JP5470634B2 - Wireless communication system and wireless communication method for performing wireless communication using directional beam - Google Patents
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Description
本発明は,送信側デバイスと受信側デバイスとの間で指向性ビームを用いた無線通信を行う無線通信システム及び無線通信方法などに関する。 The present invention relates to a wireless communication system and a wireless communication method for performing wireless communication using a directional beam between a transmitting device and a receiving device.
近年,広帯域な信号を近距離間で高品質に伝送するための一手法として,無線パーソナルエリアネットワーク(WPAN)が提案されている。WPANとしては,ミリ波帯(例えば60GHz)の電波を利用した無線通信システムがある(たとえば,下記非特許文献1,2参照。)。このようなミリ波帯の電波を利用した無線通信システムは,大容量の伝送と,低コストとを実現する無線通信システムとして期待されている。
In recent years, a wireless personal area network (WPAN) has been proposed as a technique for transmitting broadband signals with high quality over a short distance. As the WPAN, there is a wireless communication system using a radio wave in a millimeter wave band (for example, 60 GHz) (for example, see Non-Patent
無線通信システムにおいて,2つのデバイス間で無線通信を行うためには,アソシエーション処理が行われる。ここで,アソシエーション処理の際,たとえばクワジオムニビーム(quasi−omniビーム)を用いてビーコンを送信する。ここで,ビーコンは,時間割当てを設定したり,ピコネット用に管理情報を通信したりするのに用いられる。 In a wireless communication system, association processing is performed in order to perform wireless communication between two devices. Here, in the association process, for example, a beacon is transmitted using a quasi-omni beam. Here, the beacon is used to set time allocation and to communicate management information for the piconet.
しかしながら,上述したようなクワジオムニビームは,受信側アンテナにおけるゲインが低いため,受信側デバイスで受信可能な領域は,送信側デバイスから半径10メートルの範囲内に制限される。また,このように,ゲインが低いと,データ送信中に,チャネル変動やデバイスの移動などがあったときに,ビーコン信号が容易に見失われることになる。したがって,ビーコンの信頼性を高める必要がある。 However, since the above-described Kwasomuni beam has a low gain at the receiving antenna, the area that can be received by the receiving device is limited to a radius of 10 meters from the transmitting device. In addition, if the gain is low in this way, the beacon signal is easily lost when there is a channel fluctuation or device movement during data transmission. Therefore, it is necessary to increase the reliability of the beacon.
また,無線通信に用いるビームの幅によっては,2つのデバイスが,互いに相手を見つけることができないことがある。この場合,結果として,隠れノード(Hidden node)となってしまう。隠れノードがあると,干渉が生じる可能性が高まることとなる。 Also, depending on the beam width used for wireless communication, the two devices may not be able to find each other. In this case, the result is a hidden node. The presence of hidden nodes increases the possibility of interference.
そこで,本発明は,アソシエーション処理中におけるアンテナのゲインを高くすることができる無線通信システム及び無線通信方法などを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a wireless communication system and a wireless communication method that can increase the gain of an antenna during association processing.
本発明は,基本的には,無線通信システム1などに関する。無線通信システム1では,送信側デバイス(10)と受信側デバイス(20)との間で無線通信が行われる。
The present invention basically relates to a
ここで,受信側デバイス(20)は,指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,指向性ビームの送受信が可能なアンテナを含む。また,送信側デバイス(10)は,指向性ビームの送受信が可能なアンテナと,受信側デバイス(20)との間でアソシエーション処理を行うための制御を行うピコネットコントローラー(PNC)とを含む。このピコネットコントローラー(PNC)は,指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,送信側デバイス(10)のアンテナを介して指向性ビームを送受信可能に構成されている。そして,このピコネットコントローラー(PNC)は,指向性ビームを,アソシエーション処理に必要なビーコンとともに,所定の送信方向に向けて送信する。これにより,受信側デバイス(20)を含む領域が無線通信のターゲットエリアとなる。 Here, the receiving device (20) is configured to be capable of generating a directional beam and includes an antenna capable of transmitting and receiving the directional beam. The transmitting device (10) includes an antenna capable of transmitting and receiving a directional beam and a piconet controller (PNC) that performs control for performing association processing with the receiving device (20). The piconet controller (PNC) is configured to be able to generate a directional beam, and is configured to be able to transmit and receive the directional beam via the antenna of the transmitting device (10). The piconet controller (PNC) transmits a directional beam in a predetermined transmission direction together with a beacon necessary for association processing. As a result, the area including the receiving device (20) becomes the target area for wireless communication.
上述したように,指向性ビームを用いることで,クワジオムニビームよりも,受信側デバイスのアンテナでのゲインを高くすることができる。また,隠れノードでの干渉も回避される。 As described above, by using a directional beam, the gain at the antenna of the receiving device can be made higher than that of the Kwasomuni beam. Also, interference at hidden nodes is avoided.
また,本発明の他の側面では,上記ピコネットコントローラー(PNC)が,指向性ビームに複数のビーコンを含ませ,当該複数のビーコンを含む1つの指向性ビームを,上記所定の送信方向に向けて送信するか,又は,ビーコンを1つ含む指向性ビームを多重化させ,当該多重化させた指向性ビームを,上記所定の送信方向として複数の送信方向に向けて送信する。このようにすることで,確実にクワジオムニビームを用いる必要をなくすことができる。 In another aspect of the present invention, the piconet controller (PNC) includes a plurality of beacons in a directional beam and directs one directional beam including the plurality of beacons toward the predetermined transmission direction. Transmit or multiplex a directional beam including one beacon, and transmit the multiplexed directional beam in a plurality of transmission directions as the predetermined transmission direction. In this way, it is possible to reliably eliminate the need to use the Kwasomuni beam.
さらに,本発明のさらに他の側面では,指向性ビームに対応するフレームデータにおけるCAPが,アソシエーション処理のために,複数のサブCAPに分割される。ここで,サブCAPの数は,ピコネットコントローラー(PNC)の受信方向に対応する数である。そしてさらに,複数のサブCAPは,1つのサブCAPが1つのスーパーフレームデータに含まれるように,複数のスーパーフレームデータに広げられる。これにより,受信側デバイス(20)のバッファを削減することができる。 Furthermore, in still another aspect of the present invention, a CAP in frame data corresponding to a directional beam is divided into a plurality of sub-CAPs for association processing. Here, the number of sub-CAPs is a number corresponding to the receiving direction of the piconet controller (PNC). Further, the plurality of sub-CAPs are expanded into a plurality of super-frame data so that one sub-CAP is included in one super-frame data. Thereby, the buffer of the receiving device (20) can be reduced.
また,本発明の他の側面では,指向性ビームに対応するフレームデータにおけるCTAP内に,CAPと同じデータ構造をもつMCTAが生成される。そして,受信側デバイス(20)は,MCTAを用いて,ピコネットコントローラー(PNC)へとフィードバック情報を送信する。これにより,CAPを用いることなくフィードバック情報を送信することができるので,CAP内でのコリジョンを回避することができる。 In another aspect of the present invention, MCTA having the same data structure as that of CAP is generated in CTAP in frame data corresponding to a directional beam. The receiving device (20) transmits feedback information to the piconet controller (PNC) using MCTA. Thereby, since feedback information can be transmitted without using CAP, collision in CAP can be avoided.
さらに,本発明の別の側面は,無線通信方法である。この無線通信方法は,送信側デバイス(10)と受信側デバイス(20)との間で無線通信を行うためのものである。ここで,受信側デバイス(20)は,指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,指向性ビームの送受信が可能なアンテナを含んでいる。また,送信側デバイス(10)は,指向性ビームの送受信が可能なアンテナと,受信側デバイス(20)との間でアソシエーション処理を行うための制御を行うピコネットコントローラー(PNC)とを含んでいる。このピコネットコントローラー(PNC)は,指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,送信側デバイス(10)のアンテナを介して指向性ビームを送受信可能に構成されている。 Furthermore, another aspect of the present invention is a wireless communication method. This wireless communication method is for performing wireless communication between the transmitting device (10) and the receiving device (20). Here, the receiving side device (20) is configured to generate a directional beam and includes an antenna capable of transmitting and receiving the directional beam. The transmitting device (10) includes an antenna capable of transmitting and receiving a directional beam and a piconet controller (PNC) that performs control for performing association processing with the receiving device (20). . The piconet controller (PNC) is configured to be able to generate a directional beam, and is configured to be able to transmit and receive the directional beam via the antenna of the transmitting device (10).
