JP2005110245A - キャリアセンス多元サクセス無線システム内において衝突を検出するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 キャリアセンス多元アクセス無線通信システム内で衝突を検出するための方法及び装置を提供すること。
【解決手段】
本発明において、各送信局は、一つ或いは複数の所定の基準を評価することで、衝突が発生したか否かを決定するための衝突検出器を含む。この衝突検出器は、測定されたエネルギレベル及び、オプションとしてペイロード及び／或いはプリアンブル検出情報を評価することで、衝突が発生したか否かを決定する。衝突は、ACKメッセージが期待されたときに受信されず、かわりに、増加したエネルギレベルが見られる場合、オプションとしてのプリアンブル或いはペイロード検出情報も併せて考慮することで、発生したものとみなされる。本発明の衝突検出器は、例えば、802.11 SIFS期間の開始に対応する時間において起動される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般には、無線通信システム内での衝突検出メカニズム、より詳細には、このような無線通信システム内での衝突をACK（アクノレッジメント）メッセージが受信されないことを根拠して検出するための技術に係る。
”Wireless LAN with Enhanced Carrier Sensing”なる名称の、合衆国特許出願第09/919,511号、或いは対応する欧州特許出願EP 1,178,630 A1

無線デジタル通信システムにおいては、局は、（例えば、無線周波数による）送信のために、媒体へのアクセスを、アクセスアルゴリズムを展開することで得る。様々なIEEE 802.11 Wireless LAN標準に従うシステムは、例えば、CSMA（Carrier Sense Multiple Access：キャリアセンス多元アクセス）アルゴリズムを用いる。CSMAアルゴリズムは、最初に媒体を監視（listens）し、信号レベルがある閾値以下である場合に、送信を開始する。ただし、このCSMAアルゴリズムを用いた場合でも、衝突が発生する。例えば、衝突は２つ或いはそれ以上の局が同時に送信を開始した場合に発生する。802.11標準は、衝突の確率を低減するためのメカニズムを提供するが、これは、ランダムバックオフカウンタ（random back-off counter）と、ある種のパケットを伝送するための優先ウインドウ（priority window）を用いることに基づく。加えて、衝突は、ある送信局が第二の局によって検出されず、第二の局も送信を開始する、いわゆる”隠れノード（hidden node）”状況に起因しても発生し、第三の局が両方の送信された信号を受信することも；これら送信された信号の一方或いは両方とも第三の局によって検出或いは認識されないこともある。

802.11標準は、メッセージが正常に受信されたことを確認するためのアクノレッジメントメカニズムを含む。あるメッセージが正常に受信されると、受信局は、ACK（アクノレッジメント）メッセージを送信局に送る。このACKメカニズムは、このシステムを、例えば、衝突に起因するパケット損失から保護する。上述のようにして衝突が発生すると、一つ或いは２つの局は、それらが送信したメッセージに関するACKメッセージを受信しない。ただし、ある送信されたメッセージに関するACKメッセージは、１）（偽りの警告の確率対検出の確率の設定に由来する）生来的な検出の失敗；２）（時間分散が大き過ぎることに由来する）悪い信号品質；３）（距離が遠過ぎることに由来する）低い信号電力；或いは４）受信局の所の干渉、等が原因で受信されないこともある。

ある与えられた802.11実現は、メッセージを正常に送信することができないことを克服するために利用できる複数のメカニズムを有する。その送信局がACKメッセージを受信しなかった場合、その送信局は元のメッセージを最大N回まで再送する。その送信局は、各再送の度に、ランダムアクセス時間を増加させる。送信局は、N回の再送が失敗した場合、より頑丈な変調を用いての再送を試みる。送信局は、例えば、N回の再送が失敗した場合、元のメッセージを、フォールバックアルゴリズム（fall-back algorithm）に従って、より低いビットレートにて（従ってより頑丈な変調にて）、再送する。これが、再送の最大回数に達するまで、或いはACKメッセージが受信されるまで行なわれる。ここで、実は、受信局は、メッセージを正常に数回受信しており、ACKメッセージを数回送り返していることもあり得ることに注意する。受信局は、（メッセージにはタグが付けられているために）自身のACKメッセージが先方に届かなかったことを知ることはできるが、ただし、受信局は、その対応（reaction）を変えることなく、メッセージが正常に受信される度に、ACKメッセージの送信を繰り返す。

