JP2007521728A - バーカーコード検出器 - Google Patents

Abstract

受信したデータ・シーケンスがバーカー拡散であるかどうか決定する装置であって、受信したシーケンスをサンプリングするサンプリング手段（１０）と、バーカー相関器（１２）と、相関結果の絶対値を決定する手段（１４）と、Ｋ後続データ・ビットの相関結果からなるデータ・セットを作成するために相関結果をフィルタ処理するフィルタ手段（１６）と、Ｋは品質パラメータであり１よりも大きい整数を含み、最少相関結果によって正規化された最大相関結果と最少相関結果の差を決定することによりパラメータＬを導く手段（２０）と、受信した信号がバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定するためにあらかじめ決められたしきい値とＬを比較する手段（２２）とを備える装置。

Description

本発明は一般に、スペクトラム拡散コード位置変調通信に関し、具体的には、受信したデータ・シーケンスが分散伝送媒体を介するその伝送後にバーカー拡散されたかどうかを検出するための方法及び装置、並びにそれらの方法を採用する受信機に関する。

ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）として構成されたコンピュータ・システムにおける無線通信の概念は、長年にわたってよく知られているが、工業科学医療（ＩＳＭ）用途向けの無認可２．４ＧＨｚ無認可帯域の解放まで、その対象は制限されていた。

無線ＬＡＮ製品はほとんどの場合、ローミング移動局とネットワーク・アクセス・ポイントとの間の通信を行うために、直接シーケンス・スペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）技法又は周波数ホッピング・スペクトラム拡散（ＦＨＳＳ）技法を採用する。スペクトラム拡散技法の際立った特徴は、変調された出力信号が、必要とされるベースバンド情報帯域幅よりもはるかに広い伝送帯域幅を占有することである。拡散は、ベースバンド情報ビット・レートよりもはるかに高い周波数を有するコードワードつまりシンボルを使用してベースバンド情報の各データ・ビットをエンコードすることによって達成される。より幅広い周波数帯域幅にわたる信号の結果として得られる「拡散」は、比較的低出力のスペクトル密度をもたらし、他の通信システムがスペクトラム拡散信号を伝送する装置からの干渉を受ける可能性が低くなるようになっている。又、これは拡散信号の検出を更に困難にし、干渉を受けにくくする（つまり、妨害を困難にする）。

ＤＳＳＳ技法及びＦＨＳＳ技法はいずれも、送信機及び受信機に既知の擬似乱数コードワードを採用して、データを拡散し、コードワードがない受信機によるデータの検出をより困難にしている。コードワードは、伝送されるべき情報ビットを乗じられた（又は排他的論理和をとられた）−１及び＋１（極性）或いは０又は１（非極性）の値を有する「チップ」のシーケンスからなる。したがって、論理「０」情報ビットは第１のあらかじめ決められたコードワードとしてエンコードされ、論理「１」情報ビットは第２のあらかじめ決められたコードワード・シーケンスとしてエンコードされる。

多くの無線ネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠しているが、これはよく知られたバーカーコードを採用して、データをエンコードし拡散する。バーカーコードワードは、「０００１１１０１１０１」又は「＋＋＋−−−＋−−＋−」のシーケンスを有する１１のチップからなる。１つのバーカーコードワード・シーケンス全体、又はシンボルは、単一のバイナリ情報ビットによって占有される時間内に伝送される。つまり、シンボル（又はバーカーシーケンス）レートが１ＭＨｚである場合、シーケンス内の１１チップの基礎となるチップ・レートは１１ＭＨｚである。搬送波を変調するために１１ＭＨｚチップ・レート信号を使用することにより、伝送される信号によって占有されるスペクトルは１１倍大きくなる。したがって、復調及び相関後に受信機において回復された信号は、一連の、例えば論理「１」情報ビットを表す反転バーカーシーケンス、及び例えば論理「０」情報ビットを表す非反転バーカーシーケンスを備える。

