JP5027122B2 - 未知のサブチャネル可用性を有するｏｆｄｍシステムのためのハンドシェーク方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信分野、特にＯＦＤＭシステムにおけるハンドシェークを実現するための方法及び装置に関する。

無線通信システムは、爆発的な成長を経験してきた。ローカル無線アクセスネットワークからセルラー電話システムまで、益々沢山の周波数スペクトルが無線通信に割り当てられている。しかしながら、このような割り当ては、固定され、非効率な周波数スペクトルであることが知られている。米国、カナダ及び欧州においては、スペクトルのポリシーは、根本的に見直されつつある。例えば、米国政府は、最近、どのようにしてスペクトラムを良好に管理するかについての推奨を発する指令とともにスペクトラムポリシーイニシアチブを確立した。これは、未使用のラジオリソースの日和見主義的使用を許すことによりラジオスペクトルを開放するための革新的方策を研究するように無線通信産業を導いた。ラジオスペクトルのこの新しく新規性のある使用は、ＳＡＲＡ（Spectrum Agile Radios）又はＣＲ（Cognitive Radios）と呼ばれるが、現在のユーザに害のある影響を生じさせることなく空いているスペクトルの再利用を可能にするものである。

よって、このような経験的事実認識に基づいたラジオの如き将来の無線通信システムは、既に割り当てられ、すなわち主要なユーザに認可された周波数帯域に採用されるか、又は周波数スペクトルの認可されていない部分において動作しうる。こうした認可及び／又は非認可の環境において、これら先進の無線システムは、既存の無線システムの主要なユーザにより使用されない空きのスペクトルにおいてのみ通信することが期待される。しかしながら、主要なユーザは、種々のチャネルにおける伝送の連携なしで、時間に依存した形でそれらの割り当てられた周波数チャネルを使うので、他のユーザに対する空き又は未使用チャネルの利用可能性が時間とともに変化する。このようなユーザは、日和見主義的な基礎及び経験的事実認識に基づいたラジオ技術に基づきうるもので周波数スペクトルを用いるものである。

今まで、ＯＦＤＭがこうした極めて動的な環境のための最も適切な伝送方法であると目されることが一般には認められている。その理由は、チャネルの使用によってオン又はオフとなるよう構成されることのできる多数のサブチャネルの規定をすることができるからである。

しかしながら、このような日和見主義的な技術による大きな問題は、通信を見越すように送信機及び受信機の双方のために利用可能なチャネルを如何にして判定するかである。また、この判定は、チャネル使用の時間に依存する性質が固定チャネル割り当てを除外するので、リアルタイムになされなければならない。

よって、産業界には、ＯＦＤＭを基礎とするシステムにおける送信／受信チャネルの割り当てを動的に判定するためのシステム及び方法の必要性がある。

ＯＦＤＭ通信システムにおける利用可能な通信サブチャネルを判定するための方法及び装置が開示される。この方法は、少なくとも１つの第１のサブチャネル（２０７）において、少なくとも１つの第１のデータパケット（２４５）の第１の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報（２１０）を送信するステップと、少なくとも１つの第２のサブチャネル（２５０）において、第２の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報（２２５）を受信するステップと、 前記第１及び第２の送信（４３０）に関する情報に基づいて利用可能なサブチャネルの少なくとも１組を判定するステップと、を有する。本発明の一態様において、判定される利用可能なサブチャネルの少なくとも１組が受信システムにさらに供給される。サブチャネルの利用可能性に関する情報は、個別の伝送において、又はデータパケット内で、或いは各後続のデータパケット内で、又はデータパケットのうちの選ばれたものの中で供給されている。

各図面は、本発明の概念を示すためのものであり、一律の尺度で描かれていないことに留意されたい。適宜、参照符号が付されうる同じ参照数字は、対応する部分を識別するために全体を通して用いられていることが分かる筈である。

図１は、周波数スペクトル１００の代表的な割り当て及び使用法を示しており、ここでは、使用法の決定論的なパターンを有する認可されたチャネル１１０が、５，１３０ないし５，１７０ＭＨｚの周波数範囲に示され、チャネルの割り当てられていない５，２５０ないし５，３００ＭＨｚの範囲に第２の認可周波数範囲１２０が示される。また、５，１７０ＭＨｚと５，２５０ＭＨｚとの間の重用される非認可の周波数範囲１３０も示されている。この非認可周波数範囲において、各々が２０ＭＨｚの４つのチャネル１３０．１〜１３０．４が示される。認識されるように、これら４つのチャネルの使用法は、それらの伝送の時間又は期間の長さが固定され又は知られているものであるので、非決定論的なものであり、時間とともに変化している。

