JP2004533791A - ＩＥＥＥ８０２．１１ｈ無線ＬＡＮにおける電力制御及びビット速度調整のためのノイズマージン情報に対する信号 - Google Patents

Abstract

無線LANでのBSSのカバー領域内あるいは独立なBSSの複数の局間における送信電力レベルあるいは送信速度を調整する方法及び装置。受信局は、入力信号から送信データ速度を抽出し、当該入力信号のSNRを決定し、この入力信号のSNRと抽出されたデータ速度の最小SNR_MINとの差に基づきノイズマージン情報を計算する。その後、ノイズマージン情報はもとの送信局に送り返され、当該ノイズマージン情報を利用して、局の送信電力レベル及び/または送信速度が調整される。

Description

【０００１】
本発明は通信システムに関する。より詳細には、本発明は、IEEE802.11無線LANまたはWLAN（Wireless Local Area Network）における送信無線局に無線局受信機の受信能力に関する情報を提供するシステム及び方法に関する。
【０００２】
一般に、無線LANには、インフラストラクチャベースとアドホックタイプという２つの種類がある。前者のネットワークでは、典型的には、通信は局（STA_i）とアクセスポイント（AP）と呼ばれる無線ノード間でのみ行われるが、後者のネットワークでは、無線ノード間で通信が行われる。同一の無線範囲内にある局とAPは、BSS（Basic Service Set）として知られている。
【０００３】
IEEE802.11規格では、無線LANのためのメディアアクセス制御（MAC）と物理層（PHY）特性が規定されている。IEEE802.11規格は、１９９９年版のInternational Standard ISO/IEC8802-11「Information Technology-Telecommunications and information exchange area networks」において規定され、参照することによりその内容がここに含まれる。
【０００４】
現在、IEEE802.11はBSS内の無線局間の動的な送信電力制御を可能にする機構を提供していない。典型的には、各802.11STAは、すべてのフレーム送信に対し固定的な送信電力レベルを継続的に使う。従って、提案された802.11a PHY/802.11h MACにおいて容易に実現可能な送信電力レベルと送信速度調整機構の必要性がある。
【０００５】
本発明は、受信局による受信能力情報を推定し、当該情報を送信局に送り返すシステム及び方法に関する。これにより、送信局は、当該受信局へのこれより先のデータ送信に対し、送信電力レベルの正確な決定、あるいは無線LANにおける送信速度の調整を実行することができるようになる。以後「ノイズマージン（noise margin）」として呼ばれる受信能力情報は、受信無線局の受信能力であり、ローカルノイズ/干渉レベル、チャンネルパス損失及びチャンネル状態を含むものである。一般的に、ノイズマージンは、有効な通信に要する電力に対する受信信号電力の比である。
【０００６】
本発明の一実施例によると、無線LANでのBSSのカバー領域内の複数の局間における送信電力レベル及び/あるいは送信速度を決定する方法が提供される。本方法は、入力フレームから送信データ速度を抽出するステップ、前記受信フレームのSNR（Signal-to-Noise Ratio）を計算するステップ、前記SNRと最小許容可能SNR（SNR_MIN）との差に基づき、前記抽出されたデータ速度のためのノイズマージンを計算するステップ、前記ノイズマージン情報を前記送信局に送信するステップ、及び前記受信された算出ノイズマージンに従って、BSS内の送信局及び/あるいは他の局により送信される以降のデータのために送信電力レベルあるいは送信速度を調整するステップを備える。
【０００７】
本発明はまた、無線LANでのBSSのカバー領域内の複数の局間における受信電力レベルを決定する電力測定回路を有する装置を提供する。本装置は、入力信号を変調する受信回路、受信した入力信号の受信SNRを測定するSNR測定回路、前記電力測定回路に接続され、前記SNRと前記抽出されたデータ速度の最小許容可能SNR比の差に基づき、ノイズマージンを計算するプロセッサ、前記プロセッサに接続され、以降の検索のため所定期間前記計算されたノイズマージン情報を格納するメモリ、及び前記プロセッサに接続された送信回路を備える。
【０００８】
