JP2008086013A - 知覚信号対ノイズおよび干渉インジケータを用いたネットワーク管理のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＳＳＩは、所定のＰＨＹにおけるＡＰオプションの評価への使用が制限されているが、異なるＰＨＹの比較では有用でない。ＲＳＳＩは、明らかにネットワーク管理によって、負荷最適配分にも負荷シフトにも使用可能ではない。いくつかの重大な制限を有するＲＳＳＩに優先して、知覚信号対ノイズ指示として働く、信号のパラメータを利用したネットワーク管理が望まれていた。
【解決手段】ネットワーク管理の方法および装置が開示される。ネットワーク内の多数のステーションにおいて物理層測定値を提供するための知覚インジケータを利用し、各アクセスポイントからの無線周波数電力、または観測信号対ノイズおよび干渉を用いて、測定結果を報告し、測定結果を収集し、ネットワークまたはネットワーク性能を最適化する。報告されたＰＳＮＩ値を、届けられるビットエラーレートまたはフレームエラーレートの信号品質インジケータとして使い、複数のステーションを評価し再構成し管理する。
【選択図】図１

Description

本発明は概して、ネットワーク管理に関し、より詳細には、受信位置で入手される、知覚信号対ノイズ（および干渉）インジケータ（ＰＳＮＩ）として働く観測信号のパラメータを用いたネットワーク管理の円滑化に関する。

本明細書は、以下の略語を含む。
ＡＰ：アクセスポイント(access point)
ＢＥＲ：ビットエラーレート(bit error rate)
ＣＣＫ：相補的コードキーイング（ＲＦ変調）(complementary code keying (RF modulation)
ＤＳＳＳ：直接シーケンススペクトル拡散(direct sequence spread spectrum)
ＥＩＲＰ：等価等方放射電力(equivalent isotropically radiated power)
ＥＲＰ：実効放射電力(effective radiated power)
ＦＥＣ：前方誤り訂正(forward error correction)
ＦＥＲ：フレームエラーレート(frame error rate)
ＭＩＢ：管理情報ベース(management information base)
ＯＦＤＭ：直交周波数分割多重(orthogonal frequency division multiplexing)
ＰＢＣＣ：パケットバイナリ畳込み符号化(packet binary convolution coding)
ＰＨＹ：物理層(physical layer)
ＰＬＣＰ：物理層変換プロトコル(physical layer conversion protocol)
ＰＭＤ：物理媒体依存部(physical medium dependent)
ＰＰＤＵ：ＰＬＣＰプロトコルデータユニット(PLCP protocol data unit)
ＰＳＫ：位相シフトキーイング(phase shift keying)
ＰＳＮＩ：知覚信号対ノイズ指示(perceived signal to noise indication)
ＲＰＩ：受信電力インジケータ(received power indicator)
ＲＳＳＩ：受信信号強度インジケータ(received signal strength indicator)
ＳＱ：信号品質(signal quality)
ＳＴＡ：ステーション(station)

現在のＩＥＥＥ標準８０２．１１は、効率的なネットワーク管理のために上位層機能をサポートするインタフェース、測定、および機構を提供する役割を担っている。現時点で、８０２．１１標準は、いくつかの物理的パラメータを定義しているが、どのパラメータもネットワーク管理目的に完全には適していない。測定可能パラメータの一例が、受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）であり、ＲＳＳＩは、各受信フレーム用の報告可能なパラメータであるが、標準において数値化されておらず、十分に指定されていない。こうした標準は、ＲＳＳＩの状況における一定の定義を実際に含めてはいるが、ＲＳＳＩは、依然としてネットワーク管理での使用を基準として一定の制限を課している。その理由は、異なるステーション（ＳＴＡ）からのＲＳＳＩパラメータは、一律に定義することができないので、比較可能でないからである。

提案されている第２の測定可能パラメータが信号品質（ＳＱ）であり、ＳＱも、コード同期の、数値化されていないインジケータとなっているが、ＤＳＳＳ ＰＨＹ変調にのみ適用可能であり、ＯＦＤＭ ＰＨＹ変調には適用可能でない。さらに別の測定可能パラメータがＲＰＩヒストグラムであり、これは、数値化され指定されてはいても、どのＡＰを基準としても目標となる測定を行うことができない。ＲＰＩヒストグラムは、８０２．１１発信源を含むすべての発信源、レーダ、および他のすべての干渉発信源からのチャネル電力を測定するが、制御パラメータとしてＲＰＩヒストグラムに依拠する程には有用でない。

