(57)【要約】  周波数ホップネットワークにおけるパケット検出のためのシステム及び方法である。複数の受信段がさまざまな周波数に設定され，少なくともパケット内のプリアンブルシーケンスが検出されるまでそれぞれの周波数においてパケットを検査する。パケット検出後少なくとも受信段のいくつかは，周波数ホッピングパターンによって受信した信号を処理するために用いられる。
2008510439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ホッピング法による直交周波数分割多重を用いる無線周波（ＲＦ)通信ネットワークにおいてパケットを検出する方法であって，
第１ＲＦ受信器を第１周波数サブバンドの信号を受信するように設定するステップと，
第２ＲＦ受信器を第２周波数サブバンドの信号を受信するように設定するステップと，
第１既知シーケンスが受信されたかどうかを判定するために，前記第１周波数サブバンドにおいて受信した信号を検査するステップと，
第２既知シーケンスが受信されたかどうかを判定するために，前記第２周波数サブバンドにおいて受信した信号を検査するステップと，
パケットが前記第１既知シーケンスの受信，又は前記第２既知シーケンスの受信に基づいて受信されたかどうかを判定するステップと，
を有する方法。
【請求項２】
前記第１既知シーケンスと，前記第２既知シーケンスとを同一のものとする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１既知シーケンス及び前記第２既知シーケンスが，プリアンブルシーケンスを構成する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１周波数サブバンド及び前記第２周波数サブバンド双方において受信した信号を検査するステップを，自己相関技法と，相互相関技法との組合せを用いて実行する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１ＲＦ受信器を前記第１周波数サブバンドの信号を受信するように設定するステップは，概略第１周波数である混合信号を前記第１ＲＦ受信器内の混合器に提供するステップを含み，かつ
前記第２ＲＦ受信器を前記第２周波数サブバンドの信号を受信するように設定するステップは，概略第２周波数である混合信号を前記第２ＲＦ受信器内の混合器に提供するステップを含む
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
パケットが前記第１既知シーケンスの受信，又は前記第２既知シーケンスの受信に基づいて受信されたかどうかを判定するステップは，
前記第１既知シーケンス又は前記第２既知シーケンスのいずれかが受信されたかどうかを判定するステップと，
周波数ホッピングパターンシーケンスに基づいて一定期間待機するステップと，
前記第１既知シーケンス又は前記第２既知シーケンスのいずれかが，前記一定期間の概略終わりに再度受信されたかどうかを判定するステップと，
を有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記周波数ホッピングパターンシーケンスを，時間周波数符号によって規定する請求項６に記載の方法。
【請求項８】
パケットの受信を判定した後に，前記第１ＲＦ受信器を前記時間周波数符号に基づく周波数サブバンドに設定するステップを更に有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
パケットを受信したと判定したとき，自動利得制御及びチャネル推定を実行するステップを更に有する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
時間周波数符号によって規定される論理チャネルを用いる無線周波（ＲＦ）通信ネットワークにおいてプリアンブルシーケンスの受信を検出する方法であって，前記時間周波数符号は，直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルの送信時間に対する周波数サブバンドの利用方法を指示するものであり，
２以上であるＮ個のＲＦ受信段のそれぞれを，Ｎ個のさまざまな周波数サブバンドのうち１つに設定するステップと，
プリアンブルシーケンスを求めて，前記Ｎ個のＲＦ受信段が受信した信号を検査するステップと，
