JP2010171653A - 指向性ビームを用いた無線通信を行う無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無線通信システム1では,送信側デバイスとしての第1デバイス10と,受信側デバイスとしての第2デバイス20との間で無線通信が行われる。第1デバイス10及び第2デバイス20は,指向性ビームの生成及び送受信が可能である。また,第1デバイス10は,ピコネットコントローラー(PNC)を含む。第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)は,受信側デバイス20との間でアソシエーション処理を行うための制御を行うためのものであり,第1デバイス10の指向性ビームをビーコンとともに所定の送信方向に向けて送信する。このビーコンは,アソシエーション処理に用いられる。
【選択図】図1
Description
第1デバイス10は,図1に示すように,電波を送信する送信機として機能する送信部と,受信機として機能する受信部とを有している。第2デバイス20も,第1デバイス10と同様に,送信機として機能する送信部と,受信機として機能する受信部とを有している。各送信部は,複数個(t個)のアンテナ素子単体を有しており,アンテナアレイを構成している。各受信部は,複数個(r個)のアンテナ素子単体を有しており,アンテナアレイを構成している。そして,第1デバイス10と第2デバイス20とは,ビームフォーミング技術を利用することによって,互いにリンクを確立して,データの送受信(通信)を行う。
コードブックは,マトリックス(行列)である。そして,マトリックスの各列は,1種類のビーム(つまり1つのアンテナ素子単体)に対応しており,各列をデザイン(指定)することによって,ビームフォーミングのウェイトベクトル(つまり,ビームのパターン)が定まることとなる。そして,コードブックを用いることで,たとえば無指向性のビームに所望の指向性を持たせることができる。
<第1ステージ>
まず,MACレイヤーで定められている処理(アソシエーション要求及びアソシエーション応答)が行われている。このとき,各デバイスは,ピコネットコントローラー(PNC)との間で,図6に示すような構造のデータをやりとりする。具体的には,各デバイスは,当該デバイスの能力に関する情報要素(IE)をピコネットコントローラー(PNC)に報知して,当該ピコネットコントローラー(PNC)のレジスターに登録する。このようにして,アソシエーションが確立した状態となる。
続いて,ピコネットコントローラー(PNC)は,図7に示す構造のデータを用いて,CAP内でデバイス能力に関する情報要素(IE)を,アソシエーション確立済みのデバイス(第1デバイス10及び第2デバイス20)に報知する。ここで,CAPとは,競合アクセス期間(contention access period)をさす。この報知の際,ピコネットコントローラー(PNC)は,アナウンスコマンドを用いる。これにより,双方のデバイス(第1デバイス10及び第2デバイス20)は,他方のデバイスの能力に関する情報を取得することになる。
第1デバイス10及び第2デバイス20の一方は,得られた対象物のデバイス能力に基づいてCTAを算出する。ここで,CTAとは,チャネル時間割当て(channel time allocation)をさす。図8に示すように,信号の発生元(Src.DEV)である第1デバイス10は,ピコネットコントローラー(PNC)に対して,CTA要求コマンドを送信する。これに応じて,ピコネットコントローラー(PNC)は,第1デバイス10にCTA応答コマンドを送信することで,第1デバイス10のためにCTAを割当てる。これにより,デバイス−デバイス間のリンクが,割当てたCTA内で確立することとなる。
第1デバイス10は,図9に示すトレーニングシーケンスに対応するデータ(以下,「TSデータ」ともいう)を,Ntグループ分,送信する。トレーニングシーケンスとしては,本態様では,Tensor com社が定めたものを用いる。TSデータは,図9に示すように,シンク(SYNC)フィールドと,チャネル推定(CE)フィールドとを含んで構成されている。ここで,Ntグループ分のTSデータの送信は,第1デバイス10が各クワジオムニビームを送信することから始まる。つまり,TSデータは,各グループにつきMt回送信されることとなる。そうすることにより,第2デバイス20が,第2デバイス20自身の受信側クワジオムニビームのいずれかから,少なくとも1つのTSデータを受信することを期待することができる。
