JP6075960B2 - 多重トーン信号の同期化 - Google Patents

Description

関連出願 なし

本明細書に記載される主題は電子通信に関し、さらに具体的には無線通信システムにおいて使用できるリモートタイミング同期化技術に関するものである。

タイミングの取得及び同期化は、デジタル通信システム、レーダーシステム、及びデジタル信号処理システム等のモデム電子システムの重要な要素である。受信機の同期化のテーマは多数のデジタル通信の本（例えば、Ｓｋｌａｒ，Ｂ氏著、デジタル通信、第２版、１０章、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ、Ｕｐｐｅｒ Ｓａｄｄｌｅ Ｒｉｖｅｒ、Ｎ．Ｊ．、２００１参照）に記載されており、本全体がデジタル通信システム内での受信機の同期化の主題について書かれている（Ｍｅｎｇａｌｉ、Ｕ氏著、デジタル受信機の同期化技術、Ｓｐｉｎｇｅｒ、Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、Ｎ．Ｙ．、１９９７；Ｍｅｙｒ、Ｈ．氏等著、デジタル通信における同期化、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ、Ｈｏｂｏｋｅｎ、Ｎ．Ｊ．、１９９０）。多くの応用形態、例えば携帯電話システムの非常に高密度の信号環境、深宇宙探査の低信号対ノイズ比通信チャネル、又はほとんどのパソコンのデジタルモデムによって利用される超狭帯域システムにおいては、効率的な信号同期化技術が望まれている。受信機内部の同期化作用には基本的に、受信機内部の伝達信号に含まれるタイミング情報を複製することが含まれ、これにより伝達信号内で変調された又は符号化されたデータ情報を抽出することができる。最初に同期化を行わない限り、データ情報を伝達信号から抽出することができず、通信リンクが機能しない。したがって、タイミングの取得は受信機と送信機の間の通信リンクが確立された時に行われる最初の処理のうちの一つである。

上述したシステムにおいて用いられる一つの技術では、タイミングの取得及び同期化にＰＮシーケンスを使用する。加えて、改善されたクロック及びＧＰＳの偏在により、受信機においてタイミングの取得に使用するための正確な時間基準が利用可能である。これにより、ＧＰＳ及び/又は改善されたクロックにもアクセス可能な多数の異なる応用形態において、タイミングの取得のためにＰＮシーケンスを送る時に、これらのシステムのタイミングの不確実性が低減されている。

ある既存のタイミング及び同期化の解決策では、特定の周波数帯域内の符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）方式の信号をタイミング信号として使用する。受信機は、このＣＤＭＡ信号のテンプレートに対する相関技術を使用してこの信号に同期する。この構造は、タイミング信号が隣接する周波数帯域を占有するのを制限し、最大相関がどこかを判断するのに大型で速い相関ユニットを必要とし、周波数に依存する伝播の効果及び干渉に対して弱く、信号のマルチパス干渉によって乱れる可能性がある。

したがって、無線通信システムで使用できるリモートタイミングの同期化技術が有用であり得る。

添付の図面を参照しながら詳細説明を記載する。

図１は実施形態による、位相測定値のモジュロ平均及び分散を判断するためのアルゴリズムのフロー図である。 図２は実施形態による、モジュロ平均位相推定手法及び標準平均位相推定の間の性能の変動を示すグラフである。 図３は実施形態による、多重トーン送信機及び受信機を含む通信システムの機能構成部品の概要図である。 図４は実施形態による、４つの異なる帯域幅内でのトーン周波数の多数の選択範囲を示すグラフである。 図５は実施形態による、適応ベースの周波数フレーム変更アルゴリズムを実行する通信システムの機能構成部品の概要図である。 図６は実施形態による、適応ベースの周波数フレーム変更アルゴリズムを実行する通信システムの機能構成部品の概要図である。 図７は実施形態による、適応ベースの周波数フレーム変更アルゴリズムを実行する通信システムの機能構成部品の概要図である。 図８は実施形態による、ＲＦ通信機能の構成部品の概要図である。

本明細書に記載されるのは、無線通信システムにおいて使用できるリモートタイミング同期化技術の装置、システム、及び方法である。一以上の実施形態において、無線通信システムのタイミング取得工程で使用される動作周波数範囲内でトーン周波数のセットを生成する方法は、周波数分解能に対し、及び無線通信システムの動作周波数範囲内で互いに素となる整数である周波音のセットを生成するシステム周波数分解能を選択することを含む。

一又は複数の実施形態では、無線通信システムのタイミング取得工程で使用される動作周波数範囲内のトーン周波数のセットを生成する装置は、プロセッサと、該プロセッサがシステム周波数分解能を選択し、又、周波数分解能に関して互いに素となる整数であり、かつ無線通信システムの動作周波数の範囲内にある周波音のセットを発生させる論理命令を備えるメモリモジュールとを含む。