前記Ｎ個のＲＦ受信段が受信した前記信号のどれかが前記プリアンブルシーケンスを含むとき，パケットが受信されたと判定するステップと，
を有する方法。
【請求項１１】
前記通信ネットワークは，時間周波数符号が規定するＮ個の論理チャネルを用いる請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
パケットの受信を判定した後に，特定の時間周波数に基づいて前記Ｎ個のＲＦ受信段からの信号を選択するステップを更に有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
パケットの受信を判定した後に，前記Ｎ個のＲＦ受信段を同一周波数サブバンドに設定するステップを更に有する請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記Ｎ個のＲＦ受信段を同一周波数サブバンドに設定した後，受信した情報に最大比合成を施すステップを更に有する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｎ個のＲＦ受信段を，時間周波数符号による周波数に反復設定するステップを更に有する請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
時間周波数符号が規定する周波数ホッピング通信チャネル上の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルを受信する無線周波（ＲＦ）受信器であって，
それぞれ無線周波信号を受信するアンテナに接続され，それぞれ別の周波数の混合信号を受信する多くの混合器と，
それぞれ別の混合器に接続され，それぞれ受信した信号が既知のシーケンスを含むかどうかを判定するように構成された多くの相関回路と，
前記相関回路のうちどれかが，前記受信した信号が既知のシーケンスを含むと判定した後，時間周波数符号が規定する周波数ホッピングパターンに基づいて状態を変更するように制御されるスイッチと，
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ブロックを含む前記混合器に接続された処理回路と，
を備える受信器。
【請求項１７】
前記スイッチは，該スイッチの状態に基づいてさまざまな周波数の混合信号をさまざまな混合器に接続する請求項１６に記載の受信器。
【請求項１８】
各混合器は別のＲＦ受信段の一部とし，前記スイッチは該スイッチの状態に基づいて前記別のＲＦ受信段を前記処理回路に接続する請求項１６に記載の受信器。
【請求項１９】
前記処理回路は，最大比合成（ＭＲＣ）ブロックを更に備える請求項１７に記載の受信器。
【請求項２０】
前記相関回路は，自己相関回路及び相互相関回路双方を含む請求項１６に記載の受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概略無線通信システムに関し，特に時間周波数符号を用いる無線通信システムにおけるパケット検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル無線通信システムが普及している。無線で情報を送信するために，多くの方法を用いることができる。多くのそのような方法において情報は，離散パケットで送信される。データ転送に離散パケットを利用すると，例えば複数のデバイスの存在及びオーバヘッド通信の標準化による帯域幅利用の向上を通常含むいくつかの利点が生じる。
【０００３】
一般に離散パケットは，さまざまなオーバヘッド情報のためのヘッダ及びデータのためのペイロードを含む。オーバヘッドは，送信器及び意図する受信器に関する情報と，ペイロードの長さに関する情報と，情報送信に関するさまざまなほかの種類の情報とを含むことができる。例えばあるシステムにおいては，パケットはプリアンブル及びペイロードを含み，プリアンブルは所定のプリアンブルシーケンスと，プレフィクスと，ガードインターバルと，恐らくはチャネル推定シンボルと，を含む。プリアンブルシーケンスは，パケットの存在を検出するために有用な既知のシーケンスであり，既知のシーケンスは受信器がパケットを組み立てることができるために十分な情報もまた同様に含む。
【０００４】
