JP2006522553A - 周波数同期装置、及び周波数同期方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
変調方式に依存することなく、単一の同期シンボルを用いて周波数誤差と絶対位相誤差を同時に補正する周波数同期装置を提供する。
【解決手段】
第１の周波数同期部（１０３）が本発明の周波数同期装置に相当する。例えば無線受信機である上位機器は、受信信号をＡ／Ｄ変換器（１０１）及び直交検波器（１０２）を経て第１の周波数同期部（１０３）へ供給する。当該受信信号には所定の同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルが含まれ、相関量推定器（１０４）は同期シンボルと同じ波形を表す参照信号を内部で生成し、受信信号と参照信号との相関ベクトルを逐次求める。第１の周波数誤差検出器（１０６）は相関ベクトルの位相差の平均から周波数誤差を求め、絶対位相誤差検出器（１０７）は相関ベクトルの絶対位相の推移から絶対位相誤差を求め、第１の周波数補正器（１０８）はそれらの誤差を打ち消す周波数偏移と位相回転を同時に受信信号に与える。

Description

本発明は周波数同期装置および周波数同期方法に関し、特に、受信信号に生じた周波数及び絶対位相のずれを単一の同期シンボルに基づいて同時に補正する技術に関する。

近年、移動体通信、デジタルＣＡＴＶ（CAble TeleVison）システムなどにおいて、多くの伝送方式が開発されている。正確な伝送が行われるために、受信装置は受信信号と内部的な受信基準信号との間で周波数同期を取る必要がある。周波数同期が取れていない状態で受信信号を復調しても、受信装置は本来の送信データを正しく得ることができないからである。

周波数同期は、一般的に、信号に含めて送信される同期シンボルを用いて行われる。受信装置は、受信された信号と、内部的な受信基準信号であって同期シンボルと同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて両者の周波数誤差を検出し、当該検出結果に応じて受信信号を補正する。
従来、同期シンボルを用いて周波数同期を行う受信装置が公知となっている。

例えば、特許文献１は、同期シンボルであるショートプリアンブルを受信信号から分離し、分離されたショートプリアンブルに基づいて受信機のキャリア周波数の補正を行うＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）受信装置を開示する。
また、特許文献２は、同期シンボルが信号の振幅エンベロープによって表される場合に、受信信号を復調して得たエンベロープと参照信号との相互相関に基づいてキャリア周波数の補正を行い、また、前記エンベロープが同じ波形を２回繰り返して含む場合には、前記エンベロープの自己相関に基づいてキャリア周波数の補正を行う周波数粗同調方法を開示する。
特開２００１−１３６１４９号公報 特開２００２−５１１７１０号公報 IEEE Std 802.11a-1999, "HIGH SPEED PHYSICAL LAYER IN THE 5 GHz BAND", Pages 12-13

しかしながら、上記従来の装置及び方法によれば、受信信号の周波数誤差は補正されるものの絶対位相誤差までは補正されない。そのため、後段に置かれる装置が上記従来の装置及び方法によって得られた信号を絶対位相を基準にして処理する場合には、好ましい結果が得られないという問題がある。
例えば、後段の装置が前記信号をその絶対位相を基準にして復調する復調器である場合、当該復調器は正しい復調を行うことができず、ＢＥＲ(ビットエラーレート)の増大を招く。

また、周波数同期を上記従来の装置及び方法による粗同期、及び後段の装置による精同期の２段階で行う場合に、当該後段の装置が絶対位相誤差を補正する働きを持つ同期器であれば、絶対位相誤差が大きいほどその補正に長い時間を要することとなる。
なお、他の関連技術として、ＯＦＤＭによる無線通信に関する非特許文献１は、周波数同期用の同期シンボルであるＳＴＳ（Short Training Symbols）及び絶対位相同期用の同期シンボルであるＬＴＳ（Long Training Symbols）の２種類の同期シンボルを規定している。

この規格に準拠する受信装置は、ＳＴＳを用いて時間ドメインの受信信号を周波数補正した上でフーリエ変換し、さらにＬＴＳを用いてサブキャリアごとに周波数ドメインの信号を絶対位相補正する。
この関連技術によれば、サブキャリア毎に高精度な絶対位相補正が実現されるのだが、適用できる方式がＯＦＤＭに限られ、また２種類の同期シンボルを送信する必要があるために実質的な伝送効率が低下するという問題がある。

上記の問題を解決するために、本発明は、変調方式に依存することなく適用でき、受信信号に生じた周波数誤差と絶対位相誤差とを単一の同期シンボルを用いて同時に補正することができる周波数同期装置および周波数同期方法を提供することを目的とする。

本発明の周波数同期装置は、所定の自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含み外部から与えられる入力信号と、前記同期波形と同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を推定し、当該周波数誤差を打ち消すように前記入力信号を補正する周波数同期装置であって、前記入力信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関手段と、得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記入力信号に含まれる同期波形の各周期における所定のタイミングを示す同期波形タイミング信号を生成するタイミング検出手段と、前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出手段と、前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出手段と、得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する第１の周波数補正手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明は、所定の自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含み外部から与えられる入力信号と、前記同期波形と同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を推定し、当該周波数誤差を打ち消すように前記入力信号を補正する周波数同期回路であって、前記入力信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関回路と、得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記入力信号に含まれる同期波形の各周期における所定のタイミングを示す同期波形タイミング信号を生成するタイミング検出回路と、前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出回路と、前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出回路と、得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する第１の周波数補正回路とを備えることを特徴とする周波数同期回路としてもよい。

あるいは、本発明は、所定の自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含み外部から与えられる入力信号と、前記同期波形と同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を推定し、当該周波数誤差を打ち消すように前記入力信号を補正する１チップＩＣであって、前記入力信号を取得する入力端子と、前記入力信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関回路と、得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記入力信号に含まれる同期波形の各周期における所定のタイミングを示す同期波形タイミング信号を生成するタイミング検出回路と、前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出回路と、前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出回路と、得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する第１の周波数補正回路と、前記補正後の入力信号を出力する出力端子とを備えることを特徴とする１チップＩＣであってもよい。

これらの構成によれば、周波数同期装置、周波数同期回路、及び１チップ化された周波数同期用ＩＣは、前記同期シンボルを含んだ入力信号の周波数誤差および絶対位相誤差を、前記同期シンボルに基づいて同時に補正することができる。
前記同期シンボルは前述したように所定の自己相関特性を示す信号波形の２回以上の繰り返しからなる単一の信号なので、同期シンボルの伝送に要するオーバヘッドは軽い。また、信号の補正に関して前記各要素が行う処理は全て時系列上の操作なので、例えばフーリエ変換などの複雑な処理の必要がなく、装置全体として比較的簡素な構成で実現できることが期待される。そして、変調方式に依存することなく適用できる。

また、前記周波数同期装置において、前記周波数同期装置は、更に、前記第１の周波数誤差検出手段によって得られた周波数誤差を保持し、その後新たな周波数誤差が得られた場合に、保持されている周波数誤差と当該新たな周波数誤差との差分に応じて、保持されている周波数誤差を当該新たな周波数誤差で更新する周波数誤差ホールド手段と、前記絶対位相誤差検出手段によって得られた絶対位相誤差を保持し、その後新たな絶対位相誤差が得られた場合に、保持されている絶対位相誤差と当該新たな絶対位相誤差との差分に応じて、保持されている絶対位相誤差を当該新たな絶対位相誤差で更新する絶対位相誤差ホールド手段とを備え、前記第１の周波数補正手段は、前記周波数誤差ホールド手段に保持されている周波数誤差、及び前記絶対位相誤差ホールド手段に保持されている絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正することとしてもよい。

