WO2013136774A1 - 信号検出装置及び信号検出方法 - Google Patents

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WO2013136774A1
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threshold
received signal
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高橋　洋
浦部　嘉夫
和弘 安道
岡　直人
誠隆 入江
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パナソニック株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the present invention relates to a signal detection apparatus and a signal detection method for detecting a signal of another system.
  • Wireless communication standards have been formulated or studied in millimeter wave wireless communication using the 60 GHz band.
  • Major wireless LAN (Local Area Network) / Wireless PAN (Personal Area Network) standards that do not require a license include, for example, WiGig (Wireless Gigabit Network), IEEE 802.15.3c, Wireless HD (High Definition), ECMA- There are 387.
  • WiGig Wireless Gigabit Network
  • IEEE 802.15.3c Wireless HD (High Definition)
  • the IEEE 802.11ad standard is being developed.
  • a plurality of radio systems for example, single carrier system, OFDM (Orthogonal Frequency Division Division Multiplexing) system
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Division Multiplexing
  • the frequency channels that can be used in the 60 GHz band are limited to 3 to 4 channels, it is expected that a plurality of different systems will use the same frequency channel when millimeter-wave wireless communication becomes widespread. The As a result, interference occurs between the systems, and there is a concern that the communication performance in each system may deteriorate.
  • Carrier sense is a method of detecting a signal by detecting power.
  • the carrier sense the power of the received signal is measured, and when the measured power value exceeds a predetermined threshold value, it is recognized that the signal is detected.
  • a feature of carrier sense is that signals can be detected regardless of the type.
  • Patent Document 1 As a carrier sense, for example, a technique disclosed in Patent Document 1 is known.
  • Patent Document 1 for example, in the carrier sense of IEEE 802.11 CCA (Clear Channel ⁇ Assessment), if the power (level) exceeds a predetermined threshold, it is determined that the transmission medium is busy. Even if the predetermined threshold value is not exceeded, a method has been proposed in which a transition is made to a pending state in which it is determined whether or not the transmission medium is in use, and a busy state is detected when a preamble is detected in the pending state. Thereby, the signal of the electric power which does not exceed a predetermined threshold value can also be detected.
  • Patent Document 1 can detect a weak power signal, but if noise exceeding a predetermined threshold is detected, the noise cannot be distinguished from the signal, and the noise is erroneously detected as a signal. In order to detect, there exists a problem that the sensitivity of electric power detection itself is not improved.
  • the predetermined threshold is set low to improve the detection sensitivity, noise is likely to be erroneously detected as a signal.
  • the predetermined threshold is set high to prevent erroneous detection, the detection sensitivity deteriorates. The problem has not been improved.
  • An object of the present invention is to provide a signal detection device and a signal detection method that reduce false detection of detecting noise as a signal and improve power detection sensitivity.
  • the signal detection apparatus of the present invention includes a power detection means for detecting a reception signal having a reception power exceeding a predetermined first threshold, a detected first reception signal, and a second detected next to the first reception signal.
  • Correlation value calculating means for calculating a correlation value with a received signal
  • absolute value calculating means for calculating an absolute value of the calculated correlation value
  • determining means for determining the presence / absence of the detection target signal based on the threshold determination.
  • the signal detection method of the present invention includes a power detection step of detecting reception power exceeding a predetermined first threshold, a first reception signal of the detected reception power, and reception power detected next to the first reception signal.
  • a correlation value calculating step of calculating a correlation value with the second received signal, an absolute value calculating step of calculating an absolute value of the calculated correlation value, and a predetermined second value of the calculated absolute value of the correlation value And a determination step of determining presence / absence of a detection target signal based on threshold determination with a threshold.
  • erroneous detection of detecting noise as a signal can be reduced, and power detection sensitivity can be improved.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an autocorrelation detector disclosed in Patent Document 2. Diagram for explaining general autocorrelation method The block diagram which shows the structure of the signal detection apparatus which concerns on one embodiment of this invention The figure which uses for description of signal detection operation
  • a transmission device for example, an access point
  • the signal detection device is mounted on a receiving device (for example, a terminal device) that communicates with any of the communication systems in the plurality of communication systems described above, and the communication that the mounted receiving device communicates with.
  • a receiving device for example, a terminal device
  • a frame from a system hereinafter referred to as “own system”.
  • the signal detection apparatus detects a plurality of frames of another system.
  • the detection target frame may include a frame of the own system.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a signal detection device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Hereinafter, the configuration of the signal detection apparatus 100 will be described with reference to FIG.
  • the signal detection device 100 includes a power detection unit 101, a storage unit 102, a multiplier 103, an integrator 104, an absolute value calculation unit 105, and a determination unit 106.
  • the signal detection apparatus 100 inputs a reception signal obtained after radio reception processing (for example, down-conversion, analog-digital conversion) is performed on a radio reception signal received via an antenna in the reception apparatus, that is, a baseband signal. To do.
  • the input received signal is distributed (duplicated), and a plurality of distributed signals are input to the power detection unit 101, the storage unit 102, and the multiplier 103.
  • the power detection unit 101 detects the power of the input received signal, and outputs a trigger to the storage unit 102 when power exceeding the power detection threshold is detected.
  • the storage unit 102 When the trigger is output from the power detection unit 101, the storage unit 102 stores the input reception signal as the first reception signal. Further, when the next trigger is output from the power detection unit 101, the storage unit 102 outputs the stored first reception signal to the multiplier 103, and stores the newly input reception signal as the second reception signal. To do.
  • the multiplier 103 multiplies the input second received signal by the first received signal output from the storage unit 102 and outputs the multiplication result to the integrator 104.
  • the integrator 104 integrates the multiplication result output from the multiplier 103 in a predetermined period, and outputs the integration result (that is, the correlation value between the second reception signal and the first reception signal) to the absolute value calculation unit 105. .
