JP2009225076A - 周波数ずれ検出装置及びそれを用いたデジタル変調信号解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分解能をあげることにより、搬送波の周波数ずれをより精度よく図る技術を提供する。
【解決手段】記憶手段４にＯＦＤＭの搬送波を復調して得られた時系列的に記憶された復調データから、検出手段５が既知信号を検出する。データ抽出手段７は復調データから時間軸上の１シンボルデータのデータ個数Ｎを抽出する。分解能設定手段８はデータ数Ｎに（２^ｋ−１）×Ｎ個の「０」データを追加する。ＦＦＴ演算手段９は復調データについて時間軸上の２^ｋ×Ｎ個のポイントについてのＦＦＴ演算を行う。相関演算手段１０は、周波数軸上で、検出された既知信号のＦＦＴ演算結果と復調データについてのＦＦＴ演算結果との相関値を求める。最大値抽出手段１１は相関値が最大値となる周波数ポイントを基に前記周波数ずれを求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）から提案されている無線デジタル通信システムにおいて、所定の伝送フォーマットで構成されるフレーム列を含む変調データで変調された搬送波を受けて、その搬送波の周波数ずれを検出する周波数ずれ検出装置及びそれを用いたデジタル変調信号解析装置に関する。特に、直交周波数分割多重通信システム、言い換えればＯＦＤＭ技術（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を使った通信システムにおいて、受けた搬送波の周波数ずれを検出すると共に、それを使った変調信号解析装置に関する。

例えば、３．９世代のシステムは、３．９ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）とも呼ばれ、直交周波数分割多重（以下、「ＯＦＤＭ」と言う。）技術を使って１００Ｍｂｐｓの通信速度での通信を実現する計画が進行している。そして、このようなシステムで使用されるデバイス、ＲＦモジュール等の評価を行うために実現のための変調信号解析が要求されている。

デジタル信号における変調信号解析には、変調信号の品質の評価、或いは上記のようにデバイス等を経由した変調信号を解析することによりデバイス等を評価するのに用いられる。変調信号を解析する技術としては、変調信号の特徴的性質の変化を評価する技術（特許文献１を参照）、及び理想的な信号との対比で評価する（特許文献２、３、４）等の技術がある。

ＯＦＤＭ技術では、送信側において、ベースバンド相当のデータを周波数軸上にマッピングしてデータ個数ＮでＩＦＦＴ（逆ＦＦＴ）演算を行って、時間軸上にＮ個のデータを作成する。そして、Ｎ個のデータ個数のうち時間軸上の先端（未来方向）のｎ個の一部データと同じデータを、時間軸上の後端（過去方向）に付け加えて、これをＧＩ（ガードインターバル。システムによって呼称が異なることがある。）とし、このＧＩを含めて１シンボル（１シンボルのデータ個数はＮ＋ｎ個）とするデータを生成して搬送波を変調して送信する。図６（Ａ）にシンボル単位のデータ構成を示す。

そして、受信側では、送信側と同じサンプリングレートで受信したＧＩのデータとＮ個離れたデータとをｎ個区間で相関演算する。そして、その相関強度が最大となる時刻の復調データの位置を認識し、ＦＦＴ演算することで変調データと同じ復調データを取得することができる。

ところが、受け側で復調データを取り出す迄に、搬送波相当の周波数のずれ（以下、「周波数ずれ」と言う。）を生ずることがある。この周波数ずれが存在する場合は、復調の十分な性能が得られないので、周波数補正をする必要がある。復調にあたっては離散的な特定のデータ個数で演算を行うＦＦＴ演算が利用されるので、搬送波の周波数にずれが無い場合は、ＦＦＴ演算したデータポイント（上記データ個数の各データについて、時間又は周波数の位置を特に言うときは「データポイント」「ポイント」、特に周波数位置だけのときは「周波数ポイント」ということがある。）に、忠実に復調された変調データが再現されるが、周波数ずれがある場合は、ＦＦＴ演算したデータポイントから復調データが周波数ずれ相当分ずれることになり、正確な変調データは得られない。つまり、大きな誤差を生ずることになる。

このような周波数ずれのなかでも、ずれの範囲がＦＦＴのデータポイント間（サブキャリア間）にある場合は、図６（Ｂ）（Ｃ）に示すように、上記ＧＩのデータとＮ個離れた一部データとの相関強度Ｉ_ｈの複素成分（位相成分ΔΦ_ｈ）の時間変化を求めて、これを基に周波数ずれを補正していた。一方、ずれの範囲がＦＦＴのデータポイント間以上である場合は、送信されるデータフレームに含まれる既知信号（例えば、Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）のデータ（ＦＦＴの固定のデータポイントに存在する）により補正することを行っていた。

