(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線通信ネットワーク上で送信を検出する方法であって、
前記電力線通信ネットワークを介して受信したスペクトラム拡散信号の第１の部分から、拡散符号の第１の符号位相を測定するステップと、
前記信号の第２の部分から、前記拡散符号の第２の符号位相を測定するステップと、
前記第１の符号位相と前記第２の符号位相とを比較するステップと、
前記比較の結果に従って送信が存在するか否か検出するステップと、
前記電力線通信ネットワークでブロードキャストされるタイミング基準信号に対する受信シンボルのタイミングまたは符号位相を求めるステップと、
を含み、
送信が存在するか否かを検出するステップは、前記第１の符号位相と前記第２の符号位相とが互いに一致するか否かを判定することを含み、前記符号位相間の差が既定の閾値未満である場合に前記符号位相が一致すると判定され、前記符号位相が一致しない場合には前記信号が拒絶される、方法。
【請求項２】
前記送信がシンボルのシーケンスを含み、
前記信号の前記第１の部分が前記シンボルのうちの第１のシンボルに対応し、
前記信号の前記第２の部分が第２の異なるシンボルに対応する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記検出した送信が複数の信号の中の所望の信号であるか否か判定するステップであって、前記複数の信号の各々が特定の異なる誤り検出符号で符号化されたメッセージを含むようにしてなるステップをさらに含み、前記送信が存在することを検出すると、
前記所望の信号と関連付けられた前記特定の符号を使用して前記メッセージを検証しようと試みるステップと、
前記検証に成功した場合に、前記検出した送信が前記所望の信号であると判定するステップと
を含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
各誤り検出符号が前記メッセージ内の複数の検査ビットを定義しており、信号ごとの前記特定の符号が、前記信号が送信される前に前記メッセージを変更するのに用いられる特定の数によって定義されており、
前記メッセージを検証しようと試みるステップが、
前記所望の信号と関連付けられた前記特定の数を用いて前記メッセージの変更を元に戻すことと、
前記複数の検査ビットを抽出することと、
前記誤り訂正または誤り検出符号に従って前記検査ビットを検証することと
を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記誤り検出符号が巡回冗長検査、すなわちＣＲＣを含む、請求項３または請求項４に記載の方法。
【請求項６】
各信号が個々のデータメッセージを含む複数の信号を電力線通信ネットワークを介して送信する方法であって、
各データメッセージを異なる誤り検出符号で符号化するステップ
を含み、
それによって受信機が、異なる信号を検証することを可能にするための前記異なる誤り検出符号によって前記異なる信号を区別することができるようにし、かつ、送信シンボルのタイミングまたは符号位相が、前記電力線通信ネットワークでブロードキャストされるタイミング基準信号に対して求められる、
方法。
【請求項７】
コンピュータ上で実行された場合に、請求項１から６のいずれか一項に記載のすべてのステップを実行するように適合されたコンピュータ・プログラム・コードを含むコンピュータプログラム。
【請求項８】
コンピュータ上で実行された場合に、請求項１から６のいずれか一項に記載のすべてのステップを実行するように適合されたコンピュータ・プログラム・コードが記録された、コンピュータ読み込み可能な記録媒体。
【請求項９】
電力線通信ネットワーク上で通信するように適合されており、スペクトラム拡散信号を含む送信を検出するように動作する受信機であって、
前記電力線通信ネットワークを介して受信した信号の第１の部分の拡散符号の第１の符号位相を測定するように適合された相関器と、
前記信号の第２の部分の拡散符号の第２の符号位相を測定するように適合された相関器と、
前記第１の符号位相と前記第２の符号位相とを比較するように適合された比較器と、
前記比較の結果に従って前記送信が存在するか否か検出するように動作する検出器と
を備え、
前記検出器は、前記第１の符号位相と前記第２の符号位相とが互いに一致するか否かを判定することにより、送信が存在するか否かを検出し、前記符号位相間の差が既定の閾値未満である場合に前記符号位相が一致すると判定され、前記符号位相が一致しない場合には前記信号が拒絶され、
前記受信機は、前記電力線通信ネットワークでブロードキャストされるタイミング基準信号に対する受信シンボルのタイミングまたは符号位相を求めるように適合された、
受信機。
【請求項１０】
前記検出した送信が複数の信号の中の所望の信号であるか否か判定するように動作する復号器であって、前記複数の信号の各々が特定の異なる誤り検出符号で符号化されたメッセージを含むようにしてなる復号器
をさらに備え、前記復号器が、
前記所望の信号と関連付けられた前記特定の符号を使用して前記メッセージを検証しようと試み、
前記検証に成功した場合に、前記検出した送信が前記所望の信号であると判定する
ように適合された符号検証器
を備える、請求項９に記載の受信機。
【請求項１１】
各信号が個々のデータメッセージを含む複数の信号のうちの１つを電力線通信ネットワーク上で送信するための送信機であって、
送信機が使用すべき割り当てられた誤り検出符号の指示を受け取るための入力部と、
前記割り当てられた誤り検出符号を使用して前記データメッセージを符号化するように適合された符号器と
を備え、
それによって受信機が、複数の信号を検証することを可能にするための前記異なる誤り検出符号によって前記複数の信号を区別することができるようにし、
前記送信機は、前記電力線通信ネットワークでブロードキャストされるタイミング基準信号に対する送信シンボルのタイミングまたは符号位相を求めるように適合された、送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雑音中の信号の検出を改善するための方法および装置と、この改善された検出をサポートするように信号を送信するための方法および装置とに関する。本発明は詳細にはスペクトラム拡散通信に関し、スペクトラム拡散通信では、低速データ信号が高速拡散符号（または「チッピング」符号）上に変調され、高速拡散符号は信号のエネルギーを広い帯域幅にわたって拡散する。
