JP2007513572A - 無線ネットワークにおける通信のスケジューリング - Google Patents

Abstract

システムと技術が無線通信に関連して開示される。システムと技術は無線通信を含む。この場合、モジュールまたは通信装置は、各々が送信端末と、対応する受信端末を有する複数の端末ペアを選択し、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを決定し、送信端末の各々からその対応する受信端末への同時信号送信をスケジュールするように構成される。同時送信のスケジューリングは、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを満足する信号送信の各々のための電力レベルを選択することを含む。

Description

この開示は一般に無線通信に関し、特に、アドホック(ad-hoc)ネットワークにおける通信をスケジュールするための種々のシステムおよび技術に関する。

従来の無線通信システムにおいて、アクセスネットワークは一般的に任意の数のモバイル装置のための通信をサポートするために使用される。これらのアクセスネットワークは、地理的領域の至る所で分散した複数の固定サイト基地局で典型的に実施される。地理的領域は一般的にセルとして知られるより小さな領域に再分割される。各基地局は、それぞれのセル内のすべてのモバイル装置にサービスするように構成してもよい。その結果、アクセスネットワークは、異なるセル領域に渡って変化するトラフィック需要に対処するように容易に再構成されないかもしれない。

従来のアクセスネットワークとは対照的に、アドホックネットワークはダイナミックである。しばしば端末と呼ばれる多数の無線通信装置がネットワークを形成するために結合することを決定するとき、アドホックネットワークは形成されるかもしれない。アドホックネットワーク内の端末はホストとルーターの両方として動作するので、ネットワークはより効率的な方法で既存のトラフィック需要を満たすために容易に再構成されるかもしれない。さらに、アドホックネットワークは、従来のアクセスネットワークにより必要とされるインフラストラクチャを必要とせず、アドホックネットワークを将来に対する魅力的な選択にさせる。

ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）は、アドホックネットワークを用いて実施してもよい通信技術の一例である。ＵＷＢは、非常に広い帯域幅にわたって高速通信を提供する。同時に、ＵＷＢ信号は電力をほとんど消費しない非常に短いパルスで送信される。ＵＷＢ信号の出力電力は非常に低いので、ＵＷＢ信号は他のＲＦ技術に対して雑音のように見え、干渉をより少なくする。

多数の多元接続技術はアドホックネットワーク内において同時通信をサポートするために存在する。一例として、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）スキームは非常に一般的な技術である。ＦＤＭＡはアドホックネットワーク内の２つの端末間で個々の通信に合計帯域幅の異なる部分を割り当てることを含む。このスキームは中断されない通信に対して有効であるかもしれないけれども、そのような一定の、中断されない通信が必要ないときに、合計帯域幅のより良い利用が達成されるかもしれない。

他の多元接続スキームは時分割多元接続（ＴＤＭＡ）を含む。これらのＴＤＭＡスキームは、中断されない通信を必要としない多数の端末の中で制限された帯域幅を割り当てるのに特に有効かもしれない。ＴＤＭＡスキームは典型的には指定された時間間隔で２つの端末間の各通信チャネルに全帯域幅を供する。符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）技術は、各時間間隔中に複数の通信をサポートするためにＴＤＭＡと一緒に使用されてもよい。これは、キャリアを変調する異なるコードを用いて指定された時間間隔で各通信または信号を送信することにより達成され、それにより信号のスペクトルを拡散するかもしれない。送信された信号は、所望の信号を逆拡散するために対応するコードを使用する復調器により受信機端末内で分離されるかもしれない。コードが一致しない不要な信号は、帯域幅において逆拡散されず、雑音のみに寄与する。

同時送信をサポートするためにスペクトル拡散通信を使用するＴＤＭＡシステムにおいて、堅固で効率的なスケジューリングアルゴリズムが望まれる。スケジューリングアルゴリズムは、過度の相互の干渉を防止するために、並列送信並びにこれらの送信のデータレートおよび電力レベルを決定するために使用してもよい。

発明の概要

この発明の１つの観点において、通信をスケジューリングする方法は、各々が送信端末および対応する受信端末を有する複数の端末ペアを選択することと、受信端末の各々の目標品質パラメーターを決定することと、送信端末の各々からその対応する受信端末への同時信号送信をスケジューリングすることとを含む。同時送信のスケジューリングは、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを満足する信号送信の各々のための電力レベルを選択することを含む。

この発明の他の観点において、通信端末は、各々が送信端末と、対応する受信端末を有する複数の端末ペアを選択し、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを決定し、送信端末の各々からその対応する受信端末への同時信号送信をスケジュールするように構成されたスケジューラーを含む。同時送信のスケジューリングは、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを満足する信号送信の各々のための電力レベルを選択することを含む。

この発明の更に他の観点において、通信端末は、各々が送信端末と、対応する受信端末を有する複数の端末ペアを選択する手段と、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを決定する手段と、送信端末の各々からその対応する受信端末への同時信号送信をスケジューリングする手段を含む。同時送信のスケジューリングは、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを満足する信号送信の各々のための電力レベルを選択することを含む。

この発明のさらなる観点において、コンピュータープログラムにより実行可能な命令群のプログラムを具現化するコンピューター読み取り可能な記録媒体は、通信をスケジュールする方法を実行するために使用されてもよい。この方法は、各々が送信端末と、対応する受信端末を有する複数の端末ペアを選択することと、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを決定することと、送信端末の各々からその対応する受信端末への同時信号送信をスケジューリングすることを含む。同時送信のスケジューリングは、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを満足する信号送信の各々のための電力レベルを選択することを含む。

