JPWO2012115192A1 - 受信装置および受信方法、並びにコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

ＡＦＣの追従動作中に伝搬路環境の一時的な劣化が生じた場合でも、伝搬路環境が良好に戻った際の初期引き込み動作を不要とし、消費電力がより少なく、通信できない時間がより短縮される受信装置および受信方法、並びにコンピュータプログラムを提供する。本発明の受信装置は、リファレンスシグナル間の位相の回転角の分散を計算し、回転角の分散が予め定めた閾値THより小さい場合には、周波数誤差を補償し、回転角の分散が閾値TH以上である場合には、周波数誤差の補償を停止する。

Description

本発明は受信装置および受信方法、並びにコンピュータプログラムに関する。

一般的に無線通信において、水晶発振器（TCXO（Temperature-compensated crystal oscillator（温度補償型水晶発振器））等）の製品ばらつきや温度変化によって生じる基地局と端末との周波数誤差を補償する技術として、自動周波数制御（以下、AFC（AutoFrequency
Control）と称する。）が用いられる。

3GPP（3rd Generation Partnership
Project）で標準化されているLTE（Long Term Evolution）などの無線通信システムにおいては、Synchronization SignalやReference Signalの時間軸での位相回転量を用いて誤差量を測定し、補正する方法が考えられる。

このとき、追従できる範囲は、+/-180度以内の位相回転量に限られており、位相回転量を測定する信号の時間間隔が大きいと位相回転量が大きくなり、周波数誤差を補償できる範囲が狭くなる。一方、時間間隔が小さいと、安定している状態では小さな変動を測定することになるため測定精度が落ちてしまう。

そのため、一般的に端末と基地局が通信を開始する前の段階では周波数誤差が大きいので、より大きな引き込みが可能なように測定の時間間隔を小さくし（初期引き込み）、安定して通信が開始できると測定の時間間隔を長くして精度を上げる（追従）という２段階の制御が実施されている。

従来、統計処理部が、位相差測定部からの位相差信号の位相差のバラツキを監視するための分散演算処理を実行し、分散値が基準分散値を超えた場合には、誤ったAFC制御を行う可能性が高いと判断し、AFC用の誤差信号の変更を停止することで、AFC機能を停止し、停止する直前の位相差情報に基づく誤差信号を保持するようにしているものもある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２２３６１０号公報

しかしながら、通信開始後の追従動作中に伝搬路環境の一時的な劣化が生じた場合に正しく周波数誤差が測定できなくなり、誤った補償を実施してしまい、誤差が追従範囲を超えてしまう可能性がある。その場合、再度、初期引き込みを実施しなければならない。このとき、初期引き込みの実施により、通信できない期間の発生、消費電力の増加等の問題が生じてしまう。

そこで、本発明は、上記課題を解決すること、すなわち、AFCの追従動作中に伝搬路環境の一時的な劣化が生じた場合でも、伝搬路環境が良好に戻った際に初期引き込み動作を不要とし、消費電力をより少なくして、通信できない時間をより短くできる受信装置および受信方法、並びにコンピュータプログラム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、本発明の受信装置は、リファレンスシグナル間の位相の回転角の分散を計算する分散計算手段と、上記回転角の分散が予め定めた第１の閾値より小さい場合、周波数誤差を補償し、上記回転角の分散が上記第１の閾値以上である場合、周波数誤差の補償を停止する周波数補償手段とを有することを特徴とする。

また、本発明の受信方法は、リファレンスシグナル間の位相の回転角の分散を計算する分散計算ステップと、上記回転角の分散が予め定めた第１の閾値より小さい場合、周波数誤差を補償し、上記回転角の分散が上記第１の閾値以上である場合、周波数誤差の補償を停止する周波数補償ステップとを含むこと特徴とする。

さらに、本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータに、リファレンスシグナル間の位相の回転角の分散を計算する分散計算ステップと、上記回転角の分散が予め定めた第１の閾値より小さい場合、周波数誤差を補償し、上記回転角の分散が上記第１の閾値以上である場合、周波数誤差の補償を停止する周波数補償ステップとを含む処理を行わせることを特徴とする。

本発明の一側面によれば、通信できない時間をより短くし、消費電力をより少なくできる受信装置および受信方法、並びにコンピュータプログラムを提供することができる。

受信装置の構成の例を示すブロック図である。 AFC制御部１６の構成の例を示すブロック図である。 TCXOの制御の処理の例を説明するフローチャートである。 AFC制御部１６の構成の他の例を示すブロック図である。 TCXOの制御の処理の他の例を説明するフローチャートである。 コンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施の形態の受信装置について、図１〜図６を参照しながら説明する。