３ＧＰＰＴＳ３６．２１１ＶＯ８．０．０（２００７−０９） Ｔｈｉｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ；Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ；Ｅｖｏｌｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ（Ｅ−ＵＴＲＡ）；Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ （Ｒｅｌｅａｓｅ ８） 特開２００５−２１７９６３号公報 特開平１１−１９６０２４号公報 特開２００７−５３４９４号公報 特開２００４−９６２６４号公報

上記のような従来技術においても、次のような問題がある。つまり、３．９ＬＴＥシステムでは、変調に用いられる周波数帯域（以下、「帯域」と言うことがある。）が変更し、それに応じて送信可能なデータ個数が変化する。例えば、図７（Ａ）にその周波数帯域とデータ個数との関係を示す。このように、狭い帯域の場合は、ＧＩのデータ個数ｎが極端に少なくなるので、十分な相関強度が得られない。また、データ個数が少ない分、データポイント間の離散的な間隔があき、分解能が悪くなるので、周波数ずれそのものを正確に認識できない。このことを図７（Ｂ）を用いて説明する。図７（Ｂ）のｓｉｎｘ／ｘの特性は、ＯＦＤＭ通信システムにおけるＦＦＴ処理においては、特に窓（関数）をかけないので、方形窓を使用した扱いとなるので、ＦＦＴの各ポイントにおけるデータ（周波数領域ではスペクトラム）の振る舞いは、ｓｉｎｘ／ｘと同じ動きとなるのでその特性を（但し、ＦＦＴ演算上は離散的なスペクトラムとなるが、図ではその包絡線を結んだものを示す。）。周波数ずれΔｆがあると、その分だけ周波数軸方向にずれた波形となる。したがって、理想的にはｓｉｎｘ／ｘのセンターの周波数ポイント位置（周波数位置）を検出できれば、周波数ずれを検出できることになる。しかしながら、データ個数（データポイント）が少なくなると、相関強度がとれない上に、図７（Ｂ）の矢印の実線で示すように、周波数ポイントがまばらなポイントになるため（つまり、分解能が悪い）、波形のセンター（図７（Ｂ）の点線の矢印）を検出することが困難になる。

本発明の目的は、分解能をあげることにより、搬送波の周波数ずれをより精度よく測定できる技術を提供することである。

その目的を達成するためには、（１）データの分解能を上げること、（２）分解能を上げたデータの周波数軸から基準データの周波数位置を相関により検出することとした。以下、その（１）（２）についての着眼点を説明する。

（１）分解能を上げるには、ＦＦＴ演算処理においては、データ個数を上げれば分解能があがるので、データ通信システムのデータ個数（復調したときは、復調データの個数）に拘わらず、復調データの個数に疑似データとして空のデータ、つまり「０」のデータを追加して分解能を上げる構成とする。例えば、時間τでＮ個データを処理すると、周波数領域でのデータポイント間の間隔、つまり分解能δＦ＝１／τであるが、例えば、「０」データの個数を３Ｎ個追加して全体のデータ個数を４Ｎにすれば、分解能δＦ＝１／４τとすることができる。この場合、処理時間も追加データの個数に比例して長くなるので、一旦、メモリに復調データを取り込み、その後に、例えば、データを解析しようとする本来の信号の流れとは別枠で、復調データを取り込んで周波数ずれを検出することとした。
（２）上記（１）で分解能をあげた復調データの中の既知の信号（データ）の位置（周波数ポイント）と、分解能を上げる前の既知信号の位置（周波数ポイント）のずれを、周波数領域で相関により求めることとした。ＯＦＤＭ通信システムの変調のデータフォーマットから既知のデータを用いて相関をとることとした。

既知の信号（データ）については、ここで、ＯＦＤＭ通信システムの変調のデータフォーマットを基に、以下に説明する。一般には、無線通信システムにおいて、ダウンリンク（Ｄｏｗｎ Ｌｉｎｋ：基地局から無線端末向けの信号経路）やアップリンク（Ｕｐ Ｋｉｎｋ：無線端末側から基地局向けの信号経路）を形成して通信を行う際に、送信タイミングを合わせることが必要になる。その送信タイミングをあわせるための、他の経路やチャンネルは用意されていないから、受信した無線信号を復調して送信タイミングを自ら推定している。３．９ＬＴＥシステムのフレームのデータフォーマットにもそのような送信タイミングをみつけるための同期用信号が含まれている。

