JP2008544591A - 複数のサブキャリアを用いる無線通信システムのための自動周波数制御 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】OFDMシステムにおいて周波数制御を実行する技術が説明される。1つの態様においては、受信されたパイロットに基づいて周波数獲得が実行され、受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数トラッキングが実行される。周波数引き込みのために、受信されたパイロットに基づいて初期の周波数の誤差の推定値が導出されることができ、自動周波数制御(AFC)ループが当該初期の周波数の誤差の推定値を用いて初期化されることができる。周波数トラッキングのために、受信された各OFDMシンボルに対して周波数の誤差の推定値が導出されることができ、AFCループが当該周波数の誤差の推定値を用いて更新されることができる。入力サンプル中の周波数の誤差は、AFCループによって、初期の周波数の誤差の推定値、および受信された各OFDMシンボルに対する周波数の誤差の推定値を用いて補正される。別の態様においては、受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルが、周波数の誤差の推定に使用するために、例えば受信されたOFDMシンボルのタイミングに基づいて選択される。
【選択図】 図3

Description

本開示は概して通信に関し、より詳細には無線通信のための自動周波数制御(AFC)に関する。
本出願は、本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる2005年3月11日に出願された「Automatic Frequency Controller」と題された米国仮出願第60/660,914号の優先権を主張するものである。
無線通信においては、送信機はデータを無線周波数(RF)キャリア信号上に変調して、より伝送に適したRF変調信号を生成する。次に、送信機は、RF変調信号を無線チャネルを介して受信機に送信する。送信された信号は、見通し経路および/または反射経路を含み得る1つまたは複数の信号経路を介して受信機に到達することができる。無線チャネルの特性は、フェージングおよびマルチパスなどの様々な現象のために時間の経過と共に変化する可能性がある。したがって、送信された信号は様々なチャネル状態にさらされる可能性があり、時間の経過と共に異なる振幅および/または位相で受信される可能性がある。
受信機は送信された信号を受信し、受信された信号を局部発振器(LO)の信号を用いてダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号を処理して送信機によって送信されたデータを復元する。概して、受信機は、LOの信号中の周波数の誤差を推定するため、およびこの周波数の誤差を補正するために周波数制御(例えば、周波数の獲得(frequency acquisition)および周波数のトラッキング)を実行する。この周波数の誤差は、受信機の回路部品の許容誤差、温度の変化、ならびに受信機および/または送信機の移動によるドップラー効果などの様々な要素が原因になり得る。周波数の精度に対する要件が厳しい場合、周波数制御は困難である可能性がある。
米国仮出願第60/660,914号 したがって、当技術分野において、無線通信のための周波数制御を迅速に信頼性高く実行する技術に対するニーズが存在する。
[発明の概要]
複数のサブキャリアを用いる無線通信システムにおいて周波数制御を実行する技術が本明細書に記載される。複数のサブキャリアは、直行周波数分割多重(OFDM)、シングルキャリア周波数分割多元接続(SC−FDMA)、または他の何らかの変調技術を用いて得ることができる。
1つの態様では、OFDMシンボルと共にパイロットを送信するシステムにおいて周波数制御を実行する技術が記載される。周波数の獲得が、OFDMシンボルと共に時分割多重化されることができる受信されたパイロットに基づいて実行される。周波数のトラッキングが、受信されたOFDMシンボルに基づいて実行される。周波数の獲得のために、受信されたパイロットに基づいて初期の周波数の誤差の推定値が導出されることができ、自動周波数制御(AFC)ループが当該初期の周波数の誤差の推定値を用いて初期化されることができる。周波数のトラッキングのために、受信された各OFDMシンボルに対して周波数の誤差の推定値が導出されることができ、AFCループが当該周波数の誤差の推定値を用いて更新されることができる。入力サンプル中の周波数の誤差は、AFCループによって、初期の周波数の誤差の推定値、および受信された各OFDMシンボルに対する周波数の誤差の推定値を用いて補正される。
別の態様では、受信されたOFDMシンボルに対して周波数の誤差の推定値を導出する技術が記載される。受信されたOFDMシンボルの変更可能な数のサンプルが、周波数の誤差の推定に使用するために(例えば、受信されたOFDMシンボルのタイミングに基づいて)選択される。一実施形態において、FFTウィンドウの始点は、受信されたOFDMシンボルのタイミングに基づいて決定される。次に、周波数の誤差の推定に使用するためのサンプルが、FFTウィンドウ内の、受信されたOFDMシンボルのサイクリックプレフィックスに関するサンプルの中から選択される。続いて、周波数の誤差の推定値が選択されたサンプルに基づいて導出される。
本発明の種々の態様および実施形態が、以下でさらに詳細に説明される。
本発明の特徴および特質は、以下に記載された詳細な説明が同様の参照符号が全体を通してそれに対応するものとして構成要素を識別する図面と共に理解されるとき、その詳細な説明からより明らかとなるであろう。
[発明の詳細]
用語「例示的な」は、本明細書においては「例、具体例、または事例としての役割を果たす」ことを表すために使用される。本明細書で「例示的」と記載されたいずれの実施形態または設計も、必ずしも他の実施形態または設計よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。
本明細書に記載の周波数制御技術は、セルラシステム、放送システム、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)システム、衛星測位システムなどの様々な通信システムに対して使用されることができる。セルラシステムは、符号分割多元接続(CDMA)システム、時分割多元接続(TDMA)システム、周波数分割多元接続(FDMA)システム、直交周波数分割多元接続(OFDMA)システム、シングルキャリアFDMA(SC−FDMA)システムなどであってよい。放送システムは、MediaFLOシステム、ハンドヘルド向けデジタルビデオ放送(Digital Video Broadcasting for Handhelds)(DVB−H)システム、地上テレビ放送向け統合デジタル放送サービス(Integrated Services Digital Broadcasting for Terrestrial Television Broadcasting)(ISDB−T)システムなどであってよい。WLANシステムは、IEEE802.11システム、Wi−Fiシステムなどであってよい。これらの様々なシステムは当技術分野において知られている。
本明細書に記載の周波数制御技術は、単一のサブキャリアを用いるシステムおよび複数のサブキャリアを用いるシステムに対して使用されることができる。複数のサブキャリアは、OFDM、SC−FDMA、または他の何らかの変調技術を用いて得ることができる。OFDMおよびSC−FDMAは、周波数帯域(例えば、システムの帯域幅)をトーン(tones)、ビン(bins)などとも呼ばれる複数(K個)の直交するサブキャリアに分割する。各サブキャリアはデータを用いて変調されることができる。一般に、変調シンボルは、OFDMの場合は周波数領域で、SC−FDMAの場合は時間領域でサブキャリアに載せて送信される。OFDMは、MediaFLO、DVB−HおよびISDB−T放送システム、IEEE802.11a/g WLANシステム、ならびに一部のセルラシステムなどの様々なシステムで使用されている。明確にするために、それらの技術は、OFDMを使用する放送システム、例えばMediaFLOシステムに関して以下で説明される。
図1は、放送システム100内の基地局110および端末150のブロック図を示す。簡単にするために、基地局110および150はそれぞれ単一のアンテナを備える。基地局は典型的には固定局であり、基地トランシーバーシステム(base transceiver system)(BTS)、アクセスポイント、Node Bなどと呼ばれる場合もある。端末は固定されているかまたは移動可能であってよく、移動局、ユーザ端末、モバイル機器などとも呼ばれる場合がある。端末150は、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、無線モデム、無線通信装置、ハンドヘルドデバイス、加入者ユニットなどであってよい。
基地局110において、送信(TX)データプロセッサ120は、トラヒックデータを処理(例えば、符号化、インターリーブ、およびシンボルマッピング)し、データシンボルを生成する。パイロットプロセッサ122は、パイロットシンボルを生成する。本明細書においては、データシンボルはデータに関する変調シンボルであり、パイロットシンボルはパイロットに関する変調シンボルであり、変調シンボルは、例えばPSKまたはQAMのための信号点配置における信号点に関する複素数値である。変調器130は、データシンボルおよびパイロットシンボルを多重化し、多重化されたデータおよびパイロットシンボルに対してOFDM変調を実行し、OFDMシンボルを生成する。送信機(TMTR)132は、OFDMシンボルを処理(例えば、アナログへの変換、増幅、フィルタリング、および周波数アップコンバート)し、アンテナ134を介して送信されるRF変調信号を生成する。
