JP5073856B2 - Ｔｖホワイトスペーススペクトルおよびロングタームエボリューションシステム構造を利用した無線ローカルエリアネットワーク - Google Patents

Description

本発明は、一般に、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）でのデータ通信に関し、詳細には、利用可能なＴＶホワイトスペーススペクトルおよびロングタームエボリューション（ＬＴＥ）システム構成をデータ通信のために利用するＷＬＡＮに関する。

ＷＬＡＮでのデータ通信は、現在では一般に、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格の１つを用いて実装されたＷｉＦｉを利用して実現される。８０２．１１ｂ規格および８０２．１１ｇ規格は、直接シーケンススペクトラム拡散（ＤＳＳＳ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）技術を利用して、２．４ＧＨｚ帯域で動作するように設計されている。８０２．１１ｎ規格は、２．４ＧＨｚまたは５ＧＨｚ帯域で動作するように設計されている。

ＷｉＦｉはうまく機能するが、高周波信号は障害物を容易に貫通しないため、高送信電力を使用する必要がある。これは、未対処のままになっている健康上の懸念を引き起こしている。さらに、高精細テレビ（ＨＤＴＶ：Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）やマルチメディア通信信号など、新規のデータ量の多いサービスの無線配信が、ＷＬＡＮの性能を好ましくなく低下させる可能性があり、また、ＷＬＡＮが、インターネットアクセスなど、他のデータ量の多いサービスの配信に同時に使用されている場合には、ＨＤＴＶまたはマルチメディア信号のサービス品質（ＱｏＳ）が逆に影響を受ける可能性がある。

ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）と呼ばれる無線通信規格は、第三世代（３Ｇ）技術の標準を策定する為のパートナーシッププロジェクト（３ＧＰＰ：３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）によって開発されてきた。ＬＴＥの目標は、より高速なダウンロードおよびアップロード速度ならびに少ない遅延で、全てのインターネットプロトコル（ＩＰ）パケットネットワークを提供することである。

図１は、ＬＴＥの一般的なダウンリンク無線通信フレーム構造１００の概略図である。各ダウンリンク無線通信フレーム１００は、各々の持続時間が０．５ミリ秒の０〜１９までの番号付けされた２０のタイムスロット１０２を含む。２つの隣接したタイムスロットは、持続時間が1ミリ秒のサブフレーム１０４を構成する。各ダウンリンクフレーム１００の持続時間は、１０ミリ秒である。

図２は、各ＬＴＥダウンリンクタイムスロット１０２の構造の概略図である。ダウンリンク送信用の最小の時間周波数の単位はリソース要素１０６と呼ばれ、１つのサブキャリア上で１つのシンボルを構成する。タイムスロット１０２内の周波数内で連続した１２のサブキャリアから成るグループは、リソースブロック１０８を形成する。ダウンリンクフレーム構造１００が通常のサイクリックプレフィックスを使用する場合、リソースブロック１０８内の連続した１２のサブキャリアは、各ダウンリンクタイムスロット１０２内に連続した７つのシンボルを持つ１５ｋＨｚのサブキャリア間隔を有する。サイクリックプレフィックスは、保護間隔として、各シンボルに付加される。シンボルにサイクリックプレフィックスを加えて、リソース要素１０６を形成する。その結果、リソースブロック１０８は、時間領域内に１つのタイムスロット１０２に対応する８４のリソース要素（１２のサブキャリア×７つのシンボル）、および周波数領域内に１８０ｋＨｚ（１２のサブキャリア×１５ｋＨｚ間隔）を有する。リソースブロック１０８の大きさは、全ての帯域幅について同一である。周波数領域では、利用可能なサブキャリア数の範囲は、送信帯域幅が１．２５ＭＨｚの場合は、７６のサブキャリアからであり、送信帯域幅が２０ＭＨｚの場合は、１２０１のサブキャリアまでである。

ＬＴＥは、極めて強固に設計されており、ダウンリンクで最大１００＋Ｍｂｐｓ、およびアップリンクで最大５０＋Ｍｂｐｓのデータ転送速度をサポートする。ＬＴＥは、０〜１５ｋｍ／ｈのユーザー装置の移動速度用に最適化されているが、１５〜１２０ｋｍ／ｈの移動速度が高性能でサポートされている。このレベルの性能を達成するには、送信された各リソースブロック１０８内の所定のリソース要素位置に、「参照」シンボルまたは「パイロット」シンボルを挿入する。パイロットシンボルは、受信機のチャンネル推定アルゴリズムによって、受信した信号の歪みを補正するために使用される。

図３は、単一のアンテナの場合の、ＬＴＥダウンリンクフレーム１００内で送信されたパイロットシンボル１２０のうちのいくつかの概略図である。パイロットシンボル１２０は、各タイムスロット１０２のＯＦＤＭシンボル位置０および４で送信される。