  • the multiplier 103 and the integrator 104 function as correlation value calculation means.
  • the absolute value calculation unit 105 calculates the absolute value of the correlation value output from the integrator 104 and outputs it to the determination unit 106.
  • the determination unit 106 determines the presence or absence of a detection target signal based on the absolute value of the correlation value output from the absolute value calculation unit 105. Specifically, the determination unit 106 determines that the detection target signal is detected when the absolute value of the correlation value is equal to or greater than the signal detection threshold, and detects the detection target signal when the absolute value of the correlation value is less than the signal detection threshold. In other words, the first received signal and / or the second received signal is determined as noise.
  • FIG. 2 shows the received signal input timing, power detection timing, and detection target signal detection timing.
  • the storage unit 102 stores the first reception signal S1.
  • the storage unit 102 outputs the stored first received signal S1 to the multiplier 103.
  • the second received signal S2 is stored. At this time, it is unknown whether the second reception signal S2 is a detection target signal or noise.
  • the second received signal S2 input to the signal detection device 100 and the first received signal S1 output from the storage unit 102 are multiplied by the multiplier 103, and the multiplication result of the multiplier 103 is integrated by the integrator 104, A correlation value between the second received signal S2 and the first received signal S1 is obtained.
  • the absolute value calculation unit 105 calculates the absolute value of the correlation value obtained by the integrator 104, and the determination unit 106 determines that the second reception signal S2 is the detection target signal if the correlation value is equal to or greater than the signal detection threshold. Is determined. Further, when the correlation value is less than the signal detection threshold, the determination unit 106 determines that the first reception signal S1 and / or the second reception signal S2 is noise.
  • the power detection unit 101 when the second reception signal S2 exceeding the power detection threshold is noise, the correlation value between the first reception signal S1 and the second reception signal S2 becomes small, and the determination unit 106 Therefore, the frequency of erroneous detection of noise as a signal can be reduced. For this reason, the power detection sensitivity can be improved by setting the power detection threshold value of the power detection unit 101 low.
  • the signal detection apparatus 100 sets the power detection threshold value low in order to improve the power detection sensitivity, and eliminates false detection of noise that tends to occur by detection detection processing using autocorrelation. As a result, it is possible to achieve both reduction in false detection of noise and improvement in power detection sensitivity.
  • an operation for avoiding interference is started according to the power detected by the reception device including the signal detection device 100 or the frequency of detection.
  • General operations for avoiding interference include, for example, frequency channel change, transmission timing change, transmission power control, and antenna directivity control.
  • the correlation value with the previously detected reception signal is calculated, and the calculated correlation value is compared with the signal detection threshold.
  • beacon frame for example, including time information of a wireless system
  • a beacon frame group composed of several beacon frames is periodically transmitted. For this reason, it is difficult for the signal detection apparatus 100 to receive a plurality of beacon frames to which beamforming is applied with constant power.
  • FIG. 3 shows the input timing of the received signal, the power detection timing, and the frame detection timing.
  • the signal detection apparatus 100 receives a beacon group including four beacons to which beamforming is applied.
  • the first to third beacon groups are received.
  • the received power of the first to fourth beacons included in the first beacon group received by the signal detection device 100 is different.
  • the power is greater than or equal to the power detection threshold value, so the power detection unit 101 determines that there is a received signal, and the power is detected for the fourth beacon Since it is less than the threshold, the power detection unit 101 determines that there is no received signal.
  • the presence or absence of a received signal is determined for the second beacon group for the fifth to eighth beacons, and the third beacon group for the ninth to twelfth beacons.
  • the signal detection apparatus 100 uses the multiplier 103, the integrator 104, and the absolute value calculation unit 105 to correlate the first beacon and the second beacon, and the determination unit 106 detects the frame.
  • the signal detection apparatus 100 performs a correlation calculation between the second beacon and the third beacon to detect a frame. Furthermore, the signal detection apparatus 100 performs a correlation calculation between the third beacon and the fifth beacon beyond the beacon group to detect a frame. Thereafter, the same operation as described above is performed.
  • the determination unit 106 can detect a frame because the input correlation value is equal to or greater than the signal detection threshold.
  • FIG. 4 shows received signal input timing, power detection timing, and frame detection timing.
  • the fourth beacon, the eighth beacon, and the twelfth beacon exceed the power detection threshold. For this reason, it is difficult for the signal detection device 100 to take a correlation within each beacon group.
  • the signal detection apparatus 100 performs a correlation operation between the fourth beacon of the first beacon group and the eighth beacon of the second beacon group, and detects a frame.
  • the detection target signal is a beacon frame in which the same signal is repeatedly transmitted, even if the beacon frame has a different power detection level due to the application of beamforming, the first embodiment.
  • the frame can be detected with high accuracy.
  • frequency channels that can be used in the 60 GHz band are assumed to be 3 to 4 channels, when millimeter-wave wireless communication becomes widespread, different systems may use the same frequency channel. . For this reason, there is a concern that interference between systems occurs and the communication performance in each system is degraded.
  • Patent Document 2 JP-A-2004-221940
  • Non-Patent Document 1 IEEE Std 802.11-2007
  • a signal pattern of a periodic signal used for the preamble portion is defined.
  • a method of detecting the preamble by cross-correlation between a known signal pattern included in the preamble and the received signal is used.
  • the method based on cross-correlation is not necessarily suitable.
  • the period of the signal pattern used is common among several wireless communication standards, and the number of variations of the period of the periodic signal used for the preamble portion is relatively small compared to the number of variations of the signal pattern. Therefore, instead of the cross-correlation method, by providing an autocorrelation detector for the main period in the receiving apparatus, the receiving apparatus can widely detect interference signals from a wide variety of different systems.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the autocorrelation detector disclosed in Patent Document 2.
