JP2008104015A - Automatic frequency control apparatus, receiver, communication apparatus, and communicating system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル無線通信機器を構成する受信機に関するものであり、特に、送信側および受信側間の周波数誤差補償するAFC(Automatic Frequency Control)に関するものである。 The present invention relates to a receiver that constitutes a digital wireless communication device, and more particularly to an AFC (Automatic Frequency Control) that compensates a frequency error between a transmission side and a reception side.
デジタルデータ伝送では、送信側の通信装置(送信機)における変調回路および受信側の通信装置(受信機)における復調回路に用いられる発振器同士間の周波数偏差や、伝送路で付加されるドップラーシフトによって、受信側および送信側間で周波数誤差が生じる。この周波数誤差が存在すると、時間の経過とともに受信信号の位相が位相平面上で回転してしまう。その結果、受信側の復調回路では送信データの判定を誤るおそれが生じる。そのため受信側では、上記周波数誤差を推定し、推定した周波数誤差を補償する必要がある。 In digital data transmission, the frequency deviation between oscillators used in the modulation circuit in the communication device (transmitter) on the transmission side and the demodulation circuit in the communication device (receiver) on the reception side, or the Doppler shift added in the transmission path A frequency error occurs between the reception side and the transmission side. If this frequency error exists, the phase of the received signal rotates on the phase plane with time. As a result, there is a risk of erroneous determination of transmission data in the demodulation circuit on the reception side. Therefore, the receiving side needs to estimate the frequency error and compensate for the estimated frequency error.
また、たとえば衛星通信などの電力制限型無線通信では低CNR(Carrier to Noise Ratio)環境における通信品質の向上が課題とされている。すなわち、低CNR環境下では周波数誤差の推定精度が劣化しサイクルスリップ等による判定誤りが発生するため、低CNR環境下において周波数誤差を高精度に推定するための研究が盛んに行われている。 Further, for example, in power limited wireless communication such as satellite communication, improvement of communication quality in a low CNR (Carrier to Noise Ratio) environment is a problem. That is, since the estimation accuracy of the frequency error deteriorates in a low CNR environment and a determination error due to cycle slip or the like occurs, research for estimating the frequency error with high accuracy in a low CNR environment has been actively conducted.
ここで、周波数誤差を高精度に推定する周波数誤差推定装置が下記特許文献1に記載されている。下記特許文献1に記載の周波数誤差推定装置では、複数系統の受信信号をそれぞれ異なる遅延検波シンボル数で遅延検波した結果に基づいて受信信号の周波数誤差を推定する。これにより、位相ずれ(周波数誤差)の補足範囲を広く保ちつつ周波数誤差推定精度を高めている。 Here, a frequency error estimation device that estimates a frequency error with high accuracy is described in Patent Document 1 below. In the frequency error estimation device described in Patent Document 1 below, the frequency error of a received signal is estimated based on the result of delay detection of a plurality of received signals with different numbers of delayed detection symbols. As a result, the frequency error estimation accuracy is improved while maintaining a wide supplemental range of phase shift (frequency error).
上述したように、上記従来の周波数誤差推定装置は、周波数誤差を高精度に推定可能であるが、ランダムな変調データを用いて周波数誤差を推定するため、変調データをM逓倍(Mは使用する変調方式に依存する)して変調成分を取り除く処理(同相化処理)を必要とする。逓倍処理を実行すると、変調データに含まれている雑音成分が増大する(逓倍ロス)ため、周波数誤差推定動作のスレッショルドCNR(周波数誤差を高精度に推定可能なCNRの限界点)が高くなる、という問題があった。 As described above, the conventional frequency error estimation apparatus can estimate the frequency error with high accuracy. However, since the frequency error is estimated using random modulation data, the modulation data is multiplied by M (M is used). Processing that removes the modulation component (depending on the modulation method) is required. When the multiplication process is executed, the noise component included in the modulation data increases (multiplication loss), so that the threshold CNR of the frequency error estimation operation (the limit point of CNR capable of estimating the frequency error with high accuracy) increases. There was a problem.
なお、図16は、従来の周波数誤差推定装置を使用した場合の受信信号のCNRと位相推定誤差の関係を示した図である。図16に示したように、CNRがスレッショルドCNRを下回ると位相誤差(周波数誤差)推定精度が急激に劣化する。 FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the CNR of the received signal and the phase estimation error when the conventional frequency error estimation device is used. As shown in FIG. 16, when the CNR falls below the threshold CNR, the phase error (frequency error) estimation accuracy deteriorates rapidly.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、デジタル変調信号の送受信を行う通信装置に含まれる受信機などにおいて、CNRが低いため従来は高精度に周波数誤差を推定するのが困難であった受信信号の周波数誤差を高精度に推定し、推定した周波数誤差を補償する自動周波数制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in a receiver or the like included in a communication apparatus that transmits and receives a digital modulation signal, it is difficult to estimate a frequency error with high accuracy in the past because of a low CNR. An object of the present invention is to obtain an automatic frequency control device that estimates a frequency error of a received signal with high accuracy and compensates the estimated frequency error.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受信信号に含まれた既知シンボルを用いて当該受信信号の周波数誤差を補償する自動周波数制御装置であって、前記既知シンボルに対して当該既知シンボルの複素共役を乗算し、当該既知シンボルから変調成分を除去する変調成分除去手段と、前記変調成分除去手段において変調成分が除去された後の既知シンボルを使用して周波数誤差を推定する周波数誤差推定手段と、前記周波数誤差推定手段において推定された周波数誤差に基づいて、受信信号の周波数誤差を補正する周波数誤差補正手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides an automatic frequency control device that compensates for a frequency error of a received signal using a known symbol included in the received signal, A modulation component removing unit that multiplies the complex conjugate of the known symbol to remove the modulation component from the known symbol, and a frequency error using the known symbol after the modulation component is removed by the modulation component removing unit. And a frequency error correcting unit that corrects the frequency error of the received signal based on the frequency error estimated by the frequency error estimating unit.
