JP5571147B2 - 無線媒体中のパケットを検出する適応パケット検出 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００４年２月２０日に出願された「無線媒体中のパケットを検出する適応パケット検出」と題する同時係属中の米国仮特許出願第６０／５４６，３６５号を基礎とする優先権を主張する。その出願は、参照することにより本文書中に全文記述されているかのように、実質的に本文書の一部を構成する。

本開示は、以下の同一出願人による出願または特許に関連している可能性がある。

米国特許第＿＿＿＿号（米国特許出願第１０／０６８，３６０号、２００２年２月５日出願、名称「ベクトル復号化マルチアンテナ・無線受信機チェーン」、発明者Ｓｔｅｅｌｅ他（以下「Ｓｔｅｅｌｅ Ｉ」という）。

米国特許第７，１６１，９９６号（米国特許出願第１０／３７６，０７９号、２００３年２月２６日出願、名称「ベクトル復号化マルチアンテナ・無線受信機チェーン」、発明者Ｓｔｅｅｌｅ他（以下「Ｓｔｅｅｌｅ ＩＩ」という）。

米国特許第＿＿＿＿号（米国特許出願第１０／６４２，０７０号、２００３年８月１５日出願、名称「１台または複数台の受信機を有する無線通信システムにおける共同パケット検出」、発明者Ａｗａｔｅｒ他（以下「Ａｗａｔｅｒ」という）。

米国暫定特許出願第６０／４６１，９９９号、２００３年４月９日出願、名称「拡張ＩＥＥＥ８０２.１１Ａ用修正プリアンブル構造」。

米国特許第＿＿＿＿号（米国特許出願第１０／８２０，４４０号、２００４年４月５日出願、名称「８０２.１１ａ装置と高速データ転送速度、ＭＩＭＯ、または他の拡張装置の間の共存および相互運用を可能にする拡張ＩＥＥＥ８０２.１１Ａ用修正プリアンブル構造」、発明者Ｇａｒｄｎｅｒ他（以下「Ｇａｒｄｎｅｒ」という）。

これらの出願または特許のそれぞれの開示は、参照することにより実質的にその存在が本文書の一部を構成する。

無線ネットワークは、ますます人気が高くなっている。ネットワーク・ノード間に有線による接続を必要とせずに、コンピュータおよび他の装置をデータ通信のために接続できるからである。無線ネットワーク用の１組の標準はＩＥＥＥ８０２.１１標準であるが、他の無線標準またはプロトコルを代わりに使用してもよい。

無線ネットワークは、反射、干渉、ならびに受信機または送信機の移動等が存在するなどの好ましくない状況で運用することが求められているので、無線チャネル上で正しくデータを送受信するためには多くの努力が必要とされる。さらに、無線装置は携帯可能であることと移動可能であることの少なくともいずれかを求められることが多いので、その使用は、たいてい電力消費および演算能力の点で制約を受ける。

無線ネットワークの典型的なノード（標準の中では「局」と呼ばれる）は、受信チェーンおよび送信チェーンを有する。送信チェーンは通常、デジタル処理および信号を無線チャネルに送信するアナログＲＦ回路を有する。受信チェーンは通常、１以上のアンテナ、ＲＦおよびアナログ回路、デジタル処理を有し、デジタル処理は、送信チェーンの送信側が入力として受け取り無線ネットワークに送信した信号と同等のデータ・ストリームを出力する。

無線ネットワーク中の典型的なノードは、受信チェーンと送信チェーンを有し、各チェーンは１度に１基のアンテナだけを使用する。しかし、複数入力および複数出力（ＭＩＭＯ）通信システムでは、１以上の送信アンテナと１以上の受信アンテナとの少なくともいずれかが用いられる。ただし、各送信アンテナは、他の送信アンテナとおそらくは異なるビット・ストリームを送信し、各受信アンテナは、好ましくは、他の受信アンテナとは少なくとも少しは異なる入力をチャネルから受信する。

ＭＩＭＯ通信システムは、この技術分野では周知の技術である。このシステムは一般に、複数（Ｍ_r）の受信アンテナを有する受信機と通信する複数（Ｍ_t）の送信アンテナを有する送信機を有する。ここで、Ｍ_rとＭ_tは、等しくてもよいし、そうでなくてもよい。あるキーイング方式においては、送信されるデータのビットがグループ化され、ビットの各グループは信号群（signaling constellation）のシンボル（位相と振幅の特定の組み合わせ）にマッピングされる。二相位相変調（ＢＰＳＫ）、四相位相変調（ＱＰＳＫ）、四相振幅変調（ＱＡＭ）を有するいくつかの群は、この技術分野では周知である。ＭＩＭＯ通信システムでは、Ｍ_t基の送信アンテナのそれぞれは、実質上同時に、異なるビット群に相当するシンボルを送信する。従って、各シンボルがＢビットに相当する場合、チャネル「周期」当たり送信されるビット数はＢ×Ｍ_tである。

各受信アンテナが受ける信号は、チャネル特性（例えば、フェーディングおよび遅延）、雑音、および受信機の帯域内のチャネルに発信される他の装置または物体からの（故意または故意でない）干渉によりいくぶん変えられた、複数の送信アンテナからの信号の組み合わせである。受信機は、あり得る送信シンボルと通信チャネル特性の情報を使用しＭ_r個の受信信号からＭ_t個の送信信号を復号（すなわち復元）する。複数アンテナ・システムの受信能力が改善されたことにより、他のシステムより信号対雑音比（ＳＮＲ）の小さい信号を受信することがたいてい期待されている。ＳＮＲの点で期待動作範囲が広いことから、ＳＮＲの小さいところで正確にパケットを検出できると予想されており、従来のパケット検出方式の多くを不適当なものにしている。

無線ネットワークは通常、ＩＳＯ／ＯＳＩモデルと呼ばれるネットワーキング７階層などの階層構造で設計される。この階層の最下層は、物理レイヤであり、信号の送信に関与している。次のレイヤは、この物理レイヤと上位レイヤを結びつけるＭＡＣ（メディアアクセス制御）レイヤである。

