JP6981874B2 - 複数周波数の指向性アクセス・ポイント通信 - Google Patents
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Description
テレビジョン・ホワイト・スペース(TVWS)周波数を使用する伝送のために構成された第1のアンテナと、
WIFI周波数上での指向性伝送のために構成されたアンテナ・アレイと、
1つまたは複数のプロセッサと、を備えることができ、このプロセッサは、
TVWS周波数を使用して第1のメッセージをユーザ・デバイスから受信する工程と、
ユーザ・デバイスに関連する場所情報を特定する工程と、
場所情報に基づいてビーム・ステアリング構成を決定する工程と、
ビーム・ステアリング構成およびアンテナ・アレイを使用して第2のメッセージをWIFI周波数上でユーザ・デバイスに送信する工程と、を行うように構成される。
本発明による1実施形態では、1つまたは複数のプロセッサはさらに、第2のメッセージをWIFI周波数上で送信する前に、ヒステリシス・ウィンドウを超える期間にわたって待機する工程を行うように構成されてよく、ヒステリシス・ウィンドウは、1つまたは複数のチップ上および1つまたは複数のアンテナ上での、TVWS機能からWIFI機能への遷移に対応してよい。
本発明による1実施形態では、アクセス・ポイントはさらに、全方向性ワイヤレス通信を提供するように構成された第2のアンテナを備えることができ、第2のアンテナの範囲は、第1のアンテナの範囲の約20パーセントよりも大きくてよい。
本発明による1実施形態では、方法はさらに、
アップリンク通信をTVWS周波数上のみでユーザ・デバイスから受信する工程と、
ビーム・ステアリング構成を使用してダウンリンク通信をWIFI周波数上のみでユーザ・デバイスに送る工程と、を含むことができる。
少なくとも1つのプロセッサと、
少なくとも1つのプロセッサに方法を実施させるように構成された命令を含む少なくとも1つのメモリと、を備えることができ、この方法は、
TVWS周波数を使用して場所情報をアクセス・ポイントに提供する工程と、
場所情報に基づいて、WIFI周波数を使用して、ビーム・ステアリングされた通信を受信する工程と、を含む。
場所情報は、ユーザ通信デバイスに関連する一意の識別子を含むことができる。
本発明による1実施形態では、方法はさらに、
アップリンク通信をTVWS周波数上のみでアクセス・ポイントに送る工程と、
ビーム・ステアリング構成を使用してダウンリンク通信をWIFI周波数上のみでアクセス・ポイントから受信する工程と、を含むことができる。
本発明による1実施形態では、コンピュータにより実行される方法が、
TVWS周波数を使用して第1のメッセージをユーザ・デバイスから受信する工程と、
ユーザ・デバイスに関連する場所情報を特定する工程と、
場所情報に基づいてビーム・ステアリング構成を決定する工程と、
ビーム・ステアリング構成を使用して、WIFI周波数を使用して第2のメッセージをユーザ・デバイスに送信する工程と、を含むことができる。
本発明による1実施形態では、コンピュータにより実行される方法はさらに、第2のメッセージをWIFI周波数上で送信する前に、ヒステリシス・ウィンドウを超える期間にわたって待機する工程を含むことができ、ヒステリシス・ウィンドウは、1つまたは複数のチップ上および1つまたは複数のアンテナ上での、TVWS機能からWIFI機能への遷移に対応してよい。
本発明による1実施形態では、コンピュータにより実行される方法はさらに、
アップリンク通信をTVWS周波数上のみでユーザ・デバイスから受信する工程と、
ビーム・ステアリング構成を使用してダウンリンク通信をWIFI周波数上のみでユーザ・デバイスに送る工程と、を含むことができる。
ビーム・ステアリング構成を使用してCSMA/CAシグナリングおよびチャネル制御データを送信することを含むことができる。
TVWSスペクトルの多くは、現在、未使用である場合がある。例えば、米国では、700MHz未満のTV用のスペクトル部分は、まだ利用可能であり、どんな特定の応用例にも公式に関連しない。いくつかの事例では、この部分におけるチャネルは、6MHz幅であることがある。
