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技術 システムの電力消費を低減するための改良された電源制御

出願人 クゥアルコム・インコーポレイテッド
発明者 クリシュナン、ランガナサン
出願日 2005年6月1日 (14年5ヶ月経過) 出願番号 2007-515570
公開日 2008年1月24日 (11年9ヶ月経過) 公開番号 2008-502218
状態 特許登録済
技術分野 移動無線通信システム
主要キーワード 固定サイト デューティサイクル比 周波数追跡 初期電力 フレーム継続 概念ブロック図 メンバ端末 拡散情報
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題・解決手段

無線ネットワークにおいて送信をゲート制御することに関係するシステムおよび技術が開示されている。送信は、デューティサイクルに基づいて、ゲート制御される。また、デューティサイクルは、増加した送信電力仮定して、元のアプリケーションデータレートrinitialを維持する要件によって判断される。

概要

背景

多数のユーザが共通の通信媒体アクセスすることを可能にするために設計された通信ステムは、符号分割多元接続(code division multiple access, CDMA)、時分割多元接続(time division multiple access,TDMA)、周波数分割多元接続(frequency division multiple access,FDMA)、空間分割多元接続(space division multiple access, SDMA)、偏波分割多元接続(polarization division multiple access, PDMA)、または当技術において知られている他の変調技術に基づき得る。これらの変調技術は、通信システムの多数のユーザから受信した信号を復調し、それによって通信システムの容量の増加を可能にする。これに関連して、例えば、高度移動電話サービス(Advanced Mobile Phone Service,AMPS)、グローバルシステムフォモバイルコミュニケーションズ(Global System for Mobile communication, GSM)、および何か他の無線システムを含む、種々の無線システムが設定された。

従来の無線通信では、多数のデバイスの通信を支援するために、アクセスネットワークが、一般に採用されている。アクセスネットワークは、通常、地理的領域全体に分散した多数の固定サイト基地局で実施される。地理的領域は、一般に、セルとして知られているより小さい領域に細分される。基地局は、それぞれのセル内のデバイスにサービスするように構成され得る。異なるセルラ領域を横切る種々のトラヒック要求があるとき、アクセスネットワークは、容易に再構成されることができない。

従来のアクセスネットワークとは対照的に、暫定的なネットワーク(ad hoc network)は、動的である。しばしば端末と呼ばれる多数の無線通信デバイスが、一緒に加わって、ネットワークを形成するときに、暫定的なネットワークが形成され得る。暫定的なネットワーク内の端末は、ホストまたはルータの何れかとして動作することができる。したがって、暫定的なネットワークは、存在しているトラヒック要求を、より効率的なやり方で満たすために、容易に再構成され得る。さらに加えて、暫定的なネットワークは、従来のアクセスネットワークによって要求されるインフラストラクチャを要求せず、暫定的なネットワークを、将来のための魅力的な選択にしている。

従来のCDMAの通信システムでは、加入者局は、1つ以上の基地局を通って、ネットワークにアクセスするか、または他の加入者局と通信し得る。加入者局は、端末とも呼ぶことができる。各基地局は、一般にセルと呼ばれる特定の地理的領域内の全加入者局にサービスするように構成されている。幾つかの高トラヒックの応用では、セルは、セクタに分割され、基地局は、各セクタにサービスし得る。各基地局は、パイロット信号を送信し、これは加入者局によって基地局と同期をとるのに使用され、加入者局が基地局と同期をとると、送信信号コヒーレントな復調が行われる。加入者局は、通常、最も強いパイロット信号をもつ基地局と通信チャンネルを設定する。

加入者局は、受信した順方向リンク信号信号対雑音および干渉比のC/Iを計算する。順方向リンクは、基地局から加入者局への送信を指し、逆方向リンクは、加入者局から基地局への送信を指す。加入者局のC/Iは、基地局から加入者局への順方向リンクにおいて支援されることができるデータレートを決める。すなわち、順方向リンクの性能の所与のレベルは、C/Iの対応するレベルにおいて達成される。データレートを選択する方法および装置は、2003年6月3日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,574,211号(“METHODANDAPPARATUS FOR HIGHRATE PACKET TRANSMISSION”)に開示されている。

基地局がデータを加入者局へ送信する電力は、順方向リンク送信電力と呼ばれる。順方向リンク送信電力は、データを順方向リンク上で確実に送信するのに要求されるレベルである。同様に、加入者局がデータを基地局へ送信する電力は、逆方向リンク送信電力と呼ばれる。逆方向リンク送信電力は、データを逆方向リンク上で確実に送信するのに要求されるレベルである。

送信する加入者の数が増加するのにしたがって、各加入者局への干渉が増加する。したがって、加入者局の送信電力を制御して、他の加入者局の通信への悪い干渉を避けることが望ましい。

