JP4366589B2

JP4366589B2 - キャリア検出方法／プログラム／プログラム記録媒体／回路、受信機

Info

Publication number: JP4366589B2
Application number: JP2004105640A
Authority: JP
Inventors: 陽介福田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: GB0506603D0; CN1677966A; HK1077951A1; GB2413740B; US20050220230A1; JP2005295085A; GB2413740A

Description

本発明は、無線装置において、信号の受信を検出するキャリア検出回路に関する。

無線アクセス方式として、ＣＳＭＡ／ＣＡ（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓｗｉｔｈＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅ）方式を採用する無線ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）などのバースト信号伝送システムでは、基地局は同時刻に、その基地局に属する端末群の中の１端末とのみ通信することができる。

このようなシステムでは、基地局は通常、その基地局に属する端末群に対して、回線確立時に識別情報を与えている。基地局が、その基地局に属する端末群の中の１端末に対してバースト信号を送信する際には、その端末に対する識別情報をバースト信号に付加して送信する。基地局から送信されたバースト信号に対して、全ての端末は受信信号電力（以下、ＲＳＳＩ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）と呼ぶ）を測定し、この測定値をあらかじめ設定された判定閾値（以下、キャリア検出閾値と呼ぶ）と比較し、ＲＳＳＩ測定値がキャリア検出閾値を超えた場合、キャリア検出とみなして、復調処理動作を開始する。一方、ＲＳＳＩ測定値がキャリア検出閾値を下回った場合、キャリアは検出されないものと判断し、復調処理動作を開始しない。

キャリア検出と判断した端末は、受信信号の復調処理動作を開始するが、まず、プリアンブル信号と呼ばれる、バースト信号の先頭に付加された既知の固定パターンの検出（シンボルタイミング検出）を行うことで、バースト信号との同期を取る。シンボルタイミング検出後、プリアンブル信号以降のデータに対する復調処理を行い、バースト信号に付加された端末識別情報により、そのバースト信号が自端末宛てのものか否かを判別し、自端末宛ての場合は、引き続きバースト信号の識別情報以降のデータに対する復調処理動作を行い、自端末宛てでない場合は、バースト信号の識別情報以降のデータに対する復調処理動作を停止する（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２０００−１５６６６６号公報特許００３１８６７１８号公報

上記従来技術においては、端末が干渉波電力を受信した際にも、ＲＳＳＩ測定値がキャリア検出閾値を超えた時点で復調処理を開始してしまう。そして、少なくともシンボルタイミング検出が終了するまでは、そもそも自システム（各標準規格で規定された通信方式ならびに信号フォーマットで通信を行うシステム）の信号か否かが判別できないため、バースト信号のシンボルタイミング検出終了までの復調処理がいたずらに行われてしまう。その結果、不必要な復調処理回路の動作により、通信効率が低下するという問題があった。

本発明の目的は、シンボルタイミング検出が終了するまでに、自システムの信号か否かを判別し、不必要な復調処理回路の動作により通信効率を低下させないキャリア検出方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１のキャリア検出方法は、受信信号の電力値を求め、この電力値を所定の第１の閾値と比較するステップと、受信信号に含まれるプリアンブルと、無線装置の属する通信システムを特徴づける所定のプリアンブルパターンとの相関値を求め、この相関値を所定の第２の閾値と比較するステップと、電力値と相関値のいずれかが、それぞれ第１の閾値と第２の閾値を超えると判断されると、復調処理回路に復調処理をいったん開始させるステップと、シンボルタイミング検出にかかる時間よりも短く設定された所定の時間の間に、相関値が第２の閾値を超えると判断されない場合、いったん開始された復調処理を停止させるステップを有する。

上記相関値の算出と比較により、自システムの信号か否かを判別することが可能になるが、上記相関値の算出と比較は、復調処理回路によるシンボルタイミング検出よりも一般に短時間で行うことができるので、上記相関値にもとづいて、受信信号が自システムの信号ではないと判断されると、いったん開始された復調処理を停止することにより、シンボルタイミング検出に至る以降の無駄な復調処理を省略できる。さらに、この方法では、電力値と相関値のいずれかが、それぞれ第１の閾値と第２の閾値を超えると判断されると、復調処理回路に復調処理をいったん開始させているので、自システムの信号が受信されていても、復調処理が遅延されることはない。