端末150において、アンテナ152は、基地局110からRF変調信号を受信し、受信されたRF信号を受信機(RCVR)160に供給する。受信機160は、受信されたRF信号を調整(例えば、フィルタリング、増幅、周波数ダウンコンバート、およびデジタル化)し、受信されたサンプルを生成する。復調器170は、受信されたサンプルに対してOFDM復調を実行し、基地局110によって送信されたデータシンボルの推定値であるデータシンボル推定値を生成する。受信(RX)データプロセッサ172は、データシンボル推定値を処理(例えば、シンボル逆マッピング、逆インターリーブ、および復号化)し、復号化されたデータを生成する。一般的に、端末150における処理は、基地局110における処理に対して相補的である。
コントローラ/プロセッサ140および180は、それぞれ基地局110および端末150の各種処理ユニットの動作を指示する。メモリ142および182は、それぞれ基地局110および端末150のためのプログラムコードおよびデータを記憶する。
図2は、放送システム100のために使用されることができる例示的なスーパーフレーム構成200を示す。図2に示された実施形態において、送信時間軸(transmission timeline)は、各スーパーフレームが特定の持続時間、例えば約1秒を有するようなスーパーフレームに分割される。各スーパーフレームは、時分割多重化された(TDM)パイロットに関するフィールド212と、オーバーヘッド/制御情報に関するフィールド214と、N≧1の場合のトラヒックデータに関するN個のフレームを有するフィールド216とを含む。スーパーフレームは、図2に示されていない別のおよび/または追加のフィールドを含んでもよい。
図2に示された実施形態において、S>1かつL>1として、TDMパイロットは、各パイロット系列がL個の時間領域サンプルを含むようなS個の同一のパイロット系列で構成される。TDMパイロットは、(1)L個のパイロットシンボルに対してL点逆高速フーリエ変換(IFFT)を実行してL個の時間領域サンプルを有するパイロット系列を得ること、および(2)当該パイロット系列をS回繰り返すことによって生成されることができる。TDMパイロットは、信号の検出、フレームの同期、初期の周波数の誤差の推定、粗い時刻の同期、および/またはその他の目的のために使用されることができる。
オーバーヘッド情報は、当該オーバーヘッド情報を送信した基地局の識別情報、データチャネルがスーパーフレームのフレーム中のどこで、どのように送信されるのか、および/またはその他の情報を伝達することができる。データチャネルは、N個のフレームで、オーバーヘッド情報によって示される周波数および時間位置で送信される。各データチャネルは、映像、音声、テレテキスト、データ、ビデオ/オーディオクリップなどの任意の種類のデータを搬送することができる。端末150は、基地局110から1つまたは複数の特定のデータチャネルを受信することに興味がある可能性がある。端末150は、例えばオーバーヘッド情報および/またはデータチャネル上で送られたデータに基づいて、所望の各データチャネルがどこで送られるのかを確認することができる。端末150は、バッテリー電力を節約するために多くの時間スリープ状態になることができ、周期的に起動して(1つまたは複数の)所望のデータチャネルを受信することができる。
各フレームは、複数(M個)のOFDMシンボルを搬送する。一つのOFDMシンボルは、(1)K個の変調シンボルに対してK点IFFTを実行してOFDMシンボルのデータ部分に関するK個の時間領域サンプルを得ること、および(2)データ部分の最後のC個のサンプルを複製してOFDMシンボルに対する巡回プレフィックスを形成することにより生成されることができる。データ部分は、有用な部分(useful portion)、変換されたシンボル(transformed symbol)などとも呼ばれる。また、ウィンドウ制御/フィルタリングが、巡回プレフィックスおよびデータ部分に対して実行されることができる。OFDMシンボルは、ウィンドウ制御無しにK+C個のサンプルを含むことができるか、またはウィンドウ制御により、場合によってはK+C個を超えるサンプルを含むことができる。
一実施形態においては、K=4096、C=512であり、各OFDMシンボルはウィンドウ制御に先立って4608個の時間領域サンプルを含む。一実施形態においては、L=128、S=36であり、TDMパイロットは36個の長さ128の同一のパイロット系列を含む。他の数値がK、C、L、およびSに対して使用されてもよい。
図2は、具体的なスーパーフレーム構成を示す。本明細書に記載の周波数制御技術は、他のフレームおよびスーパーフレーム構成に対して使用されることもできる。
図3は、端末150における受信機160および復調器170の一実施形態のブロック図を示す。受信機160内で、低雑音増幅器(LNA)312は、受信されたRF信号を増幅し、増幅されたRF信号を生成する。フィルタ312は、増幅されたRF信号をフィルタリングして、処理対象の帯域内の信号成分を通過させ、帯域外の雑音および望ましくない信号を除去する。ダウンコンバータ314は、フィルタリングされたRF信号をLO発生器324からのLO信号を用いて周波数ダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号を供給する。LO信号の周波数は、処理対象のRFチャネル内の信号成分がベースバンドまたはベースバンド付近にダウンコンバートされるように選択される。低域通過フィルタ316はダウンコンバートされた信号をフィルタリングして、処理対象のRFチャネル内の信号成分を通過させ、雑音および望ましくない信号を除去する。増幅器316は、フィルタリングされたベースバンド信号を増幅し、出力ベースバンド信号を供給する。アナログ−デジタル変換器(ADC)318は、出力ベースバンド信号をデジタル化し、受信されたサンプルr(k)を復調器170に供給する。典型的には、受信されたサンプルは、同相(I)成分および直交(Q)成分を有する複素数サンプルである。
基準発振器(Ref Osc)322は、正確な周波数frefを有する基準信号を生成する。基準発振器322は、電圧制御水晶発振器(VCXO)、温度補償水晶発振器(TCXO)、電圧制御TCXO(VC−TCXO)、電圧制御発振器(VCO)、または他の何らかの種類の発振器であってよい。LO発生器324は基準信号を受信し、所望のRF周波数のLO信号を生成する。同様に、クロック発生器326も基準信号を受信し、ADC318のためのサンプリングクロックを生成する。LO発生器324およびクロック発生器326は、当技術分野で知られているように、それぞれVCO、位相同期ループ(PLL)、分周器などを用いて実現されることができる。
図3は、受信機160に関する特定の設計を示す。一般に、受信機は、スーパーへテロダインアーキテクチャまたはダイレクトトゥベースバンドアーキテクチャ(direct−to−baseband architecture)を実現することができる。スーパーへテロダインアーキテクチャでは、受信されたRF信号は複数の段階でダウンコンバートされ、例えばあるステージでRFから中間周波数(IF)にダウンコンバートされ、次に別のステージでIFからベースバンドにダウンコンバートされる。図3に示されたダイレクトトゥベースバンドアーキテクチャでは、受信されたRF信号は1つのステージでRFからベースバンドに直接ダウンコンバートされる。スーパーへテロダインおよびダイレクトトゥベースバンドアーキテクチャは、異なる回路ブロックおよび異なるLO周波数を使用することができる。また、受信機は、増幅器、フィルタ、混合器などの1つまたは複数のステージを用いて信号の調整を実行することができる。受信機は、図3に示されていない別のおよび/または追加の回路ブロックを含んでもよい。
復調器170内で、自動利得制御(AGC)ユニット330は、受信されたサンプルr(k)に可変の利得Gagcを乗じ、所望の大きさ(magnitude)を有する入力サンプルx(k)を生成する。AFCユニット340は、入力サンプル中の周波数の誤差を推定し、入力サンプルから推定された周波数の誤差を除去し、推定された周波数の誤差が取り除かれた出力サンプルy(k)を生成する。高速フーリエ変換(FFT)ユニット350は、受信された各OFDMシンボルに関するK個の出力サンプルに対してK点FFTを実行し、K個のサブキャリアに関して、周波数領域のK個の受信されたシンボルを得る。FFTユニット350は、トラヒックデータに関する受信されたシンボルをデータ検波器(data detector)352に供給し、パイロットに関する受信されたシンボルをチャネル推定器354に供給する。チャネル推定器354は、パイロットに関する受信されたシンボルに基づいて、基地局110と端末150の間の無線チャネルに関するチャネル推定値を導出する。データ検波器352は、チャネル推定値を用いてトラヒックデータに関する受信されたシンボルに対してデータ検波(data detection)(例えば、等化または整合されたフィルタリング)を実行し、データシンボル推定値を供給する。