この発明によれば、受信信号に含まれる既知シンボルを使用して周波数誤差を推定することとしたので、雑音成分の増大を伴う変調データのM逓倍処理が不要となり、従来方式では高精度に周波数誤差を推定するのが困難な程度にCNRが低い信号を受信した場合であっても高精度に周波数誤差を推定し、推定した周波数誤差を補償することができる、すなわち、受信性能を向上させることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, since the frequency error is estimated using the known symbol included in the received signal, the M-multiplication process of the modulation data accompanied by an increase in the noise component is not necessary, and the conventional method has a high-accuracy frequency. Even when a signal having a low CNR is received to such an extent that it is difficult to estimate the error, the frequency error can be estimated with high accuracy and the estimated frequency error can be compensated, that is, the reception performance can be improved. There is an effect that can be.
以下に、本発明にかかる自動周波数制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an automatic frequency control device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる自動周波数制御装置を備えた受信機の実施の形態1の構成例を示す図である。この受信機は、受信信号から所望の成分を抽出する1と、フィルタ部1から出力された受信信号のビットタイミングを再生するBTR部2と、本発明にかかる自動周波数制御装置に相当し、BTR部2においてビットタイミングが再生された受信信号の周波数誤差を補償するAFC部3と、AFC部3において周波数誤差が補償された受信信号に基づいてキャリア再生を行う同期検波部4と、を備える。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a first embodiment of a receiver including an automatic frequency control device according to the present invention. This receiver corresponds to an automatic frequency control device according to the present invention, 1 for extracting a desired component from the received signal, BTR unit 2 for reproducing the bit timing of the received signal output from the filter unit 1, and BTR. The AFC unit 3 that compensates for the frequency error of the received signal whose bit timing has been recovered by the unit 2 and the synchronous detection unit 4 that performs carrier recovery based on the received signal whose frequency error has been compensated for by the AFC unit 3 are provided.
図2は、上記受信機に対して送信機が送信する信号、すなわち上記受信機が受信する信号のフレーム構成の一例を示す図である。この受信信号フレームは、データ(データシンボル)列に既知シンボルが挿入された構成となっている。本発明にかかる自動周波数制御装置(AFC部3)は、この既知シンボルを使用して受信信号の周波数誤差を推定・補償する。既知シンボルとデータシンボルの比率(1フレーム中に含まれるデータシンボルと既知シンボルの割合)は、システムが要求する通信品質(受信誤り率、伝送レートなど)を満足するように予め規定されているものとする。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a frame configuration of a signal transmitted from the transmitter to the receiver, that is, a signal received by the receiver. This received signal frame has a configuration in which a known symbol is inserted into a data (data symbol) string. The automatic frequency control device (AFC unit 3) according to the present invention uses this known symbol to estimate and compensate for the frequency error of the received signal. The ratio between the known symbol and the data symbol (the ratio between the data symbol and the known symbol included in one frame) is defined in advance so as to satisfy the communication quality (reception error rate, transmission rate, etc.) required by the system. And
また、図3は、実施の形態1のAFC部3の構成例を示す図であり、AFC部3は、変調成分除去手段である同相化処理部11、周波数誤差推定部12、複素情報変換部13および複素乗算部14を含む。なお、複素情報変換部13および複素乗算部14が周波数誤差補正手段を構成する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the AFC unit 3 according to the first embodiment. The AFC unit 3 includes an in-
つづいて、AFC部3における周波数誤差推定動作を図3に基づいて説明する。AFC3部に対して受信信号の入力があると、変調成分除去手段である同相化処理部11が受信信号に含まれている既知シンボル(変調された状態の既知信号)の同相化処理を行う。具体的には、図4に示したように、同相化処理部11において既知変調信号生成部21により生成された既知変調信号(既知信号を変調して得られた信号)の複素共役を複素共役生成部22が生成し、生成した複素共役を受信既知信号(変調された状態の既知信号)に対して乗算する。これにより受信既知信号の変調成分が除去され、同相化された既知シンボルが得られる。そして、同相化後の既知シンボルを周波数誤差推定部12に対して出力する。
Next, the frequency error estimation operation in the AFC unit 3 will be described with reference to FIG. When a received signal is input to the AFC 3 unit, the in-
