JP2006527942A - 複数の通信ノードを電気的格子上の通信手段にアクセスすることを可能にする方法 - Google Patents

複数の通信ノードを電気的格子上の通信手段にアクセスすることを可能にする方法 Download PDF

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Abstract

この発明は、電気的格子上の送信手段にアクセスするために通信ノードをイネーブルにする方法に関する。この発明は、電気的格子のような共有されたて手段に等しいアクセスを備えたノードを提供する。更に、この発明は、ノイズ環境内で共存する信号が確実に検出されることを可能にするだけでなく、予約要求間で競合がない時に、達成されるべき最大アクセス速度を可能にする。この発明は、最小および最大の予め固定された値の電気的格子の予約の前に、通信の予約(５)および開放(１０)信号およびランダムな待機時間(バックオフ時間)の使用を含むことに特徴がある。

Description

発明の詳細な説明
[発明の目的]
この明細書のタイトルで述べたように、好ましい発明は、電気的ネットワーク上の複数の通信ノードの送信媒体アクセス手順に関する。
この発明の手順は、電気的ネットワークを、それらのノード間での通信のために、共有された媒体として用いて通信システムに適用できる。
この手順の目的は、効率的で、公正で、リソースの最小の消費とした方法で手順に従う、ノードに対する電気的ネットワークへのアクセスシステムを達成することである。
[発明の背景]
多くの通信システムでは、媒体へのアクセス手順は、それを用いる異なるノードが公正で公平なアクセスを得るような方法で実行される必要がある。電気的ネットワークの場合では、異なったシステムがデータ伝送に異なった技術を使用して共存しなければならないので問題は悪化する。容易に発生して検出できるある特定の信号および、チャンネルの予約と解放のための手順を用いる手段により、この発明の手順はこれらの問題を解決する。ノードがその手順によっていったんチャンネルを予約すると、それは、この分野で周知のデータ伝送のいずれの方法も使用することができる。
記述の過程で、頭文字語のOFDM(直交周波数分割マルチプレクシング)とDFT(離散型フーリエ変換)が使用されているが、それらはこの分野で周知である。また、頭文字語のSOTとEOTは、それぞれ送信の開始と伝送信号の終了について言及するために使用される。
この分野では、ALOHAプロトコル、スロットルドALOHA、競合検知を備えるCSMAプロトコル(キャリア検知複数アクセス)または、競合を防止するCSMA、トーケン通過プロトコルおよび他の多くのような、媒体へのアクセス手順を実行する複数の方法が存在する。また、IEEE Std 802.11-1997Part IIの「無線LAN媒体アクセス制御(MAC)と物理的な層(PHY)の仕様」で見つけられるために、ANSI/IEEE802.11 規格に現れるもののような損失数に従って増加するランダムの待ち時間(backoff時間)の使用も周知であるが、この共存のモードは、予約の要求をする前に、ユーザが送信する情報の量を知らなければならないという事実が主な欠点として存在する。これは、どのくらいの情報が伝えられるかを知るために、すべてのノードが予約信号を復調しなければならない追加された欠点を提示し、これらの信号の複雑さを増す。この明細書で開示されるこの発明は、他のユーザによりいずれかのチャンネルが再度予約されたことを報告するために、送信機により、および受信機により送出される開放信号でこの問題を解決する。
スタートおよび開放の信号に関し、名称「OFDM信号の同期」のUS PAT.6111919は、固定された基準との比較の手段により、OFDM信号の同期化のために使用される、この発明の手順で用いたものに似たある信号を述べており、その信号により、ベースの信号のキャリアも固定された値を持ち、これは発明のものと完全に異なった使用を構成する。この発明の手順では、その信号は、受信の瞬間が不定の様々なOFDMシンボルを持ち、そして、OFDM信号を同期させるために必要な精度は持っていないので、全くいずれの時間での参照を用いることなく、それらの受信を検出するために使用される。また、周波数で選択能力があるチャンネルで機能を改良するために、周波数のサブレンジでの位相増分の合計が計算される。別の違いは、しきい値が様々な連続した測定値で超えるなら、様々なしきい値が、信号を検出するために受信で使用され、これは、時間の相関関係を実行するのと同様である。信号の持続時間も、その時間の相関関係を利用することによって検出の確率を改善するために変数である。
この発明の手順では、ベース信号のサインを異なった方法で代替することによって、潜在的により多くのタイプから成る SOT および EOTの２つのタイプの間で区別をすることができるので、情報は信号で送信される。また、前述の特許では、同期化に必要なDFTの出力への位相の置換えが実行されるが、この発明の手順では使用されない。また、この発明の手順は、デジタルの帯域変換を用い、それは、チャンネルで信号の対称を維持することができるので、より大きい柔軟性をそれに提供する。
[発明の記述]
