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JP2004140790A - Automatic frequency control signal generating circuit, receiving apparatus, base station apparatus, wireless transmitting / receiving system, and frequency error detecting method in wireless communication apparatus - Google Patents

Automatic frequency control signal generating circuit, receiving apparatus, base station apparatus, wireless transmitting / receiving system, and frequency error detecting method in wireless communication apparatus Download PDF

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JP2004140790A
JP2004140790A JP2003206765A JP2003206765A JP2004140790A JP 2004140790 A JP2004140790 A JP 2004140790A JP 2003206765 A JP2003206765 A JP 2003206765A JP 2003206765 A JP2003206765 A JP 2003206765A JP 2004140790 A JP2004140790 A JP 2004140790A
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日暮 欽一
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Hitachi Kokusai Electric Inc
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Abstract

【課題】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を提供する。
【解決手段】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。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。この位相偏移から入力信号の周波数偏移を検出する。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、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する。
【選択図】 図1
Kind Code: A1 The present invention provides quick frequency correction control for a wide range of frequency errors in a wireless communication device.
A frequency error is detected by using a known symbol different from a data signal included in an input signal. At least two known symbols located at some distance from the input signal are extracted from the input signal. The phase shift of the two known symbols in the input signal is representative of the frequency shift of the input signal. From this phase shift, the frequency shift of the input signal is detected. A first symbol set including at least two different known symbols from the input signal and a second symbol set including at least two known symbols having a symbol interval different from the symbol interval of the first symbol set are extracted. Then, based on the extracted first and second symbol sets, a first frequency error and a second frequency error are detected, and one of the outputs of the first and second frequency error detectors is subjected to frequency error control. Select as signal.
[Selection diagram] Fig. 1

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(xとする)と、同期ワード第1シンボルのシンボルパターンsの複素共役s との複素の積y=x 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+ja(a、aは実数、jは虚数単位でj=√(−1))の複素共役はa=a−jaである。
【0027】
の演算は、シンボルパターンsに対してバッファ311のx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、xの位相をθx1、sの位相をθs1とし(図11(a)参照)、y=x の演算はs の位相が−θs1であり、yの位相はθ=θx1+(−θs1)でyの位相θがxとs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(xとする)と、同期ワード第9シンボルのシンボルパターンsの複素共役s との複素の積y=x を演算し、複素乗算器6013へ入力する。
【0029】
の演算に対するベクトル図が図7(b),(d)で、yの位相θがxとs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y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yと複素共役演算回路602の出力であるy との複素の積d=y 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、yの位相がθ、yの位相が−θで、dの位相はφ=θ+(−θ)でdの位相φがyとyの位相差を表す。
【0033】
上記θとθは、受信信号に周波数誤差がない場合はθ=θ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、θとθ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φ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x、x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φの絶対値|φ|を、予め設定した正の整数φthと比較し、|φ|≦φthならばスイッチ106の端子bと端子cを接続し、|φ|>φth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φまたは第2の周波数誤差検出部104の出力値φ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φthは、第1の周波数誤差検出部103の出力値φと第2の周波数誤差検出部104の出力値φ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φ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φ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、φth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φth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φの誤差がφth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x、x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x、x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x、x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x、x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φとφ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。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to automatic frequency control in a wireless communication device, and more particularly to automatic frequency control applicable to a digital receiver of a received signal whose modulation scheme is phase shift keying (PSK) or quadrature amplitude modulation (QAM).
[0002]
[Prior art]
In a receiver, a frequency error occurs in a detected signal between a carrier frequency of a received signal and a frequency to be demodulated due to a frequency error of an oscillator included therein. In particular, in a digital receiver for a reception signal of a PSK or QAM modulation method, an error occurs in demodulated data due to a frequency deviation, and thus automatic frequency control for correcting the frequency deviation is required.
[0003]
For example, Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, and Patent Literature 4 disclose a frequency error control technique in a wireless communication device.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-324080 A
[Patent Document 2]
JP-A-9-246916
[Patent Document 3]
JP-A-11-308157
[Patent Document 4]
JP-A-7-297779
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the frequency error control technique of the conventional wireless communication device, the receiving device or the transmitting device must perform a frequency error correcting operation to quickly and accurately converge to a correct frequency even if a wide range of frequency error occurs. There was nothing I could do.
