特開 2024-178806 無線通信装置および周波数誤差演算方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178806

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】無線通信装置および周波数誤差演算方法

(51)【国際特許分類】

   H04B 1/16 20060101AFI20241218BHJP

【ＦＩ】

H04B1/16 R

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023097231

(22)【出願日】2023-06-13

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】山北 晃大

【テーマコード（参考）】

5K061

【Ｆターム（参考）】

5K061CC53

5K061CD04

(57)【要約】

【課題】周波数誤差を精度高く推定可能で、しかも、ＡＦＣ回路の簡易化が可能な無線通信装置を提供する。
【解決手段】送受信間の周波数誤差を補正するための第２のＡＦＣ回路２を備える無線通信装置であって、第２のＡＦＣ回路２は、受信信号のうち既知の信号の信号区間をパイロット信号区間、パイロット信号区間以外の信号区間をデータ信号区間とし、パイロット信号区間とデータ信号区間の信号を使用して、各遅延回路３で受信信号を所定シンボル数遅延させ、これらの遅延信号を加算器４で積算し、この積算値と受信信号とを乗算器５で乗算して周波数誤差変換部６で周波数誤差を演算する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送受信間の周波数誤差を補正するためのＡＦＣ回路を備える無線通信装置であって、
前記ＡＦＣ回路は、受信信号のうち既知の信号の信号区間をパイロット信号区間、前記パイロット信号区間以外の信号区間をデータ信号区間とし、前記パイロット信号区間と前記データ信号区間の信号を使用して、前記受信信号を所定シンボル数遅延させた遅延信号を積算し、該積算値と前記受信信号との相関に基づいて周波数誤差を演算する、
ことを特徴とする無線通信装置。

【請求項2】

前記ＡＦＣ回路は、周波数が非同期の際には、前記パイロット信号区間の信号を使用して前記周波数誤差を演算し、周波数が同期中の際には、前記パイロット信号区間と前記データ信号区間の信号を同時に使用して前記周波数誤差を演算する、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。

【請求項3】

送受信間の周波数誤差を演算する周波数誤差演算方法であって、
受信信号のうち既知の信号の信号区間をパイロット信号区間、前記パイロット信号区間以外の信号区間をデータ信号区間とし、前記パイロット信号区間と前記データ信号区間の信号を使用して、前記受信信号を所定シンボル数遅延させた遅延信号を積算し、該積算値と前記受信信号との相関に基づいて周波数誤差を演算する、
ことを特徴とする周波数誤差演算方法。

【請求項4】

周波数が非同期の際には、前記パイロット信号区間の信号を使用して前記周波数誤差を演算し、周波数が同期中の際には、前記パイロット信号区間と前記データ信号区間の信号を同時に使用して前記周波数誤差を演算する、
ことを特徴とする請求項３に記載の周波数誤差演算方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、送受信間の周波数誤差を補正するためのＡＦＣ（Automatic Frequency Control、自動周波数制御）回路を備えた無線通信装置および、送受信間の周波数誤差を演算する周波数誤差演算方法に関する。

【背景技術】

【0002】

送受信間のローカル周波数誤差がある無線システムにおいては、従来から、ローカル周波数誤差を補正することを目的としてＡＦＣ回路が用いられている。例えば、衛星通信システムでは、低ＣＮＲ（Carrier to Noise Ratio；キャリア対雑音比）条件を想定するため、既知の信号区間であるパイロット信号のみを用いて、修正Ｌ＆ＲアルゴリズムによるＡＦＣ回路が適用されていた（例えば、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【非特許文献1】ＥＴＳＩ ＴＲ １０２ ３７６ Ｖ１．１．１（２００５－０２）“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ（ＤＶＢ） Ｕｓｅｒ ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ， Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ， Ｎｅｗｓ Ｇａｔｈｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ（ＤＶＢ-Ｓ２）“

