JP3962405B2 - リンク・アダプテーション - Google Patents

Description

本発明は送信パラメータを送信チャネルの現在の品質に適合させる装置および方法に関する。より詳細には、本発明は可変データ転送速度またはパケット長あるいはその両方を無線ＬＡＮのチャネル状態に適合させることを可能にするものである。

発明の背景

無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）はデータ通信用に設計されたものであり、当業界で幅広く受け入れられ普及してきた。５ＧＨｚ帯域で２つの無線ブロードバンドＬＡＮ（ＷＬＡＮ）が標準化されている。すなわちＩＥＥＥ ８０２．１１ａおよびＥＴＳＩ ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２である。この２つの標準の物理層は非常に類似したものであり、どちらも「ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）」と呼ばれる変調技術を使用し、６Ｍｂｐｓ〜５４Ｍｂｐｓの範囲のデータ転送速度を有する８つの異なる送信モードを提供できる。このマルチレート機能を使用すると、ＷＬＡＮステーションが現在の無線チャネル品質に最も適した送信モードを選択して最良の性能を引き出すことが可能になる。

一般に、伝送速度の適応調整は、受信装置にチャネル・リンク品質を推定させ、その推定からその後の送信に使用すべき速度を導出させ、その情報を送信装置に返送させることによって実現される。有効なリンク・アダプテーション機構のための主要な課題には、例えばパケット誤り率、Ｓ／Ｎ比、受信信号強度、ＣＩＲなど、リンク品質推定に使用されるパラメータを決定すること、それらをどのように測定するのか、またその測定結果から適切な速度をどのように選択するのかなどがある。

ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２において、ダウンリンクおよびアップリンク送信のための使用可能なＰＨＹ（物理層）モードのいずれかを動的に選択することは、ＡＰ（アクセス・ポイント）の責任である。ＭＴ（移動端末）は、継続的にダウンリンクの品質を測定し、適切なダウンリンク伝送速度をＡＰに提案する。アップリンクについては、ＡＰ自体でリンク品質の推定を実施する。しかし、この標準では、リンク品質の推定をどのように実施し、その推定に対応する送信モードの選択をどのように実施するかについては指定していない。S. SimoensおよびD. Bartolomeは、その論文「Optimum performance of linkadaptation in HIPERLAN/2 Networks」、VTC 2001、の中で、ＳＮＩＲ（信号対雑音干渉比）を推定し、その推定に基づいてＨＩＰＥＲＬＡＮ／２ネットワークのスループットを最大にする伝送速度を決定する方法を記載している。同様に、Z.Lin、G. Malmgren、およびJ. Torsnerは、その論文「System Performance Analysis of Link Adaptationin HiperLAN Type 2」、VTC Fall 2000、の中で、リンク品質パラメータとしてＣ／Ｉ（搬送波対干渉比）を使用したときのＨＹＰＥＲＬＡＮ／２のリンク・アダプテーション性能について検討している。

ＩＥＥＥ８０２．１１標準だけが、どのタイプのＭＡＣ（メディア・アクセス制御層）フレームにどの伝送速度が使用可能かを指定しているが、いつどのように可能な速度間で切り換えるべきかについては指定していない。さらに、受信装置が送信装置に通信チャネルの品質や使用すべき速度を知らせることを可能にする信号伝達機構についてもまったく指定していない。送信装置は、連続する２つのパケットの間では任意の時間に速度を変更することができるが、同一パケットに属する一連のＭＡＣフレームの途中では変更できない。ＭＡＣフレームが送信される速度は、全てのステーションでサポートされる固定速度（ＩＥＥＥ ８０２．１１ａの場合は６Ｍｂｐｓ）で送信される物理層のヘッダ（いわゆるＰＬＣＰヘッダ）にコード化されている。したがって受信装置は、ＰＬＣＰヘッダの復号に成功した後、指示された速度に切り換えてＭＡＣフレームを受信する。

ＩＥＥＥ ８０２．１１ＷＬＡＮはますます普及しつつあるが、このネットワークに適用できる速度アダプテーション技術についてはほとんど発表されていない。A. KamermanおよびL. Monteanは、「WaveLAN-II: A High-Performance WirelessLAN for the Unlicensed Band」、Bell Labs Technical Journal、Summer 1997、pp.118-133の中でルーセント（Lucent）のＷａｖｅＬＡＮ−ＩＩ装置で使用される方法について記載している。この方法は基本的に、高い方の速度をデフォルトの動作速度として、２つの伝送速度を切り換える自動化された方法である。この装置は、送信エラーが連続して２回続いた後で自動的に低い速度に切り換わり、送信に１０回成功するか、またはタイム・アウトの後で高い速度に戻る。

