JP2007534231A - 非同期通信システム内の衝突を低減させる方法及びシステム - Google Patents

Abstract

非同期通信システム内の衝突を低減させる方法（６０又は７０）及びシステムは、送信機（２００）で、既知のプリアンブル波形の集合を生成する工程（６１）と、呼種別及び受信機識別子との関連に基づいて少なくとも１つの識別可能なプリアンブル波形を送信する工程（６４）とからなる。方法（７０）は更に、受信機（３００）で、２種類のシンボル周波数をトグルする異なるプリアンブル波形の集合の中から少なくとも１つのプリアンブル波形を受信する工程（７１）を含み、異なるプリアンブル波形群は、個別のシンボル周波数間隔と個別のシンボルトグル型デューティサイクルとのうち少なくとも一方を有することにより、識別可能である。方法は更に、個別のシンボル周波数間隔と個別のシンボルトグル型デューティサイクルとのうち少なくとも一方に基づきプリアンブル波形を復号するよう選択する工程（７３）を含む。

Description

本発明は一般に非同期通信システムに関し、具体的には、プリアンブルを用いて衝突を低減させる方法及びシステムに関する。

無線通信システムでは、送信機が通信の開始を試みているかどうかを受信機が決定することが常に必要である。送信機が常に活動状態であるシステムか、エアインタフェースにスケジューリング情報があるシステムでは、この問題点は容易に解決される。しかし、通信に非同期プロトコルを用いるシステムでは、通信が所望のものかどうかを効率的に決定することは、依然として重大な問題である。この問題は、特にバッテリ寿命に左右される適用例に関しては、その通信に特定の周波数が未知である状況で更に悪化し、送信機と受信機との間の周波数ミスマッチによっても更に悪化する。通信を試みたかどうかを決定する為に、別のデバイスから非同期通信を監視する為に消費される電力がバッテリ寿命を著しく縮め、その結果、移動ユニットの使用可能なサービス時間を著しく短くする恐れがある。

非同期の、迅速な、音声の通信システムは、通信装置の間で、所望の与えられた周波数オフセットがある場合に、通信が識別できる。例えば、こういった非同期のシステムは、発信装置が目的の機器を待機モードから「起動させる（ｗａｋｅ ｕｐ）」メカニズムとしてプリアンブル信号を使用できる。非同期デバイス同士間の通信を開始する為に所定の波形を送信することは、当該分野で既知である。このようなシステムは単一のユーザの立場からすれば満足に動作する。しかしながら、このような非同期システムは、多数のユーザが同一のチャネルを共有するときにはシステムの観点からすればそれほど効率的ではない。

具体的には、エアインタフェースが既知のプリアンブル波形を１つだけ規定する場合、任意のチャネルのあらゆる送信がそのチャネルを監視している、範囲内にある全受信機を、待機モードから起動させることになる。そしてこの受信機すべてが、発信装置により同期処理を完了し、呼種別やターゲットのアドレス又はＩＤなどに関する情報を処理して、送信がその受信機を対象としているかどうかを決定する。用いる既知のプリアンブルが１つであることによって、この受信機すべてが、送信の対象でないかもしれないのにもかかわらず、待機モードから混乱に陥る。このような、意図されたものでない受信機の無用の混乱は、意図された受信機さえも実際に送信を取り逃がしかねない状況をひきおこす。

本発明に係る第１の実施形態では、非同期通信システム内の衝突を低減させる方法には、既知のプリアンブル波形の集合を生成する工程と、その既知のプリアンブル波形の集合の中から、呼種別及び受信機識別子との関連に基づいて識別可能なプリアンブル波形の少なくとも１つを送信する工程と、が含まれ得る。ここで留意すべきは、この既知のプリアンブル波形の集合の中で少なくとも１つのプリアンブル波形とプリアンブル波形の残りの集合とが識別可能なことである。生成する工程には、連続位相の周波数シフトキーイングを用いて、既知の周期的なプリアンブル波形の集合を形成する工程が含まれてもよく、そのプリアンブル波形の信号群が２種類の周波数をトグルするように変調される。プリアンブル波形同士を、周波数間隔と、周波数群がトグルされる際のデューティサイクルと、コードサイズと、のうち少なくとも１つを変えることにより、動的に又はアプリオリに識別可能にすることができる。本方法は更に、既知のプリアンブル波形の集合すべてについて、受信した信号と送信されるプリアンブル波形のひずみの無い波形との相関を所定の受信機で計算する工程を含むことも可能である。本方法には更に、望ましくないプリアンブルの集合のあらゆるプリアンブルについて、望ましくないプリアンブルと望ましいプリアンブルとの相関の所定の率が所定のしきい値を超えた場合、受信した信号を拒否する工程を含むことも可能である。この点では、所望のプリアンブルを、呼種別及びその呼種別に関連付けられた受信機識別子に基づかせてもよい。本方法は更に、受信したエンベロープについてエンベロープ変動の大きさを所定の受信機で算出する工程と、受信したエンベロープがほぼ一定でありそのエンベロープ変動が少ない又はないと測定されると同時に、所望のプリアンブル信号により正規化された相関メトリックが所定のしきい値を下回った場合には受信した信号を拒否する工程と、を含むことも可能である。ただし、エンベロープ変動は所定の正規化分散として又は受信したエンベロープの二乗のサンプルの数を算出することにより測定され、このサンプルは、受信したサンプル群の平均電力の関数として形成されるある範囲に収まる。

本発明の第２の実施形態では、非同期通信システム内の衝突を低減させる方法には、２種類のシンボル周波数をトグルする異なるプリアンブル波形の集合、の中の少なくとも１つのプリアンブル波形を受信する工程と、異なるプリアンブル波形が個別のシンボル周波数間隔と個別のシンボルトグル型デューティサイクルとのうち少なくとも一方を有していることで、異なるプリアンブル波形同士を識別可能であり、個別のシンボル周波数間隔と個別のシンボルトグル型デューティサイクルとのうち少なくとも一方に基づいて異なるプリアンブル波形の集合の中の所定のプリアンブル波形を復号する為に選択する工程と、が含まれ得る。本方法は更に、所望のプリアンブル波形を、所定の受信機の呼種別と、受信機の呼種別の利用可能なもの各々に関連付けられた識別子とに基づかせる工程を含むことも可能である。

