JP2008535379A - 無線多重アクセスのための無線デバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

記載されているのは、複数のアンテナ、複数の受信機、送信機、及びプロセッサを含む無線デバイスである。アンテナは、アクセスポイントの複数の送信アンテナの各々から第１信号を受信する。第１信号は、該第１信号が送信された対応送信アンテナを識別する第１識別子を含む。受信機は、アンテナの各々に結合されて、アンテナによって受信された第１信号を処理する。送信機は、アンテナの各々に結合される。プロセッサは受信機の各々及び送信機に結合される。プロセッサは、第１信号の各々からの第１識別子を含む第１通信マトリックスを生成する。プロセッサは、第１通信マトリックスを用いて、無線チャンネルを介して単一タイムスロット内にアクセスポイントから受信された複数の無線通信を弁別する。
【選択図】図１

Description

［関連出願への相互参照］
本出願は、発明者Ｊａｃｏｂ Ｓｈａｒｏｎｙの名前で２００５年３月３１日に出願された名称「Ａｃｃｅｓｓ Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ（無線多重アクセスのためのアクセスデバイス及び方法）」の米国出願、及び２００５年３月３１日に発明者Ｊａｃｏｂ Ｓｈａｒｏｎｙの名前で出願された名称「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ（無線多重アクセスのためのシステム及び方法）」の米国出願の開示全体に関し、これらは引用により本明細書に組み込まれる。

無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）とは、従来の有線ＬＡＮに取って代わるか、又は拡張することができる柔軟なデータ通信システムである。ＷＬＡＮは、分散環境を介して機能性及びモビリティを付加することができる。すなわち、有線ＬＡＮは、ＬＡＮ及びＬＡＮに接続されたあらゆるデバイスへのリンクを形成するケーブル又はワイヤを介して第１のコンピュータデバイスから別のコンピュータデバイスにデータを送信する。これに対してＷＬＡＮは、無線波に依存して無線デバイス間でデータを転送する。データは、変調と呼ばれる処理を通して無線波上に重畳され、これにより搬送波は伝送媒体の役目を果たす。

ＷＬＡＮにわたる無線デバイス間のデータの交換は、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）によって承認された標準規格により定義され規定されてきた。これらの標準規格は、８０２．１１として一般に知られている通信プロトコルを含み、８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ（「Ｗｉ−Ｆｉ」）、８０２．１１ｅ、８０２．１１ｇ、８０２．１１ｎを含めた幾つかのバージョンがある。最近では、公共の場（例えば「ホットスポット」）でＷＬＡＮデータ共有及び無線インターネットアクセスサービスを提供するために、８０２．１１ベースの無線インフラストラクチャ・ネットワークが急激に配備されている。

従来のＷＬＡＮは、直列入力直列出力（「ＳＩＳＯ」）セルラ共有アーキテクチャを利用し、ここではセル内の無線チャンネルを介してデータが転送される。チャンネルはセル内の全ての無線デバイス（例えば移動ユニット及びアクセスポイント）によって共有されるので、各デバイスはチャンネルへのアクセスを求めて争う必要があり、従って、所与の時間に１つのデバイスだけがチャンネル上で送信を行うことができる。従って、従来のＷＬＡＮには幾つかの制限（例えば、遅延送信時間、送信失敗、ネットワークオーバーヘッドの増大、拡張性の制限、その他）がある。

従来のＷＬＡＮの制限を克服するための試みとして、多入力多出力（「ＭＩＭＯ」）共有ＷＬＡＮアーキテクチャが開発されている。ＭＩＭＯモードは空間多重化を用いて、無線デバイス間で送信されるデータのビットレート及び精度を高める。ＭＩＭＯモードでは、単一の高速データストリーム（例えば２００ｍｂｐｓ）が幾つかの低速データストリーム（例えば５０ｍｂｐｓ）に分割されて無線デバイス（例えば移動ユニット）に送信され、高速データストリームに再結合されて送信信号を弁別する。しかしながら、この高速接続は、所与の時間に１対１通信（例えばアクセスポイントから単一移動ユニットへの）にしか提供されない。更に、８０２．１１プロトコルの最初のバージョン（例えば、８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇ）に従って動作する無線デバイスは、ハードウェア及び／又はソフトウェアを修正することなく高速接続をサポートすることができない場合があり、これはＷＬＡＮのオペレータにかなりの出費となる可能性がある。

米国特許出願番号１０／７３８，１６７公報

本発明は、複数のアンテナ、複数の受信機、送信機、及びプロセッサを含む無線デバイスに関する。アンテナは、アクセスポイントの複数の送信アンテナの各々から第１信号を受信する。第１信号は、該第１信号が送信された対応送信アンテナを識別する第１識別子を含む。受信機は、アンテナの各々に結合されて、アンテナによって受信された第１信号を処理する。送信機は、アンテナの各々に結合される。プロセッサは受信機の各々及び送信機に結合される。プロセッサは、第１信号の各々からの第１識別子を含む第１通信マトリックスを生成する。プロセッサは、第１通信マトリックスを用いて、無線チャンネルを介して単一タイムスロット内にアクセスポイントから受信された複数の無線通信を弁別する。

本発明は、同じ要素が同じ参照数字で示される以下の説明及び添付図面を参照することにより更に理解することができる。本発明の例示的な実施形態は、無線デバイス向けに無線環境への多重アクセスを提供するためのプロトコルについて説明する。更に、本発明のプロトコルは、従来のアクセスメカニズムを使用するレガシー８０２．１１ベースの無線デバイスと互換性があるのが好ましい。

