JPWO2013175951A1 - 受信装置およびドップラ周波数算出方法、ならびにコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

時間方向でのチャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合でも、正しくドップラ周波数を算出する。【解決手段】送信装置から送信された送信信号を受信する受信手段（ＲＦ部１１）と、受信手段によって受信された送信信号を周波数領域の信号に変換する変換手段（ＦＦＴ部１２）と、変換手段によって得られた周波数領域の信号に基づいてチャネル推定処理を実行する推定手段（チャネル推定部１３）と、推定手段によって推定されたチャネル推定値に基づいてドップラ周波数を算出する算出手段（ドップラ周波数測定部１６）と、を有し、算出手段は、時間方向におけるチャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合、ドップラ周波数を求める計算途中のデータに対して補正処理を施した後に、ドップラ周波数を算出する。

Description

本発明は、受信装置およびドップラ周波数算出方法、ならびにコンピュータプログラムに関するものである。

近年、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、受信装置で推定したドップラ周波数によって制御を切り替えることにより、受信装置の性能を向上する様々な技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、ドップラ周波数に基づいて送信電力制御を行うことにより、データの伝送品質やセル内の加入者容量を確保する技術が開示されている。このような制御を行うためには、ドップラ周波数を精度良く推定する必要がある。ドップラ周波数を推定する方法としては、例えば、チャネル推定値を離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）する方式がある。

特許文献２には、チャネル推定値を時間方向・周波数方向それぞれについてＤＦＴを行い、見通し内の電波環境であるかどうかを判断した上で最適なドップラ周波数を推定する技術が開示されている。

また、特許文献３には、Ｇｏｅｒｔｚｅｌ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍを用いてＤＦＴを行うことにより、受信装置における計算量を削減する技術が開示されている。

特許第３４３０９８６号公報 特開２０１０−２５８９３５号公報 米国特許出願公開第ＵＳ２０１１／０２００７３号明細書

ところで、例えば、ＬＴＥの場合、上りと下り通信の間のＧＡＰの直後やＬＴＥ−ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）におけるＵＬ（Ｕｐｌｉｎｋ） Ｓｕｂｆｒａｍｅ直後等に、位相同期回路（ＰＬＬ：Ｐｈａｓｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）が再起動されると、時間方向でのチャネル推定値の位相が不連続になってしまうことがある。時間方向でＤＦＴを行うことによりドップラ周波数を推定する場合、ドップラ周波数の推定期間中に時間方向でのチャネル推定値の位相が不連続になってしまうと、正確にドップラ周波数を推定することができない。前述した特許文献２〜３では、このようなケースでは正確にドップラ周波数を推定することができないという問題点がある。

本発明は上記のような課題を鑑みて行われたものであり、時間方向でのチャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合でも、正しくドップラ周波数を算出することが可能な受信装置およびドップラ周波数算出方法、ならびにコンピュータプログラムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によると、送信装置との間で無線通信を行う受信装置において、前記送信装置から送信された送信信号を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された前記送信信号を周波数領域の信号に変換する変換手段と、前記変換手段によって得られた前記周波数領域の信号に基づいてチャネル推定処理を実行する推定手段と、前記推定手段によって推定されたチャネル推定値に基づいてドップラ周波数を算出する算出手段と、を有し、前記算出手段は、時間方向における前記チャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合、ドップラ周波数を求める計算途中のデータに対して補正処理を施した後に、ドップラ周波数を算出する、ことを特徴とする受信装置が提供される。

本発明の第２の観点によると、送信装置との間で無線通信を行う受信装置のドップラ周波数算出方法において、前記送信装置から送信された送信信号を受信する受信ステップと、前記受信手段において受信された前記送信信号を周波数領域の信号に変換する変換ステップと、前記変換ステップにおいて得られた前記周波数領域の信号に基づいてチャネル推定処理を実行する推定ステップと、前記推定ステップにおいて推定されたチャネル推定値に基づいてドップラ周波数を算出する算出ステップと、を有し、前記算出ステップは、時間方向における前記チャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合、ドップラ周波数を求める計算途中のデータに対して補正処理を施した後に、ドップラ周波数を算出する、ことを特徴とするドップラ周波数算出方法が提供される。

