JP2002198936A - Ofdm物理層を使用するcsmaシステムのための符号化方式 - Google Patents
Ofdm物理層を使用するcsmaシステムのための符号化方式Info
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Abstract
て指定されたフレーム間スペーシングの増加を最小にす
る。 【解決手段】 デバイス間の高データレート情報信号の
送信を可能にするCSMAプロトコルと共に使用する符
号化方式であり、CSMAプロトコルがOFDM物理
層,MAC層,CSMAプロトコル内部符号および組織
符号を含むものとする。この方式は、外部符号生成器を
提供する工程と、外部符号生成器において内部で符号化
されたデータおよび未符号化データを含む外部符号語を
生成する工程とを備える。固定数のデータビットをもつ
OFDMシンボルのデータビットの小さな倍数に生成外
部符号語が適合し、よって少なくとも24Mbpsのデ
ータレートおよび1.5×10-9よりも小さいパケット
誤り率で外部符号とCSMAプロトコル内部符号とを使
用して高データレートの情報を伝送可能としている。
Description
ルチアクセス(OFDM)物理層、例えばIEEE80
2.11aを使用する任意のキャリアセンスマルチプル
アクセス(搬送波感知多重アクセス:CSMA)に基づ
く方式のための外部符号化方式を加えることに関し、特
に本発明は、ホームプラグ業界フォーラムで提案されて
いる、ある種の電力ラインシステムに適用できる。
itute of Electrical and Electronics Engineers)標
準、すなわちIEEE802.11は、ネットワークを
構成するのに2つの異なる方式、アドホック(特別)方
式及びインフラストラクチャ方式を定めている。アドホ
ックネットワークは、各コンピュータすなわち信号を送
受信できるようなネットワークに隣接する802.11
デバイスと“オンザフライ”でネットワークを形成す
る。アドホックネットワークでは定められた構造はな
く、固定されたポイントもなく、ネットワーク内のどの
ノードもネットワーク内の他のどのノードとも通信でき
るようになっている。このタイプのネットワークでは順
序を維持することは困難であるように見えるが、スポー
クスマン選択アルゴリズム(SEA)のような十分なア
ルゴリズムが提供されており、これらアルゴリズムは1
つのマシンをネットワークの基地局またはマスタ局とし
て選び、他のマシンをスレーブとするようになってい
る。アドホックネットワークアーキテクチャにおける他
のアルゴリズムは、ネットワークにおけるすべてのノー
ドのアイデンティティを確立するためにすべてのノード
に対するブロードキャスト(同報通信)およびフラッド
(flood)方法を使用している。
動ノードと通信をするのに固定されたネットワークアク
セスポイントを提供する。これらネットワークアクセス
ポイント(AP)は他の有線ノードに無線ノードをブリ
ッジ接続することにより、LANの機能を拡大するよう
に時々地上回線に接続される。サービスエリアが重なっ
た場合、無線LANの間でハンドオフが行われることが
ある。この構造はセルラーネットワークで使用されてい
る構造に極めて類似している。
の物理(PHY)層と媒体アクセス制御(MAC)層の
双方のパラメータに関する仕様を定めている。実際にノ
ード間のデータ伝送を取り扱うPHY層は、直接スペク
トル拡散方式、周波数ホッピングスペクトル拡散方式ま
たは赤外線(IR)パルス位置変調方式のいずれかを使
用できる。IEEE802.11は11Mbpsまでの
データレートのための規定を定め、スペクトル拡散伝送
の場合には工業、科学および医療(ISM)アプリケー
ション用の無免許用バンドである2.4〜2.4835G
Hz周波数バンドでの運用を求めており、IR伝送用に
は300〜428,000GHz周波数バンドでの運用
を求めている。一般に赤外線は盗聴に対し、より安全で
あると考えられている。その理由は、IR伝送を行うに
は絶対的な視線リンクが必要であるからである。すなわ
ち壁を透過したり、未知の第三者が介入し得る無線周波
数伝送と異なり、単純に接続された空間外では、或いは
コーナーを曲がるようには、赤外線伝送を行うことはで
きないからである。しかしながら、赤外線伝送は日光に
よって悪影響を受けることがあり、802.11のスペ
クトル拡散プロトコルは代表的なデータ転送のための基
本的な安全性を定めている。更に、IEEE802.1
1aは54Mbpsまでのデータレートで、5GHzの
UNIIバンド、5.15GHz〜5.25GHzおよび
5.25GHz〜5.356GHzまでの伝送を許可して
いる。
序を維持する役割を果たす一組のプロトコルを含む。8
02.11標準は衝突回避を行うキャリアセンスマルチ
プルアクセス(CSMA/CA)プロトコル(搬送波感
知多重アクセス/衝突回避プロトコル)を指定してい
る。このプロトコルではノードが伝送すべきパケットを
受信すると、ノードはまず他のノードが伝送中でないこ
とを保証するように聴取する。チャネルがクリアであれ
ば、ノードはパケットを伝送する。クリアでなければ、
ノードはパケットの伝送が許可されるまでノードが待た
なければならない時間長さを決定するランダム“バック
オフファクタ”を選択する。チャネルがクリアとなって
いる期間中、伝送ノードはバックオフカウンタをデクリ
メントする。チャネルが使用中であれば、ノードはその
バックオフカウンタをデクリメントしない。バックオフ
カウンタがゼロに達すると、ノードはパケットを伝送す
る。2つのノードがおなじバックオフファクタを選択す
る確率が小さいので、パケット間の衝突は最小とされ
る。
るような衝突検出はIEEE802.11の無線周波数
伝送では使用できない。その理由は、1つのノードが伝
送中の時、伝送している可能性のあるシステム内の他の
ノードを感知することができないからである。これは、
自分の信号が、そのノードに到着する他の信号をブロッ
クすることによる。パケットを伝送しなければならない
時は、伝送ノードはまずパケットの長さに関する情報を
含む短いレディートゥーセンド(RTS)パケットを送
り出す。受信側ノードがこのRTSを聴くと、受信側ノ
