(57)【要約】【課題】受信したパケットが正規のものか又は雑音かを従来よりも短時間で判定することで、スループットの低下を抑制したパケット無線通信受信端末を実現する。【解決手段】ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式のパケット無線通信などのマルチキャリア方式のパケット無線通信に用いる受信端末であって、受信電波の強度が所定の閾値を越えたことで受信信号のパケットとしての真偽判定を開始する信号を発する受信ＲＦレベルモニタ部と、サブキャリアごとの信号強度の時間的変動値が所定の閾値を越えるか否かを判定するパケット到来判定部を備える。上記時間的変動値は高速フーリェ変換演算やフィルタ回路で選択したサブキャリアの時間変動等で得るが、この値が上記閾値を越える場合には、上記パケットを偽と判定し、上記パケットを含む所定のパケットを棄却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチキャリア方式のパケット無線通信に用いる受信端末であって、
受信電波の強度が所定の閾値を越えたことで受信信号のパケットとしての真偽判定を開始する信号を発する受信ＲＦレベルモニタ部と、
サブキャリアごとの信号強度の時間的変動値が所定の閾値を越えるか否かを判定するパケット到来判定部を備え、
上記時間的変動値が上記閾値を越える場合には、上記パケットを偽と判定し、上記パケットを棄却することを特徴とするパケット無線通信受信端末。
【請求項２】
上記マルチキャリア方式のパケット無線通信は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式のパケット無線通信であることを特徴とする請求項１に記載のパケット無線通信受信端末。
【請求項３】
上記のサブキャリアごとの信号強度の時間的変動値は、ＦＦＴ（高速フーリェ変換）演算で得るものであることを特徴とする請求項２に記載のパケット無線通信受信端末。
【請求項４】
上記のサブキャリごとの信号強度の時間的変動値は、狭帯域フィルタで選択したサブキャリアの時間的変動であることを特徴とする請求項２に記載のパケット無線通信受信端末。
【請求項５】
上記パケット到来判定部の結果が真であった場合に、ガードインターバルを除去するガードインターバル除去部を備えることを特徴とする請求項２に記載のパケット無線通信受信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調方式のパケットモードの様に、無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）などのデジタル信号のパケット（バースト）を使用して通信する無線端末で、それがパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの電子情報機器に内蔵または装着される場合に起こる通信性能劣化、つまり電子情報機器自体から発生する電磁雑音によるスループットの劣化、を軽減したパケット無線通信受信端末に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パケットを受信する無線通信端末では、新たに到来するパケットを見逃すことなく短時間で検出・捕捉し復調動作を行なうことが要求される。従来のＯＦＤＭ方式の無線通信端末の一般的なパケット検出法は、受信帯域内信号の受信レベルを監視し、受信レベルが短時間に所定の閾値以上になった場合にパケットが到来した可能性があると判断する方法である。パケット到来の可能性があると判断した場合には、受信信号のＦＦＴ（高速フーリェ変換）を行って、その出力結果に基づいて復調を行う。
【０００３】
上記のＯＦＤＭ方式のパケットでは、図４（ａ）に示す様に、プリアンブル信号に続いてガードインターバルとデータが伝送される。無線通信端末が真のパケットを受信した場合には、先頭部分のプリアンブルによって周波数とタイミングの同期を行い、パケット情報の先頭を検出し、続いて伝送速度やデータ長などのヘッダ情報等を正常に得ることができる。
【０００４】
しかし、正規のパケット以外の信号（雑音）を受信した場合、その信号を復調しても、ヘッダ情報が正常に得られない。この段階で復調動作を中断し、再びパケット受信待ち受け状態に戻る。つまり、復調動作が一定量進むまでは、受信信号が真のパケットか雑音かを判断することはできない。このため、正規のパケット以外の信号を補足して復調動作を開始すると、パケット受信待ち受け状態に再復帰するまでの間は、正規のパケットが到来しても棄却されるため、スループットが低下してしまう。
【０００５】