８０２.１１ＭＡＣレイヤは、データ・トラヒックの時分割多重用に搬送波感知多重アクセス（ＣＳＭＡ）プロトコルを用意している。そのようなネットワークでは、データ・トラヒックは一連のパケットに分割される。ＣＳＭＡでは、各無線は、無線媒体を使用する前にそれが他により使用されている（すなわち、他がパケットを送信している）かどうかを確かめるため、無線媒体を調査する。それゆえ、他の装置との干渉を避けるため、別の装置が媒体を使用しているか否かを各装置が正確に測定できることは重要である。従って、８０２.１１受信機は、媒体が使用されているのを判定しようと試みるパケット検出器または論理回路を持つように設計されなければならない。またパケット検出器は、パケットが検出されたときパケット・データを復元するため、信号の復調および復号の開始を合図するのに使用してもよい。そうすることにより、復調器および復号器若しくはそのような論理回路を、パケットが存在しないとき、非動作にしておくことが可能になる。

典型的なパケット検出器は、復調器が感知する信号強度の増加をパケットが到着した指標として使用する。広く使用されている別の方法は、媒体から入ってくる標本（サンプル）と８０２.１１パケットごとに送信が予想されるプリアンブル信号を相互に関係付ける。使用されているまた別の方法は、８０２.１１パケット・プリアンブルと同様の周期的特性を持つかどうかを決定するため、入ってくる標本をその標本自体に関係付ける。

「誤検出」は、実際にはパケットが存在しないときに、媒体上にパケットが存在するとパケット検出器が判定するイベントと定義される。誤検出が発生すると、送受信機の性能がひどく低下する。誤検出は、搬送波感知機構がチャネル使用中と誤って測定し、無線送信機を不必要に待機させ（すなわち、媒体へのパケットの送信を延期する）、また無線受信機は媒体から到着する本当のパケットを感知することができないままのこともある。これにより、スループットは低下し、見逃したパケットおよびパケットを送信する機会を逃したことに起因して、性能の低下を引起す。

誤検出は、雑音レベル付近で受信したパケット（ＳＮＲが小さいパケット）のように見え、小型で携帯可能な電子機器（ＣＰＵ、イーサネット（登録商標）制御装置）などの局部環境からの高レベルのバースト雑音のせいで、起こることがある。誤検出は、同一チャネル上の８０２.１１に準拠しない他の装置（例えば、ブルートゥース装置）からの干渉により起こることもある。これらの干渉源および雑音源は、通常時間とともに変化し、いっそうの問題を作り出す。

同様の技術は、同様の欠点を有する非標準の８０２.１１システムおよび非８０２.１１システムで使用してもよい。

本発明の実施形態によるパケット検出器では、１以上の試験に関連するパケット検出パラメータに従ってパケット検出のために１以上の試験が実施され、誤検出の割合が測定され、測定値に応じて誤検出の割合を減らすようパケット検出パラメータが調整される。具体的な実施形態では、誤検出の割合は、パケットを表す信号と見なされた信号の検出後の処理を分析し、復号化の失敗は誤検出を示すと判定する。そのような分析には、ＳＦＤ探索の失敗、トレーニング・シンボル異形、周波数オフセットおよびＯＦＤＭタイミング決定に使用されるメトリック（metric）の調整が悪いこと、間違ったデータ・フィールドなどに関する試験を含んでもよい。

特定の変形では、参加していないネットワークから受信したパケットを正しく復号化したことは、不参加ネットワークからのトラヒックを無視するために、誤検出と見なしてもよい。

パケット検出器は、１以上のアンテナからの信号を使用することができる。例えば、ＭＩＭＯ受信機では、パケット検出器は複数の受信アンテナの全部または一部からの信号を使用してよい。実施形態によっては、パケット検出器が、個々のアンテナの有用性を検出し、それに応じて検出を調整してもよいし、あるいは受信プロセスに役立たない個々のアンテナの処理を無効にする制御信号を出力してもよい。

以下の詳細な記述は、添付図面と共に、本発明の本質および利点についていっそうの理解をもたらすであろう。

詳細な説明

本発明の特徴に基づく送信機と受信機との少なくともいずれか一方の実施形態が、本文書中に記載される。特に、パケット検出器を使用する送信機および受信機の少なくともいずれかを有する無線装置が、特定の例を参照して記述される。ネットワーク・プロトコルおよびネットワーク標準などの特定の詳細が例により記載されるが、本発明は特定の例に限られないことを理解されたい。例えば、本文書中で一般に記載されている無線ネットワークは８０２.１１無線ネットワークであるが、本発明は、パケット検出が重要でかつ干渉の可能性があるネットワークの他の無線ネットワークで使用してもよい。

送信機が供給する情報内容を有するビットの復号化に先立ち、受信機は通常、送信されているパケットを感知し、次いでチャネルを特徴づけるステップ、送信されたパケットと同期を取るなどのステップを実行する。パケットの検出は、パケットがチャネル上に存在する（すなわち、送信機が送信中である又は送信した）ことを判定し、パケットの種類を（少なくともパケットまたはその中身をさらに処理するのに必要な程度に）判定し、以後の処理を行う上で必要とされる受信機の構成要素を起動する。

受信機の中には、受信論理がデジタル信号処理（ＤＳＰ）プロセッサに供給されるＤＳＰコマンドの中に実装されているものがある。受信パケット・データのデータ処理を実施する論理が命令として実装されているところでは、その命令は、受信信号がさらに処理すべきパケットを含むとパケット検出器が知らせるまで実行しないでおくことができる。受信パケット・データのデータ処理を実施する論理が配線回路で実装されている場合は、受信信号がさらに処理すべきパケットを含むとパケット検出器が知らせるまで、受信機はこの配線回路への電力を取り除くかまたは下げるよう設計することができる。いずれにしても、処理能力および演算作業の少なくとも１つは、パケットが検出されないとき温存される。このことは、無線受信機にとってたいてい制約要因である電力要件および処理要件のうちの少なくとも１つを節約する。パケットの一部が失われないように、パケットの不可欠の要素が紛失する前に、受信機はパケットの存在を検出し、パケット処理を開始するのに必要なあらゆる措置を取るべきである。非能率を避けるため、パケット検出器は誤検出を避けるべきである。