その目的を達成するため、および、上で述べた欠点を回避するため、この発明は、電気的ネットワーク上の複数の通信ノードの送信媒体へアクセスする手順からなり、通信チャンネルのような電気ネットワーク、媒体へのアクセスプロトコルおよび、前記プロトコルを実行するためのいくつかの信号を用いた、異なるシステム間の通信を備える。このプロトコルは、２つの異なった信号(共存信号)が使用されていることに特徴付けられる。それぞれチャンネルを予約し、開放するために、そして、ネットワークに存在するすべてのシステムを検出できるように、一つは送信の開始(SOT)、他の一つは、送信の終了(EOT)である。また、ノードがチャンネルにアクセスしようとするとき、ノードは、チュンネルの開放を待ち、そして、その後に、競争期間を開始し、その期間に、チャンネルを予約するために、ノードは、SOTを送信する前に、ランダムな量の時間を待機するか、または、それの待機時間が終了する前にSOTを検出するなら、待機は終了する。ノードがいったんSOTでチャンネルを予約すると、ノードは、情報を伝えるために最大の時間を持ち、その後に、ノードはEOTを送信しなければならない。
この発明の手順では、EOT信号が受信された時、またはチャンネルの予約のためのSOTからある時間量が経過した時、または、ノードの初期化の瞬間が、チャンネルの占有時間として既知の予め決められた最大の時間よりも大きい時、ノードは、チャンネルが開放されたと認識する。
チャンネルがいったん開放されると、送信すべきデータの優先度、チャンネルの密度および、前記ノードによるチャンネルの以前の使用に依存して最小値と最大値の間でSOTをにランダムに送る前に、ノードは待ち時間を選択する。
選択された待ち時間の間にSOTを受信したとき、ノードが情報を送信しようとして、その競合に負けたなら、直後の選択された期間の待ち時間は、ランダムではなく、代わりに、直前の競合での残りの待ち時間になる。
チャンネルの予約が送信機と受信機に目に見えるノードに対して有効になるように、通信にかかわる２つのノードは、チャンネル予約を送信し、送信ノードにより以前に予約されていたチャンネル内で信号、SOT および EOTを開放する。
そのうえ、あり得る偽の開放信号の検出が通信の中断を引き起こすことを防ぐために、チャンネルの予約が一旦なされると、送信機から受信機へ、および受信機から送信機へのデータおよびデータ認識のための通信期間の間に受信された、開放信号(EOT)のフィルタ処理が実行される。
その上、競合でのランダムな待ち時間の値は、合計のランダム値を達成するために、チャンネルにおける信号のノイズによって、Ａ／Ｄコンバータの１以上のビットから得られる。
チャンネルがSOTと共にいったん予約されると、ノードはフレーム(RTS)を目的のノードに送る要求を伝える。
目的のノードがフレーム(RTS)を送るという要求を受け取ったとき、チャンネルが送信要求(RTS)の受信のために以前に予約されなかったならば、送信(CTS)を受け入れるために、ノードは、制御フレームを送信する。
RTSがクロスする場合、言い換えれば、チャンネルを予約したときにそのノードが以前にRTSを送信したノードからフレーム(RTS)を送るという要求をノードが受け取るとき、このノードは、MACアドレスが目的のノードのものより少ないなら、送信(CTS)を受け入れるために、制御フレームを送信するであろう。
どのような場合でも、ノードが、RTSを伝えていたノードからCTSを受信したとき、ノードはデータフレームを送信するであろう。そのうえ、ノードが、CTSを伝えたノードからデータフレームを受けるとき、そのノードは受信されたデータとEOTのために承認フレームを伝え、通信が完成する。
チャンネルの予約をした後に受信機との通信で誤りを検出した場合、言い換えれば、それが通信しているノードは、応答しないか、または受信を受け入れない場合、送信ノードでの次の競合での最大の待ち値は増大される。
チャンネルの予約および、受信機との通信が誤りなしで終了した場合、最大の待ち値は送信機ノードの初期の値に調整される。
通信がいったん終わると、そのチャンネルは開放信号で開放される。チャンネルの予約後に送信機ノードがデータを送信したノードから承認フレームを送信機ノードが受信した時、送信機ノードは、チャンネルの開放信号(EOT)を送信するか、または、送信機ノードは、送信機および受信機のノードのチャンネルへの開放信号が、以前に設定されたタイムウィンドウで一致するように、以前に計算されたある短時間に、チャンネルの開放信号を送信する。
チャンネル予約信号(SOT)は、同じベース信号をn回繰り返すことから成り、一方、EOT開放信号は、同じベース信号をn回繰り返すことからなるが、各繰り返しでサインを交替する。同様の方法で、他の信号は、(+ - -), (+ + - -)などのように、ベース信号の異なった反復パターンを使用することで発生され、必要であるときに、２つ以上の共存信号を使用することができる。
受信での信号の検出を改善するために、ベース信号は、それらの周波数が、データを送信するために、ゼロまで使用されるなら、周波数キャリアがランダムの値に設定きているOFDM信号から成る。
２つ以上のノードが異なった周波数範囲を使用するなら、それらの１つに関する予約信号が他のものによって検出されないので、それらは同時に、送信媒体にアクセスすることができる。
このように、SOT および EOT 信号の検出は、受信信号で連続DFTを実行し、一つのDFTと先の一つとの間のキャリアの位相差を計算し、そして、受信機ノードにより使用された周波数を占有するキャリア内のすべての位相差を加算することからなり、その合計が、別のしきい値を超え、その合計がしきい値またはEOT未満なら、SOTが検出される。
