JP2006524945A

JP2006524945A - 無線通信ユニットおよび省電方法

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Publication number: JP2006524945A
Application number: JP2006505571A
Authority: JP
Inventors: シモアン、セバスチャン; クールビル、マルクデ; ゴストー、ジェレミー; ペラッティ、ピエトロ; ストリナーティ、エミリオカルヴァネーゼ
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2006-11-02
Also published as: CN1781289A; WO2004098132A1; US20060205443A1; EP1473885A1

Abstract

無線通信ユニット（４６０）は、少なくとも一つのデータ・パケットを伝送する無線通信ユニット（４６０）の動作モードを選択する電力−認識リンク適合機能（５４０）を有するプロセッサ（５０８）を備える。プロセッサ（５０８）が、複数の通信リンクを含む通信媒体の占有率を監視する通信媒体監視機能を実行するように構成されているか、あるいはそのような通信媒体監視機能に動作可能に連結されていること、ならびにプロセッサ（５０８）が、その通信媒体の占有率の判断に応答して、無線通信ユニット（４６０）の少なくとも一つのデータ・パケット伝送のリンク適合を実行することにより、無線通信ユニット（４６０）は特徴付けられている。
このように、通信媒体の占有率監視機能とともに電力−認識リンク適合の概念を提供することにより、同一の通信媒体を共有する一つ以上のリンクを選択して、無線通信ユニット内の電力消費量を最小化することができる。

Description

本発明は、例えば、無線ローカル・エリア・ネットワークにおいて動作する無線通信ユニットの電力消費量を低減する機構に関する。本発明は、このようなネットワークにおけるアクティブな伝送の間の電力消費量を低下させることに応用可能である（但し、このような応用に限定される訳ではない）。

無線通信システムの分野において、非使用時には、構成要素のスイッチを切ることにより電力を保存することは一般的に公知である。電力保存は、公知なように、バッテリー式装置において特に望まれている。

無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ：Wireless Local Area Network ）技術が、特に、自宅および会社の環境のようなキー・エリアにおいて、数年以内に、通信トラフィックの大部分を保有するアクセス技術になり得ることも公知である。ＷＬＡＮ分野において、いくつかのアプリケーションが、例えば、ボイス・オーバー・インターネット・プロトコル（ＩＰ：Internet Protocol ）ベースの（オーバー）ＷＬＡＮ（ＶｏＩＰｏＷＬＡＮ：Voice over IP over WLAN ）とビデオ・オーバーＷＬＡＮの成功に重要であるとみなされている。

ＷＬＡＮを商業的に成功させるためのこれらのアプリケーションにとって、これらのアプリケーションの電力消費量は、第二世代（２Ｇ）または第三世代（３Ｇ）の回路切換え式音声技術通信ユニットにおいて現在使用されている電力消費量よりも有意に低くなければならなくなると予想される。特に、このような装置のより低い電力消費性能によって、バッテリー寿命による不便さを被ることなく、デュアルＷＬＡＮ／セルラ携帯端末の導入ができるようになる。

しかしながら、無線通信ユニットの電力消費の低減化が複雑な課題であることは公知である。無線装置の電力消費量を低減する公知の技術は、主として、第二世代携帯電話の領域で試みられ、試験されてきた。無線通信装置の二つの主要な省電力機能が、
（ｉ）プロセッサ機能、
（ｉｉ）無線通信ユニットが無線周波数信号を伝送している場合は、無線周波数電力増幅器（ＰＡ：Power Amplifier ）、
であることは公知である。

伝統的な電力増幅器（ＰＡ）の構成において、ＰＡの電力効率は、出力電力の平方根で減少する。従って、ＰＡ消費量の減少は、伝送電力の減少よりも遅い。外部ＰＡは、通常、無線周波数信号操作機能（つまり、前置増幅、無線周波数変換、フィルタリングなど）の大部分を実行する無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency ）集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）の出力側に設置される。ＲＦＩＣは、通常、無線通信ユニットの信号処理機能を実行する信号処理ＩＣに連結される。

無線周波数信号を伝送している場合の電力消費量の低減に関して、装置により規定される最大量よりも低い電力レベルで伝送することにより、あるいは装置が規格に従う場合、その規格により許容される電力レベルで伝送することにより、電力消費量の低減が可能である。

明らかに、低減されたＲＦ電力レベルにより伝送することは、（上述したように）送受信機の総電力消費量の有意な部分を示す電力増幅器（ＰＡ）の消費量を必然的に低減する。

次に、図１を参照すると、グラフ１００は、「データ・スループット」対「無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離」の関係を示す。同様に、図２は、「電力消費量」対「無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離」のグラフ２００を示す。

これらのグラフを組み合わせると、図３のグラフ３００に示すように、無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離に関する「最小電力方針」対「最大スループット方針」の利得を特定することができる。この場合、ＩＣの総電力消費量は、無線通信ユニットが最小の出力電力で伝送することが可能な場合、平均して最大２５％まで低減することができる。電力制御を用いる場合、アクセス・ノード、つまり、無線通信ユニットと有線通信ネットワークとの間のノードに非常に近い距離において、無線通信ユニットは、すでに、最小許容電力レベルで伝送している。従って、無線通信ユニットは、さらにいかなる電力消費量の改善の利得も得ることはできない。

