JP4570558B2 - 無線通信装置及び周波数オフセット量推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、デジタル携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信システムに用いられる無線通信装置及びこの無線通信装置における周波数オフセット量推定方法に関する。

無線通信システムでは、送信機と受信機との周波数オフセット量が大きい場合には、受信性能が劣化する。π／４シフトＱＰＳＫ変調のような差分検波系の変調方式では問題は少ないが、ＱＰＳＫや１６ＱＡＭ等、同期検波系の変調方式では送受信の周波数オフセットによる受信性能劣化が特に大きい。従って、受信機側ではなんらかの方法で周波数オフセット量を推定し、この推定結果に基づいた位相補償処理を行う必要がある。

一般に、同期検波系の変調方式の無線通信システムでは、周波数オフセット耐性を確保するために、送信側において通信信号に既知のパタンであるパイロットシンボルを挿入して送信している。受信側では、受信した通信信号のパイロットシンボルの位相回転量に基づいて周波数オフセット量を推定し、データシンボルの周波数オフセットを補償することが可能となっている。

ところが、周波数選択性フェージング（マルチパスフェージング）が存在する環境下では、上記のような短いパイロットシンボルのみでは周波数オフセット量の推定が困難である。このため、送信側で通信信号に一定長の固定パタンを繰返し挿入し、受信側ではこの通信信号に挿入された固定パタンを用いて周波数オフセット量を推定できるようにした無線通信システムが存在する。

上記のような繰返し固定パタン（ＦＰ：Ｆｉｘｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）を利用して周波数オフセット量推定を行う従来技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。以下、これを従来例１として、図８及び図９を参照しながら説明する。

図８は無線通信に用いる繰返し固定パタンを有する送信フレームフォーマットの例を示す図である。通信信号の送信フレームフォーマットは、フレーム同期検出等を行うプリアンブル期間と情報データ期間とからなり、プリアンブル期間中にはシンボル長がＮシンボルである既知の固定パタンＦＰが繰返し送信される。

受信側では、この通信信号のプリアンブル期間中に受信したサンプルの所要の期間中に、繰返し固定パタンの一周期分（Ｎシンボル分）離れたサンプルの位相差を求め、これを繰返し固定パタンの一周期分のシンボル数で除してシンボル単位の位相差Δθを求める。さらに、この位相差Δθの値を受信サンプルごとに次々と算出し、これを累積平均することによって位相差Δθの精度を高め、この位相差Δθの平均値を用いて受信側の位相補正をするようにしている。

図９は、従来例１における図８の送信フレームフォーマットに対応する繰返し固定パタンが５周期分（ＦＰ_０〜ＦＰ_４）である場合の受信シンボル列の例を示したものである。図９において、（ａ）は送信フレームフォーマット、（ｂ）は受信シンボル列を示しており、（ｂ）におけるｓ_ｘは繰返し固定パタンのｘサンプル目の受信サンプル列（シンボル時間間隔）である。

この図９に記載した記号を用いると、例えば累積平均数をＡ回（１≦Ａ≦４Ｎ）とした場合の位相差Δθの値は以下の数１のように算出される。なお、＊は複素共役を、Ａｒｇは位相を表す。

なお、特許文献１には記載されていないが、１シンボルのシンボル時間をＴｓ［ｓｅｃ］、算出された位相差をΔθ［ｒａｄ］とすると、送受信の周波数オフセット量の推定値ｆｏｆｆ［Ｈｚ］は、以下の数２のように算出することができる。

次に、一般に知られている別の周波数オフセット量推定方法を従来例２として説明する。この従来例２の方法は、既知の固定パタンと受信サンプルとの複素相関ベクトルを利用するものである。以下、この従来例２について、図１０、図１１及び図１２を用いて説明する。

図１０は、従来例２における図８の送信フレームフォーマットに対応する繰返し固定パタンが５周期分（ＦＰ_０〜ＦＰ_４）である場合の受信シンボル列及び受信サンプル列の例を示したものである。図１０において、（ａ）は送信フレームフォーマット、（ｂ）は受信シンボル列、（ｃ）は受信サンプル列、（ｄ）は繰返し固定パタンの複素共役を示している。（ｃ）において、ｓ_ｘ，ｙが受信サンプル列（ｍ倍オーバーサンプリング）であり、ｘはシンボル番号（繰返し固定パタンの最初のシンボルをｘ＝０とし、それ以前のシンボルは負の整数で表現する）、ｙはオーバーサンプリング番号である。また、（ｄ）においてＦ_ｘ ^＊は繰返し固定パタンの複素共役（シンボル時間間隔）である。