送信局は、衝突の場合も含むこれら全てのケースにおいて、送信局はなぜACKメッセージが受信されなかったその理由を知らないために、同一のやり方にて反応（対応）する。システムは頑丈な実現を有しても、送信局の所での知識が欠如していれば、対応も不十分なものとなり得る。例えば、衝突が、ACKメッセージの損失が原因で、誤って検出された場合、対応としての、より頑丈な変調の使用は、より頑丈な変調はメッセージの長さも増加させるために、控えられるべきである。高いトラヒック負荷（従って高い衝突確率）を有するシステムにおいては、より頑丈な変調は、破壊的な対応（destructive reaction）となり、逆にトラフィック負荷を増加させることとなりかねない。
従って、衝突をACKメッセージが受信されなかったことに基づいて検出のための方法及び装置に対する必要性が存在する。

一般には、キャリアセンス多元アクセス無線通信システム（carrier sense multiple access wireless communication system）内で衝突を検出するための方法及び装置が開示される。各送信局は、無線媒体を監視し、衝突が発生したか否かを決定するための衝突検出器を含む。この衝突検出器は、エネルギレベル検出器（energy level detector）及び、オプションとして、ペイロード検出器（payload detector）或いはプリアンブル検出器（preamble detector）（或いはこの両方）を含む。衝突検出器は、測定されたエネルギレベルと、ペイロード及び／或いはプリアンブル検出情報とを併せて評価することで、衝突が発生したか否かを決定する。一般には、ACKメッセージが期待されたときに受信されず、かわりに、（通常の背景雑音より高い）増加したエネルギレベルが検出された場合には、オプションとして（そのACKメッセージからではない）プリアンブル或いはペイロード検出情報が併せて考慮され、送信局は、衝突が発生したものとみなす。

いったん送信されたデータが受信局によって正常に受信されると、受信局はACKメッセージを送信局に送り返す。本発明の衝突検出器は、例えば、802.11 SIFS（Short Inter Frame Space）期間の開始に対応する時間において（つまり、送信の後ただちに）起動される。衝突検出器は、１）（DIFS期間の開始と一致する）期待されるACKメッセージの終端；２）（DIFS期間の終端と一致する）期待される新たなデータの開始；或いは３）衝突検出測定を遂行するためにちょうどの十分に長い期間だけ、オンにとどまる。開示される衝突検出アルゴリズムは、エネルギレベルの測定値と、オプションとしての、プリアンブル或いはペイロード検出器（或いは両方）とを、所定の基準に従って評価し、衝突が発生したか否かを決定する。
本発明のより完全な理解、並びに本発明の更なる特徴及び長所が、以下の詳細な説明及び図面を参照することで得られるものである。

本発明の一つの態様によると、衝突はACKメッセージが受信されないことを理由として検出される。この情報に基づいて、送信局はACKメッセージがなぜ受信されなかったその理由を決定し、適切に対応（反応）することができる。図１は本発明をその中で用いることができる無線網環境１００を示す。この無線網環境１０は、例えば、無線LAN、或いはこの一部であり得る。図１に示されるように、総称的に局１１０として言及される、複数の局１１０−１から１１０−Nは、無線デジタル通信システム１００内の一つ或いは複数の無線チャネルを用いて通信する。アクセスポイント１２０は典型的には他のアクセスポイント（図示せず）を有する有線ディストリビューション（配信）網１０５に接続される。アクセスポイント１２０は典型的には、公知のやり方にて、制御及びセキュリティ機能を提供する。これら局１１０は、各々、例えば、パーソナルコンピュータデバイス、或いは無線通信能力を有する任意のデバイス、例えば、セルラ電話、パーソナルデジタルアシスタンス或いはページャとして実現される。２つ或いはそれ以上の局１１０は、DCF（Distributed Control Function）モードにおいて、アクセスポイント１２０を経由することなく、互いに直接に通信することもあることにも注意する。

無線網環境１００は、例えば、IEEE 802.11標準に従って実現されるが、このIEEE 802.11標準については、例えば、Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications (1999）(無線LAN媒体アクセス制御（MAC)及び物理層（PHY)仕様（1999）；IEEE Std 802.11a； High-Speed Physical Layer in the 5 GHz band, 1999（5 GHzバンドを用いる高速物理層）；IEEE Std 802.11b； Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band,1999（2.4 GHzバンドを用いるより高速な物理層エクステンション）；或いはIEEE Std 802.11g/D1.1； Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band: Draft version, January 2000（2.5 GHzバンドを用いる更に高速な物理層エクステンション）等において説明されているため、これらについても参照されたい。