この構成によれば、周波数誤差に大きな変動がない場合、及び絶対位相誤差に大きな変動がない場合にはそれぞれ、継続してそれまでの周波数誤差及び絶対位相誤差に基づいて入力信号を補正することになるので、補正量が変動する頻度が最小限に抑えられる。例えば、後段に本周波数同期装置の補正量の変動に追従する装置がある場合に、当該後段の装置に生じる追従のための負荷を軽減できる。

また、前記周波数同期装置において、前記周波数同期装置は、更に、制御信号を供給され、当該供給された制御信号に応じた周波数偏移を前記第１の周波数補正手段からの出力信号に与える第２の周波数補正手段と、前記第２の周波数補正手段からの出力信号を復調して逐次シンボル点を求め、得られた個々のシンボル点と当該出力信号の変調方式において取り得るシンボル点との位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、前記検出された位相誤差を打ち消す周波数偏移を前記第１の周波数補正手段からの出力信号に与えるための制御信号を、前記第２の周波数補正手段へ逐次出力する第２の周波数誤差検出手段とを備えることとしてもよい。

この構成によれば、第１の周波数補正手段が同期シンボルに基づいて入力信号の周波数誤差及び絶対位相誤差を補正した後、データシンボル期間には第２の周波数補正手段がシンボル点のずれに基づいて継続して入力信号の周波数誤差を補正する。従って、データシンボル期間に生じる周波数変動をも細かく補正することが可能となり、高信頼な通信を実現することができる。

また、前記周波数同期装置において、前記入力信号はマルチキャリア方式で変調されており、前記位相誤差検出手段は、前記第２の周波数補正手段からの出力信号を復調してサブキャリア毎に逐次シンボル点を求め、得られた個々のシンボル点とそのサブキャリアの変調方式において取り得るシンボル点との位相誤差を検出し、前記周波数同期装置は、更に、前記位相誤差検出手段によって同時期にサブキャリア毎に検出された位相誤差を平均化する位相誤差平均化手段を備え、前記第２の周波数誤差検出手段は、前記平均化された位相誤差を打ち消す周波数偏移を前記第１の周波数補正手段からの出力信号に与えるための制御信号を、前記第２の周波数補正手段へ逐次出力することとしてもよい。

この構成によれば、マルチキャリア方式で変調されている入力信号の周波数誤差を、データシンボル期間に継続して補正する場合に特に好適である。具体的には、特定のサブキャリアにトーン状のノイズが乗った場合に、全て又はいくつかのサブキャリアの位相誤差を平均化することにより当該ノイズの影響が全て又はいくつかのサブキャリアへ分散されるので、当該ノイズが乗ったサブキャリアの情報を用いて前記全て又はいくつかのサブキャリアを誤って周波数補正する危険性を低減できる。

また、前記周波数同期装置において、前記入力信号は、前記同期シンボルに加えてデータシンボルを含み、前記同期シンボルは、前記データシンボルの占有周波数帯域に納まるように帯域制限されていることとしてもよい。
この構成によれば、同期シンボルが隣接する周波数のチャネルに影響を与えないことが保証される。

また、前記周波数同期装置において、前記同期シンボルは、前記同期波形を所定の時間間隔をおいて２回以上繰り返してなることとしてもよい。
帯域制限後の同期波形は高域周波数成分が除去されることで時間波形の両端に歪みが生じるが、この構成によれば、その歪んだ部分が重複しないように同期波形を繰り返すことができるので、同期波形の自己相関特性ができる限り保持された同期シンボルを得ることができる。

本発明の周波数同期方法は、所定の自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含み外部から与えられる入力信号と、前記同期波形と同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を推定し、当該周波数誤差を打ち消すように前記入力信号を補正する周波数同期方法であって、前記入力信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関ステップと、得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記入力信号に含まれる同期波形の各周期における所定のタイミングを示す同期波形タイミング信号を生成するタイミング検出ステップと、前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出ステップと、前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出ステップと、得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する第１の周波数補正ステップとを含むことを特徴とする。

また、前記周波数同期方法は、更に、前記第１の周波数誤差検出ステップにおいて得られた周波数誤差を記録し、その後新たな周波数誤差が得られた場合に、記録されている周波数誤差と当該新たな周波数誤差との差分に応じて、記録されている周波数誤差を当該新たな周波数誤差で更新する周波数誤差記録ステップと、前記絶対位相誤差検出ステップにおいて得られた絶対位相誤差を記録し、その後新たな絶対位相誤差が得られた場合に、記録されている絶対位相誤差と当該新たな絶対位相誤差との差分に応じて、記録されている絶対位相誤差を当該新たな絶対位相誤差で更新する絶対位相誤差記録ステップとを含み、前記第１の周波数補正ステップは、前記周波数誤差記録ステップで記録された周波数誤差、及び前記絶対位相誤差記録ステップで記録された絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正することとしてもよい。

また、前記周波数同期方法は、更に、周波数偏移を指示され、当該指示された周波数偏移を前記第１の周波数補正ステップにおいて得られた信号に与える第２の周波数補正ステップと、前記第２の周波数補正ステップにおいて得られた信号を復調して逐次シンボル点を求め、得られた個々のシンボル点と当該信号の変調方式において取り得るシンボル点との位相誤差を検出する位相誤差検出ステップと、前記検出された位相誤差を打ち消す周波数偏移を前記第２の周波数補正ステップへ逐次指示する第２の周波数誤差検出ステップとを含むこととしてもよい。

また、前記周波数同期方法において、前記入力信号はマルチキャリア方式で変調されており、前記位相誤差検出ステップは、前記第２の周波数補正ステップにおいて得られた信号を復調してサブキャリア毎に逐次シンボル点を求め、得られた個々のシンボル点とそのサブキャリアの変調方式において取り得るシンボル点との位相誤差を検出し、前記周波数同期方法は、更に、前記位相誤差検出ステップにおいて同時期にサブキャリア毎に得られた位相誤差を平均化する位相誤差平均化ステップを含み、前記第２の周波数誤差検出ステップは、前記平均化された位相誤差を打ち消す周波数偏移を前記第２の周波数補正ステップへ逐次指示することとしてもよい。

これらの方法に従って、前述と同様の効果を有する周波数同期を実行することができる。
本発明の同期シンボル生成方法は、デジタル信号を表し、かつ所定の自己相関特性を有する数値列を選択する選択ステップと、前記数値列のサンプリング周波数を所望帯域幅の半分以下とみなして前記数値列によって表されるデジタル信号から、前記所望帯域外の高域周波数成分を除去することによって同期波形を生成する同期波形生成ステップと、前記同期波形を２回以上繰り返すことによって同期シンボルを生成する同期シンボル生成ステップとを含むことを特徴とする。

また、前記同期シンボル生成ステップは、前記同期信号を所定の時間間隔をおいて２回以上繰り返すことによって同期シンボルを生成することとしてもよい。
これらの方法によれば、高い自己相関特性を有し、かつ周波数範囲が所望帯域に納まる同期波形を繰り返すことによって同期シンボルを得るので、隣接する周波数のチャネルに影響を与えず、かつ前述した周波数同期装置及び周波数同期方法に適した同期シンボルを得ることができる。

さらに同期波形を所定の時間間隔をおいて繰り返せば、前述した理由によって、同期波形の自己相関特性ができる限り保持された同期シンボルを得ることができる。
本発明の信号伝送方法は、所定の同期シンボルを含む信号を送信すると共に、受信された信号をそこに含まれる同期シンボルを用いて補正する信号伝送方法であって、デジタル信号を表し、かつ所定の自己相関特性を有する数値列を選択する選択ステップと、前記数値列のサンプリング周波数を所望帯域幅の半分以下とみなして前記数値列によって表されるデジタル信号から、前記所望帯域外の高域周波数成分を除去することによって同期波形を生成する同期波形生成ステップと、前記同期波形を２回以上繰り返すことによって同期シンボルを生成する同期シンボル生成ステップと、前記生成された同期シンボルを含む信号を送信する送信ステップと、前記送信された信号を受信する受信ステップと、前記受信された信号と前記同期波形を表す参照信号との相関に基づいて前記受信された信号と前記参照信号との周波数誤差を推定し、当該周波数誤差を打ち消すように前記入力信号を補正する同期ステップとを含むことを特徴とする。

