JP2007538461A - 無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させるためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

受信機に関連付けられた無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させるためのシステムおよび方法、ならびに前記システムまたは前記方法を組み込んだ受信機。一実施形態では、前記システムは、（１）前記無線デジタル通信ネットワークから前記受信機によって受信されたＰＤＵのサービス・クラスを判定するように構成されたサービス・クラス検出器と、（２）前記サービス・クラス検出器に結合され、前記ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることを前記サービス・クラスが示している場合、前記ＰＤＵの誤り検査情報を無視するように構成されたフレーム検査シーケンス・チェッカとを含む。

Description

本発明は、本願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる、Ｂｒｏｎｎｅｒ等の「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｒａｎｇｅ ｏｆ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌｓ ｂｙ Ｃｈａｎｇｉｎｇ Ｍａｘｉｍｕｍ Ａｌｌｏｗｅｄ Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ （ＢＥＲ） ｆｏｒ Ｐａｃｋｅｔ Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ」と題し２００４年５月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／５７２６２０号に基づく優先権を主張する。

本発明は一般に、無線通信ネットワークに関し、より詳細には、無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させるためのシステムおよび方法に関する。

今日の世界では、無線デジタル通信ネットワークが広範に使用されるようになっている。かかるネットワークは、信頼性のある形で迅速かつ柔軟にコンピュータ・ファイルなどのデジタル・データを通信するのに適している。

ネットワーク内のある局（「送信局」）から別の局（「受信局」）にデータを送るために、送信局はまず、データを複数のタイム・スライス断片に分割する。次いで、送信局は、これらの各断片にネットワーク経路指定情報および誤り検査情報を追加して、多くのプロトコルで「パケット」と呼ばれるプロトコル・データ単位（ＰＤＵ）を作成する。送信局はその後、ネットワークを介して各ＰＤＵを個別に送信する。受信局は、経路指定情報を使用してネットワークを介しＰＤＵを受信し、誤り検査情報を使用してデータ・セグメントを検証し、そのセグメントの再組立てを行ってデータを再現する。

誤り検査は、データの破損が重大な結果をもたらす恐れがあるので重要なものである。データの破損は、衝突（複数のＰＤＵが同時に送信されること）、外部干渉（例えば、ネットワーク外部からの無線周波数干渉）、または不十分な送信電力（例えば、ＰＤＵの送信される距離が大きくなり過ぎた場合）の結果として生じる可能性がある。特定のデータ・セグメントが破損していることが分かった場合は、その破損セグメントを含むＰＤＵを再送信しなければならないが、これによって時間もネットワーク帯域幅も消費される。
無線デジタル通信ネットワークは、例えばネットワークを介して電話の会話を搬送可能にするために、例えばデジタル式オーディオまたはデジタル・オーディオ（例えば、音声または音楽）あるいはビデオなどのストリーミング・メディアを通信することもできる。ストリーミング・メディアは、単なるデジタル・データに過ぎず、ネットワークにとってはコンピュータ・ファイルと全く同様に見える。しかし、コンピュータ・ファイルとは異なり、ストリーミング・メディアは対話的であることが多く、したがって時間に敏感であることを強いられる。したがって、破損セグメントの再送信に使用可能な時間が十分にあることは稀である。

こうした大きな制約に鑑みて、従来技術の無線デジタル通信ネットワーク設計は全て、データの誤りを排除することによって再送信の必要を回避することに焦点を当てている。再送信を回避する１つの手法は、送信電力を増大させることである。残念ながら、これには追加の電力が必要となり、バッテリ寿命が短縮される。別の手法は、データの送信される範囲を制限することである。しかし、範囲を制限することにより、ネットワークの柔軟性および利用性が制限される。他の手法は、各ＰＤＵに誤り訂正データを追加することである。誤り訂正情報を使用すれば受信局でデータを再構築することができるが、誤り訂正情報は、追加のネットワーク帯域幅を通信に必要とし、したがってデータを処理するネットワークの容量を制限する。他の手法は、受信機の感度あるいは雑音またはフェージング耐性を向上させることであるが、この手法を用いると受信機の設計がより複雑かつ高コストになる。他の手法は、データ伝送速度を減少させることである。残念ながら、この手法を用いるとネットワーク効率が低下する。これらのアプローチはいずれも、満足の行くものではないことが判明している。
米国仮特許出願第６０／５７２６２０号