この発明の他の実施形態は、以下の詳細な記述から当業者に対して容易に明白になるであろう。この場合、この発明の種々の実施形態は実例として示され記載される。実現されるように、この発明は他の実施形態および異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、すべてこの発明の精神および範囲を逸脱することなく、種々の他の観点において変更可能である。従って、図面と詳細な記述は、事実上実例とみなされ、限定的なものとしてみなされない。

この発明の観点は、添付した図面において一例として例証され、限定のために例証されるわけではない。

添付された図面に関連して以下に述べられる詳細な記載は、この発明の種々の実施形態の記述として意図されており、この発明が実施してもよい唯一の実施形態を表すことを意図していない。この開示に記載される各実施形態は、単にこの発明の一例または例証として提供される他の実施形態に対して好適であるまたは利点があるとして必ずしも解釈されるべきでない。詳細な記載は、この発明の完全な理解を提供する目的のための特定の詳細を含む。しかしながら、この発明がこれらの特定の詳細なしに実施してもよいことは当業者に明白であろう。いくつかのインスタンスにおいて、良く知られた構造および装置は本発明の概念を不明瞭にしないようにするためにブロック図の形で示される。頭文字語と他の記述的用語は、単に利便性と明瞭さのために使用されてもよくこの発明の範囲を制限するように意図されない。

以下の詳細な記述において、この発明の種々の観点は、ＵＷＢ無線通信システムとの関連で記載してもよい。これらの発明性のある観点はこのアプリケーションとともに使用するために良く適しているかもしれないが、当業者は、これらの発明性のある観点は、種々の他の通信環境に使用するのに同様に適用可能であることを容易に理解するであろう。従って、ＵＷＢ通信システムに対する任意の参照は、そのような発明性のある観点は広範囲のアプリケーションを有するという理解をもって、この発明を例証するためにのみ意図される。

図１は無線通信システムにおけるピコネットのためのネットワークトポロジーの一例を図解する。「ピコネット」は、特別な方法で無線技術を用いて接続された通信装置または端末の収集である。端末は静止していてもよくまたは徒歩でまたは乗り物、飛行機または船でユーザーにより運ばれている端末のように動いていてもよい。「端末」という用語は、携帯電話、無線電話または地上通信線電話、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、ラップトップ、外部または内部モデム、ＰＣカードおよび任意の他の同様な装置を含む任意のタイプの通信装置を含むことを意図している。

無線通信システムの少なくとも１つの実施形態において、各ピコネットは１つのマスター端末と、マスター端末に隷属する任意の数のメンバー端末を有する。図１において、ピコネット１０２は、いくつかのメンバー端末１０６間の通信をサポートするマスター端末１０４を有するように示される。マスター端末１０４は、ピコネット内のメンバー端末１０６の各々と通信することができるかもしれない。メンバー端末１０６はマスター端末１０４の制御の下で互いに直接通信することができるかもしれない。以下にさらに詳細に説明するように、ピコネット１０２内の各メンバー端末１０６は、また、ピコネット外部にある端末と直接通信できるようにしてもよい。

マスター端末１０４は、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡあるいは他の多元接続スキームのような任意の多元接続スキームを用いてメンバー端末１０６と通信してもよい。この発明の種々の観点を例証するために、図１に示される無線通信システムは、ＴＤＭＡ技術およびＣＤＭＡ技術の両方を採用するハイブリッド多元接続スキームとの関連で記載されるであろう。この発明は、そのような多元接続スキームに全く限定されないことを当業者は、理解するであろう。

ピコネットはさまざまな方法で形成されてもよい。一例として、端末が最初に電源を入れると、端末は種々のピコネットマスター端末からパイロット信号をサーチしてもよい。各ピコネットマスター端末によりブロードキャストされるパイロット信号は、変調されていないスペクトル拡散信号または任意の他の参照信号であってもよい。スペクトル拡散構成において、各ピコネットマスター端末に固有の擬似ランダム雑音（ＰＮ）コードは、パイロット信号を拡散するために使用される。相関プロセスを使用して、端末は、すべての可能なＰＮコードをサーチし、最も強いパイロット信号を有するマスター端末を識別する。最も強いパイロット信号が最小のデータレートをサポートするために十分な信号強度で受信されるなら、端末はマスター端末に登録することによりピコネットに加入しようと試みる。

いくつかのインスタンスにおいて、端末は、最小のデータレートをサポートするための十分な信号強度のパイロット信号を見つけることができないかもしれない。これは任意の数の理由によって生じるかもしれない。一例として、端末はマスター端末から遠すぎるかもしれない。あるいは、伝播環境は必要なデータレートをサポートするのに不十分かもしれない。いずれにしても、端末は既存のピコネットに加入できないかもしれず、それゆえ、自己のパイロット信号を送信することにより分離された端末として動作し始めるかもしれない。分離された端末は新しいピコネットのためのマスター端末になるかもしれない。十分な強度で分離された端末からブロードキャストされたパイロット信号を受信することができる他の端末は、そのパイロット信号を獲得しようと試み、分離された端末のピコネットに加入しようと試みる。