図6Aは、いくつかの実施形態で生じる場合があるような、1つまたは複数の全方向性ワイヤレス・アンテナを用いた、2.4GHz/5GHz(WIFI)チャネルと500MHz(TVWS)チャネルとの相対的なカバレッジを示す。円605は、500MHzで動作する4dBi全方向性アンテナを介し得るアクセス・ポイントの周りの例示的なTVWS範囲を反映する。円610は、5.4GHzで動作する4dBi全方向性アンテナの例示的な範囲を反映する。円620aは、2.4GHzで動作する18dBi全方向性アンテナの例示的な範囲を反映する。示されるように、円620aに対応する範囲は、円610に対応する範囲の2.1倍である。同様に、円605は、円610に対応する範囲のおよそ10倍の範囲に対応する。
図7は、いくつかの実施形態で生じる場合があるような、WIFI媒体上およびTVWS媒体上の各々でアップリンク(クライアント・デバイスからアクセス・ポイントへの)機能性およびダウンリンク(アクセス・ポイントからクライアント・デバイスへの)機能性を提供する例示的なネットワーク・トポロジを示す高レベルのブロック図である。アクセス・ポイント710は、動いている車両705c、様々なユーザ・デバイス705b、および固定の住居デバイス705a、705dと通信することができる。ここではTVWSチャネル上およびWIFIチャネル上の各々で双方向通信を提供するものとして描かれているが、実施形態によっては、いくつかの事例では、いくつかのチャネル上で、単方向通信(アクセス・ポイント710への、またはアクセス・ポイント710からの)のみが可能な場合もあることを認識するであろう。
図8は、いくつかの実施形態で生じる場合があるような、アクセス・ポイントにおいて入来ユーザ・デバイスを管理するための手順を示す流れ図である。ブロック805で、アクセス・ポイント・システムは、TVWSを介して新しいユーザ・デバイスを認識することができる。新しいユーザが検出されていない場合は、アクセス・ポイントは、ブロック810で、(例えば、クライアント・デバイスの場所に応じて随時のビーム・ステアリングされた伝送で補足された、標準的な全方向性802.11ac/802.11af動作を介して)既存の指向性および非指向性クライアントを管理することができる。
図9は、いくつかの実施形態で生じる場合があるような、アクセス・ポイントにおいてユーザ・デバイスを指向的および全方向的に管理するための手順を示す流れ図である。ブロック905で、システムは、全方向性クライアントを処理することができる(例えば、イーサネット(登録商標)・プロトコルに従って全方向性WIFIネットワーク上でこれらと通信する)。ブロック910で、処理すべき指向性クライアントがある場合は、システムは、ブロック915で、次の指向性クライアントを検討することができ、ブロック920で、このクライアントへのビーム・ステアリングを実施することができる。望まれるなら、いくつかの実施形態では、ブロック925で、(例えば、近くのユーザ・デバイスまたはアクセス・ポイントとの干渉を回避するために)ビーム・フォーミングを実施することもできる。ブロック930で、指向性WIFI信号を介した、アクセス・ポイントからユーザ・デバイスへのダウンリンク通信を実施することができる。ブロック935でアップリンク・クライアント・データが新しい位置を反映する場合は、システムは、ブロック940で、新しい相対的位置に基づいて、対応するビーム・ステアリング/フォーミングを調節することができる。アップリンク・データに基づく調節は、いくつかの実施形態では、各ビーム・ステアリング/フォーミングの前に行われてよいことを認識するであろう。いくつかの実施形態では、調節は、アップリンク・データにかかわらず行われてよく、例えば、環境の変化、ジオデータベース中の新しいデータ、帯域幅需要の変化などに基づいて行われてもよい。
本明細書で言及されたように、WIFI機能とTVWS機能の両方を提供するチップセットを使用する場合もあり、または、個別のWIFIアビリティとTVWSアビリティを提供する複数のチップセットを使用する場合もある。しかし、様々な実施形態は、そうではなく、既存のWIFI/無線チップセット(例えば、WIFI機能のみを提供するもの)を転用して、TVWSなど、より低スペクトルのエリアで動作させようとする。様々な実施形態は、これを種々の方式で達成することを検討する。
