(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサ及びメモリと通信し、共通の通信媒体を介して公称搬送波周波数を用いて非同期に送信される１組のパケットを復号する受信機であって、
前記共通の通信媒体を介して非同期に送信される前記１組のパケットを受信する１組のアンテナと、
前記プロセッサと通信し、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角を含む３つの軸によって規定される３次元探索領域内でスパース復元を実行し、前記共通の通信媒体内のチャネルを介しての各パケットの前記送信に対応するチャネル利得を推定するチャネル推定器と、
前記プロセッサと通信し、前記周波数オフセット、前記時間オフセット、前記到来角及び前記チャネル利得を用いて、前記１組のパケット内の前記パケットのペイロードを復号する復号器と、
を備える、受信機。
【請求項２】
前記受信機は、前記共通の通信媒体において雑音で変更された前記１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を生成するフロントエンドを備え、各パケットは、前記１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、前記１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含み、前記チャネル推定器は、前記公称搬送波周波数からの各パケットの前記送信の前記周波数オフセット、共通の時点からの各パケットの前記送信の前記時間オフセット、各パケットの前記送信の到来角、及び前記チャネル利得を特定する、請求項１に記載の受信機。
【請求項３】
前記スパース復元は、プリアンブルと、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせごとの単一のペイロードとの組み合わせで近似される辞書行列を使用する、請求項１に記載の受信機。
【請求項４】
前記チャネル推定器によって使用され、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の領域内の探索エリアを縮小する整合フィルターバンクを更に備え、
その際、前記スパース復元は、前記縮小された探索エリア内で、プリアンブルと、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせごとの単一のペイロードとの組み合わせで近似される辞書行列を使用する、請求項１に記載の受信機。
【請求項５】
前記プロセッサは、
プリアンブルと、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせごとの最も可能性が高いペイロードとの単一の組み合わせを決定し、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせごとに唯一の原子を有する辞書行列を生成することであって、各原子は、前記プリアンブルと、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の対応する組み合わせの場合に決定された前記ペイロードとを含み、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記対応する組み合わせを有するチャネルを介して送信されるパケットを表すことと、
前記辞書行列の１組の原子を規定する１組の非０の利得を決定することであって、前記対応する非０の利得を有する前記１組の原子からの前記原子の送信が受信信号を近似することと、
を行うように構成される、請求項１に記載の受信機。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせごとに前記最も可能性が高いペイロードを決定するとともに、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記組み合わせに対応する前記パケットの位相雑音を同時に決定する、請求項５に記載の受信機。
【請求項７】
前記チャネル推定器は、パケットごとに、前記周波数オフセット、前記時間オフセット、前記到来角、前記チャネル利得、位相雑音及び前記ペイロードを反復して決定し、
反復ごとに、前記チャネル推定器は、
受信信号を前記スパース復元の辞書行列の各要素と相互相関させることであって、前記辞書行列の各要素は前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせに対応する原子であることと、
前記相互相関の最大の大きさに対応する、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記組み合わせを選択することと、
前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせの場合に前記チャネルを介して送信される前記パケットの前記ペイロード及び前記位相雑音を決定することと、
プリアンブル、前記ペイロード及び前記位相雑音を有し、その後、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせを介して送信された、復元されたパケットの寄与を前記受信信号から除去することと、
を行うように構成され、
前記受信信号は後続の反復の間に更新される、請求項１に記載の受信機。
【請求項８】
前記チャネル推定器は、パケットごとに、前記周波数オフセット、前記時間オフセット、前記到来角、前記チャネル利得、位相雑音及び前記ペイロードを反復的に決定し、
反復ごとに、前記チャネル推定器は、
受信信号を前記スパース復元の辞書行列の各要素と相互相関させることであって、前記辞書行列の各要素は前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせに対応する原子であることと、
前記相互相関の最大の大きさに対応する、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記組み合わせを選択することと、
前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせの場合に前記チャネルを介して送信される前記パケットの前記ペイロード及び前記位相雑音を決定することと、
巡回冗長検査（ＣＲＣ）が受信される場合には、所定のＣＲＣ多項式に基づいて、前記決定されたペイロードにわたって前記ＣＲＣを実行し、前記位相雑音を再推定することと、
プリアンブル、前記ペイロード及び前記位相雑音を有し、その後、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせを介して送信された、復元されたパケットの寄与を前記受信信号から除去することと、
を行うように構成され、
前記受信信号は後続の反復の間に更新される、請求項１に記載の受信機。
【請求項９】
前記チャネル利得は、その反復時に復元された前記パケットの受信プリアンブルと、前記決定された周波数オフセット及び前記到来角を有する送信プリアンブルとの間の最小二乗当てはめ（ＬＳ）によって特定される、請求項７に記載の受信機。
【請求項１０】
前記プロセッサは、最新の反復までに復元された前記パケットに対応するチャネル利得を特定し、
それらのチャネル利得を伴うそれらのパケットの前記送信が前記受信信号を近似する、請求項７に記載の受信機。
【請求項１１】
前記プロセッサは、前記ペイロード及び前記位相雑音を決定する前に、前記決定された到来角及び予想される到来シナリオに基づいて、空間フィルターを適用し、前記受信信号をフィルタリングし、それにより、まだ復元されていない他のパケットからの干渉を低減する、請求項７に記載の受信機。
【請求項１２】
所定の巡回冗長検査（ＣＲＣ）多項式を用いて、決定されたペイロードビットにわたって適用される、ＣＲＣルーチンを更に備え、前記ＣＲＣルーチンは、検出されたペイロードビットに誤りがないか否かを判断し、誤りがない場合には、前記決定されたペイロードビットを、正しいパケットの前記ペイロードビットと確認する、請求項１に記載の受信機。
【請求項１３】
前記チャネル推定器によって、どの候補パケットが実際にパケットであるかを分類することと、
前記復号器によって、残りの候補パケットの前記周波数オフセット、前記時間オフセット、前記到来角及び前記チャネル利得によって規定されるような前記共通の通信媒体の推定値を用いて、前記ペイロードを個別に、又は同時に復号することと、
を更に含む、請求項１に記載の受信機。
【請求項１４】
共通の通信媒体を介して公称搬送波周波数上で非同期に送信される１組のパケットを復号する方法であって、
１組のアンテナを用いて前記共通の通信媒体を介して非同期に送信される前記１組のパケットを受信することと、
フロントエンドを用いて、前記共通の通信媒体において雑音で変更された前記１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を生成することであって、各パケットは、前記１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、前記１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含むことと、
プロセッサ及びメモリと通信するチャネル推定器によって、スパース復元を用いて、前記搬送波周波数からの各パケットの前記送信の周波数オフセット、共通の時点からの各パケットの前記送信の時間オフセット、及び各パケットの前記送信の到来角を特定し、前記共通の通信媒体内のチャネルを介しての各パケットの前記送信に対応するチャネル利得を推定することと、
前記プロセッサと通信する復号器によって、前記周波数オフセット、前記時間オフセット、前記到来角及び前記チャネル利得を用いて、前記１組のパケット内の前記パケットの前記ペイロードを復号することと、
を含む、方法。
【請求項１５】
前記チャネル推定器は、パケットごとに、前記周波数オフセット、前記時間オフセット、前記到来角、前記チャネル利得、位相雑音及び前記ペイロードを反復的に特定し、
反復ごとに、前記チャネル推定器は、
前記受信信号を前記スパース復元の辞書行列の各要素と相互相関させることであって、前記辞書行列の各要素は、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせに対応する原子であることと、
前記相互相関の最大の大きさに対応する、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記組み合わせを選択することと、
前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせの場合に前記チャネルを介して送信される前記パケットの前記ペイロード及び前記位相雑音を特定することと、
前記プリアンブル、前記ペイロード及び前記位相雑音を有し、その後、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせを介して送信される、復元されたパケットの寄与を前記受信信号から除去することと、
を行うように構成され、
前記受信信号は後続の反復の間に更新される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記スパース復元は、前記プリアンブルと、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせごとの単一のペイロードとの組み合わせで近似される辞書行列を使用する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記チャネル推定器は、パケットごとに、前記周波数オフセット、前記時間オフセット、前記到来角、前記チャネル利得、位相雑音及び前記ペイロードを反復的に特定し、
反復ごとに、前記チャネル推定器は、
前記受信信号と、前記辞書行列の各要素に対応する各パケットとの間の差の大きさを特定し、前記辞書行列の要素ごとの指標を取得することであって、前記辞書行列の各要素は、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせに対応する原子であることと、
前記指標の最大値に対応する、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記組み合わせを選択することと、
前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせの場合に前記チャネルを介して送信される前記パケットの前記ペイロード及び前記位相雑音を特定することと、
前記プリアンブル、前記ペイロード及び前記位相雑音を有し、その後、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせを介して送信される、復元されたパケットの寄与を前記受信信号から除去することと、
を行うように構成され、
前記受信信号は後続の反復の間に更新される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記プロセッサは、
前記プリアンブルと、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせごとの最も可能性が高いペイロードとの単一の組み合わせを決定し、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせごとに唯一の原子を有する辞書行列を生成することであって、各原子は、前記プリアンブルと、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の対応する組み合わせの場合に決定された前記ペイロードとを含み、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記対応する組み合わせを有するチャネルを介して送信されるパケットを表すことと、
前記辞書行列の１組の原子を規定する１組の非０の利得を特定することであって、前記対応する非０の利得を伴う前記１組の原子からの前記原子の送信が前記受信信号を近似することと、
を行うように構成され、
前記プロセッサは、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせごとの前記最も可能性が高いペイロードを決定するとともに、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記組み合わせに対応する前記パケットの位相雑音を同時に決定する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
方法を実行するためにコンピューターによって実行可能なプログラムを具現する非一時コンピューター可読記憶媒体であって、前記方法は、共通の通信媒体を介して公称搬送波周波数上で非同期に送信される１組のパケットを復号し、
１組のアンテナを用いて前記共通の通信媒体を介して非同期に送信される前記１組のパケットを受信することと、
プロセッサ及びメモリを含むチャネル推定器によって、スパース復元を用いて、前記搬送波周波数からの各パケットの前記送信の周波数オフセット、共通の時点からの各パケットの前記送信の時間オフセット、及び各パケットの前記送信の到来角を特定し、前記共通の通信媒体内のチャネルを介しての各パケットの前記送信に対応するチャネル利得を推定することと、
復号器によって、前記周波数オフセット、前記時間オフセット、前記到来角及び前記チャネル利得を用いて、前記１組のパケット内の前記パケットのペイロードを復号することと、
を含む、非一時コンピューター可読記憶媒体。
【請求項２０】
前記チャネル推定器は、パケットごとに、前記周波数オフセット、前記時間オフセット、前記到来角、前記チャネル利得、位相雑音及び前記ペイロードを反復的に特定し、
反復ごとに、前記チャネル推定器は、
