JP6626246B2 - 多帯域ワイヤレスローカルエリアネットワーク内の早期フレーム帯域評価 - Google Patents

多帯域ワイヤレスローカルエリアネットワーク内の早期フレーム帯域評価 Download PDF

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Description

本発明は、一般に、米国電気電子学会、すなわち、IEEEによって発行された「802.11」として世界的に知られている一連の標準に準拠するワイヤレスローカルエリアネットワーク、すなわち、WLANに関する。本発明は、より詳細には、20MHzの初期の単一の仕様よりも大きな通信チャネル幅を定義し、したがって、より幅の広いチャネル(40MHz以上)によってもたらされる性能改善を十分に利用することが可能であると同時に、製品間の相互運用性を達成しなければならない、これらの標準の後のバージョン(すなわち、802.11nおよび802.11ac)用に開発された製品に関する。
IEEE802.11標準は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク、すなわち、WLANの特性を設定するために国際的に使用され、それらのワイヤレスローカルエリアネットワークにワイヤレスに接続されているすべてのコンピューティングデバイスの相互運用性を可能にする。やはり「Wi-Fiネットワーク」として指定されることが多いこの後者の名称は、802.11標準に順守するデバイス間の相互運用性を認証することを目的とした事業者団体「Wi-Fiアライアンス」によって与えられた証明を参照する。「Wi-Fi」というラベルは、対応する仕様を満たす材料に配布される。Wi-Fiネットワークは、したがって、802.11標準に基づくネットワークと違いはない。
802.11標準により、ブロードバンド接続を提供するワイヤレスLANを作成することが可能である。このタイプのネットワークは、駅、空港、ホテル、電車など、潜在的に非常に密集しているユーザをホストする開かれた領域内で非常に普及してきている。これにより、ユーザには、一般に、アクセスポイント(AP)または「ホットスポット」の近傍で、数十メートルの屋内をカバーする領域内でインターネットに対するブロードバンド接続を有するワイヤレスネットワークを確立する機会が与えられる。標準の進化とともに、ユーザが確立することができる接続の速度は、実際に、標準の初期のバージョンに関する毎秒数メガビット(Mb/s)から、最近2009年に正式にリリースされたバージョンである802.11nに関する毎秒数百メガビットまで高まった。
802.11ブロードバンド接続が上述の最高速度値に達するのを可能にするために、標準の802.11nバージョンは、より広い通信チャネルの可能性を導入した。当初20MHzであるチャネル幅を、オプションで、二倍にすること、したがって、40MHzにすることができる。標準のより最近の展開、すなわち、802.11acバージョンは、この可能性を80MHzおよび160MHzのチャネル幅に拡大した。
その場合、802.11準拠WLANで、これは、ワイヤレスネットワークを形成する様々な通信デバイス、すなわち、任意の時点でワイヤレスネットワークに加入する、ラップトップコンピュータまたはスマートフォンなど、すべての局(STA)と、基本サービスセット(BSS)内の局を制御する役割を果たすアクセスポイント(AP)とからなるBSSの相互運用性の問題を引き起こす。より具体的には、その場合、すべての通信デバイスは、受信された各データフレームに関して、どのタイプの帯域幅が実際に使用されるかをオンザフライで検出することが可能でなければならない。
したがって、本発明は、一般に、802.11nが、標準のこのバージョンに準拠した基本サービスセット、すなわち、BSSのオプションの40MHzチャネル幅動作を導入した環境で、各受信フレームの帯域幅をオンザフライで評価することを目的とする。しかしながら、BSSは20MHzチャネルだけを用いて動作する、より古い局、すなわち、レガシー局、およびハイスループット(HT)局との相互運用性をも維持しなければならない。そのようなBSSは3つの基本的なデバイスクラス、すなわち、20MHzレガシー、すなわち、非HT局と、20MHz HT局と、20/40MHz HT局とに対応することが可能でなければならない。
したがって、この後者の場合、802.11n 40MHz BSSで、20/40MHz STAまたはAPは、40MHzチャネル内で40MHzフレームを、かつ40MHzチャネル内で画定された20MHz一次チャネル内で20MHzフレームを同じように送受信することが可能でなければならない。
図1aから図1cは、40MHzチャネル100と比較した、40MHz BSS内の20MHz一次チャネルの周波数位置を例示する。20MHz一次チャネル120は、BSS構成に応じて、40MHz帯域110の低帯域114または高帯域116のいずれかを占有することができる。他方は、二次チャネル130を画定する。
その場合、20MHzチャネルおよび40MHzチャネルの中心周波数は異なり、無線周波数(RF)成分の特性、すなわち、アナログフィルタのRFシンセサイザ周波数およびカットオフ周波数を各送信フレームまたは受信フレームに適合させることは事実上実現可能ではなく、好都合でもないことになるため、20/40MHz可能STAは、そのRF搬送周波数を40MHzフレームの中心周波数112に維持し続ける。20/40MHz可能STAは次の着信フレームの帯域幅が40MHzになるか、または20MHzになるかを予想するすべを持たないため、これは特に受信モードにおいて重要である。
図2aから図2cは、80MHz可能BSSが形成され得る標準のバージョン802.11acに対応する事例を示す。その場合、802.11ac 80MHz BSSで、20/40/80MHz可能STAまたはAPは、80MHzメインチャネル200内、40MHz一次チャネル210内、および20MHz一次チャネル220内で80MHzフレーム、40MHzフレーム、ならびに20MHzフレームをそれぞれ同じように送受信することが可能でなければならない。図2aから図2cは、異なるチャネルの位置の例にすぎない。一次位置および二次位置を予約することが可能であるが、20MHz一次チャネルは40MHz一次チャネル内になければならない。標準のこのバージョンは、160MHzチャネル(図示せず)を取得するために、2つの80MHzチャネルの集約をやはり可能にする。
