JP2012205121A - 周波数オフセット補償装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本開示の一実施形態に係る周波数オフセット補償装置は、第1推定部、第2推定部、設定部、合成部、および補償部を含む。第1推定部は、第1既知信号を用いて第1位相回転量を推定する。第2推定部は、前記第1既知信号よりも信号区間長が長い第2既知信号を用いて第2位相回転量を推定する。設定部は、信号の受信電力の大きさに応じて重み係数を設定する。合成部は、前記重み係数を用いて、前記第1位相回転量と前記第2位相回転量とを重み付けして合成したオフセット補償値を算出する。補償部は、前記オフセット補償値を用いて位相回転を補償する。設定部は、前記受信電力が閾値より小さい場合、前記第2位相回転量の重み係数を第1値に設定し、該受信電力が該閾値以上である場合、該第2位相回転量の重み係数を該第1値よりも小さい第2値に設定する。
【選択図】図1
Description
本発明の一観点は、性能劣化を改善することができる周波数オフセット補償装置を提供することを目的とする。
本実施形態に係る周波数オフセット補償装置について図1のブロック図を参照して説明する。この周波数オフセット補償装置は、受信側の無線通信端末に備えられても良く、送信側の無線通信端末から受信した信号についての周波数オフセットを補償することができる。この周波数オフセット補償装置は、受信側の無線通信端末に内蔵される半導体集積回路として実現することができる。
第1セレクタ102は、後述する位相補償部108から第1既知信号を受け取った場合は、第1位相回転量推定部103へ出力し、位相補償部108から第2既知信号を受け取った場合は、第2位相回転量推定部104へ出力する。
重み係数設定部105は、シンセサイザから発生する位相雑音と、ホワイトノイズなどに代表される熱雑音との相対量に応じて重み係数を設定する。重み係数設定部105の詳細については、図4を参照して後述する。
第2セレクタ107は、第1位相回転量推定部103から第1位相回転量を、位相回転合成部106からオフセット補償値をそれぞれ受け取る。第2セレクタ107は、第1既知信号の受信を完了した場合は、第1位相回転量を出力し、第2既知信号の受信を完了した場合は、オフセット補償値を出力とする。
位相補償部108は、外部から受信信号を受け取り、第2セレクタ107から第1位相回転量またはオフセット補償値を受け取る。位相補償部108は、第1位相回転量またはオフセット補償値を用いて受信信号のサンプルごとの位相補償値を算出し、受信信号の位相回転を補償することで、周波数オフセットを補正する。
図2に示すように、信号のフォーマットは、先頭から順に、第1既知信号201、第2既知信号202、及びデータ信号203を含む。第2既知信号202は、第1既知信号201よりも信号の時間的な長さが長い。すなわち、第2既知信号202は、第1既知信号201よりも信号区間が長い。第1既知信号201は、x1,x2,・・・,xn(nは自然数)として、n個のサンプルにてサンプルされる。第2既知信号202は、xn+1,xn+2,・・・,xn+m(mは自然数であり、m>nとする)として、m個のサンプルにて、サンプルされる。データ信号203には、所望のペイロードデータが含まれる。
本実施形態では、第1既知信号を用いて粗推定を行ない、粗推定で取り除けなかった残留分について第2既知信号を用いて微推定を行なう。
ステップS301では、位相補償部108が、補償値を0として、サンプル毎の位相補償を行う。
ステップS302では、制御部101が、データ信号を受信中であるかどうかを判定する。データ信号受信中は、周波数オフセット補償装置100の出力端子に出力し、データ信号を受信中でない場合はステップS303へ進む。
ステップS304では、第1セレクタ102が、位相補償部108から受け取った第1既知信号を第1位相回転量推定部103に出力する。
ステップS305では、第1位相回転量推定部103が、第1既知信号を用いて、周波数オフセットによって生じるサンプル間の位相変位の推定を行い、第1位相回転量θ1を算出する。第1位相回転量の算出法は任意で良い。
ステップS306では、第1位相回転量推定部103が、第1既知信号の受信終了時、つまり、第2既知信号の受信開始時に、位相回転量θ3をθ1に更新する。
