JP2008532424A - ８０２．１１仕様の下で作動するセクター化無線通信ネットワーク - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信ネットワーク、特に、比較的広い通信エリアで８０２．１１仕様の下で作動する無線ネットワークを提供する。
【解決手段】複数の空間的セクターを含む通信エリア内の複数の遠隔ユニットとの通信を容易にする方法及びシステム。システムは、「ＩＥＥＥ ８０２．１１」仕様の下で送信及び受信を行うように構成されたネットワークコントローラ、及びネットワーク基地局に連結された複数の指向性アンテナを含む。指向性アンテナの各々は、それぞれの空間的セクターに対するアクセスポイントとして機能する。例示的な実施形態では、指向性アンテナとネットワークコントローラは、単一基地局機器として結合される。更に、例示的ネットワークコントローラは、空間的セクターのうちの１つよりも多くに対して複数のデータフレームを同時に送信し、かつ同時送信フレームの全てが同時に終了する方法で送信を同期化するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般的に無線通信ネットワークに関し、より具体的には、比較的広い通信エリアで８０２．１１仕様の下で作動する無線ネットワークに関する。

「ＩＥＥＥ ８０２．１１」ネットワークは、無線ＬＡＮ技術に向けて開発された一群の仕様を指し、２つの無線ユニット間又は無線ユニットと基地局の間の無線インタフェースを指定するものである。複数の無線ユニットとの通信及びそれらの間の通信を容易にするために、屋外無線環境において、基地局を含むネットワークが益々用いられている。多数のユニット及び／又は広い通信エリアは、時に、無線ユニットが用いられる領域に関して複数のアクセスポイントの配分を必要とする。図１は、１つ又はそれよりも多くの無線ユニットに対して通信が有効にされる区域１００に関して配分された４つのアクセスポイント１０２を例示している。アクセスポイント１０２は、部分的に重なる送信半径１０４を有し、各アクセスポイント１０２は、中央通信施設１０６に有線接続される。

通信エリアに関してアクセスポイントを配分するのではなく、むしろ、通信エリア全体を網羅する拡張送信半径を有する中央に位置する単一アクセスポイントを有することが望ましい。そのような単純化されたネットワークの利点は、より簡単な装置管理及びハードウエア及び屋外配線に関連する経費の低減を含むであろう。

単一アクセスポイントを用いて大規模通信エリアネットワークを実施することはまた、いくつかの難問を付与すると考えられる。最初に、アクセスポイントの送信電力の増大は、地域の規制要件によって制限される。更に、通信エリア内のモバイル装置は、アクセスポイントからの送信を受信するが、アクセスポイントに応答するための送信電力が制限される場合があるので、そのような増大は、非対称リンクを生じる傾向にある。

アクセスポイント送信電力を増大することに関連する問題の一部を克服する１つの方法は、アクセスポイントへの送信に集中するようにモバイル装置アンテナの機能を向上させることであろう。しかし、アンテナ利得の潜在的効果は、指向性の程度であり、特定の方向に集中させた送信は、全体の通信空間を実質的に分割する可能性がある。アンテナ利得によって通信空間が分割され、これが、単一アクセスポイントが最初にもたらした利点をある程度打ち消すと考えられる場合、付加的なアクセスポイントが必要になる場合がある。例えば、分割された通信エリア内の中央に位置する複数のアクセスポイントは、送信衝突と８０２．１１ネットワークプロトコルを用いたセクター間ローミング負荷とによるシステム容量の低下のようないくつかの困難を呈する可能性があるであろう。

従って、８０２．１１仕様の下で作動し、かつ比較的広い通信エリアを網羅する無線通信ネットワークを提供することが望ましい。更に、複数のアクセスポイントを実施することなく、そのような通信ネットワーク内のモバイルユニットと基地局の間の通信リンクの対称性が存在することが望ましい。更に、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付図面及び上述の技術分野及び背景技術に関連して考察すると、以下の詳細説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。

複数の空間的セクターを含む通信エリアにおいて複数の遠隔ユニットとの通信を容易にする無線ネットワークシステムを提供する。このシステムは、「ＩＥＥＥ ８０２．１１」仕様の下で送信及び受信を行うように構成されたネットワークコントローラ、及びネットワーク基地局に連結された複数の指向性アンテナを含む。指向性アンテナの各々は、それぞれの空間的セクターに対するアクセスポイントとして機能する。例示的な実施形態では、指向性アンテナとネットワークコントローラは、単一基地局機器として結合される。更に、例示的ネットワークコントローラは、空間的セクターのうちの１つよりも多くに対して複数のデータフレームを同時に送信し、かつ同時送信フレームの全てが同時に終了する方法で送信を同期化するように構成されている。

