JP3660930B2

JP3660930B2 - 無線通信装置における自動周波数制御信号発生回路、受信装置、基地局装置、無線送受信システム、及び周波数誤差検出方法

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Publication number: JP3660930B2
Application number: JP2003206765A
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Inventors: 欽一日暮
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
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Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: JP2004140790A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信装置における自動周波数制御に関わり、特に変調方式が位相シフトキーイング（ＰＳＫ）や直交振幅変調（ＱＡＭ）の受信信号のデジタル受信機に適用可能な自動周波数制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
受信機は、内部に持つ発振器の周波数誤差により、受信信号の搬送波周波数と復調しようとする周波数との間により、検波した信号に周波数偏差が生じる。特にＰＳＫやＱＡＭの変調方式の受信信号のデジタル受信機では、周波数偏差により復調データに誤りが生じるため、この周波数偏差の補正を行う自動周波数制御が必要となる。
【０００３】
無線通信装置における、周波数誤差の制御技術に関しては、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２４０８０号公報
【特許文献２】
特開平９−２４６９１６号公報
【特許文献３】
特開平１１−３０８１５７号公報
【特許文献４】
特開平７−２９７７７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の無線通信装置における、周波数誤差の制御技術では、受信装置や送信装置で、広範囲の周波数誤差が生じたとしても迅速に正しい周波数に正確に収束させるような周波数誤差補正動作を行ことができるものはなかった。
【０００６】
本発明の目的は、無線通信装置における広範囲の周波数誤差に対して迅速な周波数補正の制御が可能な回路と装置とシステムとそのための方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するするための手段】
本発明による周波数誤差検出と周波数制御では、入力信号の中に含まれているデータ信号とは別の既知のシンボルを利用して周波数誤差を検出する。入力信号の中のある程度はなれた位置に配置された少なくとも２つの既知のシンボルを入力信号の中から抽出する。もし、入力信号に周波数偏移が生じてなければ、はなれた既知の２つのシンボルは位相関係が一定で位相偏移（位相回転）はない。もし、はなれた既知の２つのシンボル間で位相偏移があれば、周波数偏移が生じていることになる。従って、入力信号中の既知の２つのシンボルの位相偏移は入力信号の周波数偏移を代表している。この位相偏移を検出できれば入力信号の周波数偏移がわかる。検出した周波数偏移がゼロになるような方向に受信装置あるいは送信装置の基準周波数源の周波数を制御すれば、周波数誤差を補正することができる。
【０００８】
既知の２つのシンボルの間隔が狭ければ誤差検出可能な周波数範囲は大きく高速に周波数を目標値に収束できるが、誤差補正精度は低い。既知の２つのシンボルの間隔が広ければ誤差検出可能な周波数範囲は小さく、周波数を目標値に収束する速度は低速であるが、誤差補正精度は高い。従って、高速で低精度の誤差検出と低速で高精度の誤差検出を組み合わせると、広範囲の周波数誤差に対して高速で精度のよい周波数補正制御が可能となる。
【０００９】
本発明では、入力信号の中より異なる少なくとも2つの既知のシンボルを含む第１シンボルセットと、第１シンボルセットのシンボル間隔とは異なるシンボル間隔の少なくとも２つの既知のシンボルを含む第２シンボルセットを抽出する。そして、抽出した第１シンボルセットと第２シンボルセットに基いて入力信号の周波数誤差を検出して、第１の周波数誤差と第２の周波数誤差を検出し、第１と第２周波数誤差検出部のいずれかの出力を周波数誤差制御信号として選択できるようにした。
