JP3197184B2

JP3197184B2 - 自動周波数制御回路

Info

Publication number: JP3197184B2
Application number: JP07263295A
Authority: JP
Inventors: 靖志曽我部
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 2001-08-13
Anticipated expiration: 2016-08-13
Also published as: JPH08274830A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主として衛星通信や
移動体衛星通信システムにおいて受信信号を復調する復
調装置に用いる周波数制御回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の初期の自動周波数制御（以下ＡＦ
Ｃと称する）回路としては、受信信号の電力スペクトル
を中心周波数の異なった復数個の相関器に通過させ、相
関器によって求まった復数個の相関器出力（以下、相関
値）を比較する方式が提案されている。図１９は従来の
初期ＡＦＣ回路の構成の例を示す図であり、例えば信学
技報、ＣＳ８７−１０９（１９８７）、「ＰＳＫ信号の
計算的復調法に関する検討」（本多他）に記載されてい
る。図１９において、１３は入力端子であり、１４は時
間軸上で表現された受信信号を周波数軸上に変換する時
間軸−周波数軸変換部、１５は受信信号のパワースペク
トルを求めるスペクトル演算部、１０は受信信号のパワ
ースペクトルからオフセット周波数を推定する周波数推
定部である。

【０００３】図２０は従来の周波数推定部の構成の例を
示す図である。図２０において、５０は受信信号のパワ
ースペクトルとリファレンスとの相関値を求める相関
器、９は複数個の相関値の中から最大値を求め、さらに
最大値を出力した相関器に対応した周波数オフセット情
報を出力する最大値検出回路、１０は相関器５０、最大
値検出回路９から構成される周波数推定部である。

【０００４】図２１は従来のｍ番目の相関器（以下、相
関器（ｍ）、−Ｌ≦ｍ≦Ｌ）の構成の例を示す図であ
る。図２１において、１は受信信号のパワースペクトル
の入力端子であり、２はｍ番目のリファレンス（以下、
相関係数（ｍ））を記憶する記憶回路、４は受信信号の
パワースペクトルと相関係数（ｍ）との相関値を求める
演算回路、５０は記憶回路２および演算回路４で構成さ
れる相関器である。

【０００５】受信信号に対して離散フーリエ変換等の時
間軸−周波数軸変換を行い、更に受信信号の電力スペク
トルを求め、この電力スペクトルを、中心周波数の異な
った複数個の相関器に通過させ、各々の相関器において
は、電力スペクトルと記憶回路から出力されたリファレ
ンスとの相関値を求める。相関器としては、ＳＮ比を最
大にするために一般には整合濾波器を用いる。ここで、
相関器の中心周波数がオフセット周波数と一致した場合
に相関値が最大となることが一般に知られているので、
これを用いて、従来は複数個の相関値の中から最大とな
るものを求め（以下、ＭＡＸサーチ）、最大値を出力し
た相関器の中心周波数をオフセット周波数（以下、Δ
ｆ）と推定していた。

【０００６】次に動作について、図１９〜図２４を参照
して説明する。以下の説明においては、説明を簡単にす
るために、受信信号は複素表示されたベースバンド信号
であるとし、また受信信号はＡ／Ｄ変換によって、量子
化された離散信号であるとする。入力端子１３から入力
された時間軸上で表現された受信信号を、時間軸−周波
数軸変換部１４に通すことにより周波数軸上で表現され
た受信信号を求める。さらに、この信号をスペクトル演
算部１５に通すことにより、受信信号のパワースペクト
ルＸ₁ （ｆ）を求める。ここで、スペクトル演算部１５
においては、量子化された離散信号に対して、ＦＦＴ等
の時間軸−周波数軸変換を行うので、受信信号のパワー
スペクトルは離散信号である。受信信号のｉ番目のパワ
ースペクトルをＰｉ（−Ｎ≦ｉ≦Ｎ）とする。

【０００７】受信信号のパワースペクトルが図２２のよ
うになっているとする。このパワースペクトルを複数個
の相関器に通し、その相関値を得る。相関器５０は従来
は整合濾波器を用いていたので、相関器のリファレンス
としては、送信フィルタの伝達関数のパワースペクトル
を用いており、相関係数（ｍ）は中心周波数をｆｍとす
る送信フィルタの伝達関数のパワースペクトルを係数に
持つように設定する。一例として、相関係数（−２）、
相関係数（０）、相関係数（２）を図２３に示す。図２
０における相関器（ｍ）は図２１のように構成されてい
るので、相関器（ｍ）においては、受信信号のパワース
ペクトルと相関係数（ｍ）との相関を取る。ｍ番目の相
関器から出力される相関値をＰＳｍとすれば、ＰＳｍは
演算回路４により求まり、

【０００８】

【数１】

【０００９】となる。ここで、相関値が最大になるの
は、受信信号の中心周波数と相関器の中心周波数が一致
する場合であるので、（２Ｌ＋１）の相関値に対してＭ
ＡＸサーチを行い、ＰＳｍを最大にするｍをｍ_MAXとす
ればｍ_MAXに対応する周波数がΔｆである。よって、最
大値検出回路９では、（２Ｌ＋１）の相関値に対してＭ
ＡＸサーチを行い、ｍ_MAXに対応した周波数を出力す
る。一例として、雑音がなく、受信信号のオフセット周
波数を０Ｈｚ、ｆ₀＝０Ｈｚとした場合のＰＳｍを
図２４に示す。図２４の場合では、ＰＳ₀が最大となる
ので、最大値検出回路９は、Δｆ＝０を出力する。

【００１０】ここで、相関器を用いる方式では、乗算を
行う必要があり、また、乗算に用いる係数を保存するメ
モリが必要である等の欠点があった。この欠点を改善す
るために、相関器のかわりに、設定された範囲内の電力
を求める電力抽出フィルタを用いた方式も提案されてい
る。この場合、式（１）において、相関器の係数の値は
全て１となるので、ＰＳｍは簡単に式（２）のようにな
る。