[0006]
It is an object of the present invention to provide a circuit, an apparatus, a system, and a method therefor, which enable rapid frequency correction control for a wide range of frequency errors in a wireless communication apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the frequency error detection and frequency control according to the present invention, a frequency error is detected using a known symbol different from the data signal included in the input signal. At least two known symbols located at some distance from the input signal are extracted from the input signal. If no frequency shift occurs in the input signal, the two known separated symbols have a constant phase relationship and no phase shift (phase rotation). If there is a phase shift between two separated known symbols, a frequency shift has occurred. Thus, the phase shift of the two known symbols in the input signal is representative of the frequency shift of the input signal. If this phase shift can be detected, the frequency shift of the input signal can be known. The frequency error can be corrected by controlling the frequency of the reference frequency source of the receiving device or the transmitting device so that the detected frequency shift becomes zero.
[0008]
If the interval between two known symbols is small, the frequency range in which an error can be detected is large and the frequency can converge to the target value at high speed, but the error correction accuracy is low. If the interval between two known symbols is wide, the frequency range in which an error can be detected is small, and the speed at which the frequency converges to the target value is low, but the error correction accuracy is high. Therefore, by combining high-speed and low-precision error detection with low-speed and high-precision error detection, high-speed and high-precision frequency correction control can be performed for a wide range of frequency errors.
[0009]
According to the present invention, a first symbol set including at least two different known symbols from the input signal and a second symbol set including at least two known symbols having a symbol interval different from the symbol interval of the first symbol set are included. Extract. Then, a frequency error of the input signal is detected based on the extracted first symbol set and second symbol set, and a first frequency error and a second frequency error are detected. Can be selected as the frequency error control signal.
[0010]
According to one embodiment of the present invention, if the frame format of the input signal includes a known pilot signal, a data portion having a predetermined symbol length, and a known synchronization word symbol portion having a predetermined symbol length, One frequency error is detected based on at least two synchronization word symbols in the synchronization word symbol portion, and a second frequency error is detected based on the pilot signal and one synchronization word symbol in the synchronization word symbol portion. Detected.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Since the method of correcting the frequency deviation is different between the base station receiver and the terminal station receiver, each will be described below.
[0012]
First, the automatic frequency control in the base station receiver will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the base station receiver.
[0013]
A signal received from the antenna is input to the reception signal input terminal 301 and input to the reception high-frequency circuit 302. The reception high-frequency unit circuit 302 converts the frequency of a received high-frequency signal in a wireless band into an intermediate frequency that can be sampled by the A / D converter 303 and supplies the converted signal to the A / D converter 303. A signal of a reference frequency is input from the oscillator 310 to the reception high-frequency section circuit 302 and used as a reference signal for frequency conversion. The A / D converter 303 samples and quantizes the frequency-converted received signal into a digital signal, and inputs the digital signal to the quadrature detector 304.
[0014]
The quadrature detector 304 converts the intermediate frequency signal input from the A / D converter 303 into a baseband signal, and inputs the signal to the low-pass filter 305. The low-pass filter 305 is a low-pass filter having a root roll-off characteristic, removes unnecessary frequency components, and inputs the result to the frequency correction unit 306. The frequency correction unit 306 corrects the frequency deviation due to the error of the oscillator 310 using the frequency correction amount input from the frequency control unit 307 and inputs the frequency deviation to the demodulation circuit 308 and the buffer 311. The demodulation circuit 308 performs demodulation using the timing information input from the timing synchronization unit 312, and outputs the demodulated data to the demodulated data output terminal 309.
[0015]
The buffer 311 uses the timing information input from the timing synchronization unit 312 to accumulate the output signals of the frequency correction unit 306 in order from the top of the frame. The timing synchronization section 312 detects the position of the synchronization word from the signal stored in the buffer 311, calculates the delay time of the received signal based on the detected position, and inputs the delay time to the demodulation section 308 and the buffer 311 as timing information. In the demodulation unit 308 and the buffer 311, the timing information input from the timing synchronization unit 312 is reflected from the processing of the next frame.
[0016]
The frequency control unit 307 detects a frequency error from the signal stored in the buffer 311 and controls the frequency correction amount of the frequency correction unit 306 using the detected error.
[0017]
Next, an automatic frequency control method in the terminal station receiver will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the terminal station receiver.