図5は、周波数誤差推定部12の構成例を示す図であり、周波数誤差推定部12は、複数の周波数誤差検出部31−1,31−2,…,31−nと、周波数誤差特定部32と、を備える。各周波数誤差検出部(周波数誤差検出部31−1,31−2,…,31−n)は、上記同相化処理部11において同相化された後の既知シンボルを使用して、それぞれ予め規定されている処理間隔(時間)毎に周波数誤差を検出する。ここで、予め規定されている処理間隔とは、上記既知シンボルが受信信号フレームへ挿入されている間隔(既知シンボル挿入間隔)の整数倍である。また、各周波数誤差検出部における処理間隔は、それぞれ異なるものとする。たとえば、図6に示したように、周波数誤差検出部31−1の処理間隔を既知シンボル挿入間隔(1単位)、周波数誤差検出部31−2の処理間隔を既知シンボル挿入間隔の2倍(2単位)、などとする。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the
各周波数誤差検出部が実行する周波数誤差検出動作においては、まず、入力信号である上記同相化された既知シンボルの遅延検波を行う。具体的には、入力既知シンボル(第1の入力信号)に対して遅延を与えつつ、その複素共役を生成し、当該生成した複素共役を当該第1の入力信号とは異なる第2の入力信号(遅延を与えられていない入力信号)に対して複素乗算する。このとき使用する遅延時間(入力信号に遅延を与えつつ複素共役を生成する時間)は、上記第1の入力信号が入力された時点と上記第2の入力信号が入力された時点の間隔が、上述した「周波数誤差検出部ごとに異なる処理間隔」となるような遅延時間とする。つぎに、遅延検波結果である位相差(複素数)を平均化して雑音成分を抑圧し、さらに平均化後の位相差を極座標変換する。そして、極座標変換後の位相差および上記処理間隔(遅延時間)に基づいて周波数誤差を算出する。 In the frequency error detection operation performed by each frequency error detection unit, first, delayed detection of the in-phase known symbol that is an input signal is performed. Specifically, a complex conjugate is generated while delaying an input known symbol (first input signal), and the generated complex conjugate is different from the first input signal. Complex multiplication is performed on (input signal not given a delay). The delay time used at this time (the time for generating the complex conjugate while giving a delay to the input signal) is the interval between the time when the first input signal is input and the time when the second input signal is input. The delay time is set to the above-mentioned “different processing interval for each frequency error detection unit”. Next, the phase difference (complex number) that is the result of the delay detection is averaged to suppress the noise component, and the averaged phase difference is subjected to polar coordinate conversion. Then, the frequency error is calculated based on the phase difference after the polar coordinate conversion and the processing interval (delay time).
なお、上記特許文献1においても記載されているように、遅延検波処理において入力信号に与える遅延時間を変化させると周波数誤差検出処理における位相ずれ捕捉範囲および周波数誤差推定精度も変化することが知られている。すなわち遅延時間が短いほど位相ずれ捕捉範囲は広くなり、一方、遅延時間が長いほど位相ずれ捕捉範囲は狭くなるが周波数誤差推定精度は高くなる。したがって、上記各周波数誤差検出部31−1,31−2,…,31−nから出力された周波数誤差は、それぞれ異なる条件(位相ずれ捕捉範囲,周波数誤差推定精度)を適用して算出されたものである。また、各周波数誤差検出部は、その算出処理(遅延検波処理)で使用した遅延時間に応じた数の周波数誤差を算出し、周波数誤差推定精度が高くなるほどより多くの周波数誤差を算出する。たとえば、遅延時間が1シンボル時間の場合、周波数誤差検出部は唯一つの周波数誤差を算出するが、遅延時間が2シンボル時間の場合には、2つの周波数誤差を算出する。しかしながら、各周波数誤差検出部は、複数の周波数誤差を算出した場合、その中のどれが最も正確な周波数誤差であるかを単独で判断することができない。 As described in Patent Document 1, it is known that if the delay time applied to the input signal in the delay detection process is changed, the phase shift capturing range and the frequency error estimation accuracy in the frequency error detection process also change. ing. That is, the shorter the delay time, the wider the phase shift capture range, while the longer the delay time, the narrower the phase shift capture range, but the frequency error estimation accuracy increases. Therefore, the frequency errors output from the frequency error detectors 31-1, 31-2,..., 31-n are calculated by applying different conditions (phase shift capturing range, frequency error estimation accuracy). Is. Each frequency error detection unit calculates the number of frequency errors corresponding to the delay time used in the calculation process (delay detection process), and calculates more frequency errors as the frequency error estimation accuracy increases. For example, when the delay time is 1 symbol time, the frequency error detector calculates only one frequency error, but when the delay time is 2 symbol times, it calculates two frequency errors. However, each frequency error detection unit, when calculating a plurality of frequency errors, cannot independently determine which one is the most accurate frequency error.