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の修正Ｌ＆Ｒアルゴリズムでは、ローカル周波数誤差の変動が相対的に大きくなるような低シンボルレートの信号の場合、ローカル周波数誤差の推定精度が悪くなる、という問題があった。また、従来の修正Ｌ＆Ｒアルゴリズムでは、遅延シンボルごとに乗算処理および累積（積算）処理を行うため（詳細は後述する。）、回路構成が複雑となる、という問題があった。

【0005】

そこで本発明は、周波数誤差を精度高く推定可能で、しかも、ＡＦＣ回路の簡易化が可能な無線通信装置および周波数誤差演算方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、送受信間の周波数誤差を補正するためのＡＦＣ回路を備える無線通信装置であって、前記ＡＦＣ回路は、受信信号のうち既知の信号の信号区間をパイロット信号区間、前記パイロット信号区間以外の信号区間をデータ信号区間とし、前記パイロット信号区間と前記データ信号区間の信号を使用して、前記受信信号を所定シンボル数遅延させた遅延信号を積算し、該積算値と前記受信信号との相関に基づいて周波数誤差を演算する、ことを特徴とする。

【0007】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無線通信装置において、前記ＡＦＣ回路は、周波数が非同期の際には、前記パイロット信号区間の信号を使用して前記周波数誤差を演算し、周波数が同期中の際には、前記パイロット信号区間と前記データ信号区間の信号を同時に使用して前記周波数誤差を演算する、ことを特徴とする。

【0008】

請求項３に記載の発明は、送受信間の周波数誤差を演算する周波数誤差演算方法であって、受信信号のうち既知の信号の信号区間をパイロット信号区間、前記パイロット信号区間以外の信号区間をデータ信号区間とし、前記パイロット信号区間と前記データ信号区間の信号を使用して、前記受信信号を所定シンボル数遅延させた遅延信号を積算し、該積算値と前記受信信号との相関に基づいて周波数誤差を演算する、
ことを特徴とする。

【0009】

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の周波数誤差演算方法において、周波数が非同期の際には、前記パイロット信号区間の信号を使用して前記周波数誤差を演算し、周波数が同期中の際には、前記パイロット信号区間と前記データ信号区間の信号を同時に使用して前記周波数誤差を演算する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

請求項１および請求項３に記載の発明によれば、パイロット信号区間のみではなく、データ信号区間も含めた多くの信号を使用して周波数誤差を演算するため、周波数誤差の変動が相対的に大きくなるような場合でも、周波数誤差を精度高く推定することが可能となる。つまり、周波数補正に使用するシンボル数が増加するとともに、シンボルごとに周波数補正・更新が可能なため、周波数変動に対して精度高く追従することが可能となる。また、従来のような遅延信号ごとの乗算処理や累積処理を行わずに、受信信号を所定シンボル数遅延させた遅延信号を積算し、その積算値と受信信号との相関に基づいて周波数誤差を演算するため、ＡＦＣ回路を簡易化することが可能となる。

【0011】

請求項２および請求項４に記載の発明によれば、周波数が非同期の際、つまり、周波数誤差が大きい状態では、データ信号区間の信号を使用しないで既知の信号を使用して周波数誤差を演算するため、周波数誤差を精度高く推定することが可能となる。また、周波数が同期中の際、つまり、周波数誤差が小さい状態では、パイロット信号区間とデータ信号区間の多くの信号を同時に使用して周波数誤差を演算するため、周波数誤差を精度高く推定することが可能となる。そして、このような切り替え（２つの演算）を同じＡＦＣ回路で行うことが可能なため、回路構成を簡易化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明の実施の形態に係る無線通信装置の送信系の概略構成ブロック図（ａ）と、受信系の概略構成ブロック図（ｂ）を示す図である。

