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技術 制御装置、制御方法及びプログラム

出願人 キヤノン株式会社
発明者 堀尾大輔
出願日 2015年1月6日 (5年11ヶ月経過) 出願番号 2015-001074
公開日 2016年7月11日 (4年5ヶ月経過) 公開番号 2016-127493
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 信号測定結果 P配置 冗長伝送 直交分 希望信号レベル プリアンブル部分 空間共有 測定要求
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年7月11日)のものです。
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図面 (19)

課題

空間多重を行う無線通信システムにおいて、空間と時間とのリソース通信品質に基づいて有効活用して、周波数利用効率を向上させること。

解決手段

無線伝送される信号の通信期間長を制御する制御装置は、第1の通信期間長の第1の信号と第2の通信期間長の第2の信号とが空間的に分離されて並行して送信される場合の、第1の信号に関する第1の無線品質と、第2の信号に関する第2の無線品質とを取得し、第1の無線品質が第1の通信期間長で第1の信号を送信するための第1の水準を満たすか、及び、第2の無線品質が第2の通信期間長で第2の信号を送信するための第2の水準を満たすかを判定し、第1の無線品質が第1の水準を満たさない場合と第2の無線品質が第2の水準を満たさない場合との少なくともいずれかの場合に、第1の信号と第2の信号とのうち、通信期間長の短い信号の通信期間長を伸ばす。

概要

背景

近年、家庭内ネットワーク公衆網などの無線ネットワーク伝送されるデータの大容量化が進んでおり、無線ネットワークが混雑し、通信帯域がひっ迫してきている。通信帯域のひっ迫を解消する手段の1つとして、IEEE802.11ad規格では、空間多重空間共有)を行うことが規定されている。空間多重では、指向性アンテナを有する2組以上の送信ノード受信ノードペアが、通信リンク間の干渉が十分に小さくなるように、アンテナ指向特性を利用してそれらの通信リンクを空間的に分離して、並行して通信を行う。これにより、空間多重を行わない場合と比較してデータ伝送に要する時間を短縮することができ、無線通信システム全体としての周波数利用効率を向上させることができる。

2組以上の送信ノードと受信ノードのペアが空間多重によって並行して通信を行う場合、ノードのペアごとに、伝送するデータ量などの違いに応じて、通信期間長が異なる場合が考えられる。このとき、第1のノードのペアの通信期間長が、第2のノードのペアの通信期間長より長いとすると、第2のノードのペアの通信が終了すると、空間多重も併せて終了してしまう。したがって、周波数利用効率がその分だけ劣化しうるという課題があった。

これに対して、特許文献1では、通信期間長の長い通信フレームを、その通信期間長と空間多重されるフレームの通信期間長のうちの最短の通信期間長との差分に応じて分割して、この通信期間長の差を補償する技術が記載されている。また、特許文献2では、空間多重される複数のフレームの通信期間長を一致させるために、それぞれのフレームで使用する信号周波数帯域幅を制御する技術が記載されている。

概要

空間多重を行う無線通信システムにおいて、空間と時間とのリソース通信品質に基づいて有効活用して、周波数利用効率を向上させること。無線で伝送される信号の通信期間長を制御する制御装置は、第1の通信期間長の第1の信号と第2の通信期間長の第2の信号とが空間的に分離されて並行して送信される場合の、第1の信号に関する第1の無線品質と、第2の信号に関する第2の無線品質とを取得し、第1の無線品質が第1の通信期間長で第1の信号を送信するための第1の水準を満たすか、及び、第2の無線品質が第2の通信期間長で第2の信号を送信するための第2の水準を満たすかを判定し、第1の無線品質が第1の水準を満たさない場合と第2の無線品質が第2の水準を満たさない場合との少なくともいずれかの場合に、第1の信号と第2の信号とのうち、通信期間長の短い信号の通信期間長を伸ばす。

目的

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、空間多重を行う無線通信システムにおいて、空間と時間とのリソースを通信品質に基づいて有効活用して、周波数利用効率を向上させることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1の通信期間長の第1の信号と第2の通信期間長の第2の信号とが空間的に分離されて並行して送信される場合の、前記第1の信号に関する第1の無線品質と、前記第2の信号に関する第2の無線品質とを取得する取得手段と、前記第1の無線品質が前記第1の通信期間長で前記第1の信号を送信するための第1の水準を満たすか、及び、前記第2の無線品質が前記第2の通信期間長で前記第2の信号を送信するための第2の水準を満たすかを判定する判定手段と、前記第1の無線品質が前記第1の水準を満たさない場合と前記第2の無線品質が前記第2の水準を満たさない場合との少なくともいずれかである場合に、前記第1の信号と前記第2の信号とのうち、通信期間長の短い信号の通信期間長を伸ばす制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする制御装置

請求項2

前記制御手段は、前記通信期間長の短い信号の変調方式変調多値数符号化率との少なくともいずれかを下げて、伸ばされた通信期間長において、伸ばす前の通信期間長における信号と同じデータ量が送信されるように、前記通信期間長の短い信号の通信期間長を伸ばす制御を行う、ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。

請求項3

前記制御手段は、前記第2の通信期間長が前記第1の通信期間長より短く、かつ、前記第2の無線品質が前記第2の水準を満たさない場合に、前記第2の無線品質が満たす第3の水準に対応する変調方式と符号化率との少なくともいずれかを選択して、当該選択した変調方式と符号化率との少なくともいずれかを用いて前記第2の信号の通信期間長を伸ばす制御を行う、ことを特徴とする請求項2に記載の制御装置。

請求項4

前記制御手段は、前記通信期間長の短い信号に含まれるデータの少なくとも一部を複製して、当該通信期間長の短い信号の通信期間長を伸ばす制御を行う、ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項5

前記制御手段は、前記第2の通信期間長が前記第1の通信期間長より短く、かつ、前記第1の無線品質が前記第1の水準を満たさない場合に、前記第1の無線品質が前記第1の水準を満たすように、前記第2の信号の通信期間長を伸ばすと共に、さらに、当該第2の信号の電力を下げる制御を行う、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項6

前記制御手段は、前記通信期間長の短い信号の通信期間長を、通信期間長の長い信号の通信期間長を超えない範囲で伸ばす制御を行う、ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項7

前記制御手段は、前記通信期間長の短い信号の通信期間長を、通信期間長の長い信号の通信期間長と前記通信期間長の短い信号の通信期間長との和の長さ未満となる範囲で伸ばす制御を行う、ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項8

前記制御手段は、さらに、前記通信期間長の長い信号の通信期間長を、前記和の長さ未満となる範囲で伸ばす制御を行う、ことを特徴とする請求項7に記載の制御装置。

請求項9

前記第1の通信期間長と前記第2の通信期間長とを比較する比較手段を更に有し、前記制御手段は、前記第1の通信期間長と前記第2の通信期間長との差が所定長以上である場合に、前記通信期間長の短い信号の通信期間長を伸ばす制御を行う、ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項10

前記第1の信号と前記第2の信号との少なくともいずれかを送信する送信手段をさらに有する、ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項11

前記制御手段は、前記第1の信号と前記第2の信号との少なくともいずれかを送信する送信装置に対して、送信されるべき信号を制御するための情報を通知する通知手段を含む、ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項12

前記取得手段は、前記第1の無線品質と前記第2の無線品質との少なくともいずれかを測定する測定手段を含む、ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項13

前記取得手段は、前記第1の無線品質と前記第2の無線品質との少なくともいずれかを受信する受信装置から、受信する信号に関する無線品質の情報を取得する、ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項14

前記第1の通信期間長は前記第2の信号からの干渉がない場合に前記第1の信号に係るデータを送信するのに要する通信期間長であり、前記第2の通信期間長は前記第1の信号からの干渉がない場合に前記第2の信号に係るデータを送信するのに要する通信期間長である、ことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の制御装置。

請求項15

第1の信号と第2の信号とが空間的に分離されて並行して送信される場合の、前記第1の信号に関する第1の無線品質と、前記第2の信号に関する第2の無線品質とを取得する取得手段と、前記第1の無線品質が前記第1の信号を送信するための第1の水準を満たすと共に、前記第2の無線品質が前記第2の信号を送信するための第2の水準を満たすように、前記第1の信号の第1の通信期間長と前記第2の信号の第2の通信期間長とを制御する制御手段と、を有することを特徴とする制御装置。

請求項16

前記取得手段は、前記第1の信号を送信する第1の装置から送信される第1の所定の信号と前記第2の信号を送信する第2の装置から送信される第2の所定の信号とを、前記第1の信号を受信する第3の装置と前記第2の信号を受信する第4の装置とにおいて測定した結果に基づいて、前記第1の無線品質と前記第2の無線品質とを取得する、ことを特徴とする請求項15に記載の制御装置。