一般に、標準無線ローカル・エリア・ネットワークでは、１Ｍｂ／ｓモード及び２Ｍｂ／ｓモードにＤＳＳＳを採用し、５．５Ｍｂ／ｓモード及び１１Ｍｂ／ｓモードに相補的コードキーイング（ＣＣＫ）コードを採用する。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格は、１１Ｍｂ／ｓを達成するために６４ＣＣＫチッピング・シーケンスを使用する。ＣＣＫは、バーカーコードを使用するのではなく、相補シーケンスと呼ばれる一連のコードを使用する。信号をエンコードするために使用できる６４の固有のコードワードがあるので、（バーカーシンボルによって表される１ビットの代わりに）任意の１つの特定のコードワードによって最大６ビットまで表されことができる。

すべてのモードに対して、伝送されるべきデータは、送信機においてフレームにカプセル化つまり「パック」され、受信機においてカプセル化解除つまり「アンパック」される。各フレーム又はパケットは、フィールドの中でも特に、パッキング及びアンパッキング操作とヘッダとの間の同期（ＳＹＮＣ）を確立するためのメカニズムを提供するプリアンブルを備えている。すべてのＩＥＥＥ８０２．１１ｂモード（前述）に対して、少なくともＩＥＥＥ８０２．１１ｂパケットのプリアンブル及びヘッダは１１ビットバーカーシーケンスで分散される。

ＩＥＥＥ．８０２．１１ｂ準拠のデータ・パケットの受信を可能にするために、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ準拠の受信機はＩＥＥＥ８０２．１１ｂ準拠の信号が検出されるときにイネーブルにされなければならないことが、当業者であれば理解されよう。したがって、適切な受信機をイネーブルにできるように、ＩＥＥＥ．８０２．１１ｂ準拠の信号が受信されたことを検出するための手段が必要とされる。

少なくともＩＥＥＥ８０２．１１ｂ準拠のパケットのプリアンブル及びヘッダが１１ビットバーカーシーケンスで分散されることを利用することが知られている。受信した信号を１１ビットバーカーシーケンスと相互相関することにより、１１ビットバーカーシーケンスが、分散された信号の１１ビットバーカーシーケンスと同期を取る場合には、大きい相関結果が得られ、それ以外の場合は小さい相関結果が得られることが期待できる。したがって、１１の受信ビットのウィンドウ内で、１つの大きい相関値を期待することができ、大きい相関値が、例えば１１ビットの周期で、周期的に発生することが期待できる。

しかし、ある種の問題は、無線伝送リンクの使用、特に屋内環境におけるＬＡＮに関連する。そのような問題の１つは、マルチパス・フェーディング、つまり１つの１１ビット周期内に複数の極めて大きい相関値を生じさせることのできる影響である。これは、バーカー拡散信号と他の種類の信号の区別を更に困難にする。

知られている配置において、バーカー拡散信号の存在は、大きい相関値の発生とそれらの大きい相関値の周期性の両方をテストすることによって実証することができる。しかし、この方法を使用すると、決定時間（つまりバーカー信号が存在するかどうか）は可変である。「バーカー信号は存在しない」状況の場合には特に、バーカー信号が存在しないことをこの方法が宣言するまでに長い時間を要する可能性がある。このため、いわゆる「タイムアウト」機能が定義される必要がある。

米国特許第５、１３１、００６号は、スペクトラム拡散コード位置変調信号の受信に適している無線ローカル・エリア・ネットワーク受信機におけるキャリア検出及びアンテナ選択のための配置について説明している。説明されている受信機において、相関器出力は、複数のシンボル間隔にわたり積算される相関器出力サンプル値を提供するために、積分器及びレジスタ回路に使用される。これらの値はレジスタに格納され、その内容はピーク値及び合計値を決定するために使用され、これらの値はルックアップ・テーブルを含むスパイク品質決定回路に適用される。結果として得られるスパイク品質出力値は、受信信号の品質を表し、キャリア検出及びアンテナ選択に使用される。

我々は、改良された配置を考案した。

本発明によれば、受信したデータ・シーケンスがバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定する方法が提供され、その方法は、前記受信したデータ・シーケンスを相関するステップと、Ｋ後続データ・ビットの相関結果の合計からなるデータ・セットを作成するためにフィルタ処理操作を実行するステップであって、Ｋは品質パラメータであり１よりも大きい整数を含むステップと、最小相関結果によって正規化された最大相関結果と最小相関結果の差を決定することによりパラメータＬを導くステップと、前記受信した信号がバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定するためにあらかじめ決められたしきい値と前記パラメータＬを比較するステップとを備える。