８０２.１１受信機は、ブルートゥース、科学装置、レーダー信号、医療装置または電子レンジなどの非８０２.１１信号に対処しなければならず、更には、参加していないネットワークからの８０２.１１信号に対処しなければならない。受信機のパケット検出器は、好適には、そのような干渉によって、誤ったトリガーを引き起こすべきではない。

図１は、本発明を使用することができる簡単な無線ネットワークを例示する。図１に示すように、無線ネットワーク１０は複数のノード１２を含み、各ノード１２は、無線ネットワーク１０の他の少なくとも１つのノード１２と通信することができる。具体的な実施では、無線ネットワークは、建物、構内、車、または類似の環境内で使用されるようなローカル・エリア・無線ネットワークである。

具体的な実施形態では、無線ネットワーク１０は、１以上のＩＥＥＥ８０２.１１標準に準拠するよう設計されている。しかし、他の標準および非標準のネットワークで置き換えることにより、８０２.１１環境で解決された問題と同様の問題を解決できることは、理解されるべきである。例えば、ＩＥＥＥ８０２.１１ｇ標準では、８０２.１１ａ標準または８０２.１１ｂ標準とは異なる信号を使用することを意図しており、８０２.１１標準のグループは、８０２.１１ｎ標準の開発のような今後の開発のためにさらに修正される可能性がある。従って、本文書中に記載される例の多くは、８０２.１１ａおよび８０２.１１ｂパケットが存在し、恐らく他の干渉する信号が存在する環境でパケットを検出（および他の作業）する問題を解くが、迷惑な干渉の有無にかかわらず、本開示が教示することは、２つ以上の他のプロトコル標準を使用しているシステムで使用することができる。１例としては、プロトコルの少なくとも１つは、プロトコルをサポートする装置間で使用可能な拡張８０２.１１ａプロトコルである。

図に示すように、ノードの中にはノード装置１４と接続されているものがあるが、一方ネットワーク・インタフェース１６に接続されているものもある。例えば、ノード１２（１）はノード装置１４（１）に接続されており、一方ノード１２（３）は有線ネットワーク・インタフェース１６に接続されている。図１は、無線ネットワークを簡単で一般化した図にすることを意図している。非参加ノード１８などの干渉信号の発生器も存在すると想定されている。

ノード装置１４の例には、他の装置と通信することを必要とするラップトップ装置、携帯情報端末（ＰＤＡ）、または他の携帯用、移動用、半携帯用若しくは半移動用の電子装置、あるいはネットワーク若しくは他の装置への有線による接続ができない或いは容易に用意できない場所にあり且つ他の装置と通信することを必要とする固定電子装置が含まれる。携帯用装置は容易に移動可能な装置であり、移動用装置は一般的に運用中に移動している装置であるが、その区別は本開示の目的とは関係なく、携帯用装置、移動用装置、固定用装置は、別に指示されていない限りまたは文脈から明らかでない限り、互換性があると見なされるべきである。有線ネットワーク・インタフェース１６は、それぞれのノードをネットワークに接続する。このようなネットワークの例には、インターネット、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ＴＣＰ／ＩＰパケット・ネットワークまたは他のパケット・ネットワークへの公衆または非公衆の接続が含まれる。

典型的な運用では、ノード１２の機能を提供する回路およびソフトウェアの少なくともいずれかを装備している複数のノード装置、およびそのようなノード装置と有線ネットワーク・インタフェースが接続されているネットワークの間にアクセスを提供するために、１以上のネットワーク・アクセスポイントが、無線ネットワーク１０内に用意される。ここで使用する術語は、ノード装置に接続されているノードを「局」と呼び、有線ネットワーク・インタフェースに接続されているノードを「アクセスポイント」と呼ぶ。各コンピュータにネットワーク用の配線を必要としないで、ビル内のコンピュータをネットワークに接続するのは、このようなシステム使用の１例に過ぎない。この例では、ビル内にはネットワークに接続されている固定アクセスポイントが備えられており、そのアクセスポイントは、ネットワークに接続されている局のそれぞれが装備している無線ネットワーク・カードの無線通信範囲内にある。

図２は、１台の装置と１つのネットワーク接続の間の接続をより詳細に示している。そこに示すように、ノード装置１４は、ノード・ハードウェア２０の装置入出力部に接続されている。ノード・ハードウェア２０は、送信部と受信部を有し、それぞれは装置入出力部に接続されている。送信部は無線チャネル２１を介してアクセスポイント・ハードウェア２２の受信部に信号を送信する。受信部は、ネットワーク入出力部に接続されている。このようにして、装置１４からネットワーク２８へのデータ通信パスを提供している。ネットワーク２８から装置１４へのパスも、アクセスポイント・ハードウェア２２のネットワーク入出力部、アクセスポイント・ハードウェア２２の送信部、ノード・ハードウェア２０の受信部、およびノード２０の装置入出力部を介して提供される。無線チャネル２１の特性は多くの要因に依存し、その要因には、ノード・ハードウェア２０とアクセスポイント・ハードウェア２２の位置、ならびに壁、建物、自然に存在する妨害物などの介在する物体、ならびに他の装置、送信機、受信機、信号を反射する表面による影響などがある。

