JP2013121123A - 再送パケット検出回路及び再送パケット検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計算処理の負荷を高くすることなく、再送パケットの検出を行うことができる再送パケット検出回路を提供する。
【解決手段】検出すべき再送パケットの信号レプリカを記憶する記憶手段と、受信信号と、記憶手段に記憶した信号レプリカとの相互相関値を計算する相関計算手段と、計算した相互相関値が所定の閾値を超えるか否かに基づき、受信信号が再送パケットであるか否かを判定する相関判定手段と、受信信号から再送パケットの開始位置を検出し、検出した開始位置から相互相関値の計算を行うように相関計算手段を制御する同期位置検出手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信信号を復調することなく再送パケットを検出する再送パケット検出回路及び再送パケット検出方法に関する。

規格ＩＥＥＥ８０２．１１における自律分散システムでは、送信元からの信号の受信には成功したが、応答パケットが送信元に届かない場合や、受信処理に時間がかかって応答パケットの規定時間を超えてしまい、送信元に応答パケットを返せない場合、送信元から１回目と同一のパケットが再送される。再送パケットを受信した際の動作は１回目のパケットと同一であるため、一般的な無線装置では、再送パケットは１回目のパケットと同様に、復調した後、応答パケットの生成を行う。

しかしながら、無線装置の信号処理能力が不十分で処理時間がかかることにより、１回目の応答パケットの送信に失敗し、再送が生じた場合、１回目のパケット送信と同様な動作となるため、再送パケットにおいても同様に受信処理に時間がかかって応答パケットの規定時間を超えしまうため、何度再送しても通信を成立させることができない。

ところで、再送パケットは１回目の受信パケットと同一であり、応答パケットも１回目の受信パケットに対するものと同一である。そのため、１回目の受信パケットおよび応答パケットを記憶しておき、記憶した１回目の受信パケットと同一のパターンの信号を検出し、適切なタイミングで記憶した応答パケットを送信することで、復調を行うことなく簡易な処理で再送パケットに対して応答を返すことができる。これにより、復調するためには不十分な処理能力の無線装置であっても、再送パケットに対して応答パケットを返すことができるようになる。

同一のパターンの信号を検出するためには、非特許文献１に示されるように受信した信号と検出したい信号のレプリカの相互相関を計算し、閾値判定を行うのが一般的である。図３は、この手法を応用し、再送パケットを検出する従来の再送パケット検出回路３を示したブロック図である。図３に示すように、従来の再送パケット検出回路３は、レプリカ記憶部３０１、相互相関計算部３０２、相関値判定部３０３から構成される。

レプリカ記憶部３０１は、１回目の受信パケットを復調することにより得られた検出すべき再送パケットの信号レプリカを記憶しておく。相互相関計算部３０２は、受信信号とレプリカ記憶部３０１に記憶した信号レプリカとの相互相関を計算する。相互相関計算部３０２は、時間ｔにおける相互相関値Ｃ（ｔ）を計算する。時間ｔにおける相互相関値Ｃ（ｔ）は、受信信号をｘ（ｎ）、レプリカ記憶部３０１に記憶された再送パケットの信号レプリカをｒ（ｎ）、再送パケットの長さをＮとすると、（１）式で計算することができる。相関値判定部３０３は、計算した相互相関値Ｃ（ｔ）が所定の閾値を超えるか否かを判定することにより、同一のパターンの信号であるか否かの検出を行う。

守倉，久保田，"８０２．１１高速無線ＬＡＮ教科書，"インプレスＲ＆Ｄ，ｐ．２１８

しかしながら、図３に示す従来の再送パケット検出回路では、再送パケットの位置（送信時間）が分からないため、少しずつ時間をずらしながら、検出したい信号レプリカとの相互相関を計算する必要があり、計算処理の負荷が高くなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、計算処理の負荷を高くすることなく、再送パケットの検出を行うことができる再送パケット検出回路及び再送パケット検出方法を提供することを目的とする。