複数の空間的セクターを含む通信エリア内の複数の遠隔ユニットとの通信を容易にする方法も提供する。本方法は、ネットワークコントローラに連結され、かつ各アンテナがそれぞれの空間的セクターに対するアクセスポイントとして機能する複数の指向性アンテナを用いて、「ＩＥＥＥ ８０２．１１」仕様の下で遠隔ユニットとネットワークコントローラの間で受信及び送信する段階を含む。例示的方法は、更に、空間的セクターのうちの１つよりも多くに対して複数のデータフレームを同時に送信する段階、及びフレームの全てが同時に終了する方法で同時送信を同期化する段階を含む。

同じ番号が同じ要素を意味する以下の図面と共に本発明を以下に説明する。

下記の詳細説明は、本質的に単に例示的なものであり、本発明又は本発明の応用及び使用を限定するように意図していない。更に、上述の技術分野、背景技術、発明の開示、又は下記の詳細説明に呈示するいかなる明示的又は暗示的理論によっても拘束されるような意図はない。

本発明は、通信エリア内の送信セクターを調整し、それによって通信エリアサイズ及びシステム容量を増大する中央に位置する基地局を含む。セクター化を容易にし、かつ調整するために、基地局は、遠隔ユニットと基地局の間の送信を連結する複数の指向性アンテナを用いる。各セクターに対する搬送波感知情報は、基地局セクターからの送信と隣接セクター内の遠隔ユニットからの全方向送信との間の衝突を阻止するために共有される。更に、干渉を回避しながらシステム容量を増大するために、基地局から複数のセクターへの送信フレームは、それらの送信時間を同期化するために待ち行列に入れられる。結果として、この構成は、性能を低下させることなく、かつモバイルユニットのＲＦ電力を増大する必要性を生じることなく、ユーザが単一の８０２．１１ネットワーク基地局から広い通信エリアを網羅することを可能にする。

図２は、セクター化された通信エリア１０の内側に位置決めされた基地局１６を例示している。基地局１６は、とりわけ、複数の指向性アンテナを用いて伝送を送信及び受信するように連結されたネットワークコントローラを含む。図２の実施形態における通信エリア１０は、３つの空間的セクター１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有するが、セクター数は３に限定されず、基地局１６に関して含まれた指向性アンテナの数に依存する。図２に例示する基地局１６は、３つの指向性アンテナ１７ａ〜１７ｃを有するので、通信エリアは、３つのセクター１０ａ〜１０ｃに分割される。また、図示の実施形態は、効率化のために均等に分割された３つのセクター１０ａ〜１０ｃを有するが、各セクターのサイズは、必要に応じて修正することができる。

遠隔無線ユニット１２ａ〜１２ｅは、通信エリア１０に関して配分され、各ユニットは、基地局１６に連結された複数の指向性アンテナ１７ａ〜１７ｃのうちの１つを用いて基地局１６と通信する。遠隔ユニット１２ａ〜１２ｅは、移動又は固定式とすることができるが、以下に説明する実施形態では、主にモバイルユニットを説明する。例示的構成では、モバイルユニット１２ａ〜１２ｃは、所定のユニットに最も近い方向に送信するように構成されたどちらの指向性アンテナとも通信することによってデータフレームを送信及び受信する。例えば、ユニット１２ａ及び１２ｃは、セクター１０ａ内に位置しており、最も近い指向性を有するアンテナ１７ａを用いて基地局１６と通信する。同様に、ユニット１２ｂは、セクター１０ｂ内に位置しており、指向性アンテナ１７ｂを用いて基地局１６と通信し、ユニット１２ｄ及び１２ｅは、セクター１０ｃにあり、指向性アンテナ１７ｃを用いて基地局１６と通信する。モバイルユニット１２ａのようなモバイル装置のうちの１つが最初にセクター１０ａ内に位置するが、その後にセクター１０ｃ内でより強い受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）で受信した場合には、モバイルユニット１２ａへのその後の送信は、指向性アンテナ１７ｃから送信されることになる。

