JP2004336769A

JP2004336769A - 多重トーン通信システムにおける有効データ・トーン数を増加させる無線機器

Info

Publication number: JP2004336769A
Application number: JP2004134949A
Authority: JP
Inventors: John T Coffey; ティ．コフィジョン
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2004-11-25
Also published as: GB0409812D0; GB2402029A; KR20040094364A; US20040219945A1

Abstract

【課題】通信システムの無線機器でデータ送信量を増加させることを目的とする。
【解決手段】ホスト・ロジック、ネットワーク・インタフェース・ロジック、およびアンテナを含む無線機器を構築する。ネットワーク・インタフェース・ロジックは複数のデータ・トーンを含むシンボルを送信し、この中でネットワーク・インタフェース・ロジックは１つのパケットのシンボル内に含まれるデータ・トーンの個数を、パイロット・トーンを含むシンボルと、パイロット・トーンを含まずデータ・トーンの個数を増やしたシンボルの２つに変化させることにより、シンボル当たり送信できるデータ量を増加させる。
【選択図】図４

Description

本発明は通信ネットワークに係わり、更に詳細には多重トーン通信システムにおける有効データ・トーン数を増加させる無線機器に関する。

一般的に通信システムは１つの機器から、無線または有線（電気的、光ファイバーなど）のいずれかで互いに結合されている他の機器へのデータ転送を可能とする。他の全てが等しい場合、一般的にはより高いデータ速度を可能とする通信システムを提供することが望ましい。現状の構造を可能な限り組み入れながら、現状の無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）システムを、より高速に拡張するよう規定することもまた望ましい。

少なくともいくつかの実施例によれば、無線機器はホスト・ロジック、ネットワーク・インタフェース・ロジック、およびアンテナを含む。ネットワーク・インタフェース・ロジックは複数のデータ・トーンを含む複数のシンボルで構成されたパケットを送信し、ここでネットワーク・インタフェース・ロジックはそのパケット内の複数シンボル中のデータ・トーンの個数を変更する。

（注釈および専門用語）
いくつかの用語が以下の説明および特許請求項の中で特定のシステム構成要素を参照するために使用されている。当業者には理解されるように、種々の企業が１つの構成要素を異なる名称で呼んでいる。本文書では名称の異なる構成要素で区別する事は意図しておらず、その機能で区別している。以下の説明および特許請求の範囲の中で、「含む」（including）および「構成されている」（comprising）は自由に使用されており、従って「含むが、これに限定されない」と言う意味に解釈されるべきである。また、「結合」（couple）および「複数の結合」（couples）は、間接または直接接続のいずれかを意味するように意図している。従って第１機器が第２機器に結合する場合、その接続は直接接続を通してか、または他の機器および他の接続を介しての間接接続を通してかである。

本発明の好適な実施例を更に詳しく説明するために、添付図を参照する。

以下の説明は本発明の種々の実施例を対象にしている。１つまたはいくつかのこれらの実施例は好適ではあるが、開示されている実施例は特に指定しない限り、特許請求項を含めて開示の範囲を制限するものと解釈されたり、または使用されるべきではない。加えて、当業者には理解されるであろうが、以下の説明は広範な用途を有し、いずれの説明もその実施例の例としてのみ意味を持ち、開示の範囲を特許請求項を含めてその実施例に限定することを意味していない。

種々の通信システムではデータを送信するために、複数の周波数を使用している。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ無線通信規格で採用されている、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）変調技術は、３１２．５ｋＨｚの間隔を置いた、６４個の周波数「トーン」（「ビン」とも呼ばれる）を実施することを要求する。８０２．１１ａ規格内の６４個のトーンは４８個のデータ・トーン、４個のパイロット・トーンおよび１２個の未使用トーンを含む。データ・トーンとはその上でデータを送信することの可能なトーンである。パイロット・トーンは、当業者には知られているように入り組んで送信された信号のコヒーレント復調を受信機側で行う際の支援をするために使用される。従って、パイロット・トーンはデータ搬送には使用されない。１２個の未使用トーンは、隣接チャンネル相互干渉を防止するために含まれており、これもまたデータ送信には使用されない。本開示は８０２．１１ａチャンネル構造を例として使用し、本発明の種々の実施例を図示する。しかしながら、本開示および添付の特許請求項はいかなる無線規格にも限定されるものではない。

