JP2007521728A - バーカーコード検出器 - Google Patents
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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。
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。
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Pfa及び誤検出確率Pmdを定義する。
Pfa=Pr(L>T|No Barker signal present)
Pmd=Pr(L≦T|Barker signal present) (7)
Pfa=Pr(L>T|No Barker signal present)
Pmd=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、Es/N0=0dB及びEs/N0=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Pfaと低いPmd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。
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
12 バーカー相関器
20 計算
16 フィルタ処理
22 比較器
Claims (12)
- 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。
- 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。
- 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。
- 請求項6に記載の装置を備えるデコーダ。
- 請求項7に記載のデコーダを備える受信機。
- 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。
- 請求項9に記載の装置を備えるデコーダ。
- 請求項10に記載のデコーダを備える受信機。
- 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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