図２に例示する実施形態における集中型基地局１６は、複数の指向性アンテナを含む単一の機器であるが、基地局１６はまた、各々が少なくとも１つの指向性アンテナを有する複数の緊密に連結された装置とすることができる。いずれの場合にも、指向性アンテナ１７ａ〜１７ｃと基地局は、中央に位置する集中型装置として結合される。更に、遠隔ユニット１２ａ〜１２ｅは、移動又は固定式ユニットのいずれかとすることができる。例示的な実施形態では、セクターの各々は、同じ周波数チャンネルを用い、それによってアンテナ１７ａ〜１７ｃの各々は、共通の基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）を共有することが可能になる。代替的に、各セクター内で異なる周波数チャンネルを用いることができるが、これは、遠隔ユニット１２ａ〜１２ｅがモバイルの場合は、セクター間でのローミング中に遠隔ユニットが頻繁に走査を行うことを要求し、代替チャンネル上の近接する８０２．１１セルの使用を禁止する可能性がある。セクターの各々が同じ周波数チャンネルを用い、また、共通基本ＢＳＳＩＤを共有する場合には、指向性アンテナ１７ａ〜１７ｃのうちの１つ又はそれよりも多くは、同じフレームを頻繁に受信する場合がある。しかし、集中型基地局１６を用いると、指向性アンテナ１７ａ〜１７ｃのうちの１つのみがフレームを転送することになり、又は言い換えれば、集中型基地局１６は、選択された指向性アンテナを用いた送信に向けてフレームの１つのコピーを転送するだけであることになる。

図２のアンテナ１７ａ〜１７ｃの各々は、そのそれぞれのセクターに対する仮想アクセスポイントとして作動することにより、基地局１６に有意な量の機能性を提供する。アンテナ１７ａ〜１７ｃの各々は、基地局１６に関する半径全体ではなく、セクターに集中したその送信及び受信電力を有するので、組合せたアンテナ１７ａ〜１７ｃは、拡張半径を有する通信エリアを生成する。拡張通信半径を得るために、増大された送信電力ではなくアンテナ利得を用いることにより、基地局１６とモバイルユニット１２ａ〜１２ｅとの間のリンクは対称である。更に、アンテナ利得を用いることにより、通信エリア１０を通して比較的低いが一定の送信電力を有するモバイルユニット１２ａ〜１２ｅの使用が可能になる。

通信エリア１０は、指向性アンテナ１７ａ〜１７ｃの使用を通じてセクター化されるが、モバイルユニット１２ａ〜１２ｅ間の同時送信から干渉が生じる可能性がある一部の状況が依然として存在する。基地局１６と、異なるセクターに存在するが互いに比較的近くにいる２つのモバイルユニット１２ａ及び１２ｂとの間の１つのそのような状況を図２に例示する。矢印１８は、基地局が、通信エリアセクター１０ｂに対応するアンテナ１７ｂを用いてモバイルユニット１２ｂに送信することを示している。矢印２０は、それと同時に、通信エリア１０ａ内のモバイルユニット１２ａが、基地局に対して対応アンテナ１７ａを通じて送信することを示している。しかし、これらのモバイルユニットは、全方向に送信を行い、矢印２２によって示すように、セクター１０ａ内のモバイルユニット１２ａからの送信は、セクター１０ｂ内のモバイルユニット１２ｂへの基地局からの送信と干渉する。たとえ全ての３つのセクターが同じチャンネル上に存在したとしても、セクター１０ａ内のモバイルユニット１２ａは、セクター１０ｂ内の基地局アンテナ１７ｂからの送信に対して搬送波感知ができない。同様に、セクター１０ｂ内の基地局アンテナ１７ｂは、セクター１０ａ内のモバイルユニット１２ａからの送信に対して搬送波感知ができない。基地局送信の指向性の性質は、容量を低下させる「隠れた」ノードを生じ、更に、通信エリア１０を通して送信衝突が発生することになる確率の増大を発生させる。

送信衝突の可能性を克服するために、例示的ネットワーク構成における基地局の装置又は連結された装置は、実時間で搬送波感知情報を共有する。例えば、基地局１６が、対応する指向性アンテナ１７ｂを用いてセクター１０ｂ内のモバイルユニット１２ｂへの送信を開始する前に、セクター１０ａ内のモバイルユニット１２ａが送信を開始する場合、基地局１６は、モバイルユニット１２ａからの送信を受信して搬送波感知をアサートし、それによって指向性アンテナ１７ｂを用いたモバイルユニット１２ｂへの送信を延期する。指向性アンテナ１７ｂを用いた送信を延期することにより、基地局１６は、あらゆる潜在的送信衝突を回避する。別の例示的ネットワーク構成では、基地局は、モバイルユニット１２ａからの送信の受信時に、十分に長いネットワーク割り振りベクトルを有する送信待機（ＲＴＳ）／送信可（ＣＴＳ）信号を指向性アンテナ１７ｂ及び１７ｃから送信することにより、モバイルユニット１２ａ及び基地局指向性アンテナ１７ａからの送信間の送信衝突を阻止することができる。