図２Ａ及び図２Ｂは、１〜８として全部で８つのサブチャネルを有するシステムのための、本発明の原理によるハンドシェークプロトコルの例を一括して示している。図２Ａは、ハンドシェークを行う送信機によりサブチャネル１，２及び７，２０７の期間２１０の使用形態を示している。さらに示されているのは、送信に利用できないサブチャネル３，４及び６，２０５である。

この図示の例において、送信機が受信機との通信を確立するため、送信機は、空きのサブチャネルのサブセット又は全てを選択し、選択された全てのサブチャネル上に並列に又は実質的に同時に、ハンドシェークパケットの複数のコピーを送信する。図２Ａに示される本発明の一態様においては、オプションとしての既知のプリアンブルパケットを、ハンドシェークパケット２１０の始まりの前に期間２１５において送信可能である。プリアンブルパケットの使用は、ハンドシェークパケットが利用可能であることの判定をなすために受信機が用いられうるという情報を提供する点で有利である。他の態様において、ハンドシェークデータの存在を判定するため、プリアンブルパケットがないとき、ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check；周期的冗長検査）のようなエラー検出コードを利用することができる。本発明のもう１つの態様において、ハンドシェークパケットのコピーは、所定の適切な位相により変調された異なるサブチャネルにおいて送信されるようにしてもよい。

受信機は、送信機により使われたサブチャネルのうちの少なくとも１つにおいて、ノイズから信号を区別した後、当該送信チャネルにおいて受信されるハンドシェークパケットにおける情報を復号する。受信したハンドシェークパケットにおけるこの情報は、送信機が動作可能及び／又は動作予定となるそうしたサブチャネルに関する情報を含む。

受信機が複数のサブチャネルにおけるハンドシェークデータを検出することができる場合、受信機は、当該動作の信頼性を向上させる組み合わせ方法を用いることができる。

受信機において利用可能なチャネルがある場合、受信機は、利用可能性（可用性）などの受信機のローカルチャネル情報を送信機に通知するために同様の技術を用いて応答を提供することになる。図２Ｂは、チャネル１，３及び８，２２０が利用不可能であると判定された模範的ケースを示しており、これにより、ハンドシェーク応答は、チャネル２，４及び７，２５０における時間期間２２５において提供される。また、ハンドシェークパケットの送信の前に時間期間２３０におけるオプションのプリアンブルパケットの送信も示されている。

送信機は、受信機からハンドシェークパケットを受信すると、その後、オンに動作するために送信機及び受信機双方に対して利用可能なサブチャネルの少なくとも１つの組み合わせを判定しうるものであり、判定されたサブチャネル（すなわち、図２Ａにおけるサブチャネル２，５及び７）によりＯＦＤＭを用いてデータパケット２４５を送ることができる。これから分かるように、異なるセットの共通サブチャネルが各方向の通信のために用いられうる。知られたチャネル情報により、受信機は、送信機に対して情報を受信及び送信することができる。

図示のように、データパケット２４５は、その後、ローカル処理のようなタスクのため又は受信から送信の遷移のために補償する既知の遅延の後に送信されうる。

図３は、本発明の原理による模範的ハンドシェークパケットを示している。この図示の例において、使用サブチャネル、送信／受信のための見込まれるサブチャネル、送信元及び／又は送信先アドレス、コーディング及び／又は変調情報、パケット長、チャネルスケジューリング情報、ロケーション情報、タイミング情報（すなわち、当該サブチャネル情報が有効となる時間）などに関する情報は、ハンドシェークパケットに含まれうる。

図４は、本発明の原理による送信機／受信機チャネルを判定するための模範的処理４００のフローチャートを示している。この模範的処理において、ブロック４１０においては、判定は、利用不可能なチャネルにつき行われる。ブロック４１５において、ハンドシェーク情報は、利用可能なサブチャネルにより送信される。前述したように、プリアンブルは、ハンドシェーク情報が送信されつつあることを判定する際に受信機を支援するために送信されるようにしてもよい。ブロック４２０において、送信機は、受信機からの応答を待つ。

応答が受信されたとき、送信機は、ブロック４２５において受信機チャネルの利用可能性に関する提示情報を確認する。ブロック４３０において、判定は、送信機及び受信機チャネルに関して行われる。これにはまた、送信機／受信機チャネル及び各チャネルが利用可能である期間（すなわち時間）に関する情報を含みうる。一態様において、利用可能なサブチャネルの判定は、送信機及び受信機に関連する利用可能なサブチャネルの集合として判定されうる。もう１つの態様において、利用可能なサブチャネルの判定は、関連するサブチャネルの有効性の時間に基づいて行われるようにしてもよい。

送信機は、ブロック４３５において、サブチャネル割り当てデータに関する情報を受信機に送信可能である。他の態様において、送信機は、サブチャネル割り当てに関する情報を含みうるデータパケットを受信機に送信するようにしてもよい。