伝送中の無線通信ユニットとそのアクセス・ノードとの間の距離が大きい場合、伝送中の無線通信ユニットは、全電力により伝送し、有線通信ネットワークにアクセスしなければならない。これらの極端な場合の間では、伝送中の無線通信ユニットは、電力消費とスループットとをトレードオフすることができる。これは、伝送中の無線通信ユニットがより長期間、通信チャンネルを占有してデータ・パケットを伝送でき、同時に、そのデータ・パケット伝送に消費される総エネルギーを低減することを意味する。

伝送電力を低減する別の方法は、伝送するトラフィックが存在しない場合には、無線通信ユニットを‘アイドル’動作モードに維持すること、かつトラフィックが事実上断続的／バースト的な場合には、データを収集することからなる。これは、遅延が増加するにもかかわらず、伝送の試行回数を減少できるようにする。このような技術は、米国特許第６，２８５，８９２号および米国特許第６，１９２，２３０号に記載されている。ＩＥＥＥ８０２．１１分散型協調機能（ＤＣＦ：Distributed Coordination Function ）、一点集中型協調機能（ＰＣＦ：Pointed Coordination Function ）およびハイブリッド型協調機能（ＨＣＦ：Hybrid Coordination Function）とＨＩＰＥＲＬＡＮ／２標準がこのような機構を実施することも公知である。しかしながら、この機構は、アクティブな伝送モードにおける電力消費量を低減することはない。従って、トラフィックがバースト的ではない、大容量ファイルの転送または無音抑制のないＶｏＩＰのような多くの用途において、無線通信ユニットは、アイドルモードに移行することができないため、上記の‘断続的伝送’方法は、いかなる省電も提供しない。

さらに公知の別の方法は、伝送電力制御を用いることである。この方法は、ザンダー，ジェイ．（Zander, J.）著、「セルラ無線システムにおける最適送信機電力制御の性能（Performance of optimum transmitter power control in cellular radio systems）」、車両技術部会に関するＩＥＥＥ報告書（IEEE Transactions on Vehicular Technology ）、４１巻、１９９２年２月１日発行、５７〜６２ページ。現行システムにおいて、様々なビット伝送速度は、一連の動作モードから一つのモードを選択することにより実現可能である。動作モードは、異なるビット伝送速度に対応し、通常、コンステレーションと符号化率の組み合わせからなる。また、各動作モードは、サービス品質（ＱｏＳ：Quality of Service）要件に適合するような異なる信号対雑音比（別名、目的ＳＮＲ）を要求する。電力制御は、目的ＳＮＲを維持するために可能な最小電力で伝送することからなる。

この技術の極最近の進展は、ダジキアオ他（Daji Qiao et al.）著、「ＩＥＥＥ８０２．１１ａ無線ＬＡＮのエネルギー効率のよいＰＣＦ動作（Energy-Efficient PCF operation of IEEE802.11a Wireless LAN）」、ＩＮＦＯＣＯＭ２００２会議録［１］に記載されている。上記文献において、その著者らは、任意の再伝送を考慮することなど、データ・パケットの伝送に消費されるエネルギーを最小化する動作モードの選択することを提案している。

しかしながら、文献［１］において、その著者らは、より低速度で伝送することは、必然的に伝送時間が増大させるため、電力消費量を系統的に増加させること仮定している。結果的に、その著者らは、様々なビット伝送速度の電力効率に再伝送がどのように影響するかについての予備的な検討しか行なっていない。

さらに、その著者らは、そのような方針が実際の無線ネットワークでどのように実施され得るかを詳細に検討できていない。さらに、その著者らは、分離された通信リンク上での省電のみを検討している。そのような分離された通信リンクは、通常、無線通信システムにおいて妥当な仮定ではない。一般的に、通信資源は、多くの通信リンクを含み、それらの通信リンクはしばしば共有されて使用されるからである。

とりわけ、その著者らは、自身の技術を、現行のＷＬＡＮ製品の主要モードであるＩＥＥＥ８０２．１１の分散型協調機能（ＤＣＦ）モードのような分散型ＭＡＣプロトコルに応用できないと明確に述べている。

このように、本発明の分野において、上記の欠点を緩和し得る無線装置における改善された電力消費機構を提供する必要性が存在する。

本発明によれば、添付の特許請求の範囲において規定されるような無線通信ユニット、アクセス・ノード、無線集中アクセス・ネットワーク、無線ランダム・アクセス・ネットワーク、および無線通信ユニットにおける電力消費量の低減方法が提供される。

要約すれば、本発明の発明概念は、文献［１］に記載の技術を超える改良を提供する、電力−認識リンク適合（power-aware link adaptation ）に基づく省電機構を提案する。好都合なことに、本発明の電力−認識リンク適合の概念は、同一の通信媒体を共有する幾つかのリンクに適用可能である。本発明の好適な実施形態は、さらに、電力−認識リンク適合および伝送電力制御のような省電技術の双方の柔軟性を利用する省電機構を提案する。これに関して、電力−認識リンク適合は、無線通信ユニットが、一つの動作モードから別のモードに切換えをできるようにし、伝送電力制御は、無線通信ユニットがその無線周波数（ＲＦ）伝送出力電力を最適化する方法である。

