JP2007053581A

JP2007053581A - 周波数オフセット推定装置

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Publication number: JP2007053581A
Application number: JP2005237213A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Ono; 芳人小野; Suminori Nishimura; 純則西村; Satoshi Miura; 智三浦
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2005-08-18
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2025-08-18
Also published as: JP4108699B2

Abstract

【課題】精度良く周波数オフセットを検出すること。
【解決手段】周波数補正部１６は、破線で示す周波数オフセット推定部１００と、発振器制御部２６と、局部発振器２８と、周波数ミキサ３０とを含む。周波数オフセット推定部１００は、ＦＦＴ２０と、積算部２２と、周波数オフセット出力部２４とを含む。ＦＦＴ２０は、入力信号の周波数帯域の少なくとも一部の帯域を複数のＦＦＴポイントの信号に分割する。ＦＦＴ２０は、Ｓ（ｊ）をＭ個ごとに処理し、Ｍ個のＦＦＴポイントの信号Ｄ（ｔ、ｋ）として出力する。積算部２２は、ＦＦＴ２０によって分割された複数のＦＦＴポイントの信号をＦＦＴポイントごとにそれぞれ積算する。周波数オフセット出力部２４は、積算部２２で積算されたＦＦＴポイントごとの積算値のうち、少なくとも１つの積算値を検出し、検出された積算値に対応するＦＦＴポイントを入力信号に含まれる周波数オフセットとして出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、信号処理技術に関し、特に無線通信における周波数オフセット推定装置に関する。

無線通信システムにおいて、送信装置から送信された信号を受信装置が受信する際に、送信装置と受信装置とで用いている水晶等から発振される信号の不安定性により、周波数オフセットが発生する。一般的に、周波数オフセットは、受信信号を利用して推定され、補正される。さらに、周波数選択性フェージングが発生するような環境においては、信号の周波数成分が局所的に低下するため、時間領域の信号である受信信号を用いても正確に周波数オフセットを推定することが難しかった。このような問題に対し、従来は、高速フーリエ変換（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ（ＦＦＴ））などを用いて複数の周波数領域の信号に変換して、その周波数領域の信号振幅の最大値にかかる周波数を周波数オフセットとして検出していた（たとえば、特許文献１参照）。また、周波数領域の信号に含まれる既知信号を利用して周波数オフセットを推定していた（たとえば、特許文献２参照）。
特開平３−１７１９５４号公報（第１図）特開２００３−０１８１１６号公報（第３図）

本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。すなわち、既知信号が存在せず、また、多くの雑音が存在する悪条件のもとにおいては、周波数オフセットの検出精度が低下するといった課題である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、既知信号が存在せず、また、多くの雑音が存在する悪条件のもとにおいても、精度良く周波数オフセットを検出できる周波数オフセット推定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の周波数オフセット推定装置は、信号を順次入力する入力部と、入力部に入力された信号の周波数帯域の少なくとも一部の帯域を複数の部分帯域の信号に分割する分割部と、分割部によって分割された複数の部分帯域の信号を部分帯域ごとにそれぞれ積算する積算部と、積算部で積算された部分帯域ごとの積算値のうち、少なくとも１つの積算値を検出し、検出された積算値に対応する部分帯域を入力された信号に含まれる周波数オフセットの値として出力する周波数オフセット出力部と、を備える。

ここで、「入力信号の周波数帯域の少なくとも一部の帯域」とは、入力信号に含まれる全ての周波数成分のうち、少なくとも一部の周波数成分が属する周波数帯域を含む。また、「複数の部分帯域」とは、入力信号の周波数帯域の少なくとも一部の帯域に含まれる帯域を含み、それぞれの部分帯域の帯域幅は一定でなくともよい。また、「複数の部分帯域の信号に分割する」とは、たとえば、離散フーリエ変換（ＤｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ（ＤＦＴ））、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、ウェーブレット変換などを用いて、入力信号の少なくとも一部の周波数帯域を複数の部分帯域に分割することなどを含む。また、「少なくとも１つの積算値を検出し」とは、積算値のうちいくつかの積算値を検出することを含み、たとえば、上位３つの積算値を検出することなどをいう。

この態様によると、積算した結果にもとづいて周波数オフセットを推定しているので、ノイズなどの影響を低減することができ、周波数オフセットを精度よく検出することができる。

周波数オフセット出力部は、積算部で積算された部分帯域ごとの積算値のうち、最も大きな値を持つ積算値を検索する検索部と、検索部で検索された積算値と所定のしきい値とを比較する比較部と、比較部で比較した結果、積算値のほうが大きい場合、積算部における積算を中止させるとともに、その積算値に対応する部分帯域を周波数オフセットとして出力する出力制御部と、を含んでもよい。

ここで、「その積算値に対応する部分帯域」とは、その積算値を求めるために積算の対象となった部分帯域に相当する。「部分帯域を入力信号に含まれる周波数オフセットとして」とは、部分帯域が有する周波数帯域のうち、いずれか１つの周波数を周波数オフセットとすることなどを含み、たとえば、部分帯域が有する周波数帯域の中心周波数とすることなどを含む。また、「周波数オフセット」とは、周波数誤差、周波数ずれ、位相回転などと称される。

この態様によると、最も大きな値をもつ積算値を周波数オフセット検出の基準としているので、周波数オフセット検出の信頼性を向上できる。

出力制御部は、比較部において比較した結果、所定のしきい値のほうが大きい場合、積算部における積算を延長させてもよい。この態様によると、比較部において比較した結果、所定のしきい値のほうが大きい場合、すなわち、検索された積算値がしきい値より小さかった場合は、ノイズなどによる影響が大きいと判断できるので、積算部における積算を延長させ、周波数オフセット検出の信頼性を向上する。