本発明の第３の実施形態では、特定のターゲット受信機を起動させる為に所定のプリアンブル信号を送信するように設けられた無線送信機が、既知のプリアンブル波形の集合を生成する信号発生器と、この信号発生器が所定のプリアンブル波形を含み、このプリアンブル波形とプリアンブル波形の残りの集合とが識別可能であり、プリアンブル波形の集合から少なくとも１つのプリアンブル波形を送信する為に信号発生器に結合され信号発生器に応答する送信装置とを備え、前記の１つのプリアンブル波形は呼種別及びターゲット識別子との関連に基づき識別可能である。呼種別は、例えば、プライベート呼と、コード呼と、グループ呼との中から選択され、送信装置は、プリアンブル波形の集合の中の少なくとも１つのプリアンブル波形を複数の所定のキャリア周波数で送信できる。信号発生器は、連続位相の周波数シフトキーイングを用いて、既知の周期的なプリアンブル波形の集合を形成でき、そのプリアンブル波形の信号群が２種類の周波数をトグルするように変調される。信号発生器は信号源を具備可能であり、信号源は、周波数間隔と、周波数群がトグルされる際のデューティサイクルと、コードサイズとのうち、少なくとも１つを変えることにより、少なくとも１つのプリアンブル波形を変える。ここで留意すべきは、プリアンブル波形群を動的に又はアプリオリに識別可能にすることができることである。

第４の実施形態では、規定のターゲット受信機を起動させる為にプリアンブル信号を送信するように設けられた無線送信機が、既知のプリアンブル波形の集合を生成する信号発生器と、プリアンブル波形を供給する為にそのプリアンブル波形の集合のプリアンブル波形の少なくとも１つを変える信号源と、そのプリアンブル波形とプリアンブル波形の残りの集合とが識別可能であり、プリアンブル波形の集合から、所定の呼種別及び所定のターゲット識別子との関連に基づき識別可能なプリアンブル波形の少なくとも１つを送信する為に、信号源に結合され信号源に応答する送信装置と、を備える。

第５の実施形態では、待機モードを終了する為に既知のプリアンブル波形の集合の中から特定のプリアンブル信号を検出するように設けられた無線受信機が、起動時間中に非同期的にかつ順次、複数の通信リソースをスキャンする受信機と、その受信機に結合されたサンプラーと、このサンプラーは、複数の受信したサンプル列を収集し、１つのサンプル列が複数の通信リソースの各々に収集され、受信機とサンプラーとに結合された制御装置とを備えることができる。制御装置を、複数の通信リソースの各々に対して、その集合の中の既知のプリアンブル波形のすべてについて、受信した信号と送信されるプリアンブル波形のひずみの無い波形との相関を計算するようプログラムすることができる。制御装置は更に、望ましくないプリアンブルの集合のあらゆるプリアンブルについて、望ましくないプリアンブルと望ましいプリアンブルとの相関の率が所定のしきい値を超えた場合に、受信した信号を拒否するようプログラムすることができる。ただし、所望のプリアンブル信号は、呼種別とその呼種別に関連付けられた受信機ＩＤとに基づいている。

添付の図面は、別個の図でも全体を通じて同じ参照数字が同一の要素又は機能的に同様な要素を参照しており、以下の詳細な記述と併せて本明細書に組み込まれその一部を形成しており、種々の実施形態を更に詳しく図解し本発明の種々の原理と利点とを説明する助けとなる。

図１を参照して、識別可能なプリアンブルの無い状態の通信システムでの受信機と送信機とのタイミング図を示す。Ｐがプリアンブルチャネルを表し、Ｓが同期チャネル又は呼設定チャネルを表し、Ｔがトラフィックチャネルを表す。

ここで、送信機Ｔｘ１は受信機Ｒｘ１に向け送信を行い、送信機Ｔｘ２はＲｘ２に向け送信を行う、と仮定する。Ｔｘ２が自身のプリアンブル波形を送信するより前にＴｘ１がプリアンブル波形を送信するまで、受信機Ｒｘ１と受信機Ｒｘ２とは、待機モードではプリアンブルチャネルを周期的に監視する。Ｒｘ１及びＲｘ２は両方とも、呼情報を得る為に同期チャネルに向かい、その間に、送信機Ｔｘ２は自身のプリアンブルを送る。Ｒｘ１が、自身がターゲットデバイスであることを確認し、Ｔｘ１と同期してトラフィックチャネルの復号へと進む一方、受信機Ｒｘ２はその呼を放棄し、プリアンブルチャネルの監視に戻る。しかし、Ｒｘ２が自身はターゲットデバイスでないと確認する為に費やすオーバーヘッドのせいで、Ｒｘ２はＴｘ２からのプリアンブルの送信を取り逃す羽目になるので、呼を取り逃す。

図２を参照すると、図１に提示した問題点を、本発明の実施形態に係るシナリオが矯正する。図２では、Ｒｘ２はＴｘ１から送信されたプリアンブルを無視し、プリアンブルがＴｘ２によって送信されたときのみ「起動する（ｗａｋｅｓ ｕｐ）」。この場合は、Ｒｘ２は待機モードからＴｘ１によって混乱に陥ることがないので、Ｒｘ２はＴｘ２からの呼に同期して受信することが可能になる。

図２に図示した改善を実現するには、プリアンブル波形群のある集合を規定すればよく、この場合には、送信されるプリアンブルを、ターゲットデバイスのアドレス又はＩＤに基づいてこの集合の中から選ぶ。この波形群は、デバイス同士間の同期処理を容易にする為に、信頼できる周波数引き込みに向いているものとする。加えて、抽出の母集団であるプリアンブル波形群の集合は、プリアンブル検出器がその波形群を適切に区別するよう、時間と周波数オフセットとに亘り、波形同士の示す相互相関値が低いものとする。