ードは短いクリアトゥーセンド(CTS)パケットで応
答する。この交換が行われた後に、伝送側ノードはその
パケットを送る。周期的冗長チェック(CRC)により
決定されるように、パケットの受信に成功すると、受信
側ノードは受信確認(ACK)パケットを伝送する。
“隠されたノード”の問題、すなわちノードAがノード
Bと通信でき、ノードBがノードCと通信できるという
問題を回避するには、このような前後の交換が必要であ
る。しかしながら、ノードAはノードCと通信できな
い。こうして、例えばノードAがそのチャネルをクリア
に検出できるが、ノードCは実際にはノードBに伝送す
ることができる。上記プロトコルはノードBが話し中で
あることをノードAに警告し、パケットを伝送するまで
ノードAが待機することを要求している。
ある手段を提供しているが、これに関するある改善も提
案している。無線通信が提供し得る高い生産性および高
い移動性をビジネス界が発見するにつれ、無線LANの
使用は将来劇的に増加すると予想されている。
年7月(IEEE標準802.11の補則−1999
年)は本発明の背景となっている。図1を参照すると、
802.11aのPHY層伝送チェーン全体は番号10
で表示されており、このチェーン10は畳み込みエンコ
ーダ(畳み込み符号化器)12と、インターリーバ/組
み立てマッパ14と、OFDM変調器16と、シンボル
シェイパ18と、アップコンバータ/トランスミッタ2
0と、アンテナ22とを含む。現在、802.11aは
前方向誤り訂正(Forward Error Cor
rection(FEC))を行うので、畳み込みエン
コーダ12しか使用していない。IEEE802.11
aのためのサービス品質(QoS)モジュラ技術は自動
再送要求(ARQ)機構を使用しており、この機構は長
い遅延時間とジッタを課しており、QoSポリシの実行
を阻害し得る。これらQoSの増強は24Mbpsまで
のデータレートを必要とする高品位の動画、例えばMP
EG2の伝送を可能にする。しかしながら、民生用オー
ディオ−ビデオ機器、特に高品位オーディオ−ビデオの
リモート制御のようなインタラクティブな応用例に対し
ては、広いバンド幅と低いレイテンシ(待ち時間)の伝
送の双方が必要である。従って、これら応用例はARQ
メカニズムの最小使用を求めている。この問題に対する
1つの解決案は、FECを提供することである。すなわ
ち、802.11aのケースでは、付加的FECを提供
することである。国際標準のCEI/IEC61883
−4の民生用オーディオ/ビデオ機器デジタルインター
フェース(第4部:MPEG2−TSデータ伝送;第1
版、1998年2月)が設けられている。
ent他により提出され、IEEE802.11におい
て2000年9月18日に提示され、ドキュメント番号
802.11−00/120rlから、IEEE802.
11−1999年標準としてリストされたQoS増強の
ための共同提案において、802.11bに対して提案
された別のFECがある。しかしながら、その変調方式
は802.11の基本方式と異なりデータレートが低い
ため、この共同提案方式が802.11aで使用された
場合、多数の管理フレームがあるケースのように小さい
ペイロードが存在することが多いときに、大きいペイロ
ードに対してパリティデータを伝送しなければならない
ことに起因して、チャネル効率を大幅に低下しなければ
ならなくなる。802.11eに対する共同提案書にお
いては、高品位伝送のために追加符号化が提案されてい
る。かかる符号化方式は802.11bに対して考えら
れたものであるが、この符号化方式は802.11aの
物理層条件で作動するには適当ではない。
御符号化:その基礎と応用(Error Contro
l Coding Fundamentals and
Applications)”(プレンティスホール
社,1983年)およびR.MacEliece著“情
報理論および符号化(The Theory ofIn
formation and Coding)”(アジ
ソンウェスレー社,1977年)には、付加的FECを
提供するために無線通信システムで外部符号を使用する
ことが提案されている。しかしながら、ARQに基づく
システムとしての802.11のレガシにより、共同提
案のブロック符号化方式を除いては、この分野にはほと
んど従来技術はない。このブロック符号は802.11
aと異なるインターフレーム(フレーム間)スペーシン
グを有する、補足的符号キーイング/パケット二進符号
キーイング(CCK/PBCK)変調システムのための
ものである。24個のデータシンボルの倍数でデータを
符号化する802.11aに対しては、異なる符号化方
法が求められている。提案されているCCK/PBCK
符号化方法は802.11aまたはその他のCSMA/
OFDM無線ネットワークには適用できない。
年)では、衝突がない場合、90%のパケットスループ
ットを維持するために種々の受信信号レベルに対するチ
ャネルリンクが設計されている。パケットの受信に成功
した場合、伝送側の局(STA)にはACKが送られ
る。ACKが受信されない場合、適当な時間後にパケッ
トが再伝送される。802.11システムにおけるパケ
ットの損失はシステムへのレイテンシだけでなく、ジッ
タもかなり増加させる。すなわちパケットの送出は時間
と共に変わり得る。
N技術の1つである、802.11aを通して高品位の
AVを伝送できることが望ましく、他方のLAN技術は
家庭用ネットワークにおけるハイパーLAN2である。
デバイス発見機能と組み合わされた無線家庭用ネットワ
ークによって、ホームネットワークのユーザは最小の努
力で自分のネットワークを手早く設置できるようにな
る。802.11aシステムは早期に市場に導入される
ことが予想されるので、802.11aは5GHzバン
ドにおける家庭用ネットワークの設置の最初の、または
最初ではなくてもその候補となる。しかしながら、この
市場分野で802.11aが成功を収めるには、信頼性
のある低ジッタ、低レイテンシモードが必要であり、こ
のモードは現在では規格に定められていない。
法およびシステム(In−bandon−channe
l digital broadcasting me
