JP5237293B2 - 無線通信システムにおけるシンボルタイミング推定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。従って、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、その一部としての送信信号との時間同期確立である。さらに、タイミング推定を効率的かつ低デザインフットプリント(design footprint)で信頼性を持って最適化できるということは解決すべき問題である。

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タイミング推定に関する。一手法において、シンボルタイミング推定を実行するための方法が説明される。本方法は複数のチャンネルタップの推定振幅(estimated magnitudes)における探索空間(search space)を定義することと、探索空間の探索窓(search window)を定義することと、探索ウィンドウ内の複数のチャンネルタップの推定振幅のエネルギーの最大値に対応する探索空間にシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定することとを含む。

別の手法において、シンボルタイミング推定を実行するための装置が説明される。本装置は複数のチャンネルタップの推定振幅における探索空間を定義するための手段と、探索空間の探索窓を定義するための手段と、探索ウィンドウ内の複数のチャンネルタップの推定振幅のエネルギーの最大値に対応する探索空間にシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定するための手段とを含む。

さらに別の手法において、無線通信装置が開示される。本無線通信装置はシンボルを有する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、シンボルのシンボルタイミング推定のための方法を実行するための制御プロセッサとを含む。前記方法は、複数のチャンネルタップの推定振幅における探索空間を定義することと、探索空間の探索窓を定義することと、探索ウィンドウ内の複数のチャンネルタップの推定振幅のエネルギーの最大値に対応する探索空間にシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定することとを含む。

また、さらに別の手法において、コンピュータプログラム製品が開示される。本コンピュータプログラム製品は、コンピュータに複数のチャンネルタップの推定振幅における探索空間を定義させるためのコードと、コンピュータに探索空間の探索窓を定義させるためのコードと、コンピュータに探索ウィンドウ内の複数のチャンネルタップの推定振幅のエネルギーの最大値に対応する探索空間にシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定するためのコード、とを有する計算機可読媒体を含む。

さらに別の手法において、プロセッサが開示される。本プロセッサはメモリーを有し、そのメモリーはプロセッサにシンボルタイミング推定を実行するための方法を実施させるように構成される。方法は、複数のチャンネルタップの推定振幅における探索空間を定義することと、探索空間の探索窓を定義することと、探索ウィンドウ内の複数のチャンネルタップの推定振幅のエネルギーの最大値に対応する探索空間にシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定することとを含む。

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の同期装置のタイミング推定を実施するタイミング推定器を示す図。 図１７は、図１６のタイミング推定器の動作を例示するタイミング図。 図１８は、図１６のタイミング推定器のタイミングインデックス推定処理のフローチャート。 図１９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２０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２１は、スライディング窓の実施の用いられる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るかもしれない。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）を含むこともある。

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に接続されうる。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。一手法において、最初の２４シンボルが最重要シンボルである。

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(aperiodic auto-correlation)を示す。他の基底シーケンスは同様の自己相関関数を持ちうる。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うる。しかし、２進シーケンス｛ｃ［ｋ］｝の階層構造のため、図１９の２進の階層的シーケンスＭＦ１９００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ＭＦ２０００を図２０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２１に示すように、Ｌ−タップマルチパスエネルギー合成器２１００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２１００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。

図１６に、タイミング推定モジュール１５４０に対して実施されるかもしれない代表的タイミング推定器１６００を示す。タイミング推定器１６００はスライディング窓（ＳＷ）ユニット１６５０およびタイミング検出器１６６０を含む。図１７を用いて説明されるように、タイミング推定器１６００はできるだけ大きなチャネルエネルギーを捕捉できるように、ＦＦＴ窓の最適位置を設定しようとする。

上で検討したように、マルチパスチャネルに対するエネルギーを収集するためにＥＧＣ動作が実行されうる。ＷｉＭｅｄｉａ ＵＷＢにおいて、各ＯＦＤＭシンボルに対するゼロパディング（ＺＰ）の長さは３２パスであり、これは捕捉されうる最大でＺＰ＋１＝３３の連続するパスがあることを意味する。したがって、タイミング推定のためにＳＷユニット１６５０において３３のスライディング窓（すなわち、Ｎ＝３３）が用いられ、ＥＧＣ動作はＬ−タップマルチパスエネルギー合成器２１００として実施される３３−ユニット幅のＳＷユニット１６５０を用いて展開されうる。

ＳＷユニット１６５０への入力は出力の振幅の平方（すなわち、平方ユニット１５０８からのシーケンス｛Ｒ［ｎ］｝）である。基本的に、このシーケンスの各要素はチャンネルタップ係数の１つの平方した振幅の推定値である。ＳＮＲが無限大になり、プリアンブルパターンと２進シーケンスの間の相互相関が完全なデルタ関数である理想的なシナリオにおいて、これは厳密にチャンネルタップ係数の平方した振幅になる。図１７に、帯域−１内の全期間である多数のＮ３サンプルに対するこのシーケンスに関して、ＳＷユニット１６５０がどのように動作するかを示す。Ｎ３はＴＦＣに依存するパラメータであり、次表に記載される。