一又は複数の実施形態では、無線通信システムは周波音の第１サブセットを生成して送信する送信ノードと、周波音の第１サブセットを含む少なくとも２つの信号を受信し、２つの信号間の位相差を計算し、位相差を利用して送信機と受信機を同期化する受信ノードを含む。

下記の説明において、様々な実施形態を良く理解することができるように多数の詳細情報を明記する。しかしながら当業者には当然なことであるように、様々な実施形態は詳細情報なしで実行することが可能である。その他の場合には、既知の方法、手順、構成部品、及び要素は、特定の実施形態を分かりにくくすることがないように詳細に図示又は説明していない。

本出願は、無線通信ネットワークにおいてタイミングを取得するための技術を説明し主張する。本明細書で説明するタイミングの同期化技術を使用して、ネットワークの送信機及び受信機を同期化することができる。概して、本明細書に記載されるタイミングの取得工程の幾つかの実施形態には、送信所の所定の特徴を有する周波音の一又は複数のセットを生成することが含まれる。少なくとも一つの周波音のサブセットが送信所から送られる。マルチパス環境においては、マルチプルインスタンスのトーンが受信所において受信される。受信所の論理は、受信所で受信した対応する一連のトーン間の位相差を利用して、タイミング遅延を判断することができ、このタイミング遅延を利用して送信機及び受信機を同期化することができる。

通常ノイズ・フロアより小さい振幅を有する多重トーンを使用することによって、本明細書に記載される技術は、タイミング信号が他の信号と干渉せずに占有信号帯域に属することができる点で、ＣＤＭＡと同様の特性を有する。しかしながら、本明細書に記載されるシステムは多様な隣接していない周波数範囲を使用することができ、単純なデシメーションフィルタを計算要素として使用して実行することができ、多重トーンのマルチパスを検出することができるためにマルチパス干渉に強く、非線形伝播効果を補正することができる。

背景として、以下の一セットのｉ＝１、２、．．．、ｗの伝達音{ｓ_ｉ}の複合信号モデルを考えてみよう。

上記式において、ａ_ｉは未知の振幅、ｆ_ｉは周波数（Ｈｚ）、そしてθ_ｉ、０．５<θ_ｉ<０．５は位相である。Ｄが全ての音が伝播される未知の時間遅延である場合、受信されたトーン{ｓ_ｉ}は下記のようになる。

又は

上記式において、θ_ｉ’＝θ_ｉ−ｆ_ｉＤが成り立つ。これであれば、|Ｄ|<１／（２ｆ_ｉ）の明確な同期化（又は時間遅延の測定値）には、各トーンの周波数の知識とともに、２つの信号（すなわち、遅延あり対遅延なし）の位相差の測定値のみが必要である。同様に、通常伝播によって発生する時間遅延には周波数依存の特徴があり、このため、各トーンはｇ_ｉＤで示される既知の可逆非線形工程とは異なる数値で遅延し、θ_ｉ’＝θ_ｉ−ｆ_ｉｇ_ｉ（Ｄ）が成り立つため、位相差を計算した後で下記式を介してＤを計算することができる。
又は

しかしながら、|Ｄ|<１／（２ｆ_ｉ）の範囲条件によりこの方法の有用性が制限される。この制限を補正する一つのやり方は、各トーンの位相を測定し、中国の剰余定理（ＣＲＴ）を利用して実際の信号遅延を再現することである。ＣＲＴにより、位相を（位相の不明確さを除去する）非常に低い周波数信号で計算するように計算することができるが、高い周波数信号で位相を計算することで正確さを有するアルゴリズムが提供される。数学的に、分解能係数ｆ_ｒは、どれほど正確に位相を測定することができるかに基づいて選択することができる。これは例えばｃ（光速）等の伝播速度係数であってもよく、そうすると時間差の測定値は距離の測定値となり、この結果下記式が成り立つ。

又は、最も近い整数に近似すると、下記式が成り立つ。

上記式において、ｆ_ｉはｆ_ｒの約数である。セット{ｆ_ｒ／ｆ_ｉ}の整数の値が互いに素となる整数である（自明でない共通の整数の因数がないことを意味する）限りにおいて、ＣＲＴにより整数{<（θ_ｉ−θ_ｉ’）ｆ_ｒ／ｆ_ｉ>}を使ってＤｍｏｄΠ_ｉ（ｆ_ｒ／ｆ_ｉ）を計算することができる。したがって、Ｄの範囲は単一の周波数の単一の周期から多数の周波数の積となる周期まで広げることができる、すなわち|Ｄ|<０．５Π（ｆ_ｒ／ｆ_ｉ）の範囲の全てのＤの不明確さなしに遅延を測定することができる。

完全性を期すために、中国の剰余定理（ＣＲＴ）を簡単に説明する。ＣＲＴは、正数モジュロの環Ｍ、Ｚ／ＭＺと、それぞれ係数ｍ_ｉを有する環の直積ΠＺ／ｍ_ｉＺとの間の同型（すなわちマッピング）であり、ここでΠｍ_ｉ＝Ｍであり、Ｍは計算のダイナミック・レンジ要件を満たすのに十分大きい。ある実施形態では、マッピングは下記のようになる。

