JP2009512244A - デュアルプロトコル環境における通信 - Google Patents

Abstract

第１のプロトコルに従うバーストの形の信号を受信する信号受信機と、第２のプロトコルに従うバーストの形の信号を送信する送信機とを具え、第１および第２のプロトコルの信号が相互に干渉する無線トランシーバであって、前記受信機により受信された第１のプロトコルのバーストのタイミングに基づいて、第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングを予測し、前記送信機が第２のプロトコルに従うバーストを予測された第１のプロトコルのバーストを避けて送信するように前記送信機を制御するよう構成された送信スケジューラを更に具える。

Description

本発明は一つの通信プロトコルに関する信号からの干渉が別の通信プロトコルに関する信号の受信を妨害する環境における通信に関する。

このような環境の一例は、２．４ＧＨｚのＩＳＭ（産業科学医療用）帯域を占める２つのプロトコルにそれぞれ対応するトランシーバが互いに近接して位置する場合または同一の装置内に位置する場合であり、例えば携帯通信装置である。一例として、ＩＥＥＥ８０２．１１b/gワイヤレスＬＡＮ信号用トランシーバはＢｌｕｅｔｈｏｏｔｈ信号用トランシーバと近接してまたは同一装置内に位置させることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１b/gとＢｌｕｅｔｈｏｏｔｈは２．４ＧＨｚ帯域を共用し、両プロトコル間で相互干渉を生じる。この相互干渉のために、一つプロトコルに対応する受信機が他のプロトコルの信号からの干渉の存在下で動作できる能力を高める共存法を採用するのが望ましい。

既存の共存法、例えばＢｌｕｅｔｈｏｏｔｈ ＡＦＨ（適応周波数ホッピング）およびＩＥＥＥ８０２．１５．２ＰＴＡ（パケットトラヒックアービトレーション）は、各プロトコルに対応するトランシーバが互いに近接して位置するときは、ＩＥＥＥ８０２．１１およびＢｌｕｅｔｈｏｏｔｈ双方の高デューティサイクル動作をサポートするには不適切である。これは、ＩＥＥＥ８０２．１１b/g受信機が、近接して位置する所謂Ｂｌｕｅｔｈｏｏｔｈ送信機の送信時に、同時にパケットを満足に受信することは、（たとえＡＦＨ用いて同じ周波数で動作しないようにしても）できないためである。また、相手のＩＥＥＥ８０２．１１装置がデータを送信しようとするとき、何の制御もないのため、ＩＥＥＥ８０２．１１データはＢｌｕｅｔｈｏｏｔｈ送信機の送信時に到達するとき失われてしまう。その結果生じるパケット送達失敗はＩＥＥＥ８０２．１１のバックオフ動作をトリガし、スループットが非常に低くなり、レイテンシが大きくなる。

この動作は、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）のようなレイテンシ問題にセンシティブなアプリケーションに対して特に問題となる。特に問題となる状態の一例は、中継装置として作用するモバイルボイスハンドセットが音声データをＩＥＥＥ８０２．１１アクセスポイント（ＡＰ）からＶｏＩＰを介して受信し、この音声データを同期型のＢｌｕｅｔｏｏｔｈリンクによりヘッドセットへ中継するときである。この状態は図１に示されている。ハンドセットのＩＥＥＥ８０２．１１およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈトランシーバによる音声パケットの送信および受信は本質的に周期的である（幾分ジッターを伴う）。しかし、同期化は存在せず、周期性が２つの無線リンクによって異なるため、パケットの衝突が避けられない。有効な保護機構なしでは、アクセスポイントからハンドセットへの殆どすべてのＩＥＥＥ８０２．１１パケットが破壊される。トラヒックは音声トラヒックであり、大きな遅延は許されないため、衝突により極めて低品質の音声転送が生じることになる。

従って、ＩＥＥＥ８０２．１１およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈのようなシステムの共存を改善する機構が必要とされている。

本発明によれば、第１のプロトコルに従うバーストの形の信号を受信する信号受信機と、第２のプロトコルに従うバーストの形の信号を送信する送信機とを具え、第１および第２のプロトコルの信号が相互に干渉する無線トランシーバであって、前記受信機により受信された第１のプロトコルのバーストのタイミングに基づいて、第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングを予測し、前記送信機が第２のプロトコルに従うバーストを予測された第１のプロトコルのバーストを避けて送信するように前記送信機を制御するよう構成された送信スケジューラを更に具える無線トランシーバが提供される。

