JP2012023512A

JP2012023512A - 受信機及び送信機

Info

Publication number: JP2012023512A
Application number: JP2010159232A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Akaiwa; 芳彦赤岩; Takamasa Kanamori; 飛匡金森
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2030-07-14
Also published as: JP5577904B2

Abstract

【課題】短いプリアンブルで大きな周波数オフセットをも検出することができる受信機を得る。
【解決手段】本発明による受信機は、送信機から送信される同期確立用のプリアンブルを含む信号を受信する受信機であって、当該プリアンブルに含まれ変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンから、当該信号点の回転速度を求める算出部１０１と、当該回転速度を基に周波数オフセットを推定する推定部１０２とを含み、当該周波数オフセットを補正するようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は受信機及び送信機に関し、特に同期確立用のプリアンブルを含む信号を送受信する受信機及び送信機に関する。

ＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）システムにおいては、一般的にデータ部のタイミング同期をとるためデータ部の前にプリアンブルが付加された信号が送信される。受信機は、プリアンブルの検出を行い、シンボルタイミング同期を確立する。

移動体無線通信において、送受信機に搭載される水晶発振器の周波数誤差や送受信端末の移動によるドップラーシフトなどの要因によって、受信波は周波数の変動を受ける。この周波数オフセットの補正は上述したプリアンブルを用いて行われ、プリアンブルにはある程度の長さが必要とされる。

特許文献１には、受信信号と既知のプリアンブルパターンとの相関ピーク値の瞬時位相差を求め、瞬時位相差と時間の関係から、すなわち相関ピーク値の角速度から周波数オフセットを推定することが記載されている。

特開２００７−２２８３３２号公報

特許文献１に記載の技術は、上述したように、周波数オフセットの推定のために相関ピークを求めるようにしている。しかしながら、周波数オフセットが大きい場合には相関ピークが得られないので、検出可能な周波数オフセットは制限される。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、短いプリアンブルで大きな周波数オフセットをも検出することができる受信機及び送信機を提供することにある。

本発明による受信機は、送信機から送信される同期確立用のプリアンブルを含む信号を受信する受信機であって、前記プリアンブルに含まれ変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンから、前記信号点の回転速度を求める算出手段と、前記回転速度を基に周波数オフセットを推定する推定手段とを含み、前記周波数オフセットを補正するようにしたことを特徴とする。

本発明による送信機は、同期確立用のプリアンブルを含む信号を送信する送信機であって、変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンを含む前記プリアンブルを生成する生成手段を含むことを特徴とする。

本発明によれば、短いプリアンブルで大きな周波数オフセットをも検出することができるという効果が得られる。

（ａ）は本発明の原理を説明するための受信機の概略構成を示す図であり、（ｂ）は本発明の原理を説明するための送信機の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態による送信機の構成を示す図である。本発明の実施の形態による受信機の構成を示す図である。図３の周波数オフセット補正及びプリアンブル検出部の構成を示す図である。図２のプリアンブル生成部により生成されるプリアンブルパターンの例を示す図である。（ａ）は図５の周波数オフセット検出用パターンを示す図であり、（ｂ）はこの周波数オフセット検出用パターンをＩ成分及びＱ成分に分けて示した図である。図６の周波数オフセット検出用パターンの信号遷移を示すπ／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫのコンスタレーションを示す図である。周波数オフセットに応じて変化する角速度を示す図である。図３の受信機の動作を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態について説明する前に、本発明の理解を助けるために、本発明の原理について図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の原理を説明するための受信機の概略構成を示す図であり、図１（ｂ）は本発明の原理を説明するための送信機の概略構成を示す図である。

図１（ａ）に示した受信機は、送信機から送信される同期確立用のプリアンブルを含む信号を受信する受信機であって、当該プリアンブルに含まれ変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンから、当該信号点の回転速度を求める算出部１０１と、当該回転速度を基に周波数オフセットを推定する推定部１０２とを含み、当該周波数オフセットを補正するようにしている。

図１（ｂ）に示した送信機は、同期確立用のプリアンブルを含む信号を送信する送信機であって、変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンを含む当該プリアンブルを生成する生成部１１１を含む。