上記のように、ＩＥＥＥ８０２．１１標準は、マルチレートＰＨＹ層の場合に速度切換えをどのように実行すべきかまでは指定していない。この標準は、どのＭＡＣフレームを送信するためにどの速度を使用すべきかだけを指定している。この標準は、実際のリンク品質または使用すべき伝送速度を受信装置が送信装置に知らせるためのプロトコル手段さえもまったく提供していない。このような訳で、G. Hollandらによる論文「A Rate-Adaptive MAC Protocol for Multi-Hop WirelessNetworks」、ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking(MOBICOM' 01) Rome、Italy、July 2001、に記載の方法は、現在のＩＥＥＥ８０２．１１ＷＬＡＮには適応できない。その理由は、この方法が、受信装置がリンク品質を判断し、より適切な速度に切り換えるよう送信装置に要求するという原理に基づいているからである。

Yo-Dong Yaoの論文「An Effective Go-Back-NARQ Scheme for Variable-Error-Rate Channels」、IEEE Transactions andCommunications、vol. 43、no. 1、1995年、20〜23頁、ISSN:0090-6678は、受信した確認応答メッセージに基づいてチャネル状態を推定し、ＡＲＱ（自動再送要求）動作モードを適宜切り換えるgo-back-NARQ方式に関する。

国際公開ＷＯ０２／２５８５６号は、無線リンク・パラメータを無線通信リンクに適合させるシステムに関する。無線リンクを介した通信に発生するエラーの程度が判断される。エラーの程度が第１の所定の閾値より多いエラーに相当する場合には、通信を第１の組の無線リンク・パラメータから第２の組の無線リンク・パラメータに切り換える。第２の組の無線リンク・パラメータは、第１の組の無線リンク・パラメータより高いエラー許容度に対応する。エラーの程度が第２の所定の閾値より少ないエラーに相当する場合には、通信を第１の組の無線リンク・パラメータから第３の組の無線リンク・パラメータに切り換える。第３の組の無線リンク・パラメータは、第１の組の無線リンク・パラメータより低いエラー許容度に対応する。エラーの程度は、発生するＮＡＣＫメッセージの回数およびＡＣＫメッセージの回数を監視することによって判断される。所定の回数を越えるＮＡＣＫメッセージが連続して発生したときは、エラーの程度は第１の所定の閾値より多いエラーに相当すると判断される。所定の回数を越えるＡＣＫメッセージが連続して発生したときは、エラーの程度は第２の所定の閾値より少ないエラーに相当すると判断される。
国際公開ＷＯ０２／２５８５６号 ＩＥＥＥ ８０２．１１ａ標準 ＥＴＳＩ ＨＩＰＥＲＬＡＮ／２標準 S. SimoensおよびD. Bartolome、「Optimumperformance of link adaptation in HIPERLAN/2 Networks」、VTC 2001 Z. Lin、G. Malmgren、およびJ. Torsner、「SystemPerformance Analysis of Link Adaptation in HiperLAN Type 2」、VTC Fall 2000 A. KamermanおよびL. Montean、「WaveLAN-II:A High-Performance Wireless LAN for the Unlicensed Band」、Bell Labs TechnicalJournal、Summer 1997、118〜133頁 G. Holland他、「A Rate-Adaptive MACProtocol for Multi-Hop Wireless Networks」、ACM/IEEE International Conference onMobile Computing and Networking (MOBICOM’01) Rome、Italy、2001年7月 Yo-Dong Yao他、「An EffectiveGo-Back-N ARQ Scheme for Variable-Error-Rate Channels」、IEEE Transactions andCommunications、vol. 43、no. 1、1995年、20〜23頁、ISSN:0090-6678

上記のことから、当技術分野において改良された効率の良いリンク・アダプテーション方法がなお必要とされていることが分かる。さらに、実際のリンク品質が改善しつつあるのか悪化しつつあるのかは、送信装置側で使用できる情報だけで十分に推測できる必要がある。

本発明によれば、データ通信システムの送信ノードにおいて、送信パラメータをデータ通信チャネルの現在のリンク品質に適合させる方法が提供される。適合する送信パラメータは、送信ノードによって１組の送信パラメータセットのなかから成功送信の回数ｓに基づいて選択される。成功送信の回数ｓは、送信ノードにおいて、その送信ノードの第１の状態に対応する第１の値ｓ１またはその送信ノードの第２の状態に対応する第２の値ｓ２のどちらか一方と比較される。この方法は、送信ノードに（ａ）成功送信の回数ｓを数えるステップと、（ｂ１）送信ノードが第１の状態にあるときには、成功送信の回数ｓが第１の値ｓ１と等しくまたはより大きくなったことに応答して、また（ｂ２）送信ノードが第２の状態にあるときには、成功送信の回数ｓが第２の値ｓ２と等しくまたはより大きくなったことに応答して、（ｂ）適合する送信パラメータを選択するステップと、次の送信結果に応じて、その送信ノードを第１の状態または第２の状態のどちらか一方で動作させるステップとを含む。第１の値ｓ１を以下では第１の閾値ｓ１とも呼び、また第２の値ｓ２を以下では第２の閾値ｓ２とも呼ぶ。

