JP5793098B2

JP5793098B2 - 信号検出装置及び信号検出方法

Info

Publication number: JP5793098B2
Application number: JP2012058608A
Authority: JP
Inventors: 高橋　洋; 洋高橋; 浦部　嘉夫; 嘉夫浦部; 和弘安道; 岡　直人; 直人岡; 誠隆入江
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP2013192159A

Description

本発明は、他システムの信号を検出する信号検出装置及び信号検出方法に関する。

近年、６０ＧＨｚ帯を使用するミリ波無線通信において、複数の無線通信規格が策定若しくは検討されている。免許を受ける必要がない主要な無線ＬＡＮ（Local Area Network）／無線ＰＡＮ（Personal Area Network）規格としては、例えば、ＷｉＧｉｇ(Wireless Gigabit) 、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＤ（High Definition）、ＥＣＭＡ−３８７がある。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ規格の策定も進められている。

さらに、各規格内においても、目的とするアプリケーションに応じた複数の無線方式（例えば、シングルキャリア方式、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式が併存している。

複数の無線通信規格のそれぞれに対応するシステムが併存し、各システム内においても複数の無線方式が併存する。ミリ波無線通信が普及した場合には、異なる複数の無線方式が近接して使用される状況が多くなると想定される。そのため、各システムは、周波数チャネルを使い分けることにより、同一空間において同時に通信できる。

しかし、６０ＧＨｚ帯において利用可能な周波数チャネルは、３チャネル乃至４チャネルに限定されているため、ミリ波無線通信が普及した場合には、異なる複数のシステムが同一周波数チャネルを使用することが予想される。この結果、システム間における干渉が発生し、各システムにおける通信性能の低下が懸念される。

干渉を回避するためには、まず、対象システムに対する他システムからの干渉信号を検出することが必要になる。従来、信号検出方法として、電力によるキャリアセンス（以下、単に「キャリアセンス」と表記）が広く用いられている。キャリアセンスは、電力を検出することによって、信号を検出する方法である。

具体的には、キャリアセンスにおいては、受信された信号の電力が測定され、測定された電力値が所定の閾値を上回った場合には、信号が検出されたと認識される。キャリアセンスの特長は、種別によらず信号を検出できることである。

なお、キャリアセンスとして、例えば、特許文献１に開示の技術が知られている。特許文献１には、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１のＣＣＡ（Clear Channel Assessment）のキャリアセンスにおいて、電力（レベル）が所定の閾値を超えたら、伝送媒体が使用中であることを示すビジー状態と判定し、所定の閾値を超えなくても、伝送媒体が使用中か否かを判定中のペンディング状態に遷移し、ペンディング状態においてプリアンブルを検出したらビジー状態と判定する方法が提案されている。これにより、所定の閾値を超えない電力の信号も検出できる。

特開２０１０-２８７５０号公報

しかし、特許文献１に開示の技術では、弱い電力の信号を検出できるが、所定の閾値を超えるノイズが検出された場合には、ノイズと信号との区別がつかず、ノイズも信号として誤って検出するため、電力検出自体の感度は改善されていないという問題がある。

すなわち、検出感度を向上させるために所定の閾値を低く設定すると、ノイズを信号として誤検出し易くなる一方、誤検出を防ぐために所定の閾値を高く設定すると、検出感度が悪くなるというキャリアセンスの問題点が改善されていない。

本発明の目的は、ノイズを信号として検出する誤検出を低減し、電力検出感度を向上させる信号検出装置及び信号検出方法を提供することである。

本発明の信号検出装置は、所定の第１閾値を超える受信電力の受信信号を検出する電力検出手段と、前記電力検出手段により検出された前記受信電力の受信信号である第１受信信号と、前記第１受信信号の次に前記電力検出手段により検出された前記受信電力の受信信号である第２受信信号との相関値を算出する相関値算出手段と、算出された前記相関値の絶対値を算出する絶対値算出手段と、算出された前記相関値の絶対値と所定の第２閾値との閾値判定に基づいて、検出対象信号の有無を判定する判定手段と、を具備する構成を採る。