このように、周波数オフセットの推定のために受信信号と既知のプリアンブルパターンとの相関ピークを求めるのではなく、受信信号のプリアンブルに含まれる特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンの信号遷移の速度を求めて周波数オフセットを推定するようにしているので、短いプリアンブルで大きな周波数オフセットをも検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図２は本発明の実施の形態による送信機の構成を示す図である。図２において、本発明の実施の形態による送信機は、プリアンブル生成部１と、π／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫ（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調部２と、データ生成部３と、ＱＰＳＫ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｋｅｙｉｎｇ）変調部４と、Ｄ／Ａ変換器５と、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）部６と、アンテナ７とを含む。

プリアンブル生成部１は、周波数オフセット検出用パターンと同期確立用（同期タイミング検出用）パターンとを含むプリアンブルデータを生成する。図５は図２のプリアンブル生成部１により生成されるプリアンブルパターンの例を示す図である。図５に示すように、プリアンブルは、その前半部に周波数オフセット検出用パターンが配置され、後半部に同期確立用パターンが配置されて構成される。

周波数オフセット検出用パターンと同期確立用パターンとの間には、後述する受信機における周波数オフセット補正処理時間を基に予め定められた数シンボルのブランクが設定される。同期確立用パターンは、アナログマッチドフィルタにより相関ピークをとることが可能となる信号列であり、例えばＰＮ（ＰｓｅｕｄｏＮｏｉｓｅ）符号からなる。

図６（ａ）は図５の周波数オフセット検出用パターンを示す図であり、図６（ｂ）はこの周波数オフセット検出用パターンをＩ成分及びＱ成分に分けて示した図である。プリアンブル生成部１により生成された周波数オフセット検出用パターンを含むプリアンブルは、π／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫ変調部２によりπ／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫ方式で変調され、変調された周波数オフセット検出用パターンが図６（ｂ）である。

図７は図６の周波数オフセット検出用パターンの信号遷移を示すπ／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫのコンスタレーションを示す図である。周波数オフセット検出用パターンを図６に示すパターンとすることにより、π／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫの信号遷移は図７に示すように信号点が一定の方向に回転するよう遷移することになる。本発明の実施の形態では、後述する受信機において、この信号遷移の速度（角速度）を求めて周波数オフセットが推定されることになる。

以上説明したように、プリアンブル生成部１により生成される周波数オフセット検出用パターンは、π／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫ方式を用いて変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる。

データ生成部３は、ユーザデータを生成する。ＱＰＳＫ変調部４は、データ生成部３により生成されたデータをＱＰＳＫ方式を用いて変調する。Ｄ／Ａ変換器５は、π／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫ変調部２からのプリアンブルと後続のＱＰＳＫ変調部４からのデータとからなる送信信号をアナログ信号に変換する。ＲＦ部６は、Ｄ／Ａ変換器５からの送信信号を高周波信号に変換してアンテナ７を介して送信する。

図３は本発明の実施の形態による受信機の構成を示す図である。図３において、本発明の実施の形態による受信機は、アンテナ１１と、ＲＦ部１２と、Ａ／Ｄ変換器１３と、周波数オフセット補正及びプリアンブル検出部１４と、ＱＰＳＫ復調部１５とを含む。ＲＦ部１２は、アンテナ１１を介して受信された図２の送信機からの信号をＬＯ（局部発振器）１２１の局部発振信号を用いて中間周波信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１３は、ＲＦ部１２からの受信信号をデジタル信号に変換する。

図４は図３の周波数オフセット補正及びプリアンブル検出部１４の構成を示す図である。図４において、周波数オフセット補正及びプリアンブル検出部１４は、周波数オフセット補正のために、算出部２１と、推定部２２と、補正制御部２３とを備える。また、周波数オフセット補正及びプリアンブル検出部１４は、プリアンブル検出（シンボルタイミング検出）のために、相関器３１及び３２と、絶対値回路３３及び３４と、加算器３５と、検出部３６とを備える。

まず、周波数オフセット補正処理について説明する。算出部２１は、Ａ／Ｄ変換器１３からの受信信号のプリアンブルに含まれる周波数オフセット検出用パターンから、図７に示されるコンスタレーションにおける信号遷移の回転速度である角速度を算出する。この角速度ω(t) の計算式が以下に示される。なお、x(t)はＩ成分、y(t)はＱ成分である。