検出を最適化するために、その合計は、受信機で使用される帯域内の周波数サブレンジによって位相差が作られ、一つのサブレンジでの検出は、信号を検出するのに十分である。
検出の可能性を最大にするために、様々に異なったしきい値は、各信号に対して用いられ、そして、それは、信号を検出するために連続した位相差の様々な合計の間に与えられなければならず、一つのしきい値の検出は、信号をその検出するのに十分である。これは時間の相関関係を実行するのと同様である。
さらに、時間内にベース信号の１番目と最後のサンプルは、高くしたコサインウィンドウが掛けられ、一方、受信時では、DFTに入るサンプルは、ハニングのウィンドウによって掛けられるか、または同様にされる。
システムの柔軟性を増大するために、送信および受信でのベース信号に周波数変換が実施される。
また、チャンネルの予約に使用される同じ信号(SOT)は、自動利得制御(AGC)の機能などの他の装置にも使用される。自動利得制御の機能にシンボルを使用するとき、まさしく位相情報はSOTの検出に使用されるので、これがシンボルの検出の確率に影響することなく、システムは信号の振幅を変更することができる。
この発明の手順のおかげで、共有された媒体にアクセスすること望むすべてのユニット間で、公正な共存が達成され、その結果、予約の要請の間に競合が全くないとき、最大のアクセススピードが達成される。また、チャンネルの予約を実行するとき、送信機は、EOT開放信号の使用のおかげで、あらかじめそれがどのくらいの情報を伝えるかを知る必要はない。そのうえ、または、すべてのノードがデータを送るのに同じ変調技術を使用する必要がなく、その結果、この発明の手順を適用することによって、異なった技術の共存を可能にする。また、それらの信号を実行する方法も、それのおかげで非常にノイズの多い環境で、または、同じベース信号の反復および複数のしきい値の手段による検出のおかげで、予約および開放信号の検出ができるので有利である。
以下では、この明細書のよりよい理解と不可欠の部分の形成を容易にするために、限定ではなく、むしろ図示の方法でこの発明の目的が示されるいくつかの図面が含まれる。
[この発明の実施例の説明]
以下に与えられたこの発明の例は、図面に記載した参照番号に関連して述べている。この発明の実施例では、共有された媒体は、システムのすべてのノードが関連している電気ネットワークである。また、媒体を共有し、競合することを管理しており、かつ、この発明で述べたような同じプロセスに追従しなければならない各ノードにはブロック(1)も存在する。
図１では、ノードA, B, C, D, E, F, G, H および I が、電気ケーブルに対する低電圧変圧器(２)への媒体電圧の後から来る低電圧の電気ネットワークの同じ箇所に接続される。
図に示した各ノードは、ブロック(１)を持ち、媒体への適したアクセスを達成するために、この発明の手順を実行する。
要約すると、ノードがデータを送ることを希望している時、ノードはその注文をその競合ブロック(１)に送る。その注文に述べられていることは、それが送りたがっているメッセージの優先順位になり、この優先順位は、この発明の実施例では０と７に制限され、０は、最大の優先順位であり、７は最小の優先順位である。この発明は、上述したように、送信開始(SOT)信号および別の送信の終了(SOT)を与え、そのため、これらの信号のおかげで、送るパケットのサイズがどのくらいであるかを示すのは必要ではなく、その情報なしで予約が効率的に実行される。
チャンネルがフリーになった時、ノードに対する競合ブロックがEOTを受信するので、または、時間の量が、“最大チャンネル占有時間”として定義されたある値を大きく通過するので、最大時間であるSOTを受信することなく、ノードは、チャンネルに送信でき、その後、EOTを送信するように強いられ、チャンネル競合が開始する。
その瞬間に、競合ブロックは、優先順位で決定している最小値と最大値の間のランダムの値を選ぶ。この実施例では、ランダムの値は、１と2n - 1との間で選ばれ、 nは優先順位に、および、作られた再送信の数に依存する値である。この値「n」は各優先順位に対して最小値と最大値の間で制限され、そして、他の予約要請で衝突が起きない時、チャンネル競合が可能な最小限を持続するのを保証するために、その最小値に初期設定される。
この発明の実施例では、この発明のプロセスを実行するすべてのノードに知られているテーブルに基づく優先順位に「n」の値が依存し、そして、そのテーブルはこの実施例では、次に示すものと同じである。
Figure 2006527942
この実施例では、他の予約要請で競合が起きない時、チャンネルへのアクセスのプロセスを最適にするために、初期値は最小値に等しく設定される。そして最大値は、ノードまたはリンクの失敗がノードを過度に長い待ち時間にさせないように、制限される。
競合ブロック(１)は、擬似ランダムであることの代わりに、全くランダムな値を達成するために、この値は、Ａ／Ｄコンバータ(ラインの熱ノイズに最も依存するものである)の最後のビットを採用する置換レジスタで得られる。2n - 1 の最大値を得る簡単な方法は、一つの実施では、この置換レジスタの“n”ビットを選択することからなる。
競合ブロックは、タイムウィンドウによって掛けられて得られたランダム値と等しい時間を待ち、それはこの発明の例では、チャンネル予約信号(SOT)のサンプル内のサイズに等しい。競合ブロックがその期間の間、少しのSOTも受信しないなら、競合を獲得して、SOTを送信したと考えるであろう。他方では、SOTを受けると、それは、競合に負けて、残りの待ち時間を注目するであろう。