図１は、本発明によるシステム１００を示している。システム１００は、空間１１０内に配備されるＷＬＡＮ１０５を含むことができる。当業者によって理解されるように、空間１１０は、屋内環境（倉庫、事務所、自宅、商店など）、屋外環境（公園など）、或いはこれらの組み合わせのいずれであってもよい。空間１１０は、１つのエリア、又は１よりも多くのエリアに分割（例えば、エリア１１５）されてもよい。エリア１１５は数にも大きさにも制限されない。図１に示されるように、空間１１０はエリア１１５（１−３）に分割される。

ＷＬＡＮ１０５は、アクセスポイント（「ＡＰ」）１２０、及びこれらの間を無線で通信する１つ又はそれ以上の無線デバイス（例えば移動ユニット（ＭＵ）１２５）などの無線通信デバイスを含むことができる。ＡＰ１２０は、ＷＬＡＮ１０５を介してサーバに接続することができる。図１には、ＷＬＡＮ１０５内にＭＵ１２５（１−３）だけが示されているが、あらゆる数及びあらゆるタイプのＭＵ（例えば、ＰＤＡ、携帯電話、スキャナ、ラップトップ、ハンドヘルドコンピュータ、その他）を含むことができる点は当業者であれば理解されるであろう。更に当業者であれば、ＭＵは、無線デバイスに接続された非移動ユニット（例えば、ネットワークインタフェースカードを備えたＰＣ）を含むことができる点も理解されるであろう。

データパケットを含む無線周波数（「ＲＦ」）信号は、ＭＵ１２５（１−３）とＡＰ１２０との間を無線チャンネルで送信することができる。当業者により理解されるように、データパケットは共通の周波数（２．４ＧＨｚ、５ＧＨｚなど）を有する変調ＲＦ信号を使用して送信することができる。更に、データパケットは認証、制御、及びデータパケットなどの従来型の８０２．１１パケットを含むことができる。データパケットは、空間１１０内の複数の経路１３０（１−６）に沿ってＡＰ１２０とＭＵ１２５（１−３）との間を移動する。図１には６つの経路１３０（１−６）だけが示されているが、当業者であれば利用可能な経路の数は基本的に無限である点は理解されるであろう。

経路１３０（１−６）の空間構成（例えば、長さ、方向、その他）は、１つ又はそれ以上の要因によって決定付けることができる。これらの要因は、限定ではないが、ＡＰ１２０及び／又はＭＵ１２５（１−３）の位置、空間１１０及び／又はエリア１１５（１−３）の構成、空間内の障害物の位置及び／又は形状を含む。例えば、経路１３０（１）は、ＭＵ１２５（１）からＡＰ１２０まで実質的に直接通ることができるが、経路１３０（２）は、構造物（例えば、壁）から反射する可能性がある。ＭＵ１２５（２）とＡＰ１２０との間の経路１３０（３−４）は、開口（例えば、出入口１４０（１）、窓、その他）を通じてエリア１１５（２）からエリア１１５（１）に通ることができ、次いで、エリア１１５（１）内で１つ又はそれ以上の構造物（例えば、壁、障害物１３５、その他）から反射することができる。ＭＵ１２５（３）とＡＰ１２０との間の経路１３０（５−６）は、開口（例えば、出入口１４０（２）、窓、その他）を通じてエリア１１５（３）からエリア１１５（１）に通ることができ、次いで、１つ又はそれ以上の構造物（例えば、障害物１３５、壁、その他）から反射することができる。図１には示されていないが、当業者であれば、経路１３０（１−６）は多様な空間構成を有することができ、記載の構造物及び／又は障害物のいずれも通ることができる点は理解されるであろう。

ＭＵ１２５（１−３）及び／又はＡＰ１２０により送信されるデータパケットは、受信されるデータパケットとは異なる場合がある。すなわち、経路１３０（１−６）の各々の反射の長さ及び／又は数の変化によって、振幅、位相、到達時間、周波数分布、その他などのＲＦ信号の属性が変わる可能性がある。更に、構造物及び／又は障害物の反射特性も信号及び該信号に含まれるデータの属性に影響を与える可能性がある。上述の変化は一般に「マルチパスフェージング」と呼ばれる。

本発明によれば、ＡＰ１２０及びＭＵ１２５（１−３）は、通信の第１モード（８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇなど）及び通信の第２モード（ＭＩＭＯ、８０２．１１ｎ）を利用することができる。ＭＩＭＯモードを利用するために、ＡＰ１２０は、プロセッサ、２つ又はそれ以上のアンテナ、２つ又はそれ以上の受信機、及び２つ又はそれ以上の送信機を含むアーキテクチャを有することができる。従って、各アンテナは、１つ又はそれ以上の独立信号を同時に且つ実質的に共通の周波数（例えば、無線チャンネル）で送受信することができる。ＡＰ１２０のプロセッサは、ＭＵ１２５（１−３）又は別のＡＰから受信する信号の無線通信を弁別することができる。

各ＭＵ１２５は、プロセッサ、２つ又はそれ以上のアンテナ、２つ又はそれ以上の受信機、及び１つ又はそれ以上の送信機を含むアーキテクチャを用いてＭＩＭＯモードを利用することができる。アンテナ及び受信機によりＭＵ１２５は、１つ又はそれ以上の独立信号を同時に且つ実質的に共通の周波数で受信することが可能となる。送信機によりＭＵ１２５は、１つ又はそれ以上の信号をＡＰ１２０に送信することが可能となる。ＭＵ１２５のプロセッサは、ＡＰ１２０及び／又は別のＭＵからの受信信号の無線通信を弁別することができる。