２００４年５月、米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、次世代の無線装置が、未使用のテレビ周波数（ＴＶホワイトスペース）を免許不要で使用するのを許可するための、ルール設定に関する告示を承認した。こられのＴＶホワイトスペースは、２００９年２月１７日以降、所与の地理的地域で使用されないテレビ放送用に割当てられている周波数チャンネルである。具体的に言うと、ＦＣＣは、ＴＶチャンネルの５および６（７６〜８８ＭＨｚ）、７〜１３（１７４〜２１３ＭＨｚ）、１４〜３６（４７０〜６０８ＭＨｚ）、および３８〜５１（６１４〜６９８ＭＨｚ）で使用されるスペクトルにおいて、免許不要での操作を許可するであろう。

免許不要のＴＶホワイトスペーススペクトルの使用に関して、多数の提言がある。例えば、一戸建て住宅、集合住宅、および小企業への高速なインターネットアクセスを提供するための地域無線ネットワーク（ＷＲＡＮ：Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の確立が提案されている。ＷＲＡＮは、固定配置でより広範囲にわたり（２５〜３０ｋｍの範囲）、ＩＥＥＥ ８０２．２２アーキテクチャを用いて、ＴＶホワイトスペーススペクトル上で動作する。

これらの提案には利点があるものの、家庭内環境にＨＤＴＶ信号を無線で配信するための新たな要求によって、ＷＬＡＮで発生し始めている輻輳に対する有効な解決策は提供していない。また、これらの提案は、ＬＴＥシステム構造を使用する他のシステムまたは装置との相互運用性も提供していない。

本発明の実施形態は、無線ローカルエリアネットワークに対して、ＴＶホワイトスペーススペクトルおよびＬＴＥシステム構造を利用した、無線ローカルエリアネットワークでのデータ通信方法を提供する。

本発明は、一態様では、無線ローカルエリアネットワークを提供し、その無線ローカルエリアネットワークは、チャンネル推定用のパイロットシンボルを送信するためにＬＴＥダウンリンクフレームで使用されるパイロットシンボル位置の少なくとも所定のサブセットが、制御データシンボルで充填される、修正ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）ダウンリンクフレームを送信するローカルエリアネットワークゲートウェイと、修正ＬＴＥフレームを受信して、パイロットシンボル位置の所定のサブセットから制御データシンボルを抽出するデータ受信装置とを備える。

本発明は、無線ＬＡＮの設定において、パイロット位置が、無線ＬＡＮでのサービスの品質に悪影響を及ぼすことなく、制御データの保持に利用可能な冗長性を持つことの実現に一部基づく。

本発明は、また、修正ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）ダウンリンクフレーム内でチャンネル推定用に使用されるパイロットシンボルの所定のサブセットが、制御データシンボルと置換え可能な、修正ＬＴＥダウンリンクフレームを送信する送受信機を備えるローカルエリアネットワークゲートウェイを提供する。

本発明は、さらに、ローカルエリアネットワークゲートウェイによって送信された修正ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）ダウンリンクフレームを処理し、その修正ＬＴＥダウンリンクフレーム内で制御データの保持に使用されるパイロットシンボル位置のサブセットから制御データを抽出するＬＴＥフレームプロセッサを備える、ローカルエリアネットワーク内のデータ受信装置を提供する。

本発明は、その上、無線ローカルエリアネットワークにおけるデータ通信方法を提供し、この方法は、チャンネル推定用にパイロットシンボルを送信するため、ＬＴＥダウンリンクフレームで使用されるパイロットシンボル位置の少なくとも所定のサブセットが制御データシンボルで充填される、修正ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）ダウンリンクフレームを無線ローカルエリアネットワーク内で送信するステップと、修正ＬＴＥダウンリンクフレームのうちの１つの無線ローカルエリアネットワーク内のデータ受信装置での受信時に、修正ＬＴＥダウンリンクフレームを復調して、パイロットシンボル位置の所定のサブセットから制御データシンボルを抽出するステップと、を含む。

