JP2018148327A - 無線通信装置および周波数オフセット補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数帯を利用して信号を伝送する無線通信システムにおいて、雑音耐性を低下させることなく、各周波数帯の周波数オフセットを精度よく補償する。【解決手段】周波数オフセット処理部は、信号Ｓ１に基づいて第１の周波数帯の周波数オフセットを推定する第１の推定部、第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて、第１の周波数帯の周波数オフセットを補償する第１の補償部、第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて信号Ｓ２を補正することにより、第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する仮補償部、仮補償部により補正された信号Ｓ２に基づいて、第２の周波数帯の残留周波数オフセットを推定する第２の推定部、第２の推定部により推定された残留周波数オフセットに基づいて、仮補償部により周波数オフセットが補償された第２の周波数帯の残留周波数オフセットを補償する第２の補償部、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の周波数帯を利用して信号を伝送する無線通信システムにおいて使用される無線通信装置および周波数オフセット補償方法に係わる。

無線通信システムにおいて、送信器は、所定の周波数の搬送波を利用してデータを送信する。搬送波は、送信器内に実装される送信器ローカル発振器により生成される。一方、受信器は、搬送波周波数と同じ周波数の発振信号を受信信号に乗算してベースバンド帯にダウンコンバートした後にデータを再生する。この発振信号は、受信器内に実装される受信器ローカル発振器により生成される。ただし、送信器ローカル発振器の発振周波数および受信器ローカル発振器の発振周波数は、それぞれ誤差を含んでいる。このため、搬送波の周波数と受信器において生成される発振信号の周波数とが完全に一致することは稀である。以下の記載では、搬送波の周波数と受信器において生成される発振信号の周波数との間の差分を周波数オフセットと呼ぶことがある。

周波数オフセットが大きいときは、受信器は、受信信号からデータを適切に再生できないことがある。よって、受信器は、周波数オフセットを補償する機能を備える。
ところで、近年、通信容量を大きくするために、複数の周波数帯を利用して信号を伝送する通信方式が検討されている。例えば、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯のうちの２つ以上の周波数帯を利用して信号が伝送される。そして、複数の周波数帯を利用して信号を伝送する通信方式においては、周波数帯ごとに周波数オフセットが補償される。

例えば、IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）シリーズのIEEE802.11a/g/n/ac規格に準拠した無線通信装置におけるＷＬＡＮ（無線ＬＡＮ）の周波数オフセットの補償は、フレームの先頭に付加されたプリアンブルと呼ばれる既知の信号に基づいて行われる。プリアンブル信号には、ＳＴＦ(short training field)、ＬＴＦ(long training field)と呼ばれる繰返し波形の信号が含まれているため、受信信号に対して自己相関処理または相互相関処理を行うことにより、周波数オフセットを推定することができる。

また、周波数オフセットを補償する技術として、送信器から送信された周波数同期用信号の周波数オフセットを受信器が推定し、推定した周波数オフセットに基づき周波数補正信号を送信器にフィードバックする方法が提案されている。そして、この方法では、受信器からフィードバックされた周波数補正信号に基づいて、自己の信号の周波数を送信器が補正する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１６２８７９号公報

複数の周波数帯を利用して信号を伝送する無線通信システムでは、通常、周波数帯ごとに周波数オフセットが異なる。ここで、繰返し間隔の長い系列（たとえば、ＬＴＦ）を使用すれば、雑音の影響を抑制しながら周波数オフセットを精度よく推定することができる。ところが、繰返し間隔の長い系列を使用する場合、推定可能な周波数オフセットの範囲が狭くなってしまう。よって、周波数オフセットの大きい周波数帯においては、繰返し間隔の短い系列を使用して周波数オフセットを推定することになる。ところが、繰返し間隔の短い系列を使用する場合、雑音耐性が低くなってしまう。

本発明の１つの側面に係わる目的は、複数の周波数帯を利用して信号を伝送する無線通信システムにおいて、雑音耐性を低下させることなく、各周波数帯の周波数オフセットを精度よく補償する装置および方法を提供することである。

本発明の１つの態様の無線通信装置は、第１の周波数帯を利用して伝送される第１の信号および第２の周波数帯を利用して伝送される第２の信号を受信する無線通信装置であって、発振器と、前記発振器の出力信号から生成される第１の局発信号で前記第１の信号をダウンコンバートして第１のダウンコンバート信号を生成すると共に、前記発振器の出力信号から生成される第２の局発信号で前記第２の信号をダウンコンバートして第２のダウンコンバート信号を生成するダウンコンバート回路と、前記第１の周波数帯の周波数オフセットおよび前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する周波数オフセット処理部と、を備え、前記周波数オフセット処理部は、前記第１のダウンコンバート信号に基づいて前記第１の周波数帯の周波数オフセットを推定する第１の推定部と、前記第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて、前記第１の周波数帯の周波数オフセットを補償する第１の補償部と、前記第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて前記第２のダウンコンバート信号を補正することにより、前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する仮補償部と、前記仮補償部により補正された前記第２のダウンコンバート信号に基づいて、前記仮補償部により周波数オフセットが補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを推定する第２の推定部と、前記第２の推定部により推定された残留周波数オフセットに基づいて、前記仮補償部により周波数オフセットが補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを補償する第２の補償部と、を備える。