超広帯域(Ultra-Wideband, UWB)は、暫定的なネットワークで実施され得る通信技術の例である。UWBは、広い帯域幅上で高速通信を与える。同時に、UWB信号は、非常に少ない電力しか消費しない非常に短いパルスで送信される。UWB信号の出力電力は、非常に低いので、それは他のRF技術への雑音のように見え、その干渉をより小さくしている。

暫定的なネットワークでは、端末は、動的に加えられる。より多くの端末が加えられると、各通信端末は、それが通信している端末以外の端末に対してより大きい干渉を生成する。したがって、端末の送信電力を制御して、他の端末通信への悪い干渉を避けることが望ましい。

概要

無線ネットワークにおいて送信をゲート制御することに関係するシステムおよび技術が開示されている。送信は、デューティサイクルに基づいて、ゲート制御される。また、デューティサイクルは、増加した送信電力を仮定して、元のアプリケーションのデータレートrinitialを維持する要件によって判断される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

無線送信ゲート制御する方法であって、デルタ送信電力によって送信電力を増加することと、増加した送信電力およびシステムの性能に基づいて、最後の物理層データレートrfinalを判断することと、最後の物理層のデータレートrfinalを仮定して、元のアプリケーションのデータレートを維持することに基づいて、デューティサイクルを判断することと、デューティサイクルに基づいて、無線送信をゲート制御することとを含む方法。

請求項2

次のより高い物理層のデータレートが可能にされるように、送信電力を増加することをさらに含む請求項1記載の方法。

請求項3

デューティサイクルが、最後の物理層のデータレートrfinalに対する元のアプリケーションのデータレートの比に基づく請求項1記載の方法。

請求項4

物理層のデータレートrfinalが、信号対干渉および雑音比(signal-to-interference-and noise ratio, SINR)に基づく請求項3記載の方法。

請求項5

物理層データレートrfinalが、実施損失にも基づく請求項4記載の方法。

請求項6

デルタ送信電力によって送信電力を増加する手段と、増加した送信電力およびシステムの性能に基づいて、最後の物理層のデータレートrfinalを判断する手段と、最後の物理層のデータレートrfinalを仮定して、元のアプリケーションのデータレートを維持することに基づいて、デューティサイクルを判断する手段と、デューティサイクルに基づいて、無線送信をゲート制御する手段とを含む無線端末

請求項7

信号対干渉および雑音比(SINR)を検出する受信機と、SINRおよび送信電力における増加を仮定して、元のアプリケーションのデータレートを維持することに基づいて、デューティサイクルを判断するプロセッサであって、受信機に結合されたプロセッサと、デューティサイクルに基づいて、無線送信をゲート制御する送信機であって、ベースバンドプロセッサに結合された送信機とを含む無線端末。

請求項8

コンピュータプログラムによって実行可能な命令プログラムを具体化するコンピュータ読出し可能媒体であって、デルタ送信電力によって送信電力を増加するコンピュータ読出し可能プログラムコード手段と、増加した送信電力およびシステムの性能に基づいて、最後の物理層のデータレートrfinalを判断するコンピュータ読出し可能プログラムコード手段と、最後の物理層のデータレートrfinalを仮定して、元のアプリケーションのデータレートを維持することに基づいて、デューティサイクルを判断するコンピュータ読出し可能プログラムコード手段と、デューティサイクルに基づいて、無線送信をゲート制御するコンピュータ読出し可能プログラムコード手段とを含むコンピュータ読出し可能媒体。

技術分野

0001

本開示は、概ね、無線通信、より具体的には、無線ネットワークにおける送信をゲート制御する種々のシステムおよび技術に関する。

背景技術

0002

多数のユーザが共通の通信媒体アクセスすることを可能にするために設計された通信システムは、符号分割多元接続(code division multiple access, CDMA)、時分割多元接続(time division multiple access,TDMA)、周波数分割多元接続(frequency division multiple access,FDMA)、空間分割多元接続(space division multiple access, SDMA)、偏波分割多元接続(polarization division multiple access, PDMA)、または当技術において知られている他の変調技術に基づき得る。これらの変調技術は、通信システムの多数のユーザから受信した信号を復調し、それによって通信システムの容量の増加を可能にする。これに関連して、例えば、高度移動電話サービス(Advanced Mobile Phone Service,AMPS)、グローバルシステムフォモバイルコミュニケーションズ(Global System for Mobile communication, GSM)、および何か他の無線システムを含む、種々の無線システムが設定された。

0003

従来の無線通信では、多数のデバイスの通信を支援するために、アクセスネットワークが、一般に採用されている。アクセスネットワークは、通常、地理的領域全体に分散した多数の固定サイト基地局で実施される。地理的領域は、一般に、セルとして知られているより小さい領域に細分される。基地局は、それぞれのセル内のデバイスにサービスするように構成され得る。異なるセルラ領域を横切る種々のトラヒック要求があるとき、アクセスネットワークは、容易に再構成されることができない。