適切な時点で搬送波感知をアサートし、及び／又はＲＴＳ／ＣＴＳ信号を送信するように基地局１６を構成することは、送信衝突を実質的に阻止するが、この構成単独では、システム容量を完全には利用しない。例示的な基地局は、更に、送信衝突を回避する一方で複数のセクターに対して同時に送信を行うように構成される。図３及び４は、基地局１６が、上述の指向性アンテナを用いてモバイルユニット１２ａ〜１２ｃに宛てられたフレームを待ち行列に入れるこの実施形態を例示している。基地局１６は、定期的に、それらのそれぞれのセクター内の意図されたモバイルユニット１２ａ〜１２ｃに対して、待ち行列に入れられたフレームの同時送信をスケジュール化する。同時送信は、ＲＴＳ／ＣＴＳ信号、コンテンツ不在期間（ＣＦＰ）、又は「混成制御関数制御チャンネルアクセス」（ＨＣＣＦ）のような適切な予約技術を用いて同期化される。同期送信は、上述のように、通信エリア１０を通して全セクター内の搬送波感知を同時にモニタして評価するように構成されている基地局１６によって有効にされる。

同時フレーム送信を同期化することは、モバイルユニット１２ａ〜１２ｅがフレーム送信を受信した後でモバイルユニット１２ａ〜１２ｅによって基地局１６に対して送信された肯定応答からの干渉を阻止する。異なる長さのフレームが、同時にそれらの送信を開始する場合、最も小さいフレームを受信するモバイルユニットは、より長いフレームの基地局送信と潜在的に干渉する肯定応答信号を送信することになる。図４のグラフは、基地局１６からのフレーム送信との肯定応答信号干渉を克服する方法を例示している。同期したフレーム送信を同時に開始する代りに、基地局１６は、同期した送信を同時に終了し、それによってモバイルユニット１２ａ〜１２ｅのいずれかが肯定応答信号を送信する前に全てのフレーム送信が完了することを保証するように構成される。モバイルユニット１２ａ〜１２ｅは、肯定応答信号を同時に送信することになる見込みが高いが、そのような信号は、基地局アンテナの指向性によって依然として干渉なしに受信されることになる。

上述の説明における例示的無線ネットワーク構成は、セクター化されたアーキテクチャを有して通信エリア内の仮想アクセスポイントとして機能する複数の指向性アンテナを用いて、単一の基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）の使用を可能にする。指向性アンテナは、モバイルユニットと基地局の間の送信を連結し、それによって通信エリアサイズ及びシステム容量を増大する。８０２．１１ネットワーク基地局は、送信衝突を阻止するために各セクターに対する搬送波感知情報を共有し、送信フレームを待ち行列に入れて、性能を低下させることなくかつモバイルユニット電力を増大する必要性を発生させることなくシステム容量を増大させる。

上述の詳細説明では少なくとも１つの例示的実施形態を示したが、多くの変形が存在することを認めるべきである。また、例示的実施形態又は複数の例示的実施形態は、単なる例であり、本発明の範囲、適用可能性、又は構成を限定するようには全く意図されていないことも認めるべきである。逆に、上述の詳細説明は、例示的実施形態又は複数の例示的実施形態を実施するための便利な指針を当業者に提供するであろう。特許請求の範囲及びその法的均等物に示す本発明の範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置に様々な変更を加えることができることを理解すべきである。

部分的に重なる送信半径を有する４つのアクセスポイントが通信エリアに関して配分され、かつ中央通信施設に有線接続されている公知の無線ネットワークプロトコルを例示する図である。 複数の指向性アンテナを用いてセクター化された通信エリアの内側に基地局が位置決めされた例示的ネットワーク構成を示す図である。 複数の指向性アンテナを用いてセクター化された通信エリアの内側に基地局が位置決めされ、かつ異なる通信エリアセクター内のモバイル装置に対して同期したフレームが送信される別の例示的ネットワーク構成を示す図である。 全てが送信を同時に終了し、それによってフレームとモバイル装置からの肯定応答信号との間の干渉を回避するように同期フレームが調整される方法を例示するグラフである。