thod and system)”を発明の名称とす
る、1999年9月7日にKumarに付与された米国
特許第5,949,796号明細書には、FMRF放送のための
バンド内オンチャネルデジタル信号について記載されて
いる。
ロック符号化されたデジタルデータを伝送するための方
法(Method for communicatin
gblock coded digital data
with associated synchron
ization/control data)”を発明
の名称とし、1995年12月12日にHuangに付
与された米国特許第5,475,716号明細書には、ブロック
符号化されたデジタルデータ伝送について記載されてい
るが、OFDNのPHYを使用したCSMA伝送につい
ては記載されていない。
き実状に鑑みてなされたものであり、最小のレイテンシ
を維持しながら、802.11aおよびその他のCSM
Aシステムに対して指定されたフレーム間スペーシング
の増加を最小にする符号化方式を提供することをその目
的とする。
出することが可能な符号化方式を提供することを他の目
的とする。
案されているクォリティオブサービス増強のフレームワ
ークに適合する802.11aに対する変形例としての
符号化方式を提供することを他の目的とする。
ームと共に使用するのに適した符号化方式を提供するこ
とを他の目的とする。
バイスがFEC符号化されたパケットを読み出すことが
できるようにする、802.11aおよび802.11e
パケットフォーマットに統合するための符号化方式を提
供することを他の目的とする。
りを1より少なくすることが可能な符号化方式を提供す
ることを他の目的とする。特に、802.11aに対す
るリンク条件が満たされていると仮定した場合に、最大
1パケットの再試行で10時間の伝送でフレーム誤りを
1よりも少なくする。
イス間の高データレート情報信号の伝送を可能にするた
めのCSMAプロトコルと共に使用するための符号化方
式であって、前記CSMAプロトコルはOFDM物理
層,MAC層,CSMAプロトコル内部符号および組織
符号を含み、当該符号化方式は、外部符号生成器を提供
することと、該外部符号生成器において、内部で符号化
されたデータと内部で符号化されていないデータとを含
む外部符号語を生成することとを含んでなり、固定され
た数のデータビットをもつOFDMシンボルのデータビ
ットの小さな倍数に前記生成された外部符号語が適合
し、よって少なくとも24Mbpsのデータレートおよ
び1.5×10-9よりも小さいパケット誤り率で、外部
符号とCSMAプロトコル内部符号とを使用し、高デー
タレートの情報を伝送できるようにしたことを特徴とし
たものである。
て、前記外部符号語を生成することは、伝送されるデー
タに応じて異なる長さの外部符号語を生成することを含
むことを特徴としたものである。
て、前記外部符号語を生成することは、24の倍数の外
部符号語を生成することを含むことを特徴としたもので
ある。
て、前記外部符号語を生成することは、別個のヘッダ符
号およびパリティチェックシンボルならびに別個のフレ
ーム本体符号を生成することを含むことを特徴としたも
のである。
て、前記外部符号語を生成することは、MPEGトラン
スポートストリームで作動できる外部符号語を生成する
ことを含むことを特徴としたものである。
て、前記外部符号語を生成することは、MPEGトラン
スポートストリームを伝送するための符号化されていな
いデータ部分を生成することを含むことを特徴としたも
のである。
て、管理フレームを含んでなり、前記外部符号語を生成
することは、デバイスが使用するための組織符号部分を
生成することを含み、前記デバイスは、符号フィールド
を無視して管理フレームからの復号を例示する(instan
tiate)ことを特徴としたものである。
て、前記外部符号語を生成することは、前方向誤り訂正
で外部符号語内のパケットをフォーマットすることを含
み、パケットは、前方向でない誤り訂正デバイスによっ
て復号可能であることを特徴としたものである。
て、前記外部符号語を生成することは、
を生成することを含むことを特徴としたものである。
タレート情報信号の伝送を可能にするためのCSMAプ
ロトコルと共に使用するための符号化方式であって、前
記CSMAプロトコルはOFDM物理層,MAC層,C
SMAプロトコル内部符号および組織符号を含み、当該
符号化方式は、外部符号生成器と、該外部符号生成器に
おいて、内部で符号化されたデータおよび内部で符号化
されていないデータを含む外部符号語であって、MPE
Gトランスポートストリームを伝送するための符号化さ
れていないデータ部分を含む外部符号語とを含んでな
り、固定された数のデータビットをもつOFDMシンボ
ルのデータビットの小さな倍数に前記生成された外部符
号語が適合し、よって少なくとも24Mbpsのデータ
レートおよび1.5×10-9よりも小さいパケット誤り
率で、外部符号とCSMAプロトコル内部符号とを使用
し、高データレートの情報を伝送できるようにしたこと
を特徴としたものである。
おいて、前記外部符号語は、伝送されるデータに応じて
異なる長さとなっていることを特徴としたものである。
おいて、前記外部符号語は、別個のヘッダ符号と別個の
フレーム本体符号とを含むことを特徴としたものであ
る。
おいて、管理フレームを含んでなり、前記外部符号語は
デバイスが使用するための組織符号部分を含み、前記デ
バイスは符号フィールドを無視して管理フレームからの
復号を例示する(instantiate)ことを特徴としたもの
である。
おいて、前記外部符号語は、前方向誤り訂正でフォーマ
ット化されたパケットを含み、該フォーマット化された
パケットは前方向でない誤り訂正デバイスによって復号
可能であることを特徴としたものである。
おいて、前記外部符号語は、
としたものである。
おいて、各符号化された語は、多数の符号化されたフィ
ールドを含み、各符号化されたフィールドはシーケンシ
ャルに復号され、訂正できない誤りが検出された際に復
号を停止し、パケットを廃棄することを特徴としたもの
である。
おいて、内部に符号化された語をもつフレームの間にシ
ョートフレーム間スペーシング(SIFS)時間が存在
し、該SIFS時間の少なくとも2倍の期間内に受信確
