JP4803390B2 - 周波数補正回路及び周波数補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動通信システムに用いられる無線基地局や移動端末に設けられた無線信号を受信する受信部における周波数補正回路及び周波数補正方法に関する。

一般的に、無線技術を利用した移動通信システムにおいて、無線基地局と移動端末との間における通信は、無線伝送チャネルを経由して行われる。

また、無線基地局が複数の移動端末と同時に通信を行うために用いられる多重アクセス方式として、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ：Frequency Division Multiple Access）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）などが実用化されている。

このような移動通信システムにおいては、無線基地局と移動端末との間の固定的な無線周波数のずれなど、受信された信号に周波数誤差が存在する可能性がある。この場合は通常、無線基地局及び移動端末の無線信号の受信部においてＡＦＣ（Auto Frequency Control）による周波数誤差の補正動作が行われる。ＡＦＣによる周波数誤差の補正動作は、受信された信号を復調し、周波数誤差を検出して受信回路の局部発信器の周波数を制御する方法や、受信された信号に加える周波数オフセットを制御する方法によって実施されている。これらの方法には、主にループ制御が用いられている。

図４は、従来の周波数補正回路の一例を示す図である。

図４に示した従来の周波数補正回路には、受信アンテナ部９０１と、無線受信部９０２と、周波数オフセット付与部９０３−１〜９０３−ｎと、復調部９０４−１〜９０４−ｎと、復調信号選択部９０６と、周波数オフセット決定部９０７とが設けられている。

受信アンテナ９０１部は、無線基地局と移動端末間における無線信号を受信する。

無線受信部９０２は、受信アンテナ部９０１から出力された信号を入力し、入力された信号の増幅、無線帯域から基底帯域（ベースバンド）への周波数変換、直交検波、アナログ／ディジタル変換などを行い、これらの処理が行われた信号を周波数オフセット付与部９０３−１〜９０３−ｎへ出力する。無線受信部９０２は一般に、ローノイズアンプ、帯域制限フィルタ、ミキサ、局部発信器、ＡＧＣ（Auto Gain Controller）、直交検波器、低域通過フィルタ、アナログ／ディジタル変換器などから構成される。

周波数オフセット付与部９０３−１〜９０３−ｎは、無線受信部９０２から出力された信号と周波数オフセット決定部１０７から出力された信号とを入力し、無線受信部９０２から出力された信号に、周波数オフセット決定部９０７から出力された周波数オフセットを付与して復調部９０４−１〜９０４−ｎへそれぞれ出力する。具体的には、無線受信部９０２から出力された信号である基底帯域のディジタル受信信号の各シンボルに対して、周波数オフセット決定部９０７から出力された信号である周波数オフセットに対応する位相回転処理を行う。

復調部９０４−１〜９０４−ｎは、周波数オフセット付与部９０３−１〜９０３−ｎからそれぞれ出力された信号を入力し、多重された複数のユーザ信号成分からの所望のユーザ信号成分の分離、所望のユーザ信号成分のマルチパス成分のタイミング、すなわちパス遅延の検出／選択、およびチャネル推定などを行い、復調信号を算出する。復調信号は、復調信号選択部９０６へ出力される。

復調信号選択部９０６は、復調部９０４−１〜９０４−ｎから出力された信号である復調信号の中から最適な復調信号を選択する。

周波数オフセット決定部９０７は、周波数誤差の発生する可能性のある帯域を網羅する複数の周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットを決定し、決定した周波数オフセットを周波数オフセット付与部９０３−１〜９０３−ｎへ出力する。

一方、バースト通信など、ループ制御を用いたＡＦＣによる周波数誤差の補正動作が困難である通信方式については、受信された信号に対して、予め用意された複数の周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットを付与した後、復調を行い、復調信号の中から最適なものを選択する方法が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０７−１７６９９４号公報

しかしながら、上述したような従来の技術において、精度よく受信信号の周波数誤差を補正し、復調時の劣化を防ぐためには、周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットの間隔を十分小さくし、周波数誤差の発生する可能性のある帯域を網羅しなければならないという問題がある。

また、周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットの間隔を十分小さくし、誤差の発生する可能性のある帯域を網羅した場合、固定周波数オフセット付与部及び復調部を周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットの数だけ用意する必要があり、回路規模が増大してしまうという問題がある。

