JP2009071811A - キャリアオフセットの検出回路および検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間でキャリアオフセットを検出する。
【解決手段】ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)変調された受信信号を復調する復調回路に設けられ、受信側と送信側の搬送波周波数のオフセットを検出するキャリアオフセット検出回路が提供される。ゼロクロス検出部は、受信側における搬送波周波数を基準として、受信信号の周波数偏移のレベルを表すデジタルのベースバンド信号を受け、プリアンブルの期間に発生する、当該ベースバンド信号と１シンボル分遅延したベースバンド信号とのゼロクロス点を検出する。キャリアオフセット検出回路は、検出したゼロクロスのタイミングにおけるベースバンド信号の値を、搬送波周波数のオフセット値とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)変調された受信信号を復調する復調技術に関し、特に受信側と送信側の搬送波周波数のオフセットを検出するキャリアオフセット検出技術に関する。

近年、複数の電子機器間でデータの送受信を行うために、さまざまな規格、方式の無線通信システムが提案されている。たとえばBluetooth通信システムでは、１または０の２値をとるデジタルの変調データを利用して搬送波をＦＳＫ変調する。こうした無線通信システムにおいて、送信機側と受信機側において搬送波周波数のずれ（キャリアオフセット）が発生すると、正確な復調が困難となる。そこで受信機側において、キャリアオフセットを検出するための回路が設けられる。

特開平１０−９８５００号公報

本発明は係る状況においてなされたものであり、その目的は、短時間で正確なキャリアオフセットを検出可能な技術の提供にある。

本発明のある態様は、ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)変調された受信信号を復調する復調回路に設けられ、受信側と送信側の搬送波周波数のオフセットを検出するキャリアオフセット検出回路に関する。このキャリアオフセット検出回路は、ゼロクロス検出部と、オフセット検出部を備える。ゼロクロス検出部は、受信側における搬送波周波数を基準として、受信信号の周波数偏移のレベルを表すデジタルのベースバンド信号を受け、プリアンブルの期間に発生する、当該ベースバンド信号と１シンボル分遅延したベースバンド信号とのゼロクロス点を検出する。オフセット検出部は、検出したゼロクロスのタイミングにおける、ベースバンド信号の値を、搬送波周波数のオフセット値に設定する。

１と０が交互に含まれるプリアンブルを有する無線通信システムにおいては、上記ゼロクロスは、１と０との遷移の中間のタイミング、すなわち周波数偏移が０となるタイミングで発生することになる。したがって上記態様によれば、周波数偏移が０となるゼロクロスのタイミングで、ベースバンド信号の値を取得することにより、キャリアオフセットをプリアンブルの短い期間で検出できる。

本発明の別の態様も、ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)変調された受信信号を復調する復調回路に設けられ、受信側と送信側の搬送波周波数のオフセットを検出するキャリアオフセット検出回路に関する。このキャリアオフセット検出回路は、プリアンブル検出部と、オフセット検出部と、を備える。プリアンブル検出部は、受信側における前記搬送波周波数を基準として、受信信号の周波数偏移のレベルを表すデジタルのベースバンド信号を受け、当該ベースバンド信号からプリアンブルを検出する。オフセット検出部は、ベースバンド信号をスムージングし、プリアンブルの期間中におけるスムージングされたベースバンド信号の値を、オフセット値に設定する。

１と０が交互に含まれるプリアンブルを有する無線通信システムにおいては、キャリアオフセットが存在しない状態において、プリアンブル期間中の周波数偏移の平均は０となるはずである。逆にいえば、プリアンブル期間中の周波数偏移の平均が存在する場合、その値はキャリアオフセットとなる。したがって上記態様によれば、キャリアオフセットをプリアンブルの短い期間で検出できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係るキャリアオフセットの検出回路によれば、短時間でキャリアオフセットを検出できる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが部材Ｂと接続された」状態とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Ｃが部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図１は、実施の形態に係る無線通信システムの受信機１０００の構成を示すブロック図である。無線通信システムの送信機（不図示）と受信機１０００は、ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)変調された搬送波を送受信する。以下、無線通信システムは、Bluetooth規格に準拠した通信を行うものとするが、本発明はこれに限定されることなく、その他の規格にも適用可能である。受信機１０００は、携帯電話端末、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、家電製品をはじめとする各種情報通信機器に搭載される。

送信機は、搬送波を１／０のデジタル信号を変調信号としてＦＳＫ変調した高周波信号（ＲＦ信号）Ｓｒｆを送信する。受信機１０００は、送信機から送信されるＲＦ信号Ｓｒｆを受信し、ＲＦ信号からデジタル信号を復調する。受信機１０００は、アンテナ２、周波数変換回路４、ＦＭ検波回路６、キャリアオフセット検出回路（以下、オフセット検出回路という）８を備える。

