JP2010505293A

JP2010505293A - Ｉｅｅｅ８０２．２２ｗｒａｎ通信システムのための物理レイヤスーパーフレーム、フレーム、プリアンブル及び制御ヘッダ

Info

Publication number: JP2010505293A
Application number: JP2009528860A
Authority: JP
Inventors: ヴァザンスアールガッダム; ダグナチェウビリュー
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2010-02-18
Also published as: WO2008038209A2; TW200828898A; US20100020732A1; EP2070360A2; CN101517935A; WO2008038209A3; KR20090060420A

Abstract

本発明は、802.22のWRAN規格の物理（PHY）レイヤのためのフレーム、プリアンブル及び制御ヘッダのためのシステム900、装置700, 800（例えば基地局、加入者宅内機器）及び方法を提供する。本発明のいくつかの主要な特徴は、スーパーフレーム及びフレーム構造、スーパーフレームプリアンブル（及びCBPプリアンブル）、フレームプリアンブル、スーパーフレーム制御ヘッダ（SCH）並びにフレーム制御ヘッダ（FCH）を含む。スーパーフレームプリアンブル及びSCHは、各々の少なくとも一つの隣接する制限されたＴＶチャネルの帯域端に追加のガード帯域を各々含む。

Description

本発明はIEEE 802.22 WRANシステムのための物理レイヤ（PHY）に関する。より詳しくは、本発明は、WRANシステムのPHYレイヤのためのスーパーフレーム及びフレーム構造を提供する。さらに具体的には、本発明は、WRAN通信システムのためのスーパーフレーム、フレーム、プリアンブル及び制御ヘッダを提供する。

有線のインフラが制限される僻地では、伝統的に無線通信技術がより良く用いられる。他にあるように、僻地において、通信スペクトラムには、専用の又はライセンスされた部分と、ライセンスされていない部分がある。ライセンスされた帯域のわずかな部分のみが用いられており、ライセンスされていない部分は自由にアクセス可能である。通常はテレビジョン送受信専用であるスペクトラム中の通信スペクトラムに動的にアクセスすることによって、ライセンスされた帯域の使用が増加する。一般的に、規制機関は、既存ユーザ（incumbent user）（ライセンスされたプライマリユーザ）がチャネルの占有を始めた後、ライセンスされていないユーザ（セカンダリユーザ）が比較的短い期間でチャネルを立ち退くことを要求する。したがって、メディアアクセス制御（MAC）及び物理（PHY）レイヤ規格は、ライセンスされていないユーザによる割り当てられたスペクトラムの使用を管理することを目的とする規定を含まなければならない。

IEEE802.22ワーキンググループは、TV放送サービスに割り当てられるスペクトラムにおいて干渉を発生させない、ライセンスを免除される装置用の認知無線（cognitive radio）ベースのPHY/MAC/エアインタフェースの規格を作成するために設立された。これに関連して、ワーキンググループは、最初の802.22仕様のための技術の選択に向けた提案の提出を要求する提案要請（CFP）を発行した。この規格が用いられることができるアプリケーションの１つは、地域無線ネットワーク（WRAN）である。そのようなサービスは、人口のまばらな地域に現存している未使用のテレビチャネルを利用することによって、地方及び僻地に広帯域アクセスをもたらすことを目的とする。

IEEE 802.22 WRAN規格は、固定のpoint-to-multipoint（PMP）無線エアインターフェースの仕様を定め、それによって、図9に図示されるように、基地局（BS）800が、そのセル901及び全ての関連する加入者宅内装置（CPE）700を管理する。そのようなWRANでは、BSは、MAC及びPHYレイヤスタックを含み、スタックの各々を、利用可能な未使用のＴＶチャネル及び隣接する利用可能な未使用のＴＶチャネルの組のうちの一つに割り当てるように構成されるスペクトラム管理モジュールをサポートする。BS800は、そのセル901における未使用のTVチャネルへのアクセスを制御して、そのセル中の様々なCPE700にダウンストリーム方向に送信を行う。BS800のセル901中のCPE700は、アップストリーム方向にBS800に応答を返す。

BS800の従来の役割に加えて、BSはさらに、WRANに固有の特徴、すなわち、分散センシングを管理する。BS800は、そのセル901中の様々なCPE700に、異なるＴＶチャネルの分散測定を実行するように指示する。CPE700からBS800によって受信される応答に基づいて、BS800は、どのようなスペクトラム管理活動をとるべきかを決定する。第一に考慮することは、ライセンス免除された装置（CPE）が既存のＴＶ放送との干渉を回避することである。

WRANシステムの動作は、CPE700の無線周波数（RF）特性を制御する一般的に認められた規格の下で動作するBS 800によって提供される固定無線アクセスに基づく。CPE 700は、消費者電器店で容易に入手可能であり、ライセンス又は登録されることを必要とせず、干渉検知を含み、そしてユーザによって又は専門家によって設置されると期待される。CPE700は、低コストのUHFテレビチューナに基づくRF装置であることが期待される。CPE700のRF特性は全体的にBS800の制御の下にあるが、上記のように、RF信号検知は、BS800による管理の下でBS800及びCPE700によって行われることが予想される。後者の集中型の制御は、BS800が、ＴＶ検知情報を中央に集約し、干渉を回避して（例えば周波数を変えて）未使用のTVスペクトラムをさらに効率的に利用する（例えば隣接する未使用のテレビチャネルを結合する）ためにシステムレベルでの措置を採ることを、可能にする。