再び、ステップS301に戻り、位相補償部108が、ステップS307で算出した位相補償値を用いて、第2既知信号の位相補償を行う。
ステップS308では、第1セレクタ102が、位相補償部108から受け取った第2既知信号を第2位相回転量推定部104に出力する。
ステップS309では、第2位相回転量推定部104が、第2既知信号を用いて、第1位相回転量推定部で推定できずに残留した周波数オフセットによって生じるサンプル間の位相変位の推定を行い、第2位相回転量θ2を算出する。第1位相回転量と同様に、第2位相回転量の算出法は任意で良い。
ステップS311では、第2既知信号の受信が終了時、つまり、データ信号の受信開始時に、位相回転量θ3をθ’に更新する。なお、ステップS307では、位相補償部108が、ステップS311でθ’に更新されたθ3を用いてサンプル毎の位相補償値を算出する。
1つ目の方法は、上述した、Nサンプル時間だけ過去に受信したサンプルyk-Nの複素共役演算処理した値と現サンプルykとの相関処理演算を行なう方法であり、第2位相回転量推定部104においてサンプル数が異なる以外は同じ処理を行なう。第2位相回転量推定部104は、Nサンプルの整数倍離れたサンプル間で処理を行なう。
次に、2つ目の方法について説明する。第1位相回転量推定部103は、受信した第1既知信号と送信用にあらかじめ用意した第1既知信号xkを複素共役処理演算した値の相関処理を行なう。以下の式(4)を用いて、送信信号に対する各サンプルの位相回転量を示す複素数ベクトルZ”kを算出する。
本実施形態では、位相雑音と熱雑音との相対量の指標として、入力された受信信号を電力信号に変換することにより受信電力などの電力検出を行う電力検出器(図示せず)の出力を用いる。なお、電力検出器は、周波数オフセット補償装置100の前段、後段、内部を問わず、任意の位置に設ければよい。
ステップS402では、位相雑音よりも熱雑音の影響のほうが大きいと考えられるため、熱雑音を平均化するために、推定精度の高い第2既知信号を用いた第2位相回転量推定部104の微推定の結果を多く反映させるため、重み係数αを大きい値、ここでは、α1(α1は任意の正数)に設定する。
ステップS403では、熱雑音よりも位相雑音の影響のほうが大きいと考えられるため、ステップS402で設定した重み係数α1よりも重み係数を小さい値、α2に設定する(α2は任意の正数かつ、α1>α2)。低周波数成分が多く含まれる位相雑音に対しては、第1位相回転量推定部103及び第2位相回転量推定部104ともに十分に抑圧することができず、共に推定精度が劣化する。よって、重み付け合成することにより推定精度を改善する。
位相回転合成部106は、第1位相回転量推定部の位相回転量θ1と、第2位相回転量推定部出力θ2と、重み係数設定部105から出力される重み係数αを用いて、式(6)で示す位相回転の合成を行い、オフセット補償値θ’を算出する。
図5は、周波数推定誤差に対する相補累積分布関数(CCDF:Complementary Cumulative Distribution Function)特性を示す。グラフ501は従来方式を用いた場合の結果であり、グラフ502は本実施形態に係る周波数オフセット補償装置を用いた場合の結果である。図5に示すように、例えば周波数推定誤差4ppm以上となる確率は、グラフ502は、グラフ501の従来方式に比べ約1/2となっており、推定精度の劣化が軽減されていることがわかる。
本実施形態に係る第1の変形例では、重み係数設定部105で設定される重み係数αを、位相雑音と熱雑音との相対量に指標として、受信電力ではなく受信装置の状態を参照する点が異なる。
一般に、待ち受け状態の場合、受信装置は間欠的に動作する間欠受信を行っており、周期的に各回路を停止させることにより低消費電力化を図っている。この際、各回路において、停止状態から復帰状態になるまで(起動時間)に時間を要すると、停止状態の時間を短くする必要があり、低消費電力化の妨げとなる。特に、シンセサイザにおいては、周波数をロックさせるのに大きな時間を要するため、他の回路に比べ、待ち受け状態における消費電力削減が必要となる。
第1の変形例では、位相雑音耐性を有するように、粗推定と微推定との重み付けを調整して位相補償値を算出することで、シンセサイザの周波数をロックさせる前に受信信号の復調処理を開始できるため、システム全体として起動時間が短縮でき、低消費電力化を図ることができる。
