(57)【要約】副搬送波変調の線形時間シフト性を用いることによって、無線ネットワークにおける、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）モデムを利用するノードの間の通信において、正確なフレーム同期をもたらすことができるアルゴリズムを含むシステムおよび方法。副搬送波変調は、一般に、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）と、送信時におけるガード間隔の挿入との間の時間シフトを含む高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により実行されるが、このガード挿入により、本発明のシステムおよび方法は、その時間シフトを補正して、正確なＴＯＦ計算を可能にする。
2006526938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワークにおけるノードの直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）モデムにおける同期ポイントを決定するための方法であって、前記同期ポイントは、飛行時間（ＴＯＦ）測定のために使用されるものであり、前記方法は、
前記ノードによるフレームの受信を検出すること、
前記受信されたフレームの受信時間を前記ノードにおいて記憶されている波形と相互相関させて、前記同期ポイントを決定すること、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記相互相関を実行して、前記ノードにおけるカウンターに対して前記同期ポイントを決定する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記ノードは無線ノードであり、前記ネットワークは、アドホック・マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア通信ネットワークである、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記ノードは移動ノードである、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、さらに、
前記決定された同期ポイントを用いて、ＴＯＦ測定を実行すること、
を備える方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記ＴＯＦ測定を実行するステップは、前記受信されたフレームの前記同期ポイントに対してカウントするように、カウンターを動作させることを含む、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、前記ＴＯＦ測定を実行するステップは、前記ノードによる別のノードへのフレームの送信に対してカウントするように、カウンターを動作させることを含む、方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法において、前記ＴＯＦ測定を実行するステップは、前記決定された同期ポイントに基づいて、前記ノードによるフレームの受信から、前記ノードによる応答フレームの送信までの時間間隔をカウントするように、前記ノードにおけるカウンターを動作させることを含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、さらに、
前記ノードによって受信された複数のフレームにおけるパイロット・トーンの線形周波数シフトに従って計算された遅延によって前記カウントされた時間間隔を修正すること、
を備える方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、
前記検出するステップは、前記ノードによって複数のフレームの各々を検出することを含み、
前記相互相関させるステップは、各受信されたフレームの各受信時間を前記ノードにおいて記憶されている各波形と相互相関させて、各フレームの各同期ポイントを決定することを含む、方法。
【請求項１１】
無線通信ネットワークにおけるノードの直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）モデムにおける同期ポイントを決定するためのシステムであって、前記同期ポイントは、飛行時間（ＴＯＦ）測定のために使用されるものであり、前記システムは、
前記ノードによるフレームの受信を検出するように構成され、さらに、前記受信されたフレームの受信時間を前記ノードにおいて記憶されている波形と相互相関させて、前記同期ポイントを決定するように構成されているコントローラ、
を備えるシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、前記相互相関を実行して、前記ノードにおけるカウンターに対して前記同期ポイントを決定するように構成されている、システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、無線ノードである前記ノード内に存在し、前記ネットワークは、アドホック・マルチホッピング・ピア・ツゥ・ピア通信ネットワークである、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記ノードは移動ノードである、システム。