上記の様々なフレームタイプの受信を実行するために、マルチチャネル幅環境で動作することができるSTAまたはAPのモデム受信経路は、復調されることになるフレームの帯域幅に応じて構成されなければならない。たとえば、20MHzフレームの復調は、64ポイント高速フーリエ変換(FFT)を実行するための計算資源を設定することを必要とするのに対して、80MHzフレームの復調は、256ポイントFFTが実行されることを必要とする。
しかしながら、すでに議論したように、802.11nおよび標準の後のバージョンの場合、モデム受信機は、次の着信フレームの実際の帯域幅を事前に知らない。図3に示すように、この情報は、各受信フレームのデータシンボル350に先行する、いわゆるHT-SIG(すなわち、802.11acのプロトコルバージョンを有するVHT-SIGA)フィールド340内に実際に含まれているが、モデムのアーキテクチャおよび実装形態に応じて、この情報は、実際には、容易に使用可能になるには来るのが遅すぎる場合がある。
したがって、続くデータシンボルを復調する目的で、受信フレームの現在の帯域幅に従ってモデムを構成するためにSIGフィールド340が復調されるのを待たねばならないことは、実際に、実行可能な解決策ではない。標準のフレームフォーマットは、図3に示す、いわゆる、混合フォーマット(MF)320である。いわゆる、より短い、上記の問題がより一層差し迫ったグリーンフィールド(GF)フレームフォーマット310を使用することも可能であるが、これは、このタイプのフレームはHT-SIG(ハイスループットSIGフィールド)の前にHT-LTFフィールド(ハイスループットロングトレーニングフィールド(High Throughput Long Training Field))を含むためである。標準の前のバージョン、すなわち、802.11aから802.11gバージョンに対応する802.11レガシーフレーム330との良好な下位互換性も確実にしなければならない。
したがって、そのプリアンブルセクション330に基づいて、すなわち、上記のSIGフィールドの復号に先立って、着信フレームの帯域幅を評価するための方法を開示することが本発明の特定の目標である。
本発明のさらなる目標、特徴、および利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細を考察するとすぐに、当業者に明らかになるであろう。任意の追加の利点を本明細書に組み込むことが意図される。
一実施形態によれば、本発明は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)内、好ましくは、多帯域802.11ワイヤレスネットワーク内の着信フレームの帯域幅を決定するための方法に関する。この方法は、一次WLANチャネルにおいて受信されたフレームの第1の信号を表す第1の複数のサンプル、および二次WLANチャネルにおいて受信されたフレームの第2の信号を表す第2の複数のサンプルの受信時に、以下のステップ、すなわち、
第1の複数のサンプルのうちのあるサンプルと、第2の複数のサンプルのうちのあるサンプルとの少なくとも1つの相関を計算するステップと、
相関がしきい値を超える場合、受信機モードを第1の帯域幅に設定し、そうでない場合、受信機モードを第2の帯域幅に設定するステップと
を含む。
したがって、本発明は、一次帯域とも呼ばれる一次チャネル上で受信された信号と、二次チャネル、すなわち、二次帯域上で受信された信号との相互相関を計算する。
したがって、相関を計算するために、第1の複数のサンプルおよび第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルの乗算が考慮に入れられる。
本発明の解決策は、フレーム帯域幅の正確な評価を実現するとともに、その計算を実行するデバイスの計算の複雑さおよびコストを制限する。実際に、計算が様々な時点で同じチャネルの2個のサンプルを相関させる解決策と比較して、本発明は、計算プロセスを簡素化することを可能にし、したがって、デバイスを形成するために使用されるシリコンの表面を削減し、それによって、デバイスのコストを削減する。
加えて、本発明は、様々な時点で同じチャネルのサンプルの相関を2度計算することを必要とする解決策と比較して、かなりの利点を提供する。実際に、自己相関を使用する解決策は、0.8μsのタイムラグで自己相関を実行するために、少なくとも2個のサンプルを0.8μsだけ遅延させることを必要とする。その場合、効率的な解決策は、推定の精度を改善するために、いくつかの連続的な自己相関結果を平均化することを必要とすることになる。これは、自己相関ベースの帯域幅検出器は少なくとも1.6μsで第1の結果を提供することができることを意味する。本発明は、タイムラグを待つ必要がないため、正確な推定をより速く提供することを可能にする。
加えて、様々な時点で同じチャネルのサンプルの相関を2度計算することを必要とし、相関が2つのチャネルの各々に関して計算され、しきい値との比較が各相関に関して計算される解決策と比較して、本発明は、1つの単一の相関を計算して、両方のチャネルに関して1つの単一の比較を実行することだけを必要とする。実際に、本発明の1つの特定の実施形態によれば、少なくとも1つの相関を計算するために1つの相関器だけが存在する。
したがって、本発明は、フレーム帯域幅を評価するための解決策の性能を強化する。
加えて、本発明は、フレームのプリアンブル、有利には、フレームの第1のフィールドを受信する間に、フレーム帯域幅をリアルタイムで評価することを可能にする。したがって、フレーム帯域幅は、受信の早期段階で識別される。
オプションで、本発明は、別個に、または組み合わせてとることが可能な以下の特徴およびステップのうちのいずれか1つを含み得る。
一実施形態によれば、フレームは複数のフィールドから形成され、相関を計算するステップおよび受信機モードを設定するステップは、フレームの第1のフィールドの受信の間に実行および、好ましくは、完了される。より正確には、これらのステップは、フレームのプリアンブルの第1のフィールドの受信の間に実行される。