AGCコントローラ332は、受信されたサンプルr(k)の大きさを判定し、入力サンプルx(k)の所望の大きさを得るためにAGCユニット330によって使用される可変の利得Gagcを生成する。また、AGCコントローラ332は、受信機160内の1つまたは複数の回路ブロック(例えば、LNA312、ダウンコンバータ314、および/または増幅器316)に1つまたは複数の利得制御信号を供給する。該利得制御信号は、受信されたサンプルr(k)の大きさを適切な範囲内に維持する。AFCコントローラ342は、AFCユニット340の出力を受信し、基準発振器322のための周波数制御信号を生成する。時間トラッキングユニット344は、(例えばTDMパイロットに基づいて)スーパーフレームの始点を検出し、同様に受信された各OFDMシンボルの始点を判定する。
図4は、図3の復調器170内のAFCユニット340の一実施形態のブロック図を示す。AFCユニット340内で、入力サンプルx(k)は、サンプルバッファ408、位相回転器410、および初期周波数誤差推定器420に供給される。サンプルバッファ408は、後続の処理のために入力サンプルおよび/または出力サンプルを記憶する。推定器420は、命令を受ける度に(例えばTDMパイロットに基づいて)初期の周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
を導出し、当該初期の周波数の誤差の推定値を多重化装置(Mux)446の1つの入力に供給する。位相回転器410は、位相アキュムレータ412からの位相値θだけ各入力サンプルx(k)を回転させ、位相を回転された出力サンプルy(k)を生成する。一旦周波数の同期が達成されると、出力サンプルは周波数の誤差の大半を除去される。周波数誤差推定器430は、例えば受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
を導出する。周波数の誤差の推定値は、出力サンプル中の周波数の残存している誤差を示す。周波数同期検出器432は、周波数の同期が達成されたかどうかを判定する。
ループフィルタ440は、周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
をフィルタリングし、入力サンプル中の周波数の誤差を示す平均の周波数の誤差
Figure 2008544591
を生成する。ループフィルタ440内で、乗算器442は、周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
にループ利得αを乗じる。加算器444は、乗算器442の出力と周波数レジスタ448の出力を合計する。多重化装置446は、別の入力において加算器444の出力を受信し、加算器444の出力、または初期の周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
のいずれかを供給する。周波数レジスタ448は、多重化装置446の出力を記憶し、平均の周波数の誤差
Figure 2008544591
を供給する。位相アキュムレータ412は、各サンプル期間中の平均の周波数の誤差を累積し、各入力サンプルに対する位相値を生成する。
位相回転器410、周波数誤差推定器430、ループフィルタ440、および位相アキュムレータ412は、入力サンプル中の周波数の誤差を推定および補正するAFCループを形成する。一実施形態において、AFCループは以下のように動作する。端末が初めて起動したとき、または放送システムに初めて同調するとき、推定器420は基地局と端末の間の周波数の誤差の大半を捕捉する初期の周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
を導出する。周波数レジスタ448は、初期の周波数の誤差の推定値を記憶する。位相アキュムレータ412は、レジスタ448からの周波数の誤差に起因する各サンプル期間中の位相偏移を計算する。位相回転器410は、位相アキュムレータ412からの位相偏移だけ各入力サンプルを回転させる。その後、受信された各OFDMシンボルに対して、推定器430は、そのOFDMシンボルに関する出力サンプルに基づいて周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
を導出する。周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
は、ループ利得αでスケーリングされ、加算器444および多重化装置446を介して周波数レジスタ448によって累積される。したがって、周波数レジスタ448およびAFCループは、初期の周波数の誤差の推定値を用いて初期化され、その後、受信された各OFDMシンボルからの周波数の誤差の推定値によって更新される。
上述の実施形態において、位相回転は各入力サンプルに対して実行され、AFCループは各OFDMシンボル期間中に更新される。また、AFCループは、その他の頻度で更新されてもよい。一般に、AFCループは、周波数の誤差の推定値が利用可能なときはいつでも更新されることができる。例えば、AFCループは、OFDMシンボルを受信した後、データの一つのバーストを受信した後、フレームの終わりなどに更新されることができる。また、AFCループは、以下で説明するように異なるモード、例えば獲得モード(acquisition mode)およびトラッキングモードで動作させることができる。
放送システムに関する入力サンプルは以下のように表されることができる。
Figure 2008544591
ここで、s(k)はサンプル期間k中に送信されたサンプルであり、x(k)はサンプル期間kに関する入力サンプルであり、n(k)は入力サンプルx(k)に対する雑音であり、Δfは周波数の誤差であり、φは任意の位相であり、Tは1サンプル期間である。
図2に示されたように、TDMパイロットはS個の同一のパイロット系列を含む。したがって、送信されたサンプルはTDMパイロットの間は周期的であり、s(k)=s(k+L)である。この場合、入力サンプル上の相関は以下のように表されることができる。
Figure 2008544591
ここで、
Figure 2008544591
は処理された後の雑音である。式(2)は、入力サンプルx(k)を遅延された入力サンプルx(k+L)と相関させることによって周波数の誤差Δfが分離されることができることを示している。
遅延された相関は、以下のようにして各パイロット系列に関して実行されることができる。
Figure 2008544591
ここで、x(i)=x(i+l・L+k)は、l番目のパイロット系列に対するi番目の入力サンプルであり、
は、最初のパイロット系列の始点に関するサンプルのインデックス(sample index)であり、
は、l番目のパイロット系列に対する相関の結果である。
複数のパイロット系列に対する相関の結果は、以下のように累積されることができる。
Figure 2008544591
ここで、S’は、S’<Sである実行された遅延された相関の数であり、
init=W+jWは、全てのパイロット系列に対する累積された相関の結果である。
式(4)は、S’個の相関の結果に対して一貫した累積を実行し、同相成分Wおよび直交成分Wを有する複素数値であるCinitを生成する。
初期の周波数の誤差の推定値は、累積された相関の結果に基づいて以下のようにして導出されることができる。
Figure 2008544591
ここで、Gは、G=2π・L・Tである検波器の利得である。
最初のパイロット系列の始点は、入力サンプルに対してスライドする相関を実行すること、およびスライドする相関の中のピークを検出することによって確認されることができる。入力サンプルは、サンプルバッファ408中にバッファされることができ、式(3)の遅延された相関は、TDMパイロットが検出された後で全てのパイロット系列に対して実行されることができる。代替として、TDMパイロットは一部のパイロット系列を用いて検出されることができ、初期の周波数の誤差の推定値は残りのパイロット系列を用いて導出されることができる。
図5は、図4の初期周波数誤差推定器420の一実施形態のブロック図を示す。この実施形態において、遅延相関器510は入力サンプルx(k)を受信し、式(3)に示された遅延の相関を実行する。遅延相関器510内で、入力サンプルは、Lサンプル遅延線512および乗算器516に供給される。遅延線512は、各入力サンプルをパイロット系列の長さであるLサンプル期間だけ遅延させる。ユニット514は、遅延線512からの遅延された各サンプルの複素共役を生成する。乗算器516は、各入力サンプルにユニット514からの対応する出力を乗じ、各サンプル期間における積
Figure 2008544591
を生成する。図3の時間トラッキングユニット344の一部であってよいピーク検出器520は、TDMパイロットを検出し、最初のパイロット系列の始点に対するサンプルのインデックスkを生成する。アキュムレータ518は、1つのパイロット系列に関するLサンプル期間に渡って乗算器516の出力を累積し、各パイロット系列に対する相関の結果Cを生成する。
加算器532およびレジスタ534で形成されるアキュムレータ530は、全てのパイロット系列に対する遅延相関器510からの相関の結果を累積し、累積結果Cinitを生成する。逆正接ユニット540は、Cinitの逆正接を計算する。スケーリングユニット542は、逆正接ユニット540の出力をスケーリングし、初期の周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
を生成する。
一実施形態において、式(5)の逆正接は、2つの参照用テーブルを用いて計算される。1つの参照用テーブルが式(5)の比W/Wを効率的に計算するために使用され、別の参照用テーブルが逆正接を計算するために使用される。
図6は、図5の逆正接ユニット540の一実施形態のブロック図を示す。逆正接ユニット540内で、ユニット612aは累積された相関の結果Cinitを受信し、W=Re{Cinit}である実数部を供給する。同様にユニット612bもCinitを受信し、W=Im{Cinit}である虚数部を供給する。符号検出器614は比W/Wの符号を検出し、以下のようにSignビットを生成する。
