JP5453704B2

JP5453704B2 - 無線通信システムのための物理層プリアンブルフォーマット

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Publication number: JP5453704B2
Application number: JP2011509515A
Authority: JP
Inventors: ザング、ホングユアン; ナバー、ロヒット、ユー．; ウー、ソンピン
Original assignee: マーベルワールドトレードリミテッド
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-04-07
Also published as: JP2011521557A; EP2277270A1; US8385390B2; US20130136063A1; EP2573992A1; US20160219540A1; CN102067544A; EP2573992B1; CN102067544B; US9313754B2; EP2277270B1; WO2009139989A1; US20090285269A1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００８年５月１５日に出願された、米国仮特許出願番号第６１／０５３５２６号である名称「ＰＨＹＰｒｅａｍｂｌｅＦｏｒｍａｔｆｏｒ６０ＧＨｚＷｉｄｅｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ」、および２００８年７月８日に出願された、米国仮特許出願番号第６１／０７８９２５号である名称「ＰＨＹＰｒｅａｍｂｌｅＦｏｒｍａｔｆｏｒ６０ＧＨｚＷｉｄｅｂａｎｄＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ」の優先権を主張するものであり、その両方の全ての内容は、参照により本明細書中に組み込まれる。

この特許文書に記載された技術は、概して無線データ伝送に関し、より具体的には、無線データ伝送のための物理レベルフレームフォーマットに関する。

６０ギガヘルツ周波数レンジ等の高周波数において稼働する広帯域無線システムは、毎秒ギガビット（Ｇｂｐｓ）程度の高データ転送速度における伝送を実現できる。広帯域無線システムは、非常に広範なチャネル帯域幅の利用により、これらの高データ転送速度を達成できる。これは、チャネル容量（Ｃ）がチャネル帯域幅（Ｂ）に比例するからであり、そのシャノンハートレーのチャネル容量理論は、
Ｃ＝Ｂ^＊Ｌｏｇ_２（１＋Ｓ／Ｎ）、
に示され、式中、Ｓ／Ｎは、信号対雑音出力比である。入力データシーケンスが、広帯域伝送における高データ転送速度能力を利用し、事実上狭帯域になる傾向があるため、狭帯域データ信号は、広周波数帯域においてデータ信号を拡散するために、送信器および受信器の両方に既知である疑似雑音、疑似乱数シーケンスと組み合わされる。このような「拡散シーケンス」の導入により、広帯域データ信号の高速伝送が可能になる。広帯域データ信号は、受信器において既知の拡散シーケンスから分離し、抽出用の狭帯域データ信号を残す。

図１は、スペクトラム拡散送信器のブロック図を示す。データ信号３２は、伝送チェーン３６を経由してアンテナ３４によって伝送される。上述したように、広周波数帯域上でデータ信号３２を拡散するために、拡散シーケンス発生器３８によって供給された拡散シーケンスは、アンテナ３４を経由して伝送される広帯域信号を生成するように、伝送チェーン３６の一部の位置においてデータ信号３２に組み合わされる。

拡散シーケンスが通信チャネルに加えられる伝送チェーンにおける位置に応じて、異なるスペクトラム拡散技術が識別される。図２は、伝送チェーンにおける異なる位置に拡散シーケンスを投入するシステムのブロック図を示す。図２において、データ４２は、変調器チェーン４６および電力増幅器４８を経由してアンテナ４４によって伝送される。拡散シーケンスがデータレベルにおいて加えられる場合には、５０に示すように、スペクトル拡散は直接シーケンススペクトラム拡散技術（ＤＳＳＳ）と呼ばれる。変調チェーン４６は、局部発信器５２からデータ４２および信号を受信する。拡散シーケンスが搬送周波数レベルにおいて組み込まれる場合には、５４に示すように、スペクトル拡散は周波数ホッピングスペクトラム拡散技術（ＦＨＳＳ）と呼ばれる。さらに、拡散シーケンスが、電力増幅器４８に伝送された信号に対するオン／オフゲートとして機能する場合には、５６に示すように、スペクトル拡散はタイムホッピングスペクトラム拡散技術（ＴＨＳＳ）と呼ばれる。

広帯域信号は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）信号等の、単一キャリア信号または多重キャリア信号として伝送されてもよい。単一キャリアおよび多重キャリア伝送の両方は、図３に示す同一の基本パケットフォーマット構造を実施してもよい。パケット６０は、受信器の設定を支援するトレーニング情報を供給するプリアンブル部６２から始まる。プリアンブル部は、現行のパケットの検出、自動利得制御（ＡＧＣ）設定の調整、周波数およびタイミング同期の実行、単一キャリア／多重キャリアパラメータの設定、ヘッダ速度パラメータの設定、ネットワークＩＤナンバーパラメータの設定、ピコネットＩＤナンバーパラメータの設定に加えて他のセットアップパラメータの設定において受信器を支援するデータを含み得る。ヘッダ部６４は、受信器がその復号装置に従って調整できるように、パケットペイロード部６６を復号するためのパラメータに関する情報を供給する。ヘッダ部６４は、ペイロード部長、変調および符号化の方法に加えて、他のパラメータデータに関するデータを含み得る。ペイロード部６６は、送信器から受信器に伝送されたと思われるデータを含む。

図４は、例示的なパケットプリアンブルフォーマットを示す。パケットプリアンブル７０は、パケットの開始、周波数／タイミング同期、ＡＧＣ設定、および他のパラメータ伝送を確定するのに用いられ得るパケット同期シーケンス（ＳＹＮＣ）７２を含み得る。開始フレームデリミタ（ＳＦＤ）７４は、パケット残余に加えて他のパラメータ伝送のためのタイミング参照としてプリアンブルに含まれ得る。チャネル推定シーケンス（ＣＥＳ）７６は、受信器におけるチャネル推定に用いられるために含まれ得る。