また、前記同期シンボル生成ステップは、前記同期信号を所定の時間間隔をおいて２回以上繰り返すことによって同期シンボルを生成することとしてもよい。
また、前記同期ステップは、前記受信信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関サブステップと、得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記受信信号に含まれる同期波形の各周期を特定するタイミング検出サブステップと、特定された各周期を代表する相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記受信信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出サブステップと、得られた周波数誤差を打ち消す周波数偏移を前記受信信号に与えることにより、前記受信信号を補正する第１の周波数補正サブステップとを含むこととしてもよい。

また、前記同期ステップは、更に、特定された各周期を代表する相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記受信信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出サブステップを含み、前記第１の周波数補正サブステップは、得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記受信信号に与えることにより、前記受信信号を補正することとしてもよい。

これらの方法に従って、前述した利点を有する同期シンボルを得て、それを用いて前述した効果を有する周波数同期を実行することができる。

本発明の周波数同期装置は、強い自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含み上位装置から供給される入力信号の周波数及び絶対位相を、前記同期波形と同じ波形を表す内部的な参照信号に同期させ、同期後の入力信号を前記上位装置へ出力する。
簡明のため、前記上位装置を、例えば無線受信装置であるとして説明すると、本周波数同期装置は前記無線受信装置から受信信号（受信信号に含まれる直交成分信号を含む広義の受信信号）を供給され、当該受信信号の周波数及び絶対位相を前記参照信号に同期させる。
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係る周波数同期装置について、図面を参照しながら説明する。
＜全体構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る周波数同期装置の全体構成を、上位装置である無線受信装置の一部と共に示す機能ブロック図である。図１において、第１の周波数同期器１０３が本周波数同期装置に相当し、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器１０１、直交検波器１０２、及び復調器１１３が、前記無線受信装置の一部に相当する。

前記無線受信装置の受信信号は、図示しないチューナ手段によって適宜選択された中間周波数帯域の信号sig(t)に変換される。Ａ／Ｄ変換器１０１は信号sig(t)を時系列のデジタル信号Sig(nT)に変換し、直交検波器１０２はデジタル信号Sig(nT)を直交検波することによって基底周波数帯域の直交成分信号Sig(i,q)(nT)を得る。以降、この直交成分信号Sig(i,q)(nT)を文脈に応じて単に受信信号と呼ぶ。

第１の周波数同期器１０３は、受信信号Sig(i,q)(nT)を供給され、その周波数及び絶対位相を相関量推定器１０４の内部で生成される参照信号に同期させ、同期後の信号Sig'(i,q)(nT)を復調器１１３へ出力する。
復調器１１３は、信号Sig'(i,q)(nT)を復調することにより送信された本来のデータを復元する。

第１の周波数同期器１０３は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等を用いて実現され、当該ＲＯＭに記録されているプログラムを当該ＤＳＰが実行することによってその機能が果たされるとしてもよい。この場合、第１の周波数同期器１０３の内部の各ブロックはその機能を実現するためのプログラムモジュールに対応する。

また、第１の周波数同期器１０３は、例えば、内部のブロックごとにその機能に対応するデジタル回路によって実現されてもよく、また、それらの回路が形成された１チップＩＣ（集積回路）であるとしてもよい。そのような１チップＩＣは、外部から供給される信号を取得するための入力端子と、周波数同期後の信号を外部へ出力するための出力端子とを備える。
＜受信信号＞
前記無線受信装置は、伝送の単位である伝送フレームの時間的な繰り返しによって表される信号を受信する。

図２は、当該伝送フレームの構成を示す構成図である。伝送フレームは複数の伝送シンボルから構成され、先頭の伝送シンボルは周波数同期に用いられる同期シンボルであり、本体的な情報を表すデータシンボルが同期シンボルに後続する。
同期シンボルは、強い自己相関特性を示す同期波形（例えばチャープ信号やＰＮ（疑似雑音）系列等）が２回以上繰り返されてなる信号である。同期シンボルは、伝送フレームの先頭の他に、伝送フレームの途中に所定の間隔で含まれてもよい。伝送フレームが複数の同期シンボルを含む場合、同期シンボルを検出する度に周波数同期を取り直すことによって、信号の受信精度を高めることができる。

同期波形及び同期シンボルの生成方法について、後に詳しく述べる。
＜第１の周波数同期器１０３＞
再び図１において、第１の周波数同期器１０３は、相関量推定器１０４と、タイミング検出器１０５と、第１の周波数誤差検出器１０６と、絶対位相誤差検出器１０７と、第１の周波数補正器１０８とを有する。

相関量推定器１０４は、同期シンボルと同じ波形を表す参照信号を内部で生成し、受信信号Sig(i,q)(nT)と当該参照信号との相関ベクトルの時系列Ccorr(i,q)(nT)を算出する。タイミング検出器１０５は、相関ベクトルの時間推移から、前記受信信号に含まれる同期波形の各周期において相関ベクトルの大きさが所定の閾値を越えるタイミング（以降、ピークタイミングと呼ぶ）を示す同期波形タイミング信号Tsyn、及び同期シンボルの終了タイミングを示す同期シンボル終了タイミング信号Tfinを出力する。第１の周波数誤差検出器１０６は、各ピークタイミングに得られた相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記受信信号と前記参照信号との同期シンボル終了タイミングにおける周波数誤差Δf1を推定する。絶対位相誤差検出器１０７は、各ピークタイミングに得られた相関ベクトルの絶対位相の時間推移から、前記受信信号と前記参照信号との同期シンボル終了タイミングにおける絶対位相誤差Δθを求める。そして、第１の周波数補正器１０８は、得られた周波数誤差Δf1及び絶対位相誤差Δθを打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記受信信号に与えることによって補正された受信信号sig'(i,q)(nT)を得て、復調器１１３へ出力する。

図３は、上述した信号処理の内容を説明する概念図であり、主要な信号の内容を模式的に示している。以下、第１の周波数同期器１０３に含まれる各要素の構成とそれらが行う信号処理の内容について詳細に説明する。
＜相関量推定器１０４＞
図４は、相関量推定器１０４の詳細な構成を示す機能ブロック図である。相関量推定器１０４は、相関器３０１と、同期シンボル発生器３０２とを有する。

同期シンボル発生器３０２は、同期シンボルと同じ波形を表す参照信号Ref(i,q)(nT)を生成する。同期シンボル発生器３０２は、例えば、メモリ回路を用いて実現される。具体的に、同期シンボル発生器３０２は、同期波形を表す時系列のサンプリング値を図示しないメモリ回路に予め保持していて、当該サンプリング値を繰り返し読み出すことによって同期シンボルを生成してもよい。

相関器３０１は、受信信号Sig(i,q)(nT)と参照信号Ref(i,q)(nT)との相関ベクトルCcorr(i,q)(nT)を算出する（図３（ｅ））。この算出式を式１に示す。

＜タイミング検出器１０５＞
図５は、タイミング検出器１０５の詳細な構成を示す機能ブロック図である。タイミング検出器１０５は、パワー演算器３０４と、閾値演算器３０５と、絶対値演算器３０６と、ピーク検出器３０７と、タイミング保護器３０８とを有する。