前述及びその他の本発明の特徴及び効果は、添付された図面に示されるような好適な実施例の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。ここで、これら図面を通じ、同一の要素には同一の参照記号が付せられている。
【０００９】
以下の説明では、本発明の完全なる理解を与えるため、特定のアーキテクチャ、インタフェース、テクニックなどの特定の詳細が制限でなく説明のため提供される。しかしながら、本発明は、これら特定の詳細から離れた他の実施例においても実現されうるということは当業者には明らかであろう。
【００１０】
図１は、本発明の実施例が適用される代表的なネットワークを示す。図１に示されるように、アクセスポイント（AP）２は複数の可動局（STA_i）に接続され、これら局は無線リンクを介し互いに通信したり、複数の無線チャンネルを介しAPと通信したりする。本発明の主要な原理は、送信局による受信局のローカルノイズ/干渉、チャンネルパス損失及びパフォーマンス能力に関する情報の取得を可能にする機構を提供することにある。これは、例えば、フレームが受信される時間や速度に対する受信局のノイズマージンの評価と、当該情報の送信局への送信により実行される。前述のように、ノイズマージンは、ある通信レベルまたは閾値に要する電力に対する受信信号電力の比であり、（以下において、局間の有効あるいは信頼性のある通信として知られる）、このレベルは、例えば、エラーレート、SNR（Signal-to-Noise Ratio）、その他送信パフォーマンスに関する従来の尺度のような通信に影響を与える多数の要因に基づくものである。ノイズマージンは、適切な電力レベルと適切な送信速度でフレームを送信することにより、以下に限定されるものではないが、送信電力の最小化あるいはバッテリー電源の節約などの他のタイプの電力制御、他のシステムへの干渉の回避、無線範囲の調整及び送信速度の調整に効果的である。IEEE802.11の物理層（PHY）は、異なる変調及びチャンネル符号化方式に基づき、複数の送信速度を規定し、それによって、フレームの送信機はある時点での受信機との無線チャンネル状態に基づき、複数の速度の中から１つを選択することができるようになる。典型的には、送信速度が低いほど、送信の信頼性はより高まる。ここで、図１に示されるネットワークは例示のため小規模に描かれている。実際には、大部分のネットワークはかなり多数の可動局を含んでいる。
【００１１】
図１の無線LAN内のAPと各STAは、図２のブロック図に示されるアーキテクチャを有するシステムを備えることができる。図２を参照するに、APとSTAは共に、受信機１２、復調器１４、SNR測定回路１６、メモリ１８、制御プロセッサ２０、タイマ２２、変調器２４及び送信機２６を備えることができる。図２の一例となるシステムは、単に例示目的のためのものである。この説明では、可動局の説明に通常利用される用語が参照されているが、この説明とコンセプトは図２に示されたものと異なるアーキテクチャを有するシステムを含む他の処理システムに等しく適用可能である。
【００１２】
作動中、受信機１２と送信機２６はアンテナ（図示せず）に接続され、それぞれ復調器１４と変調器２４を介し所望のデータを送信するため、受信信号を対応するデジタルデータに変換する。SNR測定回路１６は、プロセッサ２０の制御の下で動作し、受信フレームのSNRの決定あるいはノイズマージンを推定する類似の計算を実行する。その後、プロセッサ２０は、あるデータ速度に関するSNR（dB）と最小許容可能SNR（SNR_MIN）との差に基づき、ノイズマージンを算出する。あるデータ速度の最小許容可能SNRは、様々な方法の何れかにより決定される（例えば、エラーレート閾値が利用されてもよいし、変調エラー推定パラメータにより受信機が構成されてもよい）。例えば、802.11準拠のSTAにおいて受信PPDU（PHY Protocol Data Unit）に対し計算されるノイズマージンは、正常な受信に影響を与えることなくSTAにより許容されうるdBでのPPDUにおける追加的ノイズ/干渉として計算されてもよい。一例として、３０dBのSNRの受信PPDUが２４Mbpsで送信されたと受信機が判断し、当該受信機が同一のPPDUを２４dB（SNR_MIN）により２４Mbpsで正常に受信することができる場合、６dBのノイズマージンが報告されるであろう。このノイズマージンは、以降の検索のため、プロセッサ２０に接続されたメモリ１８に格納される。メモリ１８に格納された期限切れのノイズマージン情報の削除に、タイマ２２が利用される。本実施例では、ノイズマージンは無線チャンネルの可変性及び無線LANにおけるSTAの潜在的可動性により変化する可能性があるので、ノイズマージンは更新される。