ＳＷユニット１６５０からのＮ３出力の中の最大値は、捕捉されうる最大エネルギーであり、対応するインデックスは変数TIMING_INDEXの値として特定される。一手法において、タイミング検出器１６６０の動作は以下の擬似コードで実施されうる。

TIMING_INDEX = 0;
MAX_ENERGY_CAP = 0;
for(step = 0; step < N3; step++)
{
if (input[step] > MAX_ENERGY_CAP)
{
MAX_ENERGY_CAP = input[step];
TIMING_INDEX= step;
}
}
ここで、input[step]は（３３サンプルについてのマルチパス合成器の出力である）SWユニット１６５０からの出力（これは３３サンプルについてのマルチパス合成器の出力である）であり、MAX_ENERGY_CAPはＳＷユニット１６５０からのＮ３出力内での現在の繰り返しまでに検出した捕捉されたエネルギーの最大検出値である。

図１８にタイミング検出器１６６０のタイミングインデックス検出処理１８００を示す。ここで、ステップ１８０２において、変数である、TIMING_INDEX、MAX_ENERGY_CAP、およびstepは０に設定される。ステップ１８０４において、step変数の現在の値が、タイミング検出器１６６０によって処理されるべき全期間内のサンプル数（例えば、図１７に示すような帯域−１に対する４９５サンプル）であるＮ３より小さいかどうかが判定される。小さい場合、動作はステップ１８０６へ続く。そうでなければ、動作はステップ１８１４へ続く。

ステップ１８０６において、値EGC_outはマルチパス合成器（すなわち、ＳＷユニット１６５０）からの出力であり、次に動作はステップ１８０８へ続く。ステップ１８０８で、EGC_outの値がMAX_ENERGY_CAPの現在の値より大きいかどうかが判定される。大きい場合、ステップ１８１０においてMAX_ENERGY_CAPはEGC_outに設定される。TIMING_INDEXはこの点のstepの現在値に設定される。

EGC_outの値がMAX_ENERGY_CAPの値より大きくない場合、動作はステップ１８１２へ続く。ステップ１８１２において、マルチパス合成器の窓は１サンプルスライドされstepは１だけ増加される。次に、動作はステップ１８０４へ戻る。

ステップ１８０４へ戻り、step変数の現在の値がＮ３より小さくないと判定される場合、このことはマルチパス合成器の窓がＮ３出力のすべてにわたりスライドされたことを示し、次に変数TIMING_INDEXの値が出力される。

TIMING_INDEXを用い、ＭＦ１５０６およびＳＷユニット１６５０の群遅延を考慮することにより、受信機は帯域−１内のＦＦＴ窓の開始点（すなわち１ＯＦＤＭシンボルの開始点）の位置を容易に決めることができる。次に、受信機はＴＦＣに従って（ＴＦＩモードであれば）帯域を切り換えるだろう。このことは帯域−１から得られるタイミング情報が、直接他の帯域に適用されることを意味する。