絶対値演算器３０６は、相関ベクトルCcorr(i,q)(nT)に関する相関量|Ccorr(i,q)(nT)|を求める（図３（ｄ））。この相関量は、例えばｉ、ｑ成分の２乗和、相関ベクトルの絶対値、又はｉ、ｑ成分の絶対値和として求めることができる。
ピーク検出器３０７は、相関量|Ccorr(i,q)(nT)|がピークの判断基準となる閾値THLDを超えたタイミング（以降ピークタイミングと言う）を示す同期波形タイミング信号Tsynを出力する（図３（ｂ））。

強い自己相関特性を示す同期波形を用いることから、相関量のピークは受信信号に含まれる同期波形の各周期に１回現れる。つまり、このピークによって、受信信号内の同期波形の各周期を特定することができる。
閾値THLDは、パワー演算器３０４によって算出される受信信号Sig(i,q)(nT)の信号パワーPow(nT)に応じて、閾値演算器３０５によって設定される。閾値演算器３０５が、受信信号の信号パワーに応じて閾値を設定することで、ピーク検出器３０７は、伝送路特性の変動に追従して適切なピーク検出を行うことが可能となる。閾値演算器３０５は、前記信号パワーの所定期間にわたる移動平均に応じて閾値を設定してもよい。

タイミング保護器３０８は、同期波形タイミング信号Tsynによってピークタイミングが示された後、所定の期間（例えば、参照信号に含まれる同期波形１周期分のサンプル数L）にわたって新たなピークタイミングが示されなかった場合に、同期シンボルが終了したことを示す同期シンボル終了タイミング信号Tfinを出力する（図３（ｃ））。
＜第１の周波数誤差検出器１０６＞
図６は、第１の周波数誤差検出器１０６の詳細な構成を示す機能ブロック図である。第１の周波数誤差検出器１０６は、乗算器３０９と、遅延器３１０と、平均化器３１１と、周波数誤差演算器３１２と、ホールド器３１３とを有する。

乗算器３０９は、相関ベクトルCcorr(i,q)(nT)と、遅延器３１０によって所定のサンプル数Dだけ遅延された相関ベクトルCcorr(i,q)((n-D)T)の複素共役とを乗算することによって、両者の間の位相差を示す位相差ベクトルAcorr(i,q)(nT)を求める（図３（ｇ））。
このサンプル数Dを、参照信号に含まれる同期波形１周期分のサンプル数Lとすることによって、受信信号と参照信号との位相誤差が２つの同期波形の間に変化した量を示す位相差ベクトルを得ることができる。

平均化器３１１は、位相差ベクトルを累計することによって平均位相差ベクトルAccum(i,q)を求める（図３（ｈ））。周波数誤差演算器３１２は、平均位相差ベクトルの方向を位相誤差の平均θとして算出し、位相誤差の平均θから第１の周波数誤差Δf1を求める。これらの算出式を式２、及び式３に示す。

平均化器３１１は、同期波形タイミング信号Tsynによって示されるピークタイミングに得られた位相差ベクトルのみを累計することによって平均位相差ベクトルを求めてもよい。ピークタイミングにおける相関量は他の相関量よりも大きいため、ピークタイミングにおける位相差ベクトルが実質的に平均値に寄与するからである。また、得られる位相誤差の分解能を高めるために、周期の長い同期波形を用いることも考えられる。

周波数誤差演算器３１２は、同期シンボル終了タイミング信号Tfinによって示されるタイミングで得られた第１の周波数誤差Δf1をホールド器３１３へ出力し、ホールド器３１３は周波数誤差演算器３１２から供給された第１の周波数誤差Δf1をホールドする。これによって、同期シンボルから得られた周波数誤差が、後続するデータシンボルの周波数補正に用いられる。
＜絶対位相誤差検出器１０７＞
図７は、絶対位相誤差検出器１０７の詳細な構成を示す機能ブロック図である。絶対位相誤差検出器１０７は、絶対位相演算器３１５と、絶対位相誤差推定器３１６と、ホールド器３１７とを有する。

絶対位相演算器３１５は、相関ベクトルCcorr(i,q)(nT)の方向を、受信信号と参照信号との絶対位相θ(nT)として算出する。
絶対位相誤差推定器３１６は、同期波形タイミング信号Tsynによって示される各ピークタイミングにおいて時刻と絶対位相とを対応付けて保持し、それまでに保持された時刻と絶対位相とから絶対位相の時間推移を推定する。具体的には、例えば最小二乗法を用いて、時刻と絶対位相との関係を表す近似直線を求めてもよい。そして、同期シンボル終了タイミング信号Tfinによって示されるタイミングで、当該近似直線上の当該タイミングにおける絶対位相を絶対位相誤差Δθとして求める（図３（ｆ））。

ホールド器３１７は、絶対位相誤差推定器３１６によって得られた絶対位相誤差Δθをホールドする。これによって、同期シンボルから得られた絶対位相誤差が、後続するデータシンボルの絶対位相補正に用いられる。
＜第１の周波数補正器１０８＞
図８は、第１の周波数補正器１０８の詳細な構成を示す機能ブロック図である。第１の周波数補正器１０８は、乗算器３１８と、補正値演算器３１９とを有する。

補正値演算器３１９は、第１の周波数誤差Δf1及び絶対位相誤差Δθを打ち消す周波数偏移と位相回転とを受信信号Sig(i,q)(nT)に与えるための複素正弦波X(i,q)(nT)を生成する。
乗算器３１８は、前記受信信号に前記複素正弦波を複素乗算することによって前記受信信号の周波数及び絶対位相を同時に補正し、補正後の受信信号Sig'(i,q)(nT)を出力する。
＜絶対位相誤差の推移＞
図９は、従来技術の周波数同期装置によって補正された受信信号、及び第１の実施形態に係る周波数同期装置によって補正された受信信号それぞれの、参照信号との絶対位相誤差の時間推移（収束速度）を示すグラフである。

図９（ａ）は、周波数誤差のみを補正する従来技術によって得られる信号の絶対位相誤差の推移を示す。従来技術によれば、同期シンボル期間において周波数誤差のみが補正されるので、データシンボル期間に入ると位相の変動はなくなるのだが、絶対位相誤差は不正な位置に固定される。
図９（ｂ）は、（ａ）の信号の絶対位相誤差を後段の同期器によって補正して得られる信号の絶対位相誤差の推移を示す。同期シンボル終了時点の絶対位相誤差が大きいほど、当該同期器がその絶対位相誤差を補正して安定動作範囲に収束させるまでに長い時間を要するため、この時間がオーバヘッドとなって伝送効率の劣化を招く。伝送効率の劣化を軽減するために収束時間を過度に短縮すると、位相変動が急激になり過ぎて当該同期器のさらに後段の装置が追従できなくなるという別の問題が生じる可能性があり、収束時間の短縮には限度がある。

図９（ｃ）は、第１の実施形態に係る周波数同期装置から得られる信号の絶対位相誤差の推移を示す。同期シンボル期間に推定された絶対位相誤差に従って後続するデータシンボルの絶対位相が補正されるため、データシンボル期間における絶対位相誤差は期間の初めから非常に小さな、周波数及び絶対位相の推定に生じる誤差程度の値に抑えられる。
＜第１のまとめ＞
以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係る周波数同期装置によれば、所定の同期シンボルを用いて当該信号の周波数誤差および絶対位相誤差を同時に補正することが可能となる。

当該所定の同期シンボルとして高い自己相関特性を示す信号波形の２回以上の繰り返しからなる単一の信号を用いることができるので、同期シンボルの伝送に要するオーバヘッドが抑えられる。また、信号の補正に関する処理が全て時系列上で行われるので比較的簡素な構成で実現できる可能性があり、適用範囲が例えばＯＦＤＭ方式といった特定の伝送方式に限られることもない。

