JP5115340B2 - 無線通信装置および周波数偏差算出方法 - Google Patents

Description

本発明は無線通信装置および周波数偏差算出方法に関し、特に周波数偏差を算出する無線通信装置およびその周波数偏差算出方法に関する。

移動体通信では、無線通信装置の受信周波数と、受信する無線信号の周波数とが異なると、無線信号を適切に受信できなくなる。そこで、移動体通信の無線通信装置は、自動周波数制御（ＡＦＣ：Automatic Frequency Control）を搭載し、無線通信装置の受信周波数と、受信する無線信号の周波数とが一致するようにずれを調整している（例えば、特許文献１−３参照）。

例えば、新幹線のトンネル内のように無線端末が無線基地局付近を高速移動する場合、ドップラー効果により無線信号は急激な速さで位相の極性反転が生じる。そのため、無線基地局は、このような無線信号を適切に受信できるよう、追従性の極めて高いＡＦＣが要求される。

一方、無線基地局において見られる受信信号の位相回転の多くは、発振器の安定性に由来する。従って、ＡＦＣは、発振器の不安定によるノイズ等を考慮し、追従性よりもむしろ安定性が求められる。

ＡＦＣの追従性と安定性は、トレードオフの関係にある。そのため、高速で移動する無線端末の無線信号を受信できるようＡＦＣの追従性を向上させると、低速移動する無線端末の無線信号の受信品質が低下する。一方、低速移動する無線端末の無線信号の受信品質を向上させるようＡＦＣの安定性を向上させると、高速移動する無線端末の無線信号の受信が困難となる。
特開２００６−３４９５８７号公報 特開平７−７４７２６号公報 特開２００２−２６７６９号公報

このように、高速移動および低速移動する無線端末の一方の受信品質を向上させると、他方の受信品質が低下するという問題点があった。
本件はこのような点に鑑みてなされたものであり、高速移動および低速移動する対無線通信装置の受信品質を向上する無線通信装置および周波数偏差算出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、周波数偏差を算出する無線通信装置が提供される。この無線通信装置は、受信する無線信号の当該無線通信装置の受信周波数に対する前記周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段と、前記周波数偏差算出手段によって算出された前記周波数偏差を平均する平均手段と、前記周波数偏差算出手段によって算出された前記周波数偏差に基づいて当該無線通信装置と無線通信する対無線通信装置の移動速度と、前記周波数偏差に基づいて前記無線信号の偏角とを算出する移動速度算出手段と、前記移動速度算出手段によって算出された前記対無線通信装置の前記移動速度に基づいて前記平均手段の前記周波数偏差の平均時間を変更する平均時間変更手段と、を有する。また、前記移動速度算出手段は、平均化した前記偏角の絶対値である絶対偏角平均変数と、閾値とを比較して前記対無線通信装置の前記移動速度を判定する。

高速移動および低速移動する対無線通信装置の受信品質を向上することができる。

図１は、無線通信装置の概要を説明する図である。図１に示すように無線通信装置は、周波数偏差算出手段１、平均手段２、移動速度算出手段３、および平均時間変更手段４を有している。

周波数偏差算出手段１は、受信する無線信号の当該無線通信装置の受信周波数に対する周波数偏差を算出する。
平均手段２は、周波数偏差算出手段１によって算出された周波数偏差を平均する。

移動速度算出手段３は、周波数偏差算出手段１によって算出された周波数偏差に基づいて、当該無線通信装置と無線通信する対無線通信装置の移動速度を算出する。
平均時間変更手段４は、移動速度算出手段３によって算出された対無線通信装置の移動速度に基づいて、平均手段２の周波数偏差の平均時間を変更する。

例えば、平均時間変更手段４は、対無線通信装置の移動速度が速い場合、平均手段２の平均時間を短くする。これにより、高速移動する対無線通信装置の無線信号の、周波数偏差の追従性が向上する。また、平均時間変更手段４は、対無線通信装置の移動速度が遅い場合、平均手段２の平均時間を長くする。これにより、低速移動する対無線通信装置の無線信号の、周波数偏差の安定性が向上する。

このように、無線通信装置は、対無線通信装置の移動速度に基づいて、周波数偏差を平均する平均時間を変更するようにした。これにより、高速移動および低速移動する対無線通信装置の受信品質を向上することができる。

次に、第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図２は、第１の実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示した図である。図２には、無線基地局１１および無線端末１２が示してある。

無線基地局１１と無線端末１２は、例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）やＬＴＥ（Long Term Evolution）などの通信方式によって無線通信を行う。無線端末１２は、例えば、携帯電話である。

無線基地局１１は、無線端末１２からの無線信号を適切に受信できるように、受信する無線信号の周波数と、無線基地局１１の受信周波数とのずれ（周波数偏差）を推定する。周波数偏差は、例えば、パイロット信号など、既知のシンボル間の相関を平均することにより推定することができる。相関値の平均時間を長くすると（平均する相関値のデータ量を増やすと）、推定結果のノイズに対する耐性が向上し、逆に短くすると、ドップラー効果等による急激な周波数の変化に対する追従性が向上する。

