JP5608554B2 - 無線通信システムにおけるチャネル・バンドリングによるリンク適応 - Google Patents

Description

本発明は通信システムの干渉を減少させる方法に関する。より詳細には、本発明は、さまざまな通信システムにおいて適用できる新しいリンク適応（link adaptation）方式に関する。本発明は、対応するコンピュータ・プログラム製品、および通信装置にも関する。

ワイヤレス通信ネットワークにおいて、無線チャネルの状況は連続的に変化する。多くの場合、その変化は非常に著しく、伝送要件を満たすことを継続するために通信網に対応することが必要となる。１つの可能な対応は、リンク適応である。このための技術としてリンク適応がネットワークに適用される。この場合、異なる物理レイヤ（ＰＨＹ）モードがデータ伝送に利用できる。そして、従来においては、これは与えられたチャネル状況の下で、適切なＰＨＹモードを選択する機能から構成されていた。物理レイヤは、異なる変調およびチャネル符号化方式を使用することによって複数のデータ伝送速度を提供する。

最新の無線ＬＡＮ（ＬＡＮ）、およびパーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）標準において、変調、および符号化方式からなる種々のＰＨＹモードがあり、データ伝送に利用できる。現在のリンク適応方式は、一部の判断変数に基づいて、到来するデータ伝送に利用できるＰＨＹモードのうちの１つを選択する。この判断変数としては、例えばアイドルタイムの間に移動局（ＭＳ：mobile station）によってなされるパケット・エラー率（ＰＥＲ）および／またはチャネル品質の測定値が挙げられる。

"Goodput Analysis and Link Adaptation for IEEE802.11 a wireless LANs" by Daji Qiao et al., IEEE transactions, vol.1, issue 4, October-December 2002, pages 278-292

非特許文献１は、リンク適応アルゴリズムを解説している。この技術、および類似したアルゴリズムはＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｅ無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）に対して良好に機能する。しかし、これらは単一チャネル・プロトコル用に設計されているため、マルチチャネルシステムにおいて使用されるときには、最適状態には及ばない。特に異なるユーザからの異なる同時伝送のマルチプルアクセス干渉（ＭＡＩ）がある場合、一つのチャネルを使用している１つのユーザによって使用されるＰＨＹモードの調整、および使用される送信電力によって、ネットワークの干渉状況は変わってしまう。その結果として、他のリンクに影響を及ぼし、それらの伝送特性を調整することが必要となる。結果として、ネットワークは、不安定になることがある。したがって、マルチチャネルシステムにおいて、より良好に機能する改良されたリンク適応アルゴリズムが必要とされる。

本発明の第１の態様によれば、請求項１に記載されているように、干渉を減少させる方法が提案される。特に非同期符号分割多重アクセス方式（ＣＤＭＡ）ネットワークでは、受信器のパフォーマンスは、同時のユーザの数、それらの伝送間の相互遅延、および各々の干渉装置の電力によって大きく影響を受ける。チャネル・バンドリング（ｃｈａｎｎｅｌ ｂｕｎｄｌｉｎｇ）を適用することによって、送信器は、少なくとも二つのチャネルを占有し、かつ二つのチャネルが使用される場合には、受信器に対して干渉装置となり得る装置の数を一つ分だけ少なくすることができる。多重チャネルを占めることによって、送信器がこれらのチャネルを占有しているときは、他のユーザがこれらのチャネルを使用することができないように、送信器はこれらのチャネルを抑止する。したがって、マルチユーザ検出器（ＭＵＤ）のパフォーマンスは強化される。そして、干渉検出器において、より高い干渉の抑止、およびより高い信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ：signal to interference and noise ratio）が検出される。場合によっては、このＳＩＮＲ強化によって、ＰＨＹモードを不変に保ち、かつより短い遅延で恩恵を受けることができる。

さらに、チャネル・バンドリングによって、リンクの容量が増加し、より低いＰＨＹモードが使用される場合、この方式は、より長い伝送時間が必要となってしまう点を補償することができる。

本発明の第二態様によれば、コンピュータ・プログラム製品が提供される。このコンピュータ・プログラム製品は、送信器のコンピュータ機能にロードされ実行されるとき、本発明の第１の態様に従った方法をインプリメントするための命令を有する。

