JP2009504017A - 電力線ネットワークにおける帯域幅管理 - Google Patents

Abstract

多数のステーション（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のそれぞれの送信を調整するためのセントラルコーディネータ（ＣＣｏ１）を含む上記多数のステーション（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を含む電力線ネットワーク（２０２、２２０）を提供する。ステーション（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のそれぞれは、電力線ネットワーク（２０２、２２０）内の他ステーション（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のそれぞれと通信を行うための一つまたは複数のトーンマップを生成するように構成可能である。各トーンマップは、ステーション（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のうちの２つのステーション間の通信リンク上で使用される一組のトーンを含む。各トーンマップは、さらに、各トーンに対し一組のユニークな変調方式を含む。ステーション（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のそれぞれは、さらに、他のステーション（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のそれぞれと通信を行うための、電力周期（４０４）のすべての部分に対し有効なデフォルトのトーンマップを生成するように構成可能である。ステーション（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）のそれぞれは、さらに、その帯域幅要求を監視するとともにセントラルコーディネータ（ＣＣｏ１）から追加の帯域幅を要求するように構成可能である。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００５年７月２７日出願の米国仮出願第６０／７０２，７１７号からの優先権を主張し、参照のためその全体を本明細書に援用する。以下の米国特許出願もまた、参照のためその全体を本明細書に援用し本出願の一部とする。

本出願と同時に出願された米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号明細書”＿＿＿＿＿＿＿”、代理人文書第０１２０１４２号、
本出願と同時に出願された米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号明細書”＿＿＿＿＿＿＿”、代理人文書第０１２０１４３号、
２００５年８月２日出願の米国仮出願第６０／７０５，７２０号”可変伝送特性を有する媒体を含むネットワークにおける通信：Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ ｉｎ ａ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｈａｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ａ Ｍｅｄｉｕｍ ｈａｖｉｎｇ Ｖａｒｙｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ”、
２００６年１月２４日出願の米国特許出願第１１／３３９，２９３号”ネットワークにおける時間同期：Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｎｅｔｗｏｒｋ”、
２００６年１月２３日出願の米国特許出願第１１／３３７，９４６号”可変送信特性を有する媒体を含むネットワークにおける通信”、
シャープラボラトリーズオブアメリカインクに譲渡された米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号”近隣ネットワークとの同期チャンネル共有：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｈａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”、代理人文書第ＳＬＡ１８９０号、
２００５年７月２７日出願の米国仮出願第６０／７０３，２３６号”近隣ネットワークとの通信路共有方法：Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｓｈａｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｃｈａｎｎｅｌ ｗｉｔｈ Ｎｅｉｇｈｂｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”、
シャープラボラトリーズオブアメリカインクに委譲された米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿号”要求されたサービスの質を提供する方法”、代理人文書第ＳＬＡ１８９１号、
２００５年７月２７日出願の米国仮出願第６０／７０３，３１７号”要求されたサービスの質を提供する方法：Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｒｅｑｕｅｓｔｅｄ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ”、
２００６年１月２３日出願の米国特許出願第１１／３３７，９６３号”ネットワークにおける無競合時間割当ての管理：Ｍａｎａｇｉｎｇ Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ−Ｆｒｅｅ Ｔｉｍｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ Ｎｅｔｗｏｒｋ”。

本発明は、一般的にはイーサネットクラスのネットワーク上の通信、より具体的には電力線ネットワーク上の通信に関する。

ネットワーク化ホームの構想は多くの事業計画を駆り立ててきたが、今日までの製品提供はその夢を実現するためには性能あるいは市場潜在力において余りに限定されたものとなっている。ホームネットワーキングは職場におけるネットワーキングとは異なる。アプリケーションが異なり、トラフィックパターンが異なり、データ搬送のために利用可能な媒体が異なる。ホームネットワーキングユーザがコンピュータ間でファイルを転送することや、プリンタなどの周辺装置を共用することを望むことは確実である。彼らは複数の装置間でインターネット接続を共有することができるように広帯域アクセスに対するゲートウエイを望む。ユーザは、また、ボイスオーバーＩＰ（ＶｏＩＰ）、娯楽用のストリーム媒体とマルチプレーヤーネットワークゲームへの対応などの他のサービスを望む。

一部の新しい住宅ではイーサネットに好適なケーブルにより配線されるが、大部分はそうではない。したがって、ホームネットワーク物理媒体に対する選択肢が電話配線、無線、電力線に限定された場合、様々な属性が存在する。

最近、無線ネットワーキングと、その関連構成部品が急速に増えている。しかしながら、無線通信は、限られた範囲と、全世界よりも狭い通信可能範囲に悩まされる。すなわち家庭の一部の領域は他の領域と通信を行うことができない。これらの課題は、鉄骨やレンガ壁を使用するものなど、あるタイプの構造では特に顕著であり、結果的に信号伝播は悪化する。これらの課題に対する解決策は高価で複雑であり、平均的な住宅所有者では取得不可能なある技術的専門性を必要とする。