上述の態様によれば、複数の周波数帯を利用して信号を伝送する無線通信システムにおいて、雑音耐性を低下させることなく、各周波数帯の周波数オフセットを精度よく補償することができる。

本発明の実施形態に係わる無線通信システムの一例を示す図である。 無線通信装置が備える送信回路の一例を示す図である。 無線通信装置が備える受信回路の一例を示す図である。 第１の実施形態に係わる無線通信装置において使用される周波数オフセット処理部の一例を示す図である。 周波数オフセット処理部の処理の一例を示す図である。 第２の実施形態に係わる無線通信装置において使用される周波数オフセット処理部の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係わる無線通信システムの一例を示す。図１に示す無線通信システム１は、特に限定されるものではないが、例えば、無線ＬＡＮシステムである。また、無線通信システム１は、無線通信装置２、３を含む。各無線通信装置２、３は、例えば、ユーザ端末である。ユーザ端末は、モバイル端末であってもよい。

無線通信装置２、３は、複数の周波数帯を利用してデータを伝送できる。具体的には、無線通信装置２、３は、複数の周波数帯を同時に利用してデータを伝送できる。この実施例では、無線通信装置２、３は、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯のうちの２つ以上を同時に利用してデータを伝送できる。なお、無線通信装置２、３間の通信品質は、周波数帯ごとに異なる。よって、無線通信装置２、３は、周波数帯ごとに異なる変調方式および異なる符号でデータを伝送してもよい。

図２は、無線通信装置２、３が備える送信回路の一例を示す。送信回路１０は、この例では、図２に示すように、信号生成回路１１ａ〜１１ｃ、局部発振器１２、シンセサイザ１３、ミキサ１４ａ〜１４ｃを備える。なお、送信回路１０は、図２に示していない他の回路要素を備えていてもよい。

信号生成回路１１ａ〜１１ｃは、それぞれ、入力データから変調信号を生成する。具体的には、各信号生成回路１１ａ〜１１ｃは、例えば、フレーム生成器、符号化器、変調器を備える。フレーム生成器は、入力データから送信フレームを生成する。符号化器は、送信フレームのビット列を符号化する。変調器は、符号化されたビット列から変調信号を生成する。

局部発振器１２は、所定の発振周波数の局発信号を出力する。シンセサイザ１３は、局部発振器１２から出力される局発信号を利用して、指定された周波数の発振信号を生成する。この実施例では、シンセサイザ１３は、920MHz帯発振信号、2.4GHz帯発振信号、および5GHz帯発振信号を生成する。

ミキサ１４ａ〜１４ｃは、それぞれ、信号生成回路１１ａ〜１１ｃにより生成される変調信号に対応する発振信号を掛け合わせる。すなわち、信号生成回路１１ａにより生成される変調信号に920MHz帯発振信号が掛け合わされ、信号生成回路１１ｂにより生成される変調信号に2.4GHz帯発振信号が掛け合わされ、信号生成回路１１ｃにより生成される変調信号に5GHz帯発振信号が掛け合わされる。この結果、信号生成回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより生成される変調信号は、それぞれ、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯にアップコンバートされる。そして、アップコンバートされた各変調信号は、アンテナを介して出力される。なお、各周波数帯の変調信号は、互いに異なるアンテナを介して出力されるようにしてもよい。

このように、送信回路１０は、920MHz帯信号、2.4GHz帯信号、5GHz帯信号を出力することができる。そして、送信回路１０から出力される無線信号（すなわち、920MHz帯信号、2.4GHz帯信号、5GHz帯信号）は、送信回路１０の無線エリア内に位置する無線通信装置により受信される。

図３は、無線通信装置２、３が備える受信回路の一例を示す。受信回路２０は、この例では、図３に示すように、局部発振器２１、シンセサイザ２２、ミキサ２３ａ〜２３ｃ、Ａ／Ｄ変換器２４、信号検出器２５、同期検出器２６、周波数オフセット処理部２７、データ再生器２８、優先度判定器２９を備える。なお、受信回路２０は、図３に示していない他の回路要素を備えていてもよい。そして、受信回路２０は、図２に示す送信回路１０から出力される無線信号を受信する。

局部発振器２１およびシンセサイザ２２は、送信回路１０に実装される局部発振器１２およびシンセサイザ１３と実質的に同じである。すなわち、局部発振器２１は、所定の発振周波数の局発信号を出力する。シンセサイザ２２は、局部発振器２１から出力される局発信号を利用して、指定された周波数の発振信号を生成する。この実施例では、シンセサイザ２２は、920MHz帯発振信号、2.4GHz帯発振信号、および5GHz帯発振信号を生成する。