３．９ＬＴＥシステムの変調信号に用いられるフレームのデータフォーマットを図５に示す。図５（Ａ）は、１フレームを構成するサブフレームの配置を示す。１フレームの横方向が時間軸でもあり、その時間軸方向にこの例では１０個のサブフレームが配置されている。図５（Ｂ）に示すように１サブフレームは７つのシンボルから成る１つのスロットが２つ含まれている。図５（Ａ）の縦軸はブロックを特定する番号である。サブフレームの０から４番目までの前半の中の１つ、図５（Ａ）ではＲＢ番号「０」−サブフレーム番号「０」に、及び、サブフレームの５から９番目までの後半の中の１つ、図５（Ａ）ではＲＢ番号「０」−サブフレーム番号「５」に、それぞれ同期用信号（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ）が含まれている。

さらに、そのＲＢ番号「０」−サブフレーム番号「０」の詳細データ構造を示すのが図５（Ｂ）である。図５（Ｂ）の例によれば、サブフレームは、時間軸方向に１４個の列に、かつ縦軸のサブキャリア周波数軸の一部の所定のサブキャリア周波数範囲（図５（Ｂ）の斜線部分）に同期信号が配列されたシンボルデータで構成されている。図５（Ｃ）はそれらを部分的に拡大した図である。その図５（Ｃ）のシンボルデータ中のシンボル番号「５」と「６」には、同期用信号（以下、「前半の同期信号」と言う。）が含まれている。サブフレーム番号５のサブフレームのシンボル番号「５」と「６」（１フレーム中を通し番号で表現すると「７５」と「７６」）にも同様に同期信号（以下、「後半の同期信号」と言う。）が含まれている。そして、前半の同期信号の情報内容と後半の同期信号の情報内容とは、双方とも全く同一である。しかし、その他のサブフレーム番号のサブフレームには、この同期用信号が無い。同期用信号には、第１同期信号Ｐ−ＳＳ（Ｐｒｉｍａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ）と第２同期信号Ｓ−ＳＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｉｇｎａｌ）とが含まれている。運用されるであろう３．９ＬＴＥでは、ダウンリンク側にある無線端末が、第１同期信号Ｐ−ＳＳにより基地局の送信タイミングを知ることができ、第２同期信号Ｓ−ＳＳにより同期を確定するために用いるものと考えられる。

また、図５（Ｃ）のサブフレームには、■印で示される基準信号ＲＳが点在して、つまり周波数軸・時間軸ともに隣り合う基準信号とは間欠的な位置に配置されている。基準信号ＲＳは、無線端末側の受信装置が復調する際の基準信号として使用されるもので、パイロットチャンネル信号に相当する。基準信号ＲＳは、１フレーム周期の信号とされている。

上記のように、既知の信号（データ）としては、第１同期信号Ｐ−ＳＳ、第２同期信号Ｓ−ＳＳ及び基準信号ＲＳを利用することができる。中でも、本発明には、他のデータと混交することの少ない第１同期信号Ｐ−ＳＳが有利である。

本発明の目的を達成するため、請求項1の発明は、直交周波数分割多重による変調信号の１フレームが、既知信号を含む複数Ｍ個のサブキャリアでなるシンボルで構成されており、このような変調信号で変調された搬送波を受けて該搬送波の周波数ずれを検出する周波数ずれ検出装置であって、
前記搬送波を復調して得られた復調データを時系列的に記憶する記憶手段（４）と、
該復調データから前記既知信号を検出する検出手段（５）と、
該復調データから時間軸上の１シンボルデータのデータ個数を抽出するデータ抽出手段（７）と、
抽出されたデータ個数に疑似データを追加する分解能設定手段（８）と、
前記復調データについて、前記データ個数に追加の前記疑似データ個数との和に該当する時間軸上のポイント数についてのＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段（９）と、
周波数軸上で、前記検出された既知信号と、該ＦＦＴ演算による演算結果との相関値を求める相関演算手段（１０）と、
前記相関値が最大値となる周波数軸上のポイントを基に前記周波数ずれを求める最大値抽出手段（１１）と、を備え、
前記分解能設定手段による追加の前記疑似データ個数に応じた分解能で、周波数ずれを求める構成とした。

請求項２に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記最大値抽出手段は、前記相関演算手段が出力する前記周波数軸上でのポイントでの相関値を基に、最大値となる周波数軸上の位置を補間により求める補間手段（１２）を備え、前記疑似データの追加数に応じた分解能より細かい分解能で周波数ずれを求める構成とした。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記記憶手段と前記検出手段との間に、前記既知信号が有するサブキャリア周波数を選択し、他の周波数成分を除去するフィルター（１４）を備えた。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜４に記載のいずれかの発明において、前記疑似データは、値が０である「０」データであって、前記データ抽出手段７が抽出するデータ個数をＮとしたとき、分解能設定手段８はデータ数Ｎに（２^ｋ−１）×Ｎ個（ｋ≧２）の「０」データを追加し、前記第１のＦＦＴ演算手段９は時間軸上の２^ｋ×Ｎ個のポイント数についてのＦＦＴ演算を行う構成とした。