好ましい実施形態では、ＡＰ１２０は４つのアンテナ、４つの受信機、及び４つの送信機を含み、各ＭＵ１２５は、４つのアンテナ、４つの受信機、及び１つの送信機を含む。しかしながら、当業者であれば、ＡＰ１２０は、アンテナ、受信機、及び送信機のどのような数も含むことができ、ただし、その数は１：１：１の比率で変更されることは理解されるであろう。すなわち、どのようなアンテナの追加に対しても、追加の受信機及び追加の送信機を含むことができる。同様に、ＭＵ１２５は、あらゆる数のアンテナ及び受信機を含むことができるが、数のあらゆる変更は１：１の比率に従って行われる。ＭＵ１２５は更に、あらゆる数の送信機を含むことができ、この数は、アンテナ、受信機、送信機の比率が１：１：１となるように変更される。しかしながら、本発明の好ましい実施形態では、ＭＵ１２５は単一の送信機を保持する。このようにして、本明細書で説明するプロトコルは、レガシー８０２．１１標準規格（例えば、８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇ）を採用する無線デバイスが、ハードウェア及び／又はソフトウェアを有意に修正することなく利用することができる。ＡＰ１２０及びＭＵ１２５のアーキテクチャについては、２００３年１２月１７日に出願された、名称「Ａ Ｓｐａｔｉａｌ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ（空間無線ローカルエリアネットワーク）」の米国特許出願番号１０／７３８，１６７に更に詳細に記載されており、その開示事項は引用により本明細書に組み込まれる。

図２は、通常「ダウンストリーム」通信と呼ばれる、ＡＰ２００からＭＵ２１０（１−４）への無線通信の例示的な実施形態を示している。本実施形態では、ＡＰ２００は、その２つ又はそれ以上のアンテナから２つ又はそれ以上の信号を送信することができる。図２に示されるように、ＡＰ２００は４つのアンテナを有し、これに応じて４つの独立信号Ｓ₁−Ｓ₄を送信する。送信される信号の数は、アンテナの数に正比例することができる（例えばアンテナにつき１つの独立信号）。また、ＭＩＭＯモードでは、ＡＰ２００は、信号Ｓ₁−Ｓ₄を無線チャンネルを介して同時に送信することができ、これについて以下で更に詳細に説明する。

マルチパスフェージング及び信号の破損又は劣化の原因となる他のあらゆる要因に起因して、各ＭＵ２１０のアンテナは、送信信号Ｓ₁−Ｓ₄とは異なる信号Ｒ₁−Ｒ₄を受信する。当業者であれば、受信信号Ｒ₁−Ｒ₄のいずれか又は全てが、送信信号Ｓ₁−Ｓ₄と異ならない場合がある点は理解されるであろう。従って、受信信号Ｒ₁−Ｒ₄の１つ又はそれ以上が、送信信号Ｓ₁−Ｓ₄の１つ又はそれ以上と同じ場合がある（例えばＲ₁＝Ｓ₁）。いずれの場合でも、受信信号Ｒ₁−Ｒ₄は、信号関係方程式Ｒ_i＝Σａ_ijｓ_j＋ｎ_iにより、送信信号Ｓ₁−Ｓ₄に関連付けることができ、ここで、ａ_ijは送信マトリックスの成分であり、ｎ_iは受信チャンネルｉのノイズレベルを表す。

各ＭＵ２１０は、受信信号Ｒ₁−Ｒ₄の少なくとも一部を用いて送信マトリックスａ_ijを推定する。一実施形態では、送信信号Ｓ₁−Ｓ₄の各々は、ＡＰ２００によって使用される送信チャンネルｊを示すトレーニングパケットＴ_jを含む。トレーニングパケットＴ_jは、送信信号Ｓ₁−Ｓ₄のプリアンブル信号の一部として送信することができるパイロットシーケンスＰ_jを含むことができる。例えば、ＡＰ２００は、一連のタイムスロットの１つにおいて、１つ又はそれ以上のトレーニングパケットＴ_jを送信することができる。各ＭＵ２１０は、各トレーニングパケットのパイロットシーケンスＰ_jを識別し、マトリックス方程式ａ_ij＝Ｒ_i／Ｐ_jを用いて送信マトリックスａ_ijを推定することができる。次いで、各ＭＵ２１０は、上記の信号関係方程式を用いて送信信号を抽出することができる。例えば、ＭＵ２１０（１）は、信号Ｒ₁−Ｒ₄を受信し、パイロットシーケンスＰ₁−Ｐ₄を用いて送信マトリックスａ_ijを弁別することができる。次に送信マトリックスａ_ijを信号関係方程式で使用して、送信信号Ｓ₁を弁別することができる。当業者によって理解されるように、ＭＵ２１０のプロセッサは、ソフトウェアアプリケーションを使用して送信マトリックスａ_ij及び送信信号Ｓ₁を弁別することができる。

図３は、通常「アップストリーム」通信と呼ばれる、ＭＵ３１０（１−４）からＡＰ３００への通信の例示的な実施形態を示している。上述のように、好ましい実施形態では、各ＭＵ３１０は１つ又はそれ以上の送信機を有する。従って、各ＭＵ３１０（１−４）は、信号Ｓ₁−Ｓ₄をそれぞれＡＰ３００に送信する。ＡＰ３００によって受信される信号Ｒ₁−Ｒ₄は、例えばマルチパスフェージングなどによって送信信号Ｓ₁−Ｓ₄とは異なる可能性がある。受信信号Ｒ₁−Ｒ₄は、ＡＰ３００によって信号関係方程式Ｒ_i＝Σａ_ijｓ_j＋ｎ_iで使用され、この方程式は、ダウンストリーム通信でＭＵ２１０によって使用された方程式と同じとすることができる。すなわち、受信信号Ｒ₁−Ｒ₄の各々は、ＭＵ３１０によって使用される送信チャンネルｊを示すトレーニングパケットＴ_jを含むことができる。トレーニングパケットＴ_jは更に、送信信号Ｓ₁−Ｓ₄のプリアンブルの一部として送信することができるパイロットシーケンスＰ_jを含むことができる。ＡＰ３００は、受信信号Ｒ₁−Ｒ₄及びパイロットシーケンスＰ_jを使用して、マトリックス方程式ａ_ij＝Ｒ_i／Ｐ_jにより送信マトリックスａ_ijを弁別することができる。次に、送信信号Ｓ₁−Ｓ₄は、信号関係方程式を用いて弁別される。