【００１３】
図３は、局間のノイズマージン情報の送信に利用されるPPDUフレームフォーマットを表す。図３の下部に示されるように、（ノイズマージンプレゼントとノイズマージンにより表される）ノイズマージン情報が、802.11a/h PPDUフレームのSERVICEフィールドにおいて送信される。802.11aのSERVICEフィールドは、１ビットのノイズマージンプレゼントフィールドと４ビットのノイズマージンフィールドを備えるよう若干の修正がなされる。802.11aのPLCPヘッダー２８のオリジナルなSERVICEフィールド３０のフォーマットが、図３の中央部にある。１ビットのノイズマージンプレゼントフィールド３２は０または１として規定される。ここで、システムにおいて、ノイズマージンフィールド３４は選択的なものであり、ノイズマージン情報の存在が「ノイズマージンプレゼント」ビットを設定することにより示される。ノイズマージン情報が存在しない場合、「ノイズマージンプレゼント」ビットはゼロに設定される。ノイズマージンフィールド３４は、ノイズマージンフィールド３４は１から１６まで規定され、ここで各値は、例えば、−６dBから＋１０dBのようなデシベル（dB）単位で規定される。このフィールドの値は、現在の送信先STAから送信された直前のフレームに関する計算に基づく。さらに、MACとPHYとの間を通るRXVECTORとTXVECTORフィールドは、ノイズマージン情報を追加するよう修正される。特に、パラメータNOISE MARGINが、PPDUのSERVICEフィールド３０から抽出、あるいはSERVICEフィールド３０に挿入される。現在予約されているビットの中で最も重要なビットが、残りの７ビットに有効な値が与えられている場合、設定される。そうでない場合、ゼロとしてリセットされる。当業者に認められるように、ノイズマージン情報は、MACペイロードのような他の手段及びヘッダーの他の部分により送信することができる。
【００１４】
現在のPPDUにおいて送信されたノイズマージンフィールド３４は、当該PPDUの送信先STAから受信された直前のフレームに関するノイズマージンの測定に対応している。ノイズマージン情報は送信局に送り返され、当該局は受信機の受信ノイズマージンに基づき送信電力あるいは送信速度を調整する。しかしながらここで、受信機は、送信機にそのパフォーマンス能力、ローカル干渉の存在あるいは電力調整の必要性を示すのに適当と考えられるノイズマージンを送信するようにしてもよい。フレームを受信することによりノイズマージンを取得した後、受信STAは、当該STAへの将来的な送信のためPHY速度と送信電力を決定することができる。従って、送信電力レベルと速度は、送信STAの判断に応じて決定される。
【００１５】
送信電力レベル/送信速度の決定のためノイズマージンを決める本発明による動作ステップの原理が以下で説明される。
【００１６】
図４を参照するに、本発明による処理は以下のステップを有する。ステップ１００において、局STA2は、送信局STA1からフレームを受信する。ステップ１１０において、STA2は、受信フレームからデータ速度を抽出する。ステップ１２０において、STA2は、受信SNRとSNR_MINとの差であるノイズマージンを計算する。ステップ１３０において、ノイズマージン情報がSTA1に送信される。その後、このノイズマージンは、BSSにおける送信局と受信機における所望のCN（Carrier-to-Noise）比の取得に要する送信電力の決定に利用される。ステップ１４０において、STA1は、ステップ１２０において決定された調整レベルに基づき、送信レベル及び/あるいは送信速度を調整する。
【００１７】
図１では限られた数のSTAしか示されていないが、それは例示のためであり、無線LANは多数のSTA間の通信をサポートすることができるということは当業者には理解されるであろう。従って、図におけるSTAの個数は、本発明の範囲を制限するものではない。そのような事象において、各STAは、BSS内の他のSTA間、あるいはAPとのノイズマージンを追跡し、各送信局はこのノイズマージンを利用して、他のSTAあるいはAPへのフレーム送信時における送信電力レベルの調整を行うようにしてもよい。非802.11e無線LANによると、STAは、それがAPにフレームを送信しなければならないときのみ、APとのノイズマージンを追跡する必要がある。ここで、各送信局は、複雑さを低減させるため選ばれた数のSTAとのノイズマージンを追跡してもよい。さらに、期限切れの古いノイズマージン情報の利用を防ぐため、本発明はノイズマージン情報の使用期限を採用してもよい。このため、STA2がSTA1からフレームを受信することによってSTA1とのノイズマージンを更新するときはいつでも、STA2は図２のタイマ２２を使って更新された各ノイズマージン情報に対しタイマを設定する。そして、STA2はフレーム送信時に直近に更新されたフレーム時刻を現在時刻と比較する。