本発明は、検出すべき再送パケットの信号レプリカを記憶する記憶手段と、受信信号と、前記記憶手段に記憶した信号レプリカとの相互相関値を計算する相関計算手段と、計算した前記相互相関値が所定の閾値を超えるか否かに基づき、受信信号が再送パケットであるか否かを判定する相関判定手段と、前記受信信号から前記再送パケットの開始位置を検出し、前記検出した開始位置から前記相互相関値の計算を行うように前記相関計算手段を制御する同期位置検出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明は、伝搬路で生じる歪に基づき前記信号レプリカを補正する補正手段をさらに備え、前記相関計算手段は、前記受信信号と、前記補正された信号レプリカとの相互相関値を計算することを特徴とする。

本発明は、前記相関計算手段は、前記受信信号と前記信号レプリカとのデータ部分のみを用いて相互相関値を計算することを特徴とする。

本発明は、検出すべき再送パケットの信号レプリカを記憶する記憶手段を備える再送パケット検出回路における再送パケット検出方法であって、受信信号と、前記記憶手段に記憶した信号レプリカとの相互相関値を計算する相関計算ステップと、計算した前記相互相関値が所定の閾値を超えるか否かに基づき、受信信号が再送パケットであるか否かを判定する相関判定ステップと、前記受信信号から前記再送パケットの開始位置を検出し、前記検出した開始位置から前記相互相関値の計算を行うように前記相関計算ステップを制御する同期位置検出ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、受信信号を復調することなく再送パケットを検出することができるとともに、計算処理の負荷を低減することができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。 従来技術による再送パケット検出回路の構成を示すブロック図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態による再送パケット検出回路を説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。図１に示すように再送パケット検出回路１は、レプリカ記憶部１０１、相互相関計算部１０２、相関値判定部１０３、同期位置検出部１０４から構成される。

レプリカ記憶部１０１は、１回目の受信パケットを復調することにより得られた検出したい再送パケットの信号レプリカを記憶しておく。相互相関計算部１０２は、受信信号とレプリカ記憶部１０１に記憶した信号レプリカとの相互相関を計算する。相関値判定部１０３は、計算した相互相関値が所定の閾値を超えるか否かを判定する。同期位置検出部１０４は、受信信号から再送パケットの開始位置を検出し、相互相関計算部１０２が検出した開始位置（時間）のみ動作するように制御する。

次に、相互相関計算部１０２の動作を数式を用いて説明する。受信信号をｘ（ｎ）、レプリカ記憶部１０１に記憶された再送パケットの信号レプリカをｒ（ｎ）、再送パケットの長さをＮ、同期位置検出部１０４において検出された再送パケットの開始位置ｔ_０とすると、相互相関値Ｃは（２）式で計算することができる。

相互相関計算部１０２は、図３に示す再送パケット検出回路３の相互相関計算部３０２とは異なり、全ての時間ｔで相互相関値を計算するのではなく、同期位置検出部１０４において検出された再送パケットの開始位置ｔ_０だけで相互相関値を計算する。

次に、同期位置検出部１０４の動作を数式を用いて説明する。ここでは、一例としてパケット先頭に位置する長さＭのプリアンブルを相互相関計算により検出する手法を説明する。まず、（３）式により相互相関値Ｄ（ｔ）を計算する。

そして、Ｄ（ｔ）が閾値を超える時間を検出し、この時間をパケット先頭位置ｔ_０とする。この動作における相互相関計算の部分は、図３に示す相互相関計算部３０２と同じであるが、一般にパケット全体の長さＮと比べて、プリアンブル部の長さＭは非常に短いため、検出に必要な演算量を相互相関計算部３０２と比べて大幅に削減することができる。