ステップS601では、装置が待ち受け状態であるかどうかを判定する。待ち受け状態ではない場合は、ステップS602へ進み、待ち受け状態である場合は、ステップS603へ進む。
ステップS602では、装置が通信状態にあり、位相雑音よりも熱雑音の影響の方が大きいと考えられるため、微推定の結果を多く反映させるように、重み係数αの値を大きい値(α1)に設定する。
ステップS603では、装置が待ち受け状態にあり、熱雑音よりも位相雑音の影響の方が大きいと考えられるため、ステップS602で決定した重み係数αの値よりも小さくなるように重み係数αの値をα2に設定する。
第2の変形例では、位相雑音と熱雑音との相対量の指標として、物理層のヘッダ情報を用いる点が異なる。ヘッダ情報が高速データ通信の状態を示す場合は、受信装置が高SNR領域で動作すると考えられるため、熱雑音と比較して位相雑音の影響が大きいと想定できるためである。
ステップS701では、ヘッダ情報から高速通信用のデータであるかどうかを判定する。高速通信用のデータではない場合、例えば低速通信用のデータである場合、ステップS702に進み、高速データ通信用のデータである場合、ステップS703に進む。
ステップS702では、低速通信である場合は熱雑音の影響が大きいと考えられるため、微推定の結果を大きく反映させ重み付け係数αの値を大きく設定(α1)する。
ステップS703では、高速通信用である場合は熱雑音の影響が小さいと考えられるので、低速用である場合と比較して重み係数を小さく設定(α2)する。
以下、従来の周波数オフセット技術について説明する。
まず、周波数引き込み範囲を広げるため、周期が短い既知信号を用いて、周波数オフセットにより生じる位相回転量θ1を推定する粗推定を行う。粗推定を行なった後、粗推定で取り除けなかった残留分を推定する目的で、周期が長い既知信号を用いて位相回転量θ2を推定する微推定を行なう。最後に、粗推定と微推定との値を加算し、加算結果θ’を用いて周波数オフセットを補償する。加算結果θ’は、式(8)より算出することができる。
Claims (3)
- 第1既知信号を用いて第1位相回転量を推定する第1推定部と、
前記第1既知信号よりも信号区間長が長い第2既知信号を用いて第2位相回転量を推定する第2推定部と、
信号の受信電力の大きさに応じて重み係数を設定する設定部と、
前記重み係数を用いて、前記第1位相回転量と前記第2位相回転量とを重み付けして合成したオフセット補償値を算出する合成部と、
前記オフセット補償値を用いて位相回転を補償する補償部と、を具備し、
前記設定部は、前記受信電力が閾値よりも小さい場合、前記第2位相回転量の重み係数を第1値に設定し、該受信電力が該閾値以上である場合、該第2位相回転量の重み係数を該第1値よりも小さい第2値に設定することを特徴とする周波数オフセット補償装置。 - 第1既知信号を用いて第1位相回転量を推定する第1推定部と、
前記第1既知信号よりも信号区間長が長い第2既知信号を用いて第2位相回転量を推定する第2推定部と、
装置の状態に応じて重み係数を設定する設定部と、
前記重み係数を用いて、前記第1位相回転量と前記第2位相回転量とを重み付けして合成したオフセット補償値を算出する合成部と、
前記オフセット補償値を用いて位相回転を補償する補償部と、を具備し、
前記設定部は、前記装置が待ち受け状態でない場合、前記第2位相回転量の重み係数を第1値に設定し、該装置が前記待ち受け状態にある場合、該第2位相回転量の重み係数を該第1値よりも小さい第2値に設定することを特徴とする周波数オフセット補償装置。 - 第1既知信号を用いて第1位相回転量を推定する第1推定部と、
前記第1既知信号よりも信号区間長が長い第2既知信号を用いて第2位相回転量を推定する第2推定部と、
信号のヘッダ情報に基づいて重み係数を設定する設定部と、
前記重み係数を用いて、前記第1位相回転量と前記第2位相回転量とを重み付けして合成したオフセット補償値を算出する合成部と、
前記オフセット補償値を用いて位相回転を補償する補償部と、を具備し、
前記設定部は、ヘッダ情報に低速通信用の情報が含まれる場合、前記第2位相回転量の重み係数を第1値に設定し、該ヘッダに高速通信用の情報が含まれる場合、該第2位相回転量の重み係数を該第1値よりも小さい第2値に設定することを特徴とする周波数オフセット補償装置。
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