JP4991871B2 - 無線通信システムにおけるパケット検出のための方法および装置 - Google Patents

Description

米国特許法のもとでの優先権主張

本出願は２００６年１０月２６日出願の仮出願番号60/854,877、名称“Signal Acquisition”（「信号取得」）に対する優先権を主張する。これは本出願の譲受人に譲渡され、ここに参照として明白に組み込まれる。

本開示のシステムは一般に無線通信システムにおける信号取得用システムに関する。より詳細には、受信信号内のパケットを検出するためのパケット検出システムに関する。

無線ネットワークシステムは多くの人々が世界的に交信する一般的な手段になっている。無線通信デバイスはより良い携帯性と利便性を含めた消費者ニーズを満たすために、より小さく、より強力になっている。ユーザは、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノート等のような無線通信デバイスの利用法を見いだしてきた。そのようなユーザは信頼性のあるサービスおよびより広いカバレッジエリアを要求する。

一般に、無線通信ネットワークはユーザがどこに位置しているか（構造物の内または外）、およびユーザが静止しているか移動しているか（例えば車の中、歩行中）にかかわらず情報を伝達するために利用される。一般に、無線通信ネットワークは、基地局またはアクセスポイントと交信する移動デバイスを通じて確立される。アクセスポイントは地域またはセルをカバーし、移動デバイスは動作中にこれらの地理的セルに出入りするかもしれない。中断のない通信を達成するために、移動デバイスは、それが入ったセルの資源を割り当てられ、それが出たセルの資源割当を解かれる。

ネットワークは、アクセスポイントを利用せずピアツーピア通信を利用するだけでも構築できる。更に別の実施例において、ネットワークはアクセスポイント（インフラストラクチャモード）およびピアツーピア通信の双方を含んでも良い。これらの形式のネットワークはアドホックネットワークと呼ばれる。アドホックネットワークは、移動デバイス（またはアクセスポイント）が別の移動デバイスからの通信を受信する時に、もう一方の移動デバイスがネットワークに追加される、自己構築型であるかもしれない。移動デバイスがそのエリアを出ると、それらは動的にネットワークから除外される。したがって、ネットワークのトポグラフィーは絶えず変化することができる。マルチホップトポロジーにおいて、伝送は送信側から受信側へ直接ではなく、多くのホップまたはセグメントを介して転送される。

ＷｉＭｅｄｉａ超広帯域（ＵＷＢ）共通無線プラットフォームのような超広帯域技術は無線パーソナルエリアネットワーク（ＷＰＡＮ）内のマルチメディアデバイス間の無線接続性を最適化する固有の能力を有する。無線規格の目標は低価格、低消費電力、小型、広帯域幅およびマルチメディアサービス品質（ＱｏＳ）のサポートのような要求事項を満足させることである。

ＷｉＭｅｄｉａ ＵＷＢ共通無線プラットフォームは同じネットワーク内で異なる無線アプリケーションを動作させるための方法を提供する分散媒体アクセス技術を提示する。ＷｉＭｅｄｉａ ＵＷＢ共通無線プラットフォームはマルチバンド直交周波数分割多重（ＭＢ−ＯＦＤＭ）に基づく媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層および物理（ＰＨＹ）層の仕様を組み込んでいる。ＷｉＭｅｄｉａ ＭＡＣおよびＰＨＹ仕様は、世界的規制団体（global regulatory bodies）によって設定された種々の要件に適応するように意図的に設計されている。その結果、種々の国において規制を満たす必要がある製造者は、容易にかつ高い費用効率でそれをできる。ＷｉＭｅｄｉａ ＵＷＢが実施を試みる他のいくつかのアプリケーションに適した特徴はノードあたりの複雑度の抑圧、電池の長寿命化、複数電力管理モードのサポートおよびより高い空間容量を含む。

ＷｉＭｅｄｉａ ＵＷＢ準拠の受信機は広い帯域幅を提供する一方、既存の無線サービスからの干渉に対処しなければならない。同時に、受信機は非常に低い送信電力で動作しなければならない。ある動作環境において受信機が直面する１つの問題は、信号の取得であり、さらに有効パケットトラヒックの継続検出である。受信機が雑音を有効パケットトラヒックとして間違うパケットの誤検出(false alarm)、または受信機が１つ以上のパケットの検出に失敗する検出漏れ(miss detection)は、受信装置の信頼性および性能を妨げる。さらに、パケットトラヒックの存在を効率的かつ低デザインフットプリント(design footprint)で信頼性を持って検出できるということは解決すべきことである。

したがって、上述の問題に対処する必要が当該技術分野に存在する。

ここに説明する手法はパケット検出に関する。一手法において、パケット検出を実行するための方法が説明される。本方法は送信信号内のＯＦＤＭシンボルを符号化するために用いた送信されたシーケンスを受信することと、送信されたシーケンスの簡易バージョンに基づく複数の係数を用いて受信信号をフィルタリングすることとを含む。

別の手法において、送信されたシーケンスで符号化されたＯＦＤＭシンボルを検出するための装置が説明される。本装置は送信されたシーケンスの簡易バージョンに基づく係数を有するフィルタを有する。

さらに別の手法において、パケット検出のための装置が説明される。本装置は送信信号内のＯＦＤＭシンボルを符号化するために用いた送信されたシーケンスを受信するための手段と、送信されたシーケンスの簡易バージョンに基づく複数の係数を用いて受信信号をフィルタリングするための手段とを含む。

また、さらに別の手法において、無線通信装置が開示される。本無線通信装置は信号を受信するように構成されたアンテナと、アンテナに接続され、パケット検出のための方法を実行するための制御プロセッサとを含み、前記方法は、信号内のＯＦＤＭシンボルを符号化するために用いた送信されたシーケンスを受信することと、送信されたシーケンスの簡易バージョンに基づく複数の係数を用いて受信信号をフィルタリングすることとを含む。