Figure 2008544591
Signビットは、Cinitがその中に入る象限に応じて、出力を符号反転するか否かを指示する。
ユニット616aは実数部Wを受信し、V=Abs{W}であるWの大きさを生成し、ここでAbs{}は{}内の量の絶対値を表す。ユニット616bは虚数部Wを受信し、V=Abs{W}であるWの大きさを生成する。マッパ618は、VおよびVを分子Nおよび分母Dに以下のようにマッピングする。
Figure 2008544591
式(7)のマッピングは、VおよびVのうちの大きい方を分母とし、このことは1.0以下、つまり(N/D)≦1.0である比N/Dを結果としてもたらす。そのとき、N/Dの逆正接は0〜45°の範囲に限定され、このことはより小さな逆正接参照用テーブルの使用を可能にする。
正規化ユニット620は、最上位ビット(MSB)が「1」になるように分母Dを右にシフトし、正規化された分母D’を供給する。同様に、ユニット620は、分子Nを分母と同じビット数だけシフトし、正規化された分子N’を供給する。逆数参照用テーブル(inverse look−up table)(LUT)622は、D’を受信し、1/D’を供給する。乗算器624は、N’に1/D’を乗じ、比N’/D’を生成する。
逆正接参照用テーブル626は、比N’/D’を受信し、N’/D’の逆正接、つまりθ=arctan(N’/D’)を供給し、ここで上記の条件付けにより0°≦θ≦45°である。多重化装置(MUX)630は、FlipビットがVおよびVがマッパ618によって入れ替えられていないことを示す場合はθを供給し、VおよびVが入れ替えられている場合はユニット628によって生成される90°−θを供給する。反転器632は、多重化装置630の出力の符号を反転する。多重化装置634は、Signビットが符号反転を指示していない場合は検出された位相θinitとして多重化装置630の出力を供給し、そうでなければ反転器632の出力を供給する。
図6は、初期の周波数の誤差の推定値に対する逆正接を効率よく計算するための一実施形態を示す。逆正接は、他の方法で計算されてもよい。
端末は、1つまたは複数の信号経路を介して基地局からRF変調信号を受信することができる。基地局によって送信された各OFDMシンボルに関して、端末は、各信号経路を介してOFDMシンボルのコピーを取得する。各OFDMシンボルのコピーは関連付けられた信号経路に関する複素利得でスケーリングされ、さらにその信号経路に関する伝播遅延によって遅延される。
図7は、複数の信号経路を有する無線チャネルを介したOFDMシンボルの受信を示す。各信号経路は、任意の複素利得および任意の遅延を有することができ、この両者はチャネル環境によって決定される。簡単にするために、信号経路に関する利得は等しいと仮定する。最初のOFDMシンボルのコピーは、第1到着経路(first arriving path)(FAP)を介して受信され、最後のOFDMシンボルのコピーは最後の到着経路(last arriving path)(LAP)を介して受信される。最後のOFDMシンボルのコピーの始点は、最初のOFDMシンボルのコピーの始点からΔサンプル分だけ遅延されており、ここでΔは無線チャネルの遅延拡散である。受信されたOFDMシンボルは、全てのOFDMシンボルのコピーの重ね合わせである。
また、図7は、受信されたOFDMシンボルに対するFFTウィンドウの適切な配置を示す。FFTウィンドウはKサンプルの幅を有し、どのサンプルが後続の処理で使用されるかを決定する。FFTウィンドウの始点は、FFT Startポインタによって示される。図7に示された例では、FFTウィンドウの始点は、最初のOFDMシンボルのコピーに関するデータ部分の始点よりもΔサンプル早く、最後のOFDMシンボルのコピーに関するデータ部分の始点よりもΔ+Δサンプル早い。
図7は、全てのOFDMシンボルのコピーに関する巡回プレフィックスのための重り合う領域であるISI/ICIフリー領域(ISI/ICI−free region)も示す。ISI/ICIフリー領域の幅は、遅延拡散Δおよび巡回プレフィックスの長さCに依存する。図7に示されたようにFFT StartポインタがISI/ICIフリー領域内に位置付けられる場合、望ましいことに、適切なK個のサンプルが処理に使用され、符号間干渉(ISI)およびキャリア間干渉(ICI)に見舞われることがない。
図3の時間トラッキングユニット344は、FFT Startポインタを受信された各OFDMシンボルに関するISI/ICIフリー領域内に維持しようとする。ユニット344は、無線チャネルに関するチャネルのインパルス応答の推定値を取得することができ、FAPおよびLAPを検出することができ、FFT StartポインタをISI/ICIフリー領域内にあるように調整することができる。
図7に示されたように、各OFDMシンボルのコピーは、図7で「巡回コピー(cyclic copy)」と名付けられたデータ部分の最後のC個のサンプルと同一である巡回プレフィックスを有する。相関ウィンドウは、FFT Startポインタから、最初のOFDMシンボルのコピーに対する巡回プレフィックスの終わりまでで定義されることができる。相関ウィンドウ内のサンプルは、全てのOFDMシンボルのコピーについて周期的であり、したがって相関ウィンドウ内の各サンプルy(k)に対してy(k)=y(k+K)である。
周波数の誤差の推定値は、受信された各OFDMシンボルに対して、巡回プレフィックスに基づいて以下のように計算されることができる。
Figure 2008544591
ここで、y(i)はm番目のOFDMシンボルに関するi番目の出力サンプルであり、
Figure 2008544591
はm番目のOFDMシンボルに対する周波数の誤差の推定値であり、
C’は遅延された相関が実行されるサンプルの数である。
式(8)の第1の出力サンプルy(1)は、FFTウィンドウ内の最初のサンプルであってよい。関数Im[]は、角括弧内の複素数値の虚数部を与える。式(8)の関数Im[]は、式(5)の逆正接関数の近似である。この近似は、式(8)の角括弧内の量が小さい場合(典型的には周波数の同期が一旦達成された場合)には十分に正確である。
式(8)の遅延された相関は、C’≦CであるC’個のサンプルに渡って実行される。一般に、遅延された相関は、巡回プレフィックスに関するC個のサンプルの全てまたは一部に渡って実行されることができる。一実施形態においては、遅延された相関は、相関ウィンドウ内の全てのサンプルに渡って実行される。図7に示された実施形態では、相関ウィンドウはΔ個のサンプルを含み、FFT Startポインタによって決定される。別の実施形態では、遅延された相関は、ISI/ICIフリー領域内の全てのサンプルに渡って実行される。
さらに別の実施形態では、周波数の誤差の推定に使用されるサンプルは以下のように選択される。
Figure 2008544591
式(9)に示された実施形態において、周波数の誤差の推定値は、(1)FFT Startポインタが巡回プレフィックスの前半部分の範囲内にある場合には巡回プレフィックスの後半部分、または(2)FFT Startポインタが巡回プレフィックスの第3四半部分の範囲内にある場合には巡回プレフィックスの最後の四半部分(quarter)に基づいて導出される。周波数の誤差の推定値は、FFT Startポインタが巡回プレフィックスの最後の四半部分の範囲内にある場合には導出されない。
該サンプルは、周波数の誤差の推定に使用するために、受信されたOFDMシンボルのタイミングに基づいて他の方法で選択されてもよい。
図8は、図4の周波数誤差推定器430の一実施形態のブロック図を示す。この実施形態において、遅延相関器810は、出力サンプルy(k)を受信し、式(8)の角括弧内に示された遅延された相関を実行する。遅延相関器810は、それぞれ図5の遅延相関器510内のユニット512、514、516、および518と同様の方法で動作する遅延線812、複素共役ユニット814、乗算器816、およびアキュムレータ818を含む。しかし、遅延線812は、データ部分の長さを構成するKサンプル期間だけ各出力サンプルを遅延させる。アキュムレータ818は、巡回プレフィックスに関するC’サンプル期間に渡って乗算器816の出力を累積し、受信された各OFDMシンボルに関する相関の結果Cを供給する。C’は受信されたOFDMシンボルのタイミングに依存してよく、異なるOFDMシンボルに対して異なってよい。ユニット820は、周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
として相関の結果Cの虚数部を与える。
図5および8は、それぞれ周波数誤差推定器420および430の例示的な実施形態を示す。図5の実施形態は、TDMパイロットの周期的性質に依存して初期の周波数の誤差の推定値を導出する。図8の実施形態は、各OFDMシンボル内の巡回プレフィックスの周期的性質に依存して周波数の誤差の推定値を導出する。概して、周波数の誤差の推定は、送信された信号の構成、送信された信号に対して使用される無線技術、および/またはその他の要因に応じて種々の方法で実行されることができる。
図9は、図4の位相回転器410および位相アキュムレータ412の一実施形態のブロック図を示す。位相アキュムレータ412内で、加算器912は、図4の周波数レジスタ448からの現在の周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
と、図3のAGCコントローラ332からの位相調整θagcと、位相レジスタ914の出力とを受信する。加算器912は3つの入力全てを合計し、結果を位相レジスタ914に供給する。位相レジスタ914は、各サンプル期間中に加算器912の出力によって更新される。各サンプル期間中に位相レジスタ914によって生成される位相値は、θagc=0であることを仮定する