また、自局と他局の送信パケットの衝突を防ぐ送信手順（キャリアセンスによる衝突防止）を採用している場合には、上記雑音を他局からのパケットの到来と誤判断し、パケットの送信を一時中止して、自局送信パケットとの衝突を防ぐ措置を取る。上記のスループットの低下に加えて、この動作によってもスループットが低下することが知られている。
【０００６】
上記の様に、受信レベルの増大による判定では、受信した雑音のレベルがバースト状の変動を持たない場合には誤認識が発生しない。つまり、この場合は、パケットを受信したものと認識しない。例えば、他の電子機器から発生する通常の電磁雑音では問題とならず、上記の復調方式は有効に動作する。
【０００７】
しかし、例えばスペクトラム拡散クロックを用いた電子機器、例えばクロックをスペクトラム拡散モードにしたＰＣの場合、その高調波は数１０ＭＨｚ程度の周波数変動を伴う。この高調波によって、上記無線通信端末の受信フィルタによる帯域制限の結果、あたかも真のパケットのようなバースト状のレベル変動が発生し、誤認識が起こる。
【０００８】
一般に、受信レベルが低い正規のパケットも見逃さないように、受信レベルによるパケット到来の判定閾値は、通常なるべく低く設定される。このため、特に無線端末のアンテナをＰＣ等の電子機器に内蔵した場合には、クロック信号の高調波（以降ではクロック高調波）のレベルがこの判定閾値を越えてしまう場合が起こり易い。
【０００９】
図３に、非特許文献２に記載されたＯＦＤＭ方式の受信装置の１例を示す。この構成では受信した電波信号からデータを次のように復号する。（１）まず、アンテナで受信した電波信号をヘテロダイン検波で周波数変換を行ない、次に、以降の処理が安定するように、ＡＧＣによって、信号強度に依存した増幅を行って信号振幅の変動を抑制する。（２）次に、直交検波を行なって、２チャンネルの信号に分離し、そのそれぞれの信号について、ＡＤＣ部でアナログ信号からデジタル信号への変換を行なう。このデジタル信号について、ＡＦＣ部でキャリア周波数同期を行なうことで送受信間のキャリア信号の同期をとり、また、シンボル・タイミング同期を行なうことでＯＦＤＭシンボルとＦＦＴ回路を用いた復調処理のタイミング同期を取る。（３）次にガードインターバル信号を除去して、ＦＦＴによってマルチキャリア復調を行ないそれぞれのサブキャリアに分離する。各サブキャリア信号に対して位相と振幅の推定を行なって、伝送路歪みを推定する。この推定の結果を用いてチャネル等化部で同期検波を行なうことで伝送路歪みを補償することができる。（４）また、フェージング等により、受信電波の位相は時間と共に回転するので、これを位相トラッキング部でトラッキングする。これに合わせて、受信装置内で新たに加わった位相についても補正する。（５）位相が補正された信号を用いて軟判定を行い、デインターリーブ部で、並び替えて送られた信号を元に戻す。（６）その出力をビタビ復号器で復号する。
【００１０】
図３の構成で、パケットが到来したことを検知するために受信レベルが短時間に所定の閾値を越えたかどうかを判定する場合は、例えば、図３のＡＧＣ部に用いられるゲイン制御のためのフィードバック信号レベルを用いて判定することができる。また、上記の誤認識が起こったかどうかを見るには、ビタビ復号器の出力に含まれるヘッダ情報が正常であるかどうかを判定することになる。誤認識であった場合は、受信した信号が処理されつつアンテナからビタビ復号器に至るまでの時間に受信された信号は棄却されることになり、実質的に不感時間となる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Y. Matsumoto、 T. Shimizu、 T. Murakami、 K. Fujii、 and A. Sugiura、 貼ochImpact of frequency modulated harmonic noises on OFDM-based WLAN systems、" EMC Europe 2006、 pp. 817-822、 Barcelona、 Sept. 4-8 2006
【非特許文献２】守倉正博、久保田周治、「802.11高速無線LAN教科書」、198−211頁、インプレス、2005年
【非特許文献３】Y. Matsumoto, K. Fujii, and A. Sugiura, 貼ochEstimating the Amplitude Reduction of Harmonic Spectra due to Clock Frequency Modulation," IEEE Trans. on Electromagnetic Compatibility, vol. 48, no. 4, pp. 734-741, Nov. 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように、正規のパケット以外の信号（雑音）を受信した場合、パケット受信待ち受け状態に再復帰するまでの間は、正規のパケットが到来しても棄却されるため、スループットが低下し、また、キャリアセンスによる衝突防止を採用している場合には、上記雑音を他局からのパケットの到来と誤判断し、パケットの送信を一時中止するため、さらにスループットが低下している。