【００１０】
本発明の実施例の１つによれば、入力信号のフレームフォーマットが、既知のパイロット信号と、所定シンボル長のデータ部と、所定シンボル長の既知の同期ワードシンボル部とを含む場合に、第１の周波数誤差は、同期ワードシンボル部の中の少なくとも２つの同期ワードシンボルに基いて検出され、第２の周波数誤差は、パイロット信号と同期ワードシンボル部の中の１つの同期ワードシンボルとに基いて検出される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
周波数偏差補正の方法は、基地局受信機と端末局受信機とで異なるため、以下にそれぞれを説明する。
【００１２】
まず、図３を用いて基地局受信機での自動周波数制御を説明する。図３は基地局受信機の構成の一例を示したブロック図である。
【００１３】
受信信号入力端子３０１には、アンテナから受信した信号が入力され、受信高周波部回路３０２に入力される。受信高周波部回路３０２は、受信された信号である無線帯域の高周波の信号を、Ａ／Ｄ変換器３０３でサンプリング可能な中間周波数へ周波数変換してＡ／Ｄ変換器３０３に与える。発振器３１０からは基準となる周波数の信号が受信高周波部回路３０２へ入力され、周波数変換の基準信号として用られる。Ａ／Ｄ変換器３０３は、周波数変換された受信信号をサンプリングおよび量子化してデジタル信号とし、直交検波器３０４に入力する。
【００１４】
直交検波器３０４はＡ／Ｄ変換器３０３から入力された中間周波数の信号をベースバンド帯域に変換し、ローパスフィルタ３０５に入力する。ローパスフィルタ３０５は、ルートロールオフ特性のローパスフィルタで、不要な周波数成分の除去を行い、周波数補正部３０６に入力する。周波数補正部３０６は、発振器３１０の誤差による周波数偏差を、周波数制御部３０７から入力される周波数補正量で周波数偏差補正を行い、復調回路３０８およびバッファ３１１へ入力する。復調回路３０８はタイミング同期部３１２から入力されるタイミング情報を用いて復調を行い、復調データ出力端子３０９へ出力する。
【００１５】
バッファ３１１はタイミング同期部３１２から入力されるタイミング情報を用いて、周波数補正部３０６の出力信号をフレームの先頭から順番に蓄積する。タイミング同期部３１２はバッファ３１１に蓄積された信号から同期ワードの位置を検出し、これにより受信信号の遅延時間を算出し、この遅延時間をタイミング情報として復調部３０８とバッファ３１１へ入力する。復調部３０８とバッファ３１１において、タイミング同期部３１２から入力されたタイミング情報は、次のフレームの処理から反映される。
【００１６】
周波数制御部３０７はバッファ３１１に蓄積された信号より周波数誤差を検出し、検出した誤差を用いて周波数補正部３０６の周波数補正量を制御する。
【００１７】
次に、図４を用いて端末局受信機での自動周波数制御方法を説明する。図４は端末局受信機の構成の一例を示したブロック図である。
【００１８】
図４のブロック図は、受信号入力端子３０１、受信高周波部回路３０２、Ａ／Ｄ変換器３０３、直交検波器３０４、ローパスフィルタ３０５の構成は図３と同じである。ローパスフィルタ３０５の出力は復調回路３０８およびバッファ３１１に入力される。復調回路３０８はタイミング同期部３１２から入力されるタイミング情報を用いて復調を行い、復調データ出力端子３０９へ出力する。
【００１９】
バッファ３１１はタイミング同期部３１２から入力されるタイミング情報を用いて、ローパスフィルタ３０５の出力信号をフレームの先頭から順番に蓄積する。タイミング同期部３１２はバッファ３１１に蓄積された信号からタイミングを検出し、復調回路３０８とバッファ３１１へタイミング情報を入力する。
【００２０】
周波数制御部３０７はバッファ３１１に蓄積された信号より周波数誤差を検出し、検出した誤差を用いて加算器４０１、Ｄ／Ａ変換器４０２を介して電圧制御発振器４０３の制御電圧を制御する。加算器４０１は周波数制御部３０７で算出した補正値に基準値を加算し、Ｄ／Ａ変換器４０２へ入力する。Ｄ／Ａ変換器４０２は加算器４０１から入力したデジタル値をアナログ電圧に変換し、電圧制御発振器４０３へ入力する。
【００２１】
これにより電圧制御発振器４０３の発振周波数の制御が行われ、周波数制御された基準信号を受信高周波部回路３０２へ入力し、受信高周波部回路３０２で周波数偏差補正を行う。