図１は本発明の好適な実施例に基づき実現された、通信ネットワーク５０を図示する。図示されるように、ネットワーク５０は、少なくとも１つの無線局（「ＳＴＡ」）５４と無線通信をするように構成された、少なくとも１つのアクセス・ポイント（「ＡＰ」）５２を含む。図１の例として示す無線ＬＡＮ（「ＷＬＡＮ」）５０の中には４つの無線局５４が示されている。ＡＰ５２は、サーバーまたは他の好適なネットワーク機器（図示せず）への有線接続（特には図示せず）を含む。複数の別のＡＰ５２を必要に応じて含み、これによって無線局５４がネットワークに複数のＡＰのいずれかを経由して無線接続できるようにすることも可能である。機器５４はまた、ＡＰ５２との通信に加えて、互いに通信するように構成できる。機器５４はデスクトップ・コンピュータ、ノート型コンピュータ、汎用コンピュータ関連機器、または通信ネットワーク内で使用されることを所望される任意の型式の装置を含む。

本発明の好適な実施例に基づけば、各ＡＰ５２またはＳＴＡ５４は、別の機器へ送信されるべきデータから、複数のＯＦＤＭ「シンボル」を含む複数のパケットを形成する。各々のシンボルは複数のデータ・トーンを含み、機器（ＡＰ５２またはＳＴＡ５４）は他の機器へ送信される種々のシンボル内のデータ・トーンの数を好適に変更する。従っていくつかのシンボルでは他のシンボルよりも多くのデータ・トーンを含むものがある。図２は２つのシンボル例６０および７０を図示する。シンボル６０は４８個のデータ・トーン（参照番号６２）、４個のパイロット・トーン（６５）および１２個の未使用トーン（６６）の全部で６４個のトーンを含む。シンボル７０は５２個のデータ・トーン（７２）、パイロット・トーンは無く、そして１２個の未使用トーン（６６）と、これもまた全部で６４個のトーンを含む。図示されるように、未使用トーンの数はシンボル６０と７０とで同一である。シンボル６０の中でパイロット・トーン６５用に使用されている周波数は、シンボル７０ではデータ・トーンとして使用されるように補充されている。シンボル７０はシンボル６０よりも多くのデータ・トーンを有するので、他の条件が等しければ、シンボル７０は好適にシンボル６０よりも多くのデータを送信できる。

先に説明したように、パイロット・トーンはシンボルの受信機で復調過程で使用され、データの搬送には使用されない。無線ネットワークは一般的にパイロット・トーン無しでは上手く働かない。しかしながら本発明の好適な実施例によれば、送信される全てのシンボルがパイロット・トーンを有する必要は無い。従って、データは無線通信ネットワーク内で１つの機器から他の機器へ、パイロット・トーンを有するかまたは有していないシンボルとして送信される。

図３はシンボル６０、７０のシーケンス８０例を図示する。図示されるように、このシーケンスは１つのシンボル・パターン６０とそれに続く３つの別のパターン７０とを含む。先に図２に関連して説明したように、シンボル・パターン６０は４８個のデータ・トーン、４個のパイロット・トーン、そして１２個の未使用トーンを含み、一方シンボル・パターン７０は５２個のデータ・トーン、パイロット・トーンは無し、そして１２個の未使用トーンを含む。シンボル６０の表示「４８−４−１２」は４８個のデータ・トーン、４個のパイロット・トーン、そして１２個の未使用トーンを表す。シンボル７０の表示「５２−０−１２」は、５２個のデータ・トーン、０個のパイロット・トーン、そして１２個の未使用トーンを表す。４つのシンボルで構成されたシーケンス８０は、結果として平均５１個のデータ・トーンとなる。データ・トーンの平均個数を増やす代償として、いくつかのシンボルがパイロット・トーンを持たず、その様なパイロット・トーンから与えられる利点も失うことになる。しかしながら、好適な実施例によれば、パイロット・トーンを具備していないシンボルを受信する機器は、パイロット・トーンを含んでいた先行する１つのシンボルまたは複数シンボルの組のパイロット・トーンに基づいて得られた情報を用いて、継続する。

