JP2014507839A - トーン信号の未知の周波数誤差を推定するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本特許出願は、(a)2010年12月28日に出願された「APPARATUS AND METHODS FOR DETECTING AND ESTIMATING A FREQUENCY ERROR OF A TONE IN A STREAM OF DATA SYMBOLS」という表題の仮出願第61/427,774号、および(b)2011年1月19日に出願された「APPARATUS AND METHODS FOR ESTIMATING AN UNKNOWN FREQUENCY ERROR OF A TONE SIGNAL」という表題の仮出願第61/434,361号の利益ならびに優先権を主張する。前記出願の両方が、本出願の譲受人に譲渡され、以下で全体が完全に述べられるかのように、参照によって本明細書に明確に組み込まれる。
rk=h T s k+nk (1)
ここで、rkはk番目の受信されたサンプルであり、hはチャネルベクトルであり、skは送信されるデータベクトルであり、nkはk番目の受信されたサンプルの雑音因子である。
sl=exp(jlπ/2+φ) (2)
ここで、lは0とサンプリングに使われるウィンドウサイズLとの間の整数であり、φは初期位相オフセットである。
図9は、ブロック当たりに使われるサンプルの数NがN=7である従来の実装形態での、オフセット周波数範囲にわたって広がるρcoherentを示す。このグラフは、トーン周波数オフセット(水平軸)が0(左側の垂直軸)である場合に、SNRが、ブロック当たりのシンボルサンプルの数に対応する、7という相対的な値を有する(すなわち、SNR利得が7である)ことを示す。トーン周波数オフセットが増加すると、この利得は減少する。周波数オフセットが27KHzである場合、利得は1であり、すなわち比(ρcoherent/ρ)は1である。トーン周波数オフセットが38.7KHzである場合、利得は0である。ここで理解され得るように、38.7KHzのオフセットでは、トーンは検出されない。また図から、トーン検出は、27KHzを超えると低いSNRにより低下することが理解され得る。
正弦波生成器1505から出力されたサンプルは、入力信号の実際のトーン周波数と測定誤差を足したものに等しい周波数を有する、再構築されたトーン信号を表す。
250 受信機
260 復調器
620 フロントエンドの受信機ハードウェア
624 広げられたベースバンドフィルタ
626 トーン検出器
628 粗い周波数推定器
Claims (61)
- トーン信号の未知の周波数誤差を推定する方法であって、
誤差帯域幅内で、前記誤差帯域幅を占有する前記トーン信号を含むワイヤレス信号をサンプリングして、信号サンプルを生成するステップと、
周波数オフセットを前記信号サンプルに適用して、オフセット周波数による前記誤差帯域幅のオフセットに等しいオフセット帯域幅を占有する信号を表す、オフセット値を生成するステップと、
前記誤差帯域幅よりも狭い周波数推定範囲内で、前記オフセット値を用いてトーン周波数誤差を推定するステップと、
前記信号サンプルおよび前記推定されたトーン周波数誤差を用いて、前記トーン信号の信号対雑音比を測定するステップと、
前記適用するステップ、前記推定するステップ、および前記測定するステップを、異なる周波数オフセットに対して繰り返すステップと、
特定の推定されたトーン周波数誤差と閾値を超える測定された信号対雑音比とをもたらす、特定の周波数オフセットが適用されると、前記特定の推定されたトーン周波数誤差が、前記トーン信号の前記未知の周波数誤差と等しいと判定するステップと
を含む、方法。 - 前記トーン信号の前記求められた未知の周波数誤差に従って、ローカル発振器の動作を調整するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記異なる周波数オフセットが、およそ前記周波数推定範囲の分だけ離間される、請求項1に記載の方法。
- 前記異なる周波数オフセットが、一緒に前記誤差帯域幅を実質的にカバーする、前記オフセット帯域幅に中心がある関連する周波数範囲と、前記周波数推定範囲と等しい関連する幅とを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記信号サンプルの自己相関を実行して相関値を生成し、前記周波数オフセットを表す位相により前記相関値の位相を回転させることによって、前記オフセット値を生成するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記トーン周波数誤差が、前記オフセット値を加算して複素数の和を生成し、前記複素数の和の位相を計算し前記周波数オフセットを表す位相によって前記複素数の和の前記位相を逆回転させ、前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相を生成することによって、推定される、請求項5に記載の方法。