請求項17

無線伝送される信号の通信期間長を制御する制御装置における制御方法であって、取得手段が、第1の通信期間長の第1の信号と第2の通信期間長の第2の信号とが空間的に分離されて並行して送信される場合の、前記第1の信号に関する第1の無線品質と、前記第2の信号に関する第2の無線品質とを取得する取得工程と、判定手段が、前記第1の無線品質が前記第1の通信期間長で前記第1の信号を送信するための第1の水準を満たすか、及び、前記第2の無線品質が前記第2の通信期間長で前記第2の信号を送信するための第2の水準を満たすかを判定する判定工程と、制御手段が、前記第1の無線品質が前記第1の水準を満たさない場合と前記第2の無線品質が前記第2の水準を満たさない場合との少なくともいずれかである場合に、前記第1の信号と前記第2の信号とのうち、通信期間長の短い信号の通信期間長を伸ばす制御を行う制御工程と、を有することを特徴とする制御方法。

請求項18

無線で伝送される信号の通信期間長を制御する制御装置の制御方法であって、取得手段が、第1の信号と第2の信号とが空間的に分離されて並行して送信される場合の、前記第1の信号に関する第1の無線品質と、前記第2の信号に関する第2の無線品質とを取得する取得工程と、制御手段が、前記第1の無線品質が前記第1の信号を送信するための第1の水準を満たすと共に、前記第2の無線品質が前記第2の信号を送信するための第2の水準を満たすように、前記第1の信号の第1の通信期間長と前記第2の信号の第2の通信期間長とを制御する制御工程と、を有することを特徴とする制御方法。

請求項19

制御装置に備えられたコンピュータに、請求項17又は18に記載の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム

技術分野

0001

本発明は、空間多重を行う無線通信技術に関する。

背景技術

0002

近年、家庭内ネットワーク公衆網などの無線ネットワーク伝送されるデータの大容量化が進んでおり、無線ネットワークが混雑し、通信帯域がひっ迫してきている。通信帯域のひっ迫を解消する手段の1つとして、IEEE802.11ad規格では、空間多重(空間共有)を行うことが規定されている。空間多重では、指向性アンテナを有する2組以上の送信ノード受信ノードペアが、通信リンク間の干渉が十分に小さくなるように、アンテナ指向特性を利用してそれらの通信リンクを空間的に分離して、並行して通信を行う。これにより、空間多重を行わない場合と比較してデータ伝送に要する時間を短縮することができ、無線通信システム全体としての周波数利用効率を向上させることができる。

0003

2組以上の送信ノードと受信ノードのペアが空間多重によって並行して通信を行う場合、ノードのペアごとに、伝送するデータ量などの違いに応じて、通信期間長が異なる場合が考えられる。このとき、第1のノードのペアの通信期間長が、第2のノードのペアの通信期間長より長いとすると、第2のノードのペアの通信が終了すると、空間多重も併せて終了してしまう。したがって、周波数利用効率がその分だけ劣化しうるという課題があった。

0004

これに対して、特許文献1では、通信期間長の長い通信フレームを、その通信期間長と空間多重されるフレームの通信期間長のうちの最短の通信期間長との差分に応じて分割して、この通信期間長の差を補償する技術が記載されている。また、特許文献2では、空間多重される複数のフレームの通信期間長を一致させるために、それぞれのフレームで使用する信号周波数帯域幅を制御する技術が記載されている。

先行技術

0005

特開2007−329694号公報
特開2010−263488号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献1及び特許文献2では、送信ノードと受信ノードとの第1のペアが送信した信号が、送信ノードと受信ノードとの第2のペアの通信に干渉することについては想定されていない。すなわち、特許文献1及び特許文献2には、空間による通信リンクの分離はできている前提での通信期間長の制御が記載されているにとどまっていた。しかしながら、通信リンクの空間による分離性能は、アンテナ特性やノードの位置等に依存するため、場合によっては、1つの通信リンクで送信された信号が、他の通信リンクに干渉する場合がある。そして、この場合には、いずれかの通信リンクによる通信が失敗する可能性があり、結果として、周波数利用効率が劣化してしまう場合があった。

0007

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、空間多重を行う無線通信システムにおいて、空間と時間とのリソース通信品質に基づいて有効活用して、周波数利用効率を向上させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するため、本発明による制御装置は、第1の通信期間長の第1の信号と第2の通信期間長の第2の信号とが空間的に分離されて並行して送信される場合の、前記第1の信号に関する第1の無線品質と、前記第2の信号に関する第2の無線品質とを取得する取得手段と、前記第1の無線品質が前記第1の通信期間長で前記第1の信号を送信するための第1の水準を満たすか、及び、前記第2の無線品質が前記第2の通信期間長で前記第2の信号を送信するための第2の水準を満たすかを判定する判定手段と、前記第1の無線品質が前記第1の水準を満たさない場合と前記第2の無線品質が前記第2の水準を満たさない場合との少なくともいずれかである場合に、前記第1の信号と前記第2の信号とのうち、通信期間長の短い信号の通信期間長を伸ばす制御を行う制御手段と、を有する。

発明の効果

0009

本発明によれば、空間多重を行う無線通信システムにおいて、空間と時間とのリソースを通信品質に基づいて有効活用して、周波数利用効率を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0010

無線通信システムの構成例を示す図。
空間多重を行わない場合の各通信期間の割り当て方の例を示す図。
空間多重時の各通信期間の割り当てと干渉及び空きリソースの例を示す図。
制御ノードの構成例を示すブロック図。
制御ノード以外のノードの構成例を示すブロック図。
動作例1における制御ノードの処理の流れを示すフローチャート
動作例1における無線通信システムの処理の流れを示すシーケンス図。
動作例1での、SP1における信号の受信電力の測定の様子を示す概念図。
動作例1での、SP2における信号の受信電力の測定の様子を示す概念図。
変調方式と、その変調方式を使用するのに必要なSIRとが対応付けられて記憶されるテーブルの例を示す図。
空間多重が想定される場合のSP1及びSP2の配置と無線品質の例を示す図。
SP2の通信期間長を延長して、SP2に係る信号に要求される無線品質の水準を下げる場合の例を示す図。
SP2の通信期間長を延長して、SP2に係る信号に要求される無線品質の水準を下げる場合の別の例を示す図。
動作例2での、SP1における信号の受信電力の測定の様子を示す概念図。
動作例2での、SP2における信号の受信電力の測定の様子を示す概念図。
SP2の通信期間長を延長して、SP2に係る信号に要求される無線品質の水準を下げた場合の例を示す図。
動作例2における、SP2に係る信号の送信電力を下げた場合の、その信号の受信電力の測定の様子を示す概念図。
SP2に係る信号の送信電力を下げて、SP1に係る信号の無線品質を向上させた場合の例を示す図。

実施例

0011

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

0012

(無線通信システムの構成)
図1に、本実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す。図1の無線通信システムは、例えば、1台の制御ノード100と、それぞれ信号の送信または受信の少なくともいずれかを行う4台のノード101〜104とを含んで構成される。制御ノード100は、4台のノード101〜104及び制御ノード100が信号の送信または受信を行うための通信期間(SP1〜SP3)を割り当てる。ここで、SPとは、Service Periodの略であるが、所定の通信期間を示すものであれば、これ以外のものが用いられてもよい。すなわち、制御ノード100は、各ノードが信号の送信または受信に用いることができる通信期間をそれぞれ割り当てる。なお、制御ノード100は、独立したノードではなく、4台のノード101〜104の少なくともいずれかに内蔵される制御装置であってもよい。また、制御ノード100は、ノード101〜104と同様に、一般的な信号の送信と受信との少なくともいずれかを行うノードであって、通信期間の割り当てなどの制御を行う機能を有するもの、と捉えられてもよい。

0013

ノード101〜104及び制御ノード100は、制御ノード100が割り当てた通信期間であるSP1〜SP3において、データ信号の送信と受信との少なくともいずれかを行う。本例では、ノードA101は、データソース110から取得したAV(Audio Video)コンテンツを、通信期間SP1において、通信リンク105を使用してノードB102へ無線伝送する。ここで、ノードA101に接続されるデータソース110は、例えば、デジタルビデオカメラハードディスクデジタルビデオレコーダセットトップボックス等の機器である。そして、ノードB102に接続されたディスプレイ112は、ノードB102において受信されたコンテンツを表示する。

0014

同様に、本例では、ノードC103は、PC111に接続されており、テキスト文書や画像データ等を、通信期間SP2において、通信リンク106を使用してプリンタ113に接続されたノードD104へ無線伝送する。ここで、制御ノード100及び各ノード101〜104は指向性アンテナを有し、この指向性アンテナの指向特性によって、通信リンク105及び通信リンク106の間において生じる干渉を、抑圧することができる。なお、指向性アンテナは、例えばパラボラアンテナ等の指向特性が固定のアンテナであってもよいし、複数のアンテナ素子における送信信号または受信信号位相及び振幅などを制御するアレイアンテナのように、可変指向特性のアンテナであってもよい。可変指向特性のアンテナでは、例えばそのアンテナのメインローブビーム幅を狭めることにより、指向方向において高い利得を得ると共に非指向方向における干渉を抑圧することができる。これにより、例えば、各通信リンクを空間的に分離可能であり、互いの干渉量を十分低く抑えることができる場合、制御ノード100は、通信期間SP1〜SP3をオーバーラップさせ、各通信リンクにおける信号の送信と受信とを並行して行わせることができる。