[0018]
In the block diagram of FIG. 4, the configurations of the received signal input terminal 301, the reception high-frequency circuit 302, the A / D converter 303, the quadrature detector 304, and the low-pass filter 305 are the same as those in FIG. The output of the low-pass filter 305 is input to the demodulation circuit 308 and the buffer 311. The demodulation circuit 308 performs demodulation using the timing information input from the timing synchronization unit 312, and outputs the demodulated data to the demodulated data output terminal 309.
[0019]
The buffer 311 uses the timing information input from the timing synchronization section 312 to accumulate the output signals of the low-pass filter 305 in order from the top of the frame. The timing synchronization section 312 detects the timing from the signal accumulated in the buffer 311 and inputs timing information to the demodulation circuit 308 and the buffer 311.
[0020]
The frequency control unit 307 detects a frequency error from the signal accumulated in the buffer 311 and controls the control voltage of the voltage control oscillator 403 via the adder 401 and the D / A converter 402 using the detected error. The adder 401 adds a reference value to the correction value calculated by the frequency control unit 307, and inputs the result to the D / A converter 402. The D / A converter 402 converts the digital value input from the adder 401 into an analog voltage, and inputs the analog voltage to the voltage controlled oscillator 403.
[0021]
As a result, the oscillation frequency of the voltage controlled oscillator 403 is controlled, the frequency-controlled reference signal is input to the receiving high-frequency unit circuit 302, and the receiving high-frequency unit circuit 302 corrects the frequency deviation.
[0022]
Before describing the frequency control unit 307, a frame format of a received signal will be described with reference to FIG.
[0023]
In a digital wireless communication system, a transmission signal is divided by frames at a fixed time interval and is composed of a series of many frames. FIG. 5 is a diagram showing an example of the frame format of the received signal. The ramp section (R) is a section that gradually rises from a no-signal state (ramp-up), and is usually provided with about 3 to 4 symbols. The pilot symbol (P) is a known reference symbol for demodulating the data part signal, and is provided one symbol before, after, or in the middle of the data part signal. In the example of FIG. 5, one symbol is provided at each end of the data part signal. The synchronization word (SW) is a known symbol for performing frame synchronization, and is usually provided with about 10 to 20 symbols. The guard time (G) is a section for preventing interference between frames, and this section does not include information. It is also a section for gradually lowering to a no-signal state (ramp down), and about 5 to 10 symbols are provided in a guard section including 3 to 4 symbols of ramp down.
[0024]
Next, details of the frequency control unit 307 will be described with reference to FIG.
[0025]
The signal accumulated in the buffer 311 in FIG. 3 or 4 is input to the frequency error detection unit 201 via the input terminal 101. FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of the frequency error detection unit 201 in detail. FIG. 11 is a diagram in which a signal calculated by each block of the frequency error detection unit 201 is represented by a vector. The horizontal axis indicates the I component. The operation of the frequency error detection unit 201 will be described with reference to FIGS.
[0026]
The complex multiplier 6011 outputs the first symbol (x) of the synchronization word portion of the signal stored in the buffer 311.1) And the symbol pattern s of the first symbol of the synchronization word1Complex conjugate s of1 *Complex product of y1= X1s1 *And the result of the operation is input to the complex conjugate operation circuit 602. Here, complex conjugate means inverting the sign of the imaginary part. For example, a = ar+ Jai(Ar, AiIs a real number, j is an imaginary unit, and the complex conjugate of j = √ (−1) is a*= Ar-JaiIt is.
[0027]
y1Is calculated using the symbol pattern s1For x in buffer 3111Is performed to detect how much the phase is rotated. This operation will be described with reference to FIGS. 11A and 11C.1The phase of θx1, S1The phase of θs1(See FIG. 11A), y1= X1s1 *Is s1 *Is -θs1And y1Phase is θ1= Θx1+ (-Θs1) And y1Phase θ1Is x1And s1Represents the phase difference.
[0028]
The complex multiplier 6012 outputs the ninth symbol (x2) And the symbol pattern s of the ninth symbol of the synchronization word9Complex conjugate s of9 *Complex product of y2= X2s9 *Is calculated and input to the complex multiplier 6013.
[0029]
y27 (b) and 7 (d) are vector diagrams for the operation of2Phase θ2Is x2And s9Represents the phase difference.
[0030]
Complex operation circuit 602 receives y from complex multiplier 60111And the result of the operation is input to the complex multiplier 6013.
[0031]
The complex multiplier 6013 outputs y which is the output of the complex multiplier 6012.2And the output y of the complex conjugate operation circuit 6021 *Product of complex with d = y2y1 *Is calculated, and the calculation result is input to the phase detection circuit 603.