0004

従来のアクセスネットワークとは対照的に、暫定的なネットワーク(ad hoc network)は、動的である。しばしば端末と呼ばれる多数の無線通信デバイスが、一緒に加わって、ネットワークを形成するときに、暫定的なネットワークが形成され得る。暫定的なネットワーク内の端末は、ホストまたはルータの何れかとして動作することができる。したがって、暫定的なネットワークは、存在しているトラヒック要求を、より効率的なやり方で満たすために、容易に再構成され得る。さらに加えて、暫定的なネットワークは、従来のアクセスネットワークによって要求されるインフラストラクチャを要求せず、暫定的なネットワークを、将来のための魅力的な選択にしている。

0005

従来のCDMAの通信システムでは、加入者局は、1つ以上の基地局を通って、ネットワークにアクセスするか、または他の加入者局と通信し得る。加入者局は、端末とも呼ぶことができる。各基地局は、一般にセルと呼ばれる特定の地理的領域内の全加入者局にサービスするように構成されている。幾つかの高トラヒックの応用では、セルは、セクタに分割され、基地局は、各セクタにサービスし得る。各基地局は、パイロット信号を送信し、これは加入者局によって基地局と同期をとるのに使用され、加入者局が基地局と同期をとると、送信信号コヒーレントな復調が行われる。加入者局は、通常、最も強いパイロット信号をもつ基地局と通信チャンネルを設定する。

0006

加入者局は、受信した順方向リンク信号信号対雑音および干渉比のC/Iを計算する。順方向リンクは、基地局から加入者局への送信を指し、逆方向リンクは、加入者局から基地局への送信を指す。加入者局のC/Iは、基地局から加入者局への順方向リンクにおいて支援されることができるデータレートを決める。すなわち、順方向リンクの性能の所与のレベルは、C/Iの対応するレベルにおいて達成される。データレートを選択する方法および装置は、2003年6月3日に発行され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,574,211号(“METHODANDAPPARATUS FOR HIGHRATE PACKET TRANSMISSION”)に開示されている。

0007

基地局がデータを加入者局へ送信する電力は、順方向リンク送信電力と呼ばれる。順方向リンク送信電力は、データを順方向リンク上で確実に送信するのに要求されるレベルである。同様に、加入者局がデータを基地局へ送信する電力は、逆方向リンク送信電力と呼ばれる。逆方向リンク送信電力は、データを逆方向リンク上で確実に送信するのに要求されるレベルである。

0008

送信する加入者の数が増加するのにしたがって、各加入者局への干渉が増加する。したがって、加入者局の送信電力を制御して、他の加入者局の通信への悪い干渉を避けることが望ましい。

0009

超広帯域(Ultra-Wideband, UWB)は、暫定的なネットワークで実施され得る通信技術の例である。UWBは、広い帯域幅上で高速通信を与える。同時に、UWB信号は、非常に少ない電力しか消費しない非常に短いパルスで送信される。UWB信号の出力電力は、非常に低いので、それは他のRF技術への雑音のように見え、その干渉をより小さくしている。

0010

暫定的なネットワークでは、端末は、動的に加えられる。より多くの端末が加えられると、各通信端末は、それが通信している端末以外の端末に対してより大きい干渉を生成する。したがって、端末の送信電力を制御して、他の端末通信への悪い干渉を避けることが望ましい。

発明が解決しようとする課題

0011

通信システムにおける干渉を低減するだけでなく、通信システムにおける電力消費も低減するように、通信を制御するシステムおよび方法が必要とされている。

課題を解決するための手段

0012

本発明の1つの態様において、電力制御方法は、デルタ送信電力によって送信電力を増加することと、増加した送信電力およびシステムの性能に基づいて、最後の物理層のデータレートrfinalを判断することと、最後の物理層のデータレートrfinalを仮定して、元のアプリケーションのデータレートを維持することに基づいて、デューティサイクルを判断することと、デューティサイクルに基づいて、無線送信をゲート制御することとを含む。

0013

本発明の別の態様において、無線端末は、デルタ送信電力によって送信電力を増加する手段、増加した送信電力およびシステムの性能に基づいて、最後の物理層のデータレートrfinalを判断する手段と、最後の物理層のデータレートrfinalを仮定して、元のアプリケーションのデータレートを維持することに基づいて、デューティサイクルを判断する手段と、デューティサイクルに基づいて、無線送信をゲート制御する手段とを含む。

0014

本発明のまた別の態様において、無線端末は、信号対干渉および雑音比(signal-to-interference-and-noise ratio, SINR)を検出する受信機と、SINRおよび送信電力における増加を仮定して、元のアプリケーションのデータレートを維持することに基づいて、デューティサイクルを判断するプロセッサであって、受信機に結合されたプロセッサと、デューティサイクルに基づいて、無線送信をゲート制御する送信機であって、ベースバンドプロセッサに結合された送信機とを含む。

