JP2839396B2 - 自動周波数制御回路の周波数オフセット検出装置 - Google Patents

自動周波数制御回路の周波数オフセット検出装置

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JP2839396B2 JP22103891A JP22103891A JP2839396B2 JP 2839396 B2 JP2839396 B2 JP 2839396B2 JP 22103891 A JP22103891 A JP 22103891A JP 22103891 A JP22103891 A JP 22103891A JP 2839396 B2 JP2839396 B2 JP 2839396B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタルデータ伝送
に用いる自動周波数制御回路(以下、AFC回路と称
す)の周波数オフセット検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の技術を説明する前に、技術的背景
について説明する。まず、図5は搬送波周波数オフセッ
トの発生メカニズムについて説明する変復調装置を示す
ものである。変復調を行う通信においては、変調回路2
2及び送信側搬送波作成回路23によりデータが送信側
の搬送波で変調されて送信側アンテナ24を介して送信
され、受信側アンテナ27を介して受信された信号は復
調回路25及び受信側搬送波作成回路26により再び搬
送波で復調される。ここで、送信側の搬送波と同一の周
波数を受信側で作成できないと搬送波周波数オフセット
が発生する。
【0003】AFC回路の機能は、(a)搬送波周波数
オフセットを零に近付けたり、(b)搬送波周波数オフ
セットを有した受信信号から何らかの手段で周波数オフ
セットを除去することである。手法(a)については、
後述するナイキスト基準を満足する受信信号に対しては
従来から広く検討されている。
【0004】しかし、ナイキスト基準を満足しない、言
い換えれば符号間干渉がある伝送路に対してはこれらの
手法を適用できない。また手法(b)については、一旦
受信信号をメモリ等に蓄えた後、一括して入力信号全体
を利用して復調を行う蓄積一括処理復調器に有効な手法
として近年盛んに検討されている。
【0005】次に、蓄積一括処理復調器で用いられる位
相逆回転について説明する。シンボルレートの受信信号
r(n)に1サンプル毎にaラジアンの位相回転が印加
された信号が受信される場合について考える。ここで、
サンプル時刻nにおいて周波数オフセットを受けた受信
信号rOFF (n)は、 rOFF (n)=exp{jan}r(n) と表現できる。なお、jは√−1を示す。この周波数オ
フセットを受けた受信信号rOFF (n)が一旦メモリに
蓄えられる。次に、周波数オフセットを受けた受信信号
OFF (n)からなんらかの手段で周波数オフセットを
推定する。言い換えれば、aの推定値としてbを得る。
【0006】AFC回路はメモリから周波数オフセット
を受けた受信信号rOFF (n)を読み出し、1サンプル
毎にbラジアンの位相逆回転を印加し、 rAFC (n)=exp{−jbn}rOFF (n) =exp{j(a−b)n}r(n) を出力する。ここで、a=bであれば、 rAFC (n)=r(n) となり、搬送波周波数オフセットを除去できる。この手
法の概念はすべての搬送波周波数オフセット除去に適用
できるが、問題はbをいかにして推定するかであり、本
発明はこのbの推定法に関するものである。
【0007】また、TDMA通信方式に用いられるバー
ストについて説明する。バーストは、パケットのような
データのかたまりで、通常、あらかじめ受信側で知られ
ている既知系列と情報を伝送するデータ系列から構成さ
れる。
【0008】次に、符号間干渉について説明する。図6
に符号間干渉の生成モデルを示した。各時刻における受
信信号r(n)は単一の送信情報I(n)とこれに後続
する複数の送信情報から構成され、
【0009】
【数1】
【0010】と表現できる。ここで、fi は重み係数
(伝送路特性)、Lは後続するシンボル数、w(n)は
雑音である。ナイキスト基準はfi =0(i≠0)の場
合満足される。また、fi ≠0(i≠0)である場合符