無線基地局１１は、相関値の平均時間を長く設定している場合に、無線信号の周波数が急激に変化すると周波数偏差の推定が追従できないことがある。この場合、無線基地局１１は、無線端末１２の無線信号を適切に受信処理することができず、音声通話等が途切れることがある。一方、相関値の平均時間を短く設定すると、周波数の急激な変化に対応することができるが、ノイズ耐性が低下する。

そこで、無線基地局１１は、無線端末１２の移動速度（無線基地局１１に対する相対速度）が高速であるかおよび低速であるかを判定する。無線基地局１１は、無線端末１２の移動速度を高速と判定した場合、周波数の急激な変化に対する周波数偏差の推定の追従性を向上するよう、相関値の平均時間を短くする。無線端末１２の移動速度を低速と判定した場合、周波数偏差の推定のノイズに対する耐性を向上するよう、相関値の平均時間を長くする。

これにより、無線基地局１１は、高速移動および低速移動する無線端末１２の受信品質を向上することができる。
図３は、図２の無線基地局の構成の一部を示したブロック図である。図３に示すように、無線基地局１１は、アンテナ２１、ダウンコンバータ２２、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２３、逆拡散部２４、周波数偏差推定部２５、チャネル推定部２６、検波部２７、および復号部２８を有している。

アンテナ２１は、無線端末１２から送信される無線信号を受信する。ダウンコンバータ２２は、発振器を備えており、発振器から出力される信号に基づいてアンテナ２１によって受信された無線信号の周波数をダウンコンバートする。

ＡＤＣ２３は、ダウンコンバートされた無線信号をデジタル信号（ベースバンド信号）に変換する。ＡＤＣ２３は、デジタル変換したベースバンド信号を逆拡散部２４に出力する。

逆拡散部２４は、拡散符号に基づいてＡＤＣ２３から出力されるベースバンド信号を逆拡散する。これにより、ベースバンド信号は、ユーザ（無線端末）ごとに分離され、さらに、チャネルごと（例えば、データ信号およびパイロット信号）に分離される。チャネルは、例えば、ＤＰＤＣＨ（Dedicated Physical Data Channel）およびＤＰＣＣＨ（Dedicated Physical Control Channel）である。ユーザごとに分離されたデータ信号は、検波部２７に出力され、パイロット信号は、周波数偏差推定部２５およびチャネル推定部２６に出力される。

周波数偏差推定部２５は、パイロット信号のダウンコンバータの発振器に対する周波数偏差を推定する。周波数偏差推定部２５は、受信タイミングの異なる既知のパイロット信号の相関演算を平均することでパイロット信号の周波数偏差を推定する。周波数偏差推定部２５は、推定したパイロット信号の周波数偏差をチャネル推定部２６および検波部２７に出力する。

チャネル推定部２６は、逆拡散部２４から出力されるパイロット信号に基づいて、無線信号の伝搬路のチャネル推定を行う。チャネル推定部２６は、周波数偏差推定部２５から出力される周波数偏差により、無線信号の位相回転を考慮したチャネル推定を行うことができる。

検波部２７は、チャネル推定部２６から出力される伝搬路のチャネル推定および周波数偏差の推定値に基づいて、逆拡散部２４から出力されるデータ信号を検波する。
復号部２８は、検波部２７から出力される検波されたデータ信号を復号し、後段の回路へと出力する。

無線基地局１１は、複数のユーザから無線信号を受信する。従って、１ユーザのみに対応して、受信信号の周波数偏差のずれを補正するようダウンコンバータ２２の発振器の周波数を補償することは困難である。そこで、周波数偏差推定部２５は、パイロット信号を用いてユーザごとの周波数偏差を推定し、チャネル推定部２６は、周波数偏差を考慮した、ユーザごとのチャネル推定を行う。また、検波部２７は、周波数偏差を考慮したデータ信号の復調を行う。これにより、無線基地局１１は、ユーザごとにおいて無線信号と装置の受信周波数とにずれが生じていても、適切に受信処理することができる。

図４は、図３の周波数偏差推定部の構成を示したブロック図である。図４に示すように、周波数偏差推定部２５は、パイロット信号の周波数偏差を算出する周波数偏差算出部３０および無線端末１２の速度を判定する高速判定部４０を有している。周波数偏差算出部３０および高速判定部４０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により、プログラムを実行することでその機能が実現される。また、専用の半導体装置によって構成することもできる。

周波数偏差算出部３０は、乗算器３１，３４、遅延器（図中Ｚ^-1）３２、複素共役部（図中＊）３３、および積算器（図中Σ）３５を有している。
乗算器３１には、パイロット信号の受信シンボルと、その複素共役が入力される。パイロット信号は、既知の信号でありその複素共役も予め知ることができる。乗算器３１は、入力される受信シンボルとその複素共役とを乗算する。

遅延器３２は、乗算器３１から出力されるシンボルのタイミングを遅延させる。
複素共役部３３は、遅延器３２によって遅延されたシンボルの複素共役を算出し、乗算器３４に出力する。乗算器３４は、乗算器３１から出力されるシンボルと、遅延されたシンボルの複素共役とを乗算する。