一実施形態によれば、フレームの第1のフィールドはショートトレーニングフィールド(L-STF; GF-HT-STF)である。一実施形態によれば、フレームの第2のフィールドは、ロングトレーニングフィールド(L-LTF; HT-LTF1)であり、後続のフィールドは、SIGフィールドを含む。したがって、フレームの帯域幅に関する情報を通常含むSIGフィールド(HT-SIG)は、その間にフレーム帯域幅の計算および評価が実行される第1のフィールド(ショートトレーニングフィールド)の後で受信される。
一実施形態によれば、第1の複数のサンプルおよび第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルは複素信号であり、相関は、
第1の複数のサンプルのうちの前記サンプルおよび第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルのうちの一方を
第1の複数のサンプルのうちの前記サンプルおよび第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルのうちの他方の共役で乗算するステップを含む。
好ましくは、相関は、第1の複数のサンプルのうちの前記サンプルを第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルの共役で乗算するステップを含む。
一実施形態によれば、第1の複数のサンプルおよび第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルは複素信号であり、前記しきい値は、一次WLANチャネルにおいて受信された第1の信号を表す第1の複数のサンプルのうち、かつ/または二次WLANチャネルにおいて受信された第2の信号を表す第2の複数のサンプルのうちの少なくとも1個のサンプルの絶対値の2乗を算出することによって計算される。
有利には、第1の複数のサンプルおよび第2の複数のサンプルは第1のサンプリングレートで着信フレームの入力信号からサンプリングされる。加えて、前記しきい値は、第2のサンプリングレートで着信フレームの入力信号からサンプリングされたサンプルの冪乗(power)の和によって重み係数を乗算することによって算出され、第1のサンプリングレートおよび第2のサンプリングレートは等しい。累積は同じ期間に行われるため、その場合、両方の成分を比較する前にその期間によって分割する必要はなく、これは計算の加速および簡素化を可能にする。
一実施形態によれば、第1のWLANチャネルは40MHz帯域幅チャネルの20MHz帯域幅一次チャネルであり、第2のWLANチャネルは40MHz帯域幅チャネルの20MHz帯域幅二次チャネルであり、前記第1の帯域幅は40MHzであり、前記第2の帯域幅は20MHzである。あるいは、第1のWLANチャネルは80MHz帯域幅チャネルの40MHz帯域幅一次チャネルであり、第2のWLANチャネルは80MHz帯域幅チャネルの40MHz帯域幅二次チャネルであり、前記第1の帯域幅は80MHzであり、前記第2の帯域幅は40MHzである。
一実施形態によれば、少なくとも1つの相関を計算するステップは、複数の相関を同時に計算するステップを含み、複数の相関の各相関に関して考慮に入れられる第1の複数のサンプルのうちのあるサンプルおよび第2の複数のサンプルのうちのあるサンプルは異なる相対遅延を提示する。この特徴は、帯域幅評価の頑強さをかなり強化することを可能にする。
一実施形態によれば、複数の相関の相関が同時に計算される。
一実施形態によれば、フレームの第1の信号を表す第1の複数のサンプルは少なくとも2本のアンテナの各一次WLANチャネルにおいて受信され、かつ/またはフレームの第2の信号を表す第2の複数のサンプルは少なくとも2本のアンテナの各二次WLANチャネルにおいて受信され、計算するステップは、少なくとも2本のアンテナのうちの第1のアンテナの一次WLANチャネルにおいて受信された第1の複数のサンプルのうちのあるサンプルと、少なくとも2本のアンテナのうちの第2のアンテナの二次WLANチャネルにおいて受信された第2の複数のサンプルのうちのあるサンプルとの少なくとも1つの相関を計算する。このマルチアンテナ実施形態は、帯域幅評価の頑強さをかなり強化することを可能にする。
一実施形態によれば、フレームはグリーンフィールドフレームである。別の実施形態によれば、フレームは、混合フォーマット(MF)フレーム、レガシーおよびレガシー二重化(非HT二重化)フレームである。
一実施形態によれば、この方法のすべてのステップは、少なくともプロセッサによって実行される。
別の実施形態によれば、本発明は、ソフトウェアプログラム命令を含むコンピュータプログラム製品または非一時的コンピュータ可読媒体であって、少なくとも1つのデータプロセッサによるソフトウェアプログラム命令の実行により、本発明の実施形態のうちのいずれか1つによる方法の実行を含む動作が実施される、コンピュータプログラム製品または非一時的コンピュータ可読媒体に関する。
別の実施形態によれば、本発明は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)用の受信機の帯域幅を設定するためのデバイスに関する。このデバイスは、
受信機の一次WLANチャネルにおいて受信されたフレームの第1の信号を表す第1のサンプルと、受信機の二次WLANチャネルにおいて受信されたフレームの第2の信号を表す第2のサンプルとの少なくとも1つの相関を計算するように構成された少なくとも1つの相関器と、
相関がしきい値を超える場合、受信機帯域幅を第1の帯域幅に設定するように構成され、相関がしきい値未満である場合、受信機帯域幅を第2の帯域幅に設定するように構成された判断論理とを少なくとも備える。
1つの非限定的な実施形態によれば、しきい値は固定値である。別の実施形態によれば、しきい値は固定でなく、いくつかの異なる方法に従って算出され得る。有利な実施形態によれば、このデバイスはまた、一次WLANチャネルにおいて受信された第1の信号を表すサンプルに基づいて、かつ/または二次WLANチャネルにおいて受信された第2の信号を表すサンプルに基づいて、しきい値を推定するように構成された基準レベル推定器を備える。