アンテナ２は、ＦＳＫ変調された搬送波周波数２．４ＧＨｚの受信ＲＦ信号（被変調波）を受信する。実際には搬送波周波数は周波数ホッピングによって時々刻々と変化する。周波数変換回路４、ＦＭ検波回路６、オフセット検出回路８は、復調回路を構成し、ＲＦ信号Ｓｒｆの復調を行う。ＲＦ信号Ｓｒｆは周波数変換回路４に入力される。周波数変換回路４は、２．４ＧＨｚのＲＦ信号を、周波数変換（ダウンコンバージョン）して、同相生分ＢＢ＿Ｉと直交成分ＢＢ＿Ｑに分解する。ＦＭ検波回路６は、同相成分ＢＢ＿Ｉと直交成分ＢＢ＿Ｑにもとづき、ＲＦ信号Ｓｒｆの周波数偏移のレベルを表すデジタルベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇを生成する。Bluetoothのシンボルレートは１ＭＨｚであり、ＦＭ検波回路６により生成されるベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇは８ＭＨｚでサンプリングされている。また、本実施の形態ではベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇのビット数は９ビットとする。また、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇが示す周波数偏移のレベルは、１．９５ｋＨｚを単位として、量子化されている。

無線通信システムにおいて、送信機側の搬送波周波数と、受信機１０００が復調を行う際に使用する搬送波周波数は完全には一致しない。そこで、オフセット検出回路８は受信側と送信側の搬送波周波数のオフセット（キャリアオフセット）を検出し、キャリアオフセット量を示すオフセット信号ＯＦＳ＿Ｏを出力する。受信機１０００はオフセット検出回路８により検出したオフセット量を、復調処理に反映させる。

オフセット検出回路８は、ディレイバッファ１００、プリアンブル検出部２００、オフセット検出部３００を備える。オフセット検出回路８には、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇと、アクセスコード検出信号ＡＣＣＤＥＴが入力されている。アクセスコード検出信号ＡＣＣＤＥＴは、パケットの先頭から７２ビットに含まれるアクセスコードを示す信号であり、図示しない回路によって生成され、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇとともに入力される。アクセスコード検出信号ＡＣＣＤＥＴは、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇの先頭７２ビットの期間、ローレベルとなり、その後ハイレベルとなる。

上述のように、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇは、シンボルレート１ＭＨｚの８倍の８ＭＨｚでサンプリングされた信号である。ディレイバッファ１００は、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇを４サンプリング時間、すなわち１／２シンボル分、遅延させた遅延信号ｄｅｌａｙ４と、８サンプリング時間、すなわち１シンボル分、遅延させた遅延信号ｄｅｌａｙ８と、１２サンプリング時間、すなわち３／２シンボル分、遅延させた遅延信号ｄｅｌａｙ１２と、を生成する。ディレイバッファ１００はカスケード接続された複数のラッチ回路（遅延回路）を含むシフトレジスタで構成することができる。あるいはその他の構成も可能である。

デジタル無線通信においては、パケットデータの先頭数ビットには所定のビットパターンを含むプリアンブルが配置される。Bluetoothシステムにおいて、パケットの先頭４ビットはプリアンブルであり、１０１０または０１０１のパターンデータを含む。プリアンブル検出部２００はプリアンブルを検出する回路である。

プリアンブルはパケットデータの先頭に配置されるため、キャリアオフセットの補正がされていない状態で復調されることになる。したがって、復調されたデータからプリアンブルを検出するのは困難である。そこで、本実施の形態に係るプリアンブル検出部２００は、基準となるベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇと、それに対して相対的に１シンボル分時間シフトした信号、すなわち遅延信号ｄｅｌａｙ８を比較し、２つの信号の交点（ゼロクロス点）を検出する。１０１０または０１０１のパターンが存在する場合、ゼロクロス点は所定の規則に従って検出される。プリアンブル検出部２００は、ゼロクロスのタイミングで所定レベル（ハイレベル）となるゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎを出力する。プリアンブル検出部２００の詳細は後述する。

オフセット検出部３００は、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎのタイミングで、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇをラッチする。送信側と受信側のキャリアオフセットが０となる理想状態において、パターンデータ１０１０に対応する周波数遷移は、データが１と０との間を遷移する中間のタイミング、すなわちゼロクロス点において０となるはずである。言い換えれば、キャリアオフセットが存在する状態においては、データが１と０との間で遷移するゼロクロス点のタイミングにおける周波数偏移の値、すなわちベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇの値は、キャリアオフセット量を示すことになる。そこで、オフセット検出部３００は、ゼロクロスのタイミングでラッチしたベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇの値を、搬送波周波数のオフセット値ＯＦＳ＿Ｏとして出力する。

また、別の観点からオフセット検出部３００は以下の処理を行う。キャリアオフセットが存在しない理想状態において、１０１０または０１０１を繰り返すプリアンブルの期間の周波数偏移（ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇ）の時間平均値は０となるはずである。言い換えれば、キャリアオフセットが存在する状態においては、周波数偏移の平均値が、キャリアオフセット量を示すことになる。そこでオフセット検出部３００は、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇをスムージングし、スムージングした値を、キャリアオフセットの値ＯＦＳ＿Ｏとして出力する。