マスター端末１０４は、ピコネット間通信を調整するために周期的なフレーム構造を使用してもよい。このフレームは種々の端末のために通信媒体にアクセスを提供するために使用されるので、このフレームはしばしば技術的にメディアムアクセスコントロール（ＭＡＣ）と呼ばれる。フレームは特定のアプリケーションおよび全体の設計制約に依存する任意の継続期間であってもよい。議論のために５ｍｓのフレーム継続期間が使用されるであろう。５ｍｓフレームは６５０Ｍｃｐｓの高いチップレートおよび１９．２ｋｂｐｓに至るまでデータレートをサポートするための要望を供給するために合理的である。

ｎの数のフレーム２０２を有したＭＡＣフレーム構造の一例が図２に示される。各フレームは、１６０または任意の他の数のタイムスロット２０４に分割されてもよい。スロット継続期間は、３１．２５μｓであってもよい。これは６５０Ｍｃｐｓにおいて２０，３１２．５チップに相当する。フレームはオーバーヘッドのためのスロットのいくつかをささげてもよい。一例として、フレーム２０２内の第１スロット２０６は、スペクトル拡散パイロット信号をすべてのメンバー端末にブロードキャストするために使用されてもよい。パイロット信号は全体のスロット２０６を占有してもよいし、あるいは制御チャネルと時間分割してもよい。最初のスロット２０６の終端を占有する制御チャネルは、パイロット信号と同じ電力レベルですべてのメンバー端末にブロードキャストされるスペクトル拡散信号であってもよい。マスター端末はこの制御チャネルを用いてＭＡＣフレームの構成を定義してもよい。

マスター端末はピコネット間通信のスケジューリングに関与していてもよい。これは、図２のタイムスロット２０８および２１０のようなフレーム内の種々のタイムスロットを占有する１つ以上のさらなるスペクトル拡散制御チャネルを介して達成してもよい。これらのさらなる制御チャネルは、マスター端末を介して、すべてのメンバー端末にブロードキャストしてもよく、種々のスケジューリング情報を含んでいてもよい。スケジューリング情報はピコネット内の端末間の通信のための対スロット割り当てを含んでいてもよい。図２に示すように、これらのタイムスロットは、フレーム２０２のデータスロット部２１２から選択してもよい。端末間の各通信のための電力レベルおよびデータレートのようなさらなる情報も含んでいてもよい。また、マスター端末は、任意の所定のタイムスロット内の送信機会をＣＤＭＡスキームを使用して任意の数の端末ペアに与えてもよい。この場合、スケジューリング情報は、また、端末間の個々の通信に使用される拡散コードを割り当ててもよい。

マスター端末は、ピアツーピア送信のための時間の一部を周期的に取ってもよい。この時間の間、マスター端末１０４は、１つ以上の分離された端末および／または隣接ピコネットと通信するためにメンバー端末１０６の１つを割り当ててもよい。これらの送信は高い送信電力を要求するかもしれないし、いくつかのインスタンスにおいて、低いデータレートで単に維持することができる。分離された端末および／または隣接ピコネットと通信するために高電力送信が必要とされる場合、マスター端末は、任意のピコネット間通信を同時にスケジュールしないように決定してもよい。

図３は、端末の１つの可能な構成を図解する概念ブロック図である。当業者が理解するであろうように、端末の正確な構成は、特定のアプリケーションおよび全体の設計制約に依存して変わるかもしれない。明瞭さと完全性のために、種々の発明概念は、スペクトル拡散能力を有するＵＷＢ端末に関連して記載されるであろう。しかしながら、そのような発明概念は種々の他の通信装置に使用するのに同様に適切である。従って、スペクトル拡散ＵＷＢ端末への任意の参照は、そのような観点は広範囲のアプリケーションを有するという理解に従って、この発明の種々の観点を図解することのみを意図している。

端末は、アンテナ３０４に接続されたフロントエンドトランシーバー３０２を用いて実施してもよい。ベースバンドプロセッサー３０６は、トランシーバー３０２に接続されていてもよい。ベースバンドプロセッサー３０６は、ソフトウエアベースアーキテクチャまたは任意の他のタイプのアーキテクチャで実施してもよい。マイクロプロセッサーは、ピコネット内のマスターまたはメンバー端末として端末を動作可能にするエグゼグティブコントロールおよび全体のシステム管理機能をとりわけ供給するソフトウエアプログラムを実行するためのプラットフォームとして使用されてもよい。デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）は、マイクロプロセッサー上での処理要求を低減するための特定用途アルゴリズムを実行する埋め込まれた通信ソフトウエア層で実施してもよい。ＤＳＰは種々の信号処理機能を提供するように使用されてもよい。例えば、パイロット信号獲得、時間同期、周波数トラッキング、スペクトル拡散処理、変調および復調機能、およびフォワードエラー訂正である。

また、端末は、ベースバンドプロセッサー３０６に接続された種々のユーザーインターフェース３０８を含んでいてもよい。ユーザーインターフェースは、キーパッド、マウス、タッチスクリーン、ディスプレイ、リンガー、オーディオスピーカー、マイクロフォン、カメラおよび／または同等のものを含んでいてもよい。

図４は、マスター端末として動作するベースバンドプロセッサーの一例を図解する概念ブロック図である。ベースバンドプロセッサー３０６はトランシーバー３０２と一体で示される。トランシーバー３０２は、受信機４０２を含んでいてもよい。受信機４０２は、雑音と干渉がある状態で所望の信号の検出を提供する。受信機４０２は、所望の信号を抽出し、受信した信号内に含まれる情報がベースバンドプロセッサー３０６により処理することができるレベルに増幅するために使用されてもよい。