受信信号を前記スパース復元の辞書行列の各要素と相互相関させることであって、前記辞書行列の各要素は、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の組み合わせに対応する原子であることと、
前記相互相関の最大の大きさに対応する、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記組み合わせを選択することと、
前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせの場合に前記チャネルを介して送信される前記パケットの前記ペイロード及び前記位相雑音を特定することと、
巡回冗長検査（ＣＲＣ）が受信される場合には、所定のＣＲＣ多項式に基づいて、前記特定されたペイロードにわたって前記ＣＲＣを実行し、その後、前記位相雑音を再推定することと、
プリアンブル、前記ペイロード及び前記位相雑音を有し、その後、前記周波数オフセット、前記時間オフセット及び前記到来角の前記選択された組み合わせを介して送信される、復元されたパケットの寄与を前記受信信号から除去することと、
を行うように構成され、
前記受信信号は後続の反復の間に更新される、請求項１９に記載の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、通信システムのための方法及びシステムに関し、より詳細には、マルチユーザー通信システムにおいて非同期に送信されたパケットを復号するパケット衝突検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
共有通信媒体を用いる通信システムは、或る特定の状況において、２つ以上のユーザーが同時に情報を送信することを可能にすることができる。例えば、無線受信機が、異なるユーザー／端末によって非同期に送信される複数のパケットを受信する。受信機は複数のアンテナを含む。パケットはランダムな相対遅延を有し、その信号は、発振器が不完全であること、及びドップラーに起因して周波数がオフセットされる。さらに、各送信信号も、発振器が不完全であることに起因して位相雑音を受ける。パケットは、全てのパケットに関して既知であり、かつ同じであるプリアンブルと、情報シンボルを含むペイロードとからなる。
【０００３】
これらの非同期送信により、指定された受信機への到達時に複数の送信パケットが重複する可能性があり、これにより、パケット衝突が生じる。受信機において、そのような重複する送信を合成してコンポジット信号を形成する。衝突が生じると、複数の送信が互いに干渉し、これらの送信における情報の一部又は全ての受信が阻止される可能性がある。
【０００４】
衝突からの復元は、ユーザーによる情報の再送信を必要とする。不都合なことに、衝突確率が高まると、予期される再送信数も増大する。再送信数が過大になる場合、情報の転送に関連付けられたレイテンシが増大し、通信容量が浪費される。
【０００５】
浪費される容量を低減するために、多くの通信システムが自身のパラメーターを調整して性能を最適化することができる。例えば、或る特定のＴＤＭＡシステムは、多くの場合、毎秒衝突数で測定される衝突率を許容可能範囲内に保つために、割り当てられる競合タイムスロット数を動的に調整することができる。
【０００６】
このため、衝突率を効果的に制御するために、通信システムは、衝突を正確に検出する必要がある。従来の衝突検出技法は、高い正確度を提供しない。例えば、１つのそのような技法は、受信信号電力のみに基づいて衝突を検出する。この技法によれば、衝突は、１つ以上の電力測定値が或る特定のレベルを超えたときに検出される。
【０００７】
この電力ベースの技法は、不利なことに、全ての信号が同じ電力を有すると仮定し、受信信号における電力の急上昇を検出することにより衝突を検出する。しかしながら、通常の送信電力変動、及び異なるパケットが送信される異なるチャネルの利得が、そのような衝突検出プロセスに悪影響を与える場合がある。加えて、２つ以上の衝突信号間の周波数オフセットにより、結果として観測窓内の電力レベルの増大を有しない合成信号が生じる可能性があり、それにより、衝突が発生する時点の不正確な推定値がもたらされる。最終的に、電力に基づく技法は、かなりの数の衝突の検出に失敗する可能性があり、この失敗により衝突率の過大評価又は過小評価が生じ、非効率的な競合スロット配分決定につながる。
【０００８】
従来、パケット衝突問題は、通信システムに強制的にパケット衝突を回避させることによって対処されてきた。要するに、衝突が検出された場合には、それらの端末は或る時間だけ送信するのを見送らざるを得なくなり、その後、端末のうちの１つがリソースを取得し、自らのパケットを再送することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、衝突回避方式のためのこれら従来の機構は、レイテンシ、及び全体的なシステム容量低下を被る。レイテンシは、端末が送信するのを見送らざるを得なくなり、或る特定の時間後にパケットを再送することから生じる。容量低下は、チャネルリソースを最適に使用しないことによって引き起こされる。さらに、衝突回避機構は、プロトコルスタックのＭＡＣ層及びネットワーク層の中に埋め込まれ、それもレイテンシ及び容量低下の一因になる。
【００１０】
したがって、周波数オフセット、タイミングオフセット及び到来角の存在下で衝突を判断し、共通の通信媒体内のチャネルを介して各パケットを送信することに対応するチャネル利得を推定するシステム及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の実施形態は、通信システムに対するシステム及び方法に関し、より詳細には、マルチユーザー通信システムにおいて非同期に送信されたパケットを復号するパケット衝突検出に関する。
【００１２】
詳細には、本開示は、衝突するパケットの数を検出し、そのパラメーター（位相雑音、到来角、相対遅延、周波数オフセット、チャネルタップ係数）を推定し、その情報シンボルを抽出する方法に関する問題に対処する。この問題を解決するために実験をしている間に、本発明では、これまで異なるユーザーによって送出されるパケット間の衝突の可能性を下げることを目的としていた、マルチユーザーシステムのビルトインチャネルアクセス機構に関する従来の構成を検討した。しかしながら、これらのタイプのビルトインチャネルアクセス機構はレイテンシにとって極めて重大であることがわかったので、これらのタイプの設計上の選択（複数の場合もある）は検討しなかった。
【００１３】
この問題を解決する過程を通して、本発明の目的の１つとして、異なるユーザーによって送出される衝突パケットを受信機側において分離し、そのビットを検出する方法を含む必要があることがわかった。パケット分離を助長するために、各パケットがあらかじめ既知である共通のプリアンブルからなり、一方、情報ビットがパケットペイロード内に含まれることを理解した。したがって、ランダムアクセス機構と同時に機能し、ランダムアクセス機構が衝突を防ぐことができないときにパケットを分離するパケット分離方法を設計することが望ましい。それを超えて、ランダムアクセス機構が、レイテンシを最重視するパケットに送信を許可することができ、何らかの他のパケットと衝突する場合には、本発明のパケット分離アルゴリズムにパケットの分離を委ねることができる。
【００１４】
衝突したパケットを分離するために、本発明のシステム及び方法が或る特定の条件を含むべきであることが更にわかった。例えば、第１の条件は、ユーザーがパケットを非同期に送信し、それゆえ、パケットが非０の相対遅延を有する可能性が非常に高いことを含む。
【００１５】
第２の条件は、送信機の一部である発振器が不完全であり、ランダムな周波数オフセットを引き起こし、それにより、２つのパケットが異なる周波数オフセットを有する可能性が非常に高いことである。特に、共有通信媒体を通じて送信されるパケットが、通常、クロックの不完全性、及び／又は送信機と受信機との間の相対的な動きに起因して、異なる相対時間オフセットを有し、異なる周波数オフセットを呈する。これらの周波数オフセット及び時間オフセットが既知である場合、衝突パケットは、通常、復号することができる。しかしながら、時間−周波数オフセットのかなりの数の異なる組み合わせが存在する。そのような方式で、周波数オフセット及び時間オフセットの予測不可能性の不利な点を、異なる周波数オフセット及び時間オフセットに基づいて衝突パケットを分離することができ、ひいては復号することができるという有利な知識に変えることができる。さらに、時間−周波数オフセットと、わずか１０個の同時に送信されるパケットとの異なる組み合わせが何万通りにもなる可能性がある。そのため、送信パケットの時間オフセット及び周波数オフセットの組み合わせを或るタイプの復元問題と判断する問題を検討した。ただし、復元の各原子は、時間オフセット、周波数オフセット及び間接的にペイロードシンボルを符号化する。
【００１６】
第３の条件は、最も重要であり、受信機が複数のアンテナを有するとき、パケット分離及び干渉の空間フィルタリングのために、到来角（ＡｏＡ：angle-of-arrival）領域も使用できることが更にわかった。具体的には、ユーザーは異なる角度で受信機を視認し、異なるユーザーから生じる信号が、異なる到来角（ＡｏＡ）を有するようになる。探索領域は、その際、３つの軸、すなわち、遅延、周波数オフセット及び到来角を有する３次元である。２つのパケットにおいて、それら３つのパラメーターのうちの２つのパラメーターが同じである場合であっても、残りのパラメーターが同じになる可能性は極めて低い。
【００１７】
単一のアンテナを使用するのとは対照的に、本発明のシステム及び方法は受信機側において複数のアンテナを有し、それにより、遅延及び周波数オフセットに加えて、更なる自由度を与えるだけでなく、空間フィルタリングの機会も与える。すなわち、遅延−周波数オフセット−到来角領域においてパケットの位置を特定すると、本発明の方法は、空間フィルタリング、すなわち、ビームフォーミングを適用し、検討対象のパケットの到来方向以外の全ての方向から到来する信号を拒否する。本発明では、許容可能なビット検出性能を達成する際に、それは不可欠であると考える。
【００１８】
しかしながら、パケット分離方法の限界内で複数のアンテナを実現することが、考えていたほど簡単ではないことを直ちに理解した。最初に、受信機上で複数のアンテナを利用することによって、パケット分離及びビット検出性能が改善されることにつながるはずであると予想した。しかし、これが当てはまらなったので、最初にアンテナごとに１つのプロセッサを使用するのを試したが、理解が進むにつれて後に却下された。
【００１９】
通信システムパラメーター及び電波伝搬に関連する或る特定の要件／条件が満たされる場合には、はるかに有利な方法において受信機上で複数のアンテナを利用することができ、その場合、それらのアンテナはフェーズドアレイを形成することがわかった。具体的には、受信機上の複数のアンテナがフェーズドアレイとして挙動することは、電波の或る到来角（ＡｏＡ）がアレイに突き当たるという概念を意味する。すなわち、到来角が、アンテナアレイに突き当たり、パケットを搬送する各（近似的に）平面波に関連付けられる。それゆえ、時間オフセット及び周波数オフセットに加えて、各パケットは、自らの到来角によっても特徴付けられる。ＡｏＡの概念は２つの要件下でのみ可能であることを強調しておく。そうでない場合には、ＡｏＡは規定できない。
【００２０】
第３の条件のＡｏＡの概念に関する第１の要件は、相対的に短い時間間隔内でアレイにわたって受信される信号のサンプルが同じシグナリング間隔に対応するという要件から生じる。この条件は、結果として、サンプリング期間（２つの連続した信号サンプル間の持続時間）がアンテナアレイにわたる到来波の最大伝搬時間よりかるかに長いという要件になる。
【００２１】
第３の条件のＡｏＡの概念に関する第２の要件は、アンテナアレイ上で受信される電波が平面波に類似していることである。これは、送信元とアンテナアレイ（すなわち、受信機）との間の距離がアンテナアレイサイズに比べて長いときに生じる。直観的に、それは、点源から放射される球面波の波面がアンテナアレイにおいて平面波の波面のように見えることを意味する。
【００２２】
また、衝突したパケットを分離するために、本発明のシステム及び方法は、位相雑音、すなわち、波形の位相における急速で短期のランダムな変動を考慮する必要があることもわかった。例えば、送信機及び受信機の両方における通信システム内のクロック及び発振器は、著しい量の搬送波位相雑音を引き起こす。位相雑音が推定されず、適切に補償されない場合には、これにより、著しい性能劣化が生じる。さらに、補償されない位相雑音は、送信機と受信機との間の通信リンクの完全な障害を引き起こす場合もある。
【００２３】
具体的には、本発明において解決しようとしているパケット分離問題において、補償されない位相雑音の影響が、とりわけ、総合性能により有害な影響を及ぼす可能性がある。すなわち、パケット分離アルゴリズムの従来の構成は、或る特定の量の位相雑音を更なる周波数オフセットとして取り扱うので、結果として、それが周波数オフセットの誤った推定につながる。さらに、１つのパケットに対応する位相雑音が「漏れ」、何らかの他のパケットに対応する更なる周波数オフセットとして取り扱われる場合があり、それが他のパケットの誤った周波数オフセット推定につながる。それらは全て、結局は性能劣化につながる。
【００２４】
本発明は、位相雑音を考慮することなく、スパース復元を実行することによって、補償されない位相雑音の影響を解消する。そうでない場合には、探索空間が法外に大きくなる。しかしながら、本発明は、受信信号において検出されたパケット伝送を分離する際に位相雑音を考慮する。言い換えると、時間オフセット、周波数オフセット及び到来角の３値組ごとに最も可能性が高いペイロードシンボルを推定することによって、位相雑音がスパース復元に間接的に組み込まれる。最も可能性が高いペイロードシンボルを見つけることは、位相雑音を推定することと同時に行われることを指摘しておく。すなわち、時間オフセット、周波数オフセット及び到来角の所与の３値組に関して、位相雑音が、利用される変調フォーマットに応じて、（１）ペイロードシンボルと同時に推定されるか、又は（２）推定及び補償された後に、最も可能性が高いペイロードシンボルが検出される。したがって、実効的には、辞書行列内の各列が、位相雑音についての情報を間接的に組み込む。
【００２５】
受信（残余）信号から、復元されたパケットの寄与が除去され、結果として生じた信号が、後続の反復のためにフィードバックされる。その際に、受信信号全体内の復元されたパケットの寄与が計算される。復元されたパケットに対応する推定位相雑音はこの計算に直接組み込まれることを指摘しておく。そうでない場合には、受信信号内の復元されたパケットの計算された寄与は誤っていることになり、次回以降の反復におけるパケット復元は、パラメーター、及び衝突パケットのシンボルの完全に誤った推定につながる。
【００２６】
非限定的な例によれば、本開示は、プロセッサ及びメモリと通信し、共通の通信媒体を介して公称搬送波周波数を用いて非同期に送信される１組のパケットを復号する受信機を用いて実現することができる。最初に、開始ステップは、１組のアンテナを経由して共通の通信媒体を介して非同期に送信される１組のパケットを受信することを含む。次のステップは、共通の通信媒体において雑音で変更された１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を、フロントエンドを介して生成することを含むことができる。各パケットは、１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含む。次のステップは、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角を含む３つの軸によって規定される３次元探索領域内でスパース復元を実行することができ、共通の通信媒体内のチャネルを介しての各パケットの送信に対応するチャネル利得を推定することができるチャネル推定器を使用することを含むことができる。最後に、復号器を用いて、周波数オフセット、時間オフセット、到来角及びチャネル利得を用いて１組のパケット内のパケットのペイロードを復号するステップ。
