JPH0795253A

JPH0795253A - 微分型オフセット周波数検知方式

Info

Publication number: JPH0795253A
Application number: JP23348193A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Miyatsu; 和弘宮津; Mitsumasa Iwamoto; 光正岩本
Original assignee: Nippon Motorola Ltd; Motorola Japan Ltd
Current assignee: Motorola Solutions Japan Ltd
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】フェージング位相特性が一様分布に従わず、
不規則な外乱による位相変化に伝送信号が晒されても、
正確なオフセット周波数を検知する。【構成】所定周波数の搬送波がディジタル信号で変調
された送信信号を受信し基準搬送波信号に基づき復調す
る受信機において所定周波数と基準搬送波信号の周波数
との差をオフセット周波数として検知する。復調ディジ
タル信号の位相ψ（ｔ）を検出し、ｄ²ψ（ｔ）／ｄ²ｔ
の値が略ゼロの時（１／２π）・ｄψ（ｔ）／ｄｔの値
によりオフセット周波数を定める。復調ディジタル信号
のタイムスロットにおける所定シンボルの位相を同タイ
ムスロット毎に検出する系７１，７２と、該位相のシン
ボル間位相変化量を同タイムスロット毎に算出する系７
３と、該位相変化量に基づきシンボル間位相加速度を同
タイムスロット毎に算出する系７４とを有し、位相加速
度が最小の時の位相変化量をオフセット周波数とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディジタル移動通信
システム全般に用いられ、送受信機間のキャリア周波数
の相違を検出するオフセット周波数検知方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動通信システムにおいて、使用条件に
温度その他の環境の違いがあるため、キャリア周波数は
送信機と受信機とで同一ではない。そのため、移動通信
システムでは、送受信機間のキャリア周波数の相違分、
すなわちオフセット分の周波数を何らかの方法で検出
し、補正を行なうのが一般的である。なお、この補正
は、ＡＦＣ（Automatic Frequency Control ）と呼ばれ
る。

【０００３】図１には、かかる原理の簡単な概念図が示
されており、送信機Ｔｘは、キャリア周波数ｆｃを有す
る搬送波を情報信号ｓ（ｔ）で変調して送信出力する。
この送信出力は、多重伝搬路を経て、従って外乱ノイズ
（熱雑音等）をも加わってなるレーリーフェージングを
受け当該送信機のキャリア周波数ｆｃに対するキャリア
エラー（オフセット周波数ｆ0 ）を生じた状態で受信機
Ｒｘに到達する。受信機Ｒｘは、かかる送信出力を受信
し、送信機のキャリア周波数ｆｃにそのオフセット周波
数ｆ0 の逆位相分−ｆ0 を加えた周波数の基準搬送波信
号にて復調をなすことにより、かかる両者のキャリア周
波数の相違を補償するのである。

【０００４】ディジタル移動通信では、このオフセット
周波数の検知を、ベースバンドの領域で受信ディジタル
データを基にして行っている。一般には、送受信機間に
おいて既知なデータ（例えば、図示の如き各スロットの
先頭に付加されるプリアンブルと称されるブロック中の
同期シンボル）を用いてオフセット周波数を検知する。

【０００５】図２は、かかるオフセット周波数検知を行
う一般的な受信機のブロック図である。同図において、
アンテナより受信したＲＦ（高周波）信号は、ダウンコ
ンバート・サンプリング・量子化部１において、ベース
バンドまで落とすための周波数変換、サンプリング及び
量子化の信号処理が施される。かかる信号処理されたベ
ースバンド信号は、シンボルレート変換部２においてタ
イミング抽出のための前処理が施されてミキサ３に供給
される。ミキサ３の出力信号は、ノイズ除去のための帯
域フィルタであるパルス整形フィルタ４を経て、スロッ
ト内の各シンボルをサンプリングするためのシンボルサ
ンプラ５に供給される。シンボルサンプラ５の出力信号
は、復調信号として図示せぬ復号系へ供給される。

【０００６】シンボルレート変換部２の前処理出力はま
た、タイミング抽出部６に供給される。タイミング抽出
部６は、該前処理出力に基づいてフレーム同期を推定
し、その同期をとるとともに、シンボルサンプラ５にお
けるサンプルタイミングを生成し、これをシンボルサン
プラ５に与える。シンボルサンプラ５は、与えられたサ
ンプルタイミングに基づいてサンプリング処理を行う。