現在の標準は、
（１）同じチャネル、同じ物理層、および同じステーションにおけるＡＰ信号と、
（２）異なるチャネル、同じ物理層、および同じステーションにおけるＡＰ信号との測定に主に基づいて、受信信号強度指示を定義する。

注目すべきことに、異なる物理層および同じまたは異なるステーションに関わる測定は、必要とされてはいても、現時ポイントでは標準において対処されていない。

ネットワーク管理には、たとえば、ハンドオフの決定で使用するために比較ＰＨＹ測定が必要である。以下のタイプの比較ＰＨＹ測定が行われる。
１．同じＳＴＡ内で、同じチャネル、同じＰＨＹにおけるＡＰ信号を比較する。
２．異なるＳＴＡ内で、同じチャネル、同じＰＨＹにおけるＡＰ信号を比較する。
３．同じＳＴＡ内で、異なるチャネル、同じＰＨＹにおけるＡＰ信号を比較する。
４．異なるＳＴＡ内で、異なるチャネル、同じＰＨＹにおけるＡＰ信号を比較する。
５．異なるＳＴＡ内で、異なるＰＨＹにおけるＡＰ信号を比較する。
６．同じＳＴＡ内で、異なるＰＨＹにおけるＡＰ信号を比較する。比較測定は、ネットワーク管理のためのハンドオフの決定に不可欠である。

現在定義されているＲＳＳＩは、上記のカテゴリ（１）および（３）にのみ対処している。ＲＳＳＩは、ＤＳＳＳ ＰＨＹまたはＯＦＤＭ ＰＨＹによって受信されたＲＦエネルギーの測定値である。最大８ビット（２５６レベル）のＲＳＳＩ指示がサポートされる。ＲＳＳＩの許容値は、０からＲＳＳＩ最大値に及ぶ。このパラメータは、現在のＰＰＤＵを受信するのに使われるアンテナで観測されたエネルギーを、ＰＨＹ副層によって測定した値である。ＲＳＳＩは、ＰＬＣＰプリアンブルの受信中に測定される。ＲＳＳＩは、相対的に利用されることを意図しており、受信電力の単調増加関数である。

ＣＣＫ、ＥＲ−ＰＢＣＣ：１８．４．５．１１に記載されているＲＳＳＩの８ビット値。

ＥＲＰ−ＯＦＤＭ、ＤＳＳＳ−ＯＦＤＭ、８ビット値は、１７．２．３．２に記載されているように、０からＲＳＳＩ最大値のレンジ内である。

ＲＳＳＩインジケータのいくつかの制限を挙げる。ＲＳＳＩは、所望の信号、ノイズ、および干渉電力の合計を示す、アンテナコネクタでの電力の単調な相対インジケータである。干渉が高い環境において、ＲＳＳＩは、所望の信号品質の適切なインジケータではない。ＲＳＳＩは、十分に指定されていない。すなわち、ユニット定義も、性能要件（正確さ、精度、テスト容易性）も定められていない。ＲＳＳＩについて指定されていることがほとんどないので、大きく異なる実現方法が既に存在すると仮定しなければならない。異なる製品からのＲＳＳＩを比較することはできないし、おそらく同じ製品においても、異なるチャネル／帯域のＲＳＳＩさえ比較することはできないであろう。

ＲＳＳＩは、所定のＰＨＹにおけるＡＰオプションの評価への使用が制限されているが、異なるＰＨＹの比較では有用でない。ＲＳＳＩは、ＤＳＳＳおよびＯＦＤＭ ＰＨＹ用にスケーリングし直されなければならない。ＲＳＳＩは、明らかにネットワーク管理によって、負荷最適配分にも負荷シフトにも使用可能ではなく、あるＳＴＡからのＲＳＳＩは、他のＳＴＡからのＲＳＳＩにも関連しない。

したがって、いくつかの重大な制限を有するＲＳＳＩに優先して、知覚信号対ノイズ指示（ＰＳＮＩ）として働く、信号のパラメータを利用したネットワーク管理が望まれる。

本発明は、いくつかの重大な制限を有するＲＳＳＩに優先して、知覚信号対ノイズ指示（ＰＳＮＩ）として働く、信号のパラメータを利用したネットワーク管理方法を提供する。好ましくは、ＰＳＮＩパラメータの許容値は、たとえば０から２５５のレンジとなり得るが、必ずしもそのレンジでなくてよい。