【００２７】
本開示の一実施形態によれば、プロセッサ及びメモリと通信し、共通の通信媒体を介して公称搬送波周波数を用いて非同期に送信される１組のパケットを復号する受信機。受信機は、共通の通信媒体を介して非同期に送信される１組のパケットを受信するために１組のアンテナを含む。共通の通信媒体において雑音で変更された１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を生成するフロントエンド。各パケットは、１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含む。プロセッサと通信するチャネル推定器が、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角を含む３つの軸によって規定される３次元探索領域内でスパース復元を実行し、共通の通信媒体内のチャネルを介しての各パケットの送信に対応するチャネル利得を推定する。最後に、プロセッサと通信し、周波数オフセット、時間オフセット、到来角及びチャネル利得を用いて、１組のパケット内のパケットのペイロードを復号する復号器。
【００２８】
本開示の一実施形態によれば、共通の通信媒体を介して公称搬送波周波数上で非同期に送信される１組のパケットを復号する方法。その方法は、１組のアンテナを用いて共通の通信媒体を介して非同期に送信される１組のパケットを受信することを含む。共通の通信媒体において雑音で変更された１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を生成するフロントエンドを使用すること。各パケットは、１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含む。プロセッサ及びメモリと通信するチャネル推定器によって、スパース復元を用いて、搬送波周波数からの各パケットの送信の周波数オフセット、共通の時点からの各パケットの送信の時間オフセット、各パケットの送信の到来角を特定し、共通の通信媒体内のチャネルを介しての各パケットの送信に対応するチャネル利得を推定すること。復号器によって、周波数オフセット、時間オフセット、到来角及びチャネル利得を用いて、１組のパケット内のパケットのペイロードを復号すること。
【００２９】
本開示の一実施形態によれば、方法を実行するためにコンピューターによって実行可能なプログラムを具現する非一時的コンピューター可読記憶媒体であって、その方法は、共通の通信媒体を介して公称搬送波周波数上で非同期に送信される１組のパケットを復号するためのものである。その方法は、１組のアンテナを用いて共通の通信媒体を介して非同期に送信される１組のパケットを受信することを含む。共通の通信媒体において雑音で変更された１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を生成するフロントエンドを使用すること。各パケットは、１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含む。コンピューターと通信するチャネル推定器によって、スパース復元を用いて、搬送波周波数からの各パケットの送信の周波数オフセット、共通の時点からの各パケットの送信の時間オフセット、各パケットの送信の到来角を特定し、共通の通信媒体内のチャネルを介しての各パケットの送信に対応するチャネル利得を推定すること。最後に、コンピューターと通信する復号器によって、周波数オフセット、時間オフセット、到来角及びチャネル利得を用いて、１組のパケット内のパケットのペイロードを復号すること。
【００３０】
更なる特徴及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面とともに取り入れると、この詳細な説明からより容易に明らかになる。
【００３１】
ここに開示されている実施形態は、添付図面を参照して更に説明される。示されている図面は、必ずしも一律の縮尺というわけではなく、その代わり、一般的に、ここに開示されている実施形態の原理を示すことに強調が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】本開示の一実施形態による、無線通信システムのフロー図である。
【図１Ｂ】本開示の一実施形態による、図１Ａの無線通信システムコンポーネントを示す概略図である。
【図１Ｃ】本開示の実施形態による、図１Ｂの複数の通信デバイス及び図１Ａの方法からの例示的な伝送の図である。
【図１Ｄ】本開示の実施形態による、到来モデルの態様を示す概略図である。
【図１Ｅ】本開示の実施形態による、ＡｏＡの概念に関する第２の要件を示す概略図である。
【図１Ｆ】本開示の実施形態による、図１Ｄのユーザー送信パケットのパケット構造を含む、到来モデルの態様を示す概略図である。
【図２】本開示の実施形態による、受信信号のための生成モデルの概略図である。
【図３】本開示の実施形態による、処理の概要のブロック図である。
【図４Ａ】本開示の実施形態による、第１の反復における受信信号（全ての他の反復における残余信号）が、その反復の開始時に、整合フィルターバンクを通して処理されることを示す概略図である。
【図４Ｂ】本開示の実施形態による、第１の反復における受信信号（全ての他の反復における残余信号）が、その反復の開始時に、整合フィルターバンクを通して処理されることを示す概略図である。
【図５Ａ】本開示の実施形態による、グリッド探索の態様を示す概略図である。
【図５Ｂ】本開示の実施形態による、グリッド探索の態様を示すブロック図／フローチャートである。
【図５Ｃ】本開示の実施形態による、グリッド探索の態様を示す概略図である。
【図５Ｄ】本開示の実施形態による、グリッド探索の態様を示す概略図である。
【図５Ｅ】本開示の実施形態による、グリッド探索の態様を示す概略図である。
【図６】本開示の実施形態による、搬送波位相推定、ペイロード検出及びチャネル推定を示すブロック図である。
【図７Ａ】本開示の実施形態による、残余信号及び反復、並びに残余更新の態様を示すブロック図である。
【図７Ｂ】本開示の実施形態による、残余信号及び反復、並びに残余更新の態様を示すブロック図である。
【図８】本開示の実施形態による、代替のコンピューター又はプロセッサを用いて実施することができる図１Ａの方法を示すブロック図である。
【図９】本開示の実施形態による、一実施形態の擬似コードの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
上記で明らかにされた図面は、ここに開示されている実施形態を記載しているが、この論述において言及されるように、他の実施形態も意図されている。この開示は、限定ではなく代表例として例示の実施形態を提示している。ここに開示されている実施形態の原理の範囲及び趣旨に含まれる非常に多くの他の変更及び実施形態を当業者は考案することができる。
【００３４】
以下の説明は、例示的な実施形態のみを提供し、本開示の範囲も、適用範囲も、構成も限定することを意図していない。そうではなく、例示的な実施形態の以下の説明は１つ以上の例示的な実施形態を実施することを可能にする説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に明記されているような開示された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置に行うことができる様々な変更が意図されている。以下の説明では、実施形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施形態を実施することができることを理解することができる。例えば、開示された主題におけるシステム、プロセス、及び他の要素は、実施形態を不必要な詳細で不明瞭にしないように、ブロック図形式のコンポーネントとして示される場合がある。それ以外の場合において、よく知られたプロセス、構造、及び技法は、実施形態を不明瞭にしないように不必要な詳細なしで示される場合がある。さらに、様々な図面における同様の参照符号及び名称は、同様の要素を示す。
【００３５】
また、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明される場合がある。フローチャートは、動作を逐次的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、これらの動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了することができるが、論述されない又は図に含まれない追加のステップを有する場合がある。さらに、特に説明される任意のプロセスにおける全ての動作が全ての実施形態において行われ得るとは限らない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その関数の終了は、呼び出し側関数又はメイン関数へのその機能の復帰に対応することができる。
【００３６】
さらに、開示された主題の実施形態は、少なくとも一部は手動又は自動のいずれかで実施することができる。手動実施又は自動実施は、マシン、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、又はそれらの任意の組み合わせを用いて実行することもできるし、少なくとも援助することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア又はマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを実行するプログラムコード又はプログラムコードセグメントは、マシン可読媒体に記憶することができる。プロセッサ（複数の場合もある）が、それらの必要なタスクを実行することができる。
【００３７】
概説
本開示の実施形態は、マルチユーザー通信システムにおいて非同期に送信されるパケットを復号するパケット衝突検出に関する。詳細には、本開示は、衝突するパケットの数を検出し、そのパラメーター（到来角、相対遅延、周波数オフセット、チャネルタップ係数及び位相雑音）を推定し、その情報シンボルを抽出する方法に関する問題に対処する。
【００３８】
本開示は、プロセッサ及びメモリと通信し、共通の通信媒体を介して公称搬送波周波数を用いて非同期に送信される１組のパケットを復号する受信機１１４を含む。受信機は、共通の通信媒体を介して非同期に送信される１組のパケットを受信するために１組のアンテナを含む。共通の通信媒体において雑音で変更された１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を生成するフロントエンド。各パケットは、１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含む。プロセッサと通信するチャネル推定器が、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角を含む３つの軸によって規定される３次元探索領域内でスパース復元を実行し、共通の通信媒体内のチャネルを介しての各パケットの送信に対応するチャネル利得を推定する。最後に、プロセッサと通信し、周波数オフセット、時間オフセット、到来角及びチャネル利得を用いて、１組のパケット内のパケットのペイロードを復号する復号器。
【００３９】
この問題を解決する間に、本発明の目的の１つとして、異なるユーザーによって送出される衝突パケットを受信機側において分離し、そのビットを検出する方法を含む必要があることがわかった。パケット分離を助長するために、各パケットがあらかじめ既知である共通のプリアンブルからなり、一方、情報ビットがパケットペイロード内に含まれることを理解した。したがって、ランダムアクセス機構と同時に機能し、ランダムアクセス機構が衝突を防ぐことができないときにパケットを分離するパケット分離方法を設計した。それを超えて、ランダムアクセス機構が、レイテンシを最重視するパケットに送信を許可することができ、何らかの他のパケットと衝突する場合には、本発明のパケット分離アルゴリズムにパケットの分離を委ねることができる。
【００４０】
衝突したパケットを分離するために、本発明のシステム及び方法が或る特定の条件を含むべきであることが更にわかった。例えば、第１の条件は、ユーザーがパケットを非同期に送信し、それゆえ、パケットが非０の相対遅延を有する可能性が非常に高いことである。
【００４１】
第２の条件は、送信機の一部である発振器が不完全であり、ランダムな周波数オフセットを引き起こし、それにより、２つのパケットが異なる周波数オフセットを有する可能性が非常に高いことである。特に、共有通信媒体を通じて送信されるパケットが、通常、クロックの不完全性、及び／又は送信機と受信機との間の相対的な動きに起因して、異なる相対時間オフセットを有し、異なる周波数オフセットを呈する。これらの周波数オフセット及び時間オフセットが既知である場合、衝突パケットは、通常、復号することができる。しかしながら、時間−周波数オフセットのかなりの数の異なる組み合わせが存在する。そのような方式で、周波数オフセット及び時間オフセットの予測不可能性の不利な点を、異なる周波数オフセット及び時間オフセットに基づいて衝突パケットを分離することができ、ひいては復号することができるという有利な知識に変えることができる。さらに、時間−周波数オフセットと、わずか１０個の同時に送信されるパケットとの異なる組み合わせが何万通りにもなる可能性がある。そのため、送信パケットの時間オフセット及び周波数オフセットの組み合わせを或るタイプの復元問題と判断する問題を検討した。ただし、復元の各原子は、時間オフセット、周波数オフセット及び間接的にペイロードシンボルを符号化する。
【００４２】
第３の条件は、最も重要であり、とりわけ、受信機が複数のアンテナを有するとき、パケット分離及び干渉の空間フィルタリングのために、到来角（ＡｏＡ）領域も使用できることが更にわかった。具体的には、ユーザーは異なる角度で受信機を視認し、異なるユーザーから生じる信号が、異なる到来角（ＡｏＡ）を有するようになる。探索領域は、その際、３つの軸、すなわち、遅延、周波数オフセット及び到来角を有する３次元である。２つのパケットにおいて、それら３つのパラメーターのうちの２つのパラメーターが同じである場合であっても、残りのパラメーターが同じになる可能性は極めて低い。
【００４３】
単一のアンテナを使用するのとは対照的に、本発明のシステム及び方法は受信機側において複数のアンテナを有し、それにより、遅延及び周波数オフセットに加えて、更なる自由度を与えるだけでなく、空間フィルタリングの機会も与える。すなわち、遅延−周波数オフセット−到来角領域においてパケットの位置を特定すると、本発明の方法は、空間フィルタリング、すなわち、ビームフォーミングを適用し、検討対象のパケットの到来方向以外の全ての方向から到来する信号を拒否する。本発明では、許容可能なビット検出性能を達成する際に、それは不可欠であると考える。
【００４４】
しかしながら、パケット分離方法の限界内で複数のアンテナを実現することが、考えていたほど簡単ではないことを直ちに発見した。最初に、受信機上で複数のアンテナを利用することによって、パケット分離及びビット検出性能が改善されることにつながるはずであると予想した。しかし、これが当てはまらなったので、最初にアンテナごとに１つのプロセッサを使用するのを試したが、理解が進むにつれて後に却下された。
【００４５】
通信システムパラメーター及び電波伝搬に関連する或る特定の要件／条件が満たされる場合には、はるかに有利な方法において受信機上で複数のアンテナを利用することができ、その場合、それらのアンテナはフェーズドアンテナを形成することがわかった。具体的には、受信機上の複数のアンテナがフェーズドアレイとして挙動することは、電波の或る到来角（ＡｏＡ）がアレイに突き当たるという概念を意味する。すなわち、到来角が、アンテナアレイに突き当たり、パケットを搬送する各（近似的に）平面波に関連付けられる。それゆえ、時間オフセット及び周波数オフセットに加えて、各パケットは、自らの到来角によっても特徴付けられる。ＡｏＡの概念は２つの要件下でのみ可能であることを強調しておく。そうでない場合には、ＡｏＡは規定できない。