当初、電話回線ネットワーキングが解決策であるように思われたが、多くの世帯は、予測し得るホームネットワーキングの恩恵を享受するのに好都合な場所で電話ジャックが不足している。例えば、一部の古い住宅は、台所および他の生活領域（例えば居間、ファミリールームなど）での使用のために台所に設置された一つの電話ジャックのみを有するかもしれない。したがって、離れた装置までネットワーク接続を提供することは不便であるかまたは取り散らかしたものとなり得る。この状況は発展途上国では特に不利である。一方、電源プラグは家庭内のほとんどすべての部屋に設置され、一部の家庭は、あらゆる部屋のあらゆる壁に設置された複数の電源コンセントを有する。電力線は、通信用にはこれら３つのうち最も困難な媒体に見えるが、２つの魅力的な属性を実に有する。第１に、電話線と同様に、ＲＦ変換ハードウェアを必要としなく、したがってコストは無線による問題解決法と比較して低くなり得る。しかし、より重要なのは、電源コンセントは、家庭においてある人がネットワーク装置を使用したいと思うであろうほとんどどこにでも存在することである。

電力線媒体は通信にとって厳しい環境である。例えば、家庭内の任意の２つのコンセント間の通信路は、多数の未終端スタブと、変化するインピーダンスの終端負荷を有するスタブとを備えた非常に複雑な伝送路網の伝達関数を有する。このようなネットワークは、周波数に応じて大きく変化する振幅と位相特性を有する。送信信号は、ある周波数では比較的小さな損失でもって受信機に到達し、他の周波数ではノイズレベル以下で駆動されることがある。さらに悪いことには、伝達関数は時間とともに変化することがある。これは、住宅所有者が電力線に新しい装置を接続したために、あるいはネットワークに接続された装置のいくつかが時変インピーダンスを有する場合に起こり得る。この結果、コンセントペア間の通信路の伝達関数は広範囲にわたり変化し得る。ある場合には広範囲の帯域幅が高品質送信に好適であり得るし、他の場合にはデータを搬送するためには通信路の容量が制限されることがある。

また、住宅所有者による予定外の装置の使用により、コンセントペア間の通信路の伝達関数にランダムな変動が生じ得る。その結果、電力線上の高品質送信のための通信路の帯域幅の適合性を、該通信路を使用する必要が生じる前に予想することは不可能である。さらに、受信機と送信機間の接続の帯域幅要件は、接続が確立された後に変化することがあり、このことは接続により提供されたサービスの質（ＱｏＳ）に著しく影響を与え得る。

ネットワーク化装置ペア間の接続では変化する通信路容量が必要とされるので、通信路帯域幅の可用性に伴う課題は、ネットワーク全体のスループット、各接続のＱｏＳ、接続要件の監視、ネットワーク資源の適応性に関する問題を引き起こす。したがって、効果的に効率的にこのような問題に対処できる管理方式と監視方式が当該技術領域では求められている。

本発明は、電力線ネットワークにおける帯域幅管理のための方法とシステムに向けられる。より具体的には、本発明は、電力線ネットワークにおいて効果的な帯域幅管理を実現するために、通信路容量を推定するとともにネットワーク化装置の接続要件を監視する方法およびシステムを提供する。

１つの側面においては、電力線ネットワークは、各ステーションの送信を調整するためのセントラルコーディネータを含む多数のステーションを含む。各ステーションは電力線ネットワーク内の他の各ステーションと通信を行うための一つまたは複数のトーンマップを生成するように構成可能である。各トーンマップは、多数のステーションのうちの２つのステーション間の通信リンク上で使用される一組のトーンを含む。各トーンマップは、さらに、各トーンに対し一組のユニークな変調方式を含む。各ステーションは、さらに、他の各ステーションと通信を行うための、電力周期のすべての部分に対し有効なデフォルトのトーンマップを生成するように構成可能である。各ステーションは、さらに、帯域幅要求を監視するとともにセントラルコーディネータから追加の帯域幅を要求するように構成可能である。各ステーションは、さらに、送信のフレーム制御フィールドにおいて帯域幅要求を指示するように構成可能であり、セントラルコーディネータは、帯域幅要求に対応するために当該送信のフレーム制御フィールドを監視するように構成可能である。各トーンマップは、多数のステーションのうちの２つのステーション間の接続中に通信路推定手順の結果として生成され、通信路推定手順は通信路の特性を測定する工程を含む。

本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面の精査後、当業者には容易に明らかになるであろう。

本発明の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付図面の精査後、当業者には容易に明らかになるであろう。

本発明は特定の実施形態に関して説明されるが、添付の特許請求範囲により定義される本発明の原理は、ここに記載の本発明の具体的に説明される実施形態を越えて適用され得ることは明白である。また、本発明の説明では、本発明の独創的な側面が不明瞭にならないように一部詳細は省略される。省略された詳細は当業者の知識の範囲内である。

本出願における添付図面およびそれらに伴う詳細な説明は、本発明の単なる例示的な実施形態に向けられる。簡潔性を保つために、本発明の原理を用いる本発明の他の実施形態は本出願では具体的に説明されず、また本添付図面により具体的に例示されない。特に明記しない限り、添付図面中の同様なまたは対応する素子は同様なまたは対応する参照符号により表され得るということに留意されたい。