認ポリシを延期することを特徴としたものである。
タレート情報信号の伝送を可能にするためのCSMAプ
ロトコルと共に使用するための符号化方式であって、前
記CSMAプロトコルはOFDM物理層,MAC層,C
SMAプロトコル内部符号および組織符号を含み、当該
符号化方式は、外部符号生成器を提供することと、該外
部符号生成器において、内部で符号化されたデータおよ
び内部で符号化されていないデータを含む外部符号語で
あって、前方向誤り訂正でフォーマット化された該外部
符号語内のパケットであって、前方向でない誤り訂正デ
バイスによって復号可能なパケットを含む外部符号語を
生成することと含んでなり、固定された数のデータビッ
トをもつOFDMシンボルのデータビットの小さな倍数
に前記生成した外部符号語が適合し、よって少なくとも
24Mbpsのデータレートおよび1.5×10-9より
も小さいパケット誤り率で、外部符号とCSMAプロト
コル内部符号とを使用し、高データレートの情報を伝送
できるようにしたことを特徴としたものである。
おいて、前記外部符号語を生成することは、伝送される
データに応じて異なる長さの外部符号語を生成すること
を含むことを特徴としたものである。
おいて、前記外部符号語を生成することは、別個のヘッ
ダ符号およびパリティチェックシンボルならびに別個の
フレーム本体符号を生成することを含むことを特徴とし
たものである。
おいて、前記外部符号語を生成することは、MPEGト
ランスポートストリームで作動できる外部符号語を生成
することを含むことを特徴としたものである。
おいて、前記外部符号語を生成することは、MPEGト
ランスポートストリームを伝送するための符号化されて
いないデータ部分を生成することを含むことを特徴とし
たものである。
おいて、管理フレームを含んでなり、前記外部符号語を
生成することは、デバイスが使用するための組織符号部
分を生成することを含み、前記デバイスは、符号フィー
ルドを無視して管理フレームからの復号を例示する(in
stantiate)ことを特徴としたものである。
おいて、前記外部符号語を生成することは、
を生成することを含むことを特徴としたものである。
おいて、各符号化された語は、多数の符号化されたフィ
ールドを含み、各符号化されたフィールドはシーケンシ
ャルに復号され、訂正できない誤りが検出された際に復
号を停止し、パケットを廃棄することを特徴としたもの
である。
おいて、内部に符号化された語をもつフレームの間にシ
ョートフレーム間スペーシング(SIFS)時間が存在
し、該SIFS時間の少なくとも2倍の期間内に受信確
認ポリシを延期することを特徴としたものである。
レート情報信号の伝送を可能にするためのCSMAプロ
トコルと共に使用するための符号化方式であって、CS
MAプロトコルがOFDM物理層,MAC層,CSMA
プロトコル内部符号および組織符号を含むものとし、そ
の符号化方式は、外部符号生成器を設ける工程と、前記
外部符号生成器において内部で符号化されたデータおよ
び符号化されていないデータを含む外部符号語を生成す
る工程とを備え、固定された数のデータビットを有する
OFDMシンボルのデータビットの小さい倍数に前記生
成された外部符号語が適合(fit)し、よって少なく
とも24Mbpsのデータレートおよび1.5×10-9
よりも小さいパケット誤り率で外部符号およびCSMA
プロトコル内部符号を使用して高データレートの情報を
伝送できるようにしている。
特徴を迅速に理解できるように記載したものである。図
面と共に、本発明の好ましい実施例の詳細な説明を参照
すれば、本発明をより完全に理解できよう。
を使用することにより、1回の再試行を認めながら、M
ACプロトコルデータユニットにおけるエラーに起因す
るフレーム誤りを、10時間内で1よりも少ない状態で
無線ビデオ伝送を行うことが可能となるが、802.1
1の非コンテンション(非競合)モードが使用され、チ
ャネル効率に大きな影響を与えないことが条件となる。
従って、本発明によれば、MPEG−2のようなオーデ
ィオビジュアル(AV)信号の高品位伝送だけでなく、
他のアプリケーションのために802.11aを均一に
使用することが可能となる。“有線に近い回線(nea
r wireline;以下、近有線回線)”と同等な
伝送で企業用ネットワークを提供することもできる。
その他データの信頼できる伝送の問題は、付加的符号の
使用により直交周波数分割マルチアクセス(OFDM)
物理(PHY)層を使用すると、衝突検出マルチアクセ
ス(CSMA)に基づく無線LANシステムで均一に解
決される。MACまたはPHYのいずれかに設置するこ
とが好ましい、図1における外部符号生成器24によっ
て生成される“外部符号”としても知られる、畳み込み
符号の前の付加的符号化が、これら問題を解決するため
に使用される。
条件を満足しながら、最小の付加的オーバーヘッドを生
成させる802.11MACパラメータ、特にフレーム
間スペーシングパラメータと一貫性のある、802.1
1aのPHYのための外部符号化方式を使用している
点、および(2)各セグメントに別個のフレームチェッ
クサムが存在することを仮定し、スピーディなフレーム
伝送を可能にし、ジッタを低減するために、復号化を行
うことができるようにし、より高い層に別々に集合パケ
ットを送ることができるように、ペイロードのサブセッ
トに対して復号を行うことができるようにするフレーム
フォーマットを使用している点で、本発明は公知の従来
技術と異なっている。
モン(RS)符号、すなわち任意の組織符号、例えば符
号語が符号化されていないデータを含むような符号を使
用しているが、12個の4ビットデータシンボルにおけ
る少なくとも2つの誤り、または26個の8ビットデー
タシンボルにおける3つの誤りを訂正するブロック符号
化方式も使用できる。上記に基づき、特に255,23
9符号を使用することによって得られる239個以下の
シンボルにおける8個の8ビットシンボルを訂正する符
号を(n,k)符号とすることができる。ここで、n個
のシンボルが符号化されており、k個のシンボルが符号
化されていないものとする。非組織符号を使用すること
もできるが、これら符号は別個のデータおよび“パリテ
ィ”フィールドを提供しないので、FEC能力のない局
