JP3373842B2 - 改善された無線光通信の方法および無線光通信システム用のフレーム - Google Patents

改善された無線光通信の方法および無線光通信システム用のフレーム

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に光通信シス
テムに関し、詳細には送信局と受信局との間のリンク品
質およびリンク品質推定に関する。
【0002】
【従来の技術】赤外装置通信については、Infrared Dat
a Association(IrDA)が、赤外(Ir)媒体を使
用する装置間のデータ通信を可能にするために設計され
た一連の仕様を発表している。1997年4月17日の
IrDAトロント会議で発表されたF.グフェラー(Gf
eller)およびW.ヒルト(Hirt)の論文「Request for
Comments on Advanced Infrared (AIr) Physical Laye
r Specification (IrPHY)」は、赤外装置間の赤外媒体
へのアクセスの調整を担当する赤外媒体アクセス制御
(IrMAC)プロトコルにより、信頼できる衝突回避
をサポートするロバスト・ヘッダ(RH)の概念を記載
している。物理層ヘッダにRHを使用することにより、
衝突回避特性を維持しながら、異なる角度特性およびレ
ンジ特性を有する装置の共存が可能になる。
【0003】国際特許出願PCT/IB96/0000
2号は、共存する幾つかの送信局と受信局の間の通信を
可能にする光通信システムを記載している。共存する局
間の通信を可能にするために、全ての参加局が理解でき
る頑丈な物理層ヘッダ(ここではロバスト・ヘッダRH
という)が使用される。
【0004】上記2つの文献は、本発明の基礎であり、
かつ本発明の技術分野の最新技術であり、本明細書で参
照する。
【0005】これらの文献によれば、赤外装置はピアツ
ーピア・モードで通信し、そこでは送信局はデータ・パ
ケットの送信を知らせるために受信局に送信要求(RT
S)フレームを送り、受信局はRTSフレームを正しく
受信した場合には少なくとも送信局に送信可(CTS)
フレームを送り、その後に送信局はデータ・フレームを
受信局に送信する。一般的IrMACフレーム・フォー
マット要件によれば、RTSフレームおよびCTSフレ
ームは少なくともプリアンブル・フィールド(PA)、
同期フィールド(SYNC)、およびロバスト・ヘッダ
(RH)フィールドを含む。PAフィールドは、非常に
低い信号対雑音比(SNR)に至るまで信頼できるキャ
リア検知、シンボル・クロック同期、およびチップ・ク
ロック位相捕捉を可能にする。PAフィールドは、パル
スの周期的シーケンスを形成するシンボル、1シンボル
当たりのスロット数(例えば、Lスロット・パルス位置
変調;AIrPHYの場合、4スロット(4−PPM)
符号化が提案されている)、および全ての参加局に知ら
れているシンボル内容を含む。やはり適正(Iegal)4
−PPMシンボルのシーケンスを備えているフィールド
であるSYNCフィールドは、RHフィールドの開始の
正確な識別を可能にするものであり、特定の予め定義さ
れたた数の適正4−PPMシンボルから成る。RHフィ
ールドは、上記参考文献によれば、固定長で既知の構造
の幾つかのフィールドを含む。これらのフィールドによ
って、受信局は、データ伝送に使用されるシグナリング
方法について通知される。さらに、これらのフィールド
は、チャネルの品質に応じてスループットを最適化する
ために、伝送に使用されるデータ転送速度の折衝または
適応あるいはその両方を可能にする、通信リンクまたは
情報交換のためのその他の制御情報を提供するために使
用される。
【0006】上述のIrDA会議の論文によれば、RT
Sフレームはさらに、RHフィールドの後に、送信元ア
ドレスおよびデータ・アドレス(SA/DA)フィール
ドと呼ばれるアドレス・フィールドを含む。さらに、こ
のRHフィールドは、最大限の検出感度を提供するため
に、16の減少率(Rate Reduction)(RR=16)に
よる反復符号化を用いて常に堅固に符号化される。RR
は、正確なデータ伝送を確保するために、反復符号化の
レベルを定義する。したがって、各シンボルはRR回繰
り返される。その結果得られるシンボル・ストリームの
冗長度は、復調器回路で適切なデジタル処理方法で利用
され、4/RR Mb/sにデータ転送速度が減少する
という犠牲を払ってSNR利得をもたらすように意図さ
れている。これは、電気受信機の帯域幅を低減されたデ
ータ転送速度に個々に整合させることに等しい。この複
雑な方法とは対照的に、ここに提案する方法は、受信機
の帯域幅を物理的に変化させる必要なく、仮想的帯域幅
の低減が可能であり、したがって4Mb/sの基本速度
に整合された簡単かつ最適な受信機の実現が可能であ
る。RR係数は値1、2、4、8、および16を使用す
ると定義され、ここでRR=1は、4−PPMおよび無
反復符号化による4Mb/sの基本速度に相当する。R
R係数の定義された値に対して得られるデータ転送速度
は、4、2、1、0.5、および0.25Mb/sであ
る。各低減ステップで、公称3dBの電力SNR利得が
得られ、これは1.5dBの光パワー利得に相当する。
したがって、RRが1から16まで変化すると、公称S
NR利得は、それぞれ0dBから12dBまで増加す
る。本願の残りの部分では、相対電力レベルを光学領域
で測定することに留意されたい。XdBの相対光パワー
・レベルは、2XdBの相対電力または2XdBの相対
SNR変化に対応する。RR=16で0.25Mb/s
の共通データ転送速度は、通信セル内または通信セルの
サブセル内の全てのシステムによってサポートされなけ
ればならない。このデータ転送速度は送信される全ての
フレームのRHフィールドで使用され、MAC層および