図１は、受信装置の構成の例を示すブロック図である。受信装置１０は、LTEで規程される通信方式により信号を受信する。受信装置１０は、RF（Radio
Frequency）部１１、FFT（Fast Fourier Transform）部１２、チャネル推定部１３、復調部１４、チャネル復号部１５、およびAFC制御部１６を具備する。

受信アンテナ（図示せず）で受信した信号（以下、受信信号と称する）は、受信装置１０のRF部１１に供給される。RF部１１は、受信信号をA/D（Analog/Digital）変換し、A/D変換の結果得られたデジタル信号をFFT部１２に供給する。FFT部１２は、デジタル信号を、フーリエ変換により周波数成分のデータに分ける。FFT部１２は、周波数成分のデータをチャネル推定部１３に供給する。

チャネル推定部１３は、周波数成分のデータのうち、周波数リソース上に予めマッピングされていた既知信号（Reference Signal）を用いて、チャネル状態を表すチャネル推定行列を推定する。チャネル推定部１３は、チャネル推定行列を復調部１４およびAFC制御部１６に供給する。

復調部１４は、受信信号およびチャネル推定部１３で推定したチャネル推定行列などを基に、I・Q成分を尤度情報へと復調する。復調部１４は、尤度情報をチャネル復号部１５に供給する。チャネル復号部１５は、誤り訂正復号および誤り検出を行い、得られた結果を上位レイヤに供給する。

また、受信装置１０内のAFC制御部１６は、チャネル推定部１３で推定したチャネル推定行列を基に周波数誤差を測定し、水晶発振器の制御を行い、TCXO制御値を出力する。

図２は、AFC制御部１６の構成の例を示すブロック図である。AFC制御部１６は、相関演算部２１、回転角演算部２２、測定時間補正部２３、時間平均処理部２４、TCXO制御部２５、および分散測定部２６を有する。

相関演算部２１は、受信アンテナa、送信アンテナb、Reference
Signal（以下、RSとも称する）の時間方向インデックス（index）t、RSの周波数方向インデックス（index）i、それに対応するチャネル推定値h（a,b,t,i）としたとき、式（１）に従い、RSの相関を算出する。

・・・（１）

ただし、RSの周波数方向の平均化数は、式（２）で表される。

・・・（２）

また、AGC・FFTのサンプリングによる振幅・位相の補正値は、式（３）で表される。

・・・（３）

相関演算部２１は、RSの相関V（a,b,t）を回転角演算部２２に供給する。

回転角演算部２２は、相関演算部２１で求めた相関値V（a,b,t）から式（４）により、RS間の回転角θ（a,b,t）を求める。

・・・（４）

なお、式（４）において、Im(c)およびRe(c)は、それぞれ、複素数cの嘘数部および実数部を表す。

回転角演算部２２は、RS間の回転角θ（a,b,t）を測定時間補正部２３に供給する。

測定時間補正部２３は、時間方向インデックスtのRSと時間方向インデックスt+1のRSの時間差T(t)、および基準時間Tから、式（５）により、回転角θ（a,b,t）を基準時間Tに揃える。

・・・（５）

測定時間補正部２３は、基準時間Tに揃えた回転角を時間平均処理部２４および分散測定部２６に供給する。

時間平均処理部２４は、N個の回転角

の平均を式（６）により求める。

・・・（６）

時間平均処理部２４は、N個の回転角

の平均をTCXO制御部２５に供給する。

分散測定部２６は、N個の回転角

の分散を式（７）で求める。

・・・（７）

分散測定部２６はN個の回転角

の分散をTCXO制御部２５に供給する。

TCXO制御部２５は、分散測定部２６で求めた分散

が閾値THより小さい場合、TCXOの制御値を算出し、TCXOの制御を実施する。

すなわち、この場合、TCXO制御部２５は、時間平均処理部２４で求めた平均回転角

よりTCXOの制御値を算出し、TCXOの制御を実施する。

一方、TCXO制御部２５は、分散

が閾値TH以上である場合、測定結果を破棄し、TCXOの周波数を変化しないように制御する。

図３は、TCXOの制御の処理の例を説明するフローチャートである。ステップＳ１１において、相関演算部２１は、受信アンテナa、送信アンテナb、RSの時間方向インデックスt、RSの周波数方向インデックスi、およびそれに対応するチャネル推定値h（a,b,t,i）から、式（１）に従い、RSの相関を算出する。