【００１１】

【数２】

【００１２】他の目的、構成のＡＦＣ回路として特開昭
６１−１６３７１３に示される回路がある。この目的
は、ＡＦＣとしての引込み範囲の限界を取り除くため
に、フィルタバンク（中心周波数の異なる複数個の帯域
濾波器、つまり、ＢＰＦと呼ばれるものを並列に並べて
構成）を用いている。即ち、この先行例では、ＢＰＦと
しては何も記載されていないので、整合フィルタを用い
ていると思われるが、本願の演算フィルタのように、整
合フィルタの伝達関数を送信されるデータパターンに依
存して改良されたＢＰＦを用いた構成とはなってない。
また、この先行例はパイロット信号を用いていて、周波
数差検出における方法が異なってもいる。また、復調回
路に用いたＡＦＣとして、特開平５−８３３１３に示さ
れる回路がある。この目的もＡＦＣ引込み範囲の限定を
広げるもので、構成としては、タンクを並列に並べるこ
とによってフィルタバンクを作っている。また、この先
行例においては、変調信号に逓倍を行うことで無変調信
号を作成している。また、他のＡＦＣ回路として、特開
平６−６９９７４に示される回路がある。この先行例
は、変調信号に対して、＋ｆと−ｆの周波数シフトを行
い、＋ｆおよび−ｆ周波数シフトされた変調信号の電力
から両者の電力差を求めその電力差を用いて周波数推定
をおこなっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のＡ
ＦＣ回路では、ｍ_MAXを求めるにあたり、ＰＳｍのＭＡ
Ｘサーチを行うが、ＰＳｍは雑音よる影響を受け易いた
め、雑音が多い（Ｓ／Ｎ（信号電力対雑音電力比）が低
い）場合ではオフセット周波数の誤推定を生じ易いとい
う課題があった。また、受信信号を周波数軸上に変換す
るにあたっては、有限長の信号に対して変換を行うの
で、処理シンボル数が少ない場合では十分なスペクトル
の平均化が行えず、受信信号のパワースペクトルには送
信データのパターンに依存したゆらぎ（以下、パターン
依存性のスペクトルのゆらぎと呼ぶ）を生じるので、こ
のよらぎによるオフセット周波数の誤推定を生じ易いと
いう課題があった。さらに、相関器の中心周波数が離散
的であるので、推定されるオフセット周波数には推定誤
差が含まれるという課題もあった。

【００１４】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、受信信号のパワースペクトルとリ
ファレンスとの相関を取る前に、パターン依存性のスペ
クトルのゆらぎを減少させるフィルタ（以下、演算フィ
ルタ）を用いることでパターン依存性のスペクトルのゆ
らぎの影響を小さくするか、または、ＰＳｍの尖頭率を
上げる演算フィルタを用いて、誤推定を減らすことを目
的とする。さらに周波数推定において補間を用いること
で推定誤差を小さくすることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る自動周波
数制御回路は、時系列入力信号を周波数変換し、スペク
トル演算して得られるパワースペクトルを、複数の、そ
れぞれ中心周波数が異なる値により相関演算する相関器
を用いて周波数推定する自動周波数制御回路において、
ｔ＝０の近傍を通過させて他を遮断する特性を持つ演算
フィルタを設けて、上記相関器の一方の入力である、送
信フィルタの特性を持つリファレンスか、または上記相
関器の他方の入力である上記パワースペクトルの、いず
れか一方または両方に対して、上記演算フィルタを通過
させて、該通過後の信号を相関器に入力させる構成とし
たことを特徴とする。

【００１６】または、演算フィルタは、注目周波数の近
傍の周波数における受信信号のパワースペクトルを加算
し、注目周波数から所定の周波数間隔をおいた周波数に
おける受信信号のパワースペクトルを減算して、該パワ
ースペクトルの相関値の尖頭率を高める特性とした。

【００１７】また更に、リファレンスを記憶する記憶回
路を複数の相関器に対して共通に１つとし、中心周波数
がそれぞれ異なる上記複数の各相関器に対して、中心周
波数のシフト量に対応するシフトをリファレンスに与え
て後、入力するようにした。

【００１８】更に、中心周波数が異なる複数の相関器に
換えて、相関器は１組として単一相関器とし、入力のパ
ワースペクトルを周波数軸上でシフトするシフタと、上
記単一相関器の出力先を選択するセレクタとを備えて、
周波数を設定して、上記シフタ出力を上記単一相関器に
入力して相関演算し、該相関演算結果を上記セレクタで
選択して最大値検出する、これら一連の相関演算を、順
次、周波数をシフトして行う構成とした。

【００１９】更に、複数の相関器の入力側か、または複
数の相関器の出力側に入出力信号の間引き回路を設け
て、上記複数の相関器のうち、少ない特定の相関器の出
力のみを使用する構成とした。

【００２０】更に、複数の相関器出力から最大相関値
を、該最大相関値を出した特定相関器情報と共に出力す
る最大値検出回路と、上記最大値検出回路が出力する最
大相関値と、上記特定相関器情報に隣接する複数の相関
器群が出力する相関値群とを入力として、周波数補間値
を得る周波数補間回路とを備えた。

【００２１】また更に、演算フィルタは、ガウスフィル
タ、または送信フィルタの平方根特性を持たせた。

【００２２】

【作用】この発明による自動周波数制御回路は、記憶回
路に記憶された送信フィルタの特性で定まるリファレン
スと受信信号のパワースペクトルとの相関演算が周波数
シフトに対応して複数組で相関演算され、その相関値の
最大値より受信信号のオフセット周波数が推定される。

【００２３】または、受信信号のパワースペクトルとリ
ファレンスとに対して、それぞれ演算フィルタで送信フ
ィルタの特性から定まる一定周波数幅のみ通過する特性
を与えてパターン依存性のスペクトルの揺らぎをなくし
た後、相関演算がされ、オフセット周波数が推定され
る。