好ましくは、第２の閾値ｓ２は第１の閾値ｓ１より大きい。その理由は、この場合、第１の状態を品質が急速に変化するリンクに対応させ、第２の状態を品質がゆっくり変化するリンクに対応させることができるからである。

一実施形態においては、この方法を使用して可変データ転送速度をリンク品質に適合させることができ、それによって複数の伝送速度をサポートすることができる。ステップ（ｂ）において、適合する送信パラメータを選択するステップはまた、その適合する送信パラメータに切り換えるステップも想定しており、その場合には異なるデータ転送速度に切り換えるステップも含む。このステップにより、可変データ転送速度を現在のチャネル状態に適合させることが可能になる。他の実施形態では、適合する送信パラメータを選択するステップは、いくつかのデータ転送速度のなかからより高いデータ転送速度を選択するステップをさらに含むことができる。それまで使用されていたパケット長とは異なるパケット長を使用することもできる。さらに、可変のデータ転送速度、異なるパケット長、その他のパラメータを組み合わせて使用することもできる。このことは、いくつかの送信パラメータを、それぞれのチャネル状況に適合させることが可能になるという利点を示すものである。

送信ノードを第２の状態で動作させるステップは、送信に失敗した場合に第１の状態に移行させるステップをさらに含む。このステップにより、送信ノードを第２の状態から第１の状態に直接切り換えることができ、それによってチャネル状態の急速な変化に対処できるという利点が生じる。

第１の閾値ｓ１を３に、第２の閾値ｓ２を１０に設定することによって、時変チャネル（time-varyingchannel）で優れた性能が得られる。

この方法は、失敗送信の回数ｆを数えること、および失敗送信回数の閾値ｆ_Ｔの時点で適合する送信パラメータを選択することをさらに含むことができる。この方法は失敗送信も考慮し、それに応じた適切な処置、例えばデータ転送速度を下げるなどを実施できるという利点を有する。言い換えると、例えばこの方法が１回の失敗送信の直後に低いデータ転送速度に切り換えることができることも意味する。

失敗送信の回数の閾値ｆ_Ｔを１に設定することにより、望ましい結果が得られる。

この方法はさらに、応答受信装置または応答ステーションとも呼ばれる応答ノードで使用される送信パラメータを選択することも含む。例えば、応答ステーションで使用されるデータ転送速度が考慮される。この方法では、その後の通信にその速度を直ちに使用することもできるし、以下のようにして使用することもできる。送信装置とも呼ばれる送信ノードまたは送信ステーションは、ピア・ステーションすなわち受信装置から正常にフレームを受信したとき、受信したフレームが、現在この送信ステーションがその受信ステーションへのフレーム送信に使用している速度と異なる速度で送信されてきたかどうかを調べる。異なる場合には、この送信装置は伝送速度をピアが使用している伝送速度に更新することができる。好ましい実施形態では、送信装置は、ピアが使用している伝送速度の方が高い場合にだけ更新を行う。

この方法は基本的に、現在のＩＥＥＥ８０２．１１ＭＡＣ仕様と互換性のある形で実装できる動的リンク・アダプテーション機構を提供する。この機構を用いると、ＩＥＥＥ８０２．１１準拠の送信装置は、ある宛先へのリンク品質が向上しつつあるのか低下しつつあるのかを検出することができ、その情報に基づいてそれぞれ適合した送信パラメータを選択し、そのパラメータに切り換えることができる。

一般に、リンク・アダプテーション機構では、ある受信装置に送信したデータ・フレームに対するＡＣＫ（確認応答）を送信装置が受信していないという事実を、ある受信装置へのリンク品質が悪化しており、したがってその受信装置へのその後の送信で、例えばより低い伝送速度を使用すべきであることを示す指標として使用する。一方その送信装置が、ある受信装置への複数のデータ・フレーム送信に成功した場合には、リンクの品質が向上しており、したがってその後の送信で、例えばより高い速度を使用すべきであると想定される。