別の実施形態によれば、本発明は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)用の受信機を含むシステムであって、
少なくとも1本のアンテナと、
アンテナに結合され、受信機の一次WLANチャネルにおいて受信されたフレームの第1の信号を表す第1のサンプルと、二次WLANチャネルにおいて受信されたフレームの第2の信号を表す第2のサンプルとを少なくとも生成するように構成されたアナログ-デジタル変換器(ADC)と、
本発明に従って、受信機の帯域幅を設定するためのデバイスと
を備えるシステムに関する。
一次20MHzチャネルおよび二次20MHzチャネルが40MHzチャネル内にどのように配置されるかを例示する図である。 一次20MHzチャネルおよび二次20MHzチャネルが40MHzチャネル内にどのように配置されるかを例示する図である。 一次20MHzチャネルおよび二次20MHzチャネルが40MHzチャネル内にどのように配置されるかを例示する図である。 80MHzチャネル内の20MHzチャネルおよび40MHzチャネルの例を示す図である。 80MHzチャネル内の20MHzチャネルおよび40MHzチャネルの例を示す図である。 80MHzチャネル内の20MHzチャネルおよび40MHzチャネルの例を示す図である。 802.11ワイヤレスネットワーク内で交換されるフレームのプリアンブル構造を示す図である。 本発明の一実施形態によるシステムの一例のブロック図である。 2入力相互相関器(two-input cross-correlator)を例示する図である。 相互相関器が一次チャネルおよび二次チャネルから抽出された信号からどのように供給され得るかの一例を示す図である。 MIMOアンテナ環境、すなわち、マルチアンテナ環境内で動作する、本発明の別の実施形態によるシステムを例示する図である。 本発明の一実施形態による、受信フレームによって使用される帯域幅(20MHz以上)の早期評価を得るための判断論理ブロックのブロック図である。 着信信号の周波数シフトの動作を例示する図である。 本発明の方法のステップを示す図である。
本発明の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。この説明は例示的な実施形態を含むが、他の実施形態が可能であり、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに、説明される実施形態に変更を行うことが可能である。
図4は、レガシープリアンブル330の受信段階の間に一次チャネルおよび二次チャネルを構成する信号間の相関特性を検出することに基づく、本発明の全体的な動作原理を例示する。好ましい実施形態によれば、この検出は、STFフィールドの受信段階の間に実行される。
RF信号410を受信した後、アナログ-デジタル変換器(ADC)420により、アナログ信号のサンプリングと、サンプル数値への変換とが行われる。次の動作は、一次チャネルならびに二次チャネル430および440を受信信号の対応する周波数範囲から抽出することにある。この動作は、有利には、複数の帯域通過フィルタと周波数シフト動作とを使用して達成される。
図9に示すように、着信信号の周波数シフトは、以下の式、すなわちexp(j*2*pi*dF/fs*n)によって、複素数の領域内で、サンプリング周波数fsでとられたサンプルのシーケンスx(n)を乗算することにある。これは、受信シーケンスの中心周波数が固定係数dFだけシフトされることを可能にし、その結果、ADCブロック420から対応するチャネルを抽出した後、ブロック430および440のそれぞれの出力スペクトル930ならびに940が中心周波数112と整合される。一次チャネルおよび二次チャネルは、ADC出力スペクトル900から抽出される。
次いで、一次帯域上で受信された信号と二次帯域上で受信された信号とが相互相関される(450)。2つの信号間の異なるタイミングオフセットを伴う、いくつかの相互相関は、オプションで、検出の効果を改善するのと平行して実行され得る。相関器は、以下において、図5および図6で説明される。
すべての相関出力は、次いで、判断ブロック470に送信される。後で説明される、実装形態の1つの特定の例では、最大絶対値相関結果をしきい値と比較することによってこの判断が行われる。このしきい値は、たとえば、ブロック430および440の出力から、すなわち、一次チャネルおよび二次チャネルを抽出した後、基準レベル推定器460によって実行される受信冪乗を推定することによって評価される加重基準レベルと呼ばれる場合もある。
この基準レベルの推定が上記の特定の例とは異なる多くの様式で達成され得ることは注目に値する。特に、たとえば、受信経路の効率的な利得制御により、受信のレベルは密なマージン範囲内に維持されることが可能であり、その場合、基準レベルは単なる固定値であり得る。反対に、入力信号の冪乗がフレーム受信ごとにかなり変化しやすい場合、帯域幅検出アルゴリズムを入力信号冪乗から独立させることが重要である。上で述べたように、これは、たとえば、入力冪乗に応じて、検出しきい値を調整することによって達成され得る。この場合、検出しきい値は、相関ブロックに入力された信号の冪乗の和を重み係数によって乗算することによって取得され得る。冪乗推定は、信号の絶対値の2乗を累積することによって取得される。累積持続期間は、一般に、相互相関器の累積持続期間と同じであるはずである。この条件は必須ではないが、累積は同じ期間に行われるため、両方の成分を比較する前に、持続期間によって分割する必要がないため、有利である。重み係数はトレードオフ値が設定されることを可能にし、これは受信フレームの誤検出と虚偽検出の両方が発生するのを防ぐ。
相関結果が基準レベルよりも優れる場合、これは一次信号と二次信号とが実際に相関することを意味し、したがって、現在のフレームの帯域幅は一次チャネルと二次チャネルとを含む。そうでない場合、一次チャネルと二次チャネルとは相関せず、したがって、フレーム帯域幅は一次チャネル帯域以下である。したがって、第1の事例では、たとえば、40MHzフレームが検出されるのに対して、第2の事例では、フレーム帯域幅は単に20MHzである。