リンク適合の伝統的な取り組みは、現行（単一）の通信リンクの状態（例えば、ＳＮＲによって特徴付けられる）および任意のＱｏＳ要件に基づいてシステム・スループットを最大化する動作モードを選択する。データ・スループットを最大化する動作モードを選択することは、データ・パケットの伝送がその目的地へ非常に速く到達し得ることを意味する。

しかしながら、本発明の発明者らは、データ・パケットの伝送に要求される総エネルギーは、必ずしも、伝送時間が比較的短いために最小化される訳ではないことを認識した。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａシステムにおいて、同一の符号化率では、６４−ＱＡＭ（変調された直角位相振幅）信号の伝送データは、１６−ＱＡＭと比較して、パケット持続期間を１．５倍減少させることができるが、同一の状況での伝送電力は、‘１０’倍増加する。このように、本発明の発明者らは、高ビット伝送速度動作モードを用いるデータ・パケットの伝送で無線通信ユニットにより消費される総エネルギーが、より低いビット速度モードを用いる同一のデータ・パケットの伝送で消費されるエネルギーよりも大きくなり得ることを認識した。

この考察に基づき、伝送されるべき新しい各データ・パケットにおいて、電力消費量（バッテリー寿命）に関して、無線通信ユニットに最良の動作モードを選択する能力を付与すべきであると予想される。特に、本発明の好適な実施形態は、複数の通信資源／媒体／リンクの占有率を監視するプロセスにこの最適動作モードの選択を組み合わせることを提案する。この方針を、以降、電力−認識リンク適合と呼び、図６および図７においてより詳細に例示する。

この取り組みは、特に、通信資源が、一般的に、多くのユーザ間で共有される多くの通信リンクを含む、無線通信システムにおいて好都合である。本発明の好適な用途は、ＩＥＥＥ８０２．１１の分散調整機能（ＤＣＦ）モードのような分散媒体アクセス調整（ＭＡＣ：Medium Access Control ）層プロトコルに関する。従って、このようなプロトコルに適用された場合、本発明の概念は、現行および将来の無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）製品において適用され得る。

従って、本発明の発明概念は、公知の、別個の通信資源に基づく最良動作モードの選択方法（これは、無線通信の状況では効果的な方法ではない）を超える利点を提供する。所定のリンク品質に対して、この動作モードのビット速度が達成し得る最大ビット速度よりも低いのならば、省エネルギー・モードを選択することにより、パケットの全伝送期間が増加することになる。従って、ユーザが所定のデータ・パケットを伝送するために、より長い時間、チャンネルを占有するならば、他のユーザが伝送に利用できる時間は、結果的に減少することになる。これにより、通信セル内でのデータ・スループットが低下することになる。

従って、本発明の改良実施形態において、発明者らは、装置のエネルギー消費量を減らすと同時に、セルのスループットを最大化する前述の電力−認識リンク適合プロセスを使用することを提案する。システム性能の改善は、電力−認識リンク適合の決定において媒体の占有基準を考慮に入れることにより達成される。

次に、図４を参照すると、ローカル・エリア（データ通信）ネットワーク（ＬＡＮ）４００が示されている。コンピュータ／通信ドメインは、ＬＡＮ４００の複数のノードと、例えば、インターネット４１０との間にゲートウェイ４２０を含む。これに関して、移動式無線通信ユニット４６０は、いくつかのアクセス・ノード４４２，４４４，４４６のいずれかに無線で連結することによりインターネット４１０と通信できる携帯用コンピュータであると仮定する。

移動式無線通信ユニット４６０がアクセス・ノード、例えば、アクセス・ノード４４６にログオンしたとき、インターネットまたは任意の他の連結サーバ４１５のアプリケーションにアクセスすることができる。この通信リンクは、インターネット４１０、ゲートウェイ４２０、および直列に連結された任意の数の中間ルータ４３０（単に簡単化のため図示せず）とアクセス・ノード４４６を含む経路４７５を介してセットアップされる。

本発明の発明概念は、ランダム・アクセス・ネットワークまたは集中アクセス・ネットワークのいずれかのＬＡＮに関して、以下でさらに記載される。とりわけ、無線通信ユニットは、以下に記載するように、ＬＡＮ内の通信資源／媒体の占有率を監視し、この情報を電力−認識リンク適合決定に適用できる。

さらに、アクセス・ノード４４６は、幾つかの無線通信ユニット４６０の各動作モードに実質的に関連する電力消費計量を判断することができるプロセッサを備える。電力消費計量は、アクセス・ノード４４６へのアップリンク通信において、いくつかの無線通信ユニット４６０により使用される。このようにして、アクセス・ノード４４６は、無線通信ユニット４６０に通信媒体を割り当て、動作モードを提案して、その無線通信ユニットにおける電力消費量を低減させる。本発明の改良実施形態において、アクセス・ノードのプロセッサは、さらに、省電可能な複数の無線通信ユニットに、より高い優先順位の電力−認識リンク適合を割り当て、機構をスケジューリングすることができる。