【００１３】
本発明のパケット無線通信受信端末は、短時間スペクトルの時間変化特性について雑音と真のパケットとの違いに着目して両者を識別することにより、受信したパケットが正規のものか又は雑音かを従来よりも短時間で判定することで、上記のスループットの低下を抑制して通信性能劣化を緩和する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、概略、スペクトラム拡散クロック起因の雑音の場合に見られる短時間スペ クトルの時間変化を検出して、真のパケットであるかどうかを判定して次の処理に移 行することにより、受信装置が実質的に不感となる時間的比率を抑制するものである。
【００１５】
一般に、ＰＣ等で使われるクロック信号は、通常図４（ｂ）に示す様に周期信号であり、図４（ｄ）に示す様に単一のスペクトルを持つ。また、スペクトラム拡散クロックの場合は、図４（ｃ）示すようにクロックの周期を意図的に変動させ、図４（ｅ）に示す様に、そのスペクトルを分散させる。この操作は、スペクトルのピークを低減するために行なわれる。
【００１６】
しかし、図５に示す様に、変調のタイミングに依存して、上記スペクトルの強度は変化する。図５（ａ）に示す様に、シンボル(symbol)ａと見做された時点と、シンボルｂと見做された時点のそれぞれに対応する三角波の位置、すなわちクロック高調波の瞬時周波数、が異なるために，そのＦＦＴ結果には以下のような相違が現れる。シンボルａの場合には、三角波の傾斜部分のみでスペクトルが拡散されるため、図５（ｂ）のシンボルａのスペクトルの様に、ブロードで左右対称になる。一方、シンボルｂの場合には、三角波の頂点を挟む前後の傾斜部分でスペクトルが拡散されるため、図５（ｂ）のシンボルｂのスペクトルの様に、シンボルａの場合に比べてスペクトルは狭く、従ってピークは高く、しかも左右対称にならない。
【００１７】
このため、本発明のパケット無線通信受信端末は、マルチキャリア方式のパケット無線通信に用いる受信端末であって、受信電波の強度が所定の閾値を越えたことで受信信号のパケットとしての真偽判定を開始する信号を発する受信ＲＦレベルモニタ部と、サブキャリアごとの信号強度の時間的変動値が所定の閾値を越えるか否かを判定するパケット到来判定部を備え、上記時間的変動値あるいは分散値が上記閾値を越える場合には、上記パケットを偽と判定し、上記パケットを含む所定のパケットを棄却するものである。ただし、棄却は、そのための特別な操作を行なうことなく、次段での処理を継続しないことによって行なうことができる。
【００１８】
上記マルチキャリア方式のパケット無線通信は、例えば、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式のパケット無線通信である。
【００１９】
上記のサブキャリアごとの信号強度の時間的変動値は、ＯＦＤＭ方式の受信装置におけるＦＦＴ（高速フーリェ変換）演算から得られるものである。
【００２０】
また、上記のサブキャリごとの信号強度の時間的変動値は、狭帯域フィルタで選択したサブキャリアの時間的変動でもよい。
【００２１】
上記パケット到来判定部の結果が真である場合に、上記パケット無線通信受信端末は、ガードインターバルを除去して後段に信号を送り、パケットの復調動作を継続する。その結果が偽である場合には、そのパケットを棄却する。
【発明の効果】
【００２２】
無線ＬＡＮ端末は、通常、ＰＣなどの情報電子機器に組みこまれて使用されるため、電磁雑音源に近くその影響を受け易いが、本発明によって電子機器からの雑音の影響が緩和され、通信速度（スループット）が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１のＯＦＤＭ方式パケット無線通信受信端末の受信部の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施例２のＯＦＤＭ方式パケット無線通信受信端末の受信部の構成例を示すブロック図である。
【図３】非特許文献２に記載されたＯＦＤＭ方式の受信装置の１例を示すブロック図である。
【図４】（ａ）は、ＯＦＤＭ方式のパケットで、プリアンブル信号に続いてガードインターバルとデータが伝送されることを示す模式図であり、（ｂ）は、ＰＣ等で使われるクロック信号を、（ｃ）は、スペクトラム拡散クロックの場合を、（ｄ）は（ｂ）のスペクトルを、（ｅ）は、（ｃ）のスペクトルをそれぞれ示す模式図である。