入力された信号の信号強度を測定する信号強度測定部をさらに備えてもよい。積算部は、信号強度測定部で測定された信号強度に応じて、複数の部分帯域を重み付けしながら積算してもよい。

この態様によると、信号強度が強く信頼性が高い信号に対して、より大きい重み係数で重み付けを行なった上で積算処理することによって、推定時間を短縮できる。

周波数オフセット出力部は、信号強度測定部で測定された信号強度に応じ、所定のしきい値に対し重み付けしてもよい。

この態様によると、信頼性が高い信号に対し小さい重み係数でしきい値を重み付けし、重み付けされたしきい値を比較対象とすることによって、周波数オフセット推定の基準を引下げ、推定時間を短縮できる。一方、複数の部分帯域の信頼性が低い場合は、大きい重み係数でしきい値を重み付けし、重み付けされたしきい値を比較対象とすることによって、周波数オフセット推定の基準を引き上げ、推定精度を向上させる。

分割部は、周波数オフセット出力部において比較した結果、しきい値より大きい積算値が存在しなかった場合、入力された信号の周波数帯域のうち、すでに分割した一部の帯域とは異なる帯域を対象として、複数の部分帯域の信号の分割を実行してもよい。

ここで、「存在しなかった場合」とは、所定の回数にわたって計算された積算値のいずれもがしきい値より小さかった場合などを含む。「積算値」とは、入力信号のうち、ある時間における周波数帯域と、別の時間における周波数帯域の信号とを、部分帯域ごとに加算することなどを含む。「所定の回数にわたって計算された積算値」とは、積算の対象となる周波数帯域の信号の個数を順に増加させることを含む。所定の回数にわたって計算された積算値は、移動平均処理などによって求められた値であってもよい。計算する回数が多くなるほど、積算処理に要する時間が増加する一方で、ノイズなどによる影響が平均化され、推定精度が向上できる。

この態様によると、しきい値より大きい積算値が存在しなかった場合、その帯域はそもそも周波数オフセットが存在しなかったと判断して、すでに分割した一部の帯域とは異なる帯域を対象とすることによって、周波数オフセットの検出時間を低減できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、精度良く周波数オフセットを検出できる。

本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、たとえば、連続信号を受信する無線通信端末における周波数オフセットを推定する周波数オフセット推定装置に関する。本実施例に係る周波数オフセット推定装置は、受信信号を周波数領域で解析し、周波数オフセットを推定する。すなわち、受信信号の周波数帯域を複数の部分帯域に分割し、複数の部分帯域に含まれる信号の強度のうち、最大の強度を有する部分帯域を周波数オフセットとして推定する。また、時間をずらしながら受信信号を順次分割し、それぞれ得た複数の部分帯域を移動平均することによって、ノイズなどの影響を極力除去する。詳細は後述する。

まず、図１〜図４を用いて、本発明の実施例に係る周波数オフセット推定装置の構成例について説明する。

図１は、本発明の実施例にかかる無線通信端末装置の構成例を示す図である。図１は、無線信号の受信処理に関する構成のみ示した。無線通信端末装置は、アンテナ１０と、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）処理部１１と、Ａ／Ｄ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌ）変換部１２と、周波数補正部１６と、復調部１８とを含む。アンテナ１０は、無線通信端末装置との間で通信を行なっている相手方の装置から送信された無線信号を受信する。ＲＦ処理部１１は、アンテナ１０で受信された無線信号をベースバンド帯にダウンコンバートし、Ａ／Ｄ変換部１２に出力する。Ａ／Ｄ変換部１２は、ＲＦ処理部１１で処理された信号をデジタル信号に変換する。周波数補正部１６は、後述する周波数オフセット推定装置を含み、Ａ／Ｄ変換部１２から出力されたデジタル信号を用いて、周波数オフセットを推定する。Ａ／Ｄ変換部１２から出力されたデジタル信号は、推定された周波数オフセットを用いて補正される。復調部１８は、周波数補正部１６で周波数オフセットが補正された信号に対し、デインタリーブ、復調処理、誤り訂正復号などの処理を行なう。

図２は、図１の周波数補正部１６の構成例を示す図である。周波数補正部１６は、破線で示す周波数オフセット推定部１００と、発振器制御部２６と、局部（Ｌｏｃａｌ）発振器２８と、周波数ミキサ３０と、ＬＰＦ１４（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）と、を含む。周波数オフセット推定部１００は、ＦＦＴ２０と、積算部２２と、周波数オフセット出力部２４と、を含む。なお、図２においては、周波数オフセット推定部１００の入力を周波数ミキサ３０の後段として、フィードバック制御により、周波数オフセットの補正をすることとした。しかしながらこれにかぎらず、周波数オフセット推定部１００の入力を周波数ミキサ３０の前段とし、フィードフォワード制御により、周波数オフセットの補正をしてもよい。

ＬＰＦ１４は、後述する周波数ミキサ３０から出力された信号の帯域を制限する。なお、ＬＰＦ１４の後段に、逓倍器、単位円化器を設けて、キャリア再生を行なってもよい。

ＦＦＴ２０は、ＬＰＦ１４から出力された信号の周波数帯域の少なくとも一部の帯域を複数の部分帯域の信号に分割する。以下においては、ＦＦＴ２０によって分割された部分帯域の個数をＭ個として説明を行なう。Ｍは、正の整数である。なお、「部分帯域」は、「ＦＦＴポイント」、または、「ビン」とよばれる。以下においては、「部分帯域」を「ＦＦＴポイント」と称して説明することとする。