したがって、IEEE 802.22 WRANシステムのための認知無線コンセプトに基づく無線エアインタフェース（すなわちMAC及びPHY）が必要である。MAC及びPHYはともに、低い複雑度を維持し、効率的に利用可能な周波数を活用しつつ、高性能を提供しなければならない。IEEE 802.22への提案の一つは、チャネル結合を含む技術的改善を伴う、ダウンストリーム及びアップストリームリンクの両方に対するOFDMA変調に基づく。

本発明は、802.22 WRAN規格の物理（PHY）レイヤのためのスーパーフレーム、フレーム、プリアンブル及び制御ヘッダの定義を提供する。本発明のいくつかの主要な特徴は、
１）スーパーフレーム及びフレーム構造、
２）スーパーフレームプリアンブル（及び、CBPプリアンブル）、
３）フレームプリアンブル、
４）スーパーフレーム制御ヘッダ（SCH）、並びに
５）フレーム制御ヘッダ（FCH）、
を含む。スーパーフレームは、少なくとも一つの隣接するＴＶチャネルを通じて並列に送信されるプリアンブル及び制御ヘッダを含み、前記少なくとも一つの隣接するＴＶチャネルは、BSによって占有され、当該少なくとも一つの隣接するＴＶチャネルを検知することによって前記スーパーフレーム及びプリアンブルを受信するCPEに同期している。あるいは、スーパーフレーム及びプリアンブルは、BSによって占有されるＴＶチャネルの情報を含む。

スーパーフレーム構造。フレーム構造。疑似ランダムシーケンス発生器。スーパーフレームプリアンブルフォーマット（ST =ショートトレーニングシーケンス，LT =ロングトレーニングシーケンス）。フレームプリアンブルフォーマット（FST =フレームショートトレーニングシーケンス，FLT =フレームロングトレーニングシーケンス）。スーパーフレームプリアンブル及びSCH中のより広いガード帯域。本発明によって変更されるCPEのブロック図。本発明によって変更されるBSのブロック図。本発明によるBS及びCPEのWRANシステム。チャネル符号化装置/プロセス。データブロックに再分割されるデータバースト。サブチャネル番号。

以下の説明は、解説のために提供されるのであり、制限するためではないことが、当業者によって理解される。当業者は、本発明の精神及び添付された特許請求の範囲の範囲内に、多くのバリエーションが存在することを理解する。周知の機能及び構造の不必要な詳細は、本発明を不明確にしないように、この説明から省略される場合がある。

本発明は、802.22WRAN規格の物理（PHY）レイヤのためのスーパーフレーム、フレーム構造、プリアンブル及び制御ヘッダ定義を提供する。

［スーパーフレーム及びフレーム構造］
好ましい実施の形態は、それぞれ図1及び図2に図示されるPHYスーパーフレーム構造100及びフレーム構造200を使用する。図1のスーパーフレーム構造100に示されるように、BS800によるスーパーフレーム送信は、スーパーフレームプリアンブル400の送信から始まり、スーパーフレーム制御ヘッダ（SCH）102が続く。スーパーフレームプリアンブル400及びSCH102は全てのCPE700によって受信及び復号されなければならないので、その構成要素フィールドは、全ての利用可能な帯域で同じ情報を含み、送信する。SCH 102は、スーパーフレーム100の残りの部分の構造に関する情報を含む。各々のPHYスーパーフレーム100の間、BS800は、そのセル901中のCPE700に対する全てのアップストリーム及びダウンストリーム送信を管理する。

（とりわけフィルタの）実装を簡単にするために、好ましい実施の形態のスーパーフレームプリアンブル400及びSCH 102は共に、これらの帯域の各々の帯域端に追加的なガード帯域を含む。

好ましい実施の形態において、包括的なPHYフレーム構造200が図2に示される。図示されるように、PHYフレーム200は、主要なダウンストリーム（DS）サブフレーム203及びアップストリーム（US）サブフレーム204を含む。好ましい実施の形態において、これら２つのサブフレーム間の境界は、ダウンストリーム及びアップストリーム容量の制御を容易にするために適応可能である。

DSサブフレーム203は、共存目的で使用可能な競合スロット205を有するDS PHY PDU202を含む。好ましい実施の形態では、一つのDSサブフレーム203が存在する。ダウンストリームPHY PDU 202は、PHY同期のために用いられるプリアンブル500で始まる。プリアンブル500のあとにFCHバースト201が続き、FCHバースト201は、FCHバースト201の直後に続く一つ又はいくつかのダウンストリームバーストのバーストプロファイル及び長さを指定する。

USサブフレーム204は、初期化のために予定される競合スロット206、帯域幅リクエスト207、緊急共存状況通知208、及び少なくとも１つのUS PHY PDU 209.iのためのフィールドを含み、後者の各々は、異なるCPEから送信される。アップストリームCPE PHYバーストの前に、BSは、
- 初期化ウィンドウ（レンジングのために使用される）、
- BWウィンドウ（CPEがBSからのUS帯域幅割り当てを要求するため）、及び
- UCS通知ウィンドウ（CPEが既存局との緊急共存状況を報告するため）
の、最高３つの競合ウィンドウを予定することができる。