【００４６】
図１Ａは、本開示による方法の一実施形態であり、その方法は、プロセッサ及びメモリと通信する受信機が、共通の通信媒体を介して公称搬送波周波数を用いて非同期に送信される１組のパケットを復号する方法である。最初に、開始ステップ１０３ａが、１組のアンテナによって、共通の通信媒体を介して非同期に送信される１組のパケットを受信することを含む。次のステップ１０４ａが、共通の通信媒体において雑音で変更された１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を、フロントエンドを介して生成することを含むことができる。各パケットは、１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含む。次のステップが、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角を含む３つの軸によって規定される３次元探索領域内でスパース復元を実行し、共通の通信媒体内のチャネルを介しての各パケットの送信に対応するチャネル利得を推定することができるチャネル推定器１０６ａを使用することを含む。最後に、復号器を用いて、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角並びにチャネル利得を用いて１組のパケット内のパケットのペイロードを復号するステップ１０７ａ。
【００４７】
図１Ｂは、図１Ａの無線通信システムコンポーネントを示す概略図であり、送信機１０１ａが、アンテナ１０２ａ（単一のアンテナ又はホーンアンテナ又はフェーズドアレイアンテナ）を介してメッセージを搬送する波形を送信する。１組のアンテナ１０３ａがメッセージを受信し、フロントエンド１０４ａが受信信号を生成し、受信信号は共通の通信媒体において雑音で変更された１組のパケットの組み合わせを含む。各パケットは、１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含む。生成された受信信号１０５ａは、本発明のパケット分離方法を実施するプロセッサ１１０ａを通して処理される。パケット分離方法は、上位レベルにおいて、全ての衝突パケットの遅延、周波数オフセット、到来角、位相雑音変動及びチャネル利得を推定する（１０８ａ）チャネル推定器１０６ａと、全ての衝突パケットのペイロードシンボル／ビットを検出する（１０９ａ）ペイロード検出器１０７ａとからなる。
【００４８】
図１Ｃは、本開示の実施形態による、図１Ｂの複数の通信デバイス及び図１Ａの方法からの例示的な伝送である。具体的には、図１Ｃは、無線通信システム１００の概略図であり、その無線通信システムは、共通の通信媒体１２４を介して、何らかの搬送波周波数を用いて、第２の通信デバイス１２２と通信することができる少なくとも１つの第１の通信デバイス１２０を含む。通信媒体１２４は、複数の通信デバイス間で同時に通信するのに適した任意のタイプの無線チャネルを含むことができる。この例において、受信側通信デバイス１２２は、セルラー通信システム内の基地局、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）内のアクセスポイント、車両対インフラストラクチャ（Ｖ２Ｉ）通信システム内の路側機（ＲＳＵ）等の一部とすることができる。送信側通信デバイスは、モバイルフォン、スマートフォン及び移動車両の通信システムの一部とすることができる。
【００４９】
図１Ｃを更に参照すると、送信側デバイス１２０は送信機１０８及びアンテナ１２１を有し、通信媒体１２４を介して単一のデータストリームが送信され、アンテナ１２５を介して受信側デバイス１２２によって受信される。本開示の範囲はこの観点に限定されていないが、アンテナ１２１及び／又は１２５のための様々な実施形態によって用いられるアンテナのタイプは、限定ではないが、内部アンテナ、ダイポールアンテナ、全方向アンテナ、モノポールアンテナ、エンドフェッドアンテナ、円偏波アンテナ、マイクロストリップアンテナ、ダイバーシティアンテナ等を含む。
【００５０】
図１Ｄは、本開示の実施形態による、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃの態様からなる到来モデルを示す概略図である。到来モデルは、後に更に詳細に開示される。図１Ｄは、それぞれのチャネル１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、１１４ｂを介して、Ｍ個のアンテナを利用する受信機１２０ｂに信号を送信するＫ個の異なるユーザー１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂを有するシナリオを示す。
【００５１】
各送信は、通信媒体１２４内で実行されるが、異なる送信パラメーターに従って実行される。それらの送信パラメーターは、共通の通信媒体１２４内に異なるチャネル１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ及び１１４ｂを形成する。送信パラメーターの例は、時間オフセット、周波数オフセット、ＡｏＡ及びチャネル利得を含む。
【００５２】
図１Ｃ及び図１Ｄを参照すると、通信デバイス、例えば、デバイス１２０及び／又は図１Ｄのデバイス１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ及び１０４ｂは、それぞれ、アンテナ１２１（図１Ｃ）を介してパケットを送信する送信機１０８（図１Ｃ）を備える。図１Ｃは、通信デバイス１２２が、アンテナ１２５を介して、通信媒体１２４を通じて信号を受信する受信機１１４を備えることを示す。受信信号は、図１Ｄのデバイス１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ及び１０４ｂによって非同期で送信され、通信媒体１２４の雑音により変更される、パケットの組の組み合わせを含む。
【００５３】
いくつかの実施形態では、図１Ｃの受信機１１４は、フロントエンド１１６及び／又は変換器１１８を備える。フロントエンド１１６は、アンテナ１２５から受信した時間領域信号を、変換器１１８に適したフォーマットの時間領域信号にコンバートする任意の適切なフロントエンドモジュールを含むことができる。変換器１１８は、信号を、復号器１２０又はチャネル推定器１２６に適した複数の異なるタイプの信号に変換することができる。例えば、フロントエンド１１６は、受信信号を、更なる処理及び復号に適した１組のサンプルにコンバートすることができる。
【００５４】
受信機は、共通の通信媒体において雑音で変更された１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を生成するフロントエンドを備え、各パケットは、１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含み、チャネル推定器は、公称搬送波周波数からの各パケットの送信の周波数オフセット、共通の時点からの各パケットの送信の時間オフセット、各パケットの送信の到来角、及びチャネル利得を特定することに留意されたい。
【００５５】
図１Ｃを更に参照すると、受信機１１４は、プロセッサ１１０ｂ及びメモリを含むことができ、パケットの送信パラメーターを特定するチャネル推定器１２６を含む。例えば、プロセッサは、搬送波周波数からのパケットの送信の周波数オフセット１２５と、共通の時点からのパケットの送信の時間オフセット１２６と、各パケットの送信に対応するチャネル利得１２７と、各パケットの送信に対応する到来角１２８と、各パケットの送信に対応する位相雑音１２９とを特定するように構成される。
【００５６】
さらに、受信機１１４は、送信パラメーターを用いて受信信号を復号し、パケットを表す信号を生成する復号器１２０も備えることができる。
【００５７】
上記で言及されたように、通信システムパラメーター及び電波伝搬に関連する或る特定の要件／条件が満たされる場合には、はるかに有利な方法において受信機上で複数のアンテナを利用することができ、その場合、それらのアンテナはフェーズドアレイを形成することがわかった。具体的には、受信機上の複数のアンテナがフェーズドアレイとして挙動することは、電波の或る到来角（ＡｏＡ）がアレイに突き当たるという概念を意味する。すなわち、到来角が、アンテナアレイに突き当たり、パケットを搬送する各（近似的に）平面波に関連付けられる。それゆえ、時間オフセット及び周波数オフセットに加えて、各パケットは、自らの到来角によっても特徴付けられる。ＡｏＡの概念は２つの要件下でのみ可能であることを強調しておく。そうでない場合には、ＡｏＡは規定できない。
【００５８】
第３の条件のＡｏＡの概念に関する第１の要件は、相対的に短い時間間隔内でアレイにわたって受信される信号のサンプルが同じシグナリング間隔に対応するという要件から生じる。この条件は、結果として、サンプリング期間（２つの連続した信号サンプル間の持続時間）がアンテナアレイにわたる到来波の最大伝搬時間よりかるかに長いという要件になる。具体的には、受信機が、アンテナ間間隔ｄを有する、垂直ラインアレイに配置されるＮ個のアンテナを利用すると仮定する。環境内の電磁伝搬の速さをｃで表すとき、波がアレイ端から到来するときに到来波の最大伝搬時間が達成され、それは、
【数１】
0006781502.tif 000002
によって与えられる。
【００５９】
アンテナ間分離ｄ＝λ／２を仮定する（それは多くの場合に、空間サンプリングに関するナイキスト条件が満たされるような場合である）。ただし、λは伝搬する波の波長であり、最大伝搬時間は、
【数２】
0006781502.tif 000003
になり、ただし、ｆｃは搬送波周波数であり、関係λ＝ｃ／ｆｃを使用した。
【００６０】
一方、シグナリング時間をＴｓで、オーバーサンプリング比をＮｓで、帯域幅をＢで表すと、サンプリング期間は
【数３】
0006781502.tif 000004
によって与えられる。
【００６１】
結局、Ｔｍａｘ＜＜τという要件は、上記の式を用いて以下のように簡潔に表される。
【数４】
0006781502.tif 000005
【００６２】
例えば、半波長だけ間隔を置いて配置される８個のアンテナを備え、１５０ＭＨｚの搬送波周波数において動作し、２５ｋＨｚの信号帯域幅及び４のオーバーサンプリング比を有するシステムでは、上記条件は０．００２３＜＜１と求められ、その条件が厳密に当てはまる。
【００６３】
図１Ｅは、本開示の実施形態による、ＡｏＡの概念に関する第２の要件を示す概略図である。具体的には、ＡｏＡの概念に関する第２の要件は、アンテナアレイ上で受信される電波が平面波に類似していることである。これは、送信元１０２ｃとアンテナアレイ（すなわち、受信機）１０３ｃとの間の距離１０１ｃがアンテナアレイサイズ１０４ｃに比べて大きいときに生じる。直観的に、それは、点源から放射される球面波の波面１０５ｃが、アンテナアレイにおいて平面波の波面のように見えることを意味する。
【００６４】
具体的には、送信元（送信機）とアンテナアレイ（受信機）との間の距離をＤで表すとき、
【数５】
0006781502.tif 000006
が要求される。
【００６５】
例えば、８個のアンテナが垂直ラインアレイに配置され、１５０ＭＨｚの搬送波周波数において動作するシステムにおいて、上記の式を用いて、アンテナ間分離が半波長であると仮定すると、Ｄ＞＞７ｍが得られ、それは、例えば、車両対インフラストラクチャ（Ｖ２Ｉ）通信においてかなり現実的である。
【００６６】
更に別のシナリオにおいて、車両上に取り付けられる送信機アンテナ１１１ｃが電波を放射し、その電波は、屋根の金属面１１２ｃから反射されると、合成されて１つの平面波１１３ｃになり、その平面波が路側機（ＲＳＵ）１１４ｃのアンテナアレイに突き当たる。
【００６７】
受信機アンテナが垂直ラインアレイに配置されると仮定して、上記条件が導出されるが、任意の他のアンテナ構成（例えば、長方形アレイ等）の場合にも同じ手順が当てはまる。
【００６８】
上記で言及された条件下で、受信機上の複数のアンテナはフェーズドアレイとして挙動する。これは、電波の或る到来角（ＡｏＡ）がアレイに突き当たるという概念を意味する。すなわち、到来角が、アンテナアレイに突き当たり、パケットを搬送する各（近似的に）平面波に関連付けられる。それゆえ、時間オフセット及び周波数オフセットに加えて、各パケットは、自らの到来角によっても特徴付けられる。ＡｏＡの概念は上記で言及された条件下でのみ可能であることを強調しておく。そうでない場合には、ＡｏＡは規定されない。
【００６９】
別の理解は、衝突したパケットを分離するために、本発明のシステム及び方法は、位相雑音、すなわち、波形の位相における急速で短期のランダムな変動を含む必要があるということである。例えば、送信機及び受信機の両方における通信システム内のクロック及び発振器は、著しい量の搬送波位相雑音を引き起こす。位相雑音が推定されず、適切に補償されない場合には、これにより、著しい性能劣化が生じる。さらに、補償されない位相雑音は、送信機と受信機との間の通信リンクの完全な障害を引き起こす場合もある。
【００７０】
具体的には、本発明において解決しようとしているパケット分離問題において、補償されない位相雑音の影響が、総合性能により有害な影響を及ぼす可能性がある。すなわち、パケット分離アルゴリズムの従来の構成は、或る特定の量の位相雑音を更なる周波数オフセットとして取り扱うので、結果として、それが周波数オフセットの誤った推定につながる。さらに、１つのパケットに対応する位相雑音が「漏れ」、何らかの他のパケットに対応する更なる周波数オフセットとして取り扱われる場合があり、それが他のパケットの誤った周波数オフセット推定につながる。それらは全て、結局は性能劣化につながる。
【００７１】
本発明は、位相雑音を考慮することなく、スパース復元を実行することによって、補償されない位相雑音の影響を解消する。そうでない場合には、探索空間が法外に大きくなる。しかしながら、本発明は、受信信号において検出されたパケット伝送を分離する際に位相雑音を考慮する。
【００７２】
これをより深く理解するために、概念上、各列が、時間オフセット、周波数オフセット、到来角、ペイロードシンボル及び位相雑音変動の特定の組み合わせに対応する原子であるような、スパース復元の辞書行列を構成することができる。実際に難しいのは、時間オフセット、周波数オフセット及び到来角の所与の３値組の場合のペイロードシンボルの取り得る組み合わせの数が、有限ではあるが、極めて多いことである。さらに、時間オフセット、周波数オフセット及び到来角の３値組ごとに、かつペイロードシンボルの特定の組み合わせの場合に、位相雑音変動の全ての可能性を考慮する場合には、原子の数は無限に大きくなる。これは、ペイロードシンボルの組み合わせごとに位相雑音変動に関して無限に多くの可能性があるためである。それゆえ、辞書行列に位相雑音を直接組み込むことはできない。
【００７３】
言い換えると、時間オフセット、周波数オフセット及び到来角の３値組ごとに最も可能性が高いペイロードシンボルを推定することによって、位相雑音がスパース復元に間接的に組み込まれる。最も可能性が高いペイロードシンボルを見つけることは、位相雑音を推定することと同時に行われることを指摘しておく。すなわち、時間オフセット、周波数オフセット及び到来角の所与の３値組に関して、位相雑音が、利用される変調フォーマットに応じて、（１）ペイロードシンボルと同時に推定されるか、又は（２）推定及び補償された後に、最も可能性が高いペイロードシンボルが検出される。したがって、実効的には、辞書行列内の各列が、位相雑音についての情報を間接的に組み込む。
【００７４】