更に、プリアンブル検出器は、誤警報率、即ち、誤ったプリアンブル波形によって受信機が起動される確率が低くなるように動作するものとする。本発明の実施形態がここで、優れた周波数引き込みを示すプリアンブル波形の集合と、異なるプリアンブル波形同士間で低い誤警報確率を得るプリアンブル検出アルゴリズム群とを実証する。ここで留意すべきは、本明細書の実施形態が述べるのは、ユニット群が「迂回（Ｔａｌｋ−Ａｒｏｕｎｄ）」モード（固定されたネットワーク機器が不要）で動作する非同期通信システム群か、主要な変調の選択が連続位相周波数シフトキーイング（ＣＰＦＳＫ）のである周波数ホッピングを用いる多数のアクセスシステムだということである。もちろん、本発明の実施形態はこういったものに制限されず、請求項の範囲の意図する中の他の変調方式を使用することができる。

前述の既存のシステムでは、プリアンブル波形は時間間隔ＮＴに亘り周期的であるよう規定されており、ここでＮは、シンボル群におけるプリアンブル検出器の観察間隔であり、Ｔはシンボル長である。このプリアンブル波形は、持続時間ＮＴの基本波形ｓ_０（ｔ）を繰り返すことにより達成され、基本波形には、ｓ_０（０）＝ｓ_０（ＮＴ）という特性がある。

ある実施形態では、基本波形のある集合を提案する。

ここで、Ｎ_ｐは抽出するプリアンブルの数であり、各基本波形は次の条件を満たす。

既存のシステムに見られるように、各プリアンブル信号はＣＰＦＳＫ信号の形で生成される。

シンボル間隔ｋの終わりで、変調された位相は次のように与えられる。

ここでｈは変調指数であり、｛ｕ_ｍ、ｋ：０≦ｋ≦Ｎ−１｝は、プリアンブル番号ｍに関連付けられた長さＮのシンボル列である。周期性についての要求を満たす唯一の方法は、このシンボル列が次の式を満たすことである。

以下の１３の模範的なプリアンブルシンボル列の集合は、各々長さＮ＝８であり、次の要求を満たす。

［００２５］ この実施形態では、プリアンブル群は以下のとおりに送信に割り当てられている。

１． ８つのプリアンブル列をプライベート呼用に指定できる。この８列を｛Ｐ（ｉ）：０≦ｉ≦７｝とラベル付けすることにする。するとプリアンブル番号は、以下のようにプライベート呼に割り当てられる。

ここでＩＤはターゲットのプライベートＩＤ又はプライベートアドレスである。

２． ４つのプリアンブル列をコード呼用に指定できる。この４列を｛Ｃ（ｉ）：０≦ｉ≦３｝とラベル付けすることにする。するとプリアンブル番号は、以下のようにコード呼に割り当てられる。

ここでＩＤはターゲットのコードＩＤである。

３． １つのプリアンブル列をグループ呼用に指定できる。
ここで留意すべきは、プライベート呼用にはプリアンブルが８つ指定されているのに対し、コード呼用にはプリアンブルが４つのみ指定されている為に、同一のプリアンブル番号を共有する可能性が高いのは２人のプライベートユーザより２人のコードユーザだということである。ターゲットが、プライベート呼と、コード呼と、グループ呼とを受け取れる場合、ターゲットは、待機モードでプリアンブルチャネルをスキャンする際に、多数のプリアンブル波形を探すことができる。この実施形態では、ユーザが無数のグループに属することができるので、グループ呼用にはプリアンブルを１つだけ指定すればよい。

ここで留意すべきは、各プリアンブル波形は基本波形の間に２種類の周波数をトグルする、即ち、傾向が２つのプリアンブルの集合があることである。変調指数ｈ＝１の場合、この列は、オフセット推定に好適とは程遠い既存の非２進ＢＣＨコード群とは対照的に、とりわけ正確な周波数オフセット推定に向いている。加えて、時間及び周波数オフセットに亘る最大の正規化相互相関値は、隣り合ったプリアンブル番号同士では０．４、隣り合っていないプリアンブル番号同士では０．２５である。低い相互相関値は、異なるプリアンブル波形に個別のシンボル周波数間隔を割り当てることにより達成される。当然のことながら、最大の相互相関値を、このリストの奇数のプリアンブル番号を省くことにより０．４から０．２５に低減できる。しかし、そうすると、使用可能なプリアンブルの数が少なくなるので、２人の別個のユーザに同一のプリアンブル番号が割り当てられる可能性が高くなる。シンボルの値をプラスマイナス５．００よりも増やすことによりプリアンブルを更に追加しようとすると、指定されたチャネル帯域幅に収まらなくなる恐れがあり、収まらないと、所望の信号の受信機フィルタ減衰の問題のみならず、隣り合ったチャネルの干渉の問題も引き起こされる。

設計者には、要望に基づき、異なった、コードサイズ、周波数間隔、デューティサイクル等を選ぶ決定権がある。根本的に、２種類のシンボル周波数をトグルする波形の集合が選ばれ、異なるプリアンブル波形の弁別は、個別のシンボル周波数間隔によりなされ、要望があれば、個別のシンボルトグル型デューティサイクルによりなされる。

