JP2013535153A5 - フレーム開始デリミタを検出する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に、無線通信に関する。特にパケットベースの通信が検討され、各パケットはフレーム開始デリミタを含む同期プリアンブル部を備える。

典型的な無線パケットは、図１に例示するように、同期プリアンブル（ＳＨＲ）部、物理ヘッダ（ＰＨＲ）部、及びデータ部（「ペイロード」とも呼ばれる）を含み、その順番で送信される。ＳＨＲプリアンブルは、同期フィールド及びフレーム開始デリミタ（ＳＦＤ）を含む。ＳＨＲプリアンブルは、信号取得、信号同期、及び測距を達成するために使用される。ＳＦＤは、同期フィールドの終わり、同期プリアンブル全体の終わり、及び物理ヘッダの開始を検出するために使用される。従って、ＳＦＤは、ＳＨＲとＰＨＲとの間のデリミタとしての役割を果たす。ＰＨＲは、その後に続くデータに関する情報を受信システムに提供するために使用される。データに関する情報は、どの程度の量のデータがパケットにおいて送信されるかの指示、及びどの信号方式又はプロトコルがデータ又はペイロードの送信のために使用されるかの指示などである。

特許文献１は、変更されたフレーム開始デリミタの検出に関する。特許文献１は主として、復号されたがまだデスクランブルされていない受信信号を用いてどこで同期が実行されるかという問題に取り組んでいる。ＳＦＤを検出するために、受信システムで、デスクランブラの初期化における同期を目的として、１つ又はそれ以上のビットの消費が必要となるであろう。提案された解決方法において、受信システムは、デコードされたがまだデスクランブルされていない受信信号をスキャンする。この受信信号は、使用されているプリアンブルのフォーマットに関連したＳＦＤのスクランブルバージョンのための信号である。この方法において、複数の同期動作のためのこれらのビットの利用可能性は失われない。また、特に、短いプリアンブルが使用される場合、ＳＦＤをまだ信頼性を有して検出しながら、プリアンブルのより多くのビットは同期のために利用可能であるということが利点である。

特許文献２も、フレームの同期に取り組む。システムは、スクランブルされた入力データ信号を受信して取り扱うために開示され、この信号はフレーム開始デリミタ（ＳＦＤ）を有するプリアンブルを含む。デスクランブルされたデータに対するＳＦＤの検索の実行に代えて、システムはスクランブルされた入力データに対してＳＦＤの検索を開始することによって、デスクランブラの初期化の周期をセーブすることを試みる。

本発明の目的は、複数の信号パケットの構造を不変に保ちながらも、（エネルギー、データレート、及び誤ったＳＦＤ検出の回避の観点から）改善された性能を有するフレーム開始デリミタの検出ための方法及び装置を提供することにある。本発明の更なる目的は、データパケットに対して信号取得を実行する方法を提供することにあり、フレーム開始デリミタの検出のための本方法及び装置が応用される。

本発明は、データパケットの複数のサンプルの受信されたストリームにおける既知のフレーム開始デリミタパターンを検出する方法に関する。データパケットが少なくともプリアンブル部及びヘッダ部を備えることによって、プリアンブル部はヘッダ部の前段に設けられかつフレーム開始デリミタパターンを含む。本方法は、
データパケットの複数のサンプルの受信されたストリームの一部を、フレーム開始デリミタパターンに対応する第１のシーケンスと相関させることによって、第１の相関結果を得るステップと、
第１の相関結果を、与えられたしきい値と比較するステップと、
複数のサンプルの受信されたストリームの一部を、第２のシーケンスと相関させ、第２のシーケンスはプリアンブル部において現れるパターンから導出されかつ第１のシーケンスと異なることによって、第２の相関結果を得るステップと、
第１の相関結果を、第２の相関結果と比較するステップと、
第１の相関結果が、与えられたしきい値よりも大きくかつ第２の相関結果よりも大きい場合に、フレーム開始デリミタパターンが検出されていると判定するステップと、
さもなければ、第１及び第２のシーケンスの別の一部を用いて、前のステップを繰り返すステップとを含む。
実際には、まず両方の相関ステップを実行し、次いで複数の比較ステップを実行することを選択可能である。明らかに、２つの比較のうちのどちらがまず実行されるかは重要ではない。複数の比較結果の両方の条件は、フレーム開始デリミタパターンが検出されていると判定される前に満たされる必要がある。