例を用いて説明する。ＦＦＴ２０に入力される入力信号の系列をＳ（ｊ）と仮定する。ｊは、１以上Ｎ×Ｍ以下の正の整数である。また、Ｎは、正の整数であり、後述するメモリ３４の個数としてもよい。ＦＦＴ２０は、Ｓ（ｊ）をＭ個ごとに処理し、Ｍ個のＦＦＴポイントの信号Ｄ（ｔ、ｋ）として出力する。ここで、ｔは、１以上Ｎ以下の正の整数であり、ＦＦＴ２０がＦＦＴ処理するたびに増加する値である。また、ｋは、１以上Ｍ以下の正の整数である。そうすると、ＦＦＴ２０による出力は、以下のように表すことができる。ここで、ＦＦＴ（）は、ＦＦＴ２０における分割処理を示す関数である。
Ｄ（ｔ、ｋ）＝ＦＦＴ（Ｓ（ｔ×Ｍ＋ｋ）））・・・式（１）

積算部２２は、ＦＦＴ２０によって分割された複数のＦＦＴポイントの信号をＦＦＴポイントごとにそれぞれ積算する。ここで、「複数のＦＦＴポイントの信号をＦＦＴポイントごとにそれぞれ積算する」とは、ＦＦＴ２０から周波数帯域の信号が出力されるたびに、ＦＦＴポイントごとに加算することなどを含む。たとえば、初回の「積算」は、最初にＦＦＴ２０から出力されたＦＦＴポイントごとの信号のみが出力される。詳細は後述する。

周波数オフセット出力部２４は、積算部２２で積算されたＦＦＴポイントごとの積算値のうち、少なくとも１つの積算値を検出し、検出された積算値に対応するＦＦＴポイントを入力信号に含まれる周波数オフセットとして出力する。ここで、「積算値に対応するＦＦＴポイント」とは、その積算値を求める元となったＦＦＴポイントを含む。「ＦＦＴポイントを入力信号に含まれる周波数オフセットとして」とは、ＦＦＴポイントが有する周波数帯域のうち、いずれか１つの周波数を周波数オフセットとすることなどを含み、たとえば、ＦＦＴポイントが有する周波数帯域の中心周波数などを含む。また、「周波数オフセット」とは、周波数誤差、周波数ずれ、位相回転などと称される。詳細は後述する。

発振器制御部２６は、周波数オフセット推定部１００の周波数オフセット出力部２４から出力された周波数オフセットを用いて、局部発振器２８を制御する。具体的には、周波数オフセット出力部２４から出力された周波数オフセットの分だけ、後述する周波数ミキサ３０にて受信信号が周波数移動されるように、局部発振器２８に対し周波数信号を発生させる。発振器制御部２６は、局部発振器２８に対し、周波数信号の発生のタイミングをあわせて指示してもよい。

局部発振器２８は、発振器制御部２６の指示にしたがって、周波数信号を所望のタイミングで生成し、周波数ミキサ３０に出力する。

周波数ミキサ３０は、局部発振器２８から出力された周波数信号と、Ａ／Ｄ変換部１２より出力された信号とを重畳して、復調部１８と、周波数オフセット推定部１００に出力する。これにより、Ａ／Ｄ変換部１２より出力された信号は、局部発振器２８から出力された周波数信号の周波数に相当する分だけ、周波数移動されることとなる。

ここで、図３を用いて、積算部２２の構成例について詳細に述べる。図３は、図２の積算部２２の構成例を示す図である。積算部２２は、強度導出部３２と総称される強度導出部３２Ａ、強度導出部３２Ｂ、強度導出部３２Ｍと、メモリ３４と総称されるメモリ３４Ａ、メモリ３４Ｂ、メモリ３４Ｎと、積算制御部３６とを含む。

強度導出部３２は、ＦＦＴ２０の出力であるＭ個のＦＦＴポイントの信号を受け付けるブロックであるため、積算部２２にはＭ個の強度導出部３２が存在する。強度導出部３２は、ＦＦＴ２０から出力されたそれぞれのＦＦＴポイントの信号Ｄ（ｔ、ｋ）に対し、以下のように処理し、それぞれＤｏｕｔ（ｔ、ｋ）として出力する。ただし、ωは、角周波数を表すものとする。
Ｄｏｕｔ（ｔ、ｋ）＝｜Ｉｔｋ｜＋｜Ｑｔｋ｜・・・式（２）
Ｉｔｋ＝Ｄ（ｔ、ｋ）ｃｏｓ（ωｋ）・・・式（３）
Ｑｔｋ＝Ｄ（ｔ、ｋ）ｓｉｎ（ωｋ）・・・式（４）

強度導出部３２は、式（２）のかわりに、下記に示す式（５）を用いて、強度を導出してもよい。
Ｄｏｕｔ（ｔ、ｋ）＝｜Ｉｔｋ｜^２＋｜Ｑｔｋ｜^２・・・式（５）

メモリ３４のそれぞれは、強度導出部３２から出力されたＭ個のＦＦＴポイントの信号を記憶する。それぞれのメモリ３４に記憶されたＭ個のＦＦＴポイントの信号は、ｔの値が増加するたびに、すなわち、強度導出部３２から次のＭ個のＦＦＴポイントの信号が出力されるたびに、隣接するメモリ３４に転送される。たとえば、ｔ＝１において、メモリ３４Ａには、Ｄｏｕｔ（１、ｋ）、ｋ＝１〜Ｍ、が記憶されていると仮定する。つぎに、ｔ＝２において、Ｄｏｕｔ（１、ｋ）がメモリ３４Ａからメモリ３４Ｂに移されるとともに、Ｄｏｕｔ（２、ｋ）が強度導出部３２から出力されて、メモリ３４Ａに記憶される。いいかえると、メモリ３４は、ＦＦＴポイントごとの信号を順にシフトするＦＩＦＯバッファであるともいえる。なお、ｔ＝０、すなわち、初期状態においては、すべてのメモリ３４には０が記憶されているものとする。