前記送信スケジューラは、第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングを推定し、第１のプロトコルに従う未来のバーストの予測されたタイミングを表すタイミング信号を形成するバーストタイミング推定器と、前記タイミング信号に応答して、第２のプロトコルに従うバーストを第１のプロトコルの予測された信号バーストを避けて送信するように前記送信機を制御する送信コントローラとを具えることができる。

前記バーストタイミング推定器は、当該バーストタイミング推定器で先に推定された第１のプロトコルのバーストのタイミングと第１のプロトコルの実際のタイミングとの差を推定するように構成された位相ロックループを具えることができる。

前記バーストタイミング推定器は、第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングの推定を前期推定された差に依存して変更するように構成することができる。

第１および第２のプロトコルの一つは無線ローカルエリアネットワークプロトコルとすることができる。第１および第２のプロトコルの一つはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＣＯまたはｅＳＣＯプロトコルとする。

第１および第２のプロトコルはディレイクリティカルデータを搬送するものとすることができる。第１および第２のプロトコルは音声データを搬送するものとすることができる。

前記送信機は第１のプロトコルで受信されたトラヒックデータを第２のプロトコルに従って送信することにより中継するように構成するのが好ましい。

前記バーストはパケットとするのが好ましい。

前記送信機および受信機はアンテナを有し、前記アンテナは、当該アンテナで送信された第２のプロトコルの信号が第１のプロトコルの信号と干渉して第１のプロトコルの信号が前記受信機にうまく受信されないように配置されているものとし得る。

第１および第２のプロトコルは異なるものとするのが好ましい。

本発明の第２の態様によれば、第１のプロトコルに従うバーストの形の信号を受信する信号受信機と、第２のプロトコルに従うバーストの形の信号を送信する送信機とを具え、第１および第２のプロトコルの信号が相互に干渉する無線トランシーバを動作させる方法であって、前記受信機により受信された第１のプロトコルのバーストのタイミングに基づいて、第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングを予測するステップと、前記送信機が第２のプロトコルに従うバーストを予測された第１のプロトコルのバーストを避けて送信するように前記送信機を制御するステップとを具える無線トランシーバの動作方法が提供される。

一例として、本発明を添付図面を参照して以下に説明する。

図２は本発明を使用しうるシステムを概略的に示す。
このシステムは、第１の無線プロトコルに準拠する信号用の送信機１および受信機２と、第２の無線プロトコルに準拠する信号用の送信機３および受信機４を具える。受信機２および送信機３はデバイス５内に共同配置される。第１の無線プロトコルは、信号の送信がバースト（例えばパケット）で発生し、かなりの周期性がこれらのバーストのタイミングに予測できるものである。第２の無線プロトコルは、送信機３による信号の送信タイミングを動作中に制御し変化させることができるものである。このような状況の一例は、第１の無線プロトコルがＶｏＩＰ ｖｉａ ＩＥＥＥ８０２．１１であり、第２のプロトコルがＢｌｕｅｔｏｏｔｈである場合である。

受信機２はタイミング検出ユニット６を具える。タイミング検出ユニット６は受信機２で受信される第１のプロトコルの信号のタイミングを検出する。タイミング検出ユニット６は送信機３のタイミング制御ユニット７に接続される。
タイミング制御ユニット７は、第１のプロトコルの信号が受信されると予測されないときに信号を送信機により送信させるために、送信機３により送信される信号のタイミングをタイミング検出ユニットから受信される信号に基づいて制御する。これは、第１のプロトコルの信号がいつ受信されたか（タイミング検出ユニットから導出される）の知識とこれらの信号の予測される周期の知識とを用いて行う。予測される周期の知識はタイミング制御ユニットに予めプログラムすることができ、またタイミング検出ユニットで検出された先に受信された信号のタイミングから導出することができる。第１のプロトコルの１つ以上の未来の受信信号の予測タイミングが決定されたら、第２のプロトコルの信号は、第１のプロトコルの信号が受信されると予測される時間を避けたタイミングで送信されるように予定される。データパス８が存在し、このデータパス８が受信機２により信号から抽出されたトラヒックデータを受信し、前方送信のために送信機３に送ることができる。データパス８は多くの実施例に存在すると予想されるが、必須ではない。これを必要としないアプリケーションの例は、ＩＥＥＥ８０２．１１によるマルチレイヤゲームプレイおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈを用いるローカルゲームサウンドエフェクトである。