複数グループ分のTSデータを第1デバイス10から第2デバイス20へ送信している間において,第2デバイス20は,自身のクワジオムニビームを1つずつ切り替えて,各クワジオムニビームにつき時間Tsの間待機する。これにより,第2デバイス20が,自身の任意のクワジオムニビームからTSデータを受信することを期待することができる。ここで,時間Tsは,トレーニングシーケンスに要する期間である。第2デバイス20は,Mr×Tsに亘る期間の後に,このようなスキャニングを,第1回目のクワジオムニビームから繰り返す。
第1デバイス10が,Ntグループ分のTSデータの全てを送信し終えた後には,第2デバイス20は,TSデータの少なくとも1つを受信していることとなる。ところで,第2デバイス20は,TSデータを受信するときはいつも,推定した通信リンクのSNRに応じて,第1デバイス10が送信した複数のクワジオムニビームの中から,ベストクワジオムニビームを決定するとともに,第2デバイス20自身の受信側ベストクワジオムニビームを決定している。ここで,通信リンクのSNRは,トレーニングシーケンスごとに求められる。そのため,トレーニングシーケンスが行われるたびに,第2デバイス20から第1デバイス10へと,図10に示すようなビームフォーミング時のフィードバック用の情報要素(IE)が送信される。
TSデータが第1デバイス10から第2デバイス20へ送信されるに従って,第2デバイス20は,各グループにつきNr回分の繰り返しを,第4ステージでの解読と同じ方法で行いながら,Mtグループ分のTSデータを送信する。そうすることにより,第1デバイス10が,第1デバイス10自身の受信側クワジオムニビームのいずれかから,少なくとも1つのTSデータを受信することを期待することができる。
TSデータが第2デバイス20から第1デバイス10へ送信されている間,第1デバイス10は,第5ステージでの解読と同じ方法でクワジオムニビームのいずれかからトレーニングシーケンスを受信しようとする。
第2デバイス20が,Mtグループ分のTSデータの全てを送信し終えた後には,第1デバイス10は,TSデータの少なくとも1つを受信していることとなる。第1デバイス10は,TSデータを受信するたびに,推定した通信リンクのSNRに応じて,第2デバイス20が送信した複数のクワジオムニビームの中から,ベストクワジオムニビームを決定するとともに,第1デバイス10自身の受信側ベストクワジオムニビームを決定している。
トレーニング期間の後,第2デバイス20は,第1デバイス10のベストクワジオムニビームのオフセットインデックスをフィードバックする。このフィードバックは,第2デバイス20が,図10に示す構造のデータ(ビームフォーミングに関するフィードバック用の情報要素(IE))を,第1デバイス10へと送信することで行われる。図10に示すデータの送信方向は,Mt回分の送信のそれぞれに応じたものであり,その送信の際には,アナウンスコマンドが用いられる。
第2デバイス20が,第1デバイス10へとフィードバックを送信している間,第1デバイス10は,受信側ベストクワジオムニビームから,フィードバック情報を得ようとする。ここで,受信側ベストクワジオムニビームは,上述した第9ステージのトレーニングステップの間に決定されるものである。
ビームフォーミング(BF)に関するフィードバックとして受信した情報要素(IE)にしたがって,第1デバイス10は,自身にとってベストな,送信側クワジオムニビームを把握する。また,第1デバイス10は,把握したクワジオムニビームをベストクワジオムニビームとして用いて後続の送信を行う。
第2デバイス20が第1デバイス10へとフィードバックしたことに応じて,第1デバイス10は,第2デバイス20のベストクワジオムニビームのオフセットインデックスをフィードバックする。このフィードバックは,第1デバイス10が,ビームフォーミングに関するフィードバック用の情報要素(IE)(図10参照)を,第2デバイス20へと送信することで行われる。この送信の際には,アナウンスコマンドが用いられる。ただし,第1デバイス10は,フィードバックの送信を,ベストクワジオムニビームから1度で行う必要がある。なお,ベストクワジオムニビームは,上述した第12ステージのトレーニングステップの間に決定されるものである。