後で同じ優先順位で新しい競合が生じると、ランダムな値を採用することに替えて、待ち時間の残りの値を使用するであろう。このように、待ち時間の間に、より多くの送信が、待ち時間に受信されたSOTと同じ優先順位で送信が試みられたなら、チャンネルへのアクセスの可能性がより多くなる。
受信と送信でチャンネルを予約することは、送信の存在が、実行中の通信と競合するのを防ぐために必要である。これを達成するために、送信機と受信機の両方が、チャンネルの予約および開放信号を送信するであろう。一旦、送信機と受信機とで通信が開始し、そして、EOTの偽の検出を生成する、チャンネルからの雑音を防ぐために、それらの開放信号は、フィルタにかけられ、それらが競合ブロックに達するのを防ぐ。
送信機ノードが競合を獲得しても、受信機ノードが別の通信で検出されたか、またはそれがアクティブでない理由のために、受信機ノードが応答できないことはあり得る。この理由で、SOT信号でチャンネルを予約した後に、送信要求と承認のプロセスが実行される。また、このSOT信号は、受信時に自動利得制御(AGC)を実行するために使用される。そうすればデータ送信プロセスの外では、送られたデータの検出確率に影響しないで、信号の振幅を変えることができる。
送信機ノードは、フレーム(RTS)を送信する要求を受信機に送信し、そして、後者(受信機)が通信を行える場合には、受信機は、次に、承認フレーム(CTS)を前記送信機に送信するであろう。通信がいったん確認されると、送信機はデータを送り始め、そして、その後、受信機ノードはそのデータに対して承認フレームを送信するであろう。
図３は、失敗なしの送信要求と承認の過程を示す。(３)でマークしたように、EOTの受信によるか、または、SOTを受信することなく、最大チャンネル占有時間が経過したことにより、開始時にチャンネルが開放される。その瞬間に、ノードAは、既述したように、優先順位に基づき、およびその優先順位によるパケットの再送信に基づき、待機時間(４)をランダムに選択することに基づき、情報をノードBに送信するために待機する。いずれの予約信号も受信することなく、一旦、その待機時間が経過すると、SOT信号(５)を送信し、その後、フレーム(６)(RTS)をノードBに送信する要求を行う。ノードBは、その要求(５)を受信し、そしてそれを取り込むと、予約したチャンネルを維持するために、SOT(５)を送信し、そして、送信(７)に対するフレームをノードAに送信する。ノードAが承認(CTS)(７)を受信すると、それは、別のSOT(５)によって先行されたデータフレーム(８)を送信し、そして、その後、そのデータを受信すると、ノードBは、別のSOT(５)により先行された承認フレーム(９)を送信する。最後に、ノードA、Bは、同時にEOT終了信号(１０)を送信し、その信号を受信できるノードに対して新しい通信を許可する。
１実施例では、かつ、SOTの特性を利用する際に、ノードがいずれかのタイプのフレームの送信を開始する時、送信されたフレーム上のチャンネルにより生成された減衰を補償するために、受信ゲインに対して自動調整が行われる根拠に基づき、そのノードは、まず最初に前記信号を送信する。
ノードがチャンネルを予約し、そしてRTSを送信し、そして受信機ノードがCTSを送信した時、双方のノードは、これらの誤った信号の誤検出が、現在設定されている通信の遮断を防止するために、終了信号(EOT)をフィルタ処理する。もう一度、２つのノードが、EOTを送信することによってチャンネルを開放するとき、または通信でエラーが発生した時、そのEOTのフィルタ処理は無効にされるであろう。
送信の要求および許可のためのRTS/CTSプロトコルの使用は、完全に任意であり、別のタイプのプロトコルを使用でき、かつてのいずれの予約も、上述した共存信号で作られていない。また、データ、および、RTSおよびCTSフレームは、ネットワークのいくつかのノードに対して解釈できる、あるいずれかの種類の変調でも変調することができ、これは、提示した共存信号の使用に依存しない。
２つのノードがそれらの間で情報を送りたがっているとき、２つのノードが競合して、チャンネルを獲得する特別な場合が存在する。この場合、RTSはチャンネル内でクロスし、そして、それらが正確に受信されるなら、それらは、２つのCTSおよび複数の衝突を起こすかもしれない。これを防止するために、かつ、RTS信号のクロス発生の場合、正にRTSを受信し、そしてMACアドレス、媒体 アクセス アドレス、目的アドレス以外を持つノードは、CTSを送信する。
この特別なケースは、図４で示される。この場合、ノードAとBの送信要求(6a)と(6b)がクロスする。双方がチャンネルにアクセスすることを試み、そして他のノードからのCTS(７)を待ち、そのため、それらは、それらのMACアドレスをチェックし、そして、ノードAのアドレスがノードBのものより小さい時、それは、CTSを送信し、そしてその予約が忘れられる。ノードBは、それを受信して、SOT信号(5)とデータ(8)の送信でその正常な通信を継続する。
もし、その通信でエラーが検出され、チャンネル予約に従う通信を行うことが困難になれば、言い換えれば、受信機がCTSでRTSに応答しない時、送信機は、競合に負けたことに気づき、そして、優先順位に対する次の待機時間を計算するために“n”の値を増す。前記“n”の値は、優先順位に依存する最大値に制限される。これは図２で理解され、各縦の列は、固定された優先順位に対して選択できる最大待機時間を示す。チャンネルにアクセスするのに必要な再送信の数に従って、前述の最大値が指数関数的に増加することをチェックすることができる。