0015

図2に、空間多重を行わない場合の各通信期間の割り当て方の例を示す。制御ノード100は、TDMA時分割多元接続)方式の通信期間であるDTI(Data Transfer Interval)201内で、通信期間SP1〜SP3の割り当てを行う。より具体的には、それぞれの通信期間SP1〜SP3は、互いに時間的に重複しないように確保され、例えばそれぞれ異なる送信ノードと受信ノードとの組み合わせに対して割り当てられる。図2の例では、SP1がノードA101を送信ノードとしてノードB102を受信ノードとする通信リンクに対して割り当てられ、SP2がノードD104を送信ノードとしてノードC103を受信ノードとする通信リンクに対して割り当てられる。また、SP3が制御ノード100を送信ノードとしてノードC103を受信ノードとする通信リンクに対して割り当てられる。

0016

各ノード101〜104は、制御ノード100が割り当てた通信期間SP1〜SP3に従ってデータ通信を行う。ここで、DTI201内のSPの割り当て情報は、制御ノード100が、各ノード101〜104に対して、ビーコンを使用して、又は、特定のフレームを使用して通知することができる。また、制御ノード100は、各ノードに対して一斉に割り当て情報を通知してもよいし、個別に割り当て情報を通知してもよい。また、各ノード101〜104は、制御ノード100が割り当てたSP1〜SP3において双方向にデータ通信を行ってもよいが、本実施形態では、便宜上、片方向のデータ通信が行われる場合について説明する。

0017

なお、各通信期間には、それぞれ、受信電力レベル調整や同期捕捉のためのプリアンブル期間202が含まれ、例えば後述する信号の受信電力測定は、このプリアンブル期間202で行われうる。なお、図2では、SP3においてプリアンブル期間を明示していないが、SP3においても同様にプリアンブル期間を有していてもよい。また、制御ノード100からの信号など、一部または全部の信号においてプリアンブル期間が存在しなくてもよい。すなわち、例えば、プリアンブル期間がなくても受信電力レベル調整や同期捕捉などを行うことができる場合は、プリアンブル期間が省略されてもよい。また、プリアンブル期間に代えて、受信電力レベル調整や同期捕捉などを行うための信号内の所定の単一シンボル又はシンボル系列などが用いられてもよい。この場合であっても、例えば、受信ノードが自らに割り当てられた通信期間において希望信号を測定し、他のノードに割り当てられた通信期間において干渉信号を測定することにより、各ノードは信号受信時の無線品質を取得することができる。

0018

続いて、図3を用いて、空間多重時の各通信期間の割り当てと干渉及び空きリソースの例について説明する。空間多重時に、通信期間SP1が割り当てられた受信ノードであるノードB102は、SP2に対応する期間においてノードD104が送信した無線信号により、干渉300を受ける場合がある。一方で、SP2が割り当てられた受信ノードであるノードC103は、ノードA101が送信する無線信号により、SP2の全期間において干渉301を受ける場合がある。このような干渉によって各受信ノードにおける無線品質のいずれかが所定の水準を満たさないと、その所定の水準を満たさない通信リンクでの通信が失敗し、単なる干渉源となりうる。その結果、空間多重により、周波数利用効率が却って劣化してしまう場合がある。

0019

また、SP1とSP2とは通信期間長が異なり、SP2の方がその通信期間長が短いため、図3に示すように、(SP1長−SP2長)の期間の空きリソース302が生じる。この空きリソース302では、SP1と並行して通信を行う通信リンクが存在しないため、空間多重による周波数利用効率の改善効果が限定的になりうる。

0020

本実施形態では、このような周波数利用効率の改善効果の低下を防ぐために、制御ノード100は、以下のような処理を行う。すなわち、制御ノード100は、第1の通信期間長(例えばSP1)の第1の信号と、第2の通信期間長(例えばSP2)の第2の信号とが空間的に分離されて並行して送信される場合の、第1の信号の第1の無線品質と第2の信号の第2の無線品質とを取得する。そして、制御ノード100は、第1の無線品質と第2の無線品質とが、それぞれ第1の通信期間長で第1の信号を送信するための第1の水準と第2の通信期間長で第2の信号を送信するための第2の水準とを満たすかを判定する。そして、制御ノード100は、第1の無線品質と第2の無線品質との少なくともいずれかがそれぞれ対応する第1の水準と第2の水準を満たさない場合に、短い方の通信期間長を伸ばす制御を行う。

0021

例えば、第1の通信期間長が第2の通信期間長より長い場合に、第2の無線品質が第2の水準を満たさない場合、第2の通信期間長が延長される。これにより、第2の信号の冗長性が高まり、第2の信号を通信可能とすることができる。例えば、第2の通信期間長を延長し、第2の信号の変調方式を、変調多値数がより低く、SIR(信号対干渉電力比耐性がより強力な変調方式に変更することにより、第2の信号に関する第2の水準を引き下げることができる。なお、同様に、第2の信号の誤り訂正符号符号化率を下げることにより、SIR耐性がより強力となるため、第2の信号に関する第2の水準を引き下げることができる。このとき、第2の信号で送信されるデータの量は一定とすることができる。

0022

また、第1の通信期間長が第2の通信期間長より長い場合に、第1の無線品質が第1の水準を満たさない場合にも、第2の通信期間長が延長される。これにより、例えば、第2の信号のSIR耐性を上述のように高めることができるため、その耐性を高めた分だけ第2の信号の送信電力を下げることができる。結果として、第1の信号に対する干渉量が抑圧されることとなるため、第1の信号に関する無線品質を向上させて、これにより、第1の信号と第2の信号とを空間的に分離して並行して送信することが可能となる。

0023

さらに、本実施形態の技術は、第1の信号と第2の信号との通信が継続的になされており、それぞれの通信期間長の関係が定まっている場合のみならず、通信期間長の関係が定まっていない場合にも適用することができる。すなわち、各信号で送信するデータ量が一定でない場合や、複数の信号の少なくともいずれかの通信が初めて発生する場合など、通信期間長を予め知らない場合にも、本実施形態の技術を適用することができる。例えば、各信号の送信データ量等とビーコンや参照信号などの所定の信号に応じて取得された無線品質とに基づいて、各信号に対する最短の通信期間長が算出される。そして、算出された最短の通信期間長に基づいて、上述の信号間の通信期間長の関係が定まっている場合の手法と同様にして、通信期間長の短い信号に関して通信期間長が延長され、最終的な通信期間長が決定されうる。また、各受信ノードにおける無線品質との関係から、使用されるべき変調方式と符号化方式との組み合わせなどを特定するテーブルを用意し、これに基づいて変調方式等を決定した後に、この決定結果に基づいて通信期間長が定められてもよい。また、各信号における送信されるべきデータ量と無線品質との関係から、直接通信期間長を特定するテーブルを用意してもよい。これらの手法と、これら以外の手法について、詳細は後述する。

0024

(制御ノードの構成)
続いて、本実施形態に係る制御ノード100の構成例について、図4を用いて説明する。制御ノード100は、例えば、無線制御部401、パケット処理部402、高周波処理部403、アンテナ404、無線品質取得部405、メモリ406、空間多重判定部407、通信期間長決定部408及びMCS決定部409を有する。これらの機能部は、制御ノード100内の個別のハードウェアによってそれぞれ実現されてもよいし、CPU等の1つ以上のプロセッサASICによって、RAMまたはROMなどのメモリに記憶されたプログラムが実行されることによって実現されてもよい。また、図4は一例であり、各機能ブロックは、2つ以上のブロックに分割されてもよいし、2つ以上の機能ブロックが統合されて1つの機能ブロックを形成してもよい。

0025

制御ノード100は、無線制御部401において、AVコンテンツファイル等のデータを外部データ400として取得する。本実施形態では、制御ノード100は、機器に接続されていないため、このようなデータを通信することはない。しかしながら、制御ノード100は、機器に接続され又は機器内部に搭載されることにより、その機器が通信相手に渡すデータ又は通信相手から取得するデータを送信または受信するために、無線制御部401においてそのデータを取得することができる。すなわち、制御ノード100は、通信の制御のみならず、データ通信を行う送信ノード又は受信ノードとして機能することができる。

0026

無線制御部401は、外部データ400がない場合であっても、DTI201における各SPの割り当て情報や、各ノード101〜104が通信に使用する変調方式等の情報を含む制御フレームを生成する。生成された制御フレームはパケット処理部402へ入力される。なお、無線制御部401は、他のノードから受信した制御フレームをパケット処理部402から受け取った場合は、その制御フレームに応じた処理が行われるように、無線制御部401自身を制御し、又は制御フレーム内のデータを他の機能ブロックへ受け渡す。また、無線制御部401は、例えば制御ノード100を含む機器に宛てられた他の装置から受信した外部データ400を含むフレームがパケット処理部402から入力された場合は、その外部データ400を出力する。

0027

パケット処理部402は、入力されたデータを無線パケットに変換し、符号化及び変調処理等を行って無線信号を生成する。パケット処理部402は、例えば、データに誤り訂正符号を施した後に、一次変調を行い、直並列変換逆フーリエ変換とを行ってOFDM直交分多重形式の信号を生成する。なお、パケット処理部402は、OFDM形式の信号ではなく、例えば、一次変調後の信号に拡散系列を乗じて符号分割多重形式の信号を生成してもよいし、一次変調後の信号をそのまま含む時分割多重形式の信号など、他の形式の信号を生成してもよい。さらに、パケット処理部402は、一次変調後の信号をフーリエ変換して、そのフーリエ変換の結果の系列サブキャリアで送信される信号としてマッピングして逆フーリエ変換することによって、シングルキャリアの信号を生成してもよい。