積算制御部３６は、それぞれのメモリ３４に記憶されているＤｏｕｔ（ｔ、ｋ）を読み出して、以下の式（６）にしたがって、積算処理を行なう。
Ｙ_Ｔ（ｋ）＝ Σ^Ｔ _ｔ＝１Ｄｏｕｔ（ｔ、ｋ）・・・式（６）
ここで、Ｔは、その積算処理を行なった時点におけるｔの値である。たとえば、ｔ＝１においては、Ｙ_１（ｋ）＝Ｄｏｕｔ（１、ｋ）となり、また、ｔ＝２においては、Ｙ_２（ｋ）＝Ｄｏｕｔ（１、ｋ）＋Ｄｏｕｔ（２、ｋ）となる。すなわち、ｔの値が増加するほど加算される対象も増加することとなる。いいかえると、Ｄｏｕｔ（ｔ、ｋ）に含まれている雑音成分が平均化され、その影響が低減される。

なお、積算制御部３６は、後述する周波数オフセット出力部２４の指示により、積算処理を中止する。その際、メモリ３４に記憶されているすべての値を０に初期化してもよい。

ここで、図４を用いて、周波数オフセット出力部２４の構成例について詳細に述べる。図４は、図２の周波数オフセット出力部２４の構成例を示す図である。周波数オフセット出力部２４は、検索部４０と、比較部４２と、出力制御部４４とを含む。

検索部４０は、積算部２２で積算されたＦＦＴポイントごとの積算値Ｙ_Ｔ（ｋ）のうち、最も大きな値を持つ積算値ＭＡＸ（Ｙ_Ｔ（ｋ））を検索する。

比較部４２は、検索部４０で検索された積算値ＭＡＸ（Ｙ_Ｔ（ｋ））と所定のしきい値とを比較する。

出力制御部４４は、比較部４２で比較した結果、積算値ＭＡＸ（Ｙ_Ｔ（ｋ））のほうが大きい場合、積算部２２における積算を中止させるとともに、その積算値ＭＡＸ（Ｙ_Ｔ（ｋ））に対応するＦＦＴポイントを周波数オフセットとして発振器制御部２６に出力する。

ここで、「中止」とは、積算処理を中止することなどをいい、また、積算処理を初期化してもよい。また、処理積算処理の中止にともなって、分割部における分割処理を中止してもよい。

出力制御部４４は、比較部４２において比較した結果、所定のしきい値のほうが大きい場合、積算部２２における積算を延長させる。すなわち、ｔの値を増加させて、積算対象を増やし、より信頼性の高い積算値を生成する。

以上のような構成をとることにより、積算した結果にもとづいて周波数オフセットを求めているので、ノイズなどの影響を低減することができ、周波数オフセットを精度よく検出することができる。

つぎに、図５（ａ）〜図５（ｅ）、図６、および、図７を用いて、図２の周波数補正部１６の動作について説明する。

まず、図５（ａ）〜図５（ｅ）を用いて、本発明の実施例に係る図２の積算部２２と周波数オフセット出力部２４との動作について詳細に説明する。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、ｔ＝１〜３における図２の積算部２２の入出力信号の例を示す図である。図５（ａ）〜図５（ｅ）は、縦軸を周波数、横軸を強度とした周波数分布を示す図である。ここで、ＦＦＴポイントの個数Ｍを１０とし、図中にｆ０〜ｆ９で示した。

図５（ａ）は、ｔ＝１における図２の積算部２２の入力信号Ｄｏｕｔ（１、ｋ）を示す図である。また、図５（ａ）は、ｔ＝１における、メモリ３４Ａに記憶されている信号を示す図でもある。また、図５（ａ）は、ｔ＝１における図３の積算制御部３６でＦＦＴポイントごとに積算した結果Ｙ_１（ｋ）を示す図でもある。ｔ＝１においては、メモリ３４Ａを除いた他のメモリは初期状態であるため、Ｄｏｕｔ（１、ｋ）がそのまま積算結果となるからである。また、図５（ａ）は、ｔ＝２における図２のメモリ３４Ｂに記憶されている信号を示す図でもある。ｔが増加するごとに、メモリ３４に記憶されている信号が順に転送されるからである。同様に、図５（ａ）は、ｔ＝３における図示しないメモリ３４Ｃに記憶されている信号を示す図でもある。

また、図５（ｂ）は、ｔ＝２における図２の積算部２２の入力信号Ｄｏｕｔ（２、ｋ）を示す図である。また、図５（ｂ）は、ｔ＝２における、メモリ３４Ａに記憶されている信号を示す図でもある。また、図５（ｂ）は、ｔ＝３における、メモリ３４Ｂに記憶されている信号を示す図でもある。また、図５（ｃ）は、ｔ＝２における図２の積算制御部３６でＦＦＴポイントごとに積算した結果Ｙ_２（ｋ）を示す図である。すなわち、図５（ｃ）は、図５（ａ）、図５（ｂ）のＦＦＴポイントごとのｔ＝１〜２の信号Ｄｏｕｔ（ｔ、ｋ）を積算した結果を示している。

また、図５（ｄ）は、ｔ＝３における図２の積算部２２の入力信号Ｄｏｕｔ（３、ｋ）を示す図である。また、図５（ｄ）は、ｔ＝３における、メモリ３４Ａに記憶されている信号を示す図でもある。また、図５（ｅ）は、ｔ＝３における図３の積算制御部３６でＦＦＴポイントごとに積算した結果Ｙ_３（ｋ）を示す図である。すなわち、図５（ｅ）は、図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｄ）のＦＦＴポイントごとのｔ＝１〜３の信号Ｄｏｕｔ（ｔ、ｋ）を積算した結果を示している。