以上が受信機１０００の全体の構成である。以下、プリアンブル検出部２００およびオフセット検出部３００の構成の詳細について、順に説明する。

図２および図３は、プリアンブル検出部２００の構成を示すブロック図である。プリアンブル検出部２００は、初期ゼロクロス検出部２１０、リンギング除去部２２０、パターン検出部２４０、オフセット差分リミッタ部２５０を含む。図２には、初期ゼロクロス検出部２１０、リンギング除去部２２０の構成が詳細に示されており、図３には、パターン検出部２４０、オフセット差分リミッタ部２５０の構成が詳細に示される。図５（ａ）、（ｂ）および図６（ａ）、（ｂ）は、プリアンブル検出部２００の動作波形図である。

初期ゼロクロス検出部２１０は、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇと、遅延信号ｄｅｌａｙ８の差分が０となるタイミングをゼロクロスとして検出する。初期ゼロクロス検出部２１０は、ゼロクロスのタイミングでハイレベルとなるゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇ３を生成する。図５（ａ）は、初期ゼロクロス検出部２１０の動作波形図である。

図２の初期ゼロクロス検出部２１０は加算器２１２、ラッチ回路２１４、ＸＯＲゲート２１６を含む。加算器２１２はベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇから遅延信号ｄｅｌａｙ８を減算する。ラッチ回路２１４は、イネーブル信号ＥＮ８Ｍを利用して、加算器２１２から出力される１０ビットの差分信号Ｓ１［９：０］の符号ビット（最上位ビット）Ｓ１［９］をラッチする。イネーブル信号ＥＮ８Ｍは、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇのサンプリング周波数と一致する８ＭＨｚのクロックである。また、クロックＣＬＫ２４Ｍは、２４ＭＨｚのクロックである。ＸＯＲゲート２１６は、加算器２１２からの差分信号Ｓ１と、ラッチ回路２１４によりラッチされた差分信号Ｓ１の符号ビットＳ１［９］の排他的論理和（ＸＯＲ）を生成する。ＸＯＲゲート２１６の出力が、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇ３となる。

初期ゼロクロス検出部２１０により検出されるゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇ３は１０１０（または０１０１）のプリアンブルとは無関係に発生する不要なゼロクロスが含まれている。リンギング除去部２２０は不要なゼロクロスのうち、波形のリンギングに起因する疑似ゼロクロスを除去する。図５（ｂ）は、リンギング除去部２２０の動作波形図である。

プリアンブル期間のゼロクロスは、１０１０（または０１０１）の振幅変化の最中に発生する。したがって、ゼロクロス付近のあるタイミングにおけるベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇの値と、その少し前（もしくは少し後ろ）のタイミングにおけるベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇの値との差分は、ある程度大きいはずである。逆に、波形のリンギングにより誤検出される疑似ゼロクロスでは、ゼロクロス付近のあるタイミングと、その前のタイミングとで、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇの値の差は小さくなる傾向がある。そこで、リンギング除去部２２０は、あるゼロクロス点付近におけるベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇの値と、それより所定時間前のタイミングにおけるベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇの値との差分が、所定のしきい値より小さいとき、そのゼロクロス点を除去する。この処理により擬似的なゼロクロス点が除去できる。擬似的なゼロクロス点が除去された信号を、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇ２という。

リンギング除去部２２０は、ゼロクロスより１／２シンボル（４サンプリング時間）前のベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇ（遅延信号ｄｅｌａｙ４）の値と、ゼロクロスより３／２シンボル（１２サンプリング時間）前のベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇ（遅延信号ｄｅｌａｙ１２）の値との差分が、しきい値ｓｕｂ＿ｔｈｄより小さいとき、そのゼロクロス点を除去する。

図２のリンギング除去部２２０は、加算器２２２、絶対値回路２２４、比較器２２６、ＡＮＤゲート２２８、３ビットカウンタ２３０、比較器２３２、ＡＮＤゲート２３４を含む。加算器２２２は、遅延信号ｄｅｌａｙ１２から遅延信号ｄｅｌａｙ４を減算する。絶対値回路２２４は、減算結果の絶対値Ｓ３を生成する。比較器２２６は絶対値Ｓ３をしきい値ｓｕｂ＿ｔｈｄと比較する。比較器２２６の出力Ｓ４は、マスク信号となる。

ＡＮＤゲート２２８は、初期ゼロクロス検出信号ｚｃ＿ｏｒｇ３とマスク信号Ｓ４の論理積をとり、初期ゼロクロス検出信号ｚｃ＿ｏｒｇ３を、マスク信号Ｓ４を用いてマスクする。ＡＮＤゲート２２８の出力ｚｃ＿ｏｒｇ２は、波形のリンギングに起因したゼロクロスが除去されている。マスク信号Ｓ４によって除去できない残留不要ゼロクロスを除去するために、リンギング除去部２２０はさらに以下の処理を行う。