そのため周波数誤差特定部32は、入力信号である上記各周波数誤差検出部31−1,31−2,…,31−nにおける算出結果同士を比較することにより、周波数誤差推定部12が最終的に周波数誤差推定結果として出力する周波数誤差を特定する。たとえば、周波数誤差特定部32は、ある周波数誤差検出部が算出した周波数誤差を第1の周波数誤差検出結果として選択する。なお、第1の周波数誤差検出結果は、位相ずれ捕捉範囲が広くなるように、なるべく短い遅延時間を使用して算出されたものの方がよいが、必ずしも最も短い遅延時間を使用して算出されたものとする必要はない。そして、第1の周波数誤差検出結果を算出する際の遅延時間よりも長い遅延時間で処理を行う周波数誤差検出部が算出した複数の周波数誤差を比較対象として第1の周波数誤差検出結果と比較し、比較対象の中から第1の周波数誤差検出結果に最も近いものを第2の周波数誤差検出結果として選択する。さらに、第2の周波数誤差検出結果を算出した周波数誤差検出よりも長い遅延時間で周波数誤差を算出する周波数誤差検出部があれば、それが算出した複数の周波数誤差を比較対象として第2の周波数誤差検出結果と比較し、比較対象の中から第2の周波数誤差検出結果に最も近いものを第3の周波数誤差検出結果として選択する。
Therefore, the frequency
周波数誤差特定部32は、以上のような各周波数誤差検出部における周波数誤差算出結果の比較処理を繰り返し実行し、最も長い遅延時間で処理を行う周波数誤差検出部において算出された周波数誤差の中から、周波数誤差推定部12が最終的な周波数誤差推定結果として出力するものを特定する。
The frequency
このような手順で周波数誤差を推定することにより、周波数誤差推定部は、位相ずれ捕捉範囲を広く保ちつつ(上記第1の周波数誤差検出結果を算出した際の捕捉範囲を保ちつつ)、周波数誤差推定精度を高めることができる。 By estimating the frequency error in such a procedure, the frequency error estimation unit keeps the phase shift capturing range wide (while maintaining the capturing range when the first frequency error detection result is calculated), and the frequency error. The estimation accuracy can be increased.
複素情報変換部13は、周波数誤差推定部12から受け取った周波数誤差推定結果(位相)を複素数へ変換し、その複素共役を生成出力する。複素乗算部14は、複素情報変換部13からの出力と上記AFC3部への入力信号である受信信号とを乗算し、その結果をCR部4に対して出力する。
The complex
なお、上記説明においては、信号の送信側(送信機または通信装置)について触れていないが、送信側は、予め規定された送信条件(たとえば、既知シンボルのビットパターン、既知シンボルの送信間隔、など)に従って既知シンボルを送信する。また、複数の送信条件を予め規定しておき、送信側は、データ伝送開始時および/またはデータ伝送中に受信側から指定された送信条件に従って既知シンボルを送信するようにしてもよい。これにより、たとえばCNRが十分高く通信品質が良好な場合には既知シンボルの送信頻度を下げて伝送レートを高くする、など状況に応じた柔軟な運用が可能となる。 In the above description, the signal transmission side (transmitter or communication device) is not mentioned. However, the transmission side is limited to transmission conditions defined in advance (for example, bit patterns of known symbols, transmission intervals of known symbols, etc.) ) To transmit a known symbol. Also, a plurality of transmission conditions may be defined in advance, and the transmission side may transmit known symbols according to the transmission conditions specified by the reception side at the start of data transmission and / or during data transmission. As a result, for example, when the CNR is sufficiently high and the communication quality is good, a flexible operation according to the situation is possible, such as decreasing the transmission frequency of known symbols and increasing the transmission rate.
このように、本実施の形態においては、受信信号に含まれる既知情報(既知シンボル)に対して、それぞれ異なる遅延時間を使用した遅延検波結果を実行することにより、異なる検出精度で、それぞれ複数の周波数誤差を検出し、さらに、異なる精度で検出した周波数誤差同士を比較することにより高精度に周波数誤差を推定することとした。これにより、周波数誤差の推定処理において雑音成分の増大を伴う変調データのM逓倍処理が不要となるので、図7に示したように、M逓倍処理が必要な従来の方式を適用した場合と比較して、誤差(位相推定誤差)推定精度が急激に劣化するスレッショルドCNRが低くなる。すなわち、従来方式と比較して、より受信CNRが低い環境においても良好に周波数誤差を推定し、推定した周波数誤差を補償することができる。なお、図7においては、本発明を適用した場合の位相推定誤差とCNRとの関係を“方式1”として示している。 As described above, in the present embodiment, by executing the delayed detection results using different delay times for the known information (known symbols) included in the received signal, each of the plurality of pieces of information is detected with different detection accuracy. The frequency error is detected, and the frequency error detected with different accuracy is compared to estimate the frequency error with high accuracy. This eliminates the need for M-multiplication processing of modulated data that accompanies an increase in noise components in frequency error estimation processing, and as compared with the case where a conventional method requiring M-multiplication processing is applied, as shown in FIG. Thus, the threshold CNR at which the error (phase estimation error) estimation accuracy rapidly deteriorates becomes low. That is, compared with the conventional method, it is possible to better estimate the frequency error and compensate the estimated frequency error even in an environment where the reception CNR is lower. In FIG. 7, the relationship between the phase estimation error and the CNR when the present invention is applied is shown as “method 1”.
また、従来と同じ通信品質を確保するために必要な送信電力を従来よりも低くすることができ、装置の小型化・省電力化を図ることができる。 In addition, the transmission power required to ensure the same communication quality as in the past can be made lower than in the past, and the apparatus can be reduced in size and power consumption.
実施の形態2.
つづいて、実施の形態2の自動周波数制御装置について説明する。本実施の形態においては、実施の形態1の自動周波数制御装置よりもさらにCNRが低い環境において良好に周波数誤差の推定および補償を行う自動周波数制御装置について説明する。なお、本実施の形態の自動周波数制御装置を備えた受信機の構成は、実施の形態1の受信機と同様である。
Embodiment 2. FIG.