【背景技術】
【０００２】
拡散符号の使用は雑音耐性を改善することができることは周知であり、そのような技法は多年にわたって無線通信で使用されてきた。特に、拡散符号の異なる位相オフセットを使用することにより複数のチャネルを送信するのに同じ拡散符号を使用することが知られている。これが可能なのは、同じ拡散符号のシフトバージョン間の相互相関が名目上に低いためである。この原理は、例えば、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）および広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）において適用される。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一態様によれば、送信を検出する方法が提供され、この方法は、
受信したスペクトラム拡散信号の第１の部分から、拡散符号の第１の符号位相を測定するステップと、
信号の第２の部分から、拡散符号の第２の符号位相を測定するステップと、
第１の符号位相と第２の符号位相とを比較するステップと、
比較の結果に従って送信が存在するかどうか検出するステップと
を含む。
【０００４】
送信が存在するかどうか検出するステップでは、比較の結果が、第１の符号位相と第２の符号位相とが既定の関係を満たさないことを示す場合に、信号は、好ましくは拒絶される。
【０００５】
ここで、「拒絶される」とは、信号がもっぱら不要な干渉（雑音）のみからなると判定されることを意味する。すなわち、送信は存在しないと判定される。したがって、それ以上の信号の分析は行われない。特に、対応するシンボルを復調しようとする試みは行われない。
【０００６】
送信は、典型的には、シンボルのシーケンスを含むことになる。その場合、第１の部分は予期される第１のシンボルの持続期間に対応し、第２の部分は予期される第２のシンボルの持続期間に対応することになる。ここで、対応とは、符号位相を測定するのに使用されるコヒーレント積分期間が１シンボル期間内に含まれることを意味する。好ましくは、符号位相は、関与するシンボルの全シンボル期間にわたって測定される。すなわち、積分期間は、（おおよそ、シンボルの予期される到着時刻に基づく）シンボル期間と一致するように選択される。各シンボルは、通常通り、１つまたは複数の情報ビットを表すことができる。
【０００７】
シンボルのシーケンスは、データメッセージまたはデータパケットを構成する。信号が拒絶されるときには、少なくとも１つのシンボルが拒絶される（廃棄され、または無視される）。任意選択で、２つ以上のシンボルが拒絶されてもよい。より好ましくは、パケットを形成しているシンボルの全シーケンスが拒絶される。
【０００８】
送信は予期される送信信号であり、この送信信号は受信信号中に存在する場合も存在しない場合もある。第１のシンボルおよび第２のシンボルは、受信機に知られている既定の位相関係で送信されるものと想定される。例えば、これらのシンボルは、好ましくは、同じ位相を使用して送信されてよい。したがって、予期される第１のシンボルと第２のシンボルとに対応する２つの信号部分の位相を比較することにより、送信を確実に検出することが可能になる。信号が存在する場合には、既定の位相関係が受信機において認められることになる。送信信号が存在しない場合には、方法は、雑音の第１の部分と第２の部分との位相を測定ことになる。雑音のこれらのセグメントが同じ位相関係に従うものである確率はきわめて低い。したがって、もっぱら雑音だけからなる受信信号を確実に拒絶することが可能である。
【０００９】
第１の符号位相および第２の符号位相の各々を測定することは、通常、受信信号を拡散符号の局所的コピーと相関させること（すなわち、既知の拡散符号と受信信号との相関関数を計算すること）、および相関関数のピークの符号位相を求めることを含む。
【００１０】
（予期される）シンボルの位相関係を分析する本方法は、信号振幅（または電力）を分析し、閾値に基づいて有効な信号と雑音とを区別しようと試みるよりもロバストなものとなり得る。雑音電力は、所望の信号のレベルと非常に類似しており、振幅に基づいて２つを区別することを難しくするものである場合がある。同時に、位相（単独）に基づいて信号を雑音と区別することが容易な場合もある。よりいっそう高いロバスト性を得るために、２つを超える数のシンボル間の位相関係を確認することができる。分析されるシンボルが追加されるたびに、フォールスポジティブ（雑音が所望の送信信号の既定の位相関係に似る）確率はさらにいっそう低下する。
【００１１】
送信が存在するかどうか検出するステップは、任意選択で、第１の符号位相と第２の符号位相とが互いに一致するかどうか判定することを含み、符号位相は、好ましくは、符号位相間の差が既定の閾値未満である場合に一致すると判定される。
【００１２】
方法は、検出した送信が複数の信号の中の所望の信号であるかどうか判定するステップであって、複数の信号の各々が特定の異なる誤り検出符号で符号化されたメッセージを含むようにしてなるステップをさらに含み、送信が存在することを検出すると、所望の信号と関連付けられた特定の符号を使用してメッセージを検証しようと試みるステップと、検証が正常に行われた場合に、検出した送信が所望の信号であると判定するステップとを含む。
【００１３】
方法は、いくつかの送信機のうちの１つから信号を受信するステップを含んでいてよく、その場合、送信機のうちの別の１つからの信号が所望の信号の受信を妨げることもある。
【００１４】
ここで、信号ごとの異なる誤り検出符号の使用は、受信機が、所望の信号と、所望の信号の代わりに誤って受信された可能性のある少なくとも１つの他の（不要な）信号とを明確に区別することを可能にする。この技法は、受信機が異なる信号を検出し、それを、例えば、送信機と受信機との間のタイミングまたは位相のオフセットまたは誤りなどが原因で、所望の信号と取り違える可能性を防ぐ。他方の（不要な）信号は、所望の信号の受信を妨げるコヒーレント雑音とみなすことができる。