図１に、本出願の一実施形態による、ＨＰＡＶ（ＨｏｍｅＰｌｕｇオーディオビデオ）システム１００の概要を例示する。図示のように、ＨＰＡＶシステム１００は、ＰＨＹ（物理）層１１０、ＭＡＣ（媒体アクセス制御）層１２０およびコンバージェンス層１３０を含む。ＨＰＡＶシステム１００が送信モードの場合、ＰＨＹ層１１０は、エラー制御訂正、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重方式）シンボルへのマッピングおよび時間領域波形の生成を行い、ＭＡＣ層１２０は、正しい送信位置を確定し、当該通信路上の送信のためにデータフレームを固定長エンティティにフォーマット化し、自動再送要求（ＡＲＱ）によりタイムリーかつエラーのない配信を保証し、コンバージェンス層１３０はブリッジング機能、トラフィックを各接続に分類する機能、データ配信平滑化機能を実行する。逆に、ＨＰＡＶシステム１００が受信モードの場合、ＰＨＹ層１１０、ＭＡＣ層１２０およびコンバージェンス層１３０は、当該機能を逆方向に実行する。

ＨＰＡＶシステム１００は、周波数選択性通信路の存在下での特有な適応性、狭帯域干渉に対する柔軟性およびインパルス性雑音に対する頑強性の理由からＯＦＤＭ変調技術を利用する。ＯＦＤＭシンボルの時間領域パルス整形を使用することにより、深い周波数ノッチを送信ノッチフィルタの追加要件なしに実現することができる。ＨＰＡＶシステム１００は、１．８０ＭＨｚ〜３０．００ＭＨｚの範囲で１１５５個のキャリアを使用する。

図２Ａに、図１におけるＨＰＡＶシステム１００の例示的なオーディオビデオ論理ネットワーク（ＡＶＬＮ）を例示する。ＡＶＬＮは、同じネットワークメンバーシップキー（ＮＭＫ）を有する一組のステーションを含む。本出願では一般的に”電力線ネットワーク”とも呼ばれるＡＶＬＮにおいて、ステーションの一つは、各接続の良好なＱｏＳだけでなく全体ネットワークの最大スループットも実現するために、ネットワーク内のすべてのステーションの送信を調整する責任を負うセントラルコーディネータ（ＣＣｏ）となる。ＣＣｏは、また、ネットワークに加わりたいステーションを認証し、暗号鍵を管理し、近隣ネットワークとの資源の共有を調整する責任を負う。ＣＣｏはあらかじめそのように構成されてもよいし、あるいは指定の選択手順を通して自動的に選択されてもよい。但し、ＡＶＬＮにおける一つのステーションのみが、ある時にセントラルコーディネータ（ＣＣｏ）として機能することができる。ＡＶＬＮ（すなわち電力線ネットワーク）におけるステーションは電力線（すなわちＡＣライン）を介して通信を行うことができるということに留意されたい。

図２Ａに示すように、ＡＶＬＮ２０２はステーションＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＣＣｏ１を含む。所与のステーションの物理的なネットワーク（ＰｈｙＮｅｔ）は、当該ステーションと物理的に通信を行うことができる一組のステーションである（少なくともフレーム制御（ＦＣ）およびＲＯＢＯ（頑強：Ｒｏｂｕｓｔ）モードのレベルにおいて）。ＰｈｙＮｅｔは所与のステーションに相対的であり、物理的にすぐ近くのステーション群のＰｈｙＮｅｔ群が別個のものとなることは可能である。本出願において、図２Ａにおける二重矢印線２０４などの二重矢印線は、ステーションＡとＣＣｏ１のような２つのステーションがＰＨＹレベル上で通信を行う能力を表すことに留意されたい。図２Ａは、また、すべてステーションが互いに通信を行うことができることを示す。従って表１に示すように、すべてのステーションのＰｈｙＮｅｔは同じ一組｛Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＣＣｏ１｝である。ＡＶＬＮに属する２つのステーションは、それらが互いのＰｈｙＮｅｔに属する場合、互いに通信を行うことができる。図２Ａは、さらに、ＡＶＬＮ２０２がＡＶＬＮ２０２内の各ステーションのＰｈｙＮｅｔと一致することを示す。

図２Ｂに、図１におけるＨＰＡＶシステム１００に対する２つの例示的なＡＶＬＮを例示する。図２Ｂに示すように、ＡＶＬＮ２１０はステーションＡ、ＢおよびＣＣｏ１を含み、ＡＶＬＮ２１２はＣＣｏ２およびステーションＣ、Ｄを含む。図２Ｂにおける各ステーションのＰｈｙＮｅｔを表１に示す。

図２Ｃに、図１におけるＨＰＡＶシステム１００の例示的なＡＶＬＮを例示する。図２Ｃに示すように、ＡＶＬＮ２２０はＣＣｏ１およびステーションＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを含む。図２Ｃにおける各ステーションのＰｈｙＮｅｔを表１に示す。