Next, the automatic frequency control device according to the second embodiment will be described. In the present embodiment, an automatic frequency control apparatus that estimates and compensates for a frequency error satisfactorily in an environment where the CNR is lower than that of the automatic frequency control apparatus of the first embodiment will be described. The configuration of the receiver provided with the automatic frequency control device of the present embodiment is the same as that of the receiver of the first embodiment.
図8は、実施の形態2の受信機が受信する信号のフレーム構成の一例を示す図である。この受信信号フレームは、データシンボル列に複数個連続した既知シンボル列が挿入されている点が、実施の形態1のフレーム構成と異なる。なお、図8においては既知シンボルが2個連続した構成となっているが、連続数が3以上であってもよい。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a frame configuration of a signal received by the receiver according to the second embodiment. This received signal frame is different from the frame configuration of the first embodiment in that a plurality of continuous known symbol sequences are inserted in the data symbol sequence. In FIG. 8, two known symbols are continuously arranged. However, the number of consecutive symbols may be three or more.
図9は、実施の形態2のAFC部の構成例を示す図である。このAFC部3aは、上述した実施の形態1のAFC部3(図3参照)に対して隣接シンボル加算部15を追加した構成をとる。なお、隣接シンボル加算部15以外の部分については上述した実施の形態1のAFC部3と同様であるため、同一の符号を付与してその詳細な説明を省略する。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of the AFC unit according to the second embodiment. The
AFC部3aにおける周波数誤差推定動作を図9および図10に基づいて説明する。なお、図10は、実施の形態2の自動周波数制御装置(AFC部3a)が行う周波数誤差推定動作の概念を示した図である。AFC部3aの隣接シンボル加算部15は、同相化処理部11において同相化された既知シンボルであって互いに隣接する複数の既知シンボルの入力があると、それら隣接する複数の既知シンボルを加算し、加算後の既知シンボルを得る。そして、加算後の既知シンボルを、周波数誤差推定部12に対して出力する。つぎに、周波数誤差推定部12は、隣接シンボル加算部15から出力された加算後既知シンボルを使用して、実施の形態1と同様の周波数誤差推定動作を実行する。
The frequency error estimation operation in the
なお、既知シンボルの連続数は、シミュレーションなどを行い、受信機を含んだシステムが要求する通信品質を満たすように予め決定する。また、既知シンボルの連続数と、隣接シンボル加算部15が加算するシンボル数が必ずしも一致する必要はない。たとえば、既知シンボルの連続数が3である場合に、その中の1番目と2番目の既知シンボルのみを加算し、加算後の既知シンボルを使用して周波数誤差を推定するようにしてもよい。
The number of consecutive known symbols is determined in advance so as to satisfy the communication quality required by the system including the receiver by performing simulation or the like. In addition, the number of consecutive known symbols does not necessarily need to match the number of symbols added by the adjacent
このように、本実施の形態においては、受信信号に含まれる隣接した既知シンボルを同相化した後に加算することによりCNRを改善し、CNRが改善された既知シンボル(加算して得られた既知シンボル)を使用して周波数誤差を推定することとした。これにより、図11に示したように、スレッショルドCNRが実施の形態1の方式を適用した場合(方式1)よりもさらに低くなる。なお、図11においては、実施の形態1の方式を適用した場合および本実施の形態の方式を適用した場合の位相推定誤差とCNRとの関係を、それぞれ“方式1”、“方式2”として示している。 As described above, in this embodiment, adjacent known symbols included in the received signal are in-phased and then added to improve the CNR, and the known symbol with the improved CNR (known symbol obtained by addition) ) Was used to estimate the frequency error. As a result, as shown in FIG. 11, the threshold CNR becomes even lower than when the method of the first embodiment is applied (method 1). In FIG. 11, the relationship between the phase estimation error and the CNR when the method of the first embodiment is applied and when the method of the present embodiment is applied is referred to as “method 1” and “method 2”, respectively. Show.
実施の形態3.
つづいて、実施の形態3の自動周波数制御装置について説明する。本実施の形態においては、受信信号のフレーム構成を工夫することにより上記実施の形態1または2において説明した周波数誤差推定動作の効率化を図る方法について説明する。なお、本実施の形態の受信機の構成は、実施の形態1の受信機と同様である。また、自動周波数制御装置の構成は、実施の形態1または2と同様である。自動周波数制御装置の構成は採用する受信信号フレームの構成に応じて決定する。
Embodiment 3 FIG.
Next, the automatic frequency control apparatus according to the third embodiment will be described. In the present embodiment, a method for improving the efficiency of the frequency error estimation operation described in the first or second embodiment by devising the frame configuration of the received signal will be described. Note that the configuration of the receiver of this embodiment is the same as that of the receiver of Embodiment 1. The configuration of the automatic frequency control device is the same as that in the first or second embodiment. The configuration of the automatic frequency control device is determined according to the configuration of the received signal frame to be employed.
図12−1〜図12−4は、実施の形態3において使用する受信信号のフレーム構成例を示す図である。なお“ALL0”と記載された部分は、すべてのビットが「0」のシンボル(以下“ゼロシンボル”と記載する)を示し、一方“既知パターン”と記載された部分は、少なくとも1つのビットが「1」のシンボル(以下“非ゼロシンボル”と記載する)を示している。 12A to 12D are diagrams illustrating an example of a frame configuration of a reception signal used in the third embodiment. The portion described as “ALL0” indicates a symbol in which all bits are “0” (hereinafter referred to as “zero symbol”), while the portion described as “known pattern” includes at least one bit. A symbol “1” (hereinafter referred to as “non-zero symbol”) is shown.