この方法は,送信側デバイス(10)と受信側デバイス(20)との間でアソシエーション処理を行うアソシエーションステップを含む。このアソシエーションステップでは,ピコネットコントローラー(PNC)が,指向性ビームを,アソシエーション処理に必要なビーコンとともに,所定の送信方向に向けて送信するステップと,受信側デバイス(20)が,ピコネットコントローラー(PNC)から送信されたビーコンを受信するステップとが実行される。この方法によっても,上述した効果と同等の効果を奏することができる。 The method includes an association step of performing an association process between the transmitting device (10) and the receiving device (20). In this association step, a piconet controller (PNC) transmits a directional beam in a predetermined transmission direction together with a beacon necessary for association processing, and a receiving device (20) includes a piconet controller (PNC). Receiving a beacon transmitted from. Also by this method, an effect equivalent to the effect described above can be achieved.
本発明によれば,アソシエーション処理中に,指向性ビームを用いるので,クワジオムニビームを用いる必要がなく,受信側デバイス(20)のアンテナでのゲインを高くすることができる。また,隠れノードでの干渉を回避することもできる。 According to the present invention, since a directional beam is used during the association process, it is not necessary to use a quadriom beam, and the gain at the antenna of the receiving device (20) can be increased. It is also possible to avoid interference at hidden nodes.
以下,図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。しかしながら,以下説明する形態はある例であって,当業者にとって自明な範囲で適宜修正することができる。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the form described below is an example, and can be appropriately modified within a range obvious to those skilled in the art.
図1は,本発明の無線通信システム1の構成例を示す図である。図1に示すように,本システム1は,無線通信可能な第1デバイス10と,無線通信可能な第2デバイス20とを含んでいる。なお,本システム1は,2つのデバイス10,20を含むとしたが,さらに,別の通信可能なデバイスを含んでもよい。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a
無線通信システム1では,一般的なビームフォーミング技術を利用してデバイス10,20間で無線通信を行う。無線通信としては,家庭用のビデオシステムにおけるデータ転送などが考えられる。ビームフォーミング(BF)は,MACレイヤープロトコルに基づいたコードブックに従って行われる。コードブックは,0°,90°,180°,270°の4種類の位相シフトを,振幅変化させることなく用いて生成されたものである。
In the
無線通信は,たとえば,無線パーソナルエリアネットワーク(WPAN)において,60GHz帯の電波を用いて行われる。そして,本システム1では,第1デバイス10から第2デバイス20へのデータの送信や,第2デバイス20から第1デバイス10へのデータの送信や,それら双方向のデータ送信が可能に構成されている。なお,電波の周波数帯域は,60GHz帯のものに限られることはないが,WPANでは,電波の周波数帯域が59〜76GHzから選択されることが好ましい。そして,詳細については後述するが,本態様によれば,データのストリーミングのパフォーマンスが高まるとともに,データレートが高まる。そのため,本態様を,家庭用のビデオシステムにおけるデータ転送に適用した場合,大容量のデータ転送が可能となり,たとえば圧縮状態から復元した動画データや非圧縮の動画データをも容易に送信することが可能となる。
Wireless communication is performed using radio waves in the 60 GHz band, for example, in a wireless personal area network (WPAN). The
続いて,デバイス10,20について説明する。
第1デバイス10は,図1に示すように,電波を送信する送信機として機能する送信部と,受信機として機能する受信部とを有している。第2デバイス20も,第1デバイス10と同様に,送信機として機能する送信部と,受信機として機能する受信部とを有している。各送信部は,複数個(t個)のアンテナ素子単体を有しており,アンテナアレイを構成している。各受信部は,複数個(r個)のアンテナ素子単体を有しており,アンテナアレイを構成している。そして,第1デバイス10と第2デバイス20とは,ビームフォーミング技術を利用することによって,互いにリンクを確立して,データの送受信(通信)を行う。
Next, the
As illustrated in FIG. 1, the
なお,デバイス10,20に設けるアンテナとしては,さまざまなものを使用することが可能である。アンテナとしては,アンテナ素子単体,セクター化されたアンテナ,切替アンテナ,1次元(1D)ビームフォーミングアンテナアレイ,及び2次元(2D)ビームフォーミングアンテナアレイを例示することができる。
Various antennas can be used for the
図2は,図1に示す無線通信システム1において実施される無線通信方法の手順を示すフローチャートである。図2におけるSは,各ステップを示す。本方法が実施されることにより,第1デバイス10と第2デバイス20とが互いにリンクを確立して,データの送受信(通信)が可能となる。そのため,図2に示す方法に対応するプログラムは,ビーム選択アルゴリズムとして,第1デバイス10及び第2デバイス20に格納されている。図3は,図2の各ステップにおける処理を説明するのに有用な模式図である。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of a wireless communication method implemented in the
図2に示すように,無線通信方法は,ビーコン(beacon)を送信することで,ビームフォーミングを行って,デバイス−デバイス間のリンクを確立させるための第1段階(S10)と,ビームフォーミングの第1調整(粗いビームフォーミング)を行うことで,セクター探索を行う第2段階(S20)と,ビームフォーミングの第1調整に続く第2調整(精細なビームフォーミング)を行うことで,ビーム探索(ビームトラッキング)を行う第3段階(S30)と,データ通信を行うステップ(S40)とを含んでいる。なお,後述するように,第1段階(S10)では,デバイス−デバイス間のリンクを確立させるために,クワジオムニ探索(quasi−omni探索)も行われる。 As shown in FIG. 2, the wireless communication method transmits a beacon to perform beamforming to establish a device-device link (S10), and beamforming. By performing the first adjustment (coarse beamforming), the second stage (S20) of performing sector search, and performing the second adjustment (fine beamforming) following the first adjustment of beamforming, the beam search ( A third stage (S30) for performing beam tracking) and a step for performing data communication (S40) are included. As will be described later, in the first stage (S10), a quasi-omni search is also performed to establish a device-device link.
まず,第1段階(S10)では,送信機として機能するデバイス(ここでは,第1デバイス10とする)が,MACレイヤープロトコルで定められたビーコン(beacon)を送信する。ビーコンとは,無線通信端末であるデバイスの基本情報を他のデバイスに報知するための信号である。そして,受信機として機能するデバイス(ここでは,第2デバイス20とする)が,ビーコンの受信に成功すると,つまり,デバイス−デバイス間のリンクが確立すると,ビーコンとして送信されているビームの中から,両者の間でデータ通信を行うためのビームが選択される。ここでは,データ通信を行うためのビームとして,互いに異なる複数(たとえば2種類)のクワジオムニ(quasi−omni)ビームが選択される(クワジオムニ探索)。クワジオムニビームとは,準無指向性のビームを意味する。なお,図3に示す例では,2種類のクワジオムニビームは,第1ベストクワジオムニビームと,第2ベストクワジオムニビームである。 First, in the first stage (S10), a device functioning as a transmitter (here, referred to as first device 10) transmits a beacon defined by the MAC layer protocol. A beacon is a signal for notifying other devices of basic information of a device that is a wireless communication terminal. When a device functioning as a receiver (here, the second device 20) succeeds in receiving a beacon, that is, when a device-device link is established, a beam transmitted as a beacon is selected. , A beam for data communication between the two is selected. Here, a plurality of (for example, two types) quasi-omni beams that are different from each other are selected as a beam for performing data communication (search for quasi-omni). Kwasomuni beam means a quasi-omnidirectional beam. In the example shown in FIG. 3, the two types of quasi-omni beam are a first best quasi-omni beam and a second best quasi-omni beam.