図４は、ＡＰ５２またはＳＴＡ５４のブロック図例を示す。図示されるように、機器５２，５４は好適にホスト・ロジック５３、メディア・アクセス制御（「ＭＡＣ」）５５、および物理層（「ＰＨＹ」）５７を含む。ホスト・ロジック５３はＭＡＣ５５に接続し、ＭＡＣ５５はＰＨＹ５７に接続する。ホスト・ロジック５３は機器５２，５４の機能に特定のものである。ＭＡＣ５５はホスト・ロジック５３からデータを受信し、そのデータをパケットにフォーマット化するが、このフォーマットはネットワーク５０が順守している利用可能なプロトコルに一致するものである。例えば、ＭＡＣ５５はホスト・ロジック５３からのデータと、プレアンブルそして／または関連するルート情報を具備したヘッダとを含むパケットを形成する。ＰＨＹ５７はアンテナ５９を具備し、そこを経由して機器５２，５４はネットワーク５０内の他の機器と無線で通信する。ＰＨＹ５７はパケットをＭＡＣ５５から受け取り、そのパケットを処理して無線ネットワークを通して確実に送信できるように補助する。もちろん、他の機器からのパケットはＰＨＹ５７で受信され、ホスト・ロジック５３にＭＡＣ５５を通して提供される。ＰＨＹ５７は送信機６１と受信機６３を含み、これらの詳細は以下の図５および図６に示されている。

図５はＰＨＹの送信機６１のブロック図例を示す。図示されるように、送信機６１はパディングおよびスクランブリング・ロジック１００、前方誤り訂正符号器１０２、１つまたは複数のシンボル・インタリーバ１０４ａ、１０４ｂ（纏めて「インタリーバ」１０４と称する）、複素数ロジックへのマップ１０６、複素数のＯＦＤＭシンボル・ロジックへのマップ１０８、パイロット・シンボル挿入ロジック１１０、逆高速フーリエ変換器（「ＩＦＦＴ」）１１２、周期的プレフィックス追加ロジック１１４、ＯＦＤＭシンボル付加ロジック１１６、およびＲＦアップコンバータ１１８を含む。

パディングおよびスクランブリング・ロジック１００は以下のように動作する。このパディング・ロジックは「パッド」ビットを入力データの終わりに追加し、符号器がＯＦＤＭシンボルの整数へのテイリングおよびマッピングを容易に対応できるようにする。スクランブリング・ロジックはパケット固有の核を使用してデータにスクランブルをかけ、再送信を要求された際に送信されたパケットが全く同一のものとならないように保証している。

前方誤り訂正（「ＦＥＣ」）ロジック１０２は、一般的にデータが相互干渉および多重経路によって失われることから保護している。前方誤り訂正を実行するための任意の好適な技術が使用できる。ＦＥＣロジック１０２は送信されたビット・シーケンスをパディングおよびスクランブリング・ロジック１００から符号器の入力として受け取る。ＦＥＣロジック１０２は、決定論的規則に基づいて、対応する符号化ビットの組を計算して出力する。

シンボル・インタリーバ１０４は符号化されたビットをＦＥＣ符号器から受け取る。一般的にインタリーバ１０４で実施される機能は、符号化されたビットをフェージングに対抗するためにスクランブルをかけることである。一般的にＩＥＥＥ８０２．１１ａに適合するインタリーバのようなインタリーバは、単一ＯＦＤＭシンボルにマッピングされる符号化されたビットを取り込んで、それらのビットを既知のパターンに従って「インタリーブ」（すなわちスクランブル）する。例えば、毎秒５４メガビットの８０２．１１ａ通信では、トーン当たり６個の符号化されたビットと４８個のデータ・トーンが存在する。従って、６ｘ４８＝２８８個の符号化されたビットが各々のＯＦＤＭシンボルに存在する。従って、典型的な８０２．１１ａシステムでは、符号化されたビット・ストリームは２８８ビットのブロックに分割され、各２８８ビット・ブロックはそれ自身の中でスクランブルされる。