たとえば、図12−1または図12−2に示したような非ゼロシンボルとゼロシンボルが混在する構成を採用した場合、本実施の形態の受信機において、まずBTR部2が非ゼロシンボルを使用して受信信号のビットタイミング再生処理(BTR(Bit Timing Recovery)処理),フレームタイミング検出処理を行い、つぎに、AFC部3がゼロシンボルを使用して周波数誤差推定を行う。これにより、ビットタイミング再生精度の改善が図れ、かつ周波数誤差推定処理においては、実施の形態1および2の処理において必要であった既知シンボルの同相化処理が不要となる。また遅延波によるシンボル間干渉の影響を抑えることができ、より高精度に周波数誤差を推定できる。なお、非ゼロシンボルをパイロットシンボルと同様のビットパターンとすると、ビットタイミング再生精度の改善効果が大きくなる。 For example, when a configuration in which non-zero symbols and zero symbols are mixed as shown in FIG. 12-1 or FIG. 12-2 is adopted, first, in the receiver of the present embodiment, the BTR unit 2 uses non-zero symbols. Then, bit timing recovery processing (BTR (Bit Timing Recovery) processing) and frame timing detection processing of the received signal are performed, and then the AFC unit 3 performs frequency error estimation using zero symbols. As a result, the bit timing reproduction accuracy can be improved, and in the frequency error estimation process, the known symbol in-phase process required in the processes of the first and second embodiments is not required. Further, the influence of intersymbol interference due to the delayed wave can be suppressed, and the frequency error can be estimated with higher accuracy. If the non-zero symbol has a bit pattern similar to that of the pilot symbol, the effect of improving the bit timing reproduction accuracy is increased.
図12−3に示したようなゼロシンボルのみが含まれるフレーム構成の場合には、周波数誤差推定動作における既知シンボルの同相化処理(すなわち同相化部11)が不要となり装置の小型化が図れる。また、図12−4に示したような非ゼロシンボルのみが含まれるフレーム構成の場合(実施の形態1の場合に相当)には、フレームタイミングの検出精度および周波数誤差推定精度を改善することができる。 In the case of a frame configuration including only zero symbols as shown in FIG. 12C, the in-phase processing of the known symbols (that is, the in-phase unit 11) in the frequency error estimation operation is unnecessary, and the apparatus can be downsized. Also, in the case of a frame configuration including only non-zero symbols as shown in FIG. 12-4 (corresponding to the case of Embodiment 1), it is possible to improve frame timing detection accuracy and frequency error estimation accuracy. it can.
なお、実施の形態2と同様に、複数個の既知シンボル(非ゼロシンボル,ゼロシンボル)を連続させたフレーム構成を採用し、隣接した複数の既知シンボルを加算してからフレームタイミング検出および周波数誤差推定を実行するようにしてもよい。これによりCNRを改善することができる。 As in the second embodiment, a frame configuration in which a plurality of known symbols (non-zero symbols, zero symbols) are continuous is adopted, and a plurality of adjacent known symbols are added before frame timing detection and frequency error. You may make it perform estimation. Thereby, CNR can be improved.
実施の形態4.
つづいて、実施の形態4の自動周波数制御装置について説明する。本実施の形態においては、実施の形態1〜3とは異なり、既知シンボルを使用せずに周波数誤差の推定および補償を行う自動周波数制御装置について説明する。すなわち、データシンボルを使用して周波数誤差の推定および補償を行う自動周波数制御装置について説明する。なお、本実施の形態の自動周波数制御装置を備えた受信機の構成は、実施の形態1の受信機と同様である。
Embodiment 4 FIG.
Next, the automatic frequency control apparatus according to the fourth embodiment will be described. In the present embodiment, unlike the first to third embodiments, an automatic frequency control device that estimates and compensates for a frequency error without using a known symbol will be described. That is, an automatic frequency control apparatus that estimates and compensates for a frequency error using data symbols will be described. The configuration of the receiver provided with the automatic frequency control device of the present embodiment is the same as that of the receiver of the first embodiment.