図５を参照すると、本発明の好適な実施形態の発明概念に対応するように適合された、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）で動作できる無線通信ユニット４６０のブロック図が示されている。当該分野において公知ではあるが、完全性のため、ここで説明するように、無線通信ユニット４６０は、例えば、好ましくはアンテナ・スイッチ５０４に連結されるアンテナ５０２のような、標準的な無線周波数の構成要素および回路を備える。アンテナ・スイッチ５０４は、無線通信ユニット４６０内の受信機チェーンと送信機チェーンとの間を分離する。受信機チェーンは、通常、受信機フロントエンド回路５０６（受信、フィルタリング、および中間またはベースバンド周波数変換を効率的に提供する）を含む。フロントエンド回路５０６は、信号処理機能５０８に直列に連結されている。信号処理機能からの出力は、液晶表示スクリーンのような適切な出力装置５１１に提供される。信号処理機能５０８は、例えば、当該分野において公知のように使用される通信技術に依存して、復調、デ−マッピング、ビット・デ−インターリーブ、チャンネル推定、および復号化を含む無線通信ユニット４６０の全信号処理機能を実行する。

本発明の好適な実施形態に従って、信号処理機能５０８の動作は、本明細書において記載される発明概念に対応するように適合されている。特に、信号処理機能５０８は、図６および図７を参照して以下に記載されるように、電力−認識リンク適合機能５４０に動作可能に連結される（あるいは、その機能を含む）。

完全性のため、受信機チェーンは、また、受信機フロントエンド回路５０６に連結されている受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）回路５１２および信号処理機能５０８（一般的に、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）により実現される）を含む。また、受信機フロントエンド回路５０６と信号処理機能５０８に連結されている制御器５１４は、従って、ビット誤り率（ＢＥＲ：Bit Error Rate）またはフレーム誤り率（ＦＥＲ：Frame Error Rate）データを回収情報から受信する。制御器５１４は、復号／符号化機能などのような動作様式を記憶するメモリ装置５１６に連結されている。タイマー５１８は、通常、制御器５１４に連結され、無線通信ユニット４６０内の動作（時間依存性信号の送信または受信）の時間条件を制御する。本発明に関連して、タイマー５１８は、送信（符号化）経路および／または受信（復号）経路における音声信号のタイミングを命令する。

再び、当該分野において公知なように、送信チェーンに関して、これは、本質的に、送信信号プロセッサ５２８を介して送信機／変調回路５２２に直列に連結されているキーボード５２１のような入力装置を含む。従って、任意の送信信号は、電力増幅器５２４を通ってアンテナ５０２から放射される。送信器／変調回路５２２と電力増幅器５２４は、二重フィルターまたは循環機５０４に連結されている電力増幅器からの出力により制御器に対して動作可能に反応する。送信機／変調回路５２２と受信機フロントエンド回路５０６は、周波数アップ変換と周波数ダウン変換機能を備える（図示せず）。

特に、本発明の改良実施形態は、以下のパラメータ、
（ｉ）無線通信ユニット自体の性能特性、例えば、ユーザの電力プロファイル、バッテリー状態などのような、その電力特性、
（ｉｉ）例えば、信号対雑音比（ＳＮＲ）値に基づく、無線通信ユニットと別の通信装置との間の通信リンク性能、および／または、
（ｉｉｉ）例えば、サービス品質（ＱｏＳ）条件のシステム・パラメータ、
のうちの一つ以上に関する情報と共に通信媒体の占有率に基づき、電力−認識リンク適合を実施するように適合されている無線通信ユニットを参照して説明される。

無線通信ユニット４６０内の種々の適合された構成要素は、別個の構成要素または統合された構成要素の形式で実現され得る。より一般的には、復号するか否かの決定に関連する機能は、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェアにおいて任意の適切な方法でそれぞれの通信ユニットにおいて具体化されてもよい。例えば、新規な装置を従来の無線通信ユニットに加えてもよいし、あるいは代りに、従来の通信ユニットの既存部品を、例えば、その中の一つ以上のプロセッサを再プログラミングすることにより適合させてもよい。このように、本発明の好適な実施形態における必要な適合、例えば、電力−認識リンク適合機能を実施するソフトウェア・コードの提供は、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、ＰＲＯＭ、ＲＡＭ、またはこれらか、他の記憶マルチメディアの任意の組み合わせのような記憶媒体に記憶されるプロセッサ実行可能命令の形式で実施されてもよい。

無線通信ユニットは少なくとも二つの状況で本明細書において先に記載した発明概念から利得を得られると考えられる。第一に、本発明概念は、図６の簡略化した情報フロー図に示すように、ランダム・アクセス・ネットワークにおいて動作する無線通信ユニットに適用してもよい。第二に、無線通信ユニットは、図７の簡略化情報フロー図に示すように、集中アクセス・ネットワークにおいて動作する場合、本明細書において以降に記載される発明概念から利得を得られると考えられる。

次に、図６に示すランダム・アクセス・ネットワークにおける実施形態を参照すると、電力−認識リンク適合機能５４０は、通信媒体６０５の占有率を監視する。これに関して、電力−認識リンク適合機能５４０は、通信媒体の占有率が所定レベルより低いか否かを特定する。低い場合は、電力−認識リンク適合機能は、エネルギー消費量に関して、最も効率的な動作／伝送モード６３５を選択する。