プリアンブル期間のゼロクロスは、シンボルレート、すなわち１ＭＨｚの周期で発生する。したがって、ＡＮＤゲート２２８は、隣接するゼロクロスの時間間隔が、所定のしきい値以下のとき、後ろ側のゼロクロスを除去する。図２の回路では、ゼロクロスの時間間隔が０．５μｓ（１／２シンボル＝４サンプリング時間）以下のとき、ゼロクロスを除去する。

３ビットカウンタ２３０は、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇ２がハイレベルとなるごとに、つまり、ゼロクロスのタイミングごとに、イネーブル信号ＥＮ８Ｍにもとづいたカウントを開始する。比較器２３２は、３ビットカウンタ２３０によるカウント値ｚｃ＿ｏｒｇ２＿ｃｎｔを所定のしきい値と比較する。図２ではしきい値は３（３ｂ０１１）である。ＡＮＤゲート２３４は、比較器２３２の出力Ｓ５をマスク信号として、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇ２から疑似ゼロクロスを除去する。ＡＮＤゲート２３４の出力は、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇとして後段のパターン検出部２４０へと出力する。

図３に移る。０１０１／１０１０パターン検出部（以下、パターン検出部という）２４０は、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇを参照して、プリアンブルのパターン０１０１（または１０１０）を検出する。ゼロクロスは、プリアンブル以外のデータ中において０１または１０のデータ遷移が発生したときに発生する。そこでパターン検出部２４０は、プリアンブル中の１０１０（または０１０１）を抽出するために設けられる。

０１０１（または１０１０）のパターンに着目すると、ゼロクロスは１シンボルごとに発生する。言い換えれば、毎シンボルごとに連続して発生しないゼロクロスは、プリアンブル中ではなく、その他のデータ期間に発生したゼロクロスと判定できる。

図３のパターン検出部２４０は、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇの各パルスについて、それよりも略１シンボル前に、ゼロクロスのパルスがないものをマスクして除去する。図３のパターン検出部２４０は、あるパルスに着目したとき、それよりも１シンボル前（８サンプル前）を中心として、前後に±２サンプルの範囲（つまり１０サンプル前から６サンプル前の範囲）にパルスが無い場合、そのパルスを除去する。

パターン検出部２４０は、遅延回路として動作する１０個の複数のラッチ回路２４２と、ＯＲゲート２４４、ＡＮＤゲート２４６を備える。ラッチ回路２４２はそれぞれ、前段から入力されるデータを、１サンプルだけ遅延させる。６段目〜１０段目のラッチ回路２４２の出力はそれぞれ、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇを６サンプル〜１０サンプル遅延させた信号となる。

ＯＲゲート２４４は、６段目〜１０段目のラッチ回路２４２の出力の論理和を生成する。ＡＮＤゲート２４６には、遅延されないゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇと、ＯＲゲート２４４の出力ｚｃ＿ｏｒｇ＿ｄｌｙ＿ｅｎとが入力される。ＯＲゲート２４４の出力ｚｃ＿ｏｒｇ＿ｄｌｙ＿ｅｎは、同時にＡＮＤゲート２４６に入力されるゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇよりも６〜１０サンプルの範囲にハイレベルが含まれるとき、ハイレベルとなる。したがって、ＡＮＤゲート２４６は、入力されるゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇよりも６サンプル前〜１０サンプル前にハイレベルが現れないとき、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｏｒｇをマスクする。図６（ａ）は、パターン検出部２４０の動作波形図である。

オフセット差分リミッタ部２５０は、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎ＿ｏｒｇからさらに、誤検出によるパルスをマスクする。具体的には、図１のオフセット検出部３００により生成されるオフセット信号ｏｆｓ＿ｏｒｇを、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎ＿ｏｒｇのパルスごとに（つまり、ゼロクロス点ごとに）サンプリングし、隣接する先行のゼロクロス点においてサンプリングされた値との差分が、所定のしきい値より大きいとき、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎ＿ｏｒｇのそのパルスをマスクする。オフセット信号ｏｆｓ＿ｏｒｇは、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇをスムージングした信号である。

オフセット差分リミッタ部２５０は、ＡＮＤゲート２５２、ラッチ回路２５４、加算器２５６、絶対値回路２５８、比較器２６０、ＡＮＤゲート２６２を含む。
ＡＮＤゲート２５２はイネーブル信号ＥＮ８Ｍとゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎ＿ｏｒｇの論理積を出力する。ラッチ回路２５４は、ＡＮＤゲート２５２の出力を利用して、オフセット信号ｏｆｓ＿ｏｒｇをサンプリングする。ラッチ回路２５４は、オフセット信号ｏｆｓ＿ｏｒｇを、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎ＿ｏｒｇのパルス間隔分だけ遅延させる。