以上説明したように、本発明によれば、シンボルタイミング検出よりも一般に短時間で行うことができるプリアンブルの相関にもとづいて、自システムの信号か否かを判別するので、不必要な復調処理回路の動作を制限できる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照すると、キャリア検出回路を含む本発明の一実施形態の受信機は、受信フィルタ１０１と、ＲＳＳＩ測定回路１０２と、キャリア検出閾値比較回路１０３と、相関検出回路１０４と、キャリア相関検出閾値比較回路１０５と、ＯＲ回路１０６と、復調処理回路１０７と、シンボルタイミング検出タイマ１０８と、相関検出タイマ１０９を含む。キャリア検出回路は、ＲＳＳＩ測定回路１０２と、キャリア検出閾値比較回路１０３と、相関検出回路１０４と、キャリア相関検出閾値比較回路１０５と、ＯＲ回路１０６と、相関検出タイマ１０９によって構成される。

受信フィルタ１０１は、チャネル選択フィルタの機能を有し、Ｉ，Ｑ同一構成のディジタルフィルタである。フィルタの種類としては、ＦＩＲ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタまたはＩＩＲ（ＩｎｆｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタが考えられるが、安定性を考えた場合にはＦＩＲの方が有利である。ＦＩＲフィルタの設計にあたっては、適宜、最適な窓関数の選択やロールオフ率の最適化を行い、所望の周波数特性を得ることはもちろんのこと、アナログフィルタを補充することが必要である。受信フィルタ１０１には、１０ｂｉｔないし１２ｂｉｔのＡ／ＤコンバータによりＡ／Ｄ変換された直交検波Ｉ，Ｑ成分（１２ｂｉｔディジタル値）が入力される。受信フィルタ１０１は、受信信号を、ＲＳＳＩ測定回路１０２、相関検出回路１０４、復調処理回路１０７に出力する。

ＲＳＳＩ測定回路１０２は、受信フィルタ１０１を通過した直交検波Ｉ，Ｑ成分を受信する。ＲＳＳＩ測定回路１０２は、Ｉ，Ｑ信号の振幅から求めた電力（＝ＲＳＳＩ信号）の移動平均を算出する。移動平均時間の設定方法の１つとして、フレーム（パケット）の先頭に設けられているプリアンブル信号の信号周期に設定する方法がある。

プリアンブル信号は、バースト信号伝送システムの標準規格（ＩＥＥＥ８０２．１１ａやＨＩＰＥＲＬＡＮ／２）において既知の固定パターンとして規定され、送信時に、通常フレーム（パケット）の先頭に設けられる周期信号である。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１aにおいては、プリアンブル信号としてショートプリアンブル信号Ｓ（−２６，２６）とロングプリアンブル信号Ｌ（−２６，２６）が既知の固定パターンとして下記のように規定されている。

Ｓ（−２６，２６）＝
（１３／６)^1/2×｛０，０，１＋ｊ，０，０，０，１−ｊ，０，０，０，１＋ｊ，０，０，０，−１−ｊ，０，０，０，−１−ｊ，０，０，０，１＋ｊ，０，０，０，０，０，０，０，−１−ｊ，０，０，０，−１−ｊ，０，０，０，１＋ｊ，０，０，０，１＋ｊ，０，０，０，１＋ｊ，０，０，０，１＋ｊ，０，０｝。

Ｌ（−２６，２６）＝
｛１，１，−１，−１，１，１，−１，１，−１，１，１，１，１，１，１，−１，−１，１，１，−１，１，−１，１，１，１，１，０，１，−１，−１，１，１，−１，１，−１，−１，１，−１，−１，−１，−１，−１，１，１，−１，−１，１，−１，１，−１，１，１，１，１｝。

変調方式としてＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を用いるＩＥＥＥ８０２．１１a準拠の通信システムにおいては、ショートプリアンブル信号Ｓ（−２６，２６）は、５２サブキャリアのうち、１２サブキャリアを用いる。周波数次元の信号を規定されたＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）周期（＝３.２μｓｅｃ）でＩＦＦＴ（ＩｎｖｅｒｓｅＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）後、ＱＰＳＫ（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調を行うことで、０．８μｓｅｃ周期の固定パターン信号の１０回繰り返し信号が得られる。一方、ロングプリアンブル信号Ｌ（−２６，２６）は、５２サブキャリアを用い、ＢＰＳＫ（ＢｉｎａｒｙＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調による、２ＯＦＤＭシンボル長（＝８.０μｓｅｃ）の固定パターンである。