本発明の第３の観点によると、送信装置との間で無線通信を行う受信装置のプロセッサにインストールすることにより、そのプロセッサに、前記送信装置から送信された送信信号を受信する受信ステップと、前記受信手段において受信された前記送信信号を周波数領域の信号に変換する変換ステップと、前記変換ステップにおいて得られた前記周波数領域の信号に基づいてチャネル推定処理を実行する推定ステップと、前記推定ステップにおいて推定されたチャネル推定値に基づいてドップラ周波数を算出する算出ステップと、を実行させ、前記算出ステップでは、時間方向における前記チャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合、ドップラ周波数を求める計算途中のデータに対して補正処理を施した後に、ドップラ周波数を算出する処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラムが提供される。

本発明によれば、時間方向でのチャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合でも、正しくドップラ周波数を算出することが可能な受信装置およびドップラ周波数算出方法、ならびにコンピュータプログラムを提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態の構成例を示すブロック図である。 図１に示すドップラ周波数測定部の詳細な構成例を示すブロック図である。 第１実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るドップラ周波数測定部の構成例を示すブロック図である。 第２実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）第１実施形態の説明
図１は本発明の第１実施形態の構成例を示すブロック図である。この図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る受信装置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、ドップラ周波数測定部１６を有しており、３ＧＰＰにおいて標準化されているＬＴＥ規格に基づいて動作する。

ここで、ＲＦ部１１は、図示しない基地局から送信される電波を受信し、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換によってデジタル信号に変換した後、ＦＦＴ部１２に出力する。ＦＦＴ部１２は、ＲＦ部１１から供給されるデジタル信号をフーリエ変換することで、周波数領域の信号（Ｉ，Ｑ信号）に変換し、チャネル推定部１３に出力する。

チャネル推定部１３は、周波数リソース上に予めマッピングされた既知信号である参照信号（ＲＳ：Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）から下りリンクのチャネル状態を推定し、その推定結果をチャネル推定値として復調部１４およびドップラ周波数測定部１６に出力する。復調部１４は、チャネル推定部１３から出力されるチャネル推定値を参照し、Ｉ，Ｑ情報を尤度情報に復調し、チャネル復号部１５に出力する。チャネル復号部１５は、復調部１４から出力される尤度情報に対して誤り訂正復号および誤り検出を行い、得られた情報を上位レイヤの装置に出力する。ドップラ周波数測定部１６は、チャネル推定部１３から供給されるチャネル推定値を参照して、ドップラ周波数を測定し、得られた測定結果を上位レイヤの装置に対して出力する。上位レイヤの装置は、ドップラ周波数に基づいて、例えば、送信電力制御を行う。

図２は図１に示すドップラ周波数測定部１６の詳細な構成例を示すブロック図である。この図２に示すように、ドップラ周波数測定部１６は、ＤＦＴ部２１、位相差推定部２２、位相補正部２３、および、ドップラ周波数算出部２４を有している。

ここで、ＤＦＴ部２１は、チャネル推定部１３で推定したチャネル推定値を元にＤＦＴを実行し、遅延量が平均からどのくらいの広がりをもっているかを表す指標である遅延スプレッドを算出する。位相差推定部２２は、位相が不連続となる可能性があるケース（ＧＡＰ直後、ＬＴＥ ＴＤＤ時のＵＬ Ｓｕｂｆｒａｍｅ直後等）に該当するか否かを判定し、不連続になる可能性があるケースに該当する場合にはチャネル推定値から位相差を推定する。位相補正部２３は、位相が不連続になる可能性があるケースに該当する場合、位相差推定部２２で推定した位相差を元に、位相補正処理を実行する。ドップラ周波数算出部２４は、測定開始から所定のスロットが経過したか否かを判定し、所定のスロットが経過した場合には、ドップラ周波数を算出し、上位レイヤの装置に供給する。

