(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数（ＲＦ）受信システムであって：
クロック；
ドゥウェル周波数を中心としてＲＦ信号を受信し、対応するベースバンド信号を生成するように動作することが可能な受信機フロント・エンド；
前記ベースバンド信号を受信し、複数の周波数オフセットで同期ホップを検出するように構成されるベースバンド信号プロセッサ；及び
コントローラ；
を有し、前記コントローラは：
時間オフセットにそれぞれ関連する複数のサーチ・ウィンドウを判定すること；
サーチ開始時間を決定すること；
前記クロックから読み出す現在時間、関連するサーチ・ウィンドウの時間オフセット、及び周波数ホッピング・アルゴリズムを利用して、１つ以上のサーチ・ウィンドウについてホップ周波数を判定すること；
対応するホップ周波数が、受信機フロント・エンドの瞬時帯域幅に適合している１つ以上のサーチ・ウィンドウを選択すること；
選択されたサーチ・ウィンドウに対応するホップ周波数に基づいて、受信機フロント・エンドのドゥウェル周波数を設定すること；
選択されたサーチ・ウィンドウについて決定されたホップ周波数を利用して、前記ベースバンド信号プロセッサにおいて複数の周波数オフセットを設定すること；及び
前記ベースバンド信号プロセッサが、設定された周波数オフセットのうちの何れかにおいて同期ホップを検出すると、検出された同期ホップが確認されたサーチ・ウィンドウに関連する時間オフセットを少なくとも利用して前記クロックを同期させること；
を行うように構成される、ＲＦ受信システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記ベースバンド信号プロセッサが、設定された周波数オフセットのうちの何れかにおいて同期ホップを検出すると、前記サーチ開始時間をも利用して前記クロックを同期させるように構成されている、請求項１に記載のＲＦ受信システム。
【請求項３】
前記クロックは時間不確定性を有し、前記コントローラは、前記時間不確定性を、等しい継続時間の複数のサーチ・ウィンドウに分割するように構成されている、請求項１に記載のＲＦ受信システム。
【請求項４】
前記サーチ・ウィンドウの継続時間は、前記同期ホップのうち連続するもの同士の間の期間の整数倍である、請求項３に記載のＲＦ受信システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記対応するホップ周波数が、受信機フロント・エンドの瞬時帯域幅に適合しているサーチ・ウィンドウの最大セットを選択するように構成されている、請求項１に記載のＲＦ受信システム。
【請求項６】
前記コントローラは、検出された同期ホップを検証するように更に構成されている、請求項１に記載のＲＦ受信システム。
【請求項７】
前記コントローラは、前記受信機フロント・エンドの瞬時帯域幅が、選択されたサーチ・ウィンドウに対応するホップ周波数を占めるように、前記受信機フロント・エンドのドゥウェル周波数を設定するように更に構成されている、請求項１に記載のＲＦ受信システム。
【請求項８】
無線周波数（ＲＦ）受信システムにおいて使用する方法であって：
（ａ）時間オフセットにそれぞれ関連する複数のサーチ・ウィンドウを判定すること；
（ｂ）サーチ開始時間を決定すること；
（ｃ）サーチ開始時間、関連するサーチ・ウィンドウの時間オフセット、及び周波数ホッピング・アルゴリズムを利用して、１つ以上のサーチ・ウィンドウについてホップ周波数を判定すること；
（ｄ）対応するホップ周波数が、受信システムの瞬時帯域幅に適合している１つ以上のサーチ・ウィンドウを選択すること；
（ｅ）選択されたサーチ・ウィンドウについて決定されたホップ周波数に滞在し、設定されたホップ周波数のうち何れかにおいて同期ホップを検出するように、前記受信システムを設定すること；及び
（ｆ）前記受信システムが、設定されたホップ周波数のうちの何れかにおいて同期ホップを検出すると、設定されたホップ周波数のうちの何れかが決定されたサーチ・ウィンドウに関連する時間オフセットを少なくとも利用して、前記受信システムと送信システムとの間の時間差を判定すること；
を有する方法。
【請求項９】
（ｇ）ベースバンド信号プロセッサが、設定されたホップ周波数のうちの何れかにおいて同期ホップを検出しなかった場合、前記設定されたホップ周波数のうちの何れかが、クローズド状態を有するように判断されたサーチ・ウィンドウを指定することを更に含み、（ｄ）ないし（ｇ）のステップが少なくとも１回反復される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数のサーチ・ウィンドウを判定することが、時間不確定性を、等しい継続時間の複数のサーチ・ウィンドウに分割することを含み、前記時間不確定性は前記受信システム内のクロックに関連している、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記サーチ・ウィンドウの継続時間は、前記同期ホップのうち連続するもの同士の間の期間の整数倍である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記対応するホップ周波数が、受信システムの瞬時帯域幅に適合している１つ以上のサーチ・ウィンドウを選択することは、
前記対応するホップ周波数が、受信システムの瞬時帯域幅に適合しているサーチ・ウィンドウの最大セットを選択することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
検出された同期ホップを検証することを更に含む請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
当該分野で知られているように、周波数ホッピング拡散スペクトル(FHSS)は、送信機及び受信機双方に既知の擬似ランダム・シーケンスを利用しながら、多数の周波数チャネルの中でキャリア信号を高速に切り替えることにより、無線信号を送信する技術を指す。この技術は、周波数ホッピング符号分割多重アクセス(FH-CDMA)方式における多重アクセス方法として使用される。周波数ホッピング信号は、ナローバンド干渉に対する耐性があり、傍受しづらく、また、最小限の干渉で多くのタイプの従来の送信と周波数バンドを共有することが可能である。