【図５】スペクトル拡散クロックのスペクトル強度が変調のタイミングに依存して変化することを説明する図で、シンボルａの場合には、三角波の傾斜部分のみでスペクトルが拡散されるため、（ｂ）のシンボルａのスペクトルの様になるが、シンボルｂの場合には、三角波の頂点を挟む前後の傾斜部分でスペクトルが拡散されるため、（ｂ）のシンボルｂのスペクトルの様に、シンボルａの場合に比べてスペクトルは狭く、従ってピークは高くなることを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。
【実施例１】
【００２５】
本発明の無線端末は、受信部における到来パケット検出部分に、正規パケットとクロック高調波との識別を行なう部分、つまりバースト識別部、を追加した構成である。復調器入力時点での時間波形については、正規パケットと周波数変動を伴うクロック高調波とで類似している。このため、本発明におけるバースト識別部では、入力信号に対する短時間スペクトラムをＦＦＴで出力し、その時間変化を利用して識別を行なう。非特許文献３に記載されているように、通常のスペクトラム拡散クロックでは、その効果を得るためにクロック信号（基本波）に対して周期４０μｓ程度以下の周波数掃引を、周波数の１〜数％程度の掃引周波数幅で行なうのが一般的であり、また、周波数変化のパターンは、三角波か、三角波を多少変形した波形が用いられる。
【００２６】
クロック高調波が、例えばＯＦＤＭ方式無線ＬＡＮであるＩＥＥＥ８０２．１１ｇあるいはＩＥＥＥ８０２．１１ｇ端末に受信されると、図５（ｂ）に示す様に、受信信号の周波数は、１回のＦＦＴ時間長（３．２μｓ）の間に数ＭＨｚから１０ＭＨｚ程度変動する。また、ＦＦＴを行なう度にその振幅スペクトル（短時間スペクトル）が大きく変化する。
【００２７】
このようなシンボルごとの短時間スペクトルの大幅な変化は、正規のＯＦＤＭパケット信号（特にパケット先頭のプリアンブル部分）には見られない特徴である。本発明ではこの短時間スペクトルの変動に着目し、連続する数回のＦＦＴ結果からスペクトルの時間変化が少ない場合のみ正規のパケットと判断する機能を付加することによってスループットを改善する。
【００２８】
図１に、本発明によるＯＦＤＭ方式パケット無線通信受信端末１００の構成例を示す。この構成では受信した電波信号からデータを次のように復号する。（１）まず、アンテナで受信した電波信号を周波数変換部１で周波数変換を行ない、以降の処理に必要な周波数帯域成分を選択するために受信フィルタ２に通す。（２）次に、選択された周波数帯域成分についてアナログ／デジタル変換部３でデジタル信号への変換を行なう。このデジタル信号についてタイミング周波数同期部１０で、送受信間のキャリア信号の同期をとり、また、ＦＦＴ回路を用いた復調処理のタイミング同期を取る。また上記デジタル信号について受信ＲＦレベルモニタ部１１で受信信号の強度を出力する。（３）次に、ガードインターバル除去部４でガードインターバル信号を除去して、ＦＦＴ演算部５でマルチキャリア復調を行ないそれぞれのサブキャリアに分離可能な状態にする。また、各サブキャリア信号に対して位相と振幅の推定を行なって、伝送路歪みを推定し、この推定の結果を用いてチャネル等化部６で同期検波を行なうことで伝送路歪みを補償する。（４）サブキャリアデマッピング部７でそれぞれのサブキャリアに分離する。（５）デインターリーブ部８で、並び替えて送信された信号を元に戻す。（６）その出力をビタビ復号器などによる誤り訂正復号部９で復号する。（７）スペクトラム時間差分計算部１３においては、ＦＦＴ演算部５の結果から、受信した信号の電力スペクトルを計算し、前回のＦＦＴ結果との差を取る。このように、スペクトルの時間差分の大きさを用いて、正規のパケットと雑音信号との識別をする。（８）パケット到来判定部１２では、スペクトラム時間差分計算部１３の出力について、受信ＲＦレベルモニタ部１１の出力が閾値を越えている場合に、パケットの到来の判定を行う。（９）この判定結果は、ガードインターバル除去部４に伝送され、真のパケットが到来した場合には、ガードインターバル信号が除去される。偽のパケットであった場合は、処理を施さずに放置して棄却する。
【００２９】
次に、パケット識別のための具体的手順の例を示す。
１）    受信ＲＦレベルモニタ部１１により受信機に入力される信号レベルを観測し、一定基準以上になったら、下記のパケット判別の動作を開始する。