ところで,第1デバイス10が送信している2種類のクワジオムニビームは,それぞれ,第1デバイス10の周囲にある空間にビームのパターンを形成している(ビームフォーミング)。ここで,ビームのパターンは,第1デバイス10及び第2デバイス20の周囲にある障害物などによって決まる。そして,第1デバイス10が送信したビームのパターンにおける,電波のエネルギー損失が少ない部分に,第2デバイス20が配置されていれば,第2デバイス20は,第1デバイス10から電波を安定して受信することが可能となる。つまり,第1デバイス10から送信された電波を第2デバイス20が受信できるような状態となることで,デバイス−デバイス間のリンクが確立することとなる。
By the way, each of the two types of quasi-omni beams transmitted by the
続いて,第2段階(S20)では,ビームフォーミングによって形成されたビームのパターンの調整を行う。具体的には,調整としてビームの絞り込みを行ってビームに指向性を持たせる。この絞り込みに応じて,ビームのパターン(電波のエネルギー損失が低い領域や高い領域)も変わることとなる。そして,ビームの絞り込みを複数のパターンで行うことで,第1デバイス10と第2デバイス20との間のリンクが維持できる領域を決定する。ここで,ビームの絞り込みを行う領域は,クワジオムニビームによって形成されるビームのパターン領域が,たとえば4等分される程度に行う。このように4等分した領域を,以下「セクター」とも称する。そして,第1デバイス10と第2デバイス20との間のリンクが維持できるセクターのうち,最もリンクが維持しやすい,電波のエネルギー損失が最も少ないセクターを,ベストセクターとする。これにより,セクター探索を完了する。
Subsequently, in the second step (S20), the pattern of the beam formed by beam forming is adjusted. Specifically, the beam is narrowed as an adjustment to give the beam directivity. In accordance with this narrowing, the beam pattern (region where the energy loss of radio waves is low or high) also changes. And the area | region which can maintain the link between the
そして,第3段階(S30)では,ビームトラッキングを行う。ビームトラッキングは,上述したセクター探索と同様に,第1デバイス10と第2デバイス20との間のリンクが維持できる領域(セクターよりも小さい領域)のうち,最もリンクが維持しやすい,電波のエネルギー損失が最も少ない領域を求めるものである。このビームトラッキングは,第2段階において定められたベストセクター内で行うだけでよい。ここで,ビームトラッキングのために,コードブックを用いてもよい。そのようにして求めた領域では,分解能が最も高いビーム(以下,「中心ビーム」とも称することがある)が局在していると考えることができる。ここで,図3に示すように,中心ビームとそれに隣接するビーム(隣接ビーム)の組を「ベストクラスター」と称することとする。
In the third stage (S30), beam tracking is performed. Similar to the sector search described above, beam tracking is the energy of radio waves that is most easily maintained in the area where the link between the
ところで,本態様では,第1段階において,2種類のクワジオムニビームを送信している。そのため,第3段階では,各クワジオムニビームについて,中心ビームが定まることとなる。つまり2種類の中心ビームと,2種類のベストクラスター(第1ベストクラスター及び第2ベストクラスター)とが定まることとなる。 By the way, in this aspect, in the first stage, two types of quasi-omni beams are transmitted. Therefore, in the third stage, the center beam is determined for each Kwasomuni beam. That is, two types of center beams and two types of best clusters (first best cluster and second best cluster) are determined.
そして,ステップS40では,データ通信を行う。具体的には,第1デバイス10は,2種類のビーム(中心ビーム)のうち,一方のビームを用いて,第2デバイス20へのデータを送信する。これにより,第1デバイス10から第2デバイス20へのデータ送信を効率的に行うことができる。また,第2デバイス20は,他方のビームに対応する位置に,当該第2デバイス20から送信された電波が局在するように指向性を持たせ,その状態で第1デバイス10へのデータを送信する。これにより,電波のゲインを十分に高めることができ,その結果,第2デバイス20から第1デバイス10へのデータ送信を効率的に行うことができる。すなわち,本態様によれば,双方向のデータ通信が効率的に行うことができる。なお,本態様のように,ビームの位置を特定して,その位置を中心にしてデータ通信を行うことは,第1デバイス10と第2デバイス20の間に,データ通信用のチャネルを擬似的に設けることに相当すると云える。
In step S40, data communication is performed. Specifically, the
上述した態様によれば,3種類の異なる幅をもつビーム(クワジオムニビーム,ベストセクターに対応するビーム,中心ビーム)が生成される。具体的には,クワジオムニビームから,ビームの幅を狭くしていくことで,中心ビームが求まる。このようにすることで,アンテナのゲインの高効率化を図ることができる。なお,クワジオムニビームの段階で,デバイス−デバイス間のリンクが確立されているので,その後にビームの幅を狭くしても,確立しているリンクが切断されることはない。そして,アンテナのゲインの高効率化を図ることができるので,データレートを高くすることができるとともに,データ送信というシナリオにおいて高いパフォーマンスを発揮することができる。また,ビームの幅を狭くすることで,電力消費も抑えることができる。 According to the aspect described above, three types of beams having different widths (quasi-omni beam, beam corresponding to the best sector, and center beam) are generated. Specifically, the center beam can be obtained by narrowing the beam width from the Kwasomuni beam. By doing so, it is possible to increase the efficiency of the gain of the antenna. In addition, since the link between devices is established at the stage of the quasi-omni beam, even if the beam width is narrowed after that, the established link is not broken. Since the antenna gain can be made highly efficient, the data rate can be increased and high performance can be exhibited in the scenario of data transmission. In addition, power consumption can be reduced by narrowing the beam width.
以下,上述したような各処理を実現するのに必要なシステム構成やデータ構造について詳細に説明する。 Hereinafter, a system configuration and a data structure necessary for realizing each processing as described above will be described in detail.
本態様では,第1デバイス10は,当該デバイスを無線端末として機能させるための無線端末管理機能(SME:station management entity)を実現するためのコントローラーと,MAC(Medium Access Control)レイヤーを扱うためのMACレイヤー管理機能(MLME:MAC layer management entity)を実現するピコネットコントローラー(PNC)とが実装されている。第2デバイス20も,第1デバイス10と同様に,SMEを実現するためのコントローラーと,ピコネットコントローラー(PNC)とが実装されている。なお,第1デバイス10が有するコントローラーは,ピコネットコントローラー(PNC)に限られることはなく,ビームフォーミングを制御可能なコントローラーであればいかなるものであってもよく,そのようなコントローラーは,ソフトウェアによって実現されてもよいし,ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせで実現されてもよい。
In this aspect, the
さらに,第1デバイス10は,ビームの幅を調整するためのビーム用コードブックを扱うことができるように構成されている。ここで,コードブックは,MACレイヤープロトコルに準拠するようにデザインされていることが好ましく,この場合,コードブックをピコネットコントローラー(PNC)で扱うことが可能となる。なお,コードブックは,ピコネットコントローラー(PNC)以外のコントローラーが扱ってもよい。いずれにしても,コードブックは,対応するデバイスの記憶手段としてのメモリに格納されており,必要に応じて読み出されて利用される。第2デバイス20も,第1デバイス10と同様に,コードブックを扱うことができるように構成されている。
Further, the
ここで,コードブックについて具体例を挙げて詳細に説明する。
コードブックは,マトリックス(行列)である。そして,マトリックスの各列は,1種類のビーム(つまり1つのアンテナ素子単体)に対応しており,各列をデザイン(指定)することによって,ビームフォーミングのウェイトベクトル(つまり,ビームのパターン)が定まることとなる。そして,コードブックを用いることで,たとえば無指向性のビームに所望の指向性を持たせることができる。
Here, the code book will be described in detail with a specific example.
A codebook is a matrix. Each column of the matrix corresponds to one type of beam (that is, one antenna element), and by designing (specifying) each column, a beamforming weight vector (that is, a beam pattern) is obtained. It will be fixed. By using a code book, for example, a non-directional beam can have a desired directivity.