提案される方法は実際、上記の複数の目的を達成する。パケット構造は、本方法のさまざまなステップによる影響を受けない。第２の評価基準を導入することによって、より信頼性がある方法を用いて、フレーム開始デリミタパターンが実際に検出されていると判定されることができる。この付加的な評価を実行することは、デジタルの実施例において、無視可能な電力及びサイズの増加を必要とする。

もう１つの好ましい実施形態において、本方法は、別のシーケンスと相関させる少なくとも１つの別のステップを含み、別のシーケンスが、プリアンブル部において現れる別のパターンから導出されかつ第１のシーケンス及び第２のシーケンスと異なることによって、別の相関結果が得られる。本方法は、第１の相関結果が別の相関結果と比較されることによって、第１のしきい値が別の相関結果よりも大きいときに、フレーム開始デリミタパターンを検出する。

第２のシーケンスは好ましくは、第１のシーケンスと同一の長さを有する。有利な実施形態において、第２のシーケンスはプリアンブル部におけるパターンであり、プリアンブル部は、フレーム開始デリミタパターンと相関される場合、第１のシーケンスを除外して最大の相関値を生じさせる。

一態様において、本発明はまた、受信機装置において受信された複数のデータパケットの複数のサンプルのストリームに対してデータ取得を実行する方法に関する。本方法は、
所定の雑音レベルのしきい値よりも大きい又は等しい相関結果が得られるまで、複数のサンプルのストリームをランダムシーケンスと相関させることによって、受信されたデータパケットを受信機装置において検出するステップと、
ランダムシーケンスのコードシンボルに対するサンプリング位置を推定して、１つ又はそれ以上のコードシンボルを合成することによってビットを形成する位置を推定するステップと、
前述の方法を用いてフレーム開始デリミタパターンを検出するステップとを含む。

もう１つの態様において、本発明は、既知のフレーム開始デリミタパターンを検出する装置に関する。本装置は、
データパケットの複数のサンプルのストリームを受信し、データパケットは少なくともプリアンブル部及びヘッダ部を備え、プリアンブル部はヘッダ部の前段に設けられかつフレーム開始デリミタパターンを含む受信機手段と、
データパケットの複数のサンプルの受信されたストリームの一部を、フレーム開始デリミタパターンに対応する第１のシーケンスと相関させることによって、第１の相関結果を得る第１の相関手段と、
第１の相関結果を、与えられたしきい値と比較する第１の比較手段と、
複数のサンプルの受信されたストリームの一部を、第２のシーケンスと相関させ、第２のシーケンスはプリアンブル部において現れるパターンから導出されかつ第１のシーケンスと異なることによって、第２の相関結果を得る第２の相関器手段と、
第１の相関結果を第２の相関結果と比較する第２の比較手段と、
比較手段の複数の結果を合成する合成手段とを備える。