PHY層に関連する情報を伝達するのに役立つ。データ
転送速度減少率を増加させることにより、通信システム
は、次々に悪化するSNR条件下で動作することが可能
である。これを使用して、4Mb/sの基本速度に比較
して0.25Mb/sにおける最高2倍の伝送レンジま
でのより大きい伝送レンジを得るか、または高レベルの
背景光など過酷なチャネル条件下でリンク品質を維持す
ることができる。さらに、反復符号化により、干渉信号
の有害な効果が低減され、かつ、より短い距離により高
いデータ転送速度を使用して転送されるフレーム当たり
のエネルギ消費を最小化することによって、電力管理と
して役立つことができる。
【0007】RTSフレームとは対照的に、CTSフレ
ームはRHフィールドで終了する。CTSフレームのR
Hフィールドは、RRフィールドの代わりにRR*フィ
ールドを含む。これは、リンク品質の評価またはその他
の何らかの指示に基いて、RRを逆方向に使用するよう
に推奨することを指定する以外は、RTSフレームにお
けるRRフィールドと同様である。したがって、送信元
が宛先装置と通信するときにこのパラメータを使用する
ことは、宛先装置によって推奨される。
【0008】このIrDA会議の論文によると、データ
・フレームは、PA、SYNC、およびRHフィールド
の後に、大きいデータ・フィールドを含む本体フィール
ドを備え、その後に巡回冗長検査(CRC)フィールド
が続く。CRCフィールドは可変反復符号化32ビット
・フィールドであり、送信が無事に行われたかどうかを
検査するために、周知の方法で使用される。
【0009】従来技術によるフレームは、単一固定光パ
ワーで送信され、ヘッダ内で固定RRを使用する。これ
では、短いパケット、例えばRTSフレームおよびCT
Sフレームで、4Mb/sのデータ転送速度(これはR
R=1に相当する)のリンク品質を推定することができ
ない。さらに、予想されるパリティ不一致状態に対して
充分なSNRマージンが得られない。Irシステムのパ
リティの概念は、上記のIrDA会議の発表論文で導入
されたことに留意されたい。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
一般的目的は、AIrの概念内で参加局間の改善された
衝突回避特性およびリンク品質推定のための解決法を提
供することである。
【0011】したがって、本発明の他の目的は、選択さ
れたRRに対する特定の規定されたSNRか満たされる
場合にのみ、局間の接続を確保する方法を提供すること
である。
【0012】本発明の別の目的は、リンク品質分析のた
めに特別なフレームを導入するための解決法を提供する
ことである。
【0013】本発明の他の目的は、エネルギ節約モード
を提案することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】特許請求の範囲に記載の
発明は、これらの目的を果たすためのものである。本発
明は、送信局がデータ・パケットの送信を通知するため
に受信局にRTSフレームを送り、受信局がRTSフレ
ームを正確に受信した場合にCTSフレームを送り、そ
の後送信局は受信局にデータ・フレームを送信する、送
信局と受信局の間の無線光通信の方法、および無線光通
信システムで使用するためのフレームを提供する。CT
Sフレームは受信局から、少なくともRTSフレームを
発行した送信局に送信されることに留意されたい。両方
のフレーム(RTSおよびCTS)は、一般に必要とさ
れるPA、SYNC、およびRHフィールドを含む。R
TSフレームはさらに、少なくとも送信元アドレス/宛
先アドレス・フィールド(SA/DA)および巡回冗長
検査フィールド(CRC)を含む。RTSフレームおよ
び/またはCTSフレームのパワー・レベルを、データ
・フレームが送信される公称送信パワー・レベルとは異
なるように、(例えばRTSフレームの)ロバスト・ヘ
ッダ部内の可変反復符号化によって調整することによ
り、より大きいダイナミック・レンジのリンク品質推定
および改善された衝突回避特性が得られる。データ伝送
の公称送信パワー・レベルより高くまたは低くすること
ができる、選択される光パワー・レベルに応じて、かつ
選択される光パワー・レベルに依存する可変反復符号化
に応じて、参加局間の接続を改善するための多数の様々
な可能性を提案し特許請求する。
【0015】より高いパワー・レベルのCTSフレーム
は、例えば可変反復符号化を使用しなくても(つまりR
R=16)、データ・パケットに対してCTS信号の伝
送レンジを増加する。したがって、隠れ端末にいっそう
よく到達することができ、衝突はより効率的に回避され
る。
【0016】好適な実施形態によれば、RTSフレーム
は、公称送信パワー・レベルより低い一定の送信パワー
・レベルで、RHフィールドのレート減少率RR=16
で、かつSA/DAフィールドおよびその後のCRCフ
ィールドの可変RR=1、2、4、8、または16で送
信される。送信パワー・レベルは、SA/DAフィール
ドの選択されたRRとあいまって、受信局によるSA/
DAフィールドの正しい復号が平均的に希望のSNRで
達成されるように選択される。送信パワー・レベルは公
称送信パワー・レベルの50%〜75%の範囲内とする
ことが好都合である。
【0017】本発明の別の実施形態によれば、RTSフ
レーム内のRHフィールドは、RTSフレームを発見フ
レームとして指定する区分サブフィールド(発見フィー
ルド:DISC)、およびSA/DAフィールドの同報
通信宛先アドレスを含む。これにより、送信局が受信局
から応答を受信するまで、送信局から送られるRRの増
加する値を使用して、発見フレームを処理することがで
きる。
【0018】他の好適な実施形態では、RTSフレーム
およびCTSフレームのフィールドは、公称データ伝送