このように本発明の本質を大まかに説明してきたが、以下で、添付の図に対する参照を行う。

従来の技術によるタイプ１のＬＴＥダウンリンクフレーム構造の概略図である。 図１に示すダウンリンクフレーム用の従来の技術によるダウンリンクスロット構造の概略図である。 図２に示す従来の技術による２つのダウンリンクスロットに送信された、いくつかのパイロット（参照）シンボルの概略図である。 本発明に従ったＷＬＡＮの一実施形態の概略図である。 図４に示すＷＬＡＮゲートウェイによる起動中およびダウンリンクフレームの処理中に実行されるいくつかの動作のハイレベルの概要について説明する流れ図である。 図４に示すＷＬＡＮ受信機による起動中およびダウンリンクフレームの処理中に実行されるいくつかの動作のハイレベルの概要について説明する流れ図である。 本発明に従ったＷＬＡＮでの制御データの送信用に使用される、解放されたパイロットシンボル位置を示す、本発明に従ったＬＴＥダウンリンクフレーム構造内で送信されたパイロットシンボルの割合を示す概略図である。 本発明に従ったＬＴＥダウンリンクフレーム構造を用いたチャンネル推定を補間する一方法の第１ステップを説明する概略図である。 図８に示すチャンネル推定の補間方法の第２ステップの結果を説明する概略図である。 図８に示すチャンネル推定の補間方法の第３ステップを説明する概略図である。 図１０に示すチャンネル推定の補間方法の第３ステップの結果を説明する概略図である。 計算されたチャンネル推定間の線形補間を用いた時間領域内でのチャンネル推定の補間方法を説明する概略図である。 計算されたチャンネル推定間の三次スプライン補間を用いた時間領域内でのチャンネル推定の補間方法を説明する概略図である。 本発明に従ったＬＴＥダウンリンクフレーム構造を利用したチャンネル推定を補間するもう１つ別の方法の第１ステップ、およびその第１ステップの結果を説明する概略図である。 図１４に示すチャンネル推定の補間方法の第１ステップの結果、および時間領域内でのチャンネル推定のその補間方法の第２ステップを説明する概略図である。

本発明は、修正ＬＴＥダウンリンクフレームおよびＴＶホワイトスペーススペクトルがデータ通信用に使用される無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）を提供する。ＷＬＡＮゲートウェイは、少なくとも１つのデータソースに接続される。ＷＬＡＮゲートウェイは、ＷＬＡＮ内の各データ受信装置と関連するＬＴＥ送受信機または受信機に、ソースデータおよび／または制御データを無線で配信する。修正ＬＴＥダウンリンクフレーム内では、制御データをデータ受信装置に伝えるためにパイロット（参照）シンボル位置の所定のサブセットが使用される。各修正ＬＴＥ無線通信フレームのソースデータ（ペイロード）の容量は、制御データの送信の影響を受けないため、制御データは、ネットワークの処理能力に影響を及ぼすことなく配信されうる。ＷＬＡＮのデータ容量および効率は、それによって改善される。ＷＬＡＮゲートウェイは、現在使用中のほとんどの８０２．１１アクセスポイント（ＡＰ）のわずかな送信電力で、最大３０メートルまでの実効送信範囲を有する。ＷＬＡＮゲートウェイは、動作周波数の著しい違いにより、干渉されることなく、８０２．１１ ＡＰとして、同一の環境でも動作可能である。ＷＬＡＮには、高精細テレビ（ＨＤＴＶ）信号の家庭内での無線配信、および別のＬＴＥシステムおよび装置との互換性を含め、多数の利点や用途がある。

図４は、本発明の一実施形態に従ったＷＬＡＮ ４００の概略図である。ＷＬＡＮゲートウェイ４０２は、少なくとも１つのデータソース４０４に接続される入力ポート４０３を有する。データソース４０４は、「ソースデータ」をＷＬＡＮ ４００に配信する。

「ソースデータ」という用語は、任意のデータソース４０４から派生する任意のフォーマットの任意の情報を意味し、電話回線、同軸ケーブル、光ファイバ、マイクロ波、電波、テレビジョン信号、または衛星信号を介して配信される任意のプロトコルにおける１つまたは複数の電話、テレビ、マルチメディア、データまたはインターネットコンテンツを受信する加入者宅内機器を含むがそれらに限定されない。

ＷＬＡＮゲートウェイ４０２は、スペクトル検出アンテナ４０８を装備したスペクトル検出装置４０６を含む。スペクトル検出アンテナ４０８は、ＴＶホワイトスペーススペクトル内のＯＴＡ無線ＴＶ帯域信号を検出するため、スペクトル検出装置４０６によって使用される。検出されたＯＴＡ無線ＴＶ帯域信号に関する情報は、スペクトル検出装置４０６によってスペクトルマネージャ４１０に渡される。スペクトルマネージャ４１０は、図５に関連して以下で詳述するとおり、検出された信号情報を使用して、ＷＬＡＮ ４００により免許不要で利用可能なＴＶホワイトスペーススペクトルを選択する。