また、さらに別の手法において、計算機プログラム製品が開示される。本計算機プログラム製品は、計算機に信号内のＯＦＤＭシンボルを符号化するために用いた送信されたシーケンスを受信させるためのコードと、計算機に送信されたシーケンスの簡易バージョンに基づく複数の係数を用いて受信信号をフィルタリングさせるためのコードとを有する計算機可読媒体を含む。

また、さらに別の手法において、メモリーを有するプロセッサが開示される。本メモリーは、プロセッサにパケット検出の方法を実施させるように構成され、前記方法は、送信信号内のＯＦＤＭシンボルを符号化するために用いた送信されたシーケンスを受信することと、送信されたシーケンスの簡易バージョンに基づく複数の係数を用いて受信信号をフィルタリングすることとを含む。

図１は、代表的アドホック無線ネットワークのブロック図。 図２は、代表的無線端末デバイスのブロック図。 図３は、ＷｉＭｅｄｉａ超広帯域（ＵＷＢ）規格に準拠するパケット構造を示す図。 図４は、ＵＷＢスペクトルの国際的な割当を示す図。 図５は、図３のパケットのプリアンブル構造を示す図。 図６は、図５のプリアンブル構造のためのパケット／フレーム同期シーケンス生成器のブロック図。 図７は、プリアンブルパターンを生成するために用いられる基底シーケンスの非周期的自己相関関数の図。 図８は、基底シーケンスを生成するために用いられる階層的基底シーケンス発生器のブロック図。 図９は、図７の基底シーケンスと図８の対応する階層的基底シーケンスとの間の非周期的相互相関の図。 図１０は、図７の基底シーケンスと対応する基底シーケンスの丸めたバージョンとの間の非周期的相互相関の図。 図１１は、時間−周波数符号（ＴＦＣ）−１およびＴＦＣ−２に対する取得／同期処理を示すタイムライン（timeline）の図。 図１２は、ＴＦＣ−３およびＴＦＣ−４に対する取得／同期処理を示すタイムラインの図。 図１３は、ＴＦＣ−５、ＴＦＣ−６およびＴＦＣ−７に対する取得／同期処理を示すタイムラインの図。 図１４は、ＴＦＣ−８、ＴＦＣ−９およびＴＦＣ−１０に対する取得／同期処理を示すタイムラインの図。 図１５は、パケット検出モジュール、タイミング推定モジュール、並びにキャリア周波数オフセット（ＣＦＯ）推定およびフレーム同期モジュールを含む同期装置のブロック図。 図１６は、図１５の同期装置のパケット検出モジュールを実施するパケット検出器の図。 図１７は、図１５の同期装置の整合フィルタの第１の代表的実施を示す図。 図１８は、図１５の同期装置の整合フィルタの第２の代表的実施を示す図。 図１９は、図１５の同期装置のＬ−タップマルチパスエネルギー合成器の代表的実施を示す図。

発明の詳細な説明

図面を参照して種々の実施例について説明する。以下の記述において、説明のために、１つ以上の態様の完全な理解を与えるために多くの具体的詳細を記述する。しかし、そのような（複数の）実施例がこれらの具体的詳細なしで実施されうることは明白であろう。他の場合には、周知の構造およびデバイスは、これらの実施例についての説明を容易にするためにブロック図の形で示される。

用語「部品」、「モジュール」、「システム」等は、この出願で用いられる場合、計算機関連のエンティティ、ハードウェア、ファームウェア、ハードウェアとソフトウェアの組合せ、ソフトウェア、または計算用ソフトウェアのいずれかを指すことが意図されている。例えば、部品は、非限定的に、プロセッサ上で実行する処理、プロセッサ、オブジェクト、エクゼキュータブル、実行のスレッド、プログラム、および／または計算機であってもよい。例示として、計算デバイスで実行するアプリケーションおよび計算デバイスの双方は部品であってもよい。１つ以上の部品が処理および／または実行のスレッド内にあってもよく、また部品は１つの計算機に局在および／または２つ以上の計算機間に分散されてもよい。さらに、これらの部品は種々のデータ構造を格納している種々の計算機可読媒体から実行できる。これらの部品は、例えば１つ以上のデータパケットを有する信号（例えば、ローカルシステム、分散システム内の別の部品と、および／またはインターネットのようなネットワークに跨って信号を介して他のシステムと相互に関係する１つの部品からのデータ）に従ってローカルおよび／またはリモート処理によって通信するかもしれない。「代表的」という言葉は、ここでは「例、実例、または例証として役立つこと」を意味するために用いられる。ここで「代表的」と説明されたいかなる実施例も、必ずしも他の実施例より好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。

さらに、ユーザデバイスに関連して種々の実施例をここに説明する。ユーザデバイスはシステム、加入者ユニット、加入者局、移動局、移動デバイス、リモート局、アクセスポイント、基地局、リモート端末、アクセス端末、端末デバイス、ハンドセット、ホスト、ユーザ端末、端末、ユーザエージェント、無線端末、無線デバイス、またはユーザ設備と呼ばれることがある。ユーザデバイスは携帯電話、コードレス電話、セッション確立プロトコル（ＳＩＰ）電話、無線ローカルループ（ＷＬＬ）局、携帯情報端末（ＰＤＡ）、無線接続能力を有するハンドヘルドデバイス、または無線モデムに接続された他の（複数の）処理デバイスでありうる。特定の実施例において、ユーザデバイスはＵＷＢモデムが付加された消費者電子デバイス、例えばプリンタ、カメラ／カムコーダ、音楽プレーヤー、スタンドアロンの磁気若しくはフラッシュ記憶デバイス、またはコンテンツを格納した他のＡＶ機器でありうる。