有利には、この機構は送信装置側で使用できる情報だけを使用して、実際のリンク品質が向上しつつあるのか、低下しつつあるのかを判断する。したがって有利には、第１にフィードバック・チャネルの使用を必要とせず、第２に標準への準拠を維持できる。この機構は、ＩＥＥＥ ８０２．１１標準のＭＡＣ（メディア・アクセス制御）層に定義されたエラー回復手順と呼ばれるものを使用して実現できる。

上記のリンク・アダプテーション方法は、送信装置に、ある宛先ＭＡＣアドレスに対する２つのカウンタ、すなわち成功送信用カウンタと失敗送信用カウンタを維持させることによって実装できる。フレームの送信に成功した場合には、成功カウンタを１つインクリメントし、失敗カウンタをゼロにリセットする。同様に、送信に失敗した場合には、失敗カウンタを１つインクリメントし、成功カウンタをゼロにリセットする。失敗カウンタがある閾値ｆ_Ｔに達した場合には、対応する宛先への伝送速度を下げ、失敗カウンタをゼロにリセットする。同様に、成功カウンタがある閾値ｓ_Ｔ、すなわち第１の閾値ｓ１または第２の閾値ｓ２に達した場合には、例えば伝送速度を上げ、成功カウンタをゼロにリセットする。

本発明の他の態様によれば、送信パラメータをデータ通信チャネルの現在のリンク品質に適合させる装置が提供される。適合する送信パラメータは、１組の送信パラメータのなかから成功送信の回数ｓに基づいて選択される。成功送信の回数ｓは、装置の第１の状態に対応する第１の閾値ｓ１、または装置の第２の状態に対応する第２の閾値と比較される。この装置は、成功送信の回数をカウントする成功カウンタを含む。この装置はさらに選択ユニットを含む。選択ユニットは、装置が第１の状態にあるときには、成功送信の回数ｓが第１の閾値ｓ１と等しくまたはより大きくなったことに応答して適合する送信パラメータを選択し、また装置が第２の状態にあるときには、成功送信の回数ｓが第２の閾値ｓ２と等しくまたはより大きくなったことに応答して適合する送信パラメータを選択する。さらにこの装置は、次の送信の結果に応じて選択ユニット１２に第１の状態または第２の状態で動作するように伝える決定ユニット１４を含む。

さらにこの装置は、失敗送信の回数をカウントする失敗カウンタを含むことができ、それを用いて送信の失敗に即座に対応することができる。

以下で、例示としての以下の概略図を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図面は例示のためだけのものであり、必ずしも本発明の実際の例をある縮尺で表したものではない。

本発明は広範な送信用途に適用可能であるが、本発明をＷＬＡＮ標準であるＩＥＥＥ ８０２．１１ａおよびＨＩＰＥＲＬＡＮ／２で使用されているＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）を使用する無線システム、すなわちＷＬＡＮ（無線ローカル・エリア・ネットワーク）への適用を対象として説明する。本発明の実施形態を説明する前に、本発明に合わせていくつかの基本的事項を扱う。

本発明は、ＩＥＥＥ ８０２．１１標準のＭＡＣ（メディア・アクセス制御）層に定義された、いわゆるエラー回復手順を利用するので、以下でこのエラー回復手順についてより詳細に説明する。

ＩＥＥＥ ８０２．１１基本アクセス手順は、イーサネット（Ｒ）ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）で使用されている既知のＣＳＭＡ（キャリア検出多重アクセス）方式に基づく分散処理である。送信待ちのデータ・パケットを有するステーションは、無線メディアの状態を検出してはじめて送信できる。メディアが既定の時間間隔以上フリーの場合には、このステーションは送信を開始することができる。そうでない場合には、このステーションは、まずメディアがフリーになるまで待ち、次いで他のステーションとの衝突の可能性を最小にするためにランダムなバックオフ時間が経過した後に送信を試みる。ＭＡＣ（メディア・アクセス制御）フレームは、３２ビットＣＲＣ（巡回冗長チェックサム）を含むＦＣＳ（フレーム・チェック・シーケンス）フィールドおよび単純なセンドアンドウェイト（send-and-wait）ＡＲＱ（自動再送要求）機構によって（送信エラーまたは衝突による）エラーから保護されている。ＭＡＣフレームを受信した装置がＣＲＣエラーを検出した場合には、そのフレームを捨てる。そうでない場合、すなわちＭＡＣ（メディア・アクセス制御）フレームにＣＲＣエラーが含まれていない場合には、受信装置は、短い既定のＳＩＦＳ（送達確認用フレーム間隔）時間の経過後に、ＡＣＫ（確認応答）フレームを送信装置に返す。送信装置が指定時間内にＡＣＫフレームを受信しなかった場合には、送信装置は送信したフレームに障害が発生したものと見なし、ランダムなバックオフ時間の後でそのフレームを再送する。この手順は、送信装置が受信装置からＡＣＫフレームを受信するまで、または最大存続時間もしくは最大リトライ回数に達するまで繰り返される。