更に、本発明によれば、受信したデータ・シーケンスがバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定する装置が提供され、その装置は、前記受信したデータ・シーケンスを相関する手段と、Ｋ後続データ・ビットの相関結果の合計からなるデータ・セットを作成するためにフィルタ処理操作を実行する手段であって、Ｋは品質パラメータであり１よりも大きい整数を含む手段と、最小相関結果によって正規化された最大相関結果と最小相関結果の差を決定することによりパラメータＬを導く手段と、前記受信した信号がバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定するためにあらかじめ決められたしきい値とパラメータＬを比較する手段とを備える。

好ましい実施形態において、受信したシーケンスを相関するステップは、数式

を使用して信号ｙ（ｋＴ＋ｎ）を導くことを備え、ここで

は等価複素共役バーカーシーケンスであり、ｒ（ｋＴ＋ｎ）はサンプル値受信データ・シーケンスであり、ｋ＝０、１．．．．．、及びＴは、受信シーケンスが相関器へのその適用に先立ってサンプリングされるサンプリング・レートである。

好ましくは、フィルタ処理操作を実行するステップに先立ってｙ（ｋＴ＋ｎ）の絶対値、すなわちｓ（ｋＴ＋ｎ）−｜ｙ（ｋＴ＋ｎ）｜が得られる。

好ましい実施形態において、フィルタ処理操作は、数式

を使用する相関結果の移動平均の計算を備えている。

本発明の例示的な実施形態において、Ｌは数式

を使用して計算され、Ｌ＞Ｔである場合にバーカーシーケンスの存在を示す決定信号が出力され、それ以外の場合バーカーシーケンスが存在しないことを示す決定が出力され、ここでＴはあらかじめ決められたしきい値である。

本発明の様々な態様は、以下に説明されている本発明の実施形態から明らかとなり、本発明の実施形態を参照すれば解明されよう。

本発明の実施形態は、ほんの一例として、添付の図を参照して説明される。

無線ローカル・エリア・ネットワークのＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格は、２つの物理フレーム・フォーマット、つまり図面の図１に示されているロング・フレーム・フォーマット及び図２に示されているオプションのショート・フレーム・フォーマットについて説明している。

ロング・フレーム・フォーマットのＳＹＮＣフィールドは、１２８ビットからなる。これらの１２８ビットは、初期シード１１０１１００を使用するデータ・スクランブラでスクランブルされたオールワン・シーケンスを備えている。スタート・フィールド・デリミタ（ＳＦＤ）は、ＰＨＹ（物理層）依存のパラメータの開始を示し、１１１１００１１１０１０００００（１６進数Ｆ３ＡＯ）であり、右端のビットが最初に伝送される。

ショート・フレーム・フォーマットのＳＹＮＣフィールドは５６ビットからなり、この場合は初期シード００１１０１１を使用するデータ・スクランブラでスクランブルされた５６ゼロ・ビットを備えている。ＳＦＤはこの場合も１６ビットフィールドであるが、ロング・フレーム・フォーマットのＳＦＤフィールドと比較して、ビットは時間で反転されている（１６進数０５ＣＦ）。

これ以降、図面の図３及び図４を参照して、本発明の例示的な実施形態が説明される。

受信された信号γは、サンプラ１０に適用される。

γ（ｋＴ＋ｎ）をサンプル値受信シーケンスにしておき、ここでｋ＝０、１、．．．．．、及びｎ＝０、．．．．．、Ｔ−１である。限界サンプル値シーケンス信号（オーバーサンプリングなし）の場合はＴ＝１１であり、２倍オーバーサンプリングされた信号の場合はＴ＝２２である。サンプル値受信シーケンスは、バーカー相関器１２に適用される。バーカー相関器１２の出力ｙ（ｋＴ＋ｎ）は、

