JP2010530671A

JP2010530671A - 平均送信信号電力の送信スケジュール制御

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Publication number: JP2010530671A
Application number: JP2010512218A
Authority: JP
Inventors: ウォルフォーク、パトリック; シュワルツ、アダム・エル
Original assignee: エヌディーエスエスアイアイピーホールディングス，エルエルシー
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2010-09-09
Also published as: EP2163002A2; US20080311865A1; WO2008156738A3; WO2008156738A2; CN101790853A

Abstract

情報を送信する方法のための方法と装置が開示される。この方法は、送信される情報を解析する過程を含む。送信時間分は、送信される情報に基づいて設定される。送信信号電力レベルは、所定の期間毎の所定の平均送信信号電力閾値と前記送信時間分とに基づいて決定される。
【選択図】図３

Description

この発明は、概略的な意味で、通信システムに関する。より詳細には、この発明は、平均送信信号電力の送信スケジュール制御のための方法及び装置に関する。

超広帯域（ＵＷＢ）変調は、非常に広い変調帯域幅を使用して非常に低い電力で高いデータ伝送速度のデータ伝送用無線通信を提供する。図１は、屋内無線通信用に使用されたＵＷＢ通信リンクの典型的な適用例を示す。具体的には、トランシーバー１１０、１２０、１３０、１４０である幾つかのトランシーバーが、それらの間で高帯域幅通信を可能とするネットワークで結ばれる。トランシーバー１１０、１２０、１３０、１４０は、デジタルビデオレコーダー（ＤＶＲ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）プレーヤー、及びコンピュータ装置のような他の装置とネットワークで結ばれた、例えば、高精細テレビ（ＨＤＴＶ）モニタを含むことができる。ＵＷＢの最も一般的な型式は、ＷｉＭｅｄｉａ工業連盟によって作定された標準に基づいている。

連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、ＵＷＢ無線通信は、３．１ＧＨｚ乃至１０．６ＧＨｚの周波数範囲内で合法的に運用すべきことを命じている。したがって、ＵＷＢ通信に関する送信電力要求は、その最大平均送信等価等方放射電力（ＥＩＲＰ）が、任意の送信方向で任意の１ミリ秒の期間にわたり平均で−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚとなるものである。

ＵＷＢ無線送信で要求される低送信電力レベルの故に、ＦＣＣ命令規則を越えずにＵＷＢ送信信号の送信電力を最大とすることが望ましい。一般的に、信号対騒音比（ＳＮＲ）及び関連する通信送信信号品質パラメーターは、送信信号電力の増加に伴い改善する。

ＦＣＣ放射電力要求を越えずにＵＷＢネットワーク環境内で高電力送信信号を提供するための方法及び装置を用いることが望ましい。

この発明の一実施例は、情報を送信する方法を含む。この方法は、送信される情報を解析する過程を含む。送信時間分は、送信される情報に基づいて設定される。送信信号電力レベルは、所定の期間毎の所定の平均送信信号電力閾値と前記送信時間分に基づいて決定される。

この発明の別の実施例は、ＷｉＭｅｄｉａスーパーフレーム内で情報のパケットの送信をスケジュールする方法を含む。この方法は、送信される情報のパケットを解析する過程を含む。有限数の有効な送信デューティーサイクルの１つが、送信される情報に基づいて選択される。送信信号電力レベルは、所定の期間毎の所定の平均送信信号電力閾値と前記送信デューティーサイクルに基づいて決定される。

この明細書で説明される実施例の他の側面及び利点は、その実施例の原理を例証として図解する添付図面に関連して行われる以下の詳細な説明により明らかとなる。

屋内無線通信に使用されたＵＷＢ通信リンクの典型的な適用例を示す。時間領域での高デューティーサイクル信号（図２Ｂに示される信号に対して高い）の例を示す。時間領域での低デューティーサイクル信号（図２Ｂに示される信号に対して低い）の例を示す。送信をスケジュールする方法の１実施例内に含まれるステップ（過程）の例を示すフローチャートである。ＷｉＭｅｄｉａスーパーフレームの例を示す。ＷｉＭｅｄｉａスーパーフレーム内で情報パケット送信をスケジュールする方法の一実施例内に含まれるステップ（過程）の例を示すフローチャートである。送信スケジュールされたパケットの時系列の例を示す。