つぎに、図３に示すフローチャートを参照して第１実施形態の動作について説明する。図３に示すフローチャートが開始されると、以下のステップが実行される。

ステップＳ１では、ＤＦＴ部２１は、初回のスロットを入力すると、以下の式（１）に基づいて、初期化処理を実行する。

但し、ｈ_ｆｄはドップラ周波数測定に用いるチャネル推定値を示し、ａは受信アンテナの順番を示し、ｂは送信アンテナの順番を示し、ｎはＳｌｏｔ Ｎｕｍｂｅｒを示し、ｉはＲＳ（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｓｉｇｎａｌ）のＩｎｄｅｘ Ｎｕｍｂｅｒを示し、Ｎ_ｔｘは送信アンテナ数を示し、Ｎ_{ａｖｅ＿ＲＳ}はドップラ周波数測定に用いるＲＳ数を示し、Ｎ_{ｃａｌｃ＿ｂｉｎｓ}はドップラ周波数測定に用いるＤＦＴ ｂｉｎ数を示す。また、Ｒｅ｛｝は括弧内の実部を示し、Ｉｍ｛｝は括弧内の虚部を示す。

ステップＳ２では、ＤＦＴ部２１は、初回以降のスロットに対して、係数Ｑ１_{ｎ，ｋ，０}・Ｑ２_{ｎ，ｋ，０}・Ｑ１_{ｎ，ｋ，１}・Ｑ２_{ｎ，ｋ，１}を以下の式（２）に応じて更新する。

但し、ＤＦＴ＿ＣＯＥＦＦ_ｋは、ＤＦＴ係数であり、以下の式（３）により求められる。なお、Ｎ_{ｆｄ＿ｓｌｏｔｓ}は、ドップラ周波数測定に用いるスロット数を示す。

ステップＳ３では、位相差推定部２２は、位相が不連続になる可能性があるＧＡＰ直後に該当するか否かを判定し、該当すると判定した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）にはステップＳ５に進み、それ以外の場合（ステップＳ３：Ｎｏ）にはステップＳ４に進む。具体的には、上りと下り通信の間のＧＡＰの直後である場合にはＹｅｓと判定してステップＳ５に進む。

ステップＳ４では、位相差推定部２２は、同じく位相が不連続になる可能性があるＬＴＥ−ＴＤＤにおけるＵＬ Ｓｕｂｆｒａｍｅ直後に該当するか否かを判定し、該当すると判定した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）にはステップＳ５に進み、それ以外の場合（ステップＳ４：Ｎｏ）にはステップＳ７に進む。

ステップＳ５では、位相差推定部２２は、以下の式（４）に基づいて、チャネル推定値から位相差φ_ｄｉｆｆを推定する。

ステップＳ６では、位相補正部２３は、位相が不連続になる可能性があるケースにおいて、位相差推定部２２によって推定された位相差φ_ｄｉｆｆに基づいて、以下の式（５）に基づいて位相補正を実行し、補正結果をドップラ周波数算出部２４に出力する。

ステップＳ７では、ドップラ周波数算出部２４は、測定開始からＮ_{ｆｄ＿ｓｌｏｔｓ}が経過したか否かを判定し、経過したと判定した場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）にはステップＳ８に進み、それ以外の場合（ステップＳ７：Ｎｏ）にはステップＳ２に戻って前述の場合と同様の処理を繰り返す。

ステップＳ８では、ドップラ周波数算出部２４は、以下の式（６）に基づいて、振幅を算出する。

ステップＳ９では、ドップラ周波数算出部２４は、ＤＦＴ_ｐｅａｋを以下の式（７）に示すように定める場合に、ＤＦＴ_ｋ，ｊ＞ＤＦＴ_ｐｅａｋ×Ｘ_ｆｄを満たす最大のｋをｋ_ｅｄｇｅとし、以下の式（８）に基づいてドップラ周波数Ｆｄを算出する。