パワー・レベルより高い送信パワー・レベルで送信され
る。さらにRTSフレームは、少なくとも1つのトレー
ラ・フィールド(TR)を有するトレーラを含み、その
後に公称パワー・レベルより低いパワー・レベルを有す
るCRCフィールドが続く。前記RTSフレームの前記
RHフィールドのパワー・レベルおよびRRは相応し
て、RR=16および公称パワー・レベルの場合と等し
い検出感度を生じるように選択される。したがって、R
TSフィールドは少なくとも2つの異なるパワー・レベ
ルを含む。この方法の一目的は、RTSフレームの全長
を減少することであり、別の目的は、トレーラ部分にお
ける不正4−PPMシンボルをカウントすることによっ
て、リンク品質分析のダイナミック・レンジを増大する
ことである。RR=2、4、または8は、対応するより
高いパワー・レベルで使用することが可能であり、RR
=16および公称パワーの場合と等しい検出感度が得ら
れる。この条件は、公称光パワーに対して4.5dB、
3dB、または1.5dBの増大した光パワー・レベ
ル、およびそれぞれ2、4、または8に等しいRRの使
用により満たされる。RTS/CTSフィールドの高い
パワー・レベルは公称パワーの2倍、すなわちRR=4
であることが好ましい。さらに、別の実施形態では、少
なくとも1つのTRフィールドの低いパワー・レベルは
公称電力の2分の1とすることが好都合である。なぜな
らば、これは光パワーの3dBの低下を意味し、これは
1.5dBずつ変化する可変光パワー・レベルを使用す
るときに、好ましい値であるからである。
【0019】固定RR≠16、例えばRR=4の場合、
前記SYNCフィールドのパターンは、RTSフレーム
が参加局にとっては既知の異なる固定RR(ここではR
R=4)で送信されることを受信局に示すために、標準
パターンに対して反転される。
【0020】リンク品質を評価するために使用できる別
の好適な実施形態は、異なるパワー・レベルを有する幾
つかのTRフィールドを含むトレーラを利用し、好まし
くは異なる光パワー・レベルが、公称パワー・レベルの
2倍から始めて1.5dBずつ低下することが好まし
い。
【0021】非常に短いレンジ(約0.5mの距離)
で、かつ低減した光パワー・レベルでメンバ(局)にと
って増強されたデータ・スループットでデータを送信す
る際の電力消費を低減するため、RTSフレーム、CT
Sフレーム、およびデータ・フレームの光パワー・レベ
ルは、別の実施形態によると、公称パワー・レベルより
低い光パワー・レベルで送信され、また低減されたパワ
ー・レベルであることを示すために、前記RTS/CT
Sフレームのロバスト・ヘッダ内の可変反復符号化の代
わりに、SYNCフィールドが標準パターンに対して反
転される。
【0022】
【発明の実施の形態】以下では、RTSフレームまたは
CTSフレームのパワー・レベルを、データ・フレーム
が送信される公称送信パワー・レベルとは異なるよう
に、少なくともRTSフレームのロバスト・ヘッダ部内
での可変反復符号化によって制御することにより可能な
様々な適用例を説明する。希望の衝突回避特性でRTS
/CTS媒体アクセス・プロトコルを動作させるために
必要な要件は、装置から放出された送信フレームを増強
された検出感度で検出するためにロバスト・ヘッダを使
用すること、およびRTS/CTSプロトコルに参加し
ている全ての装置について、上述のIrDA会議の発表
論文に定義されている赤外チャネル相互性を確立するこ
とである。
【0023】RR=16の場合、フレームは、同一パワ
ーを使用したとき、RR=1の場合に比べて2倍の伝送
距離に伝送することができる。したがって、RR=1
は、フレームが短いので、短距離の場合、エネルギが節
減される。RR=16は16回の反復を確実にするの
で、伝送されるデータ・フレームは妨害の影響を受けに
くくなるが、フレームは比較的長くなる。RR=1対R
R=16は、送信パワーの4倍に相当する差に対応す
る。RTSフレームは、特定の受信局にデータ・フレー
ムが送信されることを知らせるために送信されるもので
あり、RTSフレームの伝送距離は、予想されるデータ
・フレームの伝送距離と同じ大きさのはずである。CT
Sフレーム(RTSフレームを受信した局によって送信
される)の伝送距離は、送信局との間で確立されたリン
クについて他の局に通知するために、できるだけ大きく
すべきである。特別な適用例のパワー・レベルを増加ま
たは減少することによって、さらに特にRTSフレーム
の可変反復符号化によって、伝送距離およびリンク品質
に影響を及ぼすことができる。
【0024】図1に示す新規のRTSフレームの一実施
形態は、標準フィールドPA、SYNC、およびRHを
含み、その後にSA/DAフィールドおよびCRCフィ
ールドが続く。このフレームの光送信パワー・レベルは
一定であり、データ・フレームが送信される公称送信パ
ワー・レベルの約50〜75%である。RHフィールド
は、その後のSA/DAおよびCRCフィールドの反復
符号化を示すサブフィールドRRを含めて、PHY層お
よびMAC層の通常のサブフィールドを含む。RHフィ
ールド自体は、最大検出感度を得るために16倍反復符
号化される(つまりRR=16)。SA/DAフィール
ドはCRCと共に短いデータ・フィールドとして取り扱
われ、両方とも同じRR=1、2、4、8、または16
で符号化される。RTS送信パワーは、SA/DAフィ
ールドに選択されたRRとあいまって、宛先局によるS
A/DAフィールドの正しい復号(通常通りCRCによ
って検査される)が平均的に希望のSNRで達成される
ように選択される。
【0025】この方法の目的は、フレーム(例えばトラ
ンシーバのパリティがよくない局からの)の衝突による
フレーム損失に対する余裕を得ることである。このた
め、特定の局にデータ・パケットを送信するために必要
なRRはすでに分かっていると想定する。RTSを公称