ここで、ｔ＝１〜３における図２の積算部２２の入力信号がそれぞれ図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｄ）であるとしたときの図４の検索部４０、比較部４２の動作について詳細に説明する。まず、ｔ＝１において、積算部２２にＤ（１、ｋ）が入力され、強度導出部３２で処理された後、Ｄｏｕｔ（１、ｋ）、すなわち、図５（ａ）に示す１０個のＦＦＴポイントの信号がメモリ３４Ａに記憶される。ｔ＝１においては、他のＤ（ｔ、ｋ）が存在しないため、積算制御部３６は、Ｄｏｕｔ（１、ｋ）をＹ_１（ｋ）として周波数オフセット出力部２４に出力する。検索部４０は、Ｙ_１（ｋ）の最大値ＭＡＸ（Ｙ_１（ｋ））を求め、比較部４２に出力する。すなわち、図５（ａ）において振幅が最大となっているｆ３、すなわち、Ｙ_１（４）を出力する。さらに、比較部４２は、ｆ３にかかる振幅としきい値とを比較する。図５（ａ）に図示するように、Ｙ_１（４）は、しきい値より小さいため、出力制御部４４は、積算部２２における積算を延長させる。すなわち、積算部２２は、ｔ＝２として、積算処理を繰り返す。

ｔ＝２においては、まず、メモリ３４Ａに記憶されているＤ（１，ｋ）がメモリ３４Ｂに転送される。その後、ｔ＝１の場合と同様に、積算部２２にＤ（２、ｋ）が入力され、強度導出部３２で処理された後、Ｄｏｕｔ（２、ｋ）、すなわち、図５（ｂ）に示す１０個のＦＦＴポイントの信号がメモリ３４Ａに記憶される。ここで、積算制御部３６は、メモリ３４Ａに記憶されているＤ（２、ｋ）と、メモリ３４Ｂに記憶されているＤ（１，ｋ）とを、ＦＦＴポイントごとに積算して、図５（ｃ）に示すような信号Ｙ_２（ｋ）を出力する。検索部４０は、Ｙ_２（ｋ）の最大値ＭＡＸ（Ｙ_２（ｋ））を求め、比較部４２に出力する。すなわち、図５（ｃ）において振幅が最大となっているｆ３、すなわち、Ｙ_２（４）を出力する。さらに、比較部４２は、ｆ３にかかる振幅としきい値とを比較する。図５（ｃ）に図示するように、Ｙ_２（４）は、しきい値より小さいため、出力制御部４４は、積算部２２における積算を延長させる。すなわち、積算部２２は、ｔ＝３として、積算処理を繰り返す。

ｔ＝３においては、まず、メモリ３４Ｂに記憶されているＤ（１，ｋ）が図示しないメモリ３４Ｃに転送される。また、メモリ３４Ａに記憶されているＤ（２，ｋ）がメモリ３４Ｂに転送される。その後、ｔ＝２の場合と同様に、積算部２２にＤ（３、ｋ）が入力され、強度導出部３２で処理された後、Ｄｏｕｔ（３、ｋ）、すなわち、図５（ｄ）に示す１０個のＦＦＴポイントの信号がメモリ３４Ａに記憶される。ここで、積算制御部３６は、メモリ３４Ａに記憶されているＤ（３、ｋ）と、メモリ３４Ｂに記憶されているＤ（２，ｋ）と、メモリ３４Ｃに記憶されているＤ（１，ｋ）とを、ＦＦＴポイントごとに積算して、図５（ｅ）に示すような信号Ｙ_３（ｋ）を出力する。検索部４０は、Ｙ_３（ｋ）の最大値ＭＡＸ（Ｙ_３（ｋ））を求め、比較部４２に出力する。すなわち、図５（ｅ）において振幅が最大となっているｆ３、すなわち、Ｙ_３（４）を出力する。さらに、比較部４２は、ｆ３にかかる振幅としきい値とを比較する。図５（ｅ）に図示するように、Ｙ_３（４）は、しきい値より大きいため、積算部２２における積算を中止させるとともに、その積算値Ｙ_３（４）に対応するＦＦＴポイント、すなわちｆ３を周波数オフセットとして発振器制御部２６に出力する。

図６は、図２の発振器制御部２６の制御の例を示す図である。図６は、Ａ／Ｄ変換部１２から出力された信号の周波数成分の例を示す図でもある。図６中に示した（１）〜（５）は、それぞれ図２のＦＦＴ２０に入力される信号の周波数帯域である。ＦＦＴ２０の入力は、ＬＰＦ１４によって、周波数ｆ＝０を中心として、ｆ₋からｆ_＋の区間が帯域制限されて切り出される。図２の発振器制御部２６は、所定回数、たとえばＮ回にわたり積算処理を繰り返しても、しきい値を超えるＭＡＸ（Ｙ_ｔ（ｋ））が存在しなかったと図２の周波数オフセット出力部２４で判断された場合、局部発振器２８を制御して、ＦＦＴ２０において分割する帯域を変更させる。すなわち、発振器制御部２６は、（１）〜（５）のいずれかの帯域の中心周波数がｆ＝０となるように、局部発振器２８を制御する。なお、所定回数は、メモリ３４の個数Ｎより大きくともよい。具体的には、ｔがＮより大きくなった場合、たとえば、ｔ＝Ｎ＋１のときに積算に用いられるデータは、Ｄｏｕｔ（Ｎ＋１、ｋ）、Ｄｏｕｔ（Ｎ、ｋ）、・・・、Ｄｏｕｔ（２、ｋ）となる。ここで、ｔ＝Ｎのときにメモリ３４Ｎに記憶されていたＤｏｕｔ（１、ｋ）は、廃棄されるものとする。すなわち、メモリ３４はＦＩＦＯバッファのように古いデータを順に捨てていく。したがって、積算は、常に最新のＮ個のデータが対象となる。