またはデバイスが符号化されていないデータを読み出す
ことを防止できない。
/OFDMシステムでは、(1)符号語および符号化さ
れていないデータが、フレーム間スペーシングに対して
小さく、すなわち固定された数のデータビットを含むO
FDMシンボル内に含まれるデータビットの20より少
ない倍数に適合するようになっているか、(2)内部符
号と組み合わせた符号が1.5×10-9よりも少ないパ
ケット誤り率を可能にするような外部ブロック符号を使
用することによって、802.11システムと同じ機能
が得られる。
用する本発明のいくつかの実施例が記載されているが、
802.11aのOFDMのPHYおよびその他のCS
MA/OFDMネットワークに対して、(1)データビ
ットを固定の数含むOFDMシンボル内に含まれるデー
タビットの“小さな”倍数に符号語および符号化されて
いないデータが適合するか、(2)内部符号と組み合わ
せた符号が1.5×10-9よりも低いパケット誤り率を
可能にするか、(3)オーバーヘッドを最小にするよ
う、短いペイロードと長いペイロードに対して異なるブ
ロック符号を使い分けるような外部ブロック符号が成功
裏に働く。本発明は802.11aおよび802.11e
に対する特別な注意と共に、802.11システムにお
けるプレミアムサービスに必要な追加的符号化の使用お
よび構造について述べているが、本発明の符号化方法は
802.11bおよび現在開発中のより高いレートのP
HYにも適用可能である。
準について述べると、高品位、高データレート情報、例
えばAVアプリケーション用の付加的符号化が求められ
る。この符号化をどこで実行できるかに関して種々の代
替的方法について説明する。長期間の解決としては、現
在の高レートPHY標準まで拡張することが好ましい
が、短期間ではMACにおける付加的符号化が適当であ
る。符号化をより高い層で行うことができるか否かの問
題は、802.11eMAC内に存在する種々のパケッ
ト訂正/再トランスミッタ機構に依存している。
HDTV(高品位テレビ)および高レートMPEG動画
に対しては、誤り率を極めて低くすることが望ましい。
既に述べたように、近有線回線性能が得られるようにこ
れら機能を可能にすることによって、例えば10時間ご
とに1フレーム以下の誤り率が望ましい30fpsおよ
び24Mbps(HDTV/1394レート)におい
て、802.11技術に対するマーケットを大幅に拡大
できる。MPEG/DVDストリーム内の一部のフレー
ム、例えばIフレームは、より多い情報を運び、Bおよ
びPフレームよりも誤りをより受け易いが、これらフレ
ームは本発明では影響は最小であると見なされる。
トサイズに対し、失われる0.1パケットの誤り率を必
要とする。しかしながら、有線回線の品質に近似する誤
り率を処理するには、1.5×10-9よりも少ない誤り
率が必要である。
維持できる。すなわち最小9回のパケット再試行でパケ
ットの送り出しに成功できる確率は1×10-9よりも高
い。このことは、i>0の再試行後にパケットが成功裏
に与えられる確率を示す次の合計を検討することによっ
て、このような確率が示される。
ム]である。必要なパケット誤り率に対して上記式
(1)は、各合計に対し、(n+1)番目の十進位置へ
9を便宜的に加える。
の遅延時間によってバッファサイズ/ジッタ値が過剰に
大きくなる。更にバンド幅が無駄である。従って、現在
の802.11システムによれば、同一の受信機の感度
と現在802.11aで使用されているものと同じPH
Yとを仮定した場合、高レートの動画信号を送ることは
実現可能ではない。従って、別の符号化方式を使用する
ことを検討しなければならない。
2.11−00/071は、MACサービスデータユニ
ット(MSDU)に対して別個に設けられた付加的FE
Cにより、MACヘッダを保護するためのFECオプシ
ョンを使用することを検討している。MACに外部符号
のほうがより適当に属すというこの提案には反対意見が
挙げられる可能性がある。しかしながら、本発明の方法
と共に使用することになっているアプリケーションに対
して物理層のコンバージェンスプロトコル(PLCP)
ヘッダで付加的符号化が実行されない場合、高レートで
仮想的にPLCPヘッダの復号化を保証する過剰信号
は、低レートでは存在しないとの予告とを伴って、MA
CまたはPHYのいずれにおいても符号化を良好に実行
できる。PLCPヘッダは伝送レートおよびパケット長
さを決定するのにPHYで使用されるパケット部分であ
る。このヘッダは、ヘッダのデータスクランブル部分を
除けば、6Mbpsの最低データレートで常に最初に伝
送される。ヘッダのスクランブラ部分はパケットの誤り
率を制限し、例えば管理フレームを介して初期値に設定
できる。
実行は、コンテンションのない増強されたポイントコー
ディネーション機能(PCF)に対して与えられること
に留意すべきである。すなわちこのコーディネーション
方式は現在では非コンテンションモード用のものであ
る。すなわちこの解析では衝突がないと仮定している。
衝突のない付加的符号化方式による分散コーディネーシ
ョン機能(DCF)に対して性能上の利点が得られるこ
とは真であるが、DCFにおける衝突の効果および外部
符号を使用する性能に対する影響については本明細書で
は分析しない。DCFモードの競合的性質により、衝突
に対して保護が可能なように増強を行うには、本明細書
中で述べた、より短い符号よりも強力で、すなわちより
長いブロック長さの符号が必要となる。
の順方向の誤り率(FER)を生成するビット誤り率
は、1.313×10-5である。この値は、8000ビ
ットに24ビットのヘッダを加えたペイロードにおけ
る、少なくとも1ビットは1つのフレーム誤りを生じさ
せると仮定することによって計算されたものである。後
方向への誤り率(BER)としてPLCPヘッダの障害
は3.15×10-4=1−(1−P[誤りにおけるPL
CPヘッダビット])24で生じると仮定する。その理由
は、現時点でペイロードのためのデスクランブラを同期
させるためにしか使用されず、情報は送らない、SER
VICEフィールドを無視した場合、ヘッド内には24
ビットが存在するからである。同じ理由により、PLC