図13は、実施の形態4のAFC部の構成例を示す図である。このAFC部3bは、上述した実施の形態1のAFC部3(図3参照)の同相化処理部11および周波数誤差推定部12に代えて、同相化処理部11bおよび周波数誤差推定部12bを備え、さらに隣接シンボル加算部15bを追加した構成をとる。なお、これら以外の部分については実施の形態1のAFC部3と同様であるため、同一の符号を付与してその詳細な説明を省略する。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of the AFC unit according to the fourth embodiment. The
AFC部3bにおける周波数誤差推定動作を図13および図14に基づいて説明する。なお、図14は、実施の形態4の自動周波数制御装置(AFC部3b)が行う周波数誤差推定動作の概念を示した図である。AFC部3b部に対して受信信号(データシンボル)が入力されると、同相化処理部11bは、データシンボルの同相化処理を行う。このときの同相化処理は、実施の形態1〜3とは異なり、データシンボルをM逓倍することにより変調成分を取り除き、同相化後のデータシンボルを得る。同相化されたデータシンボルは隣接シンボル加算部15bへ入力される。
The frequency error estimation operation in the
同相化されたデータシンボルを受け取った隣接シンボル加算部15bは、たとえば図14に示すように、隣接する3つのデータシンボルを加算し、加算後のデータシンボルを得る。そして、加算後のデータシンボルを周波数誤差推定部12bに対して出力する。周波数誤差推定部12bは、隣接シンボル加算部15bから受け取ったデータシンボルを使用して周波数誤差を推定する。なお、周波数誤差推定部12bの構成は、上述した実施の形態1の周波数誤差推定部12と同様である。また、周波数誤差推定部12bが実行する周波数誤差推定動作は、データシンボルに基づいて生成された入力信号を使用する点を除いて実施の形態1の周波数誤差推定部12における周波数誤差推定動作と同様である。すなわち、入力信号に対して実行する処理そのものは同じであるため、周波数誤差推定動作の説明は省略する。
The adjacent
このように、本実施の形態においては、隣接したデータシンボルを同相化した後に加算することによりCNRを改善し、CNRが改善されたデータシンボル(加算して得られたデータシンボル)を使用して、異なる複数の条件において周波数誤差の検出(推定)を行い、複数の検出結果の中から最も精度の高いものを最終的な周波数誤差の推定結果として扱うこととした。これにより、データシンボルの同相化処理(逓倍処理)を実行することにより一旦悪化したCNRを改善させることができるので、図15に示したように、従来の方式を適用した場合と比較して、スレッショルドCNRが低くなる。すなわち、従来方式と比較して、より受信信号のCNRが低い環境においても良好に周波数誤差を推定し、推定した周波数誤差を補償することができる。なお、図15においては、本発明を適用した場合の位相推定誤差とCNRとの関係を“方式4”として示している。 Thus, in the present embodiment, the CNR is improved by adding adjacent data symbols after making them in-phase, and data symbols with improved CNR (data symbols obtained by addition) are used. The frequency error is detected (estimated) under a plurality of different conditions, and the most accurate one of the plurality of detection results is treated as the final frequency error estimation result. Thereby, since the CNR once deteriorated can be improved by executing the in-phase processing (multiplication processing) of the data symbols, as shown in FIG. 15, compared with the case where the conventional method is applied, The threshold CNR is lowered. That is, compared with the conventional method, it is possible to estimate the frequency error better and compensate for the estimated frequency error even in an environment where the CNR of the received signal is lower. In FIG. 15, the relationship between the phase estimation error and the CNR when the present invention is applied is shown as “method 4”.
以上のように、本発明にかかる自動周波数制御装置は、デジタル信号の受信機に有用であり、特に、低CNR環境においてデジタル信号を受信する受信機に適している。 As described above, the automatic frequency control device according to the present invention is useful for a digital signal receiver, and is particularly suitable for a receiver that receives a digital signal in a low CNR environment.
1 フィルタ(Filter)部
2 BTR部
3、3a、3b AFC部
4 同期検波部
11、11b 同相化処理部
12、12b 周波数誤差推定部
13 複素情報変換部
14 複素乗算部
15、15b 隣接シンボル加算部
21 既知変調信号生成部
22 複素共役生成部
31−1、31−2、32−n 周波数誤差検出部
32 周波数誤差特定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Filter part 2
Claims (14)
前記既知シンボルに対して当該既知シンボルの複素共役を乗算し、当該既知シンボルから変調成分を除去する変調成分除去手段と、
前記変調成分除去手段において変調成分が除去された後の既知シンボルを使用して周波数誤差を推定する周波数誤差推定手段と、
前記周波数誤差推定手段において推定された周波数誤差に基づいて、受信信号の周波数誤差を補正する周波数誤差補正手段と、
を備えることを特徴とする自動周波数制御装置。 An automatic frequency control device that compensates for a frequency error of the received signal using a known symbol included in the received signal,
A modulation component removing means for multiplying the known symbol by a complex conjugate of the known symbol and removing a modulation component from the known symbol;
A frequency error estimating means for estimating a frequency error using a known symbol after the modulation component is removed in the modulation component removing means;
A frequency error correcting means for correcting a frequency error of the received signal based on the frequency error estimated by the frequency error estimating means;
An automatic frequency control device comprising:
任意の遅延時間で既知シンボルを遅延検波し、検波結果に基づいて受信信号の周波数誤差を検出する第1の周波数誤差検出部と、
前記第1の周波数誤差検出部よりも大きな遅延時間(遅延検波シンボル数)で既知シンボルを遅延検波し、検波結果に基づいて受信信号の周波数誤差を検出する少なくとも1つの第2の周波数誤差検出部と、
前記第1の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差および前記第2の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差同士を比較し、当該比較結果に基づいて、当該第2の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差の中から周波数誤差推定結果として出力するものを特定する周波数誤差特定部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の自動周波数制御装置。 The frequency error estimating means includes
A first frequency error detector for delay-detecting a known symbol with an arbitrary delay time and detecting a frequency error of the received signal based on the detection result;
At least one second frequency error detection unit that delay-detects a known symbol with a delay time (number of delay detection symbols) larger than that of the first frequency error detection unit and detects a frequency error of the received signal based on the detection result. When,
The frequency error detected by the first frequency error detection unit and the frequency error detected by the second frequency error detection unit are compared, and based on the comparison result, the second frequency error detection unit A frequency error specifying unit for specifying what is output as a frequency error estimation result from the detected frequency errors;
The automatic frequency control apparatus according to claim 1, further comprising:
第1の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差または既に行われた比較の結果得られた周波数誤差と、未だ比較されていない第2の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差とを次々に比較していくことを特徴とする請求項2に記載の自動周波数制御装置。 The frequency error specifying unit compares the frequency error detected by the first frequency error detection unit and the frequency error detected by the second frequency error detection unit with each other in ascending order of delay time. The frequency error detected by the frequency error detection unit of
The frequency error detected by the first frequency error detection unit or the frequency error obtained as a result of the comparison that has already been performed, and the frequency error detected by the second frequency error detection unit that has not been compared yet, one after another. The automatic frequency control device according to claim 2, wherein the comparison is performed.