ミキサ２３ａ〜２３ｃは、それぞれ、受信信号に対して対応する発振信号を掛け合わせる。この例では、アンテナを介して受信される920MHz帯信号、2.4GHz帯信号、5GHz帯信号が、それぞれ、ミキサ２３ａ、２３ｂ、２３ｃに導かれるものとする。この場合、ミキサ２３ａにおいて920MHz帯信号に920MHz帯発振信号が掛け合わされる。同様に、ミキサ２３ｂにおいて2.4GHz帯信号に2.4GHz帯発振信号が掛け合わされ、ミキサ２３ｃにおいて5GHz帯信号に5GHz帯発振信号が掛け合わされる。この結果、各受信信号は、ベースバンド領域にダウンコンバートされる。

以下の記載では、ミキサ２３ａ、２３ｂ、２３ｃによりダウンコンバートされた信号をそれぞれ「Ｓａ」「Ｓｂ」「Ｓｃ」と呼ぶことがある。信号Ｓａは、920MHz帯を利用して伝送された信号を表す。同様に、信号Ｓｂは、2.4GHz帯を利用して伝送された信号を表し、信号Ｓｃは、5GHz帯を利用して伝送された信号を表す。

ここで、シンセサイザ２２により生成される各発振信号の周波数は、それぞれ、送信回路１０においてシンセサイザ１３により生成される対応する発振信号の周波数とほぼ同じである。ところが、送信回路１０および受信回路２０において対応する発振信号の周波数が互いに完全に一致することはない。このため、各信号Ｓａ〜Ｓｃは、それぞれ周波数オフセットを有する。なお、信号Ｓａの周波数オフセットは、送信回路１０において使用される920MHz帯発振信号の周波数（すなわち、920MHz帯信号の搬送波周波数）と受信回路２０において使用される920MHz帯発振信号の周波数との差分に相当する。信号Ｓｂの周波数オフセットは、送信回路１０において使用される2.4GHz帯発振信号の周波数（すなわち、2.4GHz帯信号の搬送波周波数）と受信回路２０において使用される2.4GHz帯発振信号の周波数との差分に相当する。信号Ｓｃの周波数オフセットは、送信回路１０において使用される5GHz帯発振信号の周波数（すなわち、5GHz帯信号の搬送波周波数）と受信回路２０において使用される5GHz帯発振信号の周波数との差分に相当する。

Ａ／Ｄ変換器２４は、ミキサ２３ａ〜２３ｃから出力される信号Ｓａ〜Ｓｃをそれぞれデジタル信号に変換する。信号検出器２５は、Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタル信号に変換された信号Ｓａ〜Ｓｃを検出する。１つの実施形態においては、信号検出器２５において、各信号Ｓａ〜Ｓｃの電界情報が検出される。電界情報は、信号のＩ成分およびＱ成分を表す。また、信号検出器２５は、ＳＮＲモニタ２５ｘを備えていてもよい。ＳＮＲモニタ２５ｘは、各信号Ｓａ〜Ｓｃの信号対雑音比（すなわち、ＳＮＲ）を検出する。

同期検出器２６は、信号検出器２５の出力信号（例えば、電界情報）に基づいて、同期タイミングを検出する。例えば、IEEE802.11a/g/n/acなどのＷＬＡＮ規格では、送信回路１０から送信される各フレームの先頭に所定のプリアンブルが設定されている。プリアンブルは、既知のパターンを含む。そして、同期検出器２６は、受信信号においてプリアンブルをモニタすることによりフレーム同期を確立する。具体的には、同期検出器２６は、プリアンブルを用いた自己相関処理または相互相関処理によりフレーム同期を確立する。なお、同期検出器２６は、各信号Ｓａ〜Ｓｃについて同期タイミングを検出する。

周波数オフセット処理部２７は、同期検出器２６により検出される同期タイミングを利用して、各周波数帯における周波数オフセットを補償する。すなわち、周波数オフセット処理部２７は、各信号Ｓａ〜Ｓｃの周波数オフセットを補償する。そして、データ再生器２８は、周波数オフセット処理部２７により周波数オフセットが補償された信号Ｓａ〜Ｓｃからデータを再生する。

このように、受信回路２０は、複数の周波数帯を利用して同時に伝送される信号からデータを再生する。ここで、従来の技術であれば、周波数帯ごとに独立して周波数オフセットが補償される。これに対して、本発明の実施形態に係わる受信回路２０では、優先度判定器２９により、複数の周波数帯の中から１つの周波数帯が指定される。そして、周波数オフセット処理部２７は、指定された周波数帯について周波数オフセットを推定し、この推定値を利用して他の周波数帯の周波数オフセットを補償する。

