CN1317190A - 频率偏移量检测装置 - Google Patents

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Abstract

延迟器101使输入到AFC部的接收已知符号延迟1个符号，减法器102从接收符号中减去1个符号延迟接收已知符号，延迟器103使输入的1个符号延迟接收已知符号延迟1个符号，减法器104从接收符号中减去2个符号延迟接收已知符号，相位检测部105、106分别将减法结果变换为相位角度并检测相位偏差，减法器108、109分别进行从相位偏差中减去相位偏移的处理，乘法器110乘以1/2，平均化部111对减法器108的输出和乘法器110的输出在任意区间进行平均。

Description

频率偏移量检测装置
技术领域
本发明涉及频率偏移量检测装置，特别涉及数字移动通信的通信装置中使用的频率偏移量检测装置及其频率偏移量检测方法。
背景技术
在进行无线通信的情况下，发送端和接收端的射频基本相同，但实际上根据各自拥有的频率源的基准时钟的精度彼此产生几～几十ppm左右的偏差。将在接收端估计该频率偏差并进行校正的动作称为频率偏移补偿(AutomaticFrequency Compensation：自动频率补偿，以下记为AFC)。
在模拟通信为主流时，在AFC中，使用在按任意范围来扫描接收端时钟源的频率，选择接收电平高的点的方法等。但是，在无线数字通信成为主流的今天，使用根据将接收信号解调到基带频带上并进行A/D变换后的数字信号来估计频率偏移量，从而进行校正的方法。
对于该频率偏移量的估计方法，正在使用、研讨各种各样的方法，而一般知道求前后接收数据的相位差分，通过数据调制来除去差分值，从而求频率偏移量这样的方法。
这种情况下，如果为了追求传输效率而使用数目有限的已知信号，则初始的同步引入会花费很多时间，所以提出使用未知信号(数据信号)来检测频率偏移量的方法。
以下，用图1至图3来说明现有的接收装置。图1表示现有的接收装置的示意结构的方框图，图2表示现有的接收装置的AFC部的示意结构的方框图，而图3表示用于说明频率偏移的I-Q平面的一例的曲线图。再有，在这里，考虑CDMA方式的移动通信中使用的接收装置。
在图1中，天线1接收无线信号，无线调制解调部2将接收信号从高频信号变换为基带信号，输出到接收处理部3。接收处理部3由A/D变换部4、相关部5、AFC部6、解码部7、纠错部8构成。A/D变换部4对输入的接收信号进行A/D变换处理，相关部5例如由匹配滤波器构成，检测解调信号。
AFC部6根据从相关部5输出的解调信号来检测频率偏移量，将检测出的频率偏移量输出到解码部7和时钟源10。细节将后述。
解码部7对输入的解调信号根据作为AFC部6输出的频率偏移量进行相位补偿处理后进行软判定处理。纠错部8对判定信号进行解交织处理和纠错处理等编解码处理，输出到基带信号处理部9。基带信号处理部9从接收处理部3接收处理过的接收信号中获得接收数据，此外，获得发送数据，并输出到发送处理部11。
时钟源10保持基准时钟频率，根据AFC部6输出的频率偏移量来校正基准时钟频率，将基准时钟频率输出到无线调制解调部2、A/D变换部3、以及基带信号处理部9。发送处理部11对发送基带信号进行发送处理，输出到无线调制解调部2。
接着，用图2和图3来说明AFC部6的结构和频率偏移检测操作。
在不使用已知信号而使用未知信号(数据信号)来检测频率偏移的情况下，接收解调信号Dm处于第1～第4象限中的某个上，但不能确定。这里，如果假设噪声电平充分小，则在没有频率偏移的情况下，如图3A所示，解调信号处于各象限内的1个点上，而在存在频率偏移θf的情况下，如图3B所示，解调信号位置随时间而不断出现偏差。
这里，被延迟1个符号的接收符号和当前接收符号之间的偏移量θf一般是一定的，所以通过获得被延迟1个符号的接收符号和当前接收符号之间的差分，可以求偏移量θf。
因此，延迟器21将输入的接收解调信号Dm延迟1个符号，减法器22从当前符号中减去延迟器21的输出，进而，相位检测器23将减法器22的减法结果ΔDm变换为相位角度，并检测相位偏差θm。
但是，该相位偏差θm与频率偏移θf不等价，还包括数据调制造成的相位偏移θd(θm=θd+θf)，所以必须除去该相位偏移θd。
这里，如果假设调制方式为QPSK方式，则相位偏移θd为0°、90°、180°、270°。这些值乘以4则为360°的倍数，所以通过下述计算式从θm中除去θd，可以获得频率偏移θf。
((4×θm)mod(360°))/4
                      =((4×(θd+θf))mod(360°))/4
                      =((4θd+4θf)mod(360°))/4
                     =4θf/4
                     =θf
这里，在乘法器24中，将相位偏差θm乘以4，通过模(mod)运算器25计算将乘法器24的输出除以360°时的余数，通过乘法器26将4θf乘以1/4，得到相位偏移θf。最后，平均化部27将频率偏移θf在任意区间进行平均，进行频率偏移量的估计及校正。