0028

また、パケット処理部402は、制御ノード100を含む又は制御ノード100に接続する機器宛てのデータを受信した場合には、上述の各処理の逆の処理を行う。例えば、パケット処理部402は、OFDM形式で受信された信号に対して、フーリエ変換を施して、並直列変換を行った後に、一次復調を行って、データを抽出する。

0029

なお、誤り訂正符号は、一般に、元のデータ長を、誤り訂正符号化後のデータ長で除算した値で表される符号化率によって、そのSIR等の無線品質の劣化への耐性を評価することができる。すなわち、元のデータ長が、誤り訂正符号化後のデータ長に近く、符号化率が1に近いほど、無線品質の劣化への耐性が弱く、逆に符号化率を下げることにより、無線品質の劣化への耐性を強化することができる。符号化率の調整は、誤り訂正符号化自体の方式を変更することによって行ってもよいし、同じ符号化方法を用いながら出力系列の一部を欠損させる(パンクチャする)ことによって行ってもよい。

0030

また、一次変調は、例えばBPSK(Binary Phase Shift Keying(PSK))、QPSK(Quadrature PSK)、16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation)が用いられる。なお、一次変調方式では、信号空間上での信号点の数が多いほど、変調多値数が増加する。すなわち、BPSK、QPSK、16QAMでは、信号空間上での信号点数はそれぞれ2、4、16(それぞれ、1、2、4ビットを1つのシンボルで送信できる)であり、BPSK、QPSK、16QAMの順で変調多値数が多くなる。そして、変調多値数が多いほど、SIRなどの無線品質の劣化への耐性が低くなり、逆に変調多値数を下げることにより、無線品質の劣化への耐性を高めることが可能となる。

0031

高周波処理部403は、パケット処理部402が生成した無線パケットを、所望の無線周波数アップコンバートして無線信号を形成する。無線信号は、指向性を有するアンテナ404から送信される。

0032

アンテナ404は、例えば、複数のアンテナ素子で送信または受信される信号の位相と振幅とを制御して所望の指向特性を得るアレイアンテナである。また、アンテナ404は、指向特性が固定のアンテナを複数用意してスイッチ等によりそれらのアンテナを切り替えて指向特性を変化させるアンテナユニットであってもよい。さらに、アンテナ404は、特定の相手装置とのみ通信する場合などは、指向特性が固定の1つのアンテナであってもよい。

0033

無線品質取得部405は、例えば、図2のよう空間多重を行わない場合に割り当てた各SPにおけるプリアンブル部分での各受信ノードにおける受信電力の測定値を取得する。なお空間多重を行わない場合のSPは、それぞれのSPに係る信号が互いに干渉しないように割り当てられているため、その通信期間長は、干渉がない場合にデータを送信するのに要する通信期間長であると言える。すなわち、干渉がある場合では、通信品質がその干渉によって劣化するため、同じデータ量を送信する際にも、通信品質の劣化を補償するための冗長性の付加がなされ、通信期間長も長くなりうる。しかし、ここでは、その後の空間多重の可能性の評価などの基準として、そのような干渉がない条件で割り当てられたSPにおける信号の測定結果が取得される。なお、無線品質取得部405は、制御ノード100自身がデータ通信(特に受信)を行う場合には、制御ノード100自身における信号の測定によって、その信号の受信電力を取得することもできる。この手法は、各SPに対応するデータが一定の伝送レートで継続的に送信される場合に特に有効である。すなわち、図2のようなSPの割り当てによる通信が行われた後に送信されるデータが存在しない場合ではなく、その後も継続してデータ伝送がなされる場合に、特に、このような測定結果の報告が意味を有する。また、例えば家庭内の固定された各電子機器間の通信などで本実施形態に係る技術が用いられる場合は、各通信機器における干渉の状態は、アンテナ指向特性が一定であれば、変化が大きくないと考えられる。したがって、このような場合には、図2のようなSPの割り当てによる通信の直後には送信されるデータが存在しなくても、次回のデータ伝送時に上述の測定結果を活用することができる。

0034

また、無線品質取得部405は、SPを割り当てる前に、各ノードが(例えば周期的に)送信する所定の信号(参照信号、ビーコンなど)の受信電力を、各ノードにおいて測定した結果を取得するようにしてもよい。この方法は、各SPに対応するデータが一定の伝送レートで継続的に送信される場合でなく、かつ各ノードの位置関係などが可変な場合であっても有効である。すなわち、通信に先立って所定の信号を測定することによって無線品質を評価しておくことで、単発の通信の要求があった場合に、その通信を実際に実行することなく無線品質を予め知ることができる。また、この方法によれば、所定の信号の送信に通信リソースが使用される一方で、図2のように、空間多重を行わない通信期間を発生させないようにすることができる。

0035

無線品質取得部405は、例えば、アンテナ404と高周波処理部403とを介して、各受信ノードからの報告を受信することにより、上述の測定値に関する情報を取得する。そして、無線品質取得部405は、各受信ノードにおいて、その受信ノードに割り当てられた通信期間(SP1、SP2)において、空間的に分離(多重)して並行して通信を行う場合の無線品質を計算により取得する。取得された無線品質は、各SPに対応付けられて、メモリ406に記憶される。

0036

また、無線品質取得部405が、各ノードからの信号の測定結果を取得して無線品質を計算によって取得するのではなく、各ノードが、自らの信号測定結果に基づいて無線品質を計算して、その計算結果を制御ノード100に送信するようにしてもよい。いずれの場合であっても、無線品質取得部405は、各受信ノードにおいて受信される信号の無線品質を取得することができる。無線品質は、例えばSIR(信号対干渉電力比)であるが、SINR(信号対干渉及び雑音電力比)、CIR(搬送波干渉電力比)、CINR(搬送波対干渉及び雑音電力比)、SNR(信号対雑音電力比)、CNR(搬送波対雑音電力比)等であってもよい。本実施形態で用いる無線品質の詳細な定義と算出方法に関しては後述する。

0037

メモリ406は、上述のような各SPにおける無線品質だけでなく、各SPの通信期間長の情報を、対応するSPと共に記憶する。この通信期間長の情報は、DTI201においてSP配置を決定する際や、空間多重の対象となる信号の通信期間長を比較する際に用いられる。また、メモリ406は、制御ノード100及び各ノード101〜104で使用される変調方式と符号化率との少なくともいずれかと、必要なSIRとが対応づけられたテーブルを記憶しておいてもよい。このテーブルは、空間多重を行う際の指標として参照されうる。

0038

空間多重判定部407は、無線品質取得部405が取得した無線品質と、メモリ406に記憶されたテーブルとを比較して、また、通信期間長決定部408における通信期間長の比較結果から、空間多重の可否を判定する。

0039

例えば、空間多重判定部407は、SP1に対応する第1の無線品質が、SP2に対応する信号との空間多重時に、SP1で第1のデータ量を送受信するための第1の水準を満たすかを判定する。また、空間多重判定部407は、SP2に対応する第2の無線品質が、SP1に対応する信号との空間多重時に、SP2で第2のデータ量を送受信するための第2の水準を満たすかを判定する。そして、空間多重判定部407は、第1の無線品質が第1の水準を満たし、かつ、第2の無線品質が第2の水準を満たす場合、SP1及びSP2に対応する2つの信号は、空間多重により並行して送受信されることができると判定する。

0040

一方、空間多重判定部407は、第1の無線品質が第1の水準を満たさないか、第2の無線品質が第2の水準を満たさないか、の少なくともいずれかの場合、通信期間長の短い方の信号の通信期間長を伸ばすことにより空間多重が可能であるかを判定する。例えば、空間多重判定部407は、SP1の通信期間長がSP2の通信期間長より長い場合に、SP2の通信期間長を伸ばすことで、無線品質が水準を満たさない信号が、所定の水準を満たすことが可能となるかを判定する。

0041

すなわち、空間多重判定部407は、例えば、第2の無線品質が第2の水準を満たさない場合、SP2の通信期間長を伸ばして、同じデータ量を延長後の通信期間長で送信するための第3の水準を第2の無線品質が満たすかを判定する。通信期間長を延長すると、例えば、同じ信号の少なくとも一部を複製して複数回送信することが可能となる。例えば、仮に1つの信号の全体を複製して2回送信することができるとすれば、3dBの利得を得ることができる可能性があり、この結果、第3の水準を第2の水準から約3dB下げた値とすることができる。また、通信期間長を延長すると、同じ量のデータを送信するのであっても、変調多値数と符号化率との少なくともいずれかを下げることが可能となり、この結果、その変更後の変調多値数と符号化率に応じた無線品質の第3の水準を得ることができる。このとき、第3の水準は、変調多値数と符号化率との少なくともいずれかを下げたことに応じて、第2の水準より低くなる。空間多重判定部407は、第2の無線品質が第3の水準を満たす場合は、空間多重が可能であると判定することができる。