［プリアンブル定義］
プリアンブルのための周波数領域シーケンスは、次の長さ5184のベクトルから導き出される。（複数のリファレンスシーケンスが定義され、基地局（BS）は好ましくはこのセットから一つを選択することに留意されたい。CPEは、好ましくは、その初期セットアップの間にリファレンスシーケンスの情報を取得する）

P_REFは、長さ8191の疑似ランダムシーケンス発生器を用い、そしてこのシーケンスの最初の5184ビットをI及びQ成分にそれぞれマップすることによってQPSKシンボルを形成することによって、好ましくは生成される。好ましい疑似ランダムシーケンス発生器の生成多項式は、図3に図示され、

として与えられる。

擬似乱数発生器は、0 1000 0000 0000の値によって初期化される。図3は、P_REFのための疑似雑音発生器を図示する。

発生器によって生成される最初の32個の出力ビットは、0000 0000 0001 0110 0011 1001 1101 0100であり、対応するリファレンスプリアンブルシンボルは、

として与えられる。

［スーパーフレームプリアンブル400］
スーパーフレームプリアンブル400が、周波数及び時間同期のために受信機によって用いられる。受信機は、SCH102の復号もしなければならないので、チャネル反応を決定することを必要とする。したがって、スーパーフレームプリアンブル400は、チャネル推定フィールドも含む。

スーパーフレームプリアンブル400のフォーマットは、図4に図示される。スーパーフレームプリアンブル400は、継続時間中に２つのシンボルを持ち、ショートトレーニング（ST）シーケンスの５つの反復401.1-401.5、及びロングトレーニング（LT）シーケンスの２つの反復403.1-403.2を含む。ガードインターバル402は、ロングトレーニングシーケンスの初めにのみ挿入される。ガードインターバルの長さは、

として与えられる。

スーパーフレームプリアンブル400の継続時間は、6MHz帯域幅モードに対して、T_{superframe preamble}=740.522μsである。

ショートトレーニングシーケンス401は、次の式を用いて、上記のP_REFシーケンスから生成される。

この式は、512サンプルベクトルの４つの反復を生成するのに用いられる。このベクトルのもう一つの複製は、GI401.1で送信される。係数

は、信号エネルギーを正規化するために用いられる。スーパーフレームプリアンブルシンボルが、制御及びペイロードシンボルと比較して3dB高い電力で送信されることに注意されたい。ショートトレーニングシーケンス401は、好ましくは、初期バースト検出、AGC調整、粗い周波数オフセット推定及びタイミング同期のために用いられる。

ロングトレーニングシーケンス403は、好ましくは、リファレンス周波数領域シーケンスから、以下に示されるように生成される。

これは、好ましくは、1024サンプルベクトルの２つの反復を生成する。GI402が、ロングトレーニングシーケンス403に先行する。ロングトレーニングシーケンス403は、チャネル推定のため、及び細かい周波数オフセット推定のために用いられる。

ショートトレーニングシーケンス401及びロングトレーニングシーケンス403の両方のために、好ましくは、直流副搬送波が、一つのＴＶ帯域の中心周波数にマップされる。図6に示されるように、スーパーフレームプリアンブル400は、全ての利用可能な帯域において、送信され、繰り返される。BSが一つのＴＶ帯域のみを用いることを決定する状況においては、P_{Frame, ST}がP_STの代わりに送信され、P_{Frame, LT}がP_LTの代わりに送信される。

［フレームプリアンブル500］
フレームプリアンブル500のフォーマットが図5に示される。フレームプリアンブル500は、好ましくは、SCH 102によって指定されるT_GIを用いる。

フレームプリアンブル500のショートトレーニングシーケンス（FST 501）及びロングトレーニングシーケンス（FLT 502）は、次の式に従って導き出される。

ここで、同じ譲受人に譲渡され、同じ発明者による、発明の名称が"Bonding Adjacent TV Bands In A Physical Layer For IEEE 802.22 WRAN Communication Systems"である同時係属中の出願DKT6331（その内容全体が、本明細書中に完全に述べられるものとして、参照として組み込まれる）に開示されるように、N_bandsは結合されたＴＶ帯域の数を表す。

スーパーフレーム100の継続時間は比較的大きく、結果として、チャネル応答はスーパーフレーム継続時間の中で変化する可能性がある。さらに、スーパーフレームプリアンブル400は帯域ごとに送信され、一方、フレーム200は、複数の帯域にわたって送信されることができる。加えて、フレームシンボル中のデータキャリアのいくつかは、スーパーフレームプリアンブル中のガード副搬送波として定義される。

したがって、スーパーフレームプリアンブル400を用いて導き出されたチャネル推定は、フレーム200にとっては正確でない可能性がある。加えて、チャネル推定シーケンスは、細かい周波数オフセット計算を再初期化するために、CPEによって好ましくは用いられる。したがって、フレームプリアンブル500におけるロングトレーニングシーケンス502の送信は必須である。システムリソースを節約するために、BSは、好ましくは、特定の条件の下ではフレームプリアンブル500中でショートトレーニングシーケンス501を送信しないことを選ぶ。この情報は、FCH201中で伝達されて、次のフレームのプリアンブル500がショートトレーニングシーケンス401を含むかどうかを決定するために用いられる。

