JP4920332B2 - 可変送信特性を有する媒体を含むネットワークにおける通信 - Google Patents

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Description

本発明はネットワーク・プロトコルに関し、特に可変送信特性を有する媒体を含むネットワークにおける通信に関する。
通信システムは、基礎を成す物理媒体を利用して情報を確実に送信するように設計される。イーサーネット(登録商標)のようなよく知られた通信システムは、情報を交換するための特殊な電線(例えばカテゴリ5のケーブル)を利用する。そのようなシステムは、設計によって、全ての接続されたステーションが一定のデータ速度でデータ交換することを可能にする。情報のユビキタスな交換に対する需要の増大に伴い、新型電線を利用しない、新しいクラスのシステムが出現してきた。電力線通信システムは、そのようなシステムの一例である。
電力線通信システムは既存の交流電線を利用して、情報を交換する。これらのシステムは超低周波数で送信されるように設計されているので、交流電線はデータ送信のために利用される高周波において可変チャンネル特性(例えば、利用される電線及び実際の配置に依存する)を備える。様々なリンク間のデータ速度を最大化するために、各ステーションは送信パラメータを動的に調整する必要がある。このプロセスはチャンネル・アダプテーションと呼ばれる。チャンネル・アダプテーションは各リンクで利用され得る送信パラメータの集合を指定するアダプテーション情報をもたらす。アダプテーション情報は、利用される周波数、変調、及び利用される転送エラー訂正(FEC)のようなパラメータを含む。高速電力線通信システムにおいて、良好なチャンネル・アダプテーションは全てのリンクで速いデータ速度を提供するために重要である。
データ速度の高速化は、電力線通信システムにおいて、任意の2つのステーション間の電力線チャンネルのノイズ及び/又は周波数応答は交流線のサイクル位相に依存するという事実を考慮に入れて、遂行することができる。電力線通信システムは電力線媒体を、電力供給網から電力を受け取る様々な電気器具と共有する。これらの機器は、電力線のチャンネル特性に影響する主要なノイズ源の1つである。いくつかのタイプのそのような機器が、交流線のサイクル位相に伴って変化するノイズを生成する。図1は、交流サイクルのゼロ交差近傍のノイズが、該交流サイクルのピーク近傍でのノイズに比べて小さい例を示す。トライアック制御される調光器のような機器は、各交流線サイクルの期間に電源を入れたり切ったりする。これらはインパルス・ノイズを生成するだけでなく、(例えば、他の周波数よりも、ある特定の周波数を減衰させる電力戦場の負荷によって)前記電力線チャンネルの周波数応答をも変える。更に、(例えば真空クリーナー、ドリル等)交流モータを使う幾つかの機器は、前記電力線サイクルの位相の関数でもあるノイズを生成する。ネットワークの効果は、ノイズ特性及び周波数応答が前記交流線のサイクル位相に依存する、チャンネルにおける時間変化である。様々な技術が該可変チャンネル特性を考慮に入れるために利用され得る。例えば、交流電力線(又は周期的に変化するチャンネルを有する他の媒体)におけるステーション間の通信に対し、異なるチャンネル・アダプテーションを、周期的に変化するチャンネルの複数の位相領域の各々に割り当てることができる。
一つの側面において、本発明は共有媒体上でステーションが通信をするネットワークにおいて動作するための方法及び対応するシステムを特徴とする。前記共有媒体は、ほぼ周期的に変化する、少なくとも1つの可変チャンネル特性を有する。前記方法は、複数の前記各ステーション間の送信を調整するための調整ステーションからビーコン送信を繰り返し提供し、少なくとも幾つかのビーコン送信が可変チャンネル特性に同期することと、第1ステーションから少なくとも1つの受信ステーションへ、前記調整ステーションから前記第1ステーションにより受信された少なくとも1つのビーコン送信に基づいて決定されたタイムス・スロットの間に送信を行うことと、を含む。
本発明のこの側面の実施は、1つ以上の以下のことを含む。
前記調整ステーションは、前記ビーコン送信の情報により指定された少なくとも幾つかのステーションにタイム・スロットを割り当てる。
少なくとも幾つかのステーションは、各ステーションが、前記周期な可変チャンネル特性の異なる位相領域に応じて異なるアダプテーションを割り当てることを可能にすべく、アダプテーションを前記調整ステーションにより指定された送信タイム・スロットに同期させる。
前記共有媒体での少なくとも幾つかの送信は、サービス品質(QoS)に敏感な送信を含み、前記調整ステーションはタイム・スロットを、送信欠損が他の位相領域よりも少ない周期的な可変チャンネル特性の位相領域に対応する、少なくとも幾つかのQoSに敏感な送信に対して割り当てる。
前記ネットワークは電力線通信ネットワークを含み、且つ前記共有媒体は交流(AC)電力線を含む。
前記可変チャンネル特性は交流電力線の波形に従って変化するノイズを含む。
前記可変チャンネル特性は交流電力線の波形に従って変化する周波数応答を含む。
前記方法は、少なくとも幾つかのビーコン送信を、前記調整ステーションにおける交流電力線の波形に同期させることを更に含む。
少なくとも幾つかのビーコン送信を前記交流電力線の波形に同期させることは、交流電力線の波形のゼロ交差を検出することを含む。
少なくとも幾つかのビーコン送信を前記交流電力線の波形に同期させることが、連続したビーコン送信間の時間を交流電力線の波形の半周期の整数倍に設定することを含む。
前記方法は、前記ビーコン送信の期間を連続したビーコン送信間の時間の半分より小さくするのに十分に大きな整数倍を選択することを更に含む。
連続したビーコン送信間の時間は交流電力線波形の周期の2倍であるように、前記整数倍は4倍である。
前記方法は、第1ステーションが受信したビーコン送信に含まれる時刻基準から決定されるタイム・スロットの間、前記第1ステーションから受信ステーションへ送信を行うことを更に含む。
前記時刻基準は、ビーコン送信の所定の部分が前記第1ステーションによって受信される時刻を含む。
前記時刻基準から前記タイム・スロットを決定することは、前記ビーコン送信の情報に基づき、前記時刻基準から測定されたタイム・スロットに対する開始及び終了時刻を決定することを含む。
前記タイム・スロットは、少なくとも1つの受信ステーションに送信を行うために前記第1ステーションに割り当てられる。
前記第1ステーションは、少なくとも1つの受信ステーションに送信するために、連続したビーコン送信間にある複数の非連続なタイム・スロットを割り当てられる。
前記複数のタイム・スロットは、第1ステーションに割り当てられた任意の2つのタイム・スロット間の最大の時間が、第1ステーションからアプリケーション送信のレイテンシ制限を満たすのに十分小さくなるように割り振られる。
前記複数のタイム・スロットは、データ損失率を考慮に入れてデータを再送信する機会を含む。
前記タイム・スロットは競合プロセスが成功した後に第1ステーションに対して使用可能である。
前記調整ステーションは、タイム・スロットを前記ビーコン送信の情報により指定された少なくとも幾つかのステーションに割り当てるとともに、任意の複数のステーションが成功した競合プロセスの後に送信し得る時間領域を割り当てる。
前記第1ステーションから受信ステーションへの送信は、前記受信ステーションからのアダプテーション情報に基づいた前記タイム・スロット期間中に送信されるべき信号を準備することを含む。
前記アダプテーション情報は、信号の複数の搬送波各々で利用される変調のタイプを指定するマップを含む。
前記アダプテーション情報は複数のマップを含み、各マップは前記信号の複数の搬送波各々で利用される変調のタイプを指定し、各マップはビーコン送信間の選択された時間間隔に対応する。
前記タイム・スロットは複数の選択された時間間隔と重なる。
前記アダプテーション情報は信号の符号化に利用される転送エラー訂正率を含む。
前記アダプテーション情報は、信号を形成するシンボル間で利用されるべきガード期間長を含む。
前記アダプテーション情報は、前記第1ステーションからの少なくとも1つの以前の送信に基づき、受信ステーションによって決定される。
前記アダプテーション情報は、前記タイム・スロットに対応する以前のタイム・スロットの期間中、前記第1ステーションからの少なくとも1つの以前の送信に基づき、受信ステーションによって決定される。
前記アダプテーション情報は、前記第1ステーションからの以前の送信での前記共有媒体の特徴的な結果に基づき、受信ステーションによって決定される。
前記以前の送信は、受信ステーションに知られたデータを含む。
前記結果は信号ノイズ比、減衰、及びビット・エラー率の少なくとも1つを含む。
前記方法は、前記ステーションへのタイム・スロットの割り当ての利用に対する調整ステーションへの影響に基づき情報を送信することを更に含む。
前記影響に基づく前記情報は、特定のタイム・スロット内で信頼して遂行できる予測された最大のデータ速度を含む。
