(57)【要約】スペクトル拡散通信システムのための新規かつ有用な捕捉および同期化機構であって、予め定められた時間遅延間隔だけ離して配置された複数の既知のシンボルを含む同期化シーケンスはパケット信号の開始で送信される。受信機では、受信信号はシンボル間に挿入された予め定められたギャップまたは時間遅延間隔を使用して同期化シーケンスに対して相関される。受信信号は受信した各シンボルの相関ピークを生成するように線形的に相関される。各相関ピークの期待位置が算出され、受信した相関ピークの位置と比較される。合致の数がしきい値を超える場合、同期が宣言される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた同期化シーケンステンプレートに従って生成された複数のシンボルを含むパケット信号の開始で同期を捕捉する方法であって、
受信信号を相関して複数の受信相関ピークを生成するステップと、
前記予め定められた同期化シーケンステンプレートに従って各受信相関ピークの期待位置を算出するステップと、
前記期待位置の相関品質を決定するステップと、
前記相関品質を評価し、前記評価が予め定められた基準を超える場合には同期を宣言するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記相関品質が、前記受信相関ピークの高さに加えて、前記期待位置からの各受信相関ピークの距離に従って決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
受信相関ピークの位置が前記対応する期待位置から予め定められた距離内である場合は、前記相関品質が合致に設定され、そうでなければ非合致に設定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記予め定められた基準がしきい値を超える合致数を含み、前記しきい値が前記相関ピークの高さの関数として設定される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記相関品質を決定する前記ステップが期待位置における相関の値を決定することを含み、前記評価のステップが前記相関品質値を合計することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
捕捉に関連する情報が送信シンボル間の予め定められた時間遅延またはギャップで搬送される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数のシンボルの各々が零シフトコードシフトキーイング（ＣＳＫ）変調シンボルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記相関ステップが前記受信信号に線形相関を実行するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
送信機によって送信される前記予め定められた複数のシンボルが、各シンボル後に予め定められた遅延を挿入された７個の零シフトシンボルを含むパケット同期化シーケンスの開始を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
各受信相関ピークの位置がテーブルに格納される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記予め定められた同期化シーケンステンプレートがテーブルに格納される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記予め定められた距離が各受信相関ピークの左側の複数の位相単位を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記しきい値が前記複数のシンボルの大多数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
最後の受信相関ピークの位置が正しいと想定する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記期待位置が最後の受信相関ピークを基準にして算出される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
最後の受信相関ピークの前の相関ピークが正しいと想定し、かつ前記算出ステップおよび比較ステップを繰り返して、最後の受信相関ピークの前の相関ピークを基準にして前記期待位置を算出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記計算ステップ、決定ステップ、および合致を探索する評価ステップを異なる同期化シーケンス遅延テンプレートで繰り返すステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
合致数が境界線上にある場合には、各合致相関ピークの値の和がピーク値しきい値を超える場合にのみ、同期が宣言される、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
各合致相関ピークの期待位置と受信相関ピークの位置との間の差の平均の関数として同期点を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
同期品質係数を算出するステップをさらに含み、それによって、より高い関連同期品質係数を持つ新しいパケットを受信すると、受信機が前に受信しているパケットをドロップし、前記新しいパケットを直ちに受信するようにした、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記方法が特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記方法がフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で実現される、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
パケット同期化シーケンスの開始を生成する方法であって、
前記同期化シーケンスで送信される複数のシンボルＮ個を生成するステップと、
Ｎ−１個の予め定められた信号を生成するステップと、
前記同期化シーケンス内の最初のＮ−１個のシンボルの各々の後に、前記Ｎ−１個の予め定められた信号の１つを挿入するステップと、
を含み、Ｎが正の整数である、
方法。
【請求項２４】
前記予め定められた信号が時間遅延または送信ギャップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
Ｎが７である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記Ｎ−１個の予め定められた信号が、比較的高い自動相関特性を持つ同期化シーケンスを生じるように選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
複数の同期化シーケンスを生成するステップをさらに含み、各同期化シーケンスが時間遅延を含む一意の１組Ｎ−1個の予め定められた信号に対応し、各組Ｎ−１個の時間遅延は同期化シーケンス間の相互相関が最小になるように選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
複数の同期化シーケンスを生成するステップをさらに含み、各同期化シーケンスが異なるパケット型に対応する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記各シンボルが零シフトコードシフトキーイング変調シンボルを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記方法が特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実現される、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記方法がフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で実現される、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
複数のシンボルを含み、シンボルの各対が予め定められた同期化テンプレートに従って間隔を置いて配置されて成るパケット同期化シーケンスの開始で通信ネットワークにおける同期を捕捉するための装置であって、
前記同期化シーケンスの各受信シンボルに応答して相関ピークを生成するように適応された相関器と、
前記予め定められた同期化テンプレートに従って各受信相関ピークの期待位置を算出するための手段と、
前記期待位置の相関品質を決定するための手段と、
前記相関品質を評価し、かつ前記評価が予め定められた基準を超えると同期を宣言するための手段と、
を含む捕捉回路と、
を備えた装置。
【請求項３３】
前記相関品質が、前記受信相関ピークの高さに加えて、前記期待位置からの前記受信相関ピークの距離に従って決定される、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