【請求項１５】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、さらに、前記決定された同期ポイントを用いて、ＴＯＦ測定を実行するように前記ノードを制御するように構成されている、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、前記受信されたフレームの前記同期ポイントに対してカウントするように、カウンターを動作させることによって、前記ＴＯＦ測定を実行するように構成されている、システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、前記ノードによる別のノードへのフレームの送信に対してカウントするように、カウンターを動作させることによって、前記ＴＯＦ測定を実行するように構成されている、システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、前記決定された同期ポイントに基づいて、前記ノードによるフレームの受信から、前記ノードによる応答フレームの送信までの時間間隔をカウントするように、前記ノードにおけるカウンターを動作させることによって、前記ＴＯＦ測定を実行するように構成されている、システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、さらに、前記ノードによって受信された複数のフレームにおけるパイロット・トーンの線形周波数シフトに従って計算された遅延によって前記カウントされた時間間隔を修正するように構成されている、システム。
【請求項２０】
請求項１０に記載のシステムにおいて、前記コントローラは、さらに、
前記ノードによって複数のフレームの各々を検出し、
各受信されたフレームの各受信時間を前記ノードにおいて記憶されている各波形と相互相関させて、各フレームの各同期ポイントを決定するように構成されている、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ネットワークにおける、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）モデムを利用するノードの間の通信において、飛行時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）測定を実行する際に使用される正確なデータを提供するシステムおよび方法に関する。具体的には、本システムおよび方法は、ＯＦＤＭを実施する場合に、データ復調の線形時間シフト性と共に使用され、時間シフトを補正し、ＴＯＦ計算のための同期ポイントを正確に計算することを可能にするアルゴリズムを提供する。
【背景技術】
【０００２】
この１０年間で、移動無線電話機ネットワークなどの無線通信ネットワークは、ますます普及している。このような無線通信ネットワークは、一般に、「セルラ・ネットワーク」と呼ばれている。何故なら、サービス・エリアを「セル」と呼ばれる複数の領域に分割するように、ネットワーク・インフラストラクチャの配置が行なわれるからである。地上のセルラ・ネットワークには、サービス・エリアの全体を通して指定箇所に地理的に分布された複数の相互接続された基地局、またはベース・ノードが含まれている。各ベース・ノードには、カバー・エリア内に位置する移動ユーザ・ノードたとえば無線電話機と、電磁信号たとえば無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency ）通信信号を送受信することができる１つまたは複数の送受信装置が含まれる。通信信号には、たとえば、所望の変調技術により変調されてデータ・パケットとして送信される音声データが含まれる。
【０００３】
近年、「アドホック」ネットワークとして知られる移動通信ネットワークの形式が、軍事使用を目的として開発されている。この形式のネットワークでは、各移動ノードが、他の移動ノードに対する基地局またはルータとして動作できるため、基地局の固定されたインフラストラクチャを設ける必要がなくなる。アドホック・ネットワークの詳細については、メイヤ（Mayor ）に付与された米国特許第５，９４３，３２２号の明細書で述べられている。なお、この文献の全体の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【０００４】
より高性能なアドホック・ネットワークも開発中である。すなわち、従来のアドホック・ネットワークと同様に移動ノードが互いと通信できるだけでなく、さらに、移動ノードが、固定ネットワークにアクセスして、それにより、他の移動ノード（たとえば公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Network ）上の移動ノード、および他のネットワークたとえばインターネット上の移動ノード）と通信できるようなアドホック・ネットワークである。これらの高性能な形式のアドホック・ネットワークの詳細は、以下の文献に記載されている。「ＰＳＴＮおよびセルラ・ネットワークに接続されたアドホック・ピア・トゥ・ピア移動無線アクセス・システム（Ad hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks ）」（米国特許出願第０９／８９７，７９０号明細書、２００１年６月２９日出願）、「別個の予約チャンネルを有する共有パラレル・データ・チャンネルに対する調整チャンネル・アクセスを有するアドホック、ピア・トゥ・ピア無線ネットワークに対する時分割プロトコル（Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channel with Separate Reservation Channel ）」（米国特許出願第０９／８１５，１５７号明細書、２００１年３月２２日出願）、および「アドホック、ピア・トゥ・ピア、移動無線アクセス・システムに対する優先順位決めされたルーティング（Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System ）」（米国特許出願第０９／８１５，１６４号明細書、２００１年３月２２日出願）。なお、これらの文献の全体の内容は本明細書において参照により取り入れられている。