解決方法は、信号パケットの構造を変更することなく、フレーム開始デリミタの検出の改善された性能のために提供される。本発明に係るアプローチがＳＦＤの検出を可能にすることによって、エネルギー及びデータレートが低減されかつＳＦＤの誤った検出及び再送信が避けられる。このことは、超低電力の複数の無線通信に非常に望ましい。従来のＳＦＤ検出と比較すると、付加的な評価基準は、ＳＦＤが検出されたか否かを確認するために用いられる。この評価基準は、信号パケットの構造を変更することなく得られる。付加的な評価基準は、デジタルの実施例において、無視可能な電力及びサイズの増加を必要とする。従来、受信機がサンプリング位置を発見した後、複数の信号の復調が開始され、あるしきい値を超えるまで、ＳＦＤシーケンスを有する複数の復調された信号がスライドされる。提案された検出アプローチにおいて（推定された雑音電力に関するしきい値を超える場合）、検討される複数の復調された信号は、同一のＳＦＤシーケンス長を有するもう１つの所定のシーケンスと相関される。この所定のシーケンスの選択は、同一のＳＦＤシーケンス長を有するすべての可能な複数のビットパターンを含むコードブックに基づかない。むしろ、その所定のシーケンスは、プリアンブルパターンに対応して選択される。プリアンブルをスパンするウィンドウのスライディングを用いてそれをＳＦＤシーケンスと相関させることによって、２番目に大きな相関結果（最大の相関結果はＳＦＤシーケンスそれ自身との相関結果であろう。）を生じさせるウィンドウ内シーケンスは、所定のシーケンスとして決定される。ＳＦＤシーケンスからの相関結果が所定のシーケンスからの相関結果よりも大きい場合、ＳＦＤが検出される。さもなければ、複数の復調された信号は、２つの基準が満たされるまで相関させることを継続する必要がある。２つの基準は、ＳＦＤシーケンスとの相関結果がしきい値よりも大きいことと、所定のシーケンスとの相関結果よりも大きいことである。１つの所定のシーケンスを使用するコンセプトは、複数の所定のシーケンス（３番目に大きな相関結果、４番目に大きな相関結果、など）の使用に一般化可能である。

本発明において、複数のサンプルのストリームにおけるフレーム開始デリミタ（ＳＦＤ）を検出するためのアプローチが開示される。従来の複数の相関動作及び複数の比較動作意外に、付加的な相関及び比較が、ＳＦＤが実際に検出されていると判定される前に実行される。

プリアンブルベースの超低電力の複数の無線通信において、信号パケットのフォーマットは通常、３つの主要な構成要素を備える。３つの主要な構成要素は、図１に示すように、同期ヘッダ（ＳＨＲ）プリアンブル、物理層ヘッダ（ＰＨＲ）、及びデータフィールドである。ＳＨＲプリアンブルは、同期フィールド及びフレーム開始デリミタ（ＳＦＤ）を含み、タイミング取得アルゴリズムによって使用される。無線チャンネル上にパケットがあることを検出できかつ正しい復調及びデコードのためにこのパケットと同期させることを可能とするために、そのようなアルゴリズムは必要である。ＰＨＲは、パケットの正常なデコードのために必要な情報を受信機に伝送する。データフィールドは、メディアアクセスコントロール（ＭＡＣ）ヘッダ、ペイロード、及び周期的冗長性チェック（ＣＲＣ）を含むことが可能である。ＰＨＲ及びデータフィールドの両方は、提案された検出アルゴリズムによって抽出される。

Claims (13)