［共存ビーコンプロトコル（CBP）プリアンブル］
CBPプリアンブルの構造は、スーパーフレームプリアンブル400の構造と同様である。CBPプリアンブルは、好ましくは、長さ8191のシーケンスから、先頭の5184サンプルの代わりに最後の5184サンプルがリファレンスシンボルシーケンスのI及びQ成分を生成するために用いられることを除いて、スーパーフレームプリアンブル400と同様に生成される。

［制御ヘッダ及びマップ定義］
［スーパーフレーム制御ヘッダ（SCH）102］
SCH102は、チャネルの数、フレームの数、チャネル数などのような情報を含む。それはまた、可変の数の情報要素（IE）を含み、それによって、SCHの長さもまた可変である（最低19バイトから最高42バイト）。

SCH規格は、表1に示され、基本的情報を提供し、チャネル結合や、装置がWRANネットワークに加わるために必要とする時間にわたる特定の制御、ビーコン信号を使用する無線マイクロフォンシステムとのより良好な共存等のためのサポートを含む。STフィールドは、同じ帯域中で動作する将来の無線システム間でのより良好な共存を提供する。それは、システムがそれ自身を識別して、より良好な共存のためのメカニズムを実現するための方法を定義する。CTフィールドは、SCHの送信の目的を特定する。802.22において、SCHの送信は、２つの考えられる種類の内容（スーパーフレーム100又はビーコン）が続く可能性があることを示す。したがって、CTフィールドは、SCHに続く内容の種類を区別するために用いられる。さらに、この区別は、他の802.22システムとの共存及び無線スペクトラムの共有を改善するために使用されるCBPをサポートするために必要である。FS, Tx ID, CN及びNCフィールドの使用は簡単であり、表1において説明される。SCHがさらにIEを含む場合があるので、SCHの全長を指定するためにLengthフィールドが用いられる。

SCH102は以下のように符号化される。

［チャネル符号化］
チャネル符号化は、データスクランブリング、RS符号化（オプション）、畳み込み符号化、パンクチャリング、ビットインタリーブ及び配置マッピング（constellation mapping）を含む。図10は、必須のチャネル符号化プロセスを図示する。チャネル符号器は、制御ヘッダ及びPPDUのPSDU部分を処理する。チャネル符号器は、PPDUのプリアンブル部分を処理しない。

チャネル符号化のために、各々のデータバーストは、図11に図示されるように、データブロックにさらに再分割される。符号化されたデータの各々のブロックは、サブチャネルにマップされて、その上で送信される。好ましい実施の形態において、分散副搬送波割当てが、サブチャネルを定めるために用いられる。他の実施の形態において、隣接副搬送波割当てが用いられ、符号化されたデータの複数のブロックが、複数のサブチャネルにマップされて、その上で送信される。

ビットインタリーバの出力は、配置マッパーに順次入力される。マッパーへの入力データは、最初にN_CBPCビット（2, 4又は6ビット）のグループに分割されて、それから、QPSK、16-QAM又は64-QAM配置ポイントを表す複素数に変換される。マッピングは、グレイ符号化配置マッピングに従って実行される。複素数値である数は、変調に依存する規格化因子K_MODによって増減される。表2は、この段落において定められる異なる変調形式に対するK_MOD値を提供する。異なる配置形式と符号化速度との組み合わせに対するブロックあたりの符号化ビットの数（N_CBPB）及びブロックあたりのデータビットの数は、表3に要約される。一つのブロックが一つのサブチャネルにおいて送信されるデータに対応することに注意されたい。

［拡散OFDMA］
16X16マトリクスが、配置マッパーの出力を拡散するために用いられる。異なる配置のために用いられるマトリクスの形式は、PHYモードパラメータによって決定される。拡散の目的のために、配置マッパーの出力は、16シンボルのシンボルブロックにグループ化される。各々のデータブロックは48シンボルになるので、データブロックは、３つのそのようなシンボルブロックを生成する。

拡散は、次の式に従って実行される。

ここで、Xは、配置マッパー出力ベクトルを表して、X = [x₁, x₂, ... x₁₆]^Tとして与えられ、Sは拡散されたシンボルを表し、S = [s₁, s₂, ... s₁₆]^Tとして定められ、C = H₁₆は、アダマール拡散マトリクスを表し、次の式によって与えられる。

ここで、

である。

非拡散モードが選択される場合、拡散マトリクスCは、恒等マトリクスI_16x16である（C=I_16x16）。

［パイロット変調］
パイロットは、QPSK配置マッピングを用いてマップされる。拡散はパイロットには用いられない。

パイロットは、

として定められる。

SCH102は、基本データ速度モードを用いて送信される。15ビットの乱数発生器初期化シーケンスは、全て1（すなわち1111 1111 1111 111）に設定される。SCH102は、そのBS800に関連した（又はそのBS800の領域中の）全てのCPE700によって復号される。

SCH102は、全てのサブチャネルにおいて送信される。SCH102がBS800の範囲内の全てのCPE700によって復号されなければならないので、SCH102は、全ての帯域において繰り返されなければならない。

SCH102の42バイトは、速度1/2の畳み込み符号器によって符号化されて、インターリービングの後、QPSK配置を用いてマップされ、336個のシンボルとなる。SCH102のロバストネスを改善し、利用可能な副搬送波をより十分に利用するために、係数4による拡散がマッパーの出力に適用される。これは、28個のサブチャネルを占有する1344個のシンボルになる。