【０００２】
周波数ホッピング・システムの問題の1つは、「タイム・アクイジション(time  acquisition)」とも言及される送信機及び受信機間の同期である。既知のアプローチの1つは、ある固定された時間期間内で所定の一群のチャネルを送信機が使用するのを保証することである。受信機は、ランダム・チャネルを選び、そのチャネルで所謂「同期ホップ」  (“synchronization  hop”  (or  “sync  hop”))をリスニングすることにより、送信機と同期をとることが可能である。周期的に送信されて良い同期ホップは、チャネル上で送信される正規のデータ(regular  data)において生じるものとは似ていない既知のデータ・パターンを有する。
【０００３】
既存のFHSSシステムでは、時間仮説(a  time  hypothesis)を選択し、その時間に使用し得る周波数を算出し、そして、あるインターバルの間その周波数に留まる一方、同期ホップを捜すことにより、時間の不確定性が解明されるかもしれない。このプロセスは時には10秒もかかり、更に長期化することさえあり得る。
【発明の概要】
【０００４】
本願で説明されるものは、周波数ホッピング通信リンクで高速なタイム・アクイジションをもたらす例示的な実施形態である。本発明の例示的な実施形態は、既存の実現手段と比較して一桁ほど捕捉時間(acquisition  time)を改善することが可能である。実施形態は、モデムの受信経路が、周波数ホッピングされるリンクにより使用される複数の個々の周波数を占めることが可能な瞬時帯域幅(即ち、複数の「ホップ周波数」(“hop  frequencies”))を有する、ということを考慮に入れる。比較的大きな時間不確定性の下では、結果的に占有される周波数がモデムの瞬時帯域幅に属している時間仮説が数多く存在し得る。例示の実施形態は、時間仮説の確率的な周波数の局在性(the  probabilistic  frequency  locality  of  time  hypotheses)を考慮に入れる。時間仮説を予測し、1つの周波数における既知のパターンを捜すのではなく、例示のタイム・アクイジション・プロセスは、同時に探索されることが可能な一群の時間仮説を見出す。本願で説明されるプロセスは、周波数ホッピングが行われる通信リンクにおける捕捉時間を短縮するように、無線受信機に実装されることが可能である。
【０００５】
本開示の一形態によれば、無線周波数(RF)受信システムは、クロック；ドゥウェル周波数(dwell  frequency)を中心としてRF信号を受信し、対応するベースバンド信号を生成するように動作することが可能な受信機フロント・エンド；ベースバンド信号を受信し、複数の周波数オフセットで同期ホップを検出するように構成されるベースバンド信号プロセッサ；及びコントローラを有する。コントローラは：時間オフセットにそれぞれ関連する複数のサーチ・ウィンドウを判定すること；サーチ開始時間を決定すること；クロックから読み出す現在時間、関連するサーチ・ウィンドウの時間オフセット、及び周波数ホッピング・アルゴリズムを利用して、1つ以上のサーチ・ウィンドウについてホップ周波数を判定すること；対応するホップ周波数が、受信機フロント・エンドの瞬時帯域幅に適合している1つ以上のサーチ・ウィンドウを選択すること；選択されたサーチ・ウィンドウに対応するホップ周波数に基づいて、受信機フロント・エンドのドゥウェル周波数を設定すること；選択されたサーチ・ウィンドウについて決定されたホップ周波数を利用して、ベースバンド信号プロセッサにおいて複数の周波数オフセットを設定すること；及び、ベースバンド信号プロセッサが、設定された周波数オフセットのうちの何れかにおいて同期ホップを検出すると、検出された同期ホップが確認されたサーチ・ウィンドウに関連する時間オフセットを少なくとも利用して前記クロックを同期させることを行うように構成される。
【０００６】
或る実施形態では、コントローラは、ベースバンド信号プロセッサが、設定された周波数オフセットのうちの何れかにおいて同期ホップを検出すると、サーチ開始時間をも利用してクロックを同期させるように構成されている。
【０００７】
所定の実施形態では、クロックは時間不確定性を有し、コントローラは、時間不確定性を、等しい継続時間の複数のサーチ・ウィンドウに分割するように構成されている。サーチ・ウィンドウの継続時間は、同期ホップのうち連続するもの同士の間の期間の整数倍であっても良い。
【０００８】
或る実施形態では、コントローラは、対応するホップ周波数が、受信機フロント・エンドの瞬時帯域幅に適合しているサーチ・ウィンドウの最大セットを選択するように構成されている。様々な実施形態において、コントローラは、検出された同期ホップを検証するように更に構成されている。或る実施形態において、コントローラは、受信機フロント・エンドの瞬時帯域幅が、選択されたサーチ・ウィンドウに対応するホップ周波数を占めるように、受信機フロント・エンドのドゥウェル周波数を設定するように更に構成されている。
【０００９】
本開示の別の形態によれば、無線周波数(RF)受信システムにおいて使用する方法は：(a)時間オフセットにそれぞれ関連する複数のサーチ・ウィンドウを判定すること；(b)サーチ開始時間を決定すること；(c)サーチ開始時間、関連するサーチ・ウィンドウの時間オフセット、及び周波数ホッピング・アルゴリズムを利用して、1つ以上のサーチ・ウィンドウについてホップ周波数を判定すること；  (d)対応するホップ周波数が、受信システムの瞬時帯域幅に適合している1つ以上のサーチ・ウィンドウを選択すること；(e)選択されたサーチ・ウィンドウについて決定されたホップ周波数に滞在し、設定されたホップ周波数のうち何れかにおいて同期ホップを検出するように、受信システムを設定すること；及び(f)受信システムが、設定されたホップ周波数のうちの何れかにおいて同期ホップを検出すると、設定されたホップ周波数のうちの何れかが決定されたサーチ・ウィンドウに関連する時間オフセットを少なくとも利用して、前記受信システムと送信システムとの間の時間差を判定することを有する。
【００１０】