1. データパケットの複数のサンプルの受信されたストリームにおける既知のフレーム開始デリミタパターンを検出する方法であって、前記データパケットは、少なくともプリアンブル部及びヘッダ部を備え、前記プリアンブル部は、前記ヘッダ部の前段に設けられかつ前記フレーム開始デリミタパターンを含み、前記方法は、
   前記データパケットの複数のサンプルの前記受信されたストリームの一部を、前記フレーム開始デリミタパターンに対応する第１のシーケンスと相関させることによって、第１の相関結果を得るステップと、
   前記第１の相関結果を、与えられたしきい値と比較するステップと、
   複数のサンプルの前記受信されたストリームの一部を、前記プリアンブル部において現れるパターンから導出されかつ前記第１のシーケンスと異なる第２のシーケンスと相関させることによって、第２の相関結果を得るステップと、
   前記第１の相関結果を、前記第２の相関結果と比較するステップと、
   前記第１の相関結果が、前記与えられたしきい値よりも大きくかつ前記第２の相関結果よりも大きい場合に、前記フレーム開始デリミタパターンが検出されていると判定するステップと、
   さもなければ、前記データパケットの複数のサンプルの前記受信されたストリームの前記一部とは異なる別の一部を用いて、前のステップを繰り返すステップとを含む方法。
2. 前記第２のシーケンスを決定するステップを含む請求項１に記載のフレーム開始デリミタパターンを検出する方法。
3. 前記複数のサンプルの前記受信されたストリームの一部を、前記プリアンブル部において現れる別のパターンから導出されかつ前記フレーム開始デリミタパターン及び前記第２のシーケンスと異なる別のシーケンスと相関させることによって、別の相関結果を得るステップと、
   前記第１の相関結果を前記別の相関結果と比較することによって、前記第１のしきい値が前記別の相関結果よりも大きいときに、前記フレーム開始デリミタパターンを検出するステップとのうちの少なくとも１つの別のステップを含む請求項１又は２に記載のフレーム開始デリミタパターンを検出する方法。
4. 前記与えられたしきい値は、受信された雑音電力推定から導出される請求項１から３までのうちのいずれか一項に記載のフレーム開始デリミタパターンを検出する方法。
5. 前記第２のシーケンスは、前記第１のシーケンスと同一の長さを有する請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載のフレーム開始デリミタパターンを検出する方法。
6. 前記第２のシーケンスは前記プリアンブル部におけるパターンであり、前記プリアンブル部は、前記フレーム開始デリミタパターンと相関される場合、前記第１のシーケンスを除外して最大の相関値を生じさせる請求項５に記載のフレーム開始デリミタパターンを検出する方法。
7. 受信機装置において受信された複数のデータパケットの複数のサンプルのストリームに対してデータ取得を実行する方法であって、前記方法は、
   所定の雑音レベルのしきい値よりも大きい又は等しい相関結果が得られるまで、複数のサンプルの前記ストリームを、ランダムシーケンスと相関させることによって、受信されたデータパケットを前記受信機装置において検出するステップと、
   前記ランダムシーケンスのコードシンボルに対するサンプリング位置を推定して、１つ又はそれ以上のコードシンボルを合成することによってビットを形成する位置を推定するステップと、
   請求項１から６までのうちのいずれか一項に記載の前記方法を用いてフレーム開始デリミタパターンを検出するステップとを含む方法。
8. 雑音電力推定を実行して、前記推定から前記所定の雑音レベルのしきい値を計算するステップを含む請求項７に記載のデータ取得を実行する方法。
9. 前記ランダムシーケンスは、１つのコードシンボルを含む請求項７又は８に記載のデータ取得を実行する方法。
10. 前記ランダムシーケンスは、複数のコードシンボルを含む擬似雑音シーケンスであり、前記受信機は、直接シーケンススペクトラム拡散方式の受信機である請求項７又は８に記載のデータ取得を実行する方法。
11. 既知のフレーム開始デリミタパターンを検出する装置であって、前記装置は、
    データパケットの複数のサンプルのストリームを受信し、前記データパケットは少なくともプリアンブル部及びヘッダ部を備え、前記プリアンブル部は、前記ヘッダ部の前段に設けられかつ前記フレーム開始デリミタパターンを含む受信機手段と、
    前記データパケットの複数のサンプルの前記受信されたストリームの一部を、前記フレーム開始デリミタパターンに対応する第１のシーケンスと相関させることによって、第１の相関結果を得る第１の相関器手段と、
    前記第１の相関結果を、与えられたしきい値と比較する第１の比較手段と、
    複数のサンプルの前記受信されたストリームの一部を、前記プリアンブル部において現れるパターンから導出されかつ前記第１のシーケンスと異なる第２のシーケンスと相関させることによって、第２の相関結果を得る第２の相関器手段と、
    前記第１の相関結果を、前記第２の相関結果と比較する第２の比較手段と、
    前記第１の相関結果が、前記与えられたしきい値よりも大きくかつ前記第２の相関結果よりも大きい場合に、前記フレーム開始デリミタパターンが検出されていると判定する判定手段と、
    さもなければ、前記データパケットの複数のサンプルの前記受信されたストリームの前記一部とは異なる別の一部を用いて、前記第１の相関器手段、前記第１の比較手段、前記第２の相関器手段、前記第２の比較手段、及び前記判定手段による動作を繰り返す繰り返し手段とを備える装置。
12. 前記第１及び第２の相関器手段は、複数のスライディング相関器である請求項１１に記載の既知のフレーム開始デリミタパターンを検出する装置。
13. 前記第１及び第２の相関器手段は、有限インパルス応答フィルタを備える請求項１１又は１２に記載の既知のフレーム開始デリミタパターンを検出する装置。