請求項５に記載の発明は、直交周波数分割多重による変調信号の１フレームが、既知信号を含む複数Ｍ個のサブキャリアでなるシンボルで構成されており、このような変調信号で変調された搬送波を受けて復調してデジタルの復調データを出力する受信部（１００）と、該復調データの前記シンボルを解析する解析部（４００）とを有するデジタル変調信号解析装置であって、
前記搬送波を復調して得られた復調データを時系列的に記憶する記憶手段（４）と、
該復調データから前記既知信号を検出する検出手段（５）と、
該復調データから時間軸上の１シンボルデータのデータ個数を抽出するデータ抽出手段（７）と、
抽出されたデータ個数に疑似データを追加する分解能設定手段（８）と、
前記復調データについて、前記データ個数に追加の前記疑似データ個数との和に該当する時間軸上のポイント数についてのＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段（９）と、
周波数軸上で、前記検出された既知信号と、該ＦＦＴ演算による演算結果との相関値を求める相関演算手段（１０）と、
前記相関値が最大値となる周波数軸上のポイントを基に前記周波数ずれを求める最大値抽出手段（１１）と、を備え、
前記解析部は、前記求めた周波数ずれで周波数補正されたシンボルを解析する構成とした。

請求項１、４又は５に記載の本発明によれば、復調データにデータを追加することで、ＦＦＴ演算のデータ個数を増すことができるので、通信システム上の復調データの個数に拘わることなく、分解能を上げてより精度良く周波数ずれを検出することができる。請求項２に記載の発明によれば、補間することにより、精度良く周波数ずれを検出できる。一方、データ個数増加による分解能のアップと補間とを適切に行うことにより、分解能の増加だけによる精度アップに加え、処理時間の増加を軽減した精度向上も図れる。請求項３に記載の発明によれば、既知データを周波数制限して選択できるので、Ｓ／Ｎが良くなり実質的に相関強度を上げることができるので、周波数ずれの検出精度があがる。

本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るデジタル変調信号解析装置についての実施形態の機能構成を示す図である。図１は、周波数ずれ検出部（装置）の機能構成も含む。図２は、ＦＦＴ演算の領域を説明するための図である。図３は、データ個数の追加と分解能を説明するための図である。図４は、相関の求め方を説明するための図である。図５は、変調データのデータフォーマットを説明するための図である。この図については、既に説明してある。

図１の受信部１００は、周波数変換手段１、Ａ／Ｄ変換手段２、及び直交復調手段３で構成される。この受信部１００は、例えば、無線システムとして３．９ＬＴＥシステムの基地局（不図示）から、直交周波数分割多重による変調信号で変調された搬送波が送られてくる。図５に係るデータフォーマットのフレームを有する変調信号で変調された搬送波でなる無線信号を受けて、周波数変換手段１により無線信号の周波数を中間周波数の信号に変換する。Ａ／Ｄ変換手段２は中間周波数の信号をデジタルデータに変換する。そして、直交復調手段３は、ＩとＱの互い直交するデータに分離して、復調する。そして、デジタルの復調データを受信の時間経過（受信タイミング）に対応させて記憶手段４に記憶させる。

復調データは、いわば変調信号と同様のフレームのデータフォーマットであり、そのフォーマットの時間位置の順に記憶されるが、フレームは次から次と到来して記憶される。実際にはＩ，Ｑの各データ毎に記憶されるが、以下この発明では、纏めて復調データと言う。この最初に記憶された復調データそのままでは、時間連続して送られてくるので伝送フレームの先頭位置が特定されないまま時間順に記憶されるが、次に説明するフレーム先頭位置検出手段２００により、復調データの中のフレームの先頭位置を検出して、例えば、その先頭位置にフラグを立てるなどして、特定できるようにされて記憶されている。したがって、やはり後記するデータ抽出手段７，既知信号検出手段５、或いは解析部４００が記憶手段４から復調データを読み出すときは、そのフレームの先頭位置を参照して読み出せる。