２）    ＦＦＴ演算部５において受信信号のスペクトルを算出する。ＦＦＴは一定時間（ＯＦＤＭのシンボル長）間隔で行われ、時刻ｔ＝ｔn（ｎは整数）における電力スペクトルをＰn（ｆm）とする。ここでｆm（ｍ＝１〜Ｍは整数）は、離散化された周波数であり、ｆ1〜ｆMは正規のパケット信号のプリアンブル／ヘッダ部分における信号帯域幅の下限上限にそれぞれ相当する。
３）    スペクトルの時間変動の指標として、ここでは各周波数における離散化された電力スペクトルＰnとＰn-1の時間変化率の周波数・時間平均ΔＰを用いる。
【００３０】
【数１】
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【００３１】
当然の事ながら、数１の電力スペクトルの代わりに振幅スペクトルを使っても良い。ただしｔ＝ｔ1は、受信ＲＦレベルが一定以上の値を示した時刻、ｔN−ｔ1はスペクトルの時間変化率を評価するための時間長（単位：ＯＦＤＭシンボル長）である。数１で定義されるΔＰは、ＦＦＴによって得られる電力スペクトルの時間変動が激しいほど大きな値を示す。
４）    上記３）によるΔＰが一定値以上の場合には正規のパケットではないと判断し、以降の復調動作を中止して、パケット待ち受け状態に戻る。
５）    上記３）によるΔＰが一定値未満の場合には、電力スペクトルのシンボル毎の変化が小さいので、正規のパケットである可能性が高いと判定し、同期および復調動作を継続する。
【実施例２】
【００３２】
なお、数１の分子では、信号帯域幅全部（ｆ1〜ｆM）に関して電力の時間変化率の平均を求めているが、必ずしもＭ個全部について平均の必要はなく、演算を簡単にするために最小２個のスペクトラムでも良い。さらにこの場合、Ｐ1とＰ2を求めるためにＦＦＴを用いず、中心周波数の異なる２つの狭帯域デジタルフィルタの出力振幅を観測しても良い。また、数１の分母は時刻ｔ＝ｔnにおける帯域内信号電力に相当するが、代替として上記１）で検出した帯域内の信号レベルを用いることも可能である。
【００３３】
簡略化した構成例を図２に示す。図２の構成で、周波数変換部１から受信ＲＦレベルモニタ部１１までは、図１の構成例の場合と同様であるので、以下ではその他のブロックについて説明する。（１）アナログ／デジタル変換部３の出力を狭帯域フィルタ２１ａ、２１ｂに通し、異なる周波数での信号強度を２つ抽出し、それぞれの時間的変動を検出する。この狭帯域フィルタの数は、２に限定する必要はなく、１からサブキャリア数までの任意の数でも使用することができるが、誤判断を少なくするためには、なるべく多数の狭帯域フィルタを用いることが望ましい。また、この狭帯域フィルタの濾波帯域は、電磁雑音源が特定できることから決定することが可能であり、概略では、その電磁雑音であるスペクトル拡散クロックを生成する変調信号の周波数から、前記変調信号の高調波の周波数変動範囲程度であることが望ましい。（２）抽出した信号をスペクトラム時間差分計算部２２に入力し、その差分を出力する。（３）パケット到来判定部２０では、上記の差分出力についての時間変化を求め閾値と比較する。受信ＲＦレベルモニタ部１１の出力が閾値を越えている場合に、パケットの到来の判定を行う。（４）この判定結果は、ガードインターバル除去部４に伝送され、パケットが到来した場合には、ガードインターバル信号が除去される。
【００３４】
本発明を図３の構成に適用する場合は、図３のＡＤＣ部、ガードインターバル除去部、ＦＦＴ部のそれぞれを、アナログ／デジタル変換部３、ガードインターバル除去部４、ＦＦＴ演算部５、と見做せばよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
ＯＦＤＭ変調方式のパケットモードは、デジタルＡＶ機器（地上デジタルチューナ、ＤＶＤレコーダ、携帯ビデオレコーダ、カーナビゲーション機器などに搭載されるＯＤＦＭ方式を使用した無線通信用デバイス（無線ＬＡＮ、無線ＰＡＮなど）に使われており、これらの装置に本発明を容易に適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１  周波数変換部
２  受信フィルタ
３  アナログ／デジタル変換部
４  ガードインターバル除去部
５  ＦＦＴ演算部
６  チャネル等化部
７  サブキャリアデマッピング部
８  デインターリーブ部
９  誤り訂正復号部
１０  タイミング周波数同期部
１１  受信ＲＦレベルモニタ部
１２  パケット到来判定部
１３  スペクトラム時間差分計算部
２０  パケット到来判定部
２１ａ、２１ｂ  狭帯域フィルタ
２２  スペクトラム時間差分計算部
１００、２００  パケット無線通信受信端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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