Pヘッダを成功裏に受信し、テーブル1のパケット誤り
率の条件を満たすには、3回までの再試行が必要である
ことを証明できる。
に対応する、上記システムのためのオーバーヘッドで
は、現在の802.11システムにおける再試行の回数
は、約3〜50の間に維持される。高度に信頼できるデ
ータ転送を行うために、レイテンシを最小とし、性能を
保証する場合、信号の過剰分が十分でない場合、現在8
02.11aで使用されているものを越えるPLCPヘ
ッダ用のある種の誤り保護が必要である。これは、最小
受信機の感度の近くでシステムが6Mbpsで作動して
いるケースである。しかしながら、仕様はより高いレー
トで、より高い受信信号レベルを可能にするので、管理
信号の送受信によって設定できるスクランブラの“初期
化”を除き、このことは問題とはならない。54Mbp
sで上記パケット障害率(packet failur
e rates)でシステムが作動するように保証した
場合、K=7,レート1/2の畳み込み符号の誤り確率
に対する曲線の外挿から、PLCPヘッダの障害確率は
約10-17となる。
となり、誤り率に対する影響に関してPLCPヘッダの
誤りが重要でなくなるシナリオのための符号化を最小限
指定しなければならない。このことは、10-11または
それ以下のオーダーをもつ1回試行のパケットヘッダ障
害率を意味する。上述した同じ理由を用いると、6Mb
psの場合を除き、これを保証するには、信号が十分過
剰であることを証明できる。
ケットヘッダ誤りおよび高いバンド幅によりFERへの
無視できる寄与分を保証するには、信号が十分過剰であ
り、極めて低い誤り率のアプリケーションでは一般に6
Mbpsのバンド幅よりも広いバンド幅が必要である。
0,ITU J標準は、オプションの符号化方式を指定
している。更に、アプリケーションレイヤはレートの適
合化、誤りのレジリエンシおよび誤りの隠匿(エラーコ
ンシールメント)を実現している。しかしながら、これ
ら方式は一様ではなく、所定のコーダで符号化を内蔵さ
せてもよいし、内蔵させなくてもよい。したがって、フ
レキシビリティを最大にするにはMACまたはPHYに
付加的符号化を行うことが望ましい。更に、QoS機構
は必要とされる場所の制御に影響を与えるはずであり、
このときの802.11aは振る舞いが有線回線の質か
ら離れているので、外部符号化オプションはアプリケー
ションに均一な伝送の質を与える。
式を802.11aに適用した場合、この外部符号化方
式は誤りを含むフレームの再伝送に依存し得る。この再
伝送は802.11では一般に受信確認される。802.
11のように受信確認モードがサポートされている場
合、受信確認の高度に信頼性のある伝送を遂行するある
種の手段も同じように必要である。
別の例が示されている。
し、MACまたはPHYのいずれかが適当である。アプ
リケーションだけに依存することは遅延時間を長くする
ことだけでなく、性能もアプリケーションごとに変化す
る。しかしながら、共同提案書に関するMAC用の符号
化は好ましい別の方法のように思われる。
ドに対し、1.1574×10-9の上記FERを維持し
なければならない場合、再試行を検討しなければ1.2
5×10-13のBERが必要となる。当然ながら、実際
問題としてCSMAシステムには再試行が認められる。
1回の再試行を認めた場合、必要とされる未処理のFE
R(raw FER)は3.56×10-7となる。いず
れの場合においても外部符号化はこの率が低下するのを
助けることができる。802.11aでは時間内に伝送
されたパケットを区別するのに必要な16μsecのシ
ョートフレーム間スペーシング時間(SIFS)と、受
信機がパケットセトル内部過渡現象の受信を完了し、M
ACレベルのFECを伝送する準備をするのに必要な2
μsecのRxTxのターンラウンド時間とを満たすに
は、システムは受信確認を遅らせるか、または受信確認
を行わないで作動しなければならない。
さで1つのシンボル当たりmビットのt個のシンボルま
で訂正できるブロック符号である。パケットはN2個の
シンボルから構成され、計算をより容易にし、更に高品
位の伝送をするためにパケット長さに制限を課すため
に、Nビットのパケット長さはN/N1個のブロックに
分けられる。しかしながら、この制約は伝送をストリー
ミングするには不当なものではない。
み込み復号器)の出力または802.11b用の等化器
の出力が独立しており、同じように分布(iid)して
いると仮定し、STAが10%のパケット誤り率(PE
R)に対して必要とされる信号対雑音比以上で作動する
ことを条件に、上記のことが真であるとすれば、P[ブ
ロック誤り]=Pは次の式で示される。
t)である。すなわち、hは第2の総和インデックスs
を、s=m(t−h)−r(ここで0<r<m−1であ
る)として表記できるようにする値であり、peはパケ
ット誤り率であり、tは符号が訂正できる誤りビットの
数であり、kは情報ビットの数である。
化特性を得ることができる。一例として、188バイト
のブロック長さに対し、8個までのシンボル誤り(ここ
でm=8である)までを訂正できるRS(204,18
8)を使用することを検討する。この場合、ブロック誤
りの確率は次のように拘束できる。
ットのパケット長さでは、パケットの誤り率は5.9×
10-21となる。上記RS符号の他に必要な性能を得る
のに使用できる符号は多数存在する。しかしながらRS
符号は比較的高いレートを維持し、誤りを訂正できるこ
とが周知となっているので、このRS符号が好ましい。
更にRS符号は望ましい低レイテンシ特性も有する。
ボルの数はOFDMシンボルの整数倍に適合することが
大いに望ましい。このようにするには符号のレートを2
4の倍数としなければならない。その理由は、元の80
2.11MACではタイミングの同期化は2μs内とな
るように仮定されているからである。
も畳み込みデコーダのトレースバック長さ内に適合する
符号を使用することもできる。後者の基準を満たす1つ
の符号として、(n=31,k=25,t=3)符号が
ある。ここでnは符号化されたビットの数であり、kは
情報ビットの数であり、tは符号が訂正できる誤ったビ
ットの数である。この場合、上記方法に類似した分析方
法を使用すると、25情報ビット内の誤りの確率は4.