この明細書にて説明の実施例は、パケットの送信をスケジュールする各種の方法を含む。この方法は、送信機の送信信号電力レベルの制御を提供する。より詳細には、説明される実施例は、送信機（例えば、ＵＷＢ送信機）の平均出力電力を制御するのに使用可能である。

ＲＭＳ電力
信号の平均電力は、下記の式で規定される。

式中、ｐ（ｔ）は、瞬間電力であり、τは、平均化された所定持続期間であり、ｔ_０は、任意の計測開始時点である。

図２Ａは、時間領域における高デューティーサイクル信号（図２Ｂに示される信号に対して高い）の１例を示す。示されるように、例示的送信信号は、「オン」期間（「パケット」として示されている）と「オフ」期間（「パケット間スペース」として示されている）とを含む。送信信号のデューティーサイクルは、一般的に、所定の期間τの間の「オン」期間と「オフ」期間との合計に対する「オン」期間の比として概算される。ＵＷＢ送信機では、デューティーサイクルが大きければ大きい程、ＵＷＢ信号のＥｉＲＰ送信電源規則を満たすために、目標電力レベルをそれだけ低くしなければならない。目標電力レベルは、τよりも非常に短い或る期間にわたって平均化されたレベルｐ（ｔ）と定義でき、これが、平均送信電力p_aveの前記電源規則への適合を確保する。すなわち、ｐ（ｔ）が概ね安定状態にある（統計的予測から）と仮定するならば、瞬間電力ｐ（ｔ）を目標電力以下に調整することによって、前記電源規則への適合が確保される。

図２Ｂは、時間領域における低デューティーサイクル信号（図２Ｂに示される信号に対して低い）の１例を示す。示されるように、例示的送信信号は、「オン」期間（「パケット」として示されている）と「オフ」期間（「パケット間スペース」として示されている）とを含む。送信信号のデューティーサイクルは、一般的に、所定の期間の間の「オン」期間と「オフ」期間との合計に対する「オン」期間の比として概算される。ＵＷＢ送信機では、デューティーサイクルが低ければ低い程、ＵＷＢ信号のＥｉＲＰ送信電力制限を満たすために目標電力レベルをそれだけ高くする。

図２Ａと図２Ｂに示されるように、ＵＷＢ信号は、集中的である。この事は、信号エネルギーが、持続期間が異なり且つ異なる時間量によって分離されたパケットで構成されることを意味する。平均送信電力ｐ_ａｖｅは、送信されるパケットの瞬間送信電力ｐ（ｔ）のみに依拠せず、何も送信されない期間であるパケット間スペースにも依拠することが推論できる。事実、パケット間スペースに対する送信信号のデューティーサイクルｇは、平均電力に比例する。
換言するならば、τ秒の任意の時間間隔において、
ｐ_ａｖｅ＝ｇｐ_{ｐａｃｋｅｔ}
であり、式中、ｐ_{ｐａｃｋｅｔ}は、送信が実際に行われている際の「オン」期間の間に測定された信号の平均電力測定量であって、瞬間送信電力に一致する。τ秒の間において、その時間の７５％で信号が送信され、そのτ秒の残りの時間内に何も送信されない場合には、ｇ＝０．７５であり、その平均電力は、パケット電力の４分の３のみとなる。平均送信電力ｐ_ａｖｅは、規則で固定されている。したがって、一旦、ｇが決定されれば、可能な瞬間送信電力は下記の式によって与えられる。
ｐ_{ｐａｃｋｅｔ}＝Ｐ_ａｖｅ／ｇ

図３は、情報を送信する方法の１実施例内に含まれるステップの例を示すフローチャートである。第１のステップ３１０は、送信される情報を解析する過程を含む。第２のステップ３２０は、送信される情報に基づいて送信時間分を設定する過程を含む。第３のステップ３３０は、所定期間毎の所定平均送信信号電力閾値と前記送信時間分とに基づいて送信信号電力レベルを決定する過程を含む。