  • FIG. 5A is a diagram showing a configuration of the autocorrelation detector 10 in Patent Document 2.
  • FIG. 5B is a diagram conceptually showing processing in the autocorrelation detector.
  • the first period portion of the periodic signal is represented by P1
  • the second period portion is represented by P2.
  • the autocorrelation detector performs a correlation operation between the first signal that is the received signal and the second signal obtained by delaying the first signal by the delay unit 11.
  • the P1 portion and P2 portion of the first signal, and the P1 portion and P2 portion of the second signal are objects of correlation calculation processing.
  • the second signal is given a delay of one period of the periodic signal, when calculating the correlation between the first signal and the second signal, the P2 part of the first signal is actually The correlation with the P1 portion of the two signals is calculated.
  • the first signal and the delayed second signal are multiplied by the multiplier 12, and the multiplication result obtained by the multiplier 12 is integrated by the integrator 13 over a predetermined period. Is done. Thereby, a correlation value is obtained.
  • the correlation calculation processing target is the P1 portion and P2 portion of the first signal and the P1 portion and P2 portion of the second signal
  • the observation period of the power used for normalization also corresponds to both P1 and P2. It becomes. That is, the correlation value is normalized by the normalization unit 15 based on the average value of the power during the power observation period by the power detection unit 17, and the presence or absence of a signal is determined by the comparator 16 based on the normalized correlation value.
  • Non-Patent Document 2 a general virtual carrier sense method disclosed in Non-Patent Document 2 is used.
  • the virtual carrier sense method for example, in order to detect the signal of the own system in a wireless LAN, the frame length information is inserted into the frame header of the signal and transmitted, and the receiver extracts the frame length information from the signal. Determine the frame duration. Even if the reliability of carrier sense based on power is insufficient, the duration of a frame can be detected with high reliability by preamble detection and virtual carrier sense.
  • CSMA carrier sense multiple access
  • Non-Patent Document 2 it is necessary for the receiver to demodulate the received signal and decode the frame length information.
  • frame length information in order to obtain frame length information from signals of a wide variety of different systems, it is necessary to demodulate the signals of all target different systems and decode the data. Applying the carrier sense method is not realistic.
  • the purpose of the third embodiment is to provide a signal detection apparatus and a signal detection method for detecting a frame duration without demodulating a general signal including signals of various different systems.
  • carrier sense the power of the received signal is measured, and if the measured power value exceeds a predetermined threshold, it is recognized that the signal has been detected.
  • Carrier sense has a feature that a signal can be detected regardless of the type of system. On the other hand, depending on the power, there is a case where noise and a signal cannot be distinguished.
  • carrier sense has the following relationship. If the predetermined threshold is set low to improve the detection sensitivity, erroneous detection that erroneously detects noise as a signal is likely to occur. Conversely, if the predetermined threshold is set high to prevent erroneous detection, Sensitivity deteriorates. In other words, there is a trade-off between improving detection sensitivity and preventing false detection.
  • One is a cross-correlation method for detecting a detection target signal based on a correlation value between a preamble portion included in a received signal and a known pattern signal candidate used for the preamble portion.
  • the other is an autocorrelation method for detecting a detection target signal based on a correlation value between preamble portions of a first signal and a second signal obtained by copying a received signal.
  • a periodic signal in which a specific signal pattern is repeated is often used.
  • the periodicity of the periodic signal is used for signal detection.
  • the signal detection sensitivity of the autocorrelation method is lower than that of cross-correlation detection, but higher than that of carrier sense.
  • the signal detection sensitivity of the autocorrelation method is higher than that of carrier sense because noise and a signal can be distinguished by the periodicity of the periodic signal.
  • the autocorrelation method does not require the receiving side to know the specific signal pattern described above. Therefore, the receiving apparatus can be realized with a simple configuration. Further, in the autocorrelation method, it is only necessary to detect the periodicity of the waveform, so that it is not necessary to perform reception signal processing in accordance with the symbol rate of the interference signal.
  • the autocorrelation method has an advantage that it can be easily applied to signal detection in different systems having different symbol rates or modulation methods.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a general autocorrelation method.
  • FIG. 6A shows the basic configuration of the autocorrelation detector 20
  • FIG. 6B is a diagram conceptually showing the autocorrelation process.
  • the second signal is delayed by the delay device 21 for a predetermined time out of the first signal and the second signal to which the received signal is distributed.
  • the predetermined time corresponds to the period of the periodic signal used for the preamble portion of the detection target signal.
  • the first signal and the delayed second signal are multiplied by the multiplier 22.
  • a simple multiplier is provided, but a complex multiplier may be used. This is because a complex baseband signal is treated as a received signal and multiplied by a complex conjugate.
  • the multiplication result obtained in the multiplier 22 is integrated over a predetermined period in the integrator 23 to obtain a correlation value.
  • the absolute value of the obtained correlation value is calculated by the absolute value calculation unit 24, the absolute value of the calculated correlation value is compared with a predetermined threshold value, and a signal corresponding to the comparison result is output.
  • the correlation value obtained from the complex baseband signal is a complex number.
  • the obtained correlation value is a positive real number.
  • the obtained correlation value may not necessarily be a positive real number.
  • the correlation value obtained in the integrator 23 is not directly used for determination, but the absolute value of the correlation value is used for determination.
  • the correlation component substantially matches the real number component, and the imaginary number component is caused by noise, for example.
  • a real component of the correlation value may be used for the determination.
  • the absolute value of the correlation value or the real component of the correlation value is input to the comparator 25 and compared with a predetermined threshold value. When the input value is larger than the predetermined threshold value, it is determined that the signal is detected by the comparator. Is done.
