JPH0846578A - ドップラー周波数シフト量検知方式および検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 瞬時的なドップラー周波数シフト量を正確に
リアルタイムで検知することができる検知方式および検
知装置を提供すること。 【構成】 測定手段１０により既知信号のフェージング
歪み量を測定し、その測定値を用いて、推定手段２０に
よりドップラー周波数シフト量の各値に対応した複数の
重み係数を重み係数テーブル２１において順次切り換え
ることにより各重み係数に基づくフェージング歪み量を
推定し、検知手段４０によりこれらの各推定値と測定値
との差が最小となる重み係数を検出して、ドップラー周
波数シフト量を検知する。本発明は、ドップラー周波数
シフト量を検知する必要があるシステム全般に適用され
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ドップラー周波数シフ
ト量を検知する必要があるシステム全般に適用されるド
ップラー周波数シフト量検知方式および検知装置に関
し、特に、デジタルリニア直交変調方式を採用した移動
無線通信システムに好適に使用されるドップラー周波数
シフト量検知方式および検知装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、衛星通信の分野では、衛星が動
くとドップラー効果による周波数シフトが発生し、通信
の障害となることから、かかる周波数シフトを補償する
ための自動周波数制御システムが提案されている（特開
平４−８７４２６号公報参照）。このシステムは、二つ
のパイロット信号を用いてドップラー量を測定し、シン
セサイザからドップラー効果による周波数シフトを補償
するような周波数を発振させるものである。この衛星通
信では、衛星を使用して通信するという性質上、電波が
ビルなどの建造物等によって悪影響を受けるという問題
が起こりにくいため、一般に、フェージングは起こらな
いという仮定のもとでドップラー効果による周波数シフ
トを測定している。

【０００３】一方、例えば１６ＱＡＭなどのようなデジ
タルリニア直交変調方式を用いた移動無線通信の分野に
おいては、送信信号の位相のみならず振幅にもデータが
含まれているため、送信系からの信号の位相と振幅を受
信系で忠実に再現することが必要とされるが、例えば市
街地などで移動体が複雑な定在波中を走行するような場
合はフェージングにより受信信号の位相と振幅に歪みが
発生してしまう。また、移動体が停止していても周囲の
環境条件の変化などによりフェージングが生じて受信信
号に同様の歪みが発生する場合もある。このようなフェ
ージングにより歪みが発生すると、移動体に搭載された
受信機のＢＥＲ特性（ビット誤り率）が劣化し、通信の
信頼性が低下する問題がある。

【０００４】このフェージングは一般にレイリー分布に
従うとされ、レイリーフェージングモデルから導出され
た自己相関関数によってフェージングの影響を推定する
ことができる。この自己相関関数はドップラー周波数シ
フト量をパラメータとして含むものであり、フェージン
グとドップラー周波数シフト量とは密接な関係にあるこ
とを意味している。従って、衛星通信に適用されるよう
な自動周波数制御システムとは、原理的にまったく異な
るものである。かかる移動無線通信の分野において、ド
ップラー周波数シフト量を算出する方法としては、従
来、伝播実験を行いフェージングに関する数多くのデー
タを収集し、これらをＦＦＴ（高速フーリエ変換）など
の周波数解析手法を用いてドップラー周波数シフト量を
算出する方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる移動無
線通信の分野においては、送受信機を搭載した移動体が
例えば市街地などを任意の経路で自由に移動するため、
その移動経路を予め想定してすべてのケースについての
伝播実験を行いフェージングに関する数多くのデータを
収集するということは、実際上不可能に近く、また、仮
に実現可能であったとしても実用的ではない。また、特
に、パイロット信号を利用したリニア変調方式を用いた
デジタルＭＣＡなどのデジタル移動無線通信において
は、ドップラー周波数シフト量を瞬時的に捕らえてシス
テムを設計することは、いまだなされておらず、ドップ
ラー周波数シフト量を幅のある一定範囲に限定して総括
的にシステムが動作するように構築されている。このよ
うに従来においては、通信中に瞬時的なドップラー周波
数シフト量を正確にリアルタイムで検知する方式が提供
されていなかった。