[0032]
The operation of d will be described with reference to the vector diagram of FIG.2Phase θ2, Y1Is -θ1And the phase of d is φ = θ2+ (-Θ1) And the phase φ of d is y1And y2Represents the phase difference of
[0033]
Above θ1And θ2Is θ if there is no frequency error in the received signal1= Θ2When there is a frequency error in the received signal, the phase of the received signal rotates by a fixed angle per unit time, and θ1And θ2Generates a phase difference, and the phase difference is proportional to the frequency error.
[0034]
The phase detection circuit 603 detects the phase φ of d input from the complex multiplier 6013, and inputs the phase φ to the positive / negative determination circuit 107 in FIG.
[0035]
The positive / negative determining unit 107 determines whether the phase shift amount φ detected by the frequency error detecting unit 201 is positive or negative. If φ> φ0, “+1”, if φ <−φ0, “−1”, | φ | ≦ If it is φ0, “0” is input to the integrator 108. Here, φ0 is 0 or a positive constant.
[0036]
The integrator 108 is internally provided with a memory for holding an output value, and is reset to “0” when the power is turned on. When “+1” is input from the positive / negative determining unit 107, the value ΔP is added to the value in the internal memory, and when “−1” is input, ΔP is subtracted from the value in the internal memory, and “0” is input. If this is done, the value in the internal memory is retained. Subsequently, the value of the internal memory is input to the frequency correction unit 306 of FIG. 3 or the adder 401 of FIG. 4 via the output terminal 109. Here, the value ΔP is a constant for adding to or subtracting from the internal memory, and is set according to the speed at which convergence is desired.
[0037]
The method of detecting the frequency deviation and generating the frequency control signal will be described in more detail with reference to FIG. FIGS. 12A and 12B are timing charts showing output signals of the frequency error detection unit 201, the positive / negative determination unit 107, and the integrator 108. FIG. 12A is a reception signal, and FIG. The output value of the shift amount φ, (c) is the positive / negative determination value input from the positive / negative determining unit 107 to the integrator 108, (d) is the integrated value inside the integrator 108, and (e) is the frequency correcting unit in FIG. 306 or the frequency correction amount input to the adder 401 in FIG.
[0038]
Since the calculation of the phase shift amount φ in FIG. 12B, the sign determination output of (c), and the integrated value of (d) are performed immediately after the synchronization word at the center of the frame is input, (b) to (d) ) Are output at 801-1, 801-2,... 801-N-1, 801-N, 801-N + 1.
[0039]
FIG. 12 illustrates a case where the frequency deviation is positive. Since the phase shift amount φ of (b) detected at the timing of 801-1 of frame 1 is φ> φ0, the positive / negative judgment output of (c) is +1 and + ΔP is added to the integrated value of (d). The integrated value of (d) is reflected as the frequency correction amount of (e) at the timing of 802-2 which is the head of the next frame, and the frequency of the received signal is corrected. In this frequency correction, the detected error is not corrected at one time, so that the frequency error still remains at the timing of 802-1, and the detection of the phase shift amount φ in the frame 2, the frame 3,... Repeat the correction.
[0040]
The detected value of the phase shift amount φ at the timing 801-N of the frame N is φ = φ0, the positive / negative determination output of (c) is 0, the integrated value of (d) converges, and the frequency correction of (e) is performed. The amount also converges after frame N.
[0041]
Since the frequency error detection unit 201 detects the frequency error based on the phase shift between two known symbols, the detectable range is that the absolute value | φ | of the phase shift φ between the two symbols used is 180 degrees. Less than the range.
[0042]
For example, in a radio system having a radio frequency of 60 MHz and a symbol rate of 11.25 kHz, if the allowable frequency range is ± 3 ppm, the maximum frequency deviation is ± 360 Hz (the maximum deviation is ± 3 ppm on the transmission side and ± 3 ppm on the reception side). 6 ppm = ± 360 Hz), the frame format of FIG. 5 uses two symbols of the synchronization word (SW), for example, the first symbol and the ninth symbol (interval of eight symbols), and has a maximum phase shift of 180 °, It can be detected up to 11.25 kHz × (180 degrees / 360 degrees) / 8 symbols = 703 Hz.