一般に、提示されたリンク・アダプテーション機構の性能および効率は、成功送信の回数ｓと失敗送信の回数ｆの閾値に依存して変わる。成功送信とはＡＣＫフレームを受信することと見なされる。決められた時間内にＡＣＫフレームが受信されなかった場合には、失敗送信と見なされる。詳細には、成功閾値ｓ_Ｔは、成功送信の回数ｓに対する、第１の状態Ｈに対応する第１の閾値ｓ１または第２の状態Ｌに対応する第２の閾値ｓ２で表される。失敗閾値ｆ_Ｔは失敗送信の回数ｆに対して設定される。これらの値の影響については以下で考察する。

失敗送信の回数ｆの失敗閾値ｆ_Ｔを使用することにより、送信装置がどの程度の期間、例えばある一定の速度を維持してはじめて、リンク品質が低下しているので低い速度に切り換えるべきだと想定できるかを制御することができる。失敗閾値ｆ_Ｔを大きな値にすると、特にリンク品質が急速に低下しつつあるときには、性能に悪影響を及ぼす可能性がある。様々なシミュレーション実行の結果、失敗閾値ｆ_Ｔの良好な値が１であることが示されている。すなわち、リンクの品質がどの程度速く変化しているかにはかかわらず、送信装置は失敗送信の直後により低い速度に切り換えるべきであることが示されている。このような用心深い対応の有効性は、特にチャネル品質が実際に悪化しているときだけでなく、品質が非常にゆっくり変化するかあるいはまったく変化しないときでさえ、より低い速度での送信によって成功送信のチャンスが常に高まるという事実によって説明される。

成功閾値ｓ_Ｔは、第１の閾値ｓ１または第２の閾値ｓ２に等しくとることができるが、送信装置がその値を達成してはじめて、リンク品質が改善されているので、例えば１つ上のデータ転送速度に切り換えるべきだと想定できる最大の成功送信の回数ｓを定義するものである。シミュレーション結果によると、リンク・アダプテーション機構の有効性は成功閾値ｓ_Ｔの値、従って第１の閾値ｓ１および第２の閾値ｓ２の値に大きく左右されることが明らかになっている。図３に関して、ポイントツーポイント・リンクのスループットは、いわゆるドップラ・スプレッド（Doppler spread）の関数として表すことができる。ドップラ・スプレッドは、チャネル状況が変化している最大の周波数として定義される。低いドップラ・スプレッドは品質がゆっくり変化するリンクに相当し、高いドップラ・スプレッドは品質が急速に変化するリンクに相当する。リンク品質がゆっくり変化するときには、成功閾値ｓ_Ｔを大きい値にすることでスループット性能が改善される。しかし、成功閾値ｓ_Ｔの値が大きい場合、送信装置はリンク品質の急速な改善に十分に対応しないことが知られている。リンク品質はすでに高い速度での使用を可能にしているにもかかわらず、送信装置は依然として低い伝送速度のままである。

図１を参照すると、通信システム８の一般的なレイアウトが示されている。このシステムでは、送信ノード１で送信パラメータをデータ通信チャネル７の現在のリンク品質に適合させることができる。図１に示したように、信号はチャネル７を介して送信できる。信号は、通常１つまたは複数のフレームを含む。提示した実施形態は、５ＧＨｚ帯域のＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）伝送方式で、６Ｍｂｉｔ／ｓ〜５４Ｍｂｉｔ／ｓの可変データ転送速度をサポートするＩＥＥＥ ８０２．１１ａ標準に関する。図１は、送信ノード１（以下送信装置１と称す）、および受信または応答ノード２（以下受信装置２と称す）を示したものである。送信装置１は第１の場所に置かれ、受信装置は第２の場所に置かれる。ＷＬＡＮ内には、（図示していないが）複数の受信装置２を配置することができる。送信装置１は、信号（以下送信信号と呼ぶ）を送信するための第１の送信アンテナ３、ならびにＡＣＫ（確認応答）信号および他のデータが受信可能な第１の受信アンテナ４を含む。アンテナ３、４は、どちらもユニットを形成することもできる。送信装置１は、選択ユニット１２に接続された成功カウンタ１０を含む。また、選択ユニット１２はさらに決定ユニット１４に接続されている。送信装置１はさらに失敗カウンタ（図示せず）を含み、それを成功カウンタ１０と一体とすることもできる。成功カウンタ１０は、第１の受信アンテナ４を介してＡＣＫ（確認応答）信号を受信すると、その場合には送信信号が受信装置２によって受信され、かつ確認されたことになるので、その度に成功送信の回数ｓをカウントする。選択ユニット１２は、成功カウンタ１０から成功送信の回数ｓを取り込み、それに従って適合する送信パラメータに切り換える。このことについては、以下で詳細に説明する。適合する送信パラメータは、異なるデータ転送速度またはパケット長、あるいはその組合せとすることができる。１組のまたは複数の異なる送信パラメータを提供し、使用することもできる。決定ユニット１４は、次のまたは後続の送信結果に応じて、その後の処理で選択ユニット１２がどの状態を使用すべきかを伝える。選択ユニット１２と決定ユニット１４は一体にすることができる。選択ユニット１２の動作方法については図２を参照しながらより詳細に説明する。

