JP4549218B2

JP4549218B2 - Ｒｓｓｉ整形処理方法および無線ｌａｎ装置

Info

Publication number: JP4549218B2
Application number: JP2005112211A
Authority: JP
Inventors: 真由子上野; 修司久保田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2005-04-08
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2025-04-08
Also published as: JP2006295462A

Description

本発明は、無線ＬＡＮ装置におけるＲＳＳＩ整形処理方法および無線ＬＡＮ装置に関する。

無線ＬＡＮ技術はＩＥＥＥ８０２．１１（Institute of Electrical and Electronics Engineers 802.11）において標準化が進み、従前の有線式のネットワークに代え、あるいは有線式のネットワークと並存する形で無線ＬＡＮの導入が進んでいる。

ところで、無線ＬＡＮ装置ではＲＳＳＩ（Receive Signal Strength Indication）と呼ばれる、受信した電波信号の強さを示す信号が用いられ、バースト信号の受信信号強度情報、パワー検知、キャリア断の検知等に用いられている。

このＲＳＳＩ信号は、無線周波信号処理を行うＲＦ（Radio Frequency）部において、受信信号に位相が９０度異なる搬送波（キャリア）周波数の信号をそれぞれミキシングして直交するＩ成分とＱ成分のベースバンド信号にコンバージョンし、それぞれバンドパスフィルタにより帯域を制限し、Ｉ成分とＱ成分のそれぞれの絶対値を加算することで、アナログ値のＲＳＳＩ信号として先ず生成される。なお、厳密にはＩ成分とＱ成分の２乗和をとることが望ましいが、信号処理の簡略化のために絶対値の加算で代用されている。そして、後段におけるベースバンド信号の処理を行うＢＢ（Base Band）部においてＡ／Ｄ（Analog Digital）変換され、デジタル値とされる。

このようにして生成されたＲＳＳＩ信号は、キャリアの受信の有無を判断する場合等において、所定のスレッショルドと比較されてレベル検知されるものであるが、ＲＳＳＩ信号はノイズにより変動するものであるため、そのままレベル検知するのは望ましくない。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、１１ｇで規定されるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式では、信号波形のピーク対平均比が大きく、データセットによってＲＳＳＩ信号が大きく変動する。

このようなことから、従来は、デジタル的な平均化処理を行うローパスフィルタにＲＳＳＩ信号を通すことで変動を吸収するようにしていた。

上述したように、従来はデジタル的な平均化処理を行うローパスフィルタを用いてＲＳＳＩ信号の変動を吸収するようにしていたが、平均化処理により変動幅が小さくなる反面、立ち上がりに遅延を生ずるという問題があった。図１はローパスフィルタによるＲＳＳＩ信号の立ち上がり遅延の概念図であり、コンバージョン後のＩ成分、Ｑ成分の立ち上がりから時間τだけＲＳＳＩ信号が遅延する状態を示している。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａで規定されるＯＦＤＭ方式の場合、フレームのプリアンブルの１シンボルは８００ｎｓｅｃであり、サンプルレート１０ＭＨｚ（４０ＭＨｚ程度のサンプルレートが望ましいが、消費電力低減の要請から１０ＭＨｚ程度に抑えられることが多い）のＡ／Ｄ変換を行った場合、１シンボルあたり８サンプルとなり、平均化の窓長を８サンプルとした場合は１シンボル分の遅延が生ずる。無線ＬＡＮ装置（ＩＣチップ）内では極めて短い時間内にＡＧＣ（Automatic Gain Control）処理、アンテナ切替処理、同期処理、周波数オフセット調整処理等を行わなければならないため、１シンボル程度の遅延であっても影響は大きく、処理の高速化を阻害する要因であった。

一方、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂで規定されるＤＳＳＳ（Direct Sequence Spread Spectrum）方式の場合、１ＭｂｐｓのＤＢＰＳＫ（Differential Binary Phase Shift Keying）では送信信号に含まれるＩ成分、Ｑ成分が同じになるため、送信側と受信側との搬送波周波数に周波数オフセットがあるとビートを生じ、入力パワーが一定であるにもかかわらず、ＲＳＳＩ信号が大きく変動してしまう問題がある。