図５は、本発明の原理による送信機／受信機チャネルを判定するための第２の模範的処理５００を示している。この模範的処理において、図４において説明した処理と同様、利用可能なチャネルに対してブロック４１０において判定が行われる。ブロック５１０において、タイマが開始し、これが送信されたハンドシェークに対する応答を受信機がなすための有限の時間を提供するために用いることができる。ブロック４１５において、ハンドシェーク情報は、図４において説明した処理と同様に送信される。ブロック４２０において、送信機は、受信機からの応答を待つ。このケースにおいて、応答が受信されるとき、処理は、ブロック４２５において継続し、受信した受信機チャネル情報の確認が行われる。ブック４３０において、利用可能な送信機／受信機チャネル組み合わせが判定される。ブロック５２０において、判定は、利用可能なチャネル組み合わせが判定されるかどうかにつき行われる。その回答が肯定のものであると、正常なハンドシェークの指示が形成される。そうでない場合、ブロック５４０において、ハンドシェークが失敗したことの指示が形成される。

ブロック４２０において待機状態に戻り、ブロック５５０において割り当てられた時間期間に応答が受信されないと、ブロック５６０において、ハンドシェーク処理を再試行することが許容可能であるかどうかが判定される。この回答が肯定のものである場合、処理はブロック５１０において継続し、当該処理が繰り返される。但し、当該回答が否定のものであると、ブロック５４０においてハンドシェークが失敗したことの指示が形成される。

本発明によるシステムは、適切なソフトウェア又実行可能なコードがロードされる１つ又は複数のハードウェア／ソフトウェア装置に埋設可能なハードウェア、プログラマブル処理又はコンピュータシステムとして具現化することができる。かかるシステムは、コンピュータプログラムによって実現可能である。コンピュータプログラムは、プログラム可能な装置にロードされたときに、当該装置におけるプロセッサに本発明による方法を実行させることになる。したがって、コンピュータプログラムによって、プログラム可能な装置は、本発明によるシステムとして機能することができる。

本発明の基本的な新規の特徴をその好適実施例に適用した通り図示し、説明しかつ指摘してきたが、開示した装置の形態及び詳細においてまたそれらの動作において説明した装置の様々な省略や代替及び変更は、本発明の主旨から外れることなく当業者により行うことができることに留意されたい。

同じ結果を達成するように同様の方法で同様の機能を行うそうした要素の全ての組み合わせは、本発明の範囲内にあることを明確に意図するものである。或る説明された実施例から他の形態への要素の置換も全て意図したものであり包含されるものである。

周波数スペクトルの代表的な割り当てを示す図。 本発明の原理による模範的送信機／受信機ハンドシェークを集約して示す図。 本発明の原理による模範的送信機／受信機ハンドシェークを集約して示す図。 本発明の原理による模範的ハンドシェークパケットを示す図。 本発明の原理による送信機／受信機ハンドシェークを実行するための模範的処理のフローチャート。 本発明の原理による送信機／受信機ハンドシェークを実行するための第２の模範的処理のフローチャート。

Claims (26)