【００２２】
周波数制御部３０７の説明を行う前に、図５を用いて受信信号のフレームフォーマットについて説明する。
【００２３】
デジタル無線通信システムでは、伝送信号は一定の時間間隔のフレームで区切られ数多くのフレームのつながりからなる。図５は受信信号のフレームフォーマットの一例を示した図である。ランプ区間（Ｒ）は、無信号状態から緩やかに立ち上がる（ランプアップ）区間で、通常３〜４シンボル程度設けられる。パイロットシンボル（Ｐ）は、データ部信号を復調するための既知の基準シンボルであり、データ部信号の前、後ろ、または中間に１シンボルずつ設けられる。図５の例では、データ部信号両端に１シンボルずつ設けている。同期ワード（ＳＷ）はフレーム同期を行うための既知のシンボルであり、通常１０〜２０シンボル程度設けられる。ガードタイム（Ｇ）は、フレーム間の干渉を防ぐための区間であり、この区間には情報が含まれない。また、無信号状態へ緩やかにたち下げる（ランプダウン）ための区間でもあり、ランプダウンの３〜４シンボルを含め、ガード区間は５〜１０シンボル程度設けられる。
【００２４】
次に、図２を用いて周波数制御部３０７の詳細を説明する。
【００２５】
周波数誤差検出部２０１へは入力端子１０１を介して、図３または図４のバッファ３１１に蓄積された信号が入力される。図６は周波数誤差検出部２０１の一例を詳細に示したブロック図で、図１１は周波数誤差検出部２０１の各ブロックで演算される信号をベクトルで表した図であり、縦軸がＱ成分、横軸がＩ成分を示す。図６と図１１を用いて周波数誤差検出部２０１の動作を説明する。
【００２６】
複素乗算器６０１１はバッファ３１１に蓄積された信号の同期ワード部の第１シンボル(x₁とする)と、同期ワード第１シンボルのシンボルパターンs₁の複素共役s₁ ^*との複素の積y₁=x₁s₁ ^*を演算し、その演算結果を複素共役演算回路６０２へ入力する。ここで、複素共役とは、虚数部の正負を反転させることを意味し、例えば、a=a_r+ja_i（a_r、a_iは実数、jは虚数単位でj=√(-1)）の複素共役はa^*=a_r-ja_iである。
【００２７】
y₁の演算は、シンボルパターンs₁に対してバッファ３１１のx₁の位相がどれだけ回転しているかを検出するために行っている。この演算を図１１(a),(c)で説明すると、x₁の位相をθ_x1、s₁の位相をθ_s1とし（図１１(a)参照）、y₁=x₁s₁ ^*の演算はs₁ ^*の位相が−θ_s1であり、y₁の位相はθ₁=θ_x1+(−θ_s1)でy₁の位相θ₁がx₁とs₁の位相差を表している。
【００２８】
複素乗算器６０１２は、バッファ３１１に蓄積された信号の同期ワード部の第９シンボル(x₂とする)と、同期ワード第９シンボルのシンボルパターンs₉の複素共役s₉ ^*との複素の積y₂=x₂s₉ ^*を演算し、複素乗算器６０１３へ入力する。
【００２９】
y₂の演算に対するベクトル図が図７(b),(d)で、y₂の位相θ₂がx₂とs₉の位相差を表している。
【００３０】
複素演算回路６０２は複素乗算器６０１１から入力されるy₁の複素共役を演算し、演算結果を複素乗算器６０１３へ入力する。
【００３１】
複素乗算器６０１３は、複素乗算器６０１２の出力であるy₂と複素共役演算回路６０２の出力であるy₁ ^*との複素の積d=y₂y₁ ^*を演算し、その演算結果を位相検出回路６０３へ入力する。
【００３２】
dの演算は、図１１(e)のベクトル図で説明すると、y₂の位相がθ₂、y₁の位相が−θ₁で、dの位相はφ=θ₂＋（−θ₁）でdの位相φがy₁とy₂の位相差を表す。
【００３３】
上記θ₁とθ₂は、受信信号に周波数誤差がない場合はθ₁＝θ₂となり、受信信号に周波数誤差がある場合、受信信号の位相は単位時間に一定の角度ずつ回転し、θ₁とθ₂に位相差が生じ、その位相差は周波数誤差に比例する。
【００３４】
位相検出回路６０３は複素乗算器６０１３から入力されるdの位相φを検出し、位相φを図２の正負判定回路１０７へ入力する。
【００３５】
正負判定部１０７は、周波数誤差検出部２０１で検出した位相変移量φの正負判定を行い、φ＞φ0ならば“+1”を、φ＜-φ0ならば“-1”を、｜φ｜≦φ0ならば“0”を積算器１０８へ入力する。ここで、φ0は０または正の定数である。
【００３６】