受信相関ピークの位置が前記対応する期待位置から予め定められた距離内である場合は、前記相関品質が合致に設定され、そうでなければ非合致に設定される、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記予め定められた基準がしきい値を超える合致数を含み、前記しきい値が前記相関ピークの高さの関数として設定される、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記相関品質を決定するための前記手段が期待位置における相関の値を決定するための手段を含み、前記評価のための手段が前記相関品質値を合計することを含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３７】
前記予め定められた同期化テンプレートが一連の時間遅延を含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３８】
前記相関器が受信信号に対し線形相関を実行するように適応された、請求項３２に記載の装置。
【請求項３９】
前記予め定められた距離が各受信相関ピークの左側の多数の位相単位を含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項４０】
前記しきい値が前記複数のシンボルの大多数を含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項４１】
最後の受信相関ピークの位置が正しいと想定する、請求項３２に記載の装置。
【請求項４２】
前記期待位置が最後の受信相関ピークを基準にして算出される、請求項３２に記載の装置。
【請求項４３】
最後の受信相関ピークの前の相関ピークが正しいと想定し、繰返し計算し、かつ比較するための手段をさらに含み、期待位置が最後の受信相関ピークの前の相関ピークを基準にして算出されるように構成された、請求項３２に記載の装置。
【請求項４４】
複数の予め定められた同期化時間遅延テンプレートを利用して、算出および比較を繰り返して同期合致を探索するための手段をさらに含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項４５】
合致数が境界線上にある場合には、各合致相関ピークの値の和がピーク値しきい値を超える場合にのみ、同期が宣言される、請求項３２に記載の装置。
【請求項４６】
各合致相関ピークの期待位置と受信相関ピークの位置との間の差の平均の関数として同期点を決定するための手段をさらに含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項４７】
同期品質係数を算出するための手段をさらに含み、それによって、より高い関連同期品質係数を持つ新しいパケットを受信すると、受信機が前に受信しているパケットをドロップし、前記新しいパケットを直ちに受信するようにした、請求項３２に記載の装置。
【請求項４８】
前記装置が特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実現される、請求項３２に記載の装置。
【請求項４９】
前記装置がフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で実現される、請求項３２に記載の装置。
【請求項５０】
通信ネットワークで同期を捕捉するための方法であって、
送信された同期化シーケンスが複数のシンボルを含んでおり、各シンボルが予め定められた信号によって分離されており、送信局によって送信されたパケットの最初に同期化シーケンスを受信するステップと、
前記受信した同期化シーケンスを相関して複数の相関ピークを生成するステップと、
前記送信局によってシンボル間に挿入された前記予め定められた時間遅延に対応する期待位置で予め定められたデルタ内で相関ピークの存在を探索するステップと、
対応する期待位置で前記デルタ内で見つかった相関ピークの数がしきい値を超える場合に同期を宣言するステップと、
受信相関ピークの位置とそれらの対応する期待位置との間の距離の関数として同期時点を決定するステップと、
を含む方法。
【請求項５１】
各々の前記予め定められた信号が送信の特定の時間遅延またはギャップを含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記パケットのデータ復号が前記同期化時点から予め定められた固定距離後に開始される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
各合致相関ピークの期待位置と受信相関ピークの位置との間の差の平均の関数として同期点を決定するステップをさらに含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５４】
同期品質係数を算出するステップをさらに含み、それによって、より高い関連同期品質係数を持つ新しいパケットを受信すると、受信機が前に受信しているパケットをドロップし、前記新しいパケットを直ちに受信するようにした、請求項５０に記載の方法。
【請求項５５】
前記方法が特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実現される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５６】
前記方法がフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で実現される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５７】
複数のシンボルのパケット同期化シーケンスの開始を含み、予め定められた同期化シーケンスギャップテンプレートに従ってシンボルの各対の間に予め定められたギャップが挿入されて成る送信信号で、通信ネットワークにおける同期を捕捉するための特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であって、
前記送信信号から受信信号を生成するように適応された受信手段と、
前記同期化シーケンス内の各受信シンボルに応答して前記受信信号から相関ピークを生成するように適応された相関手段と、
前記予め定められた同期化ギャップテンプレートに従って各受信相関ピークの期待位置を算出するための計算手段と、
前記期待位置の相関品質を生成するための決定手段と、
前記相関品質を評価し、かつ前記評価が予め定められた基準を超える場合には同期を宣言するための手段と、
を備えたＡＳＩＣ。
【請求項５８】
前記相関品質が、前記受信相関ピークの高さに加えて、前記期待位置からの各受信相関ピークの距離に従って決定される、請求項５７に記載のＡＳＩＣ。
【請求項５９】
受信相関ピークの位置が前記対応する期待位置から予め定められた距離内である場合は、前記相関品質が合致に設定され、そうでなければ非合致に設定される、請求項５７に記載のＡＳＩＣ。
【請求項６０】
前記予め定められた基準がしきい値を超える合致数を含み、前記しきい値が前記相関ピークの高さの関数として設定される、請求項５９に記載のＡＳＩＣ。
【請求項６１】
前記決定手段が期待位置における相関の値を決定することを含み、前記評価のための手段が前記相関品質値を合計するための手段を含む、請求項５７に記載のＡＳＩＣ。
【請求項６２】
最後の受信相関ピークの前の相関ピークが正しいと想定し、かつ繰返し算出および比較を行なって、前記最後の受信相関ピークの前の相関ピークを基準にして期待位置を算出するための手段をさらに含む、請求項５７に記載のＡＳＩＣ。
【請求項６３】
複数の予め定められた同期化シーケンスギャップテンプレートを利用して、算出および比較を繰り返して同期合致を探索するための手段をさらに含む、請求項５７に記載のＡＳＩＣ。
【請求項６４】
合致数が境界線上にある場合には、各合致相関ピークの値の和がピーク値しきい値を超える場合にのみ、同期が宣言される、請求項５７に記載のＡＳＩＣ。
【請求項６５】
各合致相関ピークの期待位置と受信相関ピークの位置との間の差の平均の関数として同期点を決定するための手段をさらに含む、請求項５７に記載のＡＳＩＣ。
【請求項６６】
同期品質係数を算出するための手段をさらに含み、それによって、より高い関連同期品質係数を持つ新しいパケットを受信すると、受信機が前に受信しているパケットをドロップし、前記新しいパケットを直ちに受信するようにした、請求項５７に記載のＡＳＩＣ。
【請求項６７】
共用通信媒体ベースのネットワークを通して接続された他の局との間で信号を送受信するための通信局において、
前記ネットワークを通して受信した受信信号を生成し、かつ前記ネットワークに送信信号を出力するための結合回路と、
変調方式に従って送信される同期化シーケンスおよびデータを変調してそこから送信信号を生成するように適応された送信機と、
前記同期シーケンスが複数のシンボルを含んでおり、各シンボルが予め定められた同期化シーケンステンプレートに従って第１信号によって分離されており、前記変調方式に従って前記受信信号を復調してそこから受信データ信号を生成するように適応された受信機であって、前記受信機が捕捉回路を含み、前記捕捉回路が、