図３に、図１のＨＰＡＶシステム１００の例示的なＨＰＡＶ送受信機のブロック図を示す。ＨＰＡＶ送受信機３００は、ＯＦＤＭ変調を使用する送信機側３１０と、受信機側３６０を含む。送信機側３１０では、ＰＨＹ層（例えば図１のＰＨＹ層１１０）はＭＡＣ層（例えばＭＡＣ層１２０）からの入力を受信する。１．０．１ＦＣ符号器３２０、ＡＶ ＦＣ符号器３３０、ＡＶペイロードデータ符号器３４０によりそれぞれ処理されるＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０．１フレーム制御（ＦＣ）データ３１２、ＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶフレーム制御データ３１４、ＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶペイロードデータ３１６に対する様々な符号化のための３つの個別の処理チェーンを図３に示す。３つの符号器の出力は、マッパー（mapper）３５０、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）プロセッサ３５２、サイクリック・プレフィックス挿入、シンボルウィンドウ並びにオーバーラップブロック３５４、プリアンブル挿入３５６を含む共通のＯＦＤＭ変調構成に入り、最終的に、電力線媒体３９０に結合するアナログフロントエンド（ＡＦＥ）モジュール３５８に送り込まれる。

受信機側３６０では、ＡＦＥ３６５は自動利得制御装置（ＡＧＣ）３６８と時間同期モジュール３７０と共に動作し、個別のフレーム制御回路とペイロードデータ再生回路に信号を送り込む。フレーム制御データは、ＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０．１デリミッタ用の３８４点ＦＦＴ３７２とＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶ用の３０７２点ＦＦＴ３７４とを介し、さらにそれぞれのＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０．１とＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶモード用の個別のフレーム制御復号器３８０、３８２を介し、受信サンプルストリームを処理することとにより再生される。ＨｏｍｅＰｌｕｇＡＶフォーマット化シンボルのみを含む、サンプリングされた時間領域波形のペイロード部分は、ＡＶペイロードデータを再生するために、３０７２点ＦＦＴ３７４と復調器３７５を介し、さらにＡＶペイロードデータ復号器３８４の逆インターリーバ３８５、ターボ畳み込み復号器３８６、逆スクランブラ３８７を介し処理される。

本発明では、ネットワークのＣＣｏ（例えば図２ＡのＡＶＬＮ２０２のＣＣｏ１）は、ネットワークＩＤ、調整のために使用する近隣ネットワークの数、現在の送信のスケジュル（例えば、どのステーションをいつ送信させるか）およびネットワークのモード（例えばそれがＨＰＡＶモードかＨＰＡＶハイブリッドモードか）などのシステム全体の情報を含むビーコンと呼ばれる特別の信号を送信する。ビーコンは、また、例えば資源を要求する特定のステーション、ネットワークに加わることを要求する特定のステーション、あるいは暗号鍵が提供される特定のステーションからのメッセージに対する応答を含むことができる。図４に関して以下に検討されるように、ビーコンは電力周期の特定の位相に結びついた一定の間隔でＣＣｏにより送信され得る。ビーコンは、ビーコンの確実な受信のために他のステーションにより使用されるいわゆるＲＯＢＯ（頑強）モードで送信される。このモードでは、各ステーションは当該ＣＣｏから当該ステーションまでとは異なる通信路特性を経験する。ＲＯＢＯモードでは、変調は通信路の特性に依存しなく、頑強性は、低速度符号化、低密度変調、ペイロードの繰り返しおよびインターリーブにより実現される。

各ＨＰＡＶステーション（例えば、図２ＡのステーションＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）は、通信路を監視しＨＰ１．０装置が存在するかどうかを確認する。ステーションがＨＰ１．０装置の存在を検知すると、ＣＣｏ（例えば図２ＡのＣＣｏ１）に通知し、次にＣＣｏはネットワーク（例えば図２ＡのＡＶＬＮ２０２）をＨＰＡＶハイブリッドモードに切り替える。ハイブリッドモード動作では、ＨＰＡＶネットワークは、ビーコン期間のＣＳＭＡ／ＣＡ領域のみで送信するようにＨＰ１．０ステーションをうまく扱うことにより、ＨＰ１．０ステーションからの干渉を回避する。こうして、ＨＰＡＶステーションとＨＰ１．０ステーションは同一媒体上に共存することができ、一方ＨＰＡＶステーションは当該期間の無競合部分におけるスケジューリング化送信のすべての利点を維持する。

図４に、本発明の一実施形態による、例示的な電力線周期に同期した例示的なビーコン期間を示す。図４に示すように、ビーコン期間４０２（すなわち２つの連続するビーコン送信間の時間）は、実質的に電力線周期４０４の２期間に等しい。例えば、６０Ｈｚの電力線周波数（すなわち６０Ｈｚシステム）では、公称ビーコン期間は３３．３３ミリ秒（ｍｓ）に等しい。例えば、５０Ｈｚの電力線周波数（すなわち５０Ｈｚシステム）では、公称ビーコン期間４０２は４０ｍｓに等しい。一実施形態では、ビーコン期間４０２は電力線周期４０４の２期間に正確に等しいかもしれない。図４にさらに示すように、ビーコン期間４０２の開始は、電力線周期の開始から固定期間分だけオフセットが与えられてもよい。

また図４に示すように、ビーコン期間４０２はビーコン領域４０６、ＣＳＭＡ（搬送波検知多重アクセス方式）領域４０８、予約領域４１０を含む。ビーコン領域４０６はＣＣｏにより生成されたビーコンを含む。ビーコンは、プリアンブル、フレーム制御、ビーコンペイロードを含むことができる。ＣＣｏは、ビーコンがＣＣｏのローカルクロック周波数とは無関係に電力線周期に同期され続けることを保証する。

