JP6162271B2 - 多チャネル無線通信システムのためのタイミング情報及び周波数情報の推定 - Google Patents

Description

関連出願

この出願は、２００７年３月１３日に出願された米国仮特許出願第６０／８９４，５９５号に基づく優先権を主張する。

本明細書の実施形態は、無線通信システムに関し、より詳細には、多チャネル無線通信システムのための周波数情報及びタイミング情報を推定する方法に関する。

無線通信システムは、互いに異なるＲＦ装置が互いに異なる周波数範囲で確実に機能できるようにするために周波数割当てを用いている。この方法では、例えばユーザの携帯電話は他の通信無線システムに干渉しない。これらの周波数範囲は、周波数帯（バンド）と呼ばれる。

周波数帯内では、周波数範囲は１若しくは複数のチャネルに分けられ得る。無線通信の一形態のための周波数帯及びチャネルは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ファミリ標準規格によって規定される。そのような無線通信では、送信機は典型的にはチャネルを介して１若しくは複数の受信機へデータを伝送する。

ＩＥＥＥ８０２．１１規格はまた、データがどのように構成されてデータパケット（通常、プリアンブル及びペイロードを含む）になり得るかを規定する。図１は、プリアンブル１０１及びそれに続くペイロード１０２を含むような例示パケット１００を示す。この場合、パケット１００は、帯域幅２０ＭＨｚのレガシーチャネルで送信されている。プリアンブル１０１は、パケット１００を受信するための重要な情報を提供する複数のトレーニング・フィールドを含む。

トレーニング・フィールドは、典型的にはショート・トレーニング・フィールド及びロング・トレーニング・フィールドからなる。ショート・トレーニング・フィールドもロング・トレーニング・フィールドも、伝送されるデータパケットに関連する概略的及び詳細なタイミング情報並びに概略的及び詳細な周波数情報を推定するために受信機が解析し得る境界明瞭なパターンである。このタイミング情報及び周波数情報によって、受信機は、伝送されるデータパケットからペイロードを正確に回復することができる。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｎドラフト規格には、例えば、送信機によって用いられるチャネルの有効全幅を増加させるために、送信機がどのようにして１チャネルの代わりに２つのチャネルを介してデータを送信し得るかも記載されている。チャネルの幅を広くすることで、データの転送速度を有利に増加させることができる。２つのチャネルは、典型的にはチャネル同士が重なり合わないように或る選択された周波数帯内から選択され、制御チャネル及び拡張チャネルと呼ばれることが多い。典型的には、制御チャネルは、選択された周波数帯の中心に近いよりチャネルであり、拡張チャネルは、周波数帯の上下の境界の一方により近いチャネルである。

２チャネル伝送では、送信機は、制御チャネル及び拡張チャネルの両方を介してペイロードを伝送する。制御チャネル及び拡張チャネルの両方でのペイロード伝送の前に、複数のトレーニング・フィールドを含む複製（duplicated）プリアンブルがあることは注目に値する。例えば、図２は、（制御チャネルで送信される）プリアンブル２０１Ａ及び（拡張チャネルで送信される）複製プリアンブル２０１Ｂと、それに続くペイロード２０２とを含むような例示パケット２００を示す。この場合、制御チャネル及び拡張チャネルは帯域幅２０ＭＨｚであるので、帯域幅４０ＭＨｚのペイロードの伝送が可能になる（プリアンブル２０１Ａ及び２０１Ｂは、例示の目的のために互いに周波数が離れているものとして示されており、通常は互いに隣接していることに留意されたい）。一実施形態では、制御チャネル及び拡張チャネルの中心周波数は、２０ＭＨｚ離されていることがある。別の実施形態では、制御チャネル及び拡張チャネルの中心周波数は、２５ＭＨｚ離されていることがある。

それぞれ制御チャネル及び拡張チャネルで伝送されるプリアンブル２０１Ａ及び２０１Ｂを用いて、これらのチャネルをリッスンしているレガシーデバイスは、制御パケット及び拡張データパケットを認識することができ、かつ、例えばパケット２００の長さを有利にデコードすることができるので、そのようなレガシーデバイスは、他の無線通信システムによる干渉及びコリジョンを回避できる。