フレーム先頭位置検出手段２００は、フレームの位置を確定する。いわば同期手段である。例えば、上記「発明が解決しようとする課題」で説明した既知のデータフォーマットを利用して、次の（ａ）〜（ｃ）の処理をして、フレーム位置を確定する。そして、例えば、先頭位置を示すフラッグを該当する時間位置のデータを記憶したアドレスに参照可能に付加して記憶させておく。（ａ）同期信号Ｐ−ＳＳの既知の波形パターンを予め記憶しておいて、復調データと時間領域で相関をとって、前半の同期信号Ｐ−ＳＳと後半の同期信号Ｐ−ＳＳの時間位置を特定する。次に（ｂ）例えば、前半の同期信号（後半の同期信号でも良いし、それら双方でも良い。）の近傍にある基準信号の既知である波形パターンを記憶しておいて、その基準信号の波形パターンと復調データとの相関をとってその基準信号の時間位置を決定する。（ｃ）２つの同期信号Ｐ−ＳＳの時間位置のうち基準信号の時間位置に近い方の同期信号Ｐ−ＳＳの位置を前半のＰ−ＳＳと決定し、それから既知シンボル番号数（５個）だけ遡った位置がフレームの先頭位置と確定することができる。

データ抽出手段７は、記憶手段４からフレーム位置を確認して時間軸上の配列されている１シンボルデータのデータ個数Ｎ（サブキャリア数Ｍより大きい）を抽出（カウント）する。そして、そのデータ個数Ｎを、表示制御部５００を介して表示部６００へ表示させる。

分解能設定手段８は、表示部６００に表示されたデータ個数Ｎを見た操作者が操作部７００により指定してきた（２^ｋ−１）×Ｎ個（ｋ≧２）を受けて、記憶手段４から読み出した復調データについて、その元々のデータ個数Ｎに対して１シンボル当たり（２^ｋ―１）×Ｎ個であって、値が「０」の「０」データを疑似データとして追加する。したがって、１シンボル当たり全数のデータ個数が２^ｋ×Ｎ個になる。

分解能設定手段８がデータ個数を追加する際の対象とする復調データの範囲（時間領域）は、後記する相関演算手段１０が、データ個数が追加された復調データと既知の同期信号Ｐ−ＳＳとを周波数領域で相関をとり、その相関強度のピーク点をサーチできる範囲である。したがって、図５（Ａ）からして番号「０」又は「５」のサブフレーム分をデータ個数追加範囲とすれば足りる。

なお、データ個数の追加については、操作者が、１シンボル当たりの全データ数２^ｋ×Ｎを指定するようにしても良いし、倍率２^ｋだけを指定するにしても良い。また、操作者からの指定ではなく、復調データの１シンボルのデータ個数Ｎの変化（例、図７（Ａ））に対する追加データ個数を示す対応表を予め記憶しておいて、データ抽出手段７が抽出したデータ個数Ｎを基に、分解能設定手段８が、その対応表を参照して該当する追加データ個数読み出して、自動的にデータ個数を追加する構成にしても良い。

分解能設定手段８がデータ個数を追加したときのデータ個数及び時間関係を示したのが図３（Ａ）である。図３（Ａ）はｋ＝２の場合であって、元々のデータ個数Ｎに３Ｎ個の「０」データを追加し、それにより元々のデータ周期τが追加することにより４τになることを示す。なお、実際の追加の仕方は、元々のデータ１個あたり（２^ｋ−１）＝３個の「０」データを追加する。

第１のＦＦＴ演算手段９は、時間領域で「０」データが追加された復調データについてＦＦＴ演算して周波数領域データに変換する。このとき、第１のＦＦＴ演算手段９は、追加された時間領域のデータ個数２^ｋ×Ｎに対応する、周波数領域のデータポイント数２^ｋ×Ｎについて演算を行う。そして、データ追加前の元々のデータ間に（２^ｋ―１）個を追加した周波数領域のデータ個数を取得する。なお、時間領域で例えば、４Ｎ個の時間領域データについてＦＦＴ演算を行ったとき、周波数領域で４Ｎ個のデータを取得できる。結果として、ＦＦＴ演算後は、４倍の分解能の周波数領域のデータが取得される。なお、時間領域で３Ｎ個の「０」データを追加することによりＦＦＴ演算後は、周波数領域でも３Ｎ個分のデータは「０」になるということではない。

ＦＦＴ演算後の周波数領域でのデータポイントを図で示したのが図３（Ｂ）である。図では周波数ポイントだけ示しており、その周波数ポイントにおける値（周波数成分の大きさ：スペクトラム値）そのものを示すものではない。図３（Ｂ）は、ｋ＝２の場合の例で、元々のデータ（図で丸印の位置）１個あたり（２^ｋ−１）＝３個のデータ（図で星印の位置）が追加で得ている。従って、周波数領域でのデータポイント間の間隔δＦａ＝１／４τであり、追加前のデータポイント間の間隔δＦｂ＝１／τ（例えば図３（Ｃ））に比べ分解能が４倍に改善される。そして、第１のＦＦＴ演算手段９により周波数軸上の２^ｋ×Ｎ個のポイントで求められた復調データの周波数領域のデータは、相関演算手段１０へ送られる。