受信装置２は、先に述べた送信信号またはデータを受信する第２の受信アンテナ５を含む。第２の送信アンテナ６は、有効なデータを受信した場合にＡＣＫ（確認応答）信号を送信するために使用する。

図２は、送信装置１が選択ユニット１２で使用できる機構を示す状態遷移図を例示したものである。この機構を使用すると、リンク品質の変化速度を定性的に推定することが可能になる。また、この機構の使用により、通信装置１が高いドップラ・スプレッド値の領域、すなわち左側に図示したｓ１を使用する第１の状態Ｈにあるか、または低いスプレッド値の領域、すなわち右側に図示したｓ２を使用する第２の状態Ｌにあるかに応じて、Ｈで示される第１の状態に対応する、第１の閾値ｓ１とも呼ばれる第１の値ｓ１と、Ｌで示される第２の状態に対応する、第２の閾値ｓ２とも呼ばれる第２の値ｓ２とを動的に切り換えることが可能になる。ただし、ｓ１＜ｓ２とする。図２の状態遷移図は、第１の状態Ｈと、第２の状態Ｌと，第１および第２の状態Ｈ、Ｌの上方中央に描いた、「ＡＣＫ？」と表示した中間状態との３つの状態を示す。各状態は、ある状態から別の状態に移行すること、またはある状態にとどまることを表す矢印によって接続されている。移行条件に従ってラベルがつけられており、その条件は次のように示される。
失敗： ｓ：＝０、ｆ＋、また
ｆ≧ｆ_Ｔの場合には、速度を下げｆ：＝０とする
すなわち、送信に失敗したときは、成功カウンタ１０をゼロに設定し、失敗カウンタをインクリメントする。また、失敗送信の回数ｆが失敗送信の回数の閾値ｆ_Ｔ以上のときは、データ転送速度を下げ、失敗カウンタをゼロに設定する。
成功： ｓ＋、ｆ：＝０、また
状態Ｈで：ｓ≧ｓ１、または状態Ｌで：ｓ≧ｓ２の場合には、速度を上げｓ：＝０とする
すなわち、送信に成功したときには、成功カウンタ１０をインクリメントし、失敗カウンタをゼロに設定する。また、第１の状態Ｈで成功送信の回数ｓが第１の閾値ｓ１以上か、または第２の状態Ｌで成功送信の回数ｓが第２の閾値ｓ２以上のときは、データ転送速度を増やし、成功カウンタをゼロに設定する。

太い矢印線は、適合する送信パラメータ、例えばより高いデータ転送速度などへの切り換えを示す。

好ましい実施形態では、第１の閾値ｓ１は３、第２の閾値ｓ２は１０、失敗送信の回数の閾値ｆ_Ｔは１である。

この機構は以下のように動作する。成功送信の回数ｓが、第１の閾値ｓ１または第２の閾値ｓ２の少なくとも一方に等しい場合には、適合する送信パラメータ、例えばより高いデータ転送速度の選択とその速度への切り換えが行われ、次いで中間状態「ＡＣＫ？」に移行する。中間状態「ＡＣＫ？」では、次の送信の結果を待つ。次の送信の結果に応じて、第１の状態Ｈまたは第２の状態Ｌが使用される。

次の送信に成功した場合には、チャネル７のリンク品質が急速に改善しつつある、すなわちドップラ・スプレッドが高いと想定できる。従って、第１の状態Ｈに移行し、リンク品質変化に迅速に対応するために、成功閾値ｓ_Ｔを小さい第１の閾値ｓ１に設定する。

しかし、次の送信に失敗した場合には、チャネル７のリンク品質がゆっくり変化しているかまたはまったく変化していない、すなわちドップラ・スプレッドが低いと想定され、より高い速度に切り換えた先の決定が早すぎたと見なされる。従って、第２の状態Ｌに移行し、成功閾値ｓ_Ｔを高い方の第２の閾値ｓ２に設定する。