さらに、ここに説明する種々の態様または特徴は方法、装置または製品として標準的プログラミングおよび／または工学的技術を用いて実施されうる。用語「製品」は、ここに用いられる場合、任意の計算機可読デバイス、キャリア、または媒体からアクセス可能な計算機プログラムを包含することを意図されている。例えば、計算機可読媒体は、非限定的に磁気記憶デバイス（例えば、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップ・・・）、光ディスク（例えば、コンパクトディスク（ＣＤ）、ディジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）・・・）、スマートカード、およびフラッシュメモリーデバイス（例えば、カード、スティック、キードライブ・・・）を含むことができる。

種々の実施例は多くのデバイス、部品、モジュール等を含むシステムの形で提示されるだろう。種々のシステムが追加のデバイス、部品、モジュール等を含みうること、および／または図面に関連して検討するデバイス、部品、モジュールその他のすべてを含むわけではないことが理解されるべきである。これらの方法の組合せも用いられうる。

次に、図面を参照して、図１は例示的なアドホック無線ネットワーク１００を示す。無線ネットワーク１００は多数の移動デバイスまたはノードを含むことができる。図示を容易にするために、その中の無線通信中の４つを示す。移動デバイスは、例えば、携帯電話、スマートフォン、ラップトップ、ハンドヘルド通信デバイス、ハンドヘルドの計算デバイス、衛星ラジオ、全地球測位システム、携帯情報端末（ＰＤＡ）、および／または無線ネットワーク１００上で通信するための他の適切なデバイスであるかもしれない。無線ネットワーク１００は１つ以上の基地局またはアクセスポイント（図示しない）を含むことができる。

無線ネットワーク１００において、端末デバイス１１２は、通信リンク１２０を介して端末デバイス１１４と、および通信リンク１２２を介して端末デバイス１１６と交信しているように示されている。また、端末デバイス１１６は通信リンク１２４を介して端末デバイス１１８とも交信しているように示されている。端末デバイス１１２、１１４、１１６、および１１８は図２に示すような端末デバイス２００の構成可能な代表的簡易ブロック図に従って構築され、構成されうる。当業者が理解するように、端末デバイス２００の詳細な構成は特定の用途および全体の設計制約条件に依存して変化しうる。プロセッサ２０２はここに開示されるシステムおよび方法を実施できる。

端末デバイス２００はアンテナ２０６に接続されたフロントエンド送受信機２０４を用いて実施されうる。ベースバンドプロセッサ２０８は送受信機２０４に接続されうる。ベースバンドプロセッサ２０８はソフトウェアベースのアーキテクチャ、またはハードウェア若しくはハードウェアとソフトウェアの組合せのような他の形式のアーキテクチャで実施されうる。マイクロプロセッサは特に全体のシステム管理機能を提供するソフトウェアプログラムを走らせるプラットフォームとして利用されうる。ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）は、マイクロプロセッサに対する処理要求を低減するために特定用途アルゴリズムを走らせる組み込み通信ソフトウェア層で実施されうる。ＤＳＰはパイロット信号取得、時間同期、周波数追跡、スペクトル拡散処理、変復調機能、および前方誤り訂正のような種々の信号処理機能を提供するために利用されうる。

また、端末デバイス２００はベースバンドプロセッサ２０８に接続された種々のユーザインタフェース２１０も含みうる。ユーザインタフェース２１０はキーパッド、マウス、タッチスクリーン、ディスプレイ、電鈴、バイブレーター、音声スピーカー、マイクロホン、カメラ、メモリー、および／または他の入／出力デバイスを含みうる。

ベースバンドプロセッサ２０８はプロセッサ２０２を含む。ベースバンドプロセッサ２０８のソフトウェアベースの実施において、プロセッサ２０２はマイクロプロセッサ上で走るソフトウェアプログラムでありうる。しかし、当業者が容易に理解するように、プロセッサ２０２はこの実施例に限定されず、ここに説明する種々の機能を実行することができる任意のハードウェア構成、ソフトウェア構成、またはそれらの組合せを含む当業者に既知の任意の手段で実施されうる。プロセッサ２０２はデータ格納のためのメモリー２１２に接続されるかもしれない。アプリケーション動作システムおよび／または個々のアプリケーションを実行するためのアプリケーションプロセッサ２１４も図２に示すように与えられうる。アプリケーションプロセッサ２１４がベースバンドプロセッサ２０８、メモリー２１２、およびユーザインタフェース２１０と接続されているように図示している。

図３に、規格ＥＣＭＡ−３６８“High Rate Ultra Wideband PHY and MAC Standard”（「高速超広帯域ＰＨＹおよびＭＡＣ規格」（２００５年１２月））内でＥＣＭＡインターナショナルによって発表された高速、近距離無線通信用ＷｉＭｅｄｉａ超広帯域（ＵＷＢ）物理層（ＰＨＹ）および媒体アクセス層（ＭＡＣ）規格に準拠するパケットのパケット構造３００を示す。

ＥＣＭＡ規格は、免許不要の３，１００−１０，６００ＭＨｚの周波数帯を利用する無線パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）用のＵＷＢ ＰＨＹの仕様を定める。これは５３．３Ｍｂ／ｓ、８０Ｍｂ／ｓ、１０６．７Ｍｂ／ｓ、１６０Ｍｂ／ｓ、２００Ｍｂ／ｓ、３２０Ｍｂ／ｓ、４００Ｍｂ／ｓ、および４８０Ｍｂ／ｓのデータレートをサポートする。ＵＷＢスペクトルはそれぞれ帯域幅５２８ＭＨｚの１４の帯域に分割される。次に、最初の１２の帯域が３つの帯域から成る４つの帯域グループにグループ分けされ、最後の２つの帯域は第５の帯域グループにグループ分けされる。図４にＵＷＢスペクトルの国際的な割当を示す。