無線通信システムは，時にはノイズの多い環境，又は受信信号に不利に働くほかの環境で動作するかもしれない。多くのそのような環境においては，ペイロード情報は適切な誤り訂正符号の利用及びデータインタリーブによって正しく復号することができる。更に，いったんプリアンブルが検出されると，自動利得制御処理と，周波数オフセット推定と，チャネル推定と，のようなほかの機能を実行して，受信信号の処理を改善することができる。しかしながらオーバヘッド情報における既知のシーケンスの検出は，特に信号が相互に干渉する複数送信器がある環境では，困難かもしれない。
【０００５】
例えばいくつかの無線通信システムでは，情報送信に複数の周波数サブバンドを用いるかもしれない。特定の送信器のどれかが時間と共に周波数サブバンドの利用を変えることによって，特定のサブバンドに関する干渉問題も最小化しつつ，全体の可能な通信帯域を増加させることができる。送信器が周波数サブバンドの利用を変えるシーケンスは，時間周波数符号（ＴＦＣ）と呼ばれ，各ＴＦＣが論理通信チャネルを規定する。いくつかの提案システムにおいては，論理チャネルは時間，空間，又は周波数の利用方法に関して必ずしもお互いに直交していない。このようにさまざまな送信器が同時に，同一周波数サブバンドで送信を行うかもしれず，相互にお互いの信号に干渉し，プリアンブルシーケンスの検出をより困難にすることになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は，さまざまな態様で周波数ホップ通信システムにおけるパケット検出のシステム及び方法を提供する。本発明は１つの態様において，周波数ホッピング法による直交周波数分割多重を用いる無線周波（ＲＦ)通信ネットワークにおいてパケットを検出する方法であって，第１ＲＦ受信器を第１周波数サブバンドの信号を受信するように設定するステップと，第２ＲＦ受信器を第２周波数サブバンドの信号を受信するように設定するステップと，第１既知シーケンスが受信されたかどうかを判定するために，前記第１周波数サブバンドにおいて受信した信号を検査するステップと，第２既知シーケンスが受信されたかどうかを判定するために，前記第２周波数サブバンドにおいて受信した信号を検査するステップと，パケットが前記第１既知シーケンスの受信，又は前記第２既知シーケンスの受信に基づいて受信されたかどうかを判定するステップと，を有する方法を提供する。
【０００７】
本発明はもう１つの態様において，時間周波数符号によって規定される論理チャネルを用いる無線周波（ＲＦ）通信ネットワークにおいてプリアンブルシーケンスの受信を検出する方法であって，前記時間周波数符号は，直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルの送信時間に対する周波数サブバンドの利用方法を指示するものであり，２以上であるＮ個のＲＦ受信段（ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｃｈａｉｎ）のそれぞれを，Ｎ個のさまざまな周波数サブバンドのうち１つに設定するステップと，プリアンブルシーケンスを求めて，前記Ｎ個のＲＦ受信段が受信した信号を検査するステップと，前記Ｎ個のＲＦ受信段が受信した前記信号のどれかが前記プリアンブルシーケンスを含むとき，パケットが受信されたと判定するステップと，を有する方法が提供される。
【０００８】
本発明はもう１つの態様において，時間周波数符号が規定する周波数ホッピング通信チャネル上の直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）シンボルを受信する無線周波（ＲＦ）受信器であって，それぞれ無線周波信号を受信するアンテナに接続され，それぞれ別の周波数の混合信号を受信する多くの混合器と，それぞれ別の混合器に接続され，それぞれ受信した信号が既知のシーケンスを含むかどうかを判定するように構成された多くの相関回路と，前記相関回路のうちどれかが，前記受信した信号が既知のシーケンスを含むと判定した後，時間周波数符号が規定する周波数ホッピングパターンに基づいて状態を変更するように制御されるスイッチと，高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ブロックを含む前記混合器に接続された処理回路と，を備える受信器が提供される。
【０００９】