したがって、当技術分野では、無線デジタル通信ネットワークを介してストリーミング・メディアを通信するより優れた手法が必要とされている。より具体的には、当術分野では、ストリーミング・メディアの通信に関する無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させる手法が必要とされている。

上述の従来技術の欠点に対処するために、本発明は、一態様では、受信機に関連付けられた無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させるためのシステムを提供する。一実施形態では、前記システムは、（１）前記無線デジタル通信ネットワークから前記受信機によって受信されたＰＤＵのサービス・クラスを判定するように構成されたサービス・クラス検出器と、（２）前記サービス・クラス検出器に結合され、前記ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることを前記サービス・クラスが示している場合、前記ＰＤＵの誤り検査情報を無視するように構成されたフレーム検査シーケンス・チェッカとを含む。本発明では、「ストリーミング・メディア」は、デジタル式オーディオまたはデジタル・オーディオ（例えば、音声または音楽）あるいはビデオとして定義される。また、本発明では、「受信機」は、ハンドセットなどのエンドポイント局だけではなく、ホーム・ゲートウェイおよびメディア・ゲートウェイ、ならびにデータを無線で受信した後に当該データを無線または有線で再送信する可能性がある、他の中間ネットワーク・ノードまたはウェイポイントをも含むように広義に定義される。

誤り検査情報を無視すると、より高いビット誤り率（ＢＥＲ）が許容されることにより、無線デジタル通信ネットワークの範囲が縮小される可能性がある。誤り検査情報を無視すると、ＰＤＵの再送信が回避され、他のＰＤＵの送信用の帯域幅が開放されることにより、無線デジタル通信ネットワークの帯域幅が縮小される可能性がある。

別の態様では、本発明は、受信機内で実施される無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させる方法を提供する。一実施形態では、前記方法は、（１）前記無線デジタル通信ネットワークから前記受信機によって受信されたＰＤＵのサービス・クラスを判定する工程と、（２）前記ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることを前記サービス・クラスが示している場合、前記ＰＤＵの誤り検査情報を無視する工程とを含む。

他の態様では、本発明は、無線デジタル通信ネットワーク受信機を提供する。一実施形態では、前記受信機は、（１）アンテナと、（２）前記アンテナに結合されたダウンコンバータと、（３）前記ダウンコンバータに結合された物理層プロセッサと、（４）前記無線デジタル通信ネットワークから前記受信機によって受信されたＰＤＵのサービス・クラスを判定するように構成されたサービス・クラス検出器と、（５）前記サービス・クラス検出器に結合され、前記ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることを前記サービス・クラスが示している場合、前記ＰＤＵの誤り検査情報を無視するように構成されたフレーム検査シーケンス・チェッカと、（６）前記フレーム検査シーケンス・チェッカに結合されたコーデックとを含む。

上記では、この後に続く本発明の詳細な説明を当業者がより良く理解できるように、本発明の好ましい特徴および代替的な特徴を概略してきた。以下では、本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明の追加の特徴を記載する。本発明と同じ目的を達成するように他の構造を設計しまたは修正する基礎として、本明細書に開示の概念および特定の実施形態が容易に使用できることが当業者には理解されるはずである。本発明の趣旨および範囲を逸脱しないような等価構造も当業者には理解されるはずである。
ここで、本発明のより完全な理解を与えるために、添付の図面と併せて解釈される以下の説明を参照する。

システム、受信機、または方法に関する例示的な諸実施形態を説明する前に、例示的なＰＤＵの構造について詳細に述べる。これに伴い、まず図１を参照すると、ＩＥＥＥ ８０２．１１に準拠する例示的な物理層コンバージェンス・プロシージャ（ＰＬＣＰ）ＰＤＵ（ＰＰＤＵ）１１０の概略図が示されている。しかしながら、本発明の諸原理はストリーミング・メディアを収容可能な任意のＰＤＵを包含することが当業者には理解されるであろう。