さらに、電力−認識リンク適合機構５４０は、バッテリー状態の表示６１０を考慮に入れることができる。通信ユニットのバッテリー・レベルが低ければ、通信ユニットは、バッテリー・レベルが高い動作モードと比較した場合、通信媒体のより高い占有率を用いる省電モードの使用を決定してもよい。

（多くの）公知のいずれかの計量を使用して、媒体の占有率を特定するか、あるいは特徴付けることができる。例えば、
（ｉ）先行フレームにおいて生じた衝突数、および／または、
（ｉｉ）先行フレームに関する平均コンテンション・ウィンドウ（ランダム・アクセス技術においてコンテンション機構が使用される場合）、および／または、
（ｉｉｉ）先行フレームの間にチャンネルが占有された時間の割合。

セルの負荷が軽度な場合、通信ユニットは、ＱｏＳ要件が満たされる期間、その伝送６３０をより低いモード、つまり、より低いデータ伝送速度への切換を決定できるように構成されていると想定される。従って、このモードにおいて、無線通信ユニットは、より長期間、通信チャンネルを占めるようにそれ自体を構成することになる。好都合なことに、無線通信ユニットは、電力消費量を節約することになり、しかも、セルはいかなるスループット劣化からも免れることになる。

さらに、ランダム・アクセス・ネットワークにおける電力−認識リンク適合プロセス５４０は、好ましくは、通信媒体の占有率およびバッテリー状態という前述した新規なパラメータのみならず、リンク状態６１５およびＱｏＳ６２０のような従来のパラメータも利用する。

通信チャンネルへのアクセスが、より高い優先順位の接続に対して、より速いような優先順位機能（改良ＤＣＦに関するＩＥＥＥ８０２．１１ｅのような）を用いるランダム・アクセス・ネットワークにおいて、前述の省電機構をＱｏＳ基準により補完することができると想定される。この取り組みは、コンテンション・ウィンドウのより低い値を使用することにより、ＩＥＥＥ標準において容易にサポートされている。

このように、好都合なことに、本発明の好適な実施形態に従い、より高い優先順位を、エネルギーを節約することが可能な無線通信ユニットに割り当てることが提案される。例えば、第一通信ユニットが第二通信ユニットからデータ・パケットを受信する場合、例えば、受信ＳＮＲを算出することにより、使用される通信媒体の品質を判断することができる。

従って、第一通信ユニットは、より低い動作モードの選択により省電できるか否かを判断することができる。より低速度の動作モードを選択できるなら、高い優先順位の第二通信ユニットと接続を要求することになる。一旦、この接続が確立されると、第一通信ユニットは、優先アクセスのおかげでデータを低速度で媒体へ送ることになる。好都合なことに、無線通信ユニットがチャンネルでのデータ伝送が絶対的に必要であると特定され、同様に、低バッテリー・レベルを有すると特定されるとき、この機構が呼び出されると想定される。

本発明概念がＩＥＥＥ８０２．１１ａまたはＩＥＥＥ８０２．１１ｇに関連して適用される場合、本発明概念のさらに別の改良を用いて、文献［１］においてキアオ（Qiao）により指摘されたような隠れたノード問題を解決することが提案される。本発明のこのさらに別の改良は、送信要求／送信許可（ＲＴＳ／ＣＴＳ：Request To Send/Clear To Send ）データ・パケットの伝送を提案する。これらのＲＴＳ／ＣＴＳデータ・パケットは、好ましくは、電力−認識リンク適合プロセスを用いて、次のデータを送信する前に全電力で送信される。例えば、１４６０バイトの長さのイーサネット・パケットが最速モード（５４Ｍｂｐｓ）で送信される前に、このようなＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換が実行されるなら、ＲＴＳ／ＣＴＳによるオーバーヘッドは、伝送時間の３０％である。従って、少なくとも７０％の期間、省電が可能になる。上記のパラメータは、ＩＥＥＥ標準から容易に計算される。

次に、図７を参照すると、電力−認識リンク適合機構５４０は、集中アクセス・ネットワークに適用される。ここでは、ネットワークのアクセス・ノードは、通信媒体の占有率の知識と制御の双方を有する。従って、本発明の好適な実施形態に従って、アクセス・ノードは、開始時間、持続期間および実質的に全ての伝送のビット伝送速度のスケジューリングの責任を担う。このようにして、最適なエネルギーの節約が達成され、ＱｏＳ要件は各無線通信ユニットに対して満たされる。本発明の好適な実施形態では、アクセス・ノードが、各無線通信ユニットの電力消費量とリンク状態に関して、このような決定を行なうのに十分な情報を有していると仮定する。

集中ネットワークにおける電力−認識リンク適合の好適な実施形態は、以下の通りである。
（ｉ）伝送をスケジューリングする正当な省電。これに関して、アクセス・ノードは、無線通信ユニットに容量を与えるように構成され、可能であれば、電力消費量に関して無線通信ユニットの動作モードを最適化する。これは、好ましくは、伝送されるべきフレームのロードを、各無線通信ユニットが等量の電力を節約するという制約の下、最大化されるまで増加させることにより達成される。
（ｉｉ）優先省電スケジューリング。アクセス・ノードは、最大電力を節約できる無線通信ユニット、または最も厳しいバッテリー制限をもつそれらの無線通信ユニットの電力消費量低減プロセスに使用されるべき任意の残存容量を割り当てる。