図３を参照して、無線通信の環境の種々のシステム要素の簡略化された代表的な図を論じ記載する。無線通信装置１００が固定された送信機１０４からの信号１０２を受信でき、加えて他の無線通信装置からの信号１０８も受信できる。受信した信号１０２及び信号１０８の周波数は、無線通信の装置１０４及び１０６の送信機に信号源から供給された信号の周波数に直接関係している、又はこの周波数により決定される。この周波数は、無線通信装置１００の受信機で対応している信号源の周波数とは違う可能性がある。公称チャネル周波数又はチャネルの信号の周波数であるはずの周波数に形を変えたこの２種類の周波数の差異は、送信機と受信機との間の周波数ミスマッチと呼ばれている即ちこれを指す。この周波数ミスマッチは、部分的に又は無線通信装置の他の理想的でない特徴と組み合わさって、試みた通信が失敗する原因となりかねない。例えば、この周波数ミスマッチは、９００ＭHzのキャリア群と９ｋHzのキャリア群とで、両方の信号源の許容度が１００万分の５の場合には、同じ程度になる恐れがあり、これは無線通信装置１００及び１０６については典型的である。この大きい周波数オフセットは特に、信号１０８により示唆されているように、無線通信の装置１００及び１０６が迂回する通信即ち直接通信に関与しているときに生じる。直接通信のシナリオで遭遇する大きい周波数オフセットは、この通信が普通は完全に非同期である為に、更に悪化する。非同期通信では、送信機が通信を試みたときに受信機には指示がない。非同期通信についての他の問題点は、クロック同期をいつも使用できるわけではないことと、無線通信装置１００がそれぞれのクロック間のあらゆるタイミングオフセットを克服する手法を用いなくてはならないことである。直接通信には、めったに起こらず予測できないという性質があるので、主に、周波数及びタイミング同期を保つ為に携帯用単位電池の電力が流出するせいで、同期通信の方法を用いるのは実際的でなくなる。非同期環境では、有効な信号を識別し周波数ミスマッチとタイミングミスマッチとを補正する負担は受信機が引き受ける。バッテリ寿命についての問題が要求するのは、非同期通信を検出するとき並びに非同期通信の試みがなされたことを示す着信信号のメッセージ識別子についての分析に必要とされる処理工程を最小にすると同時に、無線受信機が活動状態でいなくてはならない時間を最短にすべく、特別な考慮が払われることである。

周波数オフセットと、タイミングオフセットと、メッセージ識別子の電力効率のよい検出との緩和が達成されるのは、無線通信装置とそれを構成している無線受信機とが下記のように動作するように設けられたときである。無線通信装置１００は、Ｍｏｔｏｒｏｌａなどの製造者が発売しているような典型的な携帯電話又はハンドセットでよい。このようなハンドセットの１つで、通常ｉ９５モデルと呼ばれているものは、以下の開示に説明されるように改良された場合の原理及び概念を利用でき、有利である。固定された送信機群１０４及び携帯用無線通信装置群１０６のどちらにも図４の送信機の本質的な要素を使用できる。送信機２００が、Ｍｏｔｏｒｏｌａが発売しておりＮｅｘｔｅｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓなどのサービスプロバイダにより操作されるネットワークで利用されているｉＤＥＮ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ）設備のような通信インフラストラクチャシステムに共通である。代案として、送信機２００は第２の携帯用無線ハンドセットに含まれ、この場合は両方のハンドセットが直接通信モードで上記のように互いに直接的に通信するよう構成される。

図４を参照して、プリアンブル信号を送信するように設けられた送信機２００の模範的なブロック図が論じ記載する。送信機２００には、描写されているように相互結合された、信号発生器２０２と、信号源２０４と、送信回路２０６と、制御回路２０８と、オーディオ／データ入力２１０とがある。送信回路２０６は制御回路２０８を含み、制御回路２０８は、オーディオ／データ入力２１０と信号発生器２０２とのうちどちらかに結合され、オーディオ／データ入力２１０からのオーディオ／データと、信号発生器２０２により生成されたプリアンブル又はプリアンブル信号又はメッセージ識別子とのうちどちらを送信機２００に結合し送信機２００が送信する又は報知するかを選択できる。ブロック図がこのように描写されているのは明確にする為である。代替の実施形態では、信号発生器２０２、制御回路２０８、オーディオ／データ入力の一部などの、ある決まったエンティティ群の機能は、他のものと共に信号プロセッサ２１２に含まれてもよい。制御回路２０８は信号源２０４に結合されこれを制御して、送信機２００のキャリア周波数を設定する。信号プロセッサ２１２はＩ及びＱのデジタル信号対を出力して、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器２１４及び２１６を駆動する。Ｄ／Ａ変換器２１４及び２１６のアナログ出力は、ミキサ２１８及び２２０で局部発振器２２２からの注入信号と合成される。局部発振器はミキサ２１８に直接結合され、注入信号の位相をミキサ２２０に対してπ／２ラジアン分シフトする移相器２２４を経由している。ミキサ２１８の出力とミキサ２２０の出力とが、加算回路２２６に加算され、合成された出力が無線周波数信号と混合されるかこの信号へとアップコンバートされ、信号源２０４によりキャリア周波数が確立される。ＲＦフィルタ２３０が側帯波を制限し、アンテナ２３４からの報知に向けて、変調されたキャリアの電力を終段増幅器２３２が増幅する。

送信機２００の構成要素群及びその動作は、信号発生器を除いて周知であり利用可能である。信号源２０４はフラクショナルＮシンセサイザでよい。ミキサ２１８、ミキサ２２０、ミキサ２２８、フィルタ２３０、増幅器２３２、デジタル・アナログ変換器２１４及び２１６、移相器２２４、加算回路２２６は、すべて市販されており当該分野で既知である。信号プロセッサ２１２はデジタル信号プロセッサである、又はこれを含んでいてもよい。このようなデバイスは、模範的な設計では、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社などの製造者による幾つかのデバイスのうちの１つでよい。制御回路２０８及び信号発生器は、市販されているＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）などの独立型の回路でもよいし、前述のように、信号プロセッサ２１２に含まれていてソフトウェアプログラムで実施されるかソフトウェアプログラムにより容易になるものでもよい。信号発生器２０２は、例えば、本明細書で定めた詳細に従うプリアンブル信号を供給するように、システムレベルのクロック（図示せず）に結合されたＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）を用いてハードウェアで実施できる。代案として、プリアンブルを少なくとも部分的に信号プロセッサにより供給することもできる。