図5は、一次チャネルおよび二次チャネルから抽出された信号を比較するために使用される個々の相関器を示す。相関器510は、一次チャネルにおいて受信された第1の信号を表す第1のサンプルと、二次チャネルにおいて受信された第2の信号を表す第2のサンプルとの相関を計算するように構成される。本発明のシステムを含めて、すべての最新の信号処理システムは、複素数領域内で動作する。その場合、一次チャネルおよび二次チャネルから抽出された信号は、実成分と虚数成分とを有する複素数である。相互相関器510は、たとえば、一次チャネルから入る複素信号を二次チャネルから入る複素信号の複素共役で乗算することによって機能する。したがって、信号が両方のチャネル内で同一である場合、一方は、複素数の絶対値の2乗に等しい実数を得る。次いで、結果は累積されて判断論理ブロック470に配信される。
その後または同時に、基準レベル推定器460は、一次チャネルにおいて受信された第1の信号および/または二次チャネルにおいて受信された第2の信号を表すサンプルに基づいて、しきい値を推定する。次いで、基準レベル推定器は判断論理ブロック470に配信される。
判断論理ブロック470は、相関がしきい値を超える場合、受信機帯域幅を第1の帯域幅(たとえば、40MHz)に設定し、相関がしきい値未満である場合、受信機帯域幅を第2の帯域幅(たとえば、20MHz)に設定する。
相互相関入力信号のサンプリングレートは、一般に、それらの相互相関入力信号が表すチャネルの帯域幅に等しい。したがって、一次チャネルおよび二次チャネルが20MHz幅チャネルである場合、相互相関器に対する各入力は、毎秒20メガサンプル(MS/s)シーケンスであり、20MS/s出力シーケンスを生み出す。一般に、この出力シーケンスの(3.2μs、すなわち、3.2×20=64を表す)64個のサンプルが合計される。推定の精度を改善するために、累積されたサンプルの数は可能な限り大きくあるべきである。推定は、好ましくは、STFフィールドの終端が有用になる前に完了されなければならないのに対して、推定はパケット検出とRF/アナログ利得調整とが行われた後でだけ開始することができる。これは、一般に、3.2μsのSTF信号期間をこの処理のために利用可能な状態に残す。前にすでに述べたように、基準レベル推定器の累積期間は、その場合、両方の成分を比較する前に持続期間によって分割する必要がないため、好ましくは、その累積期間は相互相関器の累積期間と同じであるべきである。
本発明の1つの非限定的な実施形態によれば、相関は着信フレームの第1のフィールドに関して計算される。一般に、このフレームはSTF(ショートトレーニングフィールド)であり、たとえば、L-STF(ロングSTF)またはGF-HT-STF(グリーンフィールドハイスループットSTF)が同様に使用され得る。
STFフィールドを復号するための持続期間がおよそ8μ秒である場合、本発明は、この持続期間、好ましくは4.8μs未満の第1の部分の間にフレームを検出するように、かつ、この持続期間の残りの時間の間にフレーム帯域幅を評価するように構成される。本発明を用いてフレーム帯域幅を評価することは、せいぜい3.2μsを要する。したがって、STFフィールドが完全に受信および復号されると、フレーム帯域幅が知られる。したがって、本発明は、着信フレームの残りの受信および復号プロセスを遅延させない。
特に、閉鎖された領域内で頻繁に発生するマルチパス伝搬に対してこのシステムをより頑強にするためには、そのような相互相関を異なる時間間隔で、すなわち、入力信号の異なる時間サンプルにわたって実行することが有利である。したがって、本発明によるシステムは、好ましくは、いくつかの相互相関器を含む。各相関器の両方の入力は、その場合、一次チャネルおよび二次チャネルの異なる時間サンプルに接続される。図6は、本発明のそのような実装形態の一例を示す。使用される相互相関器の数は、本発明の特定の実装形態から予想される性能のレベルによって決定される。実装形態の複雑さと性能との間のトレードオフが行使されなければならない場合がある。入力信号間の最適な相対遅延は、環境に依存する。図6の例示的な実装形態では、一次信号と二次信号との間の様々な相対遅延が各相関器の入力の対に加えられた状態で、3つの相関器510が平行して実行される。
図7は、マルチアンテナ環境における本発明の実装形態を示す。標準のバージョン802.11nは、STAおよびAPが、伝搬環境を介して、複数の受信アンテナを有する受信機に送信する複数のアンテナを有する送信機を備えることが可能な、いわゆる、MIMO動作モード、すなわち、「多入力多出力」モードを導入している。この文脈で、本発明は、図7の特定の例で示されるように実行され得る。この場合、相互相関は、有利には、異なるアンテナから入る一次チャネルと二次チャネルとを介して実行され、したがって、複数の結合を生み出すことが可能である。
各アンテナ711、712、71iは、それぞれ、ADC721、722、72iと、かつその関連するアンテナの一次チャネル731、732、73iおよび二次チャネル741、742、74iを抽出するための抽出ブロックとに関連付けられる。
共通基準推定器760は、一次チャネル731、732、73iおよび二次チャネル741、742、74iのサンプルを収集する。
相関器751、752、753、75iは、任意のアンテナ711、712、71iの一次チャネル731、732、73iからの各サンプルと、任意のアンテナ711、712、71iの二次チャネル741、742、74iからの各サンプルとを受信する。
相関は、フレーム帯域幅を評価するために、判断論理ブロック770に提供される。
たとえば、この例示的な実施形態では、
相関器751は、第1のアンテナ711からの一次帯域信号731を前記第1のアンテナ711からの二次帯域信号741と相関させ、
相関器752は、第1のアンテナ711からの一次帯域信号731を第2のアンテナ712からの二次帯域信号742と相関させ、
相関器753は、第2のアンテナ712からの一次帯域信号732を第1のアンテナ711からの二次帯域信号741と相関させ、
相関器754は、第2のアンテナ712からの一次帯域信号732を前記第2のアンテナ712からの二次帯域信号742と相関させる。