前記以前の送信は、前記調整ステーションが各ステーションに対してよりパーシステントなタイム・スロットを割り当てる前に、該調整ステーションによって割り当てられる一時的なタイム・スロットの間に発生する。
前記調整ステーションは複数のステーションから予測された最大のデータ速度を利用して、前記ネットワークの総容量を増大する。
前記アダプテーション情報は、前記第1ステーションと受信ステーションとの間のアプリケーション送信の通信特性に基づいて決定される。
前記通信特性は、データ損失に対するアプリケーションの感度を含む。
前記通信特性はアプリケーションのサービス品質要求を含む。
前記アダプテーション情報は前記第1ステーションからの要求に応じて前記受信ステーションにより決定される。
前記方法は、前記第1ステーションからの以前の送信での共有媒体の結果を特徴付けるメトリックの変化に応じて前記受信ステーションから前記第1ステーションに更新されたアダプテーション情報を送信することを更に含む。
調整ステーションに前記アダプテーション情報を送信することを更に備える。
前記アダプテーション情報は前記第1ステーションから調整ステーションに送信される。
前記アダプテーション情報は前記受信ステーションから前記調整ステーションに送信される。
前記アダプテーション情報は前記調整ステーションに、前記調整ステーションに対するメッセージの形態で送信される。
前記アダプテーション情報は前記調整ステーションに、前記共有媒体でのメッセージ・ブロードキャストのヘッダーの形態で送信される。
前記調整ステーションは、前記アダプテーション情報に基づいて各ステーションに割り当てるタイム・スロットを決定する。
前記方法は、前記第1ステーションから複数の受信ステーションに前記タイム・スロットの間信号を送信することと、前記複数の受信ステーションの少なくとも幾つかからのアダプテーション情報に基づいて前記信号を準備することとを更に備える。
前記アダプテーション情報に基づいて前記信号を準備することは、任意の前記複数の受信ステーションから受信したシンボル毎の最低の変調ビットを利用して信号を準備することを含む。
前記アダプテーション情報に基づいて前記信号を準備することは、任意の前記複数の受信ステーションから受信した最低の転送エラー訂正率を利用して信号を準備することを備える。
第1ステーションから少なくとも1つの受信ステーションへ、前記調整ステーションから前記第1ステーションにより受信された少なくとも1つのビーコン送信に基づいて決定されたタイムス・スロットの間に送信を行うことは、最新のビーコン送信の受信に失敗した後、最新のビーコン送信以前のビーコン送信に含まれる情報に基づいて決定されたタイム・スロットの期間中、該第1ステーションから前記受信ステーションに送信を行うことを備える。
前記方法は、前記可変チャンネル特性の検出された特徴から決まる時間のオフセットに基づいてビーコン送信の開始時刻を決定することを更に備える。
前記方法は、ネットワーク中の各ステーションによる、ビーコン送信の連続した受信の信頼性に基づく時間のオフセットを選択することを更に備える。
前記ビーコン送信は、複数の将来のビーコン送信の開始時刻を示す情報を含む。
前記ビーコン送信は、前記第1ステーションが少なくとも1つの受信ステーションに送信することを許容されている将来のビーコン送信に関連するタイム・スロットを示す情報含む。
本発明の数多くの利点(これらのうち幾つかは本発明の様々な側面及び実施形態のみで達成されるかもしれない)は以下である。
各ステーションが様々な電力線環境の下で信頼できる動作をし、且つ高速で動作をすることが可能になる。電力線通信システムや、また周期的な可変チャンネル欠損によって影響を受ける他の媒体で利用することができるチャンネル・アダプテーション・メカニズムを提供する。高レベルで保障されたサービス品質(QoS)をも提供することができる。
本発明の他の特徴及び利点は詳細な記載、図面及び請求項に見出されるであろう。
本発明には非常に多くの実施例があり、ここに記載するには多すぎる。現在好ましいいくつかの可能な実施例は、以下に記載される。あまり強く強調することはできないが、これらは本発明の実施例の記載であって、本発明の記載ではない。本発明は、このセクションに記載された詳細な実施例に制限されず、請求項の上位の表現で記載される。
−−−−システムの概観−−−−
図2に示されるように、ネットワークの構造100は複数の通信ステーション(例えば、コンピュータ機器又は音声・映像機器)のための共有通信媒体110を備える。前記通信媒体110は、例えば、同軸ケーブル、非シールド・ツイスト・ペア、又は電力線のような、1つ以上の物理的通信媒体を含むことができる。前記ネットワーク構造100はブリッジ又はリピータのような機器をも含むことができる。通信ステーションは所定の物理(PHY)層及びメディア・アクセス・制御(MAC)層通信プロトコルを利用して互いに通信する。前記MAC層はデータ・リンク層の部分層であり、開放型システム間相互接続(OSI)ネットワーク・アーキテクチャ標準に従って物理層へのインターフェイスを提供する。前記ネットワーク構造100は、ネットワーク・トポロジー(例えば、バス型、ツリー型、スター型、メッシュ型)のいかなる種類を有していてもよい。前記通信ステーションは、各々のステーションのハードウェアで動作するソフトウェア・アプリケーションからの要求に基づいて、互いに通信する。
前記ステーションは、利用する特定のプロトコルに相違があってもよく、前記プロトコルに互換性があれば、互いに通信可能である。例えば、ネットワーク構造100は、第1MAC層「MAC−A」を利用するステーション102A,102B,102Cを含む第1タイプの通信ステーションと、第2MAC層「MAC−B」を利用するステーション104A,104Bを含む第2タイプの通信ステーションと、を含む。前記MAC−A及びMAC−Bプロトコルは互いに互換性があり、同じ又は少なくとも互換性がある物理層プロトコルをも利用する(例えば、PHY−A及びPHY−Bが互換性のある信号変調フォーマットを使用する場合、あるステーションはMAC−Aプロトコル及びPHY−Aプロトコルを利用し、別のステーションはMAC−Bプロトコル及びPHY−Bプロトコルを利用する)。
複数のMAC層プロトコルの共存は、例えばMAC層の能力及び/又は性能の改良を可能にするために利用され得るが、一方で、新MAC層プロトコルを利用する機器が、前記ネットワーク構造100に存在し得る旧MAC層プロトコルを利用しているレガシーな機器と互換性を有することを可能にする。ある実施例において、2重モード(DM)機器は、第1プロトコルを利用するレガシーな単一モード(SM)機器と通信することができ、第1又は第2プロトコルのいずれかを利用する別のDM機器と通信することができる。利用される前記プロトコルは、ネットワーク設定時又はネットワークに参加したときに決定される通信モードにより、設定される。例えば、ステーション104A,104Bは、MAC−Aを利用するネットワーク・インターフェイス・モジュール108を含む。ステーション102A,102B及び102Cは、決定された通信モードに依存して、MAC−A又はMAC−Bのいずれかを利用することができるネットワーク・インターフェイス・モジュール10を含む。
異なるタイプの機器(例えば前記DM及びSM機器)によって利用される前記プロトコル層(又は「プロトコル・スタック」)間の相違の例は、「中央調整」(CCo)ステーションの利用である。前記CCoは通信ステーションであり、この通信ステーションは、ネットワーク構造100において、少なくとも幾つかの他のステーションに対してある調整機能を提供するために選択される。1つのCCoの調整の元で動作するステーションの集合は、基本サービス・セット(BSS)と呼ばれる。前記CCoによって実行される機能は、前記BSSに参加するステーションの認証と、各ステーションの識別子の提供と、メディア・アクセスのスケジューリング及びタイミングと、を含む。例えば、CCoは繰り返しビーコン送信をブロードキャストし、該ビーコン送信からBSSのステーションはスケジューリング及びタイミング情報を決定することができる。このビーコン送信は、ステーションによって通信を調整するために利用される情報を運ぶフィールドを含む。前記繰り返しビーコン送信の各々のフォーマットは似通っているが、内容が一般的に各々の送信において変化する。前記ビーコン送信はほぼ周期的に繰り返され、ある実施形態では、通信媒体110の特性に同期する。幾つかの場合、プロクシ調整器(PCo)は前記CCoから「隠された」ステーション(例えば該CCoから信号を確実には受信しないステーション)を管理するために利用され得る。