積算器１０８は、内部に出力値を保持するメモリが設けてあり、電源投入時は“0”にリセットされる。正負判定部１０７から“+1”が入力された場合は内部メモリの値に値ΔPを加算し、“-1”が入力された場合は内部メモリの値にΔPを減算し、“0”が入力された場合は内部メモリの値を保持する。続いて内部メモリの値を出力端子１０９を介して、図３の周波数補正部３０６または図４の加算器４０１へ入力する。ここで、値ΔPは、内部メモリに加算または減算するための定数で、収束させたい速度に合わせて設定する。
【００３７】
図１２を参照して周波数偏差検出と周波数制御信号の生成の方法をさらに詳細に説明する。図１２は、周波数誤差検出部２０１、正負判定部１０７、積算器１０８の各出力信号を示したタイミングチャートであり、同図(a)は受信信号、(b)は周波数誤差検出部２０１の位相変移量φの出力値、(c)は正負判定部１０７から積算器１０８へ入力される正負判定値、(d)は積算器１０８内部での積算値、(e)は図３の周波数補正部３０６または図４の加算器４０１へ入力される周波数補正量である。
【００３８】
図１２の(b)の位相変移量φ、(c)の正負判定出力、(d)の積算値の算出は、フレーム中央の同期ワードが入力された直後で行うため、(b)〜(d)の各値が出力されるタイミングは８０１−１、８０１−２、…８０１−Ｎ−１、８０１−Ｎ、８０１−Ｎ＋１となる。
【００３９】
図１２は周波数偏差が正の場合を図示しており、フレーム１の８０１−１のタイミングで検出した(b)の位相変移量φはφ＞φ0であるから、(c)の正負判定出力は+1となり、(d)の積算値に+ΔPが加算される。(d)の積算値は次のフレーム先頭である８０２−２のタイミングで(e)の周波数補正量として反映され、受信信号の周波数が補正される。ここでの周波数補正は検出した誤差分を一度に補正しないため、８０２−１のタイミングではまだ周波数誤差が残っており、フレーム２、フレーム３…で繰り返し位相変移量φの検出、正負判定、積算、補正を繰り返す。
【００４０】
フレームＮの８０１−Ｎのタイミングでの位相変移量φの検出値がφ＝φ0となり、(c)の正負判定出力は0で、(d)の積算値は収束し、(e)の周波数補正量もフレームＮ以降収束する。
【００４１】
周波数誤差検出部２０１では、２つの既知なシンボル間の位相変移量によって周波数誤差を検出するため、検出可能な範囲は、用いる２つのシンボル間の位相変移量φの絶対値｜φ｜が１８０度未満となる範囲となる。
【００４２】
例えば無線周波数が６０ＭＨｚで、シンボルレートが１１．２５ｋＨｚの無線システムで、許容周波数範囲が±３ｐｐｍの場合、最大±３６０Ｈｚの周波数偏差（送信側で±３ｐｐｍ、受信側で±３ｐｐｍずれた場合最大±６ｐｐｍ＝±３６０Ｈｚ）が考えられるため、図５のフレームフォーマットでは、同期ワード（ＳＷ）の２つのシンボル、例えば１シンボル目と９シンボル目（８シンボルの間隔）を用い、最大位相変移１８０°すなわち最大１１．２５ｋＨｚ×（１８０度／３６０度）／８シンボル＝７０３Ｈｚまで検出できるようにする。
【００４３】
入力信号には、受信高周波部回路内部のフィルタの群遅延による歪みや伝搬路のマルチパスの影響などにより、受信信号には歪みが含まれている。例えば、この歪みにより、検出した位相変移量φに５度の誤差が含まれているとすると（８シンボル間の位相変移量で検出した場合）、周波数偏差補正に１１．２５ｋＨｚ×（５度／３６０度）／８シンボル＝１９．５Ｈｚの誤差が生じる。
【００４４】
変調方式がπ／４シフトＱＰＳＫの受信信号の場合は、前のシンボルとの位相の差分で復調するため、上記の誤差の場合１シンボル当たり５度／８シンボル＝０．６２５度で影響はほとんどない。
【００４５】
しかし、変調方式がＰＳＫやＱＡＭの受信信号のデジタル受信機に、上記説明した方法で、自動周波数制御を行おうとした場合、絶対位相（ＱＡＭの場合絶対位相と絶対振幅）を必要とするため、上記の誤差があると、例えば６４シンボルのデータ部信号を復調する間に、０．６２５度×６４シンボル＝４０度位相が回転するため、符号判定に誤りを生じ復調ができない場合がある。
【００４６】
そのような課題を解決する本発明の周波数制御の実施例を、以下で詳細に説明する。
【００４７】
図１は本発明による自動周波数制御を実施したデジタル受信機の主要部の周波数制御信号を発生する回路の実施例のブロック図である。
【００４８】
図１において、第１の周波数誤差検出部１０３は、図３または図４のバッファ３１１からの同期ワードの２つのシンボル（例えば１シンボル目と９シンボル目）間の位相変移量φ₁を検出し、スイッチ１０６の端子ａと選択判定部１０５に入力する。
【００４９】