【００２４】また更に、送信フィルタの特性を持つリフ
ァレンスは共通の記憶回路から各相関器に供給され、相
関演算がされ、オフセット周波数が推定される。

【００２５】更に、相関器は１組であり、受信信号のパ
ワースペクトルの相関演算をこの１組の相関器で繰り返
し演算し、その際に相関演算するリファレンスに対して
順次周波数値をシフトして演算し、シフトしたリファレ
ンス値に対する相関演算結果の最大値からオフッセット
周波数が推定される。

【００２６】更に、相関演算に際して、または相関器出
力中から最大相関値を得るに際して間引き回路により、
相関演算または最大値検出が少ない値で行われる。

【００２７】更に、複数の相関演算結果から周波数補間
がされ、その中間の値も含めてより精密なオフセット周
波数が推定される。

【００２８】また更に、リファレンスまたは演算フィル
タには送信フィルタの平方根の特性が与えられ、一定周
波数幅のみ通過する特性として設定が容易でかつパター
ン依存性のスペクトルの揺らぎの少ない特性となる。

【００２９】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の実施例１の相関値演算回路
を示すブロック図である。図１において、１は受信信号
のパワースペクトルの入力端子、２はｍ番目の相関器の
リファレンス（相関係数（ｍ））を記憶する記憶回路で
ある。３は受信信号のパワースペクトルとリファレンス
との相関を求めるにあたり、パターン依存性のスペクト
ルのゆらぎの影響を小さくするための演算フィルタで、
４は２つの演算フィルタから出力される信号の相関を求
める演算回路である。５は記憶回路２、演算フィルタ３
および演算回路４で構成され、ＰＳＳｍを出力する相関
器である。６は複数個の相関器で構成される相関値演算
回路である。即ち、従来例の図２０の相関器５０に対応
して、新規な相関器５が設けられている。

【００３０】動作原理について説明する。周波数軸上で
表現された受信信号のパワースペクトル、リファレンス
（相関器の係数）、実施例１で用いる演算フィルタの伝
達関数、比較のため、従来方式の相関器出力、本願での
相関器出力を各々以下のシンボルで表現する。Ｘ₁（ｆ）：受信信号のパワースペクトルＸ₂（ｆ）：リファレンス（送信フィルタ）Ｈ（ｆ）：演算フィルタの伝達関数Ｗ（ｆ）：従来方式の相関器出力ＷＷ（ｆ）：本願の相関器出力ここで、Ｘ₁（ｆ）、Ｘ₂（ｆ）、Ｈ（ｆ）、Ｗ
（ｆ）、ＷＷ（ｆ）は実数関数である。本来、以下で述
べる方式においては離散信号を扱うが、以下の説明にお
いては、説明を簡単にするために、連続信号で表現す
る。即ち、入力端子１にはＸ₁（ｆ）をサンプリングし
た離散値Ｐｉが入力され、相関器５および相関器５０の
リファレンスはＸ₂（ｆ）をサンプリングした離散値と
し、ＰＳｍ、ＰＳＳｍは各々Ｗ（ｆ）、ＷＷ（ｆ）をサ
ンプリングした離散値とする。また、送信信号はナイキ
スト波形であるとする。従来方式は図２１のように動作
するので、従来方式における相関器出力Ｗ（ｆ）は次の
式（３）で表すことができる。

【００３１】

【数３】

【００３２】ここで受信信号Ｘ₁（ｆ）について考え
る。雑音がなく、送信信号を十分長い時間平均化した場
合には、パターン依存性のスペクトルのゆらぎは無いの
で、受信信号Ｘ₁（ｆ）のパワースペクトルはＸ
₂（ｆ）と同一になるはずであるが、復調時には有限長
のデータを用いるため、十分なスペクトルの平均化を行
うことができないので、パターン依存性のゆらぎを生じ
ることになる。本願の目的は、このパターンによるゆら
ぎの影響をなくすことにある。パターン依存性のスペク
トルのゆらぎをＹ（ｆ）とおけば、Ｙ（ｆ）は、次の式
（４）で表すことができる。Ｙ（ｆ）＝Ｘ₁（ｆ）−Ｘ₂（ｆ）（４）ここで、パターン依存性のスペクトルのゆらぎＹ
（ｆ）、リファレンスＸ₂（ｆ）をフーリエ変換するこ
とにより、その特性を調べる。オーバーサンプル４の場
合について、Ｙ（ｆ）にフーリエ逆変換を行い、フーリ
エ逆変換結果のｙ（ｔ）を求める。図２にｙ（ｔ）の電
力の平均値を示す。図よりパターン依存性のスペクトル
のゆらぎの電力は、平均的にｔ＝０近傍で０になるが、
その他の部分ではほぼ一定であることがわかる。また、Ｘ₂（ｆ）のフーリエ逆変換結果ｘ₂（ｔ）の電力は平均的に図３のようになる。従って、図２およ
び図３より、パターン依存性のスペクトルのゆらぎの影
響を抑えるためには、つまり、ｙ（ｔ）を０、ｘ
₂（ｔ）を１とするためには、ｔ＝０近傍を通過させ、
その他の部分を遮断するようなフィルタを用いれば良い
ことになる。

【００３３】一方、提案方式は図１のように動作するの
で、演算フィルタを含めた図１の構成の提案方式におけ
る相関器出力ＷＷ（ｆ）は式（５）で表せる。

【００３４】

【数４】

【００３５】式（５）より、相関器５からは、演算フィ
ルタに通された受信信号と演算フィルタに通されたリフ
ァレンスとの相関値が出力される。式（３）と式（５）
とを比較するために、式（５）において右辺をＸ
₁（ｆ）とそれ以外の部分の相関になるように変形して
いくと、式（６）を得る。ここでＭ（ｆ）は式（７）で
表される。更に、ＷＷ（ｆ）をフーリエ変換した結果を
ＲＲ（ｔ）とすれば、式（６）より式（８）を得る。