また、トランシーバー３０２は送信機４０４を含んでいてもよい。送信機４０４はベースバンドプロセッサー３０６からの情報をキャリア周波数に変調するために使用されてもよい。変調されたキャリアは、ＲＦ周波数にアップコンバートされ、アンテナ３０４を介して自由空間に放射するための十分な電力レベルに増幅されてもよい。

ベースバンドプロセッサー３０６は、マスター端末として動作するときスケジューラー４０６をイネーブルにしてもよい。ベースバンドプロセッサー３０６のソフトウエアベース実施の場合、スケジューラー４０６は、マイクロプロセッサー上で実行するソフトウエアプログラムであってよい。しかしながら、当業者が容易に理解するであろうように、スケジューラーはこの実施形態に限定されず、ここに記載した種々の機能を実行することができる、任意のハードウェア構成、ソフトウェア構成、またはそれらの組み合わせを含む、技術的に知られたいかなる手段によっても実施してもよい。

スケジューラー４０６はピコネットの容量を最適化する方法でピコネット間通信をスケジュールするために使用されてもよい。これはさまざまな方法で達成されてもよい。一例として、スケジューラー４０６は、同時通信に従事するであろう端末ペアを注意深く選択するために使用されてもよい。送信電力レベルは、受信端末の各々のための目標品質パラメーターを満足する同時通信の各々のためにスケジュールされてもよい。目標品質パラメーターは、受信端末におけるキャリア対干渉（Ｃ／Ｉ）比であってもよく、または技術的に知られた任意の他の品質パラメーターであってもよい。

図５は、スケジューラーの動作の一例を図解するフロー図である。ステップ５０２において、スケジューラーは、次のＭＡＣフレームのためのスケジュールを決定するプロセスを開始してもよい。最初に、スケジューラーは、現在のＭＡＣフレームの終わりに通信に従事している各端末ペア間に送信されるために残っているデータ量を決定してもよい。また、スケジューラーは、次のＭＡＣフレームのために端末ペア間に新しい呼をスケジュールしてもよい。ほとんどのインスタンスにおいて、既存の呼並びに新しい呼をサポートするために送信されるデータの合計量は、単一のＭＡＣフレームで送信できる量をはるかに超えるであろう。その場合、スケジューラーは次のＭＡＣフレーム内の送信のためのデータの一部のみをスケジュールしてもよい。次のＭＡＣフレームで送信することができるデータ量は、無線媒体の品質とともにサポートすることができる種々のデータレートに依存するであろう。より高いデータレートは、ＭＡＣフレームに時分割多重してもよいデータ量を増加させる傾向がある。しかしながら、より高いデータレートはまた最小のＱｏＳ要件を満たすためにより高いキャリア対干渉（Ｃ／Ｉ）比を要求する傾向があり、それゆえ、行うことができる並列送信の数を制限する。スケジューラーは、ピコネットの全体の容量を最大化するためのこれらの２つの競合する要因間のバランスを得る方法で構成してもよい。

スケジューラーは、各新しい呼のためのデータレートを決定するために使用されてもよい。スケジューラーにより選択されたデータレートは、要求されるサービスのタイプに基づいていてもよい。一例として、メンバー端末が他のメンバー端末に呼を開始してビデオアプリケーションをサポートするなら、スケジューラーは呼が高いデータレートを必要とすると決定してもよい。他のメンバー端末が他のメンバー端末に対して音声電話を開始するなら、スケジューラーは呼をサポートするためにより低いデータレートを選択してもよい。既存の呼のためのデータレートは周知であり、それゆえ、再計算される必要は無い。

各ピコネット間通信のためのデータレートが決定されると、スケジューリングの決定が行われてもよい。これらのスケジューリングの決定は、任意の周知のスケジューリングアルゴリズムに従って任意の数の考察に基づいていてもよい。一例として、スケジューリングの決定は、優先度システムに基づいて行ってもよい。この場合、音声通信は低い待ち時間通信よりも優先される。また、スケジューリングアルゴリズムは、スループットを最大にするために高いデータレート送信を優先してもよい。端末ペア間で転送されるデータ量を考察する公正な基準があってもよいし、そのような端末ペアによりすでに経験された遅延も考察してもよい。他の要因を考察してもよく、この発明の範囲内である。当業者は、既存のスケジューリングアルゴリズムを容易に任意の特定のピコネットアプリケーションに適応させることができるであろう。

スケジューラーは、並列送信をスケジュールすることにより次のＭＡＣフレームで送信することができるデータ量を増加させてもよい。並列送信は過度の干渉を生ぜずにデータスループットを最大にするようにスケジュールされなければならない。これは、各受信端末のための目標Ｃ／Ｉ比を維持しながら複数のタイムスロットで並列送信をスケジュールするための優先度ベースアルゴリズムを使用することにより達成してもよい。目標Ｃ／Ｉ比は、所望のＱｏＳを満足するデータレートをサポートするのに必要なＣ／Ｉ比である。新しい呼のための各受信端末のための目標Ｃ／Ｉ比は、ステップ５０４において、技術的に良く知られた手段により最大フレームエラーレート（ＦＥＲ）から計算してもよい。既存の呼のための目標Ｃ／Ｉ比は知られており、それゆえ、再計算される必要は無い。