１チャネル（１経路）システムの場合と同様に、伝送されるペイロードに関連する概略的及び詳細なタイミング情報並びに概略的及び詳細な周波数情報を推定するために、制御チャネル及び拡張チャネルで伝送されるショート・トレーニング・フィールド及びロング・トレーニング・フィールドが受信機によって解析され得る。周波数及びタイミングの推定を行う１つの可能な方法は、制御チャネルまたは拡張チャネルの両方のチャネルでプリアンブルひいてはトレーニング・フィールドが繰り返されるのであるから制御チャネルまたは拡張チャネルのいずれか一方からのトレーニング・フィールドを解析することである。２チャネル（２経路）システムの場合、制御チャネル及び拡張チャネルの両方で伝送されるペイロードのためのタイミング情報及び周波数情報を推定するために、制御チャネルからのトレーニング・フィールドが解析され得る。この方法は、比較的簡単に実現できるので有利である。別の有利な点は、制御チャネルのトレーニング・フィールドが、拡張チャネルのトレーニング・フィールドよりも干渉を被ることが比較的少ないであろうということである。例えば、２．４ＧＨｚ帯などの特定の周波数帯内では、一部のチャネル、特に周波数帯の境界の近くに位置し得る拡張チャネルは、重なり合って干渉を生じやすい。

しかし、制御チャネルの信号特性は、拡張チャネルの信号特性と異なることがあり、例えば、制御チャネルは、拡張チャネルに比べて信号強度が数ｄＢ低いことがある。この低い信号強度は、特に受信機が制御チャネルのトレーニング・フィールドしか調べない場合には、両方のチャネルに対してトレーニング・フィールドから周波数情報及びタイミング情報を決定することを難しくさせることがある。

米国特許出願第１０／６８２，７８７号（米国特許公開第２００５−００７８６４９号）

上述したように、当分野で必要とされているのは、互いに周波数が離れている２つのチャネルを介して、特に制御チャネル及び拡張チャネルからなる比較的幅広のチャネルを介して送信されるデータパケットのためのタイミング情報及び周波数情報を推定する改良された方法である。

互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードのタイミング情報及び周波数情報を推定する方法が提供される。この方法では、ペイロードに関連しかつ互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるような任意の複数のプリアンブルからの複数のトレーニング・フィールドを合成することができる。そのような合成の後、合成された値（合成値）を用いてペイロードのタイミング情報及び周波数情報を推定することができる。トレーニング・フィールドは、ショート・トレーニング・フィールド及び／またはロング・トレーニング・フィールドを含むことができることに留意されたい。

複数のトレーニング・フィールドを合成するステップは、複数のプリアンブルからの自己相関処理した複数のトレーニング・フィールドを合成するステップを含むことができる。例えば、一実施形態では、複数のトレーニング・フィールドを合成するステップは、複数のプリアンブルを用いて最大比合成（ＭＲＣ）を行うステップを含むことができる。別の実施形態では、複数のトレーニング・フィールドを合成するステップは、信号品質指標を用いて重み付けするステップを含むことができる。例示的な信号品質指標は、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、ＳＮ比（ＳＮＲ）またはエラーベクトル測定（ＥＶＭ）を含む場合がある。

互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードのタイミング情報及び周波数情報を推定する別の方法も提供される。この方法では、ペイロードに関連しかつ互いに周波数が離れている複数のチャネルの１つを介して伝送されるプリアンブルが選択される。この選択は、信号品質指標に基づいて行うことができる。選択がなされた後、タイミング情報及び周波数情報は、そのプリアンブルの複数のトレーニング・フィールドを用いて推定されることができる。

一実施形態では、信号品質指標は、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、ＳＮ比（ＳＮＲ）またはエラーベクトル測定（ＥＶＭ）を含む場合がある。別の実施形態では、プリアンブルを選択するステップは、特定のチャネル（例えば制御チャネル）を優先させる（bias）ステップを含むことができる。例えば、特定のチャネルを優先させるステップは、拡張チャネルの信号品質指標が制御チャネルの信号品質指標を所定量超過するときにのみ拡張チャネルを選択するステップを含むことができる。

１チャネル無線通信システムにおいて用いられるデータパケットを示すブロック図。 ２チャネル無線通信システムにおいて用いられ得るデータパケットを示すブロック図。 互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードの周波数情報及びタイミング情報を推定する例示的な方法のフローチャート。 互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードの周波数情報及びタイミング情報を推定する例示的な方法のフローチャート。

本明細書に記載の実施形態は、互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードの周波数情報及びタイミング情報を推定する。周波数及びタイミングの推定は、互いに周波数が離れているチャネル（２チャネルの場合、通常は制御データチャネル及び拡張データチャネルと呼ばれる）のデータパケットのプリアンブル内に含まれるトレーニング・フィールドから取り出され得る。後述する方法は、これら２つのチャネルのトレーニング・フィールドが実質的に同一であるという事実をうまく利用している。本方法はまた、制御チャネル及び拡張チャネルのうち弁別性の点で（definably）より優れている方のチャネルからのトレーニング・フィールドを選ぶことによって、あるいは制御チャネル及び拡張チャネルの両方からのトレーニング・フィールドを合成することによって、データ受信のためのタイミング情報及び周波数情報が有利に向上され得ることを説明している。