本発明の改良実施形態、つまり、集中ネットワークにおける電力−認識リンク適合への電力制御の適用は、図７に示される。図６を参照して説明された前述の（純粋）電力−認識リンク適合機構の場合と同様に、電力−認識リンク適合とアクセス・ノードでのスケジューリングとのこの結合プロセスは、好ましくは、入力として、無線通信ユニット７０５の資源リクエスト、そのバッテリー状態７１０、リンク品質およびＱｏＳ要件７１５を要する。アクセス・ノードは、また、例えば、先に述べた手段７２０の一つを適用することにより、ビット伝送速度７３５と資源割り当て７３０に関する決定を行なう。

本発明者らは、シミュレーションを介して、本明細書において前述した発明概念から得られるべき利得を確認した。シミュレーションを用いて、アクティブな伝送の間に達成可能な最大利得を評価することにより、選択されたＭＡＣプロトコルに依存しない結果を得た。シミュレーションの物理的層は、６Ｍビット／秒から５４Ｍビット／秒までのデータ伝送速度の直交周波分割多元接続（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiple access ）として選択された。ＱｏＳ要件は、１％未満のデータ・パケット誤り率に設定された。これは、ＶｏＩＰｏＷＬＡＮシステムにおける現実的な目安である。データ・パケット・サイズは、‘１２８’バイトに設定され、その環境は、遅延スプレッド５０ｎｓｅｃｒ．ｍ．ｓ．と進路損失指数‘３．６’の“典型的な屋内事務所、見通し外接続”環境として設定された。シャドーイング標準偏差は、５ｄＢとして選択された。セルの範囲は、統計学的に２．５％未満の接続がＱｏＳ基準を満たせなかった範囲と定義された。

次に、図８を参照すると、グラフ８００は、本発明の好適な実施形態を実施した際の「データ・スループット」対「無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離」の対応するシミュレーション結果を示す。明らかに示されているように、図１における類似の従来技術のグラフ１００と比較した場合、最小電力方針は、「データ・スループット」対「無線通信ユニットのアクセス・ノードからの距離」に関して改善される。

同様に、次に図９を参照すると、グラフ９００は、本発明の好適な実施形態を実施した際の「電力消費量」対「無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離」の対応するシミュレーション結果を示す。明らかに示されているように、図２における類似の従来技術のグラフ２００と比較した場合、無線通信ユニットからアクセス・ノードまでの距離に関する最小電力方針および最大スループット方針についての電力消費量が改善されている。

同様に、次に、図１０を参照すると、グラフ１０００は、本発明の好適な実施形態を実施した際の無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離に関する「最小電力方針」対「最大スループット方針」の利得の対応するシミュレーション結果を示す。明らかに示されているように、図３における類似の従来技術のグラフ３００と比較した場合、相対的電力消費量の利得は、無線通信ユニットからアクセス・ノードまでの距離に関して効果的に二倍になっている。これは、この場合、平均して最大５０％までの無線通信ユニットのバッテリー寿命の増加に匹敵する。これは、新規なＰＡアーキテクチャに対して／により提供され得る極めて望ましい改善である。

要約すると、本発明の好適な実施形態に従う改良された電力−認識リンク適合機構は、図１１のフローチャート１１００に示される。本プロセスは、段階１１０５により開始され、無線通信ユニットは、段階１１１０に示されているように、通信媒体の占有率を監視する。これは、占有率のレベルが閾値を上回るか、あるいは下回るかの判断を必然的に含んでいてもよい。この段階は、また、段階１１１５における先行衝突数の形式でのデータの受信、および／または段階１１２０に示されているように、平均コンテンション・ウィンドウ、および／または段階１１２５におけるように、チャンネル占有時間の割合の計算を必然的に含んでいてもよい。

チャンネル占有率の知識に関して、無線通信ユニット（または、例えば、他の実施形態においてはアクセス・ノード）は、段階１１３０で示されているように、ＱｏＳレベルを維持しながら、電力消費量を最小化する要望に基づき、電力−認識リンク適合の決定を行なう。この決定は、好ましくは、段階１１３５で示されているように、電力プロファイル情報、バッテリー状態情報などの形式で無線通信ユニット自体からの入力を受信する。また、この決定は、段階１１４０におけるように、通信リンク状態情報および／または段階１１４５におけるように、システム・パラメータ情報を受信してもよい。

電力−認識リンク適合の決定は、好ましくは、通信媒体の占有率に基づき無線通信ユニットの動作モードを選択し、無線通信ユニットの電力消費量を最小化する。この動作モードは、段階１１５０に示されているように、特定の電力制御レベルでの動作を必然的に含んでいてもよい。

上述したように、通信ネットワークがランダム・アクセス・ネットワークであるならば、ネットワークは、好ましくは、段階１１５５で示されているように、次のデータ・パケットの伝送前に、初期ＲＴＳ／ＣＴＳ伝送手段を適用する。また、ランダム・アクセス・ネットワークは、好ましくは、段階１１６０におけるように、省電可能な伝送を優先する。逆に、通信ネットワークが集中アクセス・ネットワークであるならば、アクセス・ノードは、段階１１６５で示されているように、正当な省電スケジュール・プロセスおよび／または優先省電スケジュールを適用してもよい。