加算器２５６は、オフセット信号ｏｆｓ＿ｏｒｇから遅延された信号ｓｅｒｉ＿ｔｈｄ＿ｏｆｓを減算し、差分ｓｅｒｉ＿ｔｈｄ＿ｄｉｆｆ＿ｏｒｇを生成する。絶対値回路２５８は、差分ｓｅｒｉ＿ｔｈｄ＿ｄｉｆｆ＿ｏｒｇの絶対値ｓｅｒｉ＿ｔｈｄ＿ｄｉｆｆを生成する。比較器２６０は、差分絶対値ｓｅｒｉ＿ｔｈｄ＿ｄｉｆｆを、所定のしきい値Ｓ７と比較する。たとえばしきい値は２４（４６．８ｋＨｚ相当）に設定される。比較器２６０の出力Ｓ８は、差分絶対値ｓｅｒｉ＿ｔｈｄ＿ｄｉｆｆがしきい値Ｓ７より小さいときハイレベルとなる。ＡＮＤゲート２６２は、比較器２６０の出力Ｓ８を利用して、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎ＿ｏｒｇをマスクする。

オフセット差分リミッタ部２５０によって、キャリアオフセットの急激な変動に起因したゼロクロスを除去できる。オフセット差分リミッタ部２５０の出力ｚｃ＿ｅｎは、後段のオフセット検出部３００へと出力される。図６（ｂ）は、オフセット差分リミッタ部２５０の動作波形図である。

図４は、オフセット検出部３００の構成を示すブロック図である。オフセット検出部３００は、ゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎを利用して、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇに応じたデータをサンプリングし、キャリアオフセットを検出する。これによって、プリアンブル期間中のキャリアオフセットを好適に検出することができる。

オフセット検出部３００は、オフセット検出ブロック３１０、オフセット調整部３４０を含む。

オフセット検出ブロック３１０は、平滑化回路３１１と、ラッチ回路３２０、セレクタ３２２、セレクタ３２４、ラッチ回路３２６、加算器３２８を備える。平滑化回路３１１は、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇをスムージングする。平滑化回路３１１は、加算器３１２、加算器３１６、除算器３１８を備える。

加算器３１２は、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇと遅延信号ｄｅｌａｙ８の和（後段の除算器３１８を考慮すると実質的には平均）を生成する。３つのラッチ回路３１４は、それぞれの入力を１シンボルずつ遅延させる。加算器３１６は、加算器３１２および３つのラッチ回路３１４の出力の和を生成する。除算器３１８は、加算器３１６の和を、８で除算する。平滑化回路３１１によって、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇのシンボル時間を単位とした移動平均Ｓ９が算出され、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇがスムージングされる。

３つのラッチ回路３２０は、除算器３１８の出力を３シンボル分遅延させる。遅延された移動平均Ｓ９は、オフセット信号ｏｆｓ＿ｏｒｇとして、前述したプリアンブル検出部２００のオフセット差分リミッタ部２５０へと出力される。

セレクタ３２２は、入力１にオフセット信号ｏｆｓ＿ｏｒｇが入力され、入力０にリミッタ３３０の出力信号が入力される。セレクタ３２２は、プリアンブル検出部２００により生成されたゼロクロス信号ｚｃ＿ｅｎがハイレベルとなるタイミングで、オフセット信号ｏｆｓ＿ｏｒｇを選択する。

セレクタ３２４は、入力１にセレクタ３２２の出力信号が入力され、入力０にリミッタ３３０の出力信号が入力される。インバータ３２５はアクセスコード検出信号ＡＣＣＤＥＴを反転する。セレクタ３２４は、反転されたアクセスコード検出信号ＡＣＣＤＥＴがハイレベルとなるタイミングで、セレクタ３２２の出力を選択する。

上述したように、アクセスコード検出信号ＡＣＣＤＥＴは、パケットの先頭７２ビットのアクセスコードの期間中にローレベルとなり、その後ハイレベルとなる。したがって、セレクタ３２２、３２４は、ゼロクロス検出信号ｚｃ＿ｅｎがハイレベルであり、かつアクセスコード検出信号ＡＣＣＤＥＴがローレベルの期間中に、オフセット信号ｏｆｓ＿ｏｒｇを選択する。それ以外の場合、セレクタ３２４の出力はリミッタ３３０の出力Ｓ１０となる。セレクタ３２４を設けることにより、アクセスコード以外で誤検出されたゼロクロスによって、キャリアオフセットを検出するのを防止できる。

ラッチ回路３２６は、セレクタ３２４の出力をラッチし、タイミングの同期をとる。ラッチ回路３２６の出力は、キャリアオフセットの量を示すオフセット信号ＯＦＳ＿Ｏとして出力される。