図３は、上述した方法を実施する装置の一例を詳細に示す。図３の装置は携帯電話のハンドセット１０のような通信装置である。装置はＩＥＥＥ８０２．１１トランシーバ部１１とＢｌｕｅｔｏｏｔｈトランシーバ部１２を具える。ＩＥＥＥおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈトランシーバは双方向にリンクされている。第１に、音声データはＩＥＥＥ８０２．１１トランシーバのＶｏＩＰアプリケーションとＢｌｕｅｔｏｏｔｈトランシーバのハンドフリープロファイルとの間１３で交換される。第２に、タイミングデータは両トランシーバ間で位相ロックループ（ＰＬＬ）１４を介して交換される。

ＩＥＥＥ８０２．１１トランシーバによるＶｏＩＰパケットの受信が、当該トランシーバにより検出され、この検出は、パケットを正しく受信し識別した後に、トランシーバのデマルチプレキシング層で行うのが都合がよいが、ＶｏＩＰパケットは原則としてプロトコルスタックの任意の層で発生させることができる。図３の例では、これは論理リンクコントローラ（ＬＬＣ）１５において行われる。最も効果的な方法に対しては、無線伝送中のパケットと発生される信号との間の遅延の変化をどちらのシステムの周期と比較しても小さくする必要がある。

次に、ＰＬＬ１４を用いて次のＶｏＩＰパケットのタイミングを予測することができ、またもっと正確にはパケットが異なる時間に発生する確率分布を予測することができる。次に、受信ＶｏＩＰパケットの予測されたタイミングの情報をＢｌｕｅｔｏｏｔｈホストコントローラ（ベースバンドリソースマネージャ１６が都合がよい）に渡す。このコントローラが、ＶｏＩＰパケットの予測された時間を避けるためにｅＳＣＯ（拡張ＳＣＯ）送信の予定を調整する。

パケットのタイミングを予測するために、多くの方法がＰＬＬ１４に対して使用可能である。いくつかのオプションは次の通りである。

１．従来のＰＬＬ構成を使用し、各受信ＶｏＩＰパケットに対して、実際の時間と予測時間との誤差を帰還として用いて、予測する未来のパケットに対する周期およびオフセットを調整することができる。この誤差測定の平均値は起こり得る予測誤差の尺度を提供し得るので、この平均値を用いて確率分布を（例えば正規分布を仮定することにより）推定することができる。誤差測定値のヒストグラムを保持することによりもっと正確な確立分布を発生させることができる。

２．簡単な方法は、単に最後の２つのＶｏＩＰパケット間の時間間隔を最後のパケットが受信された時間に加算して、次のパケットの予測時間を得るものである。最後の２つのパケット間の時間間隔の代わりに、最後に受信された複数のパケット間の時間間隔の平均値を用いることもできる。

３．もっと計算的な方法は、最後のｎ個のＶｏＩＰパケットが受信された時間を記録し、線形回帰アルゴリズム（例えば最小二乗適合）を用いて未来のパケットのありそうな受信時間を推定する方法である。相関係数がタイミングジッタ、従って未来のパケットの予測分布を示す尺度を与える。

送信データのスケジューリングの調整は種々の方法で行うことができる。一つの好適な方法は、干渉信号が存在すると推定された確立が所定の値を超える時間の間、送信機がデータの送信を避ける方法である。ただし、これは、送信機への他の要求のためにこの基準を無効にする必要がない場合である。次の干渉信号の予測タイミングを決定するユニットが、次の干渉信号が予測される時間の指示を送信スケジューラに与えることができる。このとき、送信スケジューラは、次の干渉信号の予測時間とデータを送信すべき時間との時間差を最大にするよう試みることができる。

動作において、ＩＥＥＥ８０２．１１によるＶｏＩＰに対する最悪のネットワーク使用は、Ｇ．７１１圧縮において２００ｍｓ毎に１１Ｍビット／ｓで２００オクテットのパケットを受信する０．７ｍｓである。これは最大３個のＢｌｕｅｔｏｏｔｈスロットと衝突することが予測される。しかし、タイミングジッタ（例えば他のネットワークトラヒックにより生じる）が衝突の可能性を有するもっと多数のスロットを生じさせる。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ音声リンクが３−ＥＶ３パケットを使用する場合には、標準（６４ｋビット／ｓ）の音声リンクが１８個のＢｌｕｅｔｏｏｔｈスロット（１１．２５ｍｓ）毎に単一のスロット対を必要とする。これは、ｅＳＣＯ交換のスケジューリングに対して最大９対のスロットの選択を可能し、共同配置のＩＥＥＥ８０２．１１無線通信により受信されるＶｏＩＰパケットと衝突するスロットを使用する恐れを最小にする多大なフレキシビリティを与える。