号間干渉が発生したという。このような符号間干渉が発
生すると従来のAFC回路は動作が困難になる。
【0011】伝送路特性について説明する。伝送路特性
とは、上記のfiに相当する。一例として既知系列(ト
レーニング系列)x(n)(n=0,1,…N−1ただ
し両端にLシンボル以上の繰り返しパタンが付加)から
伝送路特性を推定する手法について説明する。既知系列
x(n)と受信信号r(n)の相互相関をPi とする
と、
【0012】
【数2】
【0013】なる関係を有する。ここで、*は複素共役
を示す。このPiから作成される相互相関ベクトルとx
(n)の逆共分散行列からウイナー・ホッフの方程式が
得られ、この方程式を解くことによって、伝送路特性f
iが推定できる。なお、特にx(n)の自己相関がラン
ダムに近ければ、近似的にPi が伝送路特性fi に一致
する。
【0014】次に、図4は“TDMAディジタル移動通
信における周波数オフセット補正機能を有するMLSE
受信器の構成”(信学論B−II,11,pp.736
−744,1990)に示されている従来のAFC回路
のための周波数オフセット検出回路のブロック図であ
る。
【0015】図において、5は受信信号入力端子、6は
既知系列入力端子、7は周波数オフセット量出力端子、
10は伝送路特性を推定する伝送路推定回路、17は整
合フィルタ回路、18は入力信号をM逓倍するM乗回
路、19は信号を平均化する平均回路、20は逆正接計
算回路、21は逆正接計算回路出力から周波数オフセッ
トを計算する周波数オフセット計算回路である。
【0016】上記構成に係る動作について説明する。伝
送路推定回路10は、受信信号入力端子5から入力され
る受信信号と、既知系列入力端子6から入力される既知
系列から、伝送路特性を推定する。整合フィルタ回路1
7は伝送特性を時間的に逆転させ、複素共役をとったも
のをFIRフルタのタップ係数として整合フィルタ回路
出力を作成する。M乗回路18は整合フィルタ回路出力
をM逓倍することにより、送信信号の位相の影響を除去
する。平均回路19はM逓倍出力を平均化する。逆正接
計算回路20は平均回路出力の実部と虚部の比の逆正接
を出力する。周波数オフセット計算回路21は逆正接を
入力し周波数オフセットを出力する。
【0017】ここで、上述した従来例では以下のような
問題が発生する。 (1) 逆正接計算回路20の計算は複雑であるため、通常
逆正接関数のためのテーブルが必要となる。 (2) バースト長が長くなると、周波数オフセットにより
位相が一回転してしまうという現象が発生し、大きな周
波数オフセットの補正が困難になる。 (3) M乗回路18において信号を逓倍するため、雑音電
力が増加するために、SN比が劣化し特性に悪影響を及
ぼす。 (4) 整合フィルタ回路17における演算を重複させない
ため、整合フィルタ出力を一旦メモリ等に蓄える必要が
ある。 (5) バースト内で伝送路特性が時間的に変化すると、整
合フィルタ出力特性が誤るために特性が劣化する。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】従来の自動周波数制御
回路の周波数オフセット検出回路は以上のように構成さ
れているので、(1) 逆正接関数のためのテーブルが必要
なこと、(2) 大きな周波数オフセットの補正が困難なこ
と、(3) 信号を逓倍するため、SN比が劣化し特性に悪
影響を及ぼすこと、(4) 整合フィルタ出力を一旦メモリ
等に蓄える必要があること、(5) 伝送路特性が時間的に
変化すると特性が劣化すること、等の問題点がある。
【0019】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたもので、上述した(1)ないし(5) の問題を
解決するこができる自動周波数制御回路の周波数オフセ
ット検出回路を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明に係る自動周波数
制御回路の周波数オフセット検出装置は、送信側と受信
側の搬送波の周波数オフセットを補正する自動周波数制
御回路に、補正すべき搬送波周波数オフセットの量を出
力する自動周波数制御回路の周波数オフセット検出回路
において、受信信号を入力して受信信号にあらかじめ決
定しておいた時間的に位相を回転させる位相回転を1サ
ンプル毎に繰り返し与える位相回転回路と、位相回転を