0015

本発明の別の態様において、コンピュータプログラムによって実行可能な命令プログラムを具体化するコンピュータ読出し可能媒体であって、前記コンピュータ読出し可能媒体は、デルタ送信電力によって送信電力を増加するコンピュータ読出し可能プログラムコード手段と、増加した送信電力およびシステムの性能に基づいて、最後の物理層のデータレートrfinalを判断するコンピュータ読出し可能プログラムコード手段と、最後の物理層のデータレートrfinalを仮定して、元のアプリケーションのデータレートを維持することに基づいて、デューティサイクルを判断するコンピュータ読出し可能プログラムコード手段と、デューティサイクルに基づいて、無線送信をゲート制御するコンピュータ読出し可能プログラムコード手段とを含む。

0016

本発明の種々の実施形態が例示的に示され、記載されている次の詳細な記述から、本発明の他の実施形態が、当業者には容易に明らかになることが分かる。理解されるように、本発明は、他の、および異なる実施形態が可能であり、その幾つかの細部は、種々の他の点において、全てが本発明の意図および範囲から逸脱することなく、変更することができる。したがって、図面および詳細な記述は、本質的に例示的であって、限定的ではないと考えられる。

発明を実施するための最良の形態

0017

本発明の態様は、添付の図面において、制限的にではなく、例示的に示されている。

0018

添付の図面に関連して後述される詳細な記述は、本発明の種々の実施形態の記述として意図されており、本発明が実行され得る唯一の実施形態を表わすことを意図していない。この開示に記載されている各実施形態は、単に本発明の例または実例として与えられており、他の実施形態よりも好ましいまたは好都合であると、必ずしも、解釈されると限らない。詳細な記述は、本発明を完全に理解させるために、具体的な詳細を含んでいる。しかしながら、当業者には、本発明がこれらの具体的な詳細がなくても実行され得ることが、明らかであるだろう。いくつかの例において、本発明の概念不明瞭にするのを避けるために、周知の構造およびデバイスがブロック図の形で示されている。頭字語および他の説明的な用語は、単に、便宜的に、および分かり易くするために使用されており、本発明の範囲を制限することを意図していない。

0019

“例示的”という用語は、本明細書において“例、事例、または実例としての役割を果たす”ことを意味するために使用されている。本明細書に記載されている何れの実施形態も、他の実施形態よりも好ましいまたは好都合であると、必ずしも、解釈されると限らない。

0020

次の詳細な記述では、本発明の種々の態様が、UWB無線通信システムに関連して記載され得る。これらの発明的な態様は、本出願で使用するのによく適し得るが、当業者には、これらの発明的な態様が、従来の無線通信を含む種々の他の通信環境で使用するのに、同様に応用可能であることが、容易に分かるであろう。したがって、UWB通信システムへのあらゆる参照は、発明的な態様を、このような発明的な態様には広範囲の応用があることを理解して、例示することのみを意図している。

0021

図1は、無線通信システムにおけるピコネットネットワークトポロジの例を示している。“ピコネット(piconet)”は、無線技術を使用して、暫定的なやり方で接続された通信デバイスまたは端末を集めたものである。端末は、静止していても、あるいは徒歩中か、上の乗物(vehicle)、航空機、または船内のユーザによって保持されている端末のように、移動していてもよい。“端末(terminal)”という用語は、セルラPCS、無線または地上通信線(landline)電話パーソナルデータアシスタント(personal data assistant, PDA)、ラップトップ、外部または内部モデムPCカード、および他の同様のデバイスを含む、種々のタイプの通信デバイスを含むことを意図される。

0022

無線通信システムの少なくとも1つの実施形態において、各ピコネットは、1つのマスタ端末と、マスタ端末に従属する多数のメンバ端末とをもつ。図1において、ピコネット102は、幾つかのメンバ端末106間の通信を支援するマスタ端末104と共に示されている。マスタ端末104は、ピコネット内のメンバ端末106の各々と通信することができ得る。メンバ端末106は、マスタ端末104の制御のもとで、相互に直接に通信することもでき得る。さらに詳しく別途記載されるように、ピコネット102内の各メンバ端末106は、ピコネットの外部の端末とも直接に通信することができ得る。

0023

マスタ端末104は、TDMA、FDMA、CDMA、または何か他の多元接続方式のような、任意の多元接続方式を使用して、メンバ端末106と通信し得る。本発明の種々の態様を示すために、図1に示されている無線通信システムは、TDMAおよびCDMAの両者の技術を採用したハイブリッド多元接続方式に関連して記載される。当業者には、本発明がこのような多元接続方式に全く制限されていないことが容易に分かるであろう。