また、第２の周波数誤差検出部１０４は、図３または図４のバッファ３１１からのパイロットシンボルと同期ワードの１シンボル（例えばランプ区間直後のパイロットシンボルと同期ワードの１シンボル目）との間の位相変移量φ２を検出してスイッチ１０６の端子ｂへ入力する。
【００５０】
第１の周波数誤差検出部１０３は、たとえば先に説明した図６に示した回路が利用できる。また、第２の周波数誤差検出部１０４については図７に示す回路が利用できる。図７の回路は、入力信号がパイロット信号と同期ワードシンボル部の１シンボル目である点が図６と異なり、その動作については基本的に図６の回路と同じであるので、説明は省略する。
【００５１】
なお、図６及び図７の周波数誤差検出部の２つの入力シンボルｘ₁、ｘ₂のシンボル間隔をｎシンボルとした場合、ｎの値は２のべき乗値に選択すれば回路設計が容易で望ましい。
【００５２】
選択判定部１０５は、第１の周波数誤差検出部１０３の出力値φ₁の絶対値｜φ₁｜を、予め設定した正の整数φ_thと比較し、｜φ₁｜≦φ_thならばスイッチ１０６の端子ｂと端子ｃを接続し、｜φ₁｜＞φ_thならばスイッチ１０６の端子ａと端子ｃを接続するようスイッチ１０６を制御する。
【００５３】
スイッチ１０６は選択制御部１０５からの制御にしたがって、第１の周波数誤差検出部１０３の出力値φ₁または第２の周波数誤差検出部１０４の出力値φ₂の何れかを正負判定部１０７へ入力する。
【００５４】
積算器１０８の動作は図２と同様のため、説明を省略する。
【００５５】
上記予め設定する正の定数φ_thは、第１の周波数誤差検出部１０３の出力値φ₁と第２の周波数誤差検出部１０４の出力値φ₂を切り替えるためのしきい値で、第２の周波数誤差検出部１０４で検出可能な限界の周波数誤差での、第１の周波数誤差検出部１０３で検出する出力値φ₁の絶対値より小さい値を指定する。すなわち、可能な限り第２の周波数誤差検出部１０４で周波数誤差を検出し、不可能な場合は第１の周波数誤差検出部１０３で周波数誤差の検出を行う。
【００５６】
例えば、図５の前半のデータ部信号が６３シンボルで、第１の周波数誤差検出部１０３での位相変移量検出に同期ワードの１シンボル目と９シンボル目を用い（８シンボル間の位相変移量検出）、第２の周波数誤差検出部１０４での位相変移量検出に、ランプ区間直後のパイロットシンボルと同期ワードの１シンボル目を用いた場合（６４シンボル間の位相変移量検出）、第２の周波数誤差検出部１０４で検出可能な周波数誤差の限界は、１１．２５ｋＨｚ×（１８０度／３６０度）／６４シンボル＝８７．９Ｈｚであり、この時の第１の周波数誤差検出部１０３でのφ₁の検出値は１８０度×（８シンボル／６４シンボル）＝２２．５度であり、誤動作を防止するため、φ_thにはこれより小さい値例えば半分の１１．２５度を指定する。すなわち、周波数誤差が４９．９Ｈｚ以下の場合は、第２の周波数誤差検出部１０４で自動周波数制御を行い、それ以外の場合は第１の周波数誤差検出部１０３で自動周波数制御を行う。
【００５７】
動作開始直後は周波数誤差が大きいため、第１の周波数誤差検出部１０３を用いて制御が行われるが、周波数誤差がφ_th以内に収束すれば、第２の周波数誤差検出部１０４に切り替わるため、精度の高く早い周波数制御が可能となる。
【００５８】
これにより、入力信号に歪みがあるとしても、歪みによるφ₁の誤差がφ_thを超えることがなければ最終的に第２の周波数誤差検出部１０４を用いて周波数制御が行われるため、歪みによる周波数制御の誤差を軽減できる。例えば、入力信号の位相に５度の誤差があるとすると、第２の周波数誤差検出部１０４での検出誤差は、１１．２５ｋＨｚ×（５度／３６０度）／６４シンボル＝２．４４Ｈｚで、前半のデータ部復調する間の位相変移量は５度となる。
【００５９】
したがって本実施例によれば、絶対位相（あるいは絶対位相と絶対振幅）を用いて復調するＰＳＫやＱＡＭ変調方式の受信信号のデジタル受信機に適用して復調が可能となる。
【００６０】
以上述べたように、周波数誤差検出値が小さい場合には検出精度の高い第２の周波数誤差検出部１０４を用いて自動周波数制御を行い、そうでない場合は検出範囲の広い第１の周波数誤差検出部１０３を用いて自動周波数制御を行うことにより、広い範囲の周波数偏差に対して周波数制御が可能となると同時に、周波数補正の誤差を軽減させることが可能である。
【００６１】
次に、図６と図７を参照して先に説明した周波数誤差検出部の別の実施例を図８、図９，図１０及び図１３を参照して説明する。
【００６２】