本発明の一つの態様によると、1つ或いは複数の局１１０は、衝突検出器４００を含み、これは図４との関連で以下に詳細に説明されるように、1つ或いは複数の所定の基準を評価することで、衝突が発生した場合にこれを決定する。1つ或いは複数のアクセスポイント１２０は、加えて、オプションとして、衝突検出器４００を含むこともできる。本発明の説明の実施例は、局１１０に組み込まれるものとして説明されるが、本発明は、当業者においては明らかなように、アクセスポイント１２０内に実現することもできる。後に詳細に説明するように、衝突検出器４００は、エネルギレベル検出器、及び、オプションとして、ペイロード検出器或いはプリアンブル検出器（或いはこの両方）を含む。こうして、ACKメッセージが期待されるときに受信されず、代わりに、（通常の背景雑音より高い）増加されたエネルギレベルが検出された場合には、送信局は、オプションとして（ACKメッセージからのものではない）プリアンブル或いはペイロードの検出と併せて、衝突が発生したものと想定する。

前述のように、局１１０は、（例えば、無線周波数による）送信のために、、図２に示されるようなアクセスアルゴリズム２００を展開することで媒体へのアクセスを得る。図２には、IEEE 802.11標準に準拠する一例としてのアクセスアルゴリズムに対する時間ライン（time line）２００が示されている。図２に示されるように、送信局１１０−ｔは、時間２０５においてデータの送信を開始する。このデータが受信局１１０−ｒによって正常に受信されると、受信局１１０−ｒは、時間２１５においてACKメッセージを送信局１１０−ｔに送り返す。受信局１１０−ｒによるデータの受信と、送信局１１０−ｔへのACKメッセージの送信との間には、SIFS（Short Inter Frame Space：短いフレーム間期間）が設けられる。加えて、他の局は、新たなメッセージを開始する前に、DIFS (Distribute Inter Frame Space：送信フレーム間期間）だけ待たされる。新たなメッセージの開始は、衝突を避けるために、ランダムなバックオフ期間（back-off period）だけ遅延される。こうして、別の局からの新たなメッセージは、コンテンションウインドウ（contention window：競合窓）２２５内のあるランダムな瞬間において開始される。実現によっては、他の局１１０は、局１１０−ｔが送信を終えた後のDIFS期間内に既に開始することもある。他の実現においては、送信は、ACKメッセージの終端まで、ACKメッセージが実際に送信されたか否かに関係なく、待たされる。SIFS期間はDIFS期間より短いために、他の局は、それらが監視している局からのACKメッセージが送られてくるまで待つことを保証される。

前述のように、たとえアクセスアルゴリズム２００を用いた場合でも衝突は発生し得る。例えば、２つ或いはそれ以上の局が同一のランダムバックオフ期間を有する場合には、衝突は発生し得る。更に、ノードが隠れている状況（hidden node situation）においては、送信局１１０−ｔは第二の局１１０−２によって検出されず、第二の局１１０−２も送信を開始する。第三の局１１０−３が送信された信号の両方を受信することも、これら送信された信号の一方或いは両方とも第三の局によって検出或いは認識されないこともある。本発明はこのような衝突を回避することはしないが、本発明は、衝突が発生した場合ことを検出する。

図３は本発明の衝突検出メカニズム（collision detection mechanism）を組み込む一例としてのアクセスアルゴリズムに対する時間ライン３００を示す。図３に示されるように、送信局１１０−ｔは時間３０５においてデータの送信を開始する。データが受信局１１０−ｒによって正常に受信されると、受信局１１０−ｒは、時間３１５において、ACKメッセージを送信局１１０−ｔに送り返す。図３に示されるように、本発明による衝突検出器４００は、例えば、SIFS期間の開始に対応する時間３２５において起動される。換言すれば、送信局１１０−ｔは、送信の後、ただちに衝突検出器４００を起動させる。衝突検出器４００は、１）（DIFS期間の開始と一致する）期待されるACKメッセージの終端；２）（DIFS期間の終端と一致する）期待される新たなデータの開始、或いは３）後に説明される衝突検出測定（collision detection measurement）を遂行するのにちょうど十分に長い時間だけ、オンにとどまる。