パワーの半分で送信することによって、伝送距離は公称
パワーの場合の約0.71になる。したがって、距離が
それより大きい場合、SA/DAは、受信局に達した時
に偽となるように強制される。概して、データ・フレー
ム送信に公称パワーを使用することによって、チャネル
が比較的良好であり、かつ妨害に対し余裕を提供するこ
とが保証される。RTSを低減されたパワーで送信し、
かつ上述のRRでSA/DAおよびCRCフィールドを
符号化することによって、SA/DAフィールドのCR
C検査は、このリンクのSNRがその後のデータ・パケ
ット送信にとって充分に良好である場合にのみ正しくな
る。つまり、SA/DAフィールドはリンク品質のため
の試験として役立つ。シンボル誤り件数は、ここでは使
用しない。CRC検査が不正であった場合、CTSは送
信されない。したがって、この方法は、選択されたRR
に対する特定の指定SNRが満たされる場合にのみ、宛
先局がRTSの送信局にCTSで応答することを保証す
る。到達可能な伝送距離を犠牲にして非常に良好なSN
Rを選択することによって、フレーム損失に対する上述
の余裕が得られる。
【0026】多重端末ネットワーク(通信セルまたはサ
ブセル)に参加する各局は、それ自体と他の全ての局と
の間のリンクの品質について知っている必要がある。例
えば上述のWO97/25788号に記載されるように
フレームが交換されるときは常に、リンク品質分析(L
QA)を実行し、更新することができる。また、アクテ
ィブ・ネットワークに参加する局はそれ自体の全ての参
加局に通知しなければならず、相互LQAを実行しなけ
ればならない。これは原則的にWO文献に記載される通
りに行うことができるが、この方法はソフトウェア(I
rMAC)で実現すべきであろう。レート折衝を実行す
るときに使用できるLQAのこの方法を補足するため
に、高速LQA結果を得ることが必要になる場合があ
る。例えば、新しい局が既存のネットワークに参加する
とき、または全ての参加局がそのLQAテーブルを書き
替える/更新する必要があるときである。
【0027】したがって、別の実施形態では、RHフィ
ールドに区分サブフィールドがあり、かつDAフィール
ドに同報通信宛先アドレスがある以外は、同じフレーム
構造および送信パワーを使用する。RHのこのサブフィ
ールドにより、RTSフレームは、発見(DISC)フ
レームとして指定される。この場合、DAフィールドに
特定の装置はアドレス指定されず、したがってRTS/
DISCフレームは全ての局に伝送される。第1送信局
Aから同報通信アドレスを聴取している第2の未知の潜
在的受信局Bへの接続を確立するために、局Aは、SA
/DAおよびCRCを最も短い伝送レンジに対応するR
R=1にして、RTS/DISCフレームを放出する。
局Bが正しいCRCでSA/DAを復号することができ
た場合、局BはRR=1の受信を確認する肯定応答フレ
ームで応答する。次いで局Aは、公称パワーおよびRR
=1でデータ・フレームを局Bに送信する。局Bが正し
いCRCでSA/DAを復号できない場合、局Bは応答
を送信しない。この場合、局Aは、より長いレンジに対
応するRR=2で発見フレームを送信する。応答を受信
した後、局Aは、対応するRRでデータ・パケットを送
信する。局Aが応答を受信しない場合、局Bからの応答
が得られるまで、またはRR=16(最大伝送レンジ)
に達するまで、RRの値を増加しながら発見フレームを
送信し続ける。複数の局Bが局Aによって送信されたR
TS/DISCフレームを受信できるので、これらの局
は、各局が応答する前に無作為に選択された時間待機す
る周知の「バックオフ」法を用いて応答する。これによ
り、CTSフレームの衝突の危険が軽減される。
【0028】RTSフレームの目的は、データ・フレー
ムの送信を通知することである。RTSフレームの伝送
レンジは、例えばRR=16での最大長データ・フレー
ムの最大伝送範囲と同一とする必要がある。潜在的衝突
のタイム・ウィンドウ(time window)を最小にするた
めに、RTSフレームはできるだけ短くする必要があ
る。したがって、別の実施形態では、より短いRTSフ
レームを得るために、RTSフレームの光送信パワー
を、データ・フレームの公称光送信パワーに比べて3d
Bまたは1.5dBだけ増加し、さらに、RHフィール
ドおよびSA/DAフィールドの減少率RRをそれぞれ
4または8に設定する。さらに、図2に示すように、長
さの短いRTSフレームは、RTSを2つのパワー・レ
ベルで送信することによって、LQAのための増大した
ダイナミック・レンジを有することもできる。図示した
RTSフレームは、すでに知られている通りPA、SY
NC(反転)、RH、SA/DA、およびCRCフィー
ルドを含み、RH、SA/DA、およびCRCがRR=
4で反復符号化され、公称パワーの2倍で送信させる第
1部分と、リンク品質を決定するために充分な数、例え
ば100個の4−PPMのシンボルを持つトレーラ(T
R)フィールドを含み、公称パワーの2分の1で送信さ
れる第2部分とを備えている。図1および図2で、公称
パワーは水平方向の破線(相対光パワーが1である)に
よって示されていることに留意されたい。
【0029】図1Bはまた、CTSフレームおよびデー
タ・フレーム、ならびにそれらの選択されたパワー・レ
ベルをも示す。CTSフレームの場合、複数端末状況で
衝突回避特性を改善し、かつIRチャネル相互性におけ
る許容差を受け入れるために、延長された送信レンジ
(例えばRR=16)が望ましい。CTSフレームは公
称パワーの2倍のパワーおよび正常に符号化されたSY
NCパターン(以下参照)を有し、RR=16によるR
Hの符号化を示す。SYNCパターンは、同期語とも呼
ばれることに留意されたい。データ・フレームは公称光
パワー、RH情報の普通符号化(RR=16)、および
