを用いて周波数誤差を推定している。

しかしながら、例えば端末の移動に伴って通信相手の基地局の切り替え（ハンドオーバ）を行うような場合には、１つの端末と複数の基地局との間で同時に通信を行う必要があるため、次のような問題が生じる。同一システムの中に、ある端末に対して共通パイロットチャネルを割り当てる第１の基地局と割り当てない第２の基地局とが混在している場合に、１つの端末が第１の基地局および第２の基地局の両方からの信号を同時に受信してハンドオーバしようとする時には、受信したマルチパス信号の各パスの周波数誤差を共通パイロットチャネルもしくは個別物理チャネルのいずれかを使用して推定することになる。また、各パスの周波数誤差を合成する際に、両チャネルのシンボルレートおよび周波数誤差を算出する際のサンプリング間隔の違いのため、両方のチャネルの間で周波数誤差を合成することができない。従って、ハンドオーバしようとする時に正しく周波数を補正することができなかった。

本発明は、通信システムに共通パイロットチャネルを割り当てる基地局と割り当てない基地局とが混在する場合であっても、複数の基地局との間で同時に通信する時に端末の周波数を正しく補正することが可能な周波数制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、自局の送受信周波数を通信相手局の周波数に自動的に追従させる周波数制御装置であって、互いに異なる複数の物理チャネルについてそれぞれ周波数誤差の情報を検出する周波数誤差検出手段と、前記周波数誤差検出手段が検出した複数の物理チャネルの周波数誤差に関する情報を合成した結果を自局の周波数補正に反映する複数チャネル周波数誤差合成手段とを備える。すなわち、複数の物理チャネルについてそれぞれ検出された複数の周波数誤差に関する情報を合成した結果を自局の周波数補正に反映するので、ハンドオーバなどのために端末が複数の基地局との間で同時に通信する場合に、周波数誤差検出のために共通パイロットチャネルを割り当てられなかったとしても、複数の物理チャネルのそれぞれについて検出された周波数誤差の合成により、適切な周波数補正を行うことができ、端末の通信周波数を複数の基地局の通信周波数に追従させることができる。

本発明において、前記周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差を同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）に基づいて角度情報に変換して出力する補正角度算出手段を備え、前記複数チャネル周波数誤差検出手段は、前記補正角度算出手段が出力する角度情報を複数の物理チャネルについて合成した結果を自局の周波数補正に反映する。周波数誤差を角度情報に変換することにより、シンボルレートの違いやサンプリング間隔の違いの影響がなくなるので、複数の物理チャネル間でシンボルレートに違いがある場合や、周波数誤差を算出する際のサンプリング間隔に違いがある場合であっても、複数の物理チャネルの周波数誤差を適切に合成することが可能になる。

本発明において、前記周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差の同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）に基づいて、検出された周波数誤差の信頼度情報を算出する信頼度情報算出手段を備え、前記複数チャネル周波数誤差検出手段は、前記周波数誤差検出手段が検出した複数の周波数誤差に関する情報を、前記信頼度情報算出手段が出力する信頼度情報に従って合成した結果を自局の周波数補正に反映する。複数の物理チャネルの周波数誤差の情報を信頼度情報に従って合成することにより、複数の物理チャネルの周波数誤差をより適切に合成することが可能になる。周波数誤差の情報に同相成分と直交成分とが含まれている場合には、例えば同相成分の２乗と直交成分の２乗との和を信頼度情報として利用することができる。