【図2】この発明の実施の形態における送信信号パターン例を示す図である。

【図3】図１（ｂ）の第２のＡＦＣ回路を示す概略構成ブロック図である。

【図4】従来の周波数誤差演算方法を示す概念図（ａ）と、この発明の実施の形態の周波数誤差演算方法を示す概念図（ｂ）である。

【図5】従来のＡＦＣ回路を示す概略構成ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0014】

図１は、この実施の形態に係る無線通信装置１の送信系の概略構成ブロック図（ａ）と、受信系の概略構成ブロック図（ｂ）を示す図である。この無線通信装置１は、送受信間の周波数誤差を補正するための第２のＡＦＣ回路（ＡＦＣ回路、図１（ｂ）のＡＦＣ２）２を備え、この第２のＡＦＣ回路２が従来の無線通信装置と構成が異なるため、第２のＡＦＣ回路２について主として以下に説明する。

【0015】

ここで、この実施の形態における無線通信装置１は、衛星放送の伝送路規格であるＤＶＢ－Ｓ．２規格を満たすように構成され、送信信号・受信信号は、例えば、図２に示すような信号パターンとなっている。すなわち、送信信号・受信信号のうち既知の信号であるＰＬヘッダ信号およびパイロット信号の信号区間をパイロット信号区間ＰＢ、パイロット信号区間ＰＢ以外の信号区間（データ信号を含む未知の信号の区間）をデータ信号区間ＤＢとする。そして、所定のシンボル数のパイロット信号区間ＰＢと所定のシンボル数のデータ信号区間ＤＢとが交互に配列されているものとする。

【0016】

また、図１（ｂ）に示すように、受信系の第２のＡＦＣ回路２よりも上流側（アンテナ側）には、従来と同様に、大きい周波数誤差を補正する（周波数を粗調整する）ための第１のＡＦＣ回路（ＡＦＣ１）を備え、第２のＡＦＣ回路２は、周波数を微調整する（小さい周波数誤差を補正する）ための回路となっている。

【0017】

第２のＡＦＣ回路２は、パイロット信号区間ＰＢとデータ信号区間ＤＢの信号を使用して、受信信号を所定シンボル数遅延させた遅延信号を積算し、該積算値と受信信号との相関に基づいて周波数誤差を演算する。すなわち、図３に示すように、パイロット信号区間ＰＢとデータ信号区間ＤＢを含む（区別しない）各受信信号ｒ_iを、第１の遅延回路３₁で１シンボル遅延させ、第２の遅延回路３₂で２シンボル遅延させる、というように所定シンボル数遅延させる。ここで、図３では、２シンボル遅延まで図示しているが、所定シンボル数、例えば、パイロット信号区間ＰＢのシンボル数だけ遅延させる。後述する図４、図５についても、同様に２シンボル遅延まで図示している。

【0018】

そして、これらの遅延信号ｒ^* _i-k（ｉ＝対象受信信号の順位・順番、ｋ＝遅延シンボル数）を加算器４で積算・加算し、この積算値Σ（ｒ^* _i-k）と受信信号ｒ_iとを「ｉ」ごとにそれぞれ乗算器５で乗算（相関を演算）し、その相関値に基づいて周波数誤差変換部６で周波数誤差を演算する。このような演算をパイロット信号区間ＰＢかデータ信号区間ＤＢかに関わらず、シンボルごとに行って周波数誤差を更新する。さらに、周波数が非同期の際（初期引き込み時）には、パイロット信号区間ＰＢの信号のみを使用して周波数誤差を演算し、周波数が同期中の際（引き込み後）には、パイロット信号区間ＰＢとデータ信号区間ＤＢの信号を同時に使用して周波数誤差を演算する。

【0019】

このような処理を詳細に説明するために、従来の修正Ｌ＆Ｒアルゴリズムと合わせて説明する。まず、パイロット信号のみを用いた従来の修正Ｌ＆Ｒアルゴリズムでは、周波数誤差推定値は、次式で表される。ここで、Ｎは、１ブロック（１つのパイロット信号区間ＰＢ）のパイロット信号数、Ｍは、使用する遅延（差動）シンボル数（遅延させるシンボル数）の最大値、ｒ_iは、ｉ番目のパイロット信号を示す。