前記受信信号を相関してそこから複数の受信相関ピークを生成するための手段と、
前記予め定められた同期化シーケンステンプレートに従って各受信相関ピークの期待位置を算出するための手段と、
各受信相関ピークの位置を対応する期待位置と比較し、受信相関ピークの位置が前記対応する期待位置から予め定められた距離内にある場合には合致を宣言するための手段と、
合致数がしきい値を超える場合には同期を宣言するための手段と、
を含む受信機と、
を備えた通信局。
【請求項６８】
前記第１信号が前記予め定められた同期化シーケンステンプレートに従って一連の時間遅延を含む、請求項６７に記載の通信局。
【請求項６９】
前記変調方式がコードシフトキーイング（ＣＳＫ）変調を含む、請求項６７に記載の通信局。
【請求項７０】
最後の受信相関ピークの前の相関ピークが正しいと想定し、かつ繰返し算出および比較を行なって、最後の受信相関ピークの前の相関ピークを基準にして期待位置を算出するための手段をさらに含む、請求項６７に記載の通信局。
【請求項７１】
複数の予め定められた同期化シーケンスギャップテンプレートを利用して、算出および比較を繰り返して同期合致を探索するための手段をさらに含む、請求項６７に記載の通信局。
【請求項７２】
合致数が境界線上にある場合には、各合致相関ピークの値の和がピーク値しきい値を超える場合にのみ、同期が宣言される、請求項６７に記載の通信局。
【請求項７３】
各合致相関ピークの期待位置と受信相関ピークの位置との間の差の平均の関数として同期点を決定するための手段をさらに含む、請求項６７に記載の通信局。
【請求項７４】
同期品質係数を算出するための手段をさらに含み、それによって、より高い関連同期品質係数を持つ新しいパケットを受信すると、受信機が前に受信しているパケットをドロップし、前記新しいパケットを直ちに受信するようにした、請求項６７に記載の通信局。
【請求項７５】
前記送信機および受信機が特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実現される、請求項６７に記載の通信局。
【請求項７６】
前記送信機および受信機がフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）で実現される、請求項６７に記載の通信局。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的にデータ通信システムに関し、さらに詳しくは、スペクトル拡散通信トランシーバで同期を捕捉するための装置および方法に関する。
【０００２】
発明の背景
スペクトル拡散通信技術を使用して通信の信頼性およびセキュリティを改善することは公知であり、ますます一般的になってきている。スペクトル拡散通信は、送信されるデータの帯域幅よりずっと大きいスペクトル帯域幅を利用してデータを送信する。これは、他の利点に加えて、高い狭帯域雑音、スペクトル歪み、およびパルス雑音の存在下で、より信頼できる通信をもたらす。スペクトル拡散通信システムは一般的に相関技術を利用して、到来する受信信号を識別する。
【０００３】
スペクトル拡散通信システムは一般的に軍環境で、高エネルギ狭帯域の敵の妨害電波を克服するために使用される。商業環境または家庭環境では、それはＡＣ電力線などの雑音媒体で信頼できる通信を達成するために使用することができる。特に、特定の家庭用電気製品および装置は、電力線で伝送される通信信号を潜在的に非常に混乱させる可能性がある。例えば、電子調光装置は、調光機能を実施する際にＡＣ波形を制御するためにトライアックまたはシリコン制御整流器（ＳＣＲ）を一般的に使用するので、電力線に大量の雑音を送り込む可能性がある。
【０００４】
ＡＣ電力線などの通信媒体は、高速フェージング、予測できない振幅および位相の歪み、ならびに加法性雑音によって乱されることがある。加えて、通信チャネルは予測できない時変妨害電波および狭帯域干渉を受けることがある。そのようなチャネルでデジタルデータを伝送するために、データの伝送にできるだけ広い帯域幅を使用することが好ましい。これはスペクトル拡散技術を使用して達成することができる。
【０００５】
スペクトル拡散受信機は、任意選択的に追跡ループまたは他の追跡機構と組み合わせて、一般的にある種類の捕捉方法を使用して達成される同期化を実行する必要がある。ＡＣ電力線のような雑音の多い予測できない環境で、追跡ループは一般的に頻繁に失敗して情報を喪失する。これらの問題を克服する通信システムは大きく、複雑、かつ高価である。
【０００６】
スペクトル拡散通信システムで相互に通信する送信機と受信機との間の信号の同期化は、それらの間で信号を伝送するプロセスの重要な側面である。送信機と受信機との間の同期化は、元来送信された信号を受信信号から復元することができるように、それらの間で同期化された拡散符号によって受信信号の逆拡散を可能にするために必要である。受信信号がその拡散符号パターン位置およびそのチップ生成レートの両方で受信機の拡散符号に対して正確にタイミングを合わせたときに、同期化は達成される。
【０００７】
同期化に関連付けられる問題の１つは、２個の信号を同期化するために使用される技術を実現するのが比較的高価であることである。複数の比較的安価なリモート通信サイトのために働く高度かつ比較的高価な中央通信サイトを有する通信システムでは、リモート通信サイトにおける同期化システムのコストを低減する一方、中央通信サイトのコストは増加しないことが望ましい。
【０００８】
通信トランシーバでは、捕捉機構がより信頼でき、パケットのデータ部分に何らかの誤り訂正符号が使用されることが望ましい。言い換えると、弱い捕捉アルゴリズムのためにパケット全体を完全に失うより、同期を正しく宣言し、かつパケットデータを正確に復号できないことの方が好ましい。
【０００９】
さらに、捕捉アルゴリズムは、雑音による偽同期化の確率ができるだけ低く、例えば５秒に１回未満であることが望ましい。捕捉機構は２つ以上の同期化シーケンスを利用することができ、それによって別のシーケンスによる同期化の確率が最小化されるようにすべきである。
【００１０】
発明の概要
したがって、本発明は新規かつ有用な捕捉および同期化機構を提供する。本発明の機構は、電力線搬送通信を使用するネットワークなどの共用媒体を特徴とする通信システムで有用である。一般的に、本発明は、複数の局が共用通信媒体に接続され、それによって受信局が、各パケットの最初に送信局によって送信されるパケット信号の開始で同期を捕捉しなければならない場合に適用できる。
【００１１】
予め定められた時間遅延間隔だけ離して配置された複数の既知のシンボルを含む同期化シーケンスがパケット信号の開始として送信されるようにした、スペクトル拡散通信システム用の改善された捕捉機構を提供する。受信機では、受信信号が、シンボル間に挿入された予め定められたギャップまたは時間遅延間隔を使用して、同期化シーケンスに対して相関される。
【００１２】
受信信号は最初に、受信した各シンボルの相関ピークを生成するように機能する線形相関器を通される。次いで各相関ピークの期待位置が算出され、受信した相関ピークの位置と比較される。合致の数がしきい値を超える場合、同期が宣言される。
【００１３】
捕捉アルゴリズムは、誤り状態の零個またはそれ以上の受信シンボルを考慮しながら、合致する相関ピークを探索するように適応される。さらに、該アルゴリズムは、気体相関位置が受信相関ピークの予め定められたデルタ内にある場合、合致を認める。不成功の場合、各々の予め定められた同期化シーケンスを受信相関ピークに相関させようとして、捕捉アルゴリズムが繰り返される。
【００１４】
ひとたび同期が宣言されると、合致の数およびしきい値を超える値の相関ピークの数の関数として同期品質係数が算出される。その後の同期が宣言された場合、品質係数が比較され、最新の品質係数の方が大きい場合、前のパケットはドロップされ、現行パケットが受信される。同期品質を比較し、次のパケットを支持して前のパケットを落とすプロセスは、ヘッダＣＲＣチェックサムフィールドが確認されるまで実行されることに注意されたい。ヘッダＣＲＣが検査され確認された後、受信機は現行パケットの受信にロックされる。
【００１５】
捕捉機構は複数の同期化シーケンスに備えており、別のシーケンスによる偽検出の確率を低減するために、シーケンスの相互相関は最小化される。複数の同期化シーケンスの使用により、追加情報を受信局に送信することが可能になる。例えば、異なるシーケンスを、そのパケットの送信に使用された特定のパケット型または変調方式を受信機に指示するように適応させることができる。
【００１６】
前述した発明の多くの態様は、ファームウェアとして埋め込まれた装置で実行されるソフトウェアオブジェクト、ウィンドウズ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ等のようなオペレーティングシステムを実行するコンピュータシステムでソフトウェアアプリケーションの一部として実行されるソフトウェアオブジェクト、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または機能的に同等の離散ハードウェアコンポーネントとして構成することができる。