通常ノード・ハードウェア２０は、装置１４と統合できる。例えば、装置１４がラップトップ・コンピュータである場合、ノード・ハードウェア２０は、ラップトップのＰＣＭＣＩＡスロットに挿入される付加のＰＣＭＣＩＡカードでもよい。通常アクセスポイント・ハードウェア２２は、有線ネットワークを無線ネットワークに接続するためにだけ使われる有線ネットワーク・インタフェース装置の一部として実装される。典型的な実装にもかかわらず、図２の略図が完全に対称、すなわちノード・ハードウェア２０およびアクセスポイント・ハードウェア２２がほぼ同一のハードウェア装置の例であることを妨げるものはここには何もないことは理解されるべきである。受信部が受信する信号は、本文書中のほかのどこかに記載されている信号などの干渉発生源２９からの信号を含んでいる可能性がある。ノード・ハードウェアが携帯可能または移動可能な場合、たいてい電池により駆動され、その場合消費電力は設計上の重要な考慮事項であり、少ない消費電力で受信できることが利益になることは明白である。受信部および送信部は、ＭＩＭＯ受信機および送信機として働くために、複数のアンテナを有することもできる。

図３は、受信部の構成要素をさらに詳しく例示したものである。受信部３０は、アンテナ３２を介して無線チャネル上で１以上の信号を受信する。その信号は、初めはＲＦ部３４で処理される。ＲＦ部３４は、例えばデジタル信号ストリームを形成するため、ベースバンド信号を構成する信号を処理する。適応パケット検出器（ＡＤＪ：adaptive packet detector）３６は入力信号を処理し、パケットの始まりを判定し、以後の処理が多少なりとも必要かどうかを指示するため他の要素にパケット検出器信号を提供してもよい。受信部３０がデジタル信号処理装置に対する命令として実装される場合、適応パケット検出器３６は、パケットが検出されたか否かを判定するコードでもよく、次いで、コードを他のブロックのために実行するかどうかを決定するために処理装置が使用するフラグを設定してもよい。

本文書中では十分には記載されていない受信部３０の要素の詳細は、Ｓｔｅｅｌｅ ＩＩに示されており、それは参照することにより実質上本文書の一部を構成する。本発明があちらこちらに示されている受信機の特定の実装に限定されないことは、理解されるべきである。パケット検出器がどのように作動するかの例が、Ａｗａｔｅｒに説明されており、それは参照することにより実質上本文書の一部を構成する。本発明がそこに示される特定の詳細に限られないことは理解されるべきである。

図３に例示されているように、ＦＩＲ３５の出力は適応パケット検出器３６およびパケット処理装置３８に供給される。適応パケット検出器３６は、受信部３０の他の要素を起動するのに使用可能な制御信号である検出信号（ＤＥＴ：detect signal）を出力する。受信部３０に例示されている他の要素には、フレーム処理装置４０、ルータ４１、検定器４４が含まれる。図に示すように、適応パケット検出器３６は、その検出信号をパケット処理装置３８、フレーム処理装置４０、およびルータ４１に供給する。起動されると、パケット処理装置３８は、パケットが存在すると想定して入力信号を処理し、復号化されたフレームをフレーム処理装置４０に出力する。パケット処理装置３８が有効なフレームを復号化することができない場合、検定器４４にエラー信号を送信してもよい。フレーム処理装置４０は、起動されるとパケット処理装置３８からフレームを受信し、送信されたデータを抽出するためフレームを処理する。パケット処理装置３８は、ルータが起動されるとデータをルータ４１に提供する。フレーム処理装置４０が有効なデータを抽出することができない場合、検定器４４にエラー信号を送信してもよい。次には、ルータ４１は、受信機と共同して働く他のアプリケーション、ノード、回路などの意図された受信者にデータを提供する。例えば、受信者はネットワーク階層の次のレイヤの可能性もある。実施形態によっては、フレーム処理装置４０によるデータ出力は、検証に使用するため検定器４４に提供される。

検定器４４は、入力を検討し、次いで１以上の誤検出のメトリックを出力する。出力は、単一の１次元のメトリックまたは複数次元のベクトルを含むことができる。比較的単純なケースでは、出力は誤検出の割合を表す簡単なメトリックである。その実施形態の基本的な実装では、誤検出の割合は単にパケットの失敗数を検出したパケット数で割ったものであり、ここでパケット失敗はパケット処理装置３８またはフレーム処理装置からのエラーの受信あるいはフレーム処理装置４０によるデータ出力中のエラーにより測定される。例示されているように、検定器４４は、オプションで適応パケット検出器から検出信号を受信することができる。代わりに、検定器４４は他の要素の活動状態からパケットの検出を推測することもできる。

図４は、受信機の複数の小部４５、４６、４８を制御する適応パケット検出器を有する受信部の変形を例示している。各小部は、適応パケット検出器により起動される図３に示される要素の例を含む。適切な場合は、適応パケット検出器４２は受信機小部を独立に制御する。図に示すように、受信部は、８０２．１１ａ信号、８０２．１１ｂ信号、および８０２．１１拡張信号をそれぞれ処理する小部４５、４６、４８を有する。

適応パケット検出器４２は、パケットの始まりを判定するため入力信号を処理し、小部４５、４６、４８などの他の要素にパケット検出信号を提供し、以後の処理が多少なりとも必要かどうかを示してもよい。デジタル信号処理装置に対する命令として受信部３０が実装される場合、適応パケット検出器４２はパケットが検出されたか否かを判定するコードでもよく、次いで他のブロックのためにコードを実行するかどうかを判定するために処理装置が使用するフラグを設定する。

図４は、同じ処理から得られる他の信号（他の要素および適応パケット検出器４２により使用される「補助信号」および適応パケット検出器４２により生成されるが直接使用されない「通過信号」）とおそらくは一緒に供給される複数の検出信号を示す。

実装によっては、「検出」制御信号は２値表示であるが、他の実装では、制御信号は、パケットが本当に検出されたかどうかに関する確率、信頼性の値、または確実性の値を示す多値のものであってもよい。多値のパケット検出制御信号に依存する要素が、その制御信号に基づき３以上ある処理のパスから１つを選べるようにすることは可能である。簡単なケースでは、制御信号は２値であり、制御信号がある状態の場合は要素は活動を実施し、制御信号が別の状態の場合は活動をしない。例えば、制御信号は、パケット検出とパケット非検出をそれぞれ知らせる。通常２値の決定は活動を始めるかどうかに関して行われる必要があり、従って制御信号は究極的には２値信号に縮小することが予想される。