なお、ノイズの影響を低減するために、算出部２１は、周波数オフセット検出用パターン区間の角速度の平均値をとるようにする。推定部２２は、算出部２１により算出された角速度を基に周波数オフセットを推定する。図８は周波数オフセットに応じて変化する角速度を示す図である。図８に示すように、周波数オフセット無し時の信号遷移本来の角速度ωs は、周波数オフセットに応じて角速度ωs ＋ωoffsetに変化するものであるので、算出部２１により算出された角速度から周波数オフセットを得ることができる。

補正制御部２３は、推定部２２により求められた周波数オフセット量を基にＬＯ１２１の局部発振周波数を制御して周波数オフセットを補正する。次に、プリアンブル検出処理について説明する。相関器３１は、Ａ／Ｄ変換器１３からの受信信号と既知の参照パターン（プリアンブルの同期確立用パターン）のＩ成分信号との相関をとる。相関器３２は、Ａ／Ｄ変換器１３からの受信信号と既知の参照パターンのＱ成分信号との相関をとる。

相関器３１及び３２により求められた相関値は、絶対値回路３３及び３４と加算器３５により、その絶対値の和が求められ検出部３６に入力される。検出部３６は、入力値に対して閾値判定を行って相関ピーク位置を検出し、検出された相関ピーク位置をシンボルタイミングとしてＱＰＳＫ復調部１５に出力する。ＱＰＳＫ復調部１５は、このシンボルタイミングを用いて受信信号のデータ部に対するＱＰＳＫ復調処理を行う。

相関器３１及び３２によって相関がとられるプリアンブルの同期確立用パターンと、プリアンブルの前半に配置された周波数オフセット検出用パターンとの間には、図５に示すように周波数オフセット補正処理時間を基に予め定められた所定シンボル数のブランクが設けられている。したがって、上述したプリアンブル検出処理は、周波数オフセット補正後の受信信号に対して行われることになる。

図９は図３の受信機の動作を示すフローチャートである。図９において、図２の送信機から信号を受信すると、算出部２１は、受信信号のプリアンブルに含まれる周波数オフセット検出用パターンから角速度を算出する（ステップＳ１）。推定部２２は、算出部２１により算出された角速度を基に周波数オフセット量を推定する（ステップＳ２）。そして、補正制御部２３が、推定部２２により求められた周波数オフセット量を基に周波数オフセットを補正する（ステップＳ３）。

次に、周波数オフセット検出用パターンの後続の同期確立用パターンを用いて検出部３６によりシンボルタイミングが検出され（ステップＳ４）、ＱＰＳＫ復調部１５に通知される（ステップＳ５）。

以上説明したように、本発明の実施の形態では、周波数オフセットの推定のために受信信号と既知のプリアンブルパターンとの相関ピークを求めるのではなく、受信信号のプリアンブルに含まれる特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンの信号遷移の速度を求めて周波数オフセットを推定するようにしているので、短いプリアンブルで大きな周波数オフセットをも検出することができる。

なお、本発明の実施の形態では、プリアンブルの変調方式にπ／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫが用いられるが、これに限定されるものではなく、変調周期毎の遷移が零点を通過しないデジタル変調方式（例えばOQPSK （ｏｆｆｓｅｔＱＰＳＫ）など）を用いることができる。また、搬送波を使用することも可能である（直流による変調と考えることができる）。すなわち、プリアンブル生成部１により生成される周波数オフセット検出用パターンは、変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる。

上記の実施の形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下の記載には限定されない。

[ 付記１]
送信機から送信される同期確立用のプリアンブルを含む信号を受信する受信機の周波数オフセット補正方法であって、
前記プリアンブルに含まれ変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンから、前記信号点の回転速度を求める算出ステップと、
前記回転速度を基に周波数オフセットを推定する推定ステップと、
前記周波数オフセットを補正する補正ステップとを含むことを特徴とする周波数オフセット補正方法。