【００１７】
したがって、本発明では、予め定められた同期化シーケンステンプレートに従って生成された複数のシンボルを含むパケット信号の開始で同期を捕捉する方法であって、受信信号を相関して複数の受信相関ピークを生成するステップと、予め定められた同期化シーケンステンプレートに従って各受信相関ピークの期待位置を算出するステップと、期待位置の相関品質を決定するステップと、相関品質を評価するステップと、該評価が予め定められた基準を超える場合には同期を宣言するステップとを含む方法を提供する。
【００１８】
また、本発明では、パケット同期化シーケンスの開始を生成する方法であって、同期化シーケンスで送信される複数のＮ個のシンボルを生成するステップと、Ｎ−１個の予め定められた信号を生成するステップと、同期化シーケンスで最初のＮ−１個のシンボルの各々の後にＮ−１個の予め定められた信号の１個を挿入するステップとを含む方法を提供する。ここでＮは正の整数である。
【００１９】
さらに、本発明では、複数のシンボルを含み、シンボルの各対が予め定められた同期化テンプレートに従って間隔を置いて配置されて成るパケット同期化シーケンスの開始で通信ネットワークにおける同期を捕捉するための装置であって、同期化シーケンスの各受信シンボルに応答して相関ピークを生成するように適応された相関器と、予め定められた同期化テンプレートに従って各受信相関ピークの期待位置を算出するための手段と、該期待位置の相関品質を決定するための手段と、該相関品質を評価し、かつ該評価が予め定められた基準を超えると同期を宣言するための手段とを備えた捕捉回路とを含む装置を提供する。
【００２０】
また、本発明では、通信ネットワークで同期を捕捉する方法であって、送信された同期化シーケンスは複数のシンボルを含んでおり、各シンボルは予め定められた信号によって分離されており、送信局によって送信されたパケットの最初に同期化シーケンスを受信するステップと、受信した同期化シーケンスを相関して複数の相関ピークを生成するステップと、送信局によってシンボル間に挿入された予め定められた時間遅延に対応する期待位置で予め定められたデルタ内で相関ピークの存在を探索するステップと、対応する期待位置で予め定められたデルタ内で見つかった相関ピークの数がしきい値を超えた場合に同期を宣言するステップと、受信した相関ピークの位置とそれらの対応する期待位置との間の距離の関数として同期時点を決定するステップとを含む方法をも提供する。
【００２１】
さらに、本発明では、複数のシンボルのパケット同期化シーケンスの開始を含み、予め定められた同期化シーケンスギャップテンプレートに従ってシンボルの各対の間に予め定められたギャップが挿入されて成る送信信号に対し、通信ネットワークで同期を捕捉するための特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であって、送信信号から受信信号を生成するように適応された受信手段と、同期化シーケンス内の各受信シンボルに応答して受信信号から相関ピークを生成するように適応された相関手段と、予め定められた同期化ギャップテンプレートに従って各受信相関ピークの期待位置を計算するための計算手段と、期待位置の相関品質を生成するための決定手段と、相関品質を評価し、かつ評価が予め定められた基準を超える場合には同期を宣言するための手段とを備えたＡＳＩＣを提供する。
【００２２】
また、本発明では、共用通信媒体ベースのネットワークを通して接続された他の局との間で信号を送受信するための通信局であって、該通信局は、ネットワークを通して受信した受信信号を生成し、かつネットワークに送信信号を出力するための結合回路と、変調方式に従って送信される同期化シーケンスおよびデータを変調してそこから送信信号を生成するように適応された送信機と、該同期シーケンスは複数のシンボルを含んでおり、各シンボルは予め定められた同期化シーケンステンプレートに従って第１信号によって分離されており、変調方式に従って受信信号を復調してそこから受信データ信号を生成するように適応された受信機とを備え、該受信機は、受信信号を相関してそこから複数の受信相関ピークを生成するための手段と、予め定められた同期化シーケンステンプレートに従って各受信相関ピークの期待位置を算出するための手段と、各受信相関ピークの位置を対応する期待位置と比較するための手段と、受信相関ピークの位置が対応する期待位置から予め定められた距離内にある場合には同期を宣言するための手段と、アプリケーション処理装置を共用通信媒体にインタフェースするように適応された媒体アクセス制御（ＭＡＣ）回路とを備え、該アプリケーション処理装置が送信機、受信機、およびＭＡＣを制御し、かつＭＡＣと外部ホストとの間のインタフェースを提供するように構成された、通信局を提供する。
【００２３】
本発明をここで、単なる例として、添付の図面を参照しながら説明する。
図面の簡単な記述
図１は本発明に従って構成された同期化シーケンスを生成するように適応された例示的送信機を示す線図である。
図２は本発明に従って構成された捕捉および同期化回路を備えた例示的受信機を示す線図である。
図３は同期化シーケンスを含む例示的パケットのフォーマットを示す線図である。
図４は予め定められた時間遅延によって分離された複数のシンボルを含む例示的同期化シーケンス送信信号を示す線図である。
図５は図４の同期化シーケンスに応答して生成される対応する相関ピークを示す線図である。
図６は図４の同期化シーケンス送信信号に対応する例示的受信信号に応答した線形相関器の出力を示す線図である。
図７Ａおよび７Ｂは本発明の捕捉方法をより詳細に示した流れ図である。
図８は本発明の捕捉および同期化機構を実行するように適応された送信機および受信機回路を組み込んだ局の例示的実施形態を示すブロック図である。
【００２４】
2005500737.tif 000003
【００２５】
本発明は新規の有用な捕捉および同期化機構である。本発明の機構は、電力線搬送通信を使用するネットワークなどの共用媒体を特徴とする通信システムで有用である。一般的に、本発明は、複数の局が共用通信媒体に接続され、それによって受信局が、各パケットの最初に送信局によって送信されるパケット信号の開始で同期を捕捉しなければならない場合に適用できる。
【００２６】
予め定められた時間遅延間隔だけ離して配置された複数の既知のシンボルを含む同期化シーケンスがパケット信号の開始として送信されるようにした、スペクトル拡散通信システム用の改善された捕捉機構を提供する。受信機では、受信信号が、シンボル間に挿入された予め定められたギャップまたは時間遅延間隔を使用して、同期化シーケンスに対して相関される。
【００２７】
受信信号は最初に、受信した各シンボルの相関ピークを生成するように機能する線形相関器を通される。次いで各相関ピークの期待位置が算出され、受信した相関ピークの位置と比較される。合致の数がしきい値を超える場合、同期が宣言される。
【００２８】
この明細書では、用語「局」、「ノード」、または「通信ノード」は、共用媒体ベースのネットワーク内の呼、リンク、または接続のエンドポイントとすることができる、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組合せのいずれかで実現されるネットワークエンティティを意味すると解釈するものとする。ネットワークは、電力線搬送ベースのネットワーク、ツイストペアネットワーク、ＩＲワイヤレスネットワーク、ＲＦワイヤレスネットワーク、光ファイバリングネットワーク等を含むが、それらに限定されない任意の型の共用ネットワークまたは媒体を含むことができる。用語「呼」、「リンク」、または「接続」は、少なくとも２つのノードの間にそれらの間の通信のために確立された任意の通信路を意味すると解釈するものとする。用語「位相単位」は、受信機におけるサンプル時間と定義する。サンプル時間とは、信号または相関器の出力を情報を失うことなく標本化することができる任意の適切な期間である。
【００２９】
本発明の捕捉および同期化機構は、差分コードシフトキーイング（ＤＣＳＫ）または非差分コードシフトキーイング（ＣＳＫ）変調技術を利用するスペクトル拡散データ通信システムでの使用に特に適している。そのような通信システムは、ＡＣ電力線など比較的雑音の多い環境に適用できる。
【００３０】
ＣＳＫ送信システムでは、データは、拡散波形と呼ばれる長さＴの連続的循環波形、すなわちスペクトル拡散相関器シーケンス波形の間のタイムシフトの形で送信される。拡散波形は、適切な自動相関特性を有する任意の型の波形を含むことができる。単位シンボル時間（ＵＳＴ）と呼ばれる各シンボル期間中、複数のビットが送信される。シンボル期間は、各々特定のビットパターンを表わす複数のシフトインデックスに分割される。情報すなわちビットパターンは、送信されるデータに対応する特定の量だけ拡散波形を循環させることによって搬送される。データは、それが送信される前に拡散波形に適用される循環度または循環シフトで伝達される。拡散波形は、チャープ、擬似ランダムシーケンス等のような任意の適切な波形を含むことができる。
【００３１】
ＣＳＫシステムでは、データは拡散波形に割り当てられた絶対シフトで搬送される。ＤＣＳＫシステムでは、データは連続シンボル間のシフト差分で搬送される。本発明の同期化方式はＣＳＫおよびＤＣＳＫ伝送システムの両方に適用できる。