以上説明したように、本発明により、いくつかの重大な制限を有するＲＳＳＩに優先して、知覚信号対ノイズ指示（ＰＳＮＩ）として働く、信号のパラメータを利用したネットワーク管理が実現できる。

例として挙げる好ましいインプリメンテーション形態の以下の説明および添付の図面から、本発明をより詳細に理解することができよう。

異なる物理層および同じまたは異なるステーションを含むすべての可変状況におけるＡＰ信号の比較測定を考慮したネットワーク管理方法を提供することが望ましい。

デモジュレータ固有の、数値化されたＦＥＲ指示を用いて指定された、知覚されたＳ／（Ｎ＋Ｉ）の主観推定量をこれ以降で説明する。例示的なインプリメンテーション形態の説明のコンテキストにおいて、以下のことに留意されたい。

すべてのデジタルデモジュレータは、トラッキングループおよび複雑な後処理を利用して、受信符号を復調する。多くの内部デモジュレータパラメータは、知覚されたＳ／（Ｎ＋Ｉ）に比例する。以下にいくつかの例を挙げる。
ＰＳＫ：ベースバンド位相ジッタ、ベースバンドエラーベクトル振幅（ＥＶＭ）
ＤＳＳＳ：拡散コード相関品質
ＯＦＤＭ：周波数トラッキングおよびチャネルトラッキングの安定性

デモジュレータの内部パラメータは、フレームユニットで使用可能である。アナログＳ／（Ｎ＋Ｉ）に比例するデモジュレータパラメータは、データレートに関して不変である。どのデータレートでも、同じパラメータを使うことができる。

デモジュレータの内部パラメータは、実際のＦＥＲ性能に関して制御された環境において、レート、変調、およびＦＥＣで定義された２つ以上の動作ポイントを指定し較正することができる。このようなデモジュレータの内部パラメータは、干渉環境および干渉のない（ノイズのみの）環境両方においてＦＥＲ性能を推定し、ＰＳＮＩの基準として使うことができる。ＰＳＮＩが有用なインジケータであるために、どのデモジュレータの内部パラメータをインジケータの基準として使うかを指定する必要はなく、数値化されたインジケータがどのようにＦＥＲに関連するかを指定するだけで十分である。

本発明による、ネットワーク管理のためのＰＳＮＩの使用に関連して、以下の特徴に留意されたい。

ＰＳＮＩは、増加するＳ／（Ｎ＋Ｉ）とともに単調に増加する、符号なしの８ビット値として、ＲＳＳＩと同様に指定される。

ＰＳＮＩは、知覚されたＳ／（Ｎ＋Ｉ）に対数的にスケーリングされる。ＰＳＮＩは、ＦＥＲを高速に推定する、デモジュレータの内部パラメータに基づく。

２つの信号品質ポイントで定義されたレンジに渡ってＰＳＮＩ出力指示を指定する。第１のポイントは、使用可能な最低限の信号品質レベルにあり、第２のポイントは、最高信号品質レベルにある。

少なくとも２つのＦＥＲポイントを基準として、出力値および出力値の正確さを指定し、有効な各変調、ＦＥＣ、およびデータレートの組み合わせごとに、少なくとも１つのＦＥＲポイントを指定する。

ＰＳＮＩレンジは、１から５４Ｍｂｐｓのデータレートでの高いＦＥＲをカバーするように、Ｓ／（Ｎ＋Ｉ）の動作レンジの下位４０ｄｂ部分に渡り得るが、これより高いレンジも低いレンジも使うことができる。

ＰＳＮＩインジケータは、デモジュレータ内での、知覚された、後処理信号対ノイズおよび干渉（Ｓ／（Ｎ＋Ｉ））比の測定値である。知覚信号対ノイズインジケータ（ＰＳＮＩ）パラメータの許容値は、０から２５５（すなわち、８バイナリビット）のレンジ内である。このパラメータは、ＲＦダウンコンバージョンの後で観測された知覚信号品質のＰＨＹ副層による測定結果であり、現在のフレームを受信するのに使われるデモジュレータの内部デジタル信号処理パラメータから導出される。ＰＳＮＩは、ＰＬＣＰプリアンブルおよび受信フレーム全体に渡って測定される。ＰＳＮＩは、相対的に使われることを意図しており、観測されたＳ／（Ｎ＋Ｉ）の、単調に増加する対数関数である。ＰＳＮＩの正確さおよびレンジは、最低でも２つの異なるＦＥＲ動作条件で指定される。図３には、４３ｄＢのレンジにスケーリングされるＰＳＮＩ用の指定ポイントの例を挙げてある。