【０００５】
当業者ならば理解できるように、ネットワーク・ノードは、データ・パケット通信を多重化フォーマットで、たとえば、時分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple Access ）フォーマット、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access ）フォーマット、または周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：Frequency Division Multiple Access）フォーマットで送受信する。多重化フォーマットは、ベース・ノードにおける単一の送受信装置が、そのカバー・エリア内の複数の移動ノードと同時に通信することを可能にするものである。さらに別の多重搬送波の送信技術には、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が含まれる。この技術では、利用可能なスペクトルが多くの搬送波に分割され、各搬送波は低レート・データ・ストリームによって変調される。ＯＦＤＭは、利用可能な帯域幅をユーザが割り当てられる多数のチャネルに再分割することにより多数のユーザのアクセスを実現するＦＤＭＡと同種である。しかしながら、ＯＦＤＭでは、そのチャネルの間隔をさらに密接にすることにより、そのスペクトルは遥かに効率的に使用される。これは、密接な間隔の搬送波の間の干渉を回避するために、すべての搬送波が互いに直交するようにすることにより実現される。
【０００６】
そのような多重搬送波の送信においても、残念なことに、ある程度は、多数のユーザによる干渉は存在する。ビクター・シュトロム（Victor Shtrom ）による文献「ブロードバンド無線接続におけるＣＤＭＡ  ＶＳ  ＯＦＤＭ（CDMA VS OFDM In Broadband Wireless Access ）」（この文献の全体の内容は本明細書において参照により取り入れられている）に記載されているように、同期ＣＤＭＡの使用により多数のユーザによる干渉を低減することができる。すべてのユーザのチップ境界を時間的に調整することによって、同期は干渉を低減させる。しかしながら、建造物による反射および他のトポロジー的な障害による多重経路により、同期は損なわれる。受信機までのルートにおいて、いくつかの信号は異なる距離を伝播するため、同期は損なわれる。シュトロムにより述べられたように、ユーザの位置に依存する種々の飛行時間（ＴＯＦ：Time-Of-Flight）遅延によってもまた、ユーザの同期は困難になる。
【０００７】
加えて、ＯＦＤＭを実施する場合に、データ復調の時間フレームの同期要求もまた、ＴＯＦ測定に適合しないことがあり得る。例えば、特定の応用例における飛行時間測定では、送信元から宛先に至り、送信元に戻る往復遅延の正確な測定を必要とする。宛先は、高い精度のタイミングで、信号を受信し、送信元に信号を返信しなければならない。往復遅延測定を必要としないような他の応用例においてもまだ、信号の送信及び受信のタイミングの精度は重要である。しかしながら、ＯＦＤＭモデムの送信の際、副搬送波の変調は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）により実行され、ＦＦＴは、一般に、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Inverse FFT ）と送信時におけるガード間隔の挿入との間の時間シフトを含み、ＴＯＦ測定に影響する。この時間シフトは、タイミングの精度に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００８】
従って、無線ネットワークにおける、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）モデムを利用するノードの間の通信において、正確なフレーム同期を提供するシステムおよび方法に対する必要性が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、無線ネットワークにおける、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）モデムを利用するノードの間の通信において、正確なフレーム同期を提供するシステムおよび方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、フレームを受信する無線装置の内部タイマーまたはカウンターに対するフレームの検出時間を正確に計算するアルゴリズムを与えるためのシステムおよび方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、