なお、第１の周波数同期器１０３に含まれる個々のブロックが行う処理に対応するステップを含む周波数同期方法も本発明に含まれる。
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る周波数同期装置は、第１の実施形態に係る周波数同期装置と比べて、第１の周波数誤差Δf1及び絶対位相誤差Δθをそれぞれ保持するホールド器が追加され、当該ホールド器に保持された第１の周波数誤差Δf1及び絶対位相誤差Δθに従って受信信号の補正が行われる点で異なる。

以下、第２の実施形態に係る周波数同期装置について、図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素に同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。
図１０は、第２の実施形態に係る周波数同期装置の全体構成を、上位装置である無線受信装置の一部と共に示す機能ブロック図である。図１０において、第１の周波数同期器１１５が、第２の実施形態に係る周波数同期装置に相当する。第１の周波数同期器１１５は、第１の実施形態における第１の周波数同期器１０３（図１参照）に、周波数誤差ホールド器４０１、及び絶対位相誤差ホールド器４０２を追加して構成される。

周波数誤差ホールド器４０１は、第１の周波数誤差検出器１０６によって得られた周波数誤差Δf1を保持し、その後新たな周波数誤差が得られた場合に、保持されている周波数誤差と当該新たな周波数誤差との差分の絶対値が所定の閾値よりも大きければ、当該保持されている周波数誤差を当該新たな周波数誤差で更新し、そうでなければ当該新たな周波数誤差を無視して以前の周波数誤差を保持し続ける。

絶対位相誤差ホールド器４０２は、絶対位相誤差検出器１０７によって得られた絶対位相誤差Δθを保持し、その後新たな絶対位相誤差が得られた場合に、保持されている絶対位相誤差と当該新たな絶対位相誤差との差分の絶対値が所定の閾値よりも大きければ、当該保持されている絶対位相誤差を当該新たな絶対位相誤差で更新し、そうでなければ当該新たな絶対位相誤差を無視して以前の絶対位相誤差を保持し続ける。

第１の周波数補正器１０８は、周波数誤差ホールド器４０１に保持されている周波数誤差、及び絶対位相誤差ホールド器４０２に保持されている絶対位相誤差を供給されるように変更される。第１の周波数補正器１０８は、第１の実施形態と同様にして、それらを打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に受信信号に与えることによって前記受信信号を補正する。

第１の周波数同期器１０３では、受信信号の補正量は同期シンボルごとに新たに算出される周波数誤差及び絶対位相誤差で更新されるが、第１の周波数同期器１１５では、前述した構成によって、受信信号の補正量は伝送路特性がある程度大きく変動した場合の周波数誤差及び絶対位相誤差によってのみ更新されることになる。
＜第２のまとめ＞
以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係る周波数同期装置によれば補正値の更新回数が必要最小限に抑えられる。

本周波数同期装置は、本周波数同期装置が粗同期を行い、後段に別に設けられる同期器で精同期を行う２段階の構成に適用される場合に、好適である。そのような構成では、本周波数同期装置が補正値を更新する度に後段の同期器が精同期を取り直すことになり時間的なオーバヘッドが生じるのだが、本周波数同期装置は補正値の更新回数を必要最小限に抑えるので、精同期のための時間的なオーバヘッドを軽減することができる。

本周波数同期装置は、また、所定の間隔で同期シンボルを含んで構成される伝送フレームを処理する場合にも好適である。この場合、本周波数同期装置は、適正な補正値を得る多数の機会を与えられながら必要最小限の回数補正値を更新するので、高い同期精度の維持と精同期のための時間的なオーバヘッドの軽減とを両立させることができる。
なお、第１の周波数同期器１１５に含まれる個々のブロックが行う処理に対応するステップを含む周波数同期方法も本発明に含まれる。
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態に係る周波数同期装置は、第２の実施形態に係る周波数同期装置と比べて、変調方式に適応して周波数同期を行う第２の周波数同期器が追加される点で異なる。当該第２の周波数同期器は、例えば、受信信号を復調することによって情報シンボルの時系列を求め、１乃至数情報シンボル毎にシンボル点のずれ量を検出することによって受信信号の周波数誤差を補正する。

以下、第３の実施形態に係る周波数同期装置について、図面を参照しながら説明する。なお、第２の実施形態で説明した構成要素と同一の構成要素に同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。
図１１は、第３の実施形態に係る周波数同期装置の全体構成を、上位装置である無線受信装置の一部と共に示す機能ブロック図である。図１１において、第１の周波数同期器１１５及び第２の周波数同期器１０９が、第３の実施形態に係る周波数同期装置に相当する。

第２の周波数同期器１０９は、第２の周波数補正器１１１と、位相誤差検出器１１０と、第２の周波数誤差検出器１１２とを有する。
第２の周波数補正器１１１は、第１の周波数同期器１１５によって補正された受信信号Sig'(i,q)(nT)に第２の周波数誤差検出器１１２から通知された第２の周波数誤差Δf2を打ち消す周波数偏移を与えることによって、さらに補正された受信信号Sig"(i,q)(nT)を得て、復調器１１３へ出力する。

位相誤差検出器１１０は、補正された受信信号Sig"(i,q)(nT)を情報信号に復調し、得られた情報信号によって表されるシンボル点と、変調方式において取り得る前記シンボル点に最も近いシンボル点との位相誤差Δθ2を、毎情報シンボル乃至数情報シンボル毎に検出する。
第２の周波数誤差検出器１１２は、位相誤差Δθ2に相当する第２の周波数誤差Δf2を第２の周波数補正器１１１へ通知する。
＜絶対位相誤差の推移＞
図１２は、第３の実施形態に係る周波数同期装置から得られる信号と参照信号との絶対位相誤差の時間推移（収束速度）を示すグラフである。図９（ｃ）と比較して、第２の周波数同期器の作用のためにデータシンボル期間に入った後も絶対位相誤差が低減され、さらに高精度な同期が実現される。

また、データシンボル期間における絶対位相誤差が期間の初めから非常に小さく抑えられるので、もし期間の初めに絶対位相誤差が安定動作範囲から逸脱するとしてもその逸脱量は僅かであり、図９（ｂ）と比較して、安定動作範囲内へ引き込むために必要となる時間はごく短い。
＜第３のまとめ＞
以上説明したように、本発明の第３の実施形態に係る周波数同期装置によれば第１の周波数同期器１１５が同期シンボル毎に周波数誤差及び絶対位相誤差を求め、それを打ち消すように受信信号を補正する。そして、第２の周波数同期器１０９が変調方式に関する知識を用いて毎情報シンボル乃至数情報シンボル毎に周波数誤差を求め、それを打ち消すように前記補正後の受信信号をさらに補正するので、データシンボル期間に伝送路特性の変化によって生じる周波数変動をも細かく補正して、高信頼な通信を実現する。

なお、第１の実施形態で説明した第１の周波数同期器１０３と、第２の周波数同期器１０９とを組み合わせて得られる構成によっても、同様の効果を得ることができる。そのような構成もまた、本発明に含まれる。
また、第１の周波数同期器１１５及び第２の周波数同期器１０９に含まれる個々のブロックが行う処理に対応するステップを含む周波数同期方法、及び第１の周波数同期器１０３及び第２の周波数同期器１０９に含まれる個々のブロックが行う処理に対応するステップを含む周波数同期方法も本発明に含まれる。
＜第２の周波数同期器の変形例＞
第２の周波数同期器の変形例として、例えばマルチキャリア方式に適応して周波数同期を行う構成が考えられる。