コードブックの生成には,0°,90°,180°,270°の4種類の位相シフトを利用することが好ましい。そして,位相0°を「+I」,位相180°を「−I」,位相90°を「+Q」,位相270°を「−Q」とすると,コードブックは,これらの組み合わせで表される。たとえば,8種類のアンテナ素子単体から8種類のビームのパターンを作成する場合,下記数1に示すような行列に対応するコードブックWが用いられる。なお,本態様では,電力損失を最小限に抑えるために,振幅調整を行わない。また,図4には,下記数1に示す行列をコードブックとして用いたときのビームのパターンが模式的に示されている。
このようなコードブックは,無線通信の規格に適合したものとなり得るので,汎用性が高い。すなわち,本発明に係る無線通信方法を既存の無線通信方法に容易に適用することができる。 Such a codebook is highly versatile because it can be adapted to wireless communication standards. That is, the wireless communication method according to the present invention can be easily applied to an existing wireless communication method.
続いて,上述したように構成された第1デバイス10及び第2デバイス20間で行われる無線通信についてより詳細に説明する。
Next, wireless communication performed between the
まず,上述した第1段階(S10)について詳細に説明する。この第1段階では,第1デバイス10の送信部と,第2デバイス20の受信部との間で,ベストクワジオムニビームの対が検出される。
First, the first stage (S10) described above will be described in detail. In the first stage, a pair of best quadomni beams is detected between the transmission unit of the
その検出を実現するために,まず,第1デバイス10は,送信部からNt個のクワジオムニビームを送信する。これらのビームは,MACレイヤープロトコル(たとえばIEEE802.15.3b)に準拠しており,フィールドとして,ビーコンやビームフォーミング(BF)が予め設定されている。ビームフォーミングに関するフィールドには,第1デバイス10のビームフォーミング能力のいくつかについて情報要素(IE:information element)が設定されており,具体的には,図5に示すように,クワジオムニビームの数,ビーム切替え(ビームスイッチング),及びアンテナのタイプを示す情報が設定されている。
In order to realize the detection, first, the
そして,第1デバイス10の送信部からNt個のクワジオムニビームを送信した場合,第2デバイス20は,受信部で,Mr個までのクワジオムニビームを受信可能であり,受信に成功すると,第1デバイス10にその旨を通知する。
When N t quasi-omni beams are transmitted from the transmission unit of the
第2デバイス20がクワジオムニビームの受信に成功するまでの間におけるデータのやりとりについて詳細に説明する。
<第1ステージ>
まず,MACレイヤーで定められている処理(アソシエーション要求及びアソシエーション応答)が行われている。このとき,各デバイスは,ピコネットコントローラー(PNC)との間で,図6に示すような構造のデータをやりとりする。具体的には,各デバイスは,当該デバイスの能力に関する情報要素(IE)をピコネットコントローラー(PNC)に報知して,当該ピコネットコントローラー(PNC)のレジスターに登録する。このようにして,アソシエーションが確立した状態となる。
Data exchange until the
<First stage>
First, processing (association request and association response) defined in the MAC layer is performed. At this time, each device exchanges data having a structure as shown in FIG. 6 with the piconet controller (PNC). Specifically, each device informs the piconet controller (PNC) of the information element (IE) related to the capability of the device and registers it in the register of the piconet controller (PNC). In this way, the association is established.
<第2ステージ>
続いて,ピコネットコントローラー(PNC)は,図7に示す構造のデータを用いて,CAP内でデバイス能力に関する情報要素(IE)を,アソシエーション確立済みのデバイス(第1デバイス10及び第2デバイス20)に報知する。ここで,CAPとは,競合アクセス期間(contention access period)をさす。この報知の際,ピコネットコントローラー(PNC)は,アナウンスコマンドを用いる。これにより,双方のデバイス(第1デバイス10及び第2デバイス20)は,他方のデバイスの能力に関する情報を取得することになる。
<Second stage>
Subsequently, the piconet controller (PNC) uses the data having the structure shown in FIG. 7 to transmit the information element (IE) relating to the device capability within the CAP to the devices that have already established the association (the
<第3ステージ>
第1デバイス10及び第2デバイス20の一方は,得られた対象物のデバイス能力に基づいてCTAを算出する。ここで,CTAとは,チャネル時間割当て(channel time allocation)をさす。図8に示すように,信号の発生元(Src.DEV)である第1デバイス10は,ピコネットコントローラー(PNC)に対して,CTA要求コマンドを送信する。これに応じて,ピコネットコントローラー(PNC)は,第1デバイス10にCTA応答コマンドを送信することで,第1デバイス10のためにCTAを割当てる。これにより,デバイス−デバイス間のリンクが,割当てたCTA内で確立することとなる。
<Third stage>
One of the
<第4ステージ>
第1デバイス10は,図9に示すトレーニングシーケンスに対応するデータ(以下,「TSデータ」ともいう)を,Ntグループ分,送信する。トレーニングシーケンスとしては,本態様では,Tensor com社が定めたものを用いる。TSデータは,図9に示すように,シンク(SYNC)フィールドと,チャネル推定(CE)フィールドとを含んで構成されている。ここで,Ntグループ分のTSデータの送信は,第1デバイス10が各クワジオムニビームを送信することから始まる。つまり,TSデータは,各グループにつきMt回送信されることとなる。そうすることにより,第2デバイス20が,第2デバイス20自身の受信側クワジオムニビームのいずれかから,少なくとも1つのTSデータを受信することを期待することができる。
<4th stage>
The
<第5ステージ>
複数グループ分のTSデータを第1デバイス10から第2デバイス20へ送信している間において,第2デバイス20は,自身のクワジオムニビームを1つずつ切り替えて,各クワジオムニビームにつき時間Tsの間待機する。これにより,第2デバイス20が,自身の任意のクワジオムニビームからTSデータを受信することを期待することができる。ここで,時間Tsは,トレーニングシーケンスに要する期間である。第2デバイス20は,Mr×Tsに亘る期間の後に,このようなスキャニングを,第1回目のクワジオムニビームから繰り返す。
<5th stage>
While transmitting TS data for a plurality of groups from the
<第6ステージ>
第1デバイス10が,Ntグループ分のTSデータの全てを送信し終えた後には,第2デバイス20は,TSデータの少なくとも1つを受信していることとなる。ところで,第2デバイス20は,TSデータを受信するときはいつも,推定した通信リンクのSNRに応じて,第1デバイス10が送信した複数のクワジオムニビームの中から,ベストクワジオムニビームを決定するとともに,第2デバイス20自身の受信側ベストクワジオムニビームを決定している。ここで,通信リンクのSNRは,トレーニングシーケンスごとに求められる。そのため,トレーニングシーケンスが行われるたびに,第2デバイス20から第1デバイス10へと,図10に示すようなビームフォーミング時のフィードバック用の情報要素(IE)が送信される。
<6th stage>
After the
<第7ステージ>
TSデータが第1デバイス10から第2デバイス20へ送信されるに従って,第2デバイス20は,各グループにつきNr回分の繰り返しを,第4ステージでの解読と同じ方法で行いながら,Mtグループ分のTSデータを送信する。そうすることにより,第1デバイス10が,第1デバイス10自身の受信側クワジオムニビームのいずれかから,少なくとも1つのTSデータを受信することを期待することができる。
<7th stage>
As the TS data is transmitted from the
<第8ステージ>
TSデータが第2デバイス20から第1デバイス10へ送信されている間,第1デバイス10は,第5ステージでの解読と同じ方法でクワジオムニビームのいずれかからトレーニングシーケンスを受信しようとする。
<Eighth stage>
While the TS data is being transmitted from the
<第9ステージ>
第2デバイス20が,Mtグループ分のTSデータの全てを送信し終えた後には,第1デバイス10は,TSデータの少なくとも1つを受信していることとなる。第1デバイス10は,TSデータを受信するたびに,推定した通信リンクのSNRに応じて,第2デバイス20が送信した複数のクワジオムニビームの中から,ベストクワジオムニビームを決定するとともに,第1デバイス10自身の受信側ベストクワジオムニビームを決定している。