通信における少なくとも１つのＦＦＴ変換されたパイロット信号から線形周波数シフトを計算するアルゴリズムを与えるためのシステムおよび方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、時間領域において測定され、かつ周波数領域に変換されたフレームに対して同期ポイントである計算された往復カウンター値を、周波数領域における副搬送波の線形位相シフトから計算される遅延により修正するアルゴリズムを与えるためのシステムおよび方法を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、無線装置がＴＯＦフレームを受信したときに、無線装置の内部クロック・サイクル・カウンターのカウント値を取得し、そのカウント値を用いて、さらに、パイロット信号からの線形位相シフトを内挿することにより、ＴＯＦ測定を補正することができるアルゴリズムを与えるためのシステムおよび方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、通信における変換されたパイロット信号から計算された線形周波数シフトを用いることによって、時間シフトされたフレームの離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）を用いるシステムおよび方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
これらの目的および他の目的は、副搬送波変調の線形時間シフト性を用いることによって、無線ネットワークにおける、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）モデムを利用するノードの間の通信において、正確なフレーム同期をもたらすことができるアルゴリズムを与えるためのシステムおよび方法によって、実質的に達成される。副搬送波変調は、一般に、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）と、送信時におけるガード間隔の挿入との間の時間シフトを含む高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により実行されるが、このガード挿入により、そのような時間シフトを補正することができる。
【００１６】
アルゴリズムは、ＦＦＴモジュラー窓のサンプリングの開始がまた、往復カウンターの開始ポイントであることを注意する。このカウンターは、フレームの受信から応答フレームの送信までに必要なクロック・サイクルをカウントする働きをする。アルゴリズムは、ＦＦＴ変換されたパイロット信号またはトーンから線形周波数シフトを計算する。これらのパイロット信号またはトーンは、チャネル・インパルス応答の測定のためにフレームに挿入されている。アルゴリズムは、往復カウンター値を、線形位相シフトから計算される遅延によって修正する。修正された往復カウンターは、次いで、応答フレームの送信を開始することができる。あるいは、正確なＴＯＦが計算可能であるように、往復カウンターが送信されるフレームに挿入される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれらの目的および他の目的、優位性および新たな特徴は、以下の詳細な説明を添付図面とともに読むことにより、容易に理解されよう。
上述したように、飛行時間（ＴＯＦ：Time Of Flight）の計算には、送信元無線機すなわちノードから、宛先ノードに至り、その後、送信元ノードに戻る往復遅延の正確な測定が必要とされる。それ故、宛先ノードは、高いタイミングの精度で送信された信号を受信し、送信元ノードに返送信号を送信して戻さなければならない。しかしながら、ＯＦＤＭを実施する場合に、データ変調の時間フレーム同期要求は、ＴＯＦ測定に適合しないことがあり得る。
【００１８】
ＯＦＤＭモデムにおける信号処理は、時間−周波数領域の両方においてなされ、通常、時間領域では、粗い同期ポイントが必要とされる。この時間領域の同期ポイントは、ほとんどの場合、時間シフトされ得るものであり、正確なフレームの開始ポイントではない。モデムは、所定の方法によってフレームの開始を検出することにより動作する。その方法は、例えば、結果の信号を遅延させ、相関させ、規格化して、所定の機能により、例えば、閾値を超過する最初の値をフレームの開始ポイントとするように閾値を設定することにより開始ポイントを検出する。ＯＦＤＭモデムにおいて、時間領域において時間シフトを正確に測定することは容易ではないが、周波数領域では、この時間シフトを、線形周波数シフトとして測定することができる。実際の線形周波数シフトは、副搬送波の位相シフトとして測定される。このように、時間領域におけるフレームの時間シフトは、周波数領域における線形周波数シフトと等価である。
【００１９】
