JP5145433B2 - ミリ波ｗｐａｎにおける干渉を回避しチャネル効率を高めるメカニズム - Google Patents

Description

６０ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数帯で動作するミリ波（ｍｍ波）ＷＰＡＮ（wireless personal area network）通信システムは、毎秒数ギガバイト（Ｇｂｐｓ）のスループットを約１０メートルの距離に亘り提供することが期待されており数年で市場に出回る。現在幾らかの規格（ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ、無線ＨＤ ＳＩＧ、ＥＣＭＡ ＴＧ２０、ＣＯＭＰＡその他）が、ミリ波ＷＰＡＮシステムの異なるコンセプトを考慮したものになっており、マルチＧｂｐｓのＷＰＡＮアプリケーションに最適なシステムを定義している。

ミリ波通信リンクは、広範囲にわたり信号を減衰させる酸素吸収、並びに、壁および天井等の障害物により減衰が多いという波長の短さに起因して、より低周波数のもの（例えば、２．４ＧＨｚおよび５ＧＨｚ帯域）よりもロバスト性に劣る。この結果、指向性アンテナ（例えば、ビーム形成アンテナ、セクタに分割されたアンテナ、または固定ビームアンテナ）の利用が、６０ＧＨｚのアプリケーションには好適であろうと想定されてきた。

向上したスループットおよび信頼性が無線通信システムに固有の課題である。このように、ミリ波のＷＰＡＮのチャネル利用の効率を高める技術が強く望まれている。

添付図面を参照することで当業者は、本発明をよりよく理解し、多くの特徴および利点を理解するであろう。

本発明の一実施形態における、互いが干渉しない同時送信をサポートするネットワークを示す。

本発明の一実施形態におけるチャネライゼーションスキームを示す。

本発明の一実施形態における、互いに隣接するＷＰＡＮで同時送信を可能とするチャネライゼーション利用を示す。

本発明の一実施形態における２つの同時ＷＰＡＮリンクを有するデバイスを有する実施形態を示す。

本発明の一実施形態における、干渉を回避し、空間的再利用を最大化する処置を講じるデバイスのフロー図を示す。

本発明の一実施形態におけるデバイスを示す。

異なる図面における同じ参照番号は、類似した、または同じ部材を示している。

以下の記載において、多くの特定の詳細を示す。しかし、本発明の実施形態はこれら特定の詳細がなくても実施することが可能である。また一方で、公知の回路、構造、および技術を詳述しないことで、本記載の理解を曖昧にしないようにしている箇所もある。

「一つの実施形態」「一実施形態」「例示的な実施形態」「様々な実施形態」等の言い回しは、記載される本発明の実施形態が特定の特性、構造、または特徴を有しうることを示すが、必ずしも全ての実施形態がこれら特定の特性、構造、または特徴を持たねばならないということではない。さらに、「一実施形態」という言い回しを繰り返し利用しているが、これは必ずしも同じ実施形態のことを言及しているわけではないが、同じ実施形態である場合もある。

請求項では、「第１」「第２」「第３」といった順序を示す形容詞を利用している場合、特にそうではないと規定されている場合を除いて、これらは共通の部材を示し、単に同様の部材の異なるインスタンスのことを言っているのであって、記載されている部材間に、時間的、空間的、順列的、その他いかなる様式の特定の順序が存在するという意味ではない。

本発明の実施形態は、様々な用途に利用可能である。本発明の幾らかの実施形態は、例えばトランスミッタ、レシーバ、トランシーバ、トランスミッタ‐レシーバ、無線通信局、無線通信デバイス、無線アクセスポイント（ＡＰ）、モデム、無線モデム、パソコン（ＰＣ）、デスクトップコンピュータ、モバイルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ノートブックコンピュータ、タブレット型コンピュータ、サーバコンピュータ、ハンドヘルドコンピュータ、ハンドヘルドデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡ）デバイス、ハンドヘルドＰＤＡデバイス、あるいは、ＰＡＮ（personal area network）の高精細テレビ信号をも含む様々なデバイスおよびシステムとの関連で利用可能である。