ビーコン期間４０２内の割当てを記載する情報は、一つまたは複数のビーコンエントリーを使用することによりビーコンペイロードでブロードキャストされる。ビーコン領域４０６は、また、ＣＳＭＡ領域４０８と予約領域４１０の期間に関する情報を含む。ＣＳＭＡ領域４０８は、ＣＳＭＡ通信路アクセスメカニズムを使用する接続（すなわち送受信ステーション間のセッション）に割当てられる持続性共有ＣＳＭＡ割当て領域（persistent shared CSMA allocation region）４１６を含む。ＣＳＭＡ領域４０８は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（搬送波検知多重アクセス方式／競合アクセス）期間としても知られる競合期間（ＣＰ）である。一つのステーションのみが送信する許可を得ているビーコン期間４０２の一部分である予約領域４１０は、さらに、持続性割当て領域（persistent allocation region)４１２と非持続性割当て領域(non-persistent allocation region）４１４に分割される。持続性割当て領域４１２は、ＱｏＳ（サービスの質）を必要とする接続（すなわち送受信ステーション間のセッション）接続に割当てられる。持続性割当て領域４１２は無競合期間（ＣＦＰ：contention free period）であり、ＴＤＭＡ（時分割多重接続）通信路アクセスを利用することができる。非持続性割当て領域４１４は以下の一つまたは複数に割当てられる。

（ａ）持続性割当て領域４１２に割当てを有するが、通信路が短期間または長期間劣化したため、あるいは特定のアプリケーションの要件が増加した（例えば、ビデオまたはオーディオの早送り中）ために追加の容量を必要とし得るアクティブ接続。

（ｂ）追加ＣＳＭＡ期間（例えば、ＣＣｏが通常のＣＳＭＡ期間内に上位の競合を感知した場合）。

（ｃ）ＣＣｏを検知または聞くことができない隠れたノード（すなわちステーション）を発見することが目的である発見ビーコン（discover beacon）などの特別なシステムニーズ。

本発明のＨＰＡＶシステム（例えば図１のＨＰＡＶシステム１００）において、通信路推定は、最適性能を提供するようにＰＨＹ（例えば図１のＰＨＹ層１１０）の動作を適応させるために利用される電力線通信路の特性を測定するプロセスである。ステーションが電力線ネットワークに加わった後、他のステーションとの広範なデータ交換に関わる前に、該ステーションは、通信を望む他のステーションと自身のステーションと間の通信路を推定する。通信路推定の結果として、一つまたは複数のトーンマップ（当該スペクトルの一部分である様々なトーンで確実に搬送可能な情報の量を指示するリスト）がビーコン期間（例えば図４のビーコン期間４０２）内の様々な期間に対して選択される。通信路は電力線周期の様々な部分で十分に異なるので、同じステーションペア間には大抵の場合２つ以上のトーンマップが必要とされる。トーンマップは、電力線ネットワーク内の２つのステーション間の特定のユニキャスト通信リンク上で使用される一組のトーン（またはトーンのリスト）を含む。トーンマップは、さらに、一組のトーン内のトーンのすべてに対し一組のユニークな変調方式を含む。

通信路推定としては、各キャリア（すなわちトーン）上で使用される変調方式の選択、ＦＥＣ（順方向誤り訂正）率の選択、ガードインターバル長の選択、特定のトーンマップ設定が適用されるＡＣライン周期（すなわち電力線周期）内の期間の選択が挙げられる。ＦＥＣ率とガードインターバル長は電力線サイクル期間にわたって変化することができるが、それらは所定の時刻のすべてのキャリアに対して同じである。

電力線ネットワーク内のすべてのステーションは、ＣＳＭＡとＣＦＰ期間（すなわちステーションが送信してもよい全ビーコン期間）のすべてにおける特定のステーションによる受信に対し有効なデフォルトトーンマップを設定する。さらに、ステーションは、ＡＣライン周期に適応したトーンマップ（すなわちビーコン期間と基礎をなすＡＣライン周期の一部分において有効なトーンマップ）を設定することができる。

通信路推定手順は、送信ステーションが特定の受信ステーションと通信を行う一方で、電力線周期の様々な期間で使用可能なトーンマップを送信ステーションが取得できるようにする。電力線通信路は各送信ステーションと受信ステーション間で一意的である。従って、通信路推定手順は、各送信ステーションと受信ステーション間で独立して実行されなければならない。通信路推定手順は、また、使用可能なトーンマップ数を交渉（negotiating）し、有効トーンマップのリストを維持し、各トーンマップを使用できる電力線周期内の期間のリストを維持する、ためのメカニズムを含む。通信路推定手順は、初期通信路推定手順と動的通信路適応手順に分割することができる。送信ステーションは、特定の受信ステーションにデータを送信する必要が有る場合に初期通信路推定手順を呼び出すので有効トーンマップを持たない。

