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JP3355147B2 - Automatic frequency control method - Google Patents

Automatic frequency control method

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JP3355147B2
JP3355147B2 JP11490899A JP11490899A JP3355147B2 JP 3355147 B2 JP3355147 B2 JP 3355147B2 JP 11490899 A JP11490899 A JP 11490899A JP 11490899 A JP11490899 A JP 11490899A JP 3355147 B2 JP3355147 B2 JP 3355147B2
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frequency
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伸章 川原
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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  • Superheterodyne Receivers (AREA)
  • Channel Selection Circuits, Automatic Tuning Circuits (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、送信側から一定
長の伝送データ毎に、送受信ともに既知のパターンのユ
ニークワードが付加されたフレーム構成を有する信号が
変調され、送信信号として伝送される伝送系の自動周波
数制御方式に関し、特に、HF帯域のように比較的に長
い遅延を伴うマルチパスが存在し、かつ、送受信間に比
較的に大きな周波数誤差が存在する回線に適用される受
信回路に付加される自動周波数制御方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transmission system in which a signal having a frame structure in which a unique word of a known pattern is added for both transmission and reception for each transmission data of a fixed length from the transmission side, and transmitted as a transmission signal. In particular, the present invention relates to a receiving circuit applied to a line in which a multipath with a relatively long delay exists such as an HF band and a relatively large frequency error exists between transmission and reception, such as an HF band. It relates to an automatic frequency control method to be added.

【0002】[0002]

【従来の技術】デジタル無線通信においては、変調信号
を固定発振器で直交準同期検波し、デジタル信号処理に
より復調を行う。しかし、送受信機間の局部発信周波数
の設定誤差や温度変動等により、検波後の信号には周波
数誤差によるビート成分が発生する。したがって、正し
い復調信号を得るためにはこれを補償する必要がある。
そこで、通常のデジタル無線通信の場合には、例えば、
同期捕捉用、あるいは、等化器のトレーニングのための
ユニークワードのような送受信側で既知である信号が伝
送データに付加されている。
2. Description of the Related Art In digital radio communication, a modulated signal is subjected to quadrature quasi-synchronous detection by a fixed oscillator and demodulated by digital signal processing. However, a beat component due to a frequency error occurs in the signal after detection due to a setting error of a local oscillation frequency between the transmitter and the receiver, a temperature variation, and the like. Therefore, it is necessary to compensate for this in order to obtain a correct demodulated signal.
Therefore, in the case of normal digital wireless communication, for example,
A signal known on the transmitting and receiving side, such as a unique word for synchronization acquisition or training of an equalizer, is added to the transmission data.

【0003】受信機においては、受信信号の中のユニー
クワードと、受信機側で既知であるユニークワードとの
パターンの位相誤差を検出して周波数誤差を補償する方
法が従来から知られている。しかし、広帯域変調の場
合、マルチパス伝搬による周波数選択性フェージングの
影響により受信信号の中のユニークワードの波形が大き
く歪むために、前述の方法では正確に位相誤差が検出で
きず、周波数誤差を補償できない。そこで、通常では、
広帯域伝送時の周波数選択性フェージング対策のため
に、適応等化処理が適用されるが、この等化処理で補償
できる周波数誤差は、その等化処理で補償できる最大ド
ップラ周波数程度までである。
In a receiver, a method of compensating for a frequency error by detecting a phase error of a pattern between a unique word in a received signal and a unique word known on the receiver side has been conventionally known. However, in the case of wideband modulation, the waveform of the unique word in the received signal is greatly distorted due to the influence of frequency selective fading due to multipath propagation, so that the above method cannot accurately detect the phase error and cannot compensate for the frequency error. . So, usually,
Adaptive equalization processing is applied to prevent frequency-selective fading at the time of wideband transmission. The frequency error that can be compensated by this equalization processing is up to the maximum Doppler frequency that can be compensated by the equalization processing.

【0004】上述の適応等化処理以外に広帯域伝送時で
あっても周波数誤差を補償できる他の方法としては、相
関ピーク検出型AFC、および、tan-1型AFC、並
びに、これらの複合型AFC等が知られているので、こ
れら3つについて概略を説明する。図4は、受信機の相
関ピーク検出型AFC回路を示すブロック図である。送
信機側においては、ユニークワードを付加した状態で直
交変調を行い、I相とQ相とを含む信号を送信する。こ
の送信信号を受信した受信機側においては、図4に示さ
れるように、直交検波部101が入力した受信信号に直
交検波を行い、I相とQ相とに分離する。複素相関演算
器104は、I相の信号と、故意に+fHzオフセット
させたユニークワード102とを入力し、両者の複素相
関を算出し、複素相関演算器105は、Q相の信号と、
故意に−fHzオフセットさせたユニークワード104
とを入力し、両者の複素相関を算出する。電力計算部
は、複素相関の自乗和を以下に示されるように算出す
る。
In addition to the above-described adaptive equalization processing, other methods for compensating for a frequency error even during wideband transmission include a correlation peak detection type AFC, a tan -1 type AFC, and a composite type AFC. Since these are known, these three will be briefly described. FIG. 4 is a block diagram showing a correlation peak detection type AFC circuit of the receiver. On the transmitter side, quadrature modulation is performed with the unique word added, and a signal including the I phase and the Q phase is transmitted. On the receiver side receiving this transmission signal, as shown in FIG. 4, the quadrature detection section 101 performs quadrature detection on the received signal and separates the received signal into an I phase and a Q phase. The complex correlation calculator 104 receives the I-phase signal and the unique word 102 deliberately offset by + fHz, calculates the complex correlation between the two, and the complex correlation calculator 105 calculates the Q-phase signal and
Unique word 104 intentionally offset by -fHz
And calculate the complex correlation between them. The power calculator calculates the sum of squares of the complex correlation as shown below.