このように、要約すると、本明細書に記載される発明概念は、いくつかの無線通信ネットワークに適した電力−認識リンク適合機構を提案する。電力−認識リンク適合機構は、好ましくは、電力消費量を最小化するために、多数の通信資源／媒体の監視動作を利用し、無線通信ユニットがデータ・パケットを伝送する最適通信媒体／資源の選択を円滑にする。

本発明が、異なるレベルの電力消費量を提供する動作モード間を識別するための電力制御の用途に制限されないこと、および電力消費量の節約における任意の他の公知の技術を本明細書に記載の発明概念で適用し得ることは、本発明の意図に属する。さらに、本発明を、幾つかの通信資源が幾人かのユーザ間で共有される任意の無線通信の状況に適用できることが想定される。

上述したように、無線通信ユニット、アクセス・ノード、ならびに例えば、無線集中アクセス・ネットワークおよび無線ランダム・アクセス・ネットワークのような無線通信ネットワークが少なくとも以下の利点、
（ｉ）本発明の電力−認識リンク適合の概念は、同一の通信媒体を共有する幾つかのリンクに適用可能である。従って、本発明の概念は、電力−認識リンク適合を無線通信ネットワークに適用できるようにすること、
（ｉｉ）電力制御機能と組み合わされた場合、本発明の電力−認識リンク適合の概念は、バッテリー式無線通信ユニットに特に望まれる電力消費量低減方針をサポートすること、
を提供することは理解されよう。

本発明の特殊で、好適な実施形態を上述したが、当業者がこのような発明概念の変更および修正を容易に適用し得ることは明らかである。
このように、無線通信ユニット、アクセス・ノード、ならびに例えば、無線集中アクセス・ネットワークおよび無線ランダム・アクセス・ネットワークのような無線通信ネットワークを提供し、それによって、従来技術の構成に関連する前述の制限が事実上、緩和される。

「データ・スループット」対「無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離」のグラフ。「電力消費量」対「無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離」のグラフ。無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離に関連する、「最小電力方針」対「最大スループット方針」の利得のグラフ。本発明の発明概念に対応可能な無線アクセス通信ネットワークの簡易ブロック図。本発明の好適な実施形態に従って適合された無線通信ユニットの簡易ブロック図。本発明の好適な実施形態に従う、ランダム・アクセス・ネットワークにおける電力−認識リンク適合の概念を示す図。本発明の好適な実施形態に従う、集中アクセス・ネットワークにおける電力−認識リンク適合の概念を示す図。本発明の好適な実施形態を実施した際の「データ・スループット」対「無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離」のグラフ。本発明の好適な実施形態を実施した際の「電力消費量」対「無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離」のグラフ。本発明の好適な実施形態を実施した際の無線通信ユニットからそのアクセス・ノードまでの距離に関連する、「最小電力方針」対「最大スループット方針」の利得のグラフ。本発明の好適な実施形態を実施した際の無線通信ユニットの省電プロセスのフローチャート。

