JP2005513906A

JP2005513906A - プリアンブルｍｓｅ測定基準に基づくアンテナ切り替え

Info

Publication number: JP2005513906A
Application number: JP2003555703A
Authority: JP
Inventors: ミーハン，ジョーゼフ; チョイ，ソンヒョン
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2005-05-12
Also published as: US7274759B2; DE60213863D1; AU2002351108A1; EP1459463A1; CN1605166A; WO2003055101A1; DE60213863T2; KR20040070256A; ATE336111T1; EP1459463B1; US20030119468A1

Abstract

デジタル無線受信機の信号受信を改善する装置と方法は、入力信号のプリアンブル情報を処理するための処理回路であって、前記プリアンブル情報の第１の所定の部分が第１のアンテナに適用され、前記プリアンブル情報の第２の所定の部分が第２のアンテナに適用され、複数の処理された信号を作り、それ故に前記複数の処理された信号が所定のプリアンブル列と比較されて、前記それぞれのアンテナの平均２乗誤差（MSE）を得る処理回路を有する。次に、より小さいMSEを有する前記第１と第２のアンテナのうちの１つが、入力信号を受信して処理するために選択される。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、無縁通信分野に関するものであり、特にデジタル無線受信機の信号受信を改善するための方法とシステムに関するものである。

無線通信システムにおいて、望ましい受信信号出力を最大化してシステム性能を改善するために、複数のアンテナが使用される。従って、信号が組み合わせられ得るように、受信機に複数のチューナが必要になる。信号受信性能を高める一方で受信機のコストを最小化するために、アンテナ切り替えの方式が実装される。例えば無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）では、ステーションは信号処理のために２つのアンテナを用い、より大きい信号出力を備えたアンテナの１つが、受信と処理のために選択される。このため、アンテナで検出された信号の強度は、アンテナ切り替えの基礎として用いられる。しかし、この形式のアンテナ切り替えは、符号間干渉を考慮に入れていない。従って、干渉を抑え、無線受信機の信号受信を高める、改善されたアンテナ切り替え方法を提供する必要が存在する。

本発明は、デジタル無線受信機の信号受信を高めるための方法と装置に関するものである。

本発明の態様によると、デジタル無線受信機の信号受信を高めるための方法は：複数の入力信号からプリアンブル情報を抽出するステップと；第１のアンテナで前記プリアンブル情報の第１の所定の部分を処理して、第１のプリアンブル列を作るステップと；第２のアンテナで前記プリアンブル情報の第２の所定の部分を処理して、第２のプリアンブル列を作るステップと；前記第１のアンテナから受信された前記第１のプリアンブル列と前記第２のアンテナから受信された前記第２のプリアンブル列との平均２乗誤差（MSE）を計算するステップと；演繹的に知られたプリアンブル列と、前記第１のプリアンブル列及び前記第２のプリアンブル列とを比較するステップと；前記入力信号のその後の受信のために、より小さいMSEを有する前記第１のアンテナと前記第２のアンテナのうちの１つを選択するステップとを有する。前記処理ステップは、前記第１のアンテナによって受信された前記プリアンブル情報の前記第１の所定の部分を復調して、前記第１のプリアンブル列を得るステップと、前記第２のアンテナによって受信された前記プリアンブル情報の前記第２の所定の部分を復調して、前記第２のプリアンブル列を得るステップとを更に有する。

本発明の他の態様によると、デジタル無線受信機の信号受信を高めるための方法は：複数の入力信号を受信するステップと；前記入力信号のヘッダ情報を分離して、第１のアンテナと第２のアンテナで前記分離されたヘッダ情報を処理するステップと；所定のプリアンブル列と、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナからの前記処理されたヘッダ情報とを比較し、平均２乗誤差（MSE）を得るステップと；前記入力信号のその後の受信のために、より小さいMSEを有する前記第１のアンテナと前記第２のアンテナのうちの１つを選択するステップとを有する。前記入力信号の前記ヘッダ情報を分離するステップは、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナから受信された前記入力信号の前記ヘッダ情報を復調して、前記処理されたヘッダ情報を得るステップを更に有する。

本発明の他の態様によると、デジタル無線受信機の信号受信を高めるための装置は：入力信号のプリアンブル情報を処理するための処理回路であって、前記プリアンブル情報の第１の所定の部分が第１のアンテナに適用され、前記プリアンブル情報の第２の所定の部分が第２のアンテナに適用され、複数の処理された信号を作り、前記複数の処理された信号が所定のプリアンブル列と比較されて、前記それぞれのアンテナの平均２乗誤差（MSE）を得る処理回路と；前記入力信号のその後の受信のために、より小さいMSEを有する前記第１のアンテナと前記第２のアンテナのうちの１つを選択するための選択回路とを有する。前記装置は、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナから受信された前記入力信号の前記プリアンブル情報を復調して、前記複数の処理された信号を得るための手段を更に有する。