【００１５】
このようにして、各信号は、誤り検出符号の選択によって特徴付けられ、識別され得る。別の通信方式では、異なる送信機からの信号は、通常、メッセージのヘッダ部分によって識別される。本方法はより簡単でより効率がよい。というのは、ヘッダを必要とせずに信号の発信元を明白に識別することができるからである。ヘッダは、特にパケット（メッセージ）サイズが小さいときには、著しくオーバーヘッドを増やすことになり得る。本方法は、したがって、多くの送信機と小さいパケットペイロードとを有する通信ネットワークに特に有益である。
【００１６】
方法は、少なくとも２つの送信信号を検出した後に、個々の所望の信号と関連付けられた２つの異なる符号を使用して個々のメッセージを検証しようと試みるステップと、その都度検証が正常に行われた場合に検出した送信が所望の信号であると判定するステップとを含んでいてよい。
【００１７】
ここで、「異なる」誤り検出符号とは、同じ入力メッセージデータと共に供給された場合に、異なる出力符号語を生成するはずのプロセスを意味する。また、これらのプロセスによって生成される符号語は、一方のプロセス（符号）によって生成される符号語が他方のプロセスによって生成され得るはずのどんな有効な符号語とも同一にならないはずであるという意味でも互いに異なるはずである。これは、送信される符号語ごとに、その符号語を正常に検証し、または復号することは、１つのプロセス（符号化プロセスに対応するプロセス）を使用してのみ可能であることを意味する。よって、メッセージおよび結果として得られる符号語を復号するのに使用されるプロセスは、送信元に特有のものであり、送信を選別するのに使用することができる。
【００１８】
特定の誤り検出符号でメッセージを符号化することは、メッセージに複数の検査ビットを組み込むために、複数の信号に共通の汎用符号でメッセージを符号化した後で、符号化メッセージを特定の（固有の）やり方で変更することを含んでいてよい。メッセージを検証しようと試みるステップは、その場合、特定の変更を元に戻し、または反転させること、信号から複数の検査ビットを抽出すること、および共通の誤り検出符号に従って検査ビットを検証することを含んでいてよい。特定の符号を生成するための汎用符号の変更は、異なる（一意の）数値シード値を使用して一般的な符号をシード処理することを含んでいてよい。
【００１９】
好ましくは、特定の変更によって変更されるメッセージの一部は、検査ビットのうちの少なくとも１つ（好ましくは、複数）を含む。これは、データビットだけが変更される場合、異なる誤り検出符号を使用して受信機でメッセージを正常に復号／検証することができないようにするために、より注意を払う必要があるからである。これと対照的に、検査ビットが変更される場合には、送信と関連付けられた特定の誤り検出符号を除くすべての符号についてメッセージが無効になることが保証される。
【００２０】
各誤り検出符号はメッセージにおいて複数の検査ビットを定義していてよく、信号ごとの特定の符号は、信号が送信される前に検査ビットに加算される特定の数によって定義され、メッセージを検証しようと試みるステップは、信号から複数の検査ビットを抽出すること、検査ビットから所望の信号と関連付けられた特定の数を減算すること、および誤り検出符号に従って、減算の結果として得られる検査ビットを検証することを含む。
【００２１】
送信の前に加算され、後で受信後に減算される特定の数は、正の数でも負の数でもよい。
【００２２】
ここで、送信ごとに使用されるチャネル符号は、すべての送信にわたって共通の、メッセージに加算される検査ビットのセットと、この共通の検査ビットのセットに適用される、各個別送信に特有の変更とを特徴とする。メッセージを復号し、または検証するには、検査ビットを通常のやり方で復号し、または検証する前に、受信検査ビットに特定の元に戻す変更が適用される。これは、送信ごとに異なるカスタマイズされたチャネル符号を提供する好都合なやり方である。よって、各送信機のハードウェアおよびソフトウェアはほとんど同一のものとすることができ、構成される必要のある唯一の側面は、共通のチャネル符号を変更するのに使用される特定のアルゴリズムだけである。同様に受信機でも、単に特定の元に戻す変更をその都度変更するだけで、異なる送信を検証することができる。
【００２３】
誤り検出符号は、好ましくは、巡回冗長検査（Cyclic Redundancy Check）、すなわちＣＲＣを含む。
【００２４】
これは、誤り検出符号を定義する１つのロバストで効率のよいやり方を提供する。
【００２５】
本発明の関連した態様によれば、複数の信号を送信する方法が提供され、各信号は個々のデータメッセージを含み、この方法は、
各データメッセージを異なる誤り検出符号で符号化するステップ
を含み、
それによって受信機は、異なる信号を検証することを可能にするための異なる誤り検出符号によって異なる信号を区別することができる。
【００２６】
各信号は異なる符号位相で送信され得る。
【００２７】
よって受信機は、位相オフセットまたは相互相関の影響が、信号がもはや信号の位相だけによっては区別できないことを示すときに、異なる符号位相で送信されたメッセージを区別することができる。複数の信号は同時に、すなわち、部分的に、または完全にオーバーラップする時間窓において送信されてよい。各信号はシンボルのシーケンスを含み得る。シーケンス内の各シンボルは同じ位相（または既定の位相関係）で送信される。
【００２８】
信号は、好ましくはスペクトラム拡散信号であり、位相は、好ましくは拡散符号の符号位相である。
【００２９】
データメッセージを一意の誤り検出符号で符号化する方法の別の任意選択の特徴は前述した通りである。
【００３０】