本発明の実施形態はこの点に限定されないが、例えば「処理（processing）」、「コンピューティング（computing）」、「計算（calculating）」、「決定（determining）」、「構築（establishing）」、「分析（analyzing）」、「チェック（checking）」等の用語を用いた説明は、コンピュータ、コンピューティングプラットフォーム、コンピューティングシステム、その他、コンピュータのレジスタおよび／またはメモリの物理（例えば電子）量で表されるデータを、コンピュータのレジスタおよび／またはメモリあるいはその他の動作および／または処理を行わせる命令を格納することのできる情報格納媒体で同様に物理量として表される他のデータへと操作および／または変換する電子コンピューティングデバイスの動作および／または処理のことを示してよい。

本発明の実施形態はこの点に限定されないが、本明細書で利用される「複数（pluralityまたはa plurality）」という用語は、例えば「多数（multiple）」または「２以上」の意味を含んでよい。「複数」という用語は、明細書の随所で２以上のコンポーネント、デバイス、部材、ユニット、パラメータ等を説明する際に利用される。例えば、「複数の局」とは、２以上の局のことである。

指向性アンテナをネットワーク内で利用することにより、利用可能なチャネルの空間的再利用を向上させる機会が与えられる。空間的再利用とは、互いに干渉しない同時送信をサポートするネットワークの機能のことである。本発明の一実施形態は、ミリ波のＷＰＡＮ通信システムに、ミリ波の干渉を回避し空間的再利用効率を高めるメカニズムを提供する。

図１は、本発明の一実施形態における、互いが干渉しない同時送信をサポートするネットワークを示す。デバイス１０２は、送信範囲１０６が示すようにデバイス１０４と通信する。デバイス１１２は、送信範囲１１６が示すようにデバイス１１４と通信する。２つのリンク（デバイス１０２からデバイス１０４へのリンク、および、デバイス１１２からデバイス１０６へのリンク）は、送信デバイス（デバイス１０２およびデバイス１１２）からのエネルギーが異なる方向を目指し、互いに干渉しないので、同時動作が可能である。

デバイス１０２およびデバイス１１２は、高いデータレートで送信することができる（例えば、マルチメディアを多く含むデータを送信することができる）。デバイス１０２およびデバイス１１２は、例えば、パソコン、デジタルカメラ、あるいは、その他のマルチメディア集約型送信デバイスであってよい。デバイス１０４およびデバイス１１４は、これよりかなり低いデータレートでの送信を行ってよい（例えば、成功したデータ転送の受領確認の送信）。デバイス１０４およびデバイス１１４は、例えば、プリンタ、テレビ受像機、および／または、音声スピーカ、その他のマルチメディアを多く含むデータのレシーバであってよい。

デバイス１０２および１０４の間のリンクをＷＰＡＮと称する。デバイス１１２および１１４の間のリンクを別のＷＰＡＮと称する。隣接するＷＰＡＮ同士の空間的再利用には、チャネライゼーションスキームを利用することができる。

図２は、本発明の一実施形態におけるチャネライゼーションスキームを示す。本実施形態では、周波数帯全体が、多数の高レートＰＨＹ（ＨＲＰ）チャネル（例えば、ＨＲＰ０、ＨＲＰ１、ＨＲＰ２、およびＨＲＰ３）に分割される。各高レートチャネル内では、帯域がさらに多数の低レートＰＨＹ（ＬＲＰ）チャネルに分割される（例えば、ＨＲＰ０はＬＲＰ０−０、ＬＲＰ０−１、およびＬＲＰ０−２に分割され、ＨＲＰ１はＬＲＰ１−０、ＬＲＰ０−１、およびＬＲＰ１−２に分割され、ＨＲＰ２はＬＲＰ２−０、ＬＲＰ２−１、およびＬＲＰ２−２に分割され、ＨＲＰ３はＬＲＰ３−０、ＬＲＰ３−１、およびＬＲＰ３−２に分割される）。

ＨＲＰチャネルは通常、高データレート送信に利用され、関連するＬＲＰチャネルのいずれかが低データレート送信に利用される。異なるＬＲＰを異なるＷＰＡＮに割り当てることにより、隣接するＷＰＡＮ同士の間の空間的再利用が可能となる。例えば、ＨＲＰチャネルは通常、ビーム形成を利用して動作するので、ＨＲＰ送信は指向性である。ＬＲＰチャネルは、全方向性動作または指向性動作を行い、互いに干渉しない。