前記MAC−A及びMAC−Bプロトコルにより実施されるアクセス技術に相違があってもよい。例えば、あるシナリオにおいて、該MAC−Aプロトコルは第1アクセス技術を利用し、該MAC−Bプロトコルは前記第1アクセス技術と互換性があり、第2アクセス技術を提供する。前記MAC−Aプロトコルは搬送波感知多重アクセス/競合回避方式(CSMA/CA)技術を利用して、前記ネットワーク構造100にアクセスする。前記MAC−Bプロトコルは、時間分割多重アクセス(TDMA)技術が利用される非競合期間(CFP)を含み、CSMS/CA技術が利用される競合期間(CP)をオプションで含む、ハイブリッド・アプローチを利用する。前記非競合期間は前記CCoによってスケジューリングされ、且つ管理され、機器で実行される、あるアプリケーション(例えば音声及び/又は映像アプリケーション)に対する改良されたサービス品質(QoS)を提供する。他のMACプロトコルは任意の1つ若しくはこれら又は別のアクセス技術を組み合わせたものを利用することができる。
ある実施形態において、前記ネットワーク構造100が、送信特性の変化を示す通信媒体110を含むとき、ネットワーク・インターフェイス・モジュールは、性能を改善するための特徴を含むプロトコルを利用する。例えば、前記通信媒体110が家屋内の交流電力線を含み、オプションとして別の媒体(例えば同軸ケーブル線)と結合されているとき、前記通信メディア110によって提供される任意の2つのステーション間の前記通信チャンネルは、ノイズ特性及び周波数応答において周期的な変化を示すかもしれない。
電力線ノイズのような可変チャンネル特性が存在するときに、性能及びQoS安定性を改善するために、前記CCoは前記交流線の周波数(例えば50又は60Hz)を有するビーコン送信に同期する。発電所からの前記交流線サイクルの位相及び周波数の変化、及び局所的なノイズ及び負荷の変化が、一般的に存在する。この同期は、前記タイム・スロットが様々なステーションにビーコン送信に含まれる時刻基準と比較して割り当てられ、前記交流線サイクルの特定の位相領域に対して最適化された矛盾が無いチャンネル・アダプテーションを利用することを可能にする。前記CCoはまた、該CCoに設けられたマスター・ネットワーク・クロックに対してローカル・クロックを同期させるべく、ステーションによって利用することができるタイム・スタンプを含むビーコン送信に情報を提供する。
チャンネル特性を変えることによって起こる潜在的な欠陥を減らすことの別の側面は、離散多重トーン(DMT: Discrete Multi Tone)としても知られる直交周波数分割多重化(OFDM)のような、堅牢な信号変調フォーマットを利用することを含む。OFDMは拡散スペクトル信号変調技術であり、該信号変調技術により利用可能な帯域が複数の狭域、低データ速度チャンネル、又は「搬送波」に再分割される。高いスペクトル効率を得るために、搬送波のスペクトルは重なり、互いに直交する。データは、所定の期間を有し且つ幾つかの搬送波を網羅するシンボルの形で送信される。これらの搬送波で送信される前記データを、二位相偏移変調(BPSK)、四位相偏移変調(QPSK)又はmビット直交振幅変調(m−QAM)のような変調スキームを利用して、振幅及び/又は位相で変調することが可能である。
−−−−物理層通信システム・アーキテクチャ−−−−
様々な通信システム・アーキテクチャのいずれも、通信媒体で送信される信号波形へ及び同信号波形からデータを変換するネットワーク・インターフェイス・モジュールの一部を実施するために利用することができる。ステーションで動作するアプリケーションは、前記ネットワーク・インターフェイス・モジュールとの間でセグメントの形でデータを送受信する。「MACプロトコル・データ・ユニット」(MPDU)は、オーバーヘッド及びペイロード・フィールドを含む情報のセグメントであり、該MAC層は物理層に送信を要求する。MPDUは、送信されるデータのタイプに基づいて、様々なタイプのいずれをも有し得る。「物理プロトコル・データ・ユニット(PPDU)」は、電力線で送信されるMPMUを表す変調された信号波形のことである。
OFDM変調において、データはOFDM「シンボル」の形で送信される。各シンボルは所定の期間又はシンボル時間Tを有する。各シンボルは互いに直交するN個の正弦搬送波の線型結合で生成され、前記OFDM搬送波を形成する。各搬送波は、ピーク周波数f及び前記シンボルの開始から測定された位相Φを有する。これら互いに直交する搬送波は各々に対し、前記正弦波の全周期数がシンボル時間Tに含まれる。同じことだが、各搬送周波数は周波数間隔Δf=1/Tの整数倍である。前記搬送波の前記位相Φ及び振幅Aは、最終的に変調された波形の直交性に影響を与えずに、(適切な変調スキームに従って)独立に選択することができる。前記周波数は前記OFDM帯域と言われる周波数fとfとの間の周波数範囲を占める。2つのタイプのPPDU構造があり得、前記PHY−AまたはPHY−Bのいずれが利用されているかに依存する。例えば、前記PHY−B信号は密度の高いOFDM搬送周波数間隔を利用することができ、対応して長い符号を利用することができる。
図3を参照すると、通信システム300は通信媒体304を通じて受信機306へ信号(例えば、OFDMシンボル列)を送信するための送信機302を含む。前記送信機302及び受信機306は共に各ステーションでネットワーク・インターフェイス・モジュールに組み込まれることができる。前記通信媒体304は前記電力ネットワークを通じたある機器から別の機器への経路を表すことができる。
前記送信機302で、前記物理層を実施するモジュールが前記MAC層からMPDUを受信する。前記MPDUは符号化モジュール320に送られて、スクランブリング、エラー訂正符号化及びインターリービングのような処理が実行される。
符号化されたデータは、現在のシンボルに使用されるコンスタレーション(例えばBPSK,QPSK,8−QAM,16−QAMのコンスタレーション)に依存するデータ・ビット(例えば1,2,3,4,6,8又は10ビット)のグループをとるマッピング・モジュール322に供給され、現在の符号の搬送波における同相(I)及び直角位相(Q)の対応する振幅上にこれらのビットにより表されるデータ値をマッピングする。これは、対応する複素数C=Aexp(jΦ)(実部及び虚部がピーク周波数fの搬送波のI成分及びQ成分に各々対応する)に関連付けられる各データ値に帰着する。これとは別に、データ値を変調された搬送波に関連付ける任意の変調スキームが利用され得る。
前記マッピング・モジュールは、前記OFDM帯域のどの搬送周波数f,…,fが情報を送信するためにシステム300で利用されるか、をも決定する。例えば、弱まっている幾つかの搬送波を避けることができ、そのような搬送波で情報は送信されない。その代わり、前記マッピング・モジュール322はその搬送波に対する擬ノイズ(PN)列から2値で変調されるコヒーレントBPSKを利用する。電力を放出するかもしれない媒体304の制限された帯域(例えばアマチュア無線帯域)に対応する幾つかの搬送波(例えばi=10の搬送波)に対し、エネルギーは、これらの搬送波では送信されない(例えばA10=0)。前記マッピング・モジュール322は、「トーン・マップ」に従う各搬送波(又は「トーン」)で利用される変調のタイプをも決定する。前記トーン・マップは既定もの、又は以下で詳細に記載するように、受信したステーションによって決定されるカスタマイズされたトーン・マップであってよい。
逆離散フーリエ変換(IDFT)モジュール324は、ピーク周波数f,…,fを有するN個の直交する搬送波上で、マッピング・モジュール322により決定されたN個の複素数(利用されない搬送波に対しては0であってよい)の集合の変調を実行する。変調された搬送波はIDFTモジュール324で組み合わされ、(サンプル周波数がfの)離散時刻の波形S(n)を形成し、
と書くことができる。時刻インデックスnは1からNまで動き、Aは振幅、Φはピーク周波数f=(i/N)fの搬送波の位相、j=(−1)1/2を表す。ある実施形態において、離散フーリエ変換はNが2のべき乗のとき高速フーリエ変換(FFT)に対応する。
ポスト処理モジュール326は、連続した(潜在的に重なっている)シンボルの列を、通信媒体304を通じて連続したブロックとして送信され得る「シンボル集合」に結合する。前記ポスト処理モジュール326は、自動ゲイン制御(AGC)およびシンボル・タイミング同期のために利用され得る前記シンボル集合を、プレアンブルの前に追加する。(例えばシステム300及び/又は通信媒体304の不完全性による)シンボル間干渉及び搬送波間干渉を緩和するために、前記ポスト処理モジュール326は各シンボルを、該シンボルの最後の部分のコピーであるサイクリック・プレフィックスで拡張することができる。前記ポスト処理モジュール326は、シンボル集合のシンボルの部分集合に(例えば余弦窓をかけるか、又は別のタイプのパルス形成窓を利用するかして)パルス形成窓を適用し、シンボル部分集合を重ねるなどの別の機能をも実行することができる。
アナログ・フロント・エンド(AFE)モジュール328は、前記シンボル集合の(例えばローパス・フィルタをかけた)連続時間バージョンを含むアナログ信号を、通信媒体304に接続する。通信媒体304を通じた連続時間バージョンの波形S(t)の送信の影響は、通信媒体で送信のインパルス応答を表す関数g(τ;t)で畳み込まれることにより表現することができる。前記通信媒体304はノイズn(t)を付け加えてもよく、そのノイズn(t)は妨害器によって発せられるランダム・ノイズ及び/又は狭域ノイズであってよい。