数式を用いて説明すると、コンバージョン後のＩ成分Ｉ(ｔ)、Ｑ成分Ｑ(ｔ)は、受信信号をｒ(ｔ)、搬送波周波数をｆ_LO、周波数オフセットをΔとすると、
Ｉ(ｔ)＝ｒ(ｔ)・cos(２πｆ_LOｔ＋Δ)
＝ｒ(ｔ)・cos(２πｆ_LOｔ)・cosΔ−ｒ(ｔ)・sin(２πｆ_LOｔ)・sinΔ
Ｑ(ｔ)＝ｒ(ｔ)・sin(２πｆ_LOｔ＋Δ)
＝ｒ(ｔ)・sin(２πｆ_LOｔ)・cosΔ＋ｒ(ｔ)・cos(２πｆ_LOｔ)・sinΔ
となる。ここで、
ｉ(ｔ)＝ｒ(ｔ)・cos(２πｆ_LOｔ)
ｑ(ｔ)＝ｒ(ｔ)・sin(２πｆ_LOｔ)
とおけば、
Ｉ(ｔ)＝ｉ(ｔ)・cosΔ−ｑ(ｔ)・sinΔ
Ｑ(ｔ)＝ｑ(ｔ)・cosΔ＋ｉ(ｔ)・sinΔ
となる。そして、ｉ(ｔ)＝ｑ(ｔ)とすると、
Ｉ(ｔ)＝ｉ(ｔ)（cosΔ−sinΔ）＝ｉ(ｔ)・sin(Δ−π／２)
Ｑ(ｔ)＝ｑ(ｔ)（cosΔ＋sinΔ）＝ｑ(ｔ)・sin(Δ＋π／２)
となる。

図２は周波数オフセットによる受信信号のＩ成分およびＱ成分の波形の例を示す図であり、（ａ）は周波数オフセットが１２０ｋＨｚの場合、（ｂ）は周波数オフセットが５０ｋＨｚの場合、（ｃ）は周波数オフセットが１０ｋＨｚの場合、（ｄ）は周波数オフセットが２ｋＨｚの場合における、コンバージョン後のＩ成分、Ｑ成分をそれぞれ示している。

上述した周波数オフセットはプリアンブルにおける周波数オフセット調整処理により解消され、データ受信に与える影響はなくなるが、プリアンブル内の極めて短い時間内に行うべき各種の処理に対し、上述したＲＳＳＩ信号の変動は悪影響を及ぼす。

本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、ローパスフィルタによるＲＳＳＩ信号の立ち上がり遅延を防止することができるとともに、プリアンブル内における周波数オフセットに起因したＲＳＳＩ信号の変動を低減することのできるＲＳＳＩ整形処理方法および無線ＬＡＮ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項１に記載されるように、無線ＬＡＮ受信信号のコンバージョン後のＩ成分とＱ成分を合成して得られるＲＳＳＩ信号をＲＦ部から受け取り、Ａ／Ｄ変換した後に整形処理して、変動を低減させた信号をＭＡＣ部に供給する方法であって、Ａ／Ｄ変換した後のＲＳＳＩ信号に対してデジタル値による平均化処理を行う一つの工程を備え、当該平均化における窓長を、平均化出力が所定値に達するまでは短くし、平均化出力が所定値に達した後は長くすることを特徴とするＲＳＳＩ整形処理方法を要旨としている。

また、請求項２に記載されるように、請求項１に記載のＲＳＳＩ整形処理方法において、上記デジタル値による平均化処理を行う工程は、窓長をｍとして、入力値に（１／ｍ）を乗算した値と、直前の平均化出力に（ｍ−１）／ｍを乗算した値とを加算して出力するようにすることができる。

また、請求項３に記載されるように、請求項１または２のいずれか一項に記載のＲＳＳＩ整形処理方法において、上記平均化出力の所定期間内の最大値を保持して出力する工程を備えるようにすることができる。

また、請求項４に記載されるように、請求項３に記載のＲＳＳＩ整形処理方法において、上記所定期間内の最大値を保持して出力する工程は、入力値と直前の出力値とを比較し、入力値が直前の出力値よりも大きい場合に当該入力値を保持して出力するようにすることができる。

また、請求項５に記載されるように、請求項３または４のいずれか一項に記載のＲＳＳＩ整形処理方法において、上記所定期間内の最大値を保持して出力する工程は、無線ＬＡＮ受信信号のキャリア消失時に保持値をリセットするようにすることができる。

また、請求項６に記載されるように、無線ＬＡＮ受信信号のコンバージョン後のＩ成分とＱ成分を合成して得られるＲＳＳＩ信号をＲＦ部から受け取り、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換した後のＲＳＳＩ信号に対してデジタル値による平均化処理を行って、変動を低減させた信号をＭＡＣ部に供給する、一つの窓長変動ローパスフィルタ部とを備え、当該窓長変動ローパスフィルタ部における平均化の窓長を、平均化出力が所定値に達するまでは短くし、平均化出力が所定値に達した後は長くすることを特徴とする無線ＬＡＮ装置として構成することができる。