衝突検出ウインドウが、検出を遂行するのにちょうど十分な長い時間だけ起動される場合、これはSISF期間とすることができれば最も望ましいが、ただし、ある与えられた802.11実現によっては、送信の後直ちに受信を開始すること（例えば、エネルギレベルの測定を開始する）ことはできないことがある。このために、衝突検出ウインドウは、SIFS期間の直後に開始され、最後の検出器がその動作を終えるまで継続される。衝突検出器４００がエネルギレベルのみを考慮し（プリアンブル或いはペイロードの検出は行なわない）場合は、これはエネルギレベルの測定の終端、従ってシンボル１から４までとなる。他方、衝突検出器４００が、エネルギレベルの測定に加えて、プリアンブル或いはペイロードの検出も考慮する場合は、Barkerペイロード検出器がボトルネックとなり、２０μ秒（WaveLANの場合は１４μ秒）なるタイムスロットの多くの部分が費やされ、これは、期待されるACKと重複することとなる。このため、最初に、受信された信号が期待されるACKであるか決定することが必要となり（このためにはおそらくはパケット全体を受信することが必要となるが）、その後でなければ、衝突検出器を妥当なものとして起動することはできない。

図４は、本発明の特徴を採用する一例としての衝突検出器４００を示す略ブロック図である。前述のように、衝突検出器４００は、エネルギレベル検出器４１０、及びオプションとして、プリアンブル検出器４２０、或いは（後に図６Aと６Bとの関連で説明される）ペイロード検出器６００（或いはこの両方）を含む。衝突検出器４００は、加えて、衝突検出アルゴリズム５００を含むがこのアルゴリズム５００は、図５との関連で後に説明されるように、エネルギレベルの測定値と、オプションとして、プリアンブル或いはペイロード検出値（或いはこの両方）とを、所定の基準に照らして評価することで、衝突が発生したか否かを決定する。通常は、エネルギレベル検出器４１０は、入り信号のエネルギレベルを測定する。信号が受信されない場合は、エネルギレベル検出器４１０は、背景雑音（沈黙レベル）を測定する。プリアンブル検出器４２０とペイロード検出器６００は、それぞれ、パケットの、プリアンブル部分とペイロード部分とを検出する。こうして、ACKメッセージが期待されたときに受信されず、かわりに、（通常の背景雑音より高い）増加されたエネルギレベルが検出された場合は、送信局１１０−ｔは、オプションとしての（ACKメッセージからのものでない）プリアンブル或いはペイロードの検出と合わせて、衝突が発生したものと想定（決定）する。

エネルギレベル検出器４１０は、従来の802.11受信機内に既に他の目的のために含まれているエネルギレベル検出器を用いて実現することができる。一般的には、エネルギレベル検出器４１０は、RSSI（Received Signal Strength Indication: 受信信号強度指標）の測定を遂行することで、エネルギレベルを決定する。インテグレーション（総和）定数（integration constant）は、この一例としてのIEEE 802.11実現に対しては、例えば、１から４シンボルまでとされる。通常は、このインテグレーション定数が短過ぎる場合は、ピークの測定値（peak measurements）が得られ；このインテグレーション定数が長過ぎる場合は、応答は、正確ではあるが、長くなる。図５との関連で後に説明するように、衝突検出閾値は、エネルギレベルの測定のこの不正確性（inaccurancy）が反映されるように設定されるべきである。この衝突検出閾値は、予め決定された固定値とすることも、過去の値に基づく推定値とすることもできる。過去の値とする場合には、衝突検出閾値は、典型的には、背景雑音或いは沈黙レベルに、所定のマージン（余裕）を加えた値とされる。

プリアンブル検出器４２０は、従来の802.11受信機内に既に他の目的で含まれているプリアンブル検出器を用いて実現することができる。前述のように、ペイロード検出器６００については図６A及び６Bとの関連で後に説明する。