ステップ５０６において、スケジューラーは、与えられたＭＡＣフレームのために受信端末の各々における目標Ｃ／Ｉ比を満足する方法で同時通信をスケジュールするように使用されてもよい。ピコネットトポロジーマップはこの目的のために使用されてもよい。ピコネットトポロジーマップの一例は図６に示される。ピコネットトポロジーマップは、マスター端末がメンバー端末から受信する送信からマスター端末により構成してもよい。図４に戻り、メンバー端末の受信信号強度を測定するために計算モジュール４０８を使用してもよい。各メンバー端末送信のタイミングおよび電力レベルはスケジューラー４０６により決定されるので、この情報は、計算モジュール４０８に供給されてもよい。そして、測定された受信信号強度と一緒に、スケジューラー４０６は、各メンバー端末に対する経路損失を計算することができるかもしれない。

また、メンバー端末は、ピコネット内の他のメンバー端末に対する経路損失測定値をマスター端末に周期的に供給するために使用されてもよい。これらの測定は、メンバー端末間のスケジュールされた送信に基づいていてもよい。経路損失測定値は、１つ以上の制御チャネルを介してマスター端末に送信されてもよい。受信側のシグナルプロセッサー４１２は、スペクトル拡散技術を採用して制御チャネルからこれらの測定値を抽出してそれらをメモリ４１０に記憶してもよい。

図６に戻って、２つの端末間の一連の破線は、２つの端末間の周知の距離を表す。マップ上の距離は、マスター端末にいて行われた経路損失測定値、並びに、メンバー端末によりマスター端末に返送される経路損失測定値から導き出してもよい。しかしながら、まもなくより詳細に説明されるように、並列送信スケジューリング決定に使用される測定された経路損失であり距離ではない。それゆえ、マスター端末が、ピコネット内の端末ペアのあらゆる可能な組み合わせのための経路損失情報を有するなら、マスター端末に対する各メンバー端末の角座標を知る必要なくして並列送信がスケジュールされてもよい。しかしながら、実際問題として、角座標を有するピコネットトポロジーは、並列送信をスケジュールする際に非常に有用であることを証明するかもしれない。図６を参照して、２つの端末間の見当たらない一連の破線は、マスター端末が２つの端末間の経路損失情報を有していないことを意味する。

角座標を有したピコネットトポロジーマップは、一例としてNabstar全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星ナビゲーションシステムを含む任意の数の技術を用いて構成してもよい。この実施形態において、各端末は、技術的に良く知られた手段によりその座標を計算することができるＧＰＳ受信機を備えていてもよい。メンバー端末の座標は、適切なスペクトル拡散制御チャネルを介してマスター端末に送信されてもよい。図４に戻ると、マスター端末内のシグナルプロセッサー４１２は、スペクトル拡散処理を使用し、メンバー端末座標を抽出し、それらをスケジューラー４０６に供給してもよい。スケジューラー４０６は、自己の座標と一緒に、これらの座標を用いて図６に示されるもののようなピコネットトポロジーマップを構築してもよい。

スケジューラー４０６はピコネットトポロジーマップを使用して、そうでなければ経路損失情報が利用できない端末ペア間の経路損失を推定してもよい。経路損失は、端末と環境条件との間の距離の関数である。多数の端末間の経路損失は知られており、同じ端末間の距離も知られているので、信号伝搬に関する環境条件の影響はスケジューラー４０６により推定することができる。環境条件がピコネットの全体にわたって相対的に同じであると仮定するなら、そうでなければ、経路損失情報が利用できない端末間の経路損失をスケジューラー４０６は、計算できるかもしれない。経路損失計算の結果は、後の使用のためにメモリ４１０に記憶してもよい。ＵＷＢのようなショートレンジアプリケーションにおいて、環境条件は、ピコネット全体にわたって実施的に同じであると仮定することにより正確な経路損失推定を行ってもよい。

スケジューラー４０６とメモリ４１０に記憶された経路損失情報とによりピコネットトポロジーマップが構築されると、スケジューリングの決定を行ってもよい。スケジューラー４０６は、次のＭＡＣフレームのためにスケジュールされるピコネット間通信が互いに過度に干渉しないことを保証するためにスケジューリング決定に関係する任意の他の適切な要因とともにピコネットトポロジーマップ内に含まれる情報を使用してもよい。

並列送信環境内の各受信端末において目標Ｃ／Ｉ比を維持するための方法論を記載する前に、図６に関する並列送信の影響を調べることは説明に役立つ。ピコネットの全体にわたって適度な目標Ｃ／Ｉ要件を仮定すると、メンバー端末１０６ａからメンバー端末１０６ｇへの送信は、おそらく、メンバー端末１０６ｃからメンバー端末１０６ｅへの送信と同時にスケジュールすることができる。メンバー端末１０６ａからの送信がメンバー端末１０６ｅにおいて過度の干渉を生じるはずがなく、メンバー端末１０６ｃからの送信は、メンバー端末１０６ｇにおいて過度の干渉を生じるはずはないので、このスケジューリング決定は、目標Ｃ／Ｉ要件を満足しなければならない。

また、より積極的なスケジューリング決定は、メンバー端末１０６ｆからメンバー端末１０６ｂへの送信を含んでいてもよい。目標Ｃ／Ｉ要件が十分に低いなら、このスケジューリング決定は、過度の相互干渉を生じないかもしれない。しかしながら、メンバー端末１０６ｇにおけるＣ／Ｉ比が、例えば、高データレートアプリケーションのために高いなら、メンバー端末１０６ａから送信された信号電力も高いかもしれず、メンバー端末１０６ｂに過度の干渉を生じる。メンバー端末１０６ｂによって経験されたメンバー端末１０６ａからの干渉は、実際のＣ／Ｉ比を目標より低く低減するかもしれず、それにより性能を受け入れられないレベルに劣化させる。この場合、メンバー端末１０６ｆからメンバー端末１０６ｂへの送信は異なる時間にスケジュールされなければならない。