なお、同期位置検出部１０４は、前述した手法以外にも、自己相関計算を用いる方法、ＺＣＭ法、ＭＡＭ法、ＷＤＭ法など、任意のパケット先頭位置検出方法を用いることができる。

このように、図１に示す再送パケット検出回路１は、全ての時間ｔで相互相関値を計算するのではなく、同期位置検出部１０４において再送パケットの開始位置ｔ_０を検出し、その時間のみ相互相関値を計算する。これにより、再送パケットの検出に必要な演算量を削減することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態による再送パケット検出回路を説明する。図２は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、図１に示す回路と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を簡単に行う。この図に示す回路が図１に示す回路と異なる点は、周波数誤差推定部２０５、伝搬路推定部２０６及びレプリカ補正部２０７が新たに設けられている点である。

レプリカ記憶部１０１は、１回目の受信パケットを復調することにより得られた検出したい再送パケットの信号レプリカを記憶しておく。相互相関計算部１０２は、受信信号とレプリカ記憶部１０１に記憶した信号レプリカとの相互相関を計算する。相関値判定部１０３は、計算した相互相関値が閾値を超えるか否かを判定する。同期位置検出部１０４は、受信信号を用いて再送パケットの開始位置を検出する。

周波数誤差推定部２０５は、受信信号を用いて送受信装置間の周波数誤差を検出する。伝搬路推定部２０６は、受信信号を用いて伝搬路応答を推定する。レプリカ補正部２０７は、周波数誤差推定部２０５が検出した周波数誤差と、伝搬路推定部２０６が推定した伝搬路応答を用いて、再送パケットの信号レプリカを補正し、相互相関計算部１０２に供給する。

次に、レプリカ補正部２０７の動作を数式を用いて説明する。ここでは、伝搬路推定部２０６でＬ個のインパルス応答を推定したものとして説明する。ｌ番目のインパルス応答の遅延時間をτ_ｌ、位相振幅応答をｈ_ｌ、推定した周波数誤差に基づく１サンプルあたりの位相遷移量をωとすると、再送パケットの信号レプリカｒ（ｎ）は（４）式により補正する。

ここでは、インパルス応答を推定した場合の動作を説明したが、周波数応答を推定し、周波数領域で再送パケットの信号レプリカを補正するようにしてもよい。

なお、周波数誤差推定部２０５及び伝搬路推定部２０６において行う推定処理手法は、前述した手法に限らず、任意の手法 を用いるようにしてもよい。例えば、文献「三瓶，”ディジタルワイヤレス伝送技術，”ピアソン・エデュケーション，ｐｐ．２０９−２１０，３３７−３４０．」にその一例が示されている。

このように、図２に示す再送パケット検出回路２は、周波数誤差推定部２０５、伝搬路推定部２０６、レプリカ補正部２０７を用いて周波数誤差や伝搬路の状態に基づいて、再送パケットの信号レプリカの補正を行う。記憶してある信号レプリカは歪んでいない理想的なものであるため、送受の無線装置間での周波数誤差やマルチパス伝搬路で受信信号が歪むと、相互相関値が低下し、再送パケットの検出確率が低下してまう。周波数誤差や伝搬路の状態に基づいて、再送パケットの信号レプリカの補正を行うことにより、相関検出に用いるレプリカに対して伝搬路で生じる歪を付加する補正を行うことが可能になり、検出精度を高めることができる。

なお、パケットを構成する要素のうち、送信元やパケットの種類によって変化しない、または変化が非常に少ない部分（例えば、プリアンブルやＰＨＹヘッダ）を相互相関の計算から除外して、プリアンブルやＰＨＹヘッダ部分を除く信号に対して相関検出が行うようにしてもよい。一般に無線パケットは、同期を行うためのプリアンブル、ＰＨＹの復調のためのＰＨＹヘッダ、ＭＡＣの解析のためのＭＡＣヘッダ、実際に送りたいペイロードの４種類の部分で構成される。このうち、プリアンブルは一般に完全に同一で、ヘッダも大部分は共通であることが多い。そのため、ペイロードが短いパケットの場合、パケット内の大部分が共通のため、本来検出してはいけないパケットを検出する誤検出の発生確率が上がってしまう。パケットを構成する要素のうち、送信元やパケットの種類によって変化しない、または変化が非常に少ない部分を相互相関の計算から除外することにより、相互相関の計算を行う区間の信号のランダム性が増し、本来検出してはいけないパケットを検出する、いわゆる誤検出の確率を下げることができる。