0024

ピコネットは、種々のやり方で形成され得る。例示的に、端末は、最初に電源を入れると、ピコネットのマスタ端末からのパイロット信号をサーチし得る。各ピコネットのマスタ端末によって同報通信されたパイロット信号は、変調されていないスペクトル拡散信号、または何か他の基準信号であり得る。スペクトル拡散構成では、各ピコネットのマスタ端末に固有擬似ランダム雑音(pseudo-random noise, PN)コードが、パイロット信号を拡散するために使用され得る。相関プロセスを使用して、端末は、可能なPNコードを全てサーチし、最も強いパイロット信号をもつマスタ端末を識別し得る。最も強いパイロット信号が、最低データレートを支援するのに十分な信号強度で受信されると、端末は、マスタ端末に登録することによって、ピコネットに加わることを試み得る。

0025

マスタ端末がないために、端末が、パイロット信号を見付けることができないことがある。幾つかの例では、端末は、最低データレートを支援するのに十分な信号強度のパイロット信号を見付けることができないことがある。これは、任意の数の理由からもたらされ得る。例えば、端末が、マスタ端末から遠過ぎるかもしれない。その代わりに、伝搬環境が、要求データレートを支援するのに不十分であるかもしれない。何れの場合においても、端末は既存のピコネットに加わることができず、したがって、それ自身のパイロット信号を送信することによって、孤立端末として動作し始め得る。孤立端末は、新しいピコネットのマスタ端末になり得る。十分な強度をもつ孤立端末から同報通信されたパイロット信号を受信することができる他の端末は、そのパイロット信号を獲得して、この孤立端末のピコネットに加わることを試み得る。

0026

マスタ端末104は、周期的なフレーム構造を使用して、ピコネット内通信を調整し得る。このフレームは、それが種々の端末の通信媒体へのアクセスを与えるのに使用されるので、当技術において、しばしば媒体アクセス制御(Medium Access Control, MAC)フレームと呼ばれる。当業者には、フレームが、個々の応用および全体的な設計上の制約に依存する継続期間であり得ることが明らかであるだろう。

0027

説明のために、約5msのフレーム継続期間が使用される。約5msのフレームは、約650Mcps高チップレートと、約19.2kbpsへのデータレートの降下を支援する要求とに適応するのに妥当である。

0028

n個のフレーム202をもつMACフレーム構造の例が、図2に示されている。各フレームは、160個または何か他の数のタイムスロット204に分割され得る。スロットの継続期間は、約31.25μsであり得る。これは、約650Mcpsで、約20,312.5チップに相当する。フレームは、そのスロットの幾つかをオーバーヘッドに充て得る。例えば、フレーム202の中の第1のスロット206は、スペクトル拡散パイロット信号をメンバ端末へ同報通信するのに使用され得る。パイロット信号は、スロット206全体を占めるか、または、その代わりに、制御チャネルと時間を共有され得る。第1のスロット206の最後を占めている制御チャネルは、パイロット信号と同じ電力レベルで、全メンバ端末へ同報通信されるスペクトル拡散信号であり得る。マスタ端末は、この制御チャネルを使用して、MACフレームの構成を定め得る。

0029

マスタ端末は、ピコネット内通信をスケジュールすることを担当し得る。これは、1本以上の追加のスペクトル拡散制御チャネルを使用することによって達成されることができ、これらは、図2のタイムスロット208および210のような、フレーム内の種々のタイムスロットを占めている。これらの追加の制御チャネルは、マスタ端末によって全メンバ端末へ同報通信され、種々のスケジューリング情報を含み得る。スケジューリング情報は、ピコネット内の端末間の通信におけるタイムスロットの割り当てを含み得る。図2に示されているように、これらのタイムスロットは、フレーム202のデータスロット部分212から選択され得る。端末間の各通信のための電力レベルおよびデータレートのような追加情報も含まれ得る。さらに加えて、マスタ端末は、CDMA方式を使用して、任意の所与のタイムスロットにおける送信の機会を、任意の数の端末の対に与え得る。この場合に、スケジューリング情報は、端末間の個々の通信に使用される拡散符号も割り当て得る。

0030

マスタ端末は、ピアツウピア通信における僅かな時間を定期的に無視し得る。この時間の間、マスタ端末104は、1つ以上の孤立端末または隣り合うピコネット、あるいはこの両者と通信するメンバ端末106の1つを割り当て得る。これらの送信は、高い送信電力を要求することがあり、幾つかの場合において、低データレートでのみ維持されることができる。孤立端末または隣り合うピコネット、あるいはこの両者と通信するのに、高電力送信が必要とされる場合に、マスタ端末は、同時に何れのピコネット内通信もスケジュールしないと決定し得る。