【0005】すなわち、 受信信号: an +jbn (n=0,1,2,
〜,p) オフセット信号: cn +jdn (n=0,1,2,
〜,p) とすると、
That is, the received signal: a n + jb n (n = 0,1,2,2
~, P) offset signal: c n + jd n (n = 0,1,2,
~, P)

【数1】 ただし、(n=0,1,2,〜,p)である。(Equation 1) Here, (n = 0, 1, 2,..., P).

【0006】ここで、それぞれ±fHzにオフセットさ
せたユニークワドの導出方法を式(2)および式(3)
を用いて以下に示す。まず、ユニークワードに対応した
±fHzのオフセットカーブを算出する(例:ユニーク
ワードのシンボル数=28シンボル数、キーイング=1
500baud)。 虚部: y=sin (2π・(±f/1500)・X) 実部: z=cos (2π・(±f/1500)・X) ・・・・・(2)。ただし、(X=0,1,2,〜,27) 次に、ユニークワードと式(2)で算出した結果との複
素乗算を式(3)に示すように行う(例:ユニークワー
ドの振幅a) ユニークワード : a+ja オフセットカーブ: z+jy (式(2)より) 複素乗算 : (az−a)+j(az+ay) ・・・(3)
Here, the method of deriving the unique wad offset by ± f Hz is expressed by the following equations (2) and (3).
Is shown below. First, an offset curve of ± fHz corresponding to the unique word is calculated (eg, the number of unique word symbols = 28 symbols, keying = 1
500 baud). Imaginary part: y = sin (2π · (± f / 1500) · X) Real part: z = cos (2π · (± f / 1500) · X) (2). (X = 0, 1, 2,..., 27) Next, complex multiplication of the unique word and the result calculated by equation (2) is performed as shown in equation (3) (example: amplitude of unique word) a) Unique word: a + ja Offset curve: z + ji (from equation (2)) Complex multiplication: (az-a) + j (az + ay) (3)

【0007】上述の方法で±fHzオフセットさせたユ
ニークワード(例:オフセット量として±40Hz、±
50Hz、±60Hz等を与える)と、受信信号に故意
にオフセットを与えた信号におけるユニークワードとの
複素相関演算結果から正負複素相関比を下記の式に従っ
て算出すると、正負複素相関比=(+f[Hz]offsttRESUL
T)/ (-f[Hz]offsttRESULT)ただし、 +f[Hz] offsttRESULT:+fHz オフセットさせたユニー
クワードと、受信信号を故意にオフセットさせた入力信
号との複素相関自乗和 -f[Hz] offsttRESULT:−fHz オフセットさせたユニー
クワードと、受信信号を故意にオフセットさせた入力信
号との複素相関自乗和 になる。また、図5を参照すれば、±50Hzそれぞれ
オフセットさせたユニークワードとの複素相関演算を行
うことで、HF帯域での航空機同士のすれ違い時のドッ
プラシフトやSSB離調等の場合に生じる周波数誤差を
補償することができることが分かる。
[0007] Unique words offset by ± fHz by the above method (eg, ± 40 Hz, ±
50 Hz, ± 60 Hz, etc.) and a complex correlation operation result with a unique word in a signal that intentionally gives an offset to the received signal, the positive / negative complex correlation ratio is calculated according to the following equation. [Hz] offsttRESUL
T) / (-f [Hz] offsttRESULT) where + f [Hz] offsttRESULT: The complex correlation square sum of the unique word offset by + fHz and the input signal intentionally offsetting the received signal. -F [Hz] offsttRESULT : The complex correlation square sum of the unique word offset by −fHz and the input signal intentionally offset from the received signal. Further, referring to FIG. 5, by performing a complex correlation operation with a unique word offset by ± 50 Hz, a frequency error generated in the case of Doppler shift or SSB detuning when the aircraft pass each other in the HF band. Can be compensated for.

【0008】上述の結果によって、受信信号のユニーク
ワードと、±50Hzオフセットさせたユニークワード
との複素相関結果である複素相関系列が複素相関演算部
104,105から出力される。複素相関演算部10
4,105から出力される複素相関系列は、電力計算部
106,107に入力され、それぞれ電力値である系列
自乗和が計算され、電力比算出部108に入力される。
電力比算出部108においては、正負複素相関比が算出
され、周波数誤差変換部109に出力され、周波数誤差
変換部109は、周波数誤差情報を平均化処理部110
に出力する。平均化処理部110は、平均化を行い、突
発的に生じると予想される演算結果の大幅なずれを吸収
する。平均化を行う式(4)を下に示す。
Based on the above result, a complex correlation sequence, which is a complex correlation result between the unique word of the received signal and the unique word offset by ± 50 Hz, is output from the complex correlation operation units 104 and 105. Complex correlation operation unit 10
The complex correlation sequences output from 4 and 105 are input to power calculators 106 and 107, and the sum of the squares of the power, which is the power value, is calculated, and input to power ratio calculator 108.
The power ratio calculator 108 calculates the positive / negative complex correlation ratio and outputs it to the frequency error converter 109. The frequency error converter 109 converts the frequency error information into an averaging unit 110
Output to The averaging processing unit 110 performs averaging, and absorbs a large deviation of a calculation result expected to occur suddenly. Equation (4) for averaging is shown below.