好ましくは、本発明の一実施形態は、図6を参照して説明した実施形態(様々な時間間隔におけるマルチ相関)と図7を参照して説明した実施形態(マルチアンテナからのサンプルの相関)とを組み合わせる。
図8は、本発明を実装する、ある例示的な論理ブロックを説明し、したがって、受信されているフレームの帯域幅が20MHzであるかどうか、またはより高い、すなわち、40MHzもしくは80MHzであるかどうかを検出することを目的とする。この例では、図4および図7でそれぞれ示される判断ブロック470または770は、この場合、基準870内に含まれる論理ブロックを含む。
図8のこの例では、二次帯域はアンテナのうちの1つだけから利用可能である。したがって、すべてのアンテナからのすべての一次帯域信号は同じ二次帯域信号と相関される。
の40MHz伝送BSS内で、L-STFは、周波数を複製およびシフトすることによって、かつ上位サブキャリアを90だけ回転させることによって、20MHz STFから構築される。その場合、各サブバンドは、異なるステアリング行列(Q)および異なるマルチパスによる影響を受ける可能性がある。その上、異なる循環シフトが各空間ストリームに印加される。
を、20MHz一次帯域内のSTFフィールドの間にアンテナk上で受信された信号の時間領域表現であり
を、二次帯域に関するのと同じ定義であり、アンテナlに関する
と定義する。
無雑音環境において、下の定義を有する、上記の式が有効であるようなフィルタhpk(z)およびhsl(z)が存在する。
sは、送信されたSTFの時間領域表現であり、
Φは周波数オフセットを表す。
各サブバンド上で送信された信号をリンクする関係により、各サブバンド上で受信された信号は、同じ送信されたシーケンス、たとえば、下位サブバンド上で送信されたシーケンスに応じて表現され得る。
図8によって実装されるアルゴリズムは、一次帯域から入るサンプルと二次帯域からのサンプルとの間で見いだされ得る相関特性に基づく。
現在のフレーム帯域幅が40MHzである場合、一次帯域および二次帯域は、実際に相関される。その場合、
であり、Mkl(i,j,Δ)はヌル複素値ではない。したがって、
もヌルではない。したがって、hpk(z)、hsl(z)、およびΔの構成要素に応じて、この場合、何らかのより大きなまたはより小さな絶対値が検出されることが予想され得る。
反対に、現在のフレーム帯域幅が20MHzである場合、二次帯域上の信号は雑音または干渉から生み出され、いずれの場合も、STFフィールドではない。したがって、その場合、何の相関も見出されないはずであり
一次信号と、異なる遅延Δを有する二次信号の共役との積を累積することによって、予想される値のより良好な推定値が取得される。
その上、信号冪乗の推定値は以下のように取得される
帯域幅検出アルゴリズムは、すべての信号の冪乗を用いた相関測度とも呼ばれる、平均相関の最大絶対値を比較することにある。したがって、
であり、αは、誤検出率が20MHzまたは40MHzの帯域幅になるように調整されることを可能にする重み付けパラメータである。
図8は、本発明の実装形態の1つの例示的な固定小数点ブロック図を示す。各枠810は、1本のアンテナに関する、pscorr_k_t-1 812、pscorr_k_0 814、およびpscorr_k_t1 816と示される、3つの相関測度の計算を含む。
最大相関測度がすべての冪乗の和に勝る場合、そのフレームは40MHzフレームと識別される。そうでない場合、そのフレームは20MHzフレームである。プログラム可能な重みreg_TDBW40DetWeight820は、誤差の確率が行われる2つの判断のうちの1つ、すなわち、20MHzまたは40MHzの帯域幅の検出になるように調整されることを可能にする。reg_TDBW40DetWeightのデフォルト値は22である。
検出された帯域幅の評価は、RF受信機の「自動利得制御」、すなわち、AGCが完了するとすぐに開始され、同時に、粗周波数推定が行われる。粗周波数オフセット推定は、その周波数オフセット、すなわち、送信機の搬送周波数と受信機の搬送周波数との間で観測されるオフセットを推定するために、受信されたL-STFに関して典型的に実行される処理である。この推定は、通常、0.8μsのタイムラグで受信信号に自己相関を実行することによって取得され得る。そのような受信機の標準論理ブロックの時間同期ブロック部分によって生成されるトリガによって示される、STFフィールドの終時、かつ、遅くても、帯域幅評価の開始後3.2μsに評価は停止および凍結される。
図8の特定の実装形態では、ハードウェアを節約するために、すなわち、フロントエンド部分に必要とされる論理ゲートの数を削減するために、NRx本のアンテナのうちの1つだけに関して20MHzの二次帯域サンプルが計算される。したがって、マルチアンテナ構成では、各一次経路rxTD20p_k830は、単一の二次経路rxTD20s 840だけと相関される。
他方で、性能シミュレーションは、-1、0、および+1のΔ値の以下のセットに関して相関測度が利用可能であるとき、良好な検出率が取得され得ることを示す。これは、各アンテナに関して、3つの相関が二次経路の対応する遅延バージョンと平行して実行されることを意味する。
図10は、本発明の方法のステップを示す。たとえば、フレームSTFフィールドから入るインバウンドフレームのサンプルの受信時(1010)に、一次チャネルおよび二次チャネルのスペクトル成分を抽出するために、周波数フィルタリングが適用される(1021および1022)。これらの値は、後に記憶される(1031および1032)。
次いで、たとえば、二次チャネルのスペクトル成分を表す複素値の共役が計算される(1040)。これは、一次チャネルおよび二次チャネルからの複素サンプル値が相互相関される(1050)ことを可能にする。前の説明は、一次チャネルのサンプルと、二次チャネルのサンプルの共役とに基づいて相互相関が実行されることを提案するのに対して、本発明は、相互相関が一次チャネルのサンプルおよび二次チャネルのサンプルの共役に基づいて実行される実施形態を包含することに留意されたい。