図１３は、この変形例に係る第２の周波数同期器１１６の詳細な構成を示す機能ブロック図である。ここでの受信信号Sig'(i,q)(nT)及びSig"(i,q)(nT)は、マルチキャリア方式で変調された信号である。第２の周波数同期器１１６は、第２の周波数同期器１０９と比べて、位相誤差検出器１１０に代えて、マルチキャリア方式に適応する位相誤差検出器１１７及び位相誤差平均化器１１４を有する点で異なる。

位相誤差検出器１１７は、第２の周波数補正器１１１によって補正された受信信号Sig"(i,q)(nT)をサブキャリア毎に情報信号に復調し、得られた情報信号によって表されるシンボル点と、そのサブキャリアの変調方式において取り得る前記シンボル点に最も近いシンボル点との位相誤差Δθ2.1,Δθ2.2,…,Δθ2.Nをサブキャリアごとに検出する。Nはサブキャリアの数である。

位相誤差平均化器１１４は、全サブキャリアにわたる位相誤差の平均を求める。
第２の周波数誤差検出器１１２及び第２の周波数補正器１１１は、平均化された位相誤差に従って受信信号Sig'(i,q)(nT)の周波数誤差を補正することによって受信信号Sig"(i,q)(nT)を得る。
この構成によれば、例えば、特定のサブキャリアにトーン状のノイズが乗った場合に、各サブキャリアの位相誤差を平均化することにより当該ノイズの影響が全サブキャリアに分散されるので、当該ノイズの影響によって当該特定のサブキャリアを誤って周波数補正する危険性を低減できる。特に、当該特定のサブキャリアがＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式で変調されている場合、トーン状のノイズは復調によって拡散されるから、誤った周波数補正を行わなければ正しいデータが得られる可能性は高い。
＜第４の実施形態＞
ここでは、上記第１〜第３の実施形態に係る周波数同期装置および周波数同期方法に用いる同期シンボルの生成方法について詳述する。

同期シンボルを構成する同期波形は、自己相関特性が強く、また、そのスペクトルが所望の周波数帯域内に収まっていることが求められる。これは、同期波形に自己相関特性の強い信号を用いることで、同期波形の検出精度の向上が期待できるからである。また、スペクトルが使用する周波数帯域内に収まっていないと、隣接するチャネルに影響を与えてしまうため、そのスペクトルが所望の周波数帯域内に収まっていることが求められる。

以下では、強い自己相関特性を示す数値列を選択する選択ステップ、選択された数値列から同期波形を生成する同期波形生成ステップ、及び生成された同期波形を２回以上繰り返すことによって同期シンボルを生成する同期シンボル生成ステップを実行することによって、好適な同期シンボルを生成する生成方法について説明する。
＜選択ステップ＞
選択ステップでは、デジタル信号を表し、かつ強い自己相関特性を有する数値列を選択する。

そのような数値列としては、たとえばＰＮ（疑似雑音）符号が挙げられる。ＰＮ符号は、自己相関特性が強いことで知られており、その一種にバーカー符号が挙げられる。バーカー符号はＰＮ符号の一種であり、そのタップ数が有限のものである。バーカー符号は、タップの長さによって数種類あるが、どの符号を用いることも可能である。同期波形に長いバーカー符号を用いると、周波数誤差の検出精度を上げることができるが、同期シンボルの長さが長くなってしまうため伝送効率が下がることを考慮する必要がある。
＜同期波形生成ステップ＞
選択されたＰＮ符号をそのまま用いて同期波形を表した場合、そのスペクトルは信号帯域全体の周波数に広がってしまう。主信号のスペクトルからはみ出すような信号を同期シンボルとして用いると、隣接する主信号にスペクトルが重なるといった妨害を与えてしまう。したがって、同期波形として用いる信号の通過周波数帯域の幅を狭め、所望の周波数特性を持った信号を用いなければならない。

そこで、同期波形生成ステップでは、前記数値列のサンプリング周波数を所望帯域幅の半分以下とみなして前記数値列によって表されるデジタル信号から、前記所望帯域外の高域周波数成分を除去することによって同期波形を生成する。その目的は、前記数値列から、周波数スペクトルのメインローブが前記所望帯域内に納まり、かつ前記所望帯域外の周波数折り返し成分であるサイドローブが除去された同期波形を得ることである。

周波数スペクトルのメインローブが前記所望帯域に納まるような信号波形を得るための具体的な方法の一例として、ＰＮ系列の１つのチップを複数回繰り返して、新たな系列を作ることが考えられる。このように、１つのチップを数回に連続に渡り繰り返すことによって、元のＰＮ系列は、時間軸上に引き伸ばされた信号を表すことになる。
図１４は上記、ＰＮ系列における１チップの繰り返しによる同期シンボルの構成図を表している。図１４では、１フレームが同期シンボルと複数のデータシンボルから構成され、同期シンボルは複数の同期波形から構成されることを示すとともに、同期波形が（ａ）または（ｂ）によって構成されることを示している。同図（ａ）はタップ数ｍのＰＮ系列を同期波形に用いた場合を表しており、同図（ｂ）は上記（ａ）の各チップをＮ個ずつ繰り返した場合を表している。

また、図１５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図１４（ａ）、（ｂ）を同期波形として用いた場合の、自己相関特性を示している。図１５（ａ）、（ｂ）ともに信号がちょうど重なる点において自己相関値のピークが現れており、自己相関特性が高いことがわかる。ただし、図１４（ｂ）では、１チップを数回繰り返しているため、ピークの山が数サンプルに渡り現れることがわかる。しかし、この場合でも最大値は一点である。ここで、時間軸で時間が長くなることは、周波数軸で周波数帯域が狭くなることを意味する。したがって、１チップを複数回繰り返し構成される信号は、繰り返し数を多くすればするほど、スペクトルの幅を小さくすることが可能となる。以上のように、ＰＮ系列の１つのチップを複数回繰り返すことによって、スペクトルの幅を小さく設定できる。

図１６（ａ）〜（ｃ）は、１チップを繰り返すことによりスペクトルがどのように変化するかを示す概略図である。同図（ａ）は、ＰＮ符号をそのまま同期波形として用いた場合のスペクトルの範囲を示している。これからわかるように、使用可能な周波数帯域全体に渡りスペクトルが広がっていることがわかる。また、同図（ｂ）は、ＰＮ符号の１チップを繰り返した場合の信号を同期波形として用いた場合のスペクトルの範囲を示している。同図（ａ）よりもスペクトルの範囲が小さくなっている。そして、同図（ｃ）に、その具体的なスペクトルの例を図示した。この図から、スペクトルのメインローブが所望する周波数帯域内にあることがわかる。このように、１チップの繰り返し数を大きくするほど、このメインローブの周波数範囲は小さくなる。

また、上記のように、ＰＮ系列の１つのチップを、複数回繰り返した波形は、使用周波数帯域は狭くできるが、そのサイドローブは他のノイズ等に比べ大きいまま残ってしまう（図１６（ｃ））。これによる影響としては、他チャネルの波形の割り込みが増すため全体の精度が悪化したり、残留周波数誤差が大きくなることが考えられる。残留周波数誤差とは、ノイズを加えない場合に生じる周波数推定誤差である。

そこで、前記サイドローブが除去された同期波形を得るために、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を設計し、所望の周波数帯以外の信号レベルを小さくすることで、周波数特性をさらに改善することが考えられる。ここで扱うＬＰＦは、コサインロールオフ法などの一般的な設計手法を用いればよい。以上のように、ＬＰＦを通過した信号を同期波形とすることで、所望の周波数特性を持つ同期波形を得ることができる。