本発明の信号検出方法は、所定の第１閾値を超える受信電力の受信信号を検出する電力検出工程と、前記電力検出工程において検出された受信電力の受信信号である第１受信信号と、前記電力検出工程において前記第１受信信号の次に検出された受信電力の受信信号である第２受信信号との相関値を算出する相関値算出工程と、算出された前記相関値の絶対値を算出する絶対値算出工程と、算出された前記相関値の絶対値と所定の第２閾値との閾値判定に基づいて、検出対象信号の有無を判定する判定工程と、を具備する。

本発明によれば、ノイズを信号として検出する誤検出を低減し、電力検出感度を向上できる。

本発明の実施の形態１に係る信号検出装置の構成を示す図図１に示した信号検出装置の動作説明に供する図本発明の実施の形態２に係る信号検出装置の動作説明に供する図各ビーコン群において１つのビーコンが受信信号と判定された場合の信号検出装置の動作説明に供する図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施の形態では、複数のミリ波無線通信規格のそれぞれに対応する複数の通信システムが混在している状況を前提とする。各通信システムにおいては、送信装置（例えば、アクセスポイント）が、各通信システムにおいて設定されている周期信号をプリアンブル部分に配置して送信する。

また、実施の形態に係る信号検出装置は、上記した複数の通信システム内のいずれかの通信システムと通信する受信装置（例えば、端末装置）に搭載され、搭載されている受信装置が通信する通信システム（以下、「自システム」と称する）からのフレームを検出する。

なお、以下において、信号検出装置が複数の他システムのフレームを検出することを前提に説明するが、検出対象のフレームに自システムのフレームが含まれてもよい。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る信号検出装置１００の構成を示す図である。以下、図１を参照して信号検出装置１００の構成について説明する。

図１において、信号検出装置１００は、電力検出部１０１と、記憶部１０２と、乗算器１０３と、積分器１０４と、絶対値算出部１０５と、判定部１０６とを含む。

信号検出装置１００は、受信装置においてアンテナを介して受信された無線受信信号が無線受信処理（例えば、ダウンコンバート、アナログディジタル変換）を施された後に得られる受信信号、つまり、ベースバンド信号を入力する。入力された受信信号が分配（複製）され、複数の分配信号が、電力検出部１０１と、記憶部１０２と、乗算器１０３とに入力される。

電力検出部１０１は、入力された受信信号の電力を検出し、電力検出閾値を超える電力を検出した場合、記憶部１０２にトリガを出力する。

記憶部１０２は、電力検出部１０１からトリガが出力された場合、入力された受信信号を第１受信信号として記憶する。また、記憶部１０２は、電力検出部１０１から次のトリガが出力された場合、記憶済みの第１受信信号を乗算器１０３に出力し、新たに入力された受信信号を第２受信信号として記憶する。

乗算器１０３は、入力された第２受信信号と、記憶部１０２から出力された第１受信信号とを乗算し、乗算結果を積分器１０４に出力する。

積分器１０４は、乗算器１０３から出力された乗算結果を所定の期間において積分し、積分結果（つまり、第２受信信号と第１受信信号との相関値）を絶対値算出部１０５に出力する。なお、乗算器１０３及び積分器１０４は相関値算出手段として機能する。

絶対値算出部１０５は、積分器１０４から出力された相関値の絶対値を算出して、判定部１０６に出力する。

判定部１０６は、絶対値算出部１０５から出力された相関値の絶対値に基づいて、検出対象信号の有無を判定する。具体的には、判定部１０６は、相関値の絶対値が信号検出閾値以上では、検出対象信号を検出したと判定し、相関値の絶対値が信号検出閾値未満では、検出対象信号を検出していない、すなわち、第１受信信号及び又は第２受信信号がノイズと判定する。

次に、上記構成を有する信号検出装置１００の動作について図２を用いて説明する。図２は、受信信号の入力タイミング、電力検出タイミング及び検出対象信号の検出タイミングを示している。

電力検出閾値を超える第１受信信号Ｓ１の電力が電力検出部１０１によって検出されると、記憶部１０２が第１受信信号Ｓ１を記憶する。

続いて、第１受信信号Ｓ１の次に第２受信信号Ｓ２の電力が電力検出閾値を超えることが検出されると、記憶部１０２は、記憶された第１受信信号Ｓ１を乗算器１０３に出力し、第２受信信号Ｓ２を記憶する。この時点では、第２受信信号Ｓ２が検出対象信号かノイズかは不明である。