- 前記加算するステップが、奇数番目のオフセット値のみを加算して前記複素数の和を生成するステップを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記加算するステップが、
前記奇数番目のオフセット値のうちの、最大の正の奇数番目のオフセット値の、実数値および虚数値を加算するステップと、
前記奇数番目のオフセット値の、残りの奇数番目のオフセット値の実数値のみを加算するステップと
を含む、請求項7に記載の方法。 - 前記加算するステップが、
前記最大の正の奇数番目のオフセット値を除く、前記奇数番目のオフセット値のうちのすべての正の奇数番目のオフセット値の実数部に、2を掛けて、2倍された値を生成するステップと、
前記2倍された値を一緒に加算して、スマートな和を生成するステップと、
前記最大の正の奇数番目のオフセット値を前記スマートな和に加算して、前記複素数の和を生成するステップと
を含む、請求項7に記載の方法。 - 前記奇数番目のオフセット値が、7個よりも少ないオフセット値を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記奇数番目のオフセット値が、番号が1、3、および5のオフセット値のみを含む、請求項10に記載の方法。
- 前記トーン信号の前記信号対雑音比を測定するステップが、
前記信号サンプルの前記総電力を測定するステップと、
前記信号サンプルの雑音電力を測定するステップと、
前記測定された総電力から前記測定された雑音電力を差し引いて、前記トーン信号の信号電力を取得するステップと
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記信号サンプルの前記雑音電力を測定するステップが、
前記信号サンプルを用いて再生成されるトーンを表す正弦波サンプルと、前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相とを生成するステップと、
前記信号サンプルから前記正弦波サンプルを差し引いて、雑音サンプルを生成するステップと、
前記雑音サンプルの前記電力を測定するステップと
を含む、請求項12に記載の方法。 - 前記正弦波サンプルを生成するステップが、
前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相によって、前記信号サンプルの位相を回転させ、回転された信号サンプルを生成するステップと、
前記回転された信号サンプルの電力を計算し加算して、電力の和を生成するステップと、
指定されたトーン周波数および前記電力の和に基づいて、正弦波サンプルを生成するステップと
を含む、請求項13に記載の方法。 - 前記信号サンプルを3サンプルのブロックへと分割して、前記3サンプルのブロックをコヒーレントに加算して、複数のコヒーレントな和を生成することによって、前記トーン信号を検出するステップと、
前記複数のコヒーレントな和を相関付けるステップと、
前記複数のコヒーレントな和に基づいてトーン検出を実行するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - トーン信号の未知の周波数誤差を推定するための装置であって、
誤差帯域幅内で、前記誤差帯域幅を占有する前記トーン信号を含むワイヤレス信号をサンプリングして、信号サンプルを生成するためのサンプラと、
周波数オフセットを前記信号サンプルに適用して、オフセット周波数による前記誤差帯域幅のオフセットに等しいオフセット帯域幅を占有する信号を表す、オフセット値を生成し、
前記誤差帯域幅よりも狭い周波数推定範囲内で、前記オフセット値を用いてトーン周波数誤差を推定し、
前記信号サンプルおよび前記推定されたトーン周波数誤差を用いて、前記トーン信号の信号対雑音比を測定し、
前記適用するステップ、前記推定するステップ、および前記測定するステップを、異なる周波数オフセットに対して繰り返し、
特定の推定されたトーン周波数誤差と閾値を超える測定された信号対雑音比とをもたらす、特定の周波数オフセットが適用されると、前記特定の推定されたトーン周波数誤差が、前記トーン信号の前記未知の周波数誤差と等しいと判定する
ように構成される信号処理回路とを含む、装置。 - 前記トーン信号の前記求められた未知の周波数誤差に従って、ローカル発振器の動作を調整するように構成される、調整モジュールをさらに含む、請求項16に記載の装置。
- 前記異なる周波数オフセットが、およそ前記周波数推定範囲の分だけ離間される、請求項16に記載の装置。
- 前記異なる周波数オフセットが、一緒に前記誤差帯域幅を実質的にカバーする、前記オフセット帯域幅に中心がある関連する周波数範囲と、前記周波数推定範囲と等しい関連する幅とを有する、請求項16に記載の装置。