図４は、共同配置のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ装置を音声リンクのマスタとして具えるとともに７スロット対のｅＳＣＯ再送信ウインドウサイズを用いるこのようなシステムの動作を示す。図４の例では、上段３０はＩＥＥＥ８０２．１１パケットの受信のタイミングおよび解析を示す。パケットは２０において空中（無線伝送中）であり、２１において短時間後に認識される。２０および２１間の間隔の変化は連続するパケットタイミング２０間の周期に対して小さくするのが好ましい。パケット間の予測周期とパケットの受信および認識間の遅延の知識を用いて、１つのパケットのタイミングを（先行パケットのタイミングと随意に組み合わて）用いて、中段３１に２２で示すように、次のパケットのタイミングのありそうな範囲を予測する。中段３１は受信中のＩＥＥＥ８０２．１１音声パケットの予測確率を示す。下段３２はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ｅＳＣＯのアクティビティを示す。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈスケジューラは、ＩＥＥＥ８０２．１１パケットのタイミングが最も起こり得ると決定された範囲の外でＢｌｕｅｔｏｏｔｈデータを優先的に送信する。

上述した技術は、必ずしも利用可能であるわけではない任意のアドバンストＩＥＥＥ８０２．１１の特徴に頼るものではないので、既存のＩＥＥＥ８０２．１１アクセスポイントと広いコンパチビリティを可能とする。更に、ＰＬＬのための同期信号を発生させるために極めて簡単な機能を必要とするのみであるから、ＰＬＬを全部ではないが殆どのＩＥＥＥ８０２．１１実装とともに使用することができる。同様に、標準のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ機能のみをスケジューリングアルゴリズムの簡単な拡張とともに使用することができる。これは、他のｂｌｕｅｔｏｏｔｈ装置との相互運用性を維持可能とし、典型的にはソフトウェアで実現することができる。

本発明の方法はＩＥＥＥ８０２．１１およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ以外のプロトコルに対して使用でき、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈにおいてはｅＳＣＯ信号を使用するものに制限されない。本発明は、同時に動作されると相互干渉をこうむる２つの通信技術に対して使用するときに、一つのシステムのアクティビティが本質的に周期的であり、第２のシステムがそのアクティビティのスケジューリングに若干のフレキシビリティを有する場合に有利である。本発明は、複数のアクティブ通信リンクを維持し得るが一時に一つの通信リンクしか動作し得ないシングル通信技術、例えばスキャタネットで動作するＢｌｕｅｔｏｏｔｈ装置に対して使用することもできる。

受信信号の予測タイミングは、種々の方法で予測し処理することができる。第１に、予測タイミングを推定する手段は、信号が受信される可能性がもっとも高い時間（またはそのときまでの時間間隔）を推定し、そのデータを、送信のタイミングを決定するユニットに渡す。このとき、このユニットは、送信をタイムリーに行う任意の必要に応じながら、信号が受信される可能性の最も高い時間からできるだけ離れた時間に送信を予定するように試みる。また、送信のタイミングを決定するユニットは、送信が予測時間の前後で起こる推定確率を示す情報にアクセスすることもできる。この情報は、このユニットによってまたは予測タイミングを推定する手段によって格納する、または、先に受信された信号のタイミングに基づいて推定することができる（この場合にはこの情報を送信のタイミングを決定する手段に送信することができる）。この場合、送信のタイミングを決定するユニットは、送信をタイムリーに送る任意の必要に応じながら、受信信号と一致する推定確率ができるだけ低くなる時間に送信を予定することができる。予測タイミングを推定する手段および送信のタイミングを決定するユニットまたは手段はシステムの同一の構成要素に含めることができる。

ＰＬＬ以外の手段をタイミング予測データを導出するために使用することもできる。例えば、ＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）を用いて受信パケットのタイミングを解析し予測データを発生させることができる。

出願人は、ここに記載された個別の特徴および２つ以上の特徴の任意の組み合わせについて、これらの特徴またはそれらの組み合わせがここに記載の問題を解決する否か、特許請求の範囲を限定するか否かにかわらず、これらの特徴またはそれらの組み合わせを当業者が本願明細書に基づいて実施できる程度にここに開示している。出願人は、本発明の態様はこのような任意の個々の特徴または組み合わせからなることを示している。以上の記載から、当業者であれば本発明の範囲内において種々の変更が可能であること明らかである。