積算器３５は、乗算器３４から出力されるシンボル（周波数偏差）を積算し、周波数偏差の平均値を算出する。周波数偏差の平均時間は、高速判定部４０から指示される。具体的には、無線端末１２が高速移動している場合、平均時間が短くなるように指示される。無線端末１２が低速移動している場合、高速移動時の平均時間より長くなるように指示される。

ここで、乗算器３１に入力されるパイロット信号の受信シンボルは、例えば、次の式（１）で示されるとする。
Ｒ（ｎ＋１）＝ｗｈｅ^x(n+1)i …（１）
ｎは、正の整数であり、受信シンボルの受信タイミングを示す。ｗは、パイロット信号のパターンを示す。ｈは、チャネル応答を示す。ｘは、位相回転を示す。

乗算器３１は、式（１）に既知のパイロットパターンの複素共役を乗算するので、その出力は、次の式（２）に示すようになる。
ｒ（ｎ＋１）＝ｗ^*ｗｈｅ^x(n+1)i＝ｈｅ^x(n+1)i …（２）
遅延器３２から出力されるシンボルは、乗算器３１の出力を１タイミング遅延させたものであるので、次の式（３）で示される。

ｒ（ｎ）＝ｈｅ^xni …（３）
複素共役部３３の出力は、式（３）の複素共役をとったものであるので、次の式（４）で示される。

ｒ（ｎ）^*＝ｈ^*ｅ^-xni …（４）
乗算器３４の出力は、式（２）と式（４）の乗算結果であるので、次の式（５）で示される。

ｚ＝ｈｅ^x(n+1)i×ｈ^*ｅ^-xni＝｜ｈ｜²ｅ^xi …（５）
式（５）に示すように、乗算器３４の出力から無線信号（受信信号）の周波数偏差（位相回転）が得られる。積算器３５は、式（５）を積算し、その平均を出力する。これにより周波数偏差の推定値が得られる。

高速判定部４０について説明する。高速判定部４０は、偏角算出部（図中ａｒｇ（ｚ））４１、絶対値算出部（図中｜ｘ｜）４２、時間平均部４３、および判定部４４を有している。

偏角算出部４１は、乗算器３４から出力されるシンボルの偏角を算出する。すなわち、偏角算出部４１は、周波数偏差の偏角を取得する。なお、偏角算出部４１に入力されるシンボルは式（５）で示されるので、偏角算出部４１の出力は、次の式（６）で示される。

ｘ＝ａｒｇ（ｚ） …（６）
絶対値算出部４２は、偏角算出部４１から出力される偏角の絶対値を算出する。時間平均部４３は、絶対値算出部４２から出力される偏角の絶対値の平均を算出する。

判定部４４は、時間平均部４３から出力される偏角の絶対値の平均値に基づいて、無線端末１２が高速移動しているかおよび低速移動しているか判断する。無線端末１２が高速移動している場合、周波数偏差の偏角の絶対値は大きい値となり、無線端末１２が低速移動している場合、周波数偏差の偏角の絶対値は小さい値となる。従って、判定部４４は、例えば、偏角の絶対値が所定の閾値より大きければ、無線端末１２は高速移動していると判断し、偏角の絶対値が所定の閾値より小さければ、無線端末１２は低速移動していると判断できる。判定部４４の判断結果は、周波数偏差算出部３０の積算器３５に出力され、積算器３５は、上述したように、判定部４４の判断結果に基づいて周波数偏差の平均時間を変える。

図５は、図４の高速判定部の動作を説明する図である。図５には、無線基地局１１および無線端末１２が示してある。無線端末１２は、図５の矢印Ａ１に示すように、時間の経過とともに移動していくものとする。

グラフ（Ａ）は、無線端末１２が高速移動した場合の偏角の変化を示している。すなわち、グラフ（Ａ）は、無線端末１２が高速移動した場合の偏角算出部４１の出力を示している。偏角の極性は、ドップラー効果により、無線端末１２の無線基地局１１の通過前後で反転している。グラフ（Ａ）の横軸は時間を示し、縦軸は偏角を示している。

絶対値算出部４２は、偏角算出部４１から出力される偏角の絶対値を算出する。よって、無線端末１２が高速移動した場合の絶対値算出部４２の出力は、図の点線Ｂ１に示すようになる。

グラフ（Ｂ）は、グラフ（Ａ）の絶対偏角（偏角の絶対値）の時間平均を示している。すなわち、グラフ（Ｂ）は、無線端末１２が高速移動した場合の時間平均部４３の出力を示している。図の例では、時間平均部４３は、時刻ｔ１−ｔ２における絶対偏角の平均値を算出し、時刻ｔ２−ｔ３における絶対偏角の平均値を算出している。時刻ｔ１−ｔ２と時刻ｔ２−ｔ３は、同じ時間幅である。グラフ（Ｂ）の横軸は時間を示し、縦軸は絶対偏角の平均値を示している。