関連技術の当業者は、ＰＰＤＵ １１０の構造および機能を熟知している。ＰＰＤＵ １１０は、物理層ヘッダ１２０と、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）ＰＤＵ（ＭＰＤＵ）１３０とを含む。

物理層ヘッダ１２０は、ＰＬＣＰプリアンブル１４０と、ＰＬＣＰヘッダ制御データ１５０と、１６ビット巡回冗長検査（ＣＲＣ）１６０とを含む。ＰＬＣＰプリアンブル１４０は、受信機がＰＰＤＵ １１０の残りを受信できるよう仕向けるものである。ＰＬＣＰヘッダ制御データ１５０は、様々な物理層経路指定情報および他の制御情報を含んでおり、より具体的にはＰＰＤＵのサービス・クラスを識別する。

本発明の図示の実施形態では、サービス・クラスは、ＰＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであるか否かを識別する。しかしながら、本発明は、サービス・クラスがその内で明示的に識別されるＰＤＵに限定されるものではなく、むしろ、場合によってはＰＤＵのペイロードを含めた暗黙的な指示の組合せからサービス・クラスが推論されてもよい。

１６ビットＣＲＣ １６０を用いると、受信機がＰＬＣＰヘッダ制御データ１５０の内容を検証することが可能になる。ＩＥＥＥ ８０２．１１によれば、物理層ヘッダ１２０は、無線デジタル通信ネットワークを介して受信機に最も低いデータ転送速度で送信される。

ＭＰＤＵは、ＭＡＣヘッダ１７０と、フレーム本体１８０と、３２ビット・フレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）１９０とを含む。ＭＡＣヘッダ１７０は、ＭＡＣ層経路指定情報を含む。フレーム本体１８０は、ストリーミング・メディアの場合ではストリーミング・メディアのタイム・スライス断片であるＰＰＤＵ １１０の「ペイロード」を含む。ＦＣＳ １９０は、フレーム本体１８０の内容の検証を可能にする誤り検査情報を含む。本発明の図示の実施形態では、それ自体がストリーミング・メディアＰＤＵであることをＰＰＤＵ １１０のサービス・クラスが示す場合に無視され得るのは、ＦＣＳ １９０である。ＩＥＥＥ ８０２．１１によれば、ＭＰＤＵ １３０は、無線デジタル通信ネットワークを介して受信機にネゴシエート済みの最も高いデータ転送速度で送信される。関連技術の当業者は、無線デジタル通信ネットワーク内でどのように伝送速度がネゴシエートされるかを熟知している。

例示的なＰＤＵについては説明したので、次にシステムの例示的な一実施形態を説明することができる。これに伴い引き続き図１を参照しながら、次いで図２を参照すると、図２には、本発明の諸原理に従って構築される、無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させるためのシステムに関する一実施形態のブロック図が示されている。システムの図示の実施形態は、無線デジタル受信機２００の内部で動作可能なものである。

アンテナ／ダウンコンバータ２１０は、無線デジタル通信ネットワークから受信されたＰＤＵの搬送波（図示されてはいないが、アンテナ／ダウンコンバータ２１０の方向を指す相対的に太い矢印で表されている）を受信し取り出すように構成されている。

物理層プロセッサ２２０は、アンテナ／ダウンコンバータ２１０に結合されている。物理層プロセッサ２２０は、ダウンコンバートされたＰＤＵを受け取り、ＰＤＵの物理層ヘッダ１２０を解析して、ＰＬＣＰヘッダ制御データ１５０を抽出し検証する。ＰＬＣＰヘッダ制御データ１５０には、ＰＤＵのサービス・クラスを識別する情報が含まれている。

サービス・クラス検出器２３０は、物理層プロセッサ２２０に結合されている。サービス・クラス検出器２３０は、ＰＤＵのサービス・クラスを判定するように構成されている。本発明の図示の実施形態では、サービス・クラス検出器は、物理層プロセッサ２２０によってＰＬＣＰヘッダ制御データ１５０から抽出されたサービス・クラス情報を単に検査するだけのものである。