使用可能な検出法
前述の適応パケット検出器または本発明の特徴に基づく他の適応パケット検出器の中にあるパケットの存在を知るためには、１以上のパケット検出方法を使用してもよい。

１つの方法は、エネルギー検出器が、受信機が感知する信号強度の変化をパケット到着の指標として使用するものである。多種類のエネルギー検出器がある。１例として、雑音レベルと基本エネルギーの比較がある。式１は、そのような１台のエネルギー検出器により実施された試験結果を表す。そのエネルギー検出器は、入力標本ｘ(ｋ)の２乗の平均を、雑音レベルを表すエネルギー閾値ＥＤと比較し、それによりパケットの到着を定義する。

代わりに使える差分エネルギー検出器を、式２に示す。

相互相関型のパケット検出器を式３に示す。ここでｙ(ｋ)値は、８０２．１１ａパケット、８０２．１１ｇパケット、または８０２．１１ｂパケットのプリアンブルから得られる既知の値である。

自己相関型のパケット検出器を式４に示す。ここで値Ｌは、８０２．１１ａ、８０２．１１ｇ、または８０２．１１ｂのプリアンブルから得られる循環構造の周期である。

これら４種類のパケット検出器の他の変形が、よく知られている。例えば、ＡｗａｔｅｒまたはＧａｒｄｎｅｒに記述されている変形があり、参照することにより実質上本書の一部を構成する。

パケット検出は、ＥＤ試験とＡＣＤ試験の組み合わせなどの複数の試験を利用してもよい。

パケット検出が誤検出であることの判定
誤検出は、パケット検出器は媒体上にパケットが存在すると判定したが、パケット・データを取得するため信号の復調および復号を試みる受信機が、その後の処理の中で確認された間違った信号構造のため信号を拒否した事例を、比較することにより決定することができる。誤検出は、現実に存在するパケットを雑音のせいで復号に失敗したことと、通常区別できる。従って、誤検出に対しては、受信機は雑音または他の非パケット信号を復号しようと試みるが、信号が実際はパケットではないので失敗する。

誤検出の測定は、検出されたパケットの処理状態を監視することにより実施できる。例えば、ラップトップの雑音がパケット検出器を始動させると、次いで受信機はパケット・データを復元するため信号を復調し復号しようと試みる。周波数オフセット推定またはＯＦＤＭタイミング推定などの処理の状況によっては、受信機がパケットは実際には存在しないと結論を出し、誤検出を記録する。また、受信機は処理を中止し、リセットするのが好ましい。

パケットは、初期の段階では合格するが、後で信号フィールドが試験されるときなどに失敗することがある。誤検出は、複数のパケットの種類に対して監視できる。例えば、誤検出率は、ＯＦＤＭ型のパケットとＣＣＫ型のパケットを別々に追跡記録してもよい。

検出が誤検出であることを判定する処理の例には、以下を含んでもよい。
１．８０２．１１ｂパケットに関しては、ＳＦＤ探索が失敗したことは、分析中の標本は本当の８０２．１１ｂパケットでないことを示す。
２．８０２．１１ｂパケットまたは８０２．１１ａパケットに関しては、誤検出と判定したのと同じ検出メトリックを８０２．１１ａまたは８０２．１１ｂのプリアンブルの二番目の部分に対して適用し再計算することができる。この二度目においても検出基準を満たさない場合、誤検出と考えることができる。
３．８０２．１１ａパケットに関しては、２つの長いトレーニング・シンボルの間に大きな差が存在することは誤検出を示す。
４．周波数オフセットとＯＦＤＭタイミングを決定するために使用されるメトリックの調整が悪いのは、誤検出を示す。例えば、周波数オフセットが理にかなった範囲の外にある場合、またはタイミング探索基準が明白な最適タイミング値を持たない場合である。
５．信号またはサービス・フィールドが誤っていることは、８０２．１１ａおよび８０２．１１ｂの両方に関して、誤検出を示すことがある。
６．受信信号電力が急上昇したことは、本当のパケットはその時点で始まり、すでに分析されている標本は本当のパケットを表していないことを示している可能性がある。
７．別のＢＳＳから送信されるパケットを正しく復号化したことは、受信機が他のＢＳＳ通信に感応しないことが望まれる場合、恐らく誤検出と見なされる。

適応検出方法
基本的な方法は本文書中に記載されており、続いてもっと複雑な例も記載されている。基本的な方法は、パラメータを調整して閾値を決定し、１以上の試験を行う。そのパラメータは、誤検出率（または同様のメトリック）の判定結果に基づき、誤検出数または誤検出率を減らすよう適応される。減少の態様は、相対割合（例えば５０％減少）、閾値の割合（単位時間当たり誤検出がＸを超えない）、または成果を反映する減少尺度（例えば、送受信機の性能が所望の基準を超えるまで、誤検出を減らす）とすることができる。

誤検出率は、連続的または周期的に監視でき、送受信機の性能悪化が測定できるほど大きくなる前の最大許容誤検出率などの、誤検出率に対する所望の値と比較できる。一旦誤検出率が性能に影響するほど大きくなると、検出率を下げるため検出閾値が調整される。

例えば、ラップトップＰＣがかなり大きい干渉電波を発生し始め、誤検出率が上昇する事例を考える。送受信機は、パケット検出の誤りのためにパケットの送信を遅らせ始めて、出て行くスループットを落とす。また、送受信機向けの本当のパケットは、送受信機が誤信号を処理している間に見逃されて、パケット・エラー率が増加される。適応検出プロセスは誤検出を減らすため検出閾値を変更することができ、この干渉が存在する中で性能を改善する。一旦干渉がおさまると、閾値は以前の値または他の低い値に下げられてもよく、従って再びもっと敏感なパケット検出を可能にする。