0031

図3は、端末の1つの可能な構成を示す概念ブロック図である。当業者には分かるように、端末の精密な構成は、特定の応用および全体的な設計上の制約に依存して変わり得る。

0032

端末は、アンテナ304に結合されたフロントエンドトランシーバ302で実施され得る。ベースバンドプロセッサ306は、トランシーバ302に結合され得る。ベースバンドプロセッサ306は、ソフトウェアベースアーキテクチャまたは何か他のタイプのアーキテクチャで実施され得る。マイクロプロセッサは、ソフトウェアプログラム、とりわけ、端末がピコネットにおけるマスタまたはメンバ端末の何れかとして動作することを可能にする実行制御および全システム管理機能を与えるものを実行するプラットフォームとして使用され得る。ディジタル信号プロセッサ(digital signal processor, DSP)は、埋め込まれた通信ソフトウェア層で実施され、これは、アプリケーション別アルゴリズムを実行し、マイクロプロセッサに対する処理要求を低減する。DSPは、種々の信号処理機能、例えば、パイロット信号の獲得、時間同期化周波数追跡スペクトル拡散処理、変調および復調機能、並びに順方向誤り訂正を行うのに使用され得る。

0033

端末は、ベースバンドプロセッサ306に結合された種々のユーザインターフェース308も含み得る。ユーザインターフェースは、キーパッドマウスタッチスクリーンディスプレイ、呼び出しベル(ringer)、バイブレータオーディオスピーカマイクロフォンカメラ、および/または他の入力/出力デバイスを含み得る。

0034

図4は、マスタ端末として動作している端末の例を示す概念ブロック図である。ベースバンドプロセッサ306は、トランシーバ302と共に示されている。トランシーバ302は、受信機402を含み得る。受信機402は、雑音および干渉がある状態で、希望の信号を検出する。受信機402は、希望の信号を抽出し、それらを、受信信号内に含まれている情報がベースバンドプロセッサ306によって処理されることができるレベルへ増幅するのに使用され得る。

0035

トランシーバ302は、送信機404も含み得る。送信機404は、ベースバンドプロセッサ306からの情報を搬送波周波数上へ変調するのに使用され得る。変調された搬送波は、RF周波数アップコンバートされ、アンテナ304を通って自由空間内へ放射するのに十分な電力レベルへ増幅され得る。

0036

マスタ端末として動作しているとき、ベースバンドプロセッサ306は、スケジューラ406をイネーブルし得る。ベースバンドプロセッサ306のソフトウェアベースの実施において、スケジューラ406は、マイクロプロセッサ上で実行されるソフトウェアプログラムであり得る。しかしながら、当業者には容易に分かるように、スケジューラ406は、この実施形態に制限されず、当技術において知られている任意の手段、例えば、本明細書に記載されている種々の機能を行うことができるハードウェア構成ソフトウェア構成、またはその組合せによって実施され得る。

0037

スケジューラ406は、ピコネットの容量を最適化するやり方で、ピコネット内通信をスケジュールするのに使用され得る。これは、種々のやり方で達成され得る。例示的に、スケジューラ406は、同時通信に関わることになる端末の対を慎重に選択するのに使用され得る。送信電力レベルは、受信端末の各々の目標品質パラメータを満たす同時通信の各々においてスケジュールされ得る。目標品質パラメータは、受信端末における希望の搬送波対干渉(carrier-to-interference, C/I)比、または当技術において知られている何か他の品質パラメータであり得る。

0038

図5は、メンバ端末として動作している端末の例を示す概念ブロック図である。スケジューラ406は、仮想線で示されており、メンバ端末として動作している間は、それがベースバンドプロセッサ306によってイネーブルされないことを示している。ベースバンドプロセッサ306がマスタ端末として動作していても、またはメンバの端末として動作していても、トランシーバ302の構成は同じあり、したがってこれ以上説明しない。トランシーバ302は、完全にするために、図5に示されている。

0039

マスタ端末として構成されているベースバンドプロセッサ306に関連して既に記載したように、スケジューリングの割り当ては、1本以上の制御チャネル上で、ピコネット内の全メンバ端末へ同報通信され得る。受信端上の信号プロセッサ412は、スペクトル拡散処理を採用して、制御チャネルからスケジューリング情報を抽出し、それを制御装置418に与え得る。スケジューリング情報は、メンバ端末間への、およびメンバ端末からの種々の送信のためのタイムスロットの割り当て、並びに各々のための電力レベルおよびデータレートを含み得る。

0040

制御装置418は、メンバ端末へのスケジュールされた送信のために、データレートおよび拡散情報を、受信端上の信号プロセッサ412に与えるのに使用され得る。この情報を使用して、信号プロセッサ412は、他のメンバ端末からの通信を適宜復元し、復元した通信を種々のユーザインターフェース308に与え得る。