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るかもしれないし、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。
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
シンボルタイミング推定を実行するための方法であって、
複数のチャンネルタップの推定された振幅における探索空間を定義することと、
前記探索空間内の探索窓を定義することと、
前記複数のチャネルタップの推定された振幅のエネルギーの最大値に対応する、前記探索窓内のシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定することと、
を備える方法。
［２］
前記探索窓は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルに対するパディングの長さに基づくサイズを有する、［１］に記載の方法。
［３］
前記パディングはゼロパディングである、［２］に記載の方法。
［４］
前記探索空間は周波数ホッピングパターンに基づく、［１］に記載の方法。
［５］
前記周波数ホッピングパターンは時間周波数符号（ＴＦＣ）を備える、［４］に記載の方法。
［６］
エネルギーを決定するために前記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、［１］に記載の方法。
［７］
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る、［６］に記載の方法。
［８］
シンボルタイミング推定を実行するための装置であって、
複数のチャンネルタップの推定された振幅における探索空間を定義するための手段と、
前記探索空間内の探索窓を定義するための手段と、
前記複数のチャネルタップの推定された振幅のエネルギーの最大値に対応する、前記探索窓内のシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定するための手段と、
を備える装置。
［９］
前記探索窓は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルに対するパディングの長さに基づくサイズを有する、［８］に記載の装置。
［１０］
前記パディングはゼロパディングである、［８］に記載の装置。
［１１］
前記探索空間は周波数ホッピングパターンに基づく、［８］に記載の装置。
［１２］
前記周波数ホッピングパターンは時間周波数符号（ＴＦＣ）を備える、［１１］に記載の装置。
［１３］
エネルギーを決定するために前記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る、［８］に記載の装置。
［１４］
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る、［１３］に記載の方法。
［１５］
シンボルを有する信号を受信するように構成されたアンテナと、
前記アンテナに接続され、前記シンボルのシンボルタイミング推定のための方法を実行するための制御プロセッサと、
を備える無線通信装置であって、
前記方法は、
複数のチャンネルタップの推定された振幅における探索空間を定義することと、
前記探索空間内の探索窓を定義することと、
前記複数のチャネルタップの推定された振幅のエネルギーの最大値に対応する、前記探索窓内のシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定することと、
を備える、
無線通信装置。
［１６］
前記探索窓は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルに対するパディングの長さに基づくサイズを有する、［１５］に記載の無線通信装置。
［１７］
前記パディングはゼロパディングである、［１６］に記載の無線通信装置。
［１８］
前記探索空間は周波数ホッピングパターンに基づく、［１５］に記載の無線通信装置。
［１９］
前記周波数ホッピングパターンは時間周波数符号（ＴＦＣ）を備える、［１８］に記載の無線通信装置。
［２０］
エネルギーを決定するために前記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、［１５］に記載の無線通信装置。
［２１］
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る、［２０］に記載の無線通信装置。
［２２］
計算機可読媒体を備える計算機プログラム製品であって、
前記計算機可読媒体は、
計算機に複数のチャンネルタップの推定された振幅における探索空間を定義させるためのコードと、
前記計算機に前記探索空間内の探索窓を定義させるためのコードと、
前記計算機に前記複数のチャネルタップの推定された振幅のエネルギーの最大値に対応する、前記探索窓内のシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定させるためのコードと、
を備える、
計算機プログラム製品。
［２３］
プロセッサにシンボルタイミング推定を実行するための方法を実施させるように構成されたメモリーを含んでいるプロセッサであって、
前記方法は、
複数のチャンネルタップの推定された振幅における探索空間を定義することと、
前記探索空間内の探索窓を定義することと、
前記複数のチャネルタップの推定された振幅のエネルギーの最大値に対応する、前記探索窓内のシンボルタイミング推定インデックスの位置を設定することと、
を備える、
プロセッサ。

Claims (19)