使用可能な一連のステップは、以下のとおりである。
１．誤検出率が所望の最大誤検出率より高い場合、所与の試験に対する閾値を調整して増分値だけ高くする。
２．誤検出率が所望の最小誤検出率より低い場合、所与の試験に対する閾値を調整して同じまたは異なる増分値だけ低くする。
３．誤検出率が所望の最小誤検出率と所望の最大誤検出率の間にある場合、閾値をそのままにしておく。
４．オプションで、誤検出率にかかわらず、それを超えて増加および減少することができない最小または最大の閾値があってもよい。

別の変形では、２つ以上の試験が使用され、変更可能な閾値は、前述の式１〜４中のＥＤ、ＤＥＤ、ＣＣＤ、ＡＣＤの１以上の線形または非線形の組み合わせを含んでもよい。誤検出の割合は、予約された期間内の誤検出数、または検出された本当のパケット数と比較した誤検出数である誤検出率として長期にわたって計算できる。

時間の関数として滑らかな誤検出率を獲得するため、フィルタを適用することができる。誤検出率は、ＯＦＤＭパケットに対する割合、ＣＣＫパケットに対する別の割合、Ｂａｒｋｅｒパケットに対するまた別の割合などのように、異なるパケットの種類別に分けて保持できる。或いは、合計誤検出率を、ＯＦＤＭ、ＣＣＫ、Ｂａｒｋｅｒ、または他の誤検出の合計として演算することできる。

設定することができる他のパラメータには、所望の最小および最大誤検出率、各閾値（例えば、ＥＤおよびＡＣＤ）の増分および減分、最小および最大の閾値、ならびに評価プロセスを実行する頻度が含まれる。誤検出率の標本を抽出する２つの連続する標本の時間間隔は、雑音および干渉の状態に応じて変更し、早くしたり遅くしたりしてもよい。パケットが受信される割合に基づいて閾値の変化を調整するため、間隔の調整を行ってもよい。

運用する好ましいチャネルを決定するため、種々のプロセスが演算と使用との少なくとも何れかを行った値を、チャネル固有の特性に適応させるためチャネルごと、および、周波数帯域ごとの少なくとも何れかで、保存することができる。

プロセスに関する典型的な値は、最小検出閾値が１秒当たり５回、最大検出閾値が１秒当たり１０回、ＥＤの増加は２ｄＢｍごと、ＥＤの減少は１ｄＢｍごと、最大ＥＤ値は−８５ｄＢｍ、最小ＥＤ値は−９５ｄＢｍ、および評価間隔は１００ｍｓである。

パケット検出とチャネル・スキャンの組み合わせ
周波数チャネルごとに、最適な閾値設定が異なることがある。それゆえ、局が新しい周波数への変更を決定するとき、または元のアクセスポイントへの接続が失われるとき、適応閾値設定プロセスに戻らなければならない。しかし、プロセスの処理に要する時間が長すぎて、認証またはアソシエーション・メッセージを十分早く送出できない事態を引起す可能性がある。この問題に対する適用可能な解決策としては、スキャン中は遅らせないこと、新しいチャネルをスキャンしビーコンを見つけるときラップトップ（または他の装置）の雑音レベルより高いことがほぼ確実に保証される「高い」値に暫定的に閾値を設定すること、ビーコンからＲＳＳＩを読み取りそのＲＳＳＩより数ｄＢ低く閾値を設定すること、次いで通信路の設定を試みることが含まれる。一旦通信路が設定されると、閾値をデフォルト値に復帰させる。

パケット検出とチャネル・スキャンを組み合わせることは、多くの利点がある。例えば、雑音はチャネルごとに異なることがある。受信機および送受信機の少なくともいずれかが、各チャネルに対して適応パケット検出を実施し、その結果をどのチャネルを使用するかの決定に使用してもよい。良いチャネルを使用することは、より敏感な受信を可能にするなどの多くの利点がもたらされる。他のチャネル品質測定値の代わりにまたはそれと組み合わせて誤パケット検出基準を使用することにより、どのチャネルが好ましいかについてよりよい測定がもたらされる可能性がある。