可変データ転送速度(RR=1、2、4、8、または1
6)で送信される。
【0030】受信局はRHフィールドがどのRRで符号
化されているか分からないので(常にRR=16のフレ
ームを除く)、通信システムに許容される別のRRを示
すために、追加のシグナリング方式が必要である。この
ために、送信局は、フレームがRR=4(この実施形態
で選択されているように)とRR=16(上述の文献で
定義された最大値)のどちらで符号化されたヘッダ/ア
ドレス情報を含むかに応じて、異なる極性でSYNCシ
ーケンスを符号化する。RTSフレームがRR=4で符
号化される場合、SYNCフィールドは反転同期パター
ンを含み、受信局は負の相関ピークを検出する。次いで
この事象の発生を用いて、ロバスト・ヘッダ/アドレス
がRR=4で復号しなければならないことをモデムに知
らせる。図3に、この方式の実施形態を示す。ここで、
第1SYNCサブシーケンス(16進値「0BEA64
E3」)は反転される。送信された完全なSYNCシー
ケンスは、必要な場合に2つのシーケンスのうちの1
つ、ここでは最初の1つが反転されることを除いて、W
O97/25788号文献に記載された方法に従って構
成される。SYNCフィールドの16進値のシーケンス
(0BEA64E3)またはその反転が、WO文献に記
載されているように第2シーケンス(例えば++−+
−)に従って符号化されて、伝送された完全なSYNC
シーケンスを形成する。本発明のこの説明では、第1シ
ーケンスが反転されるものとする。あるいは、その代わ
りに第2シーケンス(++−+−)を(−−+−+)に
反転することもできる。受信されたSYNCフィールド
は、SYNC検出のための第1段相関器1、量子化器
2、SYNC検出のための第2段相関器3、およびSY
NC判定4によって処理される。次いで出力信号(SY
NCフラッグ)は、SYNC検出/RH:RR=4、S
YNC非検出、およびSYNC検出/RH:RR=16
をそれぞれ表す3つの可能な値−1、0、または+1を
とる。したがって、図3の左下部に示すRTS/DIS
CフレームのSYNCフィールドは、反転されたSYN
Cフィールドとして示される。
【0031】すでに示したとおり、TRフィールドは、
不適正(illegal)4−PPMシンボルをカウントする
ことによって、LQAのダイナミック・レンジの増大を
可能にする。LスロットのPPM(L−PPM)定義に
よると、不適正シンボルとは、受信したTRフィールド
に、ノイズによって発生するパルスを有さないまたは複
数のパルスを有するシンボルが含まれることを意味す
る。WO97/25788号に記載されている不適正L
−PPMのカウントに基づくこの従来技術の方法は、全
てのフレームに1つのパワー・レベルを使用するだけで
ある。これでは、RTSフレーム内で得られるシンボル
が少なすぎて統計的に意味のある測定値が得られないの
で、RR=1を使用するデータ・フレームのリンク品質
を推定することができない。RR=1で最大限のデータ
転送速度で動作可能な非常に良好なリンク品質の場合、
短いトレーラ・シーケンス内には不適正シンボルは検出
されないかもしれないが、長いデータ・パケット(最大
2048バイト)では依然として誤りが発生するかもし
れず、その場合RR=2で送信することが必要になる。
TRフィールドの1/2パワー・レベルにより誤り件数
は人為的に増加するので、増大したより正確な誤り件数
がトレーラに現れる。所与のトレーラ長(4−PPMの
シンボルの数)に対し、不適正シンボルの発生確率とリ
ンク品質(dB単位のSNR)との間に定義された関係
(図4)がある。したがって、TRフィールドはこの実
施形態では、公称光パワーの1/2で送信される100
個の4−PPMシンボルを含む。低減されたパワー・レ
ベルは、検出してカウントすることができる無効の4−
PPMシンボル(誤り)を実施する。表参照によって、
RR*の必要値を決定し、CTSフレームにより送信局
に返送することができる。
【0032】次に、図4に関連して、LQAについて一
般的に説明する。以下の関数が関係する(図2も参照の
こと)。 1.CRCで検査され、増大したパワーで送信された、
受信したRHおよびSA/DA内の不適正L−PPMシ
ンボルをカウントし、ハードウェア閾値を適用する。 2.TRフィールド内の不適正L−PPMシンボルをカ
ウントし、ハードウェア閾値を適用する。 3.不適正L−PPmシンボルの数(誤り件数)に基づ
いて、推奨される減少率RR*を決定し、IrMAC
(ソフトウェア・プロトコル・スタックの一部分)の介
在なしに、CTSフレームにRR*を挿入する。 4.RR*を決定する誤り件数(不適正L−PPMシン
ボルの数)の閾値は、適切なSNRが得られるように、
例えばRR=RR*で99%の伝送成功率が得られるよ
うに選択する。受信されたRTSフレームに基づいて推
定されるSNRが、例えばRR=16で99%誤りの無
いデータ転送をサポートするのに充分でない場合には、
CTSフレームは返送されない。これによって、RR=
16で信頼できる伝送のためのリンクの最小所要SNR
が確立される。
【0033】図4は、図2のRTSフレームに従って、
公称基準(REF.Pnom)に対して2つの異なるパワ
ー・レベル(2Pnom、Pnom/2)の場合の無効な4−
PPMシンボルの確率をSNRの関数として示す。この
図は、100個のシンボルを検査したとき、RR=1
(基準曲線上でXと表示された点)および公称パワー・
レベルPnomでは意味のある誤り件数が得られないこと
を示す。一例として、曲線上に示した点から、100個
の検査したシンボルでどれだけの誤り件数が予想できる
かを追跡する。これらの点は、公称パワー・レベルP
nomで512バイトのフレームについて、90%の伝送
成功率を達成するために必要とされるSNRに対して示