【０００７】シンボルサンプラ５の出力信号はまた、オ
フセット周波数を検知するためのＡＦＣ系７へ供給され
る。ＡＦＣ系７においては、先ず同期シンボルサンプラ
７ａによって当該供給信号から上記プリアンブルを取り
出し、角度偏差推定部７ｂによって搬送波の位相偏移
（送信時と受信時における位相ずれ）を検出し、周波数
偏差推定部７ｃによってその検出した位相偏差を周波数
偏差に変換し、さらにこの変換出力をループフィルタを
介してミキサ３に供給する。

【０００８】ミキサ３は、供給された信号をＡＦＣ信号
すなわちオフセット周波数に応じた信号としてシンボル
レート変換部２の出力ベースバンド信号に乗じる。これ
により、送信機と受信機との間のキャリア周波数偏差が
補正されるのである。なお、Δωはオフセット周波数に
相当する。ところで、この受信ディジタルデータ（ベー
スバンド信号）は、上述のようなフェージングの影響を
受けているために、オフセット周波数の検出には工夫が
必要である。

【０００９】例えば、国際公開番号ＷＯ９１／２０１４
０に係る特許出願明細書に記載されている方法において
は、受信した複素シンク（同期）信号の隣合うデータの
差分を足し合わせた結果の位相角を用いてオフセット周
波数ｆ_offsetを求めている。これを数式で書くと、

【００１０】

【数１】

【００１１】

【数２】

【００１２】である。これによれば、オフセット周波数
の値検出は、フェージングの影響を受けたそのままの生
データを用いている。但し、そのフェージングの位相に
関する統計的性質（［−π，π］を一様分布する）のた
め、上記における差分の総和（ｙ）は、フェージングに
よって劣化した位相成分を相殺してオフセット周波数分
のみを抽出していることになる。限られたサンプル内で
フェージングの位相分布がきれいに一様分布している場
合は、この方式で良いが、実際はそうとは限らない。こ
の場合、オフセット周波数の推定に誤差が生じ、ＢＥＲ
（Bit Error Ratio ）の劣化につながり好ましくない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した点
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、フェージングの位相特性が一様分布に従う従わない
に拘らず、また、その他の不規則な外乱による位相変化
に伝送信号がさらされた場合にも、正確なオフセット周
波数を検知できるオフセット周波数検知方式を提供する
ことにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によるオフセット
周波数検知方法は、所定周波数を有する搬送波がディジ
タル信号によって変調された送信信号を受信して基準搬
送波信号に基づき前記ディジタル信号を復調する受信機
において、前記所定周波数と前記基準搬送波信号の周波
数との差をオフセット周波数として検知するオフセット
周波数検知方法であって、復調されたディジタル信号の
位相ψ（ｔ）を検出し、ｄ²ψ（ｔ）／ｄ²ｔの値が略ゼ
ロとなる時刻において、（１／２π）・ｄψ（ｔ）／ｄ
ｔの値によって前記オフセット周波数を定めることを特
徴としている。

【００１５】また、本発明によるオフセット周波数検知
回路は、所定周波数を有する搬送波がディジタル信号に
よって変調された送信信号を受信して基準搬送波信号に
基づき前記ディジタル信号を復調する受信機において、
前記所定周波数と前記基準搬送波信号の周波数との差を
オフセット周波数として検知するオフセット周波数検知
回路であって、復調されたディジタル信号のタイムスロ
ットにおける所定シンボルの位相をタイムスロット毎に
検出するシンボル位相検出手段と、前記シンボル位相検
出手段によって検出された位相のシンボル間における位
相変化量を前記タイムスロット毎に算出する位相変化量
算出手段と、前記位相変化量算出手段によって算出され
た位相変化量に基づいてシンボル間の位相加速度を前記
タイムスロット毎に算出する位相加速度算出手段とを有
し、前記位相加速度算出手段によって算出された位相加
速度が最小であるときに対応する前記位相変化量によっ
て前記オフセット周波数を定めることを特徴としてい
る。

【００１６】

【作用】本発明のオフセット周波数検知方法によれば、
復調されたディジタル信号の位相ψ（ｔ）を検出し、ｄ
²ψ（ｔ）／ｄ²ｔの値が略ゼロとなる時刻において、
（１／２π）・ｄψ（ｔ）／ｄｔの値によってオフセッ
ト周波数が定められる。本発明のオフセット周波数検知
回路によれば、復調されたディジタル信号のタイムスロ
ットにおける所定シンボルの位相をタイムスロット毎に
検出し、検出された位相のシンボル間における位相変化
量をタイムスロット毎に算出し、その算出された位相変
化量に基づいてシンボル間の位相加速度をタイムスロッ
ト毎に算出し、この算出された位相加速度が最小である
ときに対応する位相変化量によってオフセット周波数が
設定される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を図面を参照しつつ詳細に説明
する。先ず本発明は、先の図２におけるＡＦＣブロック
７を改良するものである。このＡＦＣ系の回路構成を説
明する前に、本発明の核となるべきオフセット周波数検
知方式の原理を数式を用いて説明する。