なお、優先度判定器２９は、予め決められたポリシに従って複数の周波数帯の中から１つの周波数帯を指定する。例えば、優先度判定器２９は、通信品質が最も良好な周波数帯を選択してもよい。この場合、優先度判定器２９は、ＳＮＲモニタ２５ｘにより検出されるＳＮＲ（signal-noise ratio）に基づいて周波数帯を選択する。或いは、優先度判定器２９は、周波数の最も低い周波数帯を選択してもよい。

なお、信号検出器２５、同期検出器２６、周波数オフセット処理部２７、データ再生器２８、優先度判定器２９は、デジタル信号を処理するプロセッサシステムまたはデジタル信号処理回路により実現される。プロセッサシステムは、プロセッサエレメントおよびメモリを含み、与えられたプログラムを実行することにより信号検出器２５、同期検出器２６、周波数オフセット処理部２７、データ再生器２８、優先度判定器２９の機能を提供する。デジタル信号処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）であり、信号検出器２５、同期検出器２６、周波数オフセット処理部２７、データ再生器２８、優先度判定器２９の機能を提供する。

＜周波数オフセットの推定＞
周波数オフセットは、受信信号中に所定の繰返し間隔で挿入されている系列を利用して推定される。この系列は、例えば、各フレームの先頭に付加されているプリアンブルにより実現される。以下、周波数オフセットの推定方法の一例を記載する。

周波数オフセットΔｆが存在する場合、受信信号は、（１）式で表すことができる。

ｒ(t)は、周波数オフセットがゼロであるときの受信信号を表す。
ここで、周波数オフセット処理部２７は、相互相関処理でプリアンブルを検出することにより周波数オフセットを推定するものとする。この場合、周波数オフセット処理部２７は、相関器を用いて受信信号と既知信号パターンｓとの間の相関を計算する。そうすると、相関値ｃは、（２）式で表される。

既知信号パターンｓは、この例では、プリアンブルの信号パターンを表す。「＊」は、複素共役を表す。そして、受信信号中のプリアンブルが周波数オフセット処理部２７に入力されたときに、相関値ｃはピークを有する。すなわち、「ｒ(t-τ)＝ｓ(τ)」において相関値ｃはピークを有する。

ここで、受信信号ｒには、周期Ｔでプリアンブルが挿入されているものとする。そうすると、（３）式で示すように、時刻ｔにおいて相関値ｃはピークを有する場合、時刻ｔ＋ｎＴにおいても相関値ｃはピークを有する。ｎは任意の自然数である。

周波数オフセット処理部２７は、相関値ｃのピークが現れるタイミングで受信信号の位相を検出する。そして、周波数オフセット処理部２７は、時刻ｔ＋ｎＴおよび時刻ｔ＋(ｎ＋１)Ｔにおいて検出される位相の差分に基づいて周波数オフセットを推定する。即ち、（４）式により周波数オフセットΔｆが推定される。

angle{}は、偏角を求める関数を表し、その値域は±πである。
よって、上述の方法においては、推定可能な周波数オフセットの範囲は、±１/２Ｔである。例えば、IEEE802.11aでは、各フレームの先頭に付加されているプリアンブル（ＳＴＦ：short training field）を利用して周波数オフセットが推定される。ここで、ＳＴＦは、0.8μ秒間隔で挿入される。よって、推定可能な周波数オフセットは、（５）式で計算される。

このように、推定可能な周波数オフセット量は、プリアンブルが挿入される繰返し間隔Ｔに依存する。ところが、繰返し間隔Ｔが短い系列を使用すれば、推定可能な周波数オフセット量は大きくなが、雑音耐性が劣化する。一方、繰返し間隔Ｔが長い系列を使用すれば、雑音耐性は高くなるが、推定可能な周波数オフセット量は小さくなってしまう。すなわち、推定可能な周波数オフセット量および雑音耐性は、トレードオフの関係を有する。

＜第１の実施形態＞
図４は、本発明の第１の実施形態に係わる無線通信装置２、３において使用される周波数オフセット処理部２７の一例を示す。この実施例では、無線通信装置２、３は、Ｎ個の周波数帯を利用してデータを伝送する。図１〜図３に示す実施例では、無線通信装置２、３は、３個の周波数帯（920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯）を利用してデータを伝送する。

周波数オフセット処理部２７は、図４に示すように、推定器３１−１〜３１−Ｎ、補償器３２−１〜３２−Ｎ、仮補償器３３−２〜３３−Ｎを備える。そして、信号Ｓａ〜Ｓｎが周波数オフセット処理部２７に入力される。信号Ｓａ〜Ｓｎは、図３に示す例では、ミキサ２３ａ〜２３ｃから出力される信号Ｓａ〜Ｓｃに相当する。