されている。それぞれの点は、16バイトまたは204
8バイトのフレームについて見ることができる。これら
の基準点に基づいて、誤り件数の範囲を決定することが
でき、閾値を定義することができ、次いでこれを実際の
実施において使用して、上述の通りCTSフレームに挿
入するためのRR*を決定する。SNRが5〜10dB
の場合、両方のパワー・レベル(破線曲線AおよびB)
で得られる誤りを使用すると有利であるかもしれない。
これは、10dBを超えるSNRと区別するのに役立つ
かもしれない。
【0034】トレーラは、2つ以上のパワー・レベルを
有するように一般化することができる。これは、誤りを
カウントするためにより多くの性能曲線が利用可能にな
り、より正確な測定が可能であるという利点を有する。
この手法の欠点は、トレーラ・シーケンスが長くなるこ
とである(比較のため、図2および図5を参照された
い)。しかし、それでもなおRTSフレームは、従来技
術のRTSフレームより短い。図5に示すように、RT
Sフレームは、4つの異なるパワー・レベルを有するパ
ワー傾斜トレーラを含む。例えばAIr装置の場合、そ
れぞれ隣のパワー・レベルに対して1.5dBだけ離れ
た5つの光パワー・レベルを使用することが適切であ
る。これにより、SNRの範囲全体にわたって等しい統
計的特性を持つ5つの誤り件数が得られる。SD/DA
フィールド内およびその後に続くTRフィールドの各サ
ブトレーラ内で、128個のシンボルが送信され、10
0個のシンボルが誤りをカウントするのに使用される
(利得制御回路の設定では28個のシンボルが可能であ
る)。この構成を図6に示す。これは、異なるパワー・
レベルについて誤り件数を評価する際の同じ閾値(誤り
5〜10回)を示す。SNR推定をさらに改善するため
に、隣接するパワー・レベルに対する誤り件数を所与の
パワー・レベルにも使用することができる。RR*を決
定するためにリンク品質を評価するには、所与の長さの
例えばシンボル100個の各サブトレーラについて、異
なるパワー・レベルの各サブトレーラの不適正シンボル
を個別にカウントすることによって、必要なRR*を決
定する。例えば5〜10個の誤りの誤り件数を出したサ
ブトレーラは、図6に示す曲線に基づいて必要なRR*
を示す。
【0035】図7および図8は、本発明に係る新規のR
TS/DISCフレームの他の変形形態を示す。この場
合の考え方は、それぞれ2つおよび3つのパワー・レベ
ルを使用するだけで、5つの異なるパワー・レベルに等
しいことを達成するために、モデムにおける信号処理を
使用するというものである。例えば、図7で、不適正4
−PPMシンボルをカウントする前にトレーラ1をRR
=2の検出により評価することによって、欠けているパ
ワー・レベルP2(光パワー1.5dB)を仮想的に得
ることができ、欠けているパワー・レベルP4について
も同様である。この場合、各サブトレーラで228個の
シンボルが送信され、200個のシンボルが誤りをカウ
ントするのに使用される(RR=1およびRR=2)。
図8では、トレーラをそれぞれRR=2、RR=4、お
よびRR=8の検出により評価することによって、パワ
ー・レベルP4、P3、およびP2に相当する誤り件数
を得ることができる。P1およびP5は、RR=1の検
出により評価される。この実施形態では、TRフィール
ドはRR=8で送信された828個の4−PPMシンボ
ルを含み、800個のシンボルが、それぞれRR=1、
2、4、および8についての平均検出により誤りをカウ
ントするのに使用される。
【0036】図7および図8に示すRTSフレームは、
すでに上述した通り、発見フレーム(DISCフレー
ム)として使用することもできる。特定の装置がアドレ
ス指定されない場合、図7および図8におけるDAエン
トリは、全ての局に信号を送り、全ての局は送信元アド
レスSAに関してLQAを実行し、したがってそれらの
LQA表を適合させることができる。この「シングル・
ショット」法は、ハードウェアで実現することができ
る。
【0037】1つのパワー・レベルしか可能でない場合
(ハードウェア上の制約)、図9の発見フレームを、R
R=16で符号化されたトレーラと共に使用することが
できる。まず受信局を例えば9dB(電力SNR)だけ
感度を抑えることによって、LQAに対する仮想的な5
つのパワー・レベルを得、次いでRR=1、2、4、お
よび16の平均検出を使用して、1.5dBづつ離れた
5つの異なる光パワー・レベルに対応する誤り件数を得
ることができる。さらに、受信機の感度は、判断装置の
閾値の変化によって制御することができる。
【0038】別の実施形態では、低減された一定の光パ
ワー・レベルにより、例えば全てのフレーム型の公称パ
ワーの5%によりエネルギ節約モードで動作するとき、
全てのフレーム型に上述の反転SYNCパターンを使用
することを除いては、上述のIrDA会議の発表論文で
述べられたのと同型のフレームを使用することができ
る。非常に短い距離(〜0.5−1m)でデータを送信
し、かつ形成される「ピコセル」(サブセルとも呼ばれ
る)のメンバ局のデータ・スループットが増大すると
き、この方法により電力消費が低減する。反転SYNC
パターンを使用するとき、受信局は、正常なSYNCパ
ターンで動作する遠距離局からのフレームの存在を検出
しない。したがって、ピコセルのメンバからの信号はチ
ャネルを捕捉することができる。この結果、データ・ス
ループットが増大する。一方、ピコセルのメンバから放
出されるパワーは非常に小さく、他の遠距離局に対して
生じる干渉は最小限にとどまる。 [図面の簡単な説明]
【図1】データ・フレームが送信される公称パワー・レ
ベルの2分の1を有し、可変反復符号化(RR=1、
2、4、8、または16)されたSA/DAフィールド
およびCRCフィールドを備える新規のRTS/DIS
Cフレームを示す図である。