各受信端末のためのＣ／Ｉ比が維持されることを保証するための計算をスケジューリングアルゴリズムを含んでいてもよい。スケジューラーがこの計算を実行する方法は、特定のアプリケーション、設計者の好み、および全体の設計制約に依存して変化してもよい。３つの同時送信を有するＭＡＣフレームにおける単一タイムスロットのための一例が以下に提供されるであろう。

図６に戻ると、３つの同時送信は、メンバー端末１０６ａからメンバー端末１０６ｇへの送信、メンバー端末１０６ｃからメンバー端末１０６ｅへの送信、およびメンバー端末１０６ｆからメンバー端末１０６ｂへの送信を含む。メンバー端末１０６ｇにおけるＣ／Ｉ比（Ｃ／ＩG）は、以下のようにマスター端末においてスケジューラーにより計算することができる。

メンバー端末１０６ｇにおける信号強度は、メンバー端末１０６ａからメンバー端末１０６ｇへの経路損失（ＬA-G）より少ない、メンバー端末１０６ａにおける送信電力（ＰA）に等しい。メンバー端末１０６ｇにおける干渉は、メンバー端末１０６ｃおよび１０６ｆによる信号送信に起因し、メンバー端末１０６ｆからメンバー端末１０６ｇへの経路損失（ＬF-G）より少ない、メンバー端末１０６ｃからメンバー端末１０６ｇへの経路損失（ＬC-G）プラス送信電力（ＰF）より少ないメンバー端末１０６ｃにおける送信電力（ＰC)により表すことができる。これらの関係に基づいて、Ｃ／Ｉ比は、以下の方程式により対数ドメインにおいて計算してもよい。

但し、Ｍはピコネット外干渉に対処するために使用してもよい干渉マージンに等しい。

２つの類似の方程式もまたメンバー端末受信機１０６ｅおよび１０６ｂにおいてＣ／Ｉ比を計算するために使用されてもよい。メンバー端末１０６ｅにおけるＣ／Ｉ比（Ｃ／ＩE）は以下の式により対数ドメインで計算してもよい。

但し、ＬC-Eはメンバー端末１０６ｃからメンバー端末１０６ｅへの経路損失である。ＬA-Eは、メンバー端末１０６ａからメンバー端末１０６ｅへの経路損失である。ＬF-Eは、メンバー端末１０６ｆからメンバー端末１０６ｅへの経路損失である。メンバー端末１０６ｂにおけるＣ／Ｉ比（Ｃ／ＩB）は以下の方程式により対数ドメインで計算してもよい。

但し、ＬF-Bは、メンバー端末１０６ｆからメンバー端末１０６ｂへの経路損失である。ＬA-Bはメンバー端末１０６ａからメンバー端末１０６ｂへの経路損失である。ＬC-Bは、メンバー端末１０６ｃからメンバー端末１０６ｂへの経路損失である。

受信端末の各々のための目標Ｃ／Ｉ比およびメモリに記憶された経路損失を方程式（１）−（３）に代入すると、代数的に解決されてもよい３つの方程式と３つの未知数（ＰA、ＰC、ＰF）をもち続ける。３つの方程式の条件をすべて満足することができると仮定すると、メンバー端末１０６ａ、１０６ｅおよび１０６ｂからの同時送信は計算された電力レベルでスケジュールしてもよい。他方、電力レベルの組み合わせが３つの方程式をすべて満足させることができないなら、または、要求される電力レベルのいずれかが端末の最大送信電力を超えるなら、スケジューラーは３つの送信を同時にスケジュールしないであろう。

スケジューリング決定が行われると、スケジューリング決定は次のＭＡＣフレームで１つ以上の制御チャネルを介してピコネット内のメンバー端末に送信されてもよい。送信側のシグナルプロセッサー４１６は、種々のメンバー端末にブロードキャストするために、トランシーバー３０２に供給される前にスケジュール割り当てを拡散するために使用されてもよい。

図７は、メンバー端末として構成されるベースバンドプロセッサーを有した端末の一例を図解する概念ブロック図である。スケジューラー４０６は、メンバー端末として動作している間、ベースバンドプロセッサー３０６によりイネーブルにならないことを図解する極めて細い線で示される。トランシーバー３０２の構成は、ベースバンドプロセッサー３０６がマスターとして動作していようがメンバー端末として動作していようが、同じであり、さらに議論されないであろう。トランシーバー３０２は完全のために図７に示される。

マスター端末として構成されたベースバンドプロセッサー３０６に関して以前に議論したように、スケジューリング割り当ては、１つ以上の制御チャネルを介してピコネット内のすべてのメンバー端末にブロードキャストしてもよい。受信側のシグナルプロセッサー４１２は、スペクトル拡散処理を採用して制御チャネルからスケジューリング情報を抽出し、それをコントローラー４１８に供給する。スケジューリング情報は、メンバー端末へのおよびメンバー端末からの種々の送信のためのタイムスロット割り当て、並びに各々のための電力レベルおよびデータレートを含んでいてもよい。