【０００６】本発明の目的は、瞬時的なドップラー周波
数シフト量を正確にリアルタイムで検知することができ
るドップラー周波数シフト量検知方式および検知装置を
提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のドップラー周波
数シフト量検知方式は、既知信号のフェージング歪み量
を測定し、その測定値を用いて、ドップラー周波数シフ
ト量の各値に対応した複数の重み係数を順次切り換える
ことにより各重み係数に基づくフェージング歪み量を推
定し、これらの各推定値と測定値との差が最小となる重
み係数を検出して、ドップラー周波数シフト量を検知す
ることを特徴とする。本発明のドップラー周波数シフト
量検知装置は、既知信号のフェージング歪み量を測定す
る手段と、この測定手段により測定したフェージング歪
み量測定値を用いて、ドップラー周波数シフト量の各値
に対応した複数の重み係数を順次切り換えることにより
各重み係数に基づくフェージング歪み量を推定する手段
と、この推定手段による各フェージング歪み量推定値と
前記フェージング歪み量測定値との差が最小となる重み
係数を検出してドップラー周波数シフト量を検知する手
段とを備えたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】既知信号例えばパイロット信号のフェージング
歪みを測定する。この測定値を用いてフェージング歪み
量を推定する際には、ドップラー周波数シフト量の各値
に対応した複数の重み係数を順次切り換えることにより
各重み係数に基づくフェージング歪み量を推定する。こ
の重み係数は、マルチパスフェージングモデルの自己相
関関数を用いて導かれるものである。各重み係数に基づ
くフェージング歪み量推定値とフェージング歪み量測定
値との差が最小となるときの重み係数を検出し、このと
きの重み係数に対応するドップラー周波数シフト量を検
知する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。こ
の実施例は、本発明をデジタルリニア直交変調方式を用
いた移動無線通信システムに適用する場合のものであ
る。図１に示すように、信号スロット中に既知信号、即
ち、基地局および移動局の双方で予め分かっている信号
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、ＰＰを挿入して
おく。移動局の受信側ではこの既知信号を用いて、それ
ぞれの信号位置におけるフェージング歪み量を測定す
る。即ち、既知信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ
６、ＰＰにおけるフェージング歪み量を測定する。

【００１０】そして、既知信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ
４、Ｐ５、Ｐ６（以下「パイロット信号」という。）の
フェージング歪み量測定値を用いて、中央位置の既知信
号ＰＰ（以下「基準パイロット信号」という。）におけ
るフェージング歪み量を推定する。基準パイロット信号
ＰＰのフェージング歪み量の推定には、マルチパスフェ
ージングモデル（レイリーフェージングモデル）の自己
相関関数を用いて導いた重み係数を使用する。

【００１１】この重み係数は、信号スロットにおけるパ
イロット信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の位
置とドップラー周波数シフト量ｆｄとによって統計的に
一義的に決定される係数である。つまり、図１のような
信号フォーマットにおいて、ドップラー周波数シフト量
ｆｄを１０Ｈｚと仮定して求めた重み係数Ｃ（10）と、
ドップラー周波数シフト量ｆｄを３０Ｈｚと仮定して求
めた重み係数Ｃ（30）は、それぞれ、 Ｃ（10）＝｛Ｃ（10，ｋ）：ｋ＝１，２，３，４，５，
６｝ Ｃ（30）＝｛Ｃ（30，ｋ）：ｋ＝１，２，３，４，５，
６｝ と表すことができる。重み係数Ｃ（10）を用いたときの
推定値はｆｄ＝１０Ｈｚのフェージング環境下において
統計的に最小な誤差を得る。そして、同じフェージング
環境下（ｆｄ＝１０Ｈｚ）において重み係数Ｃ（30）を
用いたときの推定値との誤差の方がそのエネルギーは大
きくなる。本発明ではこの性質を利用し、例えば、ｆｄ
を１Ｈｚから１００Ｈｚぐらいまで１Ｈｚステップごと
に設定し、重み係数をＣ（１）からＣ（100 ）まで予め
用意しておく。各重み係数Ｃ（Ｎ）（Ｎ＝１，２，・・
・，100 ）を用いて、推定値と測定値の誤差信号を算出
し、最も誤差の小さい場合のＮをドップラー周波数シフ
ト量に対応するものとして検出する。即ち、推定値と実
際の基準パイロット信号ＰＰにおける測定値の誤差分を
ドップラー周波数シフト量検知の判定基準に用いる。