周波数オフセット処理部２７は、優先度判定器２９から与えられる優先度情報に基づいて、入力信号Ｓａ〜Ｓｎの中から１つの信号を選択する。ここで、優先度判定器２９は、複数の周波数帯の中から１つの周波数帯を指定する。例えば、優先度判定器２９は、複数の周波数帯の中で最もＳＮＲが高い周波数帯を選択する。或いは、優先度判定器２９は、周波数の最も低い周波数帯を選択してもよい。そして、優先度判定器２９は、選択した周波数帯を表す優先度情報を生成する。そうすると、周波数オフセット処理部２７は、優先度判定器２９により選択された周波数帯を認識する。したがって、周波数オフセット処理部２７は、入力信号Ｓａ〜Ｓｎの中から、優先度情報により指定される周波数帯を利用して伝送されてきた信号を選択する。

以下の記載では、優先度情報に基づいて選択される信号（即ち、最も優先度の高い周波数帯を利用して伝送されてきた信号）を「Ｓ１」と呼ぶことがある。なお、信号Ｓ１は、周波数オフセット処理部２７において推定器３１−１に導かれる。また、選択されなかった他の信号は、「Ｓ２」〜「ＳＮ」で表記される。信号Ｓ２〜ＳＮは、それぞれ仮補償器３３−２〜３３−Ｎに導かれる。

推定器３１−１は、信号Ｓ１の周波数オフセットを推定する。周波数オフセットは、例えば、（１）〜（４）式を用いて推定される。そして、補償器３２−１は、推定器３１−１の推定結果に基づいて、信号Ｓ１の周波数オフセットを補償する。具体的には、補償器３２−１は、推定器３１−１により推定された周波数オフセットに応じて信号Ｓ１の位相をシフトさせる。信号Ｓ１がＩ成分およびＱ成分で表されているときは、推定器３１−１により推定された周波数オフセットに応じてＩ成分およびＱ成分がそれぞれ補正される。この結果、周波数オフセットが補償された信号Ｓ１が生成される。

仮補償器３３−２は、信号Ｓ１の周波数オフセットの推定値に基づいて、信号Ｓ２の周波数オフセットを補償する。ここで、各周波数帯の信号は、送信回路１０において同一の発振器（図２では、局部発振器１２）の出力信号を使用して生成される。また、各周波数帯の信号は、受信回路２０において同一発振器（図３では、局部発振器２１）を使用してダウンコンバートされる。よって、各周波数帯の周波数偏差Δｆ_ppmは、実質的に互いに同じと考えることができる。なお、周波数偏差は、発振器の目標周波数に対する、発振器の実際の発振周波数と目標周波数との差分の比に相当する。

したがって、周波数帯ｉにおける周波数オフセットΔｆ_iは（６）式で表すことができる。なお、ｉは、各周波数帯を識別する。また、ｆ_iは、周波数帯ｉのキャリア周波数を表す。

このように、周波数オフセットは、周波数帯の周波数に比例する。すなわち、周波数の低い周波数帯ほど周波数オフセットが小さく、周波数の高い周波数帯ほど周波数オフセットが大きい。

信号Ｓ１の周波数オフセットの推定値は（７）式で表される。なお、δ₁は、推定器３１−１による推定誤差を表す。

したがって、信号Ｓ１の周波数オフセットの推定値を用いて信号Ｓ２の周波数オフセットを補償する場合、その補償量は（８）式で表される。

そして、仮補償器３３−２は、（８）式の計算結果に従って信号Ｓ２の周波数オフセットを仮補償する。ここで、仮補償器３３−２の処理は、上述した補償器３２−１の処理と実質的に同じである。すなわち、仮補償器３３−２は、（８）式の計算結果に従って信号Ｓ２の位相をシフトさせる。この結果、周波数オフセットが仮補償された信号Ｓ２が生成される。

ただし、（７）式に示すように、推定器３１−１は推定誤差δ₁を有する。このため、仮補償器３３−２の出力信号は、周波数オフセットが残っている。以下の記載では、仮補償器の出力信号に残っている周波数オフセットを「残留周波数オフセット」と呼ぶことがある。仮補償器３３−２の出力信号の残留周波数オフセットは、（９）式で表すことができる。

推定器３１−２は、仮補償器３３−２の出力信号（すなわち、周波数オフセットが仮補償された信号Ｓ２）の周波数オフセットを推定する。このとき、（９）式で表される残留周波数オフセットが推定される。そして、補償器３２−２は、推定器３１−２の推定結果に基づいて、信号Ｓ２の周波数オフセットをさらに補償する。具体的には、補償器３２−２は、推定器３１−２により推定された周波数オフセットに応じて信号Ｓ２の位相をさらにシフトさせる。この結果、２段階に周波数オフセットが補償された信号Ｓ１が生成される。

以下、同様に、他の周波数帯の受信信号の周波数オフセットが補償される。図４では、仮補償器３３−Ｎは、推定器３１−１の推定結果（即ち、信号Ｓ１の周波数オフセットの推定値）に基づいて、信号ＳＮの周波数オフセットを仮補償する。推定器３１−Ｎは、仮補償器３３−Ｎの出力信号（すなわち、周波数オフセットが仮補償された信号ＳＮ）の周波数オフセットを推定する。そして、補償器３２−Ｎは、推定器３１−Ｎの推定結果に基づいて、信号ＳＮの周波数オフセットをさらに補償する。この結果、２段階に周波数オフセットが補償された信号ＳＮが生成される。