ステップＳ１２において、回転角演算部２２は、相関演算部２１で求めた相関値から式（４）により、RS間の回転角を求める。

ステップＳ１３において、測定時間補正部２３は、時間方向インデックスtのRSと時間方向インデックスt+1のRSの時間差T(t)、および基準時間Tから、式（５）により、回転角を基準時間Tに揃える。

ステップＳ１４において、時間平均処理部２４は、N個の回転角の平均を式（６）により求める。

ステップＳ１５において、分散測定部２６は、N個の回転角の分散を式（７）で求める。

ステップＳ１６において、TCXO制御部２５は、N個の回転角の分散が閾値THより小さいか否かを判定する。ステップＳ１６において、N個の回転角の分散が閾値THより小さいと判定された場合、手続きはステップＳ１７に進み、TCXO制御部２５は、N個の回転角の平均値からTCXOの制御値を算出する。ステップＳ１８において、TCXO制御部２５は、TCXOの制御を実施し、TCXOの制御の処理は終了する。

ステップＳ１６において、N個の回転角の分散が閾値TH以上であると判定された場合、手続きはステップＳ１９に進み、TCXO制御部２５は、測定結果を破棄する。ステップＳ２０において、TCXO制御部２５は、TCXOの周波数を変化しないように制御し、TCXOの制御の処理は終了する。

また、リファレンスシグナルの相関ベクトルの電力を参照して、TCXOの制御を行うようにしても良い。

図４は、AFC制御部１６の構成の他の例を示すブロック図である。図４に示されるAFC制御部１６は、相関演算部２１、回転角演算部２２、測定時間補正部２３、時間平均処理部２４、TCXO制御部２５、分散測定部２６、および電力測定部４１を有する。相関演算部２１〜分散測定部２６は、図２に示す場合と同様なので、その説明は省略する。

相関演算部２１は、式（１）から求めたRSの相関を回転角演算部２２および電力測定部４１に供給する。

電力測定部４１は、相関演算部２１で算出した相関ベクトル

より式（８）で電力平均を求める。

・・・（８）

電力測定部４１は、電力平均P（a,b,t）をTCXO制御部２５に供給する。

TCXO制御部２５は、分散測定部２６で求めた分散

が閾値THより小さく、かつ電力測定部４１で求めた電力平均P（a,b,t）が電力閾値TH_Pより大きい場合にのみ、TCXOの制御値を算出し、TCXOの制御を実施する。

すなわち、この場合、TCXO制御部２５は、時間平均処理部２４で求めた平均回転角

よりTCXOの制御値を算出し、TCXOの制御を実施する。

一方、TCXO制御部２５は、分散

が閾値TH以上である場合、測定結果を破棄し、TCXOの周波数を変化しないように制御する。

また、TCXO制御部２５は、電力測定部４１で求めた電力平均P（a,b,t）が電力閾値TH_P以下である場合、測定結果を破棄し、TCXOの周波数を変化しないように制御する。

図５は、TCXOの制御の処理の他の例を説明するフローチャートである。ステップＳ４１〜ステップＳ４５の手続きは、それぞれ、図３のステップＳ１１〜ステップＳ１５のそれぞれの手続きと同様なので、その説明は省略する。

ステップＳ４６において、電力測定部４１は、相関演算部２１で算出された相関ベクトルより式（８）で電力平均P（a,b,t）を求める。

ステップＳ４７において、TCXO制御部２５は、N個の回転角の分散が閾値THより小さいか否かを判定する。ステップＳ４７において、N個の回転角の分散が閾値THより小さいと判定された場合、手続きはステップＳ４８に進み、TCXO制御部２５は、電力平均P（a,b,t）が電力閾値TH_Pより大きいか否かを判定する。

ステップＳ４８において、電力平均P（a,b,t）が電力閾値TH_Pより大きいと判定された場合、手続きはステップＳ４９に進み、TCXO制御部２５は、N個の回転角の平均値からTCXOの制御値を算出する。ステップＳ５０において、TCXO制御部２５は、TCXOの制御を実施し、TCXOの制御の処理は終了する。