スペクトルマネージャ４１０によって選択されたＴＶホワイトスペーススペクトルは、ホワイトスペースＬＴＥ送受信機４１２に渡され、ホワイトスペースＬＴＥ送受信機４１２は、ホワイトスペースＬＴＥ Ｔｘ／Ｒｘアンテナ４１４を経由して、ＬＴＥアップリンクフレーム（図示せず）内でデータ受信装置４１６、４１８から送信されたソースデータ要求を受信する。ＬＴＥ送受信機４１２は、フレームプロセッサ４１３によって準備されたＬＴＥダウンリンクフレーム内にソースデータを配信する。ＬＴＥダウンリンクフレームは、ＴＶホワイトスペースＬＴＥ Ｔｘ／Ｒｘアンテナ４１４を利用して、データ受信装置４１６、４１８に送信される。

「データ受信装置」という用語は、ＴＶホワイトスペースＬＴＥ送受信機／受信機に装備されたＷＬＡＮ ４００内のユーザー装置の任意の一部分を意味する。データ受信装置は、任意のコンピュータ、ＨＤＴＶを含め、任意のエンターテイメントもしくはホームシアターコンポーネントまたは装置、任意の商用または家庭用の機器、任意の環境制御システム、装置またはセンサー、任意のセキュリティ制御システム、装置またはセンサー、任意の入口制御システム、装置またはセンサー、もしくは、任意のアクセス制御システム、装置またはセンサーを含むが、これらに限定されない。

ＷＬＡＮゲートウェイ４０２は、ホワイトスペースＬＴＥ Ｔｘ／Ｒｘアンテナ４１４を用いて、必要に応じ、データ受信装置４１６、４１８に制御データも配信する。

「制御データ」という用語は、修正ＬＴＥダウンリンクフレーム内のパイロット位置の所定のサブセットに送信された任意の形式の任意の情報を意味する。制御データは、任意の種類の情報のデータ受信装置への伝達、および／もしくはデータ受信装置の構成、操作または動作の制御を行うことができる。例えば、制御データは、極めて接近して動作する２つ以上のＷＬＡＮ ４００の共存のための識別信号の有効化、ＣＥＣ（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ）に準拠したホームエンターテイメントネットワークとの双方向チャンネルの提供、ＣＰＲＭ（Ｃｏｐｙ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ Ｍｅｄｉａ）をサポートするＨＤＣＰ（Ｈｉｇｈ−ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）またはＤＴＣＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）タイプのコンテンツ保護方式の提供、リモートの機器またはシステム制御の提供、もしくは、機器またはシステム出力またはステータスのリモートモニタリングの許可のために使用することができる。

ＷＬＡＮ ４００のこの例示的な実施形態では、データ受信装置４１６は、高精細テレビ（ＨＤＴＶ）である。そのＨＤＴＶ ４１６と関連するホワイトスペースＬＴＥ送受信機４２０は、スタンドアロンの装置であるか、または、例えば、任意のタイプのテレビセットトップボックス、ＤＶＤまたはブルーレイプレーヤー、もしくは他のＨＤＴＶ付属品またはコントローラに接続されているか、もしくはそれらに組み込まれていてもよい。例として、ホワイトスペースＬＴＥ送受信機４２０、またはそれが接続されているコンポーネントは、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉ−ｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）によって接続されている。他の適切なタイプのインタフェースも使用可能である。ＬＴＥ送受信機４２０とＨＤＴＶとの間のインタフェースのタイプは、本発明の操作には影響を及ぼさない。ホワイトスペースＬＴＥ送受信機４２０には、フレームプロセッサ４２１が提供されている。フレームプロセッサ４２１は、図５および図６に関連して以下で詳述するように、ＨＤＴＶ ４１６宛ての制御データおよびソースデータがないかどうか、受信したＬＴＥ無線通信フレームを検査する。ホワイトスペースＬＴＥ送受信機４２０は、チャンネル推定器も有しており、これは、図８〜１５に関連して以下で説明するように、チャンネル推定を行う。ホワイトスペースＬＴＥ送受信機４２０はまた、ＷＬＡＮゲートウェイ４００への無線リンク４３３を提供するホワイトスペースＬＴＥ Ｔｘ／Ｒｘアンテナ４２２も装備している。ホワイトスペースＬＴＥ Ｔｘ／Ｒｘアンテナ４２２は、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２により無線リンク４３３を介して送信されたＬＴＥ無線通信フレームを受信する。ホワイトスペースＬＴＥ送受信機４２０は、ＬＴＥアップリンクフレーム（図示せず）を使用し、無線リンク４３３を介して、ソースデータ要求をＷＬＡＮゲートウェイ４０２に送信するが、ＬＴＥアップリンクフレームの説明は本発明の範囲内ではない。

ＨＤＴＶ ４１６は、当技術分野で周知のリモートコントロール装置４２４で、直接制御することができる。ＨＤＴＶ ４１６はまた、ＬＴＥアップリンクフレーム４４０（この説明は本発明の範囲内ではない）を使用し、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２のホワイトスペースＬＴＥ Ｔｘ／Ｒｘアンテナ４１４を経由して、制御データ（チャンネル選択、音量調節、入力選択、オン・オフ命令など）をホワイトスペースＬＴＥ送受信機４２０に送信するようにプログラムされた任意の適切なＬＴＥ対応装置４２６（携帯電話、ＰＤＡまたは同様のもの）によって制御可能である。