通信が正確に完了した時、もし、通信の優先順位に対する“n”の値が、それの初期値でないなら、つまり、前の状況での通信でエラーが発生した時、“n”の値はそれの初期値に戻され、その値も優先順位に依存する。
先に述べたように、送信機と受信機の両方は、SOTおよびEOT信号を送信しなければならない。SOT信号は、TS, CTS, データ および 承認フレームに先立ち、送信されなければならず、一方、EOT信号に対しては、２つの可能性がある。受信機は、それを承認フレームの後に送信し、そして送信機はそれであるとき、それを受信するか、その信号を同時に送信するために、通信の両端の瞬間が予め計算される。送信機から信号を受け取ることができるだけであるノードと、受信機から信号を受け取ることができるだけであるノードに対し、チャンネルの開放が同時になるので、この２番目の方法は望ましい。
上述したように、この媒体アクセスの手順を実行するために、チャンネルの予約(SOT 5)および開放(EOT 10) を行うために２つの信号が必要である。これらの信号は、電気的ネットワークに使用されるためのある特性がなければならない。その特性の内、周波数選択チャンネルでの高感度、短期間で簡単な発生および検出、および電気的ネットワークに存在するノイズに強いことが挙げられる。
このために SOT (5) および EOT (10) 信号は、例えば図５に示すように、K回繰り返されるベース信号(１３)から開始が定義される。各繰り返しに用いられた信号に依存して、SOT (5) またはEOT (10) が発生される。SOT(5)は、同じサインによる信号のK回の繰り返しに対応する。一方、EOT(10)はK回の繰り返しに対応するが、各繰り返しでサインが交互に交代する。つまり、ベース信号はそのままで送信され、その後、それは反転して送信され、そのようにしてk回繰り返される。このように、時間内にベース信号のサンプルを含むメモリから始め、そして、信号を発生するために、メモリがk回リードされることで、信号を発生することができる。図５は、kに対して６の値が選ばれたベース信号から開始して、これらの信号の発生の例を示す。
また、その手順は、ベース信号を反復するといった他のサインパターンを使用することで、より多くの信号の送信を許可する。例えば、２人以上のユーザを見分けることが必要である実施では、いくつかのパターンは(+ + - -) または (+ + + - +)であるかもしれない。
信号の持続時間と検出確率との間の妥協を許容するために、繰返し数を設定することができる。つまり、繰返し数が大きければ大きいほど、信号のより大きい持続時間の犠牲に対し、感度はより大きい。(信号の持続時間が繰り返されるたびに感度を3dB増加させる。)
また、ベース信号はOFDM信号な周波数として発生することができる。これは、SOTおよびEOT信号によって占領された周波数を正確に決定できる利点がある。ベース信号を発生させるために、キャリアは、使用されることが望まれない周波数でゼロにでき、そして、他のものでランダム値に設定できる。このランダム値が一定の大きさとランダムな位相から通常成るので、使用されたキャリアは同じパワーを持つ。このように、SOTとEOT信号は、データを送るためにシステムによって使用される周波数のみで送信される。ノードが使用したがっている周波数でノードがチャンネルを予約するだけであるので、これはかなりの利点を表し、このように、重ならない周波数範囲を用いる２つのノードは、周波数時分割の手段により媒体を共有するので、同時に送信でき、その結果、チャンネルの使用を最小にする。周波数範囲が完全にまたは部分的に重なるなら、ノードは、予約と開放の信号を検出し、そして、媒体へのアクセスは、この発明で述べた手順に従って時分割により実行される。
信号のサイドローブをより急速に減衰させるために、高くしているコサインウィンドウが時間内に、ベース信号に掛けられる。このように、帯域外の信号放射は抑えられ、そして異なった周波数範囲を持っているノード間の信号検出は回避され、そのため、２つのシステムで使用される周波数が十分に分離されていないなら、SOT または EOTの誤検出がサイドローブのために発生するので、それらが異なる周波数を使用して、それぞれ一つが他方の信号を決して検出しない時は、媒体は同時にアクセスできる。ウィンドウを使用することによって、異なった周波数範囲を使用するノードの間のチャンネル予約と開放信号を検出しないための最小の分離は、抑えられる。