受信側では、この通信信号のプリアンブル期間中に受信したサンプルに対し、Ｎシンボルの繰返し固定パタンとの相互相関ベクトルを次々と算出する。

この図１０に記載した記号を用いると、算出される複素相関ベクトルｃｏｒｒ_ｉ，ｊ（ｉは任意の整数、ｊはオーバーサンプリング番号に相当し０≦ｊ≦ｍ−１）は、以下の数３のように算出される。

ここで、複素相関ベクトルｃｏｒｒ_ｉ，ｊの絶対値｜ｃｏｒｒ_ｉ，ｊ｜は、送信側で挿入した既知の固定パタンと受信サンプルのデータのパタンとが重なる位置（これを同期位置と呼ぶ）でピークとなる。いま、オーバーサンプリング番号がｊ＝３の位置が同期位置であると仮定すると、複素相関ベクトルの絶対値｜ｃｏｒｒ_ｉ，ｊ｜は、ｃｏｒｒ_ａＮ，３（ａ＝０，１，２，３，４）の位置にピークを持つことになる。このときの複素相関ベクトルの絶対値の算出結果のグラフを図１１に示す。

図１１に示す通り、複素相関ベクトルの絶対値のピークはＮシンボル時間間隔に現れるが、隣接するピーク同士の複素相関ベクトルの位相差をＮで除したものが、シンボル単位の周波数オフセットによる位相回転量となる。

いま、複素相関ベクトルの絶対値の５箇所のピーク位置（同期位置）における複素相関ベクトルが図１２のようになったとする。図１２は、同期位置である各ピーク位置の複素相関ベクトルと位相差を示したものである。

図１２において、隣接するピーク同士の複素相関ベクトルの位相差Δθ_ａ（ａ＝０，１，２，３）のそれぞれをＮで除したものが、シンボル単位の位相回転量である。この４つの位相回転量を平均化することにより、熱雑音の影響が軽減される。このとき、平均化されたシンボル単位の位相差Δθは以下の数４のように算出される。

このとき、１シンボルのシンボル時間をＴｓ［ｓｅｃ］、算出された位相差Δθ［ｒａｄ］とすると、送受信の周波数オフセット量の推定値ｆｏｆｆ［Ｈｚ］は、従来例１と同様に、以下の数５のように算出される。

このように、従来例２の方法によっても、周波数オフセット量を算出することができる。従来例２では、繰返し固定パタンの連続性を利用していることから、シンボル点同士の位相差のみを利用した従来例１と比較して、良好に周波数オフセット量を推定できる。

ところで、上記従来例２においては、一般に繰返し固定パタンの個数Ｒに対し、隣接する複素相関ベクトルの位相差を（Ｒ−１）箇所分だけ計算することができ、このＲが大きいほど熱雑音の影響を軽減することが可能である。しかしながら、従来例２のような方法では、繰返し固定パタンの個数Ｒが小さく、ＣＮＲも小さい場合には、周波数オフセット量を精度良く推定することが困難となってしまうという問題点があった。

特開平１０−１６３８１６号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、繰返し固定パタンを用いて周波数オフセット量の推定を行う際に、プリアンブル区間の繰返し固定パタンの数が少なく、ＣＮＲが小さい場合においても、周波数オフセット量を精度良く推定することが可能な無線通信装置及び周波数オフセット量推定方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、既知のＮシンボル長（Ｎは１以上の整数）の固定パタンをＡ回（Ａは１以上の整数）繰り返して送信された通信信号を受信して復調処理を行う受信部を有する無線通信装置であって、前記通信信号の受信信号と前記Ｎシンボル長の固定パタンとの複素相関ベクトルを算出する複素相関ベクトル算出手段と、前記複素相関ベクトルの大きさのピーク位置をＡ箇所検出するピーク位置検出手段と、前記Ａ箇所の隣接するＮシンボル離れのピーク位置同士の複素相関ベクトルの位相差を最大で（Ａ−１）個算出する第１の位相差算出手段と、前記Ａ箇所のピーク位置から前後にＫサンプル（Ｋは０以外の異なる整数をＭ個選択）ずれた同士の受信サンプル位置におけるＮシンボル離れの複素相関ベクトルの位相差を最大でＭ×（Ａ−１）個算出する第２の位相差算出手段と、前記算出された最大で（Ｍ＋１）×（Ａ−１）個の位相差の値に基づき、周波数オフセット量を推定する周波数オフセット量推定手段と、を備えるものである。

上記構成により、周波数オフセット量を算出するためのデータをより多く使用することができるため、プリアンブル区間の繰返し固定パタンの数が少なく、ＣＮＲが小さい場合においても、周波数オフセット量を精度良く推定することが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記周波数オフセット量推定手段は、前記算出された最大で（Ｍ＋１）×（Ａ−１）個の位相差の平均値をＮで除することでシンボルあたりの位相回転量Δθを算出し、この位相回転量Δθから周波数オフセット量を推定するものとする。