受信機306において、物理層を使用するモジュールは、通信媒体304から信号を受信し、MAC層のためにMPDUを生成する。AFEモジュール330は、自動ゲイン制御(AGC)モジュール332及び時刻同期モジュール334と協力して、サンプル信号データ及びタイミング情報を離散フーリエ変換(DFT)モジュール336に提供する。
前記サイクリック・プレフィックスを取り除いた後、前記受信機306はサンプル離散時刻シンボルをDFTモジュール336に供給し、(N点DFTを実行することにより)符号化されたデータ値を表すN個の複素数の列を抽出する。復調器/復号化器モジュール338は前記複素数を対応するビット列にマッピングし、(でインターリービング及びデスクランブルリングを含む)ビット列の適切な復号化を実行する。
前記送信機302又は受信機306を含む前記通信システム300のいずれのモジュールも、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェア及びソフトウェアの組み合わせで実施され得る。
−−−−ビーコン送信−−−−
ネットワーク中の様々なステーションが、様々な目的で一定間隔のビーコン送信を生成できる。CCoから各ステーションへの、BSSにおいて繰り返されるビーコン送信は、セントラル・ビーコン(CB)と呼ばれる。任意の2つの通信しているステーション間の電力特性が許せば、前記各ステーションは互いに、CB送信の時間周期内で通信することができる。
CB送信の中心的な機能の1つは、媒体配置(又はスケジューリング)情報を伝達することである。スケジューリング情報は、各ステーションが前記電力線媒体へのアクセスで競合するかもしれない競合期間としての、CB送信期間のある時間を割り当てる。前記スケジューリング情報は、タイム・スロットが特定のステーションに前記電力線へアクセスするために割り当てられる非競合期間をも割り当てる。
以下でより詳細に記載するように、前記CB送信は、CB送信間の時間(又は「ビーコン・ピリオド」)が、基調を成す交流線サイクル周波数に基づく交流線サイクルに同期する。前記CB送信は、ゼロ交差のような電力線の検出可能な特徴で決まる一定の時間間隔でCBを送信することによる交流線サイクルに同期することができる。前記ビーコン・ピリオドは、例えばゼロ交差の所定の数を待つことにより、交流サイクル半周期の整数倍に設定することができる。
あるケースでは、前記CB送信の「オーバーヘッド」情報を送るために割かれる時間のパーセンテージを減らすことによって前記媒体のより効率的な利用をするために、ビーコン・ピリオドを伸ばすことが望ましい。前記各ステーションからの送信に関連するオーバーヘッド情報も存在する。与えられた長さの時間で望ましい数の送信機会を提供するために十分小さなビーコン・ピリオドを保つことも、望ましいかもしれない。従って、前記ビーコン・ピリオドは、オーバーヘッドを低く保つことと、各送信周期間のレイテンシを低く保つことと、のトレード・オフに従って選択され得る。例えば、ある実施形態において、ビーコン・ピリオドは交流線周期の2倍に選択される。この場合、交流線周期が60Hzである環境の交流線で動作するとき、前記ビーコン・ピリオドは約33.33msecである。交流線周期が50Hzである環境の交流線で動作するとき、前記ビーコン・ピリオドは約40msecである。前記ビーコン・ピリオドの変化は交流線サイクル周波数のドリフトにより起こるかもしれない。
図4はビーコン・ピリオド400の実施例の構造を示しており、ビーコン領域402に続いて競合領域404及び予約領域406をから成る。オプションで、前記ビーコン領域402に、任意の数の競合領域及び予約領域が任意の順番で続くことがある。前記競合領域404は、各ステーションがCSMA/CAのような共有したメディア・アクセス・プロトコルを利用する送信の権限を主張することができる時間である。
予約領域406は、(例えばTDMAプロトコルを使う)所定のステーションによって利用されるために割り当てられるタイム・スロットを含む非競合期間(CFP)408を含む。前記CFP408は参加しているステーション各々に対する隣接するタイム・スロットに分割され得る。あるいは、前記CFP408はセッションに分割されて、該各セッションは参加しているステーション各々に対するタイム・スロットに分割されることも可能である。従って、ステーションは前記CFP408間で複数のタイム・スロットを割り当てられてもよい。
前記予約領域406内の前記競合領域404及びCFP408は、複数のビーコン・ピリオドにわたって一般的に有効性を保つという意味で、「パーシステント」である。このパーシステントにスケジュールされた時刻は、以下で詳細に記述するように、が何かの理由でビーコン・ピリオドを間違えたステーションが、前に保存したスケジュール情報を利用することを可能にする。前記予約領域406は、1つより多いビーコン・ピリオドの有効性を保障されない「非パーシステント」期間410をも含む。この非パーシステントにスケジュールされた時間は、緊急のタイム・スロット割り当て要求に対する応答及びネットワーク・メンテナンス活動を可能にする。例えば、非パーシステント期間410は、セット・アップ及びネットワークの保守のために利用される、発見ビーコンの送信にステーションを合わせるためのタイム・スロットを含むことができる。前記非パーシステント期間410は、必要とされる競合又は非競合アクセスのいずれか又は両方で利用することができる。この例において、非パーシステント期間410は、非パーシステント競合領域410A及び非パーシステント非競合「エクストラ・アロケーション」セッション410Bを含む。
前記ビーコン領域402はCCoに対して、前記CB送信を前記BSS内の各ステーションにブロードキャストするために割り当てられる時間である。前記CB送信はOFDM波形を利用して送信され、プレアンブル、フレーム制御フィールド、及びビーコン・ペイロードを含む。この例において、CB送信の開始420(従ってビーコン領域402の開始)はゼロ交差からの所定のオフセットΔにおける交流線サイクルに同期される。前記ビーコン・ペイロードは前記各ステーションによって利用される情報を運び、前記予約領域及び競合領域のタイミングを判定する。この例において、ある競合領域404はすぐに前記ビーコン領域402に続く。もし1つ以上の予約領域が存在したら、更なる競合領域もまた前記ビーコン・ピリオド400の中に存在するかもしれない。
前記ビーコン・ピリオドにあるタイム・スロットの配置を記載する情報は、1つ以上のビーコン・エントリ(BENTRY)にあるビーコン・ペイロード中のブロードキャストである。この情報はネットワーク中の各ステーションによって利用され、帯域の共有を調整する。前記ビーコン・ペイロードは、
●ビーコン領域情報と、
●パーシステント・スケジューリング情報と、
●非パーシステント・スケジューリング情報と、
の3タイプのスケジューリング情報を運ぶ。
ビーコン領域情報は領域BENTRYによって運ばれる。このBENTRYは予約領域406及び前記競合領域404の継続期間を含む。各送信ステーションが非競合アクセスをするためのタイム・スロットの配置は、前記予約領域404の前記パーシステントCFPの期間408又は非パーシステント期間410に実行され得る。
パーシステントCFPスケジュール情報は前記パーシステント・スケジュールBENTRYで運ばれる。前記パーシステントCFPスケジュールは、保障されたQoSを要求する各送信ステーションによって利用されるために提供される。これらの送信ステーションが、これらのデータを配送し、損失率及びレイテンシ要求に合うために各ビーコン・ピリオドの間十分な時間を得ることが重要である。例えば、ステーションは、欠損したデータを再送信する機会を含む十分な時間を割り当てられて、かつ成功した送信間の最低のレイテンシにまだ達するか、又は上回る。ステーションに対してCB送信を失敗することはあり得るので、このスケジュールはパーシステントである。
前記パーシステント・スケジュールBENTRYは、スケジュール情報のパーシステンスを解釈するために利用される、
●現スケジュール・カウント・ダウン(CSCD)と、
●旧スケジュール・カウント・ダウン(PSCD)と、
2つのフィールドを有する。
前記スケジュールが変化しなければ、該スケジュールは現スケジュールを反映して、前記旧スケジュールのカウント・ダウンは0である。この場合、前記現スケジュール・カウント・ダウンは、現スケジュールが有効であると仮定してよいビーコン・ピリオドの最低の数を示す。前記現スケジュール・カウント・ダウン値は以前の現スケジュール・カウント・ダウン値から1を引いたものより小さくするべきではない。こうして、ビーコンを受け取れなかった各ステーションは、自身が有する現スケジュール情報をどれだけ長く利用してよいかを知るであろう。