図５に、本発明の一実施形態による、電力線ネットワークにおける送受信ステーション間の初期通信路推定手順を行なうための方法を示す例示的なフローチャート５００を示す。当業者には明白な詳細と特徴は、図５のフローチャート５００では省略した。例えば、当該技術領域で知られるように、一つのステップは一つまたは複数のサブステップから構成されてもよいし、あるいは特殊な装置を含んでもよい。フローチャート５００に示されたステップ５０２からステップ５１０は本発明の一実施形態を説明するのに十分であるが、本発明の他の実施形態はフローチャート５００に示されるものと異なるステップを利用することができる。

ステップ５０２で開始されると、受信ステーションに送信すべきデータを有する送信ステーションは、該送信ステーションが有効トーンマップを持っていないということを判断する。ステップ５０４では、送信ステーションは、初期通信路推定用のサウンディングを指示するために設定されたＳＲＣ（サウンド理由コード：Ｓｏｕｎｄ Ｒｅａｓｏｎ Ｃｏｄｅ）を有するサウンドＭＰＤＵ（ＭＡＣプロトコルデータ単位）を送信することにより、通信路推定手順を開始する。このＭＰＤＵ（本出願では”初期送信”とも呼ぶ）は、送信ステーションが当該”リンク”に割り当てることができるトーンマップの最大数を指定する。ＭＡＣ内では、接続は一つまたは複数の”リンク”と呼ばれる一方向性データフローに分解される。サウンドＭＰＤＵは、通信路の特性を推定するために通信路推定中に使用される。初期通信路推定はＣＰまたはＣＦＰのいずれかにおいて行われ得る。

ステップ５０６では、受信ステーションは、送信ステーションからのサウンドＭＰＤＵの受信を通知するために適切に設定されたＦＣ（フレーム制御）フィールド内のＳＡＦ（サウンドＡＣＫフラグ）ビットと共にサウンドＭＰＤＵを送信する。ステップ５０８では、受信ステーションがトーンマップを生成するのに十分なデータを有するということを指示するまで、送信ステーションは受信ステーションにサウンドＭＰＤＵを送信し続ける。例えば、受信ステーションは、受信ステーションがトーンマップを生成するのに十分なデータを有するということを指示するように適切に設定されたＳＡＦとＳＣＦ（サウンド完了フラグ）と共にサウンドＭＰＤＵを送信ステーションに送信することができる。ステップ５１０では、受信ステーションは新しいトーンマップを生成し、それをデフォルトトーンマップとして送信ステーションに送信する。新しいトーンマップは、メッセージが初期通信路推定手順の結果として生成されたデフォルトトーンマップを含むということを指示する応答タイプフィールドを有するＣＥＩ（通信路推定指示：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）メッセージで送信することができる。デフォルトトーンマップを生成した後、受信ステーションは、また、一つまたは複数の電力線周期に適応したトーンマップを生成することができる。

初期通信路推定手順がＣＰにおいて行なわれる場合、送信ステーションは受信ステーションにサウンドＭＰＤＵを送信することに先立って通信路を得るために競合しなければならない。ＣＰにおいて初期通信路推定手順を行なうと、電力線周期のある部分の間、送信ステーションはサウンドＭＰＤＵを送信することができなくなるかもしれない。同様に、初期通信路推定手順がＣＦＰにおいて行なわれる場合、送信ステーションは、完全な電力線周期にわたるのに十分な割当てが不足するかもしれない。いずれの場合も、受信ステーションは、ビーコン期間（または電力線周期）のすべての部分に対し有効なデフォルトトーンマップと呼ばれるトーンマップを提供する必要がある。

動的通信路適応手順は、初期通信路推定手順が行なわれた後、受信ステーションにより行なうことができる。動的通信路適応手順は、結果的にデフォルトトーンマップに対する動的更新を行うことができる（すなわち、既存のデフォルトトーンマップを新しいデフォルトトーンマップで置換する）。この手順は、また、結果的に電力線周期の様々な期間で有効な電力線周期に適応したトーンマップを生成することができ、該電力線周期に適応したトーンマップのいくつかは既存のトーンマップを置換することができる。デフォルトトーンマップとは対照的に、電力線周期に適応したトーンマップは電力線周期の特定の期間内のチャンネル特性に対し微調整される。従って、電力線周期に適応したトーンマップは、入手可能で使用可能な場合はいつでも送信ステーションにより使用されなければならない（ＣＥＩ内のＣＰＦフィールドに基づいて）。トーンマップは定期的に更新しリフレッシュする必要がある、そうでなければ、それらは古くなったものと宣言され、接続には使用することができない。この適応は、例えば、受信ステーションまたは送信ステーションの近傍にある装置の取り外しまたは追加から生じた通信路の変化を取り込むために必要とされる。

接続中、アクティブリンクの健全性は、受信ステーションと送信ステーションの両方により絶えず監視される（送信ステーションは、選択的ＡＣＫメカニズム（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ＡＣＫ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）により受信ステーションからフィードバックを受信することができる）。一つのステーションが、当該接続のＱｏＳ要件を満足するためにより多くの資源が必要であるということを感知すると、該ステーションはＣＣｏからより多くの資源を要求することができる。より多くの資源は、例えば、通信路が劣化したため、あるいはアプリケーションにより送信ステーションに示されるトラフィックが増加したために必要とされるかもしれない。