上記構成により、前記算出された位相差の平均値をシンボル数Ｎで除することによってシンボルあたりの位相回転量Δθを算出し、この位相回転量Δθから周波数オフセット量を推定することで、精度の高い周波数オフセット量の推定が可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記周波数オフセット量推定手段は、前記算出された最大で（Ｍ＋１）×（Ａ−１）個の位相差に対して各々の重み付け係数を乗じた後に平均値を算出し、この平均値をＮで除することでシンボルあたりの位相回転量Δθを算出し、この位相回転量Δθから周波数オフセット量を推定するものとする。

上記構成により、前記算出された位相差に対して重み付けを行った後に平均化し、この位相差の平均値をシンボル数Ｎで除することによってシンボルあたりの位相回転量Δθを算出し、この位相回転量Δθから周波数オフセット量を推定することで、複素相関ベクトルの大きさに応じた重み付けを行い、周波数オフセット量の推定精度をさらに大きく向上させることが可能となる。

また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記各々の重み付け係数は、当該位相差を算出した２つの複素相関ベクトルの絶対値の和であるものとする。
また、本発明は、上記の無線通信装置であって、前記各々の重み付け係数は、当該位相差を算出した２つの複素相関ベクトルのパワーの和であるものとする。
これらにより、複素相関ベクトルの大きさに応じた重み付けが可能となる。

また、本発明の無線通信システムは、既知のＮシンボル長（Ｎは１以上の整数）の固定パタンをＡ回（Ａは１以上の整数）繰り返して送信する送信部を有する第１の無線通信装置と、上記いずれかに記載の無線通信装置による第２の無線通信装置とをその構成に含むものである。

上記構成により、システム全体として受信性能の良好な無線通信システムを構築することが可能となる。

本発明の周波数オフセット量推定方法は、既知のＮシンボル長（Ｎは１以上の整数）の固定パタンをＡ回（Ａは１以上の整数）繰り返して送信された通信信号を受信して復調処理を行う受信部を有する無線通信装置における周波数オフセット量推定方法であって、前記通信信号の受信信号と前記Ｎシンボル長の固定パタンとの複素相関ベクトルを算出する複素相関ベクトル算出ステップと、前記複素相関ベクトルの大きさのピーク位置をＡ箇所検出するピーク位置検出ステップと、前記Ａ箇所の隣接するＮシンボル離れのピーク位置同士の複素相関ベクトルの位相差を最大で（Ａ−１）個算出する第１の位相差算出ステップと、前記Ａ箇所のピーク位置から前後にＫサンプル（Ｋは０以外の異なる整数をＭ個選択）ずれた同士の受信サンプル位置におけるＮシンボル離れの複素相関ベクトルの位相差を最大でＭ×（Ａ−１）個算出する第２の位相差算出ステップと、前記算出された最大で（Ｍ＋１）×（Ａ−１）個の位相差の値に基づき、周波数オフセット量を推定する周波数オフセット量推定ステップと、を有するものである。

これにより、繰返し固定パタンを用いて周波数オフセット量の推定を行う際に、周波数オフセット量を算出するためのデータをより多く使用することができるため、プリアンブル区間の繰返し固定パタンの数が少なく、ＣＮＲが小さい場合においても、周波数オフセット量を精度良く推定することが可能となる。

本発明によれば、繰返し固定パタンを用いて周波数オフセット量の推定を行う際に、プリアンブル区間の繰返し固定パタンの数が少なく、ＣＮＲが小さい場合においても、周波数オフセット量を精度良く推定することが可能な無線通信装置及び周波数オフセット量推定方法を提供できる。

（第１の実施形態）
図１は本発明の実施形態に係る無線通信装置の主要部の構成を示すブロック図である。まず、無線通信装置の送信系について説明する。本実施形態の無線通信装置は、送信系として、波形生成器１０１、ルートナイキストフィルタ（ＲＮＦ）１０２、Ｄ／Ａ変換器１０３、直交変調器１０４、ミキサ１０５、増幅器１０６、共用器１０７、送受信共用アンテナ１０８を備えている。

この送信系において、送信ビット列Ｕは、波形生成器１０１に入力され、制御データが付加され、通信信号となる送信用の変調データが生成される。変調データは、ルートナイキストフィルタ１０２によってベースバンド帯域制限された後、Ｄ／Ａ変換器１０３に入力され、上記変調データがデジタル信号からアナログ信号に変換される。さらに直交変調器１０４では、アナログ信号に変換された送信信号が直交変調される。

直交変調器１０４で直交変調された送信信号は、所定の送信周波数に変換するミキサ１０５によって無線周波数にアップコンバートされ、アップコンバートされた信号は増幅器１０６によって増幅される。増幅された送信信号は、送受信信号を分岐する共用器１０７を介して送受信共用アンテナ１０８へ出力され、送受信共用アンテナ１０８から無線信号（通信信号）として送信される。