【0009】[0009]

【数2】 このようにして検出された周波数誤差情報は、次フレー
ムの直交検波時において受信信号に与える逆回転の回転
量を制御する周波数誤差補正値として使用される。しか
し、この方法のみを用いた周波数自動制御方式では、周
波数選択性フェージングの影響を完全に除去することが
できないためデータ伝送の品質であるBER(Bit Erro
r Rate)特性の劣化が見られる。
(Equation 2) The frequency error information detected in this manner is used as a frequency error correction value for controlling the amount of reverse rotation applied to the received signal at the time of orthogonal detection of the next frame. However, in the automatic frequency control system using only this method, the influence of frequency selective fading cannot be completely removed, so that the BER (Bit Erro
r Rate) characteristics are degraded.

【0010】次に、tan-1型AFCについて説明す
る。先ず、送受信ともに既知のユニークワードを基準と
し、検波後の受信ユニークワードの位相誤差を検出す
る。ユニークワード位相誤差検出には下記の式(5)、
すなわち、
Next, the tan -1 type AFC will be described. First, the phase error of the received unique word after detection is detected based on the known unique word for both transmission and reception. The following equation (5) is used to detect the unique word phase error.
That is,

【数3】 ただし、 φs :1シンボル当たりの誤差 I :I相受信ユニークワード Q :Q相受信ユニークワード UI :I相ユニークワード UQ :Q相ユニークワード N :ユニークワード長 を用い、ユニークワードの1シンボル間のみではなくユ
ニークワード長にわたって行い、平均化し、1シンボル
当たりの誤差(φs )を求める。この平均化処理により
受信電力が減少した際にも正確に位相誤差が検出でき
る。
(Equation 3) However, phi s: 1 per symbol error I: I-phase receiving the unique word Q: Q-phase receiving the unique word U I: I Phase unique word U Q: Q-phase unique word N: using the unique word length, the unique word 1 This is performed not only between symbols but also over the unique word length, and is averaged to determine an error per symbol (φ s ). The phase error can be accurately detected even when the received power is reduced by the averaging process.

【0011】次に、忘却係数λを0以上1未満の値に設
定し、上記の式(5)によって検出された位相誤差φに
対して、下記の式(6)
Next, the forgetting coefficient λ is set to a value greater than or equal to 0 and less than 1, and the phase error φ detected by the above equation (5) is calculated by the following equation (6).

【数4】 によって平均化処理を行う。これは、周波数誤差は、フ
レーム間で急激に変動することは滅多に無いため、平均
化処理を入れることで、選択性フェージングによる受信
信号の歪みが大きく、等化出力の歪みも大きな場合にお
ける位相誤差の誤検出を低減させるためである。
(Equation 4) Averaging processing is performed. This is because the frequency error rarely fluctuates abruptly between frames, and by averaging, the phase of the received signal due to the selective fading is large and the distortion of the equalized output is large. This is to reduce erroneous detection of errors.

【0012】次に、下記の式(7)Next, the following equation (7)

【数5】 (Equation 5)

【0013】しかし、この方式のみを用いた場合、等化
器入力 前にAFC処理を行わねばならないため、周波
数選択性フェージングの影響を除去していない受信信号
のユニークワードを用いて演算を行わねばならず、演算
結果として得られる周波数誤差情報が実際の周波数誤差
とは全く異なったものとなってしまうために、相関ピー
ク検出型AFCのみを用いた場合と同様にBER特性の
劣化が見られる。
However, when only this method is used, AFC processing must be performed before inputting to the equalizer. Therefore, the operation must be performed using the unique word of the received signal which has not been subjected to the influence of frequency selective fading. However, the frequency error information obtained as the calculation result is completely different from the actual frequency error, so that the BER characteristic is deteriorated as in the case where only the correlation peak detection type AFC is used.

【0014】次に、上述の相関ピーク検出型AFC方式
を先ず実行し、その結果をもとに一度周波数補正を行
い、その結果である系列におけるユニークワードを用い
てtan-1型AFCを行い、その結果を直交検波器に戻
して次フレームの周波数補正に用いる方法がある。しか
し、この方法では、周波数オフセットが大きい場合に、
正確な周波数誤差補正に時間がかかってしまうという欠
点が生じ、周波数選択性フェージングのドップラスプレ
ッドが大きい場合(等化器が動作できるドップラスプレ
ッド以上)に周波数補正が追従できないという現象が生
じる。
Next, the above-described correlation peak detection type AFC method is first executed, frequency correction is performed once based on the result, and tan -1 type AFC is performed using the unique word in the resulting sequence. There is a method in which the result is returned to the quadrature detector and used for frequency correction of the next frame. However, in this method, when the frequency offset is large,
There is a disadvantage that it takes a long time for accurate frequency error correction, and when the Doppler spread of the frequency selective fading is large (more than the Doppler spread at which the equalizer can operate), a phenomenon occurs that the frequency correction cannot follow.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上述したデジタル無線
通信の従来の自動周波数制御方式においては、周波数選
択性フェージングの影響を完全に除去することができな
いためデータ伝送の品質であるBER特性が劣化した
り、周波数オフセットが大きい場合には、正確な周波数
誤差補正に時間がかかってしまったり、周波数選択性フ
ェージングのドップラスプレッドが大きい場合に周波数
補正が追従できないという欠点がある。
In the conventional automatic frequency control system of the digital radio communication described above, the influence of frequency selective fading cannot be completely eliminated, so that the BER characteristic which is the quality of data transmission deteriorates. When the frequency offset is large, it takes a long time to correct the frequency error accurately, and when the Doppler spread of the frequency selective fading is large, the frequency correction cannot follow.