しかしながら、好適な実施例によれば、シンボルは可変個数のデータ・トーンを有する。例えば、いくつかのシンボルは４８個のデータ・トーンを有するが、一方で他のシンボルは先に説明したように５２個のデータ・トーンを有するものもある。シンボル毎にデータ・トーンの個数が変化するため、符号化されたビット・ストリームの分割はデータ・トーンの変化する数に対応するように変化しなければならない。いくつかのシンボルでは４８個のデータ・トーン、また他のシンボルでは５２個のデータ・トーンとなる例では、４８個のデータ・トーン・シンボルは２８８個の符号化されたビットを持つはずである。しかしながら各５２個のデータ・トーン・シンボルは、６ｘ５２＝３１２ビットを有するはずである。従って、２個のインタリーバ１０４ａと１０４ｂが用意されていて、いくつかのシンボルに対する２８８個の符号化されたビットおよび他のシンボルに対する３１２個の符号化されたビットに対応している。任意の好適なインタリーブ・アルゴリズムをインタリーバ１０４に使用できる。

複素数ロジックへのマップ１０６は、インタリーブされたビットを既知の技術に従って複素数にマッピングする。複素数のＯＦＤＭシンボル・ロジックへのマップ１０８は、好適にマッピングされた複素数の組を取り込んで、その複素数をデータ・トーンの上にマッピングする。もちろん、マッピング・ロジック１０８はその数とデータ・トーンの周波数領域内での位置を考慮する。

パイロット・シンボル挿入ロジック１１０は、マッピングされたデータにパイロット・トーンを付加するように処理するが、これは送信機で生成される適切なシンボルのパイロット・トーン要求に基づいて行われる。上記の例では、４８個のデータ・トーンを具備したシンボルは４個のパイロット・トーンを要求し、５２個のデータ・トーンを具備したシンボルはパイロット・トーンを必要としない。

ＩＦＦＴ１１２はパイロット・シンボル挿入ロジックから受け取ったビットを、周波数領域から時間領域へ変換する。周期的プレフィックス付加ロジック１１４は一般的に時間領域の終端部分を繰り返し、時間領域信号の開始のように見せかける。周期的プレフィックス付加ロジック１１４は、受信機６３に含まれるはずの周波数領域等化を可能とするように含まれている。

ＯＦＤＭシンボル付加ロジック１１６は、各ＯＦＤＭシンボルに対応する時間領域信号を次々と付加する。最後に、ＲＦアップコンバータ１１８は、ネットワーク上で送信するために、シンボルを適切なＲＦ信号に変換する。

図６はＰＨＹの受信機６３のブロック図例を示す。図示されるように、受信機６３は、ＲＦダウンコンバータ１５０、ＯＦＤＭシンボル数決定ロジック１５２、ＦＦＴ配列決定ロジック１５４、高速フーリエ変換器（「ＦＦＴ」）１５６、パイロット・シンボル除去ロジック１５８、メトリック決定ロジック１６２、ＯＦＤＭシンボル・デインタリーバ１６４、ＦＥＣ復号器１６６、およびパディング、除去およびスクランブリング・ロジック１６８を含む。図６の受信機内に示された機能ユニットは、一般的に図５で示され説明された工程を逆に行う。

ＲＦダウンコンバータ１５０は送信されたＲＦ信号を受信し、その信号を復調して送信されたシンボルを復元する。ＯＦＤＭシンボル数決定ロジック１５２はダウンコンバートされた信号を受信し、受信した信号からシンボル数を決定する。ＦＦＴ配列決定ロジック１５４は、そのシンボルに対するＦＦＴを行うために受信されたシーケンスからサンプルを取るための好適な間隔を決定する。ＦＦＴ１５６はＦＦＴ配列決定ロジックからの信号を、時間領域から周波数領域へ変換する。

パイロット・シンボル除去ロジック１５８は存在する全てのパイロット・シンボルを除去する。４８個のデータ・トーンを有するシンボルでは４個のパイロット・トーンを除去する必要があるが、５２個のデータ・トーンを有するシンボルは先に述べたようにパイロット・トーンを持たないので、パイロット・トーンを除去する必要がない。トラッキング・ループ１６０はパイロット・トーンから導き出された情報を用いて、機能的な障害および周波数オフセットの様な不一致の累積的効果を補償する。