次に、無線通信装置の受信系について説明する。本実施形態の無線通信装置は、受信系として、送受信共用アンテナ１０８、共用器１０７、ミキサ１０９、直交復調器１１０、Ａ／Ｄ変換器１１１、ルートナイキストフィルタ（ＲＮＦ）１１２、同期部１１３、周波数オフセット量推定器１１４、復調器１１５を備えている。

この受信系において、送受信共用アンテナ１０８で受信された受信信号（通信信号）は、共用器１０７を介してミキサ１０９に入力され、ミキサ１０９によってベースバンド周波数にダウンコンバートされ、さらに直交復調器１１０によって直交復調される。

直交復調された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器１１１によってアナログ信号からデジタル信号に変換され、ルートナイキストフィルタ１１２によって帯域制限された後に、同期部１１３、周波数オフセット量推定器１１４及び復調器１１５に入力される。

同期部１１３では、上記デジタル信号を用いて同期獲得が行われ、シンボルタイミング信号が周波数オフセット量推定器１１４及び復調器１１５に入力される。周波数オフセット量推定器１１４では、後述する本実施形態の周波数オフセット量推定方法による処理が実行され、送受信の周波数オフセット量が推定される。この推定された周波数オフセット量に基づき、ルートナイキストフィルタ１１２への入力位相が補正される。

復調器１１５には、周波数選択性フェージングを補償する波形等化器や変調方式に応じた検波器が用いられる。この復調器１１５により、上記ルートナイキストフィルタ１１２の出力信号と上記同期部１１３からのシンボルタイミング信号とを用いて復調処理が行われ、受信ビット列Ｄが出力される。

次に、周波数オフセット量推定器１１４における周波数オフセット量の推定処理について詳細に説明する。ここでは、前述した背景技術の従来例２と同様に、送信側の無線通信装置において図８に示した送信フレームフォーマットで通信信号の送信を行い、受信側の無線通信装置において図１０に示したような繰返し固定パタン５周期分（ＦＰ_０〜ＦＰ_４）（繰返し固定パタン個数Ｒ＝５）のサンプル列を受信した場合を示す。すなわち、ここではＮシンボル長（Ｎは１以上の整数）の固定パタンをＡ回（Ａは１以上の整数でＡ＝５）繰り返して送信し、この通信信号を受信した場合の処理を説明する。

図１０において、（ａ）は送信フレームフォーマット、（ｂ）は受信シンボル列、（ｃ）は受信サンプル列、（ｄ）は繰返し固定パタンの複素共役を示したものである。（ｃ）において、ｓ_ｘ，ｙが受信サンプル列（ｍ倍オーバーサンプリング）であり、ｘはシンボル番号（繰返し固定パタンの最初のシンボルをｘ＝０とし、それ以前のシンボルは負の整数で表現する）、ｙはオーバーサンプリング番号である。また、（ｄ）においてＦ_ｘ ^＊は繰返し固定パタンの複素共役（シンボル時間間隔）である。

図２は第１の実施形態に係る周波数オフセット量推定器における周波数オフセット量の推定処理手順を示すフローチャートである。受信した受信信号のサンプル列は、周波数オフセット量推定器１１４にも入力され、ここで送受信の周波数オフセット量の推定が行われる。まず、周波数オフセット量推定器１１４は、受信サンプル列及びシンボルタイミング信号を順次入力する（ステップＳ１１）。そして、周波数オフセット量推定器１１４は、送信フレームフォーマットのプリアンブル期間中に受信したサンプルに対し、Ｎシンボルの繰返し固定パタンとの相互相関ベクトルとして、複素相関ベクトルを次々と算出する（ステップＳ１２）。この周波数オフセット量推定器１１４によるステップＳ１２の処理が複素相関ベクトル算出手段（複素相関ベクトル算出ステップ）の機能に相当する。

このステップＳ１２において、図１０に記載した記号を用いると、算出される複素相関ベクトルｃｏｒｒ_ｉ，ｊ（ｉは任意の整数、ｊはオーバーサンプリング番号に相当し０≦ｊ≦ｍ−１）は、以下の数６のように算出される。

ここで、複素相関ベクトルｃｏｒｒ_ｉ，ｊの絶対値｜ｃｏｒｒ_ｉ，ｊ｜は、送信側でプリアンブル期間に挿入した既知の固定パタンと受信サンプルのデータのパタンとが重なる位置（これを同期位置と呼ぶ）でピークとなる。よって、周波数オフセット量推定器１１４は、この複素相関ベクトルの大きさのピーク位置をＡ箇所（ここでは５箇所）検出する（ステップＳ１３）。この周波数オフセット量推定器１１４によるステップＳ１３の処理がピーク位置検出手段（ピーク位置検出ステップ）の機能に相当する。