【0016】この発明は、上記問題に鑑み、HF帯域等
で航空機同士のすれ違い時のドップラシフトやSSB離
調時に起こりうる数10〜数100Hz(キャリア周波
数の数%のオーダ)の周波数誤差を補償できるAFC方
式を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention compensates for a frequency error of several tens to several hundreds of Hz (an order of several% of the carrier frequency) which may occur at the time of Doppler shift at the time of passing each other in the HF band or the like or at the time of SSB detuning. An object of the present invention is to provide an AFC system capable of performing the above.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、この発明は、送信側から一定長の伝送データ毎
に、送受信ともに既知のパターンのユニークワードが付
加されたフレーム構成を有する信号が変調された送信信
号が伝送される伝送系の自動周波数制御方式において、
受信側で前記伝送信号を受信し正弦波を用いて直交検波
する直交検波手段と、受信側において故意に周波数オフ
セットを与えたユニークワードを算出格納するユニーク
ワード算出格納手段と、前記受信信号のユニークワード
と前記算出格納されたユニークワードとの相互複素相関
演算をそれぞれ行い、相関値の中の最大値を検出し、順
次に記憶する最大値記憶手段と、前記最大値記憶手段に
記憶された最大値配列の中の最も大きい値である極大値
を検出する極大値検出手段と、前記極大値が得られた際
の周波数オフセットから、受信信号がもつ周波数誤差を
推定する第1の周波数誤差推定手段と、第1の周波数誤
差推定手段によって推定された周波数誤差が、予め与え
られている閾値よりも大きいか否かを判断し、大きい
判断した場合には、前記周波数誤差を前記受信信号のフ
レームにおける周波数誤差として出力する推定手段切り
替え手段と、推定手段切り替え手段が第1の周波数誤差
推定手段によって推定された周波数誤差が、予め与えら
れている閾値よりも大きくないと判断した場合には、検
波後の受信信号におけるユニークワードと、受信側で正
負両方向に故意に周波数オフセットを与えたユニークワ
ードとの複素相関演算を行うことによって周波数誤差を
推定する第2の周波数誤差推定手段と、前記第1の周波
数誤差推定手段、または、第2の周波数誤差推定手段に
よって推定された周波数誤差に基づき、受信系列から得
られた周波数誤差とは逆方向の回転を与えることによ
り、受信系列に含まれる周波数誤差を低減する第1の周
波数補正手段と、第1の周波数補正手段の出力に含まれ
る遅延歪みを等価する等価手段と、等価手段によって波
形等価がされた受信信号のユニークワードと受信側で既
知のユニークワードとの演算から最終周波数誤差を推定
する第3の周波数誤差推定手段と、前記第1の周波数誤
差推定手段、または、第2の周波数誤差推定手段によっ
て推定された周波数誤差と第3の周波数誤差推定手段に
よって推定された最終周波数誤差とを加算し、加算結果
に基づいて直交検波器において用いられる正弦波を制御
し、次フレームの周波数誤差を補正する第2の周波数補
正手段とを有する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a signal having a frame structure in which a unique word of a known pattern is added to both transmission and reception for each transmission data of a certain length from the transmission side. In an automatic frequency control system of a transmission system in which a modulated transmission signal is transmitted,
A quadrature detecting means for receiving the transmission signal on the receiving side and performing quadrature detection using a sine wave; a unique word calculating and storing means for calculating and storing a unique word intentionally given a frequency offset on the receiving side; A maximum value storage means for performing a cross-complex correlation operation between a word and the calculated and stored unique word, detecting a maximum value among the correlation values, and sequentially storing the maximum value, and a maximum value stored in the maximum value storage means. A maximum value detecting means for detecting a maximum value which is the largest value in the value array, and a first frequency error estimating means for estimating a frequency error of the received signal from a frequency offset when the maximum value is obtained. If, when the frequency error estimated by the first frequency error estimating means determines greater or not than the threshold value given in advance, it is determined that the large An estimating means switching means for outputting the frequency error as a frequency error in the frame of the received signal; and a frequency error estimated by the estimating means switching means by the first frequency error estimating means is larger than a predetermined threshold. If it is determined that there is no frequency error, a second error is estimated by performing a complex correlation operation between the unique word in the received signal after detection and the unique word intentionally giving a frequency offset in both positive and negative directions on the receiving side. Giving a rotation in the opposite direction to the frequency error obtained from the received sequence, based on the frequency error estimated by the frequency error estimating means and the first frequency error estimating means or the second frequency error estimating means. A first frequency correction means for reducing a frequency error included in a reception sequence, and a first frequency correction means. Equivalent means for an equivalent delay distortion contained in the output of the third frequency error estimating the final frequency error from the operation of a known unique word in the unique word and the receiving side of the received signal waveform equivalent by the equivalent means Estimating means, adding the frequency error estimated by the first frequency error estimating means or the second frequency error estimating means and the final frequency error estimated by the third frequency error estimating means, and And a second frequency correction means for controlling a sine wave used in the quadrature detector based on the second frequency correction and correcting a frequency error of the next frame.