前記スケジュールが変わったとき、前記旧スケジュール・カウント・ダウンは0ではない値にセットされる。該新スケジュールが実施されるとき、この値は前記スケジュール情報が新スケジュール(現スケジュールではない)ことを示す。この場合、前記現スケジュール・カウント・ダウンは、新スケジュールが実施されるとき、第1ビーコン・ピリオドの間、現スケジュール・カウント・ダウンで有するであろう値を予告する。前記現スケジュール・カウント・ダウン値は、この場合予告値で最初の値から変化するべきではない。こうして、CB送信を受け取れなかった各ステーションは、自身が有する前記新スケジュール情報をいつ利用することができ、どれだけの期間有効であるかを知るであろう。このアプローチは新スケジュールの数多くの繰り返しを可能にし、新スケジュールが実施されたときに、例え幾つかのステーションがビーコン・ピリオドにおいて前記CB送信の受信に失敗しても、全てのステーションが適切な情報を有するようになる。
図5はスケジュール変化の例を示す。スケジュール変化図500はCCoによって送信される、前記CB送信のBENTRYにあるPSCD及びCSDCの値を示す。現スケジュール図502は、2つのスケジュール、スケジュールA又はスケジュールBのどちらが、与えられたビーコン・ピリオドで有効であるかを示す。最初は、スケジュールAが有効である。ビーコン・ピリオドBにおいて、前記CCoは、スケジュールがスケジュールBに変わるべきであることを判定する。そのため、ビーコン・ピリオド33で始まって、前記CCoは前記スケジュールに示されたPSCD及びCSCDの値を有するスケジュールBを含むBENTRYを含む。(前記予告されたスケジュールは図5に共有される。)前記CCoは離れたBENTRYでスケジュールA及びスケジュールBの両方を送信するオプションを有するが、スケジュールAの送信はもはや必要でない。
一度前記CCoがビーコン・ピリオド3でスケジュールBを通知されると、スケジュールBが新スケジュールCに置き換えられることができる最も早い時刻はビーコン周期11である。これは、スケジュールBのPSCDが0ではない期間、前記CSCDは、Bが現在の第1ビーコン・ピリオドになるとき(ビーコン・ピリオド6)の該CSCDの予告であることが理由である。前記CCoは予告値4を選択したので、スケジュールBは5ビーコン・ピリオドに対して現スケジュールでなければならない。
前記CCoは、各ステーションに割り当てられるタイム・スロットの大きさを含む前記スケジュールを、各ステーションからの要求に応答して、又はステーションからの明確な要求無しに更新することができる。例えば、前記CCoは前記スケジュールを、共有通信媒体のステーション間で監視された送信から得た情報に基づいて更新することができる。前記CCoは、通信媒体の変化によるチャンネル容量の変化又はチャンネル利用の変化を考慮に入れてタイム・スロットを調整することができる。
前記CCoが様々な送信特性の変化を判定できる1つの方法は、送信のヘッダ・フィールドの情報を読むことによる。例えば、ヘッダ・フィールドは、送信を待っている保留中のデータ量、又は(例えば1マイクロ秒のような)与えられた時間に送信される(例えばあるオーバーヘッド・データを除く)ユーザ・データのビット数を表す「ビット負荷推定」を表すことができる。前記CCoはこれらのフィールドを利用して、パーシステント及び/又は非パーシステント・スケジュールを増やすか又は減らすかを判定する。
前記CCoは、ステーション間のリンクで増加したエラー率のような、検出された変化に応答することができる。例えば、ステーションは増加したデータ速度により相殺される以上の高いエラー率を伴う変調を利用することにより、データ速度を増加してもよい。前記CCoは、スケジュールを変えてこれらのステーションにより時間を与え、高データ速度を必要とするようになるか、又は全ネットワークのスループットのような全体的な特性を最適化する。
スケジュール情報のパーシステンスは信頼性を向上させるが、緊急の必要に対する応答性を悪化させる。前記CFP408の間送信に対する更なる時間を要求するステーションは、新スケジュール(B)が通知される同じビーコン・ピリオド(3)で前記CCoに要求を通信してよい。これは、修正されたスケジュール(C)がブロードキャストされる前に通知されたスケジュール(B)が実施状態になることを、送信ステーションが待つこと要請する。前記修正されたスケジュール(C)は有効になる前にカウント・ダウンしなければならず、従って前記送信ステーションは、必要である更なるCFPタイム・スロット・アロケーションを得ることができる前に数ビーコン・ピリオド待たされるかもしれない。
前記非パーシステント・スケジュール情報は、どのステーションが前記エクストラ・アロケーション・セッション410Bの間タイム・スロットを割り当てられて、送信時間以上の緊急の要求を満たすかを示す。送信ステーションは、ビーコン・ピリオドで与えられた任意のエクストラ・アロケーション・タイム・スロットを利用するために前記CB送信を受信しなければならず、エクストラ・アロケーション・タイム・スロットを前記パーシステントCFP408タイム・スロットほど信頼が無いものにする。
規則正しいCFP408タイム・スロット・アロケーションを有する送信ステーションは、前記スケジュールに定義された開始時刻に送信を開始することができ、該スケジュールに定義される終了時刻までに送信を終了するべきである。もし送信ステーションが前記CB送信を受信せず、該送信ステーションが(スケジュール・パーシステンスによる)現在の有効なスケジュール情報を有しているならば、割り当てられたタイム・スロットの間に送信を開始してよい。
送信ステーションに割り当てられた前記CFP408タイム・スロットは、MPDUの送信の後、受信ステーションが選択的反復自動再送信要求(SR−ARQ: Selective Repeat Automatic Retransmission Request)アプローチに従う選択的確認応答(SACK: selective acknowledgement)を送ることができる期間を含む。MPDUを表す各PPDU波形は、独立に暗号化される多重セグメント又は物理ブロック(PB)を構成するプレアンブル、フレーム制御フィールド及びペイロードを含む。前記プレアンブル及びフレーム制御フィールドをまとめたものは、フレーム開始(SOF)デリミタと呼ばれる。各PBは自身のFECブロックに含まれる。MPDUは様々な数のFECブロックを含む可能性があり、データ速度及びペイロード期間に依存する。SACKは1つのMPDUに対する応答で送信されることがあり、或いは複数のMPDU(例えば4)のバーストが1つのSACKで応答として送信されることがある。
例えば、送信ステーションに割り当てられたタイム・スロット内で、前記ステーションは、与えられたチャンネル割り当てに対する前記受信ステーションによって設定される各全期間、複数のPPDUを送信する。各PPDUは、コヒーレント復調のための割り当て期間内で位相及び振幅のゆがみを推定するために前記受信機によって利用され得る、SOFデリミタを含む。タイム・スロット内の1つの長いPPDUは低いオーバーヘッドを有し得るが、複数のPPDUを送信することは、各PPDUに異なるアダプテーションを利用することを可能にし、且つ各アダプテーション期間において変化する、位相及び振幅のゆがみのより正確な推定を提供する。しかし、1つのSACKは前記タイム・スロット内の全ての前記MPDUを肯定応答するために利用され得る。
前記SACKフォーマットは4つのSACKタイプ(SACKT)フィールド(4つのMPDUのバーストでMPDU毎に1つ)のサポートを提供する。前記SACKTは、以下のいずれかを示す。
●対応するMPDUの全てのPBが正しく受信された(SACKT=0b00)こと。
●対応するMPDUの全てのPBがエラーを伴って受信された又は対応するMPDUが検出されない(SACKT=0b01)こと。
●良好なBPと不良なBPとが混在したものが対応するMPDUで見つかったこと(SACKT=0b11)。この場合、SACK情報フィールド(SACKI)が存在する。このフィールドは、前記MPDU内の各PBの受信状況を示すビット・マップを有する。
−−−−ラインサイクル同期−−−−
上で記載したように、様々な技術が、共有通信媒体の可変チャンネル特性を考慮に入れるために利用できる。MAC−Aプロトコルのように、CCoが無い通信プロトコルを利用して通信するステーションに対して、他のステーションでのチャンネル・アダプテーション機能と相互作用するステーションのチャンネル・アダプテーション機能によって、周期的に変化するチャンネルの複数の位相領域の各々に、異なるチャンネル・アダプテーションを割り当てることができる。これについては、2004年2月26日に出願された、「Channnel Adaptation Synchronized to Periodically Varying Channel」と題された、米国特許出願第10/787544号に記載され、参照によってここに組み込まれる。MAC−BプロトコルのようなCCoを有する通信プロトコルを利用するステーションに対して、チャンネル・アダプテーションは前記周期的に変化するチャンネルへのビーコン送信の同期に基づくことができる。前記ステーションは次に、受信したビーコン送信に従ってチャンネル・アダプテーションを実行するが、各ステーションが周期的に変化するチャンネルの位相を直接検出する必要は無い。