【００１８】
本発明の好適な実施例が例示及び説明されてきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更及び修正が可能であり、また構成要素を置き換えることにより本発明と均等なものが可能であるということは当業者には理解されるであろう。さらに、中心的な範囲を逸脱することなく、多くの変更が特定の状況及び本発明の教示に調整可能である。従って、本発明は、その実行のため考えられたベストモードとして開示された特定の実施例に制限されるものでなく、貼付されたクレームの範囲内のすべての実施例を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施例が適用される無線通信システムのアーキテクチャを示す単純化されたブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施例によるBSS内のアクセスポイント及び各局の単純化されたブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施例による局間の情報の送信に利用されるSERVICEフィールドの修正を含む802.11フレームのフォーマットを示す。
【図４】図４は、本発明の実施例による電力レベルを選択的に調整する動作ステップを示すフローチャートである。

Claims (23)

1. 無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）での基本サービスセット（BSS）のカバー領域内の複数の局間における送信電力レベル及び/あるいは送信速度を決定する方法であって：
   受信局により入力フレームから送信データ速度を抽出するステップ；
   前記抽出されたデータ速度での信頼性のある通信に要する電力に対する受信信号電力の比を利用してノイズマージンを計算するステップ；及び
   前記ノイズマージンを入力フレーム送信局に送信するステップ；
   を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法であって、さらに、前記受信したノイズマージンに基づき、前記送信局あるいは他の局からの出力フレームの送信電力レベル及び/または送信速度を調整するステップを有することを特徴とする方法。
3. 請求項１記載の方法であって、前記比を計算するステップは、前記受信フレームの信号雑音比（SNR）を決定し、及び前記SNRと最小許容可能SNR_MINとの差に基づき、前記受信局により前記抽出されたデータ速度に対するノイズマージンを計算することを有することを特徴とする方法。
4. 請求項１記載の方法であって、さらに、前記ノイズマージンを所定の期間記憶媒体に格納するステップを有することを特徴とする方法。
5. 請求項１記載の方法であって、前記フレームは、前記基本サービスセット（BSS）内のアクセスポイント（AP）により送信されることを特徴とする方法。
6. 請求項１記載の方法であって、前記フレームは、前記基本サービスセット（BSS）または独立な基本サービスセット（IBSS）内の送信局により送信されることを特徴とする方法。
7. 請求項１記載の方法であって、前記受信局は、前記基本サービスセット（BSS）内のアクセスポイント（AP）であることを特徴とする方法。
8. 請求項１記載の方法であって、前記受信局は、前記基本サービスセット（BSS）または独立な基本サービスセット（IBSS）内の可動ユニットであることを特徴とする方法。
9. 無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）での基本サービスセット（BSS）のカバー領域内の各自がフレーム送信手段とフレーム受信手段を有する複数の局間における送信電力レベルを決定する方法であって：
   送信局から受信局へ第１フレームを送信するステップ；