接続に関与するステーションによる追加資源の明示的な要求の他に、当該ステーションは、各送信のＦＣ（フレーム制御）フィールド内の特定フィールドを介しＣＣｏにそれらの資源要求を指示することができる。通信路上の各送信は、受信ステーションに特別の情報（例えば、いかなるトーンマップがペイロードの変調に使用されるか、あるいはいかなる符号化率が誤り訂正に使用されるか）を提供するフレーム制御（ＦＣ）と呼ばれる特別の部分で開始される。ＦＣ内のフィールドの一つは、どれだけの数のブロックが送信ステーションにて送信を待っているかの指示を与える。送信を待つブロックの数が過剰と思われる（すなわち送信ステーションが輻輳の影響を受けている）場合、電力線ネットワーク内のすべての送信からのＦＣを監視することができるＣＣｏは、当該接続に、より多くの資源を割り当てることができる。追加の割当ては、チャンネル特性の変化に起因する短期的なリンク劣化（これにはＰＨＹ層が正常に適応する）に対処するための一時的なものであってよい（例えば、非持続性割当てにおいて伝達される割当て）。割当て変化は、また、ＰＨＹ層が簡単に適応することができない通信路における変化、あるいは特定のアプリケーションに起因するトラヒック負荷の変化に対処するための長期的なものであってよい。

図６Ａに、図１のＨＰＡＶシステム１００により使用される例示的なＭＰＤＵフォーマットを例示する。図６Ａでは、長いＭＰＤＵ６０２はフレーム制御ブロック６０４とＭＰＤＵペイロード６０６を含む。長いＭＰＤＵ６０２とは、フレーム制御情報の他にペイロード情報を搬送するＭＰＤＵを指し、ＡＶのみのモードで使用される。フレーム制御ブロック６０４（例えば１２８ビットから構成される）はフレーム制御情報を含み、ＭＰＤＵペイロード６０６はペイロード情報を含む。

図６Ｂに、図１のＨＰＡＶシステム１００により使用される例示的なＭＰＤＵフォーマットを例示する。図６Ｂでは、短いＭＰＤＵ６５０は、フレーム制御情報を含むフレーム制御ブロックのみを含む。短いＭＰＤＵ６５０では、フレーム制御ブロックは１２８ビットから構成されてもよい。

こうして、上に検討したように、本発明は、電力線ネットワークにおける電力線を介して通信を行うステーションを含むＨＰＡＶシステムを提供する。ここでは各ステーションは、他の各ステーションと通信を行うための一つまたは複数のトーンマップを生成するように構成することができ、トーンマップは、様々なトーンで確実に搬送することができる情報の量を指示する。各ステーションは、さらに、帯域幅要求を監視するとともに、その帯域幅要求をＣＣｏ（セントラルコーディネータ）に伝達して追加資源の割当てを得るように構成することができる。その結果、本発明は、電力線ネットワーク環境において有効帯域幅を有利に管理することができるＨＰＡＶシステムを実現する。

本発明の上記説明から、本発明の範囲から逸脱することなくその概念を実施するための様々な技術を使用することができることは明白である。また、本発明は、特にある実施形態を参照し説明されたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく様式および詳細において変更をなし得ることを当業者は理解するはずである。例えば、本明細書で開示された回路はソフトウェアおよび／またはハードウェアで実施され得るということ、該ソフトウェアは任意の記憶媒体またはメモリに格納されてよいということが企図される。説明された実施形態は、あらゆる点で例示的なものであって限定的ではないと考えるべきである。本発明は、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく多くの再配置、変更、置換が可能であるということも理解すべきである。

本出願の一実施形態によるＨＰＡＶ（ＨｏｍｅＰｌｕｇオーディオビデオ）システムの概要を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステムの例示的な電力線ネットワーク構成を表す図を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステムの別の例示的な電力線ネットワーク構成を表す図を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステムの別の例示的な電力線ネットワーク構成を表す図を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステム１００の例示的なＨＰＡＶ送受信機のブロック図を例示する。 本発明の一実施形態による例示的なビーコン期間の図を例示する。 本発明の一実施形態による通信路推定手順を実行するためのフロー図を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステム１００の例示的なＭＡＣプロトコルデータ単位の図を例示する。 図１におけるＨＰＡＶシステム１００の別の例示的なＭＡＣプロトコルデータ単位の図を例示する。

Claims (25)