第１の状態Ｈで失敗送信が発生した場合には、図に示したように第１の状態Ｈが保持され、成功閾値ｓ_Ｔもｓ１のままである。しかし、第２の状態Ｌで失敗送信が発生した場合には、第１の状態Ｈに移行し、成功閾値ｓ_Ｔも第１の閾値ｓ１に変更される。

図３は、時変チャネルにおけるＩＥＥＥ ８０２．１１ａ ＷＬＡＮのスループット性能の概略を例示したものである。より詳細には、この図はポイントツーポイント・リンクのスループットをドップラ・スプレッドの関数として、成功送信の回数の閾値ｓ_Ｔの様々な値に対して示したものである。２つの送信ノードは２５ｍ離して配置され、どちらも同じ送信電力１０ｄＢｍを有する。周波数フラットなレイリー・フェージングのチャネルを考える。送信装置が完全なチャネル知識を有する理想化されたシステムに相当する最適グラフが太い黒線で示されており、２２Ｍｂｐｓ付近で動作する。１７Ｍｂｐｓ付近のもう１本のほぼ直線のグラフは、３６Ｍｂｐｓの固定伝送速度の場合を示しており、速度アダプテーション無しでの最良の結果を実現したものである。第１の簡単な適合機構を示すｓ_Ｔ＝１０、ｆ_Ｔ＝１の破線は、高いドップラ・スプレッドで急激にスループットが低下する。高いドップラ・スプレッドおよび低いドップラ・スプレッドの両方を考慮したｓ１、ｓ２、ｆ_Ｔ＝１の破線は、高いドップラ・スプレッドの方をより重視した第２の簡単な適合機構を示すｓ_Ｔ＝３、ｆ_Ｔ＝１の破線よりも良い性能を示す。点線は、適合機構がさらに、リモート・ステーションまたは受信装置から受信したパケットのデータ転送速度を使用したときに達成できるスループットを示す。低いドップラ・スプレッド値は品質がゆっくり変化しているリンクに相当し、高いドップラ・スプレッド値は品質が急速に変化しているリンクに相当する。失敗送信の回数の閾値ｆ_Ｔは、関連する全ての性能曲線で１に設定する。リンク品質がゆっくり変化しているときには、大きな値のｓ_Ｔを用いることで、より良いスループット性能がもたらされるが、ドップラ・スプレッドが増加するにつれて急速に性能が低下する。例えば、ｓ_Ｔ＝１０の曲線を参照されたい。ｓ_Ｔの値が大きいと、この機構はリンク品質の急速な改善に十分速く応答しない。リンク品質はすでに高い速度での使用を可能にしているにもかかわらず、送信装置は依然として低い伝送速度のままである。

成功閾値ｓ_Ｔを小さい値にすると、高いドップラ・スプレッド値でのスループットは改善されるが、低いドップラ・スプレッド値での性能は低下する。例えば、ｓ_Ｔ＝３の曲線を参照されたい。チャネルの品質が非常にゆっくり変化するか、またはまったく変化しないので、ｓ_Ｔ＝３では送信装置が高い速度に早期に切り換わりすぎて頻繁に失敗送信を繰り返すことになる。一般に、チャネルのドップラ・スプレッド値は演繹的（a priori）には知られておらず、また動的に変化するものでもある。１つの可能な解決策は、ＰＨＹ（物理）層でスプレッド値を測定することであるが、実際には非常に複雑になる。したがって、提示のリンク・アダプテーション機構を用いると、より容易な方法でリンク品質の変化速度を定性的に評価し、送信ノードが、高いドップラ・スプレッド値の領域すなわち第１の状態Ｈにあるか、または低いスプレッド値の領域すなわち第２の状態Ｌにあるかに応じて、成功閾値ｓ_Ｔを２つの値、すなわち第１の閾値ｓ１と第２の閾値ｓ２の間で動的に切り換えることが可能になる。ただし、ｓ１＜ｓ２とする。

本発明は、ハードウェアの形でも、ソフトウェアの形でも、あるいはハードウェアとソフトウェアを組み合わせた形でも実現できる。本明細書に記載の方法を実施するようになされたどのような種類のコンピュータ・システムまたは他の装置にも適合する。ハードウェアとソフトウェアの代表的な組合せは、汎用のコンピュータ・システムと、ロードされ実行されたときに、そのコンピュータ・システムを本明細書に記載の方法を実施するように制御するコンピュータ・プログラムとの組合せであってもよい。本発明はまた、本明細書に記載の方法を実装可能にするあらゆる特徴を備え、コンピュータ・システムにロードされたときには、その方法を実施することができるコンピュータ・プログラム製品に組み込むこともできる。