前記周波数誤差推定手段は、前記変調成分除去手段において変調成分が除去された後の既知シンボルに代えて、ビットがすべて「0」の既知シンボルを使用して周波数誤差検出処理を実行することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の自動周波数制御装置。 If a known symbol contains a known symbol with all bits “0”,
The frequency error estimation means performs a frequency error detection process using a known symbol whose bits are all “0” instead of the known symbol after the modulation component is removed by the modulation component removal means. The automatic frequency control device according to any one of claims 1 to 4.
データシンボル列の中に既知シンボルが複数個連続して含まれている場合に、前記変調成分除去手段において変調成分が除去された後の隣接する既知シンボルを加算し、
前記周波数誤差推定手段は、前記加算処理の結果として得られた加算後隣接シンボルを使用して周波数誤差推定処理を実行することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の自動周波数制御装置。 further,
When a plurality of known symbols are continuously included in the data symbol sequence, the adjacent known symbols after the modulation component is removed by the modulation component removal means are added,
The automatic frequency error estimation unit according to any one of claims 1 to 5, wherein the frequency error estimation unit performs the frequency error estimation process using the added adjacent symbol obtained as a result of the addition process. Frequency control device.
前記変調成分除去手段において変調成分が除去された後の受信信号を入力とし、変調成分除去後の受信信号を隣接するデータシンボルごとに複数個加算する隣接シンボル加算手段と、
前記隣接シンボル加算手段における加算処理の結果として得られた加算後データシンボルを使用して周波数誤差を推定する周波数誤差推定手段と、
前記周波数誤差推定手段において推定された周波数誤差に基づいて、受信信号の周波数誤差を補正する周波数誤差補正手段と、
を備えることを特徴とする自動周波数制御装置。 A modulation component removing unit that performs multiplication processing on the received signal and removes the modulation component from the received signal;
Adjacent symbol addition means for receiving a received signal from which a modulation component has been removed by the modulation component removal means as an input, and adding a plurality of received signals after removal of the modulation component for each adjacent data symbol;
A frequency error estimating means for estimating a frequency error using the added data symbol obtained as a result of the adding process in the adjacent symbol adding means;
A frequency error correcting means for correcting a frequency error of the received signal based on the frequency error estimated by the frequency error estimating means;
An automatic frequency control device comprising:
任意の遅延時間(遅延検波シンボル数)で加算後データシンボルを遅延検波し、検波結果に基づいて受信信号の周波数誤差を検出する第1の周波数誤差検出部と、
前記第1の周波数誤差検出部よりも大きな遅延時間(遅延検波シンボル数)で加算後データシンボルを遅延検波し、検波結果に基づいて受信信号の周波数誤差を検出する少なくとも1つの第2の周波数誤差検出部と、
前記第1の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差および前記第2の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差同士を比較し、当該比較結果に基づいて、当該第2の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差の中から周波数誤差推定結果として出力するものを特定する周波数誤差特定部と、
を備えることを特徴とする請求項8に記載の自動周波数制御装置。 The frequency error estimating means includes
A first frequency error detector for delay-detecting the added data symbol at an arbitrary delay time (number of delay detection symbols) and detecting a frequency error of the received signal based on the detection result;
At least one second frequency error for delay-detecting the added data symbol with a delay time (number of delay detection symbols) larger than that of the first frequency error detection unit and detecting the frequency error of the received signal based on the detection result A detection unit;
The frequency error detected by the first frequency error detection unit and the frequency error detected by the second frequency error detection unit are compared, and based on the comparison result, the second frequency error detection unit A frequency error specifying unit for specifying what is output as a frequency error estimation result from the detected frequency errors;
The automatic frequency control apparatus according to claim 8, further comprising:
第1の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差または既に行われた比較の結果得られた周波数誤差と、未だ比較されていない第2の周波数誤差検出部において検出された周波数誤差とを次々に比較していくことを特徴とする請求項9に記載の自動周波数制御装置。 The frequency error specifying unit compares the frequency error detected by the first frequency error detection unit and the frequency error detected by the second frequency error detection unit with each other in ascending order of delay time. The frequency error detected by the frequency error detection unit of
The frequency error detected by the first frequency error detection unit or the frequency error obtained as a result of the comparison that has already been performed, and the frequency error detected by the second frequency error detection unit that has not been compared yet, one after another. The automatic frequency control device according to claim 9, wherein the comparison is performed.
前記受信機に対して所定の既知信号を含めた信号を送信する送信機と、
を含むことを特徴とする通信システム。 A receiver according to claim 12;
A transmitter for transmitting a signal including a predetermined known signal to the receiver;
A communication system comprising:
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