ＩＥＥＥ８０２．１１aにおいては、ショートプリアンブル信号は、信号検出、ＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）引き込み、キャリア周波数誤差粗調整、シンボルタイミング検出に用いるのが好ましい。ロングプリアンブル信号は、チャネル推定、キャリア周波数誤差微調整に用いるのが好ましい。したがって、ＲＳＳＩ測定回路１０２移動平均時間は、０．８μｓｅｃに設定される。

ＲＳＳＩ測定回路１０２は、算出したＲＳＳＩ値をキャリア検出閾値比較回路１０３に出力する。

キャリア検出閾値比較回路１０３は、ＲＳＳＩ測定回路１０２からＲＳＳＩ値を受信し、これを与えられた所定の閾値（ＴＨ１）と比較する。キャリア検出閾値比較回路１０３は、ＲＳＳＩ値がＴＨ１を超える場合、キャリア検出と判断し、ＯＲ回路１０６にキャリア検出信号を出力する。

相関検出回路１０４は、受信フィルタ１０１を通過した直交検波Ｉ，Ｑ成分を受信して、受信信号に含まれるショートプリアンブルと、所定のプリアンブルパターン（自システムで用いられるプリアンブルと関連づけられたパターン）との相関値を算出する。相関検出回路１０４としては、ショートプリアンブルの固定パターンとの相関値が算出できるものであればなんでもよく、例えば、時間軸上の固定パターンを係数とする整合フィルタを主フィルタとして、相関値を移動平均電力により正規化するための正規化回路や、周期信号と同一の周期で動作させ、ＳＮ比を改善することを可能とする複素ＩＩＲフィルタ、フェージング環境により時間分散した遅延波の電力を集め、ＳＮ比を向上するためのＦＩＲフィルタ（移動平均フィルタ）などを組み合わせてもよい。また、入力される信号を周期時間（０．８μｓｅｃ）分遅延させて、現受信信号と１周期前の受信信号とで逐次相関をとる回路であってもよい。

相関検出回路１０４は、算出した相関値をキャリア相関検出閾値比較回路１０５に出力する。

キャリア相関検出閾値比較回路１０５は、相関検出回路１０４から相関値を受信し、これが与えられた所定の閾値（ＴＨ２）を超える場合、キャリア相関検出がなされたと判断して（すなわち、受信した信号が自システムのものであると判断して）、ＯＲ回路１０６と復調処理回路１０７にキャリア相関検出信号を出力する。キャリア相関検出閾値比較回路１０５は、ショートプリアンブルパターンを１パターンでも検出した場合に、キャリア相関検出とみなすことも可能であるし、２パターンないし３パターンの検出によりキャリア相関検出とみなすことも可能であるが、処理時間を考えると１パターンの検出によりキャリア相関検出とみなすことが現実的である。

ＯＲ回路１０６は、キャリア検出閾値比較回路１０３からキャリア検出信号を、キャリア相関検出閾値比較回路１０５からキャリア相関検出信号を受信する。ＯＲ回路１０６は、キャリア検出信号とキャリア相関検出信号のうちどちらか一方を受信すると、とりあえずキャリア検出とみなし、復調処理回路１０７に復調処理を開始させるための信号を出力する。また、ＯＲ回路１０６は、キャリア検出とみなすと、シンボルタイミング検出タイマ１０８と相関検出タイマ１０９に、カウントを開始させるための信号を出力する。

シンボルタイミング検出タイマ１０８は、ＯＲ回路１０６から、カウントを開始させるための信号を受信すると、あらかじめ設定された時間をカウントし、カウントが終了すると、その旨を通知する信号を復調処理回路１０７に出力する。シンボルタイミング検出タイマ１０８に設定されるカウント時間は、自システムの信号を受信した場合にシンボルタイミング検出に費やされる時間よりも若干長めである。本実施形態では、約１２μｓｅｃとする。