図１６（ｄ）および（ｅ）に、以上の処理により同期波形のスペクトルがどのように変化するかを示した。図１６（ｄ）は、遮断周波数がＦｃのＬＰＦの周波数特性を示している。図１６（ｃ）で表されている、ＰＮ符号の１チップを複数回繰り返すことによって得られる信号のスペクトルは、このＬＰＦを通すことによって、図１６（ｅ）のようになる。このように遮断周波数Ｆｃより高域部分をカットすることで、隣接するチャネルに影響を与えることのない同期波形とすることができる。
＜同期シンボル生成ステップ＞
同期シンボル生成ステップでは、ここまでのステップで得た同期波形を２回以上繰り返すことによって同期シンボルを生成する。

上記、ＬＰＦを通すと、フィルタの遅延で、同期波形の前後に揺らぎが残る。そのため、ＬＰＦを通した同期波形を繰り返す際、１つの同期波形には、その前後の同期波形の揺らぎが重なった波形となる（図１７（ａ））。これにより、周波数誤差検出精度の劣化が考えられる。そこで、同期波形を繰り返す際、各同期波形の前後にゼロを付与し、繰り返すことで上記の影響を軽減できる可能性がある。これを図示したものが図１７（ｂ）および（ｃ）である。図１７（ｂ）のように、ちょうど隣り合う同期波形が重ならないようにしてもよいし、同図（ｃ）のように、完全に離して繰り返してもよい。
＜補足＞
相関器３０１における同期シンボル発生器３０２は、このようにして生成される同期波形と同じ波形を表す参照信号を生成する。その際、同期シンボル発生器３０２は、受信信号に含まれる同期波形と同じ量子化ビット数で参照信号を生成してもよく、また当該同期波形よりも低い量子化ビット数で（例えば整数で近似して）参照信号を生成することもできる。これは、本発明の周波数同期器および周波数同期方法では、相関値の値に注目するのではなく、その大きさ（ピーク）を注目しているため、このように近似しても、周波数推定精度には影響を及ぼさないからである。以上のように近似することで、実際の回路規模が小さくできる可能性がある。
＜信号伝送方法への適用＞
上述した方法に従って同期波形を作成し、その同期波形を繰り返すことによって得られる同期シンボルを、本発明の第１〜第３の実施形態に用いることにより、隣接チャネルに妨害を与えることなく、周波数同期を行うことが可能となる。

また、上述した同期シンボルの生成方法と、第１〜第３の実施形態の１つで説明した周波数同期方法とを組み合わせることによって、両者の特徴を備える信号伝送方法が得られる。そのような信号伝送方法もまた、本発明に含まれる。

本発明に係る周波数同期装置及び周波数同期方法は、例えば、無線受信装置、デジタルテレビジョン放送受信機、デジタルＣＡＴＶ受信機、無線ＬＡＮアダプタ、及び、通信又は放送受信機能を有する携帯情報端末等において、無線又は有線で受信される信号の等化に利用できる。

第１の実施形態における周波数同期装置の全体構成を示す機能ブロック図である。 伝送フレームの構成を示す構成図である。 周波数誤差及び絶対位相誤差の検出処理の内容を説明する概念図である。 相関量推定器の詳細構成を示す機能ブロック図である。 タイミング検出器の詳細構成を示す機能ブロック図である。 第１の周波数誤差検出器の詳細構成を示す機能ブロック図である。 絶対位相誤差検出器の詳細構成を示す機能ブロック図である。 第１の周波数補正器の詳細構成を示す機能ブロック図である。 絶対位相誤差の時間推移（収束速度）を示すグラフである。 第２の実施形態における周波数同期装置の全体構成を示す機能ブロック図である。 第３の実施形態における周波数同期装置の全体構成を示す機能ブロック図である。 絶対位相誤差の時間推移（収束速度）を示すグラフである。 第２の周波数同期器の変形例を示す機能ブロック図である。 同期波形の詳細な構成を示す構成図である。 同期波形の自己相関特性を示すグラフである。 同期波形のスペクトルを示すグラフである。 同期シンボルを構成する同期波形の時間的な配置を示すタイムチャートである。

Claims (17)