- 前記信号処理回路がさらに、前記信号サンプルの自己相関を実行して相関値を生成し、前記周波数オフセットを表す位相により前記相関値の位相を回転させることによって、前記オフセット値を生成するように構成される、請求項16に記載の装置。
- 前記トーン周波数誤差が、前記オフセット値を加算して複素数の和を生成し、前記複素数の和の位相を計算し前記周波数オフセットを表す位相によって前記複素数の和の前記位相を逆回転させ、前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相を生成することによって、推定される、請求項20に記載の装置。
- 前記加算するステップが、奇数番目のオフセット値のみを加算して前記複素数の和を生成するステップを含む、請求項21に記載の装置。
- 前記加算するステップが、
前記奇数番目のオフセット値のうちの、最大の正の奇数番目のオフセット値の、実数値および虚数値を加算するステップと、
前記奇数番目のオフセット値の、残りの奇数番目のオフセット値の実数値のみを加算するステップと
を含む、請求項22に記載の装置。 - 前記加算するステップが、
前記最大の正の奇数番目のオフセット値を除く、前記奇数番目のオフセット値のうちのすべての正の奇数番目のオフセット値の実数部に、2を掛けて、2倍された値を生成するステップと、
前記2倍された値を一緒に加算して、スマートな和を生成するステップと、
前記最大の正の奇数番目のオフセット値を前記スマートな和に加算して、前記複素数の和を生成するステップと
を含む、請求項23に記載の装置。 - 前記奇数番目のオフセット値が、7個よりも少ないオフセット値を含む、請求項23に記載の装置。
- 前記奇数番目のオフセット値が、番号が1、3、および5のオフセット値のみを含む、請求項25に記載の装置。
- 前記トーン信号の前記信号対雑音比を測定するステップが、
前記信号サンプルの前記総電力を測定するステップと、
前記信号サンプルの雑音電力を測定するステップと、
前記測定された総電力から前記測定された雑音電力を差し引いて、前記トーンの信号電力を取得するステップと
を含む、請求項16に記載の装置。 - 前記信号サンプルの前記雑音電力を測定するステップが、
前記信号サンプルを用いて再生成されるトーンを表す正弦波サンプルと、前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相とを生成するステップと、
前記信号サンプルから前記正弦波サンプルを差し引いて、雑音サンプルを生成するステップと、
前記雑音サンプルの前記電力を測定するステップと
を含む、請求項27に記載の装置。 - 前記正弦波サンプルを生成するステップが、
前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相によって、前記信号サンプルの位相を回転させ、回転された信号サンプルを生成するステップと、
前記回転された信号サンプルの電力を計算し加算して、電力の和を生成するステップと、
指定されたトーン周波数および前記電力の和に基づいて、前記正弦波サンプルを生成するステップと
を含む、請求項28に記載の装置。 - 前記信号処理回路がさらに、
前記信号サンプルを3サンプルのブロックへと分割して、前記3サンプルのブロックをコヒーレントに加算して、複数のコヒーレントな和を生成することによって、前記トーン信号を検出し、
前記複数のコヒーレントな和を相関付け、
前記複数のコヒーレントな和に基づいてトーン検出を実行する
ように構成される、請求項16に記載の装置。 - 未知の周波数誤差および雑音信号を有しトーン信号によって周波数変調された、キャリア信号を含む、放射された信号を処理し、前記トーン信号およびベースバンド雑音信号を含むベースバンド信号を前記信号処理回路に提供するための、受信機ユニット
をさらに含む、請求項16に記載の装置。 - トーン信号の未知の周波数誤差を推定するための装置であって、
誤差帯域幅内で、前記誤差帯域幅を占有する前記トーン信号を含むワイヤレス信号をサンプリングして、信号サンプルを生成するための手段と、
周波数オフセットを前記信号サンプルに適用して、オフセット周波数による前記誤差帯域幅のオフセットに等しいオフセット帯域幅を占有する信号を表す、オフセット値を生成するための手段と、
前記誤差帯域幅よりも狭い周波数推定範囲内で、前記オフセット値を用いてトーン周波数誤差を推定するための手段と、
前記信号サンプルおよび前記推定されたトーン周波数誤差を用いて、前記トーン信号の信号対雑音比を測定するための手段と、
前記適用するステップ、前記推定するステップ、および前記測定するステップを、異なる周波数オフセットに対して繰り返すための手段と、
特定の推定されたトーン周波数誤差と閾値を超える測定された信号対雑音比とをもたらす、特定の周波数オフセットが適用されると、前記特定の推定されたトーン周波数誤差が、前記トーン信号の前記未知の周波数誤差と等しいと判定するための手段と