によって与えられ、ここで

は、等価（つまりサンプリングされない）複素共役バーカーシーケンスである。一般に、バーカー相関器１２の出力は、複素数値を取ることになる。本発明のこの例のバーカー検出器において、（図３のブロック１４に示されているように）相関結果の絶対値ｓ（ｋＴ＋ｎ）＝ｙ（ｋＴ＋ｎ）が使用される。１つの周期において、Ｔの相関結果、つまり（図面の図５に示されているように）ｓ（ｋＴ＋ｎ）、ただしｎ＝０、．．．．．、Ｔ−１がある。本発明のこの例示的な実施形態のバーカー検出器は、相関結果のフィルタ処理済みバージョン

を採用し、（図３のブロック１６により実行される）以下のフィルタ処理操作が提案される。

このフィルタ１６により、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ準拠の信号の場合の相関結果の期待される周期性が明らかにされる。しばらく経過した後（設計パラメータであるＫによって決まる）、フィルタ処理済み相関結果は、（ブロック２０において）バーカー信号が存在するかどうかの決定に関するパラメータＬを導くために使用される。

Ｋのよく選択されたある値の場合、

の最大値及び最小値は、図面の図６に示されているように、ブロック１８において決定されることが理解されよう。

予想では、バーカー信号が存在する場合Ｌは大きく、それ以外の場合は小さくなるということである。提案される決定基準は、よく選択されたあるしきい値Ｔに対して、Ｌ＞Ｔ（図３のブロック２２）の場合にバーカー信号が存在することを、決定信号が示すことである。提案されるバーカー検出器のパフォーマンスの効果を得るために、２つのパフォーマンス測度、つまり誤認アラーム確率Ｐ_ｆａ及び誤検出確率Ｐ_ｍｄを定義する。
Ｐ_ｆａ＝Ｐｒ（Ｌ＞Ｔ｜Ｎｏ Ｂａｒｋｅｒ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｅｓｅｎｔ）
Ｐ_ｍｄ＝Ｐｒ（Ｌ≦Ｔ｜Ｂａｒｋｅｒ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｅｓｅｎｔ） （７）

これらの２つのパフォーマンス・インジケータは、後続のチャネル状態ＡＷＧＮ及び０（レイリー・フラット・フェーディング）、１０、５０、１００、１５０及び２００ｎｓのＲＭＳ遅延拡散による指数チャネル・モデルに対して評価される。「Ｎｏ Ｂａｒｋｅｒ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｅｓｅｎｔ」の状況は、ＡＷＧＮのみがバーカー検出器に供給されることを意味する。図７及び図８において、パフォーマンス結果は、Ｅ_ｓ／Ｎ_０＝０ｄＢ及びＥ_ｓ／Ｎ_０＝４ｄＢに対して示されている。これらの結果は、２０００チャネル実現についてパラメータＬを分析し、Ｋ−１０サンプルにわたる相関結果を平均することによって得られる。

しきい値Ｔの選択は、低いＰ_ｆａと低いＰ_ｍｄとの間の妥協である。ＡＷＧＮチャネルに対して、いずれも０．１％よりも大幅に小さく、例えばＴ＝３．０のようにしきい値を選択することができる。実行可能なしきい値の範囲は信号対雑音比に伴って増加することが、図から認められる。

同様の実験は更に、誤認アラーム確率を得るために不規則（つまりバーカー拡散ではない）信号を使用して実行されることもできる。

要約すると、本発明によれば、大きい相関結果の発生は、最小相関結果によって正規化された最大相関結果及び最小相関結果の差を決定することによってテストされる。

本発明に関連して以下のようないくつかの利点がある。

相関結果の周期性検査（つまり、高い相関結果が周期的に発生するかどうかに関する検査）は、これが方法の信頼性を更に高めるために本発明に加えて使用されることができるとしても、必要ない。

提案される方法は、前述の従来技術による方法に関連する可変決定時間とは対照的に、一定時間（設計パラメータＫによって定義される）経過後に決定を行う。

導かれたパラメータＬは更に、アンテナ・ダイバーシティのチャネル品質インジケータとして使用されることもできる。つまり、最大Ｌを有するアンテナがアンテナ選択プロセスにおいて優先される。