ここで、ｔ＝１〜Ｎ−１においては、図６に図示した（１）の帯域を対象として、ＦＦＴ２０は、Ｍ個のＦＦＴポイントに分割していたとする。所定回数がＮである場合、すなわち、ｔ＝Ｎになった場合、局部発振器２８を制御して、ＦＦＴ２０の対象となる周波数帯を図６に図示した（２）の周波数帯とさせる。いいかえると、所定回数にわたり積算を行なってもしきい値を超えることができなかったＦＦＴポイントについては、それ以上積算を続けても無駄に時間がかかる可能性があるため、これをあきらめて、他の周波数帯について積算処理などを行なうこととしている。（２）の周波数帯において積算処理を所定回数くりかえしてもしきい値を超えることができなかった場合は、（３）の周波数帯について分割処理、積算処理を行なう。以後、同様に、（４）、（５）の周波数帯の順に、（１）を中心として、左右交互の周波数帯に対して順に試行していく。

ここで、ＦＦＴ２０は、周波数オフセット出力部２４において比較した結果、しきい値より大きい積算値が存在しなかった場合、入力信号の周波数帯域のうち、すでに分割した一部の帯域とは異なる帯域を対象として、複数のＦＦＴポイントの信号の分割を実行することとなる。ここで、「存在しなかった場合」とは、しきい値と、所定の回数求められた積算値とを比較した結果、いずれの積算値もしきい値より小さかった場合などを含む。「積算値」とは、入力信号のうち、ある時間における周波数帯域と、別の時間における周波数帯域の信号とを、ＦＦＴポイントごとに加算することなどを含む。「所定の回数求められた積算値」とは、加算の対象となる周波数帯域の信号の個数を含み、回数が多くなるほど、対象となる波数帯域の信号の数、対象となる時間が増加する。

図７は、図２の周波数補正部１６の動作例を示すフロー図である。まず、ＦＦＴ２０は、入力信号の周波数帯域の少なくとも一部の帯域を複数のＦＦＴポイントの信号に分割する（Ｓ２０）。つぎに、積算部２２は、ＦＦＴ２０から出力された信号をＦＦＴポイントごとにシンボル処理をして、メモリ３４に記憶する（Ｓ３４）。つぎに、積算部２２は、ＦＦＴポイントごとにそれぞれ積算する（Ｓ３６）。つぎに、周波数オフセット出力部２４は、積算部２２で積算されたＦＦＴポイントごとの積算値のうち、最も大きな値を持つ積算値を検索する（Ｓ４０）。さらに、周波数オフセット出力部２４は、検索された積算値と所定のしきい値とを比較する（Ｓ４０）。出力制御部４４は、比較部４２で比較した結果、積算値のほうが大きい場合（Ｓ４２のＹ）、積算部２２における積算を中止させるとともに、その積算値に対応するＦＦＴポイントを周波数オフセットとして出力する（Ｓ４４）。さらに、発振器制御部２６は、出力制御部４４から出力された周波数オフセットを用いて、局部発振器２８を制御し、Ａ／Ｄ変換部１２から出力された信号の周波数を補正する（Ｓ４６）。

一方、出力制御部４４は、比較部４２において比較した結果、所定のしきい値のほうが大きい場合（Ｓ４２のＮ）、積算部２２における積算を延長させる。ここで、延長した回数が所定回数を超えている場合（Ｓ４８のＹ）、ＦＦＴ２０は、周波数オフセット出力部２４において比較した結果、しきい値より大きい積算値が存在しなかった場合、入力信号の周波数帯域のうち、すでに分割した一部の帯域とは異なる帯域を対象として、複数のＦＦＴポイントの信号の分割を実行し（Ｓ５０）、Ｓ２０の処理に戻る。一方、延長した回数が所定回数を超えていない場合（Ｓ４８のＮ）、積算処理を繰り返させるために、Ｓ２０の処理に戻る。

次に、本発明の実施例の変形例を示す。なお、前述した実施例と共通する部分については同一の符号を付して説明を簡略化する。

図８は、図２の積算部２２の構成の変形例を示す図である。図８に示す積算部２２は、強度導出部３２と総称される強度導出部３２Ａ、強度導出部３２Ｂ、強度導出部３２Ｍと、メモリ３４と、積算制御部３６と、信号強度測定部５０とを含む。強度導出部３２は、前述したように、ＦＦＴ２０から出力されたＦＦＴポイントごとの信号に対しシンボル処理をして、メモリ３４Ａに出力する。メモリ３４は、強度導出部３２から出力された信号を記憶する。また、メモリ３４内のＦＦＴポイントごとの信号は、強度導出部３２から信号が出力されるたびに、メモリ３４Ｂ、メモリ３４Ｃ、・・・、メモリ３４Ｎと順に転送される。

信号強度測定部５０は、ＬＰＦ１４から出力される信号の信号強度を測定して、積算制御部３６に出力する。ここで、「信号強度」とは、たとえば、受信電力、電力雑音比（ＳｉｇｎａｌｐｅｒＮｏｉｚｅＲａｔｉｏ）、電力干渉比（ＳｉｇｎａｌＰｅｒＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＲａｔｉｏ）などを含む。さらに、積算制御部３６は、信号強度測定部５０で測定された信号強度に応じ、複数のＦＦＴポイントに対し、重み付けして積算する。ここで、ｔ＝１における重みをα_１、ｔ＝２における重みをα_２としたとき、ｔ＝１、ｔ＝２の積算制御部３６のそれぞれの出力Ｙ_１（ｋ）、Ｙ_２（ｋ）は、以下のように示される。
Ｙ_１（ｋ）＝ α_１×Ｄｏｕｔ（１、ｋ）・・・式（７）
Ｙ_２（ｋ）＝ α_１×Ｄｏｕｔ（１、ｋ）＋α_２×Ｄｏｕｔ（２、ｋ）
・・・式（８）