図４は、本発明による方法４００の例示的な実施形態を示している。本実施形態では、方法４００は、あらゆるタイプの無線デバイスとすることができる受信局によって採用される。例えば、ダウンストリーム通信では、ＭＵが方法４００を採用することができ、アップストリーム通信では、ＡＰが方法４００を採用することができる。従って、方法４００については送信局と受信局に関して説明を行う。更に、本発明によれば、受信局及び／又は送信局は通信の第１モード（ＣＳＭＡ／ＣＡなど）に従って動作することができるだけでなく、通信の第２モード（ＭＩＭＯなど）でも動作することができる。従って、方法４００は、送信局が通信の第２モード（ＭＩＭＯモードなど）で無線通信を開始した結果として、受信局によって使用される。

ステップ４１０で、受信局は送信局から少なくとも２つの第１信号を受信する。第１信号（例えば、Ｒ₁及びＲ₂）とは、送信局によって送信される少なくとも２つの第２信号（Ｓ₁及びＳ₂など）の受信バージョンである。当業者によって理解されるように、第１信号は、ＡＰ及び／又はＭＵによって採用される送信アンテナの数、或いはＡＰに送信を行うＭＵの数に対応することができる。第１信号は、どのようなデータも含まないことがあり、単にトレーニングパケットＴ_jを含むことができる。しかしながら、第１信号は、トレーニングパケットＴ_j及び／又はパイロットシーケンスＰ_jをプリアンブルに含むパケット（データパケットなど）とすることもできる。

ステップ４２０で、受信局は、トレーニングパケットＴ_jに含まれるパイロットシーケンスＰ_jを識別する。当業者であれば、受信局のプロセッサ又はこのプロセッサにより実行されるソフトウェアアプリケーションが、トレーニングパケットＴ_jからパイロットシーケンスＰ_jを抽出することができる点は理解されるであろう。更に、トレーニングパケットＴ_jは、パイロットシーケンスＰ_jのみを含むことができる。従って、本実施形態では、第１信号（例えば、Ｒ₁及びＲ₂）は、単にパイロットシーケンスＰ₁及びＰ₂とすることができる。

ステップ４３０で、受信局は、マトリックス方程式を用いて送信マトリックスａ_ijを弁別することができる。上述のように、送信マトリックスａ_ijは、パイロットシーケンスＰ_j及び第１信号（Ｒ₁及びＲ₂など）の関数として推定することができる。パイロットシーケンスＰ_jの識別と同様に、受信局のプロセッサ及び／又はこのプロセッサにより実行されるソフトウェアアプリケーションは、マトリックス方程式を用いて送信マトリックスａ_ijを弁別することができる。

ステップ４４０で、受信局は、信号関係方程式を用いて第２信号を弁別することができる。上述のように、第２信号は、送信マトリックスａ_ij、第１信号、及び受信チャンネルｉのノイズｎ_iの関数として推定される。この場合も同様に、第２信号は、受信局のプロセッサ及び／又はこのプロセッサにより実行されるソフトウェアアプリケーションによって弁別することができる。

ステップ４５０では、受信局は、通信の第２モードで動作を開始することができる。従って、局は、共有チャンネルを介して同時に信号を送受信することができる。通信の第２モードは、システムスループット全体を向上させ、データの破損及び劣化を低減し、システムのオペレータ及びユーザがレガシー８０２．１１デバイスの使用を継続することができるようにする。

図５は、本発明によるシステム５００の例示的な実施形態を示している。システム５００は、チャンネルにわたる通信の時間期間を表すフェーズＩ−ＸＩＩを用いた概略タイミング図として示されている。この例示的な実施形態では、ＡＰ５０５は４つのアンテナ５０６−５０９、４つの受信機、及び４つの送信機を備えることができる。ＡＰ５０５の通信範囲内にはあらゆる数のＭＵ５１０−ｎが存在することができる。図５に示されるように、ＭＵの各々は１つ又はそれ以上の送信機、並びに４つのアンテナ及び４つの受信機を有することができる。上述のように、当業者であれば、ＡＰ５０５及びＭＵ５１０−ｎの両方に関して、アンテナ、送信機、及び受信機の数に制限がないことは理解されるであろう。しかしながら、ＡＰ５０５のアンテナ、送信機、及び受信機の数は、ＭＵ５１０−ｎのアンテナ及び受信機の数に一致するのが好ましい。更に上述のように、システム５００は、ＡＰ５０５のアンテナ数及び／又はＡＰ５０５の受信可能エリア内のＭＵの数に応じて拡張することができる。システム５００は、単一の送信機を有するＭＵ５１０−ｎに関して説明されているが、ＭＵ５１０−ｎが１つよりも多い送信機を利用できることは、当業者であれば理解されるであろう。

図５において、フェーズＩ−ＸＩＩは、リフレッシュ期間（例えば、５０ｍｓ毎）の例示的な実施形態を示しており、フェーズＩがリフレッシュ期間の開始を示す。当業者であれば、リフレッシュ期間は、ＭＵ５１０−ｎのモビリティに反比例する持続時間を有することができることは理解されるであろう。例えば、ＭＵのモビリティが増すと（例えばＡＰ５０５の受信可能エリアに出入りする可能性がより高くなると）、結果として、リフレッシュ期間の持続時間が短くなる。従って、リフレッシュ期間の終わり又は次のリフレッシュ期間の開始時に、ＡＰ５０５が、どのＭＵが自己受信可能エリア内にあるかを再判定することができる。