【００３６】

【数５】

【００３７】ここで、先に検討したように、「パターン
依存性のスペクトルのゆらぎの影響を抑えるためには、
ｔ＝０近傍を通過させ、その他の部分を遮断するような
一定周波数幅のみ通過するバンドパスフィルタを用いれ
ば良い」ことがわかっているので、式（８）より、「ｔ
＝０近傍を通過させ、その他の部分を遮断する」ような
ｍ（ｔ）を求めれば、パターン依存性のスペクトルのゆ
らぎの影響を抑えることができる。よって、上記の条件
を満たすｍ（ｔ）が決定されたら、式（７）の関係を満
たすようにＨ（ｆ）を求め、それを伝達関数とする演算
フィルタを用いる。「ｔ＝０近傍を通過させ、それ以外
の部分を遮断する」フィルタの一例として、ガウスフィ
ルタが良く知られている。ｍ（ｔ）がガウスフィルタの
場合、Ｍ（ｆ）の形状もガウス関数の形状になるので、
ここでは一例として、Ｍ（ｆ）としてガウスフィルタを
用いる。ガウスフィルタの伝達関数Ｍ（ｆ）は式（９）
で表せる。ここで、ＢｂＴはガウスフィルタの片側３ｄ
Ｂ帯域幅である。

【００３８】

【数６】

【００３９】さて、上記構成の相関器の動作について図
１に従い説明する。入力端子１から入力される受信信号
のスペクトルと記憶回路２から出力される相関係数
（ｍ）各々を演算フィルタ３に通す。演算フィルタの伝
達関数Ｈ（ｆ）は、式（７）を満たすようにする。演算
回路４では、２つの演算フィルタ出力信号の相関値を求
め、出力する。演算フィルタを用いることで、パターン
依存性のスペクトルのゆらぎによる影響を抑えることが
できるので、ＰＳＳｍのＭＡＸサーチにおける誤推定を
減少させることができる。

【００４０】実施例２．演算フィルタの一例として、Ｍ
（ｆ）としてＸ₂（ｆ）を変形したフィルタを用いるこ
とを考える。式（６）において、次の式（１０）、式
（１１）の２種類のフィルタを用いることにする。

【００４１】

【数７】

【００４２】この場合も、演算フィルタの伝達関数Ｈ
（ｆ）は、式（７）を満たすように設定し、実施例１と
同様の処理を行う。実施例２においても、演算フィルタ
を用いることで、パターン依存性のスペクトルのゆらぎ
による影響を抑えることができるので、ＰＳＳｍのＭＡ
Ｘサーチにおける誤推定を減少させることができる。

【００４３】実施例３．実施例１、実施例２の演算フィ
ルタはパターン依存性のスペクトルのゆらぎを抑えるこ
とによって周波数推定特性を向上させる方式についての
例であった。ここでは、図２４におけるＰＳｍの尖頭率
を上げ、誤推定を減らすような演算フィルタの一例を示
す。経験的に、例えば、演算フィルタの伝達関数Ｈ
（ｆ）を次の式（１２）のように設定し、実施例１と同
様の処理を行う。Ｈ（ｆ）＝Ｘ（ｆ−０．２５）−Ｘ（ｆ−０．７５）＋Ｘ（ｆ＋０．２５）−Ｘ（ｆ＋０．７５）（１２）この場合のＰＳＳｍを図４に示す。ただし、従来方式と
の比較のため、条件は従来方式の場合と同じ（雑音な
し、受信信号のオフセット周波数を０、ｆ₀＝０Ｈｚ）
とする。図２４と図４とを比較すると、図４の方がＰＳ
Ｓｍの尖頭率は大きくなっているのがわかる。これによ
り、ＰＳＳｍのＭＡＸサーチにおける誤推定を減少させ
ることができる。

【００４４】実施例４．図５はこの発明の実施例４の構
成を示す相関値演算回路のブロック図である。図５にお
いて、２は各相関器に対応するように共通化された相関
係数を記憶する記憶回路、５は演算フィルタ３および演
算回路４で構成され、ＰＳＳｍを出力する相関器であ
り、６は１つの記憶回路と複数個の相関器で構成される
相関値演算回路であり、入力端子１、演算フィルタ３、
演算回路４は実施例１〜実施例３に記載されたものと同
じである。実施例１〜実施例３の相関器においては、図
１の相関器のように各相関器毎にリファレンス用の記憶
回路を設けていたが、従来例の図２３において示したよ
うに、ｍ番目の記憶回路に記憶された相関係数（ｍ）
は、周波数オフセットの無い場合の相関係数（相関係数
（０））をｍに対応する周波数分だけ周波数軸上をシフ
トしたものであるから、図５のように１つの記憶回路に
図６のように相関係数を記憶しておき、相関器にあわせ
て相関係数を出力してやることでも、同様の処理を行う
ことができる。

【００４５】図５に従い、相関値演算回路の動作を説明
する。従来、ｍ番目の相関器におけるリファレンスは、
記憶回路に記憶された相関係数（ｍ）を用いていたが、
ここでは、１つの記憶回路に記憶された相関係数（０）
をｍに対応する周波数分だけ周波数軸上をシフトしたも
のを用いる。よって記憶回路は各相関器に対応するよう
に、相関係数（０）をシフトしながら相関器に対して出
力する。あるいは、各相関器のリファレンス側演算フィ
ルタは、それぞれ異なるシフト量で記憶回路出力を入力
する。相関器では、従来と同様に入力端子１から入力さ
れる受信信号のパワースペクトルと、記憶回路２から出
力されたリファレンス各々を演算フィルタ３に通す。演
算フィルタの伝達関数Ｈ（ｆ）は、式（７）を満たすよ
うにする。演算回路４では、２つの演算フィルタ出力信
号の相関値を求め、出力する。