【0018】このような構成によれば、受信信号の中の
ユニークワードとユニークワード算出格納手段によって
算出格納された複数のユニークワードとの相互複素相関
が最大値記憶手段によって算出され、その中から極大値
が極大値検出手段によって検出され、極大値が得られた
際の周波数オフセットから第1の周波数誤差推定手段に
よって受信信号がもつ周波数誤差が推定される。この値
が閾値よりも大きい場合には、周波数誤差として出力さ
れ、この値が閾値よりも大きくない場合には、第2の周
波数推定手段の動作に移る。第2の周波数推定手段にお
いては、受信信号におけるユニークワードと、受信側で
正負両方向に故意に周波数オフセットを与えたユニーク
ワードとの複素相関演算が行われ、周波数誤差が推定さ
れる。これらの周波数誤差に等価処理が加えられ、ユニ
ークワードとの演算から最終周波数誤差が第3の周波数
誤差推定手段によって推定される。これらの周波数誤差
および最終周波数誤差によって、直交検波器において用
いられる正弦波を制御し、次フレームの周波数誤差を補
正する。
According to such a configuration, the cross-complex correlation between the unique word in the received signal and the plurality of unique words calculated and stored by the unique word calculation and storage means is calculated by the maximum value storage means. The local maximum value is detected by the local maximum value detecting means, and the frequency error of the received signal is estimated by the first frequency error estimating means from the frequency offset when the local maximum value is obtained. If this value is larger than the threshold, it is output as a frequency error. If this value is not larger than the threshold, the operation shifts to the operation of the second frequency estimating means. In the second frequency estimating means, a complex correlation operation is performed between the unique word in the received signal and the unique word intentionally given a frequency offset in both the positive and negative directions on the receiving side, and a frequency error is estimated. Equivalent processing is added to these frequency errors, and the final frequency error is estimated by the third frequency error estimating means from the calculation with the unique word. The sine wave used in the quadrature detector is controlled by these frequency errors and the final frequency error to correct the frequency error of the next frame.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて添付図面に基づいて説明する。図1は、この発明に
係わる自動周波数制御方式の適用された自動周波数制御
回路の構成を示すブロック図、図2は、図1の周波数誤
差検出部の第1の周波数誤差推定ブロックを示すブロッ
ク図、図3は、図1の周波数誤差検出部の第2の周波数
誤差推定ブロックを示すブロック図である。図1に示さ
れるように、直交検波部10は、分波器11と、π/2
シフト演算器12と、乗算器13,14とから構成され
ている。分波器11は、受信信号を2波に分波する。乗
算器13は、分波器11からの受信信号と、π/2シフ
ト演算器12によってπ/2だけシフトされた正弦波と
を入力し、乗算処理をしてI相信号を出力する。乗算器
14は、分波器11からの受信信号と、正弦波とを入力
し、乗算処理をしてQ相信号を出力する。乗算器13,
14から出力されたI相/Q相信号は、周波数誤差検出
部20に引き渡される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an automatic frequency control circuit to which an automatic frequency control system according to the present invention is applied, and FIG. 2 is a block diagram showing a first frequency error estimating block of a frequency error detection unit in FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a second frequency error estimating block of the frequency error detecting section of FIG. As shown in FIG. 1, the quadrature detection unit 10 includes a demultiplexer 11 and a π / 2
It comprises a shift calculator 12 and multipliers 13 and 14. The splitter 11 splits the received signal into two waves. The multiplier 13 receives the received signal from the demultiplexer 11 and the sine wave shifted by π / 2 by the π / 2 shift calculator 12, performs multiplication processing, and outputs an I-phase signal. The multiplier 14 receives the received signal from the duplexer 11 and the sine wave, performs a multiplication process, and outputs a Q-phase signal. Multiplier 13,
The I-phase / Q-phase signal output from 14 is delivered to the frequency error detector 20.