25×10-16となり、誤った1000バイトパケット
の確率は1.09×10-13となる。この符号に対するオ
ーバヘッドは約25%である。96個のシンボルの整数
倍に適合する(n=32,k=26,t=3)のRS符
号を生成するのに、符号に情報ビットを添付することに
よってこの符号を拡張することもできる。
(ここでn=16,k=12,t=2である)がある。
この符号は1000バイトパケットに対するフレーム誤
り率を6.44×10-10のフレーム誤り率とする。この
符号は(n=15,k=11,t=2)のRS符号を取
り込み、情報ビットを添付することによって組み立てら
れている。この符号は12Mbps以上の802.11
a標準におけるレートに対し、OFDMシンボルの倍数
に適合するという利点を有する。従って、(n=31,
k=25,t=3)、(n=32,k=26,t=3)
または(n=16M,k=12M,t=2M)(ここで
Mは1よりも大きい定数)のいずれかを使用できる。
が必要なフレーム誤り率を生じ、CSMAシステム、例
えば802.11CSMAシステムに対してチャネル効
率を高くするのに必要なレイテンシを大幅に増加させな
いということを挙げることができる。この理由は、CS
Mシステムにおける信号はこれらマルチアクセスシステ
ムの非コンテンションモードにおける生じ得るタイミン
グエラーに起因する衝突の尤度を低減するために送られ
る、フレームとしても知られるパケット間で「ガード時
間」を提供するからである。チャネル効率を最大にする
には、このガード時間、すなわちフレーム間スペーシン
グをできるだけ短くすることが望ましい。このことは、
802.11aまたはコンテンションモードに対する無
コンテンションモードに対してフレーム間スペーシング
を短くする他のOFDMシステムにおけるポイントコー
ディネーション機能のための符号によって達成される。
の複雑さを最小にすることを仮定し、リード−ソロモン
符号の組み合わせを使用することが望ましい。Bバイト
よりも少ないフレームに対しては、(n=32,k=2
6,t=3)または(n=M16,k=M12,t=2
M)の符号のいずれかを使用できる。Bバイトよりも大
きいフレームに対しては、(255,239,t=8)
または(204,188,t=8)の符号を使用でき
る。ここで、Bは、管理されたパラメータ、ネットワー
クの管理情報ベース(MID)で設定されたパラメータ
であるか、または常にBバイトよりも少ないと判ってい
るフレームの所定のクラスに単に割り当てられたもので
ある。この方式はACK、関連するリクエストおよび他
の管理フレームのようなフレームがAVフレームに対し
て小さくなる傾向があるので、特に魅力的である。
ン符号は組織的な符号として実現できるので、これら符
号は別個のデータと“パリティ”フィールドとを使って
表示できる。フレームとパリティチェックフィールドと
を散在させる符号を使用する。これによって2つの利点
が得られる。すなわち、(1)パケットの不良部分が早
期に発見された場合、不良パケットを早期に発見できる
こと、そして(2)ペイロード情報の早期復号化が可能
であり、これによってバッファ全体のジッタを低減する
ことに役立つ。
トフォーマットが示されている。このフォーマットはM
ACヘッダおよびフレーム本体用の別個の符号化を含
み、中間の行はフレームフォーマット内の各フィールド
内のバイト数を示す。
−ソロモン符号を利用している。このフォーマットはセ
キュリティフィールドをパケットの前方に移動し、よっ
てパケット受信を完了する前に解読を初期化できる場合
に、かかる初期化を実行できる点で、現在の共同提案を
変更したものである。MPDUjはペイロードのj番目
の48バイト倍数セグメントを示す。ここでkは1より
も大きい定数である。ペイロードサイズが48バイトの
整数倍内に適合しない場合、トランスミッタでゼロのパ
ディングを仮定し、受信機側で再構成する。従って、最
大2304バイトのペイロードを低減できることに留意
されたい。この構造によって、MACヘッダを別個に保
護し、組織符号によってMSDUまたはMMPDUを保
護することが可能となっている。更にこの構造により、
デバイスまたはSTAがフィールドを無視し、管理フレ
ームを介した復号を例示することも可能となっている。
MPEG2および将来のMPEGを伝送するのに、符号
化されていないデータ部分を使用でき、このデータ部分
はストリームをトランスポートする。更に、パケットフ
ォーマット化はFECを提供し、FECを高めたが、F
ECの可能でない、遺産のあるデバイスがパケットを復
号できるようにしている。
方法を開示したが、特許請求の範囲に記載した発明の範
囲内で別の変形および変更が可能であることが理解でき
よう。
理層(PHY)の伝送チェーンを示す図である。
ーリーバ/組み立てマッパ、16…OFDM変調器、1
8…シンボルシェイパ、20…アップコンバータ/トラ
ンスミッタ、22…アンテナ、24…外部符号化生成
器。
Claims (26)
- 【請求項1】 デバイス間の高データレート情報信号の
伝送を可能にするためのCSMAプロトコルと共に使用
するための符号化方式であって、前記CSMAプロトコ
ルはOFDM物理層,MAC層,CSMAプロトコル内
部符号および組織符号を含み、当該符号化方式は、 外部符号生成器を提供することと、 該外部符号生成器において、内部で符号化されたデータ
と内部で符号化されていないデータとを含む外部符号語
を生成することとを含んでおり、 固定された数のデータビットをもつOFDMシンボルの
データビットの小さな倍数に前記生成された外部符号語
が適合し、よって少なくとも24Mbpsのデータレー
トおよび1.5×10-9よりも小さいパケット誤り率
で、外部符号とCSMAプロトコル内部符号とを使用
し、高データレートの情報を伝送できるようにしたこと
を特徴とする符号化方式。 - 【請求項2】 前記外部符号語を生成することは、伝送
されるデータに応じて異なる長さの外部符号語を生成す
ることを含むことを特徴とする請求項1記載の符号化方
式。 - 【請求項3】 前記外部符号語を生成することは、24
の倍数の外部符号語を生成することを含むことを特徴と
する請求項1記載の符号化方式。 - 【請求項4】 前記外部符号語を生成することは、別個
のヘッダ符号およびパリティチェックシンボルならびに
別個のフレーム本体符号を生成することを含むことを特
徴とする請求項1記載の符号化方式。 - 【請求項5】 前記外部符号語を生成することは、MP
EGトランスポートストリームで作動できる外部符号語