本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、回路規模の増大を抑えながら、精度良く受信信号の周波数誤差を補正し、復調時の劣化を防ぐことができる周波数補正回路及び周波数補正方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、
受信した無線信号を、該無線信号の周波数誤差を補正するために複数の周波数オフセットを付与して復調し、復調された複数の復調信号の中から１つの復調信号を選択する周波数補正回路において、
前記複数の復調信号の中から任意の数の復調信号を合成復調信号として合成し、前記複数の復調信号および前記合成復調信号のうち、いずれか１つを選択することを特徴とする。

また、前記無線信号を受信する無線受信部と、
前記無線信号に付与する前記複数の周波数オフセットを決定する周波数オフセット決定部と、
前記周波数オフセット決定部にて決定された前記複数の周波数オフセットをそれぞれ前記無線信号に付与する複数の周波数オフセット付与部と、
前記複数の周波数オフセット付与部にて前記周波数オフセットがそれぞれ付与された複数の無線信号をそれぞれ復調する複数の復調部と、
前記複数の復調部にてそれぞれ復調された複数の復調信号の中から任意の数の復調信号を合成復調信号として合成する復調信号合成部と、
前記複数の復調信号および前記合成復調信号のうち、いずれか１つを選択する復調信号選択部とを有することを特徴とする。

また、前記選択された復調信号または合成復調信号の周波数オフセットに基づいて前記周波数誤差を算出し、該算出された周波数誤差に基づいて前記無線信号に付与する複数の周波数オフセットを決定することを特徴とする。

また、受信した無線信号の周波数誤差を補正する周波数補正方法であって、
前記無線信号に付与する複数の周波数オフセットを決定する処理と、
前記決定された複数の周波数オフセットをそれぞれ前記無線信号に付与する処理と、
前記複数の周波数オフセットがそれぞれ付与された複数の無線信号を復調する処理と、
前記復調された複数の復調信号の中から任意の数の復調信号を合成復調信号として合成する処理と、
前記複数の復調信号および前記合成復調信号のうち、いずれか１つを選択する処理とを有する。

また、前記選択された復調信号または合成復調信号の周波数オフセットに基づいて前記周波数誤差を算出する処理と、
前記算出された周波数誤差に基づいて前記無線信号に付与する複数の周波数オフセットを決定する処理とを有することを特徴とする。

上記のように構成された本発明においては、受信した無線信号の周波数誤差を補正するために、無線信号に付与する複数の周波数オフセットが決定され、決定された周波数オフセットが無線信号に付与され、周波数オフセットが付与された無線信号が復調され、復調された復調信号の中から任意の数の復調信号が合成復調信号として合成され、復調信号と合成復調信号との中から１つの復調信号または合成復調信号が選択される。

これにより、精度よく受信信号の周波数誤差を補正するために周波数オフセットの数を増やす必要が無い。

以上説明したように本発明においては、受信した無線信号の周波数誤差を補正するために、無線信号に付与する複数の周波数オフセットを決定し、決定された周波数オフセットを無線信号に付与し、周波数オフセットが付与された無線信号を復調し、復調された復調信号の中から任意の数の復調信号を合成復調信号として合成し、復調信号と合成復調信号との中から１つの復調信号または合成復調信号を選択する構成としたため、回路規模の増大を抑えながら、精度良く受信信号の周波数誤差を補正し、復調時の劣化を防ぐことができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の周波数補正回路の実施の一形態を示す図である。

本形態は図１に示すように、受信アンテナ部１０１と、無線受信部１０２と、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎと、復調部１０４−１〜１０４−ｎと、復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）と、復調信号選択部１０６と、周波数オフセット決定部１０７とが設けられている。また、本形態は、無線基地局及び移動端末に搭載可能であるが、ここでは、無線基地局に設けられた場合を例に挙げて説明する。

受信アンテナ部１０１は、無線基地局と移動端末間における無線信号を受信する。なお、受信アンテナ部１０１における受信アンテナ素子の数及び配置については、ここでは特に限定しない。また、受信アンテナ部１０１にて受信された信号には、各移動端末から送信されて複数の無線伝送路チャネルを経由したユーザ信号成分と、干渉信号成分及び熱雑音が重畳されている。また、複数の無線伝送路チャネルを経由することにより、同一ユーザ信号成分でも遅延の異なるマルチパス成分が存在する。

無線受信部１０２は、受信アンテナ部１０１から出力された信号を入力し、入力された信号の増幅、無線帯域から基底帯域への周波数変換、直交検波、アナログ／ディジタル変換などを行い、これらの処理が行われた信号を周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎへ出力する。無線受信部１０２は一般に、ローノイズアンプ、帯域制限フィルタ、ミキサ、局部発信器、ＡＧＣ（Auto Gain Controller）、直交検波器、低域通過フィルタ、アナログ／ディジタル変換器などから構成される。この構成要素については、従来のものと同様であり、ここでは特に限定しない。