0042

また、空間多重判定部407は、第1の無線品質が第1の水準を満たさない場合にも、SP2の通信期間長を伸ばすことで、第1の無線品質が第1の水準を満たすことが可能であるかを判定する。この場合、SP2に係る信号の送信電力を、同じデータ量を延長後の通信期間長で送信するための第3の水準を第2の無線品質が満たす範囲で下げることにより、SP2に係る信号のSP1に係る信号に対する干渉量を低減する。これにより、SP1に係る信号のSIRが改善し、第1の無線品質が第1の水準を満たす場合がある。したがって、空間多重判定部407は、SP2の通信期間長を伸ばして信号の送信電力を下げることにより、第1の無線品質が第1の水準を満たすこととなる場合は、空間多重が可能であると判定することができる。

0043

なお、以上の各手法は、組み合わせて用いることもできる。また、SP2の延長後の通信期間長の長さは、SP1の通信期間長未満の範囲とすることもできるし、SP1とSP2との通信期間長の和の長さ未満の範囲とすることもできる。これらのいずれの場合であっても、空間多重をしない場合と比べて、短期間に通信を行うことができるため、周波数利用効率を高めることが可能となる。また、SP2の延長後の長さがSP1とSP2との通信期間長の和の長さ未満の範囲で延長される場合は、SP1の通信期間長も、その和の長さ未満の範囲で延長することもできる。これによれば、SP1の冗長性が増すことで第1の通信品質が通信期間長の延長後の第4の水準を満たせば足りるようになる。この結果、空間多重が可能となる確率を高めることができる。また、SP1に係る信号の送信電力をも第4の水準を満たす程度で下げることで、第2の無線品質を改善することもできる。

0044

なお、上述の各手法では、延長後のSP2の通信期間長をまず定めるのではなく、データの繰り返し回数又は範囲や、選択された変調多値数と符号化率との少なくともいずれかを特定し、その特定結果に応じて、延長後のSP2の通信期間長を定めてもよい。すなわち、第2の無線品質が満足できる水準を特定し、その水準に応じて、データの繰り返し回数又は範囲や、変調多値数と符号化率との少なくともいずれかが選択され、この選択結果に応じて延長後のSP2の通信期間長が定められてもよい。そして、この場合、空間多重判定部407は、この通信期間長がSP1の通信期間長未満となる場合(又はSP1とSP2の通信期間長の和の長さ未満となる場合)に、空間多重が可能であると判定してもよい。

0045

また、空間多重判定部407は、SP1の通信期間長とSP2の通信期間長とを比較し、それらの通信期間長の差が所定長以上であるか否かによって、通信期間長の延長によって空間多重が可能となるかを判定してもよい。すなわち、通信期間長の差が所定長以上である場合には、通信期間長の短い信号の通信期間長を延長することの効果が得られるが、差が所定長未満である場合は、その効果は小さいと考えられる。したがって、空間多重判定部407は、通信期間長の差が所定長未満である場合には、通信期間長を延長しなくても各無線品質がそれぞれの通信のための水準を満たすかのみを判定するようにしてもよい。

0046

通信期間長決定部408は、空間多重の対象の候補である信号に関して既に通信期間長が定まっている場合には、メモリ406を参照することによりその通信期間長を取得して、空間多重判定部407に通知する。また、通信期間長決定部408は、通信期間長を比較し、空間多重判定部407からの要求に応じて、通信期間長の短い方を延長した場合の通信期間長を決定し、決定された延長後の通信期間長を空間多重判定部407へ通知する。通信期間長決定部408は、例えば、MCS決定部409による変調方式に係る変調多値数と符号化率との少なくともいずれかの選択に応じて、同じデータ量を送信する場合の延長後の通信期間長を決定する。なお、上では空間多重判定部407が通信期間長を比較して、通信期間長の差が所定長以上であるかによって、通信期間長の延長により空間多重が可能となるかを判定できると説明したが、この比較及び差の算出は通信期間長決定部408が行ってもよい。この場合、この差の情報が、通信期間長決定部408から空間多重判定部407へと渡される。なお、この情報は、通信期間長の延長により空間多重が可能となるかを判定すべきか否かを示す情報として、通信期間長決定部408から空間多重判定部407へと通知されてもよい。すなわち、通信期間長決定部408が、通信期間長の差が所定長以上であるかを判定してもよい。

0047

MCS決定部409は、例えば、空間多重判定部407からの要求に応じて、所定の水準の無線品質を満たすのに要する変調方式(変調多値数)と符号化方式(符号化率)との少なくともいずれかを決定する。なお、MCSとはModulation and Coding Schemeの略であり、変調方式と符号化方式との組み合わせのことを指す。MCSは、無線LAN規格(例えば、IEEE802.11ad規格)で規定されるものが用いられてもよい。また、本実施形態では、便宜上MCSという文言を用いているが、変調方式や符号化率など、信号の形式を変更することによってSIR耐性を変えることができる他の要素が用いられてもよい。例えば、信号を符号により拡散する場合は、拡散率がMCSの代わりに用いられてもよい。MCS決定部409は、決定した変調方式(変調多値数)と符号化方式(符号化率)との少なくともいずれかを、通信期間長決定部408及び空間多重判定部407に通知する。なお、通信期間長決定部408及びMCS決定部409は、空間多重判定部407の一部として機能してもよい。また、通信期間長の延長の際に変調方式(変調多値数)と符号化方式(符号化率)とをいずれも変更しない場合(例えば送信信号の少なくとも一部の複製を繰り返し送信する場合)は、MCS決定部409は省略されてもよい。

0048

なお、無線品質取得部405が、例えば参照信号やビーコンなどの所定の信号に基づいて無線品質を取得した場合は、予め定められた通信期間長が存在しないこととなる。この場合、空間多重判定部407、通信期間長決定部408及びMCS決定部409は、取得された、第1の信号と第2の信号が空間的に分離されて並行して送信される場合の無線品質に基づいて、第1の信号と第2の信号に係る通信期間長を定めることができる。この場合、例えば、第1の信号について取得された第1の無線品質が第1の水準を満たすように、かつ、第2の信号について取得された第2の無線品質が第2の水準を満たすように、それぞれの通信期間長が決定される。なお、この通信期間長の決定においては、データサイズと無線品質との組み合わせに対して、通信期間長や変調方式等が対応付けられて記憶されるテーブルが用いられうる。また、この通信期間長の決定では、まず、各受信ノードについて、無線品質と信号で送信されるべきデータサイズとに対応する最短の通信期間長が定められうる。そして、この場合、その最短の通信期間長から、上述の各手法と同様に、いずれかの信号の無線品質が対応する水準を満たさない場合には、より短い通信期間長を有する信号についての通信期間長を伸ばして対応する。このようにして、それぞれの信号の通信期間長を、それぞれの信号がそれぞれに対応する無線品質の所定の水準を満たすように、決定される。なお、この時の通信期間長の長さは、上述の最短の通信期間長の和の長さ未満となるように決定されてもよく、その和以上の長さとなる場合には、空間多重ができないと判定されてもよい。

0049

なお、通信期間長決定部408が決定した通信期間長の情報及びMCS決定部409が決定した使用すべき変調方式及び符号化方式など、送信されるべき信号を制御するための情報は、各通信を行うノード101〜104へと通知される。この通知は、例えば、無線制御部401、パケット処理部402、高周波処理部403及びアンテナ404を介して、無線で通知される。なお、制御ノード100自らがデータ通信を行う場合は、そのデータ通信用の信号を決定した通信期間長と変調方式及び符号化方式を用いて形成するために、これらの決定された情報を含む制御信号が、例えばパケット処理部402に入力される。

0050

(制御ノード以外のノードの構成)
続いて、制御ノード100以外のノード101〜104の構成例について、図5を用いて説明する。なお、ノード101〜104のいずれかが制御ノード100として動作する場合は、そのノードは、図4のような構成を有する。ノード101〜104は、例えば、無線制御部501、パケット処理部502、高周波処理部503、アンテナ504、受信電力測定部505、及びメモリ506を有する。各機能部は、ノード101〜104内の個別のハードウェアによってそれぞれ実現されてもよいし、CPU等の1つ以上のプロセッサやASICによって、RAMまたはROMなどのメモリに記憶されたプログラムが実行されることによって実現されてもよい。また、図5は一例であり、各機能ブロックは、2つ以上のブロックに分割されてもよいし、2つ以上の機能ブロックが統合されて1つの機能ブロックを形成してもよい。

0051

無線制御部501、パケット処理部502、高周波処理部503、及びアンテナ504は、制御ノード100の同名の機能ブロックと同様である。ただし、制御ノード100がDTI201内のSPの割り当てを統括して行うため、無線制御部501は制御ノード100からの制御フレームにより自ノードのSP内でのデータ通信タイミング、変調方式等の制御情報解釈して動作する。受信電力測定部505は、各SPにおける制御ノード100及び各ノード101〜104のうち送信ノードとして機能するノードが送信した信号の受信電力を測定する。測定結果はメモリ506に記憶され、また、無線制御部501、パケット処理部502、高周波処理部503、及びアンテナ504を介して、制御ノード100へ通知される。なお、受信電力測定部505は、各送信ノードからの信号の受信電力の測定結果に基づいて、それらの信号が空間的に分離されて並行して送信される場合の無線品質を計算によって取得してもよい。この場合、この取得された無線品質の情報が、制御ノード100へ通知されうる。なお、無線品質の情報と受信電力の測定値の両方が制御ノード100へ通知されてもよい。