【００１２】図２は、本発明のドップラー周波数シフト
量検知装置の実施例を示し、移動局の受信機側に設けた
例である。１０はフェージング歪み量測定手段であり、
図１の信号フォーマットで送信されフェージングを受け
たものを受信信号として受信し、送信信号フォーマット
に従い、既知信号である基準パイロット信号ＰＰとパイ
ロット信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６のフェ
ージング歪み量を測定する。１１は基準パイロット信号
フェージング歪み量測定手段、１２はパイロット信号フ
ェージング歪み量測定手段である。

【００１３】２０は基準パイロット信号のフェージング
歪み量推定手段であり、パイロット信号フェージング歪
み量測定手段１２により測定したフェージング歪み量測
定値を用いて、重み係数テーブル２１におけるドップラ
ー周波数シフト量の各値に対応した複数の重み係数を順
次切り換えることにより各重み係数に基づいた基準パイ
ロット信号のフェージング歪み量を推定する。詳しく説
明すると、フェージング歪み量推定手段２０に用いられ
る重み係数は、あるステップごとのドップラー周波数シ
フト量で算出された重み係数を格納している重み係数テ
ーブル２１から各ステップごとに供給される。従って、
フェージング歪み量推定手段２０からの誤差信号は、各
ステップごとの誤差信号となる。

【００１４】４０はドップラー周波数シフト量検知手段
であり、フェージング歪み量推定手段２０によるフェー
ジング歪み量推定値と基準パイロット信号フェージング
歪み量測定手段１１からのフェージング歪み量測定値と
の差が最小となる重み係数を検出してドップラー周波数
シフト量を検知する。即ち、検知手段４０では、基準パ
イロット信号フェージング歪み量測定値と推定値の差が
誤差信号として入力され、各ステップごとの誤差信号の
中から最も誤差の小さいものを検出し、それに相当する
重み係数との対応からドップラー周波数シフト量を出力
する。３０は加算点である。このようにしてリアルタイ
ムでドップラー周波数シフト量を検知することができ
る。

【００１５】重み係数テーブル２１から各重み係数をス
テップごとに供給する方法としては、Ｃ（１）から順番
にＣ（100 ）まで供給してもよいが、検知精度のバラツ
キをなくし効率的に検知するためには、ドップラー周波
数シフト量を検知した後は、そのときの重み係数を基準
としてその前後にステップ的に切り換えて供給するのが
好ましい。即ち、移動局が通常の速度で移動する限り、
ドップラー周波数シフト量の大きな変化は起こることは
ないので、前回のドップラー周波数シフト量に対応する
重み係数を予め記憶しておき、次回の検知においては、
まずその重み係数を供給し、次いでその前後の重み係数
をステップ的に供給するようにするのが好ましい。

【００１６】図３は、図１の信号フォーマットで送信さ
れた信号を用いて図２の検知装置によりドップラー周波
数シフト量を検出したときの検出結果を示す実験データ
であり、実線がドップラー周波数シフト量の真の値を示
し、点線が検出値を示す。なお、この実験においては、
次回の検出においては、前回の検出時における重み係数
を基準にして±１Ｈｚのステップごとに重み係数を供給
し、ドップラー周波数シフト量の初期値は０とした。こ
の図３から明らかなように、ドップラー周波数シフト量
の初期値が０であるため検出値は０から上昇するが、数
十回の検出後、検出値は高い精度で真の値に追従してい
ることが分かる。