を生成することを含むことを特徴とする請求項1記載の
符号化方式。 - 【請求項6】 前記外部符号語を生成することは、MP
EGトランスポートストリームを伝送するための符号化
されていないデータ部分を生成することを含むことを特
徴とする請求項5記載の符号化方式。 - 【請求項7】 管理フレームを含んでなり、前記外部符
号語を生成することは、デバイスが使用するための組織
符号部分を生成することを含み、前記デバイスは、符号
フィールドを無視して管理フレームからの復号を例示す
ることを特徴とする請求項1記載の符号化方式。 - 【請求項8】 前記外部符号語を生成することは、前方
向誤り訂正で外部符号語内のパケットをフォーマットす
ることを含み、パケットは、前方向でない誤り訂正デバ
イスによって復号可能であることを特徴とする請求項1
記載の符号化方式。 - 【請求項9】 前記外部符号語を生成することは、 【表1】 のフレームフォーマットをもつ外部符号語を生成するこ
とを含むことを特徴とする請求項1記載の符号化方式。 - 【請求項10】 デバイス間の高データレート情報信号
の伝送を可能にするためのCSMAプロトコルと共に使
用するための符号化方式であって、前記CSMAプロト
コルはOFDM物理層,MAC層,CSMAプロトコル
内部符号および組織符号を含み、当該符号化方式は、 外部符号生成器と、 該外部符号生成器において、内部で符号化されたデータ
および内部で符号化されていないデータを含む外部符号
語であって、MPEGトランスポートストリームを伝送
するための符号化されていないデータ部分を含む外部符
号語とを含んでなり、 固定された数のデータビットをもつOFDMシンボルの
データビットの小さな倍数に前記生成された外部符号語
が適合し、よって少なくとも24Mbpsのデータレー
トおよび1.5×10-9よりも小さいパケット誤り率
で、外部符号とCSMAプロトコル内部符号とを使用
し、高データレートの情報を伝送できるようにしたこと
を特徴とする符号化方式。 - 【請求項11】 前記外部符号語は、伝送されるデータ
に応じて異なる長さとなっていることを特徴とする請求
項10記載の符号化方式。 - 【請求項12】 前記外部符号語は、別個のヘッダ符号
と別個のフレーム本体符号とを含むことを特徴とする請
求項10記載の符号化方式。 - 【請求項13】 管理フレームを含んでなり、前記外部
符号語はデバイスが使用するための組織符号部分を含
み、前記デバイスは符号フィールドを無視して管理フレ
ームからの復号を例示することを特徴とする請求項10
記載の符号化方式。 - 【請求項14】 前記外部符号語は、前方向誤り訂正で
フォーマット化されたパケットを含み、該フォーマット
化されたパケットは前方向でない誤り訂正デバイスによ
って復号可能であることを特徴とする請求項10記載の
符号化方式。 - 【請求項15】 前記外部符号語は、 【表2】 のフレームフォーマットをもつことを特徴とする請求項
10記載の符号化方式。 - 【請求項16】 各符号化された語は、多数の符号化さ
れたフィールドを含み、各符号化されたフィールドはシ
ーケンシャルに復号され、訂正できない誤りが検出され
た際に復号を停止し、パケットを廃棄することを特徴と
する請求項10記載の符号化方式。 - 【請求項17】 内部に符号化された語をもつフレーム
の間にショートフレーム間スペーシング(SIFS)時
間が存在し、該SIFS時間の少なくとも2倍の期間内
に受信確認ポリシを延期することを特徴とする請求項1
0記載の符号化方式。 - 【請求項18】 デバイス間の高データレート情報信号
の伝送を可能にするためのCSMAプロトコルと共に使
用するための符号化方式であって、前記CSMAプロト
コルはOFDM物理層,MAC層,CSMAプロトコル
内部符号および組織符号を含み、当該符号化方式は、 外部符号生成器を提供することと、 該外部符号生成器において、内部で符号化されたデータ
および内部で符号化されていないデータを含む外部符号
語であって、前方向誤り訂正でフォーマット化された該
外部符号語内のパケットであって、前方向でない誤り訂
正デバイスによって復号可能なパケットを含む外部符号
語を生成することとを含んでなり、 固定された数のデータビットをもつOFDMシンボルの
データビットの小さな倍数に前記生成した外部符号語が
適合し、よって少なくとも24Mbpsのデータレート
および1.5×10-9よりも小さいパケット誤り率で、
外部符号とCSMAプロトコル内部符号とを使用し、高
データレートの情報を伝送できるようにしたことを特徴
とする符号化方式。 - 【請求項19】 前記外部符号語を生成することは、伝
送されるデータに応じて異なる長さの外部符号語を生成
することを含むことを特徴とする請求項18記載の符号
化方式。 - 【請求項20】 前記外部符号語を生成することは、別
個のヘッダ符号およびパリティチェックシンボルならび
に別個のフレーム本体符号を生成することを含むことを
特徴とする請求項18記載の符号化方式。 - 【請求項21】 前記外部符号語を生成することは、M
PEGトランスポートストリームで作動できる外部符号
語を生成することを含むことを特徴とする請求項18記
載の符号化方式。 - 【請求項22】 前記外部符号語を生成することは、M
PEGトランスポートストリームを伝送するための符号
化されていないデータ部分を生成することを含むことを
特徴とする請求項21記載の符号化方式。 - 【請求項23】 管理フレームを含んでなり、前記外部
符号語を生成することは、デバイスが使用するための組
織符号部分を生成することを含み、前記デバイスは、符
号フィールドを無視して管理フレームからの復号を例示
することを特徴とする請求項18記載の符号化方式。 - 【請求項24】 前記外部符号語を生成することは、 【表3】 のフレームフォーマットをもつ外部符号語を生成するこ
とを含むことを特徴とする請求項18記載の符号化方
式。 - 【請求項25】 各符号化された語は、多数の符号化さ
れたフィールドを含み、各符号化されたフィールドはシ
ーケンシャルに復号され、訂正できない誤りが検出され
た際に復号を停止し、パケットを廃棄することを特徴と
する請求項18記載の符号化方式。 - 【請求項26】 内部に符号化された語をもつフレーム
の間にショートフレーム間スペーシング(SIFS)時
間が存在し、該SIFS時間の少なくとも2倍の期間内
に受信確認ポリシを延期することを特徴とする請求項1
8記載の符号化方式。
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