たとえば、ｔ＝１において信号強度測定部５０で測定した信号強度が弱く、α_１＝０．７と設定されたと仮定する。また、ｔ＝２において信号強度測定部５０で測定した信号強度が強く、α_２＝１．３と設定されたと仮定する。この場合、Ｙ_２（ｋ）は、０．７×Ｄｏｕｔ（１、ｋ）＋１．３×Ｄｏｕｔ（２、ｋ）で計算される。このように、信号強度が強かったｔ＝２におけるＤｏｕｔ（２、ｋ）が強調される一方、信号強度が弱かったＤｏｕｔ（１、ｋ）が低減されることとなる。

このような態様をとることにより、信号強度が大きい場合、すなわち、ノイズなどの影響が少ないと判断できる場合は、その信号強度となった入力信号に対応するＦＦＴポイントの信号の信頼性が高いといえるため、重み付けを行なって積算することによって、周波数オフセット検出の精度を向上できる。信号強度が小さい場合は、信号強度が大きい場合より小さな重み係数を乗じてから積算を行なってもよい。小さい重み係数は、たとえば、１未満の値などであり、すなわち、積算結果に対し、その入力信号の影響が小さくなるように決定される。

次に、本発明の実施例の別の変形例を示す。なお、前述した実施例と共通する部分については同一の符号を付して説明を簡略化する。

図９は、図２の周波数オフセット出力部２４の構成の変形例を示す図である。図９に示す周波数オフセット出力部２４は、検索部４０と、比較部４２と、出力制御部４４と、信号強度測定部５０とを含む。検索部４０は、上述したように、積算部２２から出力されたＦＦＴポイントごとの信号Ｙ_Ｔ（ｋ）のうち、最大の振幅をもつＭＡＸ（Ｙ_Ｔ（ｋ））を検索する。信号強度測定部５０は、ＬＰＦ１４から出力される信号の信号強度を測定して、比較部４２に出力する。比較部４２は、信号強度測定部５０で測定された信号強度に応じ、所定のしきい値に対し重み付けする。具体的には、信号強度が良かった場合は、小さい重み係数を用い、逆に、信号強度が悪かった場合は、大きい重み係数を用いる。さらに、比較部４２は、重み付けされたしきい値と、ＭＡＸ（Ｙ_Ｔ（ｋ））を比較する。出力制御部４４は、比較部４２で比較された結果を用いて、周波数オフセットの出力、積算処理の中止、もしくは、積算処理の延長を制御する。

このような態様をとることにより、信号強度が大きい場合、すなわち、ノイズなどの影響が少ないと判断できる場合は、その信号強度となった入力信号に対応するＦＦＴポイントの信号の信頼性が高いといえる。したがって、小さい重み係数で重み付けしたしきい値を用いることによって、周波数オフセット検出時間を低減できることとなる。小さい重み係数は、たとえば、１未満の値などである。

次に、本発明の実施例のさらに別の変形例を示す。本発明の実施例は、Ａ／Ｄ変換部１２の後段において、周波数オフセットの推定、補正を行なっていた。しかし、本変形例においては、Ａ／Ｄ変換部１２の後段において周波数オフセットの推定を行ない、その推定結果を用いて、Ａ／Ｄ変換部１２の前段において周波数オフセットの補正を行なうこととしている。なお、前述した実施例と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は、本発明の実施例のさらに別の変形例にかかる無線通信端末装置の構成例を示す図である。図１０の無線通信端末装置は、アンテナ１０と、ＲＦ処理部１１と、直交検波部６４と、ＬＰＦ１４と、Ａ／Ｄ変換部１２と、復調部１８と、周波数補正部６６とを含む。周波数補正部６６は、Ａ／Ｄ変換部１２によってデジタル信号に変換された信号を用いて周波数オフセットの推定を行なう。また、推定した周波数オフセットにかかる周波数信号を直交検波部６４に送る。直交検波部６４は、ＲＦ処理部１１から出力された信号に対し、直交検波を実行する。また、周波数補正部６６から送られた周波数オフセットに係る周波数信号を図示しないミキサの一方に入力させることにより、周波数を補正する。

図１１は、図１０の周波数補正部６６の構成例を示す図である。周波数補正部６６は、周波数オフセット推定部１００と、発振器制御部２６と、周波数発信器２８とを含む。本発明の実施例で説明した動作に従って、周波数オフセット推定部１００は周波数オフセットを推定する。また、発振器制御部２６は、周波数オフセット推定部１００で推定された周波数オフセットを用いて周波数発信器２８を制御する。周波数発信器２８は、周波数発信器２８の制御にしたがって、直交検波部６４に対し、周波数信号を送る。このような構成をとることにより、Ａ／Ｄ変換部１２のサンプリングレートが遅い場合であっても、周波数オフセットを補正することができるようになる。