これは、各々の帯域端の２つのサブチャネルを解放し、その結果それらはガードサブチャネルとして定められる。これらの追加的なガード副搬送波の位置は、スーパーフレームヘッダのために上で定められた位置と同じである。帯域端の追加的なガード副搬送波は、CPEがより適切にSCH102を復号することを可能にする。そのように形成された2KのIFFTベクトルは、4K及び6Kの長さのIFFTベクトルを生成するために複製される。

［SCHへの副搬送波割当て］
SCH102は28個のサブチャネルのみを用いる。副搬送波割当ては、次の式によって定められる。

続いて６つのパイロット副搬送波が各々のサブチャネルの中で特定される。パイロット副搬送波は、SCHシンボル中の用いられる副搬送波全体に一様に配置される。シンボル中の９つ毎の副搬送波が、パイロット副搬送波として指定される。SCH102中のパイロットの副搬送波インデックスは、{-756, -747, -738, ..., -18, -9, 9, 18, ..., 738, 747, 756}である。そして、サブチャネル中の残りの副搬送波は、データ副搬送波として指定される。

スーパーフレームプリアンブル400及びSCH102は、直流副搬送波の両側の756個の副搬送波のみを用い、一方、フレーム送信は、直流副搬送波の両側の864個の副搬送波を用いる。結果として、スーパーフレームプリアンブル400及びSCH102は、帯域端において108個の副搬送波の追加的なガード帯域（108*ΔF = 108 * 3376Hz = 364.608kHzに相当）を含む。図6は、スーパーフレームプリアンブル400及びSCH102における、より幅の広いこれらのガード帯域602を示す。

［フレーム制御ヘッダ（FCH）201］
次に図8を参照すると、BS800が図示され、FCH201が、DSサブフレームのDS PPDU 202の一部として送信機モジュール802によって送信される。FCH 201の長さは6バイトであり、それは、とりわけ、DS-MAP、US-MAP、DCD及びUDCの（バイトとしての）長さ情報を含む。FCH201は、送信機モジュール802によって符号化されて、フレームプリアンブルシンボル500の直後のシンボル中の先頭の２つのサブチャネルにおいて送信機モジュール802によって送信される。

FCH201は、基本データ速度モードを用いて、送信機モジュール802によって送信される。15ビット乱数発生器は、BS識別子（ID）の15個の最下位ビット（LSB）を用いて初期化される。BS IDは、SCH102の一部としてスーパーフレーム送信機802によって送信され、CPE700が利用することができる。48個のFCHビットは、符号化されて、チャネル符号化について上述されたようにサブチャネル#1中の48個のデータ副搬送波にマップされる。FCH 201のロバストネスを増加させるために、符号化及びマップされたFCHデータは、サブチャネル#2において再送信される（図12を参照）。図12は、３つのＴＶチャネルが結合される場合の好ましいサブチャネル番号付けスキームを図示する。直流及びガード副搬送波は図12に示されていないことに注意されたい。

フレーム制御ヘッダ（FCH）は、サブチャネル1及び2において送信される。S_FCH,1(k)がサブチャネル1中の副搬送波kで送信されるシンボルを表す場合、サブチャネル2中のサブチャネルkで送信されるシンボルS_FCH,2(k)は、

で与えられる。BS800は、スーパーフレーム送信機モジュール802によってBS800のRF範囲内の全てのCPE700に送信されるスーパーフレーム100中にリクエストを含めることによって、占有されたスペクトラムの測定を要求する。BS800はCPE700から応答を受信し、その応答は、スーパーフレーム受信モジュール801によって処理されて、占有ＴＶスペクトラムメモリ804に記憶される。BS800は、占有ＴＶスペクトラムメモリ804及びＴＶチャネル結合メモリ805（後者は最高３つの隣接したTVチャネルを結合することに関するBS決定を反映する）の内容に基づいて、チャネル使用のための指示をRF範囲内のCPE700に送信する。測定の要求はBS800によって周期的に送信され、既存局（incumbent）との干渉を回避するために、BS800は、BSのRF範囲内の全てのCPE700に、周期的に、指示を再送信することが可能である。

次に図7を参照して、CPE700の好ましい実施の形態において、CPE700が起動するときはいつでも、CPE700のスペクトラムセンサ処理モジュール703が最初にＴＶチャネルをスキャンして、既存局が検出されたかどうかをチャネルごとに識別するＴＶチャネル占有マップ704を構築する。マップ704は、BS 800に伝達され、さらに、どのチャネルが空いているかを決定して、BS800を探すためにそれらを用いるために、スペクトラムセンサ処理モジュール703によって用いられる。

CPE700によって検出される空のチャネルにおいて、スペクトラムセンサ処理モジュール703は、続いて、BS800からのSCH102の送信をスキャンし、それからCPEはチャネル及びネットワーク情報を取得し、それは、BS800と提携するために（すなわちネットワークエントリ及び初期化のために）、CPE700によって用いられる。

CPEは、受信機701と、２つのサブチャネルからの対応するシンボルを組み合わせて、フレーム中の後続のフィールドの長さを決定するためにFCHデータを復号する受信機処理モジュール701.1とを、更に含む。CPE 700はさらに、スペクトラムセンサ処理モジュール703によって処理されるバンド内及びバンド外の測定に対するBS800からの要求を受信し、応答は、フォーマットされて、送信機モジュール702によってスーパーフレームにおいてCPEにより送信される。CPE700は、測定要求への応答を含むCPE700による後続の送信のために、どのＴＶチャネルを用いるべきかに関して、スーパーフレーム100中でBSからの指示を受信する。バンド内測定は、CPEと通信するためにBSによって用いられるチャネルに関し、バンド外測定は、全ての他のチャネルに関する。