通常は、少なくとも２種類の情報が送信される。第１の種類の情報は、ビーコンとアクノリッジメントを含み、第２の種類の情報は、データを含む。ビーコンは、典型的には、比較的に短い持続期間であり、周期的なスケジュールにしたがって送信される。ＷｉＭｅｄｉａでは、ビーコンの持続期間は、６３マイクロ秒に制限され、その期間は６５ミリ秒である。したがって、送信電力の計算が可能である。そして、ビーコンの送信時間が提供される。それらの持続期間は比較的短いので、ビーコンは、典型的には、最高電力付近で送信される。アクノリッジメントは、持続期間が非常に短い点でビーコンと同様であり、したがって、比較的高い送信電力レベルでの送信が可能である。

送信信号電力は、所定の期間τ毎の所定の平均送信信号電力閾値ｐ_{ｐａｃｋｅｔ}より低く維持される。したがって、ビーコンとアクノリッジメントの送信電力は、時間τの間に送信される他の信号も考慮しなければならない。前記所定の期間の間に、他の信号（データ情報のような）の送信が無い場合、ビーコン及びアクノリッジメントは、その短い送信時間分に起因して、電力レベルが概ね押し上げられる。ビーコンの送信電力レベルは、所定の平均送信信号電力閾値を越えさせないように設定される必要がある。より一般的には、公知のデューティーサイクルで送信される信号は、その公知のデューティーサイクルに反比例する量だけ押し上げられる。１実施例は、送信される信号の前のデューティーサイクルに反比例の送信電力の増加を含む。

典型的には、データ情報のタイミング及び電力レベルの取り扱いは、ビーコン又はアクノリッジメント情報よりも豊かな適応性を備えている。実際のデータ・スループットは、データ伝送速度とデューティーサイクルとに関連しており、ここで、データ転送速度とは、デューティーサイクルの「オン」部分の間にデータが送信される場合のその速度である。デューティーサイクルが、所定のデータ転送速度まで減少すると、スループットが降下する。しかし、デューティーサイクルの減少は、送信電力の増加を可能とする。比較的に高い送信電力は、無線リンクの品質を改善し、比較的高いデータ転送速度での送信を可能とする。これが、減少したデューティーサイクルに起因するスループットの降下を有効に相殺する。

データ送信に関しては、典型的には、デューティーサイクルを調節する２つの理由が存在する。第１の理由は、送信電力を増加し且つデューティーサイクルを減少することによって所望のスループットを達成し、改善されたスペクトル効率と増加したネットワーク全体のキャパシテイをもたらすことに動機付けられている。第２の理由は、送信電力の増加による無線リンクの品質改善を目的としたデューティーサイクルの削減を含む。

そして、別の実施例は、所望送信データ・スループットを決定する過程と所望送信データ・スループット提供のための最小デューティーサイクルを選択する過程とを含み、ここで、デューティーサイクルを決定する過程は、所定の期間の間の送信時間分をτで割る過程を含む。一般的に、リンク品質は、そのリンクを介して伝送される送信信号の信号品質を決定する。信号品質は、概ね、送信信号の変調方式（ｏｒｄｅｒｏｆｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）及び符号化レベルを設定する。送信電力の増加は、リンク品質を改善し、送信信号のビットレートの増加を可能とする。すなわち、データ転送速度は、送信電力の増加によって増加される。デューティーサイクルとデータ転送速度は、所望のデータ・スループットを達成する送信電力の調節によって一緒に選択される。

別の実施例は、所望の送信データ・スループットを決定する過程と、デューティーサイクルを最小にする送信信号電力を選択する過程と、所望の送信データ・スループットを提供するτ秒毎の送信時間分を選択する過程とを含む。

リンク品質が悪い場合、或る実施例は、所望の送信リンク品質の維持に必要とされる送信電力を決定する過程と、所定のτ秒毎の送信時間分を、τ秒の時間にわたり前記必要とされる送信電力を維持し且つ所定の平均送信信号電力閾値を越えないように、設定する過程とを含む。

説明された、送信時間分と送信信号電力レベルを設定する方法は、送信スケジュールの使用によって実行され且つ制御される。送信スケジュールは、デューティーサイクル、送信時間分、及び無線ネットワーク内のトランシーバーの送信電力レベルを制御する。