本発明の他の態様によると、アンテナの選択は、x-yグラフにプロットされた時間変化するMSEの収束率に基づいて実行されることがあり、より早い収束率を備えた前記アンテナのうちの１つが、受信信号のその後の受信のために選択される。また、前記アンテナのうちの１つから受信された前記プリアンブル列のMSEが所定の閾値より小さい場合、前記所定の閾値より小さいMSEを有するアンテナが、その後に入力信号を受信して処理するために選択される。

本発明の更なる態様によると、デジタル無線受信機の入力信号の信号受信を高めるための装置は：前記入力信号を受信するための第１のアンテナと；前記入力信号を受信するための第２のアンテナと；前記入力信号の前記プリアンブル情報を処理するための処理回路であって、前記プリアンブル情報の第１の所定の部分が前記第１のアンテナに適用され、前記プリアンブル情報の第２の所定の部分が前記第２のアンテナに適用され、複数の処理された信号を作り、前記複数の処理された信号が所定のプリアンブル列と比較されて、前記それぞれのアンテナの平均２乗誤差（MSE）を作る処理回路と；前記入力信号のその後の受信のために、より小さいMSEを有する前記第１のアンテナと前記第２のアンテナのうちの１つを選択する選択回路とを有する。前記装置は、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナから受信された前記入力信号の前記プリアンブル情報を復調して、前記複数の処理された信号を得るための手段を更に有する。

本発明の前述の及び他の特徴と利点が、添付の図面に示された好ましい実施例の以下の更に詳細な説明から明らかになり、前記図面において、参照文字は多様な図を通じて同じ部分を参照する。図面は必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに本発明の原理を示すものに強調が置かれている。

以下の説明において、限定のためではなく説明の目的で、本発明の十分な理解を提供するために、特定の構成やインタフェースや技術等のような特定の詳細が示されている。しかし、本発明は、前記の特定の詳細を逸脱した他の実施例で実行され得ることが当業者に明らかである。更に、明瞭さの目的で、不要な詳細で本発明の説明をあいまいにしないように、周知の装置と回路と方法の詳細な説明が省略されている。

本発明は、特に無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）での使用に適しており、以下にこの適用に関して説明されるが、ここで開示される方法と装置は、北米移動体無線標準（North American Mobile Radio Standard）及びグループ・スペシャル・モバイル（Group Special Mobile）（GSM）に基づくシステム（欧州と日本で使用されているデジタル携帯電話サービスである移動体通信用のグローバルシステムとしても知られている）や、汎欧州デジタルコードレス電話インタフェース規格であるデジタル欧州コードレス電話（Digital European Cordless Telecommunications）に基づくシステムのような他のデジタル無線通信システムに適用され得ることに留意すべきである。

図１は、本発明の実施例が適用される代表的なネットワークを示したものである。図１に示される通り、アクセスポイント（AP）2は、無線リンクを通じて相互に及び複数の無線チャネルを介してAP2と通信する複数の移動局（MS）4に結合される。同じ無線範囲内にある移動局4とAP2は、基本サービスセット（BSS）として知られる。APの主な機能は、ローミング（すなわちアクセスポイントの変更）に対応し、BSS内で同期化し、出力管理に対応し、BSS内で期限付きのサービスに対応するために媒体アクセスを制御することである。

図２は、本発明の例示的な実施例に従って、それぞれの移動局4に実装された処理回路10の簡略化されたブロック図を示したものである。図２の例示的な実施例は説明目的のみであり、従って、メッセージを往復してネットワークステーションに転送するサーバステーションを使用する他の構成又は形式のローカルエリアネットワークが使用されることがある。更に、AP2は、ローカルエリアネットワークのネットワークステーションが通信し得る他の装置及び／又はネットワークに接続されることがある。図２に示す通り、移動局4は：通信チャネル上で受信データ信号を送受信するように構成された第１のアンテナ12と第２のアンテナ14と；入力信号をデジタル信号に復調するための復調器16と；アンテナ12と14を介して受信された信号を処理するためのイコライザ18と；メモリ20と；比較器22とを有する。アンテナ12と14を介した送信用に意図された信号を処理するために、制御プロセッサ（図示なし）が移動局4に備えられる。

動作中に、移動局4は、第１のアンテナ12と第２のアンテナ14を介して、プリアンブルヘッダ情報を含む複数の入力データ信号を受信する。第１のアンテナ12は、プリアンブルヘッダ情報の先頭部分を受信するように構成され、第２のアンテナ14は、プリアンブルヘッダ情報の残りの部分を受信するように構成される。それぞれのアンテナからの受信信号は、復調器16によって対応するデジタル信号に復調される。次に、復調された信号は、フィルタリングの目的でイコライザ18に転送され、その後、それが比較器22に転送される。メモリ20は、それぞれ復調器16とイコライザ18によって受信されてフィルタリングされた実際のプリアンブル列との比較のために検索される既知の参照プリアンブル列を保存する。その後、それぞれのアンテナからの実際のプリアンブル列と参照プリアンブル列との比較が実行され、各符号列の誤差を測定する。誤差の結果に基づいて、アンテナ12と14のうちの１つが、残りの入力信号を受信して処理するために選択される。