図５は、８０２．１５．３ｃに準拠した単一キャリアフレーム仕様の形態における例示的なパケット構造を示す。上述したように、パケットは、ＳＹＮＣセグメント８２、ＳＦＤセグメント８４、およびＣＥＳセグメント８６を含むプリアンブル部８０から開始される。プリアンブル部８０にフレームヘッダ部８８が続き、そして、フレームヘッダ部８８にペイロード部９０が続く。

図６は、例示的な多重キャリア８０２．１５．３ｃＯＦＤＭフレームフォーマットを示す。図６におけるタイムスケールは、１０２に示すように右から左に進むことが留意される。ＯＦＤＭパケットは、ＳＹＮＣセグメント１０６、ＳＦＤセグメント１０８、およびＣＥＳセグメント１１０を含むプリアンブル部１０４から開始される。プリアンブル部１０４に、データペイロード部１１４の前に位置するフレームヘッダ部１１２が続く。

上述したように、狭帯域データ信号は、広帯域信号に使用される増加したチャネル容量を利用するために、広い帯域幅にわたってしばしば拡散される。図７は、パケットのプリアンブル部における例示的な拡散シーケンスおよびカバーコード設計を示す。示されたプリアンブル部は、ＳＹＮＣセグメント１１８およびＳＦＤセグメント１２０を含む。ＳＹＮＣセグメント１１８は、「ａ」で示された拡散シーケンス１２２に組み合わされるデータ信号を含む。広帯域データ信号を生成するために、拡散シーケンス「ａ」１２２に組み合わされる反復カバーコード１２４の形式においてＳＹＮＣセグメント１１８の間にデータが伝送される。反復ＳＹＮＣカバーコード１２４は、周波数／タイミング同期、ＡＧＣ設定に加えて他のパラメータに関して受信器に指示するデータを含み得る。

ＳＦＤセグメント１２０は、１２６で示すように、ＳＹＮＣセグメント１１８に用いられるものと同一の拡散シーケンス「ａ」を使用して伝送され得る。ＳＦＤセグメント１２０は、広帯域データ信号を生成するために、拡散シーケンス１２６に組み合わされるカバーコード１２８を経由して搬送されるデータを含み得る。ＳＦＤカバーコード１２８の第一のセグメントは、最後のＳＹＮＣカバーコードセグメントと最初のＳＦＤカバーコードセグメントとの間の大きな位相シフトを生成するために選択され得る。この大きな位相シフトは、ＳＹＮＣセグメント１１８とＳＦＤセグメント１２０との間の転移を識別するために、受信器によって検出され得る。そして、検出された大きな位相シフトは、パケットの残余のためのタイミング参照として用いられ得る。ＣＥＳセグメント長を含む他のデータは、ＳＦＤセグメントカバーコード１２８を経由して伝送され得る。

本明細書に記載されたシステムおよび方法に従った、無線ネットワーク上で伝送されたデータパケットからデータを抽出するシステムおよび方法は、プリアンブル部およびペイロード部を有するデータパケットの受信を含み得る。システムは、第一のタイミング信号を生成するための、プリアンブル部と第一の既知の拡散シーケンスとの相互相関、およびフレームタイミング信号を生成するための、プリアンブル部と第二の既知の拡散信号との相互相関をさらに含み得る。第一のタイミング信号におけるインパルスが検出され得、第一のタイミング信号における検出インパルスに基づいて、第一のタイミングパラメータが設定され得る。フレームタイミング信号におけるインパルスが検出され得て、フレームタイミング信号における検出インパルスに基づいて、フレームタイミングパラメータが設定され得る。第一のタイミングパラメータおよびフレームタイミングパラメータに従って、受信したペイロード部からデータを抽出できる。

システムは、プリアンブル部の同期セグメントに対応する、第一の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたプリアンブル部の第一部、およびプリアンブル部の開始フレームデリミタセグメントに対応する、第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたプリアンブル部の第二部によってさらに特徴づけられ得る。フレームタイミングパラメータ以外のパラメータは、開始フレームデリミタ配列の開始部において、第二の既知の拡散シーケンスの第一の反復中に伝送されたカバーコードを用いて設定され得る。

第一のカバーコードは、同期セグメントの全範囲において反復され得て、第二のカバーコードは、開始フレームデリミタセグメントの開始部において二度反復され、第二のカバーコードが第一のカバーコードを補完（又は相補）する。フレームタイミングパラメータ以外の１つ以上のパラメータは、二度反復された第二のカバーコードに続いて、第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたカバーコードから抽出され得る。第一の既知の拡散シーケンスは第一のゴーレイシーケンスとなり得、第二の既知の拡散シーケンスが、第一のゴーレイシーケンスを補完（又は相補）する第二のゴーレイシーケンスとなり得る。１つ以上の物理層パラメータが、プリアンブル部において第一の既知の拡散シーケンスまたは第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたカバーコードから抽出され得る。

さらなる例として、受信データパケットからデータを抽出する方法は、受信データパケットのプリアンブル部およびペイロード部の受信を含み得る。受信したプリアンブル部は、第一のタイミング信号を生成するために、第一の既知の拡散シーケンスと相互相関され得、受信したプリアンブル部は、第二のタイミング信号を生成するために、第二の既知の拡散信号と相互相関され得る。第一および第二のタイミング信号の両方においてインパルスが検出され得る。第一のタイミングパラメータは、第一のタイミング信号または第二のタイミング信号のいずれかにおける、第一の時間内に検出されたインパルスに基づいて設定され得る。第一のタイミング信号からのインパルスが第一のタイミングパラメータの設定に用いられた場合には、フレームタイミングパラメータは、第二のタイミング信号の検出インパルスに基づいて設定され得る。または、第二のタイミング信号におけるインパルスが第一のタイミングパラメータの設定に用いられた場合には、フレームタイミングパラメータは、第一のタイミング信号の検出インパルスに基づいて設定され得る。どちらのタイミング信号が第一の時間内のインパルスを生成するかに基づいて、第三のパラメータが設定され得る。そして、設定した第一のタイミングパラメータ、設定したフレームタイミングパラメータ、および第三のパラメータに従って、受信したペイロード部からデータが抽出され得る。