Claims

少なくとも一つのデータ・パケットを伝送する無線通信ユニット（４６０）の動作モードを選択する電力−認識リンク適合機能（５４０）を有するプロセッサ（５０８）を備える無線通信ユニット（４６０）において、
前記プロセッサ（５０８）が、複数の通信リンクを含む通信媒体の占有率を監視する通信媒体監視機能を実行するように構成されるか、あるいは該通信媒体監視機能に動作可能に連結されており、かつ前記プロセッサ（５４０）が、前記通信媒体の占有率の判断に応答して、前記無線通信ユニット（４６０）の少なくとも一つのデータ・パケット伝送のリンク適合を実行することを特徴とする無線通信ユニット。
請求項１に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサ（５０８）は、前記無線通信ユニット（４６０）の動作モードを選択することにより、リンク適合を実行する、無線通信ユニット。
請求項２に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサ（５０８）は、前記無線通信ユニット（４６０）のデータ・パケット伝送の電力制御レベルを調整することにより、動作モードを選択する、無線通信ユニット。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサ（５０８）は、
（ｉ）例えば、先行フレームにおいて生じた衝突数のような先行衝突数と、
（ｉｉ）一つ以上の先行フレームに関する平均コンテンション・ウィンドウと、
（ｉｉｉ）一つ以上の先行フレームの間に通信媒体が占有された時間の割合と、
のうちの一つ以上を判断することにより、通信媒体の占有率を監視する、無線通信ユニット。
無線通信ユニット（４６０）は、バースト的なトラフィックをサポートする時分割多元接続通信システム上で動作する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線通信ユニット。
無線通信ユニット（４６０）は、分散型媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルを用いて動作するか、あるいは無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）上で動作するか、あるいはボイス・オーバーＩＰオーバーＷＬＡＮのようなＷＬＡＮから派生した任意のネットワーク上で動作する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線通信ユニット。
無線通信ユニット（４６０）は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａのようなランダム・アクセス・ネットワーク上で動作する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線通信ユニット。
請求項７に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサは、さらに、リンク適合の実行方法を決定するパラメータ、
（ｉ）例えば、電力特性、電力プロファイル、バッテリー状態のような無線通信ユニット（４６０）のパラメータ、
（ｉｉ）例えば、信号対雑音比値のような他の通信装置との通信リンク性能、および／または、
（ｉｉｉ）例えば、サービス品質（ＱｏＳ）制限のシステム・パラメータ、
のうちの一つ以上を監視するか、あるいは取得する、無線通信ユニット。
請求項７または８に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサは、送信要求／送信許可（ＲＴＳ／ＣＴＳ）フレーム交換を用いて、電力−認識リンク適合を実行する、無線通信ユニット。
請求項９に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサは、電力−認識リンク適合を用いて、次のデータを伝送する前に、少なくとも一つのＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換の全電力伝送を開始する、無線通信ユニット。
請求項７〜１０のいずれか１項に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記ランダム・アクセス・ネットワークは、ＩＥＥＥ８０２．１１改良分散型協調機能（ＥＤＣＦ）のような優先順位機構を含む、無線通信ユニット。
請求項１１に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサは、サービス品質（ＱｏＳ）表示を監視するか、あるいは取得し、該ＱｏＳ表示に応答して、前記電力−認識リンク適合を実施する、無線通信ユニット。
請求項１１または１２に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサは、前記無線通信ユニット（４６０）が、電力−認識リンク適合の実行により電力を節約できる場合、前記無線通信ユニット（４６０）の伝送に比較的高い優先順位を割り当てる、無線通信ユニット。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の無線通信ユニット（４６０）であって、ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２，ＩＥＥＥ８０２．１１ｈ，ＩＥＥＥ８０２．１１ＰＣＦ，またはＩＥＥＥ８０２．１１ｅＨＣＦ標準のような集中アクセス・ネットワーク上で動作する無線通信ユニット。
請求項１４に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサは、通信リンクの品質を測定または推定し、それに基づき、自身のリンク適合を実行する、無線通信ユニット。
請求項１４または１５に記載の無線通信ユニット（４６０）において、前記プロセッサは、前記集中アクセス・ネットワークにおけるアクセス・ノード（４４６）に前記無線通信ユニット（４６０）の電力プロファイルの伝送を開始して、前記アクセス・ノード（４４６）が、実質的に各電力プロファイルについて、実質的に各動作モードに関連する電力消費量について判断できるようにする、無線通信ユニット。
例えば、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の無線通信ユニット（４６０）と通信するのに適合したアクセス・ノードのような、アクセス・ノード（４４６）であって、いくつかの無線通信ユニット（４６０）の実質的に各動作モードに関連するとともに、前記アクセス・ノード（４４６）へのアップリンク通信において使用される電力消費計量を判断するプロセッサを備え、前記アクセス・ノード（４４６）は、通信媒体上の資源を割り当て、（複数の）無線通信ユニット（４６０）に動作モードを提案して、その無線通信ユニット（４６０）における電力消費量が少なくなるようにする、アクセス・ノード。
請求項１７に記載のアクセス・ノード（４４６）において、前記アクセス・ノードのプロセッサは、実質的にいくつかの無線通信ユニットのそれぞれが類似量の電力を節約するように、電力消費量に関して、いくつかの無線通信ユニットに通信資源を割り当て、かつ／もしくは動作モードを割り当てる、アクセス・ノード。
請求項１７または１８に記載のアクセス・ノード（４４６）において、前記アクセス・ノードのプロセッサは、省電可能な無線通信ユニットに対して、比較的高い優先順位の電力−認識リンク適合を割り当て、機構をスケジューリングする、アクセス・ノード。
請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の無線通信ユニット（４６０）への／からの通信を円滑にするのに適合し、かつ／もしくは請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のアクセス・ノード（４４６）への／からの通信を円滑にするのに適合した無線集中アクセス・ネットワーク。
無線集中アクセス・ネットワークは、ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２，ＩＥＥＥ８０２．１１ｈ，ＰＣＦ，またはＨＣＦ標準に従う通信をサポートする、請求項２０に記載の無線集中アクセス・ネットワーク。
請求項７〜１３のいずれか１項に記載の無線通信ユニットへの／からの通信を円滑にするのに適合したＩＥＥＥ８０２．１１ａのような無線ランダム・アクセス・ネットワーク。
無線ランダム・アクセス・ネットワークは、送信要求／送信許可（ＲＴＳ／ＣＴＳ）フレーム交換を用いる電力−認識リンク適合をサポートし、例えば、前記無線通信ユニット（４６０）が電力−認識リンク適合機構を用いて、次のデータを伝送する前に、無線通信ユニット（４６０）から少なくとも一つのＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換の全電力伝送をサポートする、請求項２２に記載の無線ランダム・アクセス・ネットワーク。
無線ランダム・アクセス・ネットワークは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ＥＤＣＦ標準に従う優先順位でランダム・アクセス通信をサポートする、請求項２２または２３に記載の無線ランダム・アクセス・ネットワーク。
無線通信ユニット（４６０）における電力消費量を節約する方法（１１００）であって、
複数の通信リンクを含む通信媒体の占有率を監視する段階（１１１０）と、
前記通信媒体の占有率に応答して、例えば、前記無線通信ユニット（４６０）の動作モードを選択して、省電モードで少なくとも一つのデータ・パケットを伝送する、電力−認識リンク適合プロセスを決定する段階（１１３０）と、
を備えることを特徴とする電力消費量を節約する方法。