JP4030538B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、それぞれ別々のアンテナに接続された複数の受信ブランチを備えた無線通信装置に関する。

複数のアンテナと各アンテナに接続された複数の受信ブランチとを備えた無線通信装置が提案されている。この種の無線通信装置では、各受信ブランチごとに、キャリア（搬送波）周波数のオフセットを推定して位相回転歪みを補正する必要がある。ここで、キャリア周波数のオフセットとは、送信時のキャリア周波数と受信時のキャリア周波数とのずれをいう。キャリア周波数のオフセット（以下、単に周波数オフセットと呼ぶ）推定を精度よく行うために、複数のブランチのうち、電力が最大となる受信ブランチを選択して周波数オフセットを推定したり、電力で重み付けして合成した受信信号を用いて周波数オフセットを推定する手法が提案されている（特許文献１，２参照）。
特開2003-204314 特開2003-283359

しかしながら、複数の受信ブランチで、それぞれ異なるDCオフセットが発生するおそれがある。DCオフセットが発生すると、周波数オフセットが変動し、周波数オフセットの推定精度が悪くなるという問題がある。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、周波数オフセットの推定精度を向上可能な無線通信装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、複数のアンテナで受信されて、各アンテナに対応する複数の信号ブランチを経由して伝送された受信信号を復調する復調部と、前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量を推定するDCオフセット推定部と、前記DCオフセット推定部における推定結果に基づいて、最小のDCオフセット量を持つ信号ブランチを選択する選択部と、前記選択部で選択された信号ブランチにおける送受信時のキャリア信号の周波数差である周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定部と、前記周波数オフセット推定部で推定された周波数オフセット量に基づいて、前記複数の信号ブランチ上の受信信号の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償部と、を備える。

また、本発明の一態様によれば、複数のアンテナで受信されて、各アンテナに対応する複数の信号ブランチを経由して伝送された受信信号を復調する復調部と、前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量を推定するDCオフセット推定部と、前記DCオフセット推定部で推定された前記複数の信号ブランチのDCオフセット量に基づいて、各信号ブランチの受信信号を加重合成する加重合成部と、加重合成された受信信号に基づいて、送受信時のキャリア信号の周波数差である周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定部と、前記周波数オフセット推定部で推定された周波数オフセット量に基づいて、前記複数の信号ブランチ上の受信信号の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償部と、を備える。

また、本発明の一態様によれば、複数のアンテナで受信されて、各アンテナに対応する複数の信号ブランチを経由して伝送された受信信号を復調する復調部と、前記複数の信号ブランチにおける送受信時のキャリア信号の周波数差である周波数オフセット量を推定する複数の周波数オフセット推定部と、前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量を推定するDCオフセット推定部と、前記DCオフセット推定部で推定されたDCオフセット量と前記複数の信号ブランチ上の受信電力とに基づいて、前記複数の周波数オフセット推定部の各出力を加重合成して新たな周波数オフセット量を生成する加重合成部と、前記加重合成手段で加重合成された周波数オフセット量に基づいて、前記複数の信号ブランチ上の受信信号の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償部と、を備える。

また、本発明の一態様によれば、DCオフセット量を推定するためのDCオフセット測定信号を生成する信号生成部と、複数のアンテナのそれぞれに対応して設けられ、対応するアンテナでの受信信号と前記DCオフセット測定信号との一方を選択して、対応する信号ブランチに供給する複数の切替部と、を備え、前記DCオフセット推定部は、前記複数の切替部を介して入力される前記DCオフセット測定信号に基づいて、前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量を推定する。

本発明によれば、最小のDCオフセット量を持つ受信ブランチに基づいて周波数オフセット量を推定するため、周波数オフセットの推定精度を向上できる。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態による無線通信装置の概略構成を示すブロック図である。図１の無線通信装置は、複数のアンテナ１ａ，１ｂで無線信号を受信する。以下では、アンテナ数が２つの例について説明するが、３つ以上のアンテナを設けてもよい。

図１の無線通信装置は、直交復調部２ａ，２ｂと、可変利得増幅器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、A/D変換器（ADC）４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、AGC部５ａ，５ｂと、DCオフセット推定部６ａ，６ｂと、選択部７と、周波数オフセット推定部８と、周波数オフセット補償部９ａ，９ｂと、復調部１０とを備えている。

このうち、直交復調部２ａ、可変利得増幅器３ａ，３ｂ、A/D変換器４ａ，４ｂ、AGC部５ａ、DCオフセット推定部６ａおよび周波数オフセット補償部９ａはアンテナ１ａに対応して設けられ、直交復調部２ｂ、可変利得増幅器３ｃ，３ｄ、A/D変換器４ｃ，４ｄ、AGC部５ｂ、DCオフセット推定部６ｂおよび周波数オフセット補償部９ｂはアンテナ１ｂに対応して設けられる。