図５は、周波数オフセット処理部２７の処理の一例を示す。この実施例では、無線通信装置は、920MHz帯、2.4GHz帯、5GHz帯の信号を受信する。ここで、優先度判定器２９は、各周波数帯の周波数に基づいて、各周波数帯の優先度を決定する。具体的には、周波数の低い周波数帯ほど高い優先度が与えられる。この結果、以下のように優先度が判定される。
優先度１：920MHz帯（信号Ｓ１）
優先度２：2.4GHz帯（信号Ｓ２）
優先度３：5GHz帯（信号Ｓ３）
920MHz帯を利用して伝送される信号Ｓ１の周波数オフセットΔｆ₁が500kHzである。ここで、各周波数帯の周波数偏差は互いに同じであるものとする。この場合、2.4GHz帯を利用して伝送される信号Ｓ２の周波数オフセットΔｆ₂は1304kHzであり、5GHz帯を利用して伝送される信号Ｓ３の周波数オフセットΔｆ₃は2717kHzである。さらに、推定器３１−１〜３１−３により推定可能な周波数オフセットは±625kHzであるものとする。

最も優先度の高い周波数帯の信号Ｓ１は、推定器３１−１に導かれる。そうすると、推定器３１−１は、信号Ｓ１の周波数オフセットを推定する。この実施例では、推定器３１−１により推定された信号Ｓ１の周波数オフセットは490kHzである。すなわち、推定器３１−１による推定誤差δ₁は10kHzである。

信号Ｓ２は、仮補償器３３−２に導かれる。ここで、仮補償器３３−２には、推定器３１−１により得られる信号Ｓ１の周波数オフセットの推定値（490kHz）が与えられる。そうすると、仮補償器３３−２は、（８）式で算出される補償量だけ信号Ｓ２の周波数オフセットを仮補償する。ただし、推定器３１−１による推定誤差が存在するので、仮補償器３３−２の出力信号は、残留周波数オフセット（26kHz）を有する。したがって、推定器３１−２は、この残留オフセットを推定する。

このように、図５に示す例では、信号Ｓ２の周波数オフセットは1304kHzであり、推定器３１−２を用いて推定可能な周波数オフセットよりも大きい。この場合、推定器３１−２は、信号Ｓ２の周波数オフセットを直接的に推定することはできない。そこで、第１の実施形態においては、信号Ｓ２の周波数オフセットは、仮補償器３３−２を利用して仮補償される。この結果、信号Ｓ２の周波数オフセットは、推定器３１−２を用いて推定可能な周波数オフセットの範囲内に抑制される。したがって、推定器３１−２は、信号Ｓ２の周波数オフセット（すなわち、残留周波数オフセット）を精度よく推定できる。

なお、各フレームの先頭に付加されるプリアンブルの繰返し周期を短くすれば、仮補償器３３−２を実装しなくても、推定器３１−２は、信号Ｓ２の周波数オフセットを直接的に推定することができる。しかし、プリアンブルの繰返し周期を短くすると、雑音耐性が低下する。換言すれば、第１の実施形態によれば、雑音耐性を低下させることなく、大きな周波数オフセットを推定および補償することが可能である。

信号Ｓ３の周波数オフセットを推定する処理は、信号Ｓ２の周波数オフセットを推定する処理と実質的に同じである。すなわち、信号Ｓ３は、仮補償器３３−３に導かれる。また、仮補償器３３−３にも、推定器３１−１により得られる信号Ｓ１の周波数オフセットの推定値（490kHz）が与えられる。そうすると、仮補償器３３−３は、（８）式で算出される補償量だけ信号Ｓ３の周波数オフセットを仮補償する。この場合、仮補償器３３−３の出力信号は、残留周波数オフセット（54kHz）を有する。そして、推定器３１−３は、この残留オフセットを推定する。

＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる無線通信装置２、３において使用される周波数オフセット処理部２７の一例を示す。なお、第２の実施形態では、各周波数帯の周波数偏差が完全に同一であるケースを想定する。

推定器３１−１および補償器３２−１の動作は、第１および第２の実施形態において実質的に同じである。よって、推定器３１−１および補償器３２−１の動作についての説明を省略する。

仮補償器３３−２は、推定器３１−１による推定値を利用して信号Ｓ２の周波数オフセットを補償する。ここで、各周波数帯の周波数偏差が完全に同一である場合には、仮補償器３３−２による補償の精度は、補償器３２−１による補償の精度と同等である。したがって、仮補償器３３−２の出力信号に対してさらに周波数オフセット補償を行う必要はない。すなわち、第１の実施形態と異なり、第２の実施形態では、信号Ｓ２に対して推定器３１−２および補償器３２−２を設ける必要はない。