音声データがハンドセットを介してヘッドセットへ中継されるシステムを示す図である。 本発明を使用しうる無線トランシーバを示す図である。 本発明を使用しうる別の無線トランシーバを示す図である。 信号タイミングを示す図である。

Claims (18)

1. 第１のプロトコルに従うバーストの形の信号を受信する信号受信機と、第２のプロトコルに従うバーストの形の信号を送信する送信機とを具え、前記第１および第２のプロトコルの信号が相互に干渉する無線トランシーバであって、
   前記受信機により受信された前記第１のプロトコルの信号バーストのタイミングに基づいて、前記第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングを予測し、前記送信機が前記第２のプロトコルに従うバーストを予測された第１のプロトコルの信号バーストを避けるように選択されたスロットを用いて送信するように前記送信機を制御するよう構成された送信スケジューラを更に具えることを特徴とする無線トランシーバ。
2. 前記送信スケジューラは、前記第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングを推定し、前記第１のプロトコルに従う未来のバーストの予測されたタイミングを表すタイミング信号を形成するバーストタイミング推定器と、前記タイミング信号に応答して、前記第２のプロトコルに従うバーストを前記第１のプロトコルの予測された信号バーストを避けて送信するように前記送信機を制御する送信コントローラとを具えることを特徴とする請求項１記載の無線トランシーバ。
3. 前記バーストタイミング推定器は、当該バーストタイミング推定器で先に推定された前記第１のプロトコルのバーストのタイミングと前記第１のプロトコルの実際のタイミングとの差を推定するように構成された位相ロックループを具えることを特徴とする請求項２記載の無線トランシーバ。
4. 前記バーストタイミング推定器は、前記第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングの推定を前期推定された差に依存して変更するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の無線トランシーバ。
5. 前記第１および第２のプロトコルの一つは無線ローカルエリアネットワークプロトコルであることを特徴とする請求項２−４の何れかに記載の無線トランシーバ。
6. 前記第１および第２のプロトコルの一つはＢｌｕｅｔｏｏｔｈであることを特徴とする請求項１−５の何れかに記載の無線トランシーバ。
7. 前記第１および第２のプロトコルの一つはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ＳＣＯまたはｅＳＣＯであることを特徴とする請求項１−６の何れかに記載の無線トランシーバ。
8. 前記第１および第２のプロトコルはディレイクリティカルデータを搬送するものであることを特徴とする請求項１−７の何れかに記載の無線トランシーバ。
9. 前記第１および第２のプロトコルは音声データを搬送するものであることを特徴とする請求項１−８の何れかに記載の無線トランシーバ。
10. 前記送信機は、前記第１のプロトコルで受信されたトラヒックデータを第２のプロトコルに従って送信することにより中継するように構成されていることを特徴とする請求項１−９の何れかに記載の無線トランシーバ。
11. 前記バーストはパケットであることを特徴とする請求項１−１０の何れかに記載の無線トランシーバ。
12. 前記送信機および受信機がアンテナを有し、前記アンテナは、前記アンテナで送信される前記第２のプロトコルの信号が前記第１のプロトコルの信号と干渉して前記第１のプロトコルの信号が前記受信機にうまく受信されるのを阻止するように配置されている請求項１−１１の何れかに記載の無線トランシーバ。
13. 前記第１および第２のプロトコルは異なることを特徴とする請求項１−１２の何れかに記載の無線トランシーバ。
14. 前記第１のプロトコルの未来のバーストの予測タイミングは前記第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングの予測分布から推定されることを特徴とする請求項１−１３の何れかに記載の無線トランシーバ。
15. 前記第１のプロトコルの未来のバーストの各予測タイミングは前記第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングのありそうな範囲であることを特徴とする請求項１−１４の何れかに記載の無線トランシーバ。
16. 第１のプロトコルに従うバーストの形の信号を受信する信号受信機と、第２のプロトコルに従うバーストの形の信号を送信する送信機とを具え、第１および第２のプロトコルの信号が相互に干渉する無線トランシーバを動作させる方法であって、
    前記受信機により受信された第１のプロトコルの信号バーストのタイミングに基づいて、第１のプロトコルの未来のバーストのタイミングを予測するステップと、
    前記送信機が第２のプロトコルに従うバーストを予測された第１のプロトコルの信号バーストを避けるように選択されたスロットを用いて送信するように前記送信機を制御するステップとを具える無線トランシーバの動作方法。
17. 添付図面の図２−４につき記載された無線送信機。
18. 添付図面の図２−４につき記載された無線送信機を動作させる方法。

Images