受信で信号を検出するために、連続したDFTは受信された信号に関して計算される。プロセスの開始の瞬間が重要ではないので、これらのDFTについて計算するために、送信機と受信機の間で同期は必要ではない。これは、図７で明確に知ることができ、受信信号とDFTにより実行されたウィンドウ処理が示される。このウィンドウ処理は、明確に送信で行われたものに対応しないが、各DFTが同じ信号で実行されるので、信号の特性は維持され、そして、その検出器が１つの信号と次のものと比較するので、それがまさにオリジナルのベース信号と等しくないかどうかは重要ではない。図６は受信機のためにブロックダイアグラムを示し、それは、DFTブロック(14)を含む。その後に、各々のキャリアにおいてブロック(15)の手段により、位相が計算され、それは、メモリ(17)に格納されていた以前のシンボルでの位相が減算される。これらの位相差の絶対値は、次に計算され、それらは加算(18)され、そしてしきい値(20)と比較される。SOTを送ったなら、DFTが同じ信号で計算されるので、位相差は、ゼロに接近し、そのため、位相差の合計がしきい値を下まわった時に、信号が検出される。EOTの場合は反対が起こり、位相差はおよそ１８０°になり、位相合計がしきい値を超えた時に信号が検出される。受信機ウィンドウに独立して同じ信号で実行された２つのDFTが常にあることを保証するので、システムを正しく機能させるために、ベース信号の繰返し数は、３以上である必要がある。検出器がチャンネルから受信した雑音で動作した時、位相差は、0°と180°の間隔で一様に分布し、そして、位相差の合計を実行するとき、結果は、Central Limit Theoremに基づくガウシアン分布となり、９０°の平均および、合計された位相の数が大きい程、より小さい変化が得られる。しきい値は、誤検出の確率を最小にし、感度を最大にするために決定される。この全体のプロセスだけでは、受信機によって使用された周波数に対応するキャリアが処理される。
周波数選択チャンネルでの検出器の機能を改善するために、DFTから出たキャリアを、周波数でのそれらの位置に基づき、サブグループに分割でき、そして、それらのサブグループの各々で位相の合計が実行される。信号検出は、まさしくこれらの周波数が雑音を超えた十分なレベルで受信される場合に対応するので、正に１つのサブグループでの信号検出は十分である。別の可能な改善は、位相差の合計の間で時間の相関関係を実行することである。受信機でDFTを実行するとき、様々な連続した時間でベース信号が送信されると、位相の合計は、様々な連続したシンボルの間で、検出状態を充足するであろう。他の場合では、しきい値に達しないが、様々な連続したシンボルの間で、位相合計がそのしきい値に近づくのが観測されるであろう。SOTの場合より幾分大きく、EOTに対しては幾分小さい、第２のしきい値を選択するためにこの事実を利用することができ、その事実は、信号が２つの連続したシンボル間で達した時に、その信号を検出するであろう。同様に、３つの連続したシンボルなどで同じことができる。
その機能は図８で観察され、種々の連続したシンボル間で位相合計の結果が示される。しきい値を示す４つのライン(２３、２４)が示され、下側の２つ(２３)はSOTに対するものであり、上側の２つ(２４)はEOTに対するものである。位相合計は初期では、しきい値の間の中間値を持っていることがわかり、これは、２つの信号のどちらも受け取っていないが、シンボル１０と１５の間に、それは低下しているのを示し、これはSOTが受信されたことを示し、その場合、２つのしきい値で検出される。後で、シンボル３０と３５の間で、EOTに対応して上昇が検出される。この場合、２つの連続したシンボル間で第２のしきい値で正に検出され、その位相差は、そのしきい値を上回って維持される。
受信時、DFTに入るサンプルは、hanning(窓関数)か同様なタイプのウィンドウが掛けられ、それにより、 SOT および EOT の誤検出の可能性が平均化される。これは図６でのウィンドウブロック(22)により示される。
受信機の場合に対してブロック(２１)の手段で示されるように、送信および受信時、デジタルの帯域変換が実行される。その帯域変換は、信号がいずれの周波数範囲にも位置するので、システムにより多い柔軟性を与える。別の利点は、帯域変換が行われても行われなくても、信号の対称性を維持することができるということである。第１の場合では、帯域変換を用いるシステムおよび、ベース帯域で動作するシステムは、信号を検出できるが、対称性が維持されないなら、信号は、ベース帯域で送信された信号がベース帯域で受信するノードにより検出されるだけであるのと同じように、受信時に帯域変換を実行するシステムにより検出されるだけであろう。このように、帯域変換ありと、帯域変換なしのシステムは、この発明の手順によってチャンネルを共有することができるか、または２つの独立したグループとして機能できる。
以上のように、受信機はいかなる時も、各キャリア内の振幅情報を使用せず、そのことが、ゲイン調整が受信機で行われても、信号が受信されるのを許可する。これらの調整は、それらの位相ではなく、キャリアの振幅に影響するであろう。 伝達関数の位相が異なる利得の間で変化しないような方法で受信機のためのアンプの設計をしなければならない。
ノードが低電圧の電気ネットワークの異なる箇所に接続され、かつ、相互に視認的に示された実際の例を示す。 必要な再送信回数に基づく、最大の待ち期間数のグラフを表す。 後でノードＡがランダムの待機を実行し、そして、RTS/CTS送信が実行されるデータ送信の典型的な場合を示す。 ２つのノードからの２つの送信要求が互いにクロスする特別の場合、およびそれが解決される方法を示す。 あるベース信号からチャンネルを開始させるための予約信号(SOT)および開放信号(EOT)の例を示す。 共存に必要である信号の検出に対する受信ブロック図を示す。 図６のブロック図の手段により受信されたシンボルのウィンドウ表示を示す。 受信信号の合計位相の形状および、共存信号の検出しきい値の位置を示す。
符号の説明
A, B, C, D, E, F, G, H および I：ノード
１：ブロック
２：低電圧変圧器
４：待機時間
５：送信
９：承認フレーム
２３：ライン