1. 各ステーションの送信を調整するためのセントラルコーディネータを含む複数のステーションを含む電力線ネットワークであって、
   前記複数の各ステーションは、前記複数の各ステーションと相互に通信を行うための一つまたは複数のトーンマップを生成するように構成可能である、電力線ネットワーク。
2. 前記一つまたは複数のトーンマップのそれぞれは、前記複数のステーションのうちの２つの間の通信リンク上で使用される一組のトーンを含む、請求項１記載の電力線ネットワーク。
3. 前記一つまたは複数のトーンマップの前記それぞれは、前記一組のトーンの各トーンに対し一組のユニークな変調方式をさらに含む、請求項２記載の電力線ネットワーク。
4. 前記複数のステーションの前記それぞれは、さらに、通信路内の変化に適応するために前記一つまたは複数のトーンマップを定期的に更新するように構成可能である、請求項１記載の電力線ネットワーク。
5. 前記複数のステーションの前記それぞれは、さらに、前記複数のステーションの前記それぞれと互いに通信を行うためのデフォルトのトーンマップを生成するように構成可能であり、前記デフォルトトーンマップは電力線周期のすべての部分に対して有効である、請求項１記載の電力線ネットワーク。
6. 前記複数のステーションの前記それぞれは、さらに、その帯域幅要求を監視するとともに前記セントラルコーディネータから追加の帯域幅を要求するように構成可能である、請求項１記載の電力線ネットワーク。
7. 前記複数のステーションの前記それぞれは、さらに、送信のフレーム制御フィールド内の帯域幅要求を指示するように構成可能であり、前記セントラルコーディネータは、前記帯域幅要求に対応するために前記送信の前記フレーム制御フィールドを監視するように構成可能である、請求項１記載の電力線ネットワーク。
8. 前記一つまたは複数のトーンマップのそれぞれは、前記複数のステーションのうちの２つの間の接続中に通信路推定手順の結果として生成され、前記通信路推定手順は通信路の特性を測定する工程を含む、請求項１記載の電力線ネットワーク。
9. 前記一つまたは複数のトーンマップのそれぞれは、電力線周期の特定の区間内のチャンネル特性に対して微調整される、請求項１記載の電力線ネットワーク。
10. 前記複数のステーションの前記それぞれは、さらに、デフォルトトーンマップを生成するように構成可能であり、前記デフォルトトーンマップは、さらに、ビーコン期間のすべてにおいて使用される、請求項１記載の電力線ネットワーク。
11. 電力線ネットワークにおける通信において複数のステーションのうちの２つの間の通信路を推定するための方法であって、
    前記複数のステーションのうちの別のステーションからの初期送信を前記複数のステーションのうちの一つのステーションが受信する工程と、
    電力線を介して前記複数のステーションのうちの前記別のステーションと通信を行うために、前記複数のステーションのうちの前記一つのステーションが一つまたは複数のトーンマップを生成する工程と、を含む方法。
12. 前記一つまたは複数のトーンマップのそれぞれは、前記複数のステーションの前記２つの間の通信リンク上で使用される一組のトーンを含む、請求項１１記載の方法。
13. 前記一つまたは複数のトーンマップの前記それぞれは、前記一組のトーンの各トーンに対し一組のユニークな変調方式をさらに含む、請求項１２記載の方法。
14. 通信路内の変化に適応するために前記複数のステーションの前記一つにより前記一つまたは複数のトーンマップを更新する工程をさらに含む、請求項１１記載の方法。
15. 前記一つまたは複数のトーンマップはデフォルトトーンマップを含み、前記デフォルトトーンマップは電力線周期のすべての部分に対して有効である、請求項１１記載の方法。
16. 前記複数のステーションの前記一つにより帯域幅要求を監視する工程あって、前記複数のステーションは前記複数のステーションのそれぞれの送信を調整するためのセントラルコーディネータを含む、工程と、
    前記複数のステーションの前記一つが前記セントラルコーディネータから追加の帯域幅を要求する工程と、をさらに含む請求項１１記載の方法。
17. 前記複数のステーションの前記一つが送信のフレーム制御フィールド内に帯域幅要求を指示する工程と、
    前記帯域幅要求に対応するために、前記セントラルコーディネータが前記送信の前記フレーム制御フィールドを監視する工程と、をさらに含む請求項１１記載の方法。
18. 前記一つまたは複数のトーンマップは通信路推定手順の結果として生成され、前記通信路推定手順は通信路の特性を測定する工程を含む、請求項１１記載の方法。
19. 前記複数のステーションの前記２つは受信ステーションと送信ステーションを含み、
    前記デフォルトトーンマップは、
    前記送信ステーションにより送信される音声データ単位を前記受信ステーションが受信する工程と、
    前記受信ステーションが前記音声データ単位を利用して前記デフォルトトーンマップを生成する工程と、を含む方法により生成される、請求項１５記載の方法。
20. 前記受信ステーションが通信路推定指示メッセージで前記デフォルトトーンマップを前記送信ステーションに送信する工程、をさらに含む請求項１９記載の方法。
21. 受信装置と、送信装置と、前記受信装置および送波装置を調整するためのセントラルコーディネータとを含む電力線ネットワークであって、
    前記受信装置は前記送信装置と通信を行い、
    前記受信装置は、前記送信装置と通信を行うための一つまたは複数のトーンマップを生成するよう構成可能である、電力線ネットワーク。
22. 前記一つまたは複数のトーンマップのそれぞれは、前記送信装置と受信装置の間の通信リンク上で使用される一組のトーンを含む、請求項２１記載の受信装置。
23. 前記一つまたは複数のトーンマップの前記それぞれは、前記一組のトーンの各トーンに対し一組のユニークな変調方式をさらに含む、請求項２２記載の受信装置。
24. 前記受信装置は、さらに、送信のフレーム制御フィールドで帯域幅要求を前記セントラルコーディネータに伝達するように構成可能である、請求項２１記載の受信装置。
25. 前記受信装置は、さらに、前記送信装置と通信を行うためのデフォルトトーンマップを生成するように構成可能であり、前記デフォルトトーンマップは電力線周期のすべての部分に対して有効である、請求項２１記載の受信装置。
    

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