フェーズＩでは、ＡＰ５０５は、各アンテナ５０６−５０９からトレーニングパケット５３５を送信する。図５に示されるように、連続する予め設定されたタイムスロット内でトレーニングパケット５３５の合計４つが送信される。すなわち、ＡＰ５０５は、第１モード通信（ＣＳＭＡ／ＣＡ）に従って従来の方法でチャンネルにアクセスし、次いで、このチャンネル上でトレーニングパケット５３５を送信する（例えばブロードキャストする）。このようにして、ＡＰ５０５は、各送信間で最小フレーム間隔（「ＳＩＦＳ」）だけ待機することにより、４つのトレーニングパケット５３５の各々を連続して送信する能力を自ら保証することができる。当業者によって理解されるように、トレーニングパケット５３５は、ＡＰ５０５の受信可能エリア内にあるあらゆるＭＵ５１０−ｎが受信することができる。すなわち、４つのトレーニングパケット５３５は、ＡＰ５０５の受信可能エリア内にいる全てのＭＵにブロードキャストされる。

「ダウンストリーム」通信に関して上述したように、各トレーニングパケット５３５はパイロットシーケンスＰ_jを含むことができる。例示的な実施形態では、各パイロットシーケンスＰ_jは、ＡＰ５０５の送信アンテナの数及び位置に対応する、予め設定された数字セットを含む。すなわち、図５に示される実施形態では、各パイロットシーケンスＰ_jは、４つの数字を含むことができる。従って、４つのパイロットシーケンスＰ_jを受信することにより、各ＭＵ５１０−ｎは自己送信マトリックスａ_ijを構築することができ、これについては以下で詳細に説明する。図５に示されるように、ＡＰ５０５の受信可能エリア内の各ＭＵ５１０−ｎは、４つのパイロットシーケンスＰ_jを受信することができ、各パイロットシーケンスには予め定められた４つの数字セットを有する。

フェーズＩＩで、各ＭＵ５１０−ｎは、ＡＰ５０５からトレーニングパケット５３５の４つを受信する。次いで、ＭＵ５１０−ｎは、各トレーニングパケット５３５のパイロットシーケンスＰ_jを識別し、そこに含まれる予め設定された数字セットを使用して送信マトリックスａ_ijを弁別することができる。図５に示される実施形態では、送信マトリックスａ_ijは、４×４マトリックスとすることができる。これによりＭＵ５１０−ｎは、ＡＰ５０５からの送信を弁別するためにチャンネルを推定することができる。すなわち、各パイロットシーケンス内の４つの数字は、トレーニングパケット５３５の送信中の減衰及び／又はマルチパスフェージングの結果として（例えば、振幅及び／又は位相において）変更することできる。従って、各ＭＵ５１０−ｎによって構築されるマトリックスａ_ijは、異なるものとすることができ、これにより各ＭＵ５１０−ｎは、ＭＵに向けられたＡＰ５０５からの送信信号を弁別することが可能になる。当業者によって理解されるように、全てのＭＵ５１０−ｎが、送信マトリックスａ_ijを弁別するために必要な訳ではない。例えば、ＭＵがチャンネル上での送信を望まない場合には（例えば、ＡＰ５０５宛てのデータパケットがない）、ＭＵは、次のリフレッシュ期間を待機することができる。しかしながら、好ましい実施形態では、トレーニングパケット５３５を受信する各ＭＵ５１０−ｎは、自己送信マトリックスａ_ijを弁別する。

ＭＵ５１０−ｎが送信マトリックスａ_ijを弁別した後、ＭＵ５１０−ｎの各々は、通信の第２モード（ＭＩＭＯモードなど）に従ってＡＰ５０５との通信を望むかどうかを決定することができる。図５に示されるように、ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０は、ＭＩＭＯモードで通信することを望んでいる。従って、ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０の各々は、ＡＰ５０５に制御フレームを送信する。当業者によって理解されるように、制御フレームは、ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０の各々がＭＩＭＯモードでの通信を望むことを示すように修正された送信要求（「ＲＴＳ」）フレーム（例えば、ＭＩＭＯ ＲＴＳ（「ＭＲＴＳ」５４０））とすることができる。ＭＲＴＳ５４０は、予め設定された数字セット（例えば、図５の４つの数字）を有するベクトルを含むことができる。更に、ＡＰ５０５は、ＭＩＭＯモードでの要求の送信を認可されていないので、ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０は、通信の第１モード（例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ）を用いてチャンネルにアクセスすることによりＭＲＴＳ５４０をＡＰ５０５に送信する点は、当業者であれば理解されるであろう。更にこの時点でＡＰ５０５は、チャンネルを推定できる（例えば、自己用に送信マトリックスａ_ijを構築するなど）ＭＵ５１０−ｎからのあらゆる送信信号を受信していない。

１つ又はそれ以上のＭＵ５１０−ｎが、ＭＩＭＯモードでの送信を望まず、単に第１モードに従って通信を行うことを意図する場合がある。例えば、ＭＵ５１５は、例えばＡＰ５０５向けのデータパケットを全くないので、ＡＰ５０５にＭＲＴＳ５４０を送信しない。或いは、ＭＵ５１５は、ＭＩＭＯモードで送信する前に予め設定された数のデータパケットを累積するまで待機することを意図する場合がある。