追加的な例として、データパケットからデータを抽出するように構成された無線受信器は、プリアンブル部およびペイロード部を有するデータパケットを受信するアンテナを含み得る。第一の相互相関器は、記号タイミング信号を生成するために、プリアンブル部と第一の既知の拡散シーケンスとを相互相関するように構成され得る。第二の相互相関器は、フレームタイミング信号を生成するために、プリアンブル部と第二の既知の拡散シーケンスとを相互相関するように構成され得る。第一のインパルス検出器は、記号タイミング信号におけるインパルスを検出し得、パラメータ設定器は、第一のインパルス検出器により検出された、記号タイミング信号における検出インパルスに基づいて、記号タイミングパラメータを設定し得る。第二のインパルス検出器は、フレームタイミング信号におけるインパルスを検出するように構成され得、パラメータ設定器は、第二のインパルス検出器により検出された、フレームタイミング信号における検出インパルスに基づいて、フレームタイミングパラメータを設定するように構成される。データ抽出器は、設定した記号タイミングパラメータおよび設定したフレームタイミングパラメータに従って、受信したペイロード部からデータを抽出するように構成される。

受信器は、プリアンブル部の同期セグメントに対応する、第一の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたプリアンブル部の第一部、およびプリアンブル部の開始フレームデリミタセグメントに対応する、第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたプリアンブル部の第二部によってさらに特徴づけられ得る。フレームタイミングパラメータ以外のパラメータは、開始フレームデリミタ設定の開始部において、第二の既知の拡散シーケンスの第一の反復中に伝送されたカバーコードを用いて設定され得る。

第一のカバーコードは、同期セグメントの全範囲において反復され得、第二のカバーコードは、開始フレームデリミタセグメントの開始部において二度反復され、第二のカバーコードは第一のカバーコードを補完（又は相補）する。フレームタイミングパラメータ以外の１つ以上のパラメータは、二度反復された第二のカバーコードに続いて、第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたカバーコードから抽出され得る。第一の既知の拡散シーケンスが第一のゴーレイシーケンスとなり得、第二の既知の拡散シーケンスが第一のゴーレイシーケンスを補完（又は相補）する第二のゴーレイシーケンスとなり得る。１つ以上の物理層パラメータは、プリアンブル部において第一の既知の拡散シーケンスまたは第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたカバーコードから抽出され得る。

スペクトラム拡散送信器を示すブロック図である。伝送チェーンにおける異なる位置において拡散シーケンスを投入するシステムを示すブロック図である。例示的なパケットフォーマットを示す図である。例示的なパケットプリアンブルフォーマットを示す図である。８０２．１５．３ｃ単一キャリアフレームフォーマットを示す図である。８０２．１５．３ｃＯＦＤＭフレームフォーマットを示す図である。パケットのプリアンブル部における例示的な拡散シーケンスおよびカバーコード設計を示す図である。ＳＹＮＣセグメントおよびＳＦＤセグメント用の異なる拡散シーケンスを有する、パケットのプリアンブル部における例示的な拡散シーケンスおよびカバーコード設計を示す図である。ＳＹＮＣセグメントおよびＳＦＤセグメント用の異なる拡散シーケンスを用いたパケットにおける例示的な相互相関の結果を示す図である。受信器を示すブロック図である。タイミング検出器の構成要素を詳細に示すブロック図である。ＳＦＤセグメントの最初の２つのスロットに伝送された補完的な（又は相補的な）カバーコードを有するパケットのプリアンブル部における例示的な拡散シーケンスおよびカバーコード設計を示す図である。ＳＹＮＣセグメントおよびＳＦＤセグメント並びにＳＦＤセグメントの最初の２つのスロットに伝送された補完的な（又は相補的な）カバーコードのための異なる拡散シーケンスを有するパケットのプリアンブル部における例示的な拡散シーケンスおよびカバーコード設計を示す図である。無線ネットワーク上で伝送された受信データパケットからデータを抽出するプロセスを説明するフローチャートである。無線ネットワーク上で伝送された受信データパケットからデータを抽出する別のプロセスを説明するフローチャートである。

ＳＹＮＣセグメントとＳＦＤセグメントとを識別する異なるカバーコードを用いる、図７を参照して示すＳＹＮＣセグメントおよびＳＦＤセグメントに対するフレームフォーマットの使用は、低感受性が問題である受信器においてフレームタイミング参照を識別するＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界の検出が困難になる可能性がある。受信器は、ＳＦＤセグメントの開始を確定し、そしてフレームタイミングを規定するために、ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界においてコヒーレント法または非コヒーレント法のいずれかの方法を用いることができる。

コヒーレント法は、プリアンブルのＳＹＮＣ部の信号に基づいてチャネル推定を実行する。コヒーレント法は、適応した方法において実行され得る。しかしながら、ＳＹＮＣセグメントは、信頼性のある値への収束に適応するチャネル推定には短すぎる可能性がある。コヒーレント法の実施は複雑化され、その実行は保証されない場合がある。

ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界を検出する非コヒーレント法は、チャネル推定を根拠にしないためあまり複雑でない場合がある。しかしながら、非コヒーレント法は低感受性を有し得る。これは、低信号対雑音比（ＳＮＲ）、高遅延拡散チャネル、または搬送周波数オフセットを有するシステム等の準最適な状態において、フレームタイミングの精度が低下する可能性があることを意味する。ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界の検出に基づくフレームタイミングが、パケット全体の適切な受信に重要である。このため、低感受性は実行を限定する可能性がある。