直交復調部２ａ，２ｂは、アンテナ１ａ，１ｂで受信された受信信号を直交復調して、ベースバンド信号（Ｉ信号とＱ信号）を生成する。受信信号を直交復調部２ａ，２ｂに入力する前に、いったん中間周波数に周波数変換したり、フィルタにより不要な周波数帯域成分を除去したり、アンテナ１ａ，１ｂで受信した無線信号を増幅してもよい。なお、Ｉ信号は同相成分信号であり、Ｑ信号は直交成分信号である。

図１の無線通信装置は、直交復調後のベースバンド信号に基づいて利得制御を行っているが、直交復調前のIF信号または無線周波数信号に対して利得制御を行ってもよい。

可変利得増幅器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄはそれぞれＩ信号とＱ信号に対して利得制御を行う。A/D変換器４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、利得制御されたＩ信号とＱ信号をデジタル信号に変換する。

AGC部５ａ，５ｂは、A/D変換器４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄで変換されたデジタル信号に基づいて、可変利得増幅器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの利得をフィードバック制御する。DCオフセット推定部６ａ，６ｂは、受信信号の受信電力に対応するDCオフセットを推定する。

選択部７は、各アンテナ１ａ，１ｂに対応するDCオフセットを比較して、DCオフセットが小さいアンテナ１ａ，１ｂの経路（ブランチ）を選択する。例えば、アンテナ１ａに対応するDCオフセットがアンテナ１ｂに対応するDCオフセットよりも小さい場合には、アンテナ１ａに対応するA/D変換器４ａ，４ｂから出力されるデジタル信号を選択して、周波数オフセット推定部８に供給する。

このように、DCオフセットが小さいブランチの受信信号を選択することにより、精度の高い周波数オフセット推定を行うことができる。

選択部７は、DCオフセットだけに基づいてブランチを選択してもよいが、受信電力が予め定めたしきい値を超えるブランチの中から、DCオフセットが最小のブランチを選択してもよい。

周波数オフセット推定部８は、選択部７で選択されたデジタル信号を用いて周波数オフセットの推定を行う。ここで、周波数オフセットとは、送受信時のキャリア信号の周波数差を意味する。周波数オフセットの推定方法としては、例えば、繰り返し波形の相関値の算出や、既知系列との相関値の算出などが挙げられる。

周波数オフセット補償部９ａ，９ｂは、対応するブランチの受信信号に含まれる周波数オフセットによる歪みを補正する。歪みの補正方法は、例えば周波数がずれることにより生じる位相回転と逆回転の補正波形を乗算することにより実現される。復調部１０は、歪みが補正された受信信号を用いて復調処理を行う。

本実施形態において、最小のDCオフセットをもつブランチを検出して、検出されたブランチの受信信号を用いて周波数オフセットを推定する理由は、DCオフセットが大きいほど、周波数オフセットの推定精度が悪くなるためである。

図２はDCオフセットにより位相角が変化する様子を示す図である。図２の横軸はＩ信号成分、縦軸はＱ信号成分を表している。図２の点ａはある送信時の信号を表し、点ｂは受信時の同じ信号を表している。両者の位相角はθである。周波数オフセットが存在すると、その大きさに応じた位相角の差が生じるため、位相角の測定により周波数オフセットを推定できる。位相角θにより正しく周波数オフセットを推定できる。ここで、受信装置の各ブランチにDCオフセットα、βが存在すると、点ｂは点ｂ１、点ｂ２にそれぞれ移動する。この結果、それぞれのブランチで測定される位相角はθ１、θ２になる。位相角が変化すると、周波数オフセット推定値も変化するため、DCオフセットα、βにより、周波数オフセット推定値が変化することがわかる。α、βのベクトルの向きにも依存するが、一般にDCオフセットが大きいほど、位相角の差異も大きくなり、周波数オフセットの推定誤差もより大きくなる。したがって、本実施形態では、DCオフセットが最小のブランチを検出して、そのブランチの受信信号を用いて周波数オフセットの推定を行う。