1. 超広帯域（ＵＷＢ）信号を取得するためのタイミング推定方法であって、
   整合フィルタ出力を生成するために、前記ＵＷＢ信号の受信サンプルを整合フィルタにおいてフィルタリングすることと、
   前記整合フィルタ出力の振幅平方値のシーケンスを計算することと、
   前記ＵＷＢ信号中で有効パケットが検出されたことの指標を受信することと、
   前記有効パケットが検出されたことの指標を受信することに応答して、Ｎ３サンプルのシーケンス中の各サンプルに対し、連続するマルチパスチャネルについて、対応する振幅平方値の等利得合成を実行することと、
   前記シーケンス中のいずれのサンプルが前記等利得合成の最大値に相当するかを特定することと、
   前記シーケンス内での特定された前記サンプルの位置に対応するタイミングインデックスを出力することと、
   前記ＵＷＢ信号を取得するために、前記タイミングインデックスに基づいてフレーム同期を実行することと、
   を備える方法。
2. 前記連続するマルチパスチャネルは、前記サンプルのそれぞれに対して、前記シーケンス上の異なる位置へ漸増的にステップされるスライディング窓に対応する、請求項１の方法。
3. 前記スライディング窓の幅を定義する前記連続するマルチパスチャネルは、前記信号の直交周波数分割多重シンボル中のゼロパディングの長さに基づく、請求項２の方法。
4. 前記シーケンス中の複数サンプルの数は、時間−周波数コードパラメータに依存する、請求項１の方法。
5. Ｌタップマルチパスエネルギー合成器によって前記等利得合成を実行することと、
   前記Ｌタップマルチパスエネルギー合成器の各タップに異なる重みを割り当てることと、
   をさらに備えた、請求項１の方法。
6. 前記振幅平方値は、前記整合フィルタにおけるチャネルタップ係数の平方値を表す、請求項１の方法。
7. 超広帯域（ＵＷＢ）信号を取得するためのタイミング推定システムであって、
   整合フィルタ出力を生成するために、前記ＵＷＢ信号の受信サンプルを整合フィルタにおいてフィルタリングするための手段と、
   前記整合フィルタ出力の振幅平方値のシーケンスを計算するための手段と、
   前記ＵＷＢ信号中で有効パケットが検出されたことの指標を受信するための手段と、
   前記有効パケットが検出されたことの指標の受信に応答して、Ｎ３サンプルのシーケンス中の各サンプルに対し、連続するマルチパスチャネルについて、対応する振幅平方値の等利得合成を実行するための手段と、
   前記シーケンス中のいずれのサンプルが前記等利得合成の最大値に相当するかを特定するための手段と、
   前記シーケンス内での特定された前記サンプルの位置に対応するタイミングインデックスを出力するための手段と、
   前記ＵＷＢ信号を取得するために、前記タイミングインデックスに基づいてフレーム同期を実行するための手段と、
   を備えるシステム。
8. 前記連続するマルチパスチャネルは、前記サンプルのそれぞれに対して、前記シーケンス上の異なる位置へ漸増的にステップされるスライディング窓に対応する、請求項７のシステム。
9. 前記スライディング窓の幅を定義する前記連続するマルチパスチャネルは、前記信号の直交周波数分割多重シンボル中のゼロパディングの長さに基づく、請求項８のシステム。
10. 前記シーケンス中の複数サンプルの数は、時間−周波数コードパラメータに依存する、請求項７のシステム。
11. Ｌタップマルチパスエネルギー合成器によって前記等利得合成を実行するための手段と、
    前記Ｌタップマルチパスエネルギー合成器の各タップに異なる重みを割り当てるための手段と、
    をさらに備えた、請求項７のシステム。
12. 前記振幅平方値は、前記整合フィルタにおけるチャネルタップ係数の平方値を表す、請求項７のシステム。
13. メモリと、
    シンボルタイミングを推定するために前記メモリに結合された制御プロセッサと、
    を備えた無線通信装置であって、前記制御プロセッサは、
    整合フィルタ出力を生成するために、前記ＵＷＢ信号の受信サンプルを整合フィルタにおいてフィルタリングし、
    前記整合フィルタ出力の振幅平方値のシーケンスを計算し、
    前記ＵＷＢ信号中で有効パケットが検出されたことの指標を受信し、
    前記有効パケットが検出されたことの指標を受信することに応答して、Ｎ３サンプルのシーケンス中の各サンプルに対し、連続するマルチパスチャネルについて、対応する振幅平方値の等利得合成を実行し、
    前記シーケンス中のいずれのサンプルが前記等利得合成の最大値に相当するかを特定し、
    前記シーケンス内での特定された前記サンプルの位置に対応するタイミングインデックスを出力し、
    前記ＵＷＢ信号を取得するために、前記タイミングインデックスに基づいてフレーム同期を実行する、
    ように構成された、無線通信装置。
14. 前記連続するマルチパスチャネルは、前記サンプルのそれぞれに対して、前記シーケンス上の異なる位置へ漸増的にステップされるスライディング窓に対応する、請求項１３の無線通信装置。
15. 前記スライディング窓の幅を定義する前記連続するマルチパスチャネルは、前記信号の直交周波数分割多重シンボル中のゼロパディングの長さに基づく、請求項１４の無線通信装置。
16. 前記シーケンス中の複数サンプルの数は、時間−周波数コードパラメータに依存する、請求項１３の無線通信装置。
17. 前記制御プロセッサは、さらに
    Ｌタップマルチパスエネルギー合成器によって前記等利得合成を実行し、
    前記Ｌタップマルチパスエネルギー合成器の各タップに異なる重みを割り当てる、
    ように構成された、請求項１３の無線通信装置。
18. 前記振幅平方値は、前記整合フィルタにおけるチャネルタップ係数の平方値を表す、請求項１３の無線通信装置。
19. 超広帯域（ＵＷＢ）信号を取得するためのタイミング推定を実行するためにコンピュータプログラムが格納されたコンピュータ可読記録媒体であって、前記コンピュータプログラムは、
    コンピュータに、整合フィルタ出力を生成するために、前記ＵＷＢ信号の受信サンプルを整合フィルタにおいてフィルタリングさせるためのコードと、
    前記コンピュータに、前記整合フィルタ出力の振幅平方値のシーケンスを計算させるためのコードと、
    前記コンピュータに、前記ＵＷＢ信号中で有効パケットが検出されたことの指標を受信させるためのコードと、
    前記コンピュータに、前記有効パケットが検出されたことの指標を受信することに応答して、Ｎ３サンプルのシーケンス中の各サンプルに対し、連続するマルチパスチャネルについて、対応する振幅平方値の等利得合成を実行させるためのコードと、
    前記コンピュータに、前記シーケンス中のいずれのサンプルが前記等利得合成の最大値に相当するかを特定させるためのコードと、
    前記コンピュータに、前記シーケンス内での特定された前記サンプルの位置に対応するタイミングインデックスを出力させるためのコードと、
    前記コンピュータに、前記ＵＷＢ信号を取得するために、前記タイミングインデックスに基づいてフレーム同期を実行させるためのコードと、
    を備える、
    コンピュータ可読記録媒体。

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