本発明のこれら及びほかの態様は，添付の図面を含めて本開示を考慮することにより，十分に理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は，本発明の態様による受信器の一部のブロック図である。受信器は第１受信段１１１と，第２受信段１１３とを含む。第１受信段はアンテナ１１５を含む。アンテナはＲＦ通信信号を受信し，ＲＦ信号は混合器１１７に加えられる。一般には低雑音増幅器（ＬＮＡ）のような追加のコンポーネントが，アンテナと混合器との間の信号経路に置かれる。また混合器は，局部発振器（ＬＯ）（図示されていない）から混合信号を受信し，アンテナが受信した信号をベースバンドに変換する。ベースバンド信号は，アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１２０でデジタル化される。いくつかの実施例においては，信号をベースバンドに変換する前に，中間周波信号に変換する。
【００１１】
デジタル信号は信号処理回路１２１に加えられる。信号処理回路はプリアンブルシーケンスを検出する相関回路１２３を含む。図示されたとおり相関回路は，自己相関回路及び相互相関回路双方を含む。自己相関回路は，受信信号と，受信信号を遅延したものとを比較し，相互相関回路は，受信信号とプリアンブルシーケンスとを比較する。自己相関回路及び相互相関回路双方を用いることによって，正確にプリアンブルシーケンスを検出する能力が向上する。更にさまざまな実施例において，予期するプリアンブルシーケンスの指示が，受信器のコンポーネント，又は受信器と連携するほかのコンポーネントによって相互相関回路に与えられる。例えばいくつかの実施例においては，受信器の媒体接続コントローラ（ＭＡＣ），又は受信器と連携する媒体接続コントローラが，相互相関回路に各ＴＦＣによって異なる予期するプリアンブルシーケンスの指示を与える。
【００１２】
第２受信段もまたアンテナ１３１と，混合器１３３と，ＬＯ（図示されていない）と，ＡＤＣ１３５とを含み，それらは第１受信段と同一の方法で接続されている。第２受信段のデジタル信号もまた，第１受信段と共有の信号処理回路１２１に加えられる。しかしながら信号処理回路１２１は，更なる相関回路１３７を含み，それが第２受信段のデジタル信号を処理する。更なる相関回路もまた，第１受信段の相関回路のように自己相関回路及び相互相関回路双方を含み，同一の機能を果たす。しかしいくつかの実施例においては，第１受信段及び第２受信段は，それぞれ別の信号処理回路を備える。
【００１３】
また図１に示すとおり，信号処理回路は論理回路１４１も含む。論理回路は第１受信段の相関回路及び第２受信段の相関回路の結果を受信し，結果を結合してプリアンブルシーケンスが受信されたかどうかを判定する。多くの実施例においてこれは，ＯＲ機能によって達成される。すなわち，どちらかの受信段がプリアンブルシーケンスを受信すれば，プリアンブルシーケンスが受信されたと判定するのに十分である。
【００１４】
また受信器は，第１高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ブロック１４３及び第２ＦＦＴブロック１４５も含む。第１ＦＦＴブロックは，第１受信段からデータを受信し，第２ＦＦＴブロックは第２受信段からデータを受信する。図示のとおりＦＦＴブロックは，ブロック１４１から信号を受信する。しかしほとんどの実施例において，ＦＦＴブロックはＡＤＣから信号を受信し，信号処理回路のパケット検出部は，ＡＤＣとＦＦＴブロックとの間の直接の信号経路にはない。
【００１５】
動作中第１受信段及び第２受信段は，パケット検出の前にさまざまな周波数サブバンドを受信して，プリアンブルシーケンスを検出しようと試みる。換言すれば，第１受信段のＬＯ及び第２受信段のＬＯはさまざまな周波数に設定され，それぞれの受信段の混合器がさまざまな周波数の信号をベースバンドに変換する。例えば第１受信段のＬＯは第１周波数サブバンドに設定され，第２受信段のＬＯは第２周波数サブバンドに設定されてもよく，混合器１１７が第１周波数サブバンドの信号をベースバンドに変換し，混合器１３３が第２周波数サブバンドの信号をベースバンドに変換する。
【００１６】
各受信段はそれぞれのベースバンド信号を処理して，プリアンブルシーケンスが受信されたかどうかを判定する。多くの実施例においてプリアンブルシーケンスはＴＦＣ依存であり，ＴＦＣのうちいくつか又はすべてが別々のプリアンブルシーケンスを用いる。したがってさまざまな実施例において，各受信段は，別のプリアンブルシーケンスが受信されたかどうかを判定する。
【００１７】