1. ＯＦＤＭ通信システムにおける利用可能な通信サブチャネルを判定する方法であって、
   少なくとも１つの第１のサブチャネルにおいて、少なくとも１つの第１のデータパケットの第１の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報を送信するステップと、
   少なくとも１つの第２のサブチャネルにおいて、第２の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報を受信するステップと、
   前記第１及び第２の送信に関する情報に基づいて利用可能なサブチャネルの少なくとも１組を判定するステップと、
   を有し、前記第１及び第２の送信のための利用可能なサブチャネルに関する情報は、関連する有効時間を含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも１組の利用可能なサブチャネルが判定されるときに指示を提供するステップをさらに有する方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、当該判定された少なくとも１つの組の利用可能なサブチャネルは、前記関連する有効時間によって決まる、方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記第１の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報の送信前にパケットにおいてプリアンブル情報を送信するステップをさらに有する方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記第２の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報の受信の前にパケットにおいてプリアンブル情報を受信するステップをさらに有する方法。
6. 請求項１に記載の方法であって、
   前記第２の送信に関する情報を受信するための許容時間を開始するステップと、
   当該許容時間が満了したときに指示を提供するステップと、
   をさらに有する方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、当該判定されたサブチャネルのうちの少なくとも１つにおいて当該判定された利用可能なサブチャネルの組から当該判定された利用可能なチャネルのうちの少なくとも１つに関する情報を送信するステップをさらに有する方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、第１のデータパケットにおける当該判定されたサブチャネルのうちの少なくとも１つにおける当該判定された利用可能なサブチャネルの組から当該判定された利用可能なチャネルのうちの少なくとも１つに関する情報を送信するステップをさらに有する方法。
9. ＯＦＤＭ通信システムにおいて利用可能な通信サブチャネルを判定する装置であって、
   少なくとも１つの第１のサブチャネルにおいて、少なくとも１つの第１のデータパケットの第１の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報を送信し、
   少なくとも１つの第２のサブチャネルにおいて、第２の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報を受信し、
   前記第１及び第２の送信に関する情報に基づいて利用可能なサブチャネルの少なくとも１組を判定する、
   ためのコードをメモリとの連携において実行するためのプロセッサを有し、
   前記第１及び第２の送信のための利用可能なサブチャネルに関する情報は、関連する有効時間を含む、装置。
10. 請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサはさらに、少なくとも１組の利用可能なサブチャネルが判定されるときに指示を提供するためのコードを実行する、装置。
11. 請求項９に記載の装置であって、当該判定された少なくとも１つの組の利用可能なサブチャネルは、前記関連する有効時間によって決まる、装置。
12. 請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサはさらに、前記第１の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報の送信前にプリアンブルパケットを送信するためのコードを実行する、装置。
13. 請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサはさらに、前記第２の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報の受信の前にプリアンブルパケットを受信するためのコードを実行する、装置。
14. 請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサはさらに、
    前記第２の送信に関する情報を受信するための許容時間を開始し、
    当該許容時間が満了したときに指示を提供する、
    ためのコードを実行する、装置。
15. 請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサはさらに、当該判定されたサブチャネルのうちの少なくとも１つにおいて当該判定された利用可能なサブチャネルの組から当該判定された利用可能なチャネルのうちの少なくとも１つに関する情報を送信するためのコードを実行する、装置。
16. 請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサはさらに、第１のデータパケットにおける当該判定されたサブチャネルのうちの少なくとも１つにおける当該判定された利用可能なサブチャネルの組から当該判定された利用可能なチャネルのうちの少なくとも１つに関する情報を送信するためのコードを実行する、装置。
17. 請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサはさらに、複数の第１のデータパケットの各々における当該判定されたサブチャネルのうちの少なくとも１つにおける当該判定された利用可能なサブチャネルの組から当該判定された利用可能なチャネルのうちの少なくとも１つに関する情報を送信するためのコードを実行する、装置。
18. 請求項９に記載の装置であって、前記プロセッサはさらに、複数の第１のデータパケットのうちの選択されたものにおける当該判定されたサブチャネルのうちの少なくとも１つにおける当該判定された利用可能なサブチャネルの組から当該判定された利用可能なチャネルのうちの少なくとも１つに関する情報を送信するためのコードを実行する、装置。
19. ＯＦＤＭ通信システムにおける送受信機間のハンドシェークを行う方法であって、
    第１の送受信機から、少なくとも１つの利用可能なサブチャネルにおいて、前記第１の送受信機に関連したサブチャネルの利用可能性に関する情報を含むパケットを送信するステップと、
    第２の送受信機に関連したサブチャネルの利用可能性に関する情報を含むパケットを前記第１の送受信機において受信するステップと、
    前記第１及び第２の送受信機に関連したサブチャネルの利用可能性に関する情報から利用可能な１組のサブチャネルを判定するステップと、
    当該判定された利用可能なサブチャネルの組から少なくとも１つのサブチャネルを前記第２の送受信機に提供するステップと、
    を有し、前記サブチャネルの利用可能性に関連した情報は、関連する有効時間を含む、方法。
20. 請求項１９に記載の方法であって、前記少なくとも１つのサブチャネルは、データパケットの送信前に提供される、方法。
21. 請求項１９に記載の方法であって、前記少なくとも１つのサブチャネルは、データパケットの中で提供される、方法。
22. 請求項１９に記載の方法であって、前記第１の送受信機に関連したサブチャネルの利用可能性に関する情報を含むパケットの前にプリアンブルパケットを送信するステップをさらに有する方法。
23. 請求項１９に記載の方法であって、前記第２の送受信機に関連したサブチャネルの利用可能性に関する情報を含むパケットの前にプリアンブルパケットを受信するステップをさらに有する方法。
24. 請求項１に記載の方法であって、少なくとも１つの第１のデータパケットの第１の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報は、前記少なくとも１つの第１のサブチャネルの各々において略同時に送信される、方法。
25. 請求項９に記載の装置であって、少なくとも１つの第１のデータパケットの第１の送信のために利用可能なサブチャネルに関する情報は、前記少なくとも１つの第１のサブチャネルの各々において略同時に送信される、装置。
26. 請求項１９に記載の方法であって、前記第１の送受信機に関連したサブチャネルの利用可能性に関する情報を含むパケットは、前記少なくとも１つの利用可能なサブチャネルのうちの選択された各々の１つにおいて略同時に送信される、方法。

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