また、請求項７に記載されるように、請求項６に記載の無線ＬＡＮ装置において、上記窓長変動ローパスフィルタ部は、窓長をｍとして、入力値に（１／ｍ）を乗算する第１の可変増幅部と、直前の平均化出力に（ｍ−１）／ｍを乗算する第２の可変増幅部と、上記第１および第２の可変増幅部の出力値を加算して出力する加算部と、上記第２の可変増幅部の出力値を所定値と比較して上記第１および第２の可変増幅部に対し窓長の変更を指示する比較部とを備えるようにすることができる。

また、請求項８に記載されるように、請求項６または７のいずれか一項に記載の無線ＬＡＮ装置において、上記窓長変動ローパスフィルタ部の平均化出力の所定期間内の最大値を保持して出力するピークホールド部を備えるようにすることができる。

また、請求項９に記載されるように、請求項８に記載の無線ＬＡＮ装置において、上記ピークホールド部は、入力値と直前の出力値とを比較する比較部と、上記比較部の比較結果に従い、入力値が直前の出力値よりも大きい場合に当該入力値を保持して出力する保持部とを備えるようにすることができる。

また、請求項１０に記載されるように、請求項８または９のいずれか一項に記載の無線ＬＡＮ装置において、上記ピークホールド部は、無線ＬＡＮ受信信号のキャリア消失時に保持値をリセットするリセット信号生成部を備えるようにすることができる。

本発明のＲＳＳＩ整形処理方法および無線ＬＡＮ装置にあっては、Ａ／Ｄ変換した後のＲＳＳＩ信号に対する平均化処理における窓長を、平均化出力が所定値に達するまでは短くし、平均化出力が所定値に達した後は長くすることで、ローパスフィルタによるＲＳＳＩ信号の立ち上がり遅延を防止することができる。また、平均化出力の所定期間内の最大値を保持することで、プリアンブル内における周波数オフセットに起因したＲＳＳＩ信号の変動を低減することができる。

以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。

図３は本発明の一実施形態にかかる無線ＬＡＮ装置の構成例を示す図である。なお、受信に関する機能部のみを示しており、送信に関する機能部は省略してある。

図３において、無線ＬＡＮ装置は、アンテナ１Ａ、１Ｂと、単体のＩＣチップから構成されるＲＦ部２と、別の単体のＩＣチップから構成されるＢＢ／ＭＡＣ部３とから構成され、ＢＢ／ＭＡＣ部３は無線ＬＡＮにより通信を行うアプリケーションを含む上位の装置であるＰＣ（Personal Computer）、プリンタ等のホストＣＰＵ４と接続されるようになっている。また、ＢＢ／ＭＡＣ部３は、ベースバンド信号の処理を行うＢＢ部３１と、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）等のメディアアクセス制御（MAC: Media Access Control）を行うＭＡＣ部３２とを備えている。

ＲＦ部２は、ＢＢ／ＭＡＣ部３から与えられるＡＮＴ＿ＳＥＬ（アンテナセレクト）信号に基づいてアンテナ１Ａ、１Ｂの切り替えを行うアンテナ切替部２１と、アンテナ切替部２１で選択されたアンテナ（１Ａ、１Ｂ）の受信信号に位相が９０度異なる搬送波周波数の信号をそれぞれミキシングして直交するＩ成分とＱ成分のベースバンド信号にコンバージョンするコンバージョン部２２と、コンバージョン部２２のＩ成分およびＱ成分にそれぞれ対応して設けられ、ＢＢ／ＭＡＣ部３から与えられるＡＧＣ信号に基づいてゲインを変化させる可変増幅部２３Ｉ、２３Ｑと、可変増幅部２３Ｉ、２３Ｑの出力信号の帯域を制限してアナログ値のＩ成分（Ｒ_ＸＩ）とＱ成分（Ｒ_ＸＱ）を出力するバンドパスフィルタ部２４Ｉ、２４Ｑと、アナログ値のＩ成分とＱ成分を合成（Ｉ成分とＱ成分のそれぞれの絶対値を加算）してアナログ値のＲＳＳＩ信号を生成するＲＳＳＩ生成部２５とを備えている。