このＥＣＭＡ規格は、情報を伝達するためのマルチバンド直交周波数分割変調（ＭＢ−ＯＦＤＭ）方式を規定する。１帯域あたり合計１１０の副搬送波（１００のデータキャリアと１０のガードキャリア）が情報を伝達するために用いられる。さらに、１２のパイロット副搬送波が、コヒーレント検出のために用意される。周波数領域拡散、時間領域拡散、および前方誤り訂正（ＦＥＣ）符号化が、データレートを変えるために用いられる。用いられるＦＥＣは、１／３、１／２、５／８および３／４の符号化速度を有する畳み込み符号である。

次に、符号化データは時間−周波数符号（ＴＦＣ）を用いて拡散される。一手法において、ＥＣＭＡ規格が公表するように、２つの形式の時間−周波数符号（ＴＦＣ）がある。すなわち、時間−周波数インタリービング（ＴＦＩ）と呼ばれる、符号化された情報が３つの帯域にわたりインタリーブされるもの、および、固定周波数インタリービング（ＦＦＩ）と呼ばれる、符号化された情報が単一の帯域で伝送されるものである。

最初の４つの帯域グループの各々の中で、ＴＦＩを用いる４つの時間−周波数符号、およびＦＦＩを用いる３つの時間−周波数符号が定義され、それによって１帯域あたり最大７つのチャネルに対するサポートを提供する。第５の帯域グループにおいて、ＦＦＩを用いる２つの時間−周波数符号が定義される。このＥＣＭＡ規格は合計で３０のチャンネルを規定する。

図５は図３のＷｉＭｅｄｉａ ＵＷＢパケットの標準プリアンブル構造を示す。プリアンブルは合計３０のＯＦＤＭシンボルを含む。最初の２４のプリアンブルシンボルはパケット検出、タイミング推定、ＣＦＯ推定、およびフレーム同期に用いられる。チャネル推定は最後の６つのプリアンブルシンボルを用いる。

図６はプリアンブルの生成法の一手法を例示する拡散器６０２を含むプリアンブルシンボル生成器６００のブロック図である。ここで、
１． 所与の時間−周波数符号（ＴＦＣ）（すなわち、ＴＦＣ−１からＴＦＣ−１０と呼ばれる１−１０）に対して、時間領域の基底シーケンスｓ_ｂａｓｅ［ｍ］， ｍ＝０，１，・・・，１２７、および、２進のカバーシーケンスｓ_{ｃｏｖｅｒ}［ｎ］＝±１， ｎ＝０，１，・・・，２３を選択する。この２進カバーシーケンスはパケット／フレーム同期シーケンスの終わりを決定するための区切り符号として用いられる。

２． 拡張シーケンスｓ_ｅｘｔ［ｋ］， ｋ＝０，１，・・・，１６４を形成するために基底シーケンスの終わりに３７のゼロを埋め込む。

３． 拡散器６０２を用いて、カバーシーケンスを拡張基底シーケンスで拡散する。ｎ番目のプリアンブルシンボルのｋ番目のサンプルは、
ｓ_{ｓｙｎｃ，ｎ}［ｋ］＝ｓ_{ｃｏｖｅｒ}［ｎ］×ｓ_ｅｘｔ［ｋ］，
ｋ＝０，１，・・・，１６４、ｎ＝０，１，・・・，２３
で与えられる。

図７に、ＴＦＣ−１に対応する基底シーケンスｓ_ｂａｓｅ［ｍ］の非周期的自己相関を示す。他の基底シーケンスは同様の自己相関関数を持つかもしれない。１つの同期手法において、この優れた自己相関特性が利用される。例えば、基底シーケンスは、図８に示すように、階層的基底シーケンス生成器８００により生成される。階層的なシーケンスを用いることの背後にある基本的前提は、受信機での復号処理の複雑さが軽減されるように、送信機において符号化処理を階層へ区分けすることである。図を参照して、第１の２進シーケンス｛ａ［ｋ］， ｋ＝０，１，・・・，１５｝は、長さ１２８の中間シーケンス（２進階層シーケンスとも呼ばれる）Ｃ｛ｃ［ｋ］， ｋ＝０，１，・・・，１２７｝を生成するために拡散器８０２を用いて第２の２進シーケンス｛ｂ［ｋ］， ｋ＝０，１，・・・，７｝によって拡散される。次に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）モジュール８０４を用いて中間シーケンスＣのＦＦＴを取り、周波数領域整形モジュール８０６を用いて、このシーケンスを周波数領域で整形した後、このシーケンスを逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ）モジュール８０８を介して時間領域に逆変換し、基底シーケンスｓ_ｂａｓｅ［ｍ］を得る。１０の基底シーケンスの各々に対応して一意の２進シーケンスのセット｛ａ［ｋ］｝および｛ｂ［ｋ］｝がある。

図９にＴＦＣ−１に対する基底シーケンスｓ_ｂａｓｅ［ｍ］と階層的基底シーケンス生成器８００を用いて生成された対応する中間シーケンスＣ｛ｃ［ｋ］｝との間の非周期的相互相関を示す。この相互相関特性は、受信機で整合フィルタが用いられると、フィルタ係数として基底シーケンスを２進シーケンスＣで置き換えてもよいことを示す。一手法において、以下に示すように、２進シーケンスＣの階層構造は、同期に用いられる受信機のハードウェアを簡素化するために効率的に用いられうる。さらに、整合フィルタの係数としてプリアンブル基底シーケンスの丸めたバージョンを用いることは有利であるかもしれない。図１０に、ＴＦＣ−１に対する基底シーケンスｓ_ｂａｓｅ［ｍ］と対応する基底シーケンスの丸めたバージョンとの間の非周期的相互相関を示す。