図８は、図１における第１の周波数誤差検出部１０３の内部構成の一例である。図８のブロック１０３の内部構成とその動作については図６と同じであるので、その説明は省略する。図８の周波数誤差検出部では、バッファ３１１と周波数誤差検出部１０３の入力との間に同期ワードシンボルを選択するスイッチ部６０４を設けた点が図６と異なる。スイッチ部６０４で同期ワードシンボル部の任意の同期ワードを２つ選択することができる。従って、２つの入力同期ワードシンボルｘ₁、ｘ₂のシンボル間隔をスイッチ部６０４で任意に選択することにより、第１の周波数誤差検出部１０３の検出精度と周波数補正速度をユーザが所望する適切な値に設定できる。
【００６３】
図９は、図１における第２の周波数誤差検出部１０４の内部構成の一例である。図９のブロック１０３の内部構成とその動作については図７と同じであるので、その説明は省略する。図９の周波数誤差検出部では、バッファ３１１と周波数誤差検出部１０４の入力との間に同期ワードシンボルを選択するスイッチ部６０５を設けた点が図７と異なる。スイッチ部６０５で同期ワードシンボル部の任意の同期ワードを２つ選択することができる。従って、２つの入力同期ワードシンボルｘ₁、ｘ₂のシンボル間隔をスイッチ部６０５で任意に選択することにより、第２の周波数誤差検出部１０４の検出精度と周波数補正速度をユーザが所望する適切な値に設定できる。
【００６４】
次に、図１０と図１３は、図１における第１の周波数誤差検出部１０３と第２の周波数誤差検出部１０４の両方を1つの周波数誤差検出部２０３で実現する例を示す。図１０はその周波数誤差検出部２０３の内部構成の一例である。図１０のブロック２０３の内部構成とその動作については図６と同じであるので、その説明は省略する。図１０の周波数誤差検出部２０３では、バッファ３１１と周波数誤差検出部２０３の入力との間にパイロット信号と同期ワードシンボル部の第１シンボルを選択するスイッチ部６０６を設けた点が図６と異なる。スイッチ部６０６で同期ワードシンボル部の第１同期ワードシンボルを選択した場合には、２つの入力同期ワードシンボルｘ₁、ｘ₂のシンボル間隔は、図６の場合と同様になり、第１の周波数誤差検出部１０３と同じ出力を得る。また、スイッチ部６０６でパイロット信号を選択した場合には、２つの入力同期ワードシンボルｘ₁、ｘ₂のシンボル間隔は、図７の場合と同様になり、第２の周波数誤差検出部１０４と同じ出力を得る。従って、スイッチ部６０６の切り替えにより２つの周波数誤差信号φ₁とφ₂とが得られることになる。
【００６５】
この周波数誤差検出部２０３を使用した周波数制御信号発生装置の実施例を図１３に示す。図１３において、スイッチ部６０６と周波数誤差検出部２０３以外の部分は、図１の構成と同じであるので、その説明は省略する。
【００６６】
次に、図１４と図１５を参照して、本発明による基地局無線機と端末局無線機の実施例について説明する。
【００６７】
図１４は基地局無線機の構成の一例を示したブロック図である。送受信共用器９０２によりアンテナ９０１を送信および受信動作で共用する。アンテナ９０１で受信した受信信号が共用器９０２を介して受信高周波部回路３０２へ入力される。受信高周波部回路３０２は、受信された信号である無線帯域の高周波の信号を、Ａ／Ｄ変換器３０３によってサンプリング可能な中間周波数へと周波数変換し、周波数変換された信号はＡ／Ｄ変換器３０３でデジタル信号に変換される。発振器３１０からは基準となる周波数の信号が受信高周波部回路３０２へ入力され、周波数変換の基準信号として用いられる。Ａ／Ｄ変換器３０３は周波数変換された受信信号をサンプリングおよび量子化してデジタル信号として、受信復調部９０４に入力する。受信復調部９０４はＡ／Ｄ変換器３０３から入力される信号の復調を行い、復調したデータを復調データ出力端子３０９へ出力する。
【００６８】
送信変調部９０５は、変調データ入力端子９０９から入力したデータでベースバンド信号を生成してＤ／Ａ変換器９０６でアナログ信号に変換し、送信高周波部回路９０７へ入力し、送信高周波部回路９０７はＤ／Ａ変換器９０６より与えられるベースバンド帯域の信号を無線周波数帯域の信号に周波数変換し、電力増幅器９０８に与える。電力増幅器９０８は送信高周波部回路９０７より入力される信号の電力増幅を行い、共用器９０２を介してアンテナ９０１に出力する。
【００６９】
発振器３１０から出力される信号は受信高周波部回路３０２へ入力されると共に送信高周波部回路９０７へも入力される。
【００７０】
なお、受信復調部９０４および送信変調部９０５は、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)９０３とそれを制御するソフトウェアで処理される。