デバイス間は、これらチャネルの任意の組み合わせにより通信を行うことができる。例えば、第１のデバイスは、ＨＲＰ３を利用して大量のデータを第２のデバイスに送信することができる。第２のデバイスは、例えば受領確認またはビーコンパケット等の少量のデータをＨＲＰ３−１上に送信することができる。あるいは、デバイスは各々、同じまたは異なるＬＲＰチャネル上に送信を行うことができる。

図３は、本発明の一実施形態における、互いに隣接するＷＰＡＮで同時送信を可能とするチャネライゼーション利用を示す。デバイス３０２は、送信範囲３０６が示すようにデバイス３０４に指向性通信を送信する。デバイス３０４は、送信範囲３０８が示すようにデバイス３０２に全方向性通信を送信する。デバイス３０２からの送信は、例えばＨＲＰ１上への高データレート送信であってよい。デバイス３０４からの送信は、例えばＬＲＰ１−０上への低データレート送信であってよい。

デバイス３０２および３０４の間のリンクをＷＰＡＮと称する。別のＷＰＡＮでは、デバイス３１２が、送信範囲３１６が示すようにデバイス３１４に指向性通信を送信する。デバイス３１４は、送信範囲３１８が示すようにデバイス３１２に全方向性送信を送信する。送信３１６は例えば、ＨＲＰ１上への高データレート送信であってよい。送信３１８は例えば、ＬＲＰ１−１上への低データレート送信であってよい。ビーム形成を利用することにより、デバイス３０２からの送信は、デバイス３１２からの送信と干渉しない（つまり、指向性アンテナパターン同士が重複しない）。対応する逆リンクでは、デバイス３０４およびデバイス３１４からの送信は、それぞれ異なるＬＲＰチャネルＬＲＰ１−０およびＬＲＰ１−１上にあり、これらは互いに干渉しあわない（銘々の送信範囲が重複するとしても）。従って、１つのＨＲＰチャネルを、互いに異なるＬＲＰチャネル上で動作する２以上のＷＰＡＮリンクにより空間的に再利用することが可能となる。

図４は、本発明の一実施形態における２つの同時ＷＰＡＮリンクを有するデバイスを有する実施形態を示す。デバイス４０２はデバイス４０４と通信して、第１のＷＰＡＮを形成する。デバイス４０２はさらにデバイス４０６と通信して、第２のＷＰＡＮを形成する。ＷＰＡＮの一方または両方が低レートＰＨＹチャネルのみを利用して通信を行う場合、干渉は起こらない。しかし、好適なデバイス両方が高レートＰＨＹチャネル上での通信を望んだ場合には、干渉を回避するメカニズムが必要となる。

図示されているように、デバイス４０４は、送信範囲４１６が示すように、デバイス４０２への指向性通信をＨＲＰ１上に送信する。デバイス４０２は、送信範囲４１８が示すように、デバイス４０４への全方向性通信をＬＲＰ１−０上に送信する。デバイス４０６は最近電源を投入され、新たなＷＰＡＮを構築する際に利用可能なＨＲＰチャネルを探してスキャンする。デバイス４０６は送信範囲４１６内にはないので、デバイス４０６はＨＲＰ１が利用中であることを知らない。デバイス４０６は送信範囲４１８内にあるので、デバイス４０６はＬＲＰ１−０が利用中であることを知っている。ＬＲＰ１−０が利用中であることは、対応するＨＲＰ１が利用中であることを示しているわけではない。

図４に示すように、デバイス４０４および４０６は両方ともデバイス４０２との通信を望んでいる。別の実施形態では、デバイス４０４および４０６は、それぞれ異なるデバイスとの通信を望んでいるが、ここでもデバイス４０６は、例えばデバイス４０６がより低いアンテナ利得を有する場合、または、デバイス４０２から遠く離れている場合、デバイス４０４によるＨＲＰチャネルの利用について知る手立てがない。本実施形態では、デバイス４０６からの送信は、デバイス４０４からの送信とは干渉しない（図１から図３参照）。しかし、本発明の一実施形態では、このような状況であっても、デバイス４０６は、隣接するＷＰＡＮ間の空間的再利用を最大化して干渉を回避する処置を講じることができる。