バンド内測定のために、BSは、既存局検出（incumbent sensing）が実行されることができるように、周期的にチャネルを静かにさせるが、バンド外測定の場合はそうしない。BS800は、どのCPE700が、どのチャネルを、どれだけの間、どのくらいの確率の検出及び誤警報に従って、測定を行うかを示すスーパーフレームをフォーマットして送信するためのスーパーフレーム送信機モジュール803を含む。BS800は、CPE700全体に測定負荷を分散することができ、スペクトラム占有マップを取得して占有ＴＶスペクトラムメモリ804にそれらを記憶するためにCPEからスーパーフレーム100において受信される測定値を用いる。BS800は、それから、スペクトラム占有処理モジュールを用いて測定値を分析し、適切な措置をとる（例えば、隣接したＴＶチャネルを結合して、ＴＶチャネル結合メモリ805中に結果を記憶し、それに応じて、スーパーフレーム送信機モジュール802によって後続のスーパーフレーム100において結果を送信することによりCPE700に知らせる）。

図9は、本発明によって改良されたWRAN配置構成、すなわち、各々が、本発明によって改良されて定められたWRAN BS 800と、本発明によって改良されて定められた少なくとも一つのWRAN CPE 700とを含む複数の重なり合うWRANセル901を図示する。CPE700が、既存ユーザの保護を要求する周波数帯域の制限された周波数チャネルにおいて機能するように適応されることが意図される。このように、BS800はセカンダリ装置であり、WRANセル901はセカンダリネットワークである。

いくつかのCPE700、BS800及びWRANセル901のみが示されるが、これは議論を簡単にするためであることに留意する必要がある。任意の及び全てのWRANのこれらのコンポーネントの数がいくつであっても、本発明の範囲内である。

本発明のPHYレイヤは、チャネルの可用度及び品質が時間とともに変化する動的な遠隔環境において実現されることが予想され、例示的な実施の形態の各々のWRANセルは、動的に有益にチャネル可用度を取得することが期待され、図示された実施の形態のPHYレイヤは、それらのWRANセル901内のCPEにスペクトラムアクセス命令を提供するためにBSによって用いられる。有利には、提供されたスペクトラムアクセス命令は、既存装置による制限されたＴＶチャネル/帯域の自由な使用、及びBSによって制御されているCPEによる同じチャネル/帯域へのBS制御アクセスを促進する。

図9に示されるWRANアーキテクチャ900は、各々のWRANセル901中で作動するCPEの数によって変化する複数のPHYスタックを含む。PHYスタックは、アーキテクチャの下位レイヤを提供して上位レイヤをサポートする（後者は例えばメディアアクセス制御（MAC）を含む）。

複数のPHYスタックは、隣接するチャネルのそれぞれのグループにこれらのPHYスタックを動的に割り当てて、そしてそれらのチャネルを占有している特定のCPEにこれらのPHYスタックを間接的に割り当てるスペクトラム占有処理モジュール803に結合される。図1を参照すると、隣接するＴＶチャネルt-1 600.t-1からt+1 600.t+1が、WRANによって占有される。特に、WRANによって占有される隣接するチャネル601と既存装置によって占有されるチャネルとの間の周波数スペクトラムの部分は、利用できない又は未使用のままであり、より幅の広いガード帯域602が、WRANによって用いられる隣接するチャネル601の間で用いられる。

情報は、少なくとも一つのサービスプリミティブ及びアプリケーションプログラミングインタフェース（API）を含む明確に定義されたインタフェースを通して、スペクトラム占有処理モジュール803と複数のPHYレイヤとの間で伝達される。スペクトラム占有処理モジュール803は、予め定められた基準に基づいて、利用可能なチャネルを様々なPHYスタックに割り当てる。BS800の制御の下での日和見主義的なＴＶチャネル使用を達成するために所与のWRANセル901におけるBS800とCPE700との間の通信を提供するため、本発明の制御構造と共にスーパーフレーム及びフレーム構造が、BS800によって用いられる。上述され、図1及び6において図示されたように、スーパーフレーム構造100のプリアンブル400及びSCH102は、BS800のPHYスタックが使用中である現在利用可能な制限チャネルの選択されたいくつか又は全てを通して、並列に送信される。つまり、プリアンブル400及びSCH102は、スーパーフレーム100の開始において、これらのチャネルの各々において送信される。その後で、通信は、フレーム200.n.0から200.n.mを通じて実行され、すなわち、スーパーフレームnは、m個のフレームを含む。

WRANセル901のCPE700にとっての制限されたＴＶチャネルの可用度は、時間とともに変化する。１つのスーパーフレームの開始時に利用可能なチャネルは、利用できなくなる可能性があり、その結果、BS800によって送信される次のスーパーフレーム中では、プリアンブル400及びSCH102は、この時間にわたる変化を反映するために、BS800のPHYレイヤによって変更される。