次に、DCオフセット推定部６ａ，６ｂの内部構成について説明する。DCオフセットは、可変利得増幅器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの利得と関係する。一般的には、可変利得増幅器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの利得が大きいほどDCオフセットが大きくなるが、無線通信装置の内部構成によってDCオフセットの量は異なる。AGC部５ａ，５ｂは、受信電力に応じて可変利得増幅器３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの利得を制御するため、受信電力とDCオフセットとの対応関係を予めテーブルとして所持しておけば、ＤＣオフセット推定部６ａ，６ｂにおけるＤＣオフセット推定処理を簡易化できる。このテーブルは、図３に示すように、DCオフセット推定部６ａ，６ｂ内の記憶部１２に記憶される。

個々の部品によって、受信電力とDCオフセットとの対応関係にバラツキがあるため、バラツキを考慮に入れた平均的な値を記憶部１２に記憶してもよいし、個々の部品ごとに受信電力とDCオフセットとの対応関係を測定して記憶してもよい。

記憶部１２のデータ容量が多くなるとコストアップになるため、図４に示すように、受信電力をいくつかのグループに分けて、各グループごとにDCオフセットを設定するのが望ましい。これにより、記憶部１２のデータ容量を削減でき、コストダウンを図れる。

このように、第１の実施形態では、各ブランチでの受信信号のDCオフセットを検出し、DCオフセットが最小のブランチの受信信号を用いて周波数オフセットを検出して歪みの補正を行うため、周波数オフセットの推定精度が向上し、受信性能が向上する。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、各ブランチの受信信号をDCオフセットに応じて加重合成するものである。

図５は本発明の第２の実施形態による無線通信装置の内部構成を示すブロック図である。図５では、図１と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では、相違点を中心に説明する。

図５の無線通信装置は、図１の選択部７の代わりに、加重合成部２１を備えている。加重合成部２１には、DCオフセット推定部６ａ，６ｂから出力された各ブランチのDCオフセットが供給される。加重合成部２１は、各ブランチのDCオフセットに基づいて、各ブランチの受信信号に対して重み付けを行った上で、受信信号を加重合成する。より具体的には、DCオフセットが小さいブランチの受信信号ほど重みを大きくする。これにより、DCオフセットが小さいブランチの受信信号の影響がより大きい受信信号が得られる。

重み付けを行う際は、上述したDCオフセット推定部６ａ，６ｂと同様に、DCオフセットと重み付け量との対応関係を示すテーブルを加重合成部２１内に設けておけばよい。

周波数オフセット推定部８は、加重合成部２１で加重合成された受信信号に基づいて、周波数オフセットを推定する。周波数オフセット推定部８は、いずれか一つのブランチの受信信号のみに基づいて周波数オフセットを推定するのではなく、各ブランチのDCオフセットにより重み付けされた全ブランチの受信信号に基づいて周波数オフセットを推定するため、第１の実施形態よりも精度よく周波数オフセットを推定できる可能性がある。

周波数オフセット補償部９ａ，９ｂは、推定された周波数オフセットに基づいて、各ブランチの受信信号の歪みを補正する。

このように、第２の実施形態では、DCオフセット量に応じて重み付けされた全ブランチの受信信号に基づいて周波数オフセットを推定するため、より精度の高い周波数オフセット推定を行うことができる。

（第３の実施形態）
第２の実施形態の場合、複数のアンテナ１ａ，１ｂで受信された受信信号の位相関係が反転すると、加重合成部２１で合成した合成信号の振幅が大きく減少するという問題がある。このような問題を回避するには、各ブランチごとに周波数オフセットを推定し、推定した周波数オフセットを合成すればよい。そこで、第３の実施形態では、各ブランチごとに推定された周波数オフセット量を、各ブランチのDCオフセット量に応じて加重合成する。

図６は本発明の第３の実施形態による無線通信装置の内部構成を示すブロック図である。図６では、図５と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図６の無線通信装置は、各ブランチごとに周波数オフセット推定部８ａ，８ｂを備えている。各周波数オフセット推定部８ａ，８ｂは、対応するブランチの受信信号に基づいて周波数オフセットを推定する。推定された周波数オフセットはいずれも加重合成部２１’に供給される。

加重合成部２１’は、各ブランチのDCオフセットに基づいて、各ブランチの周波数オフセットを重み付けして加重合成する。例えば、DCオフセットが小さいブランチほど、そのブランチの周波数オフセットの重み係数を大きくする。あるいは、受信電力が大きくて、かつDCオフセットが小さいブランチの周波数オフセットに対する重み係数を大きくしてもよい。あるいは、予め設定したしきい値を超える受信信号が得られるブランチのみを対象として、周波数オフセットの加重合成を行ってもよい。