【００３２】
受信機による受信後、信号は、拡散波形パターンのテンプレートを有するマッチドフィルタに入力され、各シンボルに対し受信信号内の循環の量（または循環シフト）が検出される。受信信号は巡回相関器に送られ、そこで内容が周期的に循環シフトされ、そこから相関出力が生成される。巡回相関は、その出力がその入力にフィードバックされるシフトレジスタに受信データを入力し、シフトレジスタの内容を循環すなわちシフトさせることによって達成することができる。シフトレジスタの出力はマッチドフィルタに入力される。各ビットシフトまたは循環毎に、マッチドフィルタは相関和を生成する。最大（または最小）相関和を出すシフトインデックスに対応する各ＵＳＴに対し、シフトインデックスが決定される。差分シフトインデックスは、前回の受信シフトインデックスから現在の受信シフトインデックスを減算することによって生成される。次いで差分シフトインデックスが復号され、元来送信されたデータが生成される。
【００３３】
ＤＣＳＫまたはＣＳＫ変調に基づくスペクトル拡散通信システムが、参照によってその全体をここに組み込む、「Ｓｐｒｅａｄ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｄｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ」と称するラファエリの米国特許第６０６４６９５号に、より詳細に記載されている。
【００３４】
同期化シーケンス発生器を備えた送信機
送信局は、データをパケットの形で受信局に送信する。各パケットの前に、予め定められた数のシンボルを含み、各シンボル間に予め定められたギャップまたは時間遅延を持つ同期化シーケンスが先行する。同期化シーケンスの長さは、受信局が送信局と同期化することができるように、任意の適切なシンボル数とすることができる。単なる例示として、本書で提示する例では、同期化シーケンスは既知のシフト循環、例えば零シフトシンボルのシンボル７個のシーケンスを含む。７個のシンボルは送信され、それによって各々のシンボルの間に特定の予め定められた時間遅延が挿入される。シンボル間に挿入された特定の時間遅延は、一意の同期化シーケンスギャップ（すなわち時間遅延）テンプレートを定義する。同期化シーケンス間に挿入された間隔は、送信に使用された特定のパケット型を決定するために、受信局で受信機によって使用される。パケットの型の知識は、パケットの残りを正確に復号することができるために重要である。
【００３５】
本発明に従って構成された同期化シーケンスを生成するように適応された例示的送信機を、図１に示す。一般的に１０で示された送信機は、一般的に、各局に配置されたモデムトランシーバの一部である。提示した例では、モデムトランシーバは、ＣＳＫ変調を使用して通信するように適応されている。当業者は本発明の技術を他の変調技術にも同様に適用できることに留意されたい。
【００３６】
送信されるデータは外部ホスト１２によって提供され、符号器１４に入力される。符号器は、出力拡散波形に適用される循環の量を決定するように機能する。循環の量はシフトインデックスとして表わされる。シフトインデックスは拡散波形発生器２０に入力され、それはシフトインデックスに従って各波形信号を生成する。拡散波形自体は、拡散波形の周波数波形のデジタル表現を含む各波形ＲＯＭ２４に格納される。拡散波形は、シフトインデックスに対応する初期点を先頭に読み出される。初期点を先頭にして、拡散波形全体が循環して読み出され、結合回路機構２２を介してチャネルに送信される。
【００３７】
結合回路機構は、信号を物理チャネルに結合するために必要な回路機構を含む。例えば、結合回路機構はＤ／Ａ変換器を含み、そのアナログ出力は最初に、信号幅に従って適切な通過帯域を有する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）によってフィルタリングされる。次いでＢＰＦの出力は出力増幅器によって増幅され、増幅器の出力は送信出力信号を含む。
【００３８】
送信機は、データを送信するだけでなく、各パケットの最初に送信されるパケット信号の開始を形成する同期化シーケンスをも送信するように機能する。同期化シーケンスは同期化シーケンス発生器１６によって生成され、その出力は、ホストから受け取ったデータと共に符号器に入力される。符号器は、制御装置２６によって出力される同期／データ制御信号に従って、ホストからのデータまたは同期化シーケンス発生器からの同期化シーケンスのいずれかを処理するように適応される。
【００３９】
同期化モード時に、符号器は、入力同期化シーケンスに従ってシフトインデックスを生成するように作動する。本発明では、同期化シーケンスは複数のシンボルと各シンボル間の予め定められた時間ギャップを含む。複数の同期化シーケンスを生成することができ、各シーケンスは各シンボル間の一意の組の時間遅延またはギャップを含む。制御装置から出力されるＳＥＱ制御信号を使用して、複数の同期化シーケンスの１つを選択することができる。
【００４０】
シーケンスのシンボル間の各組の一意の時間遅延またはギャップは、同期化シーケンスギャップテンプレートとしてＲＯＭまたは他のテーブル手段１８に格納される。同期化シーケンスを生成するように要求されたときに、シーケンス発生器は、複数の同期化シンボル（例えば送信機および受信機の両方に零または他の循環を持つシンボル）を出力し、送信される特定の同期化シーケンスのギャップテンプレートの内容に従って、各々のシンボル間に特定の時間遅延を挿入する。同期化シーケンス当たり７個のシンボルの例示的事例の場合、同期化シーケンスギャップテーブルは、同期化シーケンス当たり６個の時間遅延を格納するように適応されることに留意されたい。時間遅延は、任意の適切なフォーマット、例えば時間の単位、クロック、ＵＳＴの断片、位相クロックチック等で格納することができる。
【００４１】
予め定められた時間遅延によって分離された複数のシンボルを含む例示的同期化シーケンス送信信号を示す線図を図４に示す。各シンボルは１ＵＳＴの固定長を有し、この例ではそれは２５６受信相関器位相単位（すなわちサンプル時間）と同等であり、それは８００μｓに相当する。各シンボル間に挿入される時間遅延は７００μｓの最大長を有する。図示した例では、第１シンボルの後に挿入された第１遅延は６４位相単位または２００μｓである。
【００４２】
本発明では、１組５個の直交同期化シーケンスが提供され、そこで各シーケンスは特定の送信で使用されるパケット型に関する情報を搬送するために使用される。各パケット型は、異なる同期化シーケンスに対応する。下の表１に５つの同期化シーケンスをリストする。
【表１】
2005500737.tif 000004
【００４３】
パケット型は、例えば異なるデータレートのパケット、ＡＣＫパケット等に対応することができる。実現に応じて任意の型の情報を搬送するために、様々な同期化シーケンスを使用することができ、変調またはパケット型を搬送することに限定されない。各シーケンスの時間遅延は、５０μｓの倍数として表わされる。したがって、シーケンス＃３の第３シンボルと第４シンボルの間に挿入される遅延は５５０μｓである。同期化シーケンスの総期間は、時間遅延の和および７個のシンボル期間の和に等しい。上記のいずれのシーケンスも時間遅延の和は、６４（すなわち４ＵＳＴまたは３，２００μｓ）を超えないことに注目されたい。
【００４４】
ギャップは零とすることができ、１４より大きくすることができることに注目されたい。加えて、捕捉機構は任意の型の信号を使用して実現することができ、ギャップの使用に限定されない。さらに、可変長シンボルを使用することができ、それにより相関は受信シンボルの一部分にのみ実行される。言い換えると、相関長は固定されたままで、送信信号の前または後にエネルギを加えることができる。代替的に、シンボルは零シフトを持つのではなく、循環させることができる。この場合、循環によりシンボルの相関点は移動し、適用された循環の量に比例して相関値は低減する。
【００４５】
シンボル長は８００μｓまたは２５６位相単位（すなわち相関サンプル）であるので、同期化シーケンス時間遅延は、下の表２に提示するように相関位相単位で書き直すことができる。各シンボル期間は２５６＋（時間遅延＊１６）位相単位から構成され、時間遅延は上の表１の通りである。
【表２】
2005500737.tif 000005
送信機の同期化シーケンスギャップＲＯＭは、時間遅延、シンボル期間、または各シンボルおよび各シンボル間に挿入されるギャップの期間を出すいずれかの他の値を格納するように適応することができる。送信される各々の一意の同期化シーケンスに対し、１組の時間遅延、シンボル期間等が提供される。
【００４６】
上述の通り、同期化シーケンスは、パケットデータが送信される前に、各パケットの最初に送信される。同期化シーケンスを含む例示的パケットのフォーマットを示す線図を図３に示す。一般的に７０で示されたパケットは、パケットの最初にある同期化シーケンス７２、パケットヘッダフィールド７４、ＣＲＣ８誤り検査値７６、データペイロード７８、およびＣＲＣ１６誤り検査フィールド８０を含む。後でさらに詳述する通り、受信機の捕捉回路は、同期化シーケンスで同期を捕捉するために機能する。ひとたび同期化が達成されると、パケットヘッダからデータの復号を進めることができる。