フェーズＩＩＩでは、ＡＰ５０５は、ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０からＭＲＴＳ５４０を受信し、これは上述の「アップストリーム」通信に類似する。図５にはＭＵ５１０−ｎの４つだけがＭＩＭＯモードで通信要求されたことが示されているが、あらゆる数のＭＵ５１０−ｎがＭＲＴＳ５４０をＡＰ５０５に送信することができることは、当業者であれば理解されるであろう。例えば、図５に示されるように、ＭＵ５１０−ｎの４つよりも多くがＭＩＭＯモードで通信要求された場合、ＡＰ５０５は、ＭＵ５１０−ｎのいずれにＭＩＭＯモードでの通信許可を与えるかを決定することが必要になる場合がある。ＡＰ５０５は、例えば、要求される帯域幅及び／又はアプリケーションタイプ（例えば、音声、スキャン、電子メール、その他）に基づくプライオリティ手法を呼び出すことができる。このようにして、ＡＰ５０５は、ＭＵ５１０−ｎのうち、ＭＩＭＯモードで通信するために最高のプライオリティを有する４つを選択することができる。ＡＰ５０５は、あらゆる数（２、３．．．ｎなど）のＭＩＭＯモードでの通信要求に応答することができる。従って、残りのＭＵは、チャンネルが空いているときは第１モードで通信し、或いは次のリフレッシュ期間又はＭＩＭＯフェーズまで待機することができる。

ＭＲＴＳ５４０を受信すると、ＡＰ５０５は、各々に含まれるベクトルを用いて、送信マトリックスａ_ijを弁別することができる。すなわち、ＡＰ５０５は、ＭＵから通信を受信し、これによりチャンネルを推定することができる。従って、この実施形態では、ＡＰ５０５が第１ビットレート（例えば、５４ｍｂｐｓ）で４つのＭＵと通信することができる。或いは、ＡＰ５０５は、第２ビットレート（７２ｍｂｐｓなど）で３つのＭＵと通信することができる。これらの実施形態のいずれにおいても、ＡＰ５０５の各送信アンテナは、予め定義されたビットレートでの通信を可能にすることができる。従って、このビットレートをあらゆる方法で（例えば、データタイプ、アプリケーション、その他に基づいて）変更／分割し、チャンネルの帯域幅を分割することができる。

送信マトリックスａ_ijを用いてＭＵからの同時送信信号を弁別すると、ＡＰ５０５はＭＩＭＯモードでの通信を開始することができる。すなわち、ＡＰ５０５は、制御フレーム５４５をＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０の各々に同時に且つ同じ周波数で送信することができる。当業者によって理解されるように、制御フレームは、ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０の各々がＭＩＭＯモードで通信を開始できることを示すように修正された送信可（「ＣＴＳ」）フレーム（ＭＩＭＯ ＣＴＳ（「ＭＣＴＳ」５４５）とすることができる。更なる例示的な実施形態では、ＭＣＴＳをＭＵ５１０−ｎにブロードキャストすることができる。また一方では、ブロードキャストは、ＭＵ５１０−ｎのいずれがＭＩＭＯモードで送信可であるかを定義することができる。

図５に示されるように、ＡＰ５０５は、ＭＩＭＯモードで通信するようにＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０からのＭＲＴＳに応答している。しかしながら、ＡＰ５０５は、リフレッシュ期間の開始時にＭＩＭＯモードでの通信を開始することができる。すなわち、ＡＰ５０５は、フェーズＩでＭＣＴＳ５４５をＭＵ５１０−ｎのいずれか４つに送信することができる。これが発生するのは、例えば、リフレッシュ期間の開始時にＭＣＴＳ５４５を受信する４つのＭＵの各々が、その送信マトリックスａ_ijを保持していた場合である。ＭＵ５１０−ｎの４つは、例えば、上述のようなプライオリティ手法を用いてＡＰ５０５が決定することができる。従って、本発明によれば、ＭＵ５１０−ｎの１つ又はそれ以上或いはＡＰ５０５は、ＭＩＭＯモードでの通信を開始及び／又は要求することができる。

フェーズＩＶで、ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０は、ＭＩＭＯモードでデータパケット５５０を送信許可されている。ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０の各々は、データパケット５５０をＡＰ５０５に同時に送信することができる。送信マトリックスａ_ijを用いて、ＡＰ５０５は、「アップストリーム」通信に関して上述したようにデータパケットを弁別することができる。

フェーズＶで、ＭＩＭＯモードで通信中のＡＰ５０５は、データパケット５５０を送信したＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０の各々に確認応答信号（「ＡＣＫ」）５５５を同時に送信することができる。当業者によって理解されるように、ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０は、予め設定された時間量及び／又は定義済みプロトコルに従って、ＭＩＭＯモードでのデータパケット５５０の送信及びＡＣＫＳ５５５の受信を継続することができる。

フェーズＶＩで、ＡＰ５０５は、該ＡＰ５０５でバッファしていたか又は該ＡＰ５０５により現在受信されていた可能性のあるデータパケット５６０をＭＵ５１０、５１５、５２０、及びＭＵｎに送信する。図５に示されるように、ＡＰ５０５は、フェーズＩＩでＭＩＭＯモードでの送信を要求していなかったか又はフェーズＩＩＩにおいてＭＩＭＯモードで送信許可されていなかったＭＵ５１５及びＭＵｎに対して、ＭＩＭＯモードでデータパケット５６０を送信している。しかしながら、上述のように、ＡＰ５０５の受信可能エリア内の各ＭＵ５１０−ｎは、トレーニングパケット５３５及びこのパケットに含まれるパイロットシーケンスＰ_jを受信する。従って、ＭＵ５１５及びＭＵｎは、ＡＰ５０５からの信号を弁別し、宛てられたデータパケット５６０を抽出することができる。