第1デバイス10が第2デバイス20へとフィードバックを送信している間,第2デバイス20は,受信側クワジオムニビームのうち,自身にとってベストなクワジオムニビームを用いることで,フィードバックを受信しようとする。
上述した全ての動作(オペレーション)が行われることによって,図11に示すようなデータのやりとりがなされ,最終的には,双方の送信方向(第1デバイス10から第2デバイス20への送信方向,及び第2デバイス20から第1デバイス10への送信方向)に関して,ベストクワジオムニビームの対が決定される。
まず,第1デバイス10及び第2デバイス20は,セクター候補情報を互いにアナウンスコマンドを用いて送信し合う。具体的には,第1デバイス10は,セクター候補情報として,Jt及びJrを第2デバイス20に送信し,それに応じて,第2デバイス20は,セクター候補情報として,Kt及びKrを第1デバイス10に送信する。
続いて,第1デバイス10及び第2デバイス20は,上述した第1段階(S10)の第4ステージ〜第15ステージで定められている動作と同じ動作を行う。ただし,Nt,Nr,Mt,及びMrは,それぞれ,Jt,Jr,Kt,及びKrに置き換える必要がある。そして,セクター探索中に,第1デバイス10及び第2デバイス20は,セクター候補のあらゆる組み合わせ(コンビネーション)について,SNRを記録する。
上述した全ての動作(オペレーション)が行われることによって,図13に示すようなデータのやりとりがなされる。最終的には,SNRテーブルに基づいて,双方の送信方向(第1デバイス10から第2デバイス20への送信方向,及び第2デバイス20から第1デバイス10への送信方向)に関して,ベストセクターの対(つまり,第1ベストセクターと第2ベストセクターの対)を決定する。
まず,第1デバイス10及び第2デバイス20は,ビーム領域候補情報を互いにアナウンスコマンドを用いて送信し合う。具体的には,第1デバイス10は,ビーム領域候補情報として,St及びSrを第2デバイス20に送信し,それに応じて,第2デバイス20は,ビーム領域候補情報として,Tt及びTrを第1デバイス10に送信する。
続いて,第1デバイス10及び第2デバイス20は,上述した第1段階(S10)の第4ステージ〜第15ステージで定められている動作と同じ動作を行う。ただし,Nt,Nr,Mt,及びMrは,それぞれ,St,Sr,Tt,及びTrに置き換える必要がある。そして,ビーム探索中に,第1デバイス10及び第2デバイス20は,ビーム領域候補のあらゆる組み合わせ(コンビネーション)について,SNRを記録する。
上述した全ての動作(オペレーション)が行われることによって,図15に示すようなデータのやりとりがなされる。最終的には,SNRテーブルに基づいて,双方の送信方向(第1デバイス10から第2デバイス20への送信方向,及び第2デバイス20から第1デバイス10への送信方向)に関して,ベストビーム領域の対(つまり,第1ベストビームと第2ベストビームの対)を決定する。
図16は,複数のビーコンを含むフレームデータである。図16に示すフレームデータでは,指向性ビームの指向性に対応した方向(つまり,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)が送信可能な送信方向)に関連付けたビーコンが複数示されている。つまり,1つのデータ(スーパーフレーム)に,ビーコンが多重化されている。図16に示す例では,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)の送信方向がNt種類あるため,それに対応するように,ビーコンの数もNt個だけ用意されている。
このようなビーコンを送信すると,第2デバイス20は,複数のビーコンのうち,少なくとも1つを受信する機会を得ることとなる。
図17は,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)が送信可能な送信方向のいずれか1つの送信方向に関連付けたビーコンを含むフレームデータが,送信方向ごとに複数生成された状態を模式的に示している。つまり,1つのビーコンを含むデータ(スーパーフレーム)が多重化されている。図17に示す例では,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)の送信方向がNt種類あるため,それに対応するように,ビーコンの数もNt個だけ用意され,Nt個のデータに分布されている。