【0020】周波数誤差検出部20は、第1,第2の周
波数誤差推定ブロック80,90を含んでいる。図2に
示される第1の周波数誤差推定ブロック80において、
複素相関演算部81は、I相/Q相に分離された受信信
号の中のユニークワードUWと、オフセットUW演算部
82によって算出されたオフセットUWとの相互複素相
関列を算出する。最大値検出部83は、複素相関演算部
81によって算出された相互複素相関列の中の最大値を
検出し、検出した最大値を最大値配列メモリ84に格納
する。その後、オフセットカウンタ85がカウントをイ
ンクリメントし、インクリメントの結果が規定値内なら
ば、オフセットUW演算部82の演算を繰り返し実行さ
せる。この場合、インクリメントステップおよび初期値
は、所望の値に設定することにより対環境性について柔
軟性をもたせることができる。ここでは、一例として、
初期値−75Hzに対応する値を、また、インクリメン
トステップを5Hzに対応する値を設定した。したがっ
て、最大値配列メモリ84には、−75Hzから5Hz
ステップで+75Hz間での相互複素相関の最大値が格
納されていることとなる。
The frequency error detecting section 20 includes first and second frequency error estimating blocks 80 and 90. In the first frequency error estimation block 80 shown in FIG.
The complex correlation calculator 81 calculates a cross-complex correlation sequence between the unique word UW in the received signal separated into the I phase / Q phase and the offset UW calculated by the offset UW calculator 82. The maximum value detection unit 83 detects the maximum value in the cross-complex correlation sequence calculated by the complex correlation calculation unit 81, and stores the detected maximum value in the maximum value array memory 84. Thereafter, the offset counter 85 increments the count, and if the result of the increment is within the specified value, the calculation of the offset UW calculation unit 82 is repeatedly executed. In this case, by setting the increment step and the initial value to desired values, flexibility with respect to the environment can be provided. Here, as an example,
The value corresponding to the initial value -75 Hz and the value corresponding to the increment step of 5 Hz were set. Therefore, the maximum value array memory 84 has a range from -75 Hz to 5 Hz.
In the step, the maximum value of the cross complex correlation between +75 Hz is stored.

【0021】次に、極大値検出部86が最大値配列メモ
リ84の中の極大値を検出する。第1の周波数誤差推定
部87は、極大値検出部86が検出した極大値から、そ
れに対応する周波数誤差を推定する。切り換え部88
は、推定された周波数誤差が予め与えられている閾値よ
りも大きいか否かを判定し、予め与えられている閾値よ
りも大きければ、推定した周波数誤差を第1の周波数誤
差情報として周波数誤差推定ブロック80の外に出力す
る。また、予め与えられている閾値よりも大きくなけれ
ば、推定した周波数誤差は除外し、第2の周波数誤差推
定ブロック90の動作を開始させる。
Next, the maximum value detecting section 86 detects the maximum value in the maximum value array memory 84. The first frequency error estimating section 87 estimates a frequency error corresponding to the local maximum value detected by the local maximum value detecting section 86. Switching section 88
Determines whether the estimated frequency error is greater than a predetermined threshold, and if the estimated frequency error is greater than a predetermined threshold, the estimated frequency error is used as first frequency error information. Output outside block 80. If the frequency error is not larger than the predetermined threshold value, the estimated frequency error is excluded and the operation of the second frequency error estimation block 90 is started.

【0022】図3に示される周波数誤差検出部20の第
2の周波数誤差推定ブロック90において、複素相関演
算部91は、I相/Q相の信号と、+fHzオフセット
されたユニークワード93とを入力し、これらの相互複
素相関演算を行い、複素相関演算部92は、I相/Q相
の信号と、−fHzオフセットされたユニークワード9
4とを入力し、これらの相互複素相関演算を行う。電力
演算部95,96は、複素相関演算部91,92がそれ
ぞれ算出した複素相関列の電力を算出する。電力比演算
部97が正負それぞれの電力から電力比を算出する。第
2の周波数誤差推定部98は、算出された電力比と対応
する周波数誤差を推定する。推定された周波数誤差は、
第1の周波数誤差情報として周波数誤差推定ブロック9
0の外に出力する。
In the second frequency error estimating block 90 of the frequency error detecting section 20 shown in FIG. 3, a complex correlation calculating section 91 receives an I-phase / Q-phase signal and a unique word 93 offset by + fHz. Then, these cross-complex correlation operations are performed, and the complex correlation operation unit 92 outputs the I-phase / Q-phase signal and the unique word 9 offset by −fHz.
4 to perform these cross-complex correlation calculations. The power calculators 95 and 96 calculate the power of the complex correlation sequences calculated by the complex correlation calculators 91 and 92, respectively. The power ratio calculator 97 calculates a power ratio from the positive and negative power. The second frequency error estimator 98 estimates a frequency error corresponding to the calculated power ratio. The estimated frequency error is
Frequency error estimation block 9 as first frequency error information
Output outside 0.