受信（残余）信号から、復元されたパケットの寄与が除去され、結果として生じた信号が、後続の反復のためにフィードバックされる。その際に、受信信号全体内の復元されたパケットの寄与が計算される。復元されたパケットに対応する推定位相雑音はこの計算に直接組み込まれることを指摘しておく。そうでない場合には、受信信号内の復元されたパケットの計算された寄与は誤っていることになり、次回以降の反復におけるパケット復元は、パラメーター、及び衝突パケットのシンボルの完全に誤った推定につながる。
【００７５】
図１Ｆは、本開示の実施形態による、図１Ｄのユーザー送信パケットのパケット構造を含む到来モデルを示す概略図である。上記で言及されたように、Ｋ個の異なるユーザー１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂがそれぞれのチャネル１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、１１４ｂを介して、Ｍ個のアンテナを利用する受信機１２０ｂに信号を送信する。第ｋのユーザーのシンボルはパケット
【数６】
0006781502.tif 000007
にフォーマットされる。ただし、各パケットはプリアンブル
【数７】
0006781502.tif 000008
及びペイロード
【数８】
0006781502.tif 000009
の連結であり、すなわち、
【数９】
0006781502.tif 000010
及びＭ１＋Ｍ２＝Ｎである。プリアンブルはあらかじめ既知であり、全てのパケットに共通であり、異なるユーザーから生じる信号を分離するために使用される。ペイロードは情報を搬送し、受信機側において検出される。
【００７６】
ユーザー送信パケット１１１ｄ、１１２ｄ、１１３ｄのパケット構造が図１Ｆに示される。既に言及されたように、Ｋ個のパケットは全て同じプリアンブル１０１ｄを使用し、一方、そのペイロード１０２ｄ、１０３ｄ、１０４ｄはランダムなメッセージを搬送する。到来モデルのこのプロセスをよりわかりやすく説明するために、ここで詳述される。
【００７７】
到来モデル
検討されるシナリオにおいて、Ｋ個の異なるユーザーが複数のアンテナを利用する受信機に信号を送信する。第ｋのユーザーのシンボルはパケット
【数１０】
0006781502.tif 000011
にフォーマットされる。ただし、各パケットはプリアンブル
【数１１】
0006781502.tif 000012
及びペイロード
【数１２】
0006781502.tif 000013
の連結であり、すなわち、
【数１３】
0006781502.tif 000014
及びＭ１＋Ｍ２＝Ｎである。プリアンブルはあらかじめ既知であり、全てのパケットに共通であり、異なるユーザーから生じる信号を分離するために使用される。ペイロードは情報を搬送し、受信機側において検出される。
【００７８】
各ユーザーｋが、そのパケットｓｋを変調し、
【数１４】
0006781502.tif 000015
として得られた波形ｘｋ（ｔ）を送信する。ただし、Ｍは変調演算子を表す。送信波形の持続時間はＴ＝ＮＴｓである。ただし、Ｔｓはシンボル持続時間である。一般性を失うことなく、ユーザーｋの送信電力は対応するチャネル利得内に含まれると仮定する。
【００７９】
ユーザーは、送信波形ｘｋ（ｔ）が遅延τｋを受けるように信号を非同期に送出する。この遅延は、ユーザーｋと受信機との間の伝搬遅延も含む。
【００８０】
さらに、各波形は、周波数オフセットｆｋ及び位相雑音θｋ（ｔ）によって損なわれる。この破損は通信システムにおいて不可避であり、ＩｏＴデバイス内等の送信機において安価な発振器が利用されるときに一層不可避である。
【００８１】
最終的に、伝搬する電波が平面波として受信機アンテナアレイ上に突き当たり、アレイにわたる波の最大伝搬遅延がサンプリング時間よりはるかに小さいという条件下で、各パケットは到来角（ＡｏＡ）αｋで特徴付けられる。
【００８２】
受信機における信号は、全ての稼働中のユーザーから生じる受信信号の重ね合わせである。受信信号全体が、いわゆる、受信機フロントエンド処理を用いて、事前に処理され、ダウンコンバートされる。アンテナｍにおける受信機信号の複素ベースバンド表現は、その際、
【数１５】
0006781502.tif 000016
によって与えられる。
【００８３】
上記において、ｖｍ（ｔ）は円対称の相加性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）過程、すなわち、ｖｍ（ｔ）：ＣＮ（０，σ２）であり、ｈｋ∈Ｃは、ユーザーｋと受信機との間のチャネルの係数（利得）であり、一方、ｆｃは送信の公称搬送波周波数である。上記のモデルは、ブロックフラットフェージングチャネル（block flat fading channel）に対応し、相対的に短い（チャネルコヒーレンス時間より短い）パケットを伴う狭帯域システムを取り扱う。さらに、そのモデルは、単一の支配的なパスを伴うチャネルも取り扱うことができる。
【００８４】
図２は、本開示の実施形態による、受信信号のための生成モデルの概略図である。詳細には、変調されたユーザーのストリーム２０１、２０２、２０３はランダム遅延２１１、２１２、２１３と、ランダムチャネル２２１、２２２、２２３と、ランダム周波数オフセット２３１、２３２、２３３とを受け、ランダムな到来角２４１、２４２、２４３において受信機アレイに突き当たる。さらに、全てのストリームの搬送波位相が、ランダムで独立した変動２５１、２５２、２５３を示す。結果として生じるストリームの重ね合わせが、相加性ランダム雑音２６０とともに、受信信号２７０をもたらす。ここで説明される方法は、受信信号２７０から根底にあるストリームを復元することを目的とする。提案される方法は、他のチャネルモデルに拡張できることを強調しておく。その場合、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）波形を送信し、各周波数ビンにおいて、提案されるパケット分離方法を利用することによって、マルチパスチャネルを取り扱うことができる。一方、位相雑音とともに、低速のチャネル係数変動も推定することができる。周波数オフセットｆｋ及び位相雑音実現（phase noise realizations）θｋ（ｔ）は、異なる発振器によって引き起こされるため、異なるユーザーにわたって独立していることに留意されたい。各θｋ（ｔ）は、ウィーナー過程としてモデル化され、それは、２つの別々の時間間隔中の位相雑音変化が独立しており、ガウス分布になる、すなわち、
【数１６】
0006781502.tif 000017
であることを意味する。ただし、分散
【数１７】
0006781502.tif 000018
は時間差Δｔに依存する。
【００８５】
持続時間の何らかの観測時間窓Ｔｏｂｓにわたる、複素受信信号ｒｍ（ｔ）、ｍ＝１，．．．，Ｍが、オーバーサンプリング係数Ｎｏでサンプリングされ、ＮｏＴｏｂｓ／Ｔｓ個のサンプルがもたらされる。生成されたサンプルｒｍ、ｍ＝１，．．．，Ｍのベクトルが、提案されるパケット分離アルゴリズムに入力される。提案される方法は、衝突パケットの数Ｋ、その遅延τｋ、周波数オフセットｆｋ、到来角（ＡｏＡ）αｋ、位相雑音実現θｋ（ｔ）、及びチャネル利得ｈｋを推定し、その最終目的は、送信されたペイロードシンボル、ｐｋ，ｋ＝１，．．．，Ｋを検出することである。
【００８６】
本開示のパケット分離アルゴリズムは、説明を簡単にするために、連続時間領域において説明される。しかしながら、予想できるように、受信信号ｒｍ（ｔ）、ｍ＝１，．．．，Ｍは離散化され、全ての処理が離散時間領域において行われる。
【００８７】
図３は、本開示の実施形態による、処理の概要のブロック図である。具体的には、受信信号２７０は、ＭＦＢの節において後に更に説明されるように、最初に整合フィルターバンク（ＭＦＢ）３１０を通して処理される。その後、ＭＦＢから得られたパケットの粗い推定値の周りの貪欲探索のためのエリアが特定される（３２０）。最も可能性が高いペイロードビットが検出され、グリッド探索の節において後に更に説明されるように、探索エリア３３０からのビンごとに、対応する目的関数が評価される。計算された目的関数が最適化され（３４０）、パケットパラメーター及びビットの最終的な推定値が出力される（３５０）。復元されたパケットに起因する受信信号の推定値が評価され、残余信号及び反復の節において後に更に説明されるように、残余信号を更新するために使用される（３６０）。残余信号は、後続の反復において、受信信号として取り扱われる。
【００８８】
遅延及び周波数オフセット領域
異なるユーザーによって送信されるパケットは、遅延又は周波数オフセット又は到来角に関して、又は２つの任意の組み合わせ、若しくは３つ全ての組み合わせに関して異なる可能性が高い。それゆえ、遅延、周波数オフセット及び到来角は、異なるパケットを分離するために利用される領域である。形式的には、全ての衝突パケットは集合
【数１８】
0006781502.tif 000019
内にあると仮定する。ただし、Ｔｍａｘ、ｆｍｉｎ、ｆｍａｘ、αｍｉｎ、αｍａｘはそれぞれ、最大遅延、最小周波数オフセット及び最大周波数オフセット、並びに最小到来角及び最大到来角であり、全て具体的な適用例及び利用される発振器によって決まる。
【００８９】
遅延範囲Ｔは離散化され、離散遅延の順序集合はＴｄである。同様に、周波数オフセット範囲Ｆも離散化され、Ｆｄがもたらされる。最後に、離散化後の範囲ＡはＡｄになる。各離散化において選択されるビンサイズは、具体的な適用例、利用されるプリアンブルの分解特性、及び利用可能な計算リソースによって決まる。結局、パケット分離方法のための離散化された探索空間は、Ｓｄ＝Ｔｄ×Ｆｄ×Ａｄである。
【００９０】
本発明のパケット分離方法は、衝突パケットの数が、探索空間内のビンの数よりはるかに少ないという事実に頼る。すなわち、Ｓｄ内のビンの数は通常、極めて多く、例えば、数百、更には数千である。一方、観測窓内で送信される予想パケット数は多くの場合に、１０以下である。言い換えると、探索空間Ｓｄ内の少数のビンのみがパケットによって占有され、一方、他のビンは空である。基本的に、本発明のパケット分離方法はスパース復元の一形態である。
【００９１】
整合フィルターバンク（ＭＦＢ）
図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の実施形態による、第１の反復における受信信号（全ての他の反復における残余信号）が反復の開始時に、整合フィルターバンクを通して処理されることを示す概略図である。
【００９２】
ステップ３１０に関して、整合フィルターバンク（ＭＦＢ）を更に説明することができる。例えば、第１の反復における受信信号２７０（全ての他の反復における残余信号３７０）が、反復の開始時に、図４Ａに示される、整合フィルターバンクを通して処理される。
【００９３】
図４Ａを参照すると、受信／残余信号
【数１９】
0006781502.tif 000020
は整合フィルターバンクを通してフィルタリングされ、各フィルター４１１、４１２、４１３のインパルス応答は基本的に、Ｆｄからの特定の周波数オフセット及びＡｄからの到来角に合わせられた、プリアンブル波形４１０である。これは、パケット分離方法の第１のステップであり、その目的は、検討対象の探索エリアＳｄ内で最も大きい電力を有するパケットを粗く特定すること（４２０）である。
【００９４】
図４Ｂを参照すると、ＭＦＢが、以下においてより形式的に説明される。ｐ（ｔ）がプリアンブルの被変調波形を表すものとする。
【数２０】
0006781502.tif 000021
ただし、Ｔ１＝Ｍ１Ｔｓは、被変調プリアンブルの持続時間である。ＭＦＢ内のフィルターの数は、集合Ｆｄ×Ａｄのカージナル数に等しい。各アンテナｍ上で受信される信号に対応する、ＭＦＢ４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９内の各フィルターのテンプレート（すなわち、時間反転インパルス応答）は、
【数２１】
0006781502.tif 000022
である。ただし、ｆ∈Ｆｄ及びα∈Ａｄである。フィルターｐｆ，α（ｔ）からの出力は、
【数２２】
0006781502.tif 000023
によって与えられる。ただし、＊は畳み込みを表す。
【００９５】
パケットの周波数オフセット、遅延及び到来角の初期推定値４３０は、探索エリアＳｄ内のＭＦＢ出力４２０のピークの場所から直接得られる。すなわち、
【数２３】
0006781502.tif 000024
である。
【００９６】
畳み込み手法では、ＭＦＢ推定値
【数２４】
0006781502.tif 000025
は、最も大きい電力を有するパケットに対応するパラメーターの最終的な推定値である。本発明の手法では、それらは粗いパラメーター推定値である。以下のステップは、
【数２５】
0006781502.tif 000026
の周りでグリッド探索を実行する。
【００９７】
グリッド探索
図５Ａ〜図５Ｄは、本開示の実施形態による、グリッド探索の態様を示す概略図（図５Ａ、図５Ｃ及び図５Ｄ）及びブロック図／フローチャート（図５Ｂ）である。
【００９８】
ステップ３３０に関して、このステップは、ＭＦＢ推定値
【数２６】
0006781502.tif 000027
の周りの或る特定の数の（τ，ｆ，α）ビンを検討する。検討対象の（τ，ｆ，α）ビンごとに、その（τ，ｆ，α）ビンにおいてパケットが実際に特定された場合に、送信シンボルに相当するものが検出され、検出されたシンボルに基づいて、目的関数を評価する。目的関数が最適値を達成する（τ，ｆ，α）ビンに対応する遅延、周波数オフセット及び到来角が、検討対象のパケットの遅延、周波数オフセット及び到来角の最終的な推定値である。より形式的には、グリッド探索は、図５ＡのＭＦＢ推定値
【数２７】
0006781502.tif 000028
５０１の周りの１組の（τ，ｆ，α）ビン５０２を特定することから開始し、
【数２８】
0006781502.tif 000029
と定義される。ただし、
【数２９】
0006781502.tif 000030
は探索エリアのサイズを規定する。これらの値は、適用例、所望の精度、利用されるプリアンブル及び予想される到来シナリオに基づいて選択される。これが図５Ａに示される。下記において、集合
【数３０】
0006781502.tif 000031
内の（τ，ｆ，α）点５２１ごとに、ペイロードシンボルがいかに検出され、目的関数がいかに評価されるかを説明する。このプロセスが、図５Ｂ及び図５Ｃに示される。
【００９９】
パケットがτだけ遅延する場合には、そのパケットを含む受信／残余信号ｒｍ（ｔ）３７０の部分が抽出され（５１１）、信号５２２がもたらされる。
【数３１】
0006781502.tif 000032
ただし、ｔ１≦ｔ≦ｔ２である場合には、
【数３２】
0006781502.tif 000033
は１であり、それ以外の場合には０である。
【０１００】
検討対象のパケットが周波数オフセットｆ及び到来角αを有する場合には、信号５２２はビームフォーミング（空間フィルタリング）され（５１２）、それにより、
【数３３】
0006781502.tif 000034
によって与えられる、ビームフォーミングされた信号５２３がもたらされる。
【０１０１】
最後に、結果として生じた信号が、周波数オフセットｆを用いて、周波数オフセット補償され（５１３）、５２４がもたらされる。
【数３４】
0006781502.tif 000035
【０１０２】
干渉するパケットの電力が相対的に小さいと仮定すると、補償された信号
【数３５】
0006781502.tif 000036
は実効的には、搬送波雑音、ブロックフラットフェージングチャネル及びＡＷＧＮ雑音で損なわれた送信パケットを含む。この信号はブロック５１４に入力され、そのブロックは、ＣＰＥ、チャネル利得推定及び復調を実行して、それぞれ、搬送波雑音
【数３６】
0006781502.tif 000037
、チャネル利得係数
【数３７】
0006781502.tif 000038
及びペイロードシンボルｐτ，ｆ，α５２５の推定値をもたらす。この同時推定が、以下の搬送波位相推定、ペイロード検出及びチャネル利得推定の節において略述される。