周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎは、無線受信部１０２から出力された信号と周波数オフセット決定部１０７から出力された信号とを入力し、無線受信部１０２から出力された信号に、周波数オフセット決定部１０７から出力された周波数オフセットを付与して復調部１０４−１〜１０４−ｎへそれぞれ出力する。なお、周波数オフセット決定部１０７から出力される周波数オフセットの数は、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎの数に等しく、それぞれが周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎそれぞれに入力する。また、図１に示した形態においては、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎを無線受信部１０２の後段に配置しているが、無線受信部１０２内の局部発信器の周波数を制御するものであっても良い。

復調部１０４−１〜１０４−ｎは、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎからそれぞれ出力された信号を入力し、多重された複数のユーザ信号成分からの所望のユーザ信号成分の分離、所望のユーザ信号成分のマルチパス成分のタイミング、すなわちパス遅延の検出／選択、およびチャネル推定などを行い、復調信号を算出する。算出された復調信号は、復調部１０４−１〜１０４−ｎから復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）及び復調信号選択部１０６へ出力される。

復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）はそれぞれ、復調部１０４−１〜１０４−ｎのうち複数の復調部から出力された復調信号を入力し、入力した複数の復調信号を合成することにより、合成復調信号を算出する。算出された合成復調信号は、復調信号選択部１０６へ出力される。なお、図1に示した形態においては、復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）がそれぞれ２つの復調信号を合成する場合を例に挙げているが、合成される復調信号の数に制限はない。

復調信号選択部１０６は、復調部１０４−１〜１０４−ｎから出力された復調信号及び復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）から出力された合成復調信号の中から最適な復調信号を選択する。

周波数オフセット決定部１０７は、周波数誤差の発生する可能性のある帯域を網羅する複数の周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットを決定する。決定した周波数オフセットを周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎへ出力する。なお、図１に示した形態においては、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎの数がｎ個、つまり周波数オフセットの数がｎ個である場合を例に挙げているが、周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットの数に制限はない。

以下に、図１に示した周波数補正回路における周波数補正方法について説明する。

図２は、図１に示した周波数補正回路における周波数補正方法を説明するためのフローチャートである。

受信アンテナ部１０１にて無線信号が受信されると（ステップＳ１）、受信された無線信号について無線受信部１０２にて、増幅、無線帯域から基底帯域への周波数変換、直交検波及びＡ−Ｄ（アナログ−ディジタル）変換等の処理が行われる（ステップＳ２）。

これらの処理が行われた信号が、無線受信部１０２から出力され、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎに入力されると、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎにて周波数オフセットが付与される（ステップＳ３）。この周波数オフセットの付与については、無線受信部１０２から出力された信号である基底帯域のディジタル受信信号の各シンボルに対して、周波数オフセット決定部１０７から出力された信号である複数の周波数オフセットに対応する位相回転処理がそれぞれ行われる。この処理については、従来の処理と同様である。また、ここで付与される周波数オフセットは、周波数オフセット決定部１０７にて決定されたものである。周波数オフセット決定部１０７にて、周波数誤差の発生する可能性のある帯域を網羅する複数の周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットが決定され、決定された周波数オフセットが周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎへ出力される。

そして、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎにて周波数オフセットがぞれぞれ付与された信号が、復調部１０４−１〜１０４−ｎにてそれぞれ復調される（ステップＳ４）。この復調処理は従来のものと同様であり、多重された複数のユーザ信号成分からの所望のユーザ信号成分の分離、所望のユーザ信号成分のマルチパス成分のタイミング、すなわちパス遅延の検出／選択及びチャネル推定などを行い、復調信号を算出するものである。

ここで、多重された複数のユーザ信号成分から所望のユーザ信号成分を分離する方法、パス遅延の検出／選択方法及び検出／選択されるパス遅延の数については特に制限しない。パス遅延の検出方法として、所望のユーザ信号の既知のシンボル（パイロットシンボル等）を用いて、パス遅延の検出を行う方法が挙げられる。また、パス遅延の選択方法として、予め定められた選択基準に従い、当該選択基準を満たすパス遅延を選択する方法が挙げられる。

選択基準の例を以下に示す。
（１）所望のユーザ信号成分の大きな上位Ｍ（Ｍは１以上の整数）個のパス遅延を選択。
（２）所望のユーザ信号の信号対干渉電力比（ＳＩＲ：Signal to Interference Ratio）の大きな上位Ｍ（Ｍは１以上の整数）個のパス遅延を選択。
（３）所望のユーザ信号成分が閾値よりも大きなパス遅延を選択。
（４）所望のユーザ信号の信号対干渉電力比が閾値よりも大きなパス遅延を選択。