  • an autocorrelation detector in order to minimize detection errors as much as possible and detect weak signals with high sensitivity, it is necessary to appropriately set a threshold value. Note that erroneous detection means that noise is not detected as a detection target signal, but an original detection target signal.
  • a transmission device for example, an access point
  • the signal detection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention is mounted on a receiving apparatus that communicates in any one of the plurality of communication systems described above, for example, a terminal apparatus.
  • the signal detection device detects a preamble signal from a plurality of communication systems (hereinafter referred to as “other systems”) other than the communication system (hereinafter referred to as “own system”) with which the mounted receiving device communicates. To do. In the following description, it is assumed that the signal detection device detects a plurality of preamble signals from other systems, but the preamble signal to be detected may be included in the preamble signal to be detected.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the signal detection apparatus 50 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the signal detection device 50 receives a reception signal (that is, a baseband signal) obtained after a radio reception signal received via an antenna in the reception device is subjected to radio reception processing (for example, down-conversion, analog-digital conversion). As input.
  • a reception signal that is, a baseband signal
  • radio reception processing for example, down-conversion, analog-digital conversion
  • the preamble detection unit 51 detects the preamble at the beginning of the frame and outputs a preamble detection signal to the threshold control unit 53 and the determination unit 55.
  • the use of the autocorrelation detector shown in FIG. 6 as the preamble detection unit 51 is suitable for signal detection in a heterogeneous system, but is not limited to this, and other preamble detection units (for example, cross-correlation detectors) May be used.
  • the average power calculation unit 52 calculates the average power of the input signal for the most recent predetermined time, and outputs the calculated average power to the threshold control unit 53.
  • the average time is set to a time sufficient to smooth a short time fluctuation. As the average time is increased, for example, malfunction due to instantaneous fluctuations in noise can be reduced, and precise threshold setting is possible. However, the delay in detection timing increases because the response to changes in the signal is delayed, and the delay is too large. And CSMA operation will be hindered. It is preferable to set it to several to several tens of times the reciprocal of the bandwidth of the input signal.
  • the average power calculation operation may obtain an accurate average value over a predetermined time, but may be a smoothing operation using a low-pass filter, for example.
  • the threshold controller 53 sets a threshold based on the average power output from the average power calculator 52. Specifically, before the preamble detection signal is input, the threshold value control unit 53 sets a value obtained by adding a predetermined level margin (first level margin value) to the average power as the first threshold value. Prevent detection. This is an operation that emphasizes the reduction of false detection. Note that the first threshold may be infinite and the detection operation may be substantially invalidated.
  • the threshold value control unit 53 receives a preamble detection signal, and when the average power of the input preamble detection signal is lower than the first threshold value, the threshold value control unit 53 has a predetermined level margin (first power) with respect to the average power (preamble unit power). A value obtained by subtracting (2 level margin value) is set as the second threshold value. This is an operation that places importance on detection sensitivity. In addition, by using two threshold values, it is possible to achieve both improvement in detection sensitivity and reduction in false detection.
  • the threshold control unit 53 when notified from the power detection unit 54 that the signal power is below the second threshold over a predetermined determination time, the threshold control unit 53 returns to the first threshold before the preamble detection signal is input.
  • the method of returning from the second threshold value to the first threshold value may be instantaneously changed or may be gradually changed stepwise or smoothly over a predetermined time. By gradually changing the threshold value, it is possible to prevent frame detection from being ended erroneously due to instantaneous fluctuations in the signal, and stable frame detection can be performed.
  • the threshold control unit 53 includes a timer that counts a predetermined timeout time. When the signal power does not fall from the preamble detection timing over the timeout time, the first threshold value before the preamble detection signal is input is restored. Thereby, for example, it is possible to prevent the false detection from continuing for a long time due to the fluctuation of the background noise level.
  • the timeout time is preferably set to the maximum frame length that is normally used for the signal to be detected.
  • the power detection unit 54 compares the power of the input signal with a threshold controlled by the threshold control unit 53, and outputs a power detection signal to the determination unit 55 when the power is greater than the threshold. In addition, when the power of the input signal falls below the second threshold over a predetermined determination time, the power detection unit 54 notifies the threshold control unit 53 to that effect.
  • the fact that the signal power falls below the second threshold for a predetermined determination time means that the frame duration has ended, so that the frame duration can be detected.
  • the determination unit 55 outputs a logical sum of the preamble detection signal output from the preamble detection unit 51 and the power detection signal output from the power detection unit 54 as a detection determination signal. That is, if either one or both of the preamble and the power is detected, it is determined that the signal is detected. This operation is effective in the following cases.
  • the threshold control unit 53 needs time from detection of the preamble to calculation of an appropriate threshold. This is because time is required for the average operation or calculation for accurately measuring the power of the preamble portion. Therefore, the rise of the power detection signal is delayed from the preamble detection timing. This delay time is not negligible. For example, when the CSMA operation is disturbed, a signal is generated by the preamble detection signal regardless of the power detection signal in which a delay occurs by using the logical sum of the power detection signal and the preamble detection signal. Detection can be determined.
  • the determination unit 55 may include a timeout process similar to the timeout time of the threshold control unit 53. That is, the determination unit 55 may forcibly invalidate the detection determination signal after a predetermined time has elapsed from the preamble detection timing.
  • the determination unit 55 may forcibly invalidate the detection determination signal before preamble detection, after the falling edge of the power detection signal, and after the timeout time elapses. This is an operation equivalent to setting the first level margin to infinity in the threshold control unit 53.
  • a first threshold value obtained by adding the first level margin value to the average power is set. For this reason, even if noise occurs, since the power of the noise is less than the first threshold value, signal detection is not performed and erroneous detection can be prevented.
  • the second threshold obtained by subtracting the second level margin value from the average power (preamble portion power) is set. Sensitivity can be improved.