操作中、送信機２００は、ターゲット受信機（単数又は複数）を起動させるプリアンブル信号を送信するように設けられており、送信機２００には、プリアンブル信号を作成する信号発生器２０２がある。プリアンブル信号はデータ列を含み、このデータ列はプリアンブル周期に亘り周期的であり複数の期間又はタイムスロットの間繰り返される。送信機２００には更に信号源２０４があり、この信号源２０４は、複数のタイムスロット又は周期の各々の間に、ユニークな所定の周波数として送信機が動作する周波数を確立する信号を供給する。送信機には更に送信回路又は送信装置２０６があり、この送信装置２０６は信号源２０４に結合されこれに応答して、複数の期間中にプリアンブル信号により変調された信号を送信する。送信機２００は双方向無線システムの要素である。ある実施形態では、送信機２００は独立型の固定されたベースユニット１０４の一部である。別の実施形態では、送信機２００は携帯用装置から携帯用装置への直接通信の為に設けられた携帯用トランシーバ１０６の一部となる。

送信機２００及び本明細書に記載したプリアンブル信号は特にキャリア信号の連続位相周波数シフトキーイング（ＣＰＦＳＫ）変調を用いたシステムに適用可能である。更に、このタイプのキャリアを周波数ホッピングシステムに使用することができ、送信の周波数又はキャリアの周波数は、タイムスロットが連続して、例えばそれぞれ９０ミリ秒のタイムスロットが６４個連続して、異なる周波数に変わる。各タイムスロットは符号化された信号を送信する為に使用される。模範的な実施形態では、初めの３つのスロットが、受信機３００（図５に図示のとおり）が送信の存在の検出に使用する為の所定の特徴のプリアンブル信号を送信する為に使用される。もう１つの模範的な実施形態では、プリアンブル信号を送信する初めの３つのスロットの各周波数が常に同一の３つの定義済み周波数である。

プリアンブル波形群の集合の中から送信する為の、通信システムと、送信機と、方法とが論じられたので、同一の集合から抽出された１つ以上のプリアンブルを検出し受信する受信機と技術とを図示すべきである。まず、図５を参照して、プリアンブル信号を検出するように設けられた無線受信機３００の模範的なブロック図を論じ記載する。無線受信機３００は無線通信装置１００及び１０６の構成要素であり、不安定な周波数などの理想的でない特徴を実際には呈示する恐れのある１つ以上の構成要素又は要素から成っている。こういった理想的でない数々の特徴の原因は、無線受信機３００の構築に用いられた構成要素群の統計的な性質及びばらつきと、バッテリの電圧レベル及び温度などの環境要因と、実際の受信機の要素群の中の他の予定外の相互作用である。

無線受信機に影響する変動が幾つかある。その中には周波数変動がある。周波数変動は多くの場合、信号源と経時的に変化する温度及び構成要素などの他の因子とを含み取り囲んでいる構成要素群の固有の変動の結果である。周波数変動によって、受信した信号がシフトされ、意図する周波数より上回ったり下回ったりする。よって、受信した信号を処理する際には周波数変動の影響を緩和する必要がある。無線受信機３００の、特に非同期環境での、克服しなくてはならない他の影響は、クロックのタイミング同期である。

無線受信機３００は、以上に論じられたようにプリアンブル信号又は同様な特殊化されたプリアンブルメッセージを用いる又はこれを検出する為に設けられ、サンプラー３０４に結合された受信機３０２を持ち、サンプラー３０４は、複数の受信したサンプル列を、普通デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などである制御装置３０６に供給する。プリアンブル検出回路３０８と省電力回路３１０とが独立型の回路であったり、制御装置３０６の機能として実施されたりする。プリアンブル検出器３０８は下記のように動作する。省電力回路３１０は、不必要な回路への電力をなくす又は低減させることにより、又は活動していないか活動が抑えられている周期中に不必要な回路のクロックレートを低減させそれに対応して各消費電力を低減させることにより、無線通信装置１００の消費電力を低減させるよう動作する。省電力回路３１０が電力の消費を低減させるよう動作するのは、無線受信機３００がプリアンブル信号を監視しているだけのときか、無線通信装置１００が別の低電力モードのときである。制御装置３０６は、揮発性のメモリと不揮発性メモリとを持つメモリ３１４に結合されている。

受信機３０２は、プリアンブル信号を含む信号３１６をアンテナ３１８で受信する。受信した信号は無線周波数フィルタ３２０により成形され、無線周波数フィルタ３２０は受信した信号のバンドエネルギーから拒否するよう動作し、次にこの信号はＲＦ増幅器３２２により増幅される。信号は更にミキサ３２４で処理される。信号源３２６にはシンセサイザ３２８と電圧制御発振器３３０とがある。シンセサイザ３２８を、５ｐｐｍ（１００万分の５）の範囲内で安定するよう典型的に規定された発振器（図示せず）が参照できる。シンセサイザ３２８は電圧制御発振器３３０の周波数を制御して注入信号３３２を生み出し、注入信号３３２は、受信した信号とミキサ３２４で組み合わせ受信した信号をダウンコンバートする為の信号である。結果として生じた中間周波数信号はＩＦフィルタ３３４により成形される。模範的なデジタル受信機では、信号は分割され２つのベースバンド信号に混合される。

注入信号３３２と受信した信号とは、ゼロ中間周波数の受信機の場合はそれぞれの周波数が一致する又はほとんど一致する、又は１３．７メガヘルツなどの中間周波数に等しい量を故意にオフセットされる。このことは、以下の、受信した信号との周波数ミスマッチを注入周波数に補正させるよう信号源を調整する議論において、この文脈の中で分かる。
より具体的には、第２の発振器３３６が第２の注入周波数を生み出し、第２の注入周波数は、ミキサ３４０での中間周波数信号との混合に向けた９０度シフトしたものと、ミキサ３４２での中間周波数信号との混合に向けたシフトされていないものとに定められている。普通Ｉ信号及びＱ信号と呼ばれる、結果として生じた各ベースバンド信号は、ベースバンドフィルタ３４６と３４８のそれぞれにかけられる。受信機３０２のその各出力、具体的には、ベースバンドフィルタの各出力信号は、図示のようにサンプラー３０４に供給される。サンプラーには、アナログ・デジタル変換器の３５０と３５２とがある。