オフセット検出部３００は、アクセスコードの期間が終了すると、その後のベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇの値にもとづいて、キャリアオフセットの値を微調節する。オフセット調整部３４０は、微調節するための補正値ａｄｊ＿ｄａｔａを生成する。オフセット検出ブロック３１０の加算器３２８は、オフセット信号ＯＦＳ＿Ｏに補正値ａｄｊ＿ｄａｔａを加算する。リミッタ３３０は、加算器３２８の出力の範囲を制限する。具体的には、リミッタ３３０の出力は、−２５６〜＋２５６の範囲（−５００ｋＨｚ〜＋５００ｋＨｚ）に制限される。Bluetoothシステムにおいて、１チャンネルのバンド幅は１ＭＨｚであるから、リミッタ３３０を設けることにより、バンド幅を超えてキャリアオフセットが調節されるのを防止できる。

オフセット調整部３４０は、スライス・エッジ検出部３５０、カウンタ３６０、調整データ生成部３７０を含む。図７は、オフセット調整部３４０の動作波形図である。

スライス・エッジ検出部３５０は、オフセット信号ＯＦＳ＿Ｏを用いて、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇをスライスし、２つの信号が交差するごとにハイレベルとなるカウントクリア信号ｃｎｔ８＿ｃｌｒを生成する。スライス・エッジ検出部３５０は、カウントクリア信号ｃｎｔ８＿ｃｌｒの周期時間（パルス間隔）を測定し、周期時間に応じてキャリアオフセットの補正値ａｄｊ＿ｄａｔａを生成する。

スライス・エッジ検出部３５０は、比較器３５２、ラッチ回路３５４、ＸＯＲゲート３５６を含む。比較器３５２は、ベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇがオフセット信号ＯＦＳ＿Ｏより大きいときハイレベルとなる信号ｉｑ＿ｈｉｇｈを生成する。ラッチ回路３５４は信号ｉｑ＿ｈｉｇｈを１サンプル分、遅延させる。ＸＯＲゲート３５６は、信号ｉｑ＿ｈｉｇｈとｉｑ＿ｈｉｇｈ＿ｄｌｙの排他的論理和を出力する。ＸＯＲゲート３５６の出力（カウントクリア信号）ｃｎｔ８＿ｃｌｒは、信号ｉｑ＿ｈｉｇｈのレベル遷移ごとに、ハイレベルとなる。

カウンタ３６０は、８進カウンタであって、カウントクリア信号ｃｎｔ８＿ｃｌｒがハイレベルとなるごとにリセットされ、イネーブル信号ＥＮ８Ｍにもとづいてカウントアップ動作を行う。カウンタ３６０のカウント値ｃｎｔ＿８は、セレクタ３７２へと入力される。

イネーブル信号ＥＮ８Ｍは、シンボルレート１ＭＨｚの８倍のサンプリング周波数であるから、カウント値ｃｎｔ＿８が７付近であれば、キャリアオフセットの補正は必要ない。調整データ生成部３７０は、カウント値ｃｎｔ＿８に応じて補正値ａｄｊ＿ｄａｔａを生成する。

調整データ生成部３７０は、セレクタ３７２、符号反転器３７４、セレクタ３７６、セレクタ３７８を含む。
セレクタ３７２は、８つの入力を備え、カウント値ｃｎｔ＿８の値に応じていずれかの入力を選択する。セレクタ３７２の入力数は、カウンタ３６０の進数に応じて設定すればよい。一例として、カウント値ｃｎｔ＿８が、０、３、６、７のとき、補正量は０であり、カウント値ｃｎｔ＿８が１、２のとき、補正量は−１（−１．９５ｋＨｚ）であり、カウント値ｃｎｔ＿８が４、５のとき、補正量は１（＋１．９５ｋＨｚ）に設定される。なお、補正量の設定は一例であって、任意に調整してもよい。

符号反転器３７４およびセレクタ３７２は、信号ｉｑ＿ｈｉｇｈ＿ｄｌｙの値に応じて、補正値Ｓ１２の値を反転させる。具体的には、符号反転器３７４は、セレクタ３７２の出力の符号を反転させる。セレクタ３７６の入力１には、セレクタ３７２の出力Ｓ１２が、入力０には符号反転器３７４の出力Ｓ１３が入力される。セレクタ３７６は信号ｉｑ＿ｈｉｇｈ＿ｄｌｙがハイレベルのとき、信号Ｓ１２を選択し、それ以外のとき符号反転された信号Ｓ１３を選択する。

セレクタ３７８の入力１には信号Ｓ１４が、入力０には値０が入力されている。セレクタ３７８は、オフセット信号ＯＦＳ＿Ｏとベースバンド信号ｉｑ＿ａｖｒｇが交差するごとに、すなわちカウントクリア信号ｃｎｔ８＿ｃｌｒがハイレベルとなるごとに、補正値ａｄｊ＿ｄａｔａとして信号Ｓ１４を出力する。それ以外のタイミングでは補正値ａｄｊ＿ｄａｔａは０に設定される。オフセット調整部３４０を設けることにより、キャリアオフセットが、パケットの途中で変化する場合にも、好適に追従することができる。