【数1】

【0020】

すなわち、図４の（ａ）に示すように、ハッチング部分をパイロット信号とした場合、元のパイロット信号（受信信号）と遅延させたパイロット信号とが重なる信号（図中「＃」を付した信号）で、それぞれ乗算する。例えば、元のパイロット信号の４番目（＃４）と１シンボル遅延させたパイロット信号の３番目（＃３）とを乗算し、元のパイロット信号の５番目（＃５）と１シンボル遅延させたパイロット信号の４番目（＃４）とを乗算するとともに、元のパイロット信号の５番目（＃５）と２シンボル遅延させたパイロット信号の３番目（＃３）とを乗算させる、というように順次乗算する。

【0021】

このため、図５に示すように、遅延シンボル数ｋごとに乗算器１０１を備え、受信信号ｒ_iと遅延信号ｒ^* _i-kを順次乗算する。次に、これらの乗算値を遅延シンボル数ｋごとに積算器（累積器）１０２で積算・累積してＲ（ｋ）を算出し、これらのＲ（ｋ）を加算器１０３で加算して周波数誤差変換部１０４で周波数誤差を演算する。このような演算をブロック（パイロット信号区間ＰＢ）ごとに行って、周波数誤差を更新する。

【0022】

これに対して、この実施の形態では、図４の（ｂ）に示すように、ハッチング部分であるパイロット信号だけではなく、データ信号をも含めて、元の受信信号と遅延信号とを順次乗算する。例えば、元の信号の４番目（パイロット信号）と１シンボル遅延させた信号の３番目（パイロット信号）とを乗算するとともに、元の信号の４番目（パイロット信号）と２シンボル遅延させた信号の２番目（データ信号）とを乗算させる、というように順次乗算する。

【0023】

さらに、上記のように、周波数の非同期中には、元のパイロット信号と遅延させたパイロット信号とがすべて重なる信号（図４の（ｂ）の「＃」を付した信号）のみを使用して周波数誤差を演算する。一方、周波数の同期中には、パイロット信号とデータ信号を含む全信号（図４の（ｂ）のすべての元の受信信号と遅延信号）を使用して周波数誤差を演算する。

【0024】

このように、修正Ｌ＆Ｒアルゴリズムをデータ信号区間ＤＢまで拡張する場合、Ｒ（ｋ）は、ｋシンボル離れの遅延（差動）信号結果の平均値であり、Ｎによる１ブロック内のパイロット信号数に限る必要がない。従って、周波数誤差推定値を次式で表すことが可能となり、Ｒ（ｋ）の算出時の乗算をｋシンボル離れの信号の総和後に実施することが可能となる。

【数2】

【0025】

このため、上記のように、加算器４ですべての遅延信号ｒ^* _i-kを積算した後に、その積算値Σ（ｒ^* _i-k）と受信信号ｒ_iとを乗算器５で乗算する。これにより、従来のように、遅延シンボル数ｋごとに乗算器１０１や積算器１０２を備える必要がない。

【0026】

一方、周波数誤差が小さい場合には、遅延シンボル数ｋが大きいほど周波数誤差推定値の精度が向上するのは明らかである。このため、任意のシンボル離れのみを使用するように拡張すると、周波数誤差推定値を次式で表すことが可能となる。ここで、ｇ（ｋ）は、使用する遅延シンボル数の場合には「１」、使用しない場合には「０」となる関数である。

【数3】

【0027】

さらに、この実施の形態では、上記のように、選択可能な遅延シンボル数ｋを非同期中（同期前）と同期中とで別とする。例えば、周波数の同期前は、パイロット信号区間ＰＢのシンボルから選択可能で、周波数の同期中は、パイロット信号区間ＰＢおよびデータ信号区間ＤＢのシンボルから、あるいはパイロット信号区間ＰＢまたはデータ信号区間ＤＢのシンボルから選択可能となっている。ここで、周波数同期を判断する手法は、どのようなものでもよいが、例えば、受信系の「フレーム検出」において、フレーム同期が取れた場合(連続して正しいタイミングでフレーム先頭タイミングが得られた場合)に、同期中と判断することが挙げられる。