本発明の好ましい実施の形態が図示されて記載されたが、本明細書において記載される本発明の実施の形態は一例であり、様々な変更及び改造が行われることができ、均等物は本発明の真の範囲を逸脱しない範囲でその要素と置換されることができることが、当業者によって理解される。加えて、多くの変更が、その中心的な範囲を逸脱しない範囲で、本発明の教示を特定の状況に適応させるために行われることができる。したがって、本発明は、本発明の実行のために考えられた最良の実施の形態として開示された特定の実施例には制限されず、本発明は、全ての実施態様技術と同様に、本明細書に添付された請求の範囲の範囲内である全ての実施の形態を含むことが意図される。

Claims

少なくとも一つの加入者宅内機器（consumer premise equipment: CPE）を含むWRANセルを管理するための基地局を含むWRAN通信システムであって、
スーパーフレームのはじめに送信されるスーパーフレームプリアンブル、
前記プリアンブルの後に送信されるスーパーフレーム制御ヘッダ（SCH）、
前記SCHの後に送信されるダウンストリーム（DS）サブフレーム及びアップストリーム（US）サブフレームを持つ少なくとも一つのフレーム構造、
を有し、
前記基地局が、前記WRANセルの前記少なくとも一つのCPEに関する全てのアップストリーム及びダウンストリーム送信を管理するために、前記基地局によって占有された少なくとも一つの隣接する制限されたＴＶチャネルの各々を通じて並列に、少なくとも一つの前記スーパーフレームのシーケンスを送信し、前記スーパーフレームプリアンブル及び前記SCHが、各々の前記少なくとも一つの隣接する制限されたＴＶチャネルの帯域端に追加のガード帯域を各々含む、システム。
前記少なくとも一つのCPEが、前記スーパーフレームを受信した後、前記基地局に同期する、請求項１に記載のシステム。
前記スーパーフレームプリアンブルが、同期のために前記CPEによって用いられるショートトレーニング（ST）シーケンス、及びチャネル推定のために前記CPEによって用いられるロングトレーニング（LT）シーケンスをさらに有する、請求項２に記載のシステム。
前記DSサブフレームと前記USサブフレームとの間の境界が、ダウンストリーム容量及びアップストリーム容量の制御を容易にするように適応的である、請求項１に記載のシステム。
前記DSサブフレームが、
チャネル推定のために前記少なくとも一つのCPEにより用いられるフレームロングトレーニングシーケンス（FLT）、及び、存在するならば前記少なくとも一つのCPEの前記BSとの同期のために用いられるオプションのフレームショートトレーニングシーケンス（FST）を有するDSプリアンブル、
前記DSプリアンブルに続き、後続の少なくとも一つのDSバーストのプロファイル及び長さを含むフレーム制御ヘッダ（FCH）、並びに
前記FCHに続く少なくとも一つの後続のDSバースト、
を含むDS PHY PDUをさらに有する、請求項４に記載のシステム。
前記USサブフレームが、
初期化のために予定される少なくとも一つの競合スロット、
前記BSへのCPEによるUS帯域幅要求のための少なくとも一つの競合スロット、
CPEがCPEと帯域幅既存局（bandwidth incumbent）との間のUCSを報告するための少なくとも一つの緊急共存状況（UCS）通知ウィンド、並びに
USプリアンブル、バースト制御ヘッダ及びUSバーストを含む、前記BSによって管理される前記WRANセルの異なるCPEからの少なくとも一つのUS PHY PDU、
からなるグループから選択される要素をさらに有する、請求項５に記載のシステム。
チャネルの複数のサブチャネルが、分散副搬送波割当て及び隣接副搬送波割当てからなるグループから選択される技術を用いて定められ、
各々のDSバースト及び各々のUSバーストが、少なくとも一つのデータブロックに再分割され、
前記少なくとも一つのデータブロックが、前記複数のサブチャネルのうちの一つのサブチャネル上で送信される、請求項６に記載のシステム。
少なくとも一つの加入者宅内機器（consumer premise equipment: CPE）を含むWRANセルを管理するための基地局（BS）を持つWRAN通信システムにおける物理レイヤを提供する方法であって、前記BSは、前記WRANセルの前記少なくとも一つのCPEに関する全てのアップストリーム及びダウンストリーム送信を管理するために、少なくとも一つの隣接する制限されたＴＶチャネルを占有し、当該方法は、
スーパーフレームのはじめに送信されるプリアンブル、
前記プリアンブルの後に送信されるスーパーフレーム制御ヘッダ、及び
前記SCHの後に送信されるダウンストリーム（DS）サブフレーム及びアップストリーム（US）サブフレームを持つ少なくとも一つのフレーム構造、
を有するスーパーフレームを提供し、
前記少なくとも一つの隣接する制限されたＴＶチャネルの各々を通じて並列に、少なくとも一つの前記スーパーフレームのシーケンスを送信し、並びに
各々の送信される前記スーパーフレームに、そのスーパーフレームプリアンブル及びSCHに対して、各々の前記少なくとも一つの隣接する制限されたＴＶチャネルの帯域端において、追加のガード帯域を含める、方法。
前記少なくとも一つのCPEによって、前記シーケンスの少なくとも一つのスーパーフレームを受信し、
前記スーパーフレームを受信した後、前記CPEが前記BSに同期する、請求項８に記載の方法。
前記スーパーフレームを受信した後、前記CPEがチャネル推定を実行し、