本実施の形態に係る受信機１０００によれば、プリアンブルの短時間の間に、キャリアオフセットＯＦＳ＿Ｏを検出し、復調処理に反映させることができる。

実施の形態において、ハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。

実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

実施の形態に係る無線通信システムの受信機の構成を示すブロック図である。 図１のプリアンブル検出部の構成を示すブロック図である。 図１のプリアンブル検出部の構成を示すブロック図である。 図１のオフセット検出部の構成を示すブロック図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、図１のプリアンブル検出部の動作波形図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、図１のプリアンブル検出部の動作波形図である。 図４のオフセット調整部の動作波形図である。

符号の説明

１０００…受信機、２…アンテナ、４…周波数変換回路、６…ＦＭ検波回路、８…オフセット検出回路、１００…ディレイバッファ、２００…プリアンブル検出部、２１０…初期ゼロクロス検出部、２１２…加算器、２１４…ラッチ回路、２１６…ＸＯＲゲート、２２０…リンギング除去部、２２２…加算器、２２４…絶対値回路、２２６…比較器、２２８…ＡＮＤゲート、２３０…３ビットカウンタ、２３２…比較器、２３４…ＡＮＤゲート、２４０…パターン検出部、２４２…ラッチ回路、２４４…ＯＲゲート、２４６…ＡＮＤゲート、２５０…オフセット差分リミッタ部、２５２…ＡＮＤゲート、２５４…ラッチ回路、２５６…加算器、２５８…絶対値回路、２６０…比較器、２６２…ＡＮＤゲート、３００…オフセット検出部、３１０…オフセット検出ブロック、３１１…平滑化回路、３１２…加算器、３１４…ラッチ回路、３１６…加算器、３１８…除算器、３２０…ラッチ回路、３２２…セレクタ、３２４…セレクタ、３２６…ラッチ回路、３２８…加算器、３３０…リミッタ、３４０…オフセット調整部、３５０…スライス・エッジ検出部、３５２…比較器、３５４…ラッチ回路、３５６…ＸＯＲゲート、３６０…カウンタ、３７０…調整データ生成部、３７２…セレクタ、３７４…符号反転器、３７６…セレクタ、３７８…セレクタ。

Claims (23)

1. ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)変調された受信信号を復調する復調回路に設けられ、受信側と送信側の搬送波周波数のオフセットを検出するキャリアオフセット検出回路であって、
   受信側における前記搬送波周波数を基準として、前記受信信号の周波数偏移のレベルを表すデジタルのベースバンド信号を受け、プリアンブルの期間に発生する、当該ベースバンド信号と１シンボル分遅延したベースバンド信号とのゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部と、
   検出したゼロクロスのタイミングにおける、前記ベースバンド信号の値を、前記搬送波周波数のオフセット値に設定するオフセット検出部と、
   を備えることを特徴とするキャリアオフセット検出回路。
2. 前記オフセット検出部は、前記ベースバンド信号をスムージングし、検出したゼロクロスのタイミングにおけるスムージングされた前記ベースバンド信号の値を、前記搬送波周波数のオフセット値に設定することを特徴とする請求項１に記載のキャリアオフセット検出回路。
3. 前記スムージングは、シンボル時間を単位とした移動平均処理であることを特徴とする請求項２に記載のキャリアオフセット検出回路。
4. 前記オフセット検出部は、前記ベースバンド信号と、当該ベースバンド信号を１シンボル遅延させた信号を加算し、加算した信号をスムージングすることを特徴とする請求項２に記載のキャリアオフセット検出回路。
5. 前記ゼロクロス検出部は、検出したゼロクロス点における前記ベースバンド信号の値と、当該ゼロクロス点より所定時間前における前記ベースバンド信号の値との差分が、所定のしきい値より小さいとき、当該ゼロクロス点をマスクするリンギング除去部を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリアオフセット検出回路。
6. 前記ゼロクロス検出部は、検出したゼロクロス点と、先行するゼロクロス点との時間間隔が所定のしきい値以下のとき、当該検出したゼロクロス点をマスクするリンギング除去部を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリアオフセット検出回路。
7. 前記ゼロクロス検出部は、検出したゼロクロス点よりも略１シンボル時間前のタイミングにゼロクロス点が存在しないとき、前記検出したゼロクロス点をマスクするパターン検出部を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリアオフセット検出回路。
8. 前記ゼロクロス検出部は、検出したゼロクロス点のタイミングごとに前記ベースバンド信号をスムージングした信号をサンプリングし、先行するゼロクロス点においてサンプリングされた値との差分が所定のしきい値以下のとき、前記検出したゼロクロス点をマスクするオフセット差分リミッタ回路を含むことを特徴とする請求項１に記載のキャリアオフセット検出回路。
9. 前記オフセット検出部は、入力されるベースバンド信号がアクセスコードであることを示す検出信号を受け、アクセスコードであるときに、検出したゼロクロスのタイミングにおける、前記ベースバンド信号の値を、前記搬送波周波数のオフセット値に設定することを特徴とする請求項１に記載のキャリアオフセット検出回路。
10. 前記オフセット検出部は、前記ベースバンド信号を現在の搬送周波数のオフセット値と比較し、大小関係が変化する周期を検出し、当該周期にもとづいて、現在の搬送周波数のオフセット値を補正することを特徴とする請求項１に記載のキャリアオフセット検出回路。
11. ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)変調された受信信号を復調する復調回路に設けられ、受信側と送信側の搬送波周波数のオフセットを検出するキャリアオフセット検出回路であって、
    受信側における前記搬送波周波数を基準として、前記受信信号の周波数偏移のレベルを表すデジタルのベースバンド信号を受け、当該ベースバンド信号からプリアンブルを検出するプリアンブル検出部と、
    前記ベースバンド信号をスムージングし、前記プリアンブルの期間中におけるスムージングされた前記ベースバンド信号の値を、前記搬送波周波数のオフセット値に設定するオフセット検出部と、
    を備えることを特徴とするキャリアオフセット検出回路。
12. 前記ベースバンド信号と、１シンボル分遅延したベースバンド信号のプリアンブルの期間に発生するゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部をさらに備え、
    前記オフセット検出部は、ゼロクロス点におけるスムージングされた前記ベースバンド信号を、前記搬送波周波数のオフセット値に設定することを特徴とする請求項１１に記載のキャリアオフセット検出回路。
13. 前記スムージングは、シンボル時間を単位とした移動平均処理であることを特徴とする請求項１１に記載のキャリアオフセット検出回路。
14. 前記オフセット検出部は、前記ベースバンド信号と、当該ベースバンド信号を１シンボル遅延させた信号を加算し、加算した信号をスムージングすることを特徴とする請求項１１に記載のキャリアオフセット検出回路。
15. 前記ゼロクロス検出部は、検出したゼロクロス点における前記ベースバンド信号の値と、当該ゼロクロス点より所定時間前における前記ベースバンド信号の値との差分が、所定のしきい値より小さいとき、当該ゼロクロス点をマスクするリンギング除去部を含むことを特徴とする請求項１２に記載のキャリアオフセット検出回路。
16. 前記ゼロクロス検出部は、検出したゼロクロス点と、先行するゼロクロス点との時間間隔が所定のしきい値以下のとき、当該検出したゼロクロス点をマスクするリンギング除去部を含むことを特徴とする請求項１２に記載のキャリアオフセット検出回路。
17. 前記ゼロクロス検出部は、検出したゼロクロス点よりも略１シンボル時間前のタイミングにゼロクロス点が存在しないとき、前記検出したゼロクロス点をマスクするパターン検出部を含むことを特徴とする請求項１２に記載のキャリアオフセット検出回路。
18. 前記ゼロクロス検出部は、検出したゼロクロス点のタイミングごとに前記ベースバンド信号をスムージングした信号をサンプリングし、先行するゼロクロス点においてサンプリングされた値との差分が所定のしきい値以下のとき、前記検出したゼロクロス点をマスクするオフセット差分リミッタ回路を含むことを特徴とする請求項１２に記載のキャリアオフセット検出回路。
19. 前記オフセット検出部は、入力されるベースバンド信号がアクセスコードであることを示す検出信号を受け、アクセスコードであるときに、検出したゼロクロスのタイミングにおける、前記ベースバンド信号の値を、前記搬送波周波数のオフセット値に設定することを特徴とする請求項１２に記載のキャリアオフセット検出回路。
20. 前記オフセット検出部は、前記ベースバンド信号を現在の搬送周波数のオフセット値と比較し、大小関係が変化する周期を検出し、当該周期にもとづいて、現在の搬送周波数のオフセット値を補正することを特徴とする請求項１２に記載のキャリアオフセット検出回路。
21. 請求項１から２０のいずれかに記載のキャリアオフセット検出回路を備えることを特徴とする情報通信機器。
22. ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)変調された受信信号を復調する際に、受信側と送信側の搬送波周波数のオフセットを検出する方法であって、
    受信側における前記搬送波周波数を基準として、前記受信信号の周波数偏移のレベルを表すデジタルのベースバンド信号を受け、当該ベースバンド信号と、１シンボル分遅延したベースバンド信号のプリアンブルの期間に発生するゼロクロス点を検出するステップと、
    検出したゼロクロスのタイミングにおける、前記ベースバンド信号の値を、前記搬送波周波数のオフセット値に設定するステップと、
    を備えることを特徴とするキャリアオフセット検出方法。
23. ＦＳＫ(Frequency Shift Keying)変調された受信信号を復調する際に、受信側と送信側の搬送波周波数のオフセットを検出する方法であって、
    受信側における前記搬送波周波数を基準として、前記受信信号の周波数偏移のレベルを表すデジタルのベースバンド信号を受け、当該ベースバンド信号からプリアンブルを検出するステップと、
    前記ベースバンド信号をスムージングし、前記プリアンブルの期間中におけるスムージングされた前記ベースバンド信号の値を、前記搬送波周波数のオフセット値に設定するステップと、
    を備えることを特徴とするキャリアオフセット検出方法。

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