0041

制御装置418は、別の端末からの各送信のために、電力レベル情報計算モジュール408へも与え得る。計算モジュール408は、この情報を使用して、スケジュールされた送信中におけるトランシーバ302からの信号強度測定値を使用することによって、送信端末からの経路損失を計算し得る。計算モジュール408によって計算された経路損失情報は、メモリ410に記憶され、制御チャネルの同報通信のためのスケジュールされた時間中に、送信端上の信号プロセッサ416に与えられ得る。(図示されていない)GPS受信機を採用している端末の種々の実施形態において、これは、調整情報を、信号プロセッサ416およびトランシーバ302を経由して同報通信される制御チャネルによって、マスタ端末へ与えるのに使用され得る。

0042

信号プロセッサ416は、ピコネット内の種々のメンバ端末への通信を拡散するのに使用され得る。通信は、種々のユーザインターフェース308から始められ、スケジュールされた送信まで緩衝器420に記憶され得る。スケジュールされた時間において、制御装置418は、通信を緩衝器420から、スペクトル拡散処理のために信号プロセッサ416へ解放するのに使用され得る。通信のデータレート、拡散符号、および送信電力レベルが、制御装置418によって信号プロセッサ416内へプログラムされ得る。その代わりに、送信電力レベルは、トランシーバ302内の送信機404における制御装置418によってプログラムされてもよい。

0043

実施形態において、端末Aと端末Bとの間の通信は、双方向である。端末Aが、フィードバック信号以外の信号を端末Bへ送るときは、端末Aが送信端末であり、端末Bが受信端末である。端末Bが、フィードバック信号以外の信号を端末Aへ送るときは、端末Bが送信端末であり、端末Aが受信端末である。

0044

間欠送信(Intermittent Transmission)
CDMA、OFDM、または何か他の変調方法であっても、全変調システムに概ね応用可能な機構は、間欠送信の使用である。間欠送信とは、送信機の送信がゲート制御されることを意味する。実施形態において、送信機は、あるデューティサイクルで送信するか、または停止する。図6は、実施形態にしたがって、例示的な連続送信20と、例示的なゲート制御された送信22とを示している。ゲート制御された信号は、送信期間と、その後の送信のない期間とを含む。

0045

要求データレートを達成するのに要求される送信電力よりも大きい送信電力を使用することによって、システムの電力消費を低減する方法が、後述される。送信時間中に、送信機は、送信電力を、選択された量分、増加し、増加した送信電力によって可能にされた、より高い物理層のデータレートを使用する。デューティサイクルは、元の希望のアプリケーション層のデータレートを保持するように選択される。

0046

実施形態において、送信電力は、0.5dB増加される。別の実施形態において、送信電力は、次(next)のより高い物理層のデータレートが可能にされるように増加される。当業者には、デルタ送信電力(すなわち、送信電力における増加)はアプリケーションに依存し、当技術において知られている方法および技術は、デルタ送信電力を判断するのに使用できることが明らかであるだろう。

0047

実施形態にしたがって、電力消費における低減は、次の例によって示されているように達成され得る。この例において、受信および送信電力は、データレートとは無関係に、それぞれ定数RおよびTであると仮定される。放射された送信電力が、全送信電力消費の僅かな部分であるとき、送信電力を定数Tとして扱うことが正当化される。初期電力は、受信電力と送信電力との和である。

0048

Pinitial=R+T
デューティサイクルd<1で、間欠送信の電力を取り入れると、間欠送信の電力は、次に示されるように計算される。

0049

Pintermittent=d*R+d*T=d*Pinitial
間欠送信を用いた電力消費における低減は、デューティサイクル比dに依存する。また、デューティサイクルdは、元のアプリケーションのデータレートrinitialを維持する要件によって判断される。rinitialは、最初の物理層のデータレートとも呼ばれる。

0050

d=rinitial/rfinal
なお、rfinalは、増大した送信電力レベルで支援される新しい物理層のデータレート(すなわち、最後の物理層のデータレート)である。実施形態にしたがって、送信端末が送信を既にゲート制御していること、さらに加えて、送信電力の増加(または、低減)を仮定するとき、アプリケーションのデータレートは、a=dinitial*rinitial=dfinal*rfinalである。

0051

電力消費における低減は、デューティサイクル比dに依存し、また、dは、使用できるSNRおよびシステムの性能に依存する。端末が、高い信号対干渉および雑音比(SINR)の体制で、SINR>>1で動作しているときは、送信電力を増加することによる恩恵は、より小さい。例えば、SINR>>1で動作しているときに、送信電力を3dB増加すると、1/2<<d<1になり、電力消費を少しだけ低減する結果になる。対照的に、端末が、低いSINRの体制で、SINR<<1で動作しているときは、送信電力における3dBの増加は、d=0.5を選択することを可能にし、これは、50%までの電力消費の低減を意味することができる。

0052

rfinalの計算
rfinalの値は、システムの性能に依存し、本発明の任意の特定の実施では、システムの性能の曲線が使用される。しかしながら、正確なシステムの性能の曲線が使用可能でないときは、シャノン容量に基づく方法が、rfinalを判断するのに使用され得る。