このステップの後、このように取得された相互相関の結果は、その結果が所与のしきい値よりも大きい(1061)か、または否か(1062)を判定するために比較され得る(1060)。前に述べたように、しきい値は、オプションで、固定値に設定されてよい。受信のレベルが効率的に監視され得る場合、これが可能である。受信のレベルがフレーム受信ごとにかなり変化しやすい場合、それに応じて、しきい値が適合されるように、オプションで、重み係数が計算され得る(1070)。重み係数は、たとえば、一次および/または二次チャネル内で見出された受信冪乗から導出される。
比較(1060)の後、受信機は、これにより、第1のタイプの帯域幅(1081)を受信するように適合されたモード、または第2のタイプの帯域幅(1082)を受信するように適合された、すなわち、たとえば、20MHzの幅の帯域幅またはそれより大きな幅の帯域幅を受信するように適合されたモードに設定され得る。
これは、どのチャネル幅が受信されることになるかをオンザフライで決定するプロセスを終了する(1090)。
前述の説明は、限定的な例ではなく、例として、本発明の例示的な実施形態を実装するための様々な方法、装置の十分な教育的な説明を提供した。しかしながら、様々な修正形態および実装形態は、添付の図面および添付の特許請求の範囲とともに読まれるとき、前述の説明に照らして、当業者に明らかになるであろう。いくつかの例として、当業者は他の類似のまたは均等なアルゴリズムおよびデータ表現の使用を試みることができる。さらに、(たとえば、相関ブロック、基準レベル推定器など)異なる要素および機能に関して使用される様々な名称は、単に記述のためであり、これらの様々な要素および機能は任意の適切な名称で呼ばれることが可能であるため、限定的な意味で読まれることが意図されない。本発明の教示のすべてのそのような修正および類似の修正は、依然として、本発明の請求項の範囲内に包含されることになる。
さらに、本発明の例示的な実施形態の特徴のうちのいくつかは、他の特徴の対応する使用なしに、有利に使用され得る。したがって、前述の説明は、本発明の限定ではなく、本発明の原理、教示、および実施形態を単に例示するものと見なされるべきである。
410 RF信号
420 アナログ-デジタル変換器(ADC)、ADCブロック
430 一次チャネル、ブロック
440 二次チャネル、ブロック
460 基準レベル推定器
470 判断論理ブロック
510 相関器、相互相関器
711 アンテナ、第1のアンテナ
712 アンテナ、第2のアンテナ
71i アンテナ
721 ADC
722 ADC
72i ADC
731 一次チャネル、一次帯域信号
732 一次チャネル、一次帯域信号
73i 一次チャネル
741 二次チャネル、二次帯域信号
742 二次チャネル、二次帯域信号
74i 二次チャネル
751 相関器
752 相関器
753 相関器
754 相関器
75i 相関器
760 共通基準推定器
770 判断論理ブロック

Claims (13)

  1. ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)内の着信フレーム(310、320)の帯域幅を決定するための方法であって、一次WLANチャネル(430、501、731、732)において受信されたフレーム(310、320)の第1の信号を表す第1の複数のサンプル、および二次WLANチャネル(440、502、741、742)において受信された前記フレーム(310、320)の第2の信号を表す第2の複数のサンプルの受信時に、少なくともプロセッサによって実行される以下のステップ、すなわち、
    前記第1の複数のサンプルのうちのあるサンプルと、前記第2の複数のサンプルのうちのあるサンプルとの少なくとも1つの相関を計算するステップ(450)と、
    前記相関がしきい値を超える場合、受信機モードを第1の帯域幅に設定し、そうでない場合、受信機モードを第2の帯域幅に設定するステップと
    を含み、
    前記フレーム(310、320)が複数のフィールドから形成され、相関を計算する前記ステップおよび受信機モードを設定する前記ステップが、前記フレーム(310、320)の第1のフィールドの前記受信の間に実行および完了され、
    前記第1の複数のサンプルおよび前記第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルが複素信号であり、前記相関が、
    前記第1の複数のサンプルのうちの前記サンプルおよび前記第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルのうちの一方を
    前記第1の複数のサンプルのうちの前記サンプルおよび前記第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルのうちの他方の共役で乗算するステップを含む、
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記フレーム(310、320)の前記第1のフィールドがショートトレーニングフィールド(L-STF; GF-HT-STF)である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記フレーム(310、320)の第2のフィールドが、ロングトレーニングフィールド(L-LTF; HT-LTF1)であり、後続のフィールドが、SIGフィールドを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記第1の複数のサンプルおよび前記第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルが複素信号であり、前記しきい値が、前記第1の複数のサンプルおよび/または前記第2の複数のサンプルのうちの少なくとも1つのサンプルの絶対値の2乗を算出することによって計算される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記第1の複数のサンプルおよび前記第2の複数のサンプルが第1のサンプリングレートで前記着信フレーム(310、320)からサンプリングされ、前記しきい値が、第2のサンプリングレートで前記着信フレーム(310、320)からサンプリングされたサンプルの冪乗の和によって重み係数を乗算することによって算出され、前記第1のサンプリングレートおよび前記第2のサンプリングレートが等しい、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 第1のWLANチャネルが40MHz帯域幅チャネルの20MHz帯域幅一次チャネル(430、501、731、732)であり、第2のWLANチャネル(440、502、741、742)が前記40MHz帯域幅チャネルの20MHz帯域幅二次チャネルであり、前記第1の帯域幅が40MHzであり、前記第2の帯域幅が20MHzであるか、または