【図2】倍のパワー・レベルを有し、かつ1/2のパワ
ー・レベルのトレーラを含む新規のRTSフレームと、
倍のパワー・レベルを有するCTSフレームと、公称パ
ワー・レベルを有する標準データ・フレームとを示す図
である。
【図3】反転SYNCシーケンスによって様々な種類の
フレームを検出するための実施形態を示す図である。
【図4】図2に係るRTSフレームのLQA(リンク品
質分析)を示す図である。
【図5】4つの傾斜パワー・レベルを有するトレーラを
含む別のRTS/DISCフレームを示す図である。
【図6】図5に係るRTSフレームのLQA(リンク品
質分析)を示す図である。
【図7】修正したパワー傾斜トレーラを備える他のRT
S/DISCフレームを示す図である。
【図8】1/2のパワー・レベルおよびRR=8のトレ
ーラを含む別のRTS/DISCフレームを示す図であ
る。
【図9】RR=16で符号化されたトレーラを備える、
一定公称パワー・レベルのDISCフレームを示す図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒルト、ワルター スイス国ヴェッツヴィル ヒンダーヴァ イトシュトラーセ 29 (56)参考文献 特表 平11−502096(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 29/08 H04B 10/00 H04L 1/00

Claims (25)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】送信局と受信局との間の無線光通信の方法
    であって、 前記送信局がデータ・フレームの送信を知らせるために
    前記受信局に送信要求(RTS)フレームを送り、 前記受信局が前記送信要求(RTS)フレームを正しく
    受信した場合、前記送信局に送信可(CTS)フレーム
    を送り、 その後、前記送信局が公称送信パワー・レベルでデータ
    ・フレームを前記受信局へ送信し、 前記送信要求(RTS)フレームが、プリアンブル・フ
    ィールド(PA)、同期フィールド(SYNC)、ロバ
    スト・ヘッダ・フィールド(RH)、送信元アドレス/
    宛先アドレス・フィールド(SA/DA)、および巡回
    冗長検査フィールド(CRC)を含み、前記送信要求
    (RTS)フレームは第1光パワー・レベルで送信さ
    れ、前記ロバスト・ヘッダ・フィールド(RH)は第1
    減少率を用いて反復符号化され、それによって 前記第1光パワー・レベルは前記公称送信パワー・レベ
    ルより高く、かつ前記第1減少率は最大減少率(RR)
    より低く、または 前記第1光パワー・レベルは前記公称パワー・レベルよ
    り低く、かつ前記第1減少率は前記最大減少率(RR)
    に等しくなる方法。
  2. 【請求項2】前記第1光パワー・レベルが前記公称送信
    パワー・レベルより低く、かつ前記ロバスト・ヘッダ・
    フィールド(RH)に16の第1減少率を使用する、請
    求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】送信元アドレス/宛先アドレス・フィール
    ド(SA/DA)およびその後に続く巡回冗長検査フィ
    ールド(CRC)の送信に1、2、4、8、または16
    の第2減少率を使用する、請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】前記第1減少率とあいまって、前記送信局
    と前記受信局との間の伝送の予め定義された信頼度が確
    保されるように、前記第1光パワー・レベルを選択す
    る、請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】送信元アドレス/宛先アドレス・フィール
    ド(SA/DA)の前記第2減少率とあいまって、受信
    局によるその正しい復号が平均的に希望の信号対雑音比
    (SNR)で達成されるように、前記第1光パワー・レ
    ベルを選択する、請求項3に記載の方法。
  6. 【請求項6】前記第1光パワー・レベルが前記公称送信
    パワー・レベルの50%〜75%の範囲内である、請求
    項2に記載の方法。
  7. 【請求項7】前記ロバスト・ヘッダ・フィールド(R
    H)が、送信要求(RTS)フレームを発見フレーム
    (DISC)として指定する区分サブフィールド、およ
    び前記送信元アドレス/宛先アドレス・フィールド(S
    A/DA)内の同報通信宛先アドレスを含む、請求項1
    に記載の方法。
  8. 【請求項8】前記送信要求(RTS)フレームおよび前
    記送信可(CTS)フレームの前記プリアンブル・フィ
    ールド(PA)、同期フィールド(SYNC)、および
    ロバスト・ヘッダ・フィールド(RH)が前記公称送信
    パワー・レベルより高い前記第1光パワー・レベルで送
    信され、前記送信要求(RTS)フレームがさらに、送
    信要求(RTS)フレームの巡回冗長検査フィールド
    (CRC)の後に続き前記公称送信パワー・レベルより
    低い第2光パワー・レベルを有する少なくとも1つのト
    レーラ・フィールド(TR)を備えるトレーラを含み、
    前記第1光パワー・レベルおよび前記第1減少率が16
    の減少率(RR)および公称送信パワー・レベルと等し
    い検出感度を生じるように対応して選択される、請求項
    1に記載の方法。
  9. 【請求項9】前記第1光パワー・レベルが公称送信パワ
    ー・レベルの2倍であり、前記第1減少率が4である、
    請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】前記少なくとも1つのトレーラ・フィー