ＢＢ／ＭＡＣ部３のＢＢ部３１は、ＲＦ部２から出力されるアナログ値のＩ成分（Ｒ_ＸＩ）、Ｑ成分（Ｒ_ＸＱ）およびＲＳＳＩ信号を入力してデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部３３と、デジタル値に変換されたＩ成分とＱ成分から適正な受信ゲインとなるようにＲＦ部２に対するＡＧＣ信号を生成するＡＧＣ信号生成部３４と、ＡＧＣ信号生成部３４をスルーしたＩ成分とＱ成分から所望の方式（ＤＳＳＳ方式、ＯＦＤＭ方式）の信号であるか否かを検出する相関検出部３５と、相関検出部３５からトリガ信号を受け、データを復調して結果をＭＡＣ部３２に出力する復調部３６とを備えている。なお、ＡＧＣ信号生成部３４、相関検出部３５、復調部３６は、ＤＳＳＳ方式とＯＦＤＭ方式とに対応してそれぞれ設けられる。

また、ＢＢ部３１は、デジタル値に変換されたＲＳＳＩ信号を入力し、変動を低減させた信号に整形してＭＡＣ部３２に出力するＲＳＳＩ整形部３７を備えている。ＲＳＳＩ整形部３７は、ＲＳＳＩ信号に対してデジタル値による平均化処理を行う窓長変動ローパスフィルタ部３８と、窓長変動ローパスフィルタ部３８の平均化出力の所定期間内の最大値を保持して出力するピークホールド部３９とを備えている。

図４は図３におけるＲＳＳＩ整形部３７の構成例を示す図であり、窓長変動ローパスフィルタ部３８は、窓長（平均対象サンプル数）をｍとして、入力値に（１／ｍ）を乗算する可変増幅部３８１と、直前の平均化出力に（ｍ−１）／ｍを乗算する可変増幅部３８３と、可変増幅部３８１、３８３の出力値を加算して出力する加算部３８２と、可変増幅部３８３の出力値を所定値（キャリア存在と判断されるスレッショルド値に相当）と比較し、可変増幅部３８１、３８３に窓長の変更を指示する比較部３８４とを備えている。

ピークホールド部３９は、入力値と直前の出力値とを比較する比較部３９２と、この比較部３９２の比較結果に従い、入力値が直前の出力値よりも大きい場合に当該入力値を保持して出力する保持部３９１と、窓長変動ローパスフィルタ部３８の比較部３８４からのキャリア消失を示す信号（比較結果）と復調部３６（図３）からのＣＣＡ（Clear Channel Assessment）信号とを入力し、両者の論理和（ＯＲ）をとってキャリア消失時に保持部３９１の保持値をリセットするリセット信号生成部３９３とを備えている。なお、ピークホールド部３９におけるピークホールド動作は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂで規定される周波数オフセットの最大許容値に応じた時間間隔で行う。

ＲＳＳＩ整形部３７の窓長変動ローパスフィルタ部３８は、ＲＦ部２から与えられＡ／Ｄ変換部３３でデジタル値に変換されたＲＳＳＩ信号に対し、次式で表される平均化処理を行う。

Ｙ_ｎ＝（１／ｍ）・Ｘ_ｎ＋（（ｍ−１）／ｍ）・Ｙ_ｎ−１
ここで、Ｘ_ｎは今回の入力データ（ＲＳＳＩ値）、Ｙ_ｎ−１は前回の平均化出力値、Ｙ_ｎは今回の平均化出力値である。ｍは前述したように窓長である。

この窓長ｍは比較部３８４によって制御され、ＲＳＳＩ値が低く平均化出力が所定値に達するまでは短く（数値的に小さくする。例えば、ｍ＝２または０）し、平均化出力が所定値に達した後は長く（数値的に大きくする。例えば、ｍ＝１６）される。従って、キャリアの受信によってＲＳＳＩ信号が立ち上がる時点では窓長ｍが短く、平均化の効果が小さいため、高速に立ち上がる平均化出力を生成することができ、ＲＳＳＩ信号の立ち上がり遅延を防止することができる。そして、ＲＳＳＩ信号が立ち上がった後は窓長ｍが長くされ、平均化の効果が大きくなるため、ノイズ等による変動を低減させることができる。

一方、ＲＳＳＩ整形部３７のピークホールド部３９は、窓長変動ローパスフィルタ部３８の出力である平均化処理の行われたＲＳＳＩ信号の最大値をキャリアが消失するまで保持するため、プリアンブル内における周波数オフセットに起因したＲＳＳＩ信号の変動を低減することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。