送信スケジュールは、ＷｉＭｅｄｉａＭＡＣスーパーフレームのような、連続する一連のスーパーフレームを含むＭＡＣ（メディア・アクセス制御）スケジューラで実施することができる。スーパーフレームは、ネットワーク内のスケジュール送信用の各種デバイスに配分されたタイムスロットを含む。後述するように、スーパーフレームの構造は、送信時間分が、スーパーフレームのタイムスロットの時間分に（概ね、多数で）適合するように制御すべくそれ自体でより一層即応的に機能する。スーパーフレームのタイムスロットの時間分を、既述した所定の期間τ秒と比較することによって、自然周期の生成が可能であり、この自然周期は、送信時間デューティーサイクルを決定するのに使用される。例えば、ＵＷＢＦＣＣ規則は、τを１ミリ秒と設定する。付言するに、ＷｉＭｅｄｉａＭＡＣスーパーフレームは、持続期間が、０．２５６ミリ秒のタイムスロットを含む。したがって、２５％デューティーサイクル、５０％デューティーサイクル、７５％デューティーサイクル、及び１００％デューティーサイクルを比較的簡易に設定することができる。

図４は、ＷｉＭｅｄｉａスーパーフレームの例を示す。このスーパーフレームは、２５６の媒体アクセス・スロット（ＭＡＳ）を含む。各ＭＡＳは、２５６マイクロ秒の時間分を有する。スーパーフレーム送信によって制御されるトランシーバーの送信は、時系列で規定された順序にしたがって生起する。

一実施例は、選択されたＭＡＳで生起するスケジュール送信を含み、これが必要とされるデューティーサイクルを提供する。自然デューティーサイクルは、０．２５６／τ＝０．２５６／１．００の比率で、又は、係数（ｆａｃｔｏｒｓ）が約２５％のデューティーで形成される。より詳細には、自然デューティーサイクル選択には、２５％、５０％、７５％、及び１００％が含まれる。

送信機は、例えば、グラデーションを付けて示されるＭＡＳ４３０の間にデータ・パケットを送信するようにスケジュールすることができる。より詳細には、データ・パケットは、４ＭＡＳ毎に送信される。その結果は、２５％デューティーサイクルであり、１００％デューティーサイクルの場合よりも約４倍の大きさの送信電力を可能とする。示されるように、追加的スロットの周期的スケジュールにより、５０％、７５％、及び１００％デューティーサイクルを容易に達成することができる。

図５は、ＷｉＭｅｄｉａスーパーフレーム内の情報のパケットの送信をスケジュールする一実施例内に含まれるステップの例を示すフローチャートである。第１のステップ５１０は、送信される情報のパケットを解析する過程を含む。第２のステップ５２０は、送信される情報に基づいて有限数の有効な送信デューティーサイクルの１つを選択する過程を含む。第３のステップ５３０は、所定の期間毎の所定の平均送信信号電力閾値と前記送信デューティーサイクルとに基づいて送信信号電力レベルを決定する過程を含む。

既述したように、送信時間、又は、送信信号デューティーサイクルは、品質の悪いリンクにおいて、所望のデータ・スループットを達成するように、又は、送信のための送信信号電力を可能とするように選択される。一実施例は、所望の送信データ・スループットを決定する過程と、所望の送信データ・スループットを提供するための送信デューティーサイクルを選択する過程とを含む。別の実施例は、所望の送信リンク品質を維持するのに必要な送信電力を決定する過程と、前記必要な送信電力を維持し、そして、所定の期間毎の平均送信信号電力閾値を越えないための、送信デューティーサイクルを選択する過程とを含む。既述したように、そして、ＦＣＣ規定のように、所定の期間τは、１マイクロ秒である。有限数の有効な送信デューティーサイクルには、２５％デューティーサイクル、５０％デューティーサイクル、７５％デューティーサイクル、及び１００％デューティーサイクルが含まれる。

図６は、送信をスケジュールされたパケットの時系列の例を示す。例えば、２５％、５０％、及び７５％のデューティーサイクルが示される。送信のため選択された各スロットの間に、１以上のデータ・パケットが送信される。データ・パケットに関するアクノリッジメントが要求された場合には、追加的なアイドル時間が存在する。この追加的アイドル時間は、最大可能送信電力を計算する場合にも考慮される。図６は、複数のデータ・パケット、アクノリッジメント、及びアイドル時間（データとアクノリッジメントの間）を示すために拡大された５０％デューティーサイクル信号を示す。