【0028】

また、実際に演算により算出される値は、次式の部分であり、テーブルによってａｒｇ変換（複素数における偏角変換）し、変換係数を乗算して周波数誤差推定値に変換する。このため、変換係数がレジスタ設定値であり、使用する遅延シンボル数ｋに対応した値に設定されている。

【数4】

【0029】

このように、第２のＡＦＣ回路２による周波数誤差演算方法では、パイロット信号区間ＰＢとデータ信号区間ＤＢの信号を使用して、受信信号ｒ_iを所定シンボル数遅延させた遅延信号（ｒ^* _i-k）を積算し、その積算値Σ（ｒ^* _i-k）と受信信号ｒ_iとの相関に基づいて周波数誤差を演算する。この際、周波数が非同期の際には、パイロット信号区間ＰＢの信号のみを使用して周波数誤差を演算し、周波数が同期中の際には、パイロット信号区間ＰＢとデータ信号区間ＤＢの信号を同時に使用して周波数誤差を演算するものである。

【0030】

ここで、上記のようにして演算した周波数誤差推定値において、推定精度を高めるために平均化処理を上記のａｒｇ変換前に実施する。すなわち、低ＣＮＲの環境では、ａｒｇ変換後に平均処理を行うと、収束値がずれて精度が上がらないため、ａｒｇ変換前に平均処理を行う。

【0031】

一方で、上記のように、同期前と同期中とで遅延シンボル数ｋが異なるため、ａｒｇ変換前の値が異なる。このため、同期前の平均値Ｒ_unsyncを同期中の平均値Ｒ_syncとして使用するために、次式による変換処理を行う。

【数5】

【0032】

以上のように、この無線通信装置１および周波数誤差演算方法によれば、パイロット信号区間ＰＢのみではなく、データ信号区間ＤＢも含めた多くの信号を使用して周波数誤差を演算するため、周波数誤差の変動が相対的に大きくなるような場合でも、周波数誤差を精度高く推定することが可能となる。つまり、周波数補正に使用するシンボル数が増加するとともに、シンボルごとに周波数補正・更新が可能なため、周波数変動に対して精度高く追従することが可能となる。また、従来のような遅延信号ごとの乗算処理や累積処理を行わずに、受信信号を所定シンボル数遅延させた遅延信号を積算し、その積算値と受信信号との相関に基づいて周波数誤差を演算するため、第２のＡＦＣ回路２を簡易化することが可能となる。

【0033】

また、周波数が非同期の際、つまり、周波数誤差が大きい状態では、データ信号区間ＤＢの信号を使用しないで既知の信号であるパイロット信号を使用して周波数誤差を演算するため、周波数誤差を精度高く推定することが可能となる。また、周波数が同期中の際、つまり、周波数誤差が小さい状態では、パイロット信号区間ＰＢとデータ信号区間ＤＢの多くの信号を同時に使用して周波数誤差を演算するため、周波数誤差を精度高く推定することが可能となる。そして、このような切り替え（２つの演算）を同じ第２のＡＦＣ回路２で行うことが可能なため、回路構成を簡易化することが可能となる。

【0034】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、衛星放送に使用される無線通信装置１の場合について説明したが、その他のアプリケーションの無線通信装置にも適用可能である。

【符号の説明】

【0035】

１ 無線通信装置
２ 第２のＡＦＣ回路（ＡＦＣ回路）
３ 遅延回路
４ 加算器
５ 乗算器
６ 周波数誤差変換部
ＰＢ パイロット信号区間
ＤＢ データ信号区間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】