[0043]
The input signal contains distortion due to the distortion due to the group delay of the filter inside the reception high frequency section circuit and the influence of multipath on the propagation path. For example, assuming that the detected phase shift φ includes an error of 5 degrees due to this distortion (when the phase shift is detected by the phase shift between eight symbols), the frequency deviation is corrected to 11.25 kHz × (5 degrees / An error of (360 degrees) / 8 symbols = 19.5 Hz occurs.
[0044]
When the modulation scheme is a received signal of π / 4 shift QPSK, demodulation is performed with a phase difference from the previous symbol. In the case of the above error, the influence is almost 5 degrees / 8 symbols per symbol = 0.625 degrees. Absent.
[0045]
However, if an attempt is made to perform automatic frequency control by a method described above on a digital receiver for a received signal having a modulation scheme of PSK or QAM, an absolute phase (absolute phase and absolute amplitude in the case of QAM) is required. If the above error is present, for example, while demodulating a data portion signal of 64 symbols, the phase is rotated by 0.625 degrees × 64 symbols = 40 degrees, so that an error may occur in code determination and demodulation may not be performed.
[0046]
An embodiment of the frequency control of the present invention that solves such a problem will be described in detail below.
[0047]
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a circuit for generating a frequency control signal of a main part of a digital receiver that performs automatic frequency control according to the present invention.
[0048]
In FIG. 1, the first frequency error detector 103 calculates a phase shift amount φ between two symbols (for example, the first symbol and the ninth symbol) of the synchronization word from the buffer 311 in FIG.1Is detected and input to the terminal a of the switch 106 and the selection determination unit 105.
[0049]
Further, the second frequency error detecting section 104 determines whether the pilot symbol from the buffer 311 in FIG. 3 or 4 is equal to one symbol of the synchronization word (for example, the pilot symbol immediately after the ramp section and the first symbol of the synchronization word). The phase shift amount φ2 is detected and input to the terminal b of the switch 106.
[0050]
As the first frequency error detection unit 103, for example, the circuit shown in FIG. 6 described above can be used. The circuit shown in FIG. 7 can be used for the second frequency error detection unit 104. The circuit of FIG. 7 differs from that of FIG. 6 in that the input signal is the pilot signal and the first symbol of the synchronization word symbol part, and its operation is basically the same as that of the circuit of FIG. .
[0051]
Note that two input symbols x of the frequency error detection unit in FIGS.1, X2If the symbol interval is set to n symbols, it is preferable to select the value of n to be a power of 2 for easy circuit design.
[0052]
The selection determination unit 105 determines the output value φ of the first frequency error detection unit 1031Absolute value of | φ1| Is a preset positive integer φthAnd | φ1| ≦ φthThen, connect the terminal b and the terminal c of the switch 106, and | φ1|> ΦthIf so, the switch 106 is controlled so that the terminal a and the terminal c of the switch 106 are connected.
[0053]
The switch 106 controls the output value φ of the first frequency error detector 103 according to the control of the selection controller 105.1Or the output value φ of the second frequency error detection unit 1042Is input to the positive / negative determination unit 107.
[0054]
The operation of the integrator 108 is the same as that of FIG.
[0055]
The preset positive constant φthIs the output value φ of the first frequency error detection unit 1031And the output value φ of the second frequency error detection unit 1042Is the threshold value for switching, and the output value φ detected by the first frequency error detection unit 103 at the limit frequency error detectable by the second frequency error detection unit 1041Specify a value smaller than the absolute value of. That is, the frequency error is detected by the second frequency error detection unit 104 as much as possible, and if not possible, the first frequency error detection unit 103 detects the frequency error.
[0056]
For example, the data part signal in the first half of FIG. 5 is 63 symbols, and the first and ninth symbols of the synchronization word are used for the phase shift detection by the first frequency error detection unit 103 (the phase shift between 8 symbols). If the second frequency error detection unit 104 detects the phase shift amount using the pilot symbol immediately after the ramp section and the first symbol of the synchronization word (phase shift amount detection between 64 symbols), the second The limit of the frequency error that can be detected by the frequency error detection unit 104 is 11.25 kHz × (180 degrees / 360 degrees) / 64 symbols = 87.9 Hz.1Is 180 degrees × (8 symbols / 64 symbols) = 22.5 degrees. To prevent malfunction, φthSpecifies a smaller value, for example, 11.25 degrees, which is a half of the value. That is, when the frequency error is 49.9 Hz or less, the second frequency error detection unit 104 performs automatic frequency control, and otherwise, the first frequency error detection unit 103 performs automatic frequency control.