<9th stage>
After the
<第10ステージ>
トレーニング期間の後,第2デバイス20は,第1デバイス10のベストクワジオムニビームのオフセットインデックスをフィードバックする。このフィードバックは,第2デバイス20が,図10に示す構造のデータ(ビームフォーミングに関するフィードバック用の情報要素(IE))を,第1デバイス10へと送信することで行われる。図10に示すデータの送信方向は,Mt回分の送信のそれぞれに応じたものであり,その送信の際には,アナウンスコマンドが用いられる。
<10th stage>
After the training period, the
<第11ステージ>
第2デバイス20が,第1デバイス10へとフィードバックを送信している間,第1デバイス10は,受信側ベストクワジオムニビームから,フィードバック情報を得ようとする。ここで,受信側ベストクワジオムニビームは,上述した第9ステージのトレーニングステップの間に決定されるものである。
<11th stage>
While the
<第12ステージ>
ビームフォーミング(BF)に関するフィードバックとして受信した情報要素(IE)にしたがって,第1デバイス10は,自身にとってベストな,送信側クワジオムニビームを把握する。また,第1デバイス10は,把握したクワジオムニビームをベストクワジオムニビームとして用いて後続の送信を行う。
<12th stage>
In accordance with the information element (IE) received as feedback related to beamforming (BF), the
<第13ステージ>
第2デバイス20が第1デバイス10へとフィードバックしたことに応じて,第1デバイス10は,第2デバイス20のベストクワジオムニビームのオフセットインデックスをフィードバックする。このフィードバックは,第1デバイス10が,ビームフォーミングに関するフィードバック用の情報要素(IE)(図10参照)を,第2デバイス20へと送信することで行われる。この送信の際には,アナウンスコマンドが用いられる。ただし,第1デバイス10は,フィードバックの送信を,ベストクワジオムニビームから1度で行う必要がある。なお,ベストクワジオムニビームは,上述した第12ステージのトレーニングステップの間に決定されるものである。
<13th stage>
In response to the feedback from the
<第14ステージ>
第1デバイス10が第2デバイス20へとフィードバックを送信している間,第2デバイス20は,受信側クワジオムニビームのうち,自身にとってベストなクワジオムニビームを用いることで,フィードバックを受信しようとする。
<14th stage>
While the
<第15ステージ>
上述した全ての動作(オペレーション)が行われることによって,図11に示すようなデータのやりとりがなされ,最終的には,双方の送信方向(第1デバイス10から第2デバイス20への送信方向,及び第2デバイス20から第1デバイス10への送信方向)に関して,ベストクワジオムニビームの対が決定される。
<15th stage>
By performing all the operations described above, data is exchanged as shown in FIG. 11, and finally both transmission directions (transmission direction from the
なお,第2デバイス20が,上記第5ステージの間に,第1デバイス10からTSデータを何も受信しない場合,又は,第2デバイス20が上記第14ステージで第1デバイス10からフィードバックを何も受信しない場合,第2デバイス20は,「ビームフォーミング失敗」の旨を宣言する。具体的には,この宣言は,第2デバイス20が,ピコネットコントローラー(PNC)にアナウンスコマンドとともにビームフォーミング失敗の旨の情報要素を送信することで行われる。これに応じて,ピコネットコントローラー(PNC)は,その旨を,アナウンスコマンドを用いることで第1デバイス10に報知する。その後,第1デバイス10は,本処理を再開するか断念するかの一方を選択することとなる。
When the
第1デバイス10が,上記第8ステージの間に,第2デバイス20からTSデータを何も受信しない場合,又は,第1デバイス10が上記第11ステージで第2デバイス20からフィードバックを何も受信しない場合,第1デバイス10は,「ビームフォーミング失敗」を宣言する。具体的には,この宣言は,第1デバイス10が,ピコネットコントローラー(PNC)にアナウンスコマンドとともにビームフォーミング失敗の旨の情報要素を送信することで行われる。そして,ピコネットコントローラー(PNC)は,その旨を,アナウンスコマンドを用いることで第2デバイス20に報知する。その後,第2デバイス20は,本処理を再開するか断念するかの一方を選択することとなる。
When the
続いて,第2段階(S20)について詳細に説明する。この第2段階では,セクター探索が行われて,第1デバイス10及び第2デバイス20間の第1ベストセクターと第2ベストセクターの対が検出される。この検出を実現するために,第1デバイス10や第2デバイス20は,以下のように構成又は設定されている。
Next, the second stage (S20) will be described in detail. In this second stage, a sector search is performed, and a pair of the first best sector and the second best sector between the
第1に,第1デバイス10及び第2デバイス20の双方は,幅を狭めたファインビーム用のコードブックを有している。このコードブックは,それらデバイスの周囲において関心のあるターゲットエリアの全領域をカバーすることが可能となるように作成されたものである。
First, both the
第2に,第1デバイス10及び第2デバイス20の双方は,ファインビームをセクターにグルーピングする。このようにしても,第1段階(S10)で決定されたクワジオムニビーム(以下,「選択クワジオムニビーム」ともいう)によってカバーされた全領域をカバーすることが可能である。
Second, both the
第3に,第1デバイス10及び第2デバイス20は,第1段階(S10)で決定されたクワジオムニビームを用いることによって,互いに通信を行うことが可能となっている。
Third, the
第4に,第1デバイス10は,送信部用にJt個のセクターを有しており,それらセクターによって,送信部用の選択クワジオムニビームをカバーする。また,第1デバイス10は,受信部用にJr個のセクターを有しており,それらセクターによって,受信部用の選択クワジオムニビームをカバーする。それらに応じて,第2デバイス20は,送信部用にKt個のセクターを有しており,それらセクターによって,送信部用の選択クワジオムニビームをカバーするとともに,受信部用のKr個のセクターを有しており,それらセクターによって,受信部用の選択クワジオムニビームをカバーする。なお,これらの情報は,図12に示すセクター探索用の情報要素(IE)に含まれており,第1デバイス10及び第2デバイス20の双方が参照可能となっている。
Fourth, the
そして,上述したように構成又は設定された第1デバイス10と第2デバイス20とを用いることで,第2段階(S20)のセクター探索が以下の手順で行われる。
Then, by using the
<第1ステージ>
まず,第1デバイス10及び第2デバイス20は,セクター候補情報を互いにアナウンスコマンドを用いて送信し合う。具体的には,第1デバイス10は,セクター候補情報として,Jt及びJrを第2デバイス20に送信し,それに応じて,第2デバイス20は,セクター候補情報として,Kt及びKrを第1デバイス10に送信する。
<First stage>
First, the
<第2ステージ>
続いて,第1デバイス10及び第2デバイス20は,上述した第1段階(S10)の第4ステージ〜第15ステージで定められている動作と同じ動作を行う。ただし,Nt,Nr,Mt,及びMrは,それぞれ,Jt,Jr,Kt,及びKrに置き換える必要がある。そして,セクター探索中に,第1デバイス10及び第2デバイス20は,セクター候補のあらゆる組み合わせ(コンビネーション)について,SNRを記録する。
<Second stage>
Subsequently, the
<第3ステージ>
上述した全ての動作(オペレーション)が行われることによって,図13に示すようなデータのやりとりがなされる。最終的には,SNRテーブルに基づいて,双方の送信方向(第1デバイス10から第2デバイス20への送信方向,及び第2デバイス20から第1デバイス10への送信方向)に関して,ベストセクターの対(つまり,第1ベストセクターと第2ベストセクターの対)を決定する。
<Third stage>
By performing all the operations described above, data exchange as shown in FIG. 13 is performed. Eventually, based on the SNR table, the best sector of both transmission directions (the transmission direction from the
なお,第2段階(S20)においても,第1デバイス10及び第2デバイス20は,「ビームフォーミング(BF)失敗」の旨を宣言することがある。この宣言がなされる場合は,上述した第1段階(S10)において定められている場合と同様である。
Even in the second stage (S20), the
続いて,第3段階(S30)について詳細に説明する。この第3段階では,ビーム探索(ビームトラッキング)が行われて,第1デバイス10及び第2デバイス20間の第1ベストビームと第2ベストビームの対が検出される。この検出を実現するために,第1デバイス10や第2デバイス20は,以下のように構成又は設定されている。
Next, the third stage (S30) will be described in detail. In this third stage, a beam search (beam tracking) is performed, and a pair of the first best beam and the second best beam between the
第1に,第1デバイス10及び第2デバイス20の双方は,幅をさらに狭めたスーパーファインビーム用のコードブックを有している。このコードブックは,それらデバイスの周囲において関心のあるターゲットエリアの全領域をカバーすることが可能となるように作成されたものである。