受けた受信信号と既知の系列を入力し伝送路の特性を推
定する伝送路推定回路と、伝送路推定値と既知系列を入
力し受信信号の推定値を出力する受信信号推定回路と、
位相回転を受けた受信信号と受信信号の推定値を入力し
て誤差電力を出力する誤差電力計算回路とからなる尤度
作成回路を1サンプル毎の位相回転の量をそれぞれ異な
らせて複数備えると共に、該複数の尤度作成回路の出力
する複数の尤度を入力し周波数オフセットの量を出力す
る周波数オフセット出力回路を備えたことを特徴とす
る。
【0021】また、上記構成の自動周波数制御回路の周
波数オフセット検出装置において、周波数オフセット出
力回路の出力する周波数オフセットの量を現在から過去
にわたって保持する過去の周波数オフセット出力保持回
路と、周波数オフセット出力保持回路出力を入力し周波
数オフセットの量を出力する周波数オフセット算出回路
とを備えたことを特徴とする。
【0022】
【作用】本発明における自動周波数制御回路のための周
波数オフセット検出装置は、複数の異なる搬送波周波数
オフセットを用意し、受信信号にこの複数の周波数オフ
セットを印加した系列と、既知系列から、複数の異なる
搬送波周波数オフセットの中から最もふさわしい周波数
オフセットを選択する。
【0023】また、一旦保持した過去の周波数オフセッ
トに基づき新たな周波数オフセットを算出するので雑音
による揺らぎを平均化処理で吸収する。
【0024】
【実施例】実施例1.図1は本発明の一実施例を示すブ
ロック図であり、図1において、図4と同一又は相当部
分については同一符号を付けて重複説明を省略する。1
は受信信号に位相回転を施した信号から尤度を作成する
第1の尤度作成回路、2は第1の尤度作成回路1とは異
なった位相回転を与えた後同様の処理を行う第2の尤度
作成回路、3は第1の尤度作成回路1と第2の尤度作成
回路2とは異なった位相回転を与えた後同様の処理を行
う第Mの尤度作成回路、4はM個の尤度から最もふさわ
しい位相回転量に相当する周波数オフセットを出力する
周波数オフセット出力回路である。
【0025】また、図2は上記実施例における尤度作成
回路を示すブロック図であり、図2において、図1及び
図4と同一又は相当部分については同一符号を付けて重
複説明を省略する。8は常時あらかじめ決定しておいた
一定の位相回転を与える位相回転回路、9は2つの入力
の誤差電力を出力する誤差電力計算回路、10は伝送路
推定回路、11は既知系列と伝送路特性から受信信号を
推定する受信信号推定回路である。
【0026】次に動作について説明する。なお従来例と
同一又は相当部分については重複説明を省略する。ま
ず、M個用意する尤度作成回路の動作について図2に基
づき説明する。受信信号入力端子5から入力される受信
信号に対して、位相回転回路8はあらかじめ決定してお
いた位相量の回転を常時与える。伝送路推定回路10は
この位相回転を受けた受信信号に対して伝送路特性の推
定を行う。受信信号推定回路11は既知系列入力端子6
から入力される既知系列と伝送路特性から受信信号を推
定する。誤差電力計算回路9は位相回転を受けた受信信
号と推定した受信信号の誤差電力を出力する。
【0027】実施例2.また、図3は上記実施例1に対
し、雑音による揺らぎを平均化する構成を付加する実施
例のブロック図であり、図3において、図1、図2及び
図4と同一又は相当部分については同一符号を付けて重
複説明を省略する。13は周波数オフセット出力を一旦
保持する過去の周波数オフセット出力保持回路、14は
一旦保持した周波数オフセット出力を入力し周波数オフ
セットを算出する周波数オフセット算出回路である。
【0028】次に動作について説明する。なお従来例と
同一又は相当部分については重複説明を省略する。本実
施例では、実施例1が周波数オフセット出力端子7から
出力する周波数オフセットを、周波数オフセット入力端
子15から入力し、過去の周波数オフセット出力保持回
路13は周波数オフセットを現在から過去に渡って保持
する。周波数オフセット算出回路14は現在から過去に
渡る周波数オフセットを入力し、ある関数に代入し算出
した周波数オフセットを周波数オフセット算出値出力端
子16から出力する。
【0029】周波数オフセット算出回路14の動作の一
例を示す。周波数オフセット入力をfIN(n)、周波数