同様に、仮補償器３３−Ｎは、推定器３１−１による推定値を利用して信号ＳＮの周波数オフセットを補償する。ここで、仮補償器３３−Ｎによる補償の精度も、補償器３２−１による補償の精度と同等である。したがって、仮補償器３３−Ｎの出力信号に対してさらに周波数オフセット補償を行う必要はない。すなわち、第２の実施形態では、信号ＳＮに対して推定器３１−Ｎおよび補償器３２−Ｎを設ける必要はない。

このように、各周波数帯の周波数偏差が完全に同一であるケースでは、仮補償器３３−２〜３３−Ｎは、それぞれ、周波数オフセットを補償する補償器として動作する。したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と比較して、周波数オフセットを推定する処理を削減することができる。

＜第３の実施形態＞
第１の実施形態では、各周波数帯の周波数偏差は、実質的に互いに同じと仮定しているが、第３の実施形態では、周波数帯毎に周波数偏差よりも小さな差があるケースを想定する。なお、第３の実施形態の周波数オフセット処理部２７は、図４に示す第１の実施形態の周波数オフセット処理部２７の構成と実質的に同様であるため説明を省略する。

周波数帯ごとに周波数偏差よりも小さい周波数誤差が存在する場合、周波数帯ｉの周波数オフセットΔｆ_iは（１０）式で表される。

Δｆ_ppmは、周波数偏差を表す。Δｆ_{ppm_i}は、周波数偏差よりも小さい微小な周波数誤差を表す。ｆ_iは、周波数帯ｉのキャリア周波数を表す。
この場合、最も優先度の高い周波数帯の周波数オフセットの推定値は（１１）式で表される。なお、δ₁は、推定器３１−１による推定誤差を表す。

したがって、信号Ｓ１の周波数オフセットの推定値を用いて信号Ｓ２の周波数オフセットを補償する場合、その補償量は（１２）式で表される。

また、仮補償器３３−２の出力信号の残留周波数オフセットは、（１３）式で表すことができる。

すなわち、推定器３１−２は、この残留周波数オフセットを推定する。そして、補償器３２−２は、推定器３１−２により推定された残留周波数オフセットを補償する。同様に、他の周波数帯の受信信号の周波数オフセットが補償される。この結果、２段階に周波数オフセットが補償された信号ＳＮが生成される。第３の実施形態の構成によれば、第１の実施形態と比較して周波数帯毎に周波数偏差よりも小さな差がある場合であっても周波数オフセットを推定および補償することができる。

なお、本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階でのその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。このような、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用が可能であることはもちろんである。

１ 無線通信システム
２、３ 無線通信装置
１０ 送信回路
１１ａ〜１１ｃ 信号生成回路
１２ 局部発振器
１３ シンセサイザ
１４ａ〜１４ｃ ミキサ
２０ 受信回路
２１ 局部発振器
２２ シンセサイザ
２３ａ〜２３ｃ ミキサ
２４ Ａ／Ｄ変換器
２５ 信号検出器
２５ｘ ＳＮＲモニタ
２６ 同期検出器
２７ 周波数オフセット処理部
２８ データ再生器
２９ 優先度判定器
３１−１〜３１−Ｎ 推定器
３２−１〜３２−Ｎ 補償器
３３−２〜３３−Ｎ 仮補償器

Claims (7)