本発明は例として役立つ実施形態に関して記述されているが、当業者は多数の改造が可能であると認識するであろう。例えば、本文書中に記述されたプロセスは、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、その組み合わせのうちの少なくとも１つを使用して実装することができる。従って、実施形態は例として役立つ実施形態に関して記述されているが、本発明は次の特許請求範囲の範囲内のすべての改造および同等物を網羅する意図があることは理解されるであろう。
以下に本件出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
無線チャネルから受信信号を受取り、前記受信信号からパケットの存在を検出する無線受信機であって、
適応パケット検出プロセスを有するパケット検出器と、
前記パケット検出器がパケットの存在を示すときに、前記受信信号を処理する論理回路と、
前記信号が本当にパケットを表すかどうかを判定する誤検出判定器と、
誤検出の測定基準が目標範囲外であるときに、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理回路と、
を備えることを特徴とする無線受信機。
［Ｃ２］
前記誤検出の測定基準は、誤検出率であることを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ３］
前記目標範囲は最大誤検出率内に制限され、
前記適応パケット検出プロセスを調整する論理回路は、
前記最大誤検出率が、近いか、等しいか、超えるかのうちの少なくとも何れかであるとき、検出に対する選択性が高くなるよう検出閾値を調整する論理を有する
ことを特徴とするＣ２記載の無線受信機。
［Ｃ４］
前記誤検出の測定基準は、
信号がパケットであると見なされた回数に対する、信号がパケットであると見なされたが実際はパケットではなかった比率である
ことを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ５］
前記誤検出判定器はＳＦＤを探す論理を有し、その探索の失敗を誤検出であると判定することを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ６］
前記誤検出判定器はトレーニング・シンボルの異形が存在するかどうかを決定する論理を有し、その存在を誤検出に起因すると判定することを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ７］
周波数オフセット測定基準の調整が悪いことは、誤検出と見なす条件であることを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ８］
ＯＦＤＭタイミングの調整が悪いことは、誤検出と見なす条件であることを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ９］
復号されたフレーム中に間違ったデータが存在することは、誤検出であると判定することを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ１０］
前記誤検出判定器は、非参加ネットワークからのパケットを識別する論理を有し、非参加ネットワークからのパケットであると確認することは誤検出であると見なすことを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ１１］
前記誤検出判定器は、
パケット・プリアンブルであると推定される受信信号の第１部分について検出の測定基準を使用し、
前記受信信号の第２部分に前記測定基準を使用し、
一方または両方の使用が誤検出を示す場合、前記信号を誤検出であると見なす
ことを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ１２］
前記誤検出判定器は、
間違った信号または間違ったサービス・フィールドを検出し、そのようなものを誤検出と見なす論理を有する
ことを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ１３］
前記誤検出判定器は、
パケット構造中の異形を検出し、その異形を誤検出と見なす論理を有する
ことを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ１４］
前記誤検出判定器は、
当該無線受信機が信号をパケットと見なして処理している場合、受信信号電力の予期しない上昇を誤検出と見なす
ことを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ１５］
前記適応パケット検出プロセスは、
前記適応パケット検出プロセスを調整する論理と、前記誤検出の測定基準と、の少なくとも何れかに基づき、それに応じて所与の検出試験に関する前記閾値を調整する
ことを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ１６］
前記閾値の調整は、
前記誤検出率が所望の最大誤検出率より大きいとき、所与の試験に対する前記閾値を第１増分値だけ上げ、
前記誤検出率が所望の最小誤検出率より小さいとき、前記所与の試験に対する前記閾値を同じまたは異なる増分値だけ下げ、
前記誤検出率が前記所望の最小誤検出率と前記所望の最大誤検出率の間にあるとき、前記閾値を変更しないように行う
ことを特徴とするＣ１５記載の無線受信機。
［Ｃ１７］
前記誤検出率がある範囲を超えるにもかかわらず、増加および減少を行わないことを特徴とするＣ１６記載の無線受信機。
［Ｃ１８］
前記パケット検出器は、入って来る信号のエネルギー・レベルに基づいてパケットを検出することを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ１９］
前記パケット検出器は、入って来る信号のエネルギー・レベルの差分に基づいてパケットを検出することを特徴とする、Ｃ１記載の無線受信機。
［Ｃ２０］
前記パケット検出器は、相互相関試験に基づいてパケットを検出することを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ２１］
前記パケット検出器は、自己相関試験に基づいてパケットを検出することを特徴とするＣ１記載の無線受信機。
［Ｃ２２］
複数の受信アンテナを使用し、無線チャネルから受信ＭＩＭＯ信号を受取り、前記受信ＭＩＭＯ信号からパケットの存在を検出する無線ＭＩＭＯ受信機であって、
適応パケット検出プロセスを有するパケット検出器と、
前記パケット検出器がパケットの存在を示すときに、前記受信信号を処理する論理回路と、
前記信号が本当にパケットを表すかどうかを判定する誤検出判定器と、
誤検出の測定基準が目標範囲外であるときに、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理回路と、
を備えることを特徴とする無線ＭＩＭＯ受信機。
［Ｃ２３］
前記誤検出の測定基準は誤検出率であり、前記目標範囲は所定の閾値未満の誤検出率であることを特徴とするＣ２２記載の無線ＭＩＭＯ受信機。
［Ｃ２４］
複数の受信アンテナを使用し、無線チャネルを複数の無線チャネルの中から選択し、当該無線チャネルから受信信号を受取り、前記受信信号からパケットの存在を検出する無線受信機であって、
複数の無線チャネルの中から信号を受信するチャネルを選択するチャネル選択器と、
前記複数のチャネルのそれぞれについて適応パケット検出プロセスを有するパケット検出器と、
前記選択されたチャネルにおいて前記パケット検出器がパケットの存在を示すときに、前記受信信号を処理する論理回路と、
前記信号が本当にパケットを表すかどうかを判定する誤検出判定器と、
誤検出の測定基準が目標範囲外であるときに、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理回路と、
前期選択されたチャネルに対する前記誤検出の測定基準に基づいて信号処理工程を調整する論理回路と、
を備えることを特徴とする無線受信機。
［Ｃ２５］
前記誤検出の測定基準は誤検出率であり、前記目標範囲は所定の閾値未満の誤検出率であることを特徴とするＣ２４記載の無線受信機。

本発明を使用することができる簡単な無線ネットワークのブロック図である。 恐らく干渉信号を含む、図１に示される無線ネットワークの、１台の装置と１つのネットワーク接続の間の接続を例示するブロック図である。 図２に例示されるハードウェアで使用可能なノード・ハードウェアの受信部の適応パケット検出器を含むブロック図である。 複数のパケットの種類を共同で検出する適応パケット検出器を含む受信機の一部のブロック図である。

Claims (23)