アナログ・デジタル変換器はそれぞれＩ出力とＱ出力とを生み出し、各出力はデジタル信号であり、それぞれプリアンブル検出器３０８及び制御装置３０６に結合される又は送られるか、実装の構成に依存して制御装置３０６のみに結合される又は送られる。

制御装置３０６は更に、メモリ３１４に結合されているかメモリ３１４を含み、メモリ３１４を用いて保存されるのは、プログラム命令群及び構成データ３５４と、相関ルーチン群３５８などのアルゴリズム群とに加え、波形サンプル群３５６又はこれに対応する情報であり、この情報は、受信した信号の更なる処理に用いられるのに加えて、当業者にはすぐ分かるものの本発明の目的に関連していない複数の他のルーチンにも用いられる。制御装置３０６は信号源３２６に結合されており、信号源３２６の周波数を制御信号３６０により調整するよう操作可能である。

無線受信機３００の構造要素群は一般に既知で入手可能であり、本明細書で開示した本発明の原理及び概念に従って動作し機能するよう修正してもよい。信号源３２６は、例えば、フラクショナルＮシンセサイザでよい。ミキサ３２４、ミキサ３４０、ミキサ３４２、フィルタ３２０、フィルタ３３４、フィルタ３４６、フィルタ３４８、増幅器３２２、発振器３３０、発振器３３６、移相器３３８、アナログ・デジタル変換器３５０、アナログ・デジタル変換器３５２はすべて、市販されており当該分野で既知である。制御装置３０６がＤＳＰであるかＤＳＰを含む模範的な例では、種々のデバイスが既知であり、Ｍｏｔｏｒｏｌａ社などの製造者から発売されている。揮発性の及び不揮発性メモリを含んでいるメモリ３１４も、市販されており既知であり、その全体又は一部がプロセッサに含まれている。プリアンブル検出器３０８は、ソフトウェアで実施された場合、ＤＳＰ又はプロセッサで実施されるかこれにより容易になる。プリアンブル検出器３０８がハードウェアで実施される際には、本明細書で開示した原理及び概念から、タスクを行うのに適しているのは多数の市販されているＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）等々である。論理回路のハードウェアでＤＳＰのタスクを実施することは当該分野で既知であり、本明細書の議論及び説明から、必要以上に実験することなく当業者により実施できる。省電力回路３１０を、市販されているＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）により実施してもよいし、ＤＳＰで使用できる制御可能な出力の数と制御されている回路の電力低減要求とに依存してＤＳＰで実施してもよい。

操作中、無線受信機３００は、前述のプリアンブルなどのプリアンブル信号を検出しプリアンブルが検出された際には待機中の低電力モード等を終了するように設けられている。無線受信機３００にある受信機３０２は、起動時間中に非同期的にかつ順次、プリアンブル信号の複数の所定の周波数をスキャンする。

図５に戻ると、無線受信機３００には更に、受信機３０２に結合されたサンプラー３０４があり、サンプラー３０４は複数の受信したサンプル列を収集し、１つの受信したサンプル列は複数の所定の周波数の各々で収集される。

無線受信機３００には更に、受信機３０２とサンプラー３０４とに結合された制御装置３０６があり、制御装置３０６は、保存されたルーチン群３５８に基づいて、メモリ３５６に保存されているプリアンブル信号に対応するデータと、受信したサンプル列に対応するデータとの相関を求めて相関結果を提供し、相関結果と、やはりメモリ３１４に保存されているしきい値とを比較して、いつプリアンブル信号が検出されたかを決定する。制御装置３０６に結合された省電力回路３１０は、制御装置、具体的にはプリアンブル検出器から、プリアンブル信号が検出されたことを知らされるまで、無線受信機３００の消費電力を低減させるよう動作する。

最適の検出方法を用いるには、プリアンブル信号を時間及び周波数の両方について無線受信機３００と同期させることが必要である。制御装置３０６は、受信したサンプル列の１つと信号源３２６の公称周波数との周波数オフセットを推定するよう操作可能であり、これは、受信したサンプル列の高速フーリエ交換の大きさを二乗した値と、予想のプリアンブル信号の高速フーリエ交換の大きさを二乗した値との相関のピークを特定することによってなされ、予想のプリアンブルはメモリ３５６に保存されている。相関のこのピークは、周波数オフセットに従う受信したサンプル列を調整する為に使用できる周波数オフセット又は周波数の推定につながる、又はこれをもたらし、調整済みの受信したサンプルが作成される。これで、プリアンブル信号に対応するデータと調整済みの受信したサンプル列との時間領域の循環相関（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｔｉｍｅ−ｄｏｍａｉｎ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）が計算でき、相関結果がもたらされる。

本発明の実施形態に係る同一の集合から抽出された１つ以上のプリアンブルを検出又は受信する技術を更に詳しく記載する。既存のシステムでは、以下の離散時間の受信したプリアンブル列を得るには、方法が要求される。

ここで、Ｎ_ｓはシンボルごとの受信したサンプルの数であり、以下の量を生み出す。
Ｃ_１：広帯域の相関メトリック
Ｐ_ｎ：Ｒｘの電力（正規化因子）
Ｃ_２：狭帯域の相関メトリック
これらの量を用いてしきい値テストが行われ、プリアンブル信号が受信されたかどうかを決定する。

本明細書で開示した多数のプリアンブル配列については、所望のプリアンブルと異なるプリアンブルが受信されたときに問題が生じる。正規化された広帯域の相関メトリックＣ_１／Ｐ_ｎと固定されたしきい値とを比較する単純なしきい値テストは、好ましくないプリアンブルについての多くの誤検出を招く。この理由は、プリアンブルの集合の中の相互相関値が、好ましくないプリアンブルが広帯域のしきい値テストを失敗させるくらいに大きいことにある。以下の表は、正規化された広帯域の相関しきい値がη_１＝０．２３５の場合の好ましくないプリアンブルについての誤警報率と共に、所望のプリアンブルについての活動していない状態の感度を示す。ここで留意すべきは、誤警報率が、特にＥ_ｓ／Ｎ_０の値が高いときに、非常に高いことである。