0053

シャノン容量の公式にしたがって、加法白色ガウス雑音(additive white Gaussian noise,AWGN)チャネルにおける最大の誤りのないデータレートcは、次の式によって与えられる。

0054

c=W log(1+SINR)
ここで、Wは、チャネルのバンド幅(Hz)である。

0055

実際のデータレートrは、次のように見積もられ得る。

0056

r=W log(1+SINR−L)
ここで、Lは、全ての実施損失総計である。理論上最良の達成可能な性能からの、実際のシステムの性能の偏差が、実施損失である。

0057

図7は、実施形態にしたがう、SINR704の関数としてのデータレート702のグラフを示している。実施形態にしたがう、SINRの関数としてのデータレートにおける理論上最良の達成可能な性能706は、曲線706として示されている。実施形態にしたがう、実施損失の明細を明らかにした後の、SINRの関数としてのデータレートの関数は、曲線708として示されている。

0058

SINRiおよびSINRfを、SINRの最初および最後の値であるとし、それぞれ、データレートriおよびrfを与える。したがって、次のように示される。

0059

rf=ri*log(1+SINRf−L)/log(1+SINRi−L)
上の式は、SINRがSINRiからSINRfへ変わるときに使用される新しいデータレートrfの推定を可能にする。

0060

実施形態にしたがって、支援されるデータレートおよび復号閾値の例示的な定義は、テーブル1に示されている。

0061

当業者には、支援されるデータレートの異なる定義を考えることができ、それが本発明の範囲内であることが分かるであろう。当業者には、支援されるデータレートの中の幾つか、およびテーブル1に記載されているデータレート以外のデータレートの使用を考えることができ、それが本発明の範囲内であることも分かるであろう。

0062

テーブル1は、実施形態にしたがって、各データレートを、1%のパケット誤り率(packet error rate, PER)で復号するのに要求されるC/Iの閾値を示している。PER=悪いパケット数/良いパケット数(PER=#badpacket/#goodpacket)である。順方向リンクは、制限されたレートの組をもち、例えば、連続のレートで、1%の時間において、パケットの復号に成功するのに要求される閾値は、ちょうど3.7dBのギャップをもつ。推定のC/Iが、最高レートにおいて要求されるC/Iよりも大きいとき、送信端末は、その送信電力を低減することができる。

0063

本明細書に開示された実施形態に関連して記載された種々の例示的な論理ブロックモジュール、および回路は、汎用プロセッサ、ディジタル信号プロセッサ(digital signal processor, DSP)、特定用途向け集積回路(application specific integrated circuit,ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(field programmable gate array,FPGA)または他のプログラマブル論理デバイスディスクリートなゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリートなハードウェア構成要素、あるいは本明細書に記載されている機能を行うように設計されたその任意の組合せで実施または実行され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、その代わりに、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、または状態機械であってもよい。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、例えば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPのコアとの連結された1つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のこのような構成としても実施され得る。

0064

本明細書に開示されている実施形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムは、ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、または2つの組合せにおいて直接的に具体化され得る。ソフトウェアモジュールは、RAMメモリフラッシュメモリROMメモリEPROMメモリ、EEPROMメモリレジスタハードディスク、取り外し可能ディスクCD−ROM、または当技術において知られている記憶媒体の何か他の形態の中に存在し得る。記憶媒体はプロセッサに接続され、プロセッサが記憶媒体から情報を読み出し、かつそこへ情報を書き込みことができるようにする。その代りに、記憶媒体は、プロセッサと一体構成であってもよい。プロセッサおよび記憶媒体は、ASIC内に存在し得る。ASICは、端末内、または他の場所に存在し得る。その代りに、プロセッサおよび記憶媒体は、端末内のディスクリートな構成要素として、または他の場所に存在し得る。

0065

開示された実施形態のこれまでの記述は、当業者が本発明を作成または使用することを可能にするために与えられている。これらの実施形態に対する種々の変更は、当業者には容易に明らかになり、本明細書に定められている一般的な原理は、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に制限されることを意図されず、本明細書に開示されている原理および斬新な特徴に一致する最も幅広い範囲にしたがう。

図面の簡単な説明

0066

ピコネットの例を示す概念図。
ピコネット内通信を制御する媒体アクセス制御(MAC)フレームの例を示す概念図。
ピコネット内で動作することができる端末の例を示す機能ブロック図。
ピコネットのマスタ端末として動作している端末の例を示す概念ブロック図。
ピコネットのメンバ端末として動作している端末の例を示す概念ブロック図。
実施形態にしたがう、例示的な連続送信および例示的なゲート制御された送信を示す図。
実施形態にしたがう、信号対干渉および雑音比(SINR)の関数としてのデータレートのグラフ。

符号の説明

0067

102・・・ピコネット、104・・・マスタ端末、106・・メンバ端末、204,206,208,210,212・・・タイムスロット、706,708・・・性能の曲線。

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