グラフ（Ｃ）は、無線端末１２が低速移動した場合の偏角の変化を示している。すなわち、グラフ（Ｃ）は、無線端末１２が低速移動した場合の偏角算出部４１の出力を示している。偏角の極性は、ドップラー効果により、無線端末１２の無線基地局１１の通過前後で反転している。グラフ（Ｃ）の横軸は時間を示し、縦軸は偏角を示している。

絶対値算出部４２は、偏角算出部４１から出力される偏角の絶対値を算出する。よって、無線端末１２が低速移動した場合の絶対値算出部４２の出力は、図の点線Ｂ２に示すようになる。

グラフ（Ｄ）は、グラフ（Ｃ）の絶対偏角の時間平均を示している。すなわち、グラフ（Ｄ）は、無線端末１２が低速移動した場合の時間平均部４３の出力を示している。図の例では、時間平均部４３は、時刻ｔ１−ｔ２における絶対偏角の平均値を算出し、時刻ｔ２−ｔ３における絶対偏角の平均値を算出している。グラフ（Ｂ）の横軸は時間を示し、縦軸は絶対偏角の平均値を示している。

絶対偏角の大きさは、無線端末１２の移動速度に関係する。従って、判定部４４は、絶対偏角の平均値と所定の閾値とを比較することにより、無線端末１２が高速移動しているか低速移動しているか判断することができる。

例えば、グラフ（Ｂ）に示すように、絶対偏角の平均値が閾値ｔｈより大きければ、判定部４４は、無線端末１２が高速移動していると判断する。グラフ（Ｄ）に示すように、絶対偏角の平均値が閾値ｔｈ以下であれば、判定部４４は、無線端末１２が低速移動していると判断する。 無線端末１２が高速移動する場合、偏角算出部４１で算出される偏角は、グラフ（Ａ）に示すように急激に変化する。このため、絶対値算出部４２から出力される絶対偏角の減少量は、グラフ（Ａ）の矢印Ａ２に示すように、グラフ（Ｃ）の矢印Ａ４と比較して小さいものとなり、絶対偏角の平均値の減少量は、矢印Ａ３に示すように矢印Ａ５と比べて小さいものとなる。従って、無線端末１２が高速で無線基地局１１を通過した場合に、判定部４４は、無線端末１２を低速移動していると誤判断することを防止する。

なお、絶対偏角の平均値と閾値とを比較するのは、例えば、絶対偏角と閾値とを比較するようにすると、グラフ（Ａ）の矢印Ａ２の時刻において、絶対偏角（偏角の絶対値の瞬時値）が閾値を下回り、判定部４４は、無線端末１２は高速移動しているにもかかわらず、低速移動していると判断する可能性があるからである。

図６は、周波数偏差推定部の動作を示したフローチャートである。
ステップＳ１において、偏角算出部４１は、周波数偏差算出部３０の乗算器３４から周波数偏差が出力されると、その偏角を算出する。絶対値算出部４２は、偏角算出部４１で算出された偏角の絶対値を算出する。時間平均部４３は、絶対値算出部４２から出力される絶対偏角を積算する。例えば、時間平均部４３は、積算変数Ｓに絶対偏角を積算する。

ステップＳ２において、時間平均部４３は、タイマ変数ｔに１を加算する。
ステップＳ３において、時間平均部４３は、タイマ時間が満了したか否か判断する。時間平均部４３は、例えば、タイマ変数ｔとタイマ満了変数Ｎ（一定の値）とを比較し、タイマ変数ｔがタイマ満了変数より大きくなると、ステップＳ４へ進む。タイマ変数ｔがタイマ満了変数以下の場合は、処理を終了する。

ステップＳ４において、時間平均部４３は、絶対偏角の平均を算出する。時間平均部４３は、積算した絶対偏角をタイマ満了変数Ｎで除算して、絶対偏角の時間平均を算出する。時間平均部４３は、例えば、算出した絶対偏角の時間平均値を絶対偏角平均変数Ｒに格納する。

ステップＳ５において、時間平均部４３は、パラメータを初期化する。具体的には、時間平均部４３は、積算変数Ｓとタイマ変数ｔを‘０’に初期化する。
ステップＳ６において、判定部４４は、時間平均部４３で算出された絶対偏角の時間平均値に基づいて無線端末１２が高速移動しているか否か判断する。例えば、判定部４４は、絶対偏角平均変数Ｒと閾値ｔｈとを比較し、絶対偏角平均変数Ｒが閾値ｔｈより大きければ、無線端末１２は高速移動していると判断し、ステップＳ７へ進む。絶対偏角平均変数Ｒが閾値ｔｈ以下であれば、無線端末１２は低速移動していると判断し、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ７において、判定部４４は周波数偏差算出部３０の積算器３５の平均時間を高速推定用に設定する。
ステップＳ８において、判定部４４は周波数偏差算出部３０の積算器３５の平均時間を低速推定用に設定する。

なお、高速推定用の平均時間は、低速推定用の平均時間より短い。これにより、積算器３５に高速推定用の平均時間が設定された場合には、周波数偏差の追従性が向上する。一方、積算器３５に低速推定用の平均時間が設定された場合は、周波数偏差の追従性は低下するが安定性が向上し、ノイズ等の耐性が向上する。