或る実施形態では、本方法は、(g)ベースバンド信号プロセッサが、設定されたホップ周波数のうちの何れかにおいて同期ホップを検出しなかった場合、前記設定されたホップ周波数のうちの何れかが、クローズド状態を有するように判断されたサーチ・ウィンドウを指定することを更に含む。ステップ(d)ないし(g)は少なくとも1回反復されて良い。
【００１１】
様々な実施形態において、複数のサーチ・ウィンドウを判定することが、時間不確定性を、等しい継続時間の複数のサーチ・ウィンドウに分割することを含み、時間不確定性は受信システム内のクロックに関連している。或る実施形態では、サーチ・ウィンドウの継続時間全体は、時間不確定性に少なくとも同程度である。
【００１２】
本方法の或る実施形態では、対応するホップ周波数が、受信システムの瞬時帯域幅に適合している1つ以上のサーチ・ウィンドウを選択することは、対応するホップ周波数が、受信システムの瞬時帯域幅に適合しているサーチ・ウィンドウの最大セットを選択することを含む。様々な実施形態において、本方法は、検出された同期ホップを検証することを更に含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本願により保護が求められる概念、構造及び技術は以下の図面に関する詳細な説明から更に十分に理解されるであろう。
【図１】例示的な無線周波数(RF)送受信システムを示すブロック図。
【図１Ａ】例示的な受信機フロント・エンドを示すブロック図。
【図２】例示的なタイム・アクイジション・プロセスを示すタイミング図。
【図２Ａ】例示的なタイム・アクイジション・プロセスを示すタイミング図。
【図２Ｂ】例示的なタイム・アクイジション・プロセスを示すタイミング図。
【図２Ｃ】例示的なタイム・アクイジション・プロセスを示すタイミング図。
【図３】例示的なタイム・アクイジション・プロセスをフローチャートで示す図。
【図４】図1-3のシステム及びプロセスとともに使用するための例示的な処理装置を概略的に表現する図。  図面は、必ずしも、寸法を描いてはおらず、システムの全ての要素を含んではおらず、むしろ、本願により保護が求められる概念、構造及び技術を説明する際に一般的に与えられるものを強調している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図1に関し、例示的な無線周波数(RF)送受信システム100は、周波数ホッピングが行われる通信リンクを設定するために使用されて良い。システム100は、アンテナ102、スイッチ104、送信機フロント・エンド106、受信機フロント・エンド108、ベースバンド信号プロセッサ110、コントローラ112、メモリ114、及びクロック116を含んでも良い。スイッチ104は、(送信機フロント・エンド106を介した)RF信号の自由空間への送信及び(受信機フロント・エンド108を介した)RF信号の自由空間からの受信の双方のためにアンテナ102が使用されることを可能にする、ハードウェア(例えば、回路)及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んで良い。
【００１５】
送信機フロント・エンド106は、ベースバンド信号をRF信号にアップ・コンバートするように構成されるハードウェア及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んで良い。受信機フロント・エンド108は、RF信号をベースバンド信号にダウン・コンバートするように構成されるハードウェア及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んで良い。受信機フロント・エンド108の例示的な実施形態は図1Aに示されており、それに関連して以下で詳細に説明される。
【００１６】
ベースバンド信号プロセッサ(又は「ベースバンド・プロセッサ」)110は、送信機フロント・エンド106を介して送信するためのベースバンド信号を生成し及び/又は受信機フロント・エンド108を介して受信されるベースバンド信号を処理するように構成される、ハードウェア及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んで良い。例えば、ベースバンド・プロセッサ110は、ディジタル信号(例えば、データ信号)を、送信機フロント・エンド106を介して送信するためのアナログ・ベースバンド信号に変換するように構成されても良い。別の例として、ベースバンド・プロセッサ110は、受信機フロント・エンド108を介して受信したアナログ・ベースバンド信号を、ディジタル信号(例えば、データ信号)に変換するように構成されても良い。適切な任意のアナログ・トゥ・ディジタル及びディジタル・トゥ・アナログ技術が使用されて良い。ある実施形態では、ベースバンド・プロセッサ110はディジタル・ベースバンド信号プロセッサであり、従って、アナログ・トゥ・ディジタル変換は受信機フロント・エンド108内で生じ、及び/又は、ディジタル・トゥ・アナログ変換は送信機フロント・エンド106内で生じても良い。
【００１７】
コントローラ112は、送信機フロント・エンド106及び/又は受信機フロント・エンド108の動作を制御するように構成される、ハードウェア及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んで良い。例えば、コントローラ112は、局部発振器の特定の周波数や、可変利得増幅器の特定のゲインを選択するために使用されても良い。周波数ホッピング通信を提供するために、コントローラ112はRF周波数バンドを制御することが可能であり、そのRF周波数バンドの中で、フロント・エンド106，108は特定の時間期間の間にわたって動作する。コントローラ112は、特定の周波数及びゲイン値を算出するために使用されるパラメータのようなプログラム可能なパラメータを利用しても良い。コントローラのパラメータは、EPROM、DRAM、NVRAM又はその他の適切な任意のタイプのメモリとして提供されることが可能なメモリ114内に保存されて良い。様々な実施形態において、コントローラ112は、図3に示される例示的なプロセス300のようなタイム・アクイジション・プロセスを実施する。
【００１８】