[ 付記２]
前記周波数オフセット検出用パターンは前記プリアンブルの先頭に配置されており、
前記周波数オフセット検出用パターンの後に配置された前記プリアンブルの前記同期確立用のパターンと既知の参照パターンとの相関演算を行って同期タイミングを検出する検出ステップを更に含むことを特徴とする付記１記載の周波数オフセット補正方法。

[ 付記３]
前記プリアンブルの前記同期確立用のパターンは、前記周波数オフセット検出用パターンと所定シンボル数だけ間隔をあけて配置されることを特徴とする付記２記載の周波数オフセット補正方法。

[ 付記４]
前記所定シンボル数の間隔は、前記周波数オフセットの補正処理に要する時間を基に定められていることを特徴とする付記３記載の周波数オフセット補正方法。

[ 付記５]
同期確立用のプリアンブルを含む信号を送信する送信機の動作制御方法であって、
変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンを含む前記プリアンブルを生成する生成ステップを含むことを特徴とする動作制御方法。

[ 付記６]
前記周波数オフセット検出用パターンは前記プリアンブルの先頭に配置されることを特徴とする付記５記載の動作制御方法。

[ 付記７]
前記周波数オフセット検出用パターンの後に配置される前記プリアンブルの前記同期確立用のパターンは、前記周波数オフセット検出用パターンと所定シンボル数だけ間隔をあけて配置されることを特徴とする付記６記載の動作制御方法。

[ 付記８]
前記所定シンボル数の間隔は、前記周波数オフセット検出用パターンを用いて周波数オフセットを推定し前記周波数オフセットを補正する受信機における前記周波数オフセットの補正処理に要する時間を基に定められていることを特徴とする付記７記載の動作制御方法。

１プリアンブル生成部
２ π／２ｓｈｉｆｔＢＰＳＫ変調部
３データ生成部
４ＱＰＳＫ変調部
５Ｄ／Ａ変換器
６，１２ＲＦ部
７，１１アンテナ
１３Ａ／Ｄ変換器
１４周波数オフセット補正及びプリアンブル検出部
１５ＱＰＳＫ復調部
２１，１０１算出部
２２，１０２推定部
２３補正制御部
３１，３２相関器
３３，３４絶対値回路
３５加算器
３６検出部
１１１生成部
１２１ＬＯ

Claims

送信機から送信される同期確立用のプリアンブルを含む信号を受信する受信機であって、
前記プリアンブルに含まれ変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンから、前記信号点の回転速度を求める算出手段と、
前記回転速度を基に周波数オフセットを推定する推定手段とを含み、前記周波数オフセットを補正するようにしたことを特徴とする受信機。
前記周波数オフセット検出用パターンは前記プリアンブルの先頭に配置されており、
前記周波数オフセット検出用パターンの後に配置された前記プリアンブルの前記同期確立用のパターンと既知の参照パターンとの相関演算を行って同期タイミングを検出する検出手段を更に含むことを特徴とする請求項１記載の受信機。
前記プリアンブルの前記同期確立用のパターンは、前記周波数オフセット検出用パターンと所定シンボル数だけ間隔をあけて配置されることを特徴とする請求項２記載の受信機。
前記所定シンボル数の間隔は、前記周波数オフセットの補正処理に要する時間を基に定められていることを特徴とする請求項３記載の受信機。
同期確立用のプリアンブルを含む信号を送信する送信機であって、
変調周期毎の遷移が零点を通過しないように変調されコンスタレーションにおいて信号点が一定の方向に回転するよう遷移する特定パターンからなる周波数オフセット検出用パターンを含む前記プリアンブルを生成する生成手段を含むことを特徴とする送信機。
前記周波数オフセット検出用パターンは前記プリアンブルの先頭に配置されることを特徴とする請求項５記載の送信機。
前記周波数オフセット検出用パターンの後に配置される前記プリアンブルの前記同期確立用のパターンは、前記周波数オフセット検出用パターンと所定シンボル数だけ間隔をあけて配置されることを特徴とする請求項６記載の送信機。
前記所定シンボル数の間隔は、前記周波数オフセット検出用パターンを用いて周波数オフセットを推定し前記周波数オフセットを補正する受信機における前記周波数オフセットの補正処理に要する時間を基に定められていることを特徴とする請求項７記載の送信機。