【００７１】
図１５は端末局無線機の構成の一例を示すブロック図で、電圧制御発振器４０３とＤ／Ａ変換器４０２以外は図１４の基地局の構成と同じである。図１５の端末局無線機は、受信復調部１００１の内部で受信信号の周波数誤差を検出し、その誤差が小さくなるようにＤ／Ａ変換器４０２を介して電圧制御発振器４０３を制御する。電圧制御発振器４０３の出力信号は受信高周波部回路３０２および送信高周波部回路９０７に与えられるため、端末局無線機では、送信信号の周波数が基地局からの受信信号から検出された周波数に追従して制御される。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、無線通信装置における広範囲の周波数誤差に対して迅速な周波数補正の制御が可能な回路と装置とシステムとそのための方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動周波数制御を実施するためのデジタル受信機の主要部における周波数制御信号を発生する回路の実施例のブロック図である。
【図２】周波数制御信号を発生する回路の一例のブロック図である。
【図３】本発明が適用される無線通信システムにおける基地局の受信機の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】本発明が適用される無線通信システムにおける端末局の受信機の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】送信される信号のフレームフォーマットの一例を示す図である。
【図６】本発明による周波数誤差検出回路の実施例のブロック図である。
【図７】本発明による周波数誤差検出回路の実施例のブロック図である。
【図８】本発明による周波数誤差検出回路の実施例のブロック図である。
【図９】本発明による周波数誤差検出回路の実施例のブロック図である。
【図１０】本発明による周波数誤差検出回路の実施例のブロック図である。
【図１１】本発明による周波数誤差検出方法を説明するためのＩ−Ｑ座標図である。
【図１２】本発明による周波数誤差検出方法を説明するための信号タイミングチャートを示す図である。
【図１３】本発明による周波数誤差検出回路をそなえた周波数制御信号を発生する回路の他の実施例のブロック図である。
【図１４】本発明が適用された基地局無線装置の実施例のブロック図である。
【図１５】本発明が適用された端末局無線装置の実施例のブロック図である。
【符号の説明】
１０１：入力端子、１０３：第１の周波数誤差検出部、１０４：第２の周波数誤差検出部、１０５：選択判定部、１０６：スイッチ、１０７：正負判定部、１０８：積算器、１０９：出力端子、２０１：周波数誤差検出部、３０１：受信信号入力端子、３０２：受信高周波部回路、３０３：Ａ／Ｄ変換器、３０４：直交検波器、３０５：ローパスフィルタ、３０６：周波数補正部、３０７：周波数制御部、３０８：復調回路、３０９：復調データ出力端子、３１０：発振器、３１１：バッファ、３１２：タイミング同期部、４０１：加算器、４０２：Ｄ／Ａ変換器、４０３：電圧制御発振器、６０２：複素共役演算回路、６０３：位相検出回路、６０４，６０５，６０６：スイッチ部、９０１：アンテナ、９０２：共用器、９０３：ＤＰＳ，９０４：受信復調部、９０５：送信変調部、９０６：Ｄ／Ａ変換器、９０７：送信高周波部回路、９０８：電力増幅器、９０９：変調データ入力端子、１００１：受信復調部、６０１１，６０１２，６０１３：複素乗算器。

Claims

自動周波数制御信号発生回路であって、
入力信号の中より異なる少なくとも２つの既知のシンボルを第１シンボルセットとして抽出し、抽出した前記第１シンボルセットに基いて前記入力信号の周波数誤差を検出して出力する第１の周波数誤差検出部と、
前記入力信号の中より、前記第１シンボルセットのシンボル間隔とは異なるシンボル間隔の少なくとも２つの既知のシンボルを第２シンボルセットとして抽出し、抽出した前記第２シンボルセットに基いて前記入力信号の周波数誤差を検出して出力する第２の周波数誤差検出部と、
前記第１と第２周波数誤差検出部のいずれの出力を選択するかを判定する判定部と、
前記判定部で選択された周波数誤差検出部の出力に基いて前記入力信号の周波数を制御するための制御信号を発生する制御信号部とを有し、
前記制御信号部は、