本発明において、前記周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差を同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）に基づいて角度情報に変換して出力する補正角度算出手段と、前記周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差の同相成分と直交成分とに基づいて、検出された周波数誤差の信頼度情報を算出する信頼度情報算出手段とを備え、前記複数チャネル周波数誤差検出手段は、前記補正角度算出手段が出力する角度情報を、前記信頼度情報算出手段が出力する信頼度情報でそれぞれ重み付けしてから複数の物理チャネルについて合成した結果を自局の周波数補正に反映する。周波数誤差を角度情報に変換することにより、シンボルレートの違いやサンプリング間隔の違いの影響がなくなるので、複数の物理チャネル間でシンボルレートに違いがある場合や、周波数誤差を算出する際のサンプリング間隔に違いがある場合であっても、複数の物理チャネルの周波数誤差を適切に合成することが可能になる。また、複数の物理チャネルの周波数誤差の情報を信頼度情報に従って合成することにより、複数の物理チャネルの周波数誤差をより適切に合成することが可能になる。周波数誤差の情報に同相成分と直交成分とが含まれている場合には、例えば同相成分の２乗と直交成分の２乗との和を信頼度情報として利用することができる。

本発明によれば、端末がハンドオーバのために、共通パイロットチャネルを割り当てる基地局および割り当てない基地局の双方との間で同時に通信する場合であっても、周波数の補正を適切に行うことができ、ハンドオーバの際により安定した通信が可能になる。

図１は本発明の実施の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２は補正角度合成部の具体的な構成を示すブロック図である。図１に示す自動周波数制御装置１０２は、ＣＤＭＡ通信システムの携帯電話端末に搭載されることを想定して構成してある。携帯電話端末が基地局から受信した受信信号（マルチパス信号）は、パス毎に分離され、パス毎の受信信号１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃとして自動周波数制御装置１０２に入力される。

自動周波数制御装置１０２には、図１に示すようにミキサ１０４ａ〜１０４ｃ，周波数誤差測定部１０６ａ〜１０６ｃ，周波数誤差合成部１０８ａ，１０８ｂ，推定チャネル制御装置１１０，補正角度算出部１１２ａ，１１２ｂ，信頼度情報算出部１１４ａ，１１４ｂ，補正角度合成部１１６，ＣＰＵ（中央制御ユニット）１１８および発振器１２０が設けてある。

ミキサ１０４ａ〜１０４ｃは、入力されるパス毎の受信信号１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃの周波数変換（ダウンコンバート）を行う。すなわち、受信信号１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃはミキサ１０４ａ〜１０４ｃによって発振器１２０から出力される信号と掛け合わされ、対応する逆拡散された信号の周波数に比例してダウンコンバートされる。周波数誤差測定部１０６ａ〜１０６ｃは、それぞれミキサ１０４ａ〜１０４ｃから出力される信号を入力して逆拡散および周波数誤差の測定を行う。周波数誤差測定部１０６ａ〜１０６ｃが周波数誤差の測定を行う際には、推定チャネル制御装置１１０によって指定された物理チャネルに対する周波数誤差を測定する。周波数誤差測定部１０６ａ〜１０６ｃは、それぞれのパスに関する測定結果の周波数誤差情報と測定対象になった物理チャネルを示す情報とを周波数誤差合成部１０８ａおよび１０８ｂに与える。周波数誤差合成部１０８ａおよび１０８ｂは、周波数誤差測定部１０６ａ〜１０６ｃから入力される対象チャネルを示す情報に基づいて、周波数誤差を合成すべきパスを選定し、選定したパスの複数の周波数誤差を合成する。この例では、周波数誤差合成部１０８ａおよび１０８ｂは互いに異なる物理チャネルについて周波数誤差を合成する。すなわち、周波数誤差合成部１０８ａは個別物理チャネルについて周波数誤差を合成し、周波数誤差合成部１０８ｂは共通パイロットチャネルについて周波数誤差を合成する。周波数誤差合成部１０８ａが合成した周波数誤差の情報は補正角度算出部１１２ａおよび信頼度情報算出部１１４ａに入力され、周波数誤差合成部１０８ｂが合成した周波数誤差の情報は補正角度算出部１１２ｂおよび信頼度情報算出部１１４ｂに入力される。各々の周波数誤差の情報は、同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）を含んでいる。補正角度算出部１１２ａ，１１２ｂは、それぞれ入力される周波数誤差の情報に基づき角度情報θを生成する。角度情報θは例えば次式で表される。