【０１０３】
検出されたペイロードシンボル５２５が既知のプリアンブルシンボルに付加され、図５Ｄの結果として生じたシンボルストリーム５２６が、利用される変調フォーマットを用いて変調され、図５Ｄの被変調信号５２７がもたらされる。
【０１０４】
ペイロードシンボルｐτ，ｆ，α５２５が遅延τ、周波数オフセットｆ、到来角α及び位相雑音
【数３８】
0006781502.tif 000039
を受けて送信されたと仮定すると、アンテナｍにおける受信信号は、結果として生じた信号を５２９によって与えられる受信信号全体の時間フレームにおいて位置決めした後に、チャネル係数５２８に応じて、
【数３９】
0006781502.tif 000040
である。
【０１０５】
各（τ，ｆ，α）ビンに対応する目的関数が、受信セグメントｒτ（ｔ）と
【数４０】
0006781502.tif 000041
との間の相互相関として評価され（５１５）、すなわち、
【数４１】
0006781502.tif 000042
である。ただし、上記の積分は実効的には、離散時間領域内の対応するベクトル間の内積である。
【０１０６】
【数４２】
0006781502.tif 000043
ごとに、（１０）、（１２）、（１３）及び（１４）において略述された計算が行われ、原子５３１、５３２、５３３がもたらされる。検討対象のパケットの遅延、周波数オフセット及び到来角の最終的な推定値が
【数４３】
0006781502.tif 000044
として得られる。ただし、その探索は集合
【数４４】
0006781502.tif 000045
５０２にわたって行われる。目的関数５４０の大きさが最も大きい探索エリア内の場所が、受信パケット５４１を直接特定する。
【０１０７】
推定された対
【数４５】
0006781502.tif 000046
に対応するペイロードシンボル、位相雑音及びチャネル係数は、（遅延、周波数オフセット及び到来角の３値組５１６ごとに）ＣＰＥ及び復調ステージにおいて既に検出されている。それらは、
【数４６】
0006781502.tif 000047
で添え字を付され、それぞれ
【数４７】
0006781502.tif 000048
である。
【０１０８】
残余信号及び反復
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、ステップ３６０に関して、先行する部分において説明された手順は、単一のパケットを復元する。そのパケットに対応する、アンテナｍにおける受信信号の推定値は、
【数４８】
0006781502.tif 000049
によって与えられる。
【０１０９】
図７Ａ及び図７Ｂは、本開示の実施形態による、残余信号及び反復、並びに残余更新の態様を示すブロック図である。信号（１６）を評価するために使用される処理ステップが図７Ａに示される。プロセッサへの入力は、検出されたペイロードビットとともに、復元されたパケットの推定パラメーター７１０である。最初に、検出されたペイロードビットにプリアンブルビットが付加され（７２１）、利用される変調フォーマットで、結果として生じたデータストリームが変調される（７２２）。得られた波形７２３に、推定された周波数オフセット及び位相雑音が適用される。その後、結果として生じた波形に、推定されたチャネル利得が適用される。
【０１１０】
第１の反復において、復元されたパケットの受信信号への寄与が受信信号から除去され、
【数４９】
0006781502.tif 000050
が得られる。
【０１１１】
一般的な反復において、これは、復元されたパケットの受信信号への推定寄与を、現在の反復に対応する残余信号７３０から減算すること（７２５）によって達成される。
【０１１２】
その後、残余信号７４０が、ＭＦＢ及びグリッド探索の節において説明されたステップを用いて処理され、そのステップでは、残余信号は受信信号として取り扱われる。パケット分離方法は反復プロセスとして継続し、各反復が１つのパケットを復元する。反復は、何らかの中止基準が満たされるまで、例えば、残余信号の電力が、ＡＷＧＮ雑音分散によって決まる何らかの閾値未満に降下するときまで継続する。代替的には、巡回冗長検査（ＣＲＣ）が送信パケットの一部である場合には、検出されたシンボルが正しいか否かを検査するために使用される。その場合、検出された最新のパケットがＣＲＣに合格する限り、復元は次の反復に進む。最後に、復元されたパケットが実際に送信されたか否かを分類する或る特別な方法を考案することができる。
【０１１３】
搬送波位相推定、ペイロード検出及びチャネル利得推定
搬送波位相雑音、チャネル利得及びペイロードシンボル検出を推定する、図６に示されるブロックへの入力信号は、（１２）において評価される
【数５０】
0006781502.tif 000051
５２４であり、それが単一の周波数補償されたパケットを含むものと仮定する。搬送波位相推定（ＣＰＥ）、チャネル利得推定及びペイロードシンボル検出は、以下の３つの処理ステップにおいて実行される。結局、この処理ステージからの結果６４０は、推定された位相雑音
【数５１】
0006781502.tif 000052
、推定されたチャネル係数
【数５２】
0006781502.tif 000053
及び検出されたペイロードシンボルｐτ，ｆ，αである。
【０１１４】
データ指向位相推定
図６は、本開示の実施形態による、搬送波位相推定、ペイロード検出及びチャネル推定を示すブロック図である。この部分は、送信信号が受信機側においてあらかじめ既知であるときの搬送波位相推定（ＣＰＥ）を説明する。受信信号は、位相雑音で損なわれ、ＡＷＧＮを重畳された送信信号として、チャネル利得に応じてモデル化される。パケットのプリアンブルは既知であるので、その被変調波形６１１を既知の送信信号として用いて、パケットのプリアンブル部分にわたる位相雑音変動を推定する。
【０１１５】
より形式的には、既知のプリアンブル波形ｐ（ｔ）、０≦ｔ≦Ｔ１を利用して、入力信号から抽出された（６２１）、受信信号のプリアンブルセグメントに対応する位相雑音を推定する。詳しく掘り下げないが、位相情報は、
【数５３】
0006781502.tif 000054
に含まれる。
【０１１６】
信号ｕ（ｔ）が、或る特定の長さの移動平均（ＭＡ）フィルターを通して処理される。代替的には、シグナリング間隔内の位相雑音変動の分散が既知である場合には、ウィーナーフィルターを通してｕ（ｔ）を処理することができる。ＭＡフィルター出力の偏角をとり、角度アンラッピング演算（angle unwrapping operation）を実行した後に位相推定値
【数５４】
0006781502.tif 000055
６２２が得られる。
【０１１７】
上記のデータ指向ＣＰＥはグリッド探索内でＣＲＣルーチンを利用する実施形態においても実行され、ただし、ＣＲＣに合格する場合には、検出されたペイロードシンボルを用いて、検討対象のパケットに対応する位相雑音がより正確に推定されることを指摘しておく。この処理は、代替のステップ−ＣＲＣ検査の節において詳述される。
【０１１８】
チャネル利得推定
第二に、プリアンブル部分に対応する推定位相雑音を用いて、
【数５５】
0006781502.tif 000056
が補償され（６２５）、
【数５６】
0006781502.tif 000057
がもたらされる。
【０１１９】
その後、
【数５７】
0006781502.tif 000058
及びプリアンブル波形ｐ（ｔ）から、最小二乗法（ＬＳ）を用いて、チャネル係数が推定される（６２６）。詳細には、
【数５８】
0006781502.tif 000059
である。
【０１２０】
チャネル利得はプリアンブルから推定されることを強調しておく。別の実施形態では、チャネル利得は、検出されたペイロードシンボルから再推定され、これは、一般に、パケット分離方法の全体性能を改善する。この実施形態の詳細が、代替のステップ−チャネル利得再推定の節において与えられる。
【０１２１】
ブラインド位相推定
最後に、入力信号から抽出された（６２７）、ペイロードに対応する位相雑音変動が推定され、ペイロードシンボルが検出される。一般に、この処理ステップ６３０は、入力として、推定されたチャネル利得、及びプリアンブルに対応する推定された位相雑音の直前のサンプルとともに、入力信号の抽出されたペイロード部分をとる。この処理ステップの具体的な演算は、利用される変調フォーマットによる。そのため、以下の３つの事例を区別する。
【０１２２】
最も簡単な事例は、Ｍ相位相変調（ＭＰＳＫ）（それは２相及び４相位相変調、すなわちＢＰＳＫ及びＱＰＳＫを含む）を用いて、パケットシンボルを変調するときに生じる。ブラインドＣＰＥは、よく知られたＭ乗法（M-th power method）で実行される。Ｍ乗法は、
【数５９】
0006781502.tif 000060
のサンプルをＭ乗することから開始する。得られた系列が、移動平均（ＭＡ）又はウィーナーフィルターを通してフィルタリングされる。ＭＡ（又はウィーナー）フィルター出力の偏角をとり、角度アンラッピング演算を実行した後に、位相推定値
【数６０】
0006781502.tif 000061
が得られる。推定された位相は、その後、入力信号
【数６１】
0006781502.tif 000062
に適用され、それは実効的に位相雑音を補償する。最大尤度を使用し、推定されたチャネル利得を考慮に入れて、結果として生じた信号からペイロードシンボルが検出される。
【０１２３】
Ｍ値直交振幅変調（Ｍ−ＱＡＭ）が利用される事例では、プロセッサは、位相雑音推定及びペイロードシンボル検出を同時に実行する。基本的に、その方法は、或る特定のシンボル周期に対応する位相雑音推定値を適用して、後続のシンボル周期における受信信号を補償し、位相雑音を補償すると、シンボルを検出し、その後、対応する位相雑音を再推定する。さらに、位相推定誤差を低減するために、連続したシンボルの位相雑音推定値が移動平均（ＭＡ）フィルターを用いてフィルタリングされる。ＭＱＡＭ又は任意の他の無記憶変調フォーマットが使用されるとき、シンボル検出は相対的に簡単であることに留意されたい。これは、最尤検出を適用することによって行われる。推定チャネル利得は通常、非０の位相を有するので、それを組み込むには注意が払われる必要がある。
【０１２４】
最後に、利用される変調フォーマットが記憶を伴う、例えば、ガウス最小偏移変調（ＧＭＳＫ）である場合には、再び、位相雑音推定及びペイロードシンボル検出が同時に実行される。しかしながら、シンボル検出ステップに関して言えば、その手順は、無記憶変調フォーマットの場合ほど簡単ではない。すなわち、或る系列が現在検討対象のシンボルからなるとき、現在検討対象のシンボルに関して判断するには、或る特定の数の先行するシンボルが考慮される必要がある。基本的に、シンボル検出部分は、使用される変調フォーマットのために特に設計された、より複雑なシンボルごとのルーチンを伴わなければならない。
【０１２５】
代替のステップ−目的関数
上記のパケット分離方法における１つの代替のステップがここで略述される。
【０１２６】
（１５）に示されるように、推定された遅延、周波数オフセット及び到来角は、相互相関（１４）として測定される、目的関数が最大値に達する（τ，ｆ，α）ビンに対応する。代替的には、各
【数６２】
0006781502.tif 000063
ビンにおける目的関数は、検討対象のパケットが遅延τ、周波数オフセットｆ及び到来角αを有し、ペイロードシンボルｐτ，ｆ，αを含むことを明らかにすることによって引き起こされる残余信号の電力の減少と定義することができる。より形式的には、
【数６３】
0006781502.tif 000064
である。ただし、ｒτ，ｆ，α，ｍ（ｔ）は、
【数６４】
0006781502.tif 000065
によって与えられる。一方、ｐτ，ｆ，α、
【数６５】
0006781502.tif 000066
はビン（τ，ｆ，α）に対応し、グリッド探索の節において略述される方法を用いて推定される。その後、検討対象のパケットは、目的関数（２１）が最大値に達する（τ，ｆ，α）ビンにおいて位置を特定される。
【０１２７】
代替のステップ−残余更新
上記で言及されたように、図７Ａ及び図７Ｂは、本開示の実施形態による、残余信号及び反復、並びに残余更新の態様を示すブロック図である。更に別の代替の処理ステップが、チャネル係数を推定することに対処する。上記のように、（τ，ｆ，α）ビンに対応するチャネル係数が、位相雑音及びペイロードシンボルとともに推定される。その推定値は、その後、（１７）において残余信号
【数６６】
0006781502.tif 000067
を評価する際に使用される。代替の手法は、反復ｉを含む、反復ｉまでに復元されたパケットを用いて反復ｉにおいてチャネル係数を推定することである。より形式的には、
【数６７】
0006781502.tif 000068
が、チャネル係数に応じた、反復ｉにおいて復元されたパケットの受信信号ｒｍ（ｔ）への寄与を表すものとし、すなわち、
【数６８】
0006781502.tif 000069
である。ただし、τ（ｉ）、ｆ（ｉ）及びα（ｉ）は、そのパケット（すなわち、反復ｉにおいて推定されるパケット）に対応する推定値であり、
【数６９】
0006781502.tif 000070
は（１３）を用いて評価される。反復ｉを含む、反復ｉまでに復元されたパケットに対応するチャネル係数は、その後、受信信号ｒｍ（ｔ）、ｍ＝１，．．．，Ｍへの信号（２３）の最小二乗（ＬＳ）当てはめの係数として推定される。ＬＳ当てはめの残余は、次の反復ｉ＋１において使用される残余信号
【数７０】
0006781502.tif 000071
である。この処理のブロック図が図７Ｂに示される。
【０１２８】
図７Ａと同様に、推定された周波数オフセット及び位相雑音が、変調されたプリアンブル及び検出されたペイロードビットに対応する波形に適用される。結果として生じる波形が、その後、推定された遅延に従ってシフトされる（７５１）。得られた信号がメモリに記憶される（７５２）。受信信号２７０は、その際、現在の反復までにメモリに記憶された全てのそのような信号の線形結合として表される。線形結合の係数は、最小二乗法（ＬＳ）７５３によって計算される。ＬＳ当てはめに対応する残余信号７６０は、パケット分離アルゴリズムの後続の反復にフィードバックされる残余信号である。
【０１２９】
代替のステップ−チャネル利得再推定
特定の（τ，ｆ，α）ビンに対応する位相雑音、チャネル利得及びペイロードビットは、搬送波位相推定、ペイロード検出及びチャネル利得推定の節において詳述されたように、
【数７１】
0006781502.tif 000072
から推定される。詳細には、チャネル利得
【数７２】
0006781502.tif 000073
は、既知のプリアンブルに対応する信号の送信部分及び受信部分から推定される。検討対象のパケットの遅延、周波数オフセット及び到来角が（１５）を用いて推定されると、最終的なペイロードビット、チャネル利得及び位相雑音は、グリッド探索の節において説明されたように、復元されたビンに対応するペイロードビット、チャネル利得及び位相雑音である。
【０１３０】
しかしながら、残余信号が、残余信号及び反復の節において説明された手法を用いて更新される場合、検討対象のパケットの復元時にチャネル利得が再推定される場合には、全体性能が改善される。すなわち、プリアンブルビット及び検出されたペイロードビットと、復元されたビン（τ，ｆ，α）に対応する推定された位相雑音とを用いて、チャネル利得を再推定する。これは、残余信号
【数７３】
0006781502.tif 000074
（検討対象のパケットがその信号から抽出された）と、（１３）において評価される、検討対象のパケットに起因する予測信号
【数７４】
0006781502.tif 000075
との間の最小二乗（ＬＳ）当てはめを見つけることによって行われる。より厳密には、チャネル利得は、
【数７５】
0006781502.tif 000076
として再推定される。
【０１３１】
（２４）内のＬＳ当てはめの残余は、後続の反復にフィードバックされる更新された残余である。