Figure 2008544591
として与えられることができる。
再び図3を参照すると、受信機160内の回路ブロックは、複数の利得状態のうちの1つで動作することができる。各利得状態は、ADC318の入力において所望の信号レベルを得るために、回路ブロックに対する特定の利得設定の組に関連付けられることができる。異なる利得設定が、異なる位相と関連付けられることができる。AGCコントローラ332は、種々の利得状態に対する位相のテーブルを記憶することができる。利得状態の切換がなされる度に、AGCコントローラ332は、新たな利得状態の位相と前の利得状態の位相の間の差を判定することができる。次に、AGCコントローラ332は、この位相差を打ち消す量を位相調整θagcとしてAFCユニット340に供給することができる。再び図9を参照すると、位相調整θagcが位相レジスタ914に1回加算される。したがって、利得状態の変更が行われるときを除いてθagcはゼロである。この利得調整は、異なる位相に関連する利得状態の間を切り換えるときにほぼ連続した位相を有する出力サンプルy(k)をもたらす。
位相回転器410内で、余弦/正弦参照用テーブル922は、位相アキュムレータ412からの位相値θを受信し、θの余弦および正弦を供給する。複素乗算器924は、各入力サンプルx(k)に当該正弦および余弦を乗じ、以下のように与えられることができる位相回転された出力サンプルy(k)を生成する。
Figure 2008544591
ここで、x(k)=x(k)+jx(k)はサンプル期間kに対する複素数値の入力サンプルであり、
y(k)=y(k)+jy(k)はサンプル期間kに対する複素数値の出力サンプルである。
複素乗算器924は、4回の実数の乗算および2回の実数の加算を用いて実現されることができる。
再び図4を参照すると、周波数同期検出器432は、様々な方法で周波数の同期を検出することができる。一実施形態において、検出器432は、初めにカウンタを0にリセットする。その後、検出器432は、推定器430からの周波数の誤差の各推定値
Figure 2008544591
を閾値Δfthと比較し、周波数の誤差の推定値が閾値よりも小さい場合はカウンタをインクリメントし、そうでない場合はカウンタをデクリメントする。検出器432は、カウンタが最大値に達した場合に周波数の同期を宣することができ、カウンタが0に達した場合に同期の消失を宣することができる。カウンタおよび閾値Δthのためのビット数は、良好な同期検出性能が得られるように選択されることができる。周波数の同期は、他の方法で検出されてもよい。
一実施形態において、AFCループは、獲得モードまたはトラッキングモードで動作させることができる。2つのモードのAFCループに対して異なるパラメータ値が使用されることができる。獲得モードに対してより大きなループ利得αが使用されることができ、トラッキングモードに対してより小さなループ利得が使用されることができる。周波数の誤差の推定値
Figure 2008544591
は、獲得モードに対してより広い範囲内に限定されることもでき、トラッキングモードに対してより狭い範囲内に限定されることもできる。獲得およびトラッキングモードは、他の方法で実現されてもよい。端末は、別のおよび/または追加のモードをサポートしてもよい。例として、端末は、例えば受信された信号の品質が悪い場合、または他の何らかの条件が検出された場合にAFCループが固定状態で維持される保持モードをサポートしてもよい。
端末は、電源が投入されたとき、長時間のスリープから起動した後、周波数の同期が失われたとき、および/またはその他の条件に対して獲得モードで始動することができる。端末は、周波数の同期を検出すると、またはある回数の更新について周波数レジスタ448に加えられた調整が特定の値よりも小さい場合、または他の何らかの条件が満たされた場合に獲得モードからトラッキングモードに移行することができる。
端末は、放送システムからデータを周期的に受信することができる。例えば、各フレームは多数のOFDMシンボル(例えば、約300個のOFDMシンボル)を搬送することができ、端末は各フレーム中の(あったとしても)ごくわずかのOFDMシンボルだけを受信することができる。この場合、端末は、大部分のフレームに対してスリープすることができ、対象の最初のOFDMシンボルより数OFDMシンボル前で起動することができ、対象の各OFDMシンボルを処理することができる。端末は、起動している間、各OFDMシンボル期間中にAFCループを更新することができ、スリープ状態の間、AFCループを保持することができる。
図4に示された実施形態では、AFCループは、以下のように表されることができるs領域の伝達関数Hafc(s)を有する一次ループである。
Figure 2008544591
AFCループの帯域幅は以下のように表されることができる。
Figure 2008544591
AFCループの帯域幅は、所望の周波数獲得およびトラッキング性能を達成するように選択されることができる。所望のAFCループ帯域幅は、ループ利得αに対して適切な値を選択することによって得ることができる。
明確にするために、AFCループが特定の放送システムに関して説明された。他の設計がAFCループに対して使用されることもできる。概して、AFCループは、システムによって送信された信号の構成、およびシステムによって使用される無線技術に応じて設計されることができる。
再び図3を参照すると、端末は、様々な方法で周波数制御を実行することができる。一実施形態において、AFCユニット340は、短期的な周波数の変動(例えばドップラー効果による)および長期的な周波数の変動(例えば、部品の許容誤差、および温度の変化による)の両方を補正する。別の実施形態において、AFCユニット340内のAFCループは短期的な周波数の変動を補正し、AFCコントローラ342内のアウターループ(outer loop)は長期的な周波数の変動を補正する。アウターループは、AFCユニット340から周波数の誤差
Figure 2008544591
を受信することができ、この周波数の誤差を長期間(例えば、フレームまたはデータの一つのバースト)に渡って平均することができ、当該平均の周波数の誤差に基づいて基準発振器322のための周波数制御信号を生成することができる。さらに別の実施形態において、AFCコントローラ342は、端末によって同様に受信されている他のシステムのための他のAFCループから周波数の誤差の推定値を受信することができる。そのとき、AFCコントローラ342は、受信されている全てのシステムに対して良好な性能が達成されることができるように周波数制御信号を生成することができる。周波数制御信号は、アナログ信号またはデジタル信号であってよい。AFCコントローラ342は、デジタル−アナログ変換、レベルシフト、スケーリングなどの信号処理を実行することができる。AFCコントローラ342は、パルス幅変調(PWM)制御信号を生成することもできる。
図10は、OFDMシンボルと共にパイロットを送信するシステムにおいて周波数制御を実行するプロセス1000の一実施形態を示す。周波数獲得は、受信されたパイロット、例えばOFDMシンボルと共に多重化されるTDMパイロットに基づいて実行される(ブロック1012)。周波数トラッキングは、受信されたOFDMシンボルに基づいて実行される(ブロック1014)。周波数獲得のために、受信されたパイロットに基づいて初期の周波数の誤差の推定値が導出されることができ、AFCループが当該初期の周波数の誤差の推定値を用いて初期化されることができる。周波数トラッキングのために、受信された各OFDMシンボルに対して周波数の誤差の推定値が導出されることができ、AFCループが当該周波数の誤差の推定値を用いて更新されることができる。
パイロットは、複数のパイロット系列を含むことができる。そのとき、初期の周波数の誤差の推定値は、パイロット系列に対して遅延された相関を実行することによって導出されることができる。受信された各OFDMシンボルに対する周波数の誤差の推定値は、受信されたOFDMシンボルの巡回プレフィックスに関するサンプルと、当該シンボルのデータ部分に関するサンプルの間で遅延された相関を実行することによって導出されることができる。入力サンプル中の周波数の誤差は、AFCループによって、初期の周波数の誤差の推定値、および受信された各OFDMシンボルに対する周波数の誤差の推定値を用いて補正される。
図11は、周波数制御を実行する装置1100の一実施形態を示す。装置1100は、受信されたパイロットに基づいて周波数獲得を実行する手段(ブロック1112)と、受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数トラッキングを実行する手段(ブロック1114)とを含む。
図12は、周波数の誤差の推定値を導出するプロセス1200の一実施形態を示す。受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルが、周波数の誤差の推定に使用するために選択される(ブロック1212)。周波数の誤差の推定値が選択されたサンプルに基づいて導出される(ブロック1214)。ブロック1212のために、受信されたOFDMシンボルのタイミングが判定されることができ、サンプルが受信されたOFDMシンボルの当該タイミングに基づいて選択されることができる。一実施形態において、FFTウィンドウの始点は、受信されたOFDMシンボルのタイミングに基づいて決定される。次に、周波数の誤差の推定に使用するためのサンプルが、FFTウィンドウ内の、受信されたOFDMシンボルの巡回プレフィックスに関するサンプルの中から選択される。一実施形態において、FFTウィンドウの始点が巡回プレフィックスの第1の範囲内にある場合、巡回プレフィックスの第2の範囲内のサンプルが選択される。式(9)に示されたように、第1の範囲は巡回プレフィックスの前半部分を対象範囲としてよく、第2の範囲は巡回プレフィックスの後半部分を対象範囲としてよい。同様に式(9)に示されたように、第1の範囲は巡回プレフィックスの第3四半部分を対象範囲としてよく、第2の範囲は巡回プレフィックスの第4四半部分を対象範囲としてよい。FFTウィンドウの始点が巡回プレフィックスの特定の範囲(例えば、第4四半部分)内にあるとき、周波数の誤差の推定のためにサンプルが選択されなくてよい。