  • the first threshold value obtained by adding the first level margin value to the average power of the input signal is set, and after the preamble detection, the average power is lower than the first threshold value.
  • the second threshold value obtained by subtracting the second level margin value from the average power is set, and determining that the duration of the frame has ended when the signal power falls below the second threshold value for a predetermined determination time.
  • the description has been made on the assumption that a preamble detection unit for detecting the preamble at the beginning of the frame is provided.
  • the preamble detection unit instead of the preamble detection unit, other characteristic signals existing near the beginning of the frame are detected. It is good also as a feature signal detection part.
  • the feature signal for example, a unique word for frame capture, a synchronization signal, or a frame header can be used.
  • Preamble detecting means for detecting a preamble portion arranged at the head of the frame of the received signal; Power detection means for detecting the power of the received signal exceeding a variable threshold; Threshold control means for controlling the variable threshold based on detection of the preamble portion; Comprising The power detection means determines that the duration of the frame has ended when the power of the received signal falls below a predetermined determination time with respect to the variable threshold set when the preamble portion is detected.
  • the preamble unit is a periodic signal.
  • the threshold control means sets the variable threshold to the first threshold before the preamble portion is detected, and detects the preamble portion, and the average power of the received signal is lower than the first threshold
  • the signal detection device according to claim 1, wherein the variable threshold is set to a second threshold.
  • the threshold control means sets the variable threshold to the second threshold, and when the average power of the received signal falls below the second threshold for a predetermined determination time, the first threshold before detecting the preamble portion.
  • the threshold control unit gradually changes from the second threshold to the first threshold.
  • each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically realized as an LSI which is an integrated circuit. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include a part or all of each functional block.
  • the name used here is LSI, but it may also be called IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor.
  • An FPGA Field Programmable Gate Array
  • An FPGA Field Programmable Gate Array
  • a reconfigurable processor in which connection and setting of circuit cells in the LSI can be reconfigured may be used.
  • the signal detection device and the signal detection method according to the present invention can be applied to a reception device that communicates with any one of a plurality of communication systems, for example, a terminal device.

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Abstract

　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。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、トリガが入力された場合、第１受信信号を記憶し、また、次のトリガが入力された場合、記憶済みの第１受信信号を乗算器１０３に出力し、新たに第２受信信号を記憶する。乗算器１０３は、第２受信信号と第１受信信号とを乗算し、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て、第２受信信号と第１受信信号との相関値を求め、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。