図８は、ＳＹＮＣセグメントおよびＳＦＤセグメント用の異なる拡散シーケンスを有する、パケットのプリアンブル部における例示的な拡散シーケンスおよびカバーコード設計を示す。示されたプリアンブル部は、ＳＹＮＣセグメント１３２およびＳＦＤセグメント１３４を含む。ＳＹＮＣセグメント１３２は、ＡＧＣ設定等のパケット構造データを搬送するカバーコード設定１３８に組み合わされる第一の拡散シーケンス「ａ」１３６を使用する。ＳＹＮＣセグメント１３２にはＳＦＤセグメント１３４が続く。ＳＦＤセグメント１３４は、ＳＦＤカバーコード１４２を搬送する一組のパラメータに組み合わされる「ｂ」１４０で表示される第二の拡散シーケンスを用いて伝送される。各拡散シーケンス「ａ」１３６および「ｂ」１４０は、送信器および受信器の両方として既知である。ＳＹＮＣセグメントおよびＳＦＤセグメント用の異なる拡散シーケンスの使用は、従来の方法よりも低感受性の影響を受けにくい受信器におけるＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界の検出に、非コヒーレントなフレームタイミングメカニズムを利用することを可能にする。さらに、ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界を識別するための拡散シーケンスの転移の使用により、有意なパラメータ伝送のためのＳＦＤセグメントの第一のカバーコードの自由度が増す。

利用された拡散シーケンスの両方が送信器および受信器に対して既知であることから、図８を参照して示すプリアンブルフレームフォーマットを用いるシステムにおいて、ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界は、相互相関技術を利用して検出され得る。より具体的には、受信信号と既知の拡散信号との相互相関により、受信信号におけるその拡散シーケンスの各反復の開始部においてインパルスが生成される。このようなインパルスの検出によって、フレームの開始部およびＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界が識別され得る。例えば、

等の相互相関が利用され得、式中、「ａ」が既知のＳＹＮＣ拡散シーケンス、「ｒ」が受信信号、「Ｎ」が拡散シーケンス「ａ」長である。

等の類似の相互相関が、各ＳＦＤ拡散シーケンスの反復の開始部を検出するために利用され得る。式中、「ｂ」が既知のＳＦＤ拡散シーケンス、「ｒ」が受信信号、「Ｍ」が拡散シーケンス「ｂ」長である。「ａ」および「ｂ」が優れた自己および相互相関特性を有する選択された拡散シーケンスである場合、非周期的／周期的自己相関は結果的に狭いメインローブおよび低レベルサイドローブとなる一方で、「ａ」と「ｂ」との間の周期的な相互相関はほぼ０となる。それ故、パケットの開始部は、Ｃ１信号におけるインパルスを検出することにより識別され得て、ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界は、Ｃ２信号におけるインパルスを検出することにより識別され得る。一対の補完的な（又は相補的な）ゴーレイ拡散シーケンスの選択は、これらの結果を生じ得る。

図９は、ＳＹＮＣセグメントおよびＳＦＤセグメント用の異なる拡散シーケンスを用いたパケットにおける例示的な相互相関の結果を示す。例示するプリアンブル部は、ＳＹＮＣセグメント１５２およびＳＦＤセグメント１５４を示す。ＳＹＮＣセグメント１５２は、第一の拡散シーケンス「ａ」１５６を用いて伝送され、ＳＦＤセグメント１５４は、第二の拡散シーケンス「ｂ」１５８を用いて伝送される。ＳＹＮＣセグメント１５２およびＳＦＤセグメント１５４は、それら各々のカバーコード１６０，１６２において他のパラメータデータを搬送し得る。図９の２つのグラフは、補完的な（又は相補的な）ゴーレイ拡散シーケンスを用いた、〜１０ｄＢのＳＮＲを有する低遅延拡散チャネルシステムにおいて上述した式を用いた相互相関を示す。１６４に示すように、各拡散シーケンス「ａ」１５６の開始部は、受信信号と拡散シーケンス「ａ」との間の相互相関を示すＣ_１信号におけるインパルス１６４によってマーク付けされる。１６６に示すように、各拡散シーケンス「ｂ」１５８の開始部は、受信信号と既知の拡散シーケンス「ｂ」との間の相互相関を示すＣ_２信号におけるインパルス１６６によってマーク付けされる。それ故、パケットの開始部は、第一のＣ_１インパルス１６４を検出することによって識別され得て、ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界は、第一のＣ_２インパルス１６６を検出することによって識別され得る。

図１０は、上述した相互相関技術を用いてパケットの開始およびＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界を検出するように構成された例示的な受信器のブロック図を示す。受信器１７０は、アンテナ１７２を経由して無線伝送された信号を受信する。受信信号は、タイミング検出器１７４およびデータ抽出器１７６の両方に伝播する。タイミング検出器１７４は、パケットの開始を識別し、フレームタイミングのためのＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界を識別し、他の伝送されたパラメータを識別し得る。タイミング検出器１７４は、伝送されたペイロードデータを適切に抽出するために、これらのタイミングおよび他のセットアップパラメータをデータ抽出器１７６に伝播する。

図１１は、例示的なタイミング検出器の構成要素を詳細に示すブロック図である。受信器１８０は、アンテナ１８２を経由して無線伝送されたデータ信号を受信する。受信信号は、タイミング検出器１８４およびデータ抽出器１８６の両方に伝播する。受信信号は、タイミング検出器１８４内において、第一の相互相関器１８６および第二の相互相関器１８８に送られる。第一の相互相関器１８６は、第一の既知の拡散シーケンス１９０をさらに受信し、第二の相互相関器１８８は、第二の既知の拡散シーケンス１９２をさらに受信する。第一の相互相関器１８６は、記号タイミング信号を生成するために、受信信号と第一の既知の拡散シーケンス１９０とを相互相関する。第一のインパルス検出器１９４は、記号タイミング信号におけるインパルスを検出し、パケットの開始を識別するようにパラメータ設定器１９６に警告する。第二の相互相関器１８８は、フレームタイミング信号を生成するために、受信信号と第二の既知の拡散シーケンス１９２とを相互相関する。第二のインパルス検出器１９８は、フレームタイミング信号におけるインパルスを検出し、フレームタイミング参照を設定するようにパラメータ設定器１９６に警告する。タイミング検出器１８４によって識別されたこれらのタイミング信号と共に、任意の他のパケット処理／復号パラメータが、ペイロードデータの抽出のために、パラメータ設定器１９６からデータ抽出器１８６に送られる。