を含む、装置。 - 前記トーン信号の前記求められた未知の周波数誤差に従って、ローカル発振器の動作を調整するための手段をさらに含む、請求項32に記載の装置。
- 前記異なる周波数オフセットが、およそ前記周波数推定範囲の分だけ離間される、請求項32に記載の装置。
- 前記異なる周波数オフセットが、一緒に前記誤差帯域幅を実質的にカバーする、前記オフセット帯域幅に中心がある関連する周波数範囲と、前記周波数推定範囲と等しい関連する幅とを有する、請求項32に記載の装置。
- 前記信号サンプルの自己相関を実行して相関値を生成し、前記周波数オフセットを表す位相により前記相関値の位相を回転させることによって、前記オフセット値を生成するための手段をさらに含む、請求項32に記載の装置。
- 前記トーン周波数誤差が、前記オフセット値を加算して複素数の和を生成するための手段、前記複素数の和の位相を計算するための手段、および、前記周波数オフセットを表す位相によって前記複素数の和の前記位相を逆回転させて、前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相を生成するための手段によって、推定される、請求項36に記載の装置。
- 前記加算するための手段が、奇数番目のオフセット値のみを加算して前記複素数の和を生成するための手段を含む、請求項37に記載の装置。
- 前記加算するための手段が、
前記奇数番目のオフセット値のうちの、最大の正の奇数番目のオフセット値の、実数値および虚数値を加算するための手段と、
前記奇数番目のオフセット値の、残りの奇数番目のオフセット値の実数値のみを加算するための手段と
を含む、請求項38に記載の装置。 - 前記加算するための手段が、
前記最大の正の奇数番目のオフセット値を除く、前記奇数番目のオフセット値のうちのすべての正の奇数番目のオフセット値の実数部に、2を掛けて、2倍された値を生成するための手段と、
前記2倍された値を一緒に加算して、スマートな和を生成するための手段と、
前記最大の正の奇数番目のオフセット値を前記スマートな和に加算して、前記複素数の和を生成するための手段と
を含む、請求項38に記載の装置。 - 前記奇数番目のオフセット値が、7個よりも少ないオフセット値を含む、請求項38に記載の装置。
- 前記奇数番目のオフセット値が、番号が1、3、および5のオフセット値のみを含む、請求項41に記載の装置。
- 前記トーン信号の前記信号対雑音比を測定するための手段が、
前記信号サンプルの前記総電力を測定するための手段と、
前記信号サンプルの雑音電力を測定するための手段と、
前記測定された総電力から前記測定された雑音電力を差し引いて、前記トーンの信号電力を取得するための手段と
を含む、請求項32に記載の装置。 - 前記信号サンプルの前記雑音電力を測定するための手段が、
前記信号サンプルを用いて再生成されるトーンを表す正弦波サンプルと、前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相とを生成するための手段と、
前記信号サンプルから前記正弦波サンプルを差し引いて、雑音サンプルを生成するための手段と、
前記雑音サンプルの前記電力を測定するための手段と
を含む、請求項43に記載の装置。 - 前記正弦波サンプルを生成するための手段が、
前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相によって、前記信号サンプルの位相を回転させ、回転された信号サンプルを生成するための手段と、
前記回転された信号サンプルの電力を計算し加算して、電力の和を生成するための手段と、
指定されたトーン周波数および前記電力の和に基づいて、正弦波サンプルを生成するための手段と
を含む、請求項44に記載の装置。 - 前記信号サンプルを3サンプルのブロックへと分割して、前記3サンプルのブロックをコヒーレントに加算して、複数のコヒーレントな和を生成することによって、前記トーン信号を検出するための手段と、
前記複数のコヒーレントな和を相関付けるための手段と、
前記複数のコヒーレントな和に基づいてトーン検出を実行するための手段と
をさらに含む、請求項32に記載の装置。 - プロセッサによって実行されると、トーン信号の未知の周波数誤差を推定するための動作を前記プロセッサに実行させるコードを含む、コンピュータ可読記録媒体であって、
誤差帯域幅内で、前記誤差帯域幅を占有する前記トーン信号を含むワイヤレス信号をサンプリングして、信号サンプルを生成するためのコードと、
周波数オフセットを前記信号サンプルに適用して、オフセット周波数による前記誤差帯域幅のオフセットに等しいオフセット帯域幅を占有する信号を表す、オフセット値を生成するためのコードと、
前記誤差帯域幅よりも狭い周波数推定範囲内で、前記オフセット値を用いてトーン周波数誤差を推定するためのコードと、
前記信号サンプルおよび前記推定されたトーン周波数誤差を用いて、前記トーン信号の信号対雑音比を測定するためのコードと、