ステップＳ４７において、N個の回転角の分散が閾値TH以上であると判定された場合、または、ステップＳ４８において、電力平均P（a,b,t）が電力閾値TH_P以下であると判定された場合、手続きはステップＳ５１に進み、TCXO制御部２５は、測定結果を破棄する。ステップＳ５２において、TCXO制御部２５は、TCXOの周波数を変化しないように制御し、TCXOの制御の処理は終了する。

なお、処理量削減のため電力が大きい場合にのみ分散を計算するようにしてもよい。

AFCの追従動作中に伝搬路環境の一時的な劣化が生じた場合でも、伝搬路環境が良好に戻った際に初期引き込み動作が不要となり、消費電力の削減や通信できない時間の短縮が可能となる。

このように、測定した位相回転量の信頼性（分散）が計算され、その値が閾値以上だった場合、周波数の補償動作が停止される。

以上のように、伝搬路環境の一時的な劣化により周波数誤差測定の信頼性が下がっていることが検出され、その場合の周波数補償制御が停止される。これにより、周波数誤差が大きくなることを防ぎ、伝搬路環境が復帰した際に、再度、初期引き込みを実施することなく追従が可能となる。

上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するコンピュータプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のコンピュータプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。

図６は、上述した一連の処理をコンピュータプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。

コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）１０１，ROM（Read Only Memory）１０２，RAM（Random Access Memory）１０３は、バス１０４により相互に接続されている。

バス１０４には、さらに、入出力インタフェース１０５が接続されている。入出力インタフェース１０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部１０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部１０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部１０８、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部１０９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア１１１を駆動するドライブ１１０が接続されている。

以上のように構成されるコンピュータでは、CPU１０１が、例えば、記憶部１０８に記憶されているコンピュータプログラムを、入出力インタフェース１０５及びバス１０４を介して、RAM１０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。

コンピュータ（CPU１０１）が実行するコンピュータプログラムは、例えば、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア１１１に記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供される。

そして、コンピュータプログラムは、リムーバブルメディア１１１をドライブ１１０に装着することにより、入出力インタフェース１０５を介して、記憶部１０８に記憶することで、コンピュータにインストールすることができる。また、コンピュータプログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１０９で受信し、記憶部１０８に記憶することで、コンピュータにインストールすることができる。その他、コンピュータプログラムは、ROM１０２や記憶部１０８にあらかじめ記憶しておくことで、コンピュータにあらかじめインストールしておくことができる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるコンピュータプログラムであっても良い。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１０…受信装置、１１…RF部、１２…FFT部、１３…チャネル推定部、１４…復調部、１５…チャネル復号部、１６…AFC制御部、２１…相関演算部、２２…回転角演算部、２３…測定時間補正部、２４…時間平均処理部、２５…TCXO制御部、２６…分散測定部、４１…電力測定部、１０１…CPU、１０２…ROM、１０３…RAM、１０８…記憶部、１０９…通信部、１１１…リムーバブルメディア

Claims (4)

1. リファレンスシグナル間の位相の回転角の分散を計算する分散計算手段と、
   上記回転角の分散が予め定めた第１の閾値より小さい場合、周波数誤差を補償し、上記回転角の分散が上記第１の閾値以上である場合、周波数誤差の補償を停止する周波数補償手段と
   を有することを特徴とする受信装置。
2. 請求項１に記載の受信装置において、
   リファレンスシグナルの相関ベクトルの電力を計算する電力計算手段をさらに有し、
   前記周波数補償手段は、前記回転角の分散が前記第１の閾値より小さく、かつ前記相関ベクトルの電力が予め定めた第２の閾値より大きい場合、周波数誤差を補償し、前記回転角の分散が前記第１の閾値以上である場合、または、前記相関ベクトルの電力が前記第２の閾値以下である場合、周波数誤差の補償を停止する
   ことを特徴とする受信装置。
3. リファレンスシグナル間の位相の回転角の分散を計算する分散計算ステップと、
   上記回転角の分散が予め定めた第１の閾値より小さい場合、周波数誤差を補償し、上記回転角の分散が上記第１の閾値以上である場合、周波数誤差の補償を停止する周波数補償ステップと
   を含むことを特徴とする受信方法。
4. リファレンスシグナル間の位相の回転角の分散を計算する分散計算ステップと、
   上記回転角の分散が予め定めた第１の閾値より小さい場合、周波数誤差を補償し、上記回転角の分散が上記第１の閾値以上である場合、周波数誤差の補償を停止する周波数補償ステップと
   を含む処理をコンピュータに行わせるコンピュータプログラム。

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