【００１８】いま、オフセット周波数をｆ0［Ｈｚ］と
すると、受信機で受けた信号ｒ（ｔ）は、フェージング
の影響を含めて

【００１９】

【数３】

【００２０】と表せる。ここで、ｓ（ｔ）はシンク信
号、ρ（ｔ）はレーリー分布関数，φ（ｔ）は一様分布
関数であって

【００２１】

【数４】

【００２２】はレーリーフェージングによる複素利得
（complex gain）である。これにより、

【００２３】

【数５】

【００２４】である。但し、ｓ（ｔ）はリアル信号と仮
定するが、一般性は失われない。ここで、受信シンクの
位相信号をψ（ｔ）とすると、

【００２５】

【数６】

【００２６】となり、オフセット周波数分のリニア位相
（２πｆ0ｔ）とフェージングによるランダム位相φ
（ｔ）（但し、その分布は一様分布に従う［−π，
π］）の和になっている。この（５）式に注目してオフ
セット周波数ｆ0 を推定するのが本方式のポイントであ
る。

【００２７】（５）式より、

【００２８】

【数７】

【００２９】となり、オフセット周波数からの２πｆ0
（＝ｃｏｎｓｔ．）とランダム位相の時間変化率の和と
なることに着目する。もし、

【００３０】

【数８】

【００３１】であれば、

【００３２】

【数９】

【００３３】となるので、オフセット周波数が、

【００３４】

【数１０】

【００３５】として求められる。

【００３６】

【数１１】

【００３７】なる条件は、φ（ｔ）がランダムであるた
めに、ある時間内で観測することにより成立する。その
時刻を見いだすには、例えば、

【００３８】

【数１２】

【００３９】となる時刻を採用すれば良い。そして、

【００４０】

【数１３】

【００４１】をオフセット周波数として検知すれば良
い。このように、受信信号の位相は、フェージングの影
響も受けるために、オフセット周波数分の他にランダム
な一様分布に従う位相が混在している。そのため、本方
式は、フェージングによるランダムな位相変化が瞬時値
でゼロとなる点を見つけてオフセット周波数を検知しよ
うというものである。

【００４２】図３は、かかるオフセット周波数検知方式
が適用されるオフセット周波数推定回路を示すブロック
図であり、図２と同等の部分には同一の符号が付されて
いる。図３において、シンボルサンプラ５からのサンプ
リング出力は、プリアンブル位相正規化回路７１におい
てプリアンブル内の各シンボルに対応する位相規格化係
数｛ａｋ：ｋ＝０，１，２，……，Ｎ｝が与えられ、遅
延回路７２及び位相変化量算出回路７３に供給される。
遅延回路７２は、入力シンボルを１シンボル分遅延させ
て位相変化量算出回路７３に送出する。位相変化量算出
回路７３は、プリアンブル位相正規化回路７１の出力と
遅延回路７２の出力とに基づいて各シンボル間における
位相変化量を｛ｂ（ｋ）：ｋ＝０，１，２，……，Ｎ−
１｝［rad/sec ］として算出する。得られた位相変化量
の各々は、位相加速度算出回路７４及びオフセット周波
数判定回路７５に送出される。位相加速度算出回路７４
は、送出された位相変化量に基づいて、さらにこれら変
化量間の変化の度合い、すなわち位相加速度を｛ｃ
（ｋ）：ｋ＝１，２，３，……，Ｎ−１｝［rad/sec²］
として求める。オフセット周波数判定回路７５は、この
求められた各位相加速度の値が最も小さいものに対応す
る位相変化量ｂ（ｋ）を、オフセット周波数ｆ0として
選択する。選択されたオフセット周波数ｆ0 は、次段オ
フセット補正回路７６においてＡＦＣ信号ｅ^-j2π
^(f0/fsym)tに採用され、このＡＦＣ信号がミキサ３に供
給される。ミキサ３は、ＡＦＣ信号をシンボルレート変
換部２からのオフセット周波数が乗っている受信データ
に乗じる。これにより、当該オフセット周波数による変
動分を取り除いたデータをパルス整形フィルタ４に送出
することができる。