コントローラー４１８は、メンバー端末へのスケジュールされた送信のために受信側のシグナルプロセッサー４１２にデータレートおよび拡散情報を供給するために使用されてもよい。この情報を用いて、シグナルプロセッサー４１２は、相当な時期に他のメンバー端末からの通信をリカバーしてもよく、リカバーされた通信を種々のユーザーインターフェース３０８に供給するようにしてもよい。

また、コントローラー４１８は、他の端末からの各送信のために計算モジュール４０８に電力レベル情報を供給してもよい。計算モジュール４０８は、スケジュールされた送信の期間にトランシーバー３０２からの信号強度測定値を用いることにより送信端末からの経路損失を計算するためにこの情報を使用してもよい。計算モジュール４０８により計算された経路損失情報はメモリ４１０に記憶してもよく、制御チャネルブロードキャストのためのスケジュールされた時間の間送信側のシグナルプロセッサー４１６に供給されてもよい。ＧＰＳ受信機（図示せず）を採用する端末の種々の実施形態において、端末は、シグナルプロセッサー４１６とトランシーバー３０２を介して制御チャネルブロードキャストを介してマスター端末に座標情報を供給するために使用されてもよい。

シグナルプロセッサー４１６はピコネット内の種々のメンバー端末への通信を拡散するために使用されてもよい。通信は種々のユーザーインターフェース３０８から起こされ、スケジュールされる送信までバッファー４２０内に記憶されてもよい。スケジュールされた時刻において、コントローラー４１８は、スペクトル拡散処理のためにバッファー４２０からの通信を信号プロセッサー４１６にリリースするために使用されてもよい。通信のデータレート、拡散コードおよび送信電力レベルは、コントローラー４１８によりシグナルプロセッサー４１６にプログラムされてもよい。あるいは、送信電力レベルは、トランシーバー名の送信機４０４においてコントローラー４１８によりプログラムされてもよい。

ここに開示されている実施形態に関連して説明された多様な例示的な論理ブロック、モジュール及び回路は、汎用プロセッサー、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または他のプログラマブルロジックデバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、またはここに記載された機能を実行するように設計された任意の組み合わせで実施または実行されてよい。汎用プロセッサーは、マイクロプロセッサーであってよいが、代替策ではプロセッサーは、任意の従来のプロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラーまたは状態機械であってよい。

プロセッサーは、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサーの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサー、ＤＳＰコアと連動する１台または複数台のマイクロプロセッサー、あるいは任意の他のこのような構成など計算装置の組み合わせとして実現されてもよい。

ここに開示された実施形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムは、ハードウェア内、プロセッサーによって実行されるソフトウェアモジュール内、あるいは２つの組み合わせの中で直接的に具現化されてよい。ソフトウェアモジュールはＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取り外し可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または技術的に既知である任意の他の形式の記憶媒体に常駐してよい。記憶媒体は、プロセッサーが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるようにプロセッサーに結合されてよい。

代替策では、記憶媒体はプロセッサーに一体化してよい。プロセッサー及び記憶媒体はＡＳＩＣに常駐してよい。ＡＳＩＣはユーザー端末、または他のところに常駐してよい。代替策では、プロセッサー及び記憶媒体はユーザー端末内に別々の構成要素として常駐してよい。

開示された実施形態の上述の記載は、当業者がこの発明を製作または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する種々の変更は、当業者に容易に明白であり、ここに定義される包括的原理は、この発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用してもよい。従って、この発明は、ここに示される実施形態に限定することを意図したものではなく、ここに開示される原理と新規な特徴に一致する最も広い範囲が許容されるべきである。

図１はピコネットの一例を図解する概念図である。 図２は、ピコネット間通信を制御するためのミディアムアクセスコントロール（ＭＡＣ）フレームの一例を図解する概念図である。 図３は、ピコネット内で動作することができる端末の一例を図解する機能ブロック図である。 図４は、ピコネットのマスター端末として動作するベースバンドプロセッサーの一例を図解する機能ブロック図である。 図５はベースバンドプロセッサーにおけるスケジューラーの動作の一例を図解するフロー図である。 図６はピコネットトポロジーマップの一例を図解する概念ブロック図である。 図７は、ピコネットのメンバー端末として動作するベースバンドプロセッサーの一例を図解する機能ブロック図である。

Claims (34)