ある実施形態では、ベースバンド・プロセッサ110及びコントローラ112は、コンピュータ、特定用途向け集積回路(ASIC)又はアナログ回路のような共通の処理装置内で提供される。
【００１９】
クロック116は、適切な精度で時間を維持及び指示するように動作することが可能な、ハードウェア及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んでいても良い。
【００２０】
システム100は全二重トランシーバで動作しても良く、それにより、送信機フロント・エンド106は第1群の周波数で送信を行うために使用され、かつ、受信機フロント・エンド108は(場合によっては別の)第2群の周波数で受信を行うために使用される。
【００２１】
或る動作モードでは、例示のシステム100は、周波数ホッピングが行われる通信リンクで送信されるデータを受信することが可能である。リンクに関連付けられるものはホッピング・シーケンスであり、ホッピング・シーケンスは、所与の時間に送信及び受信するために何れの周波数/チャネルが使用されるべきかを指定する。静的なホッピング・シーケンスが定義されることは可能であるが、多くの実施形態では、所与の時間に対する送信/受信周波数を決定するために、周波数ホッピング・アルゴリズム(例えば、擬似ランダム・アルゴリズム)が使用される。
【００２２】
受信機クロック116は、送信機により使用されるクロックに対して或る時間的な不確定性(a  time  uncertainty)を有する。時間的な不確定性は、送信機−受信機リンクについてのパラメータであり、クロック・ドリフト、場所の誤差、天体位置表の誤差(ephemeris  position  error)、及び/又は、レンジの誤差などに起因するかもしれない。所与のリンクに対する初期の時間不確定性は、適切な任意の方法で決定されることが可能である。一例では、動作の前に、1つ以上の初期時間不確定性値が決定され、システム100は使用する所定値を単に選択しても良い。初期時間不確定性値は、数十ミリ秒ないし数十秒の範囲に及ぶかもしれない。
【００２３】
時間不確定性を解明するために(即ち、送信機クロックに整合させるように受信機クロック・タイミングを調節するために)、受信システム100はタイム・アクイジション・プロセスを利用して、受信機クロックと送信機クロックとの間の時間差を判定する。この時間差は、以後、クロック116を調整するために使用される、或いは、受信システム100を送信機に同期させるために使用されることが可能である。いったん同期させられると、受信システム100はホッピング・シーケンスに適切に従ってデータを受信することが可能である。タイム・アクイジション・プロセスの具体例は図3に示されており、この点については後述される。
【００２４】
図1Aに関し、例示的な受信機フロント・エンド150は、図1の受信機フロント・エンド108に対応していても良い。受信機フロント・エンド150は、ミキサー156の入力に結合される第1増幅器152及び局部発振器154と、ミキサー156の出力に結合されるバンドパス・フィルタ158と、バンドパス・フィルタ158の出力に結合される第2増幅器160と、増幅器160の出力に結合されるベースバンド信号生成部(又は「ベースバンド生成部」)162とを含んでいても良い。第1増幅器152はアンテナ(例えば、図1のアンテナ102)からRF信号を受信するように結合され、ベースバンド生成部162はベースバンド信号をベースバンド・プロセッサ(例えば、図1のベースバンド・プロセッサ110)へ提供するように結合されても良い。
【００２５】
第1増幅器152は、(例えば、図1のアンテナ102から)RF信号を受信し、対応する増幅されたRF信号を生成する適切な任意のタイプの増幅器を含んで良い。ある実施形態では、第1増幅器152は低雑音増幅器(LNA)である。
【００２６】
ローカル発振器154は、予め設定された又は外的な制御の下で可変の周波数を有する信号を生成する、ハードウェア(例えば、回路)及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んで良い。様々な実施形態において、コントローラ(例えば、図1のコントローラ112)は、周波数制御信号又はその他の手段により、発振器周波数を制御する。ある実施形態では、局部発振器154は電圧制御発振器(VCO)であり、周波数制御信号は電圧信号である。
【００２７】
ミキサー156は、2つの入力信号を受信し、2つの入力信号の周波数の差又は和を表現する出力信号を生成する、ハードウェア(例えば、回路)及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んで良い。図示の構成では、第1ミキサー入力信号は第1増幅器152の出力信号(「増幅されたRF信号」)に対応し、第2ミキサー入力信号は局部発振器154の出力信号に対応する。局部発振器154及びミキサー156は、RF信号を、所望の周波数を有する中間周波数(IF)信号に変化するような組み合わせで使用され得ることが、認められるであろう。
【００２８】
バンドパス・フィルタ158は、(例えば、IFを中心とする帯域幅のような)所定の帯域幅の中で信号を選択的に通過させる一方、その帯域幅以外の信号を減衰させる、ハードウェア及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んで良い。従って、例えば、従来のバンドパス・フィルタ回路が使用され得る。
【００２９】
第2増幅器160は、バンドパス・フィルタ158からIF信号を受信し、増幅されたIF信号を生成する適切な任意のタイプの増幅器を含んで良い。ある実施形態では、第1増幅器152及び/又は第2増幅器160は、可変利得増幅器を含む。例えば、増幅器152，160は、それぞれ、ゲイン制御信号を受信する、或いは、図1のコントローラ112により制御されることが可能である。
【００３０】