このように、無線基地局１１は、無線端末１２の移動速度を判定し、周波数偏差の追従性および安定性を制御する。これにより、高速移動および低速移動する無線端末１２の受信品質を向上することができる。

また、無線基地局１１は、無線端末１２の移動速度を判定して周波数偏差の追従性および安定性を制御するので、無線基地局１１の設置場所に応じて無線基地局１１の周波数偏差の追従性および安定性の設定を変更しなくてもよい。例えば、無線基地局１１を新幹線のトンネル内に設置する場合に、無線基地局１１の周波数偏差の追従性を予め向上させて設置しなくてもよい。

なお、上記では、無線基地局１１は、無線端末１２の速度を２種類しか判断しないが、複数の速度を判断することもできる。例えば、無線端末１２の速度判定をするための閾値を複数（２以上）にし、絶対偏角の平均値がどの閾値を超えたかによって複数の速度を判断する。そして、判定部４４は、複数の平均時間の中から判断した速度に対応する平均時間を選択し、積算器３５に設定する。

また、上記で説明した周波数偏差の追従性および安定性の制御は、無線端末１２にも適用することができる。
次に、第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、無線端末の移動速度に関係なく、速度判定の閾値は一定であった。第２の実施の形態では、無線端末の移動速度に応じて異なる閾値を用い、無線端末の速度判定にヒステリシスを持たせて無線端末の速度判定の誤判定を防止する。

図７は、第２の実施の形態に係る周波数偏差推定部の構成を示したブロック図である。図７において、図４と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図７に示すように、高速判定部５０は、偏角算出部４１、絶対値算出部４２、時間平均部４３、判定部４４、閾値選択部５１、および遅延器５２を有している。

閾値選択部５１には、判定部４４が速度判定するための閾値Ｆｔｈ，Ｌｔｈが入力されている。閾値選択部５１は、判定部４４の速度判定結果に基づいて、閾値Ｆｔｈ，Ｌｔｈを選択し、遅延器５２に出力する。具体的には、閾値選択部５１は、判定部４４によって無線端末１２が高速移動していると判断された場合、高速判定用の閾値Ｆｔｈを遅延器５２に出力する。また、判定部４４によって、無線端末１２が低速移動していると判断された場合、低速判定用の閾値Ｌｔｈを遅延器５２に出力する。閾値Ｆｔｈ，Ｌｔｈは、次の式（７）の関係を有している。

Ｆｔｈ＜Ｌｔｈ …（７）
遅延器５２は、閾値選択部５１によって選択された閾値Ｆｔｈ，Ｌｔｈを、１タイミング遅延して判定部４４に出力する。これにより、閾値選択部５１によって選択された閾値Ｆｔｈ，Ｌｔｈは、次のパイロット信号の受信タイミングで判定部４４に反映される。

無線端末１２が高速移動しているにもかかわらず、判定部４４が誤って低速移動していると判断すると、周波数偏差算出部３０は、周波数偏差の変化に追従できず、周波数偏差の推定値には大きな誤差が含まれる。この場合、無線端末１２は、例えば、音声通話等が切断される。

一方、無線端末１２が低速移動しているにもかかわらず、判定部４４が誤って高速移動していると判断した場合は、周波数偏差の推定値にノイズが多く含まれるが、周波数偏差の変化には追従することができる。この場合、無線端末１２は、音声通話等の受信品質が悪化するが切断されることはない。

そこで、図７の高速判定部５０では、閾値を２つ用意して判定部４４の判定にヒステリシスを持たせることにより、高速移動している無線端末１２を、誤って低速移動していると判断しないようにする。

例えば、判定部４４は、高速判定を行っており、閾値選択部５１からは、高速判定用の閾値Ｆｔｈが出力されているとする。
判定部４４は、現在選択されている閾値Ｆｔｈと、時間平均部４３から出力される絶対偏角の平均値とを比較する。絶対偏角の平均値が閾値Ｆｔｈより大きければ、判定部４４は、無線端末１２が高速移動していると判断する。絶対偏角の平均値が閾値Ｆｔｈ以下であれば、判定部４４は、無線端末１２が低速移動していると判断する。

閾値Ｆｔｈ，Ｌｔｈは、式（７）の関係を有している。従って、判定部４４は、絶対偏角の平均値が閾値Ｌｔｈより小さい閾値Ｆｔｈを下回らなければ低速移動と判断することはない。すなわち、判定部４４は、無線端末１２を１度高速判定すると、低速判定に戻りにくくなり、高速移動している無線端末１２を誤って低速判定しないようになる。これにより、無線端末１２の速度判定の誤りを防止する。

なお、閾値の初期値は、最初、高速移動している無線端末１２を低速移動していると判断しないためにも、閾値Ｆｔｈであることが望ましい。
図８は、周波数偏差推定部の動作を示したフローチャートである。図８のステップＳ１１−Ｓ１５の処理は、図６のステップＳ１−Ｓ５の処理と同様であるので、その説明を省略する。