1. 通信をスケジュールする方法において、
   各々が送信端末と、対応する受信端末を有する複数の端末ペアを選択することと、
   前記受信端末の各々のための目標品質パラメーターを決定することと、
   前記送信端末の各々から対応する受信端末への同時信号送信をスケジューリングすることであって、前記同時送信のスケジューリングは、前記受信端末の各々のための前記目標品質パラメーターを満足する信号送信の各々のための電力レベルを選択することを含むこととを備えた方法。
2. 前記信号送信の各々のための異なる拡散コードをスケジューリングすることをさらに備えた、請求項１の方法。
3. 前記品質パラメーターはキャリア対干渉比を備えた、請求項１の方法。
4. 前記信号送信の各々のためのデータレートをスケジューリングすることをさらに備えた、請求項１の方法。
5. 前記送信端末の１つからの前記信号送信の２つのための前記スケジュールされたデータレートを用いて前記対応する受信端末における前記目標品質パラメーターを決定する、請求項４の方法。
6. 前記信号送信のための前記スケジュールされたデータレートは、前記端末ペアの各々に対して要求された前記サービスのタイプの関数である、請求項４の方法。
7. 前記スケジュールを前記端末ペアの各々にブロードキャストすることをさらに備えた、請求項１の方法。
8. コードで前記ブロードキャストを拡散することをさらに備えた、請求項７の方法。
9. 前記同時送信の前記スケジューリングは、前記送信端末の各々から前記受信端末の各々への経路損失情報の関数である、請求項１の方法。
10. １つ以上の前記端末から経路損失情報を受信することをさらに備えた、請求項９の方法。
11. 前記端末ペアは端末のピコネットから選択される、請求項１の方法。
12. 前記同時送信のスケジューリングは、前記送信端末の各々から前記受信端末の各々への経路損失情報の関数である、請求項１１の方法。
13. １つ以上の前記ピコネット端末から前記経路損失情報を受信することをさらに備えた、請求項１２の方法。
14. ピコネットトポロジーマップを構築することと、前記ピコネットトポロジーマップから前記経路損失情報の少なくとも一部を導き出すこととをさらに備えた、請求項１２の方法。
15. 前記スケジュールされた信号送信の１つを前記受信端末の対応する受信端末に送信することをさらに備えた、請求項１の方法。
16. 前記送信端末の対応する送信端末から前記スケジュールされた信号送信の１つを受信することをさらに備えた、請求項１の方法。
17. 各々が送信端末と対応する受信端末を有する複数の端末ペアを選択し、前記受信端末の各々のための目標品質パラメーターを決定し、前記送信端末の各々からその対応する受信端末に同時信号送信をスケジュールするように構成されたスケジューラーであって、前記同時送信の前記スケジューリングは、前記受信端末の各々のための前記目標品質パラメーターを満足する前記信号送信の各々のための電力レベルを選択することを含む、スケジューラーを備えた、通信端末。
18. 前記スケジューラーは、前記信号送信の各々のための異なる拡散コードをスケジュールするようにさらに構成される、請求項１７の通信端末。
19. 前記品質パラメーターは、キャリア対干渉比を備えた、請求項１７の通信端末。
20. 前記スケジューラーはさらに前記信号送信の各々のためのデータレートをスケジュールするようにさらに構成された、請求項１７の通信端末。
21. 前記送信端末の１つからの前記信号送信の１つのための前記スケジュールされたデータレートを用いて、前記対応する受信端末において前記目標品質パラメーターを決定する、請求項２０の通信端末。
22. 前記信号送信の各々のための前記スケジュールされたデータレートは、前記端末ペアの各々に対して要求された前記サービスの関数である、請求項２０の通信端末。
23. 前記スケジュールを前記端末ペアの各々にブロードキャストするように構成されたトランシーバーをさらに備えた、請求項１７の通信端末。
24. コードで前記ブロードキャストを拡散するように構成されたシグナルプロセッサーをさらに備えた、請求項２３の通信端末。
25. 前記スケジューラーは、前記送信端末の各々から前記受信端末の各々への経路損失情報の関数として前記同時送信をスケジュールするようにさらに構成された、請求項１７の通信端末。
26. １つ以上の前記端末から前記経路損失情報を受信するように構成されたトランシーバーと、前記受信された経路損失情報を記憶するように構成されたメモリとをさらに備え、前記スケジューラーは前記メモリにアクセスするように構成される、請求項２５の通信端末。
27. 前記スケジューラーは、端末のピコネットから前記端末ペアを選択するように構成される、請求項１７の通信端末。
28. 前記スケジューラーは、前記送信端末の各々から前記受信端末の各々への経路損失情報の関数として前記同時送信をスケジュールするようにさらに構成される、請求項２７の通信端末。
29. １つ以上の前記ピコネット端末からの前記経路損失情報を受信するように構成されたトランシーバーと、前記受信した経路損失情報を記憶するように構成されたメモリとをさらに備え、前記スケジューラーは前記メモリにアクセスするように構成される、請求項２８の通信端末。
30. 前記スケジューラーはピコネットトポロジーマップを構築し、前記ピコネットトポロジーマップから前記経路損失情報の少なくとも一部を導き出すようにさらに構成される、請求項２８の通信端末。
31. 前記スケジュールされた信号送信の１つを前記受信端末の対応する１つに送信するように構成されたトランシーバーをさらに備えた、請求項１７の通信端末。
32. 前記送信端末の対応する１つから前記スケジュールされた信号送信の１つを受信するように構成されたトランシーバーをさらに備えた、請求項１７の通信端末。
33. 各々が送信端末と、対応する受信端末とを有する複数の端末ペアを選択する手段と、
    前記受信端末の各々のための目標品質パラメーターを決定する手段と、
    前記送信端末の各々からその対応する受信端末への同時信号送信をスケジュールする手段とを備え、前記同時送信のスケジューリングは、前記受信端末の各々のための前記目標品質パラメーターを満足する前記信号送信の各々のための電力レベルを選択することを含む、通信端末。
34. 下記方法を備えた通信をスケジュールする方法を実行するためにコンピュータープログラムにより実行可能な命令のプログラムを具現化するコンピューター読み取り可能記録媒体において、前記方法は、
    各々が送信端末と、対応する受信端末とを有する複数の端末ペアを選択することと、
    前記受信端末の各々のための目標品質パラメーターを決定することと、
    前記送信端末の各々からその対応する受信端末への同時信号送信をスケジュールすることであって、前記同時送信のスケジューリングは、前記受信端末の各々のための前記目標品質パラメーターを満足する前記信号送信の各々のための電力レベルを選択することを含むことを備えた、記録媒体。

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