ベースバンド生成部162は、ベースバンド信号プロセッサ(例えば、図1のベースバンド・プロセッサ)により処理するのに相応しいベースバンド信号に(アナログ)IF信号を変換する、ハードウェア及び/又はソフトウェアの適切な任意の組み合わせを含んで良い。ある実施形態では、ベースバンド生成部162は、IF信号をベースバンド信号にダウン・コンバートするミキサー及び局部発振器(図示せず)を含む。所定の実施形態では、ベースバンド信号プロセッサ110はディジタル入力信号を取得し、即ち、ベースバンド生成部162は、アナログIF信号をディジタル化するアナログ・ディジタル変換器(ADC)を含む。他の実施形態では、ベースバンド信号プロセッサ110は入力としてアナログ信号を取得し、アナログ・ディジタル変換を実行する。
【００３１】
図2，2A-2C及び3は、図1のシステム100のような送受信システム又は受信システムで使用されることが可能なタイム・アクイジション・プロセスを示す。本願で開示される例示のタイム・アクイジション処理は、受信機の瞬時的な帯域幅が複数のホップ周波数に及び得るという事実を考慮することにより、一度に複数の時間仮説を探索することが可能である。その結果、例示のタイム・アクイジション・プロセスを利用する受信システムは、既存のシステムと比較してより高速に送信機に同期することが可能である。
【００３２】
図2に関し、タイミング図200は、周波数ホッピングが行われる通信リンクで送信される周期的な同期ホップ202a，202b，202c，...(一般的に、202として示される)を示す。各々の同期ホップ202a，202b，202c，...は、(例えば、擬似ランダム・アルゴリズムのような)周期的なホッピング・シーケンスにより決定される個々の周波数及び個々の時間t0，t1，t2，...に送信される。送信機は、正規のデータとともに分散される短い継続時間の間に同期ホップ202を送信する。同期ホップ202は、特殊なシンボル、又は、正規のデータから区別することが可能な他の情報を含む。同期ホップ202が送信される間の継続時間は、一般に、正規のデータが送信される期間の僅か数パーセントに過ぎないことが、認められるべきである(従って、図2は同期ホップの継続時間を正確には描いていない)。
【００３３】
図示の例では、同期ホップ202は規則的なインターバルt0，t1，t2，...で送信される。一般に、連続する同期ホップ202間の時間は変動することが可能である。ホップ202のタイミングは、或る期間にわたって反復するパターンに従う。或る実施形態では、反復するパターンは、送信機及び受信機にプログラムされることが可能なビットマップにより指定される。
【００３４】
同期ホップ202が送信されるべき時間t0，t1，t2，...は、送信機により使用される或るクロックに対するものであり、そのクロックは本願では送信機の「ローカル」クロックのように言及される。受信機は別のローカル・クロックを使用し、そのローカル・クロックは送信機のローカル・クロックに対して時間的な不確定性を有する。タイム・アクイジション・プロセスのゴールは、送信機のローカル・クロックと受信機のローカル・クロックとの間の時間差を判定することである。一般的なアプローチは、特定の同期ホップ202が受信機により実際に検出される時間と、それらの同期ホップが送信された既知の時間とを比較することである(伝搬遅延、処理遅延及び必要な他の要因を考慮しながら行われる)。
【００３５】
受信機の時間不確定性(Tεと記される)は、受信機のローカル・クロックと送信機のローカル・クロックとの間の最大時間差(+/-)に対応する。言い換えれば、何らかの時点において、受信機のローカル・クロックは、送信機のローカル・クロックに対して、高々Tε時間単位の遅れ(no  more  than  Tε  time  units  behind)及び高々Tε時間単位の進み(no  more  than  Tε  time  units  ahead)であることが仮定される。[-Tε，+Tε]というレンジは本願では「時間不確定性ウィンドウ」のように言及される。受信機の時間不確定性(Tε)は、適切な任意の技術を利用して動作に先行して判定され、受信機に保存される(或いは、設定される)。
【００３６】
時間不確定性(Tε)、周波数ホッピング・シーケンス(例えば、擬似ランダム・アルゴリズム)、及び同期ホップ220が送信される時間を知ることにより、受信機は、特定の周波数で同期ホップを検出することで自身の時間不確定性を解明することができる。タイム・アクイジション・プロセスの全体は1つ又は複数の所謂「サーチ(searches)」を含んで良い。時間不確定性ウィンドウは、一般的には等しいサイズの複数の「サーチ・ウィンドウ」に分割される。サーチ・ウィンドウの継続時間は典型的には連続的な同期ホップ202同士の間の時間の整数倍(≧1)であり、それにより、各サーチの間に、同期ホップを検出する可能性が存在するようになる。実際には、フィルタリング及びその他の信号処理遅延に対処するために、より大きなサーチ・ウィンドウ・サイズを選択することが必要とされるかもしれない。説明の簡明化のため、図2，2A-2Cでは、各サーチ・ウィンドウの継続時間は、任意の2つの連続する同期ホップ202間の継続と同じであるように仮定される。
【００３７】
各サーチの間に、複数の時間仮説が検査されることが可能である。本願で使用されるように、「時間仮説」という用語は、受信機のローカル・クロックと送信機のローカル・クロックとの間の可能な時間差を指し、真又は偽であると判明し得るものである。時間仮説が真であると判明すると、対応する時間差は、受信機を送信機に同期させるために使用されることが可能である。プロセスは、時間仮説が真であると判明するまで、或いは、全ての時間仮説が偽であると判明するまで反復されることが可能である。ある実施形態では、時間仮説は、図3に関連して後述される適切な検証技術を利用して確認されてもよい。
【００３８】
図2では、3つの連続的なサーチ204a，204b及び204c(一般的に、204として言及される)が示されている。各々のサーチ204は、サーチ開始時間を中心とする時間不確定性ウィンドウにより決定される時間期間の中で、同期ホップ202を検出することを試みる(ここで、サーチ開始時間は、受信機のローカル・クロックを利用して計測される)。図示の例では、時間不確定性は、(+/-)4時間単位であるように仮定されている。サーチ204aは、時間t4で開始し、t0ないしt8にかけて同期ホップを検出することを試みる。サーチ204bは、時間t9で開始し、t5ないしt13にかけて同期ホップを検出することを試みる。サーチ204cは、時間t14で開始し、t10ないしt18にかけて同期ホップを検出することを試みる。