这样，现有的频率偏移检测方法不使用有限的已知信号而使用数据信号，所以可以缩短AFC的初始引入时间。
但是，在现有的频率偏移检测方法中，使用未实施纠错处理阶段的接收信号，所以存在估计精度可能恶化的问题。
在今后使用CDMA等的蜂窝***中预想的纠错后的比特差错率(BER)为10-3左右，所以如果进行逆运算则在纠错前的信号中BER=10-1以上，如果使用有这样的BER的信号来估计频率偏移量，则估计精度恶化大，可能难以进行初始引入。
发明概述
本发明的目的在于提供一种接收装置及其频率偏移量估计方法，缩短初始引入时间，并且提高频率偏移量估计精度。
本发明的主题在于通过使用已知信号来提高频率偏移量的估计精度，并且通过兼用1个符号相位差信息和2个符号相位差信息，从有限的符号信息中提出很多相位差分采样数，缩短初始引入时间。
附图的简单说明
图1表示现有的接收装置的示意结构方框图；
图2表示现有的接收装置的AFC部的示意结构方框图；
图3A表示说明频率偏移的I-Q平面的一例的曲线图；
图3B表示说明频率偏移的I-Q平面的一例的曲线图；
图4表示本发明实施例1的接收装置的AFC部的示意结构方框图；
图5表示本发明实施例2的接收装置的AFC部的示意结构方框图；
图6表示本发明实施例3的接收装置的AFC部的示意结构方框图；以及
图7是说明将复数信号的角度分量乘以1/2的计算方法的曲线图。
实施发明的最好形式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
(实施例1)
本实施例的接收装置使用已知符号的1个符号相位差信息和2个符号相位差信息来检测频率偏移量。
以下，用图4说明本实施例的接收装置。图4表示本发明实施例1的接收装置的AFC部的示意结构方框图。
在图4中，延迟器101将输入到AFC部的接收已知符号Dm延迟1个符号，输出1个符号延迟接收已知符号Dm-1，减法器102从接收符号Dm中减去1个符号延迟接收已知符号Dm-1，并输出减法结果ΔDm1。
延迟器103将输入的1个符号延迟接收已知符号Dm-1延迟1个符号，并输出2个符号延迟接收已知符号Dm-2，减法器104从接收符号Dm中减去2个符号延迟接收已知符号Dm-2，并输出减法结果ΔDm2。
相位检测部105将减法结果ΔDm1变换为相位角度，并检测相位偏差θm1，相位检测部106将减法结果ΔDm2变换为相位角度，并检测相位偏差θm2。
这里，相位偏差θm1、θm2与频率偏移θf不等价，还包括接收信号的数据调制造成的相位偏移，但如果调制方式是已知的，则已知信号的数据调制造成的相位偏移也是已知的。因此，存储器107预先保存已知符号的数据调制造成的相位偏移φm1、φm2。
减法器108从相位偏差θm1中减去相位偏移φm1，减法器109从相位偏差θm2中减去相位偏移φm2。乘法器110将作为2个符号的频率偏移量的减法器109的输出乘以1/2，调整为1个符号的频率偏移量。
平均化部111将减法器108的输出和乘法器110的输出在任意区间进行平均，将平均化处理后的值作为频率偏移量输出。
接着，说明有上述结构的装置的操作。
由延迟器101将接收符号Dm延迟1个符号，由减法器102进行从接收Dm中减去1个符号延迟接收已知符号Dm-1的处理。
由延迟器103将1个符号延迟接收已知符号Dm-1延迟1个符号，由减法器104进行从接收符号Dm中减去2个符号延迟接收已知符号Dm-2的处理。
分别由相位检测部105、106将算出的减法结果ΔDm1、ΔDm2变换为相位偏差θm1、θm2，由减法器108、109分别进行减去各自相位偏移φm1、φm2的处理。
减法器108的输出、以及由乘法器110乘以1/2后的减法器109的输出由平均化部111进行平均化处理，作为估计的频率偏移量来输出。
这样，根据本实施例，使用已知信号，并且不仅使用1个符号相位差信息，而且使用2个符号相位差信息来增加采样数，所以可以同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
(实施例2)
本实施例的接收装置有与实施例1相同的结构，但将接收已知符号预先变换为复数信号的相位旋转量。
以下，用图5说明本实施例的接收装置。图5表示本发明实施例2的接收装置的AFC部的示意结构方框图。对与实施例1相同的结构附以相同的符号，并省略其详细说明。
相位旋转检测部201使用存储器202中保存的已知信号来检测接收已知符号的相位旋转量Rm(复数信号)。
以下，使用相位旋转量Rm代替接收已知符号Dm来进行与实施例1相同的处理，检测频率偏移θf。即，由延迟器101将相位旋转量Rm延迟1个符号，由减法器102进行从相位旋转量Rm中减去1个符号延迟相位旋转量Rm-1的处理，由延迟器103将1个符号延迟相位旋转量Rm-1延迟1个符号，由减法器104进行从相位旋转量Rm中减去2个符号延迟相位旋转量Rm-2的处理，分别由相位检测部105、106将算出的减法结果ΔRm1、ΔRm2变换为相位偏差θm1、θm2，将相位检测部105的输出、以及由乘法器110乘以1/2后的相位检测部106的输出由平均化部111进行平均，作为估计的频率偏移量来输出。