本発明の一実施形態においては、ＬＲＰチャネルに送信される全方向性通信は、関連するＨＲＰチャネルが利用中であるか否かを示す。このような全方向性通信は、受領確認メッセージ、ビーコンメッセージ、ステータスメッセージ、プローブパケット、またはその他の全方向性通信を含みうる。１以上のビットの情報が含まれることで、ＨＲＰチャネルの現在の利用状況を示すことができる。ＨＰＲチャネルが利用中ではない場合には、デバイス４０６はデバイス４０２との間に、または別のデバイスとの間にＨＲＰ１を利用してＷＰＡＮを構築することができる。一方、ＨＰＲチャネルが利用中である場合には、デバイス４０６は、別のＨＰＲを利用して、またはＨＲＰ１の利用について交渉することにより、デバイス４０２との間でＷＰＡＮを構築することができる。このようにしてデバイス４０６は、干渉を回避してチャネル利用効率を最大化する処置を取ることができる。

図５は、本発明の一実施形態における、干渉を回避し、空間的再利用を最大化する処置を講じるデバイスのフロー図を示す。デバイスはブロック５０２で電源投入される。または、デバイスはスリープ状態から復帰してもよく、あるいは、電源投入され、復帰して、単に別のデバイスとの通信を開始してもよい。デバイスはブロック５０４で、アクティブなチャネルを探してスキャンを行う。デバイスはブロック５０６で、ＬＲＰチャネル上で全方向性送信を検出する。デバイスは、ブロック５０８で、全方向性送信に含まれる情報を解釈することで、関連するＨＲＰチャネルが利用中であるか否かを決定する。利用中ではない場合、デバイスはブロック５１０で、別のＬＲＰを選択して、関連するＨＲＰチャネルを利用してＷＰＡＮを構築する。デバイスは、別のＬＲＰが利用中であるか決定するまで一定の時間待つ必要がある。関連するＨＲＰが利用中である場合、デバイスはブロック５１２で回避行動に出る。例えば、デバイスは、異なるＨＲＰのＬＲＰをスキャンするよう切り替えることができる。または、デバイスは、ＨＲＰの共有利用を交渉することもできる。

図６は、本発明の一実施形態におけるデバイスを示す。デバイス６００は、レシーバ（ＲＸ）６０２、トランスミッタ（ＴＸ）６０４、およびアンテナ６０６を含む。デバイス６００は、全方向性送信のみが可能な回路を含んでも、指向性送信のみが可能な回路を含んでもよい。デバイス６００は、記憶装置、処理回路、他の通信インタフェース等（不図示）を含むことができる。

本発明の一実施形態においては、隣接するデバイス同士が、別のチャネル上の通信により、ある高レートチャネルが利用中であるか否かを特定することができるので、これら隣接するデバイスは、自身が高レートチャネルから信号を受信しない場合であっても、回避行動を起こすことができる。

上述した技術は、コンピュータシステムに方法を実行させるよう構成されるコンピュータ可読媒体に実装することができる。コンピュータ可読媒体は例えば、ディスクおよびテープ記憶媒体を含む磁気記憶媒体、コンパクトディスク媒体（例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ）およびデジタルビデオディスク記憶媒体等の光学記憶媒体、ホログラフィック記憶装置、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、ＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ等の半導体ベースのメモリユニットを含む不揮発性メモリ記憶媒体、強磁性デジタルメモリ、レジスタ、バッファまたはキャッシュ、メインメモリ、ＲＡＭ等を含む揮発性記憶媒体、および、永続的または間欠的コンピュータネットワークを含むデータ送信媒体、ポイントツーポイント電子通信機器、搬送波送信媒体、インターネット等を含んでよいが、これらに限られない。他の新しい様々な種類のコンピュータ可読媒体も、本明細書で説明するソフトウェアモジュールを格納および／または送信するのに利用することができる。コンピューティングシステムは、メインフレーム、ミニコンピュータ、サーバ、ワークステーション、パソコン、ノートパッド、携帯情報端末（ＰＤＡ）、様々な無線デバイスおよびエンベッデッドシステム等を含むがこれらに限定されない多くの形態であってよい。典型的なコンピューティングシステムは、少なくとも１つの処理ユニット、関連するメモリ、および複数の入出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを含む。コンピューティングシステムは、プログラムに従って情報を処理して、Ｉ／Ｏデバイスを介して出力情報を生成する。