但し、Ｘ_ｆｄは、ドップラ周波数算出用の閾値係数であり、また、Ｆｄ＿ＣＯＥＦＦは、以下の式（９）によって算出される。

以上に説明したように、第１実施形態によれば、時間方向でのチャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合に、位相差を推定して補正する処理を追加することで、正しいドップラ周波数を算出することが可能となる。

（Ｂ）第２実施形態の説明
図４は本発明の第２実施形態に係るドップラ周波数測定部１６の構成例を示す図である。なお、ドップラ周波数測定部１６以外の構成は、図１の場合と同様であるので、その説明は省略する。図４に示すように、第２実施形態に係るドップラ周波数測定部１６は、ＤＦＴ部４１およびドップラ周波数算出部４２を有している。

ここで、ＤＦＴ部４１は、チャネル推定部１３で推定したチャネル推定値を元にＤＦＴを実行し、前述した遅延スプレッドを算出する。ドップラ周波数算出部４２は、測定開始から所定のスロットが経過したか否かを判定し、所定のスロットが経過した場合には、ドップラ周波数を算出し、上位レイヤの装置に供給する。なお、第１実施形態では、位相差を推定して補正を行うようにしたが、第２実施形態では、チャネル推定値の電力をＤＦＴ処理することで、ドップラ周波数を求める。

つぎに、図５に示すフローチャートを参照して、図４に示す第２実施形態の動作について説明する。

ステップＳ１１では、ＤＦＴ処理部４１は、初回スロットに対して、以下の式（１０）に基づいて初期化を行う。

なお、式（１０）の各種パラメータは、式（１）と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

ステップＳ１２では、ＤＦＴ処理部４１は、初回以降のスロットに対して、以下の式（１１）に基づいてｃｅ＿ｓｕｍをバッファリングする処理を行う。

ステップＳ１３では、ＤＦＴ処理部４１は、測定開始からＮ_{ｆｄ＿ｓｌｏｔｓ}が経過したか否かを判定し、経過したと判定した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）にはステップＳ１４に進み、それ以外の場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）にはステップＳ１２に戻ってバッファリング処理を継続する。なお、Ｎ_{ｆｄ＿ｓｌｏｔｓ}は、前述したステップＳ７と同様に、ドップラ周波数測定に用いるスロット数を示す。

ステップＳ１４では、ＤＦＴ処理部４１は、直流成分を除去するために、以下の式（１２）に基づいて、ｃｅ＿ｓｕｍを補正する処理を実行する。

ステップＳ１５では、ＤＦＴ処理部４１は、以下の式（１３）に基づいて、係数Ｑ１_ｎ，ｋ・Ｑ２_ｎ，ｋを求める処理を実行し、得られたこれらの係数Ｑ１_ｎ，ｋ・Ｑ２_ｎ，ｋをドップラ周波数算出部４２に出力する。

ステップＳ１６では、ドップラ周波数算出部４２は、以下の式（１４）に基づいて、振幅を算出する。

ステップＳ１７では、ドップラ周波数算出部４２は、ＤＦＴ_ｐｅａｋを以下の式（１５）のように定める場合に、ＤＦＴ_ｋ＞ＤＦＴ_ｐｅａｋ×Ｘ_Ｆｄを満たす最大のｋをｋ_ｅｄｇｅとし、以下の式（１６）に基づいてドップラ周波数Ｆｄを算出する。このようにして算出されたドップラ周波数は、上位レイヤの装置に出力される。上位のレイヤの装置は、ドップラ周波数に基づいて、例えば、送信電力制御を行う。

以上に説明したように、第２実施形態によれば、チャネル推定値の電力をＤＦＴ処理するようにしたので、時間方向でのチャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合であっても、正しいドップラ周波数を算出することが可能である。

（Ｃ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の実施形態では、３ＧＰＰにおいて標準化されているＬＴＥを例に挙げて説明したが、本発明をこれ以外の通信システムに適用することも可能である。

また、以上の各実施形態では、本発明を携帯電話機に適用する場合を例に挙げて説明したが、これ以外にも、例えば、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）やＤＥＣＴ (Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｏｒｄｌｅｓｓ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ)、や無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などに本発明を適用することも可能である。