拡散シーケンスの転移が、ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界フレームタイミングを超えて、追加的なＰＨＹ／ＭＡＣパラメータを識別してもよいように上述したフレームワークは延長されてもよい。例えば、パケットの開始部は、受信信号と、第一の拡散シーケンスとの相互相関Ｃ_１または第二の拡散シーケンスとの相互相関Ｃ_２のいずれかにおけるインパルスの検出によって識別され得る。次に、ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界フレームタイミングは、パケットの開始の識別に用いられなかった他の相互相関信号におけるインパルスによって識別され得る。次に、有意なパラメータデータが、拡散シーケンスが用いられた順に確定され得る。例えば、拡散シーケンス「ａ」がＳＹＮＣセグメントに用いられ、拡散シーケンス「ｂ」がＳＦＤセグメントに用いられて伝送された場合、単一キャリアペイロード部が用意され得る。代替的に、拡散シーケンス「ｂ」がＳＹＮＣセグメントとともに伝送され、ＳＦＤセグメントが拡散シーケンス「ａ」を用いて送信された場合に、その結果、ＯＦＤＭペイロード部が続き得る。

さらに、２つ以上の拡散シーケンスが利用され得、受信器がさらなる相互相関器を要求する。相互相関器に検出された第一のインパルスがパケットの開始をマーク付けし、異なる相互相関器における第一のインパルスがＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界を記録する。相互相関インパルスおよびそれらの順序をもたらすものとして識別される２つの拡散シーケンスは、入力信号の１つ以上のパラメータを識別できる。さらに、カバーコードは、パラメータデータの伝送になおも利用され得る。

図１２は、ＳＦＤセグメントの最初の２つのスロットに伝送された補完的な（又は相補的な）カバーコードを有するパケットのプリアンブル部における例示的な拡散シーケンスおよびカバーコード設計を示す。示されたプリアンブル部は、ＳＹＮＣセグメント２０２およびＳＦＤセグメント２０４を例示する。例示的なＳＹＮＣセグメント２０２は、第一の拡散シーケンス「ａ」２０６を用いて伝送され、２１０で示す一定値「１」であるＳＹＮＣカバーコード２０８を搬送する。ＳＦＤセグメント２０４も、２１４で示す拡散シーケンス「ａ」を用いて伝送される。ＳＦＤセグメントカバーコード２１２は、２１６で示す最初の２つのセグメント部における値「−１」を含み、そして、２１８で示す有意なパラメータデータを搬送する他のカバーコードの値を含み得る。ＳＹＮＣカバーコードは、１以外の値に設定され得る。しかしながら、この例におけるＳＹＮＣカバーコードの全ては同一であり、ＳＦＤセグメントの最初の２つのカバーコード部は、ＳＹＮＣカバーコードの値を補完（又は相補）する。

図１２のパケットプリアンブル構造は、フレームタイミングのためのＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界の識別に困難を有し得る、低感受性が問題となるシステムにおいて利点となり得る。ＳＹＮＣセグメントカバーコード部２０８を補完（又は相補）する２つのＳＦＤセグメントカバーコード部の使用は、ＳＹＮＣセグメントの最後のカバーコードとＳＦＤセグメントの最初のカバーコード部との間の大きな位相シフトをより長期間維持することによって、ＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界の検出を支援し得る。

図１３は、ＳＹＮＣセグメントおよびＳＦＤセグメント並びにＳＦＤセグメントの最初の２つの部分に伝送された補完的な（又は相補的な）カバーコードのための異なる拡散シーケンスを有するパケットのプリアンブル部における例示的な拡散シーケンスおよびカバーコード設計を示す。このパケットプリアンブルフォーマットは、図１２を参照して上述した利点と、ＳＹＮＣセグメントおよびＳＦＤセグメント用の異なる拡散シーケンスの使用の恩恵とを兼ね備える。図１３は、ＳＹＮＣセグメント２２２およびＳＦＤセグメント２２４を示す。ＳＹＮＣセグメント２２２は、拡散シーケンス「ａ」２２６を用いて伝送され、ＳＹＮＣセグメント２２２の全ての部分のために、例えば「１」の値を繰り返すカバーコード２２８を搬送する。ＳＦＤセグメント２２４は、第二の拡散シーケンス「ｂ」２３４を用いて伝送される。複数の「−１」を２３６で示す、ＳＦＤセグメント２２４のカバーコード２３２の最初の２つの部分は、反復ＳＹＮＣカバーコード２２８を補完（又は相補）する。ＳＦＤセグメント２２４の残りのカバーコード２３８は、他の有意なパラメータデータを伝送するために用いられ得る。図１３に示す、プリアンブルフォーマットを有するパケットを受信する受信器は、フレームタイミングのためのＳＹＮＣ／ＳＦＤ境界を識別するために、異なる拡散シーケンスおよび補完的な（又は相補的な）カバーコードのいずれか一方または両方を用い得る。両方の識別子の使用は、境界の識別を向上し得、個々の識別子の１つを単独で使用するよりも優れた実行能力をもたらす。