図５は衝突検出アルゴリズム５００の一例としての実現を図解する流れ図である。前述のように、衝突検出アルゴリズム５００は、エネルギレベル測定値と、オプションとしてのプリアンブル或いはペイロード検出値（或いは両方）を、所定の基準に従って評価することで、衝突が発生したか否かを決定する。図５に示されるように、衝突検出アルゴリズム５００は、最初に、ステップ５１０において、あるACKメッセージ或いはパケットヘッダの受信が期待される時間期間が満了したか否かを決定するためのテストを遂行する。ステップ５１０においてこの時間期間がまだ満了してないことが決定された場合は、プログラムコントロールは、この時間期間が満了するのを待つ。他方、ステップ５１０において、この時間期間が満了したことが決定された場合は、ステップ５１５において、ACKメッセージ或いはパケットヘッダが正常に受信されたか否かを決定するための更なるテストが遂行される。こうして、衝突の検出に関しての対応は、ACK或いはデータヘッダの受信が満了すべき期間まで延期される。ステップ５１５において、ACK或いはデータヘッダが正常に受信されたことが決定された場合は、衝突の検出に関するそれ以上の対応（処置）は放棄され、プログラムコントロールは終端する。もう一つのバリエーションにおいては、送信局１１０−ｔは、ACKメッセージのみを待ち、それが期待するモードにおけるプリアンブルに関して動作する。例えば、OFDM変調されたメッセージの場合は、ACKメッセージに加えて、OFDMプリアンブルとOFDM変調に関して動作し；CCKメッセージの場合は、ACKに加えて、Barkerプリアンブルに関して動作する。こうして、プリアンブル検出器４２０は、期待される以外の変調に関して、衝突検出条件の一部として動作する。

他方、ACKメッセージ或いはパケットヘッダが正常に受信されなかった場合は、プログラムコントロールはステップ５２０に進み、更に、オプションとして、ステップ５３０と５４０に進み；これら、ステップにおいて、それぞれ、エネルギレベル、プリアンブル、及びペイロードの測定値が評価される。ACKの測定や、プリアンブルの測定には、多くの時間（μ秒）が必要とされることもあり；このため、ステップ５２０から５４０に対する実際の測定は、ACK或いはパケットの開始時に既に遂行されている必要がある。これらは、図５に示されるように、評価、或いは妥当であるものとして起動される。その後、ステップ５５０において、衝突が発生したか否かを決定するための更なるテストが遂行される。衝突検出アルゴリズム５００は、ステップ５５０において衝突が発生したか否かを検出するために、例えば、以下の規則の一つ或いは複数を採用する：

・衝突検出 ：＝（エネルギレベル＞衝突検出閾値）
・衝突検出 ：＝（エネルギレベル＞衝突検出閾値）、かつ、（ペイロード検出）
・衝突検出 ：＝（エネルギレベル＞衝突検出閾値）、かつ、（ペイロード検出或いはプリアンブル検出）

ここで、衝突検出フラッグ（CollisionDetect Flag）は、ステップ５６０において、検出された衝突が妥当である場合にセットされるフラッグであり；エネルギレベル（EnergyLevel）はエネルギレベル検出器４１０によって決定される数値であって、エネルギレベルを表し；衝突検出閾値（CollisionDetectThreshold）は、数値閾値であって、これより高いエネルギレベルは別のソースが送信していることを示し；ペイロード検出（PyloadDetect）は、ペイロード検出器６００によってセットされるフラッグであって、Barker, CCK,或いはOFDMペイロードが検出されたことを示し；プリアンブル検出（PreambleDetect）は、プリアンブル検出器４２０によってセットされるフラッグであって、Barker, CCK,或いはOFDM信号のプリアンブルが検出されたことを示す。

ステップ５５０において、衝突が検出されたことが決定された場合は、ステップ５６０において、衝突検出フラッグがセットされ、その後プログラムコントロールは終端する。他方、ステップ５５０において、衝突は検出されなかった場合は、プログラムコントロールは、衝突検出フラッグを設定することなく、終端する。

ステップ５５０において採用される第二及び第三の代替の定義においてはペイロード検出器の情報が用いられることに注意する。このペイロード検出器情報は、例えば、（同一の標準を用いる無線LANからではない）他のデバイスからの変動する背景雑音或いは干渉が予想されるような環境において有益である。このような状況においては、ある高いエネルギレベルは、必ずしも衝突を意味せず、単に干渉が過多であることを意味し、異なった対応が適当なことがある。ステップ５５０において採用される第三の代替の定義においてはプリアンブル検出器情報も用いられる。通常は、局１１０は、プリアンブルが検出されると、必ず、入り信号の受信と、この処理を開始する。ただし、稀にプリアンブル或いはこれに続くデータの処理が停止されるような状況も発生する。このような状況においては、第三の衝突検出定義として、PreambleDetect（プリアンブル検出）条件を用いると、有益である。例えば、処理は、そのメッセージが別の局に向けられている場合；そのメッセージが不当な信号（SIGNAL）欄を有する場合；或いはそのエネルギレベルがある検出閾値以下である場合に、停止される。更に、様々な代替の衝突検出（CollisionDetect）定義をアクセスメカニズムの様々な段階において用いることもできることに注意する。例えば、ペイロード検出（PayloadDetect）及びプリアンブル検出（PreambleDetect）は、信号が存在すべきではないSIFS或いはDIFS期間に用いると有益である。ペイロード検出（PayloadDetect）は（変調によっては）、これがプリアンブルの段階で起動された場合、有益な情報をもたらす。