データ受信装置４１８は、前に定義したとおり、任意のコンピュータ、ＨＤＴＶ、機器またはセンサーであってもよい。ホワイトスペースＬＴＥ送受信機または受信機４２８は、データ受信機４１８に接続されているか、またはそれに組み込まれている。ＬＴＥ送受信機または受信機４２８は、フレームプロセッサ４２９を装備している。フレームプロセッサ４２９は、図５および図６に関連して以下に詳述するように、データ受信装置４１８宛てのソースデータおよび／または制御データがないかどうか、受信したＬＴＥフレームを検査する。ＬＴＥ送受信機／受信機４２８にはまた、チャンネル推定器４３１が提供されており、これは、図８〜１５に関連して以下に説明するように、チャンネル推定を行う。ホワイトスペースＬＴＥ Ｔｘ／ＲｘまたはＲｘのみのアンテナ４３０は、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２への無線リンク４３２を提供する。ホワイトスペースＬＴＥ送受信機／受信機４２８がソースデータを処理できる場合、ＬＴＥ送受信機／受信機４２８は、ＬＴＥアップリンクフレーム（この説明は本発明の範囲内ではない）を使用し、無線リンク４３２を経由して、ソースデータ要求を、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２に送信する。

図５は、図４に示すＷＬＡＮゲートウェイによって起動時およびダウンリンクフレームの処理時に実行されるいくつかの機能のハイレベルの概要を示す流れ図である。起動時には、前述のとおり、スペクトル検出装置４０６は、所定のＴＶホワイトスペース内にある未使用のスペクトルを検出するためにＴＶ帯域スペクトルを走査する（５００）。その走査は、ＷＬＡＮ ４００がある地理的地域内で動作する別のＴＶホワイトスペースサービスに割り当てられているチャンネルのリストを提供する表またはデータベース（図示せず）への参照によって区切られることがある。ＴＶ帯域スペクトルの走査が完了した後、スペクトル検出装置４０６は、走査に関する情報をスペクトルマネージャ４１０に渡す（図４参照）。本発明の一実施形態に従って、スペクトル検出マネージャは、最低５ＭＨｚの未使用のＴＶホワイトスペーススペクトルを探して走査情報を調べるが、空いているホワイトスペーススペクトルの他の適切な部分も使用できる。望ましい帯域幅の空きホワイトスペーススペクトルの部分が検出された場合（５０２）、図４に関連して前述したとおり、ホワイトスペーススペクトルのその部分に関する情報が、スペクトルマネージャ４１０によってホワイトスペースＬＴＥ送受信機４１２に渡される。利用可能なホワイトスペーススペクトルに関する情報がホワイトスペースＬＴＥ送受信機４１２に渡されると、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２は、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２のスイッチが切られた場合にのみ終了する永久ループ操作の実行を開始する。

永久ループ操作の第１ステップで、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２は、ＷＬＡＮ ４００内のデータ受信装置４１６、４１８のいずれかから受信した保留または未実行のソースデータ要求があるか否かを判定する（５０６）。保留または未実行のソースデータ要求がある場合、要求されたソースデータが適切なデータソース４０４から収集される（５０８）。ソースデータは、次に、本発明に従い、必要に応じ、フレームプロセッサ４１３によって処理（例えば、復調して再フォーマット）され（５１０）、フレームプロセッサ４１３によってＬＴＥダウンリンクフレームに挿入される（５１２）。ＷＬＡＮゲートウェイ４０２は、それから、送信する制御データがあるか否かを判定する（５１４）。送信する制御データがある場合、図７に関連して以下に詳述するとおり、フレームプロセッサ４１３は、修正ＬＴＥフレーム内のパイロット位置の所定のサブセットに制御データを挿入する（５１６）。ＷＬＡＮゲートウェイ４０２は、その後、ＬＴＥフレームを送信する（５１８）。５０６で未実行または保留のソースデータ要求がないと判定された場合、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２は、送信する制御データがあるか否かを判定する（５１４）。送信する制御データがある場合、前述のとおり、ステップ５１６および５１８が実行される。送信する制御データがない場合、ステップ５１８で、使用されていないセルを含むＬＴＥフレームが送信される。