0052

続いて、上述の制御ノード100と、送信ノードまたは受信ノードとして機能するノード101〜104の動作について、いくつかの例を用いて説明する。

0053

<動作例1>
図6は、動作例1において制御ノード100が実行する処理の流れを示すフローチャートである。まず、制御ノード100は、空間多重の実行可否判定用情報収集のために、各ノードに対して、信号の測定を要求する(S600、S601)。すなわち、制御ノード100は、あるDTI201において、互いに時間的に重複しないように配置されたSP1とSP2とにおいて、それぞれの送信ノードと受信ノードとに対して、受信電力の測定を要求する。なお、例えばSP1に係る信号の送信ノードと受信ノードとに対しては、SP1に関する測定要求はされなくてもよい。すなわち、SP1に係る信号の送信ノードは、自ら送信する信号を測定できないし、SP1に係る信号の受信ノードは、要求されなくてもその信号の測定を(例えばチャネル推定によって)行うからである。このため、制御ノード100は、SP1において、SP2が割り当てられているノードC103及びノードD104に対して、無線信号の測定を要求する(S600)。同様に、制御ノード100は、SP2において、SP1が割り当てられているノードA101とノードB102に対して、無線信号の測定を要求する(S601)。

0054

なお、これらの要求は、一括して行われてもよい。すなわち、SP1とSP2とにおける無線信号の測定の要求が、SP1及びSP2に関連するノードの全てに対して1つの信号で通知されてもよい。この信号はブロードキャストされてもよく、この場合、SP1及びSP2に関連するノードは、この信号を受信することによって、測定要求を受け付ける。一方、SP1及びSP2に関連しないノードは、この信号を無視することができる。また、各ノードにおいて、参照信号やビーコン等の所定の信号を送信する場合は、各ノードは、他のノードによって送信された所定の信号を測定しておき、要求を受け付けると、それまでの測定結果を制御ノード100に通知するようにしてもよい。なお、参照信号やビーコン等の所定の信号は、送信元のノードを特定する特定情報が含まれることができ、制御ノード100への通知には、どのノードからの信号がどの程度の電力で受信されたかの情報が含まれうる。なお、参照信号やビーコン等の所定の信号は、さらに、どの受信ノードに向けられた信号であるかの情報が含められてもよい。この場合、制御ノード100への通知には、どのノードからどのノードへの信号が、どの程度の電力で受信されたかの情報が含まれうる。

0055

そして、制御ノード100は、各ノード101〜104における無線信号の測定結果を取得する(S602)。この測定結果は、例えば、SP1において、ノードA101が送信する無線信号の受信電力が、ノードB102、ノードC103及びノードD104によって測定された結果が含まれる。また、この測定結果は、例えば、SP2において、ノードD104が送信する無線信号の受信電力が、ノードC103、ノードA101及びノードB102によって測定された結果も含まれる。これらの測定結果は、測定を行ったノードから制御ノード100へ、例えば無線信号によって通知される。なお、測定を行ったノードから制御ノード100へは、無線信号の受信電力の測定結果が通知されてもよいし、この測定結果から取得された無線品質の情報が通知されてもよい。

0056

ここで、無線信号の受信電力の測定結果から無線品質を算出する方法について説明する。上述の受信電力の測定結果は、送信ノードからの信号が、その信号の宛て先の受信ノードにおいて受信された際の受信電力である希望信号レベルと、宛て先のノード以外のノードにおいて受信された際の受信電力である干渉信号レベルとに分けられる。すなわち、SP1では、ノードA101が無線信号を送信するため、ノードB102で測定された結果の受信電力は希望信号レベルに対応し、ノードC103及びノードD104によって測定された結果の受信電力は干渉信号レベルに対応する。同様に、SP2では、ノードD104が無線信号を送信するため、ノードC103で測定された結果の受信電力は希望信号レベルに対応し、ノードA101及びノードB102によって測定された結果の受信電力は干渉信号レベルに対応する。

0057

この場合、無線品質は、希望信号レベルと干渉信号レベルとの比によって、算出されうる。この場合の無線品質は、
SIRn =SS-D/InS-D (式1)
によって表される。ただし、SIRnは、n番目のSPでの無線伝送に対応する無線品質である。例えば、SIR1は、SP1が割り当てられたノードAからノードBへの無線伝送に関して、SP2に係る信号が空間的に分離されて並行して送信された場合のSIRに対応する。また、例えば、SIR2は、SP2が割り当てられたノードDからノードCへの無線伝送に関して、SP1に係る信号が空間的に分離されて並行して送信された場合のSIRに対応する。また、SS-Dは送信ノードSから宛て先の受信ノードDへ送信された信号に関する希望信号レベルであり、InS-Dは送信ノードSから宛て先の受信ノードDへ送信された信号に関する干渉信号レベルである。なお、ここでの無線品質は、SIR(信号対干渉電力比)であるが、SINRやCIR等の他の品質を表す指標が用いられてもよい。

0058

制御ノード100は、無線品質の情報を取得すると(S602)、続いて、SP1とSP2とに係る信号が空間多重によって並行して送信されうるかを判定する(S603)。制御ノード100は、例えば、上述の、変調方式と符号化率との少なくともいずれかと、必要なSIRとが対応づけられたテーブルを参照する。そして、算出された無線品質と、各SPで現在使用する変調方式と符号化率との少なくともいずれかに対応した必要なSIRとを比較して、SP1に係る信号とSP2に係る信号との空間多重の可否を判定する。

0059

制御ノード100は、SP1に係る信号とSP2に係る信号との双方で空間多重時の無線品質が所望のSIRの水準を超える場合、空間多重を実行可能であると判定し(S604でYES)、処理をS607へ進める。一方、制御ノード100は、SP1に係る信号とSP2に係る信号との少なくともいずれかの空間多重時の無線品質が所望のSIRの水準を満たさない場合(S604でNO)、処理をS605へ進める。

0060

S605では、制御ノード100は、SP1の通信期間長とSP2の通信期間長との比較を行う。通信期間長の差が所定長未満である場合、即ち、SP1とSP2とがほぼ同じ通信期間長を有する場合は、無線品質が水準に満たない方のSPに係る信号が、通信期間長の延長によっても通信可能となる確率が低いと考えられる。このため、制御ノード100は、この場合(S605でNO)、空間多重の実行はできないと判定し、時間的に分離してSP1及びSP2に係る信号が送信されるように制御を行う。すなわち、制御ノード100は、例えば、図2のようなDTI201内のリソース割り当てを行っている場合は、その割り当てを維持する。一方、制御ノード100は、通信期間長の差が所定長以上である場合(S605でYES)は、通信期間長の短いSP(ここでは、SP2とする)の通信期間長を伸ばす(S606)。これは、例えば、変調方式と符号化率との少なくともいずれかを変更することによって行われる。また、これは、通信期間長の短いSPに係る信号の少なくとも一部を複製することにより、行われてもよい。なお、複製により、受信ノードにおいて最尤復号を行う場合などの受信性能を向上させることができる。なお、制御ノード100は、延長後の通信期間長が、SP1の通信期間長以上となる場合(又はSP1の通信期間長とSP2の通信期間長との和の長さ以上となる場合)、空間多重を実行できないと判定して処理を終了してもよい。すなわち、制御ノード100は、SP1の通信期間長未満の範囲(又はSP1の通信期間長とSP2の通信期間長との和の長さ未満の範囲)で、SP2の通信期間長を延長する。その後、制御ノード100は、延長後の通信期間長を有するSP2を用いた場合の空間多重の実行可否の判定を再度実行する(S603、S604)。制御ノード100は、例えば、算出された無線品質と、通信期間長の延長に伴って変更された変調方式に対応する必要なSIRとを比較することで空間多重の実行可否を判定する。

0061

S607では、制御ノード100は、SP1とSP2が空間多重するようにDTI201内の再スケジューリングを実行する。そして、制御ノード100は、再スケジューリング後のDTI201の構成を各ノード101〜104に通知する(S608)。

0062

続いて、図7のシーケンス図を用いて、動作例1における無線通信システム全体の処理の流れについて説明する。なお、図7のシーケンス図による処理の開始前に、図2のようなDTI201内のリソース割り当てがなされているものとする。まず、制御ノード100は、信号の受信電力の測定要求を各ノード101〜104に通知し(S700)、各ノード101〜104は、信号の受信電力の測定要求を受信する(S701〜S704)。この時、各ノード101〜104は、この要求を受信できたことを制御ノード100に通知するために、ACK肯定応答)を制御ノード100に対して送信してもよい。