   前記受信局において、前記受信した第１フレームの送信データ速度を抽出するステップ；
   前記第１フレームの信号雑音比（SNR）を計算するステップ；
   前記SNRと前記抽出されたデータ速度の最小許容可能SNR_MINとの差に基づき、ノイズマージンを計算するステップ；
   前記受信局により前記ノイズマージンを前記送信局に送信するステップ；
   前記計算されたノイズマージン情報に応答して、前記送信局により新しい送信電力レベル及び/あるいは送信速度を計算するステップ；及び
   前記計算されたノイズマージン情報に基づき、前記送信局から前記受信局に送信される将来のフレームの送信電力レベル及び/または送信速度を前記送信局において調整するステップ；
   を有することを特徴とする方法。
10. 請求項９記載の方法であって、さらに、前記受信局によって、前記ノイズマージンを第２局に送信し、前記計算されたノイズマージンに基づき、前記第２局の送信電力レベル及び/または送信速度の調整を可能にするステップを有することを特徴とする方法。
11. 請求項９記載の方法であって、前記受信局あるいは前記送信局は可動ユニットであることを特徴とする方法。
12. 無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）での基本サービスセット（BSS）のカバー領域内の複数の局間で情報を送信する局であって：
    入力信号を復調する受信回路；
    （１）第１局からの前記入力信号から送信データ速度を抽出し、（２）前記抽出されたデータ速度での信頼性のある通信に要する電力に対する受信信号電力の比を利用してノイズマージンを計算するプロセッサ；及び
    前記プロセッサに接続され、以降の検索のため前記ノイズマージンを格納するメモリ；
    を有することを特徴とする情報を送信する局。
13. 請求項１２記載の装置であって、前記プロセッサは前記入力信号のための信号雑音比（SNR）を計算するよう構成され、前記ノイズマージンは前記入力信号の前記SNRと前記抽出されたデータ速度の最小SNR_MINとの差に基づくことを特徴とする装置。
14. 請求項１２記載の装置であって、前記送信機は、前記格納されたノイズマージンを示す信号を変調する変調器を有することを特徴とする装置。
15. 請求項１２記載の装置であって、前記信号は、前記基本サービスセット（BSS）内のアクセスポイント（AP）により送信されることを特徴とする装置。
16. 請求項１２記載の装置であって、前記信号は、前記基本サービスセット（BSS）または独立な基本サービスセット（IBSS）内の送信局により送信されることを特徴とする装置。
17. 無線ローカルエリアネットワーク（WLAN）での基本サービスセット（BSS）のカバー領域内の複数の局間での送信電力レベルを決定する装置であって：
    第１局から入力信号を受信する手段；
    前記入力信号を復調する手段；
    受信した前記入力信号から送信データ速度を抽出する手段；
    前記抽出されたデータ速度の通信の所定の閾値に要する電力に対する前記受信信号電力の比を利用してノイズマージンを計算する手段；
    前記ノイズマージンを前記第１局に送信する手段；及び
    以降の検索のため前記ノイズマージン情報を格納する手段；
    を有することを特徴とする装置。
18. 請求項１７記載の装置であって、さらに、前記ノイズマージンに応答して、前記複数の局の中の局の送信電力レベル及び/または送信速度の調整に影響を与える手段を有することを特徴とする装置。
19. 請求項１７記載の装置であって、さらに、前記第１局の前記送信速度及び/または送信速度の調整を可能にする手段を有することを特徴とする装置。
20. 請求項１７記載の装置であって、さらに、前記格納されたノイズマージン情報を示す信号を変調する手段を有することを特徴とする装置。
21. 請求項１７記載の装置であって、前記計算されたノイズマージン情報は、所定の期間前記格納手段に格納されることを特徴とする装置。
22. 請求項１７記載の装置であって、前記入力信号は、前記基本サービスセット（BSS）内のアクセスポイント（AP）により送信されることを特徴とする装置。
23. 請求項１７記載の装置であって、前記信号は、前記基本サービスセット（BSS）または独立な基本サービスセット（IBSS）内の送信局により送信されることを特徴とする装置。

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