いま、オーバーサンプリング番号がｊ＝３の位置が同期位置であると仮定すると、複素相関ベクトルの絶対値｜ｃｏｒｒ_ｉ，ｊ｜は、ｃｏｒｒ_ａＮ，３（ａ＝０，１，２，３，４）の位置にピークを持つ。図３は、複素相関ベクトルの絶対値の算出結果をグラフで示したものであり、図４は、同期位置である各ピーク位置における複素相関ベクトルと位相差を示したものである。図３の複素相関ベクトルの絶対値のグラフにおいて、ピーク位置であるｃｏｒｒ_ａＮ，３は、○印を付した位置のデータになる。また、各ピーク位置（ｃｏｒｒ_ａＮ，３）の複素相関ベクトルは図４のように表される。

そして、周波数オフセット量推定器１１４は、Ａ箇所（５箇所）の隣接するＮシンボル離れのピーク位置（同期位置）同士の複素相関ベクトルの位相差を最大で（Ａ−１）個（４個）算出する（ステップＳ１４）。この周波数オフセット量推定器１１４によるステップＳ１４の処理が第１の位相差算出手段（第１の位相差算出ステップ）の機能に相当する。

図４において、同期位置である隣接するピーク同士の複素相関ベクトルの位相差Δθ_ａ，３（ａ＝０，１，２，３、後ろのサフィックスはオーバーサンプリング番号の３を表す）のそれぞれをＮで除したものがシンボル単位の位相回転量である。ここで、平均化されたシンボル単位の位相差Δθ_３は、以下の数７のように算出される。

次に、同期位置である隣接するピーク位置の１サンプル前同士及び１サンプル後ろ同士の位相差を算出する。ここでは、一例として、同期位置（オーバーサンプリング番号ｊ＝３）の１サンプル前の複素相関ベクトル（オーバーサンプリング番号ｊ＝２）と、１サンプル後ろの複素相関ベクトル（オーバーサンプリング番号ｊ＝４）とを用いて位相差の算出を行う。

この１サンプル前及び後同士の位相差算出のための複素相関ベクトルは、図３の複素相関ベクトルの絶対値のグラフにおいて、ｃｏｒｒ_ａＮ，２（ａ＝０，１，２，３，４）とｃｏｒｒ_ａＮ，４（ａ＝０，１，２，３，４）とで示された位置のデータである。ｃｏｒｒ_ａＮ，２は図３において△印を付した位置のデータ、ｃｏｒｒ_ａＮ，４は図３において□印を付した位置のデータである。

また、図５は、同期位置の１サンプル前（ｃｏｒｒ_ａＮ，２）における複素相関ベクトルと位相差を示したものであり、図６は、同期位置の１サンプル後（ｃｏｒｒ_ａＮ，４）における複素相関ベクトルと位相差を示したものである。

まず、周波数オフセット量推定器１１４は、前記Ａ箇所（５箇所）のピーク位置から前にＫサンプルずれた同士の受信サンプル位置におけるＮシンボル離れの複素相関ベクトルの位相差を算出する（ステップＳ１５）。ここでは、隣接するピーク位置において、ずれ量として１サンプル前（Ｋ＝−１）にずれた位置を選択し、４個の複素相関ベクトルの位相差を算出する。

図５において、同期位置である隣接するピーク位置の１サンプル前同士の複素相関ベクトルの位相差Δθ_ａ，２（ａ＝０，１，２，３、後ろのサフィックスはオーバーサンプリング番号の２を表す）のそれぞれをＮで除したものがシンボル単位の位相回転量である。ここで、平均化されたシンボル単位の位相差Δθ_２は、以下の数８のように算出される。

続いて、周波数オフセット量推定器１１４は、前記Ａ箇所（５箇所）のピーク位置から後ろにＫサンプルずれた同士の受信サンプル位置におけるＮシンボル離れの複素相関ベクトルの位相差を算出する（ステップＳ１６）。ここでは、隣接するピーク位置において、ずれ量として１サンプル後（Ｋ＝＋１）にずれた位置を選択し、４個の複素相関ベクトルの位相差を算出する。

図６において、同期位置である隣接するピーク位置の１サンプル後ろ同士の複素相関ベクトルの位相差Δθ_ａ，４（ａ＝０，１，２，３、後ろのサフィックスはオーバーサンプリング番号の４を表す）のそれぞれをＮで除したものがシンボル単位の位相回転量である。ここで、平均化されたシンボル単位の位相差Δθ_４は、以下の数９のように算出される。