第３の本発明の態様によれば、請求項１０に記載の通信装置が提供される。そして、デバイスにおいて、本発明の第１の態様に従った方法がインプリメントされる。

本発明の他の特徴および効果は、添付の図面を参照しながら、以下の実施形態の説明から明らかになる。なお、実施形態は、発明を限定するものではない。

本発明の教示が適用され得る環境を示すブロック図である。 本発明のチャネル・バンドリングを適用することが可能な適応ブロックのブロック図である。 本発明の実施例に従う簡略フローチャートである。 時間軸に沿って４つの伝送チャネルを示す図である。二つのチャネルは、同時伝送のためにバンドルされている。 データ伝送が異なる時刻から始まる４つの伝送チャネルを示す図である。 データ伝送が同時に始まる４つの伝送チャネルを示す。 シミュレーション結果を示す図である。

以下の説明において、説明のための実施例が記載されている。これらの実施例は、限定を意味するものではない。本発明は、複数キャリアＣＤＭＡ（ＭＣ−ＣＤＭＡ）システムの符号化された自立分散制御（Ｃ−ＤＣＦ：coded distributed coordination function）において、より詳細に説明される。しかしながら、本発明は、この環境に限定されないと理解すべきである。したがって、多重チャネル構造を使用する限り、本発明の教示は周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）のような他のマルチプルアクセス方式を使用した通信システムにも同様に適用できる。

ＭＣ−ＣＤＭＡ方式に従って作動する通信システムの例としては、世界的なＷＬＡＮ標準となったＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｅが挙げられる。ＭＣ−ＣＤＭＡを使用する際の、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）レイヤの観点から見ると、周波数チャネルは、異なる拡散シーケンスによって分離された幾つかのチャネルに分けられる。異なるチャネルは、また、コードチャネル（ｃｃｈｓ：codechannels）と称することがある。ＩＥＥＥ８０２．１１ ＭＡＣの基本的なアクセスメカニズムであるＤＣＦは、搬送波感知多重アクセス／衝突回避方式（ＣＳＭＡ／ＣＡ：carrier-sense multiple access with collision avoidance）を使用する互換性を持つデバイス間でメディアを共有する。デバイスが伝送を始める前に、これは、無線メディアがアイドル状態であるか否かを判定するために無線メディアの検出を行う。メディアがアイドル状態であると検出された場合、伝送を行ってもよい。さもなければ、デバイスは、継続中である伝送が終わるのを待つ。ＣＳＭＡ／ＣＡメカニズムは、隣接するフレーム伝送の間において最小限の指定された隙間を必要とする。デバイスは、伝達することを試みる前に、メディアが指定されたフレーム間隔の間アイドル状態であることを確保する。

分散フレーム間隔（ＤＩＦＳ：distributed inter-frame space）は、データフレームを伝送するために、ＤＣＦの下でデバイス作動によって使用される。ＤＣＦを使用しているデバイスは、以下の２つのメディアのアクセス規則に従わなければならない：（１）メディアが少なくともＤＩＦＳ時間においてアイドル状態であると、そのキャリア感知メカニズムが検出する場合だけ、デバイスは送信することが許される；かつ（２）メディアにアクセスする複数のデバイスの中の衝突確率を減少させるために、その局は延期の後またはフレーム伝送が成功した後に他のフレームを伝送することを試みる前に、ランダムなバックオフ間隔を選ぶ。送信するデータパケットを有するデバイスは、０からコンテンションウインドウ（contention window）の間のランダムな数字を用いる。これはタイムスロットの数としてのバックオフ・タイマーの持続時間を特定するものである。

図１は、本発明の教示が適用され得る環境を示す。図１において、ワイヤレス通信装置１０１（この例では携帯電話送受話器１０１）が、示されている。この例では、これらのデバイス１０１は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａに従ってアクセスポイント１０３と通信するために配置されている。したがって、無線デバイス間の通信は、空中において行われる。アクセスポイント１０３は、サーバ１０５にデバイス１０１によって送られる要求を更に中継してもよい。アクセスポイント１０３、およびサーバ１０５の間を有線で接続することができる。図１の実施例において、１つの無線デバイスだけが、ある時間にアクセスポイント１０３と特定のチャネルで通信することができる。この目的のためには、無線デバイスは、前述したようにＣＳＭＡ／ＣＡを利用する。しかしながら、無線デバイス１０１は、他のチャネルを使用して同じアクセスポイントに、または異なるアクセスポイントに同じ通信チャネルを使用して、同一のまたは異なる通信プロトコルによって同時にアクセスしてもよい。これによって、通信システムの干渉が発生する。