【００３９】
図2A，2B及び2Cはそれぞれサーチ204a，204b及び204cを示す。各サーチはw1...w9で示される9つのサーチ・ウィンドウに分割される。図2に示される同期ホップ202のパターンは図2A-2Cにおいて部分的に繰り返されていることが、認められるべきである。例えば、図2の同期ホップ202aは、図2Aのサーチ・ウィンドウw1における同期ホップに対応する。
【００４０】
受信機フロント・エンドは、RF信号を受信及び処理することが可能な最大帯域幅を有し、最大帯域幅は本願ではその瞬時帯域幅(its  instantaneous  bandwidth)と言及される。知られているように、受信機の瞬時帯域幅は、低雑音増幅器、ミキサー、バンドパス・フィルタ、ベースバンド生成部などを含む様々なコンポーネントの周波数応答により決定される。従って、瞬時帯域幅は、所与の受信機の設計に関して測定又は決定されることが可能である。受信機の瞬時帯域幅は、典型的には、周波数ホッピングが行われ得る帯域幅より狭いが、典型的には、受信機が複数のホップ周波数を同時にサーチできる程度に十分に広い。例えば、図2A，2B及び2Cでは、受信機の瞬時帯域幅は、それぞれ、バンド210a，210b及び210cにより示されるような5つの隣接するホップ周波数と重なる程度に十分に広いものであって良い。
【００４１】
3つのサーチ204a-204cが図2に示されているが、実行される実際のサーチ数は、図3に関連して以下に説明される一般化されたプロセスに応じて変わることが、理解されるべきである。
【００４２】
図2Aに関し、サーチ204aは、時間t4で開始し、t0ないしt8にかけて同期ホップを検出することを試みる。時間仮説は未だテストされておらず、従って、9つのサーチ・ウィンドウw1...w9は「オープン(open)」であると解釈される。図2に示される周波数ホッピング・シーケンス及びサーチ開始時間(t4)を利用して、オープンのサーチ・ウィンドウの同期ホップ各々の周波数の算出が可能である。例えば、サーチ・ウィンドウw1の場合、同期ホップ周波数は、図2においてt4-4=t0に示されるものに対応する。別の例として、サーチ・ウィンドウw5の場合、同期ホップ周波数は、図2においてt4-0=t4に示されるものに対応する。更に別の例として、サーチ・ウィンドウw9の場合、同期ホップ周波数は、図2においてt4+4=t8に示されるものに対応する。
【００４３】
オープンのサーチ・ウィンドウの各々について算出されたホップ周波数を利用して、1つ以上のサーチ・ウィンドウが選択され、選択されるサーチ・ウィンドウに対する対応するホップ周波数は、受信機の瞬時帯域幅内に適合している。(図2A-2Cに示される)1つの方法は、受信機の瞬時帯域幅に基づいて、可能な最大の一群のオープン・サーチ・ウィンドウを占めるように、バンド210aを配置することである。
【００４４】
サーチの開始時点204aでは、同時に探索されることが可能なオープン・サーチ・ウィンドウの最大セットは、{w4，w5，w6，w9}である。このセットから、中心周波数が算出され、それが受信機フロント・エンドのドゥウェル周波数を設定するために使用され、図示の瞬時バンド210aをもたらす。受信機は、その後、この中心周波数に留まり、選択されたサーチ・ウィンドウに対応する任意のホップ周波数で同期ホップを検出するように信号データを処理する。
【００４５】
所与のサーチ・ウィンドウについて同期ホップが検出される場合、受信機のローカル・クロックと送信機のローカル・クロックとの間の時間差が決定されることが可能である。例えば、図2Aにおいて、サーチ・ウィンドウw1に対応する同期ホップが検出された場合、送信機のローカル時間は、t0とt1との間にあることが分かる。サーチ204aは時間t4で開始されたので、受信機は、送信機に対して4ないし5時間単位進んでいることが分かり、それに応じて時間の不確定性は狭められる。様々な実施形態において、受信機は、サーチ・ウィンドウ当たり何回も受信信号データをサンプリングする。データがサンプリングされる最も小さな時間インクリメントは、「タイム・セル(time  cell)」のように言及される。例えば、サーチ・ウィンドウはミリ秒のオーダーにおけるものであっても良く、タイム・セルは数マイクロ秒のオーダーにおけるものであっても良い。タイム・セルが検出される場合、時間仮説は、サーチ・ウィンドウの開始からの多数のタイム・セルとして表現されることが可能である。受信機の現在の時間、サーチ・ウィンドウの開始からの時間オフセット、及び、同期ホップ検出についての時間仮説を知ることにより、受信機システムと送信機との間の時間差は、マイクロ秒のオーダーで決定されることが可能である。
【００４６】
サーチの間に同期ホップが検出されない場合、追加的なサーチ204が実行されて良い。この例では、サーチ・ウィンドウw4，w5，w6，w9について同期ホップは検出されないことが仮定されている。従って、対応する時間仮説は偽であると判明し、サーチ・ウィンドウは「クローズド(closed)」としてマーキングされることが可能である。既存のタイム・アクイジション技術は一度に一つの時間仮説をテストするが、本願で開示される例示の処理は、仮説を複数回同時にテストすることが可能であり、それにより、受信機が周波数ホッピング通信リンクで同期するのに必要な時間の長さを減らすことが、認められるべきである。
【００４７】
第1のサーチが完了すると直ぐに次のサーチの開始が可能である。説明の簡明化及び図面の明確性を促すために、サーチ204a-204cは正確に5つ分の時間ユニットだけ離れて始まっている。実際には、連続するサーチ開始時間どうしの間の差は、5時間ユニットより多くても少なくても良い。
【００４８】