を定義し、下記を確定する。

次に下記式を計算する。

ここで

であり、

はｘモジュロｙを示す。

実際には、測定集合値

の各値を見つけるのに関わる位相測定値は受信ノイズからの誤差を有する可能性があり（ここで、

は、測定ノイズを含む遅延信号の位相の測定値を示す）、このため、最も近い整数に近似する時に、正確な結果が１又はそれ以上ずれている確率がゼロではない。位相の推定及びこの推定値の精度の測定の両方を行うために、標準平均及び分散を計算する代わりに、モジュロ平均及びモジュロ分散を計算することができる。

図１は実施形態による、位相測定値のモジュロ平均及び分散を判断するためのアルゴリズムのフロー図である。図１を参照すると、ローパス・デシメーションフィルタ１１０は、複素位相ｐが−０．５〜０．５の範囲である複素サンプルの出力１１２を生成する。次にこの複素位相ｐは各サンプルについて３つの平行経路を使用する。行われる各経路の計算はわずかに異なり、最後に「最も良い」結果が選択される。

操作１１６において、位相ｐがゼロよりも小さい場合、操作１２０において次に位相ｐに１が加えられる。操作１１８において、位相ｐがゼロよりも大きい場合、操作１２２において次に位相から１が差し引かれる。中間経路において、平均及び分散を計算する前にｐの値は変更されない。

操作１３０、１３２及び１３４において、それぞれの位相は変更された位相それぞれの二乗と合計され、操作１４０、１４２、及び１４４においてそれぞれの平均及び分散が計算される。操作１５０において、最小分散を有する平均及び分散の対が選択され報告される。

図２は実施形態による、モジュロ平均位相推定手法及び標準平均位相推定の間の性能の変動を示すグラフである。さらに具体的には、図２は多様なランダム（ＳＮＲ）ノイズに渡り、そして位相がモジュロ境界に近いデータを示す幾つかの異なる曲線に対して、標準平均位相推定値技術に対する図１に示すアルゴリズムの性能の向上を示す。この場合、標準平均位相推定には、平均及び分散推定値に大きな誤差を生じる位相ラッピングの問題がある。この方法により、モジュロ境界によって発生する問題をより良く処理することができるため、平均の推定が向上する。

位相のモジュロ平均及び分散が判断されたら、位相差のモジュロ平均から来る整数位相推定

に（１又はそれ以上のずれ）の誤差がある確率を推定することができる。この可能性はモジュロ分散と近似操作の境界への距離の両方に依存し、下記式が成り立つ。

例えば、整数位相差

と、分散σ^２を有するガウス位相誤差分布を仮定すると、これは下記式を介して計算することができる。

その他の誤差分布も同様に対応することができる。

確率は分類することができ、もし余分なトーンが用いられるならば、一番低い確率を有する位相のサブセットを使用して推定される遅延

を計算することができる。これによりマルチパス及び干渉によって発生する誤差を除くことができる。ある実施形態では、ノイズ及びマルチパス／干渉の両方の誤差検出及び補正のために、ｍ_ｉ＝ｆ_ｒ／ｆ_ｉが互いに素であるトーンのセットを選択することができ、サブセット｛ｍ_ｉ｝_{ｉ＝ｌ、２、．．．、ｕ}により｛ｍ_ｉ｝_{ｉ＝ｕ＋ｌ、．．．、ｗ}が冗長係数である必要な全領域が判断される。各位相のモジュロ平均及び分散を予測することができ、各係数ｍ_ｉに対して整数の位相差及び分散｛μ_ｉ、σ_ｉ｝を計算することができる。次に、係数Ｊセットにおいて定義される順番で、位相のセット｛ｐ（μ_ｉ、σ_ｉ）｝を分類することができる。

システムが、上記損傷トーンが

で選択されるマルチパス／干渉構成において稼動すると仮定しよう。そうすると、最も低いサブセットのＪ

の各ｌに対し、中国の剰余定理（ＣＲＴ）を使用してＤ_ｌが評価される。ここで

は標準二項係数を表している。最も頻繁に生じる｛Ｄ_ｌ｝の値を正確な遅延として選択することができ、２回以上生じる値がない場合は、Ｊの最も低いｕ係数を使用する値を選択することができる。

上記の方法は、モジュロ平均をそのまま使用するだけのものよりも複雑であるが、これはまた、特にマルチパス及び／又は干渉信号によって発生する現実的な条件下でより良い性能を発揮する。表１には性能の向上を示すサンプル結果が含まれる。ここでσは各位相の計測値におけるガウス性ノイズを制御し、σによってｕ＝３である係数のセット｛７、９、１１、１３、１７｝に対する遅延の総誤差が発生する値が示される。使用される係数が多いほど、さらに大きい範囲のσに対応することができ、これは係数の数が増えるほど、誤差クリフが高くなるからである。