0063

この時点では、例えば図2のようなリソース割り当てが行われているので、ノードA101が、SP1においてノードB102へ宛てた無線信号を送信し(S705)、他のノード102〜104は、この無線信号の受信電力を測定する(S706〜S708)。ここで、ノードB102は、通常のデータ受信を同時に行うこともできる(S706)。続いて、ノードD104が、SP2においてノードC103に宛てた無線信号を送信し(S709)、他のノード101〜103は、この無線信号の受信電力を測定する(S710〜S712)。ここでは、SP内での信号の送信方向は一方向であり、上述の処理はSP1とSP2とに係る信号の空間多重の実行可否の判定を行うための情報収集であるため、その一方向でのみ、また、SP1及びSP2に係る無線信号の受信電力のみの測定を行った。しかし、他のSPに係る信号を空間多重する可能性がある場合は、そのSPや他のSPに係る信号の無線信号の測定が行われてもよいし、SP内の双方向の通信に関して、受信電力の測定が行われてもよい。

0064

それぞれSP1及びSP2の受信ノードであるノードB102およびノードC103は、測定した受信電力を、制御ノード100へ通知する(S713、S714)。制御ノード100は、この通知された受信電力の測定結果に基づいて、空間多重を仮定した場合のSP1とSP2とにおける無線品質(例えばSIR)を算出する。なお、ノードB102およびノードC103は、測定した受信電力から、空間多重時のSP1及びSP2に関する無線品質を算出して、この算出結果を制御ノード100に送信してもよい。

0065

制御ノード100は、続いて、取得した無線品質の情報に基づいて、空間多重の可否を判定する(S715)。例えば、制御ノード100は、取得した無線品質の値と、上述のテーブル内の現在の変調方式と符号化率とに対応する必要なSIRの値とを比較して、空間多重の可否を判定する。ここでは、制御ノード100が、SP2における無線品質が必要なSIR未満であったものする。

0066

すると、制御ノード100は、SP1とSP2との通信期間長差を比較し、その差が所定長以上である場合に、通信期間長が短いSP2の通信期間長を伸ばして再構成する(S716)。この再構成は、例えば、変調方式と符号化率との少なくともいずれかを変更することによって行われる。また、この再構成は、通信期間長の短いSPに係る信号の少なくとも一部を複製することにより、行われてもよい。

0067

その後、制御ノード100は、再度、取得した無線品質が、通信期間長を延長したことによって、通信が可能な水準を満たすかを判定することにより、空間多重の可否を判定する(S717)。ここでは、SP2に係る信号の変調方式を変更したことで、取得された無線品質が、その変調方式に必要なSIRを超えたものとする。この結果、制御ノード100は、SP1に係る信号と、通信期間長が延長されたSP2に係る信号とが、空間多重により空間的に分離されて並行して送信されるように、DTI201内の再スケジューリングを行う。また、制御ノード100は、再スケジューリング結果を各ノード101〜104へ通知する。そして、各ノード101〜104は、制御ノード100が通知したリソース割り当てによりデータ通信を行う(S719)。

0068

続いて、無線通信システムの動作の具体例について、概略図(図8図13)を用いて説明する。まず、上述のように、制御ノード100は、各ノード101〜104に対して、SP1とSP2とにおける信号の測定を要求する。それに応じて、ノードA101は、SP1で無線信号を送信し、ノードB102〜ノードD104は、この無線信号の受信電力を測定する。図8は、このときの測定の様子の概念図である。図8は、ノードA101からの無線信号が、ノードB102においては−70dBm、ノードC103においては−90dBm、ノードD104においては−100dBmで受信されたことを示す。

0069

なお、図8を含め以下の説明で用いる図では明示されないが、ノードA101は、ノードB102の位置に応じた指向特性のアンテナを用いて信号を送信し、同様に、ノードB102は、ノードAの位置に応じた指向特性のアンテナを用いて信号を受信する。したがって、ノードA101のメインローブ方向等のアンテナゲインが大きい方向以外の方向では、送信信号の電力レベルはアンテナによって抑圧することができる。同様に、ノードC103及びノードD104においても、ノードC103とノードD104との間の通信に用いる指向特性のアンテナで、ノードA101からの信号を受信することができ、これによっても信号の受信電力が抑圧されうる。このとき、ノードB102は、ノードA101が送信した無線信号を用いたデータ通信を行うと共に、受信電力を測定することができる。ここで、ノードB102では、ノードA101からの無線信号は希望信号であるから、この無線信号の受信レベル(−70dBm)を、希望信号レベル(式1のSA-B)として記憶しておく。また、ノードC103及びノードD104では、ノードA101からの無線信号は干渉信号である。このため、ノードC103及びノードD104は、この無線信号の受信レベル(それぞれ−90dBm、−100dBm)を、干渉信号レベル(式1のInA-C又はInA-D)として記憶しておく。

0070

続いて、ノードD104は、SP2で無線信号を送信し、ノードA101〜ノードC103は、この無線信号の受信電力を測定する。図9は、このときの測定の様子の概念図である。図9は、ノードD104からの無線信号が、ノードA101においては−105dBm、ノードB102においては−90dBm、ノードC103においては−75dBmで受信されたことを示す。このとき、ノードC103は、ノードD104が送信した無線信号を用いたデータ通信を行うと共に、受信電力を測定することができる。ここで、ノードC103では、ノードD104からの無線信号は希望信号であるから、この無線信号の受信レベル(−75dBm)を、希望信号レベル(式1のSD-C)として記憶しておく。また、ノードA101及びノードB102では、ノードD104からの無線信号は干渉信号である。このため、ノードA101及びノードB102は、この無線信号の受信レベル(それぞれ−105dBm、−90dBm)を、干渉信号レベル(式1のInD-A又はInD-B)として記憶しておく。

0071

その後、これらの測定結果は、それぞれSP1及びSP2の受信ノードであるノードB102及びノードC103から、制御ノード100に報告される。なお、測定結果そのものではなく、測定結果から算出された無線品質(SIR)が、ノードB102及びノードC103から制御ノード100に通知されてもよい。このとき、ノードB102におけるSP1とSP2とに係る信号の空間多重が想定される場合のSIRは、希望信号レベルが−70dBmで、干渉信号レベルが−90dBmであるから、SIR1=20dBとなる。一方、ノードC103におけるSP1とSP2とに係る信号の空間多重が想定される場合のSIRは、希望信号レベルが−75dBmで、干渉信号レベルが−90dBmであるから、SIR2=15dBとなる。なお、この無線品質の算出は、上述の通り、制御ノード100と、SP1及びSP2の受信ノードとのいずれにおいて行われてもよい。

0072

制御ノード100は、この無線品質の情報を取得すると、続いて、その無線品質の値が、現在使用中の変調方式に対応する必要なSIRを満たしているかを、テーブルを参照して判定する。図10に、このテーブルの例を示す。上述の通り、制御ノード100は、各変調方式に対して必要なSIRを、図10に示すようなテーブルとして記憶している。ここで、各変調方式に対して必要なSIRは、例えば、通信に要求されるBER(Bit Error Rate)等から算出され、予め決定されうる。図10によれば、例えば、QPSKを使用するSPについて、その無線品質が7dBであった場合は、QPSKに必要なSIRは8.6dBであるため、所望のBERを達成できないことが分かる。なお、図10では、変調方式のみが考慮されているが、符号化率や拡散率など、他の要素が考慮されてもよい。すなわち、例えば、変調方式がBPSKで符号化率が例えば1/2又は1/3の場合について、それぞれ必要なSIRの値が、テーブル中に格納されてもよい。

0073

図11に、空間多重時が想定される場合のSP1及びSP2の配置と無線品質の例を示す。なお、空間多重を行う前に、SP1およびSP2に係る信号では、変調方式として16QAMが使用されていたものとする。また、SP2に係る信号と並行して送信される期間のSP1に係る信号の無線品質SIR1は20dBで、SP1に係る信号と並行して送信される期間のSP2に係る信号の無線品質SIR2は15dBとなる。

0074

この時、上述の変調方式とSIRとを対応付けるテーブルから、16QAMでは15.6dBのSIRが必要であるのに対して、SP1に係る信号のSIR1は20dBであり、十分な無線品質を得ることができている。このため、SP1に係る信号については、所望のBER以下の誤り率で通信を行うことができる。一方、SP2に係る信号のSIR2は、15.6dB以下の15dBであるため、SP1に係る信号と空間多重する場合、SP2に係る信号に関して、所望のBER以下の誤り率を達成することができないと予想される。このため、制御ノード100は、通信期間長の短いSP2に係る信号について、通信期間長を延長して、SP2に係る信号の無線品質が所望のBER以下の誤り率を達成するための水準を満たすように変調方式の変調多値数を下げることを試みる

0075

図12に、SP2の通信期間長を延長して、SP2に係る信号に要求される無線品質の水準を下げた場合の例を示す。なお、図11において、SP1の通信期間長はSP2の通信期間長の2倍以上の長さを有しているものとする。ここで、制御ノード100は、SP2に係る信号の変調方式を、16QAMからQPSKへと変更する。ここで、16QAMでは、1シンボルあたり4ビットの情報が送信されるのに対して、QPSKでは、1シンボルあたり2ビットの情報が送信される。したがって、使用する変調方式を16QAMからQPSKへと変更する場合、同じデータ量を送信するには、2倍のシンボル数が必要となる。したがって、SP2に係る信号は、同じデータ量を送信する際に変調方式を16QAMからQPSKへと変更したことにより、その通信期間長は、元の通信期間長の概ね2倍となる。また、SP2に係る信号は、変調方式がQPSKに変更されたことにより、必要なSIRは8.6dBへと低下する。これに対して、取得されたSP2に関する空間多重時の無線品質(SIR2)は15dBであるため、十分な無線品質で通信可能となる。したがって、制御ノード100は、SP2の通信期間長を延長することにより、空間多重を行うことが可能であると判定し、DTI201内で再スケジューリングを実行する。そして、ノード101〜104は、再スケジューリングされ、SP1に係る信号とSP2に係る信号とが空間多重されるように割り当てられたリソースを用いて、データ通信を行う。このように、空間多重を行う際に時間軸上で無駄となっていたリソースを利用して、空間多重が実行される確率を高めることができ、無線通信システム全体としての周波数利用効率を向上させることができる。