本明細書では、最適の検出原理に基づくアルゴリズムを提案し、このアルゴリズムは、好ましくないプリアンブルすべてに対し尤度比検定を行う。所望のプリアンブル番号ｍ_０を検出する際、プリアンブル検出器において以下の各量を算出する。
Ｃ_１（ｍ）：０≦ｍ≦Ｎ_ｐ−１のプリアンブルごとの広帯域の相関メトリック
Ｐ_ｎ：Ｒｘの電力（正規化因子）
この各量の算出は、先行技術で定められているように、既知のプリアンブル波形の各々の信号テンプレートに基づいてなされる。所望のプリアンブルの検出は、以下の条件のすべてが満たされた場合になされたと判断される。

「他のプリアンブル」を拒否すべく、新しいしきい値η_３＝０．８７５を用いて以下の結果を得た。

ここで留意すべきは、誤りの率は劇的に低減しているのに、感度が維持されていることである。このアルゴリズムの欠点は、エアインタフェースで規定されたＮｐ個のプリアンブルの各々について広帯域の相関メトリックを算出しなくてはならないことである。これは、計算資源を制限されている受信機ではとても無理である。以下の「誤り防止（ａｎｔｉ‐ｆａｌｓｉｎｇ）」アルゴリズムは、これまでに記載したアルゴリズムを併用して実施してもよいし、又はその代わりに実施してもよい。受信機において以下の各量を算出する。

量「ｎｕｍ＿ｉｎ」は、受信したサンプルのほとんどがサンプル群の受信した電力の平均に近い二乗した大きさの電力を持つので、かなり強いＦＳＫ信号が受信されるたびに大きくなる、即ち、ＮＮ_ｓに近づく。信号が自動的に拒否されるのは、以下の各条件が満たされた場合である。

この補足のテストが誤検出の発生を減らすのに役立つのは、所望のプリアンブルに対する正規化された広帯域の相関が限界のときには、ひどい雑音のある信号を避けられないからである。しかし、かなり一定のエンベロープも受信している場合は、信号は強いことになる。よって、条件１が満たされた場合、即ち、所望のプリアンブルとの限界の相関が観察された場合、かつ、条件２が満たされた場合、即ち、エンベロープはかなり一定であり、信号対雑音比がかなり高いことを示す場合、関わっている信号は誤った信号である可能性が高いので、信号は拒否される。以下の結果は、以前の尤度比検定の代わりに、このアルゴリズムを用いて性能をまとめたものであり、ｎｕｍ＿ｉｎ＿ｔｈｒｅｓｈ＝６０、ＮＮ_ｓ＝１２８である。

以下の結果は、以前の尤度比検定を併用し、このアルゴリズムを用いて性能をまとめたものであり、ｎｕｍ＿ｉｎ＿ｔｈｒｅｓｈ＝６４である。

ここで留意すべきは、このアルゴリズムは、他の好ましくないプリアンブル群についての誤検出率の低減に加えて、あらゆる好ましくないＦＳＫ信号に対する誤検出率の低減にも役立つことである。

図６を参照して、非同期通信システム内の衝突を低減させる方法６０を図示するフローチャートを示す。方法６０は、工程６１で既知のプリアンブル波形の集合を生成する工程と、工程６４で既知のプリアンブル波形の集合の中から呼種別及び受信機識別子との関連に基づき識別可能なプリアンブル波形の少なくとも１つを送信する工程とを含む。ここで留意すべきは、この既知のプリアンブル波形の集合の中で少なくとも１つのプリアンブル波形とプリアンブル波形の残りの集合とが識別可能なことである。生成する工程は、任意選択で、連続位相の周波数シフトキーイングを用いて、既知の周期的なプリアンブル波形の集合を形成する工程６２を含むことも可能であり、プリアンブル波形の信号群が２種類の周波数をトグルするように変調される。工程６３で、プリアンブル波形同士を、周波数間隔と、周波数群がトグルされる際のデューティサイクルと、コードサイズとのうち、少なくとも１つを変えることにより、動的に又はアプリオリに識別可能にすることができる。方法６０は更に、集合の既知のプリアンブル波形すべてについて所定の受信した信号と所定の送信されるプリアンブル波形のひずみの無い波形との相関を所定の受信機で計算する工程６５を含むことも可能である。方法は更に、望ましくないプリアンブルの集合のあらゆるプリアンブルについて、望ましくないプリアンブルと望ましいプリアンブルとの相関の所定の率が所定のしきい値を超えた場合、受信した信号を拒否する工程６６を含むことも可能である。この点では、所望のプリアンブルを、呼種別及びその呼種別に関連付けられた受信機識別子に基づかせてもよい。方法６０は更に、受信したエンベロープについてエンベロープ変動の大きさを所定の受信機で算出する工程６７と、受信したエンベロープがほぼ一定でありそのエンベロープ変動が少ない又はないと測定されると同時に所望のプリアンブル信号による正規化された相関メトリックが所定のしきい値を下回った場合に、受信した信号を拒否する工程６８とを含むことも可能である。ただし、工程６９で、エンベロープ変動は、任意選択で、正規化分散として又は受信したエンベロープの二乗のサンプルの数を算出することにより測定され、このサンプルは、受信したサンプル群の平均電力の関数として形成されるある範囲に収まる。

図７を参照して、非同期通信システム内の衝突を低減させる別の方法７０のフローチャートを図示する。方法７０は、工程７１で２種類のシンボル周波数をトグルする異なるプリアンブル波形の集合の中の少なくとも１つのプリアンブル波形を受信する工程と、工程７２で、異なるプリアンブル波形が個別のシンボル周波数間隔と個別のシンボルトグル型デューティサイクルとのうち少なくとも一方を有していることで、異なるプリアンブル波形同士を識別可能であり、工程７３で個別のシンボル周波数間隔と個別のシンボルトグル型デューティサイクルとのうち少なくとも一方に基づき異なるプリアンブル波形の集合の中の所定のプリアンブル波形を復号するよう選択する工程とを含むことが可能である。方法７０は更に、所望のプリアンブル波形を、所定の受信機の呼種別と、受信機の呼種別の利用可能なもの各々に関連付けられた識別子とに基づかせる工程７４を含むことも可能である。