さらに、以上の実施形態における各部の動作の少なくとも一部を、プロセッサ、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（読出専用メモリ）などからなるコンピュータにより実現することもできる。この場合、本発明を、送信装置との間で無線通信を行う受信装置のプロセッサにインストールすることにより、そのプロセッサに、前記送信装置から送信された送信信号を受信する受信ステップと、前記受信手段において受信された前記送信信号を周波数領域の信号に変換する変換ステップと、前記変換ステップにおいて得られた前記周波数領域の信号に基づいてチャネル推定処理を実行する推定ステップと、前記推定ステップにおいて推定されたチャネル推定値に基づいてドップラ周波数を算出する算出ステップと、を実行させ、前記算出ステップでは、時間方向における前記チャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合、ドップラ周波数を求める計算途中のデータに対して補正処理を施した後に、ドップラ周波数を算出する処理を実行させるコンピュータプログラムとして実施することもできる。

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 ドップラ周波数測定部
２１ ＤＦＴ部
２２ 位相差推定部
２３ 位相補正部
２４ ドップラ周波数算出部
４１ ＤＦＴ部
４２ ドップラ周波数算出部

Claims (6)

1. 送信装置との間で無線通信を行う受信装置において、
   前記送信装置から送信された送信信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段によって受信された前記送信信号を周波数領域の信号に変換する変換手段と、
   前記変換手段によって得られた前記周波数領域の信号に基づいてチャネル推定処理を実行する推定手段と、
   前記推定手段によって推定されたチャネル推定値に基づいてドップラ周波数を算出する算出手段と、を有し、
   前記算出手段は、時間方向における前記チャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合、ドップラ周波数を求める計算途中のデータに対して補正処理を施した後に、ドップラ周波数を算出する、
   ことを特徴とする受信装置。
2. 前記算出手段は、前記チャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合、前記チャネル推定値から位相差を推定し、推定した位相差に基づいて、計算途中のデータに対して補正処理を施し、前記ドップラ周波数を算出することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
3. 前記算出手段は、上りと下り通信の間のＧＡＰの直後、または、ＬＴＥ−ＴＤＤにおけるＵＬ Ｓｕｂｆｒａｍｅ直後に、前記位相の不連続が発生する可能性があるとして、前記補正処理を実行することを特徴とする請求項２に記載の受信装置。
4. 前記算出手段は、前記チャネル推定値の電力に対してＤＦＴ処理を施すとともに、得られた処理結果から直流成分を除去する補正処理を実行し、前記ドップラ周波数を算出することを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
5. 送信装置との間で無線通信を行う受信装置のドップラ周波数算出方法において、
   前記送信装置から送信された送信信号を受信する受信ステップと、
   前記受信手段において受信された前記送信信号を周波数領域の信号に変換する変換ステップと、
   前記変換ステップにおいて得られた前記周波数領域の信号に基づいてチャネル推定処理を実行する推定ステップと、
   前記推定ステップにおいて推定されたチャネル推定値に基づいてドップラ周波数を算出する算出ステップと、を有し、
   前記算出ステップは、時間方向における前記チャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合、ドップラ周波数を求める計算途中のデータに対して補正処理を施した後に、ドップラ周波数を算出する、
   ことを特徴とする受信装置のドップラ周波数算出方法。
6. 送信装置との間で無線通信を行う受信装置のプロセッサにインストールすることにより、そのプロセッサに、前記送信装置から送信された送信信号を受信する受信ステップと、前記受信手段において受信された前記送信信号を周波数領域の信号に変換する変換ステップと、前記変換ステップにおいて得られた前記周波数領域の信号に基づいてチャネル推定処理を実行する推定ステップと、前記推定ステップにおいて推定されたチャネル推定値に基づいてドップラ周波数を算出する算出ステップと、を実行させ、前記算出ステップでは、時間方向における前記チャネル推定値の位相が不連続になる可能性がある場合、ドップラ周波数を求める計算途中のデータに対して補正処理を施した後に、ドップラ周波数を算出する処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

Images