本実施例、変形例によれば、積算した結果にもとづいて周波数オフセットを求めているので、ノイズなどの影響を低減することができ、周波数オフセットを精度よく検出することができる。また、最も大きな値をもつ積算値を周波数オフセット検出の基準としているので、周波数オフセット検出の信頼性を向上できる。また、検索された積算値がしきい値を超えていることを条件に、その積算値を周波数オフセット検出の基準としている。一方、積算値がしきい値を下回っている場合、すなわち、複数の部分帯域の信号がノイズなどの影響により低いレベルとなっている場合、その積算値は周波数オフセット検出の基準とはならない。したがって、周波数オフセット検出の信頼性を向上できる。また、検索された積算値がしきい値を超えている場合は、周波数オフセットが検出できることから、それ以上積算値を計算する必要がない。したがって、このような場合に積算部における積算処理を中止することによって、消費電力を低減できる。また、周波数オフセットの推定時間を短縮できる。

また、比較部において比較した結果、所定のしきい値のほうが大きい場合、すなわち、検索された積算値がしきい値より小さかった場合は、ノイズなどによる影響が大きいと判断できるので、積算部における積算を延長させ、周波数オフセット検出の信頼性を向上できる。また、信号強度が大きい場合、すなわち、ノイズなどの影響が少ないと判断できる場合は、その信号強度となった入力信号に対応する部分帯域の信頼性が高いといえるため、たとえば１以上の重み係数で重み付けを行なって積算することによって、周波数オフセットの推定時間を短縮できる。また同様に、信号強度が大きい場合、すなわち、ノイズなどの影響が少ないと判断できる場合は、その信号強度となった入力信号に対応する部分帯域の信頼性が高いといえるため、たとえば、１未満の重み係数で重み付けを行なったしきい値と比較することによって、周波数オフセット検出の基準を引下げることができる。また、それにより、周波数オフセット検出の推定時間を短縮できる。また、しきい値より大きい積算値が存在しなかった場合、その帯域はそもそも周波数オフセットが存在しなかったと判断して、すでに分割した一部の帯域とは異なる帯域を対象とすることによって、周波数オフセットの検出時間を低減できる。既知信号が存在せず、また、多くの雑音が存在する悪条件のもとにおいても、精度良く周波数オフセットを検出できる周波数オフセット推定装置を提供できる。

本実施例、およびその変形例、別の変形例において、信号強度測定部５０は、積算部２２、もしくは、周波数オフセット出力部２４の内部に搭載されているとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、信号強度測定部５０は、周波数補正部１６の内部に搭載されていてもよい。また、図１の通信装置の内部に搭載されていてもよい。信号強度測定部５０は、その搭載場所を選ばずに、上記と同様の効果を得ることができる。本実施例のさらに別の変形例において、周波数補正部６６で推定された周波数オフセットを用いて、直交検波部６４において周波数を補正するとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、ＲＦ信号を直接ベースバンド信号に変換する、いわゆるダイレクトコンバージョン方式において、ＲＦ処理部１１において周波数を補正してもよい。すなわち、本発明は、ダイレクトコンバージョン方式においても適用することができる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例にかかる無線通信端末装置の構成例を示す図である。図１の周波数補正部の構成例を示す図である。図２の積算部の構成例を示す図である。図２の周波数オフセット出力部の構成例を示す図である。図５（ａ）〜（ｅ）は、ｔ＝１〜３における図２の積算部の入出力信号の例を示す図である。図２の発振器制御部の制御の例を示す図である。図２の周波数補正部の動作例を示すフロー図である。図２の積算部の構成の変形例を示す図である。図２の周波数オフセット出力部の構成の変形例を示す図である。本発明の実施例のさらに別の変形例にかかる無線通信端末装置の構成例を示す図である。図１０の周波数補正部の構成例を示す図である。

符号の説明

１０アンテナ、１１ＲＦ処理部、１２Ａ／Ｄ変換部、１４ＬＰＦ、１６周波数補正部、１８復調部、２０ＦＦＴ、２２積算部、２４周波数オフセット出力部、２６発振器制御部、２８局部発振器、３０周波数ミキサ、３２強度導出部、３４メモリ、３６積算制御部、４０検索部、４２比較部、４４出力制御部、５０信号強度測定部、１００周波数オフセット推定部。

Claims

信号を順次入力する入力部と、
前記入力部から入力された信号の周波数帯域の少なくとも一部の帯域を複数の部分帯域の信号に分割する分割部と、
前記分割部によって分割された複数の部分帯域の信号を部分帯域ごとにそれぞれ積算する積算部と、
前記積算部で積算された部分帯域ごとの積算値のうち、少なくとも１つの積算値を検出し、検出された積算値に対応する部分帯域を前記入力された信号に含まれる周波数オフセットの値として出力する周波数オフセット出力部と、
を備えることを特徴とする周波数オフセット推定装置。
前記周波数オフセット出力部は、
前記積算部で積算された部分帯域ごとの積算値のうち、最も大きな値を持つ積算値を検索する検索部と、
前記検索部で検索された積算値と所定のしきい値とを比較する比較部と、
前記比較部で比較した結果、前記積算値のほうが大きい場合、前記積算部における積算を中止させるとともに、その積算値に対応する部分帯域を周波数オフセットとして出力する出力制御部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の周波数オフセット推定装置。
前記出力制御部は、前記比較部において比較した結果、所定のしきい値のほうが大きい場合、前記積算部における積算を延長させることを特徴とする請求項２に記載の周波数オフセット推定装置。
前記入力された信号の信号強度を測定する信号強度測定部をさらに備え、
前記積算部は、前記信号強度測定部で測定された信号強度に応じて、前記複数の部分帯域を重み付けしながら積算することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の周波数オフセット推定装置。
前記分割部は、前記周波数オフセット出力部において比較した結果、しきい値より大きい積算値が存在しなかった場合、前記入力された信号の周波数帯域のうち、すでに分割した一部の帯域とは異なる帯域を対象として、複数の部分帯域の信号の分割を実行することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の周波数オフセット推定装置。