θ＝ａtan(Ｆ(Q)／Ｆ(I)) ・・・（１）
但し、
Ｆ(Q)：入力される周波数誤差情報のＱ成分
Ｆ(I)：入力される周波数誤差情報のＩ成分

信頼度情報算出部１１４ａ，１１４ｂは、それぞれ入力される周波数誤差の情報に基づき信頼度情報Ｒを生成する。信頼度情報Ｒは例えば次式で表される。

Ｒ＝Ｆ(I)²＋Ｆ(Q)² ・・・・（２）
但し、
Ｆ(I)：入力される周波数誤差情報のＩ成分
Ｆ(Q)：入力される周波数誤差情報のＱ成分

補正角度合成部１１６は、それぞれの物理チャネルについて、入力される角度情報θに信頼度情報Ｒの重み付けをしてから、複数の物理チャネルの角度情報を合成し、補正角度として出力する。補正角度合成部１１６が出力する補正角度の情報はＣＰＵ１１８に入力される。ＣＰＵ１１８は、補正角度の情報に基づいて、発振器１２０が出力する信号の周波数を補正するように発振器１２０を制御する。発振器１２０は、ＣＰＵ１１８の制御に従って基準周波数を補正し、補正された基準周波数に応じた周波数の信号を出力する。すなわち、検出された周波数誤差に応じた補正角度の情報が発振器１２０の入力にフィードバックされ、周波数誤差がなくなるように基準周波数を自動的に補正するので、端末の送受信周波数は基地局が送信する信号の周波数に追従するように制御される。

次に、補正角度合成部１１６の具体的な構成および動作について説明する。補正角度合成部１１６は、図２に示すようにミキサ２１０ａ，２１０ｂ，加算器２１２ａ，２１２ｂおよび除算器２１４を備えている。ミキサ２１０ａの一方の入力端子には補正角度算出部１１２ａが出力する個別物理チャネル角度情報２０２が入力され、もう一方の入力端子には信頼度情報算出部１１４ａの出力する個別物理チャネル信頼度情報２０６が入力される。また、ミキサ２１０ｂの一方の入力端子には補正角度算出部１１２ｂが出力する共通パイロットチャネル角度情報２０４が入力され、もう一方の入力端子には信頼度情報算出部１１４ｂが出力する共通パイロットチャネル信頼度情報２０８が入力される。ここでは、個別物理チャネル角度情報２０２をθｄで表し、個別物理チャネル信頼度情報２０６をＲｄで表し、共通パイロットチャネル角度情報２０４をθｐで表し、共通パイロットチャネル信頼度情報２０８をＲｐで表す。これらはそれぞれ次式のように算出される。

θｄ＝ａtan(Ｆｄ(Q)／Ｆｄ(I))
Ｒｄ＝Ｆｄ(I)²＋Ｆｄ(Q)²
θｐ＝ａtan(Ｆｐ(Q)／Ｆｐ(I))
Ｒｐ＝Ｆｐ(I)²＋Ｆｐ(Q)²
但し、
Ｆｄ(Q)：個別物理チャネルの周波数誤差情報のＱ成分
Ｆｄ(I)：個別物理チャネルの周波数誤差情報のＩ成分
Ｆｐ(Q)：共通パイロットチャネルの周波数誤差情報のＱ成分
Ｆｐ(I)：共通パイロットチャネルの周波数誤差情報のＩ成分

ミキサ２１０ａは個別物理チャネルの角度情報θｄと信頼度情報Ｒｄとを掛け合わせた結果を出力し、ミキサ２１０ｂは共通パイロットチャネルの角度情報θｐと信頼度情報Ｒｐとを掛け合わせた結果を出力する。加算器２１２ａは、ミキサ２１０ａの出力とミキサ２１０ｂの出力とを加算した結果を出力する。一方、加算器２１２ｂは個別物理チャネルの信頼度情報Ｒｄと共通パイロットチャネルの信頼度情報Ｒｐとを加算した結果を出力する。そして、除算器２１４は加算器２１２ａが出力する値を加算器２１２ｂが出力する値で除算しその結果を補正角度Θとして出力する。この補正角度ΘがＣＰＵ１１８に入力される。補正角度Θは次式で表される。