図６Aと６Bは、図４のペイロード検出器６００の、それぞれ、CCK符号とOFDM符号に対する一例としての実現の略ブロック図である。ペイロード検出器６００は、Barker符号に対しては、上述のように、プリアンブル検出器４２０と同一の回路を採用できることに注意する。ペイロード検出器は、CCK（Complementary Code Keying）とOFDMシンボルに対しては、プリアンブル検出器と同一とすることはできず、専用のペイロード検出器が用いられる。CCKに対しては、CCK符号の検出が要求され；OFDMに対しては、OFDMシンボルの検出が要求される。CCK及びOFDM符号に対するペイロード検出器は、例えば、2001年７月31日付けで出願された、両方とも”Wireless LAN with Enhanced Carrier Sensing”なる名称の、合衆国特許出願第09/919,511号、或いは対応する欧州特許出願EP 1,178,630 A1の教示に従って実現することができる。

図６Aには、高ビットレートペイロード伝送に対する一例としてのペイロード検出器６００が、とりわけ、2.4 GHzバンドにおける高ビットレートキャリア検出に対して略図で示されている。OFDM高速変調は、現在2.4 GHzバンドの一部でもあり、IEEE 802.11g標準によって定義されていることに注意する。Barker及びCCK変調もこの新たな標準の一部を構成する。Barkerプリアンブル検出器はBarker符号を検出する。図6Aの検出器６００はCCK信号を検出し；図６Bの検出器６５０はOFDMを検出する。検出器６００は複素値処理フィルタ（complex-valued processing filter）に基づく。

検出器６００は、入力、出力、総和ユニット（summation unit）６０１、６０６、６０７、信号遅延ユニット６０２、６０３、乗算ユニット６０４、６０５、６０９、６１０、及び共役ユニット(conjugation unit)６０８を備える。

検出器６００においては、入力は第一の総和ユニット６０１に接続され、第一の総和ユニット６０１は、それぞれ、第二の総和ユニット６０６と第三の総和ユニット６０７、及び第一の遅延ユニット６０２に接続される。第一の遅延ユニット６０２は、第一の乗算ユニット６０５と、第二の遅延ユニット６０３に接続される。第二の遅延ユニット６０３は第二の乗算ユニット６０４に接続され、第二の乗算ユニット６０４も第一の総和ユニット６０１に接続される。第一の乗算ユニット６０５は第二の総和ユニット６０６に接続され、第二の総和ユニット６０６は、更に、共役ユニット６０８に接続される。第一の乗算ユニット６０５は、更に、第三の総和ユニット６０７に接続される。第三の総和ユニット６０７は第三の乗算ユニット６０９に接続され、第三の乗算ユニット６０９は、共役ユニット６０８と第四の乗算ユニット６１０とにも接続される。第四の乗算ユニット６１０は更に出力に接続される。

入力に入った信号は、矢印によって示される経路に沿って検出器６００内を通過し、その経路上の処理ユニット６０１−６１０によって処理される。この機能を要約すると、検出器６００内において、入力に入った複素信号（つまり、受信された信号のI（同相）成分とQ（直交）成分）は、周知のバイクオゥッド構造（bi-quad structure）を有する２つのIIR（Infinite Impulse Response）フィルタに供給される。２つの各IIRフィルタ内のこれら信号を（第三の乗算ユニット６０９の所で）互いに乗算することで、虚数成分のみが生成され、これが、奇数番号のサンプルの符号を反転させた後に、（第四の乗算ユニット６１０の所で）インテグレーション（総和）或いは総和summation）される。この総和結果（integration result）は、これは、CCK信号の場合位相の交替が91ナノ秒毎に（11 MHzチップレートにて）発生するために、シンボルタイミングの追跡に用いることができる。

IEEE 802.11bによって定義されるように11 MHzなるチップレートと、サンプリングレートとして22 MHzを選択した場合、チップ持続期間（chip duration）は、２つのサンプリング期間（sampling interval）を要する。IEEE 802.11bに定義される、それぞれ、5.5 Mbpsと11 Mbpsでの変調は、８個のチップから構成される１シンボル期間当たり、それぞれ、４８個の可能なパターンから、１６個と、256個のCCKパターンを割当てることに基づき、結果として受信された信号のI成分とQ成分との間には４つの可能な位相が存在する。