同期の全体像として、図１１から図１４にすべてのＴＦＣに対する同期と取得タイムラインを示す。詳細には、図１１にＴＦＣ−１およびＴＦＣ−２に対する取得タイムライン１１００を示し、図１２にＴＦＣ−３およびＴＦＣ−４に対する取得タイムライン１２００を示し、図１３にＴＦＣ−５、ＴＦＣ−６およびＴＦＣ−７に対する取得タイムライン１３００を示し、図１４にＴＦＣ−８、ＴＦＣ−９およびＴＦＣ−１０に対する取得タイムライン１４００を示す。

最初に図１１を参照して、主要な同期タスクは３つの別々の部分に分離できる。

１． パケット検出。

２． タイミング推定。

３． キャリア周波数オフセット（ＣＦＯ）推定およびフレーム同期。

上で検討したように、ＥＣＭＡ規格はマルチバンドを提供する。すべてのＴＦＣに対するタイムラインから分かるように、受信機はパケット検出がアサートされる前には、デフォルトで帯域−１に留まるだろう。これは、パケット検出前は、受信機には（それがＴＦＩモードにある場合）他の帯域に切り換える正しいタイミングに関する知識がないからである。したがって、帯域−１内の最初の３つのプリアンブルシンボルはパケット検出のために使われるだろう。パケット検出がいったん完了すると、次のレベル、タイミング推定、が実行可能にされ、受信機はＯＦＤＭシンボルに対する最適ＦＦＴ窓決定するために帯域−１内の次のプリアンブルシンボルを調べるだろう。帯域−１に対するタイミング推定が完了した後（例えばタイミングが復元される）、受信機はＴＦＣに従って他の帯域へ移行するために知るべき十分な情報を有するだろう。また、自動利得制御（ＡＧＣ）の利得推定が実行されるだろう。ＡＧＣが確定された後に、プリアンブルシンボルの残余の部分がＣＦＯ推定およびフレーム同期検出に用いられるだろう。フレーム同期が検出される時はいつも、ＣＦＯ推定の最終出力は位相回転器に送られ、受信機はチャネル推定を続ける。

図１５に主要な同期タスクを実行するための同期装置１５００を示す。同期装置１５００は可変利得増幅器（ＶＧＡ）モジュール１５０２、アナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）１５０４、整合フィルタ（ＭＦ）１５０６、平方ユニット１５０８、パケット検出モジュール１５１０、タイミング推定モジュール１５４０、並びにＣＦＯ推定およびフレーム同期モジュール１５７０を含む。

ＭＦ１５０６の係数｛ｑ［ｋ］， ｋ＝０，２，・・・，１２７｝は、上で検討したように、２進シーケンス｛ｃ［ｋ］， ｋ＝０，２，・・・，１２７｝または丸めたプリアンブル基底シーケンス｛ｒｏｕｎｄ（ｓ_ｂａｓｅ［ｋ］）， ｋ＝０，２，・・・，１２７｝のいずれかとして選択され得る。しかし、２進シーケンス｛ｃ［ｋ］｝の階層構造のため、図１７の２進の階層的シーケンスＭＦ１７００に示すように、ＭＦ１５０６の実施は簡易化されるかもしれない。一方、丸められたバージョンについて、有限インパルス応答（ＦＩＲ）実施のＭＦ１８００を図１８に示す。これは一手法においては１２７のタップ付遅延線路を備えたＦＩＲフィルタである。

丸めを用いた手法において、整合フィルタの係数ｑ［ｋ］， ｋ＝０，２，・・・，１２７はプリアンブル基底シーケンスの丸めたバージョンＲｏｕｎｄ（ｓ_ｂａｓｅ［ｋ］）に設定される。すべてのプリアンブル基底シーケンスについて分かるように、Ｒｏｕｎｄ（ｓ_ｂａｓｅ［ｋ］）は｛±２，±１，０｝からの値のみを取る。これは２を乗算することが１ビットだけ左シフトすることによって都合良く実施されるため、ハードウェアの複雑さを低下させることに役立つ。また図１０で分かるように、Ｒｏｕｎｄ（ｓ_ｂａｓｅ［ｋ］）は、基底シーケンスｓ_ｂａｓｅ［ｋ］との良好な相互相関特性を保持する。整合フィルタ実施のための２つの異なる方法の複雑さを以下の表にまとめて示す。

動作回数は、Ｔ_{ｓａｍｐｌｅ}＝１／５２８ＭＨｚ＝１．８９ｎｓ内のＩまたはＱ分岐のいずれかに対するものである。各手法において、参照シーケンスは表１に記載されているようなサイズのルックアップ表（ＬＵＴ）に格納されうる。

ＭＦ１５０６の出力は平方ユニット１５０８によって処理される。受信サンプルをｒ［ｎ］とすると、整合フィルタ出力の振幅の平方は、

で表される。

マルチパスチャネルからのエネルギーを集めるために等利得合成（ＥＧＣ）動作が実行されうることに注意。

ここでＮは合成される連続した経路の数であり、Ｄ［ｎ］はスライディング窓の出力である。ＥＧＣは図１９に示すように、Ｌ−タップマルチパスエネルギー合成器１９００として実施されうる。Ｌ−タップマルチパスエネルギー合成器１９００は各タップへ異なる重みが割り当て可能である。ＥＧＣ動作の結果はパケット検出モジュール１５１０およびタイミング推定モジュール１５４０で用いられうる。

検討したように、同期処理における最初のステップは、パケット検出モジュール１５１０が有効なパケットの存在を検出することである。パケット検出モジュール１５１０は有効なパケットを検出した後に、パケット検出信号をタイミング推定モジュール１５４０にアサートする。詳細には、パケット検出がいったんアサートされると（すなわち、パケット検出モジュール１５１０がｄｅｔ＿ｆｌａｇを真に設定してパケットが検出済みであることを示している）、タイミング推定モジュール１５４０は実行可能にされる。次に、タイミング推定モジュール１５４０は、タイミングを取得し、ｓｙｍｂｏｌ＿ｓｙｎｃ信号をＣＦＯ推定およびフレーム同期モジュール１５７０へアサートする。