この文脈におけるコンピュータ・プログラム手段またはコンピュータ・プログラムとは、情報処理機能を有するシステムに直接に、あるいはａ）他の言語、コード、表記法への変換、もしくはｂ）異なる材料形態中での複製、またはその両方の後で、特定の機能を実施させるように意図された１組の命令を、任意の言語、コード、または表記法のいずれかで表現したものである。

送信ステーションおよび受信ステーションを備えた通信環境を示す概略図である。 送信ステーションに適用できる状態遷移図の例を示す図である。 時変チャネルにおけるＩＥＥＥ ８０２．１１ａ性能の例を示す図である。

Claims (12)

1. データ通信システム（８）の送信ノード（１）において送信パラメータをデータ通信チャネル（７）の現在のリンク品質に適合させる方法であって、前記適合する送信パラメータが、前記送信ノード（１）によって１組の送信パラメータのなかから成功送信の回数（ｓ）に基づいて選択され、前記成功送信の回数（ｓ）が、前記送信ノード（１）において前記送信ノード（１）の第１の状態（Ｈ）に対応する第１の値（ｓ１）または前記送信ノード（１）の第２の状態（Ｌ）に対応する第２の値（ｓ２）のどちらか一方と比較するものであり、前記方法は、
   前記成功送信の回数（ｓ）を数えるステップと、
   前記送信ノード（１）が前記第１の状態（Ｈ）にあるときには、前記成功送信の回数（ｓ）が前記第１の値（ｓ１）と等しくまたはより大きくなったことに応答して、また
   前記送信ノード（１）が前記第２の状態（Ｌ）にあるときには、前記成功送信の回数（ｓ）が前記第２の値（ｓ２）と等しくまたはより大きくなったことに応答して
   前記適合する送信パラメータを選択するステップと、
   次の送信の結果に応じて、前記第１の状態（Ｈ）または前記第２の状態（Ｌ）のどちらか一方の状態で前記送信ノード（１）を動作させるステップと
   を備える方法。
2. 前記第２の状態（Ｌ）で前記送信ノード（１）を動作させるステップが、送信に失敗した場合に前記第１の状態（Ｈ）に移行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の値（ｓ１）を３に、かつ前記第２の値（ｓ２）を１０に設定するステップをさらに含む、請求項１ないし２のいずれかに記載の方法。
4. 失敗送信の回数（ｆ）を数えるステップと、前記失敗送信の回数の閾値（ｆ_Ｔ）に基づいて前記適合する送信パラメータを選択するステップとをさらに含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 前記失敗送信の回数の前記閾値（ｆ_Ｔ）を１に設定するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 応答した受信装置（２）によって使用されている前記送信パラメータを選択するステップをさらに含む、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
7. 前記適合する送信パラメータを選択するステップが、異なるデータ転送速度を選択するステップをさらに含む、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
8. 前記適合する送信パラメータを選択するステップが、それまで使用していたパケット長とは異なる前記パケット長を選択するステップをさらに含む、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の方法のステップを、コンピュータが実行するための、コンピュータ実行可能なプログラム。
10. 請求項１ないし８のいずれかに記載の方法のステップを、コンピュータが実行するための、コンピュータ実行可能なプログラムを記録した、コンピュータ可読な記録媒体。
11. 送信パラメータをデータ通信チャネル（７）の現在のリンク品質に適合させる装置（１）であって、前記適合する送信パラメータが１組の送信パラメータのなかから成功送信の回数（ｓ）に基づいて選択され、前記成功送信の回数（ｓ）が前記装置の第１の状態（Ｈ）に対応する第１の値（ｓ１）と前記装置の第２の状態（Ｌ）に対応する第２の値（ｓ２）のどちらか一方と比較するものであり、前記装置は、
    前記成功送信の回数（ｓ）を数える成功カウンタ（１０）と、
    前記装置が前記第１の状態（Ｈ）にあるときには、前記成功送信の回数（ｓ）が前記第１の値（ｓ１）に等しくまたはより大きくなったことに応答して、また
    前記装置が前記第２の状態（Ｌ）にあるときには、前記成功送信の回数（ｓ）が前記第２の値（ｓ２）に等しくまたはより大きくなったことに応答して
    前記適合する送信パラメータを選択する選択ユニット（１２）と、
    次の送信の結果に応じて前記選択ユニット（１２）に前記第１の状態（Ｈ）と前記第２の状態（Ｌ）のどちらか一方の状態で動作するよう伝える決定ユニット（１４）と
    を含む装置。
12. 失敗送信の回数（ｆ）を数える失敗カウンタをさらに備える、請求項１１に記載の装置。

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