図１は、ＰＳＮＩインジケータ用に使うことができる、ＰＨＹ測定のためのオプションを示す。図１の受信機１０を参照すると、以下の一般的なコメントが、広範なモデム変調およびコーディング技術に有効である。ポイントＡおよびＢでの信号対ノイズ比は、見かけでは同じであり、無線フロントエンド１２における付加損失のせいでわずかに異なる。Ａ／Ｄコンバータ１４でのアナログ−デジタル変換後の信号対ノイズ比も、見かけでは同じ値であり、数値化エラーに関連するノイズがわずかに追加されているだけである。

したがって、高性能システムでは、ポイントＡでの信号対ノイズ比とデモジュレータ１６およびトラッキングループへの入力での信号対ノイズ比の間には、軽微な差しかない。あまり複雑でなく低性能なシステムでは、ポイントＡとデモジュレータ１６への入力との間の信号対ノイズ比の差が大きくなり得る。デモジュレータ１６の出力（ポイントＣ）での信号対ノイズ比は、ビットエラーレート（ＢＥＲ）を用いて、間接的にのみ観測可能である。ポイントＣでのＢＥＲは、実際のデモジュレータインプリメンテーション損失を明らかにするように調整される理論復調性能曲線による、ポイントＢでの信号対ノイズ比に関連する。

同様に、ＦＥＣデコーダ１８での出力（ポイントＤ）でのＢＥＲは、実際のＦＥＣデコーダインプリメンテーション損失を明らかにするように調整される理論ＦＥＣデコーダ性能曲線によるＦＥＣデコーダ入力に関連する。フレームチェック関数２０の出力におけるポイントＥでのフレームエラーレート（ＦＥＲ）は、ポイントＤでのＢＥＲおよびエラー分散統計の一次数学関数である。通常、フレームチェックに関連するインプリメンテーション損失はない。概して、低ＢＥＲに関して、ＦＥＲは、ＢＥＲにビットで表したフレームサイズを乗算したものに等しい。

図１の受信機１０のフレームチェック関数２０は、フレームパリティ検査を備えても備えなくても実施することができる。ほとんどの実用的な設計において、各フレームは、ブロックが正しく受信されたかどうかを（高い信頼性で）示すパリティ検査を含む。最も一般的なパリティ検査は、巡回冗長検査（ＣＲＣ）であるが、他の技術も可能であり許容できる。フレームパリティ検査が用いられない場合、ＦＥＲは、ＦＥＣデコーダ１８の機能からの導出されたＢＥＲを使って推定することができる。ＦＥＣデコーダ１８からのＢＥＲ入力の導出は、以下のように要約される公知のプロセスを利用して実現することができる（図１ａを参照）。

ＦＥＣデコーダの出力は、概して正しい。したがって、この出力が入手され格納される（ステップＳ１およびＳ２）。ＦＥＣエンコーディング規則が、正しい入力ビットのレプリカを作成するのに利用され（ステップＳ３）、各ビットが、実際にＦＥＣデコーダに入力され、格納された対応するビットと比較される（ステップＳ４）。比較の度にカウントが増加される（ステップＳ５）。各不一致（ステップＳ６）は、累積される入力ビットエラーを表す（ステップＳ７）。この導出されたＢＥＲ（ステップＳ９、Ｓ１０）は次いで、ＦＥＣデコーダの実際の性能曲線とともに、観測ＦＥＲを推定するのに使うことができる（ステップＳ１１）。比較（エラーがあるか、それともエラーがないか：ステップＳ６）が、カウントＮに達する（ステップＳ８）まで続けられ、このとき、ステップＳ７でのカウントがＢＥＲとして識別される（ステップＳ９）。

このようにして、理論性能曲線とともに実際のインプリメンテーション損失を用いることによって、どのポイントの信号対ノイズ測定値も、他のどのポイントの信号対ノイズ測定値にも関連づけることができるようになる。