ただし、１チップ期間当たり1度のランダム様位相ジャンプに起因して、受信された信号は、11 MHzのQPSK信号のように見える。サンプリングレートとチップレートの間のこの２：１なる比のために、０、＋１、−１、＋ｉ、−ｉなるIIFフィルタ係数を用いてデジタル信号を簡単に処理することが可能となる。2：1とは異なる比を用いた場合は、デジタル信号の処理には、０、＋１、−１、＋ｉ、−ｉ以外の複素数値の乗数を用いてのより複雑なIIRフィルタリングアプローチが必要となり、DSPの計算負荷がより高くなる。

DSPは、更に、雑音とQPSK信号とを弁別するために、受信された信号の位相を２２個のサンプルおきに比較する。絶対値の位相の差が（IIRフィルタの有限応答時間に起因する）初期ブランク時間を除いて、全総和期間（integration period）に渡って、総和（インテグレート）される。QPSK信号の場合は、雑音には存在しない強い位相の相関が見られる。本発明のこの実施例においては、CCK（ペイロード）信号の高信頼度での検出が、両方との従来の技術から知られている信号レベル情報と低ビットレートキャリア検出、及びペイロード検出器６００によるサンプリングされたQPSK信号間の位相相関を用いての高ビットレートキャリア検出とを組合わせることで達成される。

IEEE 802.11aに従う5 GHzバンドとOFDM変調を用いる無線LAN内、及びIEEE 802.11g に従う2.4 GHzとOFDM変調を用いる無線LAN内においては、無線LANデバイス（局１１０或いはアクセスポイント１２０）内のキャリア検出器は、プリアンブルとペイロード伝送の両方を、IEEE 802.11bによって定義される無線LANに対するやり方と類似のやり方にて検出する能力を有する。キャリアの検出（carrier sensing）は、信号レベル、プリアンブル伝送、及びペイロード伝送に関しても遂行される。信号レベルの検出（singal level sensing）の際には、受信された信号の信号レベルが決定され；プリアンブル伝送の検出は、周知の方法での、信号同期及びトレーニング手続を伴う。

ただし、異なる変調方法（QPSKとOFDM）が混在するために、ペイロードキャリアの検出は、図６Aに示したように遂行することはできない。OFDM変調信号として伝送されるペイロードデータフレーム内では、ペイロードシンボルは伝送の頑丈さを増すために巡回エクステンション（cyclic extension）方式にて符号化される。つまり、４μ秒なるペイロードシンボル期間内において、このシンボル期間の、最初の800ナノ秒の際に伝送される第一の信号が、このシンボル期間の、最後の800ナノ秒の際に第二の同一の信号として反復される。このため、図６Bに示されるペイロード検出器は、シンボルの巡回エクステンションと、そのシンボル期間内の、第一の信号と第二の同一の信号との間の自己相関（auto-correlation）とに基づくように構成される。

図６Bは、2.4 GHzバンドにおける高ビットレートキャリア検出に対する図６Aと類似のやり方にて、（2.4及び5 GHzの両方であり得る）高ビットレートペイロードOFDM伝送に対するペイロード検出器６５０の実現を簡略的に示す。

検出器６５０は、入力、出力、総和ユニット６５４、信号遅延ユニット６５１、６５６、乗算ユニット６５３、６５５、及び共役ユニット６５２を備える。検出器６５０においては、入力は第一の乗算ユニット６５３に接続され、第一の乗算ユニット６５３は、総和ユニット６５４と共役ユニット６５２とに接続される。入力は第二のラインを通じて第一の信号遅延ユニット６５１にも接続される。第一の信号遅延ユニット６５１は共役ユニット６５２に接続される。第一の乗算ユニット６５３は更に総和ユニット６５４に接続され、総和ユニット６５４は第二の乗算ユニット６５５と出力６５７とに接続される。第二の乗算ユニット６５５は第二の信号遅延ユニット６５６とも接続され、第二の信号遅延ユニット６５６も出力６５７に接続される。