次に、本発明に従って望ましいアンテナを選択して入力信号の受信を高める対策が、詳細な説明において説明される。

図３Ａは、802.11a標準で示されているように、16μsの継続時間（又は224個の符号）を有するプリアンブルフレームを示したものである。このプリアンブルは、10個の短い直交周波数分割多重（OFDM）符号と、2個の長いOFDM符号とで構成される。それぞれの短いOFDM符号（0.8μs）は、12個のコンステレーション符号（constellation symbol）で構成され、それぞれの長いOFDM符号（3.2μs）は、52個のコンステレーション符号（constellation symbol）で構成される。プリアンブル情報を受信すると、第１のアンテナ12は、メモリ20に保存された参照プリアンブル列とそれに受信された実際のプリアンブル列とを比較することによって、プリアンブルの最初の84個の符号（7個の短いOFDM符号）の平均２乗誤差（MSE）を計算する。次に、入力が第２のアンテナ14に切り替えられ、プリアンブルの次の88個の符号（3個の短いOFDM符号と1個の長いOFDM符号）のMSEを計算する。残りの52個の符号（1個の長いOFDM符号）は、アンテナが再度切り返さなければならない場合に備えて留保される。各アンテナの出力MSEを得た後に、より小さいMSEを備えたアンテナが、入力データパケットの残りを受信して処理するために選択される。

図３Ｂは、802.11b標準で示されているように、144μsの継続時間（又は1MHzの速度で144個の符号）を有するプリアンブルフレームを示したものである。第１のアンテナ12は、最初の60個の符号のMSEを計算し、第２のアンテナ14は、次の60個の符号のMSEを計算する。残りの24個の符号は、アンテナが再度切り返さなければならない場合に備えて留保される。各アンテナのMSEを得た後に、より小さいMSEを備えたアンテナ12と14のうちの１つが、入力データパケットの残りを受信して処理するために選択される。

他の実施例において、第１のアンテナ12のMSEが所定の閾値より小さい場合、アンテナ切り替えは生じない。すなわち、第１のアンテナのMSEが所定の閾値より大きい場合、第２のアンテナへのアンテナ切り替えが生じる。

一方で、本発明の実施例によると、入力信号を受信して処理するためにどちらのアンテナが選択されるべきかを判断するために、MSEの収束率という追加のパラメータが分析され得る。すなわち、MSEの収束率を検査することによって、より信頼性の高い形式のアンテナ切り替えが得られ得る。例えば、図４Ａは良好なチャネルを示すMSEプロットを表している。y軸は平均２乗誤差を表しており、x軸はそれぞれの繰り返しでのステップサイズを表している。ここで、収束率はより大きい勾配を有しており、MSEの最小値はより小さい。対照的に、図４は、収束率が遅く（より小さい勾配）、それ故に最小のMSEがより大きくなる傾向にある不適当なチャネルを示したMSEプロットを表したものである。従って、収束率を検査することにより、最適のチャネル品質を得るためにどちらのアンテナが選択されるべきかの相対的な尺度が得られ得る。

図５は、本発明の実施例によるアンテナ切り替え処理の動作ステップを示したフローチャートである。本発明の選ばれた実施例は、コンピュータシステムで実行されるコンピュータソフトウェアである。前記フローチャートは、何らかの特定のプログラム言語の記法を表していない。逆に、前記フローチャートは、当業者が回路を作るために、又は特定の装置に必要な処理を実行するコンピュータソフトウェアを作るために必要とされる機能情報を示している。その他、処理ブロックと判定ブロックは、デジタル信号処理回路又は特定用途向け集積回路（ASIC）のような機能的に等価な回路によって実行されるステップを現している。

ステップ100において、アンテナ12と14は、入力信号と、特にプリアンブル情報を受信する。ステップ110において、プリアンブル情報の先頭部分は第１のアンテナ12によって受信され、ヘッダのプリアンブル情報の残りの部分はアンテナ14によって受信される。それぞれのアンテナからの受信信号は、復調器16とイコライザ18によって処理され、処理されたプリアンブル列を作る。次に、ステップ120において、それぞれのアンテナによって回復した実際のプリアンブル列と所定のプリアンブルとを比較することによって、それぞれのアンテナのMSEが計算される。ステップ130において、それぞれのアンテナから計算されたMSEが相互に比較される。第１のアンテナ12からのMSEが第２のアンテナからのMSEより小さい場合、ステップ140において、入力信号の残りを受信して処理するために、第１のアンテナ12が選択される。その他の場合、ステップ150において、入力信号の残りを処理するために、第２のアンテナが選択される。その他、図４Ａと４Ｂを参照して説明したように、より高い収束率を備えた収束の勾配の比率に基づいてアンテナ切り替えが実行されることがある。