【００４６】実施例５．相関器の数を１つとし、そのか
わりに相関演算を並列でなく、繰り返しおこなう装置を
説明する。図７はこの発明の実施例５の構成を示す周波
数推定部のブロック図である。図７において、７は入力
された受信信号のパワースペクトルを周波数軸上でシフ
トするシフタ、８はシフタの動作に合わせて相関値の出
力先を選択し、出力するセレクタ、９はセレクタから出
力された複数個の相関値の中から最大値を求め、さらに
最大値を出力した相関値に対応する周波数オフセット情
報を出力する最大値検出回路であり、６は１個の相関器
５、シフタ７およびセレクタ８で構成される相関値演算
回路であり、１０は相関値演算回路６および最大値検出
回路９で構成される周波数推定部である。また、入力端
子１、相関器５は実施例１〜実施例３に記載されたもの
と同じである。実施例４の相関値演算回路においては、
実施例１〜実施例３と同様の処理を行うのに、図５のよ
うに１つの記憶回路に相関係数を記憶しておき、相関器
にあわせてそれぞれシフト量の異なるリファレンスを相
関係数として出力していた。ここでは、それとは逆に、
相関係数を１つに固定し（例えば相関係数（０））、受
信信号のパワースペクトルをシフトし、かつシフト毎に
相関演算を繰り返すことで、同様の処理を行う。

【００４７】周波数推定部の動作について、図７に従い
説明する。入力端子１から図２２に示されるような受信
信号のパワースペクトルが入力される。シフタでは、こ
のパワースペクトルをｍステップシフトし出力する。相
関器５では、このシフトされたパワースペクトルとリフ
ァレンスとの相関値を求めるが、実施例４とは異なり、
パワースペクトルをシフトしているので、この場合のリ
ファレンスは、１つの相関係数（例えば、図７では相関
係数（０））のみ用いれば良い。よって相関値演算回路
６は１個の相関器で構成される。セレクタ８では、相関
値演算回路６から出力された相関値を、相関演算が終る
毎に、シフト量に合せて出力先を選択し、相関値を出力
する。そして選択後次の相関演算に合わせて次の出力先
に切り替わる。最大値検出回路９はセレクタから出力さ
れた複数個の相関値の中から最大値を求め、さらに最大
値を出力した相関値に対応する周波数オフセット情報を
出力する。

【００４８】実施例６．最も汎用的で簡易な実施例を説
明する。実施例１〜実施例３においては、入力端子１か
ら入力される受信信号のスペクトルと記憶回路２から出
力されるｍ番目のリファレンス各々を演算フィルタ３に
通していた。だが、基本的には系全体として式（６）の
関係を満たせば、演算フィルタ、演算回路（相関器）
は、順序を入れ替える等の操作を行っても良い。例え
ば、式（６）で示されたように、Ｍ（ｆ）をリファレン
スと考えれば、ＷＷ（ｆ）はＸ₁（ｆ）とＭ（ｆ）との
相関を取ることにより求まるので、記憶回路３にＭ
（ｆ）を記憶することで、図１は図２１のように従来方
式と同様に構成することもできる。但し、構成は同じで
もリファレンスは上記のように従来とは異なるものであ
る。

【００４９】実施例７．各シフトしたリファレンスに対
して相関演算した結果から最大値を検索する動作を繰り
返す量を減らせば、オフセット推定演算が減る。図８は
この発明の実施例７の構成を示すＡＦＣ回路の周波数推
定部のブロック図である。図８において、６は実施例１
〜実施例６に記載された相関値演算回路、１１は相関値
演算回路６から出力された複数個の相関値の中から後段
の最大値検出回路へ出力する相関値を間引く間引き回
路、１２は間引き回路１１を動作させるかどうかを選択
し、間引き回路１１に制御信号を出力する間引き回路制
御部、９は間引き回路１１から出力された複数個の相関
値の中から最大値を求め、さらに最大値を出力した相関
値に対応する周波数オフセット情報を出力する最大値検
出回路であり、１０は相関値演算回路６、間引き回路１
１、間引き回路制御部１２および最大値検出回路９で構
成される周波数推定部である。

【００５０】上記構成の装置の動作を説明する。上記実
施例では、演算が施された受信信号の電力スペクトルと
リファレンスとの相関値を求め、複数個の相関値の中か
ら最大となるものを求め、最大値を出力した相関器の中
心周波数をオフセット周波数と推定していた。この方式
において観測できる周波数解像度は、フーリエ変換等の
時間軸−周波数軸変換時に一意に決定されてしまうの
で、このＡＦＣ回路の推定精度も一意に決定されてしま
う。しかし、ＡＦＣ回路に要求される推定精度や処理時
間や観測したい周波数範囲はいつも同じとは限らず、例
えば初期捕捉時とトラッキング時では要求される精度や
処理時間は異なる。このように、要求される精度や処理
時間や観測したい周波数範囲が動作中に変化する場合に
は、それらの要求に合わせて間引き回路を動作させるこ
とによって、無駄な演算や最大値検出回路の演算量を減
らすことができる。

【００５１】例えば、要求される推定精度から考えて、
全ての相関器を用いる必要が無い場合や、全ての相関値
に対して最大値検出を行う処理時間が無い場合では、間
引き回路を動作させ、２つから１つ間引く場合では、間
引き回路では入力、ＰＳＳ_-L，・・・，ＰＳＳ_-2，ＰＳＳ_-1，ＰＳＳ₀，Ｐ
ＳＳ₁，ＰＳＳ₂，・・・，ＰＳＳ_L に対して、ＰＳＳ_-L，・・・,ＰＳＳ_-2，ＰＳＳ₀，ＰＳＳ₂，・
・・，ＰＳＳ_L を出力する。また、例えば動作中に観測したい周波数範
囲が狭くなった場合には、間引き回路を動作させ、間引
き回路では、入力、ＰＳＳ_-L，・・・，ＰＳＳ_-2，ＰＳＳ_-1，ＰＳＳ₀，Ｐ
ＳＳ₁，ＰＳＳ₂，・・・，ＰＳＳ_L に対して、ＰＳＳ_-K，・・・，ＰＳＳ_-2，ＰＳＳ_-1，ＰＳＳ₀，Ｐ
ＳＳ₁，ＰＳＳ₂，・・・，ＰＳＳ_K （Ｌ＞Ｋ）を出力する。間引きを行わない場合では、間引き回路を
動作させず、最大値検出回路は全ての相関値に対して処
理を行う。間引きを行うかどうかは間引き回路制御部か
らの制御信号に従う。