上記の方法は、スペクトラム拡散通信の状況において特に有利であることがわかっている。スペクトラム拡散信号は普通、受信信号を拡散符号のコピーと相関させ、結果として得られる相関関数内のピークを検出することによって逆拡散される。しかし、この場合には、ピークが十分に高いかどうか（すなわち、十分に強い相関があるかどうか）判断するために振幅閾値が設定されなければならない。本方法では代わりにピークのタイミング（すなわち符号位相）が調べられる。２つのシンボルについてのピークの位置が比較され、それらの位置が一致する場合には、送信信号の検出が表明され、一致しない場合には、雑音（送信信号の不在）が表明される。
【００３１】
また、コンピュータ上で実行された場合に上述の方法のすべてのステップを実行するように適合されたコンピュータ・プログラム・コード手段を含むコンピュータプログラムと、コンピュータ可読媒体上に実施されたそのようなコンピュータプログラムも提供される。
【００３２】
本発明の別の態様によれば、送信を検出するように動作可能な受信機が提供され、この受信機は、
受信スペクトラム拡散信号の第１の部分の拡散符号の第１の符号位相を測定するように適合された相関器と、
信号の第２の部分の拡散符号の第２の符号位相を測定するように適合された相関器と、
第１の符号位相と第２の符号位相とを比較するように適合された比較器と、
比較の結果に従って送信が存在するかどうか検出するように動作する検出器と
を備える。
【００３３】
受信機は、検出した送信が複数の信号の中の所望の信号であるかどうか判定するように動作する復号器であって、複数の信号の各々が特定の異なる誤り検出符号で符号化されたメッセージを含むようにしてなる復号器をさらに備えていてよく、復号器は、所望の信号と関連付けられた特定の符号を使用してメッセージを検証しようと試み、検証に成功した場合に、検出した送信が所望の信号であると判定するように適合された符号検証器を備える。
【００３４】
また、各信号が個々のデータメッセージを含む複数の信号のうちの１つを送信するための送信機も提供され、送信機は、
送信機が使用するべき割り当てられた誤り検出符号の指示を受信するための入力部と、
割り当てられた誤り検出符号を使用してデータメッセージを符号化するように適合された符号器と
を備え、
それによって送信機は、信号を検証することを可能にするための異なる誤り検出符号によって複数の信号を区別することができる。
【００３５】
送信機または受信機は、電力線通信ネットワーク上で通信するように適合されていてよい。
【００３６】
好ましくは、異なる送信機からの電力線送信には、別個のタイムスロットおよび／または符号位相が割り振られる。すなわち、ネットワークは、時分割および／または符号分割多重化を使用して複数の送信に対応する。
【００３７】
本方法および本装置は、電力線通信での使用に特に適する。この場合、送信機と受信機との間の経路長はさほど重要ではなく、または予測可能であり、これは、時間および／または位相を使用して送信を区別することが魅力的であることを意味する。さらに、（自由空間無線周波数通信の場合と異なり）多重反射は大きな問題となりにくい。本開示の技法は、本開示の技法は、起こり得るタイミング／位相の曖昧さを簡単に効果的に解決することができるため、そのような環境で複数の信号を区別するのに特に有用である。
【００３８】
送信機または受信機は、電力線通信ネットワークでブロードキャストされるタイミング基準信号に対する送信シンボルまたは受信シンボルのタイミングまたは位相を求めるように適合されていてよい。
【００３９】
共通タイミング基準信号を使用すれば、ネットワークにおける信号の送信および受信のタイミング（および位相）の不確実性が大幅に解消される。これによれば、送信機と受信機とが実質的に同期されるため、前述の信号検出および検証の戦略が効果的で効率のよいものになる。受信機は、送信機がいつ信号を送信するかおおよそ知っている。受信機は単に送信機が信号を送信したか否か確定するだけでよい。また受信機は、観測した信号が所与の送信機からの（あるいは、所与のチャネルでの）所望の信号であるか、それとも近隣のチャネルからのファントム信号であるかを（残りの不確実性の小さい窓内で）解決する必要もある。
【００４０】
次に、例として添付の図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】電力線通信ネットワークを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による信号を検出する方法を示す流れ図である。
【図３】図２の方法の別の部分を示す流れ図である。
【図４】図２〜図３の方法を実行するように適合された受信機を示す簡略化したブロック図である。
【図５】図２〜図４の受信機および方法による受信に適した信号を送信する方法を示す流れ図である。
【図６】図５の方法を実施するための送信機を示すブロック図である。
【図７】ある範囲のシンボルおよび符号位相に及ぶ、受信信号についての相関強度を示すグラフである。
【図８】雑音中の図７の信号に対応するグラフである。
【図９】シンボルごとのほぼ同じ符号位相での相関ピークを示す図８の信号の一部の拡大図である。
【図１０】雑音の相関を示す図８の別の一部の拡大図である。
【図１１】完全信号の相関を示す拡大図である。
【図１２】隣接するチャネル上の完全信号の相互相関の影響を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
これらの図は概略図であり、必ずしも縮尺通りではないことに留意すべきである。これらの図の各部分の相対的寸法および割合は、図面を明確にし、便宜を図るために、誇張され、または縮小されて示されている。
【００４３】
以下の説明では、本発明の実施形態を電力線通信ネットワークの状況で説明する。特に、２０１０年６月２５日に出願された英国特許出願第１０１０７２８．２号明細書には、（潜在的に多数の）低コストノードが商用電源式の電気作動装置の電力消費をモニタし、電源線搬送の通信方法を使用してこの情報を中央の集約器に送る電力線通信ネットワークが開示されている。集約器はマスタ機器であり、各ノードから電力消費データを受け取ることに加えて、ネットワーク内の通信の調整も行う。各ノードは同一とすることができるが、多元接続方式でいくつかの（論理）チャネルのうちの１つを使用するために集約器によって構成することができる。
【００４４】