いくつかの実施例において，そして図１に示すとおり，プリアンブルシーケンスが受信されたかどうか判定するステップは，自己相関及び相互相関技法の組合せを用いて達成される。遅延相関（実効上は自己相関）では，受信器は入力信号（例えばデジタル化された信号）をバッファし，同一の信号を遅延させたものとの相関を取る。遅延相関の欠点は，プリアンブルの既知のシンボルと，任意の周期的信号（例えば単一周波数干渉）とを区別できないことである。相互相関（整合フィルタとも呼ばれる）では，受信器は入力信号と既知のプリアンブルシンボルとの相関を取る。この相関技法はより分離度が良い（干渉に対してより耐性がある）が，実装はより複雑である。実践的には自己相関技法と相互相関技法の組合せを用いることによって，合理的な複雑度でプリアンブルシーケンスを信頼度高く検出することができる。
【００１８】
いくつかの実施例において，いったんプリアンブルシーケンスが検出されると，追加の処理が始まる。追加の処理は，チャネル推定だけでなく自動利得制御処理を含んでもよく，低雑音増幅器と，混合器と，受信段内のほかの利得を有する回路とによって，適切な利得制御を得ることができる。
【００１９】
ほかの実施例において受信器は，最初のプリアンブルシーケンスが検出されたとき，追加処理を実行する前にプリアンブル検出を確認する。これらの実施例のいくつかにおいて受信段は，ＴＦＣを確認するために，２番目のプリアンブルシーケンスの発生まで所定期間待機する。例えば図２は，ＴＦＣ１及びＴＦＣ２が規定する２つの論理チャネルの時間に対する信号送信を示す。便宜上各ＴＦＣは同時に周波数ホップするように示されているが，これは必ずしも事実ではない。第１期間２２１において，ＴＦＣ１及びＴＦＣ２双方の信号は第１周波数サブバンド２１１にある。第１期間に続く第２期間２２３において，ＴＦＣ１の信号は第２周波数サブバンド２１３にあり，ＴＦＣ２の信号は第３周波数サブバンド２１５にある。第２期間に続く第３期間２２５において，ＴＦＣ１の信号は第３周波数サブバンドにあり，ＴＦＣ２の信号は第２周波数サブバンドにある。図２の例においてＴＦＣ期間は３期間であり，したがって受信段はプリアンブルシーケンスの検出，そしてしたがって特定ＴＦＣのパケットの検出を確認するために，プリアンブルシーケンスの２回目の発生まで３期間待機する。
【００２０】
確認後，自動利得制御（ＡＧＣ）と，周波数オフセット推定と，チャネル推定とのような較正ステップがプリアンブルを用いて開始され，その後パケットのペイロードが復号される。幾分より詳細に言えば，自動利得制御（ＡＧＣ）は受信段のアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）に対する入力のスケールを最適化するために，受信器の無線周波（ＲＦ）部の利得要素を制御するように行われる。周波数オフセット推定は，送信器及び受信器のＲＦコンポーネントの搬送周波数偏差を補償するために行われる。偏差は通常２０ｐｐｍから４０ｐｐｍである。チャネル推定は，ペイロードデータの検出及び復号を改善する。プリアンブル処理中の較正が不正確なときは，全体のペイロードデータ復号に悪い影響を与える。このようにプリアンブル処理は非常に鋭敏な処理であり，どのような形態の干渉も例えばパケット誤り率などの性能を著しく低下させる。
【００２１】
パケット検出後，いくつかの実施例においては各混合器が同一周波数サブバンドの受信信号を下方変換するための混合信号を受信し続け，ＴＦＣに基づいて別の受信段からの信号が，ＦＦＴブロックを含む処理回路に加えられる。このようにしてパケット検出後，混合器は同一の混合信号を受信し続け，ＴＦＣに基づく論理チャネルの周波数サブバンド利用方法に整合するように，スイッチが受信段と処理回路とを選択的に接続する。ほかの実施例においてはパケット検出後，論理チャネルの周波数サブバンド利用方法に整合するように，別の周波数サブバンドを下方変換するための別の周波数サブバンドの混合信号が切替えによって双方の受信段に加えられる。このようにして，ＴＦＣが指示する使用方法に整合するように，スイッチが混合信号を選択的に混合器に加える。例えば複数の受信段が，時間を変えて同一周波数サブバンドに設定される。
【００２２】