図２は、通信装置１０１の部分であるリンク適応ブロック２０１の簡略ブロック図である。なお、通信装置１０１の他の要素は、当業者に周知であるため本明細書に記載されていない。リンク適応ブロック２０１は、図２において３つのブロックを備えている。すなわち、チャネル・バンドリングブロック２０３、ＰＨＹモード適応ブロック２０５、および電力制御ブロック２０７である。図から分かるように、これらのブロックは、互いに通信できるよう配置されている。したがって、一つのブロックが意思決定を行った場合、その決定を他のブロックのオペレーションにおいて考慮することができる。リンク適応ブロック２０１は、入力として、特定された干渉レベルを取り上げ、そして、選択されたＰＨＹモード、および送信電力レベルと共に、伝送チャネルの番号を出力する。実施例によれば、特定された干渉レベルは、これらの３つのブロックの全てに入力される。これらのブロックのオペレーションは、更に詳細に後述する。

図３は、本発明の実施例に従って、通信システムにおいて干渉を低減する方法を示すフローチャートである。図１のフローチャートに示す方法は、データをアクセスポイント１０３に送信する無線デバイス１０１に適用することができる。

ステップ３０１において、無線デバイス１０１は、伝送のために使用する予定の無線チャネルの干渉レベルを特定する。干渉を特定するために、例えば、アクセスポイント１０３から受信したパイロット信号の信号対干渉比（ＳＩＲ）または、ＰＥＲ、またはその他の関連する値を計測する。それから、特定された干渉レベルは、リンク適応ブロック２０１に供給される。それからステップ３０３で、干渉レベルは、所定の閾値と比較される。比較は、リンク適応ブロック２０１に含まれる各々のブロックにおいてなされ得る。あるいは、一つの要素が比較を行い、この要素がリンク適応のブロック２０１の他のブロックに知らせることも可能である。閾値は、また、ネットワークの一部の変数に従い、動的に調整することができる。例えば、音声を伝送するときには、データを伝送するときより、干渉は許容される。したがって、干渉閾値は、伝送のタイプに依存してもよい。干渉レベルが閾値以下にある場合、リンク適応は不要であり、所望の変調および符号化方式を使用して空きのリソースが見つかり次第ステップ３０５において伝送がなされる。

しかしながら、ステップ３０３において、干渉レベルが閾値を下回らないと特定される場合、ステップ３０７において、チャネル・バンドリングブロック２０３によってチャネル・バンドリングが適用される。チャネル・バンドリングの原理は、図４に示される。この場合、データは、図に示すようにチャネル２と３とで同時に伝送される。チャネル１は伝送に適していない。その理由は、バックオフ期間の間に、このチャネルにおいて、すでに伝送している他の端末があることが検出されたからである。一方、チャネル２と３はフリーである。なぜなら、バックオフ期間（この例で４つのタイムスロット）の間にチャネル２と３はフリーであると判断されたからである。この例において、チャネル４は所望の期間の間の伝送に適していない。なぜなら、このチャネルは、占有されているからである。図４の例において、チャネル２および３での伝送が始まるときと、たとえチャネル４の伝送が略同時に終わったとしても、このことは、考慮の対象にならない。この場合、唯一重要なことは、チャネル４がＤＩＦＳおよびバックオフ期間の間に占有されていたということである。本発明がＭＣ−ＣＤＭＡシステムのもとで説明されるように、図４において、異なる符号化チャネルは、それぞれの拡散コードによって特定される。もちろん、無線デバイス１０１は、十分な利用できる空チャネルが存在する場合には、必要に応じて二つを超えるチャネルで同時に伝送できる。

一旦チャネル・バンドリングの適用が決定されると、複数のバックオフプロセスが並行して開始される。このバックオフプロセスは、必ずしも同じバックオフ・パラメータを有する必要があるわけではない。通常、バックオフ・パラメータが全てのチャネルで同じであっても、チャネルの転送量に応じて、一部のバックオフカウントダウンは、他よりも早く終了することがある。デバイス１０１は、それから、バックオフが終了した異なるチャネルで並行して、伝送を開始してもよい。以下のように、二つの選択肢がある：
・デバイス１０１は、バックオフが終了したら各々のチャネルで独立して伝送を始める。この場合、異なるチャネルでの伝送は、通常同時に始まらない。これを図５に示す。
・デバイス１０１は、複数のチャネルで並行して、伝送を開始するが、ある数（最大で全て）のチャネルのバックオフが終わるのを待ち、データを並行して伝送する。例えば、バンドルデータレートが高い場合がこの場合に挙げられる。これを図６に示す。