Θ＝(Ｒｄ・θｄ＋Ｒｐ・θｐ)／(Ｒｄ＋Ｒｐ)

このようにして、異なる物理チャネルの周波数誤差情報を重み付けしてから合成することにより、共通パイロットチャネルを割り当てないような基地局からの信号を受信した際にも個別物理チャネルから周波数誤差を求め、共通パイロットチャネルから求めた周波数誤差と合成することができるので、ハンドオーバの際にも周波数補正精度の低下を抑制し周波数を正しく補正することができる。

本発明の周波数制御装置は、シンボルレートや周波数誤差を算出するサンプリング間隔が異なる複数の物理チャネル間で周波数誤差を合成することも可能であるため、例えばＣＤＭＡシステムを用いた携帯電話などに適用することにより、ハンドオーバの際に携帯電話が複数の基地局との間で同時に通信を行い、複数の物理チャネルでそれぞれ周波数誤差を算出する場合でも、算出された複数の周波数誤差を合成して周波数を正しく補正することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る周波数制御装置の構成を示すブロック図補正角度合成部の具体的な構成を示すブロック図従来例の構成を示すブロック図従来例の構成を示すブロック図

符号の説明

１０２自動周波数制御装置
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃミキサ
１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ周波数誤差測定部
１０８ａ，１０８ｂ周波数誤差合成部
１１０推定チャネル制御装置
１１２ａ，１１２ｂ補正角度算出部
１１４ａ，１１４ｂ信頼度情報算出部
１１６補正角度合成部
１１８ＣＰＵ
１２０発振器
１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃパス毎の受信信号
２０２個別物理チャネル角度情報
２０４共通パイロットチャネル角度情報
２０６個別物理チャネル信頼度情報
２０８共通パイロットチャネル信頼度情報
２１０ａ，２１０ｂミキサ
２１２ａ，２１２ｂ加算器
２１４除算器
２１６補正角度情報

Claims

自局の送受信周波数を通信相手局の周波数に自動的に追従させる周波数制御装置であって、
互いに異なる複数の物理チャネルについてそれぞれ周波数誤差の情報を検出する周波数誤差検出手段と、
前記周波数誤差検出手段が検出した複数の物理チャネルの周波数誤差に関する情報を合成した結果を自局の周波数補正に反映する複数チャネル周波数誤差合成手段と
を備える周波数制御装置。
請求項１に記載の周波数制御装置において、
前記周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差を同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）に基づいて角度情報に変換して出力する補正角度算出手段を備え、
前記複数チャネル周波数誤差検出手段は、前記補正角度算出手段が出力する角度情報を複数の物理チャネルについて合成した結果を自局の周波数補正に反映する周波数制御装置。
請求項１に記載の周波数制御装置において、
前記周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差の同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）に基づいて、検出された周波数誤差の信頼度情報を算出する信頼度情報算出手段を備え、
前記複数チャネル周波数誤差検出手段は、前記周波数誤差検出手段が検出した複数の周波数誤差に関する情報を、前記信頼度情報算出手段が出力する信頼度情報に従って合成した結果を自局の周波数補正に反映する周波数制御装置。
請求項１に記載の周波数制御装置において、
前記周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差を同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）に基づいて角度情報に変換して出力する補正角度算出手段と、前記周波数誤差検出手段が検出した周波数誤差の同相成分および直交成分に基づいて、検出された周波数誤差の信頼度情報を算出する信頼度情報算出手段とを備え、
前記複数チャネル周波数誤差検出手段は、前記補正角度算出手段が出力する角度情報を、前記信頼度情報算出手段が出力する信頼度情報でそれぞれ重み付けしてから複数の物理チャネルについて合成した結果を自局の周波数補正に反映する周波数制御装置。
請求項１から４の何れか一項記載の周波数制御装置を搭載した携帯電話装置。