ラインサイクル同期は、前記CCoが前記交流線の特定の地点をデジタル位相ロック・ループ(DPLL)又は均等物を利用してトラッキングすることにより、成し遂げることができる。前記CCoでフィルタ又はデジタル・ロック・ループを利用することは、交流線のサイクル位相測定においてノイズ・イベント又はジッターを推定することに役立つ。前記CCoは局所的なトラッキングの履歴を利用してビーコン送信の将来の位置をも予測し、且つビーコン・スケジュールの全てのステーションにこのことを通知する。CB送信が検出されないときでもパーシステントな配置を有するステーションが送信できるようにするために、前記CCoは前記ビーコン・ペイロード内の将来のCB送信の位置についての情報を提供する。
交流線サイクル同期に対する1つのアプローチは、前記CCoで(例えばゼロ交差の後の立ち上がりエッジなど)交流線サイクルの特別な特徴の発生を検出することを含み、この検出された特徴を利用して、該CCoに内蔵のネットワーク・クロックの値のトリガを開始する。例えば、25MHz、23ビットのネットワーク・クロックの値が検出された各時刻、前記検出器は各ラインサイクル時刻(LCT、n=0,1,2,…は次々と来る波形の周期数を表す)にトリガされる。前記CCoは次に、ラインサイクル時刻推定(LCTE)と呼ばれる、フィルタにかけられるか、又は「スムージングされた」バージョンの前記ラインサイクル時刻を生成する。このLCTEは、前記CB送信が同期できる時刻に、より安定した時刻基準を提供する。前記CCoは、所定のオフセットであるビーコン・オフセット(BO)だけ前記LCTEからずれたビーコン送信時刻(BTT、n=0,1,2,…は次々と来るCB送信を表す)にCB送信を送信する。
以下のアルゴリズムはLCTEの計算に利用できる。初期条件として、CCoはn=0及びn=1に対する前記ラインサイクル推定を2つの取得したラインサイクル時刻値に基づいて、
LCTE=LCT
LCTE=LCT
と計算する。前記CCoはまたラインサイクル周期の推定PER
PER=PER=LCT−LCT
と計算する。
前記CCoは次にラインサイクル周期を推定するトラッキング・フェーズに入り、ラインサイクル時刻推定はn≧2に対して、
PER=PERn−1+w(LCT−LCTn−1−PERn−1
LCTE=LCTEn−1+PER+w(LCT−(LCTEn−1+PER))
と更新される。
LCTE及びPERの両方は1/2の形をした重み定数(kは正の整数)w及びwに基づいてフィルタをかけられる。大きなkの値は、局所的なノイズ又は位相撹乱が原因であるジッターのよいフィルタリングを提供するが、交流線のサイクル位相の貧弱なトラッキングになり得る。LCTの値を値が検出された後に予測される範囲に制限又は抑えて、まれに起こる前記交流線の波形で大きなジッターがCB送信時刻の大きな変化にならないようにすることは役に立つ可能性がある。
過去の値に基づいて前記LCTE値をフィルタリングすること(及びその結果生じるCB送信時刻)に加えて、前記CCoは将来のCB送信時刻を予測及び通知して、CB送信に失敗した各ステーションが、以前に受信したCB送信に頼ることを可能にする。例えば、ラインサイクル周波数にゆっくりとした線型の増加が存在したとき、前記CCoは過去の値の線型フィットに基づいて将来のLCTE値を外挿することができる。CB送信の前記フレーム制御フィールドはビーコン送信オフセット(BTO)を含み、前記CCoのネットワーク・クロックに基づいた、期待された位置から将来のCB送信のオフセットを通知することができる。例えば、前記BTOフィールドは25MHzの周期のクロックで測定された符号付き16ビット値である。各CB送信は複数のBTOフィールドを含み、現在のCB送信に続く第1CB送信、現在のCB送信に続く第2CB送信、…のオフセットを提供することができる。前記CB送信のフレーム制御を表すことができるBTOフィールドの数は可変である。所定のBTO値(例えば0x8000)は、対応するBTOフィールドが無効である(すなわち利用されない)ことを示すために利用することができる。BTOフィールドは、現スケジュールと一緒にして、ステーションにCB送信が失敗したときパーシステント・アロケーション・タイム・スロットにおいて確かに送信することを可能にする。CB送信で表れるBTOフィールドの数は、ビーコン・ペイロードに現れるスケジュールの最大のパーシステンス以上になるように選択することができる。
図6はラインサイクル時刻とビーコン送信時刻との関係を描いたものである。pビーコン周期後の将来のCB送信の時刻BTTm+p及び対応するBTOm+pは、CCoにおいて
BTTm+p=LCTE+(qpPER)+BO
BTOm+p=BTTm+p−BTTm+p−1ーqPERLC
と計算され、BOはビーコン・オフセット、PERLCは通常のラインサイクル周期(例えば50Hzのラインサイクルでは20ms)、及びqはビーコン周期におけるラインサイクル周期の数(例えばq=2)である。
前記CCoは、(例えばBOを変えることによって)前記CB送信を動かして、CB送信の検出の信頼性を増加することができる。例えば、ステーションはビーコン検出フラグ(BDF)をフレーム制御フィールドに立てて、ステーションが現在のビーコン・ピリオドでCB送信の受信に成功したか否かを示す。前記CCoはこの情報を利用して、BSSにおけるステーションによるCB送信の検出の信頼性を判定することができる。
−−−−クロック同期−−−−
前記CCoはネットワーク・クロックを含み、BSSの各ステーションに対して、分散型の時刻基準を提供する。前記CCoはCB送信でネットワーク・クロックから生成されるタイム・スタンプを送信する。例えば、前記タイム・スタンプは、前記CCoの25MHzのネットワーク・クロックのエッジ(例えば立ち上がりエッジ)で増加するカウンタからの32ビット値であり得る。前記ビーコン・ピリオド及びスケジュールを含む、ネットワーク全てのタイミングは、前記ネットワーク・クロックから導かれる。各ステーションは各々の時刻(例えばデジタル位相ロック・ループ)を前記ネットワーク・クロックに問い合わせて同期する。前記CB送信の送信開始(例えばプレアンブルの開始)は、タイム・スタンプ値に近い(例えば1マイクロ秒以内)時刻に起こる。
前記ネットワーク・クロックは、ステーション間で信号を伝達している物理層を同期するために利用され、高い正確性のクロックを必要とせずにインターキャリア干渉を消去する。例えば、ステーションのクロックが十分に正確で、200kHzのキャリア幅を有するPHY−Aのサンプリング信号に対して正確なサンプル時刻を提供するかも知れないが、各ステーションのクロックは25kHzのキャリア幅しか有しないPHY−Bのサンプリング信号を利用したときに、インターキャリア干渉を引き起こすかもしれない。より密なキャリア幅は、送信及び受信ステーションのクロック間にサンプリング・エラーを導く周波数エラーのためのより長いシンボル及びより長い時間に対応する。他の信号特性もまた、サンプリング・エラーに対する信号の感度に寄与する。例えば、高次の変調(例えば16−QAM対4−QAM)は一般的により狭いタイミングの許容範囲を有する。前記サンプリング・エラーの結果、搬送波はもはや厳密に直交ではないかも知れない。このサンプリング・エラーは低周波の搬送波よりも高周波の搬送波に影響を与えるかもしれない。
サンプリング時刻を決定するために利用される前記物理層クロックは、前記タイム・スタンプに基づいてネットワーク・クロックに同期する各ステーションのクロックより早いかもしれない。ある実施形態において、前記物理層クロックは75MHzで、ステーションの25MHzのクロックに合わせられる。例えば、もしネットワーク・クロックをトラッキングするステーションのクロックが(25MHzに対して)10ppmで合わさせられたら、前記物理層クロックもまた(75MHzに対して)10ppmで合わせられる。
−−−−チャンネル推定−−−−
チャンネル推定は電力線チャンネルの特性を測定する手順であり、前記物理層の動作に対して最適な性能を提供するために適合させる。チャンネル推定は、以下を含む。
●各搬送波で利用すべき変調方法を指定するトーン・マップを選択する。任意の搬送波は、ビーコン・ピリオド内で異なる時刻に異なる変調を利用してもよい。
●FEC率を選択する。
●ガード期間長の選択する。
●特定のトーン・マップ、FEC率、及びガード期間設定が適用されるビーコン・ピリオド内の期間を選択する。
前記FEC率及びガード期間長は交流線のサイクル周期で変えることができるが、任意の与えられた時刻において全ての搬送波に対してこれらは同じである。
チャンネル推定の結果は前記CCoに、CFPのタイム・スロット割り当てに利用するために報告される。前記CCoは送信及び受信ステーション間の通信のために時間を割り当て、チャンネル推定を実行することができる。前記CCoは次に、CFPのステーションに割り当てられたタイム・スロットのスケジュールの決定又は更新で、このチャンネル推定情報を利用する。