ステップＳ１６において、判定部４４は、絶対偏角平均変数Ｒと閾値ｔｈとを比較し、無線端末１２の移動速度を判定する。絶対偏角平均変数Ｒが閾値ｔｈより大きければ、無線端末１２が高速移動していると判断し、ステップＳ１７へ進む。絶対偏角平均変数Ｒが閾値ｔｈ以下であれば、無線端末１２は低速移動していると判断し、ステップＳ１９へ進む。

ステップＳ１７において、閾値選択部５１は、閾値ｔｈに高速判定用の閾値Ｆｔｈを代入する。なお、高速判定用の閾値Ｆｔｈは遅延器５２によって１受信タイミング遅延されるので、判定部４４は次の受信タイミングで閾値Ｆｔｈを反映する。

ステップＳ１８において、判定部４４は、周波数偏差算出部３０の積算器３５の平均時間を高速推定用に設定する。
ステップＳ１９において、閾値選択部５１は、閾値ｔｈに、低速判定用の閾値Ｌｔｈを代入する。なお、低速判定用の閾値Ｌｔｈは、遅延器５２によって１受信タイミング遅延されるので、判定部４４は、次の受信タイミングで閾値Ｌｔｈを反映する。

ステップＳ２０において、判定部４４は、周波数偏差算出部３０の積算器３５の平均時間を低速推定用に設定する。
このように、無線端末１２の高速判定と低速判定とにおいて、それぞれ異なる閾値を用いて、無線端末１２の速度判定にヒステリシスを持たせるようにした。これにより、無線端末１２の移動速度の誤判定を防止することができる。

次に、第３の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、高速判定部の絶対偏角の平均時間は、常に一定であった。第３の実施の形態では、無線端末の移動速度に基づいて高速判定部の絶対偏角の平均時間を変更する。

図９は、第３の実施の形態に係る周波数偏差推定部の構成を示したブロック図である。図９において、図４と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図９に示すように、高速判定部６０は、偏角算出部４１、絶対値算出部４２、時間平均部４３、判定部４４、および平均時間選択部６１を有している。

平均時間選択部６１には、時間平均部４３が絶対偏角を平均するための平均時間ＦＴ，ＬＴが入力されている。平均時間選択部６１は、判定部４４の速度判定結果に基づいて、平均時間ＦＴ，ＬＴを選択し、時間平均部４３に出力する。具体的には、平均時間選択部６１は、判定部４４によって、無線端末１２が高速移動していると判断された場合、高速用の平均時間ＦＴを時間平均部４３に出力し、判定部４４によって、無線端末１２が低速移動していると判断された場合、低速用の平均時間ＬＴを時間平均部４３に出力する。平均時間ＦＴ，ＬＴは、次の式（８）の関係を有している。

ＦＴ＞ＬＴ …（８）
第２の実施の形態でも述べたように、高速移動している無線端末１２を低速移動していると判断すると、音声通話等の切断につながる。

そこで、図９の高速判定部５０では、平均時間を２つ用意して、絶対偏角の平均時間を変更し、高速移動している無線端末１２を、誤って低速移動していると判断しないようにする。

例えば、現在、判定部４４は、高速判定を行っており、平均時間選択部６１からは、高速用の平均時間ＦＴが出力されているとする。この場合、時間平均部４３は、平均時間選択部６１から出力されている平均時間ＦＴで、絶対値算出部４２から出力される絶対偏角を平均する。

ここで、平均時間ＦＴ，ＬＴは、式（８）の関係を有している。従って、判定部４４は、無線端末１２を高速移動していると判断している場合、絶対偏角の平均時間は、低速移動している場合より長くなる。

絶対偏角の平均の時間を長くすると、例えば、図５の矢印Ａ２に示すような絶対偏角の減少が生じても、絶対偏角の平均値の変動は小さくなる。すなわち、図５の矢印Ａ３に示す絶対偏角の平均値の減少分が小さくなる。これにより、高速移動している無線端末１２を誤って低速判定しないようにすることができる。

また、平均時間ＦＴ，ＬＴを２つ設けたことにより、判定部４４の判定は、ヒステリシスを持つようになる。例えば、判定部４４が無線端末１２の高速移動を判定し、平均時間選択部６１が平均時間ＦＴを選択した場合、判定部４４は、低速移動の判定をしにくくなる。これにより、無線端末１２の速度判定の誤りを防止する。

なお、平均時間の初期値は、最初、高速移動している無線端末１２を低速移動していると判断しないためにも平均時間ＦＴであることが望ましい。
図１０は、周波数偏差推定部の動作を示したフローチャートである。図１０のステップＳ３１−Ｓ３５の処理は、図６のステップＳ１−Ｓ５の処理と同様であるので、その説明を省略する。

ステップＳ３６において、判定部４４は、絶対偏角平均変数Ｒと閾値ｔｈとを比較し、無線端末１２の移動速度を判定する。絶対偏角平均変数Ｒが閾値ｔｈより大きければ、無線端末１２は高速移動していると判断し、ステップＳ３７へ進む。絶対偏角平均変数Ｒが閾値ｔｈ以下であれば、無線端末１２は低速移動していると判断し、ステップＳ３９へ進む。