【００４７】
捕捉および同期化回路を備えた受信機
本発明に従って構成された捕捉および同期化回路を備えた例示的受信機を示す線図を図２に示す。一般的に３０で示された受信機は、データの復号、および各パケットの前に送信されたパケット同期化シーケンスの開始で同期の捕捉を実行する。チャネル媒体から受け取った信号は、受信機を電力線等にインタフェースするチャネル結合回路３２に入力される。受信信号は次いで、当該帯域に適した周波数特性を有する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３３によってフィルタリングされる。帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）の帯域幅は、拡散波形内で送信された周波数の範囲を受信するのに充分に幅広い。フィルタの出力は１ビットＡ／Ｄ変換器３４に入力される。Ａ／Ｄ変換器は、適切なサンプリング周波数でクロックするサンプラと組み合わされた比較器を含むことができる。
【００４８】
Ａ／Ｄ変換器の出力は、２入力マルチプレクサ（ｍｕｘ）３６の一方の入力部に入力される。マルチプレクサの出力はシフトレジスタ３８に入力される。単なる例示として、シフトレジスタの長さは各々２５６ビット長である。シフトレジスタの出力は相関器４０に入力される。相関器は、拡散波形パターンを認識するように機能するマッチドフィルタを使用して実現される。拡散波形パターンは相関器内にテンプレートとして格納され、受信信号から拡散波形の存在を検出するために使用される。シフトレジスタのシリアル出力は、マルチプレクサの第２入力に循環する。マルチプレクサ選択出力は、制御装置５４によって出力される線形／巡回制御信号によって制御される。
【００４９】
相関器回路は、線形または巡回モードのいずれかで動作することができる。捕捉および同期化の場合、相関器は線形動作モードで動作するように設定される。線形モード動作時に、マルチプレクサはＡ／Ｄ変換器の出力をシフトレジスタの入力として選択するように設定される。Ａ／Ｄ変換器の各ビット出力はシフトレジスタにクロッキングされ、シフトレジスタのパラレル出力は相関器に入力される。相関器内で、相関器への各ビット入力は、テンプレートから対応するビットを乗算される。２５６個の積を全部合計して、相関器の出力６２が形成される。
【００５０】
線形相関器の出力は、Ｉ２＋Ｑ２型エネルギ検出器として機能する相関ピーク処理装置５８に入力される。相関ピーク処理装置の機能は、ＵＳＴ期間に最大相関ピークの探索を実行し、そこから信号６６を生成し、シンボルクロック６８を生成し、キャリアの存在を検出し、そこからキャリア検出（ＣＤ）信号６４を生成することを含む。ＣＤ信号は相関の結果から導出され、相関結果がしきい値を超える場合に宣言される。
【００５１】
ピーク処理装置の出力信号６６は捕捉処理回路５０に入力される。捕捉プロセスは相関ピークを受け取り、任意の適切なメモリ手段、例えばＲＡＭ等を含むことができるメモリテーブル４４に格納するように機能する。同期化シーケンステンプレートメモリ（例えばＲＯＭ等）４８は、１組以上の時間遅延またはシンボル間ギャップを格納し、各組は異なる同期化シーケンスに対応する。捕捉プロセスは後でさらに詳述する。
【００５２】
ひとたび同期が達成されると、制御装置は相関器の動作モードを巡回相関に切り替え、シフトレジスタの内容がロードされ、全ＵＳＴサイクル中巡回シフトされる。最大相関ピークを発生したシフトが、データ復号回路５２およびそこから出力される受信データによって復号される。受信機は、捕捉処理装置から出力され、循環相関プロセスに適切なタイミングを提供するために制御装置によって使用される同期化信号６０から、受信信号におけるシンボル（すなわちＵＳＴ）の位置の知識を持つ。
【００５３】
捕捉および同期化機構
本発明の捕捉および同期化機構に従って、同期化シーケンス全体との受信信号の相関が実行される。しかし、受信信号と同期化シーケンスとの相関は、捕捉処理装置５０によって線形相関器４０から出力される信号に適用される。図４に示す同期化シーケンス送信信号の形の受信信号を処理すると、複数のピークを含む出力信号が線形相関器から生成され、ピーク間の距離は、同期化シーケンスの各々のシンボル間に注入された時間遅延に対応する。ピーク間のこの距離は、２５６位相単位に、送信を発生するために使用された特定の同期化シーケンステンプレートによって定義された遅延を足したものに等しい。したがって、捕捉処理装置の主な機能は、それぞれの正しい位置にある相関ピークを探索し、合致するピークの数を決定し、同期を宣言するか否かを決定することである。言い換えると、捕捉処理装置は送信が現在受信されているか否かを決定し、受信されている場合、パケットの残りを復号することに取りかかる。
【００５４】
図４の同期化シーケンスに応答して生成される、対応する相関ピークを示す線図を図５に示す。示した同期化シーケンスは、上記の表１および２のシーケンス番号２に対応する。シーケンス番号２の送信信号を線形相関器に通すと、シーケンス番号２による距離だけ離して配置された一連の相関ピークが得られる。したがって、６個のギャップまたはシンボル間隔時間遅延は表２のシーケンス番号２にあるものに対応する。
【００５５】
データ復号が開始する同期点は、縦の矢印で示す通り最後のピークから５００μｓ（すなわち１６０位相単位）後に取られる。線形相関から巡回相関への切替え点は、最後の相関ピークから１３００μｓ後の１ビット後に発生する。１３００μｓの時間は、同期化シーケンスの最後のシンボルの受信の時間（すなわち相関ピークの位置）に、データの第１シンボルが後に続くピークの後の５００μｓの遅延を足すことから定義される（すなわち８００μｓ）。巡回相関は、第１データシンボルがシフトレジスタにクロッキングされた後でのみ開始される。
【００５６】
各々の一意の同期化シーケンスは、７個の相関ピークが位置すると期待される場所を決定する。ピーク間の６個の予め定められた（すなわち期待される）距離は、送信機および受信機の両方で同期化シーケンスギャップテンプレートに格納される。したがって、Ｎ個のシンボルを含む同期化シーケンスの場合、Ｎ−１個の距離差が両方の同期化シーケンスギャップテンプレートに格納される。最大長の同期化シーケンスは２７０４位相単位であり、１１ＵＳＴに対応することに注目されたい。したがって受信信号に適用される相関窓数は１１である。用語「相関窓」とは、シンボル時間またはＵＳＴと定義される。代替的に、相関窓はＵＳＴより小さく、または大きくなるように選択することができる。例えば最小ギャップサイズが零の場合、相関窓はＵＳＴより小さくしなければならない。
【００５７】
今から捕捉機構についてさらに詳述する。単なる例示として、一連の相関ピークを生成するサンプル受信信号を使用する。図４の同期化シーケンス送信信号に対応するサンプル受信信号に応答した線形相関器の出力を示す線図を図６に示す。Ｘ軸に沿ったチックは１１のＵＳＴ窓に対応する。個々のピークはＰＫ＃１ないしＰＫ＃７と標識され、ＰＫ＃７は時間的にＰＫ＃１より後に生成される。
【００５８】
捕捉アルゴリズムは、各々の受信相関ピークを同期化シーケンスシンボルギャップテンプレートの時間遅延に従って算出された期待位置と比較するように作動する。期待位置は、最後の受信相関ピークが正しい位置にあると仮定して、それを基準にして算出される。例えば、ＰＫ＃６の期待位置は、受信した相関ＰＫ＃７の位置からギャップテンプレートのギャップ＃６を減算することによって算出される。この距離は参照番号９０によって表わされる。同様に、ＰＫ＃５の期待位置は、ＰＫ＃７の位置からギャップ＃５および＃６の和を減算することによって算出される（距離９２）。同様にＰＫ＃４の期待位置はＰＫ＃７の位置からギャップ＃４、＃５および＃６の和を減算することによって算出される（距離９４）。この方法で、ピークＰＫ＃１ないしＰＫ＃６の期待距離が算出される。充分な数の合致ピークが見つかると、同期が宣言される。同期が見つからない場合、アルゴリズムは前のピーク（すなわちＰＫ＃６）が正確であると仮定して繰り返され、ＰＫ＃４まで続行される。
【００５９】
本発明の捕捉方法をさらに詳しく示した流れ図を図７Ａおよび７Ｂに示す。線形相関器の各々の新しい相関ピーク出力に対し、ピークの位置および値がメモリ内のテーブルに格納される（ステップ１００）。これらの２つのテーブルの各々は、同期化シーケンスの長さに対して可能な１１個のＵＳＴ窓に各々対応する、１１個のエントリを格納するのに充分大きい。最初に、アルゴリズムは少なくとも１１個の窓が通過するまで開始されない。
【００６０】