受信機器はＯＦＤＭシンボル毎のデータ・トーンの数がどの様に変化するかのパターンを知る必要がある。この機能を実現するための技術はいくつか存在する。１つの技術はアクセス・ポイント（ＡＰ）が、各ビーコン内の全てのネットワークに対して単一の方策でブロードキャストするやり方である。これは規則的に送信されているビーコンの中に、有限の予め定められたリストから選んだ、選択されたビットを用いることで実現できる。これに代わって、パケット・ヘッダ用のプロトコルを採用することも可能であり、ここでは送信機がそのパケット用の方策をパケット・ヘッダの中に信号として送る；受信機は最初にヘッダを復号して、その結果得られたパターンをデータ・ペイロードに適用することができる。これらの技術は単に例として示すのみである；正確な方法はこの開示に関しては本質的ではない。

メトリック決定ロジック１６２はＦＥＣ復号器への入力部でのビットに対する信頼性情報を、データ・トーン上で受信した信号およびチャンネル推定とから導き出す。

ＯＦＤＭシンボル・デインタリーバ１６４は一般的に、図５のシンボル・インタリーバ１０４で実視された工程の逆を行う。ＦＥＣ復号器１６６はＯＦＤＭシンボル・デインタリーバ１６４から受信した符号化されたビット・ストリームを復号する。復号器１６６は符号化工程の結果作成される可能性のある、全ての符号化されたビット・シーケンスの知識を有する。復号器は好適に、復元された符号化ビット・シーケンスの全ての既知のビット・シーケンスに対する比較を継続的に実施する。復号器１６６は最尤一致を保持し、或る量のデータが復元された後、復号器は正しく復号されたビット・シーケンスの推定を行う。復元されたビット・シーケンスと全ての既知の送信符号化ビット・シーケンスとを比較することにより、復号器１６６は元の送信されたビット・シーケンスの値を予測することができる。この情報で武装することにより、復号器は誤りを検出するだけでなく、その誤りを訂正することが可能である。パディング、除去およびスクランブリング・ロジック１６８は〔００１５〕の工程を逆に行う。

開示された主題ではいくつかの特長が得られる。２つの基本シンボル・フレーム・ワーク（例えば４８個と５２個）を具備することにより、フレキシビリティーが得られる。従って、２つのフレーム・ワークを混合して、可能なより多数のシンボル当たりの有効なデータ・トーン数を実現するように整合することができる。第２の特長は少なくとも従来アーキテクチャの一部を再利用することが可能なことであり、それは（再びこの例では）パイロット・トーンを有する全てのシンボルが同数（旧）のパイロット・トーンを有するためである。

本発明の好適な実施例を図示し説明してきたが、当業者はその修正変更を本発明の精神およびその教えるところから逸脱することなく実施できるはずである。ここに説明された実施例は例として示すのみであり、制限を意図したものではない。ここに開示された本発明の変更および改変を、本発明の範囲内で行うことが可能である。例えば、２クラス以上の機器を受け入れることが可能である。従って保護の範囲は上記の説明で制限されるものではない。各々のおよび全ての特許請求項は本発明の実施例の仕様に組み込まれる。

以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）無線機器であって：
ホスト・ロジックと；
ネットワーク・インタフェース・ロジックと；
アンテナとを含み；
ここでネットワーク・インタフェース・ロジックが複数のデータ・トーンを含む複数のシンボルで構成されたパケットを送信し、ネットワーク・インタフェース・ロジックがシンボル中のデータ・トーンの数を変更する、前記無線機器。

（２）第１項記載の無線機器において、ネットワーク・インタフェース・ロジックで送信されるいくつかのシンボルは、復調を容易にするために使用されるパイロット・トーンを含み、他のシンボルはパイロット・トーンを有さない、前記無線機器。

（３）第２項記載の無線機器において、いくつかのシンボルは４８個のデータ・トーンおよび４個のパイロット・トーンを含み、他のシンボルは５２個のデータ・トーンを含みパイロット・トーンは含まない、前記無線機器。