図６は、起動中およびフレームの処理中に、図４に示すホワイトスペースＬＴＥ送受信機／受信機４２０、４２８によって実行されるいくつかの動作のハイレベルの概要を示す流れ図である。起動時に、ＬＴＥ送受信機／受信機は、当技術分野で周知の方法を用いて、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２によって現在使用されているＴＶホワイトスペース送信チャンネルを識別するために、ＴＶ帯域スペクトルを走査する（６００）。一旦、ＴＶホワイトスペースチャンネルが識別されると、ＬＴＥ送受信機／受信機は、スケジュールされたタスクが完了するまで終了しない永久ループ操作を開始する。永久ループ操作の第１ステップで、ＬＴＥ送受信機／受信機は、次に送信されたＬＴＥフレームを受信して復調する（６０２）。フレームプロセッサ４２１、４２９は、次に、ＬＴＥフレームが制御データを保持しているか否かを判定するため、ＬＴＥフレーム内にあるパイロット位置の所定のサブセットを検査する（６０４）。制御データが存在する場合、対象とする受信機を示すため、ある識別子（アドレス）が制御データ内に存在するだろう。そのため、ＬＴＥ送受信機／受信機は、アドレス一致の検査を行う（６０６）。アドレス実装およびアドレス一致検査は、設計選択の問題である。アドレス一致がある場合、制御データは制御データハンドラに渡される（６０８）。アドレス一致がない場合、プロセスはオプションのプロセス６１０に進むか、または６０２に戻る。

ＷＬＡＮ ４００内のいずれかの所与の送受信機／受信機は、ソースデータを処理するように構成されていることもあれば、構成されていないこともある。家庭電化製品など、いくつかの送受信機／受信機は、制御データを処理するように構成されているのみの可能性がある。送受信機／受信機がソースデータを処理するように構成されている場合、フレームプロセッサ４２１、４２９は、ソースデータがないか、ＬＴＥフレームを検査する（６１０）。ソースデータが存在する場合、フレームプロセッサ４２１、４２９は、ＬＴＥフレームからソースデータを抽出する。フレームプロセッサは、次に、ソースデータのアドレス一致検査を実行する（６１２）。当技術分野に精通した人には理解されているように、ソースデータはインターネットプロトコル（ＩＰ）パケットで配信され、そのアドレス指定は当技術分野では周知である。ソースデータのアドレス一致が存在すると判定された場合、ソースデータは、ソースデータハンドラに渡されて（６１４）、プロセスは６０２に戻る。同様に、６１０でフレームがソースデータパケットを含んでいないと判定された場合、または６１２でソースデータのアドレスがデータ受信装置４２０、４２８のアドレスと一致しないと判定された場合、プロセスは６０２に戻る。

図７は、ＷＬＡＮ ４００内で制御データの送信用に使用される、解放されたパイロットシンボル位置７００を示す、本発明に従った修正ＬＴＥダウンリンクフレーム内で送信されたパイロットシンボルの割合の概略図である。図３に関連して前述したとおり、ＬＴＥシステム構造は、高移動性ユーザー装置に優れたＱｏＳを提供するように設計された、非常に強固なダウンリンク構造を提供する。ＷＬＡＮ ４００環境では、無線チャンネルは、低速の時間変動チャンネルとして特徴付けることができる。実験により、標準的なＬＴＥパイロット（参照）シンボル構造におけるチャンネル推定の周波数および間隔は、ＷＬＡＮ ４００内での性能向上に活用できる冗長性を示すことが確立されている。パイロット位置１２０の少なくとも半分の所定のサブセット７００は、ＷＬＡＮ ４００内でのＱｏＳに悪影響を及ぼすことなく、制御データの保持に使用できる。ＷＬＡＮ ４００内でのＱｏＳの高レベルを確実にするため、修正ＬＴＥダウンリンクフレーム内で受信された各シンボル位置でのチャンネル推定を提供するために周波数領域および時間領域内でチャンネル推定補間が実行されるので、パイロット位置７００の所定のサブセットは制御データを保持できる。

図８は、本発明に従ったＬＴＥダウンリンクフレーム構造を用いたチャンネル推定を補間する一方法の第１ステップを説明する概略図である。本方法の第１ステップでは、チャンネル推定８０１、８０４は、本発明に従い、ＬＴＥ送受信機／受信機によって受信されるＬＴＥダウンリンクフレーム内の各既存のパイロットシンボル用に計算される。第４シンボル位置のチャンネル推定８０４は、図８に示すように、その後、第１シンボル位置のチャンネル推定８０１とインターリーブされる。

図９は、図８に示すチャンネル推定の補間方法の第２ステップの結果を説明する概略図である。第２ステップでは、インターリーブされたチャンネル推定間の周波数領域で補間が実行される。周波数領域での補間は、例えば、チャンネル推定間の線形補間、チャンネル推定間の二次補間、または、チャンネル推定間のスプライン補間を利用して実行できるが、これらは全て当技術分野では周知である。