検出器６５０の入力に入った信号は、矢印によって示される経路に沿って検出器６５０内を通され、この経路上の処理ユニット６５１−６５６によって処理される。この機能を要約すると、検出器６５０内において、入力に入った複素信号（つまり、受信された信号のI（同相）成分とQ（直交）成分）が、（問題の受信された信号の６４個のサンプルの遅延バージョンの共役を、２０MHｚなる区間サンプリングレートにて得る第一の乗算ユニット６５３の所で）その3.2μ秒だけ遅延されたバージョンの複素共役と乗算され、この乗算からの実数値信号が（総和ユニット６４５、第二の乗算ユニット６５５及び第二の信号遅延ユニット６５６から構成される）漏れインテグレータ（leaky integrator）によって平均され、入力信号と、その3.2μ秒だけ遅延されたバージョンとの間の相関の平均値が（２０MHｚなるサンプリングレートにおいて、800ナノ秒なる期間をカバーする１６個のサンプルから構成される）最後の期間に対して決定される。

この漏れインテグレータは、その内部に４μ秒なる周期を有する自己相関ピークが存在する、時間ベースの出力信号を提供する。ペイロード検出器６５０は、この周期的なピークを用いて、ペイロードの伝送が進行中であるか否かを決定する。（巡回エクステンションを有しない信号が受信された場合は、自己相関ピークは存在せず、このことはペイロード伝送の不在を示す）。

信号レベル情報、低ビットレートプリアンブルキャリア検出、並びに高ビットレートペイロードキャリア検出を観察（併用）することで、OFDM（ペイロード）信号の、より信頼できるキャリアセンス検出（carrier sense detection）が達成される。

上で説明された様々な実施例及びバリエーションは単に本発明の原理を解説するためのものであり、当業者においては本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な修正が可能である。

本発明がその内部において動作される無線網環境を示す図である。 IEEE 802.11標準に準拠する一例としてのアクセスアルゴリズムに対する時間ラインを示す図である。 本発明の衝突検出メカニズムを採用する一例としてのアクセスアルゴリズムに対する時間ラインを示す図である。 本発明の特徴を採用する一例としての衝突検出器を図解する略ブロック図である。 図４の衝突検出アルゴリズムの一例としての実現を図解する流れ図である。 図４のペイロード検出器の、CCK符号に対する、一例としての実現の略ブロック図である。 図４のペイロード検出器の、OFDM符号に対する、一例としての実現の略ブロック図である。

符号の説明

１００：無線デジタル通信システム
１０５：有線配信網
１２０：アクセスポイント
４００：衝突検出器
４２０：プリアンブル検出器
５００：衝突検出アルゴリズム
６００：ペイロード検出器

Claims (10)

1. 第一の無線通信デバイスであって、
   該第一の無線通信デバイスによるメッセージの送信に応答して第二の無線通信デバイスによって送信されたACK（アクノレッジメント）メッセージを受信する能力を有するコントローラと、
   無線媒体を衝突がないか監視するための衝突検出器と、を備える無線通信デバイス。
2. 無線通信網内で衝突を検出するための方法であって、
   送信したデータに応答してACK（アクノレッジメント）メッセージが受信されたか否かを決定するステップと、
   該無線通信網を監視し、衝突を検出するステップと、を含む方法。
3. 該監視ステップが、エネルギレベルを評価し、該エネルギレベルに基づいて衝突を検出する、請求項２記載の方法。
4. 該監視ステップが、更に、ペイロードを検出するステップと、検出されたペイロードに基づいて衝突を検出するステップとを含む、請求項３記載の方法。
5. 該監視ステップが、更に、プリアンブルを検出するステップと、検出されたプリアンブルに基づいて衝突を検出するステップとを含む、請求項４記載の方法。
6. 該監視ステップが、該方法がデータを送信した後に起動される、請求項２記載の方法。
7. 該監視ステップが、ACKメッセージ或いはデータヘッダが受信された場合は、衝突は検出しない、請求項２記載の方法。
8. 無線通信網内で衝突を検出するための方法であって、
   送信したデータに応答してACK（アクノレッジメント）メッセージが受信されたか否かを決定するステップと、
   該無線通信網を監視し、測定されたエネルギレベルが所定の閾値を超える場合に、衝突を検出するステップと、を含む方法。
9. 該監視ステップが、更に、ペイロードを検出するステップを含み、該衝突の検出が更に検出されたペイロードに基づく、請求項８記載の方法。
10. 該監視ステップが、更に、プリアンブルを検出するステップを含み、該衝突の検出が更に検出されたプリアンブルに基づく、請求項８記載の方法。
    

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