前記適用するステップ、前記推定するステップ、および前記測定するステップを、異なる周波数オフセットに対して繰り返すためのコードと、
特定の推定されたトーン周波数誤差と閾値を超える測定された信号対雑音比とをもたらす、特定の周波数オフセットが適用されると、前記特定の推定されたトーン周波数誤差が、前記トーン信号の前記未知の周波数誤差と等しいと判定するためのコードと
を含む、コンピュータ可読記録媒体。 - 前記トーン信号の前記求められた未知の周波数誤差に従って、ローカル発振器の動作を調整するためのコードをさらに含む、請求項47に記載のコンピュータ可読記録媒体。
- 前記異なる周波数オフセットが、およそ前記周波数推定範囲の分だけ離間される、請求項47に記載のコンピュータ可読記録媒体。
- 前記異なる周波数オフセットが、一緒に前記誤差帯域幅を実質的にカバーする、前記オフセット帯域幅に中心がある関連する周波数範囲と、前記周波数推定範囲と等しい関連する幅とを有する、請求項47に記載のコンピュータ可読記録媒体。
- 前記信号サンプルの自己相関を実行して相関値を生成し、前記周波数オフセットを表す位相により前記相関値の位相を回転させることによって、前記オフセット値を生成するためのコードをさらに含む、請求項47に記載のコンピュータ可読記録媒体。
- 前記トーン周波数誤差が、前記オフセット値を加算して複素数の和を生成するためのコード、前記複素数の和の位相を計算するためのコード、および、前記周波数オフセットを表す位相によって前記複素数の和の前記位相を逆回転させて、前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相を生成するためのコードによって、推定される、請求項51に記載のコンピュータ可読記録媒体。
- 前記加算するためのコードが、奇数番目のオフセット値のみを加算して前記複素数の和を生成するためのコードを含む、請求項52に記載のコンピュータ可読記録媒体。
- 前記加算するためのコードが、
前記奇数番目のオフセット値のうちの、最大の正の奇数番目のオフセット値の、実数値および虚数値を加算するためのコードと、
前記奇数番目のオフセット値の、残りの奇数番目のオフセット値の実数値のみを加算するためのコードと
を含む、請求項53に記載のコンピュータ可読記録媒体。 - 前記加算するためのコードが、
前記最大の正の奇数番目のオフセット値を除く、前記奇数番目のオフセット値のうちのすべての正の奇数番目のオフセット値の実数部に、2を掛けて、2倍された値を生成するためのコードと、
前記2倍された値を一緒に加算して、スマートな和を生成するためのコードと、
前記最大の正の奇数番目のオフセット値を前記スマートな和に加算して、前記複素数の和を生成するためのコードと
を含む、請求項53に記載のコンピュータ可読記録媒体。 - 前記奇数番目のオフセット値が、7個よりも少ないオフセット値を含む、請求項53に記載のコンピュータ可読記録媒体。
- 前記奇数番目のオフセット値が、番号が1、3、および5のオフセット値のみを含む、請求項56に記載のコンピュータ可読記録媒体。
- 前記トーン信号の前記信号対雑音比を測定するためのコードが、
前記信号サンプルの前記総電力を測定するためのコードと、
前記信号サンプルの雑音電力を測定するためのコードと、
前記測定された総電力から前記測定された雑音電力を差し引いて、前記トーンの信号電力を取得するためのコードと
を含む、請求項47に記載のコンピュータ可読記録媒体。 - 前記信号サンプルの前記雑音電力を測定するためのコードが、
前記信号サンプルを用いて再生成されるトーンを表す正弦波サンプルと、前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相とを生成するためのコードと、
前記信号サンプルから前記正弦波サンプルを差し引いて、雑音サンプルを生成するためのコードと、
前記雑音サンプルの前記電力を測定するためのコードと
を含む、請求項58に記載のコンピュータ可読記録媒体。 - 前記正弦波サンプルを生成するためのコードが、
前記推定されるトーン周波数誤差を表す位相によって、前記信号サンプルの位相を回転させ、回転された信号サンプルを生成するためのコードと、
前記回転された信号サンプルの電力を計算し加算して、電力の和を生成するためのコードと、
指定されたトーン周波数および前記電力の和に基づいて、前記正弦波サンプルを生成するためのコードと
を含む、請求項59に記載のコンピュータ可読記録媒体。 - 前記信号サンプルを3サンプルのブロックへと分割して、前記3サンプルのブロックをコヒーレントに加算して、複数のコヒーレントな和を生成することによって、前記トーン信号を検出するためのコードと、
前記複数のコヒーレントな和を相関付けるためのコードと、
前記複数のコヒーレントな和に基づいてトーン検出を実行するためのコードと
をさらに含む、請求項47に記載のコンピュータ可読記録媒体。
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