ネットワーク管理の観点から、ユーザに届けられる信号品質は、実際のＦＥＲまたは観測ＦＥＲ（ポイントＥ）によって最もよく表される。ＰＳＮＩの概念は、各ＳＴＡの異なるインプリメンテーション損失に関わらず、すべてのＳＴＡに対する観測ＦＥＲに直接関連するインジケータを実現する。このインジケータの実現は、１）内部デモジュレータパラメータの測定値にＰＳＮＩを基づかせ、２）特定のデータレート／復調／ＦＥＣのコンビネーションポイントでの観測ＦＥＲに関してＰＳＮＩインジケータ値を指定し、かつ３）測定ポイントから下流で起こる実際のＦＥＣデコーダ損失を明らかにするように内部デモジュレータパラメータ測定値を調整することによって遂行される。デモジュレータにとって内部の測定ポイントを用いることによって、測定信号品質は、ＳＴＡフロントエンド損失の影響を既に含んでいる。観測ＦＥＲに関してＰＳＮＩインジケータを指定することによって、実際のデモジュレータの損失が含められる。実際のＦＥＣデコーダ損失を明らかにするようにデモジュレータ測定値を調整することによって、ＳＴＡが使い得るすべてのＦＥＣデコーダを基準としてインジケータの妥当性が保持される。

ＰＳＮＩは、内部デモジュレータパラメータに基づくので、フレームユニットで測定し報告することができる。ポイントＣまたはＥでのＢＥＲまたはＦＥＲ測定には、正確な測定のために数千フレームが必要である。したがって、ＰＳＮＩは、実用的、高速、かつ使用可能な観測信号品質の指標(indictor)である。

ポイントＡまたはＢにおけるアナログ信号対ノイズの測定は、直ちに行うことができるが、さらに下流でのインプリメンテーション損失すべての合計も分からないので、ポイントＥでの観測ＦＥＲに正確に関連づけることができない。

このようにして、本発明による、ネットワーク管理のためのＰＳＮＩの使用は実施がより実用的であり、測定がより速く、ＳＴＡインプリメンテーションの知識が必要ないので、本明細書において論じた代替形態を上回る改良である。

図２は、本発明の状況における、ＢＥＲ曲線上で指定されるＰＳＮＩを示す。図３は、４３ｄＢレンジにスケーリングされるＰＳＮＩ用の指定ポイント(specification)の例を示す。

ＲＳＳＩに勝るＰＳＮＩの利点は、以下のものを含む。ＰＳＮＩが、符号なしの８ビット値（ＤＳＳＳ ＰＨＹ用）であり、受信信号電力に比例するという点で、ＰＳＮＩの定義は、ＲＳＳＩに対する要件を満たす。ＰＳＮＩは、ＲＳＳＩを求めるどのデータフィールドに入れても報告することができ、そうすることによって、ＰＳＮＩインジケータを中間層フレーム品質測定値として広く適用可能にさせる。ＰＳＮＩ ＭＩＢエントリおよび報告／通知は、ＰＳＮＩの改良を上位層に利用可能にさせることを、８０２．１１でさらに命じることができる。

以上、ネットワーク管理のＰＳＮＩインジケータおよび方法の例示的な実施形態を説明した。本発明は、ＴＤＤ、ＦＤＤ、ＣＤＭＡ、および他のモードを含むすべての伝送モードを基準として例外なく適用可能である。説明したＰＳＮＩインジケータおよび方法に適切な変更を加えて、その変形形態を得ることも可能である。すべてのこのような変更および変形形態は、本発明の範囲内である。

本発明は、通信システムに利用できる。ネットワーク管理のための装置に利用できる。

ＰＨＹ測定のためのオプションを示す図である。 ＦＥＣデコーダへの入力を導出する技術を示すフローチャートである。 ＢＥＲ曲線上で指定されるＰＳＮＩを示す図である。 ＰＳＮＩ指定ポイントの一例を示す図である。

符号の説明

１０ 受信機
１２ 無線フロントエンド
１４ Ａ／Ｄコンバータ
１６ デモジュレータ
１８ ＦＥＣデコーダ
２０ フレームチェック

Claims (3)

1. ワイヤレスネットワークの管理のために知覚信号対ノイズ指示（ＰＳＮＩ）を決定する方法であって、
   受信デバイス内における所定の場所で取得された信号を測定することにより入手されたパラメータに前記ＰＳＮＩを基づかせるステップと、
   前記受信デバイスで入手されたフレームエラーレート（ＦＥＥ）に関して、ＰＳＮＩインジケータ値を指定するステップと、
   前記測定ポイントを基準として下流での損失を明らかにするため前記パラメータを調整するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ネットワークの再構成および管理を促進してネットワーク性能を最適化するために、信号品質インジケータとしてＰＳＮＩパラメータを用いるステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記下流損失は、前方誤り訂正（ＦＥＣ）デコーダのデコーダ損失を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

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