Description

信号検出装置及び信号検出方法
　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、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＨＤ（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、検出された第１受信信号と、前記第１受信信号の次に検出された第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を検出する電力検出工程と、検出された受信電力の第１受信信号と、前記第１受信信号の次に検出された受信電力の第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 特許文献２に開示されている自己相関検出器の説明に供する図 一般的な自己相関方法の説明に供する図 本発明の一実施の形態に係る信号検出装置の構成を示すブロック図 図７に示した信号検出装置の信号検出動作の説明に供する図
　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。
　（実施の形態３）
　＜実施の形態３に至った経緯＞
　上述の背景技術に示したように、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、各システムが周波数チャネルを使い分けることにより、複数のシステムが同一空間において同時に通信できることが要求されている。
　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チャネルが想定されているため、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可能性がある。このため、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が低下することが懸念される。
　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、特許文献２に開示の、例えば、無線ＬＡＮシステムにおける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。
　［特許文献２］特開２００４－２２１９４０号公報
　［非特許文献１］IEEE Std 802.11-2007
　上述したミリ波無線通信に関わる複数の無線通信規格のそれぞれにおいて、プリアンブル部分に用いられる周期信号の信号パターンが定められている。信号の相関を利用してプリアンブルを検出することにより、キャリアセンスよりも検出感度の高い信号検出が可能である。
　自システムの信号検出には、プリアンブルに含まれる既知の信号パターンと受信信号との相互相関によりプリアンブルを検出する方法が使用される。一方、他システムからの干渉信号を検出するためには、複数の無線通信規格の信号パターンとの相互相関を受信側装置で全て評価する必要があるため、相互相関による方法は必ずしも適さない。
　しかし、いくつかの無線通信規格間では、利用される信号パターンの周期が共通しており、プリアンブル部分に用いられる周期信号の周期のバリエーション数は、信号パターンのバリエーション数に比べて比較的少ない。従って、相互相関による方法に代えて、主要な周期に対する自己相関検出器を受信側の装置に設けることによって、受信側装置は、多種多様な異種システムからの干渉信号を広く検出できる。
　図５は、特許文献２に開示されている自己相関検出器の説明に供する図である。図５（ａ）は、特許文献２における自己相関検出器１０の構成を示す図である。図５（ｂ）は、自己相関検出器における処理をイメージ的に示す図である。図５（ｂ）において、周期信号の１周期目部分はＰ１により表され、２周期目部分はＰ２により表されている。
　図５（ｂ）に示すように、自己相関検出器では、受信信号である第１信号と、第１信号を遅延器１１によって遅延させた第２信号との相関演算を行う。第１信号のＰ１部分及びＰ２部分、及び、第２信号のＰ１部分及びＰ２部分が相関演算処理の対象である。ただし、第２信号には周期信号の１周期分の遅延が与えられているので、第１信号と第２信号との相関を演算する場合、実際には、第１信号のＰ２部分と、第２信号のＰ１部分との相関を演算することになる。相関演算は、具体的には、第１信号と遅延された第２信号とが乗算器１２において乗算され、乗算器１２において得られた乗算結果が、積分器１３において所定期間にわたって積分されることにより行われる。これにより、相関値が得られる。
　一方、相関演算の処理対象は第１信号のＰ１部分及びＰ２部分、及び、第２信号のＰ１部分及びＰ２部分なので、正規化に用いられる電力の観測期間もＰ１及びＰ２の両方に対応する期間となる。すなわち、電力検出部１７による電力観測期間における電力の平均値によって相関値が正規化部１５において正規化され、正規化された相関値に基づいて、信号の有無が比較器１６において判定される。
　また、非特許文献２に開示の一般的な仮想キャリアセンス方式が用いられている。仮想キャリアセンス方式は、例えば、無線ＬＡＮにおいて自システムの信号を検出するために、信号のフレームヘッダにフレーム長の情報を入れて送信し、受信機では信号からフレーム長の情報を抽出することによりフレーム継続期間を判断する。電力に基づくキャリアセンスの信頼性が不十分でも、プリアンブル検出と仮想キャリアセンスにより、高い信頼性によってフレームの継続期間を検出できる。
　＜更なる課題＞
　ここで、複数の送信信号が衝突しないためのキャリアセンス多元接続（ＣＳＭＡ: Carrier Sense Multiple Access）方式においては、フレームの継続期間を検出することが必要であるため、フレーム長が一定でない場合には、フレームの継続期間を検出する必要がある。
　しかし、上述した特許文献２に開示の自己相関検出器では、フレームの先頭を検出することはできるが、フレームの終端を検出することは困難である。つまり、フレームの継続期間が未知であるため、ＣＳＭＡの成立が困難になる。
　また、非特許文献２に開示の仮想キャリアセンスを用いるためには、受信機が受信信号を復調し、フレーム長の情報を復号することが必要になる。ここで、多種多様な異種システムの信号からフレーム長の情報を得るためには、対象とする全ての異種システムの信号を復調し、データを復号する必要があるため、異種システムの信号検出に仮想キャリアセンス方式を適用するのは現実的ではない。
　本実施の形態３の目的は、多種多様な異種システムの信号を含む一般的な信号を復調することなく、フレーム継続期間を検出す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。
　＜実施の形態３の説明＞
　まず、キャリアセンスについて、説明する。
　キャリアセンスでは、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。キャリアセンスは、システムの種別によらずに、信号を検出できるという特長がある。一方で、電力によってはノイズと信号との区別がつかない場合がある。
　このため、キャリアセンスは、次の関係を有する。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って検出してしまう誤検出が生じ易くなり、逆に、誤検出を防ぐために所定の閾値を高めに設定すると、検出感度が悪化する。つまり、検出感度の向上と誤検出の防止との間にはトレードオフの関係がある。