また、無線伝送路チャネル推定の方法については特に制限しない。無線伝送路チャネル推定として、所望のユーザ信号の既知のシンボル（パイロットシンボル等）を用いて、無線伝送路チャネル推定を行う方法が挙げられる。

復調された信号は、復調信号として復調部１０４−１〜１０４−ｎから復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）へ出力される。

復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）に復調信号が入力されると、入力した複数の復調信号が合成されることにより、合成復調信号がそれぞれ算出される（ステップＳ５）。合成復調信号の算出方法について制限しない。合成復調信号の算出方法として、周波数オフセットの近接した複数の復調信号を信号対干渉電力比に応じて最大比合成する方法が挙げられる。合成復調信号の算出において、復調部１０４−１〜１０４−ｎにて検出／選択されたパス遅延情報を用いてパス遅延の一致した復調信号のみを合成する方法を用いるものであっても良い。また、合成復調信号の算出において、復調部１０４−１〜１０４−ｎにて検出／選択されたパス遅延情報を用いてパス遅延の近接した復調信号のみを合成する方法用いるものであっても良い。また、合成復調信号の算出において、周波数オフセット間隔に応じた相関係数を用いて補正を行う方法を用いるものであっても良い。

復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）にて算出された合成復調信号が復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）からそれぞれ出力されると、出力された合成復調信号が復調信号選択部１０６に入力される。

復調信号選択部１０６に入力された合成復調信号と、復調部１０４−１〜１０４−ｎから出力された復調信号との中から最適な復調信号が復調信号選択部１０６にて選択される（ステップＳ６）。ここで、最適な復調信号の選択方法については特に制限しない。最適な復調信号の選択方法として、最も信号対干渉電力比の大きな復調信号、あるいは合成復調信号を選択する方法が挙げられる。

以上説明したように本発明においては、周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットを固定周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎや復調部１０４−１〜１０４−ｎの数に対して、実質的にほぼ２倍用意していることになる。これにより、固定周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎ及び復調部１０４−１〜１０４−ｎの数を増やすことなく、実質的な周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットの数を増やすことができる。復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）は主にディジタル信号の加算を中心とした回路構成で実現可能であり、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎ及び復調部１０４−１〜１０４−ｎと比較すると、その回路規模は小さい。

従って、本発明により、回路規模の増大を抑えながら、精度よく受信信号の周波数誤差を補正し、復調時の劣化を防ぐことができる。

図３は、本発明の周波数補正回路の実施の他の形態を示す図である。

本形態は図３に示すように、図１に示した形態に周波数誤差算出部２０８が新たに設けられた構成となっている。

受信アンテナ部１０１、無線受信部１０２、周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎ、復調部１０４−１〜１０４−ｎ及び復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）の動作は図１に示した形態における動作と同様である。

復調信号選択部２０６は、復調部１０４−１〜１０４−ｎから出力された復調信号及び復調信号合成部１０５−１〜１０５−（ｎ−１）から出力された合成復調信号の中から最適な復調信号を選択し、その最適な復調信号に対する周波数オフセット情報を出力する。

周波数誤差算出部２０８は、復調信号選択部２０６から出力された周波数オフセット情報を入力し、最適な復調信号に対応する周波数誤差を算出し、算出された周波数誤差を周波数オフセット決定部２０７へ出力する。ここで、最適な復調信号に対応する周波数誤差の算出方法については特に制限しない。最適な復調信号に対応する周波数誤差の算出方法として、最適な復調信号の信号対干渉電力比と近接する周波数オフセットにおける復調信号の信号対干渉電力比との差、あるいは当該比を用いる方法が挙げられる。

例えば、隣り合う２つの周波数オフセットにおいて、同じあるいは近接したパス遅延の復調信号を信号対干渉電力比に応じて最大比合成する際、ほぼ１：１で合成されたとすると、その周波数誤差はこれら２つの周波数オフセットの中間付近の周波数誤差である可能性が高い。また、隣接する周波数オフセットに同じパス遅延の復調信号が存在しなかった場合、周波数誤差は最適な復調信号として選択された周波数オフセットである可能性が高い。具体的な例としては、隣り合う２つの周波数オフセットＡ，Ｂ（Ａ＜Ｂとする）における同じパス遅延の復調信号の信号対干渉電力比をそれぞれＳＩＲ＿Ａ，ＳＩＲ＿Ｂとし、最適な復調信号として選択された最大の信号対干渉電力比の復調信号の周波数オフセットとしてＡが選択された場合、
（イ）ＳＩＲ＿Ｂ／ＳＩＲ＿Ａが０．６７以下である場合、周波数誤差をＡとして算出する。
（ロ）ＳＩＲ＿Ｂ／ＳＩＲ＿Ａが０．６７よりも大きく且つ１以下である場合、周波数誤差を(Ａ＋Ｂ)／２として算出する。