【0023】第1のAFC部30は、上述の周波数誤差
検出部20から得られる第1の周波数誤差情報により、
受信信号に逆回転を与えて周波数補正を行う。適応等化
器40は、受信信号の中のユニークワードUWをトレー
ニングに用い、伝送路の推定を行い、適応的にタップ係
数を算出し、算出したタップ係数を用いて受信信号のユ
ニークワードUWを第3の周波数誤差推定部50に出力
する。第3の周波数誤差推定部50は、適応等化器40
の出力である等化された受信信号のユニークワードUW
と、ユニークワード60とのtan-1演算により第2の
周波数誤差情報を得る。第3の周波数誤差推定部50の
動作は、従来技術のところで説明したものと同じであ
る。第2のAFC部70は、加算器71と、前述の直交
検波器10とから構成されている。加算器71は、周波
数誤差検出部20からの第1の周波数誤差情報と、第3
の周波数誤差推定部50からの第2の周波数誤差情報と
を加算し、周波数誤差情報として、直交検波器10に与
えられる正弦波の回転制御を行い周波数の補正を行う。
なお、前述の周波数誤差推定部には、既知のユニークワ
ードUWに対する受信信号のユニークワードUWの位相
回転を式(5)によって求める手段を用いても同様の効
果を得られることは明らかである。
The first AFC section 30 uses the first frequency error information obtained from the frequency error detecting section 20 to
The frequency correction is performed by giving a reverse rotation to the received signal. The adaptive equalizer 40 uses the unique word UW in the received signal for training, estimates a transmission channel, adaptively calculates tap coefficients, and uses the calculated tap coefficients to generate a unique word UW of the received signal. The signal is output to the third frequency error estimator 50. The third frequency error estimating unit 50 includes an adaptive equalizer 40
Unique word UW of the equalized received signal which is the output of
Tan -1 operation with the unique word 60 to obtain second frequency error information. The operation of the third frequency error estimator 50 is the same as that described in the related art. The second AFC section 70 includes an adder 71 and the above-described quadrature detector 10. The adder 71 receives the first frequency error information from the frequency error detector 20 and the third frequency error information.
And the second frequency error information from the frequency error estimating unit 50 is added, and as the frequency error information, the rotation of the sine wave given to the quadrature detector 10 is controlled to correct the frequency.
It is apparent that the same effect can be obtained by using the means for calculating the phase rotation of the unique word UW of the received signal with respect to the known unique word UW by the equation (5) in the frequency error estimating unit.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上に詳述したように、この発明に係わ
る自動周波数制御方式は、受信信号の中のユニークワー
ドとユニークワード算出格納手段によって算出格納され
た複数のユニークワードとの相互複素相関を最大値記憶
手段によって算出し、その中から極大値を極大値検出手
段によって検出し、極大値が得られた際の周波数オフセ
ットから第1の周波数誤差推定手段によって受信信号が
もつ周波数誤差を推定する。この値が閾値よりも大きい
場合には、周波数誤差として出力し、この値が閾値より
も大きくない場合には、第2の周波数推定手段の動作に
移る。第2の周波数推定手段においては、受信信号にお
けるユニークワードと、受信側で正負両方向に故意に周
波数オフセットを与えたユニークワードとの複素相関演
算を行い、周波数誤差を推定する。これらの周波数誤差
に等価処理を加え、ユニークワードとの演算から最終周
波数誤差を第3の周波数誤差推定手段によって推定す
る。これらの周波数誤差および最終周波数誤差によっ
て、直交検波器において用いられる正弦波を制御し、次
フレームの周波数誤差を補正することにより、周波数選
択性フェージング環境下においても、HF帯域等で相互
に通信中の航空機のすれ違い時に発生する大きなドップ
ラシフトやSSB伝送での離調時に起こりうる周波数誤
差が存在する場合でも、これらの補正を可能とする効果
がある。
As described in detail above, the automatic frequency control system according to the present invention employs the cross complex correlation between a unique word in a received signal and a plurality of unique words calculated and stored by the unique word calculation and storage means. Is calculated by the maximum value storage means, the maximum value is detected by the maximum value detection means, and the frequency error of the received signal is estimated by the first frequency error estimation means from the frequency offset when the maximum value is obtained. I do. If this value is larger than the threshold value, it is output as a frequency error. If this value is not larger than the threshold value, the operation shifts to the operation of the second frequency estimating means. The second frequency estimating means estimates a frequency error by performing a complex correlation operation between the unique word in the received signal and the unique word intentionally given a frequency offset in both the positive and negative directions on the receiving side. An equivalent process is applied to these frequency errors, and the final frequency error is estimated by the third frequency error estimating means from the calculation with the unique word. The sine wave used in the quadrature detector is controlled by these frequency errors and the final frequency error, and the frequency error of the next frame is corrected. Even if there is a large Doppler shift that occurs when the aircraft passes each other or a frequency error that can occur when detuning in SSB transmission, there is an effect that these corrections can be made.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明に係わる自動周波数制御方式の適用さ
れた自動周波数制御回路の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an automatic frequency control circuit to which an automatic frequency control method according to the present invention is applied.

【図2】図1の周波数誤差検出部の第1の周波数誤差推
定ブロックを示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a first frequency error estimating block of the frequency error detecting section of FIG. 1;

【図3】図1の周波数誤差検出部の第2の周波数誤差推
定ブロックを示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a second frequency error estimating block of the frequency error detecting unit in FIG. 1;

【図4】相関ピーク検出型の自動周波数制御回路の従来
例を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional example of a correlation peak detection type automatic frequency control circuit.

【図5】±50Hzそれぞれオフセットさせたユニーク
ワードを用いた場合の図4の回路の動作を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing the operation of the circuit of FIG. 4 when using unique words offset by ± 50 Hz.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 直交検波器 11 分波器 12 π/2シフト演算器 13,14 乗算器 20 周波数誤差検出部 30 第1のAFC部 40 適応等価器 50 第3の周波数誤差推定部 60 ユニークワード 70 第2のAFC部 71 加算器 80 第1の周波数誤差推定ブロック 83 最大値検出部 86 極大値検出部 87 第1の周波数誤差推定部 90 第2の周波数誤差推定ブロック 91,92 複素相関演算部 97 電力比演算部 98 第2の周波数誤差推定部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Quadrature detector 11 Demultiplexer 12 π / 2 shift calculator 13, 14 Multiplier 20 Frequency error detection unit 30 First AFC unit 40 Adaptive equalizer 50 Third frequency error estimation unit 60 Unique word 70 Second word AFC unit 71 Adder 80 First frequency error estimation block 83 Maximum value detection unit 86 Local maximum value detection unit 87 First frequency error estimation unit 90 Second frequency error estimation block 91, 92 Complex correlation operation unit 97 Power ratio operation Part 98 Second frequency error estimating part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−112591(JP,A) 特開 平9−162943(JP,A) 特開 平10−155004(JP,A) 特開 平8−331188(JP,A) 特開 平3−258147(JP,A) 特開 平10−190758(JP,A) 特開 平7−297868(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 27/00 - 27/38 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-11-112592 (JP, A) JP-A-9-162943 (JP, A) JP-A-10-155004 (JP, A) JP-A 8- 331188 (JP, A) JP-A-3-258147 (JP, A) JP-A-10-190758 (JP, A) JP-A-7-297868 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H04L 27/00-27/38