【００１７】以上の実施例によれば、フェージング歪み
量推定手段２０では、パイロット信号フェージング歪み
量測定手段１２により測定したフェージング歪み量測定
値を用いて、重み係数テーブル２１におけるドップラー
周波数シフト量の各値に対応した複数の重み係数を順次
切り換えることにより各重み係数に基づくフェージング
歪み量を推定し、ドップラー周波数シフト量検知手段４
０では、フェージング歪み量推定手段２０によるフェー
ジング歪み量推定値と基準パイロット信号フェージング
歪み量測定手段１１からのフェージング歪み量測定値と
の差が最小となる重み係数を検出してドップラー周波数
シフト量を検知するので、瞬時的なドップラー周波数シ
フト量を正確にリアルタイムで検知することができる。

【００１８】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は以上の実施例に限定されることなく、種々
の実施例が考えられる。例えば、図１の実施例では既知
信号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、ＰＰはフェ
ージング歪み量の測定のために予め用意されたものであ
るが、既存の信号を利用する方式でもよい。また、重み
係数は、ｆｄが５Ｈｚごとに２０段階、１０Ｈｚごとに
１０段階に設定してもよく、設定する数は任意である。
また、図２の検知装置は、ハードウエアにより構成する
のみならず、ソフトウエアにより構成してもよい。さら
に、本発明は、ドップラー周波数シフト量を検知する必
要があるシステム全般に適用することができ、利用分野
は移動無線通信システムに限定されない。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、リアルタイムでドップ
ラー周波数シフト量を検出することができる。従って、
逐次ドップラー周波数シフト量を必要とする例えば移動
無線通信システムの構築が可能となり、移動無線通信シ
ステムのアプリケーションの幅が大きく広がる。また、
例えば瞬時的なドップラー周波数シフト量を考慮したデ
ジタルリニア直交変調方式を用いた移動無線通信システ
ムの構築が可能となり、誤り率特性のより良いシステム
や１６値以上の多値直交変換システムなどを実現する大
きな役割を果たす。

【図面の簡単な説明】

【図１】信号スロットの一例を示す説明図である。

【図２】本発明に係る検知装置の実施例を示す説明図で
ある。

【図３】本発明に係る検知装置によりドップラー周波数
シフト量を検出したときの検出結果を示す実験データで
ある。

【符号の説明】

１０ フェージング歪み量測定手段 １１ 基準パイロット信号フェージング歪み量測定手段 １２ パイロット信号フェージング歪み量測定手段 ２０ フェージング歪み量推定手段 ２１ 重み係数テーブル ３０ 加算点 ４０ ドップラー周波数シフト量検知手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既知信号のフェージング歪み量を測定
   し、その測定値を用いて、ドップラー周波数シフト量の
   各値に対応した複数の重み係数を順次切り換えることに
   より各重み係数に基づくフェージング歪み量を推定し、
   これらの各推定値と測定値との差が最小となる重み係数
   を検出して、ドップラー周波数シフト量を検知すること
   を特徴とするドップラー周波数シフト量検知方式。
2. 【請求項２】 既知信号のフェージング歪み量を測定す
   る手段と、この測定手段により測定したフェージング歪
   み量測定値を用いて、ドップラー周波数シフト量の各値
   に対応した複数の重み係数を順次切り換えることにより
   各重み係数に基づくフェージング歪み量を推定する手段
   と、この推定手段による各フェージング歪み量推定値と
   前記フェージング歪み量測定値との差が最小となる重み
   係数を検出してドップラー周波数シフト量を検知する手
   段とを備えたことを特徴とするドップラー周波数シフト
   量検知装置。