    ルド(TR)の前記第2光パワー・レベルが公称送信パ
    ワー・レベルの2分の1である、請求項8に記載の方
    法。
  11. 【請求項11】前記同期フィールド(SYNC)が、異
    なる減少率(RR)を示す、標準SYNCパターンに対
    して反転されたパターンを含む、請求項1に記載の方
    法。
  12. 【請求項12】前記トレーラが、異なる光パワー・レベ
    ルを有する幾つかのトレーラ・フィールド(TR)を含
    む、請求項8に記載の方法。
  13. 【請求項13】前記異なる光パワー・レベルが、公称送
    信パワー・レベルの2倍から始まり、1.5dBずつ減
    少する、請求項12に記載の方法。
  14. 【請求項14】電力消費の低減のために、前記送信要求
    (RTS)フレームおよび前記送信可(CTS)フレー
    ムを前記公称送信パワー・レベルより低い第3光パワー
    ・レベルで送信し、前記同期フィールド(SYNC)で
    低減された第3光パワー・レベルを示す反転標準SYN
    Cパターンを使用する、請求項1に記載の方法。
  15. 【請求項15】前記送信可(CTS)フレームが、プリ
    アンブル・フィールド(PA)、同期フィールド(SY
    NC)、およびロバスト・ヘッダ・フィールド(RH)
    をも含む、請求項1に記載の方法。
  16. 【請求項16】前記送信可(CTS)フレームを前記公
    称送信パワー・レベルとは異なる光パワー・レベルで送
    信する、請求項15に記載の方法。
  17. 【請求項17】前記データ・フレームを反復符号化す
    る、請求項1に記載の方法。
  18. 【請求項18】公称送信パワー・レベルで送信されるデ
    ータ・フレームの送信を通知するために使用される、送
    信局と受信局との間の光通信用のフレームであって、 定義された周期を有する周期的パルス・シーケンスを含
    み、1周期あたりのスロット数およびそれらの内容が前
    記受信局に知られている、プリアンブル(PA)フィー
    ルドと、 前記受信局に知られている一義的な同期語を含む同期
    (SYNC)フィールドと、 前記データ・フレームの型に関する情報、どの変調型を
    前記データ・フレームの送信に使用するか、およびその
    後に続くフィールドの各パルス位置変調(PPM)シン
    ボルをどのくらいの頻度で反復するかを含むロバスト・
    ヘッダ(RH)フィールドと、 前記ロバスト・ヘッダ(RH)フィールドに含まれる前
    記情報に従って反復符号化された送信元アドレス/宛先
    アドレス(SA/DA)フィールドと、 前記ロバスト・ヘッダ(RH)フィールドに含まれる前
    記情報に従って反復符号化された巡回冗長検査(CR
    C)フィールドと を含み、 フレームは前記公称送信パワー・レベルとは異なる第1
    光パワー・レベルで送信され、前記ロバスト・ヘッダ
    (RH)フィールドは対応する第1減少率で反復符号化
    されるフレーム。
  19. 【請求項19】前記第1減少率が前記最大減少率(R
    R)に等しく、同期(SYNC)フィールド内の前記同
    期語が反転された標準同期語を含む、請求項18に記載
    のフレーム。
  20. 【請求項20】前記巡回冗長検査(CRC)フィールド
    の後に、前記公称送信パワー・レベルより低い光パワー
    ・レベルを有するリンク品質分析(LQA)のためのト
    レーラ(TR)フィールドを含む、請求項18に記載の
    フレーム。
  21. 【請求項21】1組の異なる光パワー・レベルを有する
    リンク品質分析(LQA)のためのトレーラ(TR)フ
    ィールドを含む、請求項18に記載のフレーム。
  22. 【請求項22】前記1組の異なる光パワー・レベルが
    1.5dBずつ低下する4つの異なる光パワー・レベル
    を含む、請求項21に記載のフレーム。
  23. 【請求項23】従来のロバスト・ヘッダ・フィールドの
    後にトレーラ(TR)フィールドを有するDISCフレ
    ームを含み、前記トレーラ(TR)フィールドが16の
    減少率で反復符号化される、請求項18に記載のフレー
    ム。
  24. 【請求項24】送信局から受信局にデータ・フレームの
    光通信を知らせるために使用される送信要求(RTS)
    フレームであって、前記データ・フレームは公称送信パ
    ワー・レベルで送信され、前記データ・フレームに含ま
    れるデータが反復符号化され、 プリアンブル・フィールド(PA)と、 同期フィールド(SYNC)と、 ロバスト・ヘッダ・フィールド(RH)と、 送信元アドレス/宛先アドレス・フィールド(SA/D
    A)と、 巡回冗長検査フィールド(CRC)と を含み、 送信要求(RTS)フレームが第1光パワー・レベルで
    送信され、 前記ロバスト・ヘッダ・フィールド(RH)が第1減少
    率を用いて反復符号化され、それによって、 前記第1光パワー・レベルが前記公称送信パワー・レベ
    ルより高く、かつ前記第1減少率が最大減少率(RR)
    より低く、または 前記第1光パワー・レベルが前記公称送信パワー・レベ
    ルより低く、かつ前記第1減少率が最大減少率(RR)
    より高くなる、 送信要求(RTS)フレーム。
  25. 【請求項25】前記第1光パワー・レベルが前記公称送
    信パワー・レベルの50%〜75%の範囲内である、請
    求項24に記載の送信要求(RTS)フレーム。
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