フェーズＶＩＩで、データパケット５６０を受信したＭＵ５１０、５１５、５２０、及びＭＵｎは、ＡＣＫＳ５６５をＡＰ５０５に送信し、データパケット５６０の受信を確認する。本実施形態では、ＭＵ５１５は、ＭＩＭＯモードでの通信をフェーズＩＩで事前に要求していなかった。ＭＵ５１５は、ＭＩＭＯモードで送信しているＡＰ５０５からデータパケット５６０を受信することはできるが、ＭＵ５１５は、ＡＰ５０５によって送信許可されずにＭＩＭＯモードで送信することはできない。従って、図５に示されるように、ＭＵ５１５は、ＭＩＭＯモードで通信できるように要求する第１モード（例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ）に従ってＡＣＫ５６５及びＭＲＴＳを送信する。当業者によって理解されるように、ＡＣＫ５６５はＭＲＴＳとは別個に送信することができるか、又はＭＲＴＳをＡＣＫにピギーバックすることができる。

更に、図５に示されるように、ＭＵ５３０は、フェーズＶＩでＡＰ５０５からデータパケット５６０を受信していない。しかしながら、ＭＵ５３０は、ＭＩＭＯモードでの通信機能を保持することを望んでいる。当業者であれば、ＭＵ５３０が、例えばＡＰ５０５に送信すべき追加のデータパケットを有する場合に、ＭＩＭＯ機能の保持を望むことができる点は理解されるであろう。この場合、ＭＵ５３０は、制御フレーム（ＭＲＴＳ５７０など）をＡＰ５０５に送信する。ＭＵ５３０は、フェーズＩＩＩでＭＣＴＳ５４５を受信しているので、ＭＵ５３０は、ＭＵ５１０、５２０、及びＭＵｎがこれらのそれぞれのＡＣＫＳ５６５を送信しているタイムスロットでＭＲＴＳ５７０を送信することができる。

フェーズＶＩＩＩで、ＡＣＫ５６５及び／又はＭＲＴＳ５７０を受信後、ＡＰ５０５は、ＡＰ５０５でバッファされていたか、又はＡＰ５０５により現在受信されていた可能性のある追加のデータパケット５７５を送信することができる。図５に示されるように、データパケット５７５は、ＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０に送信される。上述のように、データパケット５７５は、タイムスロット内に同時にＡＰ５０５から送信される。フェーズＩＸにおいて、データパケット５７５を受信したＭＵ５１０、５２０、５２５、及び５３０は、ＡＣＫＳ５８０をＡＰ５０５に同時に送信し、データパケット５７５の受信を確認する。

フェーズＸにおいて、ＡＰ５０５は、フェーズＶＩＩでＭＩＭＯモードでの通信を要求したＭＵ５１５、５２５、５３０、及びＭＵｎの各々に制御フレーム（例えば、ＭＣＴＳ５８５）を送信する。更に、フェーズＶＩＩでＭＩＭＯモードでの通信を要求することができなかたＭＵ５２５は、フェーズＩＸでＡＣＫ５８０にＭＲＴＳをピギーバックしていた可能性がある。同様に、フェーズＶＩＩでのＭＵｎは、ＡＣＫ５６５にＭＲＴＳをピギーバックした可能性がある。従って、ＭＵ５１５、５２５、５３０、及びＭＵｎは、ＡＰ５０５によりＭＩＭＯモードで通信許可される。フェーズＸＩでは、ＭＵ５１５、５２５、５３０、及びＭＵｎがデータパケット５９０をＡＰ５０５に同時に送信し、フェーズＸＩＩではＡＰ５０５がＡＣＫ５９５で応答する。

当業者によって理解されるように、ＡＰ５０５及びＭＵ５１０−ｎは、フェーズＸＩＩを過ぎて次のリフレッシュ期間まで及び／又は次のリフレッシュ期間後もチャンネルを介して通信を継続することができる。上述のように、次のリフレッシュ期間の開始後、ＡＰ５０５は、通信の第１モード又はＭＩＭＯモードでトレーニングパケットを再度ブロードキャストすることができる。

更に、当業者であれば、本発明が従来のシステムよりも優れたある利点をもたらすことは理解されるであろう。例えば、従来のＭＩＭＯシステムでは、ＡＰは、より高いビットレート（２１６ｍｂｐｓなど）で単一のＭＵのみと通信を行う。これとは対照的に、本発明では、より低いビットレート（例えば５４ｍｂｐｓ）で２つ又はそれ以上のＭＵと通信するＡＰを提供し、ハードウェア及びソフトウェアを有意に修正することなくより高いビットレートを処理することができないレガシー８０２．１１システムとの互換性に対応する。更に本発明は、ＡＰが少なくとも２つのＭＵと同時に通信すること又はその逆を可能にすることにより、最小のオーバーヘッドでシステムのスループットを向上させる。

上述のように、ＡＰ及び／又はＭＵは、２つ又はそれ以上のアンテナ及び受信機を有することができる。図６は、本発明を利用するシステム用のＡＰ及びＭＵの総スループットとアンテナ数との間の例示的な関係を示すグラフである。図６に示されるように、総スループットは、チャンネルがこのチャンネル上での更なる送信をこれ以上サポートできない飽和点（２５０アンテナ、２２５ｍｂｐｓなど）まで双曲線的に増加する。図７は、図６のグラフの一部の拡大図を示している。図７で、第１の線７００は、図６のグラフの例示的な関係を示す。第２の線７０５は、本発明の結果として生じる予想オーバーヘッドによる実際の関係を示す。アンテナの数が増えると、予想オーバーヘッドも増える。しかしながら、例えば、８つのＭＵが同時に５４ｍｂｐｓの同じ周波数で通信している場合を考えると、予想オーバーヘッドは比較的小さい。

本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、本発明において様々な修正を行い得ることは当業者には明らかになるであろう。従って、本発明は、添付の請求項及び均等物の範囲内であれば本発明の修正及び変形形態を包含するものとする。