ローパスフィルタによるＲＳＳＩ信号の立ち上がり遅延の概念図である。周波数オフセットによる受信信号のＩ成分およびＱ成分の波形の例を示す図である。本発明の一実施形態にかかる無線ＬＡＮ装置の構成例を示す図である。ＲＳＳＩ整形部の構成例を示す図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂアンテナ
２ＲＦ部
２１アンテナ切替部
２２コンバージョン部
２３Ｉ、２３Ｑ可変増幅部
２４Ｉ、２４Ｑバンドパスフィルタ部
２５ＲＳＳＩ生成部
３ＢＢ／ＭＡＣ部
３１ＢＢ部
３２ＭＡＣ部
３３Ａ／Ｄ変換部
３４ＡＧＣ信号生成部
３５相関検出部
３６復調部
３７ＲＳＳＩ整形部
３８窓長変動ローパスフィルタ部
３８１可変増幅部
３８２加算部
３８３可変増幅部
３８４比較部
３９ピークホールド部
３９１保持部
３９２比較部
３９３リセット信号生成部
４ホストＣＰＵ

Claims

無線ＬＡＮ受信信号のコンバージョン後のＩ成分とＱ成分を合成して得られるＲＳＳＩ信号をＲＦ部から受け取り、Ａ／Ｄ変換した後に整形処理して、変動を低減させた信号をＭＡＣ部に供給する方法であって、
Ａ／Ｄ変換した後のＲＳＳＩ信号に対してデジタル値による平均化処理を行う一つの工程を備え、
当該平均化における窓長を、平均化出力が所定値に達するまでは短くし、平均化出力が所定値に達した後は長くすることを特徴とするＲＳＳＩ整形処理方法。
請求項１に記載のＲＳＳＩ整形処理方法において、
上記デジタル値による平均化処理を行う工程は、窓長をｍとして、入力値に（１／ｍ）を乗算した値と、直前の平均化出力に（ｍ−１）／ｍを乗算した値とを加算して出力することを特徴とするＲＳＳＩ整形処理方法。
請求項１または２のいずれか一項に記載のＲＳＳＩ整形処理方法において、
上記平均化出力の所定期間内の最大値を保持して出力する工程を備えたことを特徴とするＲＳＳＩ整形処理方法。
請求項３に記載のＲＳＳＩ整形処理方法において、
上記所定期間内の最大値を保持して出力する工程は、入力値と直前の出力値とを比較し、入力値が直前の出力値よりも大きい場合に当該入力値を保持して出力することを特徴とするＲＳＳＩ整形処理方法。
請求項３または４のいずれか一項に記載のＲＳＳＩ整形処理方法において、
上記所定期間内の最大値を保持して出力する工程は、無線ＬＡＮ受信信号のキャリア消失時に保持値をリセットすることを特徴とするＲＳＳＩ整形処理方法。
無線ＬＡＮ受信信号のコンバージョン後のＩ成分とＱ成分を合成して得られるＲＳＳＩ信号をＲＦ部から受け取り、Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
Ａ／Ｄ変換した後のＲＳＳＩ信号に対してデジタル値による平均化処理を行って、変動を低減させた信号をＭＡＣ部に供給する、一つの窓長変動ローパスフィルタ部とを備え、
当該窓長変動ローパスフィルタ部における平均化の窓長を、平均化出力が所定値に達するまでは短くし、平均化出力が所定値に達した後は長くすることを特徴とする無線ＬＡＮ装置。
請求項６に記載の無線ＬＡＮ装置において、
上記窓長変動ローパスフィルタ部は、窓長をｍとして、入力値に（１／ｍ）を乗算する第１の可変増幅部と、
直前の平均化出力に（ｍ−１）／ｍを乗算する第２の可変増幅部と、
上記第１および第２の可変増幅部の出力値を加算して出力する加算部と、
上記第２の可変増幅部の出力値を所定値と比較して上記第１および第２の可変増幅部に対し窓長の変更を指示する比較部とを備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ装置。
請求項６または７のいずれか一項に記載の無線ＬＡＮ装置において、
上記窓長変動ローパスフィルタ部の平均化出力の所定期間内の最大値を保持して出力するピークホールド部を備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ装置。
請求項８に記載の無線ＬＡＮ装置において、
上記ピークホールド部は、入力値と直前の出力値とを比較する比較部と、
上記比較部の比較結果に従い、入力値が直前の出力値よりも大きい場合に当該入力値を保持して出力する保持部とを備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ装置。
請求項８または９のいずれか一項に記載の無線ＬＡＮ装置において、
上記ピークホールド部は、無線ＬＡＮ受信信号のキャリア消失時に保持値をリセットするリセット信号生成部を備えたことを特徴とする無線ＬＡＮ装置。