ある実施形態では、ドップラー／周波数のオフセットの推定値を生成することができる。例として、トラッキングフィルタを遅延の出力に適用することができ、これにより長い期間をかけて共通のドップラー及び周波数のオフセットが推定される。オフセットは、外部で発生したドップラー及び／又は周波数のオフセットを推定するため、全ての係数チャネルに対して共通のものであってよい。このオフセットを使用して、中心の参照トーンと、場合によりフィルタの幅の両方を調節することができる。

したがって、本明細書に説明しているのは信号の同期化に使用できる複数セットのトーン（すなわち、純粋な単一周波数正弦波）を構成する方法である。トーンはマルチパス及び／又は干渉の検出に基づいて環境状態の変化に対してトーンのセットを適合させる論理を含むことができる送信機によって送信することができる。さらに、状態の変化に対応する、又は無認可の使用を制限するために、トーンのフレームを自動的に変化させる技術を実行することができる。受信所において受信機はこれらのトーンを受信して各トーンの位相を計算することができる。

図３は実施形態による多重トーン送信機及び受信機を含む通信システムの概要図である。図３を参照すると、送信モジュールが図の左側に示され、受信モジュールが図の右側に示されている。ある実施形態では、送信モジュールはそれぞれの周波数Ｆ１、Ｆ２、．．．Ｆｎにおいてトーンを発振する複数のトーン発振器３１０ａ、３１０ｂ、．．．３１０ｎを含む。これらのトーン発振器を本明細書ではまとめて参照番号３１０で表示することができる。当業者はトーン発振器３１０の数ｎが理論的には無限であることを認識するだろう。実際にはトーン発振器３１０の数は送信に利用可能な帯域幅の関数であってよい。

トーン発振器３１０は、選択された周波数分解能ｆ_ｒに対して互いに素であるべきトーン周波数のセットｆ_{ｉ、ｉ＝１、．．．、ｎ}を発振する。つまり、ｆ_ｉ／ｆ_ｒは整数として互いに素であるべきである。この互いに素という方針があっても尚、構成の余裕は十分ある。下記の図４は、ただ互いに素であるよりもより厳しい条件、周波数がすべて完全に素数であることが要求される場合の、４つの異なる帯域幅内での周波数の漸近的数の選択肢を示す。互いに素の場合、選択肢の数はさらに多い。

ある実施形態では、トーンを発振する手順は下記のように実行され得る。信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、動作Ｒの周波数範囲、最大ドップラー及び最大の環境変化を含む様々な初期のシステムパラメータを利用してシステムの周波数分解能ｆ_ｒを選択することができる。互いに素である整数Ｆのリストが初期化されて空になる。次に、Ｒ／ｆ_ｒが整数のセット

として定義されるように、整数ｆ∈Ｒ／ｆ_ｒが選択される。１よりも大きいｆと最大公約数を有するＲ／ｆ_ｒの整数を除去することができる。この結果得られる整数ｆを次にＦセットに加えることができる。この工程は適切な長さのリストが作成されるまで繰り返すことができる。この工程により、互いに素である整数の増加するリストが作成され、対応するセット｛ｆ_ｒＦ｝はそして、本発明において説明する多重トーン同期化アルゴリズムとともに使用することができる動作周波数の範囲Ｒ内に含まれる実際の周波数のセットである。

トーン発振器３１０によって発振されるトーンはデジタルＩＦ発振器３１２に入力され、ここからの出力が加算器３１４に送られて加算器３１４において追加の伝達信号に加算される。例として、追加の伝達信号は送信機のその他の構成部品によって発振される伝達コンテンツを表すことができる。加算器３１４の出力はアップコンバータ／送信モジュール３１６に送られて、伝達周波数にアップ・コンバートされ、アンテナ３１８を介して送信される。

アンテナ３１８によって送信された信号は、受信機のアンテナ３３０によって受信され、アナログ信号をデジタル信号に変換するために低ノイズ増幅器３３２、チューナー３３４、及びアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ３３６に送られる。Ａ／Ｄコンバータからのデジタル信号の出力は、まとめて参照番号３４０で示すことができる周波数ミキサー３４０ａ、３４０ｂ、．．．、３４０ｎに入力され、ここでそれぞれの出力は基準トーン発振器３３８によって発振された基準トーンと混合される。

周波数ミキサー３４０の出力は各ローパス・フィルタ３４２ａ、３４２ｂ、．．．、３４２ｎに入力され、ここで信号はフィルタ処理され間引きされた後で、まとめて参照番号３４４で示される各位相推定器に通される。

伝播媒体により周波数依存非線形遅延が起きると、図３のアーキテクチャにより式４で説明したように各周波数の個々の非線形補正が可能になる。具体的には、位相推定器３４４ａ、３４４ｂ、．．．、３４４ｎの出力が非線形補正器３４６ａ、３４６ｂ、．．．、３４６ｎに通されて、位相が補正される。