周波数オフセット決定部２０７は、周波数誤差算出部２０８から出力された周波数誤差を入力し、入力された周波数誤差近傍に限定した複数の周波数誤差に対応する固定的な周波数オフセットを決定する。そして、決定した周波数オフセットを周波数オフセット付与部１０３−１〜１０３−ｎへ出力する。

このように最適な復調信号に対応する周波数誤差を算出し、周波数オフセットとして反映することにより、周波数誤差の補正動作の収束を短時間で実現することができる。

また、回路規模の増大を抑えながら、精度よく受信信号の周波数誤差を推定することができる。

以上説明したように本発明においては、ＡＦＣによる周波数誤差の補正動作の収束していない場合であっても、回路規模の増大を抑えながら、精度よく受信信号の周波数誤差を補正し、復調時の劣化を防ぐことができる。その理由は、受信信号に対して、予め用意された複数の周波数誤差に対応する固定周波数オフセットを付与した後、復調を行い、復調信号と複数の復調信号を合成した合成復調信号とを用いて、最適な復調信号を選択するためである。

本発明の周波数補正回路の実施の一形態を示す図である。 図１に示した周波数補正回路における周波数補正方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の周波数補正回路の実施の他の形態を示す図である。 従来の周波数補正回路の一例を示す図である。

符号の説明

１０１ 受信アンテナ部
１０２ 無線受信部
１０３−１〜１０３−ｎ 周波数オフセット付与部
１０４−１〜１０４−ｎ 復調部
１０５−１〜１０５−（ｎ−１） 復調信号合成部
１０６，２０６ 復調信号選択部
１０７，２０７ 周波数オフセット決定部
２０８ 周波数誤差算出部

Claims (5)

1. 受信した無線信号を、該無線信号の周波数誤差を補正するために複数の周波数オフセットを付与して復調し、復調された複数の復調信号の中から１つの復調信号を選択する周波数補正回路において、
   前記複数の復調信号の中から任意の数の復調信号を合成復調信号として合成し、前記複数の復調信号および前記合成復調信号のうち、いずれか１つを選択することを特徴とする周波数補正回路。
2. 請求項１に記載の周波数補正回路において、
   前記無線信号を受信する無線受信部と、
   前記無線信号に付与する前記複数の周波数オフセットを決定する周波数オフセット決定部と、
   前記周波数オフセット決定部にて決定された前記複数の周波数オフセットをそれぞれ前記無線信号に付与する複数の周波数オフセット付与部と、
   前記複数の周波数オフセット付与部にて前記周波数オフセットがそれぞれ付与された複数の無線信号をそれぞれ復調する複数の復調部と、
   前記複数の復調部にてそれぞれ復調された複数の復調信号の中から任意の数の復調信号を合成復調信号として合成する復調信号合成部と、
   前記複数の復調信号および前記合成復調信号のうち、いずれか１つを選択する復調信号選択部とを有することを特徴とする周波数補正回路。
3. 請求項１または請求項２に記載の周波数補正回路において、
   前記選択された復調信号または合成復調信号の周波数オフセットに基づいて前記周波数誤差を算出し、該算出された周波数誤差に基づいて前記無線信号に付与する複数の周波数オフセットを決定することを特徴とする周波数補正回路。
4. 受信した無線信号の周波数誤差を補正する周波数補正方法であって、
   前記無線信号に付与する複数の周波数オフセットを決定する処理と、
   前記決定された複数の周波数オフセットをそれぞれ前記無線信号に付与する処理と、
   前記複数の周波数オフセットがそれぞれ付与された複数の無線信号を復調する処理と、
   前記復調された複数の復調信号の中から任意の数の復調信号を合成復調信号として合成する処理と、
   前記複数の復調信号および前記合成復調信号のうち、いずれか１つを選択する処理とを有する周波数補正方法。
5. 請求項４に記載の周波数補正方法において、
   前記選択された復調信号または合成復調信号の周波数オフセットに基づいて前記周波数誤差を算出する処理と、
   前記算出された周波数誤差に基づいて前記無線信号に付与する複数の周波数オフセットを決定する処理とを有することを特徴とする周波数補正方法。

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