本発明の図示の実施形態では、本発明の誤り検査情報無視機能（ｅｒｒｏｒ−ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｄｉｓｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、構成データ、例えば構成ビット（図示せず）を用いてアクティブ化または非アクティブ化され得る。本発明の一実施形態では、構成データは、ユーザ・プログラム可能である。

例えば、所与のＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることをサービス・クラスが示している場合に、構成ビットが「１」であれば、誤り検査情報（例えば、ＦＣＳ １９０）は無視される。所与のＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることをサービス・クラスが示している場合にも、構成ビットが「０」であれば、誤り検査情報が評価される。

このため、図２では、構成チェッカ２４０がサービス・クラス検出器２３０に結合された形で示されている。構成チェッカ２４０は、構成データを検査して、本発明の誤り検査情報無視機能がアクティブ化されているかどうかを判定する。

ＦＣＳチェッカ２５０は、構成チェッカ２４０に結合されている。ＦＣＳチェッカ２５０は、ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることをサービス・クラスが示している場合、そのＰＤＵの誤り検査情報を無視するように構成されている。

コーダ／デコーダ（「コーデック」）２６０は、ＦＣＳチェッカ２５０に結合されている。コーデック２６０は、（デジタル形式の）ストリーミング・メディアの断片を受け取り、ユーザへの再生向けにその断片をアナログ形式に変換する。受信機２００が大幅に簡略化されて示してあるのが認められても、かかる簡略化が本発明の動作の理解を高めることが当業者には理解されるであろう。

次に図３を参照すると、本発明の諸原理に従って実施される無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させる方法に関する一実施形態の流れ図が示されている。この方法は、ストリーミング・メディアＰＤＵを含めたＰＤＵを受信することが望まれる開始工程３１０から始まる。

工程３２０で、ＰＤＵが受信される。次いで、工程３３０で、ＰＤＵのサービス・クラスが判定される。次に、判断工程３４０で、サービス・クラスが、ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることを示しているのか、それともストリーミング・メディアＰＤＵではない旨を示しているのかが判断される。ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵではない場合には、工程３５０で、ペイロードを検査するためにＰＤＵの誤り検査情報（例えば、ＦＣＳ）が用いられる。ストリーミング・メディアＰＤＵである場合には、工程３５０は迂回される。

工程３６０で、さらなる処理が発生する。例えば、ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵである場合には、ＰＤＵに含まれるストリーミング・メディアのタイム・スライス断片（ペイロード）が、アナログ形式に変換され再生される。そうではなく、ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵではなく、ＰＤＵのペイロードが破損していることが分かった場合には、プロトコルに従ってＰＤＵの再送信が要求されることもある。この方法は、終了工程３７０で終了する。

上記より、本発明は、無線デジタル通信ネットワークを介してストリーミング・メディアを通信するより優れた手法をもたらすことが明らかである。より具体的には、本発明は、ストリーミング・メディアの通信に関する無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させる手法をもたらすことが明白である。誤り検査情報を無視すると、より高いＢＥＲが許容されることにより、無線デジタル通信ネットワークの範囲が増加される可能性がある。さらに、誤り検査情報を無視すると、ＰＤＵの再送信が回避され、他のＰＤＵの送信用の帯域幅が開放されることにより、無線デジタル通信ネットワークの帯域幅が増加される可能性がある。

本発明について詳細に説明してきたが、最も広義の形態における本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、本明細書に様々な変更、置換え、および改変を施すことができることが当業者には理解されるはずである。

例示的なＰＤＵの概略図である。 本発明の諸原理に従って構築される、無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させるためのシステムに関する一実施形態のブロック図である。 本発明の諸原理に従って実施される無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させる方法に関する一実施形態の流れ図である。

Claims (21)