図13は、周波数の誤差の推定値を導出する装置1300の一実施形態を示す。装置1300は、周波数の誤差の推定に使用するための、受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルを選択する手段(ブロック1312)と、選択されたサンプルに基づいて周波数の誤差の推定値を導出する手段(ブロック1314)とを含む。
図14は、初期の周波数の誤差の推定値を決定するプロセス1400の一実施形態を示す。同相成分および直交成分を有する複素数値である相関の結果を得るために、入力サンプルに対して相関が実行される(ブロック1412)。同相および直交成分が、例えば分子が分母以下であるように分子および分母にマッピングされる(ブロック1414)。分子対分母の比が、逆数値のテーブルを記憶することができる第1の参照用テーブルを使用して決定される(ブロック1416)。当該比の逆正接が、45度の範囲に対する逆正接の値のテーブルを記憶することができる第2の参照用テーブルを使用して決定される(ブロック1418)。次に、複素数値の逆正接が、例えば、必要に応じて当該比の逆正接の位相を転換する、および/または当該比の逆正接の符号を反転することによって、当該比の逆正接に基づいて決定される。(ブロック1420)。続いて、周波数の誤差の推定値が、複素数値の逆正接に基づいて導出される(ブロック1422)。
図15は、初期の周波数の誤差の推定値を決定する装置1500の一実施形態を示す。装置1500は、同相成分および直交成分を有する複素数値である相関の結果を得るために入力サンプルに対して相関を実行する手段(ブロック1512)と、同相および直交成分を分子および分母にマッピングする手段(ブロック1514)と、分子対分母の比を第1の参照用テーブルを使用して決定する手段(ブロック1516)と、当該比の逆正接を第2の参照用テーブルを使用して決定する手段(ブロック1518)と、複素数値の逆正接を当該比の逆正接に基づいて決定する手段(ブロック1520)と、周波数の誤差の推定値を複素数値の逆正接に基づいて導出する手段(ブロック1522)とを含む。
図16は、回路ブロックの変更に起因する位相偏移を補償するような方法で周波数制御を実行するプロセス1600の一実施形態を示す。入力サンプルに対する周波数の誤差の推定値が取得される(ブロック1612)。この周波数の誤差の推定値は、受信されたパイロット、受信されたOFDMシンボル、または受信された信号のどこか他の部分に基づいて導出されることができる。また、入力サンプルを生成するために使用される少なくとも1つの回路ブロックの変更に起因する位相調整も取得される。(ブロック1614)。この位相調整は、(1つまたは複数の)回路ブロックに対する利得設定の変更に起因する可能性もある。周波数の誤差の推定値は、各サンプル期間中に累積されることができる。位相調整は、(1つまたは複数の)回路ブロックの変更が行われたときに1回累積されることができる。位相値は、周波数の誤差の推定値および位相調整に基づいて各入力サンプルに対して決定される(ブロック1616)。各入力サンプルは、その入力サンプルに対する位相値だけ回転される(ブロック1618)。
図17は、位相補償を用いた周波数制御を実行する装置1700の一実施形態を示す。装置1700は、入力サンプルに対する周波数の誤差の推定値を取得する手段(ブロック1712)と、入力サンプルを生成するために使用される少なくとも1つの回路ブロックの変更に起因する位相調整を取得する手段(ブロック1714)と、周波数の誤差の推定値および位相調整に基づいて各入力サンプルに対する位相値を決定する手段(ブロック1716)と、各入力サンプルをその入力サンプルに対する位相値だけ回転する手段(ブロック1718)とを含む。
本明細書に記載の周波数制御技術は、様々な手段で実現されることができる。例えば、これらの技術は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの組合せの形態で実現されることができる。ハードウェア実装に関しては、周波数制御に使用される処理ユニットは、1つまたは複数のASIC、DSP、デジタル信号処理デバイス(DSPD)、プログラマブルロジックデバイス(PLD)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書に記載の機能を実行するように設計された他の電子ユニット、またはこれらの組合せの中で実現されることができる。
ファームウェアおよび/またはソフトウェア実装に関しては、これらの技術は、本明細書に記載の機能を実行するモジュール(例えば、プロシージャ、関数など)を用いて実現されることができる。ファームウェアおよび/またはソフトウェアコードは、メモリ(例えば、図1のメモリ182)に記憶されることができ、プロセッサ(例えばプロセッサ180)によって実行されることができる。メモリは、プロセッサの内部またはプロセッサの外部に設けられることができる。
開示された実施形態の上記の記述は、当業者が本発明を実施するまたは使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する種々の修正が当業者には容易に明らかとなると考えられ、本明細書で定義された包括的な原理は、本発明の精神および範囲を逸脱することなくその他の実施形態に適用可能である。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されるように意図されておらず、本明細書に開示された原理および新規な特徴に合致する最も広い範囲を与えられるべきである。
基地局および端末のブロック図である。 例示的なスーパーフレームの構成を示す図である。 受信機および復調器のブロック図である。 AFCユニットのブロック図である。 初期周波数誤差推定器のブロック図である。 逆正接ユニットのブロック図である。 複数の信号経路を介して受信されたOFDMシンボルのコピーを示す図である。 周波数誤差推定器のブロック図である。 位相アキュムレータおよび位相回転器のブロック図である。 周波数制御を実行するプロセスを示す図である。 周波数制御を実行する装置を示す図である。 周波数の誤差の推定値を導出するプロセスを示す図である。 周波数の誤差の推定値を導出する装置を示す図である。 初期の周波数の誤差の推定値を決定するプロセスを示す図である。 初期の周波数の誤差の推定値を決定する装置を示す図である。 回路ブロックの変更に対する位相補償を用いた周波数制御を実行するプロセスを示す図である。 回路ブロックの変更に対する位相補償を用いた周波数制御を実行する装置を示す図である。
符号の説明
100…放送システム、110…基地局、120…TXデータプロセッサ、122…パイロットプロセッサ、130…変調器、132…送信機、134…アンテナ、140…コントローラ/プロセッサ、142…メモリ、150…端末、152…アンテナ、160…受信機、170…復調器、172…RXデータプロセッサ、180…コントローラ/プロセッサ、182…メモリ、200…スーパーフレーム、212…TDMパイロット、214…オーバーヘッド情報、216…N個のフレームを有するフィールド、312…LNA/フィルタ、314…ダウンコンバータ、316…フィルタ/増幅器、318…アナログ−デジタル変換器、322…基準発振器、324…LO発生器、326…クロック発生器、330…AGCユニット、332…AGCコントローラ、340…AFCユニット、342…AFCコントローラ、344…時間トラッキングユニット、350…FFTユニット、352…データ検波器、354…チャネル推定器、408…サンプルバッファ、410…位相回転器、412…位相アキュムレータ、420…初期周波数誤差推定器、430…周波数誤差推定器、432…周波数同期検出器、440…ループフィルタ、442…乗算器、444…加算器、446…多重化装置、448…周波数レジスタ、510…遅延相関器、512…Lサンプル遅延線、514…遅延された各サンプルの複素共役を生成するユニット、516…乗算器、518…アキュムレータ、520…ピーク検出器、530…アキュムレータ、532…加算器、534…レジスタ、540…逆正接ユニット、542…スケーリングユニット、612a…実数部を供給するユニット、612b…虚数部を供給するユニット、614…符号検出器、616a…絶対値を供給するユニット、616b…絶対値を供給するユニット、618…IおよびQからNおよびDへのマッパ、620…正規化器、622…逆数LUT、624…、626…逆正接LUT、628…90°−θを供給するユニット、630…多重化装置、632…反転器、634…多重化装置、810…遅延相関器、812…Kサンプル遅延線、814…複素共役ユニット、816…乗算器、818…アキュムレータ、820…相関の結果Cの虚数部を与えるユニット、912…加算器、914…位相レジスタ、922…余弦/正弦参照用テーブル、924…複素乗算器、1000…OFDMシンボルと共にパイロットを送信するシステムにおいて周波数制御を実行するプロセス、1012…受信されたパイロット、例えばOFDMシンボルと共に多重化されたTDMパイロットに基づいて周波数の獲得を実行する、1014…受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数トラッキングを実行する、1100…周波数制御を実行する装置の一実施形態、1112…受信されたパイロットに基づいて周波数の獲得を実行する手段、1114…受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数トラッキングを実行する手段、1200…周波数の誤差の推定値を導出するプロセスの一実施形態、1212…周波数の誤差の推定に使用するための、受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルを選択する、1214…選択されたサンプルに基づいて周波数の誤差の推定値を導出する、1300…周波数の誤差の推定値を導出する装置の一実施形態、1312…周波数の誤差の推定に使用するための、受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルを選択する手段、1314…選択されたサンプルに基づいて周波数の誤差の推定値を導出する手段、1400…初期の周波数の誤差の推定値を決定するプロセスの一実施形態、1412…同相成分および直交成分を有する複素数値を得るために入力サンプルに対して相関を実行する、1414…同相および直交成分を分子および分母にマッピングする、1416…分子対分母の比を第1の参照用テーブルを使用して決定する、1418…当該比の逆正接を第2の参照用テーブルを使用して決定する、1420…複素数値の逆正接を当該比の逆正接に基づいて決定する、1422…周波数の誤差の推定値を複素数値の逆正接に基づいて導出する、1500…初期の周波数の誤差の推定値を決定する装置の一実施形態、1512…同相成分および直交成分を有する複素数値を得るために入力サンプルに対して相関を実行する手段、1514…同相および直交成分を分子および分母にマッピングする手段、1516…分子対分母の比を第1の参照用テーブルを使用して決定する手段、1518…当該比の逆正接を第2の参照用テーブルを使用して決定する手段、1520…複素数値の逆正接を当該比の逆正接に基づいて決定する手段、1522…周波数の誤差の推定値を複素数値の逆正接に基づいて導出する手段、1600…回路ブロックの変更に起因する位相偏移を補償するような方法で周波数制御を実行するプロセスの一実施形態、1612…入力サンプルに対する周波数の誤差の推定値を取得する、1614…入力サンプルを生成するために使用される少なくとも1つの回路ブロックの変更による位相の調整を取得する、1616…周波数の誤差の推定値および位相の調整に基づいて各入力サンプルに対する位相値を決定する、1618…各入力サンプルをその入力サンプルに対する位相値だけ回転する、1700…位相補償を用いた周波数制御を実行する装置の一実施形態、1712…入力サンプルに対する周波数の誤差の推定値を取得する手段、1714…入力サンプルを生成するために使用される少なくとも1つの回路ブロックの変更による位相の調整を取得する手段、1716…周波数の誤差の推定値および位相の調整に基づいて各入力サンプルに対する位相値を決定する手段、1718…各入力サンプルをその入力サンプルに対する位相値だけ回転する手段

Claims (49)

  1. 下記を備える装置:
    受信されたパイロットに基づいて周波数獲得を実行し、受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数トラッキングを実行するように構成された少なくとも1つのプロセッサ;および
    前記少なくとも1つのプロセッサに結合されたメモリ。
  2. 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記受信されたパイロットに基づいて初期の周波数の誤差の推定値を導出し、受信された各OFDMシンボルに関して周波数の誤差の推定値を導出し、前記初期の周波数の誤差の推定値、および受信された各OFDMシンボルに関する前記周波数の誤差の推定値に基づいて入力サンプル中の周波数の誤差を補正するように構成されている請求項1に記載の装置。
  3. 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記受信されたパイロットに基づいて初期の周波数の誤差の推定値を導出し、前記初期の周波数の誤差の推定値を用いて自動周波数制御(AFC)ループを初期化するように構成されている請求項1に記載の装置。
  4. 前記少なくとも1つのプロセッサは、受信された各OFDMシンボルに関して周波数の誤差の推定値を導出し、前記周波数の誤差の推定値を用いて前記AFCループを更新するように構成されている請求項3に記載の装置。
  5. 前記受信されたパイロットは時分割多重化された(TDM)パイロットである請求項1に記載の装置。
  6. 前記受信されたパイロットは複数のパイロット系列を含み、前記少なくとも1つのプロセッサは、前記複数のパイロット系列に対して遅延された相関を実行することによって初期の周波数の誤差の推定値を導出するように構成されている請求項1に記載の装置。
  7. 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記受信されたOFDMシンボルの巡回プレフィックスに関するサンプルと、前記受信されたOFDMシンボルのデータ部分に関するサンプルの間で遅延された相関を実行することによって、受信された各OFDMシンボルに関する周波数の誤差の推定値を導出するように構成されている請求項1に記載の装置。
  8. 受信されたパイロットに基づいて周波数獲得を実行し、受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数トラッキングを実行するように構成されたプロセッサ。
  9. 前記受信されたパイロットに基づいて初期の周波数の誤差の推定値を導出し、前記初期の周波数の誤差の推定値を用いて自動周波数制御(AFC)ループを初期化し、前記AFCループに基づいて入力サンプル中の周波数の誤差を補正するように構成された請求項8に記載のプロセッサ。
  10. 受信された各OFDMシンボルに関して周波数の誤差の推定値を導出し、前記周波数の誤差の推定値を用いて前記AFCループを更新するように構成された請求項9に記載のプロセッサ。
  11. 下記を備える方法:
    受信されたパイロットに基づいて周波数獲得を実行すること;および、
    受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数トラッキングを実行すること。
  12. 前記周波数獲得を実行することが下記を備える請求項11記載の方法:
    前記受信されたパイロットに基づいて初期の周波数の誤差の推定値を導出すること;
    前記初期の周波数の誤差の推定値を用いて自動周波数制御(AFC)ループを初期化すること;および、
    前記AFCループに基づいて入力サンプル中の周波数の誤差を補正すること。
  13. 前記初期の周波数の誤差の推定値を導出することが下記を備える請求項12記載の方法:
    前記初期の周波数の誤差の推定値を導出するために前記受信されたパイロットに関する複数のパイロット系列に対して遅延された相関を実行すること。
  14. 前記周波数トラッキングを実行することが下記を備える請求項12記載の方法:
    受信された各OFDMシンボルに関して周波数の誤差の推定値を導出すること;および、
    前記周波数の誤差の推定値を用いて前記AFCループを更新すること。
  15. 前記の受信された各OFDMシンボルに関して周波数の誤差の推定値を導出することが下記を備える請求項14記載の方法、
    前記周波数の誤差の推定値を導出するために、前記受信されたOFDMシンボルの巡回プレフィックスに関するサンプルと、前記受信されたOFDMシンボルのデータ部分に関するサンプルの間で遅延された相関を実行すること。
  16. 下記を備える装置:
    受信されたパイロットに基づいて周波数獲得を実行する手段;および、
    受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数トラッキングを実行する手段。
  17. 前記周波数獲得を実行する手段が下記を備える請求項16記載の装置:
    前記受信されたパイロットに基づいて初期の周波数の誤差の推定値を導出する手段;
    前記初期の周波数の誤差の推定値を用いて自動周波数制御(AFC)ループを初期化する手段;および、
    前記AFCループに基づいて入力サンプル中の周波数の誤差を補正する手段。
  18. 前記周波数トラッキングを実行する手段が下記を備える請求項17記載の装置:
    受信された各OFDMシンボルに関して周波数の誤差の推定値を導出する手段;および、
    前記周波数の誤差の推定値を用いて前記AFCループを更新する手段。
  19. 受信されたパイロットに基づいて周波数獲得を実行し、
    受信されたOFDMシンボルに基づいて周波数トラッキングを実行する
    ためのコンピュータプログラムを用いて符号化されたコンピュータ可読媒体。
  20. 下記を備える装置:
    周波数の誤差の推定に使用するための、受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルを選択し、前記選択されたサンプルに基づいて周波数の誤差の推定値を導出するように構成された少なくとも1つのプロセッサ;および、
    前記少なくとも1つのプロセッサに結合されたメモリ。