【００５２】本実施例においては相関器の後段に間引き
回路を置いているが、間引き回路と等価な操作（周波数
解像度や周波数範囲の変更）を行うことができれば間引
き回路の位置を変えたり、間引き回路を取り除きこれに
変わる演算回路を用いても良い。例えば、図９のように
スペクトル演算部の後段に間引き回路を置いたり、図１
０のようにスペクトル演算部の前段に間引き回路を置く
ことも等価である。また、時間軸−周波数軸変換部にお
いて離散フーリエ変換を行っている場合では、離散フー
リエ変換に用いる受信信号のオーバーサンプル数や処理
シンボル数を変えることでも等価な操作を行うことがで
きる。さらに、図８における相関器の相関係数を変える
ことでも等価な操作を行うことができる。

【００５３】実施例８．見かけの最大値間の中間の値に
真の最大値を推定し、精密なオフセット周波数を推定す
る装置を説明する。図１１はこの発明の実施例を示すＡ
ＦＣ回路の周波数推定部のブロック図である。図１１に
おいて、６は実施例１〜実施例６に記載された相関値演
算回路、１６は相関値演算回路６から出力される複数個
の相関値の中から最大値を検出し、最大値を出力した相
関器を示す情報を出力する最大値検出回路、１７は最大
値検出回路１６から出力された相関器を示す情報と相関
値演算回路６から出力される複数個の相関値を用いてオ
フセット周波数を推定し、出力する周波数補間回路、１
０は相関値演算回路６、最大値検出回路１６および周波
数補間回路１７で構成される周波数推定部である。

【００５４】実施例１〜実施例６の場合、各相関器の中
心周波数は離散的に配置されているので、推定される周
波数も離散的にしか求まらず、これによってオフセット
周波数には推定誤差が含まれるという欠点がある。この
欠点を解決するために、推定された周波数に補間を行
う。ここでの補間は例えば、最大値検出回路１６で検出
されたｍ_MAXに対応するＰＳＳｍおよびｍ_MAXに隣接す
る前または後ろの複数個のＰＳＳｍを用いて周波数を補
間する。補間動作を図１１に従い説明する。最大値検出
回路１６では、相関値演算回路６から出力される複数個
の相関値の中から最大値を検出し、ｍ_MAXを出力する。
周波数補間回路１７では、最大値検出回路１６から出力
されるｍ_MAXに対応する相関値ＰＳＳｍ_MAXおよびｍ
_MAXに隣接する前または後ろの複数個のＰＳＳｍを相関
値演算回路６から読み込み、これら複数個の相関値に対
して、例えばラグランジェの補間公式等により例えば２
次関数または３次関数形で波形補間をし、周波数補間を
行う。そして、ｍ_MAXおよび補間値も用いてΔｆを推定
し、出力する。これにより精度の良い周波数推定を行う
ことができる。

【００５５】実施例９．本実施例では、実施例７と実施
例８を併せた例を説明する。図１２はこの発明の実施例
を示すＡＦＣ回路の周波数推定部のブロック図である。
図１２において、相関値演算回路６、最大値検出回路１
６、周波数補間回路１７は実施例８に記載されたものと
同じであり、間引き回路１１、間引き回路制御部１２は
実施例７に記載されたものと同じである。また、１０は
相関値演算回路６、間引き回路１１、間引き回路制御部
１２、最大値検出回路１６、周波数補間回路１７で構成
される周波数推定部である。実施例７の場合も、実施例
１〜実施例６の場合と同様に、各相関器の中心周波数は
離散的に配置されているので、オフセット周波数には推
定誤差が含まれるという欠点を解決するために、実施例
８と同様に推定された周波数に補間を行う。実施例７に
おいては、間引き回路を使用するため、最大値検出回路
１６で検出されたｍ_MAXの隣接点の相関値が間引き回路
出力に必ずあるとは限らない。この場合には、最近の点
の相関値を用いて周波数補間を行う。また、図１２にお
いては、間引き回路出力を周波数補間回路に入力してい
るが、周波数補間時に全ての相関値が使用できるよう
に、相関値演算回路の出力を周波数補間回路に入力して
も良い。

【００５６】実施例１０．式５においては、Ｘ
₁（ｆ）、Ｘ₂（ｆ）、Ｈ（ｆ）は実数関数としてい
た。ここで、２つの実数関数Ａ（ｆ）、Ｂ（ｆ）の相関
値Ｒ（ｆ）およびたたみ込み結果Ｃ（ｆ）について考え
ると、Ｒ（ｆ）、Ｃ（ｆ）は各々次の式（１３）、式
（１４）で表わされる。更に、式（１３）において、Ａ
（ｆ）が偶関数であるとし、式（１５）のように変数変
換を行えば、式（１３）は式（１６）のようになる。

【００５７】

【数８】

【００５８】すなわち、Ａ（ｆ）が偶関数であれば、Ａ
（ｆ）、Ｂ（ｆ）の相関値およびたたみ込み結果は一致
する。この結果を用いてＸ₂（ｆ）、Ｈ（ｆ）、Ｍ
（ｆ）が偶関数の場合のＷＷ（ｆ）を求める。

【００５９】（１）Ｘ₂（ｆ）が偶関数の場合ＷＷ（ｆ）は式（１７）のように変形できるので、図１
における相関器５は図１３、図１４のように構成するこ
ともできる。

【００６０】

【数９】

【００６１】図１３はこの発明の実施例１０の相関器の
ブロック図である。図１３において、記憶回路２、演算
回路４は実施例１に記載されたものと同じである。ま
た、１８は２つの入力信号に対してたたみ込みを行う演
算回路１、１９はＨ（ｆ）の伝達関数が記憶された記憶
回路１である。演算回路１（１８）においてＸ₁（ｆ）
とＸ₂（ｆ）とのたたみ込みを行い、後段に接続された
演算回路１（１８）の入力信１とする。また演算回路４
においてＨ（ｆ）同士の相関値を求め、後段に接続され
た演算回路１（１８）の入力信号とする。演算回路１
（１８）では前記２つの入力信号の畳込みを行うことで
ＷＷ（ｆ）を得る。また図１３においては、記憶回路１
（１９）を２つ用いているが、両者は同じものであるの
で、１つに共通化しても良い。図１４はこの発明の実施
例１０の他の相関器のブロック図である。図１４におい
て、記憶回路２、演算回路１（１８）は図１３に記載さ
れたものと同じである。また、２０は入力信号と次の式
（１８）で示される伝達関数とのたたみ込みを行う演算
フィルタ１である。