First, both the
第2に,第1デバイス10及び第2デバイス20の双方は,スーパーファインビームを第2段階(S20)で決定されたセクター(以下,「選択セクター」ともいう)内でグルーピングする。言い換えると,スーパーファインビームで選択セクターを分解する。したがって,選択セクターによってカバーされた全領域は確実にカバーされることとなる。
Second, both the
第3に,第1デバイス10及び第2デバイス20は,第2段階(S20)で決定されたベストセクターを用いることによって,互いに通信を行うことが可能となっている。
Third, the
第4に,第1デバイス10は,送信部用にSt個のビーム用のビーム領域を有しており,それらビーム領域によって,送信部用の選択セクターをカバーする。また,第1デバイス10は,受信部用にSr個のビーム領域を有しており,それらビーム領域によって,受信部用の選択セクターをカバーする。それらに応じて,第2デバイス20は,送信部用にTt個のビーム領域を有しており,それらビーム領域によって,送信部用の選択セクターをカバーするとともに,受信部用のTr個のビーム領域を有しており,それらビーム領域によって,受信部用の選択セクターをカバーする。なお,これらの情報は,図14に示すビーム探索用の情報要素(IE)に含まれており,第1デバイス10及び第2デバイス20の双方が参照可能となっている。
Fourth, the
そして,上述したように構成又は設定された第1デバイス10と第2デバイス20とを用いることで,第3段階(S30)のビーム探索が以下の手順で行われる。なお,下記の手順は,第1ベストセクターについて行われるだけでなく,第2ベストセクターについても行われる。つまり,ビーム探索は2回行われる。
Then, by using the
<第1ステージ>
まず,第1デバイス10及び第2デバイス20は,ビーム領域候補情報を互いにアナウンスコマンドを用いて送信し合う。具体的には,第1デバイス10は,ビーム領域候補情報として,St及びSrを第2デバイス20に送信し,それに応じて,第2デバイス20は,ビーム領域候補情報として,Tt及びTrを第1デバイス10に送信する。
<First stage>
First, the
<第2ステージ>
続いて,第1デバイス10及び第2デバイス20は,上述した第1段階(S10)の第4ステージ〜第15ステージで定められている動作と同じ動作を行う。ただし,Nt,Nr,Mt,及びMrは,それぞれ,St,Sr,Tt,及びTrに置き換える必要がある。そして,ビーム探索中に,第1デバイス10及び第2デバイス20は,ビーム領域候補のあらゆる組み合わせ(コンビネーション)について,SNRを記録する。
<Second stage>
Subsequently, the
<第3ステージ>
上述した全ての動作(オペレーション)が行われることによって,図15に示すようなデータのやりとりがなされる。最終的には,SNRテーブルに基づいて,双方の送信方向(第1デバイス10から第2デバイス20への送信方向,及び第2デバイス20から第1デバイス10への送信方向)に関して,ベストビーム領域の対(つまり,第1ベストビームと第2ベストビームの対)を決定する。
<Third stage>
By performing all the operations described above, data exchange as shown in FIG. 15 is performed. Finally, based on the SNR table, the best beam region for both transmission directions (transmission direction from the
なお,第3段階(S30)においても,第1デバイス10及び第2デバイス20は,「ビームフォーミング(BF)失敗」の旨を宣言することがある。この宣言がなされる場合は,上述した第1段階(S10)において定められている場合と同様である。
Also in the third stage (S30), the
ところで,上述した態様では,quasi−omniビームを用いてアソシエーション処理を行っている。ここで,quasi−omniビームを用いた場合,受信側デバイスである第2デバイス20のアンテナでのゲインが十分に高くはない可能性がある。そこで,本態様の別の側面では,quasi−omniビームに代えて,指向性ビームを用いる。以下,指向性ビームを用いる場合における無線通信システム1の構成や,実行される処理について詳細に説明する。
By the way, in the aspect mentioned above, the association process is performed using a quasi-omni beam. Here, when the quasi-omni beam is used, there is a possibility that the gain at the antenna of the
まず,無線通信システム1の構成は,上述した態様と同様である。本態様でも,第1デバイス10が送信側デバイスとして機能し,かつ第2デバイス20が受信側デバイスとして機能することとする。ただし,第1デバイス10及び第2デバイス20は,指向性ビームの生成及び指向性ビームの送受信が可能に構成されている。第1デバイス10は,第2デバイス20との間でアソシエーション処理を行うための制御を行うために,上述した態様と同様,ピコネットコントローラー(PNC)を含んでいる。第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)は,第1デバイス10のアンテナを介して,第1デバイス10の指向性ビームを送信可能であるとともに,第2デバイス20からの指向性ビームを受信可能である。
First, the configuration of the
続いて,無線通信システム1において実行される処理について説明する。まず,アソシエーション処理が行われる。このため,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)は,指向性ビームを,アソシエーション処理に必要なビーコンとともに,所定の送信方向に向けて送信する。このようにすることで,第2デバイス20を含む領域を無線通信のターゲットエリアとしようとする。実際には,ピコネットコントローラー(PNC)の周囲におけるターゲットエリアの全て(たとえば,360°のあらゆる方向における通信可能な距離の範囲内にある領域)がカバーされるように,指向性ビームが送信される。
Next, processing executed in the
ここで,quasi−omniビームに代えて指向性ビームを用いる場合,指向性ビームの送信方法としては,2種類の方法(第1方法及び第2方法)が考えられる。第1方法は,複数の方向に指向性をもつ指向性ビームを所定の送信方向に送信するものである。第2方法は,一方向に指向性をもつ指向性ビームをあらゆる送信方向に送信するものである。 Here, when a directional beam is used instead of the quasi-omni beam, two types of methods (a first method and a second method) can be considered as a directional beam transmission method. The first method is to transmit a directional beam having directivity in a plurality of directions in a predetermined transmission direction. The second method is to transmit a directional beam having directivity in one direction in all transmission directions.
まず,第1方法について説明する。
図16は,複数のビーコンを含むフレームデータである。図16に示すフレームデータでは,指向性ビームの指向性に対応した方向(つまり,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)が送信可能な送信方向)に関連付けたビーコンが複数示されている。つまり,1つのデータ(スーパーフレーム)に,ビーコンが多重化されている。図16に示す例では,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)の送信方向がNt種類あるため,それに対応するように,ビーコンの数もNt個だけ用意されている。
このようなビーコンを送信すると,第2デバイス20は,複数のビーコンのうち,少なくとも1つを受信する機会を得ることとなる。
First, the first method will be described.
FIG. 16 shows frame data including a plurality of beacons. In the frame data shown in FIG. 16, a plurality of beacons associated with the direction corresponding to the directivity of the directional beam (that is, the transmission direction in which the piconet controller (PNC) of the
When such a beacon is transmitted, the
第1方法に対して,第2方法では,以下のようにデータが構成されている。
図17は,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)が送信可能な送信方向のいずれか1つの送信方向に関連付けたビーコンを含むフレームデータが,送信方向ごとに複数生成された状態を模式的に示している。つまり,1つのビーコンを含むデータ(スーパーフレーム)が多重化されている。図17に示す例では,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)の送信方向がNt種類あるため,それに対応するように,ビーコンの数もNt個だけ用意され,Nt個のデータに分布されている。
このように多重化したデータを送信方向に合わせて送信すると,第2デバイス20は,複数のデータのうち,少なくとも1つのデータを受信する機会を得ることとなり,受信に成功すれば,受信したデータからビーコンを取得することができる。
In contrast to the first method, the data is configured as follows in the second method.