無線通信では、パケット誤りが発生すると自動的に再送を行うことによって、パケットロスを防ぐ仕組みがある。例えば無線ＬＡＮでは、パケットを受信した無線局は一定の期間内にＡｃｋ信号を送信して受信成功したことを相手に通知する必要があるが、処理遅延等によりＡｃｋを返せなかったときは、送信局は再送することになり、効率が低下する問題がある。このような場合、受信信号に対してパターンマッチングによって再送信号を検出し、Ａｃｋを返信することによって、受信信号全体を復号する前にＡｃｋを返信することができる。しかし、この方法では、パターンマッチングを行うための相関検出の演算量が大きくなる問題がある。

前述した再送パケット検出回路では、パターンマッチングの演算量を低減するために、受信信号のプリアンブル部分のみを用いて信号検出を行い、信号の開始位置を特定した後に、受信信号全体の相関検出を行う。この構成により、受信信号全体をずらしながら相関値を算出する必要がなくなるため、演算量を大幅に低減することができる。また、相関検出において用いる信号に伝搬路における歪を付加すること、及びプリアンブル以外の信号のみを用いて相関検出を行うことにより、さらに演算量を低減しつつ、検出精度を改善することができる。

なお、図１、２における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより再送パケット検出処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の精神及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行っても良い。

受信信号を復調することなく再送パケットを検出することが不可欠な用途に適用できる。

１０１・・・レプリカ記憶部、１０２・・・相互相関計算部、１０３・・・相関値判定部、１０４・・・同期位置検出部、２０５・・・周波数誤差推定部、２０６・・・伝搬路推定部、２０７・・・レプリカ補正部

Claims (4)

1. 検出すべき再送パケットの信号レプリカを記憶する記憶手段と、
   受信信号と、前記記憶手段に記憶した信号レプリカとの相互相関値を計算する相関計算手段と、
   計算した前記相互相関値が所定の閾値を超えるか否かに基づき、受信信号が再送パケットであるか否かを判定する相関判定手段と、
   前記受信信号から前記再送パケットの開始位置を検出し、前記検出した開始位置から前記相互相関値の計算を行うように前記相関計算手段を制御する同期位置検出手段と
   を備えることを特徴とする再送パケット検出回路。
2. 伝搬路で生じる歪に基づき前記信号レプリカを補正する補正手段をさらに備え、
   前記相関計算手段は、前記受信信号と、前記補正された信号レプリカとの相互相関値を計算することを特徴とする請求項１に記載の再送パケット検出回路。
3. 前記相関計算手段は、前記受信信号と前記信号レプリカとのデータ部分のみを用いて相互相関値を計算することを特徴とする請求項１または２に記載の再送パケット検出回路。
4. 検出すべき再送パケットの信号レプリカを記憶する記憶手段を備える再送パケット検出回路における再送パケット検出方法であって、
   受信信号と、前記記憶手段に記憶した信号レプリカとの相互相関値を計算する相関計算ステップと、
   計算した前記相互相関値が所定の閾値を超えるか否かに基づき、受信信号が再送パケットであるか否かを判定する相関判定ステップと、
   前記受信信号から前記再送パケットの開始位置を検出し、前記検出した開始位置から前記相互相関値の計算を行うように前記相関計算ステップを制御する同期位置検出ステップと
   を有することを特徴とする再送パケット検出方法。

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