２４：ライン

Claims (29)

  1. 複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法であり、
    通信チャンネルのような電気的ネットワークを用いる異なるシステム間の通信、媒体へのアクセスプロトコルおよび、前記プロトコルを実行する信号を備え、
    チャンネルをそれぞれ予約し、開放するために、２つの異なった信号が用いられ、一つは、送信開始(SOT)信号(5)、他の一つは、送信終了(EOT)信号(10)であり、そして、ネットワークに存在する全てのシステムは前記信号を検出でき、
    ノードがチャンネルにアクセスしたい時、そのノードは、チャンネル(3)の開放を待ち、そして、競合期間(4)を確立し、その間に、ノードは、チャンネルを予約するために送信開始(SOT)信号(5)を送信する前に、ランダム長の時間を待つ間に選択的に動作を行い、そして、待ち時間(4)が終了する前に、送信開始(SOT)信号(5)を検出するなら、予約することを中止し、そして、
    送信開始(SOT)信号(5)でノードが一旦、チャンネルを予約すると、情報を送信するために最大長の時間が設定され、その後に、送信終了(EOT)信号(10)が送信されることを特徴とする方法。
  2. ノードが送信終了(EOT)信号(10)を受信した時、そのノードは、チャンネル(3)が開放されるべきと判定する請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  3. チャンネル予約のための送信開始(SOT)信号(5)より経過する選択的な時間が、予め設定されたチャンネルの最大占有時間より大きくなった時、または、ノードの初期化の時点から経過した時間が、予め設定されたチャンネルの最大占有時間より大きくなり、そして、送信開始(SOT)信号(5)が受信されない時、そのノードは、チャンネル(3)が開放されるべきと判定する請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  4. 送信開始(SOT)信号(5)を送信する以前の待機時間(4)は、送信すべきデータの優先順位、チャンネルの密度および前記ノードにより以前に使用されたチャンネルに依存して、最小値と最大値の間でランダムに選択される請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  5. 待機時間の間に送信開始(SOT)信号(5)を受信した時に、ノードが情報を伝えようとして、その競合に負けた時、直前の競合での選択されたランダムの時間を終了するために残っている時間として待機時間(4)が選択される請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  6. 送信機ノードにより以前に予約されたチャンネルにて、通信に含まれる２つのノードがチャンネル予約(SOT)(5)を送り、そして、(EOT)(10)を開放する請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  7. チャンネル予約が一旦されると、データ(8)の通信の期間に受信された開放信号(EOT)(10)および、送信機から受信機への、および、受信機から送信機へのデータ認識(9)は、フィルタ処理される請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  8. 競合(4)でのランダムの待機の値は、１ビット以上のＡ／Ｄコンバータから得られる請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  9. 送信開始(SOT)信号(5)の送信後にノードがチャンネルをアクセスした時、そのノードは、フレーム送信要求(RTS)(6)を目的のノードへ送信する請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  10. フレームを送信する要求(RTS)(9)を受信した時にチャンネルが以前に予約されていなければ、ノードがフレームを送信する要求(RTS)を受信した時、そのノードは、送信(CTS)(7)を受け取るために制御フレームを送信する請求項９記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  11. チャンネルを予約した後で、以前にフレーム送信要求(RTS)を送信したノードからフレーム送信要求(RTS)をノードが受信した時、そのMAC(中間アクセス制御)のアドレスが目的のノードのそれ以下であれば、ノードは、送信(CTS)(7)を受信するために、制御フレームを送信する請求項９記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  12. フレームを送信する要求(RTS) (6)が送信されたノードから送信(CTS) (7)を受信する制御フレームをノードが受信した時、そのノードはデータフレーム(8)を送信する請求項１０または１１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  13. 