FIG. 17 schematically shows a state in which a plurality of frame data including beacons associated with any one transmission direction that can be transmitted by the piconet controller (PNC) of the
When the multiplexed data is transmitted according to the transmission direction in this way, the
したがって,上述した第1方法であっても第2方法であっても,第2デバイス20は,少なくとも1つのビーコンを取得することができるようになっている。すなわち,第1方法や第2方法を採用することで,受信側デバイスである第2デバイス20がビーコンを受信することができる。したがって,アンテナでのゲインが十分に高いとはいえないquasi−omniビームを用いる必要をなくすことができる。そして,quasi−omniビームに代えて指向性ビームを用いると,第2デバイス20のアンテナでのゲインを高めることができる。
Therefore, the
そして,第2デバイス20がビーコンを受信した後には,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)が第2デバイス20からデータを受信することができるかどうかを確認するための処理が行われる。そこで,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)の受信方向の数Nrに応じて,フレームデータ内のCAPが,Nr個のサブCAP(S−CAP)に分割される。そして,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)は,Nr個のサブCAPを通るチャネルを,対応する所定方向の指向性ビーム(図16又は図17)を用いてリッスン(受信)する。
And after the
一方で,第2デバイス20の方は,少なくとも,上述した複数のビーコン群が送信されてくる期間の間,Mr個の受信方向の各々で,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)との間でアソシエーション処理を行うための待機を行う。なお,上述したように,第2デバイス20は,Mr個の受信方向から指向性ビームを受信可能であるとともに,Mt個の送信方向に指向性ビームを送信可能に構成されている。
On the other hand, the
そして,第2デバイス20は,当該第2デバイスの受信方向のいずれかからビーコンを検出するたびに,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)のベストな送信方向を把握するとともに,当該第2デバイスにとってベストな受信方向を把握する。続いて,第2デバイス20は,アナウンスコマンドを用いて,フィードバック情報を,当該第2デバイスのMt個の送信方向の各々を介して送信する。このときのフィードバック情報には,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)の送信方向に関する情報が含まれている。ここで,複数のフィードバック情報は,フィードバック情報群とすると,第2デバイス20は,このようなフィードバック群をサブCAPごとに第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)へと送信することを繰り返していることになる。
Each time the
これに応じて,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)は,第2デバイス20からフィードバック情報を受信するたびに,そのフィードバック情報内に含まれる情報からベストな送信方向を把握する。さらに,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)は,サブCAPの各々で受信したフィードバック情報のプリアンブル部分を用いてSNRを検出する。これによって,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)は,当該ピコネットコントローラー(PNC)のベストな受信方向を把握する。
Accordingly, every time the piconet controller (PNC) of the
その後,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)は,第2デバイス20のベストな送信方向を報知する。この報知は,具体的には,拡張したビーコンを当該ピコネットコントローラー(PNC)のベストな送信方向から送信することで行われる。
Thereafter, the piconet controller (PNC) of the
この時点で,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)も,第2デバイス20も,互いのベストな送信方向と,互いのベストな受信方向とを把握したこととなる。つまり,ベストなビーム方向の対が定まる。その後は,これらのベストなビーム方向の対を介して,通常のアソシエーション及びCTA要求オペレーションが実行されることとなる。なお,通常のアソシエーション及びCTA要求オペレーションは,いずれも,IEEE802.15.3で規定されたものである。
At this point, both the piconet controller (PNC) of the
ところで,上述した複数のサブCAPは,図18に示すように,いくつかのスーパーフレームに広がることが可能である。図18に示す例では,Nr個のサブCAPがNr個のスーパーフレームに広がっている。このように,広げることにより,受信側デバイス(第2デバイス20)のバッファを削減することができる。 By the way, the plurality of sub-CAPs described above can be spread over several superframes as shown in FIG. In the example shown in FIG. 18, N r sub-CAPs are spread over N r super frames. In this way, the buffer of the receiving side device (second device 20) can be reduced by widening.
また,ここで,図17に示した例(1つのスーパーフレームに,1つの指向性ビーコン)の場合について説明すると,アソシエーション処理は,いくつかのスーパーフレームに亘ってなされることとなる。そして,アソシエーション済みのデバイス(第2デバイス20)が同期化を逃さないように,割当てたCTAの冒頭部分で,上述したベストな方向の対を介してビーコン(同期化用のビーコン)が送信される。この処理は,ピコネットコントローラー(PNC)がアソシエーション後においては既にベストな送信方向を把握しているために,実行可能となっている。したがって,第2デバイス20は,図19に示すような同期化用のビーコンに従うことが可能である。
Also, here, in the case of the example shown in FIG. 17 (one directional beacon in one superframe), the association processing is performed over several superframes. Then, a beacon (synchronization beacon) is transmitted via the pair of best directions described above at the beginning of the allocated CTA so that the associated device (second device 20) does not miss the synchronization. The This process can be executed because the piconet controller (PNC) already knows the best transmission direction after the association. Therefore, the
また,本態様では,図20に示すように,CTAP内にMCTAが生成されてもよい。このMCTAは,CAP(又はサブCAP)と同じ構造をもつものである。そして,このMCTA内で,上述したフィードバック情報を送信するための全てのオペレーションが実行される。このようにMCTAを用いることにより,CAP内で,いくつかのコマンドのやりとりを行わなくて済む。その結果,たとえば,CAP内にフィードバック情報が入り込まなくなる。そのため,コリジョン(データ衝突)を回避することができる。結果として,無線通信システム1が破たんするような事態を回避することができ,もって,無線通信システム1の安定性が高まる。CTAPを利用するので,プロトコルの効率を高めることもできる。
Moreover, in this aspect, as shown in FIG. 20, MCTA may be generated in CTAP. This MCTA has the same structure as CAP (or sub-CAP). Then, all the operations for transmitting the feedback information described above are executed in this MCTA. By using MCTA in this way, it is not necessary to exchange some commands within the CAP. As a result, for example, feedback information does not enter the CAP. Therefore, collision (data collision) can be avoided. As a result, a situation in which the
上述した別の態様によれば,第1デバイス10のピコネットコントローラー(PNC)が指向性ビームを,アソシエーション処理に必要なビーコンとともに,所定の送信方向に向けて送信し,第2デバイス20が受信する。つまり,第2デバイス20を含む領域が無線通信のターゲットエリアとなる。ここで,指向性ビームが用いられることで,第2デバイス20のアンテナでのゲインが高まることとなる。また,本態様によれば,隠れノードの干渉を回避することができる。
According to another aspect described above, the piconet controller (PNC) of the
また,本態様では,ビーコンを含む指向性ビームの送信方法が,上述したように,2種類ある。1つは,指向性ビームに複数のビーコンを含ませ,当該複数のビーコンを含む1つの指向性ビーム(図16)を,所定の送信方向に向けて送信するというものである。もう1つは,ビーコンを1つ含む指向性ビームを多重化させ,当該多重化させた指向性ビーム(図17)を,所定の送信方向として複数の送信方向に向けて送信するというものである。いずれの方法によっても,容易にターゲットエリアを確保することができるとともに,quasi−omniビームを用いる必要をなくすことができる。 Moreover, in this aspect, there are two types of directional beam transmission methods including beacons as described above. One is to include a plurality of beacons in a directional beam and transmit one directional beam (FIG. 16) including the plurality of beacons in a predetermined transmission direction. The other is to multiplex a directional beam including one beacon and transmit the multiplexed directional beam (FIG. 17) in a plurality of transmission directions as a predetermined transmission direction. . In any method, the target area can be easily secured, and the necessity of using a quasi-omni beam can be eliminated.