1. 第１の周波数帯を利用して伝送される第１の信号および第２の周波数帯を利用して伝送される第２の信号を受信する無線通信装置であって、
   発振器と、
   前記発振器の出力信号から生成される第１の局発信号で前記第１の信号をダウンコンバートして第１のダウンコンバート信号を生成すると共に、前記発振器の出力信号から生成される第２の局発信号で前記第２の信号をダウンコンバートして第２のダウンコンバート信号を生成するダウンコンバート回路と、
   前記第１の周波数帯の周波数オフセットおよび前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する周波数オフセット処理部と、を備え、
   前記周波数オフセット処理部は、
   前記第１のダウンコンバート信号に基づいて前記第１の周波数帯の周波数オフセットを推定する第１の推定部と、
   前記第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて、前記第１の周波数帯の周波数オフセットを補償する第１の補償部と、
   前記第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて前記第２のダウンコンバート信号を補正することにより、前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する仮補償部と、
   前記仮補償部により補正された前記第２のダウンコンバート信号に基づいて、前記仮補償部により周波数オフセットが補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを推定する第２の推定部と、
   前記第２の推定部により推定された残留周波数オフセットに基づいて、前記仮補償部により周波数オフセットが補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを補償する第２の補償部と、を備える
   ことを特徴とする無線通信装置。
2. 第１の周波数帯を利用して伝送される第１の信号および第２の周波数帯を利用して伝送される第２の信号を受信する無線通信装置であって、
   発振器と、
   前記発振器の出力信号から生成される第１の局発信号で前記第１の信号をダウンコンバートして第１のダウンコンバート信号を生成すると共に、前記発振器の出力信号から生成される第２の局発信号で前記第２の信号をダウンコンバートして第２のダウンコンバート信号を生成するダウンコンバート回路と、
   所定の優先度に基づいて前記第１の周波数帯または前記第２の周波数帯を選択する選択部と、
   前記第１の周波数帯の周波数オフセットおよび前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する周波数オフセット処理部と、を備え、
   前記周波数オフセット処理部は、
   前記選択部により前記第１の周波数帯が選択されたときに、前記第１のダウンコンバート信号に基づいて前記第１の周波数帯の周波数オフセットを推定する第１の推定部と、
   前記第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて、前記第１の周波数帯の周波数オフセットを補償する第１の補償部と、
   前記第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて前記第２のダウンコンバート信号を補正することにより、前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する仮補償部と、
   前記仮補償部により補正された前記第２のダウンコンバート信号に基づいて、前記仮補償部により周波数オフセットが補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを推定する第２の推定部と、
   前記第２の推定部により推定された残留周波数オフセットに基づいて、前記仮補償部により周波数オフセットが補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを補償する第２の補償部と、を備える
   ことを特徴とする無線通信装置。
3. 前記選択部は、前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯のうち、周波数の低い周波数帯を選択する
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記選択部は、前記第１の周波数帯と前記第２の周波数帯のうち、品質の高い周波数帯を選択する
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
5. 第１の周波数帯を利用して伝送される第１の信号および第２の周波数帯を利用して伝送される第２の信号を受信する無線通信装置であって、
   発振器と、
   前記発振器の出力信号から生成される第１の局発信号で前記第１の信号をダウンコンバートして第１のダウンコンバート信号を生成すると共に、前記発振器の出力信号から生成される第２の局発信号で前記第２の信号をダウンコンバートして第２のダウンコンバート信号を生成するダウンコンバート回路と、
   前記第１の周波数帯の周波数オフセットおよび前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する周波数オフセット処理部と、を備え、
   前記周波数オフセット処理部は、
   前記第１のダウンコンバート信号に基づいて前記第１の周波数帯の周波数オフセットを推定する第１の推定部と、
   前記第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて、前記第１の周波数帯の周波数オフセットを補償する第１の補償部と、
   前記第１の推定部により推定された周波数オフセットに基づいて、前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する第２の補償部と、を備える
   ことを特徴とする無線通信装置。
6. 第１の周波数帯を利用して伝送される第１の信号および第２の周波数帯を利用して伝送される第２の信号を受信する無線通信装置において、前記第１の周波数帯および前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償方法であって、
   発振器の出力信号から生成される第１の局発信号で前記第１の信号をダウンコンバートして第１のダウンコンバート信号を生成すると共に、前記発振器の出力信号から生成される第２の局発信号で前記第２の信号をダウンコンバートして第２のダウンコンバート信号を生成し、
   前記第１のダウンコンバート信号に基づいて前記第１の周波数帯の周波数オフセットを推定して第１の推定値を生成し、
   前記第１の推定値に基づいて、前記第１の周波数帯の周波数オフセットを補償し、
   前記第１の推定値に基づいて前記第２のダウンコンバート信号を補正することにより、前記第２の周波数帯の周波数オフセットを仮補償し、
   補正された前記第２のダウンコンバート信号に基づいて、周波数オフセットが仮補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを推定して第２の推定値を生成し、
   前記第２の推定値に基づいて、周波数オフセットが仮補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを補償する
   ことを特徴とする周波数オフセット補償方法。
7. 第１の周波数帯を利用して伝送される第１の信号および第２の周波数帯を利用して伝送される第２の信号を受信する無線通信装置において、前記第１の周波数帯および前記第２の周波数帯の周波数オフセットを補償する周波数オフセット補償方法であって、
   発振器の出力信号から生成される第１の局発信号で前記第１の信号をダウンコンバートして第１のダウンコンバート信号を生成すると共に、前記発振器の出力信号から生成される第２の局発信号で前記第２の信号をダウンコンバートして第２のダウンコンバート信号を生成し、
   前記第１の周波数帯および前記第２の周波数帯のうちで、所定の優先度に基づいて前記第１の周波数帯が選択されたときに、
   前記第１のダウンコンバート信号に基づいて前記第１の周波数帯の周波数オフセットを推定して第１の推定値を生成し、
   前記第１の推定値に基づいて、前記第１の周波数帯の周波数オフセットを補償し、
   前記第１の推定値に基づいて前記第２のダウンコンバート信号を補正することにより、前記第２の周波数帯の周波数オフセットを仮補償し、
   補正された前記第２のダウンコンバート信号に基づいて、周波数オフセットが仮補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを推定して第２の推定値を生成し、
   前記第２の推定値に基づいて、周波数オフセットが仮補償された前記第２の周波数帯の残留周波数オフセットを補償する
   ことを特徴とする周波数オフセット補償方法。