それぞれ補正された位相推定値は、上述したＣＲＴアルゴリズムを使用してそれぞれの信号に対する位相／遅延推定値を生成するＣＲＴベースの位相／遅延推定モジュール３５０へ出力される。位相遅延推定値は、それぞれの信号に対してマルチパス／干渉推定値を生成するマルチパス／干渉推定モジュール３５２に入力される。ある実施形態では、マルチパス干渉推定モジュール３５２は上述したアルゴリズムを実行する。マルチパス／干渉推定モジュール３５２の出力は、上述したように周波数オフセット推定値を生成する周波数オフセット推定モジュール３５４に入力され、生成された周波数オフセット推定値はＬＰＦ／デシメータ回路３４２及び最終遅延推定モジュール３５６にフィードバックされ、最終遅延推定モジュール３５６は後に記載する幾つかの可能な周波数フレーム変更アルゴリズムのうちの一つを使用して最終遅延推定値を生成する。

ある実施形態では、トーンのセットは一定のままであってよく、その一方でその他の実施形態では、トーンのセットは状態の変化に応じて適合させることができる、又は未知の又は追跡不能な状態に対応するため、又は無認可のユーザーによって検出される可能性を低減するために時間の経過とともにランダムに変化させることができる。ｆ_ｉ（Ｒ）_{ｉ＝ｌ、．．．、Ｎ（Ｒ）}を、連続してなくてよい動作周波数範囲Ｒ内のｆ_ｒに対する互いに素の周波数Ｎ（Ｒ）の最も大きいセットとする。このセットは上述したように、構成時点において判断することができる。長さｗの周波数のサブセットは、遅延範囲及び位相誤差を決定する信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、及び対象システムのマルチパス／干渉レベルに適応するように選択することができる。各周波数のセットはフレームと呼ぶことができる。非一定の動作が所望される場合には、周波数が変動する無線構成と同様のやり方で新規の周波数のサブセット（すなわち新規のフレーム）を選択することができる。受信機は次に、シーケンスの知識と、一致するまでシーケンス順に異なるセットの周波数を試す初期の取得ステップを利用してフレームに同期化することができる。

下記は、３つの特定周波数フレーム変化のアルゴリズムの説明である。第１アルゴリズムを図５に示し、ここでは多重トーン同期受信機が監視受信機として使用される図３からのコンポーネント３５６（すなわち、最終遅延推定値）が拡張される。受信機のコンポーネントは上述した図３に示す受信機のコンポーネントとほぼ同じであってよい。ある実施形態では、受信機はトーンが破損した不良周波数リスト３５６を送信機に報告することができる。

送信機の同期モジュールは不良周波数リストを受信し、一連の動作を実行して送信機が新しい周波数に切り替わることを可能にする。ランダムな整数ｊ’は非線形シフトレジスタ５１２から読み出される（動作５１４）。ある実施形態では、整数ｊ’は０〜Ｎ（Ｒ）間の整数のセットから選択される。動作５１６において整数ｊ’が一意的なものでない場合、制御装置は動作５１４に戻り、新しい整数ｊ’が非線形シフトレジスタ５１４から選択される。対照的に、動作５１６において整数ｊ’が一意的なものである場合、制御装置は動作５１８に進み、ここでこのセットの周波数のうちにＭ有効値があるか否かが判断される。動作５２０において同期モジュールはフレームを示し、動作５２２において同期モジュールは不良の中心周波数のセットを{Ｆ_ｊ、．．．、Ｆ_ｋ}から新しいセット{Ｆ_ｊ’、．．．、Ｆ_ｋ’}に変更し、これは図３に示すトーン発振器３１０に送られる。新しい周波数のセットはそれぞれトーン発振器で送信機に送られることができる。

第２アルゴリズムを図６に示す。図６に示すアルゴリズムはフレームごとに一回に一つの周波数のみを変更することによって各ｗ周波数のセットを通る最小変更ルーティンを実行する以外は、図５に示すアルゴリズムと同様である。図６を参照すると、動作６１０において送信機の同期モジュールは図５に示すように受信機から不良周波数リストを受信する。動作６１５において、周波数重み（Ｗ）サブセットが選択される。動作６２０において、フレームが示され、動作６２２において示されたフレームの新規の中心周波数が設定される。新規中心周波数はトーン発振器３１０へ送られる。

動作６２４において、さらに処理するフレームがある場合、制御装置は動作６２６に進み、次のフレームが選択される。動作６２８においてフレームの単一周波数が選択され、制御装置は動作６１５に戻る。したがって、動作６２０〜６２８は、変更が最小になるように周波数の変更を実行するループを定義する。

図７に第３アルゴリズムを示す。図７に示すアルゴリズムは、不良周波数のみを変更することに制限するかわりに、周波数の変化を起こさせる疑似ランダムシーケンスを使用する。無認可のユーザーはこのシーケンスを知ることはないため、大変な労力なしにはトーンシーケンス、したがって同期化を引き出すことができない。この場合、疑似ランダムトーンシーケンスの相互知識を通して送信機及び受信機の両方が周波数の変化を把握しているため、周波数が変化したときに送信機及び受信機間の通信は必要ない。