    前記第1のWLANチャネルが80MHz帯域幅チャネルの40MHz帯域幅一次チャネル(430、501、731、732)であり、前記第2のWLANチャネル(440、502、741、742)が前記80MHz帯域幅チャネルの40MHz帯域幅二次チャネルであり、前記第1の帯域幅が80MHzであり、前記第2の帯域幅が40MHzである
    請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 少なくとも1つの相関を計算する前記ステップが、複数の相関(510)を同時に計算するステップを含み、前記複数の相関(510)の各相関に関して考慮に入れられる前記第1の複数のサンプルおよび前記第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルが異なる相対遅延を提示する、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記複数の相関(510)の前記相関が同時に計算される、請求項7に記載の方法。
  9. 前記フレーム(310、320)の第1の信号を表す前記第1の複数のサンプルが少なくとも2本のアンテナ(711、712)の各一次WLANチャネル(731、732)において受信され、かつ/または前記フレーム(310、320)の第2の信号を表す前記第2の複数のサンプルが少なくとも2本のアンテナ(711、712)の各二次WLANチャネル(741、742)において受信され、計算する前記ステップが、前記少なくとも2本のアンテナ(711、712)のうち第1のアンテナ(711)の一次WLANチャネル(731、732)において受信された前記第1の複数のサンプルのうちのあるサンプルと、前記少なくとも2本のアンテナ(711、712)のうちの第2のアンテナ(712)の二次WLANチャネル(741、742)において受信された前記第2の複数のサンプルのうちのあるサンプルとの少なくとも1つの相関を計算する、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記フレーム(310)がグリーンフィールドフレームである、請求項1に記載の方法。
  11. ソフトウェアプログラム命令を含むコンピュータプログラムであって、少なくとも1つのデータプロセッサによる前記ソフトウェアプログラム命令の実行により、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法の前記ステップの実行を含む動作が実施される、コンピュータプログラム。
  12. ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)用の受信機の帯域幅を設定するためのデバイスであって、
    前記受信機の一次WLANチャネル(430、501、731、732)において受信されたフレーム(310、320)の第1の信号を表す第1のサンプルと、前記受信機の二次WLANチャネル(440、502、741、742)において受信された前記フレーム(310、320)の第2の信号を表す第2のサンプルとの少なくとも1つの相関を計算するように構成された少なくとも1つの相関器(450、510、751、752…)と、
    前記相関がしきい値を超える場合、前記受信機帯域幅を第1の帯域幅に設定するように構成され、前記相関が前記しきい値未満である場合、前記受信機帯域幅を第2の帯域幅に設定するように構成された判断論理ブロック(470、770)と
    を備え、
    前記フレーム(310、320)が複数のフィールドから形成され、前記フレーム(310、320)の第1のフィールドの前記受信の間に、前記相関器(450、510、751、752…)が前記相関を計算し、前記判断論理ブロック(470、770)が前記受信機帯域幅を設定するように、前記受信機が構成され、
    前記第1の複数のサンプルおよび前記第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルが複素信号であり、前記相関が、
    前記第1の複数のサンプルのうちの前記サンプルおよび前記第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルのうちの一方を
    前記第1の複数のサンプルのうちの前記サンプルおよび前記第2の複数のサンプルのうちの前記サンプルのうちの他方の共役で乗算することを含むように、前記相関器(450、510、751、752…)が構成される、ことを特徴とするデバイス。
  13. ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)用の受信機を含むシステムであって、
    少なくとも1本のアンテナ(410、711、712)と、
    前記少なくとも1本のアンテナ(410、711、712)に結合され、前記受信機の一次WLANチャネル(430、501、731、732)において受信されたフレーム(310、320)の第1の信号を表す少なくとも第1のサンプルと、二次WLANチャネル(440、502、741、742)において受信された前記フレーム(310、320)の第2の信号を表す第2のサンプルとを少なくとも生成するように構成されたアナログ-デジタル変換器(ADC)(420、721、722)と
    を備え、
    請求項12に従って、前記受信機の帯域幅を設定するためのデバイスを含むことを特徴とするシステム。
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