図１に、英国特許出願第１０１０７２８．２号明細書によるネットワークの一例を示す。マスタ（集約器）機器２０と３台のリモートモニタリング機器（ノード）３０とが商用電源電気回路２２に接続されており、商用電源電気回路２２は環状主回路である。その電力消費がモニタされることになる電気器具４０は、モニタリング機器３０に接続されている。この例では、電気器具もモニタリング機器３０を介して商用電源２２に接続されている。マスタ機器２０は各モニタリング機器３０を、それがネットワークに接続されるときに構成する。いったん構成されると、各モニタリング機器３０は一定の間隔で断続的に測定値を送信する。これらの測定値は集約器２０によって受信され、インターネット接続２１上でサーバ５０に転送される。
【００４５】
使用される通信プロトコルは、短期広帯域雑音バーストの存在下でロバスト性を保つように設計されている。このアーキテクチャはスペクトラム拡散技術を使用することによってこの問題に対処し、それによって多数のノードがずっと遅いデータ転送速度で同時に送信することができ、そのため、典型的な雑音持続期間はシンボル持続期間よりも相当短くなる。このようにして、これらの干渉バーストが通常１つのシンボルに干渉し、したがって誤り訂正符号を用いて克服することができるように、干渉バーストを制限することが可能になる。
【００４６】
プロトコルを、効率よく、簡単に、安価に実施できるよう保つために、動的属性が回避される。これは集約器によって送信されるマスタタイミング基準を使用することによって達成され、集約器はすべてのノード上で限定されたタイミング不確実性を可能にする。タイミング基準信号は拡散符号を使用する。
【００４７】
マスタ機器から送信される拡散符号を使用すれば、典型的な住居建物で１マイクロ秒よりはるかに小さいタイミング不確実性を達成することができる。この不確実性の最大の部分は、信号が商用電源配線を伝わるのにかかる時間に起因するものである。典型的には、商用電源配線内の信号伝搬は、０．６Ｃ、すなわち２００メートル／マイクロ秒前後になる。
【００４８】
電力消費モニタリングネットワークの一実施形態では、１２８チップの持続期間の符号が６Ｋｈｚで送信される。これはおおよそ２０ｍｓごとに繰り返し、他方データフレームは完了するのに数百ｍｓを要し得る。したがって、符号は繰り返し送信され、さらに別のフレーム・タイミング・マーカ信号で変調され、この信号はフレームタイミングの曖昧さを解決するのに使用される。
【００４９】
各ノードは、最初に作動されるときに、拡散符号を検出するために拡散符号のすべての可能な位相を探索しなければならず、次いで通常は複数の相関器フィンガを使用して拡散符号位相を追跡する。
【００５０】
また、マスタタイミング信号も、新しいノードがネットワークに接続する際に各ノードを構成するための構成情報を搬送するのに使用される。ノードは、最初に接続されるときに、発見および構成モードに入る。いったん構成されると、次いでノードは一般通信モードに入り、それによって、アービトレーションはシステムのフレーム・タイミング・マーカおよび構成プロセスの間に保存された情報から暗示される。
【００５１】
媒体への時分割接続は、いつでもシステム内のノードのサブセットがスペクトラム拡散法を使用してデータを同時に送信しているようにＣＤＭＡ接続法と組み合わされる。
【００５２】
フレームの受信の開始時に、集約器はまず各ノードの拡散符号を探索しなければならない。複雑さを最小化するために、各ノードは同じ拡散符号を使用して同時に送信し、同じ拡散符号は、各ノードからのエネルギーが集約器内の相関器の出力において異なる非オーバーラップ符号位相窓内に現れるように送信側ノードごとに位相シフトされる。
【００５３】
英国特許出願第１０１０７２８．２号明細書に記載されているプロトコルは、ノードと集約器との相対搬送周波数が十分に同期されているという条件で確実に機能し得る。不確実性の主な原因は、各ノードの内部クロックの不確実性である。ノードのクロックが相対的に正確である場合には、クロックの不一致に起因するわずかな相回転がデータシンボルごとに観測されることになる。これは、クロックに起因する相回転がシンボル期間全体にわたって問題にならないほど小さくなるように十分に制限されるべきである。一例では、各ノードは、受信拡散符号から導出された正確な時間基準を有し、非常に低コストのクロックが使用されている場合には、これを使用してクロック誤りを訂正することができる。これは符号位相を維持するという問題を残し、この問題は各データフレームの開始時に再調整することによって解決される。システムはしたがって、フレーム期間における大きなクロックドリフトに耐える。
【００５４】
相関器内の残りの位相不確実性は雑音電力に帰せられ、雑音電力は、同じ周波数帯域で電力を送信している（他のノードに対応する）他のＣＤＭＡチャネルによって支配されることになる。これは同時に送信することができるチャネルの数を制限する。というのは、集約器の近くに位置するノードからの強い信号が原因で、離れたノードからの信号のＳＮＲが許容できるレベル未満に低下する可能性もあるからである。
【００５５】
本発明は、特に、この環境での信号検出および受信の問題に対処するものである。（しかし、本発明はより広く他の通信システムでも適用することができることを当業者は容易に理解するであろう）。
【００５６】
前述の電力線通信システムの状況では、本発明は、ＣＤＭＡを使用したチャネル化されたデータ転送における相互相関を軽減するための方法を提供する。方法は、この環境での送信のタイミングが（例えば大部分の無線通信システムと比べて）比較的高い精度で知られていることを利用する。既知のタイミングを使用して他の曖昧さを解決することができる。
【００５７】
相互相関は、複数のチャネルが同時に送信されるときに著しく増加し得る。というのは、この相互相関はコヒーレントなエネルギーであり、したがって他のチャネルで有効な信号として現れる可能性があるからである。これが、情報が所望の信号からのものであるか、それともその他のチャネルからのデータの相互相関であるか検出するプロセスを複雑にする。
【００５８】
前述の例示的ネットワークでは、ＣＤＭＡ技術の使用が、複数チャネルが媒体を同時に共用し、非常に短いデータパケットを電力線上で同期して送るための機構を提供するのに活かされる。この場合には、各ノードに、その上で送信すべき仮想チャネルが割り振られ、チャネルは特定の符号位相窓によって定義される。