図１４は、無線ネットワーク上で伝送された受信データパケットからデータを抽出するプロセスを説明するフローチャートである。無線ネットワーク上で伝送された受信データパケットからデータを抽出するコンピュータで実装される方法は、２４２に示すように、受信データパケットのプリアンブル部およびペイロード部を受信し得る。２４４に示すように、受信したプリアンブル部は、記号タイミング信号を生成するために、第一の既知の拡散シーケンスと相互相関され得、２４６に示すように、受信したプリアンブル部は、フレームタイミング信号を生成するために、第二の既知の拡散シーケンスと相互相関できる。２４８に示すように、記号タイミング信号におけるインパルスが検出され得、２５０において、記号タイミング信号のインパルス検出に基づいて記号タイミングパラメータが設定され得る。２５２において、フレームタイミング信号におけるインパルスが検出され得、２５４において、フレームタイミング信号のインパルス検出に基づいてフレームタイミングパラメータが設定され得る。２５６に示すように、設定した記号タイミングパラメータおよびフレームタイミングパラメータに従って、受信したペイロード部からデータが抽出され得る。

図１５は、無線ネットワーク上で伝送された受信データパケットからデータを抽出する別のプロセスを説明するフローチャートを示す。受信データパケットからデータを抽出するコンピュータで実装される方法は、２６２に示すように、受信データパケットのプリアンブル部およびペイロード部を受信することを含み得る。２６４において、受信したプリアンブル部は、第一のタイミング信号を生成するために、第一の既知の拡散シーケンスと相互相関し得、２６６において、受信したプリアンブル部は、第二のタイミング信号を生成するために、第二の既知の拡散信号と相互相関され得る。２６８において、第一または第二のタイミング信号のうちの１つにおける第一のインパルスが検出される。２７０において、第一のインパルス検出に基づいて記号タイミングパラメータが設定される。２７２において、他のタイミング信号におけるインパルスが検出され、２７４において、他のインパルス検出に基づいてフレームタイミングパラメータが設定される。２７６において、インパルスの順序に基づいて第三のパラメータが設定される。２７８において、タイミングおよび第三のパラメータに従って、パケットのペイロード部からデータが抽出される。

ここに記載された説明は、本発明を開示し、最良の態様を含み、さらに当業者が本発明を生成および利用できる例を用いている。本明細書に記載されたシステムおよび方法が、他の構造においても等しく適用され得ることに留意されたい。例えば、提案されたフレームフォーマット、送信器、および受信器は、将来のＷＬＡＮシステム、ＷｉＭａｘ、ＷＰＡＮ、セルラー方式等の６０ギガヘルツシステムに限定されない他の無線システム用に延長され得る。システムは、抽出されたデータを保存するように構成されたコンピュータ可読のメモリをさらに含み得る。本発明の特許可能な範囲は、当業者が思いつく他の例を含み得る。
（項目１）
無線ネットワーク上で伝送されたデータパケットからデータを抽出する方法であって、
プリアンブル部およびペイロード部を有するデータパケットを受信することと、
第一のタイミング信号を生成するために、上記プリアンブル部を第一の既知の拡散シーケンスと相互相関することと、
フレームタイミング信号を生成するために、上記プリアンブル部を第二の既知の拡散信号と相互相関することと、
上記第一のタイミング信号におけるインパルスを検出することと、
上記第一のタイミング信号の上記検出したインパルスに基づいて、第一のタイミングパラメータを設定することと、
上記フレームタイミング信号におけるインパルスを検出することと、
上記フレームタイミング信号における上記検出したインパルスに基づいて、フレームタイミングパラメータを設定することと、
上記設定した第一のタイミングパラメータおよび上記設定したフレームタイミングパラメータに従って、上記受信したペイロード部からデータを抽出することと、を含む方法。
（項目２）
上記第一の既知の拡散シーケンスを用いて伝送された上記プリアンブル部の第一部は、上記プリアンブル部の同期セグメントに対応し、
上記第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送された上記プリアンブル部の第二部は、上記プリアンブル部の開始フレームデリミタセグメントに対応する、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記フレームタイミングパラメータ以外のパラメータは、上記開始フレームデリミタセグメントの開始部において、上記第二の既知の拡散シーケンスの第一の反復中に伝送されたカバーコードを用いて設定される、項目２に記載の方法。
（項目４）
第一のカバーコードは、上記同期セグメントの全範囲において反復され、
第二のカバーコードは、上記開始フレームデリミタセグメントの上記開始部において二度反復され、
上記第二のカバーコードが、上記第一のカバーコードを補完する、項目２に記載の方法。
（項目５）
上記フレームタイミングパラメータ以外の１つ以上のパラメータは、上記二度反復された第二のカバーコードに続いて、上記第二の既知の拡散シーケンスにより伝送されたカバーコードから抽出される、項目４に記載の方法。
（項目６）
上記第一の既知の拡散シーケンスおよび上記第二の既知の拡散シーケンスの各々が、送信器および受信器の両方に既知である疑似乱数である、項目１に記載の方法。
（項目７）
上記第一の既知の拡散シーケンスが、第一のゴーレイシーケンスであり、
上記第二の既知の拡散シーケンスが、第二のゴーレイシーケンスであり、上記第二のゴーレイシーケンスが、上記第一のゴーレイシーケンスの補完的なシーケンスである、項目１に記載の方法。
（項目８）
上記プリアンブル部において上記第一の既知の拡散シーケンスまたは上記第二の既知の拡散シーケンスによって伝送されたカバーコードから１つ以上の物理層パラメータを抽出することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記１つ以上の物理層パラメータが、自動利得制御パラメータ、単一キャリア／多重キャリアパラメータ、ヘッダ速度パラメータ、ネットワークＩＤナンバーパラメータ、およびピコネットＩＤナンバーから成る群から選択されたパラメータを含む、項目８に記載の方法。
（項目１０）
上記第一のタイミング信号Ｃ１（ｎ）は、以下の式
（数３）