【００６２】

【数１０】

【００６３】演算回路１（１８）においてＸ₁（ｆ）と
Ｘ₂（ｆ）とのたたみ込みを行い、後段に接続された演
算フィルタ１（２０）の入力信号とする。図１３におい
ては、演算回路４においてＨ（ｆ）同士の相関値を求め
ていたが、Ｈ（ｆ）は既知であるので、Ｈ（ｆ）同士の
相関値を伝達関数とする演算フィルタ１（２０）に演算
回路１（１８）の出力信号を通すことでＷＷ（ｆ）を得
る。

【００６４】（２）Ｈ（ｆ）が偶関数の場合ＷＷ（ｆ）は式（１９）のように変形できるので、図１
における相関器５は図１５、図１６のように構成するこ
ともできる。

【００６５】

【数１１】

【００６６】図１５はこの発明の実施例１０の他の相関
器のブロック図である。図１５において、記憶回路２、
演算フィルタ３、演算回路４は実施例１に記載されたも
のと同じである。Ｘ₁（ｆ）を演算フィルタ３に入力
し、このフィルタ出力信号をさらに後段に接続された演
算フィルタ３に入力し、このフィルタ出力を後段に接続
された演算回路４の入力信号とする。演算回路４におい
ては、演算フィルタ３から出力された信号と、記憶回路
から出力された信号の相関を求めることでＷＷ（ｆ）を
得る。図１６はこの発明の実施例１０の他の相関器のブ
ロック図である。図１６において、記憶回路２、演算回
路４は図１５に記載されたものと同じである。また、２
１は入力信号と、次の式（２０）で示される伝達関数と
のたたみ込みを行う演算フィルタ２である。

【００６７】

【数１２】

【００６８】図１５においてはＸ₁（ｆ）を２回演算フ
ィルタ３に通していたが、Ｈ（ｆ）は既知であるので、
Ｈ（ｆ）を２回演算フィルタに通すのと等価な伝達関数
を持つ演算フィルタ２（２１）を用いることで、図１５
の場合と同様にＷＷ（ｆ）を得る。

【００６９】（３）Ｘ₂（ｆ）、Ｈ（ｆ）共に偶関数の
場合ＷＷ（ｆ）は式２１のように変形できるので、図１にお
ける相関器５は図１７、図１８のように構成することも
できる。

【００７０】

【数１３】

【００７１】図１７はこの発明の実施例１０の他の相関
器のブロック図である。図１７において、記憶回路２、
演算フィルタ３は実施例１に記載されたものと同じであ
り、演算回路１（１８）は図１３に記載されたものと同
じである。記憶回路２から出力されるＸ₂（ｆ）を演算
フィルタ３に入力し、このフィルタ出力信号をさらに後
段に接続された演算フィルタ３に入力し、このフィルタ
出力を後段に接続された演算回路１（１８）の入力信号
とする。演算回路１（１８）においては、演算フィルタ
３から出力された信号とＸ₁（ｆ）をたたみ込むことで
ＷＷ（ｆ）を得る。図１８はこの発明の実施例１０の他
の相関器のブロック図である。図１８において、記憶回
路２、演算回路１（１８）は図１３に記載されたものと
同じであり、演算フィルタ２（２１）は図１６に記載さ
れたものと同じである。図１７においてはＸ２（ｆ）を
２回演算フィルタ３に通していたが、Ｈ（ｆ）は既知で
あるので、図１６の場合と同様にＨ（ｆ）を２回演算フ
ィルタに通すのと等価な伝達関数を持つ演算フィルタ２
（２１）を用いることで、図１７の場合と同様にＷＷ
（ｆ）を得る。

【００７２】（４）Ｍ（ｆ）が偶関数の場合ＷＷ（ｆ）は式（２２）のように変形できるので、図２
１に示す相関器５のように構成することもできる。この
場合には、記憶回路に記憶されるリファレンスは式
（７）を満たす伝達関数とする。

【００７３】

【数１４】

【００７４】このように、Ｘ₂（ｆ）、Ｈ（ｆ）、Ｍ
（ｆ）が偶関数の場合では、それに対応した式を選ぶこ
とによって図１に示された構成を変えることができ、さ
らに、対応した式の関係を満たせば、演算フィルタ、演
算回路（相関器）は、順序を入れ替える等の操作を行っ
ても良い。また、記憶回路、記憶回路１および記憶回路
２は、実施例４の図５のように共通化することも可能で
ある。

【００７５】実施例１１．実施例１〜実施例１０におい
ては、受信信号のパワースペクトルを用いて周波数推定
を行っているが、受信信号の振幅スペクトル等で処理を
行っても良い。この場合、リファレンスはそれに対応し
て変更する。

【００７６】実施例１２．実施例１〜実施例１１におい
ては、Ｈ／Ｗを用いたＡＦＣの構成例を示しているが、
これらをＳ／Ｗで構成しても良い。その場合、例えば、
第２の発明のリファレンス出力や第３の発明のパワース
ペクトルのシフトはメモリのアドレスをずらしていくこ
とで簡単に構成できる。また、間引き回路もアドレス操
作のみで簡単に構成することができる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、送信
フィルタに対応するバンドパス特性を持つリファレンス
と、受信信号のパワースペクトルとの相関値を用いて周
波数を推定するので、スペクトルのゆらぎの影響のない
良好なオフセット周波数の推定ができる効果がある。

【００７８】またこの発明によれば、相関を取る前に送
信フィルタに対応するバンドパス特性を持つ演算フィル
タを経由させる構成としたので、パターン依存性のスペ
クトルのゆらぎを抑え、十分なスペクトルの平均化を行
えない場合でも精度良くオフセット周波数を推定できる
効果がある。