いくつかの実施形態では、WIFI機能性のみに向けて構成されたチップセットを使用して、信号がダウンコンバートされる。これは、信号帯域幅を維持することができるが、異なる搬送波周波数を提供することができる(例えば、搬送波周波数を500MHzにシフト・ダウンするが、変調器においてダウンクロックすることによって信号を絞りもする)。いくつかの実施形態は、周波数領域内でサンプリングして、チャネル搬送波を60MHzチャンクに狭め、次いで、これらのチャンクをより低い周波数に下げる。いくつかの実施形態は、チャネル・ボンディング(channel bonding)を実施する(例えば、アンテナ・インタフェースを結合してスループットを改善する)。複数のチャネル搬送波をボンディングに使用することができ、例えば、あるチャネル搬送波が、隣接するチャネル搬送波をボンディングするか、または複数の帯域にわたって集約することができる。
802.11afはまた、MIMO伝送(4個までの空間ストリーム)もサポートすることができる。したがって、いくつかの実施形態は、帯域幅に4を掛けるために、4個までの空間ストリームを有する。WIFIは、TVWSよりも高いスループットを有するので、(例えば、ユーザがビデオをストリーミングするとき)データ集約的なダウンリンクに使用されてよく、他方、ユーザ・デバイスからアクセス・ポイントへの、より低いスループット/帯域幅のアップリンクは、(例えばデュアルモード・チップセットを使用して)TVWSを使用することができる。いくつかの実施形態は、QoS評価を実行して、WIFIとTVWSのどちらを使用するかを決定することができる。TVWSは、かなりの物理的範囲を提供することができ、したがって、いくつかのタスクにはWIFIよりもよく適することがある。
図13は、いくつかの実施形態で生じる場合があるような、様々なSINRおよびモードについてのレート関係を示す表である。SINRが提供されれば、システムは、対応するレートをレート表から選ぶことができる。TVWSとWIFIのいずれかにおけるチャネルの競合比を考慮に入れることができ、それに基づいて、達成可能な最大レートを選ぶことができる。SINR測定方法およびレート表フォーマットは、ハードウェア特有とすることができる。例えば、これらは、何らかの所望の性能レベルを達成するための、チップセット設計者の具体化に基づくことができる。
アクセス・ポイントは、1つまたは複数のTVWS送受信機(500MHz〜700MHz)、および1つまたは複数のWIFI送受信機(2.4GHzおよび5GHz)を有することができる。
UE機能(すなわちユーザ・デバイス機能)は、WIFI単独の動作が実施されることになるか、それともWIFIとTVWSの動作が実施されることになるかに基づいて、アクセス・ポイントによって決定されてよい。
少なくとも1つのWIFIチャネル上での、アクセス・ポイントによる動作は、いくつかの実施形態では、必要とされる最小能力であってよい。最高の後方互換性のためには、2.4GHz Wi−Fiが想定されてよく、これは本明細書では802.11acと呼ばれる。しかし、いくつかの実施形態では、802.11a/b/g/nもまた含まれることがある。
これらの実施形態では、2.4GHz送受信機が、このネットワーク中のクライアントとの標準的な802.11ac Wi−Fiを実施するのに専用にされてよい。すべての実施形態が2.4GHzを採用するわけではなく、その代りに5GHzを使用することもできる。いくつかの実施形態は、2.4GHzチャネルと5GHzチャネルの両方を使用することができる。
いくつかの実施形態では、UEは、2.4GHz、5GHz、およびTVWS(802.11af)動作が可能であってよい。チップセットは、この3つのスペクトル帯域をカバーするトライバンドとすることができる。
この構成では、データ・レートが802.11afのデータ・レートを超える間(例えば、クライアントがBTSに非常に近いとき)は、2.4GHzおよび5GHz上の通常の802.11ac Wi−Fiが採用されてよい。802.11afのデータ・レートが802.11acのデータ・レートを超えるとき(例えば、クライアントがBTSから遠く離れているとき)は、802.11afがその代りに適用されてよい。図14は、いくつかの実施形態で生じる場合があるような、レート・スケーリングのための手順を示す流れ図である。いくつかの実施形態における、TVWS構成とWIFI構成との間で「行ったり来たりする(ping-ponging)」(例えば、TVWS上とWIFI上のデータ・レートが概して同じであるときに、望まれるよりも頻繁に標準間で切り換わる)ことを防止するために、示されるようにヒステリシス・ウィンドウをアクセス・ポイントにおいて採用することができる。ヒステリシス条件を適用するのではなく、レートが釣り合っており輻輳がないときはTVWSまたはWIFIがデフォルトとして優先的に選択されてもよい。いくつかの実施形態は、開示される特徴を、トライバンドTVWSチップ・ベンダによるMACレイヤの論理的実装形態として具体化する。様々な実施形態は、構成#1との後方互換性を有することができる。