に従って算出され、
式中、
ａは、上記第一の既知の拡散シーケンスであり、
ｒは、受信信号であり、
Ｎは、上記第一の既知の拡散シーケンス長であり、
上記フレームタイミング信号Ｃ２（ｎ）は、以下の式に従って算出され、
（数４）

式中、
ｂは、上記第二の既知の拡散シーケンスであり、
Ｍは、上記第二の既知の拡散シーケンス長である、項目１に記載の方法。
（項目１１）
上記データパケットが、広帯域無線システム、６０ギガヘルツ広帯域無線システム、ＷＬＡＮ、ＷｉＭａｘ、ＷＰＡＮ、セルラーシステムから成る群から選択された無線システム上で受信される、項目１に記載の方法。
（項目１２）
データパケットからデータを抽出するように構成された無線受信器であって、
プリアンブル部およびペイロード部を有するデータパケットを受信するアンテナと、
記号タイミング信号を生成するために、上記プリアンブル部を第一の既知の拡散シーケンスと相互相関するように構成された第一の相互相関器と、
フレームタイミング信号を生成するために、上記プリアンブル部を第二の既知の拡散シーケンスと相互相関するように構成された第二の相互相関器と、
上記記号タイミング信号におけるインパルスを検出するように構成された第一のインパルス検出器と、
上記フレームタイミング信号におけるインパルスを検出するように構成された第二のインパルス検出器と、
上記第一のインパルス検出器による上記記号タイミング信号における上記検出したインパルスに基づいて、記号タイミングパラメータを設定するように構成され、かつ上記第二のインパルス検出器により検出された、上記フレームタイミング信号における上記検出したインパルスに基づいて、フレームタイミングパラメータを設定するように構成されたパラメータ設定器と、
上記設定した記号タイミングパラメータおよび上記設定したフレームタイミングパラメータに従って、上記受信したペイロード部からデータを抽出するように構成されたデータ抽出器と
を備える無線受信器。
（項目１３）
上記第一の既知の拡散シーケンスを用いて伝送された上記プリアンブル部の第一部は、上記プリアンブル部の同期セグメントに対応し、
上記第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送された上記プリアンブル部の第二部は、上記プリアンブル部の開始フレームデリミタセグメントに対応する、項目１２に記載の受信器。
（項目１４）
上記フレームタイミングパラメータ以外のパラメータは、上記開始フレームデリミタセグメントの開始部において、上記第二の既知の拡散シーケンスの第一の反復中に伝送されたカバーコードを用いて設定される、項目１３に記載の受信器。
（項目１５）
第一のカバーコードは、上記同期セグメントの全範囲において反復され、
第二のカバーコードは、上記開始フレームデリミタセグメントの上記開始部において二度反復され、
上記第二のカバーコードが、上記第一のカバーコードを補完する、項目１４に記載の受信器。
（項目１６）
上記二度反復された第二のカバーコードの受信に続いて、上記第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたカバーコードから上記フレームタイミングパラメータ以外の１つ以上のパラメータを抽出するように構成されたカバーコードデコーダをさらに備える、項目１５に記載の受信器。
（項目１７）
上記第一の既知の拡散シーケンスおよび上記第二の既知の拡散シーケンスの各々が、送信器および受信器の両方に既知である疑似乱数である、項目１２に記載の受信器。
（項目１８）
上記第一の既知の拡散シーケンスが、第一のゴーレイシーケンスであり、
上記第二の既知の拡散シーケンスが、上記第一のゴーレイシーケンスを補完する第二のゴーレイシーケンスである、項目１７に記載の受信器。
（項目１９）
上記プリアンブル部において上記第一の既知の拡散シーケンスまたは上記第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたカバーコードから１つ以上の物理層パラメータを抽出するように構成されたカバーコードデコーダをさらに備える、項目１２に記載の受信器。
（項目２０）
上記１つ以上の物理層パラメータが、自動利得制御パラメータ、単一キャリア／多重キャリアパラメータ、ヘッダ速度パラメータ、ネットワークＩＤナンバーパラメータ、およびピコネットＩＤナンバーから成る群から選択されたパラメータを含む、項目１９に記載の受信器。

Claims

無線ネットワーク上で伝送されたデータパケットからデータを抽出する方法であって、
（ｉ）第一の既知の拡散シーケンスと組み合わされて使用される第一のカバーコード及び（ｉｉ）第二の既知の拡散シーケンスと組み合わされて使用される第二のカバーコードを含むプリアンブル部と、ペイロード部とを有するデータパケットを受信する段階と、
第一のタイミング信号を生成するために、前記プリアンブル部を前記第一の既知の拡散シーケンスと相互相関する段階と、
フレームタイミング信号を生成するために、前記プリアンブル部を前記第二の既知の拡散信号と相互相関する段階と、
前記第一のタイミング信号におけるインパルスを検出する段階と、
前記第一のタイミング信号の前記検出したインパルスに基づいて、第一のタイミングパラメータを設定する段階と、
前記フレームタイミング信号におけるインパルスを検出する段階と、
前記フレームタイミング信号における前記検出したインパルスに基づいて、フレームタイミングパラメータを設定する段階と、
前記設定した第一のタイミングパラメータおよび前記設定したフレームタイミングパラメータに従って、前記受信したペイロード部からデータを抽出する段階と、
前記プリアンブル部において前記第一の既知の拡散シーケンス及び前記第二の既知の拡散シーケンスによって伝送されたカバーコードの少なくとも一方から、１以上の物理層パラメータを抽出する段階と、
を含む方法。
前記第一の既知の拡散シーケンスを用いて伝送された前記プリアンブル部の第一部は、前記プリアンブル部の同期セグメントに対応し、
前記第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送された前記プリアンブル部の第二部は、前記プリアンブル部の開始フレームデリミタセグメントに対応する、
請求項１に記載の方法。
前記１以上の物理層パラメータは、前記第二のカバーコードを用いて設定される、
請求項２に記載の方法。
前記第一のカバーコードは、前記同期セグメントの全範囲において反復され、
前記第二のカバーコードは、前記開始フレームデリミタセグメントの開始部において二度反復され、
前記第二のカバーコードが、前記第一のカバーコードを相補する、
請求項２に記載の方法。
前記１以上の物理層パラメータは、前記二度反復された第二のカバーコードに続いて、前記第二の既知の拡散シーケンスにより伝送されたカバーコードから抽出される、
請求項４に記載の方法。
前記第一の既知の拡散シーケンスおよび前記第二の既知の拡散シーケンスの各々が、送信器および受信器の両方に既知である疑似乱数である、
請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の方法。
前記第一の既知の拡散シーケンスが、第一のゴーレイシーケンスであり、
前記第二の既知の拡散シーケンスが、第二のゴーレイシーケンスであり、前記第二のゴーレイシーケンスが、前記第一のゴーレイシーケンスの相補的なシーケンスである、
請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の方法。
受信されたプリアンブル部において拡散シーケンスが用いられた順序に基づいて、前記第一のタイミングパラメータ及び前記フレームタイミングパラメータとは異なる第３のパラメータを確定する段階をさらに含む、
請求項１から請求項７までの何れか一項に記載の方法。
前記１つ以上の物理層パラメータが、ネットワークＩＤナンバーパラメータ、およびピコネットＩＤナンバーから成る群から選択されたパラメータを含む、
請求項１から請求項８の何れか一項に記載の方法。
前記第一のタイミング信号Ｃ１（ｎ）は、以下の式