[0057]
Since the frequency error is large immediately after the start of the operation, the control is performed using the first frequency error detection unit 103.thIf it converges within the range, the operation is switched to the second frequency error detection unit 104, so that high-accuracy and fast frequency control can be performed.
[0058]
Thereby, even if the input signal is distorted, φ1Error of φthIf the frequency is not exceeded, frequency control is finally performed using the second frequency error detection unit 104, so that errors in frequency control due to distortion can be reduced. For example, if there is an error of 5 degrees in the phase of the input signal, the detection error in the second frequency error detection unit 104 is 11.25 kHz × (5 degrees / 360 degrees) / 64 symbols = 2.44 Hz. The amount of phase shift during demodulation of the first half data portion is 5 degrees.
[0059]
Therefore, according to the present embodiment, demodulation can be performed by applying the present invention to a digital receiver of a reception signal of the PSK or QAM modulation method that demodulates using an absolute phase (or an absolute phase and an absolute amplitude).
[0060]
As described above, when the frequency error detection value is small, the automatic frequency control is performed using the second frequency error detection unit 104 with high detection accuracy, and otherwise, the first frequency error detection with a wide detection range is performed. By performing automatic frequency control using the unit 103, frequency control can be performed for a wide range of frequency deviations, and at the same time, errors in frequency correction can be reduced.
[0061]
Next, another embodiment of the frequency error detection unit described above with reference to FIGS. 6 and 7 will be described with reference to FIGS. 8, 9, 10, and 13. FIG.
[0062]
FIG. 8 is an example of an internal configuration of the first frequency error detection unit 103 in FIG. Since the internal configuration and operation of the block 103 in FIG. 8 are the same as those in FIG. 6, the description thereof is omitted. 8 is different from FIG. 6 in that a switch unit 604 for selecting a synchronization word symbol is provided between the buffer 311 and the input of the frequency error detection unit 103. The switch section 604 can select any two synchronization words in the synchronization word symbol section. Therefore, two input synchronization word symbols x1, X2By selecting the symbol interval arbitrarily by the switch unit 604, the detection accuracy and frequency correction speed of the first frequency error detection unit 103 can be set to appropriate values desired by the user.
[0063]
FIG. 9 is an example of an internal configuration of the second frequency error detection unit 104 in FIG. The internal configuration and operation of block 103 in FIG. 9 are the same as those in FIG. 9 differs from FIG. 7 in that a switch unit 605 for selecting a synchronization word symbol is provided between the buffer 311 and the input of the frequency error detection unit 104. The switch section 605 can select any two synchronization words in the synchronization word symbol section. Therefore, two input synchronization word symbols x1, X2By selecting the symbol interval arbitrarily by the switch unit 605, the detection accuracy and the frequency correction speed of the second frequency error detection unit 104 can be set to appropriate values desired by the user.
[0064]
Next, FIGS. 10 and 13 show an example in which both the first frequency error detection unit 103 and the second frequency error detection unit 104 in FIG. 1 are realized by one frequency error detection unit 203. FIG. 10 shows an example of the internal configuration of the frequency error detection section 203. Since the internal configuration and operation of the block 203 in FIG. 10 are the same as those in FIG. 6, the description thereof will be omitted. 10 differs from FIG. 6 in that a switch unit 606 for selecting a pilot signal and a first symbol of a synchronous word symbol portion is provided between the buffer 311 and the input of the frequency error detection unit 203. . When the switch section 606 selects the first sync word symbol of the sync word symbol section, two input sync word symbols x1, X2Are the same as in FIG. 6, and the same output as that of the first frequency error detection unit 103 is obtained. When a pilot signal is selected by the switch unit 606, two input synchronization word symbols x1, X2Are the same as those in FIG. 7, and the same output as that of the second frequency error detection unit 104 is obtained. Therefore, the two frequency error signals φ1And φ2Will be obtained.
[0065]
FIG. 13 shows an embodiment of a frequency control signal generator using the frequency error detecting section 203. In FIG. 13, parts other than the switch unit 606 and the frequency error detection unit 203 are the same as those in the configuration of FIG.