従って、以下に説明する本発明の実施形態は、無線ネットワークにおける、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）モデムを利用するノードの間の通信において、副搬送波の変調（ＦＦＴ）の線形時間シフト性を使用して、正確なフレーム同期を提供することができるアルゴリズムが具体化されたソフトウェアおよび／またはハードウェアを１つ以上のノードにおいて含む。そのような通信は、例えば、地理的位置の決定のような種々の目的のために、一般に、任意の個数のノードのネットワーク構成、例えば、図１のネットワーク１００のようなネットワーク構成において発生する可能性がある。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態を用いるアドホック・パケット交換型無線通信ネットワーク１００の例を示すブロック図である。具体的には、ネットワーク１００は、複数の移動無線ユーザ端末１０２−１〜１０２−ｎ（ノード１０２または移動ノード１０２と呼ぶ）を含んでいる。ネットワーク１００は、複数のアクセス・ポイント１０６−１，１０６−２，…１０６−ｎ（ノード１０６またはアクセス・ポイント１０６と呼ぶ）を有する固定ネットワーク１０４を含むことができる（しかしながら、必ずしも必要とする訳ではない）。これらのノード１０６は、ノード１０２に、固定ネットワーク１０４へのアクセスを与えるためのものである。固定ネットワーク１０４は、たとえば、核となるローカル・アクセス・ネットワーク（ＬＡＮ：Local Area Network）、および複数のサーバおよびゲートウェイ・ルータを含むことができる。サーバおよびゲートウェイ・ルータは、ネットワーク・ノードに、他のネットワークたとえば他のアドホック・ネットワーク、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ：Public Switched Telephone Network ）およびインターネットへのアクセスを与えるためのものである。ネットワーク１００は、さらに、複数の固定ルータ１０７−１〜１０７−ｎ（ノード１０７または固定ルータ１０７と呼ぶ）を含むことができる。これらの固定ルータ１０７は、データ・パケットを他のノード１０２，１０６，または１０７の間でルーティングするためのものである。ここでの説明上、前述したノードを一括して、「ノード１０２，１０６，および１０７」、または単純に「ノード」もしくは「端末」と呼ぶこともあることに注意されたい。
【００２１】
当業者ならば理解できるように、ノード１０２，１０６，および１０７は、互いに直接通信することもできるし、あるいはノード間で送信中のパケットに対するルータ、または複数のルータとして動作する１つまたは複数の他のノード１０２，１０６，または１０７を介して通信することもできる。このことは以下の文献に記載されている。米国特許第５，９４３，３２２号明細書（メイヤ）、および米国特許出願第０９／８９７，７９０号明細書、米国特許出願第０９／８１５，１５７号明細書、および米国特許出願第０９／８１５，１６４号明細書（これらはすでに参照されている）。
【００２２】
図２に示したように、各ノード１０２，１０６，および１０７には、送受信装置またはモデム１０８が含まれている。送受信装置またはモデム１０８はアンテナ１１０に結合され、コントローラ１１２の制御の下で、ノード１０２，１０６，または１０７との間で、パケット化された信号などの信号を送受信することができる。パケット化されたデータ信号は、たとえば、音声、データ、またはマルチメディア情報、およびパケット化された制御信号（ノード更新情報など）を含むことができる。
【００２３】
各ノード１０２，１０６，および１０７には、さらに、メモリ１１４、たとえばランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ：Random Access Memory）が含まれている。メモリ１１４は、とりわけ、ネットワーク１００における自分自身および他のノードに関するルーティング情報を記憶することができる。ノード１０２，１０６，および１０７は、それぞれのルーティング情報（ルーティング通知またはルーティング・テーブル情報と呼ぶ）を、互いに、放送機構を介して周期的に交換する。この交換は、たとえば新たなノードがネットワーク１００に移入するとき、あるいはネットワーク１００内の既存のノードが移動するときに行なわれる。
【００２４】
図２にさらに示すように、ある特定のノード、特に移動ノード１０２は、ホスト１１６を含むことができる。ホスト１１６は、任意の数の装置、たとえばノートブック・コンピュータ端末、移動電話機ユニット、移動データ・ユニット、または任意の他の好適な装置により構成されていても良い。また各ノード１０２，１０６，および１０７には、インターネット・プロトコル（ＩＰ：Internet Protocol ）およびアドレス解決プロトコル（ＡＲＰ：Address Resolution Protocol ）を実行するための適切なハードウェアおよびソフトウェアも含まれている。当業者ならば、これらのプロトコルの目的を容易に理解することができよう。また伝送制御プロトコル（ＴＣＰ：Transmission Control Protocol ）およびユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ：User Datagram Protocol）を実行するための適切なハードウェアおよびソフトウェアが含まれていても良い。さらに、各ノードには、以下に詳細に説明するように、飛行時間（ＴＯＦ）計算を実行するための適切なハードウェアおよびソフトウェアが含まれている。
【００２５】
各ノードのモデム１０８はまた、ノード１０２，１０６，および１０７において受信された信号の到着時間を識別し、区別し、測定する機能を含む。これらの信号は、ネットワークの他のノードから直接経路を経た信号および反射経路を経た信号の両方である。各ノードにおいて使用されるアルゴリズムは、「到着時間（ＴＯＡ：Time Of Arrival ）」測定技術を使用することが可能であり、個々のノードの位置を計算するためにノード間の距離を与えても良い。この測定は、信号伝播時間、すなわち信号「飛行時間（ＴＯＦ）」に基づいて行われる。