図2Bに関し、サーチ204bは、クローズドのサーチ・ウィンドウw4，w5，w6，w9及びオープンのサーチ・ウィンドウw1，w2，w3，w7，w8とともに始まる。図2に示される周波数・ホッピング・シーケンス及びサーチ開始時間(t9)を利用して、オープンのサーチ・ウィンドウの同期ホップ各々の周波数が算出され得る。完全を期すために、クローズド・サーチ・ウィンドウ及び対応する同期ホップが図2Bにも示されているが、(クローズドのものは)取り消し線及び塗り潰しで示されており、これらの同期ホップはサーチ204bの際に考慮されない。オープンのサーチ・ウィンドウのうち、セット{w1，w7，w8}は、対応するホップ周波数が受信機の瞬時帯域幅内に適合している最大セットに対応する。受信機は、同期ホップを検出するために、バンド210bの中心に滞在するように構成されることが可能である。ホップが検出されない場合、サーチ・ウィンドウw1，w7，w8もクローズにされて良い。
【００４９】
図2Cに関し、サーチ204cは、時間t14において、クローズドのサーチ・ウィンドウw1，w4，w5，w6，w7，w8，w9及びオープンのサーチ・ウィンドウw2，w3とともに始まる。オープンのサーチ・ウィンドウのうち、セット{w2，w3}は、対応するホップ周波数が受信機の瞬時帯域幅内に適合している最大セットに対応する。受信機は、同期ホップを検出するために、バンド210cの中心に滞在するように構成されることが可能である。探索されることが可能な最大セットのオープン・サーチ・ウィンドウ(即ち、{w2，w3})は、全てのオープン・サーチ・ウィンドウのセットにたまたま等しいので、一般的には、周波数ホップは、サーチ・プロセスのこの反復の中で検出され、追加的なサーチは必要とされないであろう。実際には、全てのサーチ・ウィンドウをクローズにするために(即ち、時間不確定性ウィンドウを横断する全ての可能な時間仮説を検査するために)、3つより多いサーチが必要とされても良い。
【００５０】
ある実施形態では、検出の成功で止めるのではなく、受信機は全体的な時間不確定性ウィンドウを探索し、そして、最も高い確実性を有していた検出を選択する。
【００５１】
図3は、図1のシステム100のような受信システム内で実施されることが可能な例示的なプロセスを示すフローチャートである。(要素302により示される)四角い要素は、本願では「処理ブロック」と言及され、コンピュータ・ソフトウェア命令又は命令群を表現する。(要素320により示される)菱形の要素は、「判定ブロック」と言及され、コンピュータ・ソフトウェア命令又は命令群を表現し、その命令は、処理ブロックにより表現されるコンピュータ・ソフトウェア命令の実行に影響を及ぼす。また、処理及び判定ブロックは、ディジタル信号プロセッサ回路又は特定用途向け集積回路(ASIC)のような機能的に等価な回路により実行されるステップを表現しても良い。フローチャートは、何らかの特定のプログラミング言語の構文を描写してはいない。むしろ、フローチャートは、回路を製造するため又は特定の装置に必要な処理を実行するコンピュータ・ソフトウェアを生成するために、当業者が必要とする機能的な情報を示す。ループ及び変数の初期化や一時的な変数の利用などのような多くのルーチン・プログラム要素は示されていない点に、留意すべきである。本願で別意を示さない限り、説明されるブロックの特定のシーケンスは、例示的なものであるに過ぎず、本願で保護されることが求められる概念、構造及び技術の精神から逸脱することなく変更されることが可能であることが、当業者に認められるであろう。従って、別意の言及がない限り、以下で説明されるブロックは順序付けられておらず、可能であるならば、ブロックにより表現される機能が任意の都合の良い又は望まれる順序で実行されることが可能であることを意味する。
【００５２】
図3に関し、タイム・アクイジション・プロセス300はブロック302において始まり、受信機の時間不確定性(Tε)が判定される。ブロック306において、時間不確定性ウィンドウ(即ち、[-Tε，+Tε])が、等しいサイズであっても良い複数のサーチ・ウィンドウに分割される。ブロック308において、サーチ開始時間が決定される。この決定は、サーチ・ウィンドウの開始に整合した次回の周期的な同期ホップ・パターンを決定することを含んでも良い。ブロック310において、当初は全てのサーチ・ウィンドウを含むオープンなサーチ・ウィンドウの各々について、同期ホップが決定される。ブロック310は、受信機の現在時間、オープンなサーチ・ウィンドウ各々の時間オフセット、及び周波数ホッピング・アルゴリズムを利用することを含んでも良い。
【００５３】
ブロック312において、1つ以上のサーチ・ウィンドウが選択され、そのサーチ・ウィンドウに関し、対応するホップ周波数(ブロック310で決定されたもの)は、受信機の瞬時帯域幅にフィットしている。或る実施形態では、この選択は、対応する同期ホップ周波数が受信機の瞬時帯域幅にフィットしているオープン・サーチ・ウィンドウの最大セットを見出すことを含む。
【００５４】
ブロック314において、受信機フロント・エンド(例えば、図1のフロント・エンド108)は、ドゥウェル周波数を設定するように構成されて良い。この設定は、局部発振器(例えば、図1の局部発振器154)をチューニングすることを含んでも良い。ある実施形態では、ドゥウェル周波数は、選択されたサーチ・ウィンドウ(即ち、ブロック312で選択されたサーチ・ウィンドウ)のホップ周波数の中心であるように選択される。
【００５５】
ブロック316において、プロセッサ(例えば、図1におけるコントローラ112及び/又はベースバンド信号プロセッサ110)は、選択されたサーチ・ウィンドウに対するホップ周波数とともに設定されても良い。ある実施形態では、ホップ周波数は、設定されたドゥウェル周波数に対するオフセット値として設定される。
【００５６】
ブロック318において、受信機は、信号データを収集し、同期ホップを検出するために、設定された周波数に滞在する。これは、設定されたホップ周波数を利用して受信機フロント・エンド108からベースバンド信号情報を処理すること、及び、処理された情報と既知の同期ホップ・スケジュールとを関係づけることを含んでも良い。
【００５７】
ブロック320において、選択されたサーチ・ウィンドウのうちの何れかに関し、同期ホップが検出され(及び場合によっては検証され)、受信機のローカル・クロックと送信機のローカル・クロックとの間の時間差が決定され得る(ブロック326)。この場合、タイム・アクイジション・プロセスは成功裏に終わる。時間差は、受信機のローカル・クロック(例えば、図1のクロック)を調整するために使用され、或いは、受信機及び送信機を同期させるために使用されることが可能である。ある実施形態では、検出に成功して終わるのではなく、受信機は全体的な時間不確定性ウィンドウをサーチし、最高の信頼度を有していた検出を選択する。同期ホップが検出されると、検出は、反復されるテストによって検証されても良い。同様に、非検出が、反復されるテストによって検証されても良い。