ステップＳ３７において、平均時間選択部６１は、高速用の平均時間ＦＴを選択し、時間平均部４３に出力する。時間平均部４３は、タイマ満了変数Ｎに平均時間ＦＴを代入する。これにより、ステップＳ３３でのタイマ満了時間が変更され、絶対偏角の平均時間が変更される。

ステップＳ３８において、判定部４４は、周波数偏差算出部３０の積算器３５の平均時間を高速推定用に設定する。
ステップＳ３９において、平均時間選択部６１は、低速用の平均時間ＬＴを選択し、時間平均部４３に出力する。時間平均部４３は、タイマ満了変数Ｎに平均時間ＦＴを代入する。これにより、ステップＳ３３でのタイマ満了時間が変更され、絶対偏角の平均時間が変更される。

ステップＳ４０において、判定部４４は、周波数偏差算出部３０の積算器３５の平均時間を低速推定用に設定する。
このように、無線端末１２の移動速度に基づいて、それぞれ絶対偏角の平均時間を変更するようにした。これにより、無線端末１２の移動速度の誤判定を防止することができる。

次に、第４の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、周波数偏差算出部の積算器の平均時間を変更して、周波数偏差の追従性および安定性を変更していた。第４の実施の形態では、無線端末の移動速度に応じて、周波数偏差の平均方式自体を切り替え周波数偏差の追従性および安定性を変更する。

図１１は、第４の実施の形態に係る周波数偏差推定部の構成を示したブロック図である。図１１において、図４と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
図１１に示すように、周波数偏差算出部７０は、乗算器３１，３４、遅延器３２、複素共役部３３、積算器３５、ＲＷＦ（Random Walk Filter）部８０、およびセレクタ９１を有している。

ＲＷＦ部８０は、乗算器８１、正負判定部８２、加算器８３、遅延器８４、および複素共役部８５を有している。
乗算器８１は、乗算器３４から出力されるシンボルと、複素共役部８５から出力される複素共役シンボルとを乗算する。正負判定部８２は、乗算器３４から出力されるシンボルの偏角と、１受信タイミング前のシンボルの偏角とを比較し、偏角が進んでいるかおよび遅れているかを判断する。偏角が進んでいれば‘１’を出力し、偏角が遅れていれば‘−１’を出力する。

加算器８３は、正負判定部８２から出力される‘１’または‘−１’のステップと、遅延器８４から出力されるステップとを加算する。遅延器８４は、加算器８３から出力されるステップを１受信タイミング遅延し、加算器８３および複素共役部８５に出力する。

複素共役部８５は、遅延器８４から出力されるステップの複素共役を算出し、乗算器８１に出力する。
ＲＷＦ部８０は、乗算器３４から出力される周波数偏差を、その大きさに関わらず受信シンボルの受信タイミングごとに‘１’，‘−１’のステップサイズでしか変化させない。すなわち、ＲＷＦ部８０は、ＬＰＦ（Low Pass Filter）と同様の機能を有している。

セレクタ９１には、積算器３５から出力される信号と、ＲＷＦ部８０から出力される信号とが入力される。セレクタ９１は、判定部４４から出力される無線端末１２の速度判定結果に基づいて、一方の入力を周波数偏差の推定値として、チャネル推定部２６および検波部２７に出力する。

具体的には、セレクタ９１は、判定部４４によって無線端末１２が高速移動していると判断された場合、積算器３５から出力される信号を選択して出力する。判定部４４によって無線端末１２が低速移動していると判断された場合、ＲＷＦ部８０から出力される信号を選択して出力する。従って、無線端末１２が高速移動しているときに周波数偏差の追従性が向上するよう、積算器３５の平均時間は短めに設定する。無線端末１２が低速移動しているときは、ＲＷＦ部８０から出力される信号が選択されるので、周波数偏差の追従性は低下するが安定性は向上する。

図１２は、周波数偏差推定部の動作を示したフローチャートである。図１２のステップＳ５１−Ｓ５５の処理は、図６のステップＳ１−Ｓ５の処理と同様であるので、その説明を省略する。

ステップＳ５６において、判定部４４は、絶対偏角平均変数Ｒと閾値ｔｈとを比較し、無線端末１２の移動速度を判定する。絶対偏角平均変数Ｒが閾値ｔｈより大きければ、無線端末１２は高速移動していると判断し、ステップＳ５７へ進む。絶対偏角平均変数Ｒが閾値ｔｈ以下であれば、無線端末１２は低速移動していると判断し、ステップＳ５８へ進む。

ステップＳ５７において、セレクタ９１は、判定部４４の高速移動判定に基づいて積算器３５から出力される周波数偏差を選択して出力する。
ステップＳ５８において、セレクタ９１は、判定部４４の低速移動判定に基づいてＲＷＦ部８０から出力される周波数偏差を選択して出力する。

このように、周波数偏差の平均方式を切り替えることによっても高速移動および低速移動する無線端末１２の受信品質を向上することができる。
なお、上記の実施の形態は、それぞれ組み合わせることができる。例えば、第２の実施の形態と第３の実施の形態を組み合わせることもできる。また、第２の実施の形態と第４の実施の形態を組み合わせることもでき、第３の実施の形態と第４の実施の形態を組み合わせることもできる。また、第２の実施の形態から第４の実施の形態を組み合わせることもできる。