前記判定部により選択された前記第１若しくは第２の何れかの前記周波数誤差検出部の出力が正値か負値かの判定を行い、該判定した結果を出力する正負判定部と、
該正負判定部により出力された値を積算した信号を前記制御信号として出力する積算部と、を備えることを特徴とする自動周波数制御信号発生回路。
請求項１記載の自動周波数制御信号発生回路において、前記判定部は、所定基準値と前記第１と第２周波数誤差検出部の各々の出力の値の絶対値とを比較し、比較結果に応じて前記第１と第２周波数誤差検出部のいずれかの出力を選択することを特徴とする自動周波数制御信号発生回路。
受信装置であって、
請求項１または請求項２に記載の自動周波数制御信号発生回路を有し、さらに
受信した信号を周波数変換し、周波数変換した受信信号をデジタル信号に変換して出力するＲＦ受信部と、
前記ＲＦ受信部に周波数変換のための基準周波数信号を出力する発振部と、
デジタル変換された受信信号をベースバンド信号に変換して出力する直交検波部と、
該出力されたベースバンド信号の不要周波数成分を除去して出力するフィルタと、
該フィルタから出力されたベースバンド信号の周波数と前記基準周波数信号の周波数との誤差を前記自動周波数制御信号発生回路からの前記制御信号に基いて補正して出力する周波数補正部と、
前記周波数補正部から出力されたベースバンド信号を復調して出力する復調部と、
前記周波数補正部の出力を保持するバッファとを有し、
前記自動周波数制御信号発生回路は、前記バッファに保持された信号を前記入力信号として前記第１と第２のシンボルセットを抽出して、前記シンボルセットに基いて前記制御信号を発生し、前記制御信号を前記周波数補正部に与えることを特徴とする受信装置。
無線基地局装置であって、
請求項３記載の受信装置と、
アナログ信号に変換したベースバンド帯域の送信のための信号を前記発振部の基準周波数信号に基いて無線周波数帯域に変換する無線送信部とを有することを特徴とする無線基地局装置。
無線送受信システムであって、
請求項４記載の無線基地局装置と、
少なくとも１つの移動無線送受信装置とを含み、前記少なくとも１つの移動無線送受信装置は前記無線基地局からの送信信号を受信し、該受信した信号から抽出される基準周波数信号に基いて該移動無線送受信装置内の基準周波数信号を制御することを特徴とする無線送受信システム。
自動周波数制御信号発生回路であって、
入力信号の中より異なる少なくとも２つの既知のシンボルを第１シンボルセットとして抽出し、さらに前記入力信号の中より、前記第１シンボルセットのシンボル間隔とは異なるシンボル間隔の少なくとも２つの既知のシンボルを第２シンボルセットとして抽出し、抽出した前記第１と第２シンボルセットに基いて前記入力信号の第１と第２の周波数誤差を検出して出力する周波数誤差検出部と、
前記第１と第２周波数誤差のいずれの出力を選択するかを誤差値に応じて判定する判定部と、
前記判定部で選択された第１あるいは第２の周波数誤差に基いて前記入力信号の周波数を制御するための制御信号を発生する制御信号部とを有し、
前記入力信号のフレームフォーマットが、既知のパイロット信号と、所定シンボル長のデータ部と、所定シンボル長の既知の同期ワードシンボル部とを含む場合に、前記第１シンボルセットは、前記パイロット信号と前記同期ワードシンボル部の中の 1 つの同期ワードシンボルを含み、前記第２シンボルセットは前記同期ワードシンボル部の中の 2 つの同期ワードシンボルを含み、
さらに、前記周波数誤差検出部は、
前記入力信号の 1 つのフレームうちのパイロット信号あるいは前記同期ワードシンボル部の１つの同期ワードシンボルのいずれか一方を選択して出力するスイッチ部と、
前記スイッチ部から出力されたシンボルと、該シンボルの複素共役との積を計算して出力する第１の乗算部と、
該第１の乗算部から出力された値を位相反転して出力する位相反転部と、
前記同期ワードシンボル部の他の１つの同期ワードシンボルと該シンボルの複素共役との積を計算して出力する第２の乗算部と、
前記位相反転部の出力と前記第２の乗算部より出力された値を複素乗算して出力する第３の乗算部と、
該第３の乗算部の出力の位相を検出し、該検出した位相を前記周波数誤差として出力する位相検出部と、を有し、
前記スイッチ部が前記パイロット信号を選択したときに前記位相検出部で検出された位相を前記第１の周波数誤差とし、前記スイッチ部が前記同期ワードシンボル部の 1 つの同期ワードシンボルを選択したときに前記位相検出部で検出された位相を前記第２の周波数誤差とすることを特徴とする自動周波数制御信号発生回路。