このように、第３の実施形態では、各ブランチごとに周波数オフセットを推定した後に、各ブランチのDCオフセットに基づいて周波数オフセットの加重合成を行うため、各ブランチの受信信号の位相関係が反転した場合でも、高精度に周波数オフセットを推定できる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、無線通信装置を構成する個々の部品の特性バラツキ等により、受信信号に基づいてDCオフセットを精度よく推定できない場合に対する対策を施したものである。

図７は本発明の第４の実施形態による無線通信装置の内部構成を示すブロック図である。図７では、図１と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図７の無線通信装置は、図１の構成に加えて、DC測定制御部２２と、デジタル波形生成部２３と、D/A変換器（DAC）２４と、可変利得増幅器２５と、直交変調部２６と、スイッチ２７ａ，２７ｂとを備えている。なお、図７では、DCオフセット推定部６ａ，６ｂの後段側の構成を省略しているが、実際には、図１と同様に、周波数オフセット補償部９ａ，９ｂと復調部１０を備えている。

DC測定制御部２２は、DCオフセットの測定を行う場合に、スイッチ２７ａ，２７ｂの切替と、可変利得増幅器２５の利得制御を行う。DCオフセットの測定は、電源起動直後や無線通信装置がスリープ状態のときなどに行われるため、DC測定制御部２２は、DCオフセットの測定を行うときはスイッチ２７ａ，２７ｂを切り替えて、直交変調部２６の出力が各ブランチの直交復調部２ａ，２ｂに供給されるようにする。DCオフセットの測定を行わない通常状態では、アンテナ１ａ，１ｂでの受信信号はスイッチ２７ａ，２７ｂを介して直交復調部２ａ，２ｂに供給される。

デジタル波形生成部２３は、DCオフセット測定用のデジタル波形を生成して出力する。このデジタル波形は、D/A変換器２４でアナログ信号に変換された後、可変利得増幅器２５に供給される。DC測定制御部２２は、DCオフセットの測定期間中に、可変利得増幅器２５から出力されるDCオフセット測定信号の利得を変化させる。これにより、DCオフセット推定部６ａ，６ｂにて、受信電力に応じたDCオフセットを測定できる。

DCオフセットの測定は、ある区間の波形データを平均化することにより実現できる。図８はDCオフセット推定部６ａ，６ｂの内部構成の一例を示すブロック図である。図８のDCオフセット推定部６ａ，６ｂは、シフトレジスタ３１と、合成部３２と、ビットシフタ３３とを有する。シフトレジスタ３１は、デジタル受信信号を取り込んで、ビットごとにシフトする。合成部３２は、シフトレジスタ３１の各レジスタに記憶されたデジタル波形データを合成する。ビットシフタ３３は、合成部３２で合成されたデータの平均化処理を行う。ＤＣオフセット推定部６ａ，６ｂは、図７ではＡＧＣ部５ａ，５ｂからデジタル受信信号を取り込む構成となっているが、ＡＤＣ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄから直接デジタル受信信号を取り込んでもよい。

DCオフセット推定部６ａ，６ｂは、毎回の受信電力に対応するDCオフセットを平均化してもよいし、図３に示した記憶部１２と組み合わせて、測定したDCオフセットを受信電力と対応づけて記憶部１２に記憶してもよい。

DC測定制御部２２にて利得を変えながらDCオフセットの測定を繰り返し、その結果を記憶部１２に記憶するようにすれば、予め記憶部１２にデータを格納しなくてすみ、作業性がよくなる。

図７に示したデジタル波形生成部２３、D/A変換器２４、可変利得増幅器２５および直交変調部２６は、DCオフセット推定のために新たに設ける必要はなく、送信系（不図示）の内部構成部品を利用してもよい。これにより、回路規模を増大することなく、図７の構成を実現できる。

アンテナ１ａ，１ｂでの受信信号を用いて正確にDCオフセットを推定できる場合は、受信信号を用いたDCオフセットの推定を行うのが望ましいが、受信信号を用いたDCオフセットの推定精度がよくない場合は、図６のようなDCオフセット測定信号を用いて精度よく測定したDCオフセットを予めDCオフセット推定部６ａ，６ｂに記憶しておくのが望ましい。

このように、第４の実施形態では、DCオフセット測定信号を用いてDCオフセットを推定するため、構成部品の特性バラツキ等により、受信信号に基づいてDCオフセットを精度よく推定できない場合でも、DCオフセットの推定精度を上げることができる。

本発明の第１の実施形態による無線通信装置の概略構成を示すブロック図。 DCオフセットにより位相角が変化する様子を示す図。 DCオフセット推定部の内部構成の一例を示すブロック図。 記憶部に記憶されるデータの一例を示す図。 本発明の第２の実施形態による無線通信装置の内部構成を示すブロック図。 本発明の第３の実施形態による無線通信装置の内部構成を示すブロック図。 本発明の第４の実施形態による無線通信装置の内部構成を示すブロック図。 DCオフセット推定部６ａ，６ｂの内部構成の一例を示すブロック図。