なお,上述した態様は,主に,無線通信システム1及び無線通信方法に関するものであった。しかし,本発明の無線通信システム1を構成する各デバイス10,20,アンテナ,送信部,受信部,また,本発明の無線通信方法において利用されるコードブック,ビーム探索処理(セクター検索処理,ビームトラッキング処理など),フィードバック処理,アナウンスコマンド,ビームフォーミングに関するフィールドを含むデータのフォーマットやフレーム構造も本発明又は本発明の一部を構成することとなる。また,上述した処理の一部又は全部に対応するプログラム(アルゴリズム)や当該プログラムを記憶した情報記憶媒体も,本発明又は本発明の一部を構成するのはいうまでもない。
The aspect described above mainly relates to the
本発明は,家庭用のビデオシステムにおけるデータ転送に限られて利用されるものではなく,無線通信のあらゆる分野(たとえば,ユーザーコミュニケーション用の,スループットの高いファイルサーバー)で利用されうる。また,本発明は,有線通信を無線通信に切り替える際にも利用されうる。さらに,本発明は,無線通信システムに搭載されるような指向性アンテナのいずれにも適用できる。 The present invention is not limited to data transfer in a home video system, but can be used in all fields of wireless communication (for example, a high-throughput file server for user communication). The present invention can also be used when switching wired communication to wireless communication. Furthermore, the present invention can be applied to any directional antenna that is mounted in a wireless communication system.
1 無線通信システム
10 第1デバイス(DEV1)
20 第2デバイス(DEV2)
1
20 Second device (DEV2)
Claims (4)
前記受信側デバイス(20)は,
指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,
指向性ビームの送受信が可能なアンテナを含み,
前記送信側デバイス(10)は,
指向性ビームの送受信が可能なアンテナと,
前記受信側デバイス(20)との間でアソシエーション処理を行うための制御を行うピコネットコントローラー(PNC)と
を含み,
前記ピコネットコントローラー(PNC)は,
指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,前記アンテナを介して指向性ビームを送受信可能に構成されており,
前記ピコネットコントローラー(PNC)は,
前記指向性ビームを,前記アソシエーション処理に必要なビーコンとともに,所定の送信方向に向けて送信し,
これにより,前記受信側デバイス(20)を含む領域を前記無線通信のターゲットエリアとし,
前記指向性ビームに対応するフレームデータにおけるCAP(競合アクセス期間)が,前記アソシエーション処理のために,複数のサブCAPに分割され,
当該サブCAPの数は,前記ピコネットコントローラー(PNC)の受信方向に対応する数であり,
前記複数のサブCAPは,
1つのサブCAPが1つのスーパーフレームデータに含まれるように,複数のスーパーフレームデータに広げられるものであり,
前記指向性ビームに対応するフレームデータにおけるCTAP内に,前記CAPと同じデータ構造をもつMCTAが生成され,
前記受信側デバイス(20)は,
前記MCTAを用いて,前記ピコネットコントローラー(PNC)へとフィードバック情報を送信する,
無線通信システム(1)。 A wireless communication system (1) for performing wireless communication between a transmitting device (10) and a receiving device (20),
The receiving device (20)
It is configured to generate a directional beam,
Including an antenna capable of transmitting and receiving directional beams,
The transmitting device (10)
An antenna capable of transmitting and receiving directional beams;
A piconet controller (PNC) that performs control for performing association processing with the receiving device (20),
The piconet controller (PNC)
It is configured to be able to generate a directional beam, and is configured to be able to transmit and receive a directional beam via the antenna.
The piconet controller (PNC)
The directional beam is transmitted in a predetermined transmission direction together with a beacon necessary for the association process,
Thereby, the area including the receiving device (20) is set as the target area of the wireless communication ,
A CAP (contention access period) in frame data corresponding to the directional beam is divided into a plurality of sub-CAPs for the association process,
The number of sub-CAPs is a number corresponding to the reception direction of the piconet controller (PNC),
The plurality of sub-CAPs are:
One sub-CAP is expanded to a plurality of superframe data so that it is included in one superframe data.
MCTA having the same data structure as the CAP is generated in the CTAP in the frame data corresponding to the directional beam,
The receiving device (20)
Sending feedback information to the piconet controller (PNC) using the MCTA,
Wireless communication system (1).
前記指向性ビームに複数のビーコンを含ませ,当該複数のビーコンを含む1つの指向性ビームを,前記所定の送信方向に向けて送信する,
請求項1に記載の無線通信システム(1)。 The piconet controller (PNC)
Including a plurality of beacons in the directional beam and transmitting one directional beam including the plurality of beacons toward the predetermined transmission direction;
The wireless communication system (1) according to claim 1.
前記ビーコンを1つ含む指向性ビームを多重化させ,当該多重化させた指向性ビームを,前記所定の送信方向として複数の送信方向に向けて送信する,
請求項1に記載の無線通信システム(1)。 The piconet controller (PNC)
Multiplex a directional beam including one of the beacons, and transmit the multiplexed directional beam toward a plurality of transmission directions as the predetermined transmission direction;
The wireless communication system (1) according to claim 1.
前記受信側デバイス(20)は,指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,指向性ビームの送受信が可能なアンテナを含み,
前記送信側デバイス(10)は,指向性ビームの送受信が可能なアンテナと,前記受信側デバイス(20)との間でアソシエーション処理を行うための制御を行うピコネットコントローラー(PNC)とを含み,前記ピコネットコントローラー(PNC)は,指向性ビームを生成可能に構成されているとともに,前記アンテナを介して指向性ビームを送受信可能に構成されており,
前記方法は,
前記送信側デバイス(10)と前記受信側デバイス(20)との間でアソシエーション処理を行うアソシエーションステップを含み,
当該アソシエーションステップは,
前記ピコネットコントローラー(PNC)が,前記指向性ビームを,前記アソシエーション処理に必要なビーコンとともに,所定の送信方向に向けて送信するステップと,
前記受信側デバイス(20)が,前記ピコネットコントローラー(PNC)から送信された前記ビーコンを受信するステップと,を含み,
前記指向性ビームに対応するフレームデータにおけるCAPが,前記アソシエーション処理のために,複数のサブCAPに分割され,
当該サブCAPの数は,前記ピコネットコントローラー(PNC)の受信方向に対応する数であり,
前記複数のサブCAPは,
1つのサブCAPが1つのスーパーフレームデータに含まれるように,複数のスーパーフレームデータに広げられるものであり,
前記指向性ビームに対応するフレームデータにおけるCTAP内に,前記CAPと同じデータ構造をもつMCTAが生成され,
前記受信側デバイス(20)は,
前記MCTAを用いて,前記ピコネットコントローラー(PNC)へとフィードバック情報を送信する,
無線通信方法。 A wireless communication method for performing wireless communication between a transmitting device (10) and a receiving device (20),
The receiving device (20) is configured to be capable of generating a directional beam and includes an antenna capable of transmitting and receiving a directional beam,
The transmitting device (10) includes an antenna capable of transmitting and receiving a directional beam and a piconet controller (PNC) that performs control for performing association processing with the receiving device (20), The piconet controller (PNC) is configured to be capable of generating a directional beam and configured to be capable of transmitting and receiving a directional beam via the antenna.
Said method is:
An association step for performing an association process between the transmitting device (10) and the receiving device (20);
The association step is
The piconet controller (PNC) transmitting the directional beam along with a beacon required for the association process in a predetermined transmission direction;
The receiving device (20) receiving the beacon transmitted from the piconet controller (PNC) ,
The CAP in the frame data corresponding to the directional beam is divided into a plurality of sub-CAPs for the association process,
The number of sub-CAPs is a number corresponding to the reception direction of the piconet controller (PNC),
The plurality of sub-CAPs are:
One sub-CAP is expanded to a plurality of superframe data so that it is included in one superframe data.
MCTA having the same data structure as the CAP is generated in the CTAP in the frame data corresponding to the directional beam,
The receiving device (20)
Sending feedback information to the piconet controller (PNC) using the MCTA,
Wireless communication method.
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