前述から明らかな通り、本発明は、先行技術のシステムのように単純な信号強度のパラメータを利用することより優れたアンテナを切り替えるための基準を提供するという利点を有する。本発明において、１つのチューナ（フロントエンド）のみが必要であり、それ故に完全なアンテナ・ダイバーシティ・システム（antenna diversity system）より経済的にこのシステムを作る。

本発明の好ましい実施例が示され、説明されたが、本発明の真の範囲を逸脱することなく、多様な変更と変形が行われることがあり、等価なものがその要素に置換されることがあることが、当業者にわかる。更に、本発明の主要な範囲を逸脱することなく、特定の状況と本発明の教示に適応するために、多数の変形が行われることがある。従って、本発明は本発明を実行するために検討されたベストモードとして開示された特定の実施例に限定されず、本発明は特許請求の範囲内にある全ての実施例を含むことが意図される。

本発明の実施例が適用され得る通信システムの簡略化したブロック図を示したものである。本発明の実施例によるシステムの主要な構成要素を示したものである。本発明の実施例によるフレーム構成を示したものである。本発明の実施例によるフレーム構成を示したものである。本発明の実施例による良好なチャネルのグラフ表示を示したものである。本発明の実施例による不適当なチャネルのグラフ表示を示したものである。本発明による動作ステップを示したフローチャートである。

Claims

デジタル無線受信機の信号受信を高めるための方法であって、
複数の入力信号からプリアンブル情報を抽出するステップと、
第１のアンテナで前記プリアンブル情報の第１の所定の部分を処理して、第１のプリアンブル列を作るステップと、
第２のアンテナで前記プリアンブル情報の第２の所定の部分を処理して、第２のプリアンブル列を作るステップと、
前記第１のアンテナから受信された前記第１のプリアンブル列と前記第２のアンテナから受信された前記第２のプリアンブル列との平均２乗誤差（MSE）を計算するステップと、
前記入力信号のその後の受信のために、より小さいMSEを有する前記第１のアンテナと前記第２のアンテナのうちの１つを選択するステップと
を有する方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記MSEを計算するステップが、所定のプリアンブル列と、前記第１のプリアンブル列及び前記第２のプリアンブル列とを比較するステップを更に有する方法。
請求項２に記載の方法であって、
前記所定のプリアンブル列が、演繹的に知られている方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記処理ステップが、
前記第１のアンテナによって受信された前記プリアンブル情報の前記第１の所定の部分を復調して、前記第１のプリアンブル列を得るステップと、
前記第２のアンテナによって受信された前記プリアンブル情報の前記第２の所定の部分を復調して、前記第２のプリアンブル列を得るステップと
を更に有する方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記第１のアンテナから受信された前記第１のプリアンブル列のMSEが所定の閾値より小さい場合に、前記入力信号のその後の受信のために、前記第１のアンテナを選択するステップと、
前記第１のアンテナから受信された前記第１のプリアンブル列のMSEが所定の閾値を上回る場合に、前記入力信号のその後の受信のために、前記第２のアンテナを選択するステップと
を更に有する方法。
請求項１に記載の方法であって、
x-y平面での前記第１のプリアンブル列と前記第２のプリアンブル列の前記計算されたMSEに基づいて、時間変化する収束率を作るステップを更に有する方法。
請求項６に記載の方法であって、
前記入力信号のその後の受信のために、より早い収束率を有する前記第１のアンテナと前記第２のアンテナのうちの１つを選択するステップを更に有する方法。
デジタル無線受信機の信号受信を高めるための装置であって、
入力信号のプリアンブル情報を処理するための処理回路であって、前記プリアンブル情報の第１の所定の部分が第１のアンテナに適用され、前記プリアンブル情報の第２の所定の部分が第２のアンテナに適用され、複数の処理された信号を作り、前記複数の処理された信号が所定のプリアンブル列と比較されて、前記それぞれのアンテナの平均２乗誤差（MSE）を得る処理回路と、
前記入力信号のその後の受信のために、より小さいMSEを有する前記第１のアンテナと前記第２のアンテナのうちの１つを選択するための選択回路と
を有する装置。
請求項８に記載の装置であって、
前記所定のプリアンブル列が、演繹的に知られている装置。
請求項８に記載の装置であって、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナから受信された前記入力信号の前記プリアンブル情報を復調して、前記複数の処理された信号を得るための手段を更に有する装置。