前記チャンネル推定手順はCPとCFPとの間で若干違っていてもよい。CPでは、受信ステーションがCPのどこかにある送信ステーションによって利用されるかもしれないトーン・マップの初期値を指定することができる。前記受信ステーションはオプションで、前記ビーコン・ピリオドの特定に期間前記CPで利用されるかもしれない別のトーン・マップを定義してもよい。このアプローチは送信ステーションがトーン・マップを利用して変調されたデータをすばやく通信し始め、CPに対するCSMAアクセス手続きとチャンネル推定手続きとの間の複雑な相互作用を避けることを可能にする。このアプローチは、ベスト・エフォート型のデータ転送に向いているであろう。あるいは、受信ステーションは、送信がCP内か又はCFP内かのいずれであるかを考慮に入れること無く、特定のチャンネル・アダプテーションが適用する、ビーコン・ピリオド内の期間を指定することができる。
データ通信がCFP内で発生する前に、前記受信ステーションは、送信がスケジュールリングされたビーコン・ピリオドの期間で有効であるトーン・マップを定義する。有効なトーン・マップが期間内に定義されていなければ、前記送信ステーションは前記期間に「SOUND MPDU」を、前記受信ステーションが該期間に対してトーン・マップを定義するまで送信する。前記「SOUND MPDU」は、前記受信ステーションが推定することができるチャンネル特性から該受信ステーションに知らされた信号を含む。前記受信ステーションは、搬送波に対する変調がその搬送周波数においてチャンネル特性に合わせてトーン・マップを定義する。チャンネル特性に加えて、受信ステーションは送信されるデータのタイプに基づいてトーン・マップを定義することもできる(例えば、より堅牢な変調を適用すると、よりデータ損失に敏感になる)。前記トーン・マップは送信ステーションにチャンネル推定応答(CER)メッセージで送られる。
あるいは、有効なトーン・マップがある期間において定義されていない場合に、前記送信ステーションは、最悪な場合のチャンネル特性を仮定してうまく送信されるために十分な冗長性を有するトーン・マップの初期設定を利用することができる。このトーン・マップの初期設定は、前記送信ステーションが比較的小さな量の送信データしか有していない場合、より適切である。前記チャンネル推定手順はまた、各トーン・マップが利用されるビーコン・ピリオド内の期間のリストを保守するためのメカニズムも含む。トーン・マップ期間は、特定のトーン・マップが利用されるビーコン・ピリオド内の時間として定義される。前記CCoは交流線に対するビーコン・ピリオドをロックするので、期間は交流線サイクルに同期する。
電力線上のチャンネル及びノイズ特性は元となる交流電力サイクルと共に周期的になる傾向がある。ある場合、これらの欠陥は図1に示したように交流電力サイクルの2倍(すなわち100又は120Hz)で発生するが、別の場合それらは交流電力線サイクルと同じ周波数で発生する(例えば、交流電波形の極性に応答するノイズ源)。異なるアクセス・メカニズム及びQoS要求のため、CP及びCPFで発生する期間は異なって扱われるかもしれない。
前記受信ステーションは、以下のいずれかを含み得るあるガイドラインを前提として、様々なトーン・マップが使用されえる期間を特定する。
●CPのトーン・マップの初期設定は競合期間のどこでも利用し得る。
●トーン・マップの初期設定を除いて、期間は分離する(重ならない)。
●送信機は、異なるトーン・マップを利用する期間、間の境界を横切るPPDUペイロードを有するPPDUを送信してはいけない。
●受信機は、完全なPPDUを運ぶのに十分な長さの期間を、示されたトーン・マップに基づいて特定すること。
●現在の期間の定義はCERメッセージで運ばれること。
●現在の期間の定義は、最後のCERメッセージが受信ステーションから受信されて30秒経過したら古くなること。
上に記載したものよりも数多くの本発明の別の実施形態が本発明の範囲内であるが、これらは添付した請求項で定義される。
尚、米国出願の英文明細書中にJISコードで表記できない箇所があったため、この翻訳文では代替表記を使用した、具体的には、(−1)1/2
のように、米国出願の明細書では−1の平方根があったが、便宜上、−1に1/2を乗じるという形で表現した。
交流線サイクルの波形周期と共にノイズ変形の一例を示した図。 ネットワーク構造の概略図。 通信システムのブロック図。 ビーコン・ピリオドのタイミング図。 スケジュールを示す図。 ラインサイクル同期手順のタイミング図。

Claims (56)

  1. 共有媒体上でステーションが通信をするネットワークにおいて動作するための方法であって、前記共有媒体は、ほぼ周期的に変化する、少なくとも1つの可変チャンネル特性を有し、前記少なくとも1つの可変チャンネル特性は、該可変チャンネル特性に関連する周期が所定の値にほぼ等しくなるように、ほぼ周期的に変化するものであり、前記方法は、
    複数の前記各ステーション間の送信を調整するための調整ステーションからビーコン送信を繰り返し提供することであって、少なくとも幾つかのビーコン送信が可変チャンネル特性に同期されている、前記繰り返し提供すること、
    前記可変チャンネル特性の検出された特徴からの時間オフセットに基づいて、第1ビーコン送信の開始時刻を決定すること、
    少なくとも1つの将来の第2ビーコン送信の開始時刻を示す情報を、前記第1ビーコン送信に含めること、
    第1ステーションが少なくとも1つの受信ステーションに送信することを許容されている前記将来の第2ビーコン送信に関連するタイム・スロットを示す情報を、前記第1ビーコン送信に含めること、
    前記調整ステーションから前記第1ステーションにより受信された前記第1及び第2ビーコン送信のうちの少なくとも1つに基づいて決定されたタイム・スロットの間に、前記第1ステーションから少なくとも1つの受信ステーションへ送信を行うこと
    を備える方法。
  2. 前記調整ステーションは、前記ビーコン送信の情報により指定された少なくとも幾つかのステーションにタイム・スロットを割り当てる、請求項1に記載の方法。
  3. 少なくとも幾つかのステーションは、各ステーションが、前記周期な可変チャンネル特性の異なる位相領域に応じて異なるアダプテーションを割り当てることを可能にすべく、前記調整ステーションにより指定された送信タイム・スロットにアダプテーションを同期させる、請求項2に記載の方法。
  4. 前記共有媒体での少なくとも幾つかの送信は、サービス品質(QoS)に敏感な送信を含み、前記調整ステーションはタイム・スロットを、送信欠損が他の位相領域よりも少ない周期的な可変チャンネル特性の位相領域に対応する、少なくとも幾つかのQoSに敏感な送信に対して割り当てる、請求項2に記載の方法。
  5. 前記ネットワークは電力線通信ネットワークを含み、且つ前記共有媒体は交流(AC)電力線を含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記可変チャンネル特性は交流電力線の波形に従って変化するノイズを含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記可変チャンネル特性は交流電力線の波形に従って変化する周波数応答を含む、請求項5に記載の方法。
  8. 少なくとも幾つかのビーコン送信を、前記調整ステーションにおける交流電力線の波形に同期させることを更に備える、請求項1に記載の方法。
  9. 少なくとも幾つかのビーコン送信を前記交流電力線の波形に同期させることは、交流電力線の波形のゼロ交差を検出することを備える、請求項8に記載の方法。
  10. 少なくとも幾つかのビーコン送信を前記交流電力線の波形に同期させることは、連続したビーコン送信間の時間を交流電力線の波形の半周期の整数倍に設定することを備える、請求項8に記載の方法。
  11. 前記ビーコン送信の期間を連続したビーコン送信間の時間の半分より小さくするのに十分に大きな整数倍を選択することを更に備える、請求項10に記載の方法。
  12. 連続したビーコン送信間の時間が交流電力線波形の周期の2倍であるように、前記整数倍は4倍である、請求項11に記載の方法。
  13. 第1ステーションが受信したビーコン送信に含まれる時刻基準から決定されるタイム・スロットの間、前記第1ステーションから受信ステーションへ送信を行うことを更に備える、請求項1に記載の方法。
  14. 前記時刻基準は、ビーコン送信の所定の部分が前記第1ステーションによって受信される時刻を含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記時刻基準から前記タイム・スロットを決定することは、前記ビーコン送信の情報に基づき、前記時刻基準から測定されたタイム・スロットに対する開始及び終了時刻を決定することを備える、請求項13に記載の方法。