本発明によるシステムの例示的な実施形態を示している。 本発明によるダウンストリームプロトコルの例示的な実施形態を示している。 本発明によるアップストリームプロトコルの例示的な実施形態を示している。 本発明による方法の例示的な実施形態を示している。 本発明によるシステムの無線通信の例示的な実施形態の概略図を示している。 本発明によるシステムの総システムスループットとアンテナ数との間の関係の例示的な実施形態を示している。 本発明によるシステムの総システムスループットとアンテナ数との間の関係の別の例示的な実施形態を示している。

符号の説明

１００ 本発明によるシステム
１０５ ＷＬＡＮ
１１０ 空間
１１５ エリア
１２０ アクセスポイント
１２５ ＭＵ
１３０ 経路
１４０ 出入口

Claims (25)

1. アクセスポイントの複数の送信アンテナの各々から、送信された対応送信アンテナを識別する第１識別子を含む第１信号を受信する複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナの各々に結合され、前記アンテナによって受信される前記第１信号を処理する複数の受信機と、
   前記複数のアンテナの各々に結合された送信機と、
   前記複数の受信機の各々及び前記送信機に結合されたプロセッサと、
   を備え、
   前記プロセッサは、前記第１信号の各々からの第１識別子を含む第１通信マトリックスを生成し、
   前記プロセッサは、前記第１通信マトリックスを用いて、無線チャンネルを介して単一タイムスロット内で前記アクセスポイントから受信した複数の無線通信信号を弁別する、
   ことを特徴とする無線デバイス。
2. 前記送信機は、第２信号を前記アクセスポイントに送信し、前記第２信号は、前記アクセスポイントによって第２通信マトリックスに変換されるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線デバイス。
3. 前記第１信号はトレーニングパケットである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線デバイス。
4. 前記無線デバイスは、携帯電話、スキャナ、ＰＤＡ、ネットワークインタフェースカード、ラップトップ、及びハンドヘルドコンピュータのうちの１つである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線デバイス。
5. 前記無線デバイスは移動ユニットである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線デバイス。
6. 前記第１識別子はベクトルである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線デバイス。
7. 前記無線デバイスは、単一タイムスロット内に前記第１信号の各々を受信する第１通信モード（「ＦＣＭ」）と、別の単一タイムスロット内に複数の無線通信を受信する第２通信モード（「ＳＣＭ」）とを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線デバイス。
8. 前記ＦＣＭは、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格を利用し、前記ＳＣＭが多入力多出力（ＭＩＭＯ）モードを利用する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の無線デバイス。
9. 前記プロセッサは、少なくとも１タイムスロット及びリフレッシュ期間のうちの一方の後に前記第１通信マトリックスを更新する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線デバイス。
10. 無線デバイスにより、予め設定された数の第１信号をアクセスポイントから受信する段階を含む方法であって、
    前記第１信号の予め設定された数は、前記アクセスポイントの送信アンテナの数に対応し、前記第１信号の各々はタイムスロット内に受信され、
    前記方法が更に、
    前記無線デバイスにより、第１通信マトリックスを前記第１信号の関数として生成する段階と、
    第１通信マトリックスを用いて前記アクセスポイントから単一タイムスロット内に受信された複数の無線通信を弁別する段階と、
    を含む方法。
11. 前記無線デバイスにより、第２信号を前記アクセスポイントに送信する段階を更に含み、前記第２信号は前記無線デバイスを識別する第２識別子を含む、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１信号はトレーニングパケットである、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記第１信号は、第１通信モード（「ＦＣＭ」）中に前記無線デバイスによって受信され、第２通信モード（「ＳＣＭ」）中には前記複数の無線通信信号が前記無線デバイスによって受信される、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 前記ＦＣＭはＩＥＥＥ８０２．１１標準規格を利用し、前記ＳＣＭは多入力多出力（ＭＩＭＯ）モードを利用する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１信号の予め設定された数が少なくとも２つである、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
16. 前記第１信号の予め設定された数が前記送信アンテナの数に等しい、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記タイムスロットの数は前記予め設定された数に等しい、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
18. 前記第１信号の各々は、該第１信号が送信された前記アクセスポイントの対応送信アンテナを識別する第１識別子を含む、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
19. 前記第１及び第２識別子の各々はベクトルである、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１信号の各々のタイムスロットは、搬送波感知多重アクセス（「ＣＳＭＡ」）メカニズムを用いて取得される、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
21. 前記ＳＣＭを使用して無線通信を行うための要求信号を前記無線デバイスによって送信する段階を更に含む請求項１３に記載の方法。
22. 少なくとも１タイムスロット及びリフレッシュ期間のうちの一方の後に前記第１通信マトリックスを更新する段階を更に含む請求項１０に記載の方法。
23. 前記無線デバイスは、携帯電話、スキャナ、ＰＤＡ、ネットワークインタフェースカード、ラップトップ、及びハンドヘルドコンピュータのうちの１つである、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
24. 前記第１信号及び前記第２信号の各々は、一意の経路に沿って移動する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
25. アクセスポイントの４つの送信アンテナの各々から第１信号を受信し、前記第１信号は該第１信号が送信される対応送信アンテナを識別する第１識別子を含む４つのアンテナと、
    前記アンテナの各々に結合され、前記アンテナによって受信される前記第１信号を処理する４つの受信機と、
    前記アンテナの各々に結合された送信機と、
    前記受信機の各々及び前記送信機に結合されたプロセッサと、
    を備え、
    前記プロセッサは、前記第１信号の各々からの第１識別子を含む第１通信マトリックスを生成し、
    前記プロセッサは、前記第１通信マトリックスを用いて、無線チャンネルを介して単一タイムスロット内で前記アクセスポイントから受信された複数の無線通信信号を弁別する、
    ことを特徴とする無線デバイス。

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