送信(CTS)(7)を受信するために、制御フレームを送信したノードからデータフレーム(8)を受信した時、そのノードは、受信データ(9)に対する承認フレームおよび、送信終了(EOT)を送信して通信を終了する請求項１２記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  14. チャンネル予約をした後で、受信機との通信でエラーが検出された時、送信機ノードでの次の競合の最大待機の値が増大する請求項４記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  15. チャンネル予約が実行され、そして受信機との通信がエラーなしで完了した時、送信機ノードの初期値に調整される時、最大待機時間は、送信機ノードの初期値に調節される請求項１４記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  16. チャンネル予約を行った後にデータ(8)を送信したノードから承認フレーム(9)を送信機ノードが受信した時、送信機ノードは開放信号(EOT)を送信する請求項１３記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  17. 送信機と受信機ノードからの開放信号(EOT)(10)が以前に設定されたタイムウィンドウで一致するように、送信機ノードは以前に計算されたある瞬間に開放信号(EOT)(10)を送信する請求項１３記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  18. 送信開始(SOT)信号(5)は、同じベース信号(13)のn回の繰り返しからなる請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  19. 送信終了(EOT)信号(10)は、同じベース信号(13)のn回の繰り返しからなるが、各繰り返しで交互に反転する請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  20. ベース信号(13)の異なった繰り返しパターンを用いて、これらの送信開始(SOT) (5) および送信終了(EOT) (10) に加えて異なる信号が発生される請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  21. ベース信号(13)は、OFDM信号であり、これらの周波数がデータ送信のために使用されているなら、それらの周波数をランダム値に設定するか、これらの周波数がデータ送信のために使用されていないなら、それらの周波数をゼロに設定するかで選択された周波数のキャリアで動作が実行される請求項１８、１９および２０のいずれかに記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  22. 異なる周波数低域を使用するノードは、送信媒体を同時にアクセスする請求項２１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  23. 送信開始(SOT)信号(5)および送信終了(EOT)信号(10)の検出は、受信信号への連続DFT(離散フーリエ変換)を実行し、一つのDFTと以前の一つとの間のキャリアの位相(15)の差(16)を計算し、そして、受信機ノード(18)で使用された周波数を占有するキャリアにおけるすべての位相差を加算することからなり、その合計が予め設定されたしきい値(23)を下回るなら、送信開始(SOT)信号(5)が検出(19)され、その合計が予め設定された別のしきい値(23)を上回るなら、送信終了(EOT)信号(10)が検出(19)される請求項２１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  24. 位相差(18)の合計が、受信機で使用された帯域内のサブレンジで得られ、一つのサブレンジ内の検出は、送信開始(SOT)信号(5)および送信終了(EOT)信号(10)の検出に対して十分である請求項２３記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  25. 各々異なるタイプの信号(送信開始(SOT)信号(5)または送信終了(EOT)信号(10))に対して異なるしきい値(23)および(24)が使用され、かつ、連続する位相差の種々の合計の間に与えられなければならない請求項２３または２４記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  26. ベース信号の最初と最後のサンプルは、時間内に、高くしているコサインタイプウィンドウが掛けられる請求項２１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  27. 受信時、DFT(14)に入るサンプルは、ハニング(hanning)または同様なタイプのウインドウ(22)により掛けられる請求項２３記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  28. 送信および受信時、信号(21)に周波数変換が実行される請求項２１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
  29. 送信開始(SOT)信号(5) は、自動ゲイン制御(AGC)に対しても実行される請求項１記載の複数の通信ノードを、電気的格子上の送信手段にアクセスすることを可能にする方法。
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