前記スーパーフレームプリアンブルが、前記同期ステップに用いられるショートトレーニング（ST）シーケンス、及び、前記チャネル推定を実行するために前記CPEによって用いられるロングトレーニング（LT）シーケンスをさらに有する、請求項９に記載の方法。
ダウンストリーム容量とアップストリーム容量の制御を容易にするために、前記DSサブフレームと前記USサブフレームとの間に適応的境界を提供するステップをさらに有する、請求項９に記載の方法。
前記DSサブフレームがさらに、
チャネル推定のステップを実行するために前記少なくとも一つのCPEにより用いられるフレームロングトレーニング（FLT）シーケンス、及び、存在するならば前記少なくとも一つのCPEによって前記BSとの同期ステップを実行するために用いられるオプションのフレームショートトレーニング（FST）シーケンスを有するDSプリアンブル、
前記DSプリアンブルに続き、後続の少なくとも一つのDSバーストのプロファイル及び長さを含むフレーム制御ヘッダ（FCH）、並びに
前記FCHに続く少なくとも一つの後続のDSバースト、
を含むDS PHY PDUを有する、請求項１１に記載の方法。
前記USサブフレームが、
初期化のために予定される少なくとも一つの競合スロット、
前記BSへのCPEによるUS帯域幅要求のための少なくとも一つの競合スロット、
CPEがCPEと帯域幅既存局（bandwidth incumbent）との間のUCSを報告するための少なくとも一つの緊急共存状況（UCS）通知ウィンド、並びに
USプリアンブル、バースト制御ヘッダ及びUSバーストを含む、前記BSによって管理される前記WRANセルの異なるCPEからの少なくとも一つのUS PHY PDU、
からなるグループから選択される要素をさらに有する、請求項１２に記載の方法。
分散副搬送波割当て及び隣接副搬送波割当てからなるグループから選択される技術を用いて、チャネルの複数のサブチャネルを定め、
各々のDSバースト及び各々のUSバーストを、少なくとも一つのデータブロックに再分割し、
前記少なくとも一つのデータブロックを、前記複数の定められたサブチャネルのうちの一つのサブチャネルにおいて送信する、請求項１３に記載の方法。
少なくとも一つの加入者宅内機器（consumer premise equipment: CPE）を含むWRANセルを管理するための基地局であって、
PHYスーパーフレーム構造のはじめに送信されるスーパーフレームプリアンブル、前記スーパーフレームプリアンブルの後に送信されるスーパーフレーム制御ヘッダ（SCH）、及び、前記SCHの後に送信されて、ダウンストリーム（DS）サブフレーム及びアップストリーム（US）サブフレームを含む少なくとも一つのフレーム構造を含むPHYスーパーフレーム構造、
前記PHYスーパーフレーム構造によってフォーマットされた受信されたスーパーフレームの受信処理のための受信機モジュール、並びに
送信機モジュールを有し、当該送信機モジュールは、
（ａ）前記PHYスーパーフレーム構造によってフォーマットされるPHYスーパーフレームであって、その前記プリアンブル及びSCHが前記BSにより占有されている少なくとも一つの隣接する制限されたＴＶチャネルの各々を通じて並列に送信され、各々の前記少なくとも一つの隣接する制限されたＴＶチャネルの帯域端において、そのスーパーフレームプリアンブル及びSCHに対して、追加のガード帯域を各々の送信される前記PHYスーパーフレーム中に含むように、当該送信機コンポーネントによって送信されるPHYスーパーフレームの送信処理のため、並びに
（ｂ）１．レンジングのために用いられる初期化ウィンドウ、
２．前記BSからのアップストリーム帯域幅割当てを要求するために前記CPEによって用いられる帯域幅ウィンドウ、
３．既存局（incumbent）との緊急共存状況を前記BSに報告するための緊急共存状況（UCS）通知ウィンドウ、
からなるグループから選択される最高３つの競合ウィンドウを、前記USサブフレームのはじめにスケジューリングするために提供され、
前記BSが、前記少なくとも一つのCPEに関する全てのアップストリーム及びダウンストリーム送信を管理する、基地局。
BSによって制御されるWRAN通信システムのための加入者宅内機器（consumer premise equipment: CPE）であって、
PHYスーパーフレームのはじめに送信されるスーパーフレームプリアンブル、前記プリアンブルの後に送信されるスーパーフレーム制御ヘッダ（SCH）を含み、前記プリアンブル及びSCHが、前記BSによって占有されている少なくとも一つの隣接する制限されたＴＶチャネルの各々を通じて並列に送受信される、PHYスーパーフレーム構造、
前記SCHの後に送信され、（ａ）ダウンストリーム（DS）サブフレーム及び（ｂ）アップストリーム（US）サブフレームを含み、前記USサブフレームのはじめに、１．レンジングのために用いられる初期化ウィンドウ、２．前記BSからのアップストリーム帯域幅割当てを要求するために前記CPEによって用いられる帯域幅ウィンドウ、及び３．既存局（incumbent）との緊急共存状況を前記BSに報告するための緊急共存状況（UCS）通知ウィンドウからなるグループから選択される最高３つの競合ウィンドウがスケジューリングされる、少なくとも一つのフレーム構造、
前記PHYスーパーフレーム構造によってフォーマットされた受信されるスーパーフレームの受信処理のための受信機処理モジュールを持つ受信機コンポーネント、並びに
前記PHYスーパーフレーム構造によってフォーマットされ、送信機コンポーネントによって送信されるPHYスーパーフレームの送信処理のための送信機処理モジュールを持つ送信機コンポーネント、
を有する加入者宅内機器。