【００２６】
以下に説明する本発明の実施形態は、モデム、例えばＯＦＤＭモデム１０８と共に使用されるアルゴリズムであって、極めて正確なＴＯＦ測定を提供するアルゴリズムを開示する。以下に説明するアルゴリズムは、図１の各ノード１０２，１０６，および１０７に位置し、ノードのモデム１０８またはノード・ホスト１１６のいずれに位置しても良い。上述したように、各ノードは、別のノードから直接経路を経て受信された信号および反射経路を経て受信された信号を区別し、識別する機能を有し、そのような信号および経路情報を用いて、ノード距離の値を決定して収集する。
【００２７】
上述したように、ＯＦＤＭを実施する場合に、データ復調のためのフレーム同期要求は、ＴＯＦ測定に適合しないことがあり得る。ＯＦＤＭの変調においては、特定の他の変調、例えばスペクトル拡散の場合のように極めて正確なフレーム同期が必要とされることはない。正確に同期ポイントを測定することにより、ハードウェアが高価になる可能性があり、復調の際に必ずしも必要ではない。また、ＯＦＤＭ波形は、この目的のために構成されている訳ではない。
【００２８】
上述のシュトロムの文献に記載されているように、ＯＦＤＭモデムは、広帯域データ・パイプを取得し、図３に示されているように、それを多くの並列ビンにわたって分布させる。図３は、本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信モデルの例を示すブロック図である。
【００２９】
図３に示されているように、ＯＦＤＭ通信モデル１２０は、広帯域データ・パイプ１２２を取得し、それを多くの並列チャネルまたは副搬送波１２４にわたって分布させるＯＦＤＭモデムを表わす。多くの並列チャネルまたは副搬送波１２４の正確な数は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のサイズの関数である。その並列チャネルは、次いで、逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ）によって変調される。その結果の信号フレームは、一揃いの狭帯域副搬送波を含んでおり、次いで、ＲＦ周波数にアップコンバートされ、増幅され、無線チャネル１２６を介して送信される。次いで、受信機が、その受信信号を、ＦＦＴによりユーザ・データ１２８に復調する。
【００３０】
副搬送波の変調は、一般に、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）と送信時におけるガード間隔の挿入との間の時間シフトを含む高速フーリエ変換により実行されるが、このガード挿入により、本発明の実施形態は、そのような時間シフトを補正することができる。ＦＦＴでは、信号が巡回であることを期待するが、線形時間シフトは、現実には巡回ではない。ガードは、実際上、畳み込みを巡回畳み込みに変換する。時間領域における畳み込みは、周波数領域における乗算であるが、ＦＦＴが用いられる場合、周波数領域における乗算は、実際に、時間領域における巡回畳み込みである。ガードにより、確かに時間領域における信号は「巡回」となる。
【００３１】
図３のＯＦＤＭ通信モデル１２０において、送信されるフレームは、時間シフトされ得るが、ガード周期により、それは、ＦＦＴ変換後の複素信号に対する線形周波数依存位相シフトを生成するため、この時間シフトは補正可能である。ＯＦＤＭモデムにおいて、チャネル・インパルス応答は、スペクトル拡散モデムにおいて一般に見出されるように、通常、時間領域に代わって周波数領域にある。本発明の実施形態において、この線形時間シフト性を用いて、ＴＯＦ測定の正確な同期ポイントを計算するアルゴリズムを実行することができる。
【００３２】
上述したように、ＯＦＤＭモデムおける信号処理は、時間および周波数領域の両方においてなされ、時間領域において、粗い同期ポイントが取得される。この時間領域の同期ポイントは、ほとんどの場合、時間シフトされ得るものであり、フレームの正確な開始ポイントではない。モデムは、所定の方法によってフレームの開始を検出することにより動作する。その方法は、例えば、結果の信号を遅延させ、相関させ、規格化して、所定の機能により、例えば、閾値を超過する最初の値をフレームの開始ポイントとするように閾値を設定することにより開始ポイントを検出する。ＯＦＤＭモデムにおいて、時間領域において時間シフトを正確に測定することは容易ではないが、周波数領域では、この時間シフトを、線形周波数シフトとして測定することができる。実際の線形周波数シフトは、副搬送波の位相シフトとして測定される。このように、時間領域におけるフレームの時間シフトは、周波数領域における線形周波数シフトと等価である。周波数領域の線形周波数シフトから時間シフトを推定する別の理由は、それが副標本の正確さを与えることにある。これは、時間領域においてなされ得るが、追加のハードウェアが必要になる場合がある。
【００３３】
以下に説明するように、本発明の実施形態による同期は、２つの段階、すなわちフレーム検出段階およびファイン・タイミング同期段階を含む。フレーム検出段階の間では、プロセスは、フレームが存在することを検出する。同期段階の間では、記憶されている波形と受信フレームとを相互相関させることによりタイミング同期を実行する。この同期は、１サンプルまでの高い精度をもたらすことができる。この相互相関は、周波数領域においてなされるものであり、周波数領域において使用されるＦＦＴ長により、時間領域の場合よりも複雑になり得る。従って、無線チャネル・インパルス応答長をＰ、フレーム長をＮとすると、エイリアシングを回避するためには、ＦＦＴ長は、