上記の2つのアクセス・ポイント構成で採用され得る時分割複信(TDD)通信とは異なり、いくつかの実施形態は、周波数分割複信(FDD)通信メカニズムを具体化する。いくつかの特定の機能にはTVWS周波数が使用されてよく、相補的な機能セットには2.4GHzおよび5GHz周波数が使用されてよい。スペクトル周波数帯域への機能の割振りは、状況に基づいて適応されてよく、完全に明瞭ではないことがある。明確にするために、2.4GHzおよび5GHz周波数を、本明細書では、「高帯域」と呼ぶことがあり、TVWS周波数を「低帯域」と呼ぶことがある。
図15は、実施形態のうちのいくつかの特徴を実装するために使用され得る、コンピュータ・システムを示すブロック図である。コンピューティング・システム1500は、1つまたは複数の中央処理ユニット(「プロセッサ」)1505と、メモリ1510と、入力/出力デバイス1525(たとえば、キーボードおよびポインティング・デバイス、ディスプレイ・デバイス)と、ストレージ・デバイス1520(たとえば、ディスク・ドライブ)と、ネットワーク・アダプタ1530(たとえば、ネットワーク・インターフェース)とを含むことができ、これらは、インターコネクト1515に接続されている。インターコネクト1515は、任意の1つまたは複数の別個の物理バス、ポイント・ツー・ポイント接続、または、適切なブリッジ、アダプタ、もしくはコントローラによって接続されたその両方を表現する抽象概念として図示されている。したがって、インターコネクト1515は、たとえば、システム・バス、周辺コンポーネント・インターコネクト(PCI)バスもしくはPCIエクスプレス・バス、ハイパートランスポート・バスもしくは工業規格アーキテクチャ(ISA)バス、スモール・コンピュータ・システム・インターフェース(SCSI)バス、ユニバーサル・シリアル・バス(USB)、IIC(I2C)バス、または「ファイヤワイヤ」とも呼ばれる、電気電子技術者協会(IEEE)規格1394バスを含むことができる。
上の説明および図面は、例証であり、限定としてみなされるべきではない。数多くの固有の詳細が、本開示の徹底理解を提供するために説明されている。しかしながら、一定の事例において、よく知られた詳細は、本説明を曖昧にするのを回避するために説明されていない。さらに、実施形態の範囲から逸脱せずに、さまざまな改変形態がなされてもよい。
Claims (13)
- アクセス・ポイントであって
テレビジョン・ホワイト・スペース(TVWS)周波数を使用して伝送するように構成された第1のアンテナと、
アンテナ・アレイであって、WIFI周波数で指向性伝送するように構成され、且つ該アンテナ・アレイに含まれる複数のアンテナからの信号の結合に基づくアンテナ利得を提供するように構成されたアンテナ・アレイと、
1つ又は複数のプロセッサと、を備え、
該1つ又は複数のプロセッサが、
TVWS周波数を使用して、一意の識別子を含む第1のメッセージをユーザ・デバイスから受信する工程と、
該ユーザ・デバイスに関連する場所情報を決定する工程であって、該場所情報は、該一意の識別子によってジオロケーション・データベースにアクセス及び参照することにより受信される、場所情報を決定する工程と、
該場所情報に基づいてビーム・ステアリング構成を決定する工程と、
該ビーム・ステアリング構成および該アンテナ・アレイを使用して第2のメッセージを該WIFI周波数で該ユーザ・デバイスに送信する工程と、
アップリンク通信をTVWS周波数のみで該ユーザ・デバイスから受信し、ダウンリンク通信をWIFI周波数のみで該ユーザ・デバイスに送信する工程と、
を行うように構成され、
該第1のアンテナおよび該アンテナ・アレイは、MIMO伝送用に構成され、かつ4個までの空間ストリームを有する、アクセス・ポイント。 - 前記場所情報が方向であり、
前記場所情報を決定する工程が、