[0066]
Next, an embodiment of a base station radio and a terminal station radio according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0067]
FIG. 14 is a block diagram showing an example of the configuration of the base station radio. The antenna 901 is shared by the transmission / reception duplexer 902 for transmission and reception operations. A received signal received by the antenna 901 is input to the reception high-frequency unit circuit 302 via the duplexer 902. The reception high-frequency unit circuit 302 frequency-converts the received radio-frequency high-frequency signal into an intermediate frequency that can be sampled by the A / D converter 303, and converts the frequency-converted signal into an A / D converter. At 303, it is converted into a digital signal. A signal of a reference frequency is input from the oscillator 310 to the reception high-frequency circuit 302 and used as a reference signal for frequency conversion. The A / D converter 303 samples and quantizes the frequency-converted reception signal and inputs the digital signal to the reception demodulation unit 904. Reception demodulation section 904 demodulates a signal input from A / D converter 303 and outputs demodulated data to demodulated data output terminal 309.
[0068]
The transmission modulation section 905 generates a baseband signal based on the data input from the modulation data input terminal 909, converts the baseband signal into an analog signal with the D / A converter 906, inputs the analog signal to the transmission high-frequency section circuit 907, and Converts the frequency of the baseband signal supplied from the D / A converter 906 into a signal of a radio frequency band, and supplies the signal to the power amplifier 908. The power amplifier 908 amplifies the power of the signal input from the transmission high-frequency circuit 907 and outputs the amplified signal to the antenna 901 via the duplexer 902.
[0069]
The signal output from the oscillator 310 is input to the high-frequency receiving circuit 302 and also to the high-frequency transmitting circuit 907.
[0070]
Note that the reception demodulation unit 904 and the transmission modulation unit 905 are processed by a DSP (Digital Signal Processor) 903 and software that controls the DSP.
[0071]
FIG. 15 is a block diagram showing an example of the configuration of the terminal station radio, which is the same as the configuration of the base station in FIG. 14 except for the voltage controlled oscillator 403 and the D / A converter 402. The terminal station radio of FIG. 15 detects the frequency error of the received signal inside the reception demodulation section 1001 and controls the voltage controlled oscillator 403 via the D / A converter 402 so as to reduce the error. Since the output signal of the voltage controlled oscillator 403 is supplied to the reception high-frequency unit circuit 302 and the transmission high-frequency unit circuit 907, in the terminal station radio, the frequency of the transmission signal follows the frequency detected from the reception signal from the base station. Controlled.
[0072]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a circuit, a device, a system, and a method therefor that can control frequency correction quickly for a wide range of frequency errors in a wireless communication device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a circuit for generating a frequency control signal in a main part of a digital receiver for performing automatic frequency control according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of an example of a circuit that generates a frequency control signal.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a receiver of a base station in a wireless communication system to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a receiver of a terminal station in a wireless communication system to which the present invention is applied.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a frame format of a signal to be transmitted.
FIG. 6 is a block diagram of an embodiment of a frequency error detection circuit according to the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of an embodiment of a frequency error detection circuit according to the present invention.
FIG. 8 is a block diagram of an embodiment of a frequency error detection circuit according to the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of an embodiment of a frequency error detection circuit according to the present invention.
FIG. 10 is a block diagram of an embodiment of a frequency error detection circuit according to the present invention.
FIG. 11 is an IQ coordinate diagram for explaining a frequency error detection method according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a signal timing chart for explaining a frequency error detection method according to the present invention.
FIG. 13 is a block diagram of another embodiment of a circuit for generating a frequency control signal provided with a frequency error detection circuit according to the present invention.
FIG. 14 is a block diagram of an embodiment of a base station radio apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 15 is a block diagram of an embodiment of a terminal station radio apparatus to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
101: input terminal, 103: first frequency error detecting unit, 104: second frequency error detecting unit, 105: selection determining unit, 106: switch, 107: positive / negative determining unit, 108: integrator, 109: output terminal , 201: frequency error detection unit, 301: reception signal input terminal, 302: reception high-frequency unit circuit, 303: A / D converter, 304: quadrature detector, 305: low-pass filter, 306: frequency correction unit, 307: frequency Control unit, 308: demodulation circuit, 309: demodulated data output terminal, 310: oscillator, 311: buffer, 312: timing synchronization unit, 401: adder, 402: D / A converter, 403: voltage controlled oscillator, 602: Complex conjugate operation circuit, 603: phase detection circuit, 604, 605, 606: switch unit, 901: antenna, 902: duplexer, 903: DPS, 04: reception demodulation unit, 905: transmission modulation unit, 906: D / A converter, 907: transmission high-frequency unit circuit, 908: power amplifier, 909: modulation data input terminal, 1001: reception demodulation unit, 6011, 6012, 6013 : Complex multiplier.