这里，在对接收符号进行延迟前，预先变换为复数信号的相位旋转量后进行处理，所以不需要通过图4中的减法器108、109进行的相位偏移除去处理。
于是，根据本实施例，通过在将接收已知符号预先变换为复数信号的相位旋转量后进行频率偏移量检测处理，可以省去从检测出的相位偏差中减去数据调制造成的相位偏移的步骤，所以可以用更简单的结构同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
(实施例3)
本实施例的接收装置有与实施例2相同的结构，但在平均化处理后将相位旋转量变换为相位偏差角度。
以下，用图6和图7说明本实施例的接收装置。图6表示本发明实施例3的接收装置的AFC部的示意结构方框图，图7是说明将复数信号的角度分量乘以1/2的计算方法的曲线图。对与实施例2相同的结构附以相同的符号，并省略详细说明。
在图6中，减法器104输出的ΔRm2是2个符号的相位旋转量，所以必须将矢量ΔRm2的角度分量进行乘以1/2的变换。以下，用图7说明变换原理。
在图7中，不使用角度信息而将任意复数信号V的角度分量乘以1/2。假设在I-Q平面上有以I轴和原来的复数信号V为两边的菱形，则从原点向剩余1角的对角线矢量为将复数信号V的角度分量分为两部分的矢量。因此，通过将平行于I轴的正方向、与复数信号V相同大小的复数信号(｜V｜、0)加在原来的复数信号V上，可以获得分为两部分的角度分量的1个复数信号V。
因此，在图6中，矢量生成部301生成平行于I轴的正方向与复数信号ΔRm2同样大小的复数信号(｜ΔRm2｜、0)，加法器302将复数信号(｜ΔRm2｜、0)和复数信号ΔRm2进行加法处理，将与复数信号ΔRm2相比角度分量为1/2的复数信号ΔRm2’输出到平均化部111。相位检测部303从平均化处理过的复数信号中检测相位角度，将其作为估计的频率偏移量来输出。
于是，根据本实施例，通过对两种相位差信息按原有复数信号进行平均化处理，将从复数信号中检测相位角度的步骤集约为平均化处理后的一次，所以可以用更简单的结构同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
在上述实施例1至实施例3中，列举了CDMA方式的通信***的例子，但只要是使用无线AFC的接收装置，就可以应用本发明，而与通信方式无关。
此外，平均化部的平均化方法可以随意采用移动平均和使用忘记系数的加权平均等与***相应的方法。
本发明的频率偏移量检测装置采用这样的结构，包括：第一检测部件，从根据接收的已知符号的1个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去通过预先保持的数据调制产生的相位偏移量；第二检测部件，从根据接收的已知符号的2个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去预先保持的数据调制产生的相位偏移量之后乘以1/2；以及平均化部件，对上述第一检测部件的输出值和上述第二检测部件的输出值在任意区间进行平均并输出。
根据该结构，使用已知信号，并且不仅使用1个符号相位差信息，而且使用2个符号相位差信息来增加采样数，所以可以同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
本发明的频率偏移量检测装置采用这样的结构，包括变换部，将接收的已知符号在上述第一检测部和上述第二检测部的前级变换为复数信号。
根据该结构，通过将接收已知符号预先变换为复数信号的相位旋转量后进行频率偏移量检测处理，可以省去从检测出的相位偏差中减去数据调制产生的相位偏移的步骤，所以可以用更简单的结构同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
本发明的频率偏移量检测装置采用上述第二检测部件配有运算部的结构，通过矢量运算将复数信号的相位角度乘以1/2。
根据该结构，通过将两种相位差信息进行复数信号的平均化处理，可以将从复数信号中检测相位角度的步骤集约为平均化处理后的一次，所以可以用更简单的结构同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
本发明的频率偏移量检测方法包括：第一检测步骤，从根据接收的已知符号的1个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去通过预先保持的数据调制产生的相位偏移量；第二检测步骤，从根据接收的已知符号的2个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去预先保持的数据调制产生的相位偏移量之后乘以1/2；以及平均化步骤，对上述第一检测部件的输出值和上述第二检测部件的输出值在任意区间进行平均并输出。