【００５９】
非常に低い帯域幅と短いパケットとを用いて効率を達成するために、この機構は、ＴＤＭＡ／ＣＤＭＡの手法を使用することによるパケットのアドレス指定の要件を回避し、それによって各ノードに、通信に使用すべきタイムスロットおよび符号位相が割り振られる。したがって、各ノードをタイムスロットおよび符号位相によって区別することができ、動的アービトレーションおよびパケットアドレス指定の要件がなくなる。
【００６０】
受信機の感度を最大にするためには、信号レベル閾値を可能な限り低く設定することが求められる。しかし、閾値を非常に低く設定することの不都合点は、ガウス雑音が信号検出（フォールスポジティブまたはフォールスアラーム）を生じさせる可能性を高めることである。しかしガウス雑音は、非コヒーレントであるため、隣接するチャネル内のコヒーレント信号の相互相関積に対して異なる振る舞いをする。
【００６１】
非コヒーレント雑音の影響を軽減するために、各チャネルに相関窓（符号位相窓）が割り振られ、信号検出のたびに、相関関数がそこでその最大値を有する符号位相が記録される。この最大値の位相を以下では「ピーク位相」と呼ぶ。これは次のシンボルのために保存され、前のシンボルのピーク位相と比較される。このプロセスは、完全なパケットが受信されるまで受信シンボルごとに繰り返される。
【００６２】
各シンボルは、受信される際に、２つの連続したピーク間の位相差が特定の閾値、例えば１／２チップ間隔を超える場合には、拒絶される。シンボルが廃棄されるやいなや、パケット全体の受信が打ち切られる。
【００６３】
例えば、８チップ（１／４チップ間隔で３２タップ）の窓を使用した３１シンボルパケットでは、ガウス雑音に起因するピークが２つの連続したシンボルについて要件を満たすことになる確率は１／８であり、したがって、２９６に１回の確率で誤ったパケット受信が生じる（すべての連続したシンボルは位相要件を満たす）。
【００６４】
ノードＴ０からＣＤＭＡ信号を送信し、ノードＲでその信号を受信するときに、受信信号は一般に、減衰信号、反射信号、および付加白色ガウス雑音（Additive White Gaussian Noise）（ＡＷＧＮ）の組み合わせからなる。通常の動作に際して、ノードＢで受信される信号の逆拡散は雑音を拡散した結果になり、受信信号についての良好な信号対雑音比（signal to noise ratio）（ＳＮＲ）が得られる。これが生じるのは、ＡＷＧＮが拡散符号とコヒーレントでないからであり、そのような用途では、所望の信号についての検出閾値を算出するための受信信号電力を測定することは一般的な手法である。
【００６５】
複数のノードＴ０…Ｎがすべて同じ搬送周波数を使用して送信する共用チャネルでは、受信信号は、ＡＷＧＮに加えて、受信機での所望の信号にコヒーレントであり得る複数の信号を含む。これらの状況では、逆拡散符号は、追加の受信信号からのエネルギーを十分に拡散せず、そのような閾値処理の実行が困難に、または不可能になる。この問題は、すべてのノードＴ０…Ｎが同じ拡散符号の位相シフトバージョンを使用しているときにさらに悪化する。この場合、これらの追加信号からのコヒーレントエネルギーは、逆拡散回路（相関器）の出力において相互相関を生じ、これはＡＷＧＮから受け取られるエネルギーより何オーダーも大きくなる。この場合には、ＡＷＧＮにもコヒーレントエネルギーにも影響を受けない信頼性の高い信号検出の代替の方法が必要である。
【００６６】
Ｔｘ（０≦ｘ≦Ｎ）を受信しようとする場合のＴ０…Ｎからの変調信号の場合を考えると、その場合、相関器の出力で、ＡＷＧＮエネルギーを含むＮ＋１個の信号の和が生じることになる。各信号は一般に、ノードごとに一意のデータを搬送するために通常は拡散符号と相関関係のない別の（データ）信号で変調されている。これらの信号からの相互相関は、単一ノードの相互相関積の０倍からＮ倍までとすることができる。０のときには、ＡＷＧＮエネルギーが優位になる。
【００６７】
受信信号の閾値処理に加えて、システムは、どのノードによっても信号が送信されていない場合にも対応する必要があり、この場合には、ＡＷＧＮエネルギーが相関器の出力を決定することになる。
【００６８】
特に、本例のプロトコルでは、通信の効率を改善するために、従来のトレーニングシーケンスのいずれもなしで動作することが求められた。したがって、受信機が信号を復調しようと試みる前に信号に「照準を定め」、閾値を設定することのできるトレーニング期間はない。したがって、各相関出力をいかなる前の受信信号レベルからも独立に考慮し、適切なノードが送信しているかどうか、またはそうである場合、どんなデータを送っているか判定する必要がある。
【００６９】
信頼性の高い通信を保証するために、信号をリアルタイムで受信し、特定のチャネルの受信閾値、すなわち媒体から受け取られるエネルギーの性質を判定することができるようになる前に、逆拡散し、推論によって復調することのできる代替の信号検出戦略が求められる。この必要を満たすために、検出機構は、非常に広いダイナミックＳＮＲレンジ（dynamic SNR range）に対応しなければならない。
【００７０】
本実施形態では、ＡＷＧＮ成分とコヒーレント雑音成分とを別々に処理する２段階戦略が用いられる。
【００７１】
発明者らの理解するところでは、ＡＷＧＮは、拡散符号にコヒーレントではないため、別々の相関ごとに異なる符号位相でエネルギーピークを生成することになる。これを、エネルギーピークの位相を使用し、シンボル間の位相変動を考慮することによって利用することができる。これらの変動は、雑音（単独）では、実信号で雑音によって誘導される位相変動よりもずっと高くなるものと予測することができる。したがって、アクティブノードによって送信されているエネルギーがないときには、ＡＷＧＮが優位になり、各シンボル間のエネルギーピークの位相の単純比較によって容易に拒絶することができる。
【００７２】
非アクティブチャネル上の雑音の検出を拒絶した後で、システムには、拡散符号の異なる位相で変調された他のコヒーレント信号の相互相関成分を拒絶するというより困難なタスクが残る。