  16. 前記タイム・スロットは、少なくとも1つの受信ステーションに送信を行うために前記第1ステーションに割り当てられる、請求項13に記載の方法。
  17. 前記第1ステーションは、少なくとも1つの受信ステーションに送信するために、連続したビーコン送信間にある複数の非連続なタイム・スロットを割り当てられる、請求項16に記載の方法。
  18. 前記複数のタイム・スロットは、第1ステーションに割り当てられた任意の2つのタイム・スロット間の最大の時間が、第1ステーションからアプリケーション送信のレイテンシ制限を満たすのに十分小さくなるように割り振られる、請求項17に記載の方法。
  19. 前記複数のタイム・スロットは、データ損失率を考慮に入れてデータを再送信する機会を含む、請求項18に記載の方法。
  20. 前記タイム・スロットは競合プロセスが成功した後に第1ステーションに対して使用可能である、請求項13に記載の方法。
  21. 前記調整ステーションは、タイム・スロットを前記ビーコン送信の情報により指定された少なくとも幾つかのステーションに割り当てるとともに、任意の複数のステーションが成功した競合プロセスの後に送信し得る時間領域を割り当てる、請求項20に記載の方法。
  22. 前記第1ステーションから受信ステーションへの送信は、前記受信ステーションからのアダプテーション情報に基づいた前記タイム・スロットの間に送信されるべき信号を準備することを備える、請求項13に記載の方法。
  23. 前記アダプテーション情報は、信号の複数の搬送波各々で利用される変調のタイプを指定するマップを含む、請求項22に記載の方法。
  24. 前記アダプテーション情報は複数のマップを含み、各マップは前記信号の複数の搬送波各々で利用される変調のタイプを指定し、各マップはビーコン送信間の選択された時間間隔に対応する、請求項23に記載の方法。
  25. 前記タイム・スロットは複数の選択された時間間隔と重なる、請求項24に記載の方法。
  26. 前記アダプテーション情報は信号の符号化に利用される転送エラー訂正率を含む、請求項22に記載の方法。
  27. 前記アダプテーション情報は、信号を形成するシンボル間で利用されるべきガード期間長を備える、請求項22に記載の方法。
  28. 前記アダプテーション情報は、前記第1ステーションからの少なくとも1つの以前の送信に基づき、受信ステーションによって決定される、請求項22に記載の方法。
  29. 前記アダプテーション情報は、前記タイム・スロットに対応する以前のタイム・スロットの期間中、前記第1ステーションからの少なくとも1つの以前の送信に基づき、受信ステーションによって決定される、請求項28に記載の方法。
  30. 前記アダプテーション情報は、前記第1ステーションからの以前の送信での前記共有媒体の特徴的な結果に基づき、受信ステーションによって決定される、請求項28に記載の方法。
  31. 前記以前の送信は、受信ステーションに知られたデータを含む、請求項30に記載の方法。
  32. 前記結果は信号ノイズ比、減衰、及びビット・エラー率の少なくとも1つを含む、請求項30に記載の方法。
  33. 前記ステーションへのタイム・スロットの割り当ての利用に対する調整ステーションへの影響に基づき情報を送信することを更に備える、請求項30に記載の方法。
  34. 前記影響に基づく前記情報は、特定のタイム・スロット内で信頼して遂行できる予測された最大のデータ速度を備える、請求項33に記載の方法。
  35. 前記以前の送信は、前記調整ステーションが各ステーションに対してよりパーシステントなタイム・スロットを割り当てる前に、該調整ステーションによって割り当てられる一時的なタイム・スロットの間に発生する、請求項33に記載の方法。
  36. 前記調整ステーションは複数のステーションから予測された最大のデータ速度を利用して、前記ネットワークの総容量を増大する、請求項34に記載の方法。
  37. 前記アダプテーション情報は、前記第1ステーションと受信ステーションとの間のアプリケーション送信の通信特性に基づいて決定される、請求項22に記載の方法。
  38. 前記通信特性は、データ損失に対するアプリケーションの感度を含む、請求項37に記載の方法。
  39. 前記通信特性はアプリケーションのサービス品質要求を含む、請求項37に記載の方法。
  40. 前記アダプテーション情報は前記第1ステーションからの要求に応じて前記受信ステーションにより決定される、請求項22に記載の方法。
  41. 前記第1ステーションからの以前の送信での共有媒体の結果を特徴付けるメトリックの変化に応じて、前記受信ステーションから前記第1ステーションに更新されたアダプテーション情報を送信することを更に備える、請求項22に記載の方法。
  42. 調整ステーションに前記アダプテーション情報を送信することを更に備える、請求項22に記載の方法。
  43. 前記アダプテーション情報は前記第1ステーションから調整ステーションに送信される、請求項42に記載の方法。
  44. 前記アダプテーション情報は前記受信ステーションから前記調整ステーションに送信される、請求項42に記載の方法。
  45. 前記アダプテーション情報は前記調整ステーションに、前記調整ステーションに対するメッセージの形態で送信される、請求項42に記載の方法。
  46. 前記アダプテーション情報は前記調整ステーションに、前記共有媒体でのメッセージ・ブロードキャストのヘッダーの形態で送信される、請求項42に記載の方法。
  47. 前記調整ステーションは、前記アダプテーション情報に基づいて各ステーションに割り当てるタイム・スロットを決定する、請求項42に記載の方法。
  48. 前記第1ステーションから複数の受信ステーションに前記タイム・スロットの間信号を送信することと、前記複数の受信ステーションの少なくとも幾つかからのアダプテーション情報に基づいて前記信号を準備することとを更に備える、請求項1に記載の方法。
  49. 前記アダプテーション情報に基づいて前記信号を準備することは、任意の前記複数の受信ステーションから受信したシンボル毎の最低の変調ビットを利用して信号を準備することを含む、請求項48に記載の方法。
  50. 前記アダプテーション情報に基づいて前記信号を準備することは、任意の前記複数の受信ステーションから受信した最低の転送エラー訂正率を利用して信号を準備することを備える、請求項48に記載の方法。
  51. 前記調整ステーションから第1ステーションにより受信された前記第1及び第2のビーコン送信のうちの少なくとも1つに基づいて決定されたタイム・スロットの間に前記第1ステーションから少なくとも1つの受信ステーションへ送信を行うことは、最新のビーコン送信の受信に失敗した後、最新のビーコン送信以前のビーコン送信に含まれる情報に基づいて決定されたタイム・スロットの期間中、該第1ステーションから前記受信ステーションに送信を行うことを備える、請求項1に記載の方法。
  52. ネットワーク中の各ステーションによる、ビーコン送信の連続した受信の信頼性に基づく時間のオフセットを選択することを更に備える、請求項1に記載の方法。
  53. 前記情報は複数の過去のビーコン送信の開始時刻に基づく、請求項1に記載の方法。
  54. 複数の将来のビーコン送信の開始時刻を示す情報を、前記第1ビーコン送信に含めることを更に備える、請求項1に記載の方法。
  55. 前記第1ステーションが少なくとも1つの受信ステーションに送信することを許容されている将来のビーコン送信に関連するタイム・スロットを示す情報を、前記第1ビーコン送信に含めることを更に備える、請求項54に記載の方法。
  56. 共有媒体上でステーションが通信をするシステムであって、前記共有媒体は、ほぼ周期的に変化する、少なくとも1つの可変チャンネル特性を有し、前記少なくとも1つの可変チャンネル特性は、該可変チャンネル特性に関連する周期が所定の値にほぼ等しくなるように、ほぼ周期的に変化するものであり、前記システムは、
    複数の前記ステーション間の送信を調整するためのビーコン送信を繰り返し提供するために構成された調整ステーションであって、少なくとも幾つかのビーコン送信が可変チャンネル特性に同期されており、第1ビーコン送信の開始時刻は、前記可変チャンネル特性の検出された特徴からの時間オフセットに基づいて決定され、前記第1ビーコン送信は、少なくとも1つの将来の第2ビーコン送信の開始時刻を示す情報を含んでおり、前記第1ビーコン送信は、第1ステーションが少なくとも1つの受信ステーションに送信することを許容されている前記将来の第2ビーコン送信に関連するタイム・スロットを示す情報を含んでいる、前記調整ステーションと、
    第1ステーションであって、前記調整ステーションから前記第1ステーションにより受信された前記第1及び第2ビーコン送信のうちの少なくとも1つに基づいて決定されたタイム・スロットの間に、少なくとも1つの受信ステーションに送信を行うように構成された前記第1ステーションと、
    を備えるシステム。
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