さらに、ＦＦＴ演算についてデータ個数Ｎとサブキャリア周波数（図５（Ｃ）を参照）との関係について、図２を基に説明する。例えば、１シンボル当たりの時間領域でＮ個のデータ（Ｎ個分の時間τとする）を第１のＦＦＴ演算手段９で演算すると周波数領域でＮ個のデータとして取得される。言い換えると周波数間隔が１／τの周波数軸上にＮ個の周波数ポイントのデータとして示される。そして、データ個数Ｎ＝サブキャリアの数Ｍであれば、第１のＦＦＴ演算手段９は、周波数軸上のサブキャリアの各周波数成分を算出している。つまり、図３（Ｃ）の周波数ポイントは個々のサブキャリアの周波数を示す。なお、図２の上段の図に示すように、現実的には未使用部分があり、Ｎ個全てのサブキャリアが有効に使用されているとは限らないので、Ｍ個を実質使用している実効的なサブキャリアの数とすれば、Ｍ≦Ｎで示される。

既知信号検出手段５（請求項の「検出手段」に該当する。）は、上記説明のようにフレーム中に同期信号Ｐ−ＳＳや基準信号等の既知信号を含むシンボルがフレームの既知の時間位置にあるので、例えば、既知信号として同期信号Ｐ―ＳＳを記憶手段４の復調データの中から求める。

第２のＦＦＴ演算手段６は、既知信号検出手段５で検出された既知信号としての同期信号Ｐ−ＳＳをＦＦＴ演算してその周波数領域でのデータを求め、これを相関演算手段１０へ送る。このとき求めた周波数領域のデータポイント数は、元々のＮ個（分解能δＦｂ＝１／τ）である（図３（Ｃ）を参照）。

相関演算手段１０は、第１のＦＦＴ演算手段９が出力するデータ個数が追加された復調データと、第２のＦＦＴ演算手段６が出力する既知の同期信号Ｐ−ＳＳの周波数領域のデータとを受けて、それらの相関強度を求める。そのさい、いずれか一方のデータの周波数ポイントをスライドさせながら（ずらしながら）、相関をとって、そのスライド位置（ずらした位置）と相関強度との関係を示すデータを取得する。

相関演算の態様を図４で説明する。図４は、元の復調データの１シンボル当たりＮ個に対してデータ個数３Ｎ個を追加した場合（ｋ＝２）の例である。図４（Ａ）は、周波数軸上に表された第１のＦＦＴ演算手段９から出力されたデータであり、上記したようにデータ追加前の周波数ポイントにくらべ分解能が４倍になっている。また、元々の周波数間隔（図で丸印のデータ間隔）は、元々の周波数分解能であり、かつサブキャリアの周波数間隔に該当する。）。

図４（Ｂ）は、第２のＦＦＴ演算手段６が出力する、既知信号である同期信号Ｐ−ＳＳの周波数領域のデータを示すとともに、演算を行う毎にデータの周波数位置をスライドさせていることを示す。図４（Ｂ）では、演算１から演算５まで５回、周波数軸上を１ポイントづつスライドさせて相関を求めることを示している。周波数軸をスライドさせている範囲（ポイント範囲、或いは周波数範囲）は、いわば相関強度のピークをサーチする範囲（以下、「サーチ範囲」と言うことがある。）でもある。図４では、元々のデータ（データ追加前の復調データ）の周波数位置を基準に−２，−１，０，１，２の５回ずらしているが、元々の周波数位置を基準にして、周波数ポイントで表現すると、サーチ範囲は０±２^ｋ／２（例では、ｋ＝２）ポイント（データを追加後のポイント単位）であり、サブキャリア周波数で言えば、元々の復調データのサブキャリア周波数間隔がδＦｂであれば、０±δＦｂ／２（ただしδＦｂ＝１／τ）の周波数範囲である。これは、実際には、周波数ずれが周波数軸上で元々の周波数ポイント間の範囲内であろう、或いは±δＦｂ／２の周波数範囲内であろうと言うことで設定されている。

なお、このサーチ範囲については、図２について上記したように、未使用のサブキャリア周波数が存在する場合には、それを除いた有効なサブキャリアの周波数範囲だけサーチすることとしても良い。

相関演算手段１０による演算結果の例を図４（Ｃ）に実線で示す。図４（Ｃ）の座標軸で、縦軸は、相関演算毎に周波数ポイントをスライドさせた相対位置（元々の復調データの周波数ポイント位置を基準）、横軸は相関強度を示す。この座標に相関演算手段１０が求めた相関強度がプロットされている。

