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
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。
【発明の詳細な説明】
【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に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 フォー 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の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、送信信号の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の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（“METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE 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。
【発明の開示】
【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の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、本発明の概念を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の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、陸上の乗物（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の擬似ランダム雑音(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の高チップレートと、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の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の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周波数に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、電力レベル情報を計算モジュール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、加法的白色ガウス雑音(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、全ての実施損失の総計である。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。
【表１】
【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】
【図１】ピコネットの例を示す概念図。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【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に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 フォー 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の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、送信信号の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の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（“METHOD AND APPARATUS FOR HIGH RATE 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。
【発明の開示】
【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の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、本発明の概念を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の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、陸上の乗物（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の擬似ランダム雑音(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の高チップレートと、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の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の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周波数に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、電力レベル情報を計算モジュール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、加法的白色ガウス雑音(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、全ての実施損失の総計である。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。
【表１】
【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】
【図１】ピコネットの例を示す概念図。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送信を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の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。
【請求項１】
無線送信を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の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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００８−５０２２１８（Ｐ２００８−５０２２１８Ａ）
【公表日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１５５７０（Ｐ２００７−５１５５７０）
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１９３７９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１９９３３
【国際公開日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５９５０２０６４３）クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１日（２００５．６．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１９３７９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１１９９３３
【国際公開日】平成１７年１２月１５日（２００５．１２．１５）
【出願人】（５９５０２０６４３）クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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