信号検出装置１００に入力された第２受信信号Ｓ２と、記憶部１０２から出力された第１受信信号Ｓ１とは乗算器１０３によって乗算され、乗算器１０３の乗算結果が積分器１０４によって積分され、第２受信信号Ｓ２と第１受信信号Ｓ１との相関値が求められる。

絶対値算出部１０５は、積分器１０４によって得られた相関値の絶対値を算出し、判定部１０６は、相関値が信号検出閾値以上であれば、第２受信信号Ｓ２が検出対象信号であると判定する。また、判定部１０６は、相関値が信号検出閾値未満であれば、第１受信信号Ｓ１及び又は第２受信信号Ｓ２がノイズと判定する。

ここで、電力検出部１０１において電力検出閾値を超えた第２受信信号Ｓ２がノイズであった場合には、第１受信信号Ｓ１と第２受信信号Ｓ２との相関値が小さくなり、判定部１０６において信号検出閾値を超えないため、ノイズを信号として誤検出する頻度を低減できる。このため、電力検出部１０１の電力検出閾値を低く設定することにより、電力検出感度を向上できる。

信号検出装置１００は、電力検出感度を向上させるために電力検出閾値を低く設定し、これにより生じ易くなるノイズの誤検出を、自己相関を用いた検出判定処理によって排除している。これにより、ノイズの誤検出低減と、電力検出感度の向上との両立を図ることができる。

なお、信号検出装置１００が他システムからの干渉信号を検出した場合には、信号検出装置１００を備える受信装置が検出した電力又は検出の頻度に応じて、干渉を回避するための動作を開始する。干渉を回避するための一般的な動作としては、例えば、周波数チャネルの変更、送信タイミングの変更、送信電力制御及びアンテナ指向性制御がある。

実施の形態１によれば、電力検出閾値を超える電力の受信信号が検出されるたびに、前回検出された受信信号との相関値を算出し、算出した相関値と信号検出閾値との大小比較に基づいて、受信信号が検出対象信号か否かを判定することにより、ノイズを信号として検出する誤検出を低減し、電力検出感度を向上できる。

（実施の形態２）
ミリ波無線通信では、アンテナの指向性制御（以下、「ビームフォーミング」と称する）を行うことを特徴としている。他システムのアクセスポイントが、ビームフォーミングのために１ｕｓ以下の間隔（ＷｉＧｉｇでは１ｕｓ、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃでは０．５ｕｓ）によって、ビーコンフレーム（例えば、無線システムの時刻情報を含む）を送信しており、いくつかのビーコンフレームによって構成されるビーコンフレーム群を周期的に送信する。このため、信号検出装置１００は、ビームフォーミングが適用された複数のビーコンフレームを一定の電力によって受信することは困難である。

本発明の実施の形態では、ビームフォーミングが適用されたビーコンフレームを受信する場合について説明する。ただし、本発明の実施の形態２に係る信号検出装置の構成は、実施の形態１の図１に示した構成と同様であるので、適宜、図１を援用して説明する。

ビームフォーミングが適用されたビーコンフレームを受信する場合の信号検出装置１００の動作について図３を用いて説明する。図３は、受信信号の入力タイミング、電力検出タイミング及びフレームの検出タイミングを示している。

信号検出装置１００は、ビームフォーミングが適用された４つのビーコンを含むビーコン群を受信する。ここでは、第１ビーコン群から第３ビーコン群までを受信している。図３では、信号検出装置１００が受信する第１ビーコン群に含まれる第１ビーコンから第４ビーコンの受信電力はそれぞれ異なる。

図３では、第１ビーコン、第２ビーコン及び第３ビーコンについては、電力が電力検出閾値以上のため、電力検出部１０１は受信信号があると判定し、第４ビーコンについては、電力が電力検出閾値未満のため、電力検出部１０１は受信信号がないと判定する。同様に、第２ビーコン群は、第５ビーコンから第８ビーコンについて、第３ビーコン群は、第９ビーコンから第１２ビーコンについて受信信号の有無が判定される。