図７を参照すると、動作７１０において図５及び６に示すように送信機の同期モジュールは受信機から不良周波数リストを受信する。動作７１５において、ランダム周波数重み（Ｗ）サブセットが選択される。動作７２０においてフレームが示され、動作７２２において示されたフレームに対し新規の中心周波数が設定される。新規の中心周波数はトーン発振器３１０へ送られる。

動作７２４において、処理するフレームがさらにある場合、制御装置は動作７２６に進み次のフレームが選択される。ランダム整数ｊが非線形シフトレジスタ７２８から読み出される（動作７３０）。ある実施形態では、整数ｊは０〜Ｎ（Ｒ）間の整数のセットから選択される。動作７３２において、整数ｊが一意的でない場合、制御装置は動作７２８に戻り、非線形シフトレジスタ７３０から新規の整数ｊが選択される。対照的に、動作７３２において整数ｊが一意的である場合、制御装置は動作７３４に進み、ここで周波数のセットのうちにＭ有効値があるか否かが判断される。

したがって、本明細書に記載した同期化技術は従来の同期化技術よりも多数の有利点を提供する。例として、本明細書に記載された技術は既知の干渉エミッタの周波数を回避し、任意の（近接していない）周波数範囲を占めるように構成することができる。さらに、同期化技術は、全チップ速度で動作し、一致するコードがないために、コード位相全体の探索を要さない高速相関エンジンよりも、低（出力）速度で動作する一連のローパス・デシメーションフィルタを採用する。その代わり、狭帯域デシメーションフィルタの全ての出力から、遅延の推定値が得られる。またさらに、全てのトーンが狭帯域であるため、コードドップラーの妨害作用がなく、ドップラー・オフセットのために、一致したフィルタ相関法への振幅効果もない。ドップラー又は発振器のオフセットの唯一の作用は、全ての周波数が一定量シフトすることである。この同期化技術はまたマルチパスに起因する不具合を検出し補正する自然な能力も有する。

ある実施形態では、本明細書に記載した同期化技術を実行する同期化モジュールを、例えば無線ネットワークの送信機及び/又は受信機等の電子デバイスのＲＦ通信機能８００に組み込むことができる。ここで、図８を参照して、一又は複数の実施形態による、ＲＦ通信機能８００のブロック図を説明する。図８はＲＦ通信機能８００の主要要素を示しているが、本明細書に図示されていない様々なその他の要素に加えて、代替実施形態により少ない、又は追加の要素を含むことができ、請求される主題の範囲はこれらの事項に限定されない。

ＲＦ通信機能８００は、ＲＦ通信機能の制御機能を司るための、メモリ８１２に結合したベースバンドプロセッサ８１０を含むことができる。入力／出力（Ｉ／Ｏ）ブロック８１４は、ＲＦ通信機能を電子デバイスの一又は複数のその他のデバイス又はコンポーネントに結合する様々な回路を含むことができる。例えば、Ｉ／Ｏブロック８１４は、ＲＦ通信機能８００をモデム又はその他のデバイスに結合するための、一又は複数のイーサネット（登録商標）ポート及び/又は一又は複数のユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）ポートを含むことができる。無線通信に対しては、ＲＦ通信機能８００はさらに、伝達信号を変調する、及び/又は無線通信リンクを介して受信した信号を復調するための無線周波数（ＲＦ）変調器／復調器８２０を含むことができる。

デジタル対アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ８１６は、アナログ及び/又はデジタルＲＦ送信技術を介してＲＦ変調器／復調器８２０によって変調及び送信を行うために、ベースバンドプロセッサ８１０からのデジタル信号をアナログ信号へ変換することができる。同様に、アナログ対デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ８１８は、ＲＦ変調器／復調器８２０によって受信し復調されたアナログ信号を、ベースバンドプロセッサ８１０が処理できる形式のデジタル信号へ変換することができる。電力増幅器（ＰＡ）８２２は、一又は複数のアンテナ８２８及び/又は８３０を介して発信信号を送信し、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）８２４はアンテナ８２８及び/又は８３０を介して一又は複数の着信信号を受信し、これらは上記双方向通信を制御するためにスイッチング及びマッチングモジュールを介して結合させることができる。一又は複数の実施形態では、ＲＦ通信機能８００は単一入力、単一出力（ＳＩＳＯ）タイプの通信を実行することができ、一又は複数の代替実施形態では、ＲＦ通信機能は多入力、多出力（ＭＩＭＯ）通信を実行することができるが、請求される主題の範囲はこれらの事項に限定されない。