相関検出タイマ１０９は、ＯＲ回路１０６から、カウントを開始させるための信号を受信すると、あらかじめ設定された時間をカウントし、カウントが終了すると、その旨を通知する信号を復調処理回路１０７に出力する。相関検出タイマ１０９に設定されるカウント時間は、自システムの信号を受信した場合に相関検出に費やされる時間よりも若干長めであり、シンボルタイミング検出に費やされる時間より一般に短くなる。本実施形態では、約６μｓｅｃとする。

復調処理回路１０７は、ＯＲ回路１０６から、復調処理を開始させるための信号を受信すると、とりあえず、受信フィルタ１０１から受信した受信信号の復調処理を開始する。ただし、相関検出タイマ１０９からカウント終了を告げる信号を受信するまでに、キャリア相関検出閾値比較回路１０５からキャリア相関検出信号を受信しない場合、受信機が受信した信号は自システムのものではないと判断して、いったん開始した復調処理を停止する。また、シンボルタイミング検出タイマ１０８からカウント終了を告げる信号を受信するまでに、シンボルタイミング検出が終了しない場合、受信機が受信した信号は自システムのものではないと判断して、いったん開始した復調処理を停止する。

次に、図１の受信機により実現される受信動作を、図２のフローチャートを参照して、時系列に説明する。

ステップ２０１で、受信フィルタ１０１を通された受信信号は、ＲＳＳＩ測定回路１０２および相関検出回路１０４に入力される。ＲＳＳＩ測定回路１０２は、ＲＳＳＩ値を算出し、相関検出回路１０４は、相関値を計算する。

ステップ２０２で、キャリア検出閾値比較回路１０３およびキャリア相関検出閾値比較回路１０５は、それぞれＲＳＳＩ測定回路１０２および相関検出回路１０４から、ＲＳＳＩ値および相関値を受信し、閾値ＴＨ１およびＴＨ２と比較する。キャリア検出閾値比較回路１０３およびキャリア相関検出閾値比較回路１０５は、それぞれＲＳＳＩ値および相関値が閾値ＴＨ１およびＴＨ２を超えていると判断した場合、ＯＲ回路１０６に「Ｈ」を出力する。キャリア検出閾値比較回路１０３およびキャリア相関検出閾値比較回路１０５のいずれか１つで「Ｈ」が出力されるまで、ステップ２０１と２０２が繰り返される。

ステップ２０３で、キャリア検出閾値比較回路１０３およびキャリア相関検出閾値比較回路１０５のいずれか１つで「Ｈ」が出力されると、ＯＲ回路１０６は、とりあえずキャリア検出がなされたと判断し、シンボルタイミング検出タイマ１０８と相関検出タイマ１０９のカウントを開始させるとともに、ステップ２０４で、復調処理回路１０７に復調処理を開始させる。なお、シンボルタイミング検出タイマ１０８と相関検出タイマ１０９は、それぞれ約１２μｓｅｃと約６μｓｅｃ経過すると、復調処理回路１０７にそれぞれの時間経過を知らせる信号を出力するように設定されている。

ステップ２０５で、復調処理回路１０７は、相関検出タイマ１０９から、約６μｓｅｃの時間経過を知らせる信号を受信するまでに、キャリア相関検出閾値比較回路１０５からキャリア相関検出信号を受信しないとき、ステップ２０９で、いったん開始された復調処理を停止して、ステップ２１０で、キャリア検出がなされなかったと判断する。以降、受信信号待機状態にもどり、ステップ２０１から新たに処理が繰り返される。

ステップ２０６で、復調処理回路１０７は、相関検出タイマ１０９から約６μｓｅｃの時間経過を知らせる信号を受信するまでにキャリア相関検出閾値比較回路１０５からキャリア相関検出信号を受信していた場合であっても、シンボルタイミング検出タイマ１０８から約１２μｓｅｃの時間経過を知らせる信号を受信するまでにシンボルタイミング検出ができなかった場合、ステップ２０９で、いったん開始された復調処理を停止して、ステップ２１０で、キャリア検出がなされなかったと判断する。以降、受信信号待機状態にもどり、ステップ２０１から新たに処理が繰り返される。