本発明の実現を、特定の実施形態に基づいて記載してきた。これら実施形態は例示を意図しており、限定は意図していない。多くの変形例、変更例、追加、および改善が可能である。従って、ここで記載されたコンポーネントについて提供された複数の例示は１つの例示として捉えることもできる。様々なコンポーネント、動作、およびデータ記憶間の境界引きは恣意的に行われたものであって、特定の構成例のコンテキストにおける特定の動作が例示されている。他の機能の割り当ても想定されており、これらも以下の請求項の範囲に含まれる。最後に、様々な構成例において離散的な部材として提示された構造および機能であっても、構造または部材を１つに組み合わせたものとして実装可能である。これらおよびその他の変形例、変更例、追加、および改善も、以下の請求項で定義されるように本発明の範囲に含まれる。

Claims (15)

1. 指向性通信で利用される高レートＰＨＹチャネルに関連する低レートＰＨＹチャネル上の全方向性通信により、前記全方向性通信での情報を解釈することで決定される前記高レートＰＨＹチャネルの利用状況を伝達する段階と、
   前記高レートＰＨＹが利用中であることを前記利用状況が示す場合、前記高レートＰＨＹチャネルの空間的再利用について交渉する段階と
   含む方法。
2. 前記低レートＰＨＹチャネルは、前記指向性通信で利用される前記高レートＰＨＹチャネルのサブチャネルである請求項１に記載の方法。
3. 前記全方向性通信は受領確認パケットである請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記全方向性通信はビーコンパケットである請求項１または請求項２に記載の方法。
5. 全方向性通信を受信するレシーバ（ＲＸ）と、
   トランスミッタと
   を備え、
   前記全方向性通信は、指向性通信で利用される高レートＰＨＹチャネルの利用状況を含み、前記利用状況は、前記全方向性通信での情報を解釈することで決定され、前記高レートＰＨＹチャネルが利用中か否かを示し、
   前記レシーバは、低レートＰＨＹチャネル上で前記全方向性通信を受信し、
   前記トランスミッタは、前記高レートＰＨＹが利用中であることを前記利用状況が示す場合、前記高レートＰＨＹチャネルの空間的再利用について交渉する装置。
6. 前記低レートＰＨＹチャネルは、前記指向性通信で利用される前記高レートＰＨＹチャネルのサブチャネルである請求項５に記載の装置。
7. 前記全方向性通信は受領確認パケットである請求項５または請求項６に記載の装置。
8. 前記全方向性通信はビーコンパケットである請求項５または請求項６に記載の装置。
9. 前記ビーコンパケットは定期的に送信される請求項８に記載の装置。
10. 前記トランスミッタは、前記利用状況により前記高レートＰＨＹチャネルが利用中ではない旨が示される場合、前記高レートＰＨＹチャネル上に送信を行う請求項５から請求項９のいずれか１つに記載の装置。
11. 前記トランスミッタは、前記利用状況により前記高レートＰＨＹチャネルが利用中である旨が示される場合、異なる高レートＰＨＹチャネル上に送信を行う請求項５から請求項１０のいずれか１つに記載の装置。
12. 前記トランスミッタは、前記利用状況により前記高レートＰＨＹチャネルが利用中である旨が示される場合、前記高レートＰＨＹチャネルの空間的再利用について交渉した後に前記高レートＰＨＹチャネル上に送信を行う請求項５から請求項１１のいずれか１つに記載の装置。
13. 前記レシーバはさらに、前記低レートＰＨＹチャネル上の全方向性通信のスキャンを行う請求項５から請求項１２のいずれか１つに記載の装置。
14. 指向性通信で利用される高レートＰＨＹチャネルに関連する低レートＰＨＹチャネル上の全方向性通信により、前記全方向性通信での情報を解釈することで決定される前記高レートＰＨＹチャネルの利用状況を伝達する段階と、
    前記高レートＰＨＹが利用中であることを前記利用状況が示す場合、前記高レートＰＨＹチャネルの空間的再利用について交渉する段階と
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。
15. 前記低レートＰＨＹチャネルは、前記指向性通信で利用される前記高レートＰＨＹチャネルのサブチャネルである請求項１４に記載のプログラム。

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