按照该方法，使用已知信号，并且不仅使用1个符号相位差信息还使用2个符号相位差信息来增加采样数，所以可以同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
本发明的频率偏移量检测方法将接收的已知符号在上述第一检测步骤和上述第二检测步骤的前级变换为复数信号。
按照该方法，通过将接收已知符号预先变换为复数信号的相位旋转量后进行频率偏移量检测处理，可以省去从检测出的相位偏差中减去数据调制产生的相位偏移的步骤，所以可以用更简单的结构同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
本发明的频率偏移量检测方法在上述第2检测步骤中通过矢量运算将复数信号的相位角度乘以1/2。
根据该方法，通过将两种相位差信息进行复数信号的平均化处理，可以将从复数信号中检测相位角度的步骤集约为平均化处理后的一次，所以可以用更简单的结构同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
如以上说明，根据本发明，通过使用已知信号，并且兼用一个符号相位差信息和2个符号相位差信息来从有限的符号信息中取出多个相位差分采样数，所以可以同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。
本说明书基于1999年7月28日申请的特愿平11-213955号。其内容全部包含于此。
产业上的可利用性
本发明可以适用于数字无线通信***的通信终端装置和基站装置。由此，通过使用已知信号，并且兼用一个符号相位差信息和2个符号相位差信息从有限制的符号信息中取出多个相位差分采样数，所以可以同时实现提高频率偏移量的估计精度和缩短频率偏移补偿的初始引入时间。

Claims (8)

1、一种频率偏移量检测装置，包括：第一检测部件，从根据接收的已知符号的1个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去通过预先保持的数据调制产生的相位偏移量；第二检测部件，从根据接收的已知符号的2个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去预先保持的数据调制产生的相位偏移量之后乘以1/2；以及平均化部件，对上述第一检测部件的输出值和上述第二检测部件的输出值在任意区间进行平均并输出。
2、如权利要求1所述的频率偏移量检测装置，其中，配有变换部件，在上述第一检测部件和上述第二检测部件的前级将接收的已知符号变换为复数信号。
3、如权利要求2所述的频率偏移量检测装置，其中，上述第二检测部件配有运算部，通过矢量运算将复数信号的相位角度乘以1/2。
4、一种配有频率偏移量检测装置的通信终端装置，其中，上述频率偏移量检测装置包括：第一检测部件，从根据接收的已知符号的1个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去通过预先保持的数据调制产生的相位偏移量；第二检测部件，从根据接收的已知符号的2个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去预先保持的数据调制产生的相位偏移量之后乘以1/2；以及平均化部件，对上述第一检测部件的输出值和上述第二检测部件的输出值在任意区间进行平均并输出。
5、一种配有频率偏移量检测装置的基站装置，其中，上述频率偏移量检测装置包括：第一检测部件，从根据接收的已知符号的1个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去通过预先保持的数据调制产生的相位偏移量；第二检测部件，从根据接收的已知符号的2个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去通过预先保持的数据调制产生的相位偏移量之后乘以1/2；以及平均化部件，对上述第一检测部件的输出值和上述第二检测部件的输出值在任意区间进行平均并输出。
6、一种频率偏移量检测方法，包括：第一检测步骤，从根据接收的已知符号的1个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去通过预先保持的数据调制产生的相位偏移量；第二检测步骤，从根据接收的已知符号的2个符号相位差分信息检测的相位偏差角度中减去预先保持的数据调制产生的相位偏移量之后乘以1/2；以及平均化步骤，对上述第一检测步骤的输出值和上述第二检测步骤的输出值在任意区间进行平均并输出。
7、如权利要求6所述的频率偏移量检测方法，其中，在上述第一检测步骤和上述第二检测步骤的前级将接收的已知符号变换为复数信号。
8、如权利要求7所述的频率偏移量检测方法，其中，在上述第二检测步骤中，通过矢量运算将复数信号的相位角度乘以1/2。
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