【００５８】
ブロック320において、選択された何れのサーチ・ウィンドウにも同期ホップが検出されない場合、プロセスはブロック322に進み、選択されたサーチ・ウィンドウは「クローズド」としてマークされても良い。
【００５９】
ブロック324において、何らかのサーチ・ウィンドウがオープンのまま残っている場合、別のサーチが実行されて良い。残ってない場合、全てのサーチ・ウィンドウがクローズにされると、タイム・アクイジション・プロセスは不成功に終わる。
【００６０】
既存のFHSS受信機はシリアルな方式でタイム・アクイジションを実行するが、本願で開示される例示のシステム及びプロセスは、受信経路の比較的大きな瞬時帯域幅を考慮して、多くの時間仮説を一度にサーチすることが、認められるであろう。これは、タイム・アクイジションを一桁も減らすことが可能である。
【００６１】
図4は、本願で説明されるプロセスの少なくとも一部を実行することが可能な例示的なコンピュータ又はその他の処理装置400を示す。或る実施形態において、処理装置400の1つ以上のコンポーネントはRF受信システム(例えば、図1の受信システム100)内に提供される。例示のコンピュータ400は、プロセッサ402、揮発性メモリ404、不揮発性メモリ406(例えば、ハード・ディスク)、出力デバイス408、及び/又は、グラフィカル・ユーザー・インターフェース410(GUI)を含んでも良く、それら各々はバス418により互いに結合される。不揮発性メモリ406は、コンピュータ命令412、オペレーティング・システム414及びデータ416を保存する。一例では、コンピュータ命令412は、揮発性メモリ404からプロセッサ402により実行される。一実施形態では、製品420は非一時的なコンピュータ読み取り可能な命令を有する。
【００６２】
処理は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせで実現されて良い。様々な実施形態において、処理は、プログラム可能なコンピュータ/マシン上で動作するコンピュータ・プログラムにより提供され、コンピュータ/マシンの各々は、プロセッサ、記憶媒体又はその他の製品を含み、製品はプロセッサ(揮発性及び不揮発性メモリ及び/又はストレージ要素を含む)、少なくとも1つの入力デバイス、及び1つ以上の出力デバイスにより読み取ることが可能である。プログラム・コードは、処理を実行するため及び出力情報を生成するために、入力デバイスを利用して入力されるデータに適用されても良い。
【００６３】
システムは、少なくとも部分的に、実行に備えてコンピュータ・プログラム・プロダクトにより(例えば、マシン読み取り可能なストレージ・デバイスにおいて)、或いは、データ処理装置(例えば、プログラム可能なプロセッサ、コンピュータ又は複数のコンピュータ)の動作を制御するために処理を実行することが可能である。そのような各プログラムは、コンピュータ・システムと通信するためにハイ・レベル手続型又はオブジェクト指向プログラミング言語で実現されても良い。しかしながら、プログラムはアセンブリ又はマシン言語で実現されても良い。言語はコンパイルされても良いし、インタープリットされた言語であっても良いし、また、スタンド・アローン・プログラムとして又はモジュールとして、コンポーネント、サブルーチン又はコンピューティング環境で使用するのに相応しい他のユニットを含む任意の形式で配備されても良い。コンピュータ・プログラムは、1つのサイトにおける1つのコンピュータ又は複数のコンピュータで実行され、或いは、複数のサイトに分散されて通信ネットワークで相互接続されるように配備されて良い。コンピュータ・プログラムは、記憶媒体又はデバイスがコンピュータにより読み取られる場合に、コンピュータを構成及び操作するために汎用又は専用のプログラム可能なコンピュータにより読み取ることが可能な記憶媒体又はデバイス(例えば、CD-ROM、ハード・ディスク又は磁気ディスケット)に保存されて良い。処理は、コンピュータ・プログラムとともに構成されるマシン読み取り可能な記憶媒体として実現されても良く、実行の際、コンピュータ・プログラムの命令はコンピュータを動作させる。
【００６４】
処理は、システムの機能を実行するために1つ以上のコンピュータ・プログラムを実行する1つ以上のプログラム可能なプロセッサにより、実行されても良い。システムのうち全部又は一部は、特殊用途の論理回路(例えば、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA))及び/又は特定用途向け集積回路(ASIC)として実現されても良い。
【００６５】
本願で引用される全てのリファレンスは全体的に本願のリファレンスに組み込まれる。
【００６６】
本願で保護が求められる様々な概念、構造及び技術を説明することに役立つ所定の実施形態を説明してきたが、当業者にとって、これらの概念、構造及び技術を組み込む他の実施形態が使用されて良いことは、明らかであろう。上述した様々な実施形態のうちの要素は、具体的には記述されていない他の実施形態を形成するために組み合わせられても良く、更に、1つの実施形態の文脈で説明された要素が、別々に又は適切な任意のサブコンビネーションで提供されても良い。従って、本願で保護が求められる範囲は、記述された実施形態には限定されず、そうではなく、以下の特許請求の範囲及びその精神によってのみ規定されるべきである。
【図１】
0006600737.tif 000002
【図１Ａ】
0006600737.tif 000003
【図２】
0006600737.tif 000004
【図２Ａ】
0006600737.tif 000005
【図２Ｂ】
0006600737.tif 000006
【図２Ｃ】
0006600737.tif 000007
【図３】
0006600737.tif 000008
【図４】
0006600737.tif 000009