符号の説明

１０ セクター化された通信エリア
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 空間的セクター
１６ 基地局
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 指向性アンテナ

Claims (19)

1. 複数の空間的セクターを含む通信エリア内の複数の遠隔ユニットとの通信を容易にするように作動可能な無線ネットワークシステムであって、
   「ＩＥＥＥ ８０２．１１」仕様の下で受信及び送信するように構成されたネットワークコントローラと、
   ネットワークの基地局に連結され、かつ各アンテナがそれぞれの空間的セクターに対するアクセスポイントとして機能する複数の指向性アンテナと、
   を含むことを特徴とするシステム。
2. 前記ネットワークコントローラは、更に、前記通信エリア内の各セクターからの遠隔ユニット送信を同時に検出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数の指向性アンテナ及び前記ネットワークコントローラは、単一の基地局機器として結合されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記ネットワークコントローラは、更に、前記空間的セクターのうちの１つよりも多くに対して複数のデータフレームを同時に送信し、かつ該同時に送信されたフレームの全てが同時に終了するような方法で該送信を同期化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記ネットワークコントローラは、更に、遠隔ユニット送信を検出し、これに応答してデータフレームを待ち行列に入れ、それによって該データフレームの送信時間を該遠隔ユニット送信が終了した後で同期化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記指向性アンテナの各々は、共通の基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）を共有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記ネットワークコントローラは、更に、同じチャンネルを用いて異なる空間的セクター内の遠隔ユニット間で受信及び送信するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 無線ネットワークシステムにおいて、複数の空間的セクターを含む通信エリア内の複数の遠隔ユニットとの通信を容易にするように作動可能な基地局であって、
   「ＩＥＥＥ ８０２．１１」仕様の下で受信及び送信するように構成されたネットワークコントローラと、
   ネットワークの基地局に連結され、かつ各アンテナがそれぞれの空間的セクターに対するアクセスポイントとして機能する複数の指向性アンテナと、
   を含むことを特徴とする基地局。
9. 前記ネットワークコントローラは、更に、前記通信エリア内の各セクターからの遠隔ユニット送信を同時に検出するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の基地局。
10. 前記ネットワークコントローラは、更に、前記空間的セクターのうちの１つよりも多くに対して複数のデータフレームを同時に送信し、かつ該同時に送信されたフレームの全てが同時に終了するような方法で該送信を同期化するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の基地局。
11. 前記ネットワークコントローラは、更に、遠隔ユニット送信を検出し、これに応答してデータフレームを待ち行列に入れ、それによって該データフレームの送信時間を該遠隔ユニット送信が終了した後で同期化するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の基地局。
12. 前記指向性アンテナの各々は、共通の基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）を共有することを特徴とする請求項８に記載の基地局。
13. 前記ネットワークコントローラは、更に、同じチャンネルを用いて異なる空間的セクター内の遠隔ユニット間で受信及び送信するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の基地局。
14. 複数の空間的セクターを含む通信エリア内の複数の遠隔ユニットとの通信を容易にする方法であって、
    遠隔ユニットとネットワークコントローラの間で、該ネットワークコントローラに連結され、かつ各アンテナがそれぞれの空間的セクターに対するアクセスポイントとして機能する複数の指向性アンテナを用いて「ＩＥＥＥ ８０２．１１」仕様の下で受信及び送信する段階、
    を含むことを特徴とする方法。
15. 前記通信エリア内の各セクターからの遠隔ユニット送信を同時に検出する段階、
    を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記空間的セクターのうちの１つよりも多くに対して複数のデータフレームを同時に送信する段階と、
    前記フレームの全てが同時に終了するような方法で前記同時送信を同期化する段階と、
    を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 遠隔ユニット送信を検出する段階と、
    前記遠隔ユニット送信の検出に応答して、データフレームを待ち行列に入れ、それによって前記ネットワークコントローラからの該データフレームの送信時間を該遠隔ユニット送信が終了した後で同期化する段階と、
    を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 前記指向性アンテナの各々は、共通の基本サービスセット識別子（ＢＳＳＩＤ）を共有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
19. 前記遠隔ユニットとネットワークコントローラの間で前記受信及び送信する段階は、同じチャンネルを用いて異なる空間的セクター内の遠隔ユニットに対して実行されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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