図１０は、図８に示すチャンネル推定の補間方法の第３ステップを説明する概略図である。チャンネル推定８０１がチャンネル推定８０４とインターリーブされ、周波数領域内で補間が完了すると、チャンネル推定計算を完了するため、時間領域内で補間が実行される。時間領域内での補間は、例えば、チャンネル推定間の三次スプライン補間など、多項式補間を利用して実行できるが、これも当技術分野では周知である。

図１１は、本方法の第２ステップで実行される周波数領域補間間で、線形、多項式または三次スプライン補間を用いた、図１０に示す時間領域内でチャンネル推定を補間する方法の第３ステップの２つの結果８１０、８１２を説明する概略図である。時間領域補間は、全サブキャリア、およびフレーム全体の持続時間に対して実行されるが、図を簡単にするため、２つのタイムスロット内の１つのサブキャリアに関する時間領域補間のみが示されている。

図１２は、計算された（Ｅ）または周波数領域補間された（Ｉ）チャンネル推定間の線形補間を用いた時間領域内でのチャンネル推定の補間方法を説明する概略図である。線形補間は、次の周知の方程式を用いて実行される。

式中、

は、図９で説明したとおり、計算された（Ｅ）または周波数領域補間された（Ｉ）チャンネル推定を表す。

は、図１１に示す位置で上記の線形補間公式を用いて計算された、時間領域補間されたチャンネル推定８１０を表す。

ｊ＝１，．．．，ＬおよびＬは、ＬＴＥフレーム内のサブキャリア数である。

図１３は、計算されたチャンネル推定および周波数領域補間されたチャンネル推定間の三次スプライン補間を用いた、時間領域内でのチャンネル推定の補間を説明する概略図である。三次スプライン補間は、次の周知の式を用いて実行される。

および

式中、

ｊ＝１，．．．，ＬおよびＬは、ＬＴＥフレーム内のサブキャリア数である。

図１４は、本発明に従った修正ＬＴＥダウンリンクフレーム構造を利用したチャンネル推定を補間するもう１つ別の方法の第１ステップ、および本方法の第１ステップの結果を説明する概略図である。本方法に従って、周波数領域での補間は、第４文字位置のチャンネル推定を、第１文字位置のチャンネル推定とインターリーブすることなく、実行される。そのため、チャンネル推定は、それらの送信されたパイロットシンボル位置で計算される。前述のとおり、周波数領域での補間は、例えば、チャンネル推定間の三次スプライン補間のような多項式補間など、任意の周知の方法を用いて実行可能である。

図１５は、図１４に示す方法の第２ステップの結果を説明する概略図であり、ここでは、チャンネル推定は時間領域で補間される。時間領域補間は、全サブキャリア、およびフレーム全体の持続時間に対して実行されるが、図を簡単にするため、２つのタイムスロット内の１つのサブキャリアに関する時間領域補間のみが示されている。第１のタイムスロットで、補間８１６および８１８が計算される。第２のタイムスロットでは、補間８２０および８２２が計算される。前述のとおり、時間領域での補間は、チャンネル推定間の線形補間、チャンネル推定間の多項式補間、またはチャンネル推定間の三次スプライン補間のうちのいずれか１つを用いて実行できる。

前述した本発明の実施形態は、本発明に従って、ＷＬＡＮ ４００、ＷＬＡＮゲートウェイ４０２、データ受信装置４１６、４１８、および修正ＬＴＥダウンリンクフレーム構造の例示のみを目的とするものであって、これらのいずれか１つの可能なすべての構成を完全に説明するものではない。本発明の範囲は、従って、添付の請求項の範囲によってのみ限定されることを意図する。

Claims (20)