【００４３】図４は、かかるオフセット周波数推定回路
ブロックのさらに具体的構成例を示すものであり、図３
と同等な部分には同一の符号が付され、また上記Ｎの数
を８としている。図４において、プリアンブル位相正規
化回路７１及び遅延回路７２は、係数付与部７１０ない
し７１８と、１シンボル遅延部７２１ないし７２８とか
らなり、プリアンブルのシンボルデータが１シンボル遅
延毎に係数付与部に入力されるような構成となってい
る。

【００４４】各係数付与部の出力は、位相変化量算出回
路７３において、複素共役演算部７３００ないし７３０
７の入力となる。各複素共役演算部の出力は、乗算部７
３１０ないし７３１７の一方の乗算入力となる。各乗算
部の他方の乗算入力には、一方のそれより１シンボル前
のシンボルデータに基づく，係数付与部の出力が直接導
かれる。これら乗算部は、一方及び他方の乗算入力を乗
算してｔａｎ^-1演算部７３２０ないし７３２７へ送出す
る。ｔａｎ^-1演算部は、その演算出力ｂ（ｋ）｛ｋ＝
０，１，２，……，７｝の各々を、シンボル間の位相変
化量信号として位相加速度算出回路７４及びオフセット
周波数判定回路７５に送出する。

【００４５】位相各速度算出回路７４においては、減算
部７４０１ないし７４０７によって、先ずｔａｎ^-1演算
部からの演算出力、すなわち各シンボル間位相変化量に
おける個々の差を求め、さらにこれら差の絶対値を絶対
値算出部７４１１ないし７４１７によって算出し、算出
した値ｃ（ｋ）｛ｋ＝１，２，３，……，７｝の各々を
位相加速度としてオフセット周波数判定回路７５に送出
する。

【００４６】オフセット周波数判定回路７５は、各入力
信号値のうち最も小さいものを判別する最小値判別部７
５１からなり、最も値の小さい位相加速度ｃ（ｋ）を示
す最小値指示信号ｓｗを得る。判定回路７５はまた、選
択部７５２において、この指示信号ｓｗに応じて、位相
変化量算出回路７３からの位相変化量信号ｂ（ｋ）のう
ちの１つをオフセット補正回路７６へ選択出力する。例
えば指示信号ｓｗがｋ＝５を指し示すものであれば、位
相変化量算出回路７３の位相変化量信号ｂ（５）を選択
出力する。

【００４７】このように、位相加速度（角加速度）の瞬
時値がゼロに最も近い場合の位相変化量からオフセット
周波数を推定しているのである。他方、上述した如き本
方式の原理を図によって描写すれば、例えば図５の如く
なる。図５において、縦軸Ｆは周波数［Ｈｚ］を横軸ｔ
×１／３０００は［ｓｅｃ］を示しており、当該グラフ
中の特性曲線は、ｒ（n）＝｛ｆ_sym／（２π）｝・ａｒ
ｇ［ｙ（n）／ｙ（n-1）］を示している。なお、シンボ
ル周波数ｆ_symを３０００Ｈｚとし、移動体速度を７０
Ｋｍ／ｈとしている。また、キャリア周波数は、１５０
ｋＨｚとして計算したものである。

【００４８】この特性曲線において、最もデータの密集
している付近、すなわち図中点線部の値をオフセット周
波数として採用するのが本方式である。従って、この場
合、オフセット周波数として３５０Ｈｚを適確にして得
られるのである。また参考までに、上記実施例によっ
て、オフセット周波数を３５０Ｈｚとし、キャリア周波
数ｆc＝１５０ＭＨｚとした場合のフェージング下での
オフセット周波数推定のシミュレーション結果を図６に
示す。

【００４９】図６において、縦軸Ｆは周波数［Ｈｚ］
を、横軸ｖは移動体である受信機の速度［Ｋｍ／ｈ］を
示しており、速度に対する依存性も示されている。これ
より、従来方式と比較して、同程度またはそれ以上の効
果が期待できることが分かる。なお、上記実施例におい
ては、シンボルレート変換部２の次段ミキサ３において
ＡＦＣ信号を印加する構成としたが、ダウンコンバート
ブロック１において印加して中心周波数を調整する構成
としても良く、要は得られたＡＦＣ信号によって自動周
波数制御がなされれば良い。また、上記実施例において
は、位相検出のためのシンボル番号Ｎを８としたが、こ
の数に限られることなく、適宜変更し得ることは勿論で
ある。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のオフセッ
ト周波数検知方法によれば、復調されたディジタル信号
の位相ψ（ｔ）を検出し、ｄ²ψ（ｔ）／ｄ²ｔの値が略
ゼロとなる時刻において、（１／２π）・ｄψ（ｔ）／
ｄｔの値によってオフセット周波数が定められる。ま
た、本発明のオフセット周波数検知回路によれば、復調
されたディジタル信号のタイムスロットにおける所定シ
ンボルの位相をタイムスロット毎に検出し、検出された
位相のシンボル間における位相変化量をタイムスロット
毎に算出し、その算出された位相変化量に基づいてシン
ボル間の位相加速度をタイムスロット毎に算出し、この
算出された位相加速度が最小であるときに対応する位相
変化量によってオフセット周波数が設定される。