1. 受信機に関連付けられた、無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させるためのシステムであって、
   前記無線デジタル通信ネットワークから前記受信機によって受信されたプロトコル・データ単位（ＰＤＵ）のサービス・クラスを判定するように構成されたサービス・クラス検出器と、
   前記サービス・クラス検出器に結合され、前記ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることを前記サービス・クラスが示している場合、前記ＰＤＵの誤り検査情報を無視するように構成されたフレーム検査シーケンス・チェッカと
   を備えるシステム。
2. 前記誤り検査情報は、前記ＰＤＵのフレーム検査シーケンス内に含まれる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記フレーム検査シーケンス・チェッカは、前記受信機に関連付けられた構成データに基づいて前記ＰＤＵの前記誤り検査情報を無視するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記構成データは、ユーザ・プログラム可能である、請求項３に記載のシステム。
5. 前記無線デジタル通信ネットワークは、
   ＲＦＣ １８８９と、
   ＩＥＥＥ ８０２．１１と
   の内から選択される１つに準拠する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記受信機は、コンピュータ・データＰＤＵと、ストリーミング・メディアＰＤＵの両方を受信する、請求項１に記載のシステム。
7. 前記受信機は、ペイロードと前記誤り検査情報とを含む前記ストリーミング・メディアＰＤＵの一部分を最大データ転送速度で受信する、請求項１に記載のシステム。
8. 受信機内で実施される無線デジタル通信ネットワークの範囲または帯域幅を増加させる方法であって、
   前記無線デジタル通信ネットワークから前記受信機によって受信されたプロトコル・データ単位（ＰＤＵ）のサービス・クラスを判定する工程と、
   前記ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることを前記サービス・クラスが示している場合、前記ＰＤＵの誤り検査情報を無視する工程と
   を含む方法。
9. 前記誤り検査情報は、前記ＰＤＵのフレーム検査シーケンス内に含まれる、請求項８に記載の方法。
10. 前記無視する工程は、前記受信機に関連付けられた構成データに基づいて前記ＰＤＵの前記誤り検査情報を無視する工程を含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記構成データは、ユーザ・プログラム可能である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記無線デジタル通信ネットワークは、
    ＲＦＣ １８８９と、
    ＩＥＥＥ ８０２．１１と
    の内から選択される１つに準拠する、請求項８に記載の方法。
13. 前記受信機は、コンピュータ・データＰＤＵと、ストリーミング・メディアＰＤＵの両方を受信する、請求項８に記載の方法。
14. 前記受信機は、ペイロードと前記誤り検査情報とを含む前記ストリーミング・メディアＰＤＵの一部分を最大データ転送速度で受信する、請求項８に記載の方法。
15. 無線デジタル通信ネットワーク受信機であって、
    アンテナと、
    前記アンテナに結合されたダウンコンバータと、
    前記ダウンコンバータに結合された物理層プロセッサと、
    前記無線デジタル通信ネットワークから前記受信機によって受信されたプロトコル・データ単位（ＰＤＵ）のサービス・クラスを判定するように構成されたサービス・クラス検出器と、
    前記サービス・クラス検出器に結合され、前記ＰＤＵがストリーミング・メディアＰＤＵであることを前記サービス・クラスが示している場合、前記ＰＤＵの誤り検査情報を無視するように構成されたフレーム検査シーケンス・チェッカと、
    前記フレーム検査シーケンス・チェッカに結合されたコーデックと
    を備える受信機。
16. 前記誤り検査情報は、前記ＰＤＵのフレーム検査シーケンス内に含まれる、請求項１５に記載の受信機。
17. 前記フレーム検査シーケンス・チェッカは、前記受信機に関連付けられた構成データに基づいて前記ＰＤＵの前記誤り検査情報を無視するようにさらに構成される、請求項１５に記載の受信機。
18. 前記構成データは、ユーザ・プログラム可能である、請求項１７に記載の受信機。
19. 前記無線デジタル通信ネットワークは、
    ＲＦＣ １８８９と、
    ＩＥＥＥ ８０２．１１と
    の内から選択される１つに準拠する、請求項１５に記載の受信機。
20. 前記受信機は、コンピュータ・データＰＤＵと、ストリーミング・メディアＰＤＵの両方を受信する、請求項１５に記載の受信機。
21. 前記受信機は、ペイロードと前記誤り検査情報とを含む前記ストリーミング・メディアＰＤＵの一部分を最大データ転送速度で受信する、請求項１５に記載の受信機。
    

Images