最大値抽出手段１１は、相関演算手段１０から、周波数軸上のスライド位置と対応する相関強度を受けて、相関強度が最大となるスライド位置を決定し、そのスライド位置分だけを周波数ずれとして検出する。図４（Ｃ）の実線で言えば、相関強度がスライド位置＋１で最大値であるから、周波数ずれとしてΔｆ＝＋１ポイント（元々の復調データの周波数ずれが、データ追加による新たな分解能で＋１ポイントであることを示す。）を検出する。周波数で言えば、Δｆ＝＋δＦｂ／４＝＋δＦａである。

なお、上記の分解能設定手段８では、追加すべきデータ個数は周波数領域での十分な分解能にするために設定しているが、それでも不足で、図４（Ｃ）の点線で示すように相関強度の最大値が周波数ポイント間に入ることがある。この場合、ポイント間の相関強度を結んだ包絡線は、通常、連続した曲線で得られることから、最大値抽出手段１１には、最大値を間に挟んだと認められるポイントのデータ等を用いて、三点法、或いは最小自乗法等により曲線を推定してそのピーク点を求めることによりピーク点を補間する補間機能を有する補間手段１２を持たせても良い。なお、追加するデータ個数を多くして分解能をあげると、上記のように演算時間が大になるので、補間機能と追加データ個数との兼ね合いをとって適切な時間で処理できるようにすることもできる。

なお、第２のＦＦＴ演算手段６の演算結果、強いては相関演算手段１０の演算結果のＳ／Ｎを改善するために、図１で、記憶手段４と既知信号検出手段５との間に、既知信号が含まれる周波数成分だけを通過させるバンドパスフィルター又はローパスフィルターを入れて、他の周波数成分を除去することもできる。これは、既知信号として同期信号を用いた場合は、図５（Ｂ）に示すように復調データから同期信号のサブキャリア周波数成分だけを選択することができるためである。こうすることにより、既知信号のＳ／Ｎを改善し、結果として相関演算手段１０の相関強度を高めることができ、周波数ずれの精度改善に効果的である。

上記説明の記憶手段４に記憶された復調データから。周波数ずれを求めるまでの経過を整理すると、次のように言える。
記憶手段４が前記搬送波を復調して得られた復調データを時系列的に記憶する。
既知信号検出手段５がその復調データから既知信号を検出する。
データ抽出手段７がその復調データから時間軸上の１シンボルデータのデータ個数Ｎ（≧Ｍ）を抽出する。
分解能設定手段８が抽出されたデータ数Ｎに（２^ｋ−１）×Ｎ個（ｋ≧２）の「０」データを追加する。
第１のＦＦＴ演算手段９が、その復調データについて時間軸上の２^ｋ×Ｎ個のポイント数についてのＦＦＴ演算を行う。
相関演算手段１０が周波数軸上で、検出された既知信号と、ＦＦＴ演算による演算結果との相関値を求める。
最大値抽出手段１１が相関値が最大値となる周波数軸上のポイントを基に周波数ずれを求める。結果として、分解能設定手段による「０」データの追加数に応じた分解能で、周波数ずれを求めることができる。

周波数補正部１３は、最大値抽出手段１１が検出した周波数ずれを受けて、復調データの周波数成分をずらして、解析部４００へ送る。上記例（図４（Ｃ）の例）では、復調データの周波数ずれがΔｆ＝δＦｂ／４であるから、復調データをＦＦＴ演算して周波数領域でマイナス方向へΔｆ＝δＦｂ／４だけずらす処理をする。

解析部４００は、周波数補正された復調データから、記憶手段４から特定されたフレームの先頭の時間位置を基準として読み出した、解析対象のシンボルデータ等の復調データであって、周波数補正された復調データを解析する。例えば、シンボルデータを理想的なシンボルデータと比較して評価するデータ読み出して、例えば、パイロットキャリア信号の位相変化を解析する。或いは、シンボルデータを理想的なデータとベクトル的に比較して評価する。

表示制御部５００は、解析部４００が解析した結果を所望フォーマットで表示する。例えば、シンボルデータのベクトルの動きを表示部６００の管面のＩ−Ｑ座標上に表示する。表示制御部５００は、その他、操作の案内等を行う。

上記構成において、周波数ずれ検出部３００は、記憶手段４を構成するメモリ、及び上記説明したその他の機能構成（ブロック）を表したプログラムを記憶するメモリ及びそのプログラムを実行するＣＰＵで構成することができる。特に第１のＦＦＴ演算手段９、第２のＦＦＴ演算手段、相関演算手段、及びフィルター１４等を実行するにあたっては、高速演算処理を行うＤＳＰによる構成が望ましい。さらに、第１のＦＦＴ演算手段９と第２のＦＦＴ演算手段は、同一手段でタイムシェアリングで切り替えて使用しても良い。