以上により、同期位置の隣接するピーク同士の複素相関ベクトルの平均化された位相差Δθ_３、同期位置の１サンプル前同士の複素相関ベクトルの平均化された位相差Δθ_２、及び同期位置の１サンプル後ろ同士の複素相関ベクトルの平均化された位相差Δθ_４を算出する。上記の周波数オフセット量推定器１１４によるステップＳ１５及びＳ１６の処理が第２の位相差算出手段（第２の位相差算出ステップ）の機能に相当する。

次に、周波数オフセット量推定器１１４は、これらの位相差Δθ_３、Δθ_２、Δθ_４を用いて、シンボル単位の位相回転量Δθを算出する（ステップＳ１７）。このシンボル単位の位相回転量Δθは、例えば以下の数１０のように算出される。

さらに、周波数オフセット量推定器１１４は、上記位相回転量Δθに基づき、送受信の周波数オフセット量の推定値ｆｏｆｆを算出する（ステップＳ１８）。上記の周波数オフセット量推定器１１４によるステップＳ１７及びＳ１８の処理が周波数オフセット量推定手段（周波数オフセット量推定ステップ）の機能に相当する。ここで、１シンボルのシンボル時間をＴｓ［ｓｅｃ］、算出された位相差Δθ［ｒａｄ］とすると、送受信の周波数オフセット量の推定値ｆｏｆｆ［Ｈｚ］は、以下の数１１のように算出される。

上述したように、本実施形態では、繰返し固定パタンを用いて送受信を行い、送信側の繰返し固定パタンと受信側の受信シンボルとから算出した複素相関ベクトルに対し、同期位置の隣接ピーク間の位相差のみを利用して周波数オフセット量を推定するのではなく、同期位置の前後のＫサンプルずれた同士のオーバーサンプルデータから得られる複素相関ベクトルを用い、これらの位相差をピーク同士の位相差に加えて用いることにより、周波数オフセット量を算出するためのデータをより多く使用することが可能となっている。これにより、精度の高い周波数オフセット量推定が可能となる。

本実施形態の周波数オフセット量推定方法では、送信フレームフォーマットにおける繰返し固定パタンがＲ（Ｒ≧２）個（図８の例では５個）である。ここで、複素相関ベクトルの位相差の算出において、同期位置とともに、同期位置の前Ａサンプル分及び後ろＢサンプル分との複素相関ベクトルを用いるとする。このとき、位相差の算出可能箇所数は、同期位置の隣接ピーク同士の位相差（Ｒ−１）箇所に加え、隣接ピークの前サンプル同士の位相差Ａ×（Ｒ−１）箇所、及び隣接ピークの後ろサンプル同士の位相差Ｂ×（Ｒ−１）箇所が加わり、計（Ａ＋Ｂ＋１）×（Ｒ−１）箇所となる。なお、上記の本実施形態の例では、Ａ＝１，Ｂ＝１としている。前述の従来例２で使用できた位相差データの個数は（Ｒ−１）箇所であったが、本実施形態では、従来例２と比較して（Ａ＋Ｂ＋１）倍（上記の本実施形態の例では３倍）となる。

このように本実施形態の周波数オフセット量推定方法では、周波数オフセット量を算出するための位相差の算出可能箇所数が増えるため、熱雑音に強くなる。すなわち、ＣＮＲが小さく熱雑音の影響が大きい場合においても、より精度良く周波数オフセット量を推定することが可能になる。また、送信フレームフォーマットに含まれる繰返し固定パタンの個数Ｒが少ない場合においても、位相差を算出する箇所数を増やすことができるので、周波数オフセット量を精度良く推定することが可能となる。

なお、第１の実施形態では、同期位置の前後の複素相関ベクトルの位相差を算出するためのサンプルを、同期位置の前１サンプル、後ろ１サンプルの位置のみとしたが、このサンプル数Ｋは任意に決定してよい。

以上のように、本実施形態の無線通信装置によれば、周波数オフセット量推定器１１４において上記の周波数オフセット量推定方法を適用することによって、無線伝搬路にマルチパスフェージングが存在する場合においても、良好な周波数オフセット量推定を行えるため、良好な受信性能を有した無線通信装置を実現できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態におけるステップＳ１４〜Ｓ１７（数７〜数１０）の精度を向上させる例である。周波数オフセット量推定器１１４における一部の動作以外の、無線通信装置の構成及び動作は第１の実施形態と同様であり、ここでは異なる動作のみ説明する。

第２の実施形態では、周波数オフセット量推定器１１４は、図２のステップＳ１４〜Ｓ１６において、それぞれ、図４〜図６の各位相差Δθ_ｋ，ｌ（ｋ＝０，１，２，３、ｌ＝２，３，４）に対して、重み付け係数を乗じて重み付けを行った上で平均化し、位相差を求める。重み付けは、位相差を算出するのに使用した２つの複素相関ベクトルの絶対値の和、パワーの和、あるいは重み付け関数を作成する等、色々な方法が考えられる。