図３に，本発明の各態様を含む更なる実施例のブロックを示す。更なる実施例は，Ｎ個のＲＦ受信段を含む。ＲＦ受信段はそれぞれ，アンテナ３１１ａ〜３１１ｎと，混合器３１３ａ〜３１３ｎと，ＡＤＣ３１５ａ〜３１５ｎとを含む。一般に，低雑音増幅器（ＬＮＡ）と，可変利得増幅器と，ほかの回路のようなほかのコンポーネントも，ＲＦ受信段に含まれる。Ｎ個のＲＦ受信段はそれぞれ，それぞれの混合器において別の周波数の信号を受信するために，別の周波数サブバンドに同調させられる。
【００２３】
Ｎは通信の受信に用いられるサブバンド数に等しいことが好ましい。例えば提案の超広帯域システムでは，それぞれ５２８ＭＨｚの３個のサブバンドがある。１２８の副搬送波を持つ直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調が用いられる。各ＯＦＤＭシンボルは，時間周波数符号（ＴＦＣ）とも呼ばれるホッピングパターンによって，３つのサブバンドのうち１つで送信される。このようなシステムではＮは３に等しいことが好ましい。
【００２４】
図３に示すとおりＮ個のＡＤＣそれぞれからのデジタル信号は，パケット検出ブロック３１７に加えられる。パケット検出ブロックは，Ｎ個のＲＦ受信段それぞれに対するシーケンス検出回路を持ち，シーケンス検出回路は自己相関回路及び相互相関回路双方を含むことが好ましい。パケット検出ブロックは，Ｎ個のＲＦ受信段のどれかにおいてプリアンブルシーケンスが受信されたかどうかを判定する。
【００２５】
またＮ個のＡＤＣそれぞれからのデジタル信号は，各ＦＦＴブロック３１９ａ〜３１９ｎへも加えられる。ＦＦＴブロックは信号を周波数領域に変換する。周波数領域信号は，ＭＲＣブロック３２１が受信する。ＭＲＣブロックは最大比合成を行い，受信信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を実効的に向上させる。
【００２６】
いくつかの実施例において図３のシステムは，図４のフロー図による処理を用いる。プロセスのブロック４１１において，Ｎ個のＲＦ受信段はそれぞれ，プリアンブルシーケンスを受信するために別の周波数サブバンドを検査する。いくつかの実施例においては，Ｎ個のＲＦ受信段はそれぞれ，同一のプリアンブルシーケンスを検査するが，一方ほかの実施例においては，ＲＦ受信段はそれぞれ別のプリアンブルシーケンスを検査する。
【００２７】
ブロック４１３において，処理はパケットが受信されたかどうかを判定する。プリアンブルシーケンスの受信が検出されたときはパケットが受信されているが，さまざまな実施例においては，パケットの受信判定には，多数のプリアンブルシーケンス受信が検出されることが要求される。パケットが受信されなかったときは，処理はブロック４１１に戻りプリアンブルシーケンスの検査を継続する。パケットが受信されたときは，Ｎ個のＲＦ受信段はそれぞれ，同一周波数サブバンドの信号を処理するように設定され，周波数サブバンドはＴＦＣによって決められたホッピングパターンによって変更される。ＲＦ受信段をそれぞれ同一周波数サブバンドに設定することによって，受信器は多入力多出力（ＭＩＭＯ）受信器として構成され，したがって最大比合成が受信信号に施される。
【００２８】
更にいくつかの実施例においては，別のＲＦ受信段が，たとえ特定のＴＦＣの情報を受信することを予期していても，別のＴＦＣのプリアンブルシーケンスを検出するように構成される。複数ＴＦＣが検出されることは，受信器が複数の信号を受信していることを示し，信号のうちいくつかは受信器が受信したい信号と干渉するかもしれず，受信器はゼロフォーシング（zero-forcing）技法，又は最小平均２乗誤差推定技法のような干渉軽減技法を施してもよい。
【００２９】
したがって本発明の各態様は，パケット検出のシステム及び方法を提供する。本発明はある実施例に関して説明したが，本発明は本願請求項と，本開示によってサポートされ，実質的ではないその変更物とを含むことを認識されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の各態様による受信器の一部のブロック図である。
【図２】第１周波数ホップパターンを有する第１論理チャネル及び第２周波数ホップパターンを有する第２論理チャネルの時間対周波数プロットを示す図である。
【図３】本発明の各態様による更なる受信器の一部のブロック図である。
【図４】本発明の各態様による処理のフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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