図３Ａは、互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードのタイミング情報及び周波数情報を推定する第１の方法３００を示す。方法３００では、ステップ３０１で、ペイロードに関連しかつ制御チャネル及び任意の拡張チャネルを介して伝送される複数のプリアンブルからの複数のトレーニング・フィールドを合成する。両データパケットからのトレーニング・フィールドは実質的に同一であるので、トレーニング・フィールドは合成され得る。無線通信信号の合成は特許文献１にも記載されており、特許文献１は引用を以て本明細書の一部となす。

一実施形態では、トレーニング・フィールドは最大比合成（ＭＲＣ）によって合成され得る。ＭＲＣは、複数の被選択トレーニング・フィールドを自己相関処理し、相関結果を合計することによって、トレーニング・フィールドを合成する。例えば、５番目のショート・トレーニング・フィールドのＭＲＣは、制御チャネルと拡張チャネルそれぞれからの５番目のショート・トレーニング・フィールドを自己相関処理し、結果を合計することによって計算され得る。ショート・トレーニング・フィールド及びロング・トレーニング・フィールドの両方が合成され得る。当分野で公知であるように、トレーニング・フィールドの自己相関処理により、信号強度と密接な関連がある値が得られる。それゆえ、被選択トレーニング・フィールドのＭＲＣはまた、信号強度によって強く重み付けされる。

ＭＲＣ合成は、有利には、相対的に大きい方の信号強度を有するトレーニング・フィールドにより大きな重みを置く。従って、結果的に得られる合成値は、相対的に強い方のチャネル内のトレーニング・フィールドによってより多く決定され、相対的に弱い方のチャネル内のトレーニング・フィールドによってより少なく決定される。結果的に得られる合成値は、その後、制御チャネル及び拡張チャネルの両方で伝送されるペイロードのためのタイミング情報及び周波数情報を推定するために用いられ得る。

他の実施形態では、合成値は、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、ＳＮ比（ＳＮＲ）、エラーベクトル測定（ＥＶＭ）または他の信号品質指標によって個々のトレーニング・フィールドを重み付けするようにして決定され得る。プリアンブルの先頭の始まり部分で利用可能でない信号品質指標もあり得ることに留意されたい。その場合、そのような品質指標（例えばＲＳＳＩ）によって複数のトレーニング・フィールドを合成するステップは、選択された品質指標が利用可能であるときにプリアンブルの後ろの方で完了し得る。例えば、一部の無線通信システムは、一般的に、受信信号の利得を変えることができる自動利得制御要素を用いている。そのような利得変動がプリアンブルの始まり部分に（例えば最初の４つのショート・トレーニング・フィールドが受信される間に）適用されるとき、信号品質指標データは利用可能でないことがある。

方法３００のステップ３０２では、合成値を用いてペイロードのタイミング情報及び周波数情報を推定することができる。ＭＲＣ法の１つの有利な点は、制御チャネル及び拡張チャネルのトレーニング・フィールドの相対的品質が比較的低いときに、ペイロードに対して比較的正確な周波数及びタイミングの推定が行われ得ることである。これは、合成値が制御チャネル及び拡張チャネルの両方からのデータによって決定されるという事実と、制御チャネル及び拡張チャネル内のトレーニング・フィールドが同じ情報を運び、実質的に同様であるという事実とによる。

図３Ｂは、互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードのタイミング情報及び周波数情報を推定する第２の方法３１０を示す。方法３１０では、ステップ３１１で、ペイロードに関連しかつ複数のチャネルの１つを介して伝送されるプリアンブルを選択する。具体的には、被選択プリアンブルは、他のどのチャネルと比べても相対的に高い信号品質尺度を有するチャネルで伝送されるプリアンブルである。この被選択プリアンブルのトレーニング・フィールドは、その後、ステップ３１２において制御チャネル及び拡張チャネルの両方で伝送されるペイロードの周波数情報及びタイミング情報を推定するために用いられる。前述の通り、信号品質は、ＲＳＳＩ、ＳＮＲ、ＥＶＭまたは他の信号品質指標によって測定され得る。例えば、もし仮に制御チャネルのＲＳＳＩが拡張チャネルのＲＳＳＩよりも大きいとすれば、被選択トレーニング・フィールドは制御チャネルから選択され得る。

一実施形態では、トレーニング・フィールド選択は、弁別閾によって、いずれかのトレーニング・フィールドが優先され得る。例えば、信号品質がＳＮＲによって測定されるならば、拡張チャネルのＳＮＲは、拡張チャネルからのトレーニング・フィールドが選択される前に制御チャネルのＳＮＲを１０ｄＢ超過する必要があるであろう。この１０ｄＢの弁別閾により、トレーニング・フィールド選択において制御チャネルを優先させることができる。別の実施形態では、弁別閾はソフトウエアによって設定され得る。