【０１３２】
完全を期すために、代替のステップ−残余更新の節において説明された手法に従って残余が更新される場合には、現在の反復を含む、現在の反復までに復元された全てのパケットのチャネル利得が再推定される。
【０１３３】
代替のステップ−ＣＲＣ検査
大部分の通信プロトコルは、検出されたビットストリームが実際に送信されていたか否かを、非常に高い確率で通知する手段として、巡回冗長検査（ＣＲＣ）を利用する。ＣＲＣビットは、ペイロードビットに基づいて、送信機側において計算され、ペイロードに付加される。ＣＲＣビットは、ペイロードビットを表す多項式を所定のＣＲＣ多項式で割った剰余として得られる。受信機側においてペイロード及びＣＲＣビットを検出すると、そのビットストリームを表す多項式がＣＲＣ多項式で除算される。０の剰余は、検出されたビットが実際に送信されていたことを通知する。そうでない場合には、ビットストリーム内に少なくとも１ビットの誤りがある。
【０１３４】
残余信号及び反復の節において説明されたように、検出されたパケットが実際には送信されていたか否かを通知するために、各反復後にＣＲＣ検査を使用することができる。ＣＲＣ検査に合格する限り、反復を継続することができる。ＣＲＣ検査に失敗すると、反復が中止される場合がある。わずかに異なる実施態様では、最初のＣＲＣ検査失敗後に、更に数回の反復が許される場合がある。これは、単一のビットが誤っている場合であってもＣＲＣが失敗するためであり、これは、後続の反復が誤りを伴うパケットをもたらすことを必ずしも意味しないためである。
【０１３５】
ＣＲＣはグリッド探索ステージにおいて利用することができる。すなわち、ビン
【数７６】
0006781502.tif 000077
に対応する最も可能性が高いビットを検出すると、ＣＲＣが適用される。ＣＲＣに合格する場合には、グリッド探索が終了される。これは、
【数７７】
0006781502.tif 000078
内の各ビンに対応する位相及びビットストリームを推定するのを不要にするので、著しい量の計算を省くことができる。
【０１３６】
ＣＲＣの肯定的な結果は、検査されたビットストリームが非常に高い確率で送信されたことを意味するので、これは、位相雑音をより正確に推定するために利用することもできる。搬送波位相推定、ペイロード検出及びチャネル利得推定の節において説明されたように、位相雑音は最初に、検討対象の（τ，ｆ，α）ビンに関して盲目的に推定されることを思い起こされたい。しかしながら、非常に高い確率でビットストリームがわかると、それを利用して、（より正確な）データ指向方法のうちの１つを用いて位相雑音を再推定することができる。
【０１３７】
代替のステップ−空間フィルタリング
受信機上の複数のアンテナが、狭帯域及び平面波仮定とともに、到来角を規定するのを許す。パケットの到来角を推定することと同等に、空間フィルタリング（すなわち、ビームフォーミング）が本質的に使用される。これは（１１）において行われ、アンテナアレイにわたって受信される信号のサンプルの、いわゆる、方形窓処理（rectangular windowing）が使用される。ここで、空間フィルタリングのこの概念をより明確にし、（１１）を
【数７８】
0006781502.tif 000079
として、より一般的な形に書き換える。ただし、ｗｍは、第ｍのアンテナにおいて適用されるビームフォーマー重みである。
【０１３８】
パケット分離アルゴリズムにおいて、いくつかのビームフォーマー重みを使用することができる。複数の例が、ハニング窓、ハミング窓、カイザー窓、ブラックマン窓、三角窓、パーゼン窓、ウェルチ窓、ガウス窓、テューキー窓等を含む。さらに、種々の設計技法のうちの１つ（最小二乗法等）を用いて、特定の要求を適合させるようにビームフォーマー重みを設計することができる。
【０１３９】
予想される到来シナリオは、パケット分離方法において使用されるべきビームフォーマー重みを求める場合である。到来シナリオにおいて予備知識か完全に欠如している事例では、均一な重みが適している。一方、到来波が分離可能であり、同様の電力を有することが既知である場合には、適切なビームフォーマーが、メインローブが広くなることと引き換えに、サイドローブを大きく減衰させることができる。更に興味深いことに、到来波が或る特定の角度範囲から到来すると予想され、信号対雑音比（ＳＮＲ）が相対的に高いことが既知である場合には、ビームフォーマーが、対象の角度範囲内で、狭いメインローブ及び大きいサイドローブ減衰の両方を有することができる。これは、自由度（アンテナの数によって決定される）の大部分を用いて対象の角度範囲内でビームパターン要件を満たすが、残りの角度にわたってビームパターンに厳密な要件を課さない（又は要件を全く課さない）ことによって達成される。後者は、ビームフォーマーを通り抜ける雑音の量が増加することにつながる場合があるが、相対的に高いＳＮＲの場合であれば許容できる場合がある。
【０１４０】
図８は、本開示の実施形態による、代替のコンピューター又はプロセッサを用いて実施することができる図１Ａの方法を示すブロック図である。コンピューター８１１は、プロセッサ８４０と、コンピューター可読メモリ８１２と、記憶装置８５８と、ディスプレイ８５２及びキーボード８５１とのユーザーインターフェース８４９とを備え、これらは、バス８５６を通じて接続されている。例えば、プロセッサ８４０及びコンピューター可読メモリ８１２と通信するユーザーインターフェース８４９は、ユーザーによるユーザーインターフェース８５７の表面、キーボード表面からの入力を受信すると、測定データを入手し、コンピューター可読メモリ８１２内に記憶する。
【０１４１】
メモリ８１２は、プロセッサによって実行可能な命令と、履歴データと、本開示の方法及びシステムによって利用することができる任意のデータとを記憶することができることが意図されている。プロセッサ８４０は、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コンピューティングクラスター、又は任意の数の他の構成体とすることができる。プロセッサ８４０は、バス８５６を通じて１つ以上の入力デバイス及び出力デバイスに接続することができる。メモリ８１２は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は他の任意の適したメモリシステムを含むことができる。
【０１４２】
図８を更に参照すると、記憶デバイス８５８は、プロセッサによって用いられる補助データ及び／又はソフトウェアモジュールを記憶するように構成することができる。例えば、記憶デバイス８５８は、履歴デバイスデータと、デバイスのマニュアル等の他の関連したデバイスデータとを記憶することができ、デバイスは、本開示に関して上述したような測定データを取得することが可能な検知デバイスである。加えて又は代替的に、記憶デバイス８５８は、測定データと同様の履歴データを記憶することができる。記憶デバイス８５８は、ハードドライブ、光ドライブ、サムドライブ、ドライブのアレイ、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。
【０１４３】
システムは、任意選択で、バス８５６を通じて、システムをディスプレイデバイス（図示せず）に接続するように構成されたディスプレイインターフェース（図示せず）にリンクすることができ、ディスプレイデバイスは、とりわけ、コンピューターモニター、カメラ、テレビ、プロジェクター、又はモバイルデバイスを含むことができる。
【０１４４】
コンピューター８１１は、用途に応じて、電力源８５４を備えることができ、電力源８５４は、任意選択でコンピューター８１１の外部に配置されてもよい。バス８５６を通じて、ディスプレイデバイス８４８に接続するように構成されたユーザー入力インターフェース８５７をリンクすることができ、ディスプレイデバイス８４８は、とりわけ、コンピューターモニター、カメラ、テレビ、プロジェクター、又はモバイルデバイスを含むことができる。プリンターインターフェース８５９も、バス８５６を通じて接続することができ、印刷デバイス８３２に接続するように構成することができる。印刷デバイス８３２は、とりわけ、液体インクジェットプリンター、固体インクプリンター、大規模商用プリンター、感熱式プリンター、ＵＶプリンター、又は昇華型プリンターを含むことができる。ネットワークインターフェースコントローラー（ＮＩＣ）８３４は、バス８５６を通じてネットワーク８３６に接続するように構成され、とりわけ、測定データ又は他のデータは、コンピューター８１１の外部の第三者ディスプレイデバイス、第三者画像デバイス、及び／又は第三者印刷デバイス上にレンダリングすることができる。
【０１４５】
図８を更に参照すると、とりわけ、測定データ又は他のデータは、ネットワーク８３６の通信チャネルを介して送信することができ、及び／又は、記憶及び／又は更なる処理のために記憶システム８５８内に記憶することができる。さらに、測定データ又は他のデータは、受信機８４６（又は外部受信機８３８）から無線又は配線接続で受信することもできるし、送信機８４７（又は外部送信機８３９）を介して無線又は配線接続で送信することもでき、受信機８４６及び送信機８４７は、ともにバス８５６を通じて接続されている。コンピューター８１１は、入力インターフェース８０８を介して外部検知デバイス８４４及び外部入力／出力デバイス８４１に接続することができる。コンピューター８１１は、他の外部コンピューター８４２に接続することができる。出力インターフェース８０９は、プロセッサ８４０からの処理データを出力するのに用いることができる。
【０１４６】
アルゴリズム概要
パケット分離方法の擬似コードが図９において与えられる。その方法からの出力は、検出されたペイロードシンボル及びパケットのパラメーター推定値（遅延、周波数オフセット、到来角、位相雑音実現及びチャネル係数）である。擬似コードにおいて、各反復内のチャネル係数は、代替のステップ−残余更新の節において説明されたように、ＬＳを用いて推定され、一方、目的関数は、相互相関（１４）によって与えられることに留意されたい。最終的な所見として、グリッド探索の節において詳述され、擬似コード内の内側ループ内に含まれるグリッド探索は、異なる（τ，ｆ，α）ビンに関する計算が関連しないときに、ソフトウェア／ハードウェアにおいて並列の実施態様を許すことを強調しておく。それゆえ、集合
【数７９】
0006781502.tif 000080
のカージナル数は、計算時間に影響を及ぼさない。
【０１４７】
特徴
本開示の態様によれば、受信機は、共通の通信媒体において雑音で変更される１組のパケットの組み合わせを含む受信信号を生成するフロントエンドを備え、各パケットは、１組のパケット内の全てのパケットに共通のプリアンブルと、１組のパケット内の少なくともいくつかのパケットに特有のペイロードとを含み、チャネル推定器は、公称搬送波周波数からの各パケットの送信の周波数オフセット、共通の時点からの各パケットの送信の時間オフセット、各パケットの送信の到来角、及びチャネル利得を特定する。
【０１４８】
本開示の態様によれば、スパース復元は、プリアンブルと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせごとの単一のペイロードとの組み合わせで近似される辞書行列を使用する。
【０１４９】
本開示の態様によれば、チャネル推定器によって使用され、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角領域内の探索エリアを縮小する整合フィルターバンク、その際、スパース復元は、縮小された探索エリア内で、プリアンブルと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせごとの単一のペイロードとの組み合わせで近似される辞書行列を使用する。
【０１５０】
本開示の態様によれば、プロセッサは、プリアンブルと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせごとの最も可能性が高いペイロードとの単一の組み合わせを決定し、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせごとに唯一の原子を有する辞書行列を生成することであって、各原子は、プリアンブルと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の対応する組み合わせの場合に決定されたペイロードとを含み、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の対応する組み合わせを有するチャネルを介して送信されるパケットを表すことと、辞書行列の１組の原子を規定する１組の非０の利得を決定することであって、対応する非０の利得を有する１組の原子からの原子の送信が受信信号を近似することとを行うように構成される。
【０１５１】
本開示の態様によれば、プロセッサは、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせごとに最も可能性が高いペイロードを決定するとともに、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせに対応するパケットの位相雑音を同時に決定する。
【０１５２】
本開示の態様によれば、チャネル推定器は、パケットごとに、周波数オフセット、時間オフセット、到来角、チャネル利得、位相雑音及びペイロードを反復して決定し、反復ごとに、チャネル推定器は、受信信号をスパース復元の辞書行列の各要素と相互相関させることであって、辞書行列の各要素は周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせに対応する原子であることと、相互相関の最大の大きさに対応する、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせを選択することと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせの場合にチャネルを介して送信されるパケットのペイロード及び位相雑音を決定することと、プリアンブル、ペイロード及び位相雑音を有し、その後、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせを介して送信された、復元されたパケットの寄与を受信信号から除去することとを行うように構成され、受信信号は後続の反復の間に更新される。
【０１５３】
本開示の態様によれば、チャネル推定器は、パケットごとに、周波数オフセット、時間オフセット、到来角、チャネル利得、位相雑音及びペイロードを反復的に決定し、反復ごとに、チャネル推定器は、受信信号をスパース復元の辞書行列の各要素と相互相関させることであって、辞書行列の各要素は周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせに対応する原子であることと、相互相関の最大の大きさに対応する、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせを選択することと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせの場合にチャネルを介して送信されるパケットのペイロード及び位相雑音を決定することと、巡回冗長検査（ＣＲＣ）が受信される場合には、所定のＣＲＣ多項式に基づいて、決定されたペイロードにわたってＣＲＣを実行し、位相雑音を再推定することと、プリアンブル、ペイロード及び位相雑音を有し、その後、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせを介して送信された、復元されたパケットの寄与を受信信号から除去することとを行うように構成され、受信信号は後続の反復の間に更新される。
【０１５４】
本開示の態様によれば、チャネル利得は、その反復時に復元されたパケットの受信プリアンブルと、決定された周波数オフセット及び到来角を有する送信プリアンブルとの間の最小二乗当てはめ（ＬＳ）によって特定される。