前記第1のメッセージを2つのアンテナにおいて連続して受信する工程を含む、請求項1に記載のアクセス・ポイント。 - 前記1つ又は複数のプロセッサがさらに、前記第2のメッセージを前記WIFI周波数で送信する前に、ヒステリシス・ウィンドウを超える期間にわたって待機する工程を行うように構成され、
該ヒステリシス・ウィンドウが、1つ又は複数のチップ上及び1つ又は複数のアンテナ上での、TVWS機能からWIFI機能への遷移に対応する、請求項1に記載のアクセス・ポイント。 - 前記ダウンリンク通信をWIFI周波数のみで該ユーザ・デバイスに送信する工程が、前記ビーム・ステアリング構成を使用する、請求項1に記載のアクセス・ポイント。
- ユーザ通信デバイスであって、
少なくとも1つのプロセッサと、
該少なくとも1つのプロセッサに方法を実行させるように構成された命令を含む少なくとも1つのメモリと、を備え、
該方法が、
ジオロケーション・データベースを介し、TVWS周波数を使用して、場所情報をアクセス・ポイントに提供する工程であって、該ユーザ通信デバイスに関連する一意の識別子を含み、かつ該ジオロケーション・データベースに含まれる該場所情報を提供する工程と、
アンテナ・アレイを介して、該場所情報に基づき、WIFI周波数を使用して、ビーム・ステアリングされた通信を受信する工程と、
第1のアンテナを介して、アップリンク通信をTVWS周波数のみで該アクセス・ポイントに送信し、該アンテナ・アレイを介して、ダウンリンク通信をWIFI周波数のみで該アクセス・ポイントから受信する工程と、
を含み、
該アンテナ・アレイは、アンテナ・アレイに含まれる複数のアンテナからの信号の結合に基づくアンテナ利得を提供するように構成され、
該第1のアンテナおよび該アンテナ・アレイは、MIMO伝送用に構成され、かつ4個までの空間ストリームを有する、ユーザ通信デバイス。 - 前記WIFI周波数を使用して、ビーム・ステアリングされた通信を提供するように構成されたアレイと、
前記TVWS周波数を使用して通信を提供するように構成された全方向性アンテナと、
をさらに備える、請求項5に記載のユーザ通信デバイス。 - 前記ダウンリンク通信をWIFI周波数のみで該アクセス・ポイントから受信する工程が、ビーム・ステアリング構成を使用する、請求項5に記載のユーザ通信デバイス。
- 前記ダウンリンク通信がCSMA/CAシグナリングおよびチャネル制御データを含む、請求項7に記載のユーザ通信デバイス。
- コンピュータにより実行される方法であって、
TVWS周波数を使用して一意の識別子を含む第1のメッセージをユーザ・デバイスから受信する工程と、
該ユーザ・デバイスに関連する場所情報を決定する工程であって、該場所情報は、該一意の識別子によってジオロケーション・データベースにアクセス及び参照することにより受信される、工程と、
該場所情報に基づいてビーム・ステアリング構成を決定する工程と、
アンテナ・アレイを採用した該ビーム・ステアリング構成を使用して、WIFI周波数を用いて第2のメッセージを該ユーザ・デバイスに送信する工程であって、該アンテナ・アレイは、アンテナ・アレイに含まれる複数のアンテナからの信号の結合に基づくアンテナ利得を提供するように構成されている、工程と、
第1のアンテナを介して、アップリンク通信をTVWS周波数のみで該ユーザ・デバイスから受信し、該アンテナ・アレイを介して、ダウンリンク通信をWIFI周波数のみで該ユーザ・デバイスに送信する工程と、
を備え、
該第1のアンテナおよび該アンテナ・アレイは、MIMO伝送用に構成され、かつ4個までの空間ストリームを有する、方法。 - 前記場所情報が方向であり、
前記場所情報を決定する工程が、前記第1のメッセージを2つのアンテナにおいて連続して受信する工程を含む、請求項9に記載の方法。 - 前記第2のメッセージを前記WIFI周波数で送信する前に、ヒステリシス・ウィンドウを超える期間にわたって待機する工程をさらに備え、
該ヒステリシス・ウィンドウが、1つまたは複数のチップ上および1つまたは複数のアンテナ上での、TVWS機能からWIFI機能への遷移に対応する、請求項9に記載の方法。 - 前記ダウンリンク通信をWIFI周波数のみで該ユーザ・デバイスに送信する工程が、前記ビーム・ステアリング構成を使用する、請求項9に記載の方法。
- 前記ビーム・ステアリング構成を使用してCSMA/CAシグナリングおよびチャネル制御データを送信する工程をさらに備える、請求項9に記載の方法。
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