1. 修正ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）ダウンリンクフレームを送信するローカルエリアネットワークゲートウェイであって、そこで、チャンネル推定用にパイロットシンボルを送信するために、ＬＴＥダウンリンクフレーム内で使用される所定のサブセットのパイロットシンボル位置が、制御データシンボルを保持し、前記ＬＴＥダウンリンクフレームの各々のデータ容量を増加させるために使用される、ローカルエリアネットワークゲートウェイと、
   前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを受信し、かつ前記所定のサブセットのパイロットシンボル位置から前記制御データシンボルを抽出するデータ受信装置と、
   を備える、無線ローカルエリアネットワーク。
2. 前記ローカルエリアネットワークゲートウェイが、利用可能なＴＶホワイトスペーススペクトルを介して、前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを送信するためのＴＶホワイトスペース送受信機を備える、請求項１に記載の無線ローカルエリアネットワーク。
3. 前記ローカルエリアネットワークゲートウェイが、ＴＶ帯域無線信号を検出するためのアンテナを装備したスペクトル検出装置をさらに備える、請求項２に記載の無線ローカルエリアネットワーク。
4. 前記ローカルエリアネットワークゲートウェイが、前記スペクトル検出装置から、検出された前記ＴＶ帯域無線信号に関する情報を受信し、かつ前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを送信するために利用可能なＴＶホワイトスペーススペクトルを選択するスペクトルマネージャをさらに備える、請求項３に記載の無線ローカルエリアネットワーク。
5. 前記データ受信装置が、前記ローカルエリアネットワークゲートウェイによって送信された前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを受信するためのＴＶホワイトスペース受信機を備える、請求項２に記載の無線ローカルエリアネットワーク。
6. 前記データ受信装置が、前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを復調し、かつ前記所定のサブセットのパイロット位置から前記制御データシンボルを抽出するフレームプロセッサをさらに備える、請求項１に記載の無線ローカルエリアネットワーク。
7. 前記データ受信装置が、前記修正ＬＴＥダウンリンクフレーム内のパイロットシンボルを使用してチャンネル推定を計算するためのチャンネル推定器と、前記修正ＬＴＥダウンリンクフレーム内の受信された各シンボル位置でチャンネル推定を提供するため、周波数領域および時間領域で計算された前記チャンネル推定を補間する補間アルゴリズムとを備える、請求項１に記載の無線ローカルエリアネットワーク。
8. 修正ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）ダウンリンクフレームを送信する送受信機を備え、そこで、前記ＬＴＥダウンリンクフレーム内でのチャンネル推定用に使用される所定のサブセットの前記パイロットシンボルが、前記ローカルエリアネットワーク内のデータ受信装置への制御情報を保持する制御データシンボルと置換される、ローカルエリアネットワークゲートウェイ。
9. 前記送受信機が、前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを送信するためにＴＶホワイトスペーススペクトルを使用するＴＶホワイトスペース送受信機である、請求項８に記載のローカルエリアネットワークゲートウェイ。
10. ＴＶ帯域無線信号を検出するためのアンテナを装備したスペクトル検出装置をさらに備える、請求項９に記載のローカルエリアネットワークゲートウェイ。
11. 前記スペクトル検出装置から検出された前記ＴＶ帯域無線信号に関する情報を受信し、かつ前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを送信するために利用可能なＴＶホワイトスペーススペクトルを選択するスペクトルマネージャをさらに備える、請求項１０に記載のローカルエリアネットワークゲートウェイ。
12. ローカルエリアネットワークゲートウェイによって送信された修正ＬＴＥダウンリンクフレームを処理し、かつ前記修正ＬＴＥダウンリンクフレーム内の制御データを保持するために使用される所定のサブセットのパイロットシンボル位置から制御データシンボルを抽出するロングタームエボリューション（ＬＴＥ）フレームプロセッサを備える、ローカルエリアネットワーク内のデータ受信装置。
13. 前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを受信するＴＶホワイトスペース受信機に接続されたアンテナをさらに備える、請求項１２に記載のデータ受信装置。
14. 前記所定のサブセット内に含まれない修正ダウンリンクフレーム内のパイロット位置に送信されたパイロットシンボルを用いてチャンネル推定を計算するチャンネル推定器をさらに備える、請求項１３に記載のデータ受信装置。
15. 前記チャンネル推定器が、前記修正ＬＴＥダウンリンクフレーム内の各受信されたシンボル位置でチャンネル推定を提供するため、周波数領域および時間領域で計算された前記チャンネル推定を補間するチャンネル推定補間アルゴリズムをさらに備える、請求項１４に記載のデータ受信装置。
16. 無線ローカルエリアネットワーク内でのデータ通信の方法であって、
    修正ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）ダウンリンクフレームを、前記無線ローカルエリアネットワーク内で送信することであって、そこで、チャンネル推定用にパイロットシンボルを送信するために、ＬＴＥダウンリンクフレーム内でそうでなければ使用される所定のサブセットの前記パイロットシンボル位置が、制御データシンボルを保持し、前記ＬＴＥダウンリンクフレームの各々のデータ容量を増加させるために使用されることと、
    前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームのうち１つの前記無線ローカルエリアネットワーク内のデータ受信装置における受信の際に、前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを復調し、かつ前記制御データシンボルを前記パイロットシンボル位置の前記所定のサブセットから抽出することと、
    を含む、方法。
17. 前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを、利用可能なＴＶホワイトスペーススペクトルを使用して送信することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. ＴＶ帯域無線信号を検出することと、前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを送信するために未使用のＴＶホワイトスペーススペクトルを選択することとをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 少なくとも１つのソースデータパケットを前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームに挿入することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記パイロットシンボル位置の前記所定のサブセットから前記制御データシンボルを抽出した後、前記データ受信装置が、ソースデータパケットを求めて前記修正ＬＴＥダウンリンクフレームを検査する、請求項１９に記載の方法。

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