そして、周波数オフセット量推定器１１４は、図２のステップＳ１８において、算出された各位相差Δθ_３、Δθ_２、Δθ_４を用いて、シンボル単位の位相回転量Δθを算出する。それぞれの位相差Δθ_ｋ，ｌに対する重み付け係数をｗ_ｋ，ｌとすると、重み付け平均化されたシンボル単位の位相回転量Δθは、以下の数１２のように算出される。

ここで、重み付け係数ｗ_ｋ，ｌとして、位相差を算出するのに使用した２つの複素相関ベクトルの絶対値の和を用いる場合には、重み付け係数ｗ_ｋ，ｌは以下の数１３のように表せる。

また、重み付け係数ｗ_ｋ，ｌとして、位相差を算出するのに使用した２つの複素相関ベクトルのパワーの和を用いる場合には、重み付け係数ｗ_ｋ，ｌは以下の数１４のように表せる。

そして、図２のステップＳ１８において、周波数オフセット量推定器１１４は、上記位相回転量Δθに基づき、送受信の周波数オフセット量の推定値ｆｏｆｆを算出する。ここで、１シンボルのシンボル時間をＴｓ［ｓｅｃ］、算出された位相差Δθ［ｒａｄ］とすると、送受信の周波数オフセット量の推定値ｆｏｆｆ［Ｈｚ］は、以下の数１５のように算出される。

上述したように、第２の実施形態では、周波数オフセット量によるシンボル単位の位相回転量を算出する際に、位相差を算出する２つの複素相関ベクトルの大きさやパワーによる重み付けを行うようにしている。複素相関ベクトルは、その大きさが大きいほど、複素相関値を求めるのに使用されたサンプルデータのＣＮＲが大きいため、算出された位相差の精度も高くなっている。複素相関ベクトルの大きさに応じた重み付けを行う第２の実施形態の周波数オフセット量推定方法は、第１の実施形態よりも演算量や回路規模がやや大きくなるものの、その推定精度を大きく向上させることができる。

図７は本発明の実施形態に係る無線通信装置を用いた無線通信システムの構成を示す図である。無線通信システムは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格などによる無線ＬＡＮやＡＲＩＢ−ＳＴＤ−Ｔ８６による市町村デジタル同報通信システム等に用いられる基地局の無線通信装置ＢＳと、移動局あるいは固定局の無線通信装置ＲＳ１、ＲＳ２、・・・、ＲＳｍとを有して構成される。この無線通信装置ＲＳ１、ＲＳ２、・・・、ＲＳｍにおいて、少なくとも一つに図１に示した本実施形態の無線通信装置を用いることにより、システム全体として受信性能の良好な無線通信システムを構築することができる。

なお、本実施形態は、既知の固定パタンを繰返し送出するような送信フォーマットを有するデジタル無線通信システムの無線通信装置において、幅広く適用することが可能である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇ規格などの無線ＬＡＮやＡＲＩＢ−ＳＴＤ−Ｔ８６の市町村デジタル同報通信システム等に、上述した本実施形態の無線通信装置を適用することによって、精度の良い周波数オフセット量推定が可能となり、無線通信システムにおける受信性能を向上させることが可能となる。

上述したように、本実施形態によれば、無線通信装置において送受信の周波数オフセット量を推定する際に、無線通信システムの無線伝搬路のマルチパスフェージング下において、プリアンブル区間の繰返し固定パタンの数が少なく、かつＣＮＲが小さい場合などにおいても、周波数オフセット量を精度良く推定することができる。

本発明は、繰返し固定パタンを用いて周波数オフセット量の推定を行う際に、プリアンブル区間の繰返し固定パタンの数が少なく、ＣＮＲが小さい場合においても、周波数オフセット量を精度良く推定することが可能となる効果を有し、デジタル携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信システムに用いられる無線通信装置及び周波数オフセット量推定方法等に有用である。

本発明の実施形態に係る無線通信装置の主要部の構成を示すブロック図 本発明の第１の実施形態に係る周波数オフセット量推定器における周波数オフセット量の推定処理手順を示すフローチャート 第１の実施形態における複素相関ベクトルの絶対値の算出結果を示す図 第１の実施形態における同期位置である各ピーク位置（ｃｏｒｒ_ａＮ，３）における複素相関ベクトルと位相差を示す図 第１の実施形態における同期位置の１サンプル前（ｃｏｒｒ_ａＮ，２）における複素相関ベクトルと位相差を示す図 第１の実施形態における同期位置の１サンプル後（ｃｏｒｒ_ａＮ，４）における複素相関ベクトルと位相差を示す図 本発明の実施形態に係る無線通信装置を用いた無線通信システムの構成を示す図 無線通信に用いる繰返し固定パタンを有する送信フレームフォーマットの例を示す図 従来例１における繰返し固定パタンの受信シンボル列の例を示す図 従来例２における繰返し固定パタンの受信シンボル列及び受信サンプル列の例を示す図 従来例２における複素相関ベクトルの絶対値の算出結果を示す図 従来例２における同期位置である各ピーク位置の複素相関ベクトルと位相差を示す図