信号検出装置１００は、乗算器１０３、積分器１０４、絶対値算出部１０５を用いて、第１ビーコンと第２ビーコンとの相関をとり、判定部１０６においてフレームを検出する。

同様に、信号検出装置１００は、第２ビーコンと第３ビーコンとの相関演算を行い、フレームを検出する。さらに、信号検出装置１００は、ビーコン群を超えて、第３ビーコンと第５ビーコンとの相関演算を行い、フレームを検出する。以降、上記同様の動作が行われる。なお、ここでは、電力検出閾値を超えた信号がビーコンであることを前提としているため、判定部１０６は、入力される相関値が信号検出閾値以上となり、フレームを検出できる。

ビーコンは同一の信号が繰り返し送信されるため、ビームフォーミングが適用されたことにより電力検出レベルの異なるビーコン同士であっても、自己相関の演算が可能であり、フレーム検出精度を向上できる。

次に、各ビーコン群において、１つのビーコンについて、電力検出閾値を超えて受信信号があると判定される場合について図４を用いて説明する。図４は、受信信号の入力タイミング、電力検出タイミング及びフレームの検出タイミングを示している。

図４では、第１ビーコン群から第３ビーコン群のうち、第４ビーコンと、第８ビーコンと、第１２ビーコンが電力検出閾値を超える。このため、信号検出装置１００は、各ビーコン群内において相関をとることは困難である。

そこで、信号検出装置１００は、第１ビーコン群の第４ビーコンと、第２ビーコン群の第８ビーコンとの相関演算を行い、フレームを検出する。

各ビーコン群において１つのビーコンが電力検出閾値を超える場合であっても、ビーコン群を超えたビーコン同士の相関演算が可能であるので、フレーム検出精度を向上できる。

実施の形態２によれば、検出対象信号を同一の信号が繰り返し送信されるビーコンフレームとすれば、ビームフォーミングが適用されたことにより電力検出レベルの異なるビーコンフレームであっても、実施の形態１の信号検出装置によって、フレームを精度良く検出できる。

上記各実施の形態では、本発明をハードウェアによって構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連携においてソフトウェアによって実現可能である。

また、上記各実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、各機能ブロックの一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。

また、集積回路化の手法にはＬＳＩに限らず、専用回路または汎用プロセッサによって実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又は、ＬＳＩ内部の回路セルの接続、設定が再構成可能なリコンフィグラブル・プロセッサーを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、別技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

本発明にかかる信号検出装置及び信号検出方法は、複数の通信システムのうち、いずれかの通信システムと通信する受信装置、例えば、端末装置に適用できる。

１０１電力検出部
１０２記憶部
１０３乗算器
１０４積分器
１０５絶対値算出部
１０６判定部

Claims

所定の第１閾値を超える受信電力の受信信号を検出する電力検出手段と、
前記電力検出手段により検出された前記受信電力の受信信号である第１受信信号と、前記第１受信信号の次に前記電力検出手段により検出された前記受信電力の受信信号である第２受信信号との相関値を算出する相関値算出手段と、
算出された前記相関値の絶対値を算出する絶対値算出手段と、
算出された前記相関値の絶対値と所定の第２閾値との閾値判定に基づいて、検出対象信号の有無を判定する判定手段と、
を具備する信号検出装置。
前記判定手段は、前記相関値の絶対値が前記第２閾値以上では、前記検出対象信号を検出したと判定する、
請求項１に記載の信号検出装置。
前記受信信号は、ビーコンである請求項１に記載の信号検出装置。
前記受信信号は、ビームフォーミングが適用されたビーコンである請求項１に記載の信号検出装置。
前記電力検出手段により検出された前記受信電力の受信信号を記憶する記憶部を具備する請求項１〜４のいずれか１項に記載の信号検出装置。
所定の第１閾値を超える受信電力の受信信号を検出する電力検出工程と、
前記電力検出工程において検出された前記受信電力の受信信号である第１受信信号と、前記電力検出工程において前記第１受信信号の次に検出された前記受信電力の受信信号である第２受信信号との相関値を算出する相関値算出工程と、
算出された前記相関値の絶対値を算出する絶対値算出工程と、
算出された前記相関値の絶対値と所定の第２閾値との閾値判定に基づいて、検出対象信号の有無を判定する判定工程と、
を具備する信号検出方法。