0076

なお、通信期間長の短い信号の通信期間長を伸ばす際には、必ずしも図12のように変調方式を変更する必要はない。図13に、SP2の通信期間長を延長して、SP2に係る信号に要求される無線品質の水準を下げる場合の別の例を示す。図13では、SP2に係る信号に要求される無線品質の水準を緩和するため、SP2に係る信号の全体を複製して、2回冗長伝送する場合の例が示されている。この時、SP2に係る信号の受信ノードであるノードC103において、2回受信したデータを利用して最尤復号等により利得を得る。この時の利得を仮に2dBとすると、上述の各変調方式に必要なSIRを対応させたテーブルにおいて16QAMを使用する際に必要なSIRは15.6dBであるが、最尤復号による利得2dB分だけ、このSIRの基準値を下げることができる。すなわち、信号を複製して送信し、最尤復号を用いることにより、16QAMを用いるのに必要なSIRを13.6dBとすることができる。すると、SIR2は15dBであり、これは最尤復号利得を考慮したSIRの基準値である13.6dBを超えるため、十分な無線品質で通信を行うことが可能となる。したがって、制御ノード100は、SP2に係る信号を複製してSP2の通信期間長を延長することにより、空間多重が可能であると判定することが可能となる。なお、信号の複製は、上述のように、信号全体が複製されてもよいし、その一部が複製されてもよい。また、信号の少なくとも一部または全部は、2回だけでなく3回以上複製されてもよい。さらに、信号の一部と他の一部とで、複製回数が異なってもよく、すなわち、信号の一部は2回複製され、残りの一部は3回複製されてもよい。このようにすることにより、通信期間長の短い信号についての延長後の通信期間長を非常に柔軟に変更することが可能となる。

0077

<動作例2>
動作例1では、通信期間長の短いSP2の通信期間長を延長することにより、無線品質が不十分なSP2に係る信号の無線品質を改善して、空間多重が行われる確率を向上させる手法について説明した。本動作例2では、SP1に係る信号の無線品質が不十分な場合に、その無線品質を改善して、空間多重が行われる確率を向上させる手法について説明する。

0078

図14は、本動作例2での、SP1における信号の受信電力の測定の様子を示す概念図である。図8と同様に、図14は、ノードA101からの無線信号が、ノードB102においては−80dBm、ノードC103においては−85dBm、ノードD104においては−100dBmで受信されたことを示す。ここで、ノードB102では、ノードA101からの無線信号は希望信号であるから、この無線信号の受信レベル(−80dBm)を、希望信号レベル(式1のSA-B)として記憶しておく。また、ノードC103及びノードD104では、ノードA101からの無線信号は干渉信号である。このため、ノードC103及びノードD104は、この無線信号の受信レベル(それぞれ−85dBm、−100dBm)を、干渉信号レベル(式1のInA-C又はInA-D)として記憶しておく。

0079

図15は、本動作例2での、SP2における信号の受信電力の測定の様子を示す概念図である。図9と同様に、図15は、ノードD104からの無線信号が、ノードA101においては−105dBm、ノードB102においては−95dBm、ノードC103においては−70dBmで受信されたことを示す。ここで、ノードC103では、ノードD104からの無線信号は希望信号であるから、この無線信号の受信レベル(−70dBm)を、希望信号レベル(式1のSD-C)として記憶しておく。また、ノードA101及びノードB102では、ノードD104からの無線信号は干渉信号である。このため、ノードA101及びノードB102は、この無線信号の受信レベル(それぞれ−105dBm、−95dBm)を、干渉信号レベル(式1のInD-A又はInD-B)として記憶しておく。

0080

上より、SP2に係る信号と並行して送信される期間のSP1に係る信号の無線品質SIR1は15dBで、SP1に係る信号と並行して送信される期間のSP2に係る信号の無線品質SIR2も15dBとなる。この時、図10の変調方式とSIRとを対応付けるテーブルから、16QAMでは15.6dBのSIRが必要であるのに対して、SIR1及びSIR2はいずれもこの基準を満たさない。したがって、制御ノード100は、このままでは空間多重を実行することができないと判定し、通信期間長の短いSP2の通信期間長を延長する。ここでは、例えば、通信期間長の延長に伴って、SP2に係る信号の変調方式が16QAMからQPSKへと変更されるものとする。

0081

図16は、SP2の通信期間長を延長して、SP2に係る信号に要求される無線品質の水準を下げた場合の例を示す。このとき、SIR2は、QPSKに必要なSIRの水準である8.6dBを超える15dBであるため、SP2に係る信号は、空間多重後も所望のBERを達成することができると考えられる。一方で、SP1に係る信号は、依然として所望のBERを達成することができるSIRの水準(15.6dB)を満たさない。ここで、SP2に係る信号は、その無線品質が15dBであり、所望のBERを達成することができるSIRの水準(8.6dB)を大幅に超えている。したがって、SP2に係る信号は、送信電力をその水準を下回らない範囲で(最大6.4dBだけ)下げたとしても、所望のBERを達成することができるSIRの水準を満たすことができると考えられる。そして、SP2に係る信号の送信電力を下げると、SP1に係る信号に対する干渉電力が低下することとなり、結果としてSP1に係る信号の無線品質が向上する。ここで、図16の状態で、SP1に係る信号のSIR値は、16QAMに必要なSIRの値より0.6dBだけ足りていない。したがって、例えば、SP2に係る信号の送信電力を0.6dB以上下げることで、SP1に係る信号のSIR値が16QAMに必要なSIRの値に達すると考えられる。

0082

図17は、SP1に係る信号の無線品質を向上させるために、SP2に係る信号の送信電力を3dB下げた場合に観測される(と予測される)、SP2での信号の受信電力の値を示している。なお、ここでは、SP2に係る信号の送信電力を3dB低減したが、SP1及びSP2に係る信号に必要なSIRの条件を満たす範囲であれば、SP2に係る信号の送信電力の低減量は、自由に選択されてもよい。また、制御ノード100は、決定した送信電力の制御を行うために、各ノード101〜104に対して、ビーコン等の所定の信号を使用して送信電力の情報を通知する。

0083

図17では、SP2に係る信号の送信電力が3dB下げられた結果、ノードA101〜ノードC103における信号の受信電力は、それぞれ、−108dBm、−98dBm、−73dBmとなる。この結果、ノードB102における、SP1に係る信号の無線品質は、(−80dBm−(−98dBm))により、18dBとなる。同様に、ノードC103における、SP2に係る信号の無線品質は、(−73dBm−(−85dBm))により、12dBとなる。この様子を図18に示す。

0084

図18に示すように、SP2の通信期間長を延長して送信電力を下げることにより、SP1に係る信号が16QAMに要求されるSIRの水準を満たしながら、SP2に係る信号がQPSKに要求されるSIRの水準を満たすことが可能となる。なお、この場合でも、上述のようにSP2に係る信号の少なくとも一部を複製して要求されるSIRの水準を下げることにより、SP2に係る信号の送信電力を下げるための余地を発生させ、結果としてSP1に係る信号の無線品質を改善することができる。このように、本動作例では、空間多重時の使用されていないリソースを利用して、SP2に係る信号の通信期間長を伸ばして送信電力を制御することで、SP1及びSP2に係る信号が、共に空間多重時に必要な無線品質を確保するようにすることができる。この結果、空間多重を行うことができる確率を高めることができ、無線通信システム全体としての周波数利用効率を向上させることができる。

0085

なお、上述の実施形態では、空間多重において並行して通信を行う送信ノード及び受信ノードが、それぞれのSPに対して1つである場合について説明したがこれに限られない。すなわち、例えば、SP1とSP2とが、共に1つの送信ノードから送信されてもよいし、共に1つの受信ノードにおいて受信されてもよい。例えば、動画データと音声データとが共に第1のノードから第2のノードへと送信される場合、これらの動画データと音声データとを、それぞれ異なる通信経路を介して、空間的に分離して送信することができる。そして、この場合、一般的に、音声データの方が動画データよりもサイズが小さいため、それぞれが干渉しない場合の通信期間長の差が大きくなる傾向がある。したがって、これらの動画データと音声データとをそれぞれ送信する2つの通信リンクが互いに干渉する場合であっても、上述のような制御を行うことにより、空間的に分離して並行して通信できる可能性を高めることができる。

0086

<<その他の実施形態>>
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。

0087

制御ノード:100、ノード:101〜104、無線品質取得部405、空間多重判定部407、通信期間長決定部408、MCS決定部409

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