無線通信装置の概要を説明する図である。 第１の実施の形態に係る無線通信システムの構成例を示した図である。 図２の無線基地局の構成の一部を示したブロック図である。 図３の周波数偏差推定部の構成を示したブロック図である。 図４の高速判定部の動作を説明する図である。 周波数偏差推定部の動作を示したフローチャートである。 第２の実施の形態に係る周波数偏差推定部の構成を示したブロック図である。 周波数偏差推定部の動作を示したフローチャートである。 第３の実施の形態に係る周波数偏差推定部の構成を示したブロック図である。 周波数偏差推定部の動作を示したフローチャートである。 第４の実施の形態に係る周波数偏差推定部の構成を示したブロック図である。 周波数偏差推定部の動作を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 周波数偏差算出手段
２ 平均手段
３ 移動速度算出手段
４ 平均時間変更手段

Claims (7)

1. 周波数偏差を算出する無線通信装置において、
   受信する無線信号の当該無線通信装置の受信周波数に対する前記周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段と、
   前記周波数偏差算出手段によって算出された前記周波数偏差を平均する平均手段と、
   前記周波数偏差算出手段によって算出された前記周波数偏差に基づいて当該無線通信装置と無線通信する対無線通信装置の移動速度と、前記周波数偏差に基づいて前記無線信号の偏角とを算出する移動速度算出手段と、
   前記移動速度算出手段によって算出された前記対無線通信装置の前記移動速度に基づいて前記平均手段の前記周波数偏差の平均時間を変更する平均時間変更手段と、
   を備え、
   前記移動速度算出手段は、平均化した前記偏角の絶対値である絶対偏角平均変数と、閾値とを比較して前記対無線通信装置の前記移動速度を判定する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 前記移動速度算出手段は、
   前記周波数偏差算出手段によって算出された前記周波数偏差に基づいて前記無線信号の偏角を算出する偏角算出手段と、
   前記偏角算出手段によって算出された前記偏角の絶対値を算出する絶対値算出手段と、
   前記絶対値算出手段によって算出された前記偏角の絶対値を平均する絶対値平均手段と、
   前記絶対値平均手段によって平均された前記偏角の絶対値と閾値とを比較して前記対無線通信装置の前記移動速度を判定する速度判定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記移動速度算出手段は、前記速度判定手段によって判定された前記対無線通信装置の前記移動速度に基づいて前記閾値を変更する閾値変更手段をさらに有することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
4. 前記移動速度算出手段は、前記速度判定手段によって判定された前記対無線通信装置の前記移動速度に基づいて前記絶対値平均手段の前記偏角の絶対値の平均時間を変更する絶対値平均時間変更手段をさらに有することを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
5. 周波数偏差を算出する無線通信装置において、
   受信する無線信号の当該無線通信装置の受信周波数に対する前記周波数偏差を算出する周波数偏差算出手段と、
   前記周波数偏差算出手段によって算出された前記周波数偏差を平均する平均手段と、
   前記周波数偏差算出手段によって算出された前記周波数偏差に基づいて当該無線通信装置と無線通信する対無線通信装置の移動速度と、前記周波数偏差に基づいて前記無線信号の偏角とを算出する移動速度算出手段と、
   前記移動速度算出手段によって算出された前記対無線通信装置の前記移動速度に基づいて前記平均手段の平均方法を変更する平均方式変更手段と、
   を備え、
   前記移動速度算出手段は、平均化した前記偏角の絶対値である絶対偏角平均変数と、閾値とを比較して前記対無線通信装置の前記移動速度を判定する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
6. 周波数偏差を算出する無線通信装置の周波数偏差算出方法において、
   受信する無線信号の当該無線通信装置の受信周波数に対する前記周波数偏差を算出し、
   前記周波数偏差に基づいて当該無線通信装置と無線通信する対無線通信装置の移動速度と、前記周波数偏差に基づいて前記無線信号の偏角とを算出し、
   前記対無線通信装置の前記移動速度に基づいて前記周波数偏差の平均時間を変更し、
   平均化した前記偏角の絶対値である絶対偏角平均変数と、閾値とを比較して前記対無線通信装置の前記移動速度を判定する、
   ことを特徴とする周波数偏差算出方法。
7. 周波数偏差を算出する無線通信装置の周波数偏差算出方法において、
   受信する無線信号の当該無線通信装置の受信周波数に対する前記周波数偏差を算出し、
   前記周波数偏差に基づいて当該無線通信装置と無線通信する対無線通信装置の移動速度と、前記周波数偏差に基づいて前記無線信号の偏角とを算出し、
   前記対無線通信装置の前記移動速度に基づいて前記周波数偏差の平均方法を変更し、
   平均化した前記偏角の絶対値である絶対偏角平均変数と、閾値とを比較して前記対無線通信装置の前記移動速度を判定する、
   ことを特徴とする周波数偏差算出方法。

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