本明細書で参照する「一つの実施形態」又は「幾つかの実施形態」は、その実施形態に関連して説明した特定の機構、構造又は特徴が少なくとも一つの実行形態に含まれることを意味する。本明細書の様々な箇所において見られる表現「ある実施形態では」は全て同じ実施形態を指している、又は指していない場合がある。

実施形態は構造的特徴及び/又は方法論的作用を特有の言語で説明してきたが、当然ながら請求される主題は説明した特定の特徴及び作用に限定できるものではない。むしろ、特定の特徴及び作用は請求される主題を実行するサンプル形態として開示された。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
無線通信システムのタイミング取得工程において使用される動作周波数範囲内のトーン周波数のセットを生成する方法であって：
システムの周波数分解能、ｆ _ｒ を選択し；
無線通信システムの周波数分解能ｆ _ｒ に対して、及び動作周波数範囲、Ｒ内の互いに素となる整数である周波音のセットを生成する
ことを含む方法。
（態様２）
無線通信システムの周波数分解能ｆ _ｒ に対して、及び動作周波数範囲、Ｒ内の互いに素となる整数である周波音のセットを生成するステップが、周波数分解能で割られた周波数トーンが１以下の最大公約数を有する周波音のセットを選択することを含む、態様１に記載の方法。
（態様３）
前記トーンのセットを送信媒体の一又は複数の環境状態の変化に適合させる、又は無線通信システムの無認可の使用を制限するように適合させる
ことをさらに含む、態様１に記載の方法。
（態様４）
前記トーンのセットを適合させることが：
前記周波音のセットから周波音の第１サブセットを選択し；
送信機から前記周波音のサブセットを送信する
ことを含む、態様３に記載の方法。
（態様５）
前記周波音の第１サブセットを含む少なくとも２つの信号を受信し；
２つの信号間の位相差を計算する
ことをさらに含む、態様４に記載の方法。
（態様６）
前記周波音の第１サブセットの一又は複数の周波音が破損したことを示すフィードバックを少なくとも１つの受信機から受信し；
前記受信に応答して、前記周波音の第１サブセットと少なくとも一部分が異なる周波音の第２サブセットを選択する
ことをさらに含む、態様４に記載の方法。
（態様７）
前記周波音の第２サブセットを送信機から送信する
ことをさらに含む、態様６に記載の方法。
（態様８）
無線通信システムのタイミング取得工程において使用される動作周波数範囲内のトーン周波数のセットを生成する装置であって：
プロセッサと、
実行された時にプロセッサに、
システム周波数分解能、ｆ _ｒ を選択させ、
無線通信システムの周波数分解能ｆ _ｒ に対しての、及び動作周波数範囲、Ｒ内の互いに素となる整数である周波音のセットを生成させる
論理命令を含むメモリモジュール
を含む装置。
（態様９）
実行された時にプロセッサに態様２、３、４、６、又は７のうちのいずれか１項に記載の方法を実施させる論理命令をさらに含む、態様８に記載の装置。
（態様１０）
前記周波音の第１サブセットを含む少なくとも２つの信号を受信する受信機と、
プロセッサと、
実行された時にプロセッサに２つの信号間の位相差を計算させる論理命令を含むメモリモジュール
をさらに含む、態様９に記載の装置。
（態様１１）
無線通信システムであって：
周波音の第１サブセットを生成し送信する送信ノードと、
受信ノードであって、
周波音の第１サブセットを含む少なくとも２つの信号を受信し、
２つの信号間の位相差を計算し、
位相差を使用して送信機及び受信機を同期化する
受信ノード
を含むシステム。
（態様１２）
送信ノードが、
プロセッサと、
メモリモジュールであって、実行された時にプロセッサに、
システム周波数分解能、ｆ _ｒ を選択させ、
無線通信システムの周波数分解能ｆ _ｒ に対しての、及び動作周波数範囲、Ｒ内の互いに素となる整数である周波音のセットを生成させ、
前記周波音のセットから周波音の第１サブセットの送信を選択させる
論理命令を含むメモリモジュール
を含む、態様１１に記載の無線通信システム。
（態様１３）
受信機が：
プロセッサと、
メモリモジュールであって、実行された時にプロセッサに、
一又は複数の周波音が破損したことを示す信号を生成し、
前記信号を送信ノードに返信する
論理命令を含むメモリモジュール
を含む、態様１２に記載の無線通信システム。
（態様１４）
送信モジュールが、実行された時にプロセッサに、
受信ノードからの信号を受信させ、
前記周波音の第１サブセットの一又は複数の周波音が損傷したことを示す信号に応答して、前記周波音の第１サブセットと少なくとも一部分異なる周波音の第２サブセットを生成させる
論理命令をさらに含む、態様１３に記載の無線通信システム。
（態様１５）
送信モジュールがさらに、実行された時にプロセッサに、前記周波音の第１サブセットの少なくとも一つの周波数を変えることによって周波音の第２サブセットを生成させる論理命令を含む、態様１４に記載の無線通信システム。
（態様１６）
通信モジュールがさらに、実行された時にプロセッサに、疑似ランダムシーケンスを使用して、前記周波音の第１サブセットの少なくとも一つの周波数を変えることによって周波音の第２サブセットを生成させる論理命令を含む、態様１４に記載の無線通信システム。