【００７３】
任意のタイムスロットで送信しているノードの数はタイムスロットごとに大きく異なる可能性があり、各ノードはノードがアクティブであるときにだけデータを送ることになるため、アクティブノードによって送信された有効なパケットと、アクティブノードからの信号との相互相関に起因する、ノードが非アクティブであるときに受信したファントムパケットとを区別するための機構を設けることが望ましい。
【００７４】
これらの場合には、所望のノードが送信していないときに、相互相関は一般に、各送信シンボル間での固定された位相関係、すなわち、シンボル間の少なくとも著しく小さい位相シフトを有するエネルギーピークを生じさせることになる。そのような信号は、各シンボル間の正しい搬送波位相回転を有する弱い信号として復調されることになる。したがってこの信号は有効なパケットであるように現れる。
【００７５】
多くの通常のネットワークでは、これは、パケットが有効なパケットとして受信され、復号されるが、次いで、アドレスが受信機の予期するアドレスと一致しないことにより拒絶されることになるはずである。しかし、本例では、（効率を上げるために）パケットにアドレス指定情報が含まれず、そのため、相互相関の結果として得られるパケットを有効なパケットと区別することができない。
【００７６】
本実施形態では、チャネルの帯域幅が低く、最大数のノードからの最大の同時スループットを求めようとするという理由で、パケットを短く保つために、アドレス指定情報がパケットから除外されている。前述のように、アドレス指定情報は代わりに信号の送信の時間および位相によって暗示される。
【００７７】
これらの状況でのコヒーレント干渉の問題を解決するために、巡回冗長検査（ＣＲＣ）を利用して、有効なパケットと、相互相関が原因で受信される「ファントム」（または「ゴースト」）パケットとが区別される。ＣＲＣは、受信機において位相窓ごとに特有で異なるように変更される。本実施形態では、これは、窓ごとにＣＲＣに異なる定数を加算することにより達成される。すなわち、一意の数が同時に送信する各送信機によりＣＲＣ検査ビットに加算される。送信側ノードは、各々が各ノードに割り当てられた符号位相オフセットと関連付けられているため、どの数を使用すべきか知っている。
【００７８】
この場合、ファントムパケットが受信されるときには、パケットがＣＲＣ検査に合格することができる位相窓がただ１つだけしかないことが保証されている。したがって、誤って受信されたファントムパケットは、ＣＲＣに合格しないために拒絶される。ファントムパケットは複数のチャネル上で受信され得るが、意図されるチャネル以外のすべてで拒絶されることになる。というのは、このチャネルについてのみＣＲＣが正常に検証されるからである。この手法は、干渉源パケットまたはファントムパケットを対象となる有効なパケットと区別するための好都合なやり方と引き替えに、ＣＲＣによって提供される誤り保護をわずかに犠牲にする。この機構は、ＳＮＲ閾値が非常に低く設定され（または完全に無視され）、最善の感度が達成されるようにすることを可能にする。
【００７９】
図２〜図３に、一実施形態による信号検出の方法を示す。この方法に従って動作する対応する受信機のブロック図が図４に示されている。
【００８０】
図２のステップ２１０で、方法は、シンボルの予期される到着時間に対応する現在時間窓内で、受信信号の符号位相（ピーク位相）を測定する。ステップ２２０で、現在のシンボルの符号位相が、前のシンボルについて測定されたピーク位相の記憶された値と比較される。ステップ２３０で、２つのピーク位相値間の差が１チップ（１チップは拡散符号の１ビットである）の半分より小さい場合には、２つのシンボルは一致するとみなされ、方法はステップ２５０に進み、そこで、パケット全体が処理されたかどうかが判定される。そうでない場合、方法はステップ２１０に戻って次のシンボルを調べる。ステップ２３０で、位相値間の差が１チップの半分以上である場合、パケットは拒絶される２４０。どのシンボルも拒絶されずにパケット全体が受信されると、パケットは受け入れられる２６０。ここで方法は、受信信号に有効な送信が存在すると判定している。しかし、この送信がこのチャネル上で予期される所望の送信であるか、それとも別のチャネルとの相互相関（干渉）の結果であるかがわかっていない。
【００８１】
方法は図３のステップ３１０に進む。ＣＲＣ検査ビットがメッセージから抽出され３１０、ＣＲＣがチャネル番号だけ減分される。ここでチャネル番号は、関連したチャネルでの送信の前に送信機によってＣＲＣ検査ビットに加算される一意の変更子として使用されている。変更子が除去された（減算された）後で、次のステップは通常の多項式を用いたＣＲＣ検証３３０である。ＣＲＣ検証に成功した場合３４０には、正しい信号が誤りなしで受信されている３５０。検証に失敗した場合３４０には、２通りの説明が可能である３６０。１つは、受信パケットがゴーストである、すなわち、受信パケットは実際には異なる符号位相とチャネル番号とを有する別のチャネルに属するが、相互相関の影響により現チャネルで誤って検出されたというものである。この場合、ＣＲＣ検査ビットは、送信機である数だけ増分され、次いで受信機で異なる数だけ減分されることになる。というのはチャネル番号が同じでないからである。他方の可能な説明は、受信機が所望のチャネル（すなわち、予期される符号位相を有するチャネル）を受信しているが、雑音により信号にビット誤りが導入されているというものである。どちらの場合にも、パケットは拒絶され、かつ／または無視される。
【００８２】
図４の受信機では、電力線媒体５０５は受信機フロントエンド５１０に接続されている。フロントエンド５１０は受信信号を相関器回路５２０に渡し、相関器回路５２０はステップ２１０の位相測定を行う。比較器５３０は比較２２０を行う。信号検出回路は、パケットを有効な送信として受け入れる２６０べきか否か判断するために、位相が一致するかどうか評価する２３０。
【００８３】
いったんパケットが検出された２６０後で、符号検証器５５０は、パケットが正しい（符号位相）チャネルで受信されたかどうか判断する３４０ために、必要なＣＲＣ調整３１０、３２０および検証３３０を行う。