本発明の機能性の大部分及び本発明の原理の多くは、ソフトウェアプログラム群又は命令群と、特定用途向けＩＣなどの集積回路（ＩＣ）群とにより又はこれらの中でもっとも良好に実施される。多くの設計上の選択が、例えば、使用可能時間や、現行の技術や、経済上の考慮に動機づけられているにもかかわらず、当業者が、本明細書で開示した概念及び原理に導かれた場合には、容易にこういったソフトウェアの命令群やプログラム群とＩＣ群とを最小の実験で生成できることが予期されている。従って、簡略にする為に、且つ、本発明に従う原理及び概念を分かりにくくするあらゆる危険を最小にする為に、こういったソフトウェアやＩＣのあらゆる議論は、あるとしても、好適な実施形態の原理及び概念についての要点に限定されている。

前述の説明に照らして、本発明に係る実施形態を、ハードウェアや、ソフトウェアや、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現できることが認識されるはずである。本発明に係る通信システム又は装置を、１つのコンピュータシステム又はプロセッサに集中させたやり方で実現することもできるし、幾つかの相互接続されたコンピュータシステム又はプロセッサ（マイクロプロセッサやＤＳＰなど）に異なる要素群が散在している分散させたやり方で実現することもできる。どんな種類のコンピュータシステムも、本明細書に記載された機能を果たすよう適応させられた他の装置も、適している。ハードウェアとソフトウェアとの典型的な組み合わせは、ロードされ実行された際に本明細書に記載された機能を果たすようにコンピュータシステムを制御するコンピュータプログラムのある汎用コンピュータシステムでよい。

加えて、上述の説明は単に例として意図されたものであり、本発明をどのような点でも制限することは意図していない。ただし、以下の請求項に述べられていることは除く。

プリアンブルと、同期ブロックと、トラフィックチャネルとを用いた、識別可能なプリアンブルの無い状態の、通信システムでの受信機と送信機とのタイミング図。 本発明の実施形態に係り、識別可能なプリアンブル群を用いた通信システムでの受信機と送信機とのタイミング図。 本発明の実施形態に係り、無線通信の環境のシステム要素群の簡略化された代表的な図。 本発明の実施形態に係り、プリアンブル信号を送信するように設けられた送信機の模範的な形式のブロック図。 本発明の実施形態に係り、プリアンブル信号を検出するように設けられた無線受信機の模範的な形式のブロック図。 本発明の実施形態に係り非同期通信システム内の衝突を低減させる方法を図示するフローチャート。 本発明の他の実施形態に係り非同期通信システム内の衝突を受信機において低減させる方法を図示するフローチャート。

Claims (10)

1. 非同期通信システム内の衝突を低減させる方法であって、
   既知のプリアンブル波形の集合を生成する工程であって、前記既知のプリアンブル波形の集合の中で少なくとも１つのプリアンブル波形とプリアンブル波形の残りの集合とが識別可能である前記工程と、
   前記既知のプリアンブル波形の集合の中から、呼種別及び受信機識別子との関連に基づいて識別可能なプリアンブル波形の少なくとも１つを送信する工程と、
   を含む方法。
2. 前記生成する工程が、連続位相の周波数シフトキーイングを用いて、既知の周期的なプリアンブル波形の所定の集合を形成する工程を含み、前記プリアンブル波形の信号群が２種類の周波数の間をトグルするように変調される請求項１に記載の方法。
3. 前記生成する工程が、周波数間隔と、前記周波数群がトグルされる際のデューティサイクルと、コードサイズと、のうち、少なくとも１つを動的に又はアプリオリに変える工程を含む請求項２に記載の方法。
4. 前記方法が、前記集合の既知のプリアンブル波形すべてについて、受信した信号と送信されるプリアンブル波形のひずみの無い波形との相関を受信機で計算する工程を更に含む請求項１に記載の方法。
5. 前記方法が、望ましくないプリアンブルの集合のあらゆるプリアンブルについて、望ましくないプリアンブルと望ましいプリアンブルとの相関の率が所定のしきい値を超えた場合、前記受信した信号を拒否する工程を更に含む請求項４に記載の方法。
6. 特定のターゲット受信機を起動させる為にプリアンブル信号を送信するように設けられた無線送信機であって、
   既知のプリアンブル波形の集合を生成し、同既知のプリアンブル波形の集合の中に、１つの識別可能プリアンブル波形と残りの波形の集合と、を含む信号発生器と、
   呼種別及びターゲット識別子との関連に基づいて、前記プリアンブル波形の集合から、識別可能な少なくとも１つのプリアンブル波形を送信する為に、前記信号発生器に結合されて前記信号発生器に応答する送信装置と、
   からなる無線送信機。
7. 前記信号発生器が、連続位相の周波数シフトキーイングを用いて、既知の周期的なプリアンブル波形の集合を形成し、同プリアンブル波形の信号群が２種類の周波数をトグルするように変調される請求項６に記載の無線送信機。
8. 前記信号発生器が信号源を具備可能であり、前記信号源が、周波数間隔と、前記周波数群がトグルされる際のデューティサイクルと、コードサイズとのうち、少なくとも１つを変えることにより、前記少なくとも１つのプリアンブル波形を変える、請求項７に記載の無線送信機。
9. 前記呼種別が、プライベート呼と、コード呼と、グループ呼との中から選択される請求項６に記載の無線送信機。
10. 前記送信装置が、前記プリアンブル波形の集合の中の少なくとも１つのプリアンブル波形を複数の所定のキャリア周波数で送信する請求項６に記載の無線送信機。

Images