本発明によれば、上記のように、周波数ずれを検出して補正できることから、変調信号解析においても、正確な周波数に基づいた解析が可能である。

本発明の実施形態の機能構成を示す図である。 ＦＦＴ演算の領域を説明するための図である。 データ個数の追加と分解能を説明するための図である。 相関の求め方を説明するための図である。 従来の技術を説明するための図である。 変調データのデータフォーマットを説明するための図である。 従来技術の問題点を説明するための図である

符号の説明

１ 周波数変換手段、 ２ Ａ／Ｄ変換手段、 ３ 直交復調手段、 ４ 記憶手段、
５ 既知信号検出手段、 ６ 第２のＦＦＴ演算手段、 ７ データ抽出手段、
８ 分解能設定手段、 ９ 第１のＦＦＴ演算手段、 １０ 相関演算手段、
１１ 最大値抽出手段、１３ 周波数補正部、 １４ フィルター、
１００ 受信部、 ２００ フレーム先頭位置検出手段、
３００ 周波数ずれ検出部、４００ 解析部、 ５００ 表示制御部、
６００ 表示部、 ７００ 操作部

Claims (5)

1. 直交周波数分割多重による変調信号の１フレームが、既知信号を含む複数Ｍ個のサブキャリアでなるシンボルで構成されており、このような変調信号で変調された搬送波を受けて該搬送波の周波数ずれを検出する周波数ずれ検出装置であって、
   前記搬送波を復調して得られた復調データを時系列的に記憶する記憶手段（４）と、
   該復調データから前記既知信号を検出する検出手段（５）と、
   該復調データから時間軸上の１シンボルデータのデータ個数を抽出するデータ抽出手段（７）と、
   抽出されたデータ個数に疑似データを追加する分解能設定手段（８）と、
   前記復調データについて、前記データ個数に追加の前記疑似データ個数との和に該当する時間軸上のポイント数についてのＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段（９）と、
   周波数軸上で、前記検出された既知信号と、該ＦＦＴ演算による演算結果との相関値を求める相関演算手段（１０）と、
   前記相関値が最大値となる周波数軸上のポイントを基に前記周波数ずれを求める最大値抽出手段（１１）と、を備え、
   前記分解能設定手段による追加の前記疑似データ個数に応じた分解能で、周波数ずれを求めることを特徴とする周波数ずれ検出装置。
2. 前記最大値抽出手段は、前記相関演算手段が出力する前記周波数軸上でのポイントでの相関値を基に、最大値となる周波数軸上の位置を補間により求める補間手段（１２）を備え、前記疑似データの追加数に応じた分解能より細かい分解能で周波数ずれを求めることを特徴とする請求項１に記載の周波数ずれ検出装置。
3. 前記記憶手段と前記検出手段との間に、前記既知信号が有するサブキャリア周波数を選択し、他の周波数成分を除去するフィルター（１４）を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の周波数ずれ検出装置。
4. 前疑似データは、値が０である「０」データであって、前記データ抽出手段７が抽出するデータ個数をＮとしたとき、分解能設定手段８はデータ数Ｎに（２^ｋ−１）×Ｎ個（ｋ≧２）の「０」データを追加し、前記第１のＦＦＴ演算手段９は時間軸上の２^ｋ×Ｎ個のポイント数についてのＦＦＴ演算を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つの周波数ずれ検出装置。
5. 直交周波数分割多重による変調信号の１フレームが、既知信号を含む複数Ｍ個のサブキャリアでなるシンボルで構成されており、このような変調信号で変調された搬送波を受けて復調してデジタルの復調データを出力する受信部（１００）と、該復調データの前記シンボルを解析する解析部（４００）とを有するデジタル変調信号解析装置であって、
   前記搬送波を復調して得られた復調データを時系列的に記憶する記憶手段（４）と、
   該復調データから前記既知信号を検出する検出手段（５）と、
   該復調データから時間軸上の１シンボルデータのデータ個数を抽出するデータ抽出手段（７）と、
   抽出されたデータ個数に疑似データを追加する分解能設定手段（８）と、
   前記復調データについて、前記データ個数に追加の前記疑似データ個数との和に該当する時間軸上のポイント数についてのＦＦＴ演算を行うＦＦＴ演算手段（９）と、
   周波数軸上で、前記検出された既知信号と、該ＦＦＴ演算による演算結果との相関値を求める相関演算手段（１０）と、
   前記相関値が最大値となる周波数軸上のポイントを基に前記周波数ずれを求める最大値抽出手段（１１）と、を備え、
   前記解析部は、前記求めた周波数ずれで周波数補正されたシンボルを解析することを特徴とするデジタル変調信号解析装置。