本発明の実施形態は、例示によってのみ説明されてきた。添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲を逸脱することなく説明されている実施形態に変更及び変形を行うことができることは、当業者には明らかとなろう。更に、本明細書において使用されている「備える」という用語は他の特徴を除外するものではなく、「ａ」又は「ａｎ」は複数を排除するものではなく、単一のプロセッサ又は他のユニットが特許請求の範囲に列挙されている複数の手段の機能を実現できることも理解されよう。

無線ローカル・エリア・ネットワークのＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格に使用されるロング・フレーム・フォーマットを示している。 無線ローカル・エリア・ネットワークのＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格に使用されるショート・フレーム・フォーマットを示している。 本発明の例示的な実施形態による装置の基本要素を示す概略ブロック図である。 本発明の例示的な実施形態による方法の基本ステップを示す概略流れ図である。 ｉ＝１からｉ＝Ｋに対する信号ｓ_Ｋ（ｎ）の特性を示す概略図である。 ｍａｘ_ｎ（平均ｓ_Ｋ（ｎ））及びｍｉｎ_ｎ（平均ｓ_Ｋ（ｎ））が決定される方法を示す概略図である。 Ｅ_Ｓ／Ｎ_０＝０ｄＢに対する誤認アラーム確率及び誤検出確率を示すグラフである。 Ｅ_Ｓ／Ｎ_０＝４ｄＢに対する誤認アラーム確率及び誤検出確率を示すグラフである。

符号の説明

１０ サンプラ
１２ バーカー相関器
２０ 計算
１６ フィルタ処理
２２ 比較器

Claims (12)

1. 受信したデータ・シーケンスがバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定する方法であって、前記受信したデータ・シーケンスを相関するステップと、Ｋ後続データ・ビットの前記相関結果の合計からなるデータ・セットを作成するためにフィルタ処理操作を実行するステップであって、Ｋは品質パラメータであり１よりも大きい整数を含むステップと、最小相関結果によって正規化された最大相関結果と前記最小相関結果の差を決定することによりパラメータＬを導くステップと、前記受信した信号がバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定するためにあらかじめ決められたしきい値と前記パラメータＬを比較するステップとを備える方法。
2. 前記受信したシーケンスを相関する前記ステップは、数式
   

   

   を使用して信号ｙ（ｋＴ＋ｎ）を導くことを備え、ここで
   

   

   は等価複素共役バーカーシーケンスであり、ｒ（ｋＴ＝ｎ）はサンプル値受信データ・シーケンスであり、ｋ＝０、１．．．．．、及びＴは、前記受信シーケンスが相関器へのその適用に先立ってサンプリングされるサンプリング・レートであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記フィルタ処理操作を実行する前記ステップに先立ってｙ（ｋＴ＋ｎ）の絶対値が得られることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記フィルタ処理操作は数式
   

   

   を使用する前記相関結果の移動平均の計算を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. Ｌは数式
   

   

   を使用して計算され、Ｌ＞Ｔである場合にバーカーシーケンスの存在を示す決定信号が出力され、それ以外の場合バーカーシーケンスが存在しないことを示す決定が出力され、Ｔはあらかじめ決められたしきい値である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 受信したデータ・シーケンスがバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定する装置であって、前記受信したデータ・シーケンスを相関するようになされた相関器と、Ｋ後続データ・ビットの前記相関結果の合計からなるデータ・セットを作成するためにフィルタ処理操作を実行するようになされたフィルタと、Ｋは品質パラメータであり１よりも大きい整数を含み、最小相関結果によって正規化された最大相関結果と前記最小相関結果の差を決定することによりパラメータＬを導くようになされた計算器と、前記受信した信号がバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定するためにあらかじめ決められたしきい値と前記パラメータＬを比較するようになされた比較器とを備える装置。
7. 請求項６に記載の装置を備えるデコーダ。
8. 請求項７に記載のデコーダを備える受信機。
9. 請求項１に記載の方法を使用することにより受信したデータ・シーケンスがバーカー拡散シーケンスであるかどうか決定するようになされた装置。
10. 請求項９に記載の装置を備えるデコーダ。
11. 請求項１０に記載のデコーダを備える受信機。
12. 少なくとも１つの送信機と、請求項８又は１１に記載の少なくとも１つの受信機とを備える無線ローカル・エリア・ネットワーク。

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