　ところで、近年の無線通信においては、伝送速度の高速化が進んでいるため、多値変調が利用されることが多い。多値変調が用いられる通信においては、弱いレベルの干渉によっても、データ誤りが発生し易い。干渉を効果的に回避するためには、弱いレベルの干渉も的確に検出する必要がある。
　このため、上述のトレードオフの関係を有するキャリアセンスでは、多値変調によって変調された信号を受信する場合に要求される干渉検出感度のレベルを満足させることが困難である可能性が高い。
　そこで、キャリアセンスよりも信号検出感度の良い信号検出方法として、信号間の相関を利用する技術がある。相関を利用する技術は、次の２つに大別される。一つは、受信信号に含まれるプリアンブル部分と、プリアンブル部分に用いられる既知のパターン信号候補との相関値に基づいて、検出対象信号を検出する相互相関方法である。もう一つは、受信信号を複製した第１信号と第２信号とのプリアンブル部分同士の相関値に基づいて、検出対象信号を検出する自己相関方法である。
　プリアンブル部分には、特定の信号パターンが繰り返される周期信号が用いられることが多い。自己相関方法では、周期信号の周期性が信号検出に利用される。自己相関方法の信号検出感度は、相互相関検出に比べて低いが、キャリアセンスに比べると高い。自己相関方法の信号検出感度がキャリアセンスより高いのは、周期信号の周期性によって、ノイズと信号とを区別できるためである。
　また、自己相関方法においては、相互相関方法と異なり、上記した特定の信号パターンを受信側が知っている必要がない。従って、簡易な構成によって受信側の装置を実現できる。また、自己相関方法においては、波形の周期性が検出されればよいので、干渉信号のシンボルレートに合わせた受信信号処理をする必要が無い。自己相関方法には、シンボルレート又は変調方式が異なる異種システムの信号検出に対しても適用しやすいというメリットがある。
　図６は、一般的な自己相関方法の説明に供する図である。図６（ａ）は、自己相関検出器２０の基本構成を示し、図６（ｂ）は、自己相関の処理をイメージ的に示す図である。
　図６（ａ）に示す自己相関検出器２０において、受信信号が分配された第１信号及び第２信号のうち、第２信号が遅延器２１によって所定時間遅延される。所定時間は、検出対象信号のプリアンブル部分に用いられる周期信号の周期に相当する。
　第１信号と遅延された第２信号とは乗算器２２において乗算される。図６（ａ）の自己相関検出器２０においては、単純な乗算器が設けられているが、複素乗算器としてもよい。これは、受信信号として複素ベースバンド信号が扱われ、複素共役が乗算されるためである。
　乗算器２２において得られた乗算結果は、積分器２３において所定期間にわたって積分され、相関値が得られる。
　得られた相関値の絶対値が絶対値算出部２４によって算出され、算出された相関値の絶対値と所定の閾値とが比較器２５において比較され、比較結果に応じた信号が出力される。
　ここで、複素ベースバンド信号から得られた相関値は複素数である。ただし、受信信号に含まれるプリアンブル部分に用いられる周期信号の周期と遅延器２１において第２信号に与えられる遅延時間とが一致している理想状態においては、得られる相関値は正の実数になる。
　これに対して、例えば、クロック偏差の誤差要因によって位相回転が生じると、得られる相関値は必ずしも正の実数にならない場合がある。ここでは、積分器２３において得られた相関値が直接的に判定に使用されるのではなく、相関値の絶対値が判定に使用される。ただし、誤差要因が十分に小さいことが保証されている場合には、相関成分は、実数成分に略一致し、虚数成分は、例えば、ノイズに起因する。なお、相関値の絶対値が判定に用いられる代わりに、相関値の実数成分が判定に用いられてもよい。
　すなわち、比較器２５には相関値の絶対値又は相関値の実数成分が入力され、所定の閾値と比較され、入力値が所定の閾値より大きい場合には、比較器によって信号が検出されたと判定される。
　自己相関検出器において、誤検出をできるだけ少なくし、弱い信号を感度良く検出するためには、閾値が適切に設定される必要がある。なお、誤検出とは、本来の検出対象信号ではなく、ノイズを検出対象信号として誤って検出することである。
　本発明の実施の形態３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。各通信システムの送信装置（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。本発明の実施の形態３に係る信号検出装置は、上記した複数の通信システムの内のいずれかにおいて通信する受信装置、例えば、端末装置に搭載される。
　信号検出装置は、搭載されている受信装置が通信する通信システム（以下では、「自システム」と呼ぶ）以外の複数の通信システム（以下では、「他システム」と呼ぶ）からのプリアンブル信号を検出する。なお、以下では、信号検出装置が複数の他システムのプリアンブル信号を検出することを前提に説明するが、検出対象のプリアンブル信号に自システムのプリアンブル信号が含まれてもよい。
　図７は、本発明の実施の形態３に係る信号検出装置５０の構成を示すブロック図である。信号検出装置５０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）を入力とする。以下、図７を用いて信号検出装置５０の構成について説明する。
　プリアンブル検出部５１は、フレーム先頭のプリアンブルを検出し、プリアンブル検出信号を閾値制御部５３及び判定部５５に出力する。プリアンブル検出部５１には、図６に示した自己相関検出器を用いるのが異種システムの信号検出に適しており好ましいが、これに限らず、他のプリアンブル検出部（例えば、相互相関検出器）を用いてもよい。
　平均電力演算部５２は、入力信号の直近所定時間の平均電力を算出し、算出した平均電力を閾値制御部５３に出力する。平均時間は、短時間の変動を平滑化するのに十分な時間とする。平均時間を長くするほど、例えば、雑音の瞬時変動による誤動作を低減でき、精密な閾値設定が可能になるが、信号の変化に対する応答が遅くなるため検出タイミングの遅延が大きくなり、遅延が大きすぎるとＣＳＭＡ動作に支障が出る。入力される信号の帯域幅の逆数の数倍から数十倍程度に設定するのが好ましい。なお、平均電力演算の操作は、所定時間にわたる正確な平均値を求めてもよいが、例えば、ローパスフィルタによる平滑化操作であってもよい。
　閾値制御部５３は、平均電力演算部５２から出力された平均電力に基づいて閾値を設定する。具体的には、プリアンブル検出信号が入力される前では、閾値制御部５３は、平均電力に対して所定のレベルマージン（第１レベルマージン値）を加算した値を第１閾値に設定し、誤検出を防止する。これは、誤検出の低減を重視する動作である。なお、第１閾値を無限大とし、検出動作を実質的に無効としてもよい。
　また、閾値制御部５３は、プリアンブル検出信号が入力され、入力されたプリアンブル検出信号の平均電力が第１閾値よりも低い場合、平均電力（プリアンブル部の電力）に対して所定のレベルマージン（第２レベルマージン値）を減算した値を第２閾値に設定する。これは、検出感度を重視する動作である。なお、２つの閾値を用いることで、検出感度の向上と誤検出の低減とを両立できる。
　また、閾値制御部５３は、信号電力が所定の判定時間にわたって第２閾値を下回ることが電力検出部５４から通知されると、プリアンブル検出信号入力前の第１閾値に戻す。なお、第２閾値から第１閾値への戻し方は、瞬時に戻してもよいし、所定の時間をかけて段階的にまたは滑らかに、漸次変更してもよい。閾値を漸次変更することにより、信号の瞬時的な変動のためにフレーム検出を誤って終了することを防止でき、安定したフレーム検出ができる。
　さらに、閾値制御部５３は、所定のタイムアウト時間をカウントするタイマーを備える。プリアンブル検出のタイミングからタイムアウト時間にわたり信号電力が下回らない場合、プリアンブル検出信号入力前の第１閾値に戻す。これにより、例えば、背景雑音レベルの変動によって、誤検出の長時間持続を防止できる。タイムアウト時間は、検出対象とする信号に対して通常利用されるフレーム最大長程度に設定するのが好ましい。