【００８４】
図５に、図４の送信機に適する信号を送信する対応する方法を示す。ＣＲＣ検査ビットが生成される４１０（これは、標準のＣＲＣアルゴリズムおよび一般的な生成多項式を使用して行われてよい）。これらの検査ビットからなる２進ワードにチャネル番号が加算される４２０。次いで変更された検査ビットがメッセージに添付され、割り当てられたチャネル（すなわち、適切な符号位相を有するチャネル）で送信される４３０。
【００８５】
図６に、図５の方法を実行するための送信機の簡略化したブロック図を示す。送信機フロントエンド６１０は、信号を送信するために電力線媒体５０５に接続されている。また受信機フロントエンド６２０も媒体に接続されている。これにより機器は、特に、機器が使用すべきチャネルを構成する構成命令を受け取ることができる。コントローラ６３０は、電力線５０５上で受信した命令に基づいて送信機を構成する。コントローラ６３０は、チャネル番号に対応するＣＲＣの変更バージョンを使用するように符号器６４０を制御する。またコントローラ６３０は、割り当てられたチャネルについての正しい符号位相を有する拡散符号のチップを出力するように拡散符号メモリ６５０も制御する。符号器６４０は、送信されるべきデータメッセージを受け取り、ＣＲＣ検査ビットを生成し４１０、コントローラ６３０からの入力に基づいて適切なチャネル番号を加算し４２０、メッセージ全体を変調器６６０に出力する。ここでメッセージは、メモリ６５０から拡散符号を用いて変調される。変調されたデータメッセージは送信機フロントエンド６１０によって送信される。
【００８６】
図７〜図１２に、雑音と相互相関との影響を説明するグラフを示す。ｘ軸は符号位相であり、ｙ軸はシンボルインデックスであり、ｚ軸は相関振幅（エネルギー）である。
【００８７】
図７には、雑音がない状態での信号のすべての符号位相にわたる全相関が示されている。相互相関ははっきりと見え、ピークエネルギーはチャネル１にある。図７から、相互相関は常にその他のチャネルの同じ場所で発生することが明らかである。
【００８８】
図８には、強い雑音の存在を伴う同じ相関が示されている。この場合もやはり、信号は明確に復調することができるが、雑音がその他のチャネルでエネルギーを支配している。
【００８９】
図９は、チャネル１についてのＡＷＧＮ＋信号の拡大図である。図９には、ピーク位相は雑音による影響を受けるが、ピークは符号位相の狭い窓内に留まることが示されている。
【００９０】
図１０は、チャネル２についてのＡＷＧＮ＋信号の拡大図である。（このグラフではｚ軸上の縮尺も４倍拡大されていることに留意されたい。）ここでは相互相関は雑音によってマスクされているが、この場合、ピークエネルギーは窓全体にわたってランダムに変動している。異なるシンボルについてのピーク位相の比較により、チャネル２が非アクティブであるため、したがって信号が廃棄されることになる。
【００９１】
図１１は、チャネル１についての信号のみの拡大図である。これは完全なチャネルであり、信号は容易に復調される。
【００９２】
図１２は、チャネル２についての信号のみの拡大図である。（ｚ軸の縮尺は、図１１と比べて、１０倍を超えて拡大されていることに留意されたい。）この場合のピークはチャネル１からの相互相関であり、ピーク位相比較テストに合格し、復調されるはずである。とはいえ、チャネル２は同じパケットデータについて異なる有効なＣＲＣを有するはずであるため、次いでＣＲＣ検証には失敗することになる。
【００９３】
図面および以上の説明において本発明を詳細に図示し、記述したが、そのような図示および記述は、限定のためではなく説明または例示のためのものであるとみなすべきであり、本発明は開示の実施形態だけに限定されるものではない。
【００９４】
例えば、前述の実施形態では、一意の誤り検出符号が、汎用の誤り検出符号によって生成された検査ビットに一意の数を加算することにより実施される。汎用の誤り検出符号は、これを実施形態での使用に適するようにするために、別のやり方でカスタマイズすることもできるはずであることを当業者は理解するであろう。例えば、排他的論理和（ＸＯＲ）といった他の代数演算または結合演算も適用することができるはずである。
【００９５】
前述の実施形態では、データメッセージの各シンボルが拡散符号の１回の反復で変調される。すなわち、シンボル期間は１コードエポック（code epoch）と等しい。これは不可欠ではないことを当業者は理解するであろう。別の実施形態では、例えば、各シンボルの持続期間をコードエポックの倍数としてもよい。しかし、これは送信検出方法の感度を低下させ得ることに留意されたい。というのは、短いＰＮ符号の数反復の相関特性は一般に、同数のチップを提供する長いＰＮ符号の１つのインスタンスの相関特性ほど良好にはならないからである。
【００９６】
図面、本開示、および添付の特許請求の範囲を考察すれば、当業者は、特許請求される発明を実施するに際して、開示の実施形態への他の変更を理解し、実施することができる。特許請求の範囲において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という語は他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は複数を排除するものではない。単一のプロセッサまたは他の装置が特許請求の範囲に記載される複数の項目の機能を果たしてもよい。単に、ある特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているというだけで、それがこれらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、またはその一部として供給される光記憶媒体やソリッドステートメディアといった適切な媒体上で記憶され／配布されてよいが、インターネットや、他の有線または無線の通信システムを介してなど、他の形で配布されてもよい。特許請求の範囲中の参照符号は範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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