このように多重化したデータを送信方向に合わせて送信すると,第2デバイス20は,複数のデータのうち,少なくとも1つのデータを受信する機会を得ることとなり,受信に成功すれば,受信したデータからビーコンを取得することができる。
10 第1デバイス(DEV1)
20 第2デバイス(DEV2)
Claims (6)
- 送信側デバイス(10)と受信側デバイス(20)との間で無線通信を行う無線通信システム(1)であって,
前記受信側デバイス(20)は,
指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,
指向性ビームの送受信が可能なアンテナを含み,
前記送信側デバイス(10)は,
指向性ビームの送受信が可能なアンテナと,
前記受信側デバイス(20)との間でアソシエーション処理を行うための制御を行うピコネットコントローラー(PNC)と
を含み,
前記ピコネットコントローラー(PNC)は,
指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,前記アンテナを介して指向性ビームを送受信可能に構成されており,
前記ピコネットコントローラー(PNC)は,
前記指向性ビームを,前記アソシエーション処理に必要なビーコンとともに,所定の送信方向に向けて送信し,
これにより,前記受信側デバイス(20)を含む領域を前記無線通信のターゲットエリアとする,
無線通信システム(1)。 - 前記ピコネットコントローラー(PNC)は,
前記指向性ビームに複数のビーコンを含ませ,当該複数のビーコンを含む1つの指向性ビームを,前記所定の送信方向に向けて送信する,
請求項1に記載の無線通信システム(1)。 - 前記ピコネットコントローラー(PNC)は,
前記ビーコンを1つ含む指向性ビームを多重化させ,当該多重化させた指向性ビームを,前記所定の送信方向として複数の送信方向に向けて送信する,
請求項1に記載の無線通信システム(1)。 - 前記指向性ビームに対応するフレームデータにおけるCAPが,前記アソシエーション処理のために,複数のサブCAPに分割され,
当該サブCAPの数は,前記ピコネットコントローラー(PNC)の受信方向に対応する数であり,
前記複数のサブCAPは,
1つのサブCAPが1つのスーパーフレームデータに含まれるように,複数のスーパーフレームデータに広げられる,
請求項1〜3のいずれか1項に記載の無線通信システム(1)。 - 前記指向性ビームに対応するフレームデータにおけるCTAP内に,前記CAPと同じデータ構造をもつMCTAが生成され,
前記受信側デバイス(20)は,
前記MCTAを用いて,前記ピコネットコントローラー(PNC)へとフィードバック情報を送信する,
請求項4に記載の無線通信システム(1)。 - 送信側デバイス(10)と受信側デバイス(20)との間で無線通信を行うための無線通信方法であって,
前記受信側デバイス(20)は,指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,指向性ビームの送受信が可能なアンテナを含み,
前記送信側デバイス(10)は,指向性ビームの送受信が可能なアンテナと,前記受信側デバイス(20)との間でアソシエーション処理を行うための制御を行うピコネットコントローラー(PNC)とを含み,前記ピコネットコントローラー(PNC)は,指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,前記アンテナを介して指向性ビームを送受信可能に構成されており,
前記方法は,
前記送信側デバイス(10)と前記受信側デバイス(20)との間でアソシエーション処理を行うアソシエーションステップを含み,
当該アソシエーションステップは,
前記ピコネットコントローラー(PNC)が,前記指向性ビームを,前記アソシエーション処理に必要なビーコンとともに,所定の送信方向に向けて送信するステップと,
前記受信側デバイス(20)が,前記ピコネットコントローラー(PNC)から送信された前記ビーコンを受信するステップと,
を含む無線通信方法。
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