  21. 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記受信されたOFDMシンボルのタイミングを判定し、前記受信されたOFDMシンボルの前記タイミングに基づいて周波数の誤差の推定に使用するための前記サンプルを選択するように構成されている請求項20に記載の装置。
  22. 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記受信されたOFDMシンボルのタイミングに基づいてFFTウィンドウの始点を決定し、前記FFTウィンドウ内の、前記受信されたOFDMシンボルの巡回プレフィックスに関するサンプルの中から周波数の誤差の推定に使用するための前記サンプルを選択するように構成されている請求項20に記載の装置。
  23. 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記FFTウィンドウの始点が前記巡回プレフィックスの第1の範囲内にあるかどうかを判定し、前記FFTウィンドウの始点が前記第1の範囲内にある場合、前記巡回プレフィックスの第2の範囲内のサンプルを選択するように構成されている請求項22に記載の装置。
  24. 前記巡回プレフィックスは前半部分および後半部分を含み、前記第1の範囲は前記巡回プレフィックスの前記前半部分を対象範囲とし、前記第2の範囲は前記巡回プレフィックスの前記後半部分を対象範囲とする請求項23に記載の装置。
  25. 前記巡回プレフィックスは第1、第2、第3、および第4の四半部分を含み、前記第1の範囲は前記巡回プレフィックスの前記第3の四半部分を対象範囲とし、前記第2の範囲は前記巡回プレフィックスの前記第4の四半部分を対象範囲とする請求項23に記載の装置。
  26. 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記FFTウィンドウの始点が前記巡回プレフィックスの特定の範囲内にある場合、周波数の誤差の推定のためのサンプルを選択しないように構成されている請求項22に記載の装置。
  27. 周波数の誤差の推定に使用するための、受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルを選択し、前記選択されたサンプルに基づいて周波数の誤差の推定値を導出するように構成されたプロセッサ。
  28. 前記受信されたOFDMシンボルのタイミングに基づいてFFTウィンドウの始点を決定し、前記FFTウィンドウ内の、前記受信されたOFDMシンボルの巡回プレフィックスに関するサンプルの中から周波数の誤差の推定に使用するための前記サンプルを選択するように構成された請求項27に記載のプロセッサ。
  29. 下記を備える方法:
    周波数の誤差の推定に使用するための、受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルを選択すること;および、
    前記選択されたサンプルに基づいて周波数の誤差の推定値を導出すること。
  30. 前記可変個数のサンプルを選択することが下記を備える請求項29記載の方法:
    前記受信されたOFDMシンボルのタイミングに基づいてFFTウィンドウの始点を決定すること;および、
    前記FFTウィンドウ内の、前記受信されたOFDMシンボルの巡回プレフィックスに関するサンプルの中から周波数誤差の推定に使用するための前記サンプルを選択すること。
  31. 下記を備える装置:
    周波数の誤差の推定に使用するための、受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルを選択する手段;および、
    前記選択されたサンプルに基づいて周波数の誤差の推定値を導出する手段。
  32. 前記可変個数のサンプルを選択する手段が下記を備える請求項31記載の装置:
    前記受信されたOFDMシンボルのタイミングに基づいてFFTウィンドウの始点を決定する手段;および、
    前記FFTウィンドウ内の、前記受信されたOFDMシンボルの巡回プレフィックスに関するサンプルの中から周波数の誤差の推定に使用するための前記サンプルを選択する手段。
  33. 周波数の誤差の推定に使用するための、受信されたOFDMシンボルの可変個数のサンプルを選択し、
    前記選択されたサンプルに基づいて周波数の誤差の推定値を導出する
    ためのコンピュータプログラムを用いて符号化されたコンピュータ可読媒体。
  34. 下記を備える装置:
    同相成分および直交成分を有する複素数値を取得し、前記同相成分および前記直交成分を分子および分母にマッピングし、前記分子対前記分母の比を第1の参照用テーブルを使用して決定し、前記比の逆正接を第2の参照用テーブルを使用して決定し、前記複素数値の逆正接を前記比の逆正接に基づいて決定するように構成された少なくとも1つのプロセッサ;および、
    前記少なくとも1つのプロセッサに結合され、前記第1および第2の参照用テーブルを記憶するように構成されたメモリ。
  35. 前記少なくとも1つのプロセッサは、入力サンプルに対して相関を実行して前記複素数値を取得し、前記複素数値の逆正接に基づいて周波数の誤差の推定値を導出するように構成されている請求項34に記載の装置。
  36. 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記分子が前記分母以下になるように前記同相成分および前記直交成分をマッピングするように構成されている請求項34に記載の装置。
  37. 前記第1の参照用テーブルは、逆数のテーブルを記憶する請求項34に記載の装置。
  38. 前記第2の参照用テーブルは、45度の範囲にわたる逆正接の値のテーブルを記憶する請求項34に記載の装置。
  39. 下記を備える方法:
    同相成分および直交成分を有する複素数値を取得すること;
    前記同相成分および前記直交成分を分子および分母にマッピングすること;
    前記分子対前記分母の比を第1の参照用テーブルを使用して決定すること;
    前記比の逆正接を第2の参照用テーブルを使用して決定すること;および、
    前記比の前記逆正接に基づいて前記複素数値の逆正接を決定すること。
  40. 更に下記を備える請求項39記載の方法:
    前記複素数値を取得するために入力サンプルに対して相関を実行すること;および、
    前記複素数値の前記逆正接に基づいて周波数の誤差の推定値を導出すること。
  41. 下記を備える装置:
    同相成分および直交成分を有する複素数値を取得する手段;
    前記同相成分および前記直交成分を分子および分母にマッピングする手段;
    前記分子対前記分母の比を第1の参照用テーブルを使用して決定する手段;
    前記比の逆正接を第2の参照用テーブルを使用して決定する手段;および、
    前記比の前記逆正接に基づいて前記複素数値の逆正接を決定する手段。
  42. 更に下記を備える請求項41記載の装置:
    前記複素数値を取得するために入力サンプルに対して相関を実行する手段;および、
    前記複素数値の前記逆正接に基づいて周波数の誤差の推定値を導出する手段。
  43. 下記を備える装置:
    入力サンプルに関する周波数の誤差の推定値を取得し、前記入力サンプルを生成するために使用される少なくとも1つの回路ブロックの変更に起因する位相調整を取得し、前記周波数の誤差の推定値および前記位相調整に基づいて各入力サンプルに関する位相値を決定し、各入力サンプルを前記入力サンプルに対する前記位相値だけ回転するように構成された少なくとも1つのプロセッサ;および、
    前記少なくとも1つのプロセッサに結合されたメモリ。
  44. 前記少なくとも1つのプロセッサは、各サンプル期間中に前記周波数の誤差の推定値を累積し、前記少なくとも1つの回路ブロックの前記変更が行われたときに前記位相調整を1回累積するように構成されている請求項43に記載の装置。
  45. 前記位相調整は、前記少なくとも1つの回路ブロックに関する利得設定の変更に起因する請求項43に記載の装置。
  46. 下記を備える方法:
    入力サンプルに対する周波数の誤差の推定値を取得すること;
    前記入力サンプルを生成するために使用される少なくとも1つの回路ブロックの変更に起因する位相調整を取得すること;
    前記周波数の誤差の推定値および前記位相調整に基づいて各入力サンプルに関する位相値を決定すること;および、
    各入力サンプルを前記入力サンプルに関する前記位相値だけ回転すること。
  47. 前記の各入力サンプルに関する位相値を決定することが下記を備える請求項46記載の方法、
    各サンプル期間中に前記周波数の誤差の推定値を累積すること;および、
    前記少なくとも1つの回路ブロックの前記変更が行われたときに前記位相調整を1回累積すること。
  48. 下記を備える装置:
    入力サンプルに関する周波数の誤差の推定値を取得する手段と、
    前記入力サンプルを生成するために使用される少なくとも1つの回路ブロックの変更に起因する位相調整を取得する手段;
    前記周波数の誤差の推定値および前記位相調整に基づいて各入力サンプルに関する位相値を決定する手段;および、
    各入力サンプルを前記入力サンプルに関する前記位相値だけ回転する手段。
  49. 前記各入力サンプルに関する位相値を決定する手段が下記を備える請求項48記載の装置:
    各サンプル期間中に前記周波数の誤差の推定値を累積する手段;および、
    前記少なくとも1つの回路ブロックの前記変更が行われたときに前記位相調整を1回累積する手段。
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