（４）第１項記載の無線機器において、データ・トーンの個数が使用者入力に基づいて変化する、前記無線機器。

（５）第１項記載の無線機器において、ネットワーク・インタフェース・ロジックがパケット内のシンボル当たりのデータ・トーンの個数を第１の個数のデータ・トーンまたは第２の個数のデータ・トーンのいずれかを含むように変化させ、ここで第１の個数が第２の個数より大きく、パケット当たりにより多くのシンボルが第１個数のデータ・トーンを有するネットワーク・インタフェース・ロジックで送信される、前記無線機器。

（６）無線ネットワークであって：
第１無線機器と；
第１無線機器と通信するように構成された第２無線機器とを含み；
第１無線機器が第２無線機器に、可変個数のデータ・トーンを含むシンボルを含むパケットを送信する、前記無線ネットワーク。

（７）１つのシンボルに含まれるデータ・トーンの個数を決定し；
決定された個数のデータ・トーンを具備したシンボルを形成し；
そのシンボルを送信し；
別のシンボルを形成するようにデータ・トーンの個数を変更する、以上を含む方法。

（８）第７項記載の方法において、データ・トーンの個数がデータ・トーンの第１個数またはデータ・トーンの第２個数のいずれかを含む、前記方法。

（９）第７項記載の方法が更に、パイロット・トーンの個数を変更することを含む、前記方法。

（１０）第７項記載の方法において、シンボルを形成することが４８個のデータ・トーンと４個のパイロット・トーンを含む事で構成され、データ・トーンの個数を変更することが５２個のデータ・トーンを含むことで構成され、前記方法が更に５２個のデータ・トーンにはパイロット・トーンを含まないようにすることを含む、前記方法。

（１１）無線機器であって、ホスト・ロジック（５３）、ネットワーク・インタフェース・ロジック（５７）、およびアンテナ（５９）を含む。ネットワーク・インタフェース・ロジック（５７）は複数のデータ・トーンを含むシンボルを送信し、ここでネットワーク・インタフェース・ロジック（５７）は、１つのパケットのシンボル内のデータ・トーンの個数を変化させる。

図１は無線通信ネットワークを示す。図２は、その中でネットワークがシンボル内のデータ・トーンを変更する１つの実施例を図示する。図３は、データ・トーン数が可変な一連のシンボルを図示する。図４は、図１の無線ネットワークで使用される機器のブロック図を示す。図５は、図３の機器で使用される送信機のブロック図を示す。図６は、図３の機器で使用される受信機のブロック図を示す。

符号の説明

５０通信ネットワーク
５２アクセス・ポイント
５４無線局
５３ホスト・ロジック
５５メディア・アクセス制御
５７物理層
５９アンテナ
６０シンボル例
６１送信機
６３受信機
６２４８個のデータ・トーン
６５４個のパイロット・トーン
６６１２個の未使用トーン
７０シンボル例
７２５２個のデータ・トーン
８０シンボルのシーケンス例
１００パディングおよびスクランブリング・ロジック
１０２前方誤り訂正符号器
１０４シンボル・インタリーバ
１０８マッピング・ロジック
１１０パイロット・シンボル挿入ロジック
１１２逆高速フーリエ変換器（「ＩＦＦＴ」）
１１４周期的プレフィックス付加ロジック
１１６ＯＦＤＭシンボル付加ロジック
１５０ＲＦダウンコンバータ
１５２ＯＦＤＭシンボル数決定ロジック
１５４ＦＦＴ配列決定ロジック
１５６高速フーリエ変換器（「ＦＦＴ」）
１５８パイロット・シンボル除去ロジック
１６０トラッキング・ループ
１６２メトリック決定ロジック
１６４ＯＦＤＭシンボル・デインタリーバ
１６６ＦＥＣ復号器
１６８パディング、除去およびスクランブリング・ロジック

Claims

ホスト・ロジックと；
ネットワーク・インタフェース・ロジックと；
アンテナとを含む無線機器であって、
前記ネットワーク・インタフェース・ロジックが複数のデータ・トーンを含む複数のシンボルで構成されたパケットを送信し、前記ネットワーク・インタフェース・ロジックがシンボル中のデータ・トーンの数を変更する、前記無線機器。