この処理は、ｍ（ｎ＜＝ｍ）チャネルのうちのｎチャネルを使用する局に拡張することができる。ここで、カウントダウンは、ｐ（ｐ＜＝ｎ）個のケースで妨げられず、ｄ（ｄ＜＝ｐ）個のチャネルで、局が並行伝送を開始できる場合である。図５および図６で、異なるチャネルにおいてバックオフ期間が異なる点に留意する必要がある。これに対して、図４では、共通のバックオフ期間がいくつかのチャネルで選択される。

それからステップ３０９で、ＰＨＹモード（すなわち変調および／または符号化方式）を変える必要があるかどうかが判断される。ＰＨＹモードを変える必要がない場合、データは選択されたチャネルにおいて伝送することができる。これに対して、ステップ３０９においてＰＨＹを変えることが必要と判断された場合、それからステップ３１１において、データを伝送する予定の無線デバイス１０１は、ステップ３０９の決定に従ってＰＨＹを変更する。これは、ＰＨＹモード適応ブロック２０５でなされる。したがって、チャネル・バンドリング調整、およびＰＨＹモードの変更がなされる場合、この方法は二次元のリンク適応方法と称することができる。それから、データは、ステップ３０５において伝送される。ステップ３０９においてＰＨＹを変える必要がないと判断される場合、データはＰＨＹモードを変えずにステップ３０５において伝送される。この後に、処理は終わる。または、ステップ３０１の干渉レベルを特定することによって再開してもよい。

ＩＥＥＥ８０２．１１は表１に示すように８つのＰＨＹモードを有する。例えば、ＰＨＹモード３を使用して作動するリンクは、すなわち、ＱＰＳＫ変調で符号化レート１／２であり、これは、ＢＰＳＫ変調で符号化レート１／２のモード１において、２つのパラレルチャネルモードに切り替わることができる。いずれの場合においても、最終データレートは、１２Ｍｂｐｓである。したがって、本発明の方法を用いて、この、データレートは一定に保つことが求められている場合、データレートは一定に保たれる。もちろんまた、多重チャネルで、高いＰＨＹモードで同時に伝送することが可能である。これによって、伝送は、より短い時間に終了することを意味する。

図７は、一部のシミュレーション結果である。検出器（すなわちデバイス１０１）のＳＩＮＲが、第２の干渉装置の５つの異なる電力の値に対する第１の干渉装置の電力の関数として示されている。図のＳＩＮＲの値は、同時ユーザ伝送の中で異なる相互遅延を有する１００００回の実行の平均である。グラフは、パフォーマンスが、干渉する電力の関数としてほぼ線形に減少することを示す。１つの重要な考察としては、３つの全ての干渉信号が、キャリアの強さより５ｄＢ高い場合であっても、ＭＵＤは、正（positive）のＳＩＮＲを提供することができるということである。このことは、高いマルチプルアクセス干渉（ＭＡＩ）がある場合におけるこの検出器の干渉除去能力を示す。チャネル・バンドリングによる干渉除去はネットワークの他の全てのリンクにポジティブな影響を及ぼす。そして、適用された送信電力の減少を、結果として最小限にする。その結果としては、多くのデバイス１０１において、全体の干渉除去、および電力削減をもたらす。

選択されたＰＨＹモードによって接続がなされないケースにおいても、二次元のリンク適応方式によって、より強いＰＨＹモードにシフトする前であっても、伝送装置がチャネル・バンドリングを使用することは有効である。

チャネル・バンドリングは、また、電力調整（たとえば、電力制御アルゴリズム）に代わるものとしてリンク適応アルゴリズムに適用することができる。したがって、送信電力を小さくする旨の電力制御コマンドをネットワークから受信した場合、チャネル・バンドリングを実行し、送信電力を調整せずに、同時にデバイス１０１は可能なＰＨＹモードを下げる。この場合、電力制御ブロック２０７は、チャネル・バンドリングおよびＰＨＹモード適応がブロックを制御する。あるいは、電力調整（例えば電力制御アルゴリズム）とともにリンク適応アルゴリズムによってチャネル・バンドリングを適用することができる。