オフセット算出値出力をfOT(n)で、下式が考えられ
る。 fOT(n)=kfIN(n)+(1−k)fTO(n−1) ここで、kは定数(0≦k≦1)である。該構成によれ
ば、雑音によるfIN(n)の揺らぎを平均化処理で吸収
できる。
【0030】上述した如く、本発明は、バースト中の既
知系列中に位相が1回転しなければ周波数オフセットの
補正が可能である。これに対して、従来例はバースト中
に位相が1/4回転以上すると周波数オフセットの補正
が不可能であり、本発明により周波数オフセットの補正
量の大幅な拡大が可能となる。また、本発明は、適応形
の等化器と組み合わせが可能であり、伝送路特性の時間
的変化に追随が可能である。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数の
異なる搬送波周波数オフセットを用意し、受信信号にこ
の複数の周波数オフセットを印加した系列と、既知系列
から、複数の異なる搬送波周波数オフセットの中から最
もふさわしい周波数オフセットを選択するので、(1) 逆
正接関数のためのテーブルが不要、(2) 大きな周波数オ
フセットの補正が可能、(3) 逓倍処理によるSN比が劣
化がない、(4) 整合フィルタ出力を蓄えるメモリが不
要、(5) 伝送路特性が時間的に変化することによると特
性が劣化が小さい、という効果がある。
【0032】また、一旦保持した過去の周波数オフセッ
トに基づき新たな周波数オフセットを算出するので、雑
音による揺らぎを平均化処理で吸収するという効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】図1の尤度作成回路を詳細に示すブロック図で
ある。
【図3】図1の実施例に追加する機能を示すブロック図
である。
【図4】従来例を示すブロック図である。
【図5】搬送波周波数オフセットの発生の説明図であ
る。
【図6】符号間干渉の説明図である。
【符号の説明】
1 第1の尤度作成回路 2 第2の尤度作成回路 3 第Mの尤度作成回路 4 周波数オフセット出力回路 5 受信信号入力端子 6 既知系列入力端子 7 周波数オフセット出力端子 8 位相回転回路 9 誤差電力計算回路 10 伝送路推定回路 11 受信信号推定回路 12 尤度出力端子 13 過去の周波数オフセット出力保持回路 14 周波数オフセット算出回路 15 周波数オフセット入力端子 16 周波数オフセット算出値出力端子

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送信側と受信側の搬送波の周波数オフセ
    ットを補正する自動周波数制御回路に、補正すべき搬送
    波周波数オフセットの量を出力する自動周波数制御回路
    の周波数オフセット検出回路において、受信信号を入力
    して受信信号にあらかじめ決定しておいた時間的に位相
    を回転させる位相回転を1サンプル毎に繰り返し与える
    位相回転回路と、位相回転を受けた受信信号と既知の系
    列を入力し伝送路の特性を推定する伝送路推定回路と、
    伝送路推定値と既知系列を入力し受信信号の推定値を出
    力する受信信号推定回路と、位相回転を受けた受信信号
    と受信信号の推定値を入力して誤差電力を出力する誤差
    電力計算回路とからなる尤度作成回路を1サンプル毎の
    位相回転の量をそれぞれ異ならせて複数備えると共に、
    該複数の尤度作成回路の出力する複数の尤度を入力し周
    波数オフセットの量を出力する周波数オフセット出力回
    路を備えたことを特徴とする自動周波数制御回路の周波
    数オフセット検出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の自動周波数制御回路の周
    波数オフセット検出装置において、周波数オフセット出
    力回路の出力する周波数オフセットの量を現在から過去
    にわたって保持する過去の周波数オフセット出力保持回
    路と、周波数オフセット出力保持回路出力を入力し周波
    数オフセットの量を出力する周波数オフセット算出回路
    とを備えたことを特徴とする自動周波数制御回路の周波
    数オフセット検出装置。
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