アルゴリズムは最後の受信相関ピークから開始され、それが正しい位置にあると仮定される（ステップ１０２）。上に提示した例では、ＰＫ＃７が正しい位置にあると仮定する。他の相関ピーク（すなわちピークＰＫ＃６ないしＰＫ＃１）の各々について、各ピークの期待位置が、最後の受信ピーク（すなわちＰＫ＃７）を基準にして、シーケンス内のそのシンボルに対しテンプレートに格納されたギャップ距離を使用して算出される（ステップ１０４）。シーケンス内のより早期のピークの期待位置は、早期のピークと最後の受信ピークとの間の距離を形成するテンプレート内に格納された個々のギャップの和を、最後の受信ピークの位置から減算することによって算出される。結果が負である場合、受信相関ピークの位置に窓長（すなわち１ＵＳＴまたは２５６位相単位）が加算される。これにより、相関ピークが全ての窓期間で受信されなかった場合の補正を行なう。相関ピークの位置は、それらが受信された特定の窓に対して測定されるので、負の結果は、相関ピークが受信されなかった少なくとも１つの窓ＵＳＴが通過したことを示す。
【００６１】
次いで相関ピークの期待位置は、実際に受信した相関ピークの位置と比較される（ステップ１０６）。次いで、同期化シーケンスギャップテンプレートから導出された相関ピークの期待（すなわち望ましい）位置が、受信相関ピークの位置ＰＲＥＣから減算される（ステップ１０８）。差が予め定められたデルタ内である場合、合致が宣言され（ステップ１１０）、カウンタｎｕｍ ｍａｔｃｈｅｓが増分される。相関ピークの値がピーク値しきい値を超える場合（ステップ１３０）、ｎｕｍ ｈｉｇｈ ｐｅａｋｓカウンタが増分される（ステップ１３２）。差が予め定められたしきい値内でない場合、不一致が宣言され、不一致の数も追跡される（ステップ１１２）。デルタは期待位置からどちらの方向にも、すなわち右または左に取ることができるが、ここに提示する例示的実施形態では、デルタは期待位置から左にのみ取られていることに注意されたい。ここに提示する例では、デルタの値は８位相単位に等しい。実現に応じて、デルタの他の値も使用することができる。
【００６２】
算出し、比較し、合致が存在するかどうかを決定するステップは、残りの相関ピークの各々に対して繰り返される（ステップ１１４）。ｎｕｍ ｐｅａｋｓが７個の同期化シーケンスシンボルに等しい例では、プロセスはピークＰＫ＃６ないしＰＫ＃１のために６回繰り返される。全てのピークの処理が完了した後、ｎｕｍ ｍａｔｃｈｅｓがｎｕｍ ｍａｔｃｈｅｓ ｔｈｒｅｓｈより大きければ、同期が宣言される（ステップ１１６）。この例では、６つのうち４つ以上の合致が見つかると、同期が宣言される（すなわちｎｕｍ ｍａｔｃｈｅｓ ｔｈｒｅｓｈ＝３）。また、（１）ｎｕｍ ｍａｔｃｈｅｓ＝ｎｕｍ ｍａｔｃｈｅｓ ｔｈｒｅｓｈであり（例えば合致数が３であり）、かつ（２）合致ピークの半分がしきい値より高い相関値を持つ（例えばｎｕｍ ｈｉｇｈ ｐｅａｋｓの値が３である）境界例でも、同期が宣言される。
【００６３】
同期が宣言されると、後述する通り、同期点が算出される（ステップ１３４）。同期品質係数も算出される（ステップ１３６）。算出されたばかりの同期品質が前に算出された同期品質より優れている場合（ステップ１３８）、前の同期点はドロップされ、現在の同期点で受信が続行される（すなわち捕捉プロセスが続く）(ステップ１４０)。
【００６４】
同期が見つからない場合（ステップ１１６）、最後に受信したピークに対応するシンボルは誤って受信されたと想定され（ステップ１１８）、アルゴリズムが繰り返され、合致するピークが探索される。提示した例では、ＰＫ＃７に対応するシンボルが誤って受信されたと想定され、ＰＫ＃６が最後に受信されたピークとみなされ、正しい位置にあると想定される。次いで、ＰＫ＃６を基準にしてＰＫ＃５ないしＰＫ＃１の期待位置が計算され、対応する受信ピーク位置と比較される。前のループの場合と同様に、同期の同じ基準がここでも適用される。同期が見つからない場合、次の繰返しでＰＫ＃７およびＰＫ＃６が誤って受信されたと想定され、その後に最後の繰返しが続き、そこでＰＫ＃７、ＰＫ＃６、およびＰＫ＃５が誤って受信されたと想定される。
【００６５】
繰返しはピーク＃（ｎｕｍ ｐｅａｋｓ−ｎｕｍ ｍａｔｃｈｅｓ）まで続く。最後の繰返し、すなわちこの例ではＰＫ＃４が最後の受信ピークとみなされた後（ステップ１２０）、同期が見つからない場合、ＰＫ＃７が再び最後の受信ピークとみなされ、その位置が１位相単位だけ右に移動する（ステップ１２２）。最後の受信ピークまたはピーク＃、すなわちこの例ではＰＫ＃７の新しい位置から、アルゴリズムが繰り返される。同期が見つからない場合、最後の受信ピークの位置がさらに１位相単位だけ右に移動し、アルゴリズムが繰り返される。ピーク位置のシフトは、デルタ位相単位まで続く（ステップ１２４）。
【００６６】
１位相単位右に移動するということは時間軸上での前進を指し（すなわち時間的に後）、１位相単位左に移動するということは時間軸上での後退を指す（すなわち時間的に前）ことに注目されたい。
【００６７】
デルタ位相の右へのこのシフトを、期待位置と期待位置の左側の受信位置との間の差に対する許容デルタと組み合わせることにより、＋／−デルタ／２に等しい誤警報率を達成しながら、相関ピークの位置の＋／−デルタ許容差をもたらすという利点が得られることに注目されたい。代替的に、デルタを制限するのではなく、相関ピークに対し特定の幅を許容することによって、誤警報率を低減することができる。
【００６８】
最後の受信相関ピークの位置をシフトした後も依然として同期が見つからない場合、アルゴリズムは異なる同期化シーケンスを使用して繰り返される（ステップ１２６）。したがって、受信相関ピークの期待位置は、試験される同期化シーケンスの同期化シーケンスギャップテンプレートに関連付けられる異なる時間遅延を使用して算出される。全ての同期シーケンスが試験されるまで、アルゴリズムが繰り返される（ステップ１２８）。同期が依然として見つからなければ、アルゴリズムが再び最初からやり直され、新しい相関ピークが生成されるのを待つ。
【００６９】
ｎｕｍ ｐｅａｋｓの値は、所望の感受性レベルに応じて変化させることができる。ｎｕｍ ｐｅａｋｓが低ければ低いほど、雑音等に対する捕捉の感受性が高くなり、その逆もしかりである。
【００７０】
また、上述の方法では、最大線形相関値を探すことによって相関ピークが確認される。代替的に、１シンボルづつ（またはピーク毎に）ではなく、受信シーケンス全体に対して探索を行なうことができる。シーケンス全体をピークが期待される場所に照らして検査し、ピークの期待位置にデルタを含む信号列を構成する。こうして、１１のＵＳＴ全体に一度で探索が実行される。
【００７１】
本発明は、同期品質測定の方に限定されないことに注意されたい。一例として、しきい値を超えるピークの数を計数する同期品質測定が提示される。代替的に、期待位置における相関値を一緒に合計し、７個の相関全部の和をしきい値と比較することができる。
【００７２】
同期点の調整
上述の通り、同期が宣言された後、同期点が算出される。捕捉機構の主要な目的の１つは、実際のパケットの開始を定義する同期点を決定することである。この同期点で、受信信号の相関は線形から巡回にシフトし、データが復号され始める。使用される変調の型によっては、コードブック内の２つの連続シンボル間の距離が相対的に非常に小さくなることがある。例えば、１シンボル当たり６ビットを送信するＤＣＳＫ変調を考慮すると、連続シンボル間の距離はわずか４位相単位である。したがって、同期点のわずか２位相単位の偏位が同期誤りおよびパケット全体の喪失を導くおそれがあるので、同期点を充分な精度で決定しなければならない。間違った同期点は、全てのシンボルをコードブック内で１位置偏位させ、全てのシンボルの間違った復号を導き、それは誤り訂正コードによって訂正することができない。
【００７３】
最後の受信相関ピークの位置は、デルタ位相単位の距離を変化させることが可能なので、同期点もまたデルタ位相単位の距離を変化させることができる。したがって、本発明では、期待ピーク位置と受信ピーク位置とが合致する場合、同期点を決定する際に、期待ピーク位置と受信ピーク位置との間の差に関する情報を使用する。同期点の最終調整は、次の通り合致ピークに対してのみ差の平均を使用して実行される。
【数１】
2005500737.tif 000006
式中、ｓｙｎｃ ｐｔは未調整同期点である。こうして、合致ピークに適用されるシフトの平均が算出され、算出された同期点に適用される。未調整同期点は、上述の通り同期が宣言された最後の受信相関ピークの位置プラス１３００μｓを含むことに注意されたい。
【００７４】
同期品質係数
本発明では、同期が宣言されるたびに、同期品質係数が算出される。品質係数は次のように定義される。
【数２】
2005500737.tif 000007
品質係数はこのように、合致数と、相関値がしきい値より大きい（例えば最大２５５のうち１５の）正しい位置の相関ピークの数の和である。したがって、７個のシンボルの同期シーケンスの場合、品質係数は０から１２の範囲である。
【００７５】
捕捉アルゴリズムに従って、パケットヘッダの終わりのＣＲＣ８の受信まで捕捉段階が続く。ＣＲＣ８が正しければ、捕捉は終了する。ＣＲＣ８が誤りの場合、捕捉は続く。同期が宣言された後で、しかし依然として捕捉中に、前より高い品質係数で新しい同期が宣言された場合、前に受信しているパケットはドロップされ、受信機はすぐに現行パケットを受信し始める。
【００７６】
同期が宣言された後、ＣＲＣ８の受信まで捕捉を実行し続けるために、２組のハードウェアが必要である。実現によっては、公称レートの２倍でクロックする１組のハードウェアを使用することができる。
【００７７】
同期化の基準