図１６に、パケット検出モジュール１５１０に対して実施されるかもしれない代表的パケット検出器１６００を示す。好ましくは、パケット検出モジュール１５１０は、以下の要求条件を満たすように設計される。

１． 目標検出漏れ確率。

２． 目標誤検出確率。

３． 初期CFOの変化量の最大範囲（±２０ｐｐｍ）を許容。CFOの変化量の最大範囲は１０２９６MHｚ＊４０ｐｐｍ＝４１１．８４ｋＨｚである。

４． 初期ＶＧＡ利得に対する頑健性。パケットが検出される前には、ＡＧＣは確定されない。代わりに、初期ＶＧＡ利得がＶＧＡ１５０２によって受信サンプルに適用される。次に、受信サンプルはＡＤＣ１５０４によって量子化される。検出アルゴリズムはＡＤＣ１５０４の出力シーケンスに対して動作する。それは、初期ＶＧＡ利得に鈍感になるように設計されなければならない。

５． 信号対雑音比（ＳＮＲ）に対する許容性。ＳＮＲは０ｄＢ以下になりうるため、パケット検出モジュールはそのようなＳＮＲ範囲で動作するように設計されるべきである。

図１６に戻り、パケット検出器１６００は平方ユニット１６０４、１２８ユニット幅のスライディング窓（ＳＷ）ユニット１６０８、８ユニット幅のＳＷユニット１６１０、比較器１６１２、および検出モジュール１６３０を含む。検出モジュール１６３０はバッファのペア１６３２、１６３４を含み、各々は加算器のペア１６３６、１６３８内の１つの加算器にそれぞれ接続される。次に、加算器１６３８からの出力は、以下に説明するように動作する判定モジュール１６４０へ供給される。

上で検討したように、ＥＧＣの動作はマルチパスチャネルのエネルギーを収集するために実行されうる。一手法において、スライディング窓のサイズはＮ＝８に選択される。その結果ＥＧＣはＬ−タップマルチパスエネルギー合成器１９００として実施される８−ユニット幅のＳＷユニット１６１０を用いて展開されうる。他の手法において、８ユニット幅のＳＷ１６１０は、８ユニット幅ではなく、それより多いまたは少ないユニットで実施されうる。実施におけるユニットの数の具体的選択は処理されるチャンネルの形式に依存しうる。

次に、８ユニット幅のＳＷの出力Ｄ［ｎ］は、プリセットしたしきい値ηを乗算された１２８ユニット幅のＳＷの出力と比較される。比較器１６１２の出力は１（Ｄ［ｎ］の方が大きい場合）、または０（その他の場合）のいずれかである。次に、チェックモジュール１６３０により「三重チェック」が実行される。すなわち、Ｎ１およびＮ２離れている３つのしきい値交叉イベントを観測すると、パケット検出器１６００はパケット検出をアサートする（すなわちｄｅｔ＿ｆｌａｇ＝１）。ＮｌとＮ２の値は以下の表に示すようにＴＦＣに依存する。

パケット検出器１６００の性能は付加白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）チャネルおよびチャンネルモデル１から４（ＣＭ１−ＣＭ４）に対して評価される。ＴＦＣ−１はシミュレーションで用いられ、その性能は他のＴＦＣに対しても同じである。

誤検出試験のための１つの手法において、白色ガウス雑音のサンプルのみが同期装置１５００に入力される合計１００万の仮説試験をシミュレーションした。検出漏れ試験のために、各チャンネルモデル（ＣＭ１−ＣＭ４）に対し５００のチャンネル利得(channel realization)がシミュレーションされ、各チャンネル利得に対して、１，０００個のパケットが送信され、試験された。

上で検討したように、ＭＦ１５０６の実施は２進の階層的シーケンスの実施に基づいて簡易化されうる。ＭＦ１５０６が２進の階層的シーケンスを用いて実施されると、ＭＦの構造は簡易化されることができ、図１７に示すような２進の階層的シーケンスＭＦ１７００として実施される。しきい値は、検出漏れおよび誤検出確率のプリセットされた設計値を満足するように選ばれる。

上で、次式のように定義された初期CFOの変化量の最大範囲の影響に関して、ΔＦ＝１０２９６MHZ×４０ｐｐｍ＝４１１．８４ｋＨｚ ここで、１０２９６ＭＨｚは最も高い帯域（帯域−１４）の中心周波数。この最大CFOによる２進の階層的シーケンスＭＦ１７００における損失は、

である。

ここで、Ｎ＝１２８はコヒーレント累算長であり、Ｔ_ｓ＝１／（５２８ＭＨｚ）はサンプリング周期である。

最初にＶＧＡ利得が最大値に設定されるため、パケット検出の間に直面する１つの潜在的な問題は、ＳＮＲが大きいシナリオにおいて、受信信号がＡＤＣ後に大部分がクリップされるかもしれないということである。この問題を考察するために、受信ＳＮＲのかなり広いダイナミックレンジに対して、検出漏れ確率を試験するための追加シミュレーションを実行した。最大受信信号強度は−４３ｄＢｍ（最も近い目標動作距離０．３ｍに相当）であり、最小受信信号強度は−８１ｄＢｍ（５３．３Ｍｂｐｓに対する感度に相当）であるため、受信ＳＮＲは３８ｄＢの範囲内にあると仮定されうる。シミュレーションにおいては、シミュレーションが全ダイナミックレンジをカバーすることを保証するために、試験をＳＮＲ＝５ｄＢから４０ｄＢまで実行した。評価においては、ＶＧＡ利得は最大利得に設定され、６ビットのＡＤＣが用いられる。シミュレーション結果から、誤りイベント（すなわち、検出漏れ）はこのＳＮＲ範囲内においてＣＭ１からＣＭ４を通じて観測されない。これは、パケット検出アルゴリズムが前記ＳＮＲのダイナミックレンジ内での初期最大ＶＧＡ利得設定に対して頑健であることを示す。