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 送信側から一定長の伝送データ毎に、
送受信ともに既知のパターンのユニークワードが付加さ
れたフレーム構成を有する信号が変調された送信信号が
伝送される伝送系の自動周波数制御方式において、 受信側で前記伝送信号を受信し正弦波を用いて直交検波
する直交検波手段と、 受信側において故意に周波数オフセットを与えたユニー
クワードを算出格納するユニークワード算出格納手段
と、 前記受信信号のユニークワードと前記算出格納されたユ
ニークワードとの相互複素相関演算をそれぞれ行い、相
関値の中の最大値を検出し、順次に記憶する最大値記憶
手段と、 前記最大値記憶手段に記憶された最大値配列の中の最も
大きい値である極大値を検出する極大値検出手段と、 前記極大値が得られた際の周波数オフセットから、受信
信号がもつ周波数誤差を推定する第1の周波数誤差推定
手段と、 第1の周波数誤差推定手段によって推定された周波数誤
差が、予め与えられている閾値よりも大きいか否かを判
断し、大きいと判断した場合には、前記周波数誤差を前
記受信信号のフレームにおける周波数誤差として出力す
る推定手段切り替え手段と、 推定手段切り替え手段が第1の周波数誤差推定手段によ
って推定された周波数誤差が、予め与えられている閾値
よりも大きくないと判断した場合には、検波後の受信信
号におけるユニークワードと、受信側で正負両方向に故
意に周波数オフセットを与えたユニークワードとの複素
相関演算を行うことによって周波数誤差を推定する第2
の周波数誤差推定手段と、 前記第1の周波数誤差推定手段、または、第2の周波数
誤差推定手段によって推定された周波数誤差に基づき、
受信系列から得られた周波数誤差とは逆方向の回転を与
えることにより、受信系列に含まれる周波数誤差を低減
する第1の周波数補正手段と、 第1の周波数補正手段の出力に含まれる遅延歪みを等価
する等価手段と、 等価手段によって波形等価がされた受信信号のユニーク
ワードと受信側で既知のユニークワードとの演算から最
終周波数誤差を推定する第3の周波数誤差推定手段と、 前記第1の周波数誤差推定手段、または、第2の周波数
誤差推定手段によって推定された周波数誤差と第3の周
波数誤差推定手段によって推定された最終周波数誤差と
を加算し、加算結果に基づいて直交検波器において用い
られる正弦波を制御し、次フレームの周波数誤差を補正
する第2の周波数補正手段とを有することを特徴とする
自動周波数制御方式。
1. For each transmission data of a fixed length from a transmission side,
In an automatic frequency control system of a transmission system in which a transmission signal modulated with a signal having a frame structure to which a unique word of a known pattern is added for transmission and reception is transmitted, a reception side receives the transmission signal and uses a sine wave. a quadrature detection means for quadrature detection, Uny gave deliberately frequency offset at the receiver
A unique word calculation and storage means for calculating and storing the unique word, and performing a cross-complex correlation operation between the unique word of the received signal and the calculated and stored unique word, respectively, detecting a maximum value of the correlation values, and sequentially storing the same. Maximum value storage means, and a maximum value detection means for detecting a maximum value that is the largest value in the maximum value array stored in the maximum value storage means, and from a frequency offset when the maximum value is obtained. First frequency error estimating means for estimating the frequency error of the received signal, and determining whether the frequency error estimated by the first frequency error estimating means is greater than a predetermined threshold value, If it is determined that the large, an estimation unit switching means for outputting the frequency error as a frequency error in a frame of the received signal, estimating means switching means When it is determined that the frequency error estimated by the first frequency error estimating means is not larger than a predetermined threshold, the unique word in the detected received signal and the positive and negative directions in the receiving side are intentionally determined. A second method of estimating a frequency error by performing a complex correlation operation with a unique word having a frequency offset
Frequency error estimating means, and the first frequency error estimating means, or based on the frequency error estimated by the second frequency error estimating means,
A first frequency correction unit for reducing a frequency error included in the received sequence by giving a rotation in a direction opposite to a frequency error obtained from the received sequence, and a delay distortion included in an output of the first frequency correction unit A third frequency error estimating means for estimating a final frequency error from an operation of a unique word of the received signal whose waveform has been equalized by the equalizing means and a unique word known on the receiving side; Or the frequency error estimated by the second frequency error estimating means and the final frequency error estimated by the third frequency error estimating means are added to each other. An automatic frequency control system comprising: a second frequency correction unit that controls a sine wave to be used and corrects a frequency error of a next frame.
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