ステップ２０６で、復調処理回路１０７は、相関検出タイマ１０９から約６μｓｅｃの時間経過を知らせる信号を受信するまでに、キャリア相関検出閾値比較回路１０５からキャリア相関検出信号を受信していた場合で、かつ、シンボルタイミング検出タイマ１０８から約１２μｓｅｃの時間経過を知らせる信号を受信するまでにシンボルタイミング検出ができた場合、ステップ２０７で、復調処理を続行して終了し、ステップ２０８で、キャリア検出処理を終了する。以降、受信信号待機状態にもどり、ステップ２０１から新たに処理が繰り返される。

なお、図１の受信機の構成において、ＯＲ回路１０６をＡＮＤ回路に置き換え、相関検出タイマ１０９を取り除く変更をおこなってもよい。この場合、キャリア検出閾値比較回路１０３からのキャリア検出信号と、キャリア相関検出閾値比較回路１０５からのキャリア相関検出信号の双方が出力された場合にのみ、復調処理回路１０７の復調処理が開始される。この場合、受信信号が自システムのものであったときは、キャリア相関検出にかかる時間だけ復調処理が遅れることになるが（図１の受信機では、とりあえず復調処理を開始しているので、遅れることはない）、受信信号が自システムのものでなかった場合には、無駄な復調処理を全く行わなくてもよくなる（図１の受信機では、キャリア相関検出にかかる時間の復調処理が無駄になるおそれがある）。

また、本発明のキャリア検出回路は、専用のハードウェアにより実現する以外に、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取りが可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムを、キャリア検出回路となるべきコンピュータに読み込ませて実行することにより、実現するものでもよい。コンピュータ読み取りが可能な記録媒体とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記憶装置を指す。さらに、コンピュータ読み取りが可能な記録媒体とは、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間の間に、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、コンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。

本発明の一実施形態の受信機の構成を示した図である。図１の受信機の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１受信フィルタ
１０２ＲＳＳＩ測定回路
１０３キャリア検出閾値比較回路
１０４相関検出回路
１０５キャリア相関検出閾値比較回路
１０６ＯＲ回路
１０７復調処理回路
１０８シンボルタイミング検出タイマ
１０９相関検出タイマ
２０１〜２１０ステップ

Claims

無線装置の受信機に備えられたキャリア検出回路が行うキャリア検出方法であって、
受信信号の電力値を求め、該電力値を所定の第１の閾値と比較するステップと、
前記受信信号に含まれるプリアンブルと、前記無線装置の属する通信システムを特徴づける所定のプリアンブルパターンとの相関値を求め、該相関値を所定の第２の閾値と比較するステップと、
前記電力値と前記相関値のいずれかが、それぞれ前記第１の閾値と前記第２の閾値を超えると判断されると、復調処理回路に復調処理をいったん開始させるステップと、
シンボルタイミング検出にかかる時間よりも短く設定された所定の時間の間に、前記相関値が前記第２の閾値を超えると判断されない場合、前記いったん開始された復調処理を停止させるステップを有するキャリア検出方法。
請求項１に記載のキャリア検出方法を、前記キャリア検出回路となるべきコンピュータに実行させるプログラム。
請求項１に記載のキャリア検出方法を、前記キャリア検出回路となるべきコンピュータに実行させるプログラムを記録した、コンピュータ読み取りが可能な記録媒体。
無線装置の受信機に備えられたキャリア検出回路であって、
受信信号の電力値を求める手段と、
該電力値を所定の第１の閾値と比較する手段と、
前記受信信号に含まれるプリアンブルと、前記無線装置の属する通信システムを特徴づける所定のプリアンブルパターンとの相関値を求める手段と、
該相関値を所定の第２の閾値と比較する手段と、
前記電力値と前記相関値のいずれかが、それぞれ前記第１の閾値と前記第２の閾値を超えると判断されると、復調処理回路に復調処理をいったん開始させる手段と、
シンボルタイミング検出にかかる時間よりも短く設定された所定の時間の間に、前記相関値が前記第２の閾値を超えると判断されない場合、前記いったん開始された復調処理を停止させる手段を有するキャリア検出回路。
請求項４に記載のキャリア検出回路と、
前記キャリア検出回路によって復調処理のタイミングを制御される復調処理回路を有する受信機。