　電力検出部５４は、入力された信号の電力を閾値制御部５３により制御される閾値と比較し、電力が閾値より大きい場合に電力検出信号を判定部５５に出力する。また、電力検出部５４は、入力された信号の電力が所定の判定時間にわたって第２閾値を下回る場合、その旨を閾値制御部５３に通知する。ここで、信号電力が所定の判定時間にわたって第２閾値を下回るということは、フレームの継続期間が終了したことを意味するので、フレーム継続期間を検出できる。
　判定部５５は、プリアンブル検出部５１から出力されたプリアンブル検出信号と、電力検出部５４から出力された電力検出信号との論理和を検出判定信号として出力する。すなわち、プリアンブルまたは電力のいずれか一方又は両方が検出されていれば信号検出していると判定する。この動作は、以下の場合に有効である。
　閾値制御部５３においては、プリアンブルを検出してから適正な閾値を算出するまでの時間が必要になる。プリアンブル部の電力を正確に測定するための平均操作、又は、演算に時間を要するからである。したがって、電力検出信号の立ち上がりはプリアンブル検出のタイミングから遅延する。この遅延時間は無視できず、例えば、ＣＳＭＡ動作に支障が出る場合においては、電力検出信号とプリアンブル検出信号の論理和を用いることにより、遅延が生じる電力検出信号によらず、プリアンブル検出信号によって信号検出を判定できる。
　なお、判定部５５は、閾値制御部５３のタイムアウト時間と同様のタイムアウト処理を備えてもよい。すなわち、判定部５５は、プリアンブル検出タイミングから所定時間経過後、検出判定信号を強制的に無効としてもよい。
　また、判定部５５は、プリアンブル検出前、電力検出信号の立下り後、及び、タイムアウト時間の経過後は検出判定信号を強制的に無効としてもよい。これは、閾値制御部５３において第１レベルマージンを無限大とすることと同等の動作である。
　次に、上述した信号検出装置５０の信号検出動作について図８を用いて説明する。プリアンブルの検出前では、平均電力に対して第１レベルマージン値を加算した第１閾値が設定される。このため、ノイズが発生しても、ノイズの電力が第１閾値未満であるため、信号検出がされず、誤検出を防止できる。
　続いて、プリアンブルが検出され、プリアンブルの平均電力が第１閾値よりも低い場合、平均電力（プリアンブル部の電力）に対して第２レベルマージン値を減算した第２閾値が設定されるため、検出感度を向上できる。
　信号電力が所定の判定時間にわたって第２閾値を下回った場合、フレームの継続期間が終了したと判定し、第２閾値から第１閾値に変更される。
　本実施の形態３によれば、プリアンブル検出前では、入力信号の平均電力に対して第１レベルマージン値を加算した第１閾値を設定し、プリアンブル検出後、平均電力が第１閾値よりも低い場合、平均電力に対して第２レベルマージン値を減算した第２閾値を設定し、信号電力が所定の判定時間にわたって第２閾値を下回った場合、フレームの継続期間が終了したと判定することにより、多種多様な異種システムの信号を含む一般的な信号を復調することなく、検出感度の向上と誤検出の低減との両立を図り、フレーム継続期間を検出できる。
　なお、本実施の形態３では、フレーム先頭のプリアンブルを検出するプリアンブル検出部を備えることを前提に説明したが、プリアンブル検出部に代えて、フレーム先頭付近に存在する他の特徴的な信号を検出する特徴信号検出部としてもよい。特徴信号としては、例えば、フレーム捕捉のためのユニークワード、同期信号又はフレームヘッダが利用できる。
　＜本開示の概要＞
　本開示の信号検出装置および信号検出方法の概要について列挙する。
　［本開示１］
　受信信号のフレーム先頭に配置されたプリアンブル部を検出するプリアンブル検出手段と、
　可変閾値を超える前記受信信号の電力を検出する電力検出手段と、
　前記プリアンブル部の検出に基づいて、前記可変閾値を制御する閾値制御手段と、
　を具備し、
　前記電力検出手段は、前記プリアンブル部が検出された場合に設定された前記可変閾値に対して、前記受信信号の電力が所定の判定時間にわたって下回った場合、前記フレームの継続期間が終了したと判定する、
　信号検出装置。
　［本開示２］
　前記プリアンブル部は、周期信号である、本開示１に記載の信号検出装置。
　［本開示３］
　前記プリアンブル検出手段は、自己相関を用いて前記プリアンブル部を検出する本開示１に記載の信号検出装置。
　［本開示４］
　前記可変閾値を超える電力の受信信号と、検出された前記プリアンブル部との論理和を検出判定信号とする判定手段を具備する本開示１に記載の信号検出装置。
　［本開示５］
　前記判定手段は、前記プリアンブル部の検出タイミングから所定時間経過後、検出判定信号を無効とする本開示４に記載の信号検出装置。
　［本開示６］
　前記閾値制御手段は、前記プリアンブル部が検出される前は前記可変閾値を第１閾値に設定し、前記プリアンブル部が検出され、かつ、前記受信信号の平均電力が前記第１閾値よりも低い場合、前記可変閾値を第２閾値に設定する本開示１に記載の信号検出装置。
　［本開示７］
　前記閾値制御手段は、前記可変閾値を前記第２閾値に設定後、前記受信信号の平均電力が所定の判定時間にわたって前記第２閾値を下回った場合、前記プリアンブル部を検出する前の前記第１閾値に戻す、本開示６に記載の信号検出装置。
　［本開示８］
　前記閾値制御手段は、前記第２閾値から前記第１閾値へ漸次変更する本開示７に記載の信号検出装置。
　［本開示９］
　受信信号のフレーム先頭に配置されたプリアンブル部を検出するプリアンブル検出工程と、
　可変閾値を超える前記受信信号の電力を検出する電力検出工程と、
　前記プリアンブル部の検出に基づいて、前記可変閾値を制御する閾値制御工程と、
　を具備し、
　前記電力検出工程では、前記プリアンブル部が検出された場合に設定された前記可変閾値に対して、前記受信信号の電力が所定の判定時間にわたって下回った場合、前記フレームの継続期間が終了したと判定する、
　信号検出方法。
　本開示によれば、多種多様な異種システムの信号を含む一般的な信号を復調することなく、フレーム継続期間を検出できる。
　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。また、将来的にバイオ技術の発達に伴い、ＬＳＩに代わるものが出現した場合にも本発明が適用可能である。
　２０１２年３月１５日出願の特願２０１２－０５８６０８、および、２０１２年３月２３日出願の特願２０１２－０６７３４３、の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　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
　５１　プリアンブル検出部
　５２　平均電力演算部
　５３　閾値制御部
　５４　電力検出部
　５５　判定部
 
 

Claims (5)

  1. 　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、
    　検出された第１受信信号と、前記第１受信信号の次に検出された第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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　所定の第１閾値を超える受信電力を検出する電力検出工程と、
    　検出された受信電力の第１受信信号と、前記第１受信信号の次に検出された受信電力の第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。
     
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