本発明は、同様に、伝送装置１０１のコンピュータ手段にロードされかつ実行される場合に、本発明の実施例の方法のステップのいずれかをインプリメントすることが可能であるコンピュータ・プログラム製品に関する。

本発明は、同様に、本発明の実施例に従って方法ステップのいずれかを実行するために構成される集積回路に関する。

以上、本発明に関して、図面および前述の記載によって詳細に説明した。これらの説明は、例示的なものであり、限定することを目的とするものではない。本発明は、開示された実施例に限定されない。

図面、開示、および添付の請求の範囲を理解することによって、開示された実施例に対する他の変形例を理解することができ、かつクレームされた本発明を実施する当業者によってもたらされ得る。

請求項において、「有する（comprising）」の語は、他の要素またはステップを排除しない。また、不定冠詞「a」または「an」は、複数を排除しない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、請求項において詳述されるいくつかの要素の機能を達成してもよい。異なる特徴が相互に異なる従属クレームにおいて詳述されるという単なる事実は、これらの特徴の組合せが都合よく使用されることができないことを示すものではない。

コンピュータ・プログラムは、保存されてもよく／他のハードウェアの部分と共にまたはその一部として供給される適切なメディア上で、あるいは他の形式で配布されてもよい。たとえば、インターネットまたは他の有線または無線通信システムを経て配信されてもよい。請求項のいかなる参照符号も本発明の範囲を制限するように解釈されてはならない。

Claims (8)

1. 通信リンクが送信器と受信器との間で確立される、複数の無線チャネル通信方式をサポートする通信システムの干渉を減少させる方法であって、前記送信器によってなされるステップは、
   前記送信器から受信器への伝送に対する前記送信器における干渉レベルを特定するステップと；
   前記特定された干渉レベルが閾値を超える場合にのみ、前記特定された干渉レベルに基づいて、前記伝送に対するリンク適応を実行するステップであって、前記送信器から前記受信器に少なくとも２つの無線チャネルで同時に送信するために、前記リンク適応は、前記通信リンクを適応させるためのチャネル・バンドリングを適用するところのステップと；
   を有し、
   前記リンク適応は、物理レイヤ・モードを調整するステップを更に有し、前記物理レイヤ・モードは、少なくとも変調方式および／または符号化方式によって定義される、
   方法。
2. 前記物理レイヤ・モードが調整される前に、前記チャネル・バンドリングが実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記送信器は、前記通信システムから電力制御コマンドを受信可能であり、当該方法は、前記送信器が前記通信システムから電力制御コマンドを受け取るステップと、前記電力制御コマンドに基づいて、前記送信器が前記送信器の送信電力を調整することなくチャネル・バンドリングを適用するステップと、を更に有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記送信器は、前記通信システムから受信電力制御コマンドが受信可能であり、前記方法は、前記送信器が前記通信システムのための電力制御コマンドを受信するステップと、前記送信器が前記電力制御コマンドに基づいて、前記送信器の電力の調整とともにチャネル・バンドリングを適用するステップと、を更に有する、請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記チャネル・バンドリングが適用された後、前記送信は複数の無線チャネルで同時に開始される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記チャネル・バンドリングが適用された後、前記送信は異なる無線チャネルで異なる時刻から開始される、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
7. コンピュータに、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法のステップをインプリメントする命令を実行させるためのプログラム。
8. 複数の無線チャネル通信方式をサポートする通信システムの通信装置であって、
   当該通信装置から受信器への伝送に対する当該通信装置における干渉レベルを特定するための手段と；
   前記特定された干渉レベルが閾値を超える場合にのみ、前記特定された干渉レベルに基づいて、前記伝送に対する当該通信システムの干渉を減少させるためのリンク適応を実行するよう構成されたリンク適応ユニットであって、前記リンク適応は、少なくとも２つの異なる無線チャネルで同時に伝達するためのチャネル・バンドリングを適用するところのユニットと、
   を有し、
   前記リンク適応ユニットは、物理レイヤ・モードを調整するよう更に構成され、前記物理レイヤ・モードは、少なくとも変調方式および／または符号化方式によって定義される、
   通信装置。

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