第２の方法（すなわち方法３１０）が第１の方法（すなわち方法３００）よりも優れている点の１つは、トレーニング・フィールドは計算されているのではなくむしろ（プリアンブルによって）選択されているのでトレーニング・フィールドを相対的に構築し易いことである。この場合も先と同様に、プリアンブルの先頭の始まり部分で利用可能でない信号品質指標もあり得る。その場合、信号品質指標（例えばＲＳＳＩ）に基づくトレーニング・フィールド選択は、被選択品質指標が在るときに完了し得る。

上記の例となる説明では、２つのチャネル（すなわち制御チャネル及び拡張チャネル）の場合にタイミング情報及び周波数情報がどのようにして決定され得るかを明らかにしている。他の実施形態では、３つ以上のチャネル（すなわち多チャネル）に対してタイミング情報及び周波数情報が決定され得る。

本発明の実例となる実施形態について本明細書において添付図面を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明はこれらの正確な実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。これらの実施形態は、包括的なものでも、本発明を開示されている正確な形態に限定するためのものでもない。そういうわけで、多くの変更形態及び変形形態が明らかであろう。従って、本発明の範囲は以下の請求項及びそれらと同等のものによって画定されるものである。
以下に、本願出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。
［Ｃ１］互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードのタイミング情報及び周波数情報を推定する方法であって、
前記ペイロードに関連しかつ前記互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるような任意の複数のプリアンブルからの複数のトレーニング・フィールドを合成し、合成値を生成するステップと、
前記合成値を用いて前記タイミング情報及び周波数情報を推定するステップとを含むことを特徴とする方法。
［Ｃ２］前記複数のトレーニング・フィールドが、少なくとも１つのショート・トレーニング・フィールド及びロング・トレーニング・フィールドを含むことを特徴とするＣ１の方法。
［Ｃ３］前記複数のトレーニング・フィールドを合成するステップが、前記複数のプリアンブルからの自己相関処理した複数のトレーニング・フィールドを合成するステップを含むことを特徴とするＣ２の方法。
［Ｃ４］前記複数のトレーニング・フィールドを合成するステップが、前記複数のプリアンブルを用いて最大比合成を行うステップを含むことを特徴とするＣ２の方法。
［Ｃ５］前記複数のトレーニング・フィールドを合成するステップが、信号品質指標を用いて重み付けするステップを含むことを特徴とするＣ２の方法。
［Ｃ６］前記信号品質指標が、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、ＳＮ比（ＳＮＲ）またはエラーベクトル測定（ＥＶＭ）を含むことを特徴とするＣ５の方法。
［Ｃ７］互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードのタイミング情報及び周波数情報を推定する方法であって、
前記ペイロードに関連しかつ前記互いに周波数が離れている複数のチャネルの１つを介して伝送されるプリアンブルを、信号品質指標に基づいて選択するステップと、
前記プリアンブルの複数のトレーニング・フィールドを用いて前記タイミング情報及び周波数情報を推定するステップとを含むことを特徴とする方法。
［Ｃ８］前記信号品質指標が、受信信号強度（ＲＳＳＩ）、ＳＮ比（ＳＮＲ）またはエラーベクトル測定（ＥＶＭ）を含むことを特徴とするＣ７の方法。
［Ｃ９］前記プリアンブルを選択するステップが、特定のチャネルを優先させるステップを含むことを特徴とするＣ８の方法。
［Ｃ１０］前記特定のチャネルが、制御チャネルであることを特徴とするＣ９の方法。
［Ｃ１１］前記特定のチャネルを優先させるステップが、前記拡張チャネルの前記信号品質指標が前記制御チャネルの前記信号品質指標を所定量超過するときにのみ拡張チャネルを選択するステップを含むことを特徴とするＣ１０の方法。

Claims (2)

1. 互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送されるペイロードのタイミング情報及び周波数情報を推定する方法であって、前記ペイロードに関連しかつ前記互いに周波数が離れている、制御チャネルと拡張チャネルとを含む複数のチャネルのそれぞれを介して伝送される複数のプリアンブルのうちの1つを、信号品質指標に基づいて選択することと、前記選択されたプリアンブルの複数のトレーニング・フィールドを用いて前記互いに周波数が離れている複数のチャネルを介して伝送される前記ペイロードの前記タイミング情報及び周波数情報を推定することとを備え、
   前記複数のトレーニング・フィールドは、ショート・トレーニング・フィールド及びロング・トレーニング・フィールドのうちの少なくとも１つを含み、
   前記チャネルの各々のプリアンブルを選択することは、前記制御チャネルのプリアンブルを優先させることと、前記拡張チャネルの前記信号品質指標が前記制御チャネルの前記信号品質指標を所定量超過するときにのみ、前記拡張チャネルのプリアンブルを選択することとを含む、方法。
2. 前記信号品質指標が、受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）、信号対雑音比（ＳＮＲ）またはエラーベクトル測定（ＥＶＭ）を含むことを特徴とする請求項１の方法。

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