1. 無線チャネルから受信信号を受取り、前記受信信号からパケットの存在を検出する無線受信機であって、
   適応パケット検出プロセスを有するパケット検出器と、
   前記パケット検出器がパケットの存在を示す場合、前記受信信号を処理する論理と、
   前記信号が本当にパケットを表すかどうかを判定する誤検出判定器と、
   誤検出のメトリックが目標範囲外である場合、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理と
   を備え、前記適応パケット検出プロセスは、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理および／または前記誤検出のメトリックに基づいて、所与の検出試験に関する閾値をしかるべく調整し、前記閾値の調整は、誤検出率が所望の最大誤検出率より高い場合、前記所与の試験に関する閾値を第１の増分値だけ上げ、前記誤検出率が所望の最小誤検出率より低い場合、前記所与の試験に関する閾値を同じまたは異なる増分値だけ下げ、前記誤検出率が前記所望の最小誤検出率と前記所望の最大誤検出率の間にある場合、前記閾値を変更しない、無線受信機。
2. 前記誤検出のメトリックは、誤検出率である、請求項１に記載の無線受信機。
3. 前記目標範囲は、最大誤検出率を限度とし、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理は、前記最大誤検出率に近づくか、前記最大誤検出率と等しいか、および／または、前記最大誤検出率を超える場合、検出閾値を、検出に関しより選択的であるように調整する論理を含む、請求項２に記載の無線受信機。
4. 前記誤検出のメトリックは、信号がパケットであると見なされた回数と比較した、信号がパケットであると見なされたがそうではなかった比率である、請求項１に記載の無線受信機。
5. 前記誤検出判定器は、フレーム開始デリミタ（ＳＦＤ）を探索する論理を含み、その探索の失敗は、誤検出と判定される、請求項１に記載の無線受信機。
6. 前記誤検出判定器は、トレーニング・シンボルの異形が存在するかどうかを判定する論理を含み、その存在は、誤検出に起因すると判定される、請求項１に記載の無線受信機。
7. 周波数オフセットのメトリックの良好でないコンディショニングは、誤検出と見なされる条件である、請求項１に記載の無線受信機。
8. ＯＦＤＭタイミングの良好でないコンディショニングは、誤検出と見なされる条件である、請求項１に記載の無線受信機。
9. 復号されたフレーム中の間違ったデータの存在は、誤検出と判定される、請求項１に記載の無線受信機。
10. 前記誤検出判定器は、非参加ネットワークからのパケットを識別する論理を含み、非参加ネットワークからのパケットの識別は、誤検出と見なされる、請求項１に記載の無線受信機。
11. 前記誤検出判定器は、パケット・プリアンブルであると仮定された受信信号の第１の部分についての検出メトリックを使用し、前記受信信号の第２の部分についての前記検出メトリックを使用し、一方または両方の使用が誤検出を示す場合、前記信号を誤検出と見なす、請求項１に記載の無線受信機。
12. 前記誤検出判定器は、間違った信号または間違ったサービス・フィールドを検出し、それらを誤検出と見なす論理を含む、請求項１に記載の無線受信機。
13. 前記誤検出判定器は、パケット構造中の異形を検出し、それを誤検出と見なす論理を含む、請求項１に記載の無線受信機。
14. 前記誤検出判定器は、前記無線受信機が、見なしパケットとして信号を処理している場合、受信信号電力の予期しない上昇を誤検出と見なす、請求項１に記載の無線受信機。
15. 前記閾値において、前記誤検出率にかかわらず、それを超えて増加および減少することができない最小または最大の閾値が設定される、請求項１に記載の無線受信機。
16. 前記パケット検出器は、入って来る信号のエネルギー・レベルにしたがってパケットを検出する、請求項１に記載の無線受信機。
17. 前記パケット検出器は、入って来る信号の差分エネルギー・レベルにしたがってパケットを検出する、請求項１に記載の無線受信機。
18. 前記パケット検出器は、相互相関試験にしたがってパケットを検出する、請求項１に記載の無線受信機。
19. 前記パケット検出器は、自己相関試験にしたがってパケットを検出する、請求項１に記載の無線受信機。
20. 複数の受信アンテナを使用して、無線チャネルから受信ＭＩＭＯ信号を受取り、前記受信ＭＩＭＯ信号からパケットの存在を検出する無線ＭＩＭＯ受信機であって、
    適応パケット検出プロセスを有するパケット検出器と、
    前記パケット検出器がパケットの存在を示す場合、前記受信信号を処理する論理と、
    前記信号が本当にパケットを表すかどうかを判定する誤検出判定器と、
    誤検出のメトリックが目標範囲外である場合、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理と
    を備え、前記適応パケット検出プロセスは、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理および／または前記誤検出のメトリックに基づいて、所与の検出試験に関する閾値をしかるべく調整し、前記閾値の調整は、誤検出率が所望の最大誤検出率より高い場合、前記所与の試験に関する閾値を第１の増分値だけ上げ、前記誤検出率が所望の最小誤検出率より低い場合、前記所与の試験に関する閾値を同じまたは異なる増分値だけ下げ、前記誤検出率が前記所望の最小誤検出率と前記所望の最大誤検出率の間にある場合、前記閾値を変更しない、無線ＭＩＭＯ受信機。
21. 前記誤検出のメトリックは、誤検出率であり、前記目標範囲は、所定の閾値未満の誤検出率である、請求項２０に記載の無線ＭＩＭＯ受信機。
22. 複数の受信アンテナを使用して、無線チャネルから受信信号を受取り、前記受信信号からパケットの存在を検出する無線受信機であって、前記無線チャネルは複数の無線チャネルの中から選択され、前記無線受信機は、
    複数の無線チャネルの中から、信号を受信するチャネルを選択するチャネル選択器と、
    前記複数のチャネルの各々に関する適応パケット検出プロセスを有するパケット検出器と、
    前記パケット検出器が前記選択されたチャネルにおけるパケットの存在を示す場合、前記受信信号を処理する論理と、
    前記信号が本当にパケットを表すかどうかを判定する誤検出判定器と、
    誤検出のメトリックが目標範囲外である場合、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理と、
    前記選択されたチャネルに関する前記誤検出のメトリックにしたがって信号処理ステップを調整する論理と
    を備え、前記適応パケット検出プロセスは、前記適応パケット検出プロセスを調整する論理および／または前記誤検出のメトリックに基づいて、所与の検出試験に関する限度をしかるべく調整し、前記限度の調整は、誤検出率が所望の最大誤検出率より高い場合、前記所与の試験に関する限度を第１の増分値だけ上げ、前記誤検出率が所望の最小誤検出率より低い場合、前記所与の試験に関する限度を同じまたは異なる増分値だけ下げ、前記誤検出率が前記所望の最小誤検出率と前記所望の最大誤検出率の間にある場合、前記限度値を変更しない、無線受信機。
23. 前記誤検出のメトリックは、誤検出率であり、前記目標範囲は、所定の閾値未満の誤検出率である、請求項２２に記載の無線受信機。

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