ＭＦ１５０６の実施は、丸められたシーケンスの実施に基づいても簡易化されうる。ここで、ＭＦ１５０６は図１８に示すようなＦＩＲの実施であるＭＦ１８００として実施される。整合フィルタの係数ｑ［ｋ］， ｋ＝０，２，・・・，１２７はプリアンブル基底シーケンスの丸めたバージョンＲｏｕｎｄ（ｓ_ｂａｓｅ［ｋ］）に設定される。すべてのプリアンブル基底シーケンスについて分かるように、Ｒｏｕｎｄ（ｓ_ｂａｓｅ［ｋ］）は｛±２，±１，０｝からの値のみを取る。これは２を乗算することが１ビットだけ左シフトすることによって都合良く実施されるため、ハードウェアの複雑さを低下させることに役立つ。また図１０で分かるように、Ｒｏｕｎｄ（ｓ_ｂａｓｅ［ｋ］）は、基底シーケンスｓ_ｂａｓｅ［ｋ］との良好な相互相関特性を保持する。丸められた基底シーケンスの検出漏れ性能は２進の階層的シーケンスのそれよりも僅かに利得があり、僅かに低い総合誤検出確率を有する。

ここに説明した実施例はハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、またはそれらの任意の組合せで実施されうることが理解されるべきである。システムおよび／または方法がソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、プログラムコードまたはコードセグメントで実施される場合、それらは記憶部品のような機械可読媒体に格納されうる。コードセグメントはプロシージャ、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、または命令、データ構造、若しくはプログラム文の任意の組合せを表しうる。コードセグメントは、情報、データ、引数、パラメータ、またはメモリー内容を引き渡しおよび／または受けることによって、別のコードセグメントまたはハードウェア回路に接続されうる。情報、引数、パラメータ、データなどは、メモリー共有、メッセージ引き渡し、トークンパッシング、ネットワーク伝送などを含む任意の適切な手段を用いて引き渡され、転送され、または伝送されうる。

ソフトウェアの実施において、ここに説明した技術は、ここに説明した機能を実行するモジュール（例えば、プロシージャ、関数など）で実施されうる。ソフトウェアコードはメモリーユニットに格納され、プロセッサで実行されうる。メモリーユニットは、プロセッサ内で実施されうるし、または当業者には既知の種々の手段で通信伝送的に（communicatively）接続されたプロセッサの外部で実施されうる。

上で説明してきたことは、１つ以上の実施例を含む。前述の実施例を説明する目的のために部品または方法論の考えうるすべての組合せを説明することが可能でないことは当然であるが、通常の当業者は種々の実施例の多くの更なる組合せおよび置き換えが可能であることを認識するであろう。従って、説明した実施例は、添付された請求項の精神と範囲内にあるそのような変更、修正、および変形すべてを包含するように意図されている。さらに、用語「含む」が詳細な説明または請求項のいずれかで用いられていれば、そのような用語は、用語「含んでいる」にいわば類似して、包含的であることが意図されている。「含んでいる」は用いられると、請求項内の移行句として解釈されるからである。

Claims (26)