【００５１】このように、本発明の微分型オフセット周
波数検知方式においては、位相加速度（角加速度）の瞬
時値がゼロに最も近いときの位相変化量からオフセット
周波数を推定するようにしているので、フェージングの
位相特性が一様分布に従う従わないに拘らず、また、そ
の他の不規則な外乱による位相変化に伝送信号がさらさ
れた場合にも、正確なオフセット周波数を検知できるこ
ととなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】オフセット周波数の検知とその補正についての
一般的な原理を説明するための図。

【図２】図１の原理によるオフセット周波数の検知を行
う一般的な受信機のブロック図。

【図３】本発明のオフセット周波数検知方式が適用され
る受信機のオフセット周波数推定回路を示すブロック
図。

【図４】図３におけるオフセット周波数推定回路ブロッ
クのさらに具体的構成例を示す回路図。

【図５】本発明のオフセット周波数の検知の原理を他方
の側面より描写して説明するための図。

【図６】本発明のオフセット周波数の検知の作用効果を
確認するための参考特性図。

【主要部分の符号の説明】

１ダウンコンバート・サンプリング・量子化部２シンボルレート変換部３ミキサ４パルス整形フィルタ５シンボルサンプラ６タイミング抽出部７ＡＦＣ系７ａ同期シンボルサンプラ７ｂ角度偏差推定部７ｃ周波数偏差推定部７ｄループフィルタ７ＡＡＦＣ系７１プリアンブル位相正規化回路７２遅延回路７３位相変化量算出回路７４位相加速度算出回路７５オフセット周波数判定回路７６オフセット補正回路７１０〜７１８係数付与部７２１〜７２８１シンボル遅延部７３００〜７３０７複素共役演算部７３１０〜７３１７乗算部７３２０〜７３２７ｔａｎ^-1演算部７４０１〜７４０７減算部７４１１〜７４１７絶対値算出部７５１最小値判定部７５２選択部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定周波数を有する搬送波がディジタル
信号によって変調された送信信号を受信して基準搬送波
信号に基づき前記ディジタル信号を復調する受信機にお
いて、前記所定周波数と前記基準搬送波信号の周波数と
の差をオフセット周波数として検知するオフセット周波
数検知方法であって、復調されたディジタル信号の位相ψ（ｔ）を検出し、ｄ
²ψ（ｔ）／ｄ²ｔの値が略ゼロとなる時刻において、
（１／２π）・ｄψ（ｔ）／ｄｔの値によって前記オフ
セット周波数を定めることを特徴とするオフセット周波
数検知方法。
【請求項２】所定周波数を有する搬送波がディジタル
信号によって変調された送信信号を受信して基準搬送波
信号に基づき前記ディジタル信号を復調する受信機にお
いて、前記所定周波数と前記基準搬送波信号の周波数と
の差をオフセット周波数として検知するオフセット周波
数検知回路であって、復調されたディジタル信号のタイムスロットにおける所
定シンボルの位相をタイムスロット毎に検出するシンボ
ル位相検出手段と、前記シンボル位相検出手段によって
検出された位相のシンボル間における位相変化量を前記
タイムスロット毎に算出する位相変化量算出手段と、前
記位相変化量算出手段によって算出された位相変化量に
基づいてシンボル間の位相加速度を前記タイムスロット
毎に算出する位相加速度算出手段とを有し、前記位相加
速度算出手段によって算出された位相加速度が最小であ
るときに対応する前記位相変化量によって前記オフセッ
ト周波数を定めることを特徴とするオフセット周波数検
知回路。
【請求項３】前記所定シンボルは、前記タイムスロッ
トにおけるプリアンブルに存在する同期シンボルである
ことを特徴とする請求項２記載のオフセット周波数検知
回路。
【請求項４】請求項１記載の方法によって検知された
オフセット周波数により自動周波数制御を行うことを特
徴とする受信機。