この発明の特定実施例を説明し図解したが、この発明はそのように説明され図解された特定形態又は部分配置に限定されない。この発明は、添付請求項の記載のみにより限定される。

１１０トランシーバー
１２０トランシーバー
１３０トランシーバー
１４０トランシーバー

Claims

送信方法であって、
送信される情報を解析する過程、
送信される情報に基づいて送信時間分を設定する過程、及び、
所定の期間毎の所定の平均送信信号電力閾値と前記送信時間分とに基づいて送信信号電力レベルを決定する過程を含むことを特徴とする方法。
前記送信される情報はビーコンを含み、前記ビーコンの送信時間分が提供されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記ビーコンの前記送信信号電力レベルを決定する過程が、さらに、前記所定の期間内に送信される他の全ての信号を考慮する過程を含み、前記所定の平均送信信号電力閾値を越えさせないことを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記送信される情報はアクノリッジメントを含み、前記アクノリッジメントの送信時間分が提供されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記アクノリッジメントの前記送信信号電力レベルを決定する過程は、さらに、前記所定の期間内に送信される他の全ての信号を考慮する過程を含み、前記所定の平均送信信号電力閾値を越えさせないことを特徴とする請求項４に記載の方法。
前記送信される情報は、データを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
さらに、所望の送信データ・スループットを決定する過程、
前記所望の送信データ・スループットを提供するための最小デューティーサイクルを選択する過程を含み、
前記デューティーサイクルを決定する過程は、前記所定の期間の間の前記送信時間分を前記所定の期間で割る過程を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
さらに、所望の送信データ・スループットを決定する過程、
デューティーサイクルを最小にする前記送信信号電力レベルを選択する過程、
前記所望の送信データ・スループットを提供するため所定の期間毎の前記送信時間分を選択する過程を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
所望の送信リンク品質を維持するのに必要な送信電力を決定する過程、
前記必要な送信電力を維持するための、そして、所定の期間毎に前記所定の平均送信信号電力閾値を越えないための、所定の期間毎の前記送信時間分を設定する過程を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
さらに、所定の送信スケジュール・スーパーフレームにしたがって前記送信時間分をスケジュールする過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
さらに、前記送信時間分を、有効な送信時間分の有限なグループから選択する過程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
前記有効な送信時間分の有限なグループは、前記所定の期間の自然周期と所定の送信スケジュール・スーパーフレームとによって決定されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
前記所定の期間は、１ミリ秒であり、前記スーパーフレームは、ＷｉｍｅｄｉａＭＡＣスーパーフレームであることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
前記有効な送信時間分の有限なグループは、２５％デューティーサイクル、５０％デューティーサイクル、７５％デューティーサイクル、及び１００％デューティーサイクルを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
ＷｉＭｅｄｉａスーパーフレーム内の情報のパケットの送信をスケジュールする方法であって、
送信される情報のパケットを解析する過程、
前記送信される情報に基づいて有限数の有効送信デューティーサイクルの１つを選択する過程、
所定の期間毎の所定の平均送信信号電力閾値と前記送信デューティーサイクルに基づいて送信信号電力レベルを決定する過程を含むことを特徴とする方法。
さらに、所望の送信データ・スループットを決定する過程、
前記所望の送信データ・スループットを提供するための前記送信デューティーサイクルを選択する過程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
さらに、所望の送信リンク品質を維持するに必要な送信電力を決定する過程、
前記必要な送信電力を維持するための、そして、所定の期間毎の前記所定の平均送信信号電力閾値を越えないための、前記送信デューティーサイクルを選択する過程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記所定の期間は、１ミリ秒であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記有限数の有効な送信デューティーサイクルは、２５％デューティーサイクル、５０％デューティーサイクル、７５％デューティーサイクル、及び１００％デューティーサイクルを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記送信される情報はビーコンを含み、前記ビーコンの前記送信時間分が提供されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記有効な送信時間分の有限なグループは、前記所定の期間の自然周期と所定の送信スケジュール・スーパーフレームとによって決定されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。