符号の説明

１０１ 波形生成器
１０２ ルートナイキストフィルタ
１０３ Ｄ／Ａ変換器
１０４ 直交変調器
１０５ ミキサ
１０６ 増幅器
１０７ 共用器
１０８ 送受信共用アンテナ
１０９ ミキサ
１１０ 直交復調器
１１１ Ａ／Ｄ変換器
１１２ ルートナイキストフィルタ
１１３ 同期部
１１４ 周波数オフセット量推定器
１１５ 復調器

Claims (7)

1. 既知のＮシンボル長（Ｎは１以上の整数）の固定パタンをＡ回（Ａは１以上の整数）繰り返して送信された通信信号を受信して復調処理を行う受信部を有する無線通信装置であって、
   前記通信信号の受信信号と前記Ｎシンボル長の固定パタンとの複素相関ベクトルを算出する複素相関ベクトル算出手段と、
   前記複素相関ベクトルの大きさのピーク位置をＡ箇所検出するピーク位置検出手段と、
   前記Ａ箇所の隣接するＮシンボル離れのピーク位置同士の複素相関ベクトルの位相差を最大で（Ａ−１）個算出する第１の位相差算出手段と、
   前記Ａ箇所のピーク位置から前後にＫサンプル（Ｋは０以外の異なる整数をＭ個選択）ずれた同士の受信サンプル位置におけるＮシンボル離れの複素相関ベクトルの位相差を最大でＭ×（Ａ−１）個算出する第２の位相差算出手段と、
   前記算出された最大で（Ｍ＋１）×（Ａ−１）個の位相差の値に基づき、周波数オフセット量を推定する周波数オフセット量推定手段と、
   を備える無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記周波数オフセット量推定手段は、前記算出された最大で（Ｍ＋１）×（Ａ−１）個の位相差の平均値をＮで除することでシンボルあたりの位相回転量Δθを算出し、この位相回転量Δθから周波数オフセット量を推定する無線通信装置。
3. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記周波数オフセット量推定手段は、前記算出された最大で（Ｍ＋１）×（Ａ−１）個の位相差に対して各々の重み付け係数を乗じた後に平均値を算出し、この平均値をＮで除することでシンボルあたりの位相回転量Δθを算出し、この位相回転量Δθから周波数オフセット量を推定する無線通信装置。
4. 請求項３に記載の無線通信装置であって、
   前記各々の重み付け係数は、当該位相差を算出した２つの複素相関ベクトルの絶対値の和である無線通信装置。
5. 請求項３に記載の無線通信装置であって、
   前記各々の重み付け係数は、当該位相差を算出した２つの複素相関ベクトルのパワーの和である無線通信装置。
6. 既知のＮシンボル長（Ｎは１以上の整数）の固定パタンをＡ回（Ａは１以上の整数）繰り返して送信する送信部を有する第１の無線通信装置と、
   請求項１から５のいずれかに記載の無線通信装置による第２の無線通信装置とをその構成に含む無線通信システム。
7. 既知のＮシンボル長（Ｎは１以上の整数）の固定パタンをＡ回（Ａは１以上の整数）繰り返して送信された通信信号を受信して復調処理を行う受信部を有する無線通信装置における周波数オフセット量推定方法であって、
   前記通信信号の受信信号と前記Ｎシンボル長の固定パタンとの複素相関ベクトルを算出する複素相関ベクトル算出ステップと、
   前記複素相関ベクトルの大きさのピーク位置をＡ箇所検出するピーク位置検出ステップと、
   前記Ａ箇所の隣接するＮシンボル離れのピーク位置同士の複素相関ベクトルの位相差を最大で（Ａ−１）個算出する第１の位相差算出ステップと、
   前記Ａ箇所のピーク位置から前後にＫサンプル（Ｋは０以外の異なる整数をＭ個選択）ずれた同士の受信サンプル位置におけるＮシンボル離れの複素相関ベクトルの位相差を最大でＭ×（Ａ−１）個算出する第２の位相差算出ステップと、
   前記算出された最大で（Ｍ＋１）×（Ａ−１）個の位相差の値に基づき、周波数オフセット量を推定する周波数オフセット量推定ステップと、
   を有する周波数オフセット量推定方法。

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