ＦＦＴ長  ≧  Ｎ＋Ｐ＋１
を満たすように設定されるべきである。
【００３４】
信号処理理論の当業者であれば理解するように、この規則は、エイリアシングを回避するための制限を設定する。すなわち、例えば、ナイキストのサンプリング定理またはシャノンのサンプリング定理により周波数領域のエイリアシングを回避するためには、時間領域において、サンプリング・レートは、最高周波数の２倍以上でなければならない。周波数領域の処理において、同様な規則を、時間領域エイリアシングを回避するために適用する。例として、ＦＦＴ長が６４で、６４の長さを有するフレームが相関付けられる場合、そのＦＦＴは、６４＋６４＋１＝１２９となり、全く現実的ではない。通常、ＦＦＴ長は、２ｐｏｗＬ、すなわち１２８のＦＦＴ長（８０２．１１ａＦＦＴの長さの２倍）が選択された場合、Ｌ＝６，Ｎ＝６４，Ｐ＝６３であり、時間エイリアシングは存在しない。この場合、Ｐは受信されたデータ・ストリームのサンプルから取得される複素フレームの長さである。しかしながら、１つの欠点は、そのフレームは、ピークを見出すために時間領域に戻すように逆ＦＦＴを経なければならないことである。それにも拘わらず、これが依然として有効である理由は、相関付けられた列のうちの１つが２進数ではない、すなわち係数が（±１±ｊ）ではない場合（この場合、乗算は加算および減算に変換可能である）、複素乗算の数が相互相関に伴って発生する数よりも遥かに少ないからである。
【００３５】
従って、フレーム検出ステップにおいて、アルゴリズムは、ＦＦＴモジュラー窓のサンプリングの開始がまた、往復カウンターの開始ポイントであることを注意する。そのカウンターは計算され、フレームの受信から応答フレームの送信までに必要なクロック・サイクルをカウントする働きをする。
【００３６】
タイミング同期ステップにおいて、アルゴリズムは、ＦＦＴ変換されたパイロット信号から各フレームの線形周波数シフトを計算する。これらのパイロット信号またはトーンは、チャネル・インパルス応答の測定のためにフレームに挿入されている。一般に、各フレームは、チャネル推定および時間／周波数同期のために、１つまたは複数のそのようなパイロット・トーンを含んでいる。
【００３７】
往復ＴＯＦ計算において、タイミング同期ステップの間、アルゴリズムは、計算された往復カウンター値を、線形周波数シフト（パイロットの位相シフト）から計算される遅延によって修正する。修正された往復カウンターは、次いで、応答フレームの送信を開始する。あるいは、ＴＯＦが計算可能であるように、往復カウンター値が送信されるフレームに挿入される。
【００３８】
時間シフトされたフレームの離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）が以下の式（１）に示されている。式（１）は、上述した線形周波数シフトの計算に利用される。
ＤＦＴｋ［ｓｈｉｆｔΔ（ｘ）］＝ｅ−ｊωｋΔＸ（ｋ）      （１）
ここで、ｋはフレームの数を表わし、ｘは副搬送波を表わし、ωは搬送波の周波数を表わし、Δは、ＦＦＴ変換されたパイロット信号からの線形周波数シフトを表わす。ステップ３において使用される線形時間シフトまたは遅延は、パイロット信号から内挿される。
【００３９】
変換されたフレームは副搬送波からなり、パイロットおよびデータ副搬送波は交互配置されている。例えば、すべてのＮ番目の副搬送波がパイロットである。搬送波の位相は、各副搬送波に対して、そのまわりのパイロットに基づいて内挿される。例えば、
例：P0 D0 D1 D2 D3 P1 D4 D5 D6 D7 P2 D8 D9 D10 D11 P3 …
パイロット  P0,P1,P2,P3,…は測定可能
各データ副搬送波の位相は内挿により推定される。例えば、D5については、P1およびP2から内挿することができる。これは、種々の方法によりなされるが、その結果としては、この内挿された信号は、抽出可能な線形位相項を有する。
【００４０】
上記実施形態において、アルゴリズムは、軽微な変更を有するＯＦＤＭモデムに伴う正確なＴＯＦ測定を可能にする。周波数領域インパルス応答が、ＦＦＴのサンプリングの開始の時間シフトを計算するのに利用される。
【００４１】
上記のＴＯＦ測定および同期の計算を、多数のフレームに対して実行することができ、所望のＴＯＦ値として最短値または平均値を利用することができることにも注意されたい。
【００４２】
本発明のいくつかの典型的な実施形態のみについて詳細に説明してきたが、当業者であれば容易に分かるように、本発明の新たな示唆および優位性から実質的に逸脱することなく、典型的な実施形態において多くの変更が可能である。したがって、このような変更はすべて、規定された本発明の範囲に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態による複数のノードを含むアドホック・パケット交換型無線通信ネットワーク例を示すブロック図。
【図２】図１に示すネットワークにおいて用いられる移動ノードの例を示すブロック図。
【図３】本発明の実施形態によるＯＦＤＭ通信モデルの例を示すブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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