【００７９】またさらに、記憶回路を共用するようにし
たので、同じ効果を得て回路構成が更に簡単になる効果
がある。

【００８０】またさらに、シフタを用いることで相関器
を１つに減す構成としたので同じ効果を得て回路構成が
更に簡単になる効果がある。

【００８１】またさらに、間引き回路を用いるので、演
算量を削減することができ、処理速度を向上させる効果
がある。

【００８２】またさらに、周波数補間回路を用いるの
で、周波数推定精度を向上させる効果がある。

【００８３】また更に、送信フィルタに対応するバンド
パス特性を持つ演算フィルタとして送信フィルタの平方
根特性を与えたので、フィルタの構成が容易で良好な通
過特性が得られ、オフセット周波数の推定がより容易に
なる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の相関値演算回路を示す
ブロック図である。

【図２】正規化時間に対するパターン依存性のスペク
トルのゆらぎの電力平均値を示す図である。

【図３】正規化時間に対するリファレンスの電力の平
均値を示す図である。

【図４】実施例３で設定された伝達関数により得られ
るＰＳＳｍの一例を示す図である。

【図５】この発明の実施例４の相関値演算回路を示す
ブロック図である。

【図６】実施例４の記憶回路に記憶されたリファレン
スの特性を示す図である。

【図７】この発明の実施例５の装置の周波数推定部の
ブロック図である。

【図８】この発明の実施例７の装置の周波数推定部の
ブロック図である。

【図９】この発明の実施例７と等価な他のＡＦＣの構
成を示す図である。

【図１０】この発明の実施例７と等価な更に他のＡＦ
Ｃの構成を示す図である。

【図１１】この発明の実施例８の装置の周波数推定部
のブロック図である。

【図１２】この発明の実施例９の装置の周波数推定部
のブロック図である。

【図１３】この発明の実施例１０の相関器の構成を示
す図である。

【図１４】この発明の実施例１０の他の相関器の構成
を示す図である。

【図１５】この発明の実施例１０の他の相関器の構成
を示す図である。

【図１６】この発明の実施例１０の他の相関器の構成
を示す図である。

【図１７】この発明の実施例１０の他の相関器の構成
を示す図である。

【図１８】この発明の実施例１０の他の相関器の構成
を示す図である。

【図１９】従来のＡＦＣ回路のブロック図である。

【図２０】従来の周波数推定部のブロック図である。

【図２１】従来の相関器の構成を示す図である。

【図２２】受信信号のパワースペクトルの一例を示す
図である。

【図２３】中心周波数の相関器を説明する図である。

【図２４】受信信号のオフセット周波数を０とした場
合のＰＳｍの形状を示す図である。

【符号の説明】

１受信信号のパワースペクトルの入力端子、２リフ
ァレンスを記憶する記憶回路、３演算フィルタ、４
演算回路、５相関器、６相関値演算回路、７シフ
タ、８セレクタ、９最大値検出回路、１０周波数
推定部、１１間引き回路、１２間引き回路制御部、１
３受信信号の入力端子、１４時間軸−周波数軸変換
部、１５スペクトル演算部、１６最大値検出回路、
１７周波数補間回路、１８演算回路１、１９記憶回
路１、２０演算フィルタ１、２１演算フィルタ２、
５０相関器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】時系列入力信号を周波数変換し、スペク
トル演算して得られるパワースペクトルを、複数の、そ
れぞれ中心周波数が異なる値により相関演算する相関器
を用いて周波数推定する自動周波数制御回路において、ｔ＝０の近傍を通過させて他を遮断する特性を持つ演算
フィルタを設けて、上記相関器の一方の入力である、送
信フィルタの特性を持つリファレンスか、または上記相
関器の他方の入力である上記パワースペクトルの、いず
れか一方または両方に対して、上記演算フィルタを通過
させて、該通過後の信号を相関器に入力させる構成とし
たことを特徴とする自動周波数制御回路。
【請求項２】演算フィルタは、注目周波数の近傍の周
波数における受信信号のパワースペクトルを加算し、注
目周波数から所定の周波数間隔をおいた周波数における
受信信号のパワースペクトルを減算して、該パワースペ
クトルの相関値の尖頭率を高める特性としたことを特徴
とする請求項１記載の自動周波数制御回路。
【請求項３】リファレンスを記憶する記憶回路を複数
の相関器に対して共通に１つとし、中心周波数がそれぞ
れ異なる上記複数の各相関器に対して、中心周波数のシ
フト量に対応するシフトをリファレンスに与えて後、入
力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の自動
周波数制御回路。
【請求項４】中心周波数が異なる複数の相関器に換え
て、相関器は１組として単一相関器とし、入力のパワースペクトルを周波数軸上でシフトするシフ
タと、上記単一相関器の出力先を選択するセレクタとを
備えて、周波数を設定して、上記シフタ出力を上記単一相関器に
入力して相関演算し、該相関演算結果を上記セレクタで
選択して最大値検出する、これら一連の相関演算を、順
次、周波数をシフトして行う構成としたことを特徴とす
る請求項１記載の自動周波数制御回路。
【請求項５】複数の相関器の入力側か、または複数の
相関器の出力側に入出力信号の間引き回路を設けて、上
記複数の相関器のうち、少ない特定の相関器の出力のみ
を使用する構成としたことを特徴とする請求項１記載の
自動周波数制御回路。
【請求項６】複数の相関器出力から最大相関値を、該
最大相関値を出した特定相関器情報と共に出力する最大
値検出回路と、上記最大値検出回路が出力する最大相関値と、上記特定
相関器情報に隣接する複数の相関器群が出力する相関値
群とを入力として、周波数補間値を得る周波数補間回路
とを備えたことを特徴とする請求項１記載の自動周波数
制御回路。
【請求項７】演算フィルタは、ガウスフィルタ、また
は送信フィルタの平方根特性を持たせたことを特徴とす
る請求項１記載の自動周波数制御回路。