本発明の捕捉および同期化機構は、同期を宣言するための基準により、同期化が達成されなかったのにパケット内の誤ったデータを訂正することができる事例が発生しないことが確実となるように適応される。言い換えると、同期化アルゴリズムはデータ受信より信頼できるように設計される。使用する誤り訂正コーディングが７個のうち２〜３個の誤り信号を訂正することができる例示的事例で、捕捉アルゴリズムはより信頼できることが好ましい。
【００７８】
同期化シーケンスが７個のシンボルを含むと仮定して、同期を宣言するための基準は４個の正しく受信されたシンボルである。したがって、７個のうち３個の誤ったシンボルは許容され、データを訂正することができるが同期が達成されない状況が発生することが防止される。
【００７９】
さらに、雑音による同期化の充分に低い確率を達成するために、同期化シーケンスは、低いサイドピークを持つ各シーケンスに対して高い自動相関関数を提供するように選択された時間遅延を使用して構成される（すなわち、１つの同期化シーケンスに２つ以上の同一遅延を含まない）。
【００８０】
したがって、雑音による同期化の確率を最小限にするために、相関ピークの値が追加基準として使用される。特に、いずれか３つが合致する場合、４個のピークのうち３個のピークの相関値が予め定められたしきい値を超えると、同期が宣言され、そうでなければ、同期は雑音によって生じたとみなされる。
【００８１】
加えて、他の同期化シーケンスによる同期化の充分に低い確率を達成するために、同期化シーケンスは、各対のシーケンスに対して低い相互相関関数を提供するように選択された時間遅延を使用して構成される（すなわち、１つのシーケンスにおける連続遅延の和または遅延と他のシーケンスにおける連続遅延の和または遅延との間の合致数は、最小限でなければならない）。
【００８２】
したがって、他の同期化シーケンスによる同期化の確率を最小限にするために、相関ピークの最小値が追加基準として使用される。特に、いずれか３つが合致する（すなわち７個のうち３個が誤ったシンボルである）場合、４個の不一致の相関ピークの値が検査される。誤ったピークがしきい値より大きい相関値を持つ場合（例えば最大２５５のうち３０）、それは別の同期化シーケンスのピークによって発生したものとみなされ、同期の宣言は拒否される。
【００８３】
捕捉機構を組み込んだ局
本発明の同期シーケンス発生器ならびに捕捉および同期化回路は、局、ネットワークノード、モデム等のような通信トランシーバに組み込むことができる。１つの適用例は、電力線媒体での通信用に適応されたデジタルモデムである。モデムは１００〜４００ｋＨｚの帯域（米国の場合）または９５〜１２５ｋＨｚおよび２０〜８０ｋＨｚの帯域（欧州の場合）を利用する。使用される変調はＤＣＳＫであり、モデムは適切な帯域のスペクトル拡散変調信号を使用してユニキャスト、ブロードキャスト、およびマルチキャスト送信を行なうことができる。送信された各パケットは、受信機が循環シフトデータ拡散波形として変調されたパケットデータの前の拡散波形（すなわちチャープ、ＰＮシーケンス等）で同期化することを可能にする同期化シーケンスを含む。上述した通り、同期化シーケンスは線形相関器を通して処理される一方、データは巡回相関を用いて復号される。
【００８４】
本発明の捕捉および同期化機構を実行するように適応された送信機および受信機回路を組み込んだ局の例示的実施形態を示すブロック図を、図８に示す。一般的に１５０で示された局は、通信機能を実行する（例えばＭＡＣ機能性を含めてＯＳＩスタックプロトコル機能を実現する）ために、単独で動作することができ、あるいは交換機、ルータ、ハブ、ブロードバンドモデム、ケーブルモデム、ＰＬＣベースモデム等のようなネットワーク装置内に組み込むことができる局を表わす。局はアプリケーション処理装置１６６を含み、関連する静的、動的、揮発性、および／または不揮発性メモリ（図示せず）がそれと通信する。アプリケーション処理装置はまた、ホストインタフェース１６８を介して、ホスト装置１７０とも通信する。ホストは１つまたはそれ以上のネットワークを通して通信するように適応することができる。
【００８５】
局は、局を共用媒体にインタフェースするための媒体結合回路機構１５４を含む。送信回路１５６は、ＭＡＣから送信のためのデータを受け取り、データをシンボルに符号化するように機能し、それらは次いで変調され、媒体を通して送信される。送信回路はまた、本発明に従って構成された同期化シーケンス発生器１５８をも含み、それは各パケットの開始に送信される同期化シーケンスを生成するように機能する。
【００８６】
送信回路１５８および受信回路１６０は、媒体結合回路機構を介して媒体を通して通信する。受信回路Ｒｘは、受信信号を相関させ、復号して、そこから受信出力信号を生成するように機能する。受信回路はまた、本発明に従って構成された相関ピーク処理装置１６１ならびに捕捉および同期化回路１６２をも含む。
【００８７】
媒体アクセス制御装置（ＭＡＣ）１６４は、一方では、送信回路に送信データを提供し、かつ受信回路から受信データを入力するように機能する。処理装置側では、それはアプリケーション処理装置とインタフェースする。ＭＡＣは、当業界で周知のとおり、任意の適切な層２（すなわちリンク層）の媒体アクセス制御技術を実現するように適応される。
【００８８】
捕捉および同期化機構は、ハードウェアまたはソフトウェアのどちらでも実現することができることに注目されたい。ソフトウェア実現は、磁気ディスク、フロッピーディスク、フラッシュメモリカード、ＥＥＲＯＭベースメモリ、バブルメモリ記憶装置、ＲＡＭ記憶装置、ＲＯＭ記憶装置等のようなコンピュータ可読媒体に常駐するように適応することができる。ソフトウェアはまた、全体的に、または部分的に、コンピュータシステムの処理装置内の静的または動的主メモリに、またはファームウェアに常駐させることもできる。処理装置は、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、ＦＰＧＡコア、ＡＳＩＣコア等をはじめとする任意の適切な処理手段を含むことができる。特に、ソフトウェアは、処理装置によって実行されたときに、コンピュータシステムに本書で上述した捕捉および同期化機構を実行させる一連の命令を含む。
【００８９】
代替実施形態では、本発明は、上述した方法および装置の集積回路、特に特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはチップセットにおける実現、ワイヤレスモデム実現、電力線モデム実現、交換システム製品、および送信システム製品に適応可能である。ソフトウェアとハードウェアの組合せも実現することができ、前者は複雑な演算を実行し、後者は時間が重要な動作を実行する。
【００９０】
この文書では、用語「交換システム製品」とは、構内交換機（ＰＢＸ）、加入者を相互接続する中央局交換システム、市外／中継交換局、ならびにブロードバンドエッジスイッチまたはアクセスマルチプレクサおよび関連シグナリングおよびサポートシステムサービスによって供給することができるサービスプロバイダのネットワークの中心に配置されたブロードバンドコアスイッチを意味すると解釈するものとする。用語「送信システム製品」とは、サービスプロバイダがその加入者およびループシステムなどのそのネットワーク間の相互接続を提供するために使用する製品であって、広い領域にわたってサービスプロバイダの交換システム間の多重化、集約、およびトランスポート、ならびに関連シグナリングおよびサポートシステムおよびサービスを提供する製品を意味すると解釈するものとする。
【００９１】
添付の請求の範囲は、本発明の精神および範囲内に該当する発明の全ての特徴および利点を含むつもりである。当業者は多数の修正および変形を容易に思いつくので、本発明は本書に記載した限定数の実施形態に限定されないつもりである。したがって、全ての適切な変形、修正、および等価物を、本発明の精神および範囲内に該当すると分類することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明に従って構成された同期化シーケンスを生成するように適応された例示的送信機を示す線図である。
【図２】本発明に従って構成された捕捉および同期化回路を備えた例示的受信機を示す線図である。
【図３】同期化シーケンスを含む例示的パケットのフォーマットを示す線図である。
【図４】予め定められた時間遅延によって分離された複数のシンボルを含む例示的同期化シーケンス送信信号を示す線図である。
【図５】図４の同期化シーケンスに応答して生成される対応する相関ピークを示す線図である。
【図６】図４の同期化シーケンス送信信号に対応する例示的受信信号に応答した線形相関器の出力を示す線図である。
【図７Ａ】本発明の捕捉方法をより詳細に示した流れ図である。
【図７Ｂ】本発明の捕捉方法をより詳細に示した流れ図である。
【図８】本発明の捕捉および同期化機構を実行するように適応された送信機および受信機回路を組み込んだ局の例示的実施形態を示すブロック図である。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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