に従って算出され、
式中、
ａは、前記第一の既知の拡散シーケンスであり、
ｒは、受信信号であり、
Ｎは、前記第一の既知の拡散シーケンス長であり、
前記フレームタイミング信号Ｃ２（ｎ）は、以下の式に従って算出され、

式中、
ｂは、前記第二の既知の拡散シーケンスであり、
Ｍは、前記第二の既知の拡散シーケンス長である、
請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の方法。
前記データパケットが、広帯域無線システム、６０ギガヘルツ広帯域無線システム、ＷＬＡＮ、ＷｉＭａｘ、ＷＰＡＮ、セルラーシステムから成る群から選択された無線システム上で受信される、
請求項１から請求項１０までの何れか一項に記載の方法。
データパケットからデータを抽出するように構成された無線受信器であって、
（ｉ）第一の既知の拡散シーケンスと組み合わされて使用される第一のカバーコード及び（ｉｉ）第二の既知の拡散シーケンスと組み合わされて使用される第二のカバーコードを含むプリアンブル部と、ペイロード部とを有するデータパケットを受信するアンテナと、
記号タイミング信号を生成するために、前記プリアンブル部を前記第一の既知の拡散シーケンスと相互相関するように構成された第一の相互相関器と、
フレームタイミング信号を生成するために、前記プリアンブル部を前記第二の既知の拡散シーケンスと相互相関するように構成された第二の相互相関器と、
前記記号タイミング信号におけるインパルスを検出するように構成された第一のインパルス検出器と、
前記フレームタイミング信号におけるインパルスを検出するように構成された第二のインパルス検出器と、
前記第一のインパルス検出器による前記記号タイミング信号における前記検出したインパルスに基づいて、記号タイミングパラメータを設定するように構成され、かつ前記第二のインパルス検出器により検出された、前記フレームタイミング信号における前記検出したインパルスに基づいて、フレームタイミングパラメータを設定するように構成されたパラメータ設定器と、
前記設定した記号タイミングパラメータおよび前記設定したフレームタイミングパラメータに従って、前記受信したペイロード部からデータを抽出するように構成されたデータ抽出器と、
前記プリアンブル部において前記第一の既知の拡散シーケンス及び前記第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたカバーコードの少なくとも一方から、１以上の物理層パラメータを抽出するように構成されたカバーコードデコーダと、
を備える無線受信器。
前記第一の既知の拡散シーケンスを用いて伝送された前記プリアンブル部の第一部は、前記プリアンブル部の同期セグメントに対応し、
前記第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送された前記プリアンブル部の第二部は、前記プリアンブル部の開始フレームデリミタセグメントに対応する、
請求項１２に記載の無線受信器。
前記１以上の物理層パラメータは、前記第二のカバーコードを用いて設定される、
請求項１３に記載の無線受信器。
前記第一のカバーコードは、前記同期セグメントの全範囲において反復され、
第二のカバーコードは、前記開始フレームデリミタセグメントの開始部において二度反復され、
前記第二のカバーコードが、前記第一のカバーコードを相補する、
請求項１３に記載の無線受信器。
前記カバーコードデコーダは、前記二度反復された第二のカバーコードの受信に続いて、前記第二の既知の拡散シーケンスを用いて伝送されたカバーコードから、前記１以上の物理層パラメータを抽出する、
請求項１５に記載の無線受信器。
前記第一の既知の拡散シーケンスおよび前記第二の既知の拡散シーケンスの各々が、送信器および受信器の両方に既知である疑似乱数である、
請求項１２から請求項１６までの何れか一項に記載の無線受信器。
前記第一の既知の拡散シーケンスが、第一のゴーレイシーケンスであり、
前記第二の既知の拡散シーケンスが、前記第一のゴーレイシーケンスを相補する第二のゴーレイシーケンスである、
請求項１７に記載の無線受信器。
前記パラメータ設定器は、受信されたプリアンブル部において拡散シーケンスが用いられた順序に基づいて、前記記号タイミングパラメータ及び前記フレームタイミングパラメータとは異なる第３のパラメータを確定する、
請求項１２から請求項１８までの何れか一項に記載の無線受信器。
前記１つ以上の物理層パラメータが、ネットワークＩＤナンバーパラメータ、およびピコネットＩＤナンバーから成る群から選択されたパラメータを含む、
請求項１２から請求項１９までの何れか一項に記載の無線受信器。