符号の説明

１ａ，１ｂ アンテナ
２ａ，２ｂ 直交復調部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 可変利得増幅器
４ａ，４ｂ，４ｄ，４ｄ A/D変換器
５ａ，５ｂ AGC部
６ａ，６ｂ DCオフセット推定部
７ 選択部
８ 周波数オフセット推定部
９ａ，９ｂ 周波数オフセット補償部
１０ 復調部
２１ 加重合成部３２
２２ DC測定制御部
２３ デジタル波形生成部
２４ D/A変換器
２５ 可変利得増幅器
２６ 直交変調部
２７ａ，２７ｂ スイッチ

Claims (10)

1. 複数のアンテナで受信されて、各アンテナに対応する複数の信号ブランチを経由して伝送された受信信号を復調する復調部と、
   前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量を推定するDCオフセット推定部と、
   前記DCオフセット推定部における推定結果に基づいて、最小のDCオフセット量を持つ信号ブランチを選択する選択部と、
   前記選択部で選択された信号ブランチにおける送受信時のキャリア信号の周波数差である周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定部と、
   前記周波数オフセット推定部で推定された周波数オフセット量に基づいて、前記複数の信号ブランチ上の受信信号の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記選択部は、前記複数の信号ブランチ上の受信信号のうち、受信電力が所定のしきい値を超える受信信号の中から、最小のDCオフセット量を持つ信号ブランチを選択することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 複数のアンテナで受信されて、各アンテナに対応する複数の信号ブランチを経由して伝送された受信信号を復調する復調部と、
   前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量を推定するDCオフセット推定部と、
   前記DCオフセット推定部で推定された前記複数の信号ブランチのDCオフセット量に基づいて、各信号ブランチの受信信号を加重合成する加重合成部と、
   加重合成された受信信号に基づいて、送受信時のキャリア信号の周波数差である周波数オフセット量を推定する周波数オフセット推定部と、
   前記周波数オフセット推定部で推定された周波数オフセット量に基づいて、前記複数の信号ブランチ上の受信信号の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
4. 前記加重合成部は、DCオフセットが小さい信号ブランチほど重み付け量を大きくして、各信号ブランチの受信信号を加重合成することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
5. 複数のアンテナで受信されて、各アンテナに対応する複数の信号ブランチを経由して伝送された受信信号を復調する復調部と、
   前記複数の信号ブランチにおける送受信時のキャリア信号の周波数差である周波数オフセット量を推定する複数の周波数オフセット推定部と、
   前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量を推定するDCオフセット推定部と、
   前記DCオフセット推定部で推定されたDCオフセット量と前記複数の信号ブランチ上の受信電力とに基づいて、前記複数の周波数オフセット推定部の各出力を加重合成して新たな周波数オフセット量を生成する加重合成部と、
   前記加重合成手段で加重合成された周波数オフセット量に基づいて、前記複数の信号ブランチ上の受信信号の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。
6. 前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量と該受信信号の受信電力との対応関係を記憶する記憶部を備え、
   前記DCオフセット推定部は、前記記憶部に記憶された対応関係に基づいて、前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量を推定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の無線通信装置。
7. 前記記憶部は、DCオフセット量を大きさに応じて分類した複数のグループのそれぞれごとに、固有の受信電力を対応づけて記憶することを特徴とする請求項６に記載の無線通信装置。
8. DCオフセット量を推定するためのDCオフセット測定信号を生成する信号生成部と、
   複数のアンテナのそれぞれに対応して設けられ、対応するアンテナでの受信信号と前記DCオフセット測定信号との一方を選択して、対応する信号ブランチに供給する複数の切替部と、を備え、
   前記DCオフセット推定部は、前記複数の切替部を介して入力される前記DCオフセット測定信号に基づいて、前記複数の信号ブランチ上の受信信号のDCオフセット量を推定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の無線通信装置。
9. 前記DCオフセット測定信号の信号電力を可変制御する電力可変制御部を備え、
   前記DCオフセット推定部は、信号電力がそれぞれ異なる複数種類の前記DCオフセット測定信号に対応するDCオフセット量を推定することを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。
10. 前記DCオフセット推定部は、前記複数の信号ブランチそれぞれについて、所定期間内の受信信号を平均化することによりDCオフセット量を推定することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の無線通信装置。

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