1. 時間−周波数符号（ＴＦＣ）基底シーケンスで符号化された送信シンボルを検出するための装置であって、前記ＴＦＣ基底シーケンスは前記ＴＦＣの予め定められた２進シーケンスに基づいて中間２進階層シーケンスから生成され、
   前記装置は、
   前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンに基づいて予め定められた係数を有する整合フィルタと、
   スライディング窓モジュールを備えた正規化ユニットと、なお、前記正規化ユニットは前記送信シンボルを含む送信信号の正規化バージョンを生成するように構成される、
   を備える。
2. 前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンは前記中間２進シーケンスであり、前記整合フィルタは、係数として前記中間２進シーケンスを用いて構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンは、前記ＴＦＣ基底シーケンスの丸められたバージョンであり、前記整合フィルタは、係数として前記ＴＦＣ基底シーケンスの丸められたバージョンを用いて構成される、請求項１に記載の装置。
4. 複数のしきい値交叉イベントを検出するように構成された検出器モジュールをさらに備え、前記複数のしきい値交叉イベントは、予め定められた信号対雑音比より大きい、前記送信シンボルを含む送信信号内での検出されたエネルギーを備える、請求項１に記載の装置。
5. エネルギーを決定するために探索窓内の予め定められた数のチャンネルタップの推定された振幅を合成するように構成されたマルチパスエネルギー合成器をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
6. 前記探索窓内の前記予め定められた数のチャンネルタップの推定された振幅の各々に重みを割り当てることをさらに備えた、請求項５に記載の装置。
7. パケット検出のための方法であって、
   送信信号内の時間−周波数符号（ＴＦＣ）基底シーケンスで符号化された送信シンボルを受信することと、なお、前記ＴＦＣ基底シーケンスは前記ＴＦＣの予め定められた２進シーケンスに基づいて中間２進階層シーケンスから生成される、
   前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンに基づいて予め定められた複数の係数を含む前記整合フィルタを用いて前記受信した信号をフィルタリングすることと、
   前記送信シンボルを含む送信信号の正規化バージョンを生成するために、スライディング窓モジュールを使用して、フィルタリングされた信号を正規化することと、
   を備えた方法。
8. 前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンは前記中間２進シーケンスであり、前記整合フィルタは、前記複数の係数として前記中間２進シーケンスを用いて構成される、請求項７に記載の方法。
9. 前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンは、前記ＴＦＣ基底シーケンスの丸められたバージョンであり、前記整合フィルタは、前記複数の係数として前記ＴＦＣ基底シーケンスの丸められたバージョンを用いて構成される、請求項７に記載の方法。
10. 複数のしきい値交叉イベントを検出することをさらに備え、前記複数のしきい値交叉イベントは、予め定められた信号対雑音比より大きい前記送信信号内の検出されたエネルギーを備える、請求項７に記載の方法。
11. エネルギーを決定するために探索窓内の予め定められた数のチャンネルタップの推定された振幅を合成することをさらに備えた、請求項７に記載の方法。
12. 前記探索窓内の前記予め定められた数のチャンネルタップの推定された振幅の各々に重みを割り当てることをさらに備えた、請求項１１に記載の方法。
13. パケット検出のための装置であって、
    送信信号内の時間−周波数符号（ＴＦＣ）基底シーケンスで符号化された送信シンボルを受信するための手段と、なお、前記ＴＦＣ基底シーケンスは前記ＴＦＣの予め定められた２進シーケンスに基づいて中間２進階層シーケンスから生成される、
    前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンに基づいて予め定められた複数の係数を含む前記整合フィルタを用いて前記受信した信号をフィルタリングするための手段と、
    前記送信信号の正規化されたバージョンを生成するために、スライディング窓モジュールを使用して、フィルタリングされた信号を正規化するための手段と、
    を備えた装置。
14. 前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンは前記中間２進シーケンスであり、前記整合フィルタは、前記複数の係数として前記中間２進シーケンスを用いて構成される、請求項１３に記載の装置。
15. 前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンは、前記ＴＦＣ基底シーケンスの丸められたバージョンであり、前記整合フィルタは、前記複数の係数として前記ＴＦＣ基底シーケンスの丸められたバージョンを用いて構成される、請求項１３に記載の装置。
16. 複数のしきい値交叉イベントを検出するための手段をさらに備え、前記複数のしきい値交叉イベントは、予め定められた信号対雑音比より大きい前記送信信号内の検出されたエネルギーを備える、請求項１３に記載の装置。
17. エネルギーを決定するために探索窓内の予め定められた数のチャンネルタップの推定された振幅を合成するための手段をさらに備えた、請求項１３に記載の装置。
18. 前記探索窓内の前記予め定められた数のチャンネルタップの推定された振幅の各々に重みを割り当てるための手段をさらに備えた、請求項１３に記載の装置。
19. 信号を受信するように構成されたアンテナと、
    前記アンテナに結合され、パケット検出のための方法を実行するための制御プロセッサと、
    を備えた無線通信装置であって、
    前記方法は、
    送信信号内の時間−周波数符号（ＴＦＣ）基底シーケンスで符号化された送信シンボルを受信することと、なお、前記ＴＦＣ基底シーケンスは前記ＴＦＣの予め定められた２進シーケンスに基づいて中間２進階層シーケンスから生成される、
    前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンに基づいて予め定められた複数の係数を含む前記整合フィルタを用いて前記受信した信号をフィルタリングすることと、
    前記送信信号の正規化されたバージョンを生成するために、スライディング窓モジュールを使用して、フィルタリングされた信号を正規化することと、
    を備える無線通信装置。
20. 前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンは前記中間２進シーケンスであり、前記整合フィルタは、前記複数の係数として前記中間２進シーケンスを用いて構成される、請求項１９に記載の無線通信装置。
21. 前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンは、前記ＴＦＣ基底シーケンスの丸められたバージョンであり、前記整合フィルタは、前記複数の係数として前記ＴＦＣ基底シーケンスの丸められたバージョンを用いて構成される、請求項１９に記載の無線通信装置。
22. 前記方法は、複数のしきい値交叉イベントを検出ことをさらに備え、前記複数のしきい値交叉イベントは、予め定められた信号対雑音比より大きい前記送信信号内の検出されたエネルギーを備える、請求項１９に記載の無線通信装置。
23. 前記方法は、エネルギーを決定するために探索窓内の予め定められた数のチャンネルタップの推定された振幅を合成することをさらに備える、請求項１９に記載の無線通信装置。
24. 前記探索窓内の前記予め定められた数のチャンネルタップの推定された振幅の各々に重みを割り当てることをさらに備えた、請求項１９に記載の無線通信装置。
25. 計算機プログラムを格納する計算機可読媒体であって、前記計算機プログラムは、
    計算機に、送信信号内の時間−周波数符号（ＴＦＣ）基底シーケンスで符号化された送信シンボルを受信させるためのコードと、なお、前記ＴＦＣ基底シーケンスは前記ＴＦＣの予め定められた２進シーケンスに基づいて中間２進階層シーケンスから生成される、
    前記計算機に、前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンに基づいて予め定められた複数の係数を含む前記整合フィルタを用いて前記受信した信号をフィルタリングさせるためのコードと、
    前記計算機に、前記送信信号の正規化されたバージョンを生成するために、スライディング窓モジュールを使用して、フィルタリングされた信号を正規化させるためのコードと、
    を備える、
    計算機可読媒体。
26. プロセッサにパケット検出のための方法を実施させるように構成されたメモリーを備えたプロセッサであって、
    前記方法は、
    送信信号内の時間−周波数符号（ＴＦＣ）基底シーケンスで符号化された送信シンボルを受信することと、なお、前記ＴＦＣ基底シーケンスは前記ＴＦＣの予め定められた２進シーケンスに基づいて中間２進階層シーケンスから生成される、
    前記ＴＦＣ基底シーケンスの簡易バージョンに基づいて予め定められた複数の係数を含む前記整合フィルタを用いて前記受信した信号をフィルタリングすることと、
    前記送信信号の正規化されたバージョンを生成するために、スライディング窓モジュールを使用して、フィルタリングされた信号を正規化することと、
    を備える、
    プロセッサ。

Images