1. 所定の自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含み外部から与えられる入力信号と、前記同期波形と同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を推定し、当該周波数誤差を打ち消すように前記入力信号を補正する周波数同期装置であって、
   前記入力信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関手段と、
   得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記入力信号に含まれる同期波形の各周期における所定のタイミングを示す同期波形タイミング信号を生成するタイミング検出手段と、
   前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出手段と、
   前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出手段と、
   得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する第１の周波数補正手段とを備える
   ことを特徴とする周波数同期装置。
2. 前記周波数同期装置は、更に、
   前記第１の周波数誤差検出手段によって得られた周波数誤差を保持し、その後新たな周波数誤差が得られた場合に、保持されている周波数誤差と当該新たな周波数誤差との差分に応じて、保持されている周波数誤差を当該新たな周波数誤差で更新する周波数誤差ホールド手段と、
   前記絶対位相誤差検出手段によって得られた絶対位相誤差を保持し、その後新たな絶対位相誤差が得られた場合に、保持されている絶対位相誤差と当該新たな絶対位相誤差との差分に応じて、保持されている絶対位相誤差を当該新たな絶対位相誤差で更新する絶対位相誤差ホールド手段とを備え、
   前記第１の周波数補正手段は、前記周波数誤差ホールド手段に保持されている周波数誤差、及び前記絶対位相誤差ホールド手段に保持されている絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する
   ことを特徴とする請求項１記載の周波数同期装置。
3. 前記周波数同期装置は、更に、
   制御信号を供給され、当該供給された制御信号に応じた周波数偏移を前記第１の周波数補正手段からの出力信号に与える第２の周波数補正手段と、
   前記第２の周波数補正手段からの出力信号を復調して逐次シンボル点を求め、得られた個々のシンボル点と当該出力信号の変調方式において取り得るシンボル点との位相誤差を検出する位相誤差検出手段と、
   前記検出された位相誤差を打ち消す周波数偏移を前記第１の周波数補正手段からの出力信号に与えるための制御信号を、前記第２の周波数補正手段へ逐次出力する第２の周波数誤差検出手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載の周波数同期装置。
4. 前記周波数同期装置は、更に、
   前記第１の周波数誤差検出手段によって得られた周波数誤差を保持し、その後新たな周波数誤差が得られた場合に、保持されている周波数誤差と当該新たな周波数誤差との差分に応じて、保持されている周波数誤差を当該新たな周波数誤差で更新する周波数誤差ホールド手段と、
   前記絶対位相誤差検出手段によって得られた絶対位相誤差を保持し、その後新たな絶対位相誤差が得られた場合に、保持されている絶対位相誤差と当該新たな絶対位相誤差との差分に応じて、保持されている絶対位相誤差を当該新たな絶対位相誤差で更新する絶対位相誤差ホールド手段とを備え、
   前記第１の周波数補正手段は、前記周波数誤差ホールド手段に保持されている周波数誤差、及び前記絶対位相誤差ホールド手段に保持されている絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する
   ことを特徴とする請求項３記載の周波数同期装置。
5. 前記周波数同期装置において、
   前記入力信号はマルチキャリア方式で変調されており、
   前記位相誤差検出手段は、前記第２の周波数補正手段からの出力信号を復調してサブキャリア毎に逐次シンボル点を求め、得られた個々のシンボル点とそのサブキャリアの変調方式において取り得るシンボル点との位相誤差を検出し、
   前記周波数同期装置は、更に、
   前記位相誤差検出手段によって同時期にサブキャリア毎に検出された位相誤差を平均化する位相誤差平均化手段を備え、
   前記第２の周波数誤差検出手段は、前記平均化された位相誤差を打ち消す周波数偏移を前記第１の周波数補正手段からの出力信号に与えるための制御信号を、前記第２の周波数補正手段へ逐次出力する
   ことを特徴とする請求項３記載の周波数同期装置。
6. 前記入力信号は、前記同期シンボルに加えてデータシンボルを含み、
   前記同期シンボルは、前記データシンボルの占有周波数帯域に納まるように帯域制限されている
   ことを特徴とする請求項１記載の周波数同期装置。
7. 前記同期シンボルは、前記同期波形を所定の時間間隔をおいて２回以上繰り返してなる
   ことを特徴とする請求項６記載の周波数同期装置。
8. 所定の自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含み外部から与えられる入力信号と、前記同期波形と同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を推定し、当該周波数誤差を打ち消すように前記入力信号を補正する周波数同期回路であって、
   前記入力信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関回路と、
   得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記入力信号に含まれる同期波形の各周期における所定のタイミングを示す同期波形タイミング信号を生成するタイミング検出回路と、
   前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出回路と、
   前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出回路と、
   得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する第１の周波数補正回路とを備える
   ことを特徴とする周波数同期回路。
9. 所定の自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含み外部から与えられる入力信号と、前記同期波形と同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を推定し、当該周波数誤差を打ち消すように前記入力信号を補正する１チップＩＣであって、
   前記入力信号を取得する入力端子と、
   前記入力信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関回路と、
   得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記入力信号に含まれる同期波形の各周期における所定のタイミングを示す同期波形タイミング信号を生成するタイミング検出回路と、
   前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出回路と、
   前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出回路と、
   得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する第１の周波数補正回路と、
   前記補正後の入力信号を出力する出力端子とを備える
   ことを特徴とする１チップＩＣ。
10. 所定の自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含み外部から与えられる入力信号と、前記同期波形と同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を推定し、当該周波数誤差を打ち消すように前記入力信号を補正する周波数同期方法であって、
    前記入力信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関ステップと、
    得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記入力信号に含まれる同期波形の各周期における所定のタイミングを示す同期波形タイミング信号を生成するタイミング検出ステップと、
    前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出ステップと、
    前記同期波形タイミング信号によって示される各タイミングに得られた相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出ステップと、
    得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する第１の周波数補正ステップとを含む
    ことを特徴とする周波数同期方法。
11. 前記周波数同期方法は、更に、
    前記第１の周波数誤差検出ステップにおいて得られた周波数誤差を記録し、その後新たな周波数誤差が得られた場合に、記録されている周波数誤差と当該新たな周波数誤差との差分に応じて、記録されている周波数誤差を当該新たな周波数誤差で更新する周波数誤差記録ステップと、
    前記絶対位相誤差検出ステップにおいて得られた絶対位相誤差を記録し、その後新たな絶対位相誤差が得られた場合に、記録されている絶対位相誤差と当該新たな絶対位相誤差との差分に応じて、記録されている絶対位相誤差を当該新たな絶対位相誤差で更新する絶対位相誤差記録ステップとを含み、
    前記第１の周波数補正ステップは、前記周波数誤差記録ステップで記録された周波数誤差、及び前記絶対位相誤差記録ステップで記録された絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する
    ことを特徴とする請求項１０記載の周波数同期方法。
12. 前記周波数同期方法は、更に、
    周波数偏移を指示され、当該指示された周波数偏移を前記第１の周波数補正ステップにおいて得られた信号に与える第２の周波数補正ステップと、
    前記第２の周波数補正ステップにおいて得られた信号を復調して逐次シンボル点を求め、得られた個々のシンボル点と当該信号の変調方式において取り得るシンボル点との位相誤差を検出する位相誤差検出ステップと、
    前記検出された位相誤差を打ち消す周波数偏移を前記第２の周波数補正ステップへ逐次指示する第２の周波数誤差検出ステップとを含む
    ことを特徴とする請求項１０記載の周波数同期方法。
13. 前記周波数同期方法は、更に、
    前記第１の周波数誤差検出ステップにおいて得られた周波数誤差を記録し、その後新たな周波数誤差が得られた場合に、記録されている周波数誤差と当該新たな周波数誤差との差分に応じて、記録されている周波数誤差を当該新たな周波数誤差で更新する周波数誤差記録ステップと、
    前記絶対位相誤差検出ステップにおいて得られた絶対位相誤差を記録し、その後新たな絶対位相誤差が得られた場合に、記録されている絶対位相誤差と当該新たな絶対位相誤差との差分に応じて、記録されている絶対位相誤差を当該新たな絶対位相誤差で更新する絶対位相誤差記録ステップとを含み、
    前記第１の周波数補正ステップは、前記周波数誤差記録ステップで記録された周波数誤差、及び前記絶対位相誤差記録ステップで記録された絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する
    ことを特徴とする請求項１２記載の周波数同期方法。
14. 前記周波数同期方法において、
    前記入力信号はマルチキャリア方式で変調されており、
    前記位相誤差検出ステップは、前記第２の周波数補正ステップにおいて得られた信号を復調してサブキャリア毎に逐次シンボル点を求め、得られた個々のシンボル点とそのサブキャリアの変調方式において取り得るシンボル点との位相誤差を検出し、
    前記周波数同期方法は、更に、
    前記位相誤差検出ステップにおいて同時期にサブキャリア毎に得られた位相誤差を平均化する位相誤差平均化ステップを含み、
    前記第２の周波数誤差検出ステップは、前記平均化された位相誤差を打ち消す周波数偏移を前記第２の周波数補正ステップへ逐次指示する
    ことを特徴とする請求項１２記載の周波数同期方法。
15. 所定の自己相関特性を示す同期波形を２回以上繰り返してなる同期シンボルを含む入力信号と、前記同期波形と同じ波形を表す参照信号との相関に基づいて前記入力信号を補正し、当該補正後の入力信号を復調する復調方法であって、
    前記入力信号と前記参照信号との間に周期的に求まる相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から前記受信信号と前記参照信号との周波数誤差を求めると共に、前記相関ベクトルの絶対位相の推移から前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求め、得られた周波数誤差及び絶対位相誤差に基づいて前記入力信号を補正する周波数同期ステップと、
    補正後の入力信号を復調することによって復調信号を生成する復調ステップとを含む
    ことを特徴とする復調方法。
16. 前記周波数同期ステップは、
    前記入力信号と前記参照信号との相関ベクトルを逐次求める相関サブステップと、
    得られた相関ベクトルの大きさの推移から、前記入力信号に含まれる同期波形の各周期を特定するタイミング検出サブステップと、
    特定する各周期を代表する相関ベクトルの、時間的に隣接する各ペアの位相差の平均から、前記入力信号と前記参照信号との周波数誤差を求める第１の周波数誤差検出サブステップと、
    特定された各周期を代表する相関ベクトルの絶対位相の推移から、前記入力信号と前記参照信号との絶対位相誤差を求める絶対位相誤差検出ステップと、
    得られた周波数誤差及び絶対位相誤差を打ち消す周波数偏移及び位相回転を同時に前記入力信号に与えることにより、前記入力信号を補正する第１の周波数補正サブステップとを含む
    ことを特徴とする請求項１５記載の復調方法。
17. 前記周波数同期ステップは、更に、
    周波数偏移を指示され、当該指示された周波数偏移を前記第１の周波数補正ステップにおいて得られた信号に与える第２の周波数補正サブステップと、
    前記第２の周波数補正ステップにおいて得られた信号を復調して逐次シンボル点を求め、得られた個々のシンボル点と当該信号の変調方式において取り得るシンボル点との位相誤差を検出する位相誤差検出サブステップと、
    前記検出された位相誤差を打ち消す周波数偏移を前記第２の補正ステップへ逐次指示する第２の周波数誤差検出サブステップとを含む
    ことを特徴とする請求項１６記載の復調方法。

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