【０１５５】
本開示の態様によれば、プロセッサは、最新の反復までに復元されたパケットに対応するチャネル利得を特定し、それらのチャネル利得を伴うそれらのパケットの送信が受信信号を近似する。
【０１５６】
本開示の態様によれば、プロセッサは、ペイロード及び位相雑音を決定する前に、決定された到来角及び予想される到来シナリオに基づいて、空間フィルターを適用し、受信信号をフィルタリングし、それにより、まだ復元されていない他のパケットからの干渉を低減する。
【０１５７】
本開示の態様によれば、所定の巡回冗長検査（ＣＲＣ）多項式を用いて、決定されたペイロードビットにわたって適用される、ＣＲＣルーチン、ＣＲＣルーチンは、検出されたペイロードビットに誤りがないか否かを判断し、誤りがない場合には、決定されたペイロードビットを、正しいパケットのペイロードビットと確認する。
【０１５８】
本開示の態様によれば、チャネル推定器によって、どの候補パケットが実際にパケットであるかを分類することと、復号器によって、残りの候補パケットの周波数オフセット、時間オフセット、到来角及びチャネル利得によって規定されるような共通の通信媒体の推定値を用いて、ペイロードを個別に、又は同時に復号すること。
【０１５９】
本開示の態様によれば、チャネル推定器は、パケットごとに、周波数オフセット、時間オフセット、到来角、チャネル利得、位相雑音及びペイロードを反復的に特定し、反復ごとに、チャネル推定器は、受信信号をスパース復元の辞書行列の各要素と相互相関させることであって、辞書行列の各要素は、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせに対応する原子であることと、相互相関の最大の大きさに対応する、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせを選択することと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせの場合にチャネルを介して送信されるパケットのペイロード及び位相雑音を特定することと、プリアンブル、ペイロード及び位相雑音を有し、その後、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせを介して送信される、復元されたパケットの寄与を受信信号から除去することとを行うように構成され、受信信号は後続の反復の間に更新される。
【０１６０】
本開示の態様によれば、スパース復元は、プリアンブルと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせごとの単一のペイロードとの組み合わせで近似される辞書行列を使用する。チャネル推定器は、パケットごとに、周波数オフセット、時間オフセット、到来角、チャネル利得、位相雑音及びペイロードを反復的に特定し、反復ごとに、チャネル推定器は、受信信号と、辞書行列の各要素に対応する各パケットとの間の差の大きさを特定し、辞書行列の要素ごとの指標を取得することであって、辞書行列の各要素は、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせに対応する原子であることと、指標の最大値に対応する、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせを選択することと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせの場合にチャネルを介して送信されるパケットのペイロード及び位相雑音を特定することと、プリアンブル、ペイロード及び位相雑音を有し、その後、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせを介して送信される、復元されたパケットの寄与を受信信号から除去することとを行うように構成され、受信信号は後続の反復の間に更新される。プロセッサは、プリアンブルと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせごとの最も可能性が高いペイロードとの単一の組み合わせを決定し、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせごとに唯一の原子を有する辞書行列を生成することであって、各原子は、プリアンブルと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の対応する組み合わせの場合に決定されたペイロードとを含み、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の対応する組み合わせを有するチャネルを介して送信されるパケットを表すことと、辞書行列の１組の原子を規定する１組の非０の利得を特定することであって、対応する非０の利得を伴う１組の原子からの原子の送信が受信信号を近似することとを行うように構成され、プロセッサは、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせごとの最も可能性が高いペイロードを決定するとともに、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせに対応するパケットの位相雑音を同時に決定する。
【０１６１】
本開示の態様によれば、チャネル推定器は、パケットごとに、周波数オフセット、時間オフセット、到来角、チャネル利得、位相雑音及びペイロードを反復的に特定し、反復ごとに、チャネル推定器は、受信信号をスパース復元の辞書行列の各要素と相互相関させることであって、辞書行列の各要素は、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせに対応する原子であることと、相互相関の最大の大きさに対応する、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の組み合わせを選択することと、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせの場合にチャネルを介して送信されるパケットのペイロード及び位相雑音を特定することと、巡回冗長検査（ＣＲＣ）が受信される場合には、所定のＣＲＣ多項式に基づいて、特定されたペイロードにわたってＣＲＣを実行し、その後、位相雑音を再推定することと、プリアンブル、ペイロード及び位相雑音を有し、その後、周波数オフセット、時間オフセット及び到来角の選択された組み合わせを介して送信される、復元されたパケットの寄与を受信信号から除去することとを行うように構成され、受信信号は後続の反復の間に更新される。
【０１６２】
本明細書における教示は、様々なタイプの通信システム及び／又はシステムコンポーネントに組み込むことができる。いくつかの態様において、本明細書における教示は、利用可能なシステムリソースを共有することによって（例えば、帯域幅、送信電力、符号化、インターリーブ等のうちの１つ以上を指定することによって）複数のユーザーとの通信をサポートすることが可能なマルチアクセスシステムにおいて用いることができる。例えば、本明細書における教示は、以下の技術、すなわち、符号分割多重アクセス（「ＣＤＭＡ」）システム、マルチキャリアＣＤＭＡ（「ＭＣＣＤＭＡ」）、広帯域ＣＤＭＡ（「Ｗ−ＣＤＭＡ」）、高速パケットアクセス（「ＨＳＰＡ」、「ＨＳＰＡ＋」）システム、時分割多重アクセス（「ＴＤＭＡ」）システム、周波数分割多重アクセス（「ＦＤＭＡ」）システム、単一搬送波ＦＤＭＡ（「ＳＣ−ＦＤＭＡ」）システム、直交周波数分割多重アクセス（「ＯＦＤＭＡ」）システム、又は他の多重アクセス技法のうちの任意の１つ又は組み合わせに適用することができる。本明細書における教示を用いる無線通信システムは、ＩＳ−９５、ｃｄｍａ２０００、ＩＳ−８５６、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＴＤＳＣＤＭＡ及び他の規格等の１つ以上の規格を実施するように設計することができる。ＣＤＭＡネットワークは、ユニバーサル陸上無線アクセス（「ＵＴＲＡ」）、ｃｄｍａ２０００又は何らかの他の技術等の無線技術を実施することができる。ＵＴＲＡは、Ｗ−ＣＤＭＡ及び低チップレート（「ＬＣＲ」）を含む。ｃｄｍａ２０００技術は、ＩＳ−２０００、ＩＳ−９５及びＩＳ−８５６規格をカバーする。ＴＤＭＡネットワークは、モバイル通信のためのグローバルシステム（「ＧＳＭ（登録商標）」）等の無線技術を実施することができる。ＯＦＤＭＡネットワークは、発展型ＵＴＲＡ（「Ｅ−ＵＴＲＡ」）、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＩＥＥＥ８０２．１６、ＩＥＥＥ８０２．２０、Ｆｌａｓｈ−ＯＦＤＭ（商標）等の無線技術を実施することができる。ＵＴＲＡ、Ｅ−ＵＴＲＡ及びＧＳＭは、ユニバーサルモバイル電気通信システム（「ＵＭＴＳ」）の一部である。本明細書における教示は、３ＧＰＰロングタームエボリューション（「ＬＴＥ」）システム、ウルトラモバイルブロードバンド（「ＵＭＢ」）システム及び他のタイプのシステムにおいて実施することができる。ＬＴＥは、Ｅ−ＵＴＲＡを用いるＵＭＴＳのリリースである。本開示のいくつかの特定の態様が、３ＧＰＰの用語を用いて説明される場合があるが、本明細書における技法は、３ＧＰＰ（Ｒｅｌ９９、Ｒｅｌ５、Ｒｅｌ６、Ｒｅｌ７）技術、並びに３ＧＰＰ２（１ｘＲＴＴ、１ｘＥＶ−ＤＯ  ＲｅｌＯ、ＲｅｖＡ、ＲｅｖＢ）技術及び他の技術に適用することができることが理解されよう。
【０１６３】
本明細書における教示は、多岐にわたる装置（例えば、ノード）に組み込む（例えば、これらの装置内で実施されるか又はこれらの装置によって実行される）ことができる。いくつかの態様において、本明細書における教示に従って実施されるノード（例えば、無線ノード）は、アクセスポイント又はアクセス端末を含むことができる。
【０１６４】
例えば、アクセス端末は、ユーザー機器、加入者局、加入者ユニット、移動局、移動電話、モバイルノード、リモートステーション、リモート端末、ユーザー端末、ユーザーエージェント、ユーザーデバイス又は何らかの他の用語を含むか、これらとして実施されるか、又はこれらとして知られている場合がある。いくつかの実施態様では、アクセス端末は、携帯電話、コードレス電話、セッション開始プロトコル（「ＳＩＰ」）電話、無線ローカルループ（「ＷＬＬ」）局、携帯情報端末（「ＰＤＡ」）、無線接続機能を有するハンドヘルドデバイス、又は無線モデムに接続された何らかの他の適切な処理デバイスを含むことができる。したがって、本明細書において教示される１つ以上の態様は、電話（例えば、携帯電話又はスマートフォン）、コンピューター（例えば、ラップトップ）、ポータブル通信デバイス、ポータブルコンピューティングデバイス（例えば、携帯情報端末）、娯楽デバイス（例えば、音楽デバイス、ビデオデバイス又は衛星無線）、グローバルポジショニングシステムデバイス、又は無線媒体を介して通信するように構成された任意の他の適切なデバイスに組み込むことができる。
【０１６５】
アクセスポイントは、ＮｏｄｅＢ、ｅＮｏｄｅＢ、無線ネットワークコントローラー（「ＲＮＣ」）、基地局（「ＢＳ」）、無線基地局（「ＲＢＳ」）、基地局コントローラー（「ＢＳＣ」）、ベーストランシーバー基地局（「ＢＴＳ」）、送受信機機能（「ＴＦ」）、無線送受信機、無線ルーター、基本サービスセット（「ＢＳＳ」）、拡張サービスセット（「ＥＳＳ」）、又は何らかの他の類似の用語を含むか、これらとして実施されるか、又はこれらとして知られている場合がある。
【０１６６】
いくつかの態様では、ノード（例えば、アクセスポイント）は、通信システムのためのアクセスノードを含むことができる。そのようなアクセスノードは、例えば、ネットワークへの有線又は無線通信リンクを介してネットワーク（例えば、インターネット又はセルラーネットワーク等の広域ネットワーク）のための又はこのネットワークへの接続性を提供することができる。したがって、アクセスノードは、別のノード（例えば、アクセス端末）がネットワーク又は何らかの他の機能にアクセスすることを可能にすることができる。それに加えて、ノードのうちの一方又は双方がポータブルである場合もあるし、又はいくつかの場合、比較的ポータブルでない場合もあることが理解されよう。
【０１６７】
また、無線ノードは、非無線方式で（例えば、有線接続を介して）情報を送信及び／又は受信することが可能であり得ることが理解されるべきである。このため、本明細書において論じられる受信機及び送信機は、非無線媒体を介して通信するための適切な通信インターフェースコンポーネント（例えば、電気又は光インターフェースコンポーネント）を含むことができる。
【０１６８】
無線ノードは、任意の適切な無線通信技術に基づくか又は他の形でこれをサポートする１つ以上の無線通信リンクを介して通信することができる。例えば、いくつかの態様では、無線ノードは、ネットワークと関連付けることができる。いくつかの態様では、ネットワークは、ローカルエリアネットワーク又は広域ネットワークを含むことができる。無線デバイスは、多岐にわたる無線通信技術、プロトコル、又は本明細書に記載されている規格（例えばＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＯＦＤＭ、ＯＦＤＭＡ、ＷｉＭＡＸ、Ｗｉ−Ｆｉ等）等の規格のうちの１つ以上をサポートするか、又は他の形で用いることができる。同様に、無線ノードは、多岐にわたる対応する変調又は多重化方式のうちの１つ以上をサポートするか又は他の形で用いることができる。このため、無線ノードは、上記の又は他の無線通信技術を用いて１つ以上の無線通信リンクを介して確立及び通信するための適切なコンポーネント（例えば、無線インターフェース）を含むことができる。例えば、無線ノードは、無線媒体を介した通信を容易にする様々なコンポーネント（例えば、信号発生器及び信号プロセッサ）を含むことができる関連付けられた送信機及び受信機コンポーネントを有する無線送受信機を備えることができる。
【０１６９】
本開示の上記で説明した実施形態は、多数の方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施される場合、ソフトウェアコードは、単一のコンピューターに設けられるのか又は複数のコンピューター間に分散されるのかにかかわらず、任意の適したプロセッサ又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは、１つ以上のプロセッサを集積回路部品に有する集積回路として実装することができる。ただし、プロセッサは、任意の適したフォーマットの回路類を用いて実装することができる。
【０１７０】
また、本開示の実施形態は、例が提供された方法として実施することができる。この方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法で順序付けすることができる。したがって、動作が示したものと異なる順序で実行される実施形態を構築することができ、これには、例示の実施形態では一連の動作として示されたにもかかわらず、いくつかの動作を同時に実行することを含めることもできる。
【０１７１】
請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。
【０１７２】
上述した本開示の実施形態は、数多くの方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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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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【図９】
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