Claims (6)

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づ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することを特徴とする自動周波数制御信号発生回路。
An automatic frequency control signal generation circuit,
A first frequency error detecting unit that extracts at least two different known symbols from the input signal as a first symbol set, and detects and outputs a frequency error of the input signal based on the extracted first symbol set; When,
At least two known symbols having a symbol interval different from the symbol interval of the first symbol set are extracted as a second symbol set from the input signals, and the input signal of the input signal is extracted based on the extracted second symbol set. A second frequency error detector that detects and outputs a frequency error;
A determination unit that determines which output of the first and second frequency error detection units is to be selected;
A control signal unit for generating a control signal for controlling a frequency of the input signal based on an output of the frequency error detection unit selected by the determination unit.
受信装置であって、
請求項1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。
A receiving device,
An RF receiving unit comprising the automatic frequency control signal generating circuit according to claim 1, further comprising: converting a received signal into a frequency; converting a frequency-converted received signal into a digital signal;
An oscillating unit that outputs a reference frequency signal for frequency conversion to the RF receiving unit;
A quadrature detection unit that converts the digitally converted received signal into a baseband signal and outputs the converted signal;
A filter that removes and outputs unnecessary frequency components of the output baseband signal,
A frequency correction unit that corrects and outputs an error between the frequency of the baseband signal output from the filter and the frequency of the reference frequency signal based on the control signal from the automatic frequency control signal generation circuit,
A demodulation unit that demodulates and outputs the baseband signal output from the frequency correction unit,
A buffer for holding the output of the frequency correction unit,
The automatic frequency control signal generating circuit extracts the first and second symbol sets using the signal held in the buffer as the input signal, generates the control signal based on the symbol set, and A receiving device for providing a signal to the frequency correction unit.
無線基地局装置であって、
請求項2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づ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。
A wireless base station device,
A receiving device according to claim 2,
A radio transmission unit for converting a signal for transmission in a baseband converted into an analog signal into a radio frequency band based on a reference frequency signal of the oscillation unit.
無線送受信システムであって、
請求項3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づ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。
A wireless transmitting and receiving system,
A wireless base station device according to claim 3,
At least one mobile radio transmitting / receiving device, wherein the at least one mobile radio transmitting / receiving device receives a transmission signal from the radio base station and performs the mobile radio transmission / reception based on a reference frequency signal extracted from the received signal. A wireless transmission / reception system for controlling a reference frequency signal in a device.
周波数誤差検出方法であって、
(a)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するステップと、
(b)前記第1シンボルセットのうちの1つの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ステップと、
(c)前記ステップ(b)の出力を位相反転して出力するステップと、
(d)前記第1シンボルセットのうちの他の1つの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ステップと、
(e)前記ステップ(c)の出力と前記ステップd)の出力とを複素乗算して出力するステップと、
(e)前記ステップ(f)の出力の位相を検出し、該検出した位相を前記入力信号の第1の周波数誤差として出力するステップとを有することを特徴とする周波数誤差検出方法。
A frequency error detection method,
(A) extracting at least two different known symbols from the input signal as a first symbol set;
(B) calculating and outputting a product of one symbol of the first symbol set and a complex conjugate of the symbol;
(C) outputting the output of step (b) after inverting the phase;
(D) calculating and outputting a product of another symbol of the first symbol set and a complex conjugate of the symbol;
(E) complexly multiplying the output of step (c) and the output of step d) and outputting the result;
(E) detecting the phase of the output of step (f) and outputting the detected phase as a first frequency error of the input signal.
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の周波数誤差に基づ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することを特徴とする自動周波数制御信号発生回路。
An automatic frequency control signal generation circuit,
At least two different known symbols from the input signal are extracted as a first symbol set, and at least two known symbols having a symbol interval different from the symbol interval of the first symbol set are extracted from the input signal. A frequency error detection unit that extracts as a second symbol set, detects and outputs first and second frequency errors of the input signal based on the extracted first and second symbol sets,
A determining unit that determines which one of the first and second frequency errors is to be selected according to the error value;
A control signal section for generating a control signal for controlling the frequency of the input signal based on the first or second frequency error selected by the determination section. .
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