３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｎ トーン発振器
３１２ デジタルＩＦ発振器
３１４ 加算器
３１６ アップコンバータ／送信モジュール
３１８、３３０、８２８、８３０ アンテナ
３３２ 低ノイズ増幅器
３３４ チューナー
３３６ Ａ／Ｄコンバータ
３３８ 基準トーン発振器
３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｎ 周波数ミキサー
３４２ａ、３４２ｂ、３４２ｃ、３４２ｎ ローパス・フィルタ
３４４ａ、３４４ｂ、３４４ｃ、３４４ｎ 位相推定器
３４６ａ、３４６ｂ、３４６ｃ、３４６ｎ 非線形補正器
３５０ ＣＲＴベースの位相／遅延推定モジュール
３５２ マルチパス／干渉推定モジュール
３５４ 周波数オフセット推定モジュール
３５６ 最終遅延推定モジュール
８１０ ベースバンドプロセッサ
８１２ メモリ
８１４ 入力／出力（Ｉ／Ｏ）ブロック
８１６ デジタル対アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ
８１８ アナログ対デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ
８２０ ＲＦ変調器／復調器
８２２ 電力増幅器（ＰＡ）
８２４ 低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）
Ｆ_１、Ｆ_２、Ｆ_３、Ｆ_ｎ 周波数

Claims (10)

1. 無線通信システムにおける送信機と受信機との間のタイミング取得工程を実行する方法であって：
   該送信機において、システムの周波数分解能ｆｒを選択し；
   該送信機において、無線通信システムの周波数分解能ｆｒに対して、及び動作周波数範囲、Ｒ内の互いに素となる整数である周波音のセットを生成し、
   該送信機において、前記周波音のセットから周波音の第１サブセットを選択し；
   該送信機において、前記周波音の第１サブセットを送信し；
   該受信機において、前記周波音の第１サブセットを含む少なくとも２つの信号を受信し；
   該受信機において、該２つの信号間の位相差を計算し；
   該計算された位相差を用いて該送信機と該受信機との同期を取ることを含む方法。
2. 無線通信システムの周波数分解能ｆｒに対して、及び動作周波数範囲Ｒ内の互いに素となる整数である周波音のセットを生成するステップが、周波数分解能で割られた周波数音が１以下の最大公約数を有する周波音のセットを選択することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記周波数音のセットを送信媒体の一又は複数の環境状態の変化に適合させる、又は無線通信システムの無認可の使用を制限するように適合させる
   ことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記周波音の第１サブセットの一又は複数の周波音が破損したことを示すフィードバックを少なくとも１つの受信機から受信し；
   前記受信に応答して、前記周波音の第１サブセットと少なくとも一部分が異なる周波音の第２サブセットを選択する
   ことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記周波音の第２サブセットを送信機から送信する
   ことをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 無線通信システムであって：
   周波音の第１サブセットを生成し送信する送信機と、
   受信機であって、
   周波音の第１サブセットを含む少なくとも２つの信号を受信し、
   ２つの信号間の位相差を計算し、
   位相差を使用して送信機及び受信機を同期化する
   受信機
   を含み、
   送信機が、
   プロセッサと、
   メモリモジュールであって、実行された時にプロセッサに、
   システム周波数分解能ｆｒを選択させ、
   無線通信システムの周波数分解能ｆｒに対しての、及び動作周波数範囲、Ｒ内の互いに素となる整数である周波音のセットを生成させ、
   前記周波音のセットから周波音の第１サブセットの送信を選択させる
   論理命令を含むメモリモジュール
   を含む、
   システム。
7. 受信機が：
   プロセッサと、
   メモリモジュールであって、実行された時にプロセッサに、
   一又は複数の周波音が破損したことを示す信号を生成し、
   前記信号を送信機に返信する
   論理命令を含むメモリモジュール
   を含む、請求項６に記載の無線通信システム。
8. 送信機が、実行された時にプロセッサに、
   受信機からの信号を受信させ、
   前記周波音の第１サブセットの一又は複数の周波音が破損したことを示す信号に応答して、前記周波音の第１サブセットと少なくとも一部分異なる周波音の第２サブセットを生成させる
   論理命令をさらに含む、請求項７に記載の無線通信システム。
9. 送信機がさらに、実行された時にプロセッサに、前記周波音の第１サブセットの少なくとも一つの周波数を変えることによって周波音の第２サブセットを生成させる論理命令を含む、請求項８に記載の無線通信システム。
10. 送信機がさらに、実行された時にプロセッサに、疑似ランダムシーケンスを使用して、前記周波音の第１サブセットの少なくとも一つの周波数を変えることによって周波音の第２サブセットを生成させる論理命令を含む、請求項８に記載の無線通信システム。

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