(57)【要約】要求されたデータレート及びサービス品質がＯＦＤＭ無線データ送信を使用して達成することができない場合に信号を送信するためのシステム。アプリケーションは、ＱｏＳ及びデータレートを再交渉するか、又は、要求されたレート及びＱｏＳが満たされるまで待つことにより進む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アプリケーション（３０１）により要求される性能レベルで通信を開始する方法であって、
ａ）前記要求された性能レベルを通信パラメータの組（４０５）にマッピングするステップと、
ｂ）前記通信パラメータが可能でない場合に、前記アプリケーション（３０１）に信号を送信するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記通信はワイヤレスである請求項１記載の方法。 
【請求項３】
前記通信が有線を介して生じる請求項１記載の方法。 
【請求項４】
前記性能レベルがデータレート（３０２）及びサービス品質（３０３）からなる請求項１記載の方法。 
【請求項５】
前記通信パラメータはサブチャネルの数を含む請求項１記載の方法。 
【請求項６】
前記通信パラメータは前記サブチャネル上のエネルギーレベルを含む請求項５記載の方法。 
【請求項７】
前記通信パラメータは送信の電力レベルを含む請求項１記載の方法。 
【請求項８】
前記通信パラメータが可能でない場合に、ステップ（ｂ）において信号を送信する前に、より低いサービス品質（４１５）を選択してステップ（ａ）を繰り返すステップをさらに含む請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記通信パラメータが可能でない場合、ステップ（ｃ）において信号を送信する前に、より低いデータレート（４０４）を選択してステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返すステップをさらに含む請求項４記載の方法。 
【請求項１０】
ステップ（ａ）におけるマッピングは、サブチャネルの数を最小化する請求項５記載の方法。 
【請求項１１】
アプリケーション（６０１）からの、あるデータレート及びサービス品質で送信するための要求に応じて、データを送信するための無線伝送システムであって、
ａ）前記要求されたデータレート及びサービス品質を満たすために必要なサブチャネルの数及びエネルギー閾値を決定する、サブチャネル／エネルギー・マッピング・モジュール（６０２）と、
ｂ）各々の利用可能なサブチャネル上の雑音のレベルを検出する、雑音検出モジュール（６０４）と、
ｃ）前記要求されたデータレート及びサービス品質が可能でない場合に、前記アプリケーション（６０１）に信号を送信する、シグナリング・モジュール（６０３）とを具備する無線伝送システム。
【請求項１２】
前記アプリケーションは、ボイス・オーバーＩＰクライアント、ストリーミング・マルチメディア・アプリケーション、インターネット・ウェブ・ブラウザ又はインスタント・メッセンジャー・クライアントである請求項１１記載のシステム。 
【請求項１３】
前記要求されたデータレート及びサービス品質が可能でない場合、前記シグナリング・モジュール（６０３）はさらに前記サブチャネル／エネルギー・マッピング・モジュール（６０２）に信号を送信する請求項１１記載のシステム。 
【請求項１４】
前記サブチャネル／エネルギー・マッピング・モジュール（６０２）は、要求されたデータレート及びサービス品質が可能でないとの前記シグナリング・モジュール（６０３）からの信号に対して、より高いエネルギー閾値を選択することにより応答する請求項１３記載のシステム。 
【請求項１５】
前記サブチャネル／エネルギー・マッピング・モジュール（６０２）は、さらに送信のための電力レベルを決定する請求項１１記載のシステム。 
【請求項１６】
前記要求されたデータレート及びサービス品質が可能でない場合、前記アプリケーションはユーザに通知する請求項１１記載のシステム。 
【請求項１７】
コンピュータによって実行される結果として無線通信の方法を実行することを前記コンピュータに指示する命令を定義する、コンピュータ可読信号が格納された、コンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
ａ）アプリケーション（３０１）からデータレート（３０２）及びサービス品質（３０３）の要求を受け取るステップと、
ｂ）前記要求されたデータレート及びサービス品質によるエネルギー閾値を下回る複数のサブチャネルを選択することを試みるステップ（４０５−４１４）と、
ｃ）前記要求されたデータレート及びサービス品質（４０３）を達成するための、エネルギー閾値を下回る十分なサブチャネルがない場合に、前記アプリケーションに信号を送信するステップとを含む、コンピュータ可読媒体。
【請求項１８】
前記方法は送信のための電力レベルを選ぶステップをさらに含む請求項１７記載のコンピュータ可読媒体。 
【請求項１９】
前記選択された電力レベルは、前記要求されたデータレート及びサービス品質で送信を成功させるための最小の可能な電力レベルである請求項１８記載のコンピュータ可読媒体。 
【請求項２０】
エネルギー閾値を下回る複数のサブチャネルの前記選択は、受信機からのフィードバックを使用して行われる請求項１７記載のコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には無線通信に関し、より詳細には、要求されたデータレート及びサービス品質が利用できないことを通信アプリケーションに通知するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数分割多重（ＦＤＭ）は、複数の信号を異なる周波数の搬送波上に変調する既知のプロセスである。ＦＤＭは、ラジオ放送及びテレビ放送で数十年間使用されている。ラジオ信号及びテレビ信号は異なる周波数で送受信され、各周波数は異なる「チャネル」に対応する。
【０００３】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）も、少なくとも１９６０年代後半以来、当該技術分野で既知である。ＯＦＤＭでは、単一の送信機は多くの異なる直交周波数で同時に送信を行う。直交周波数は、周波数間の相対的な位相関係に関して独立した周波数である。ＯＦＤＭでは、利用可能な帯域幅が複数の等帯域幅の「サブチャネル」にさらに分割される。ＯＦＤＭは、マルチパス・フェージングにおけるロバストな性能を有するため、無線通信に有利である。一般に、ＯＦＤＭベースのシステムは、信頼性の高い通信のために等価器を必要としない。ＯＦＤＭは、今日無線通信に使用されている多くの標準規格で用いられている。たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ無線ＬＡＮ標準規格及び８０２．１１ｇ無線ＬＡＮ標準規格の双方は、信号送信に関してＯＦＤＭの一実施態様に依拠している。次世代の８０２．１１ｎ無線ＬＡＮ標準規格、ＵＷＢ無線ＰＡＮ標準規格及びモバイルＷｉＭＡＸは、すべて、高速通信のためにＯＦＤＭ変調を使用している。ＯＦＤＭを説明している１つの初期の参考文献は、R. W. Chang著「Synthesis of band-limited orthogonal signals for multi-channel data transmission」（Bell System Technical Journal (46), 1775-1796 (1966)）である。
【０００４】
このように、ＯＦＤＭは、１つの高速データストリームを複数の低速データストリームに分割することによって機能し、これら複数の低速データストリームは、その後、並行して（すなわち、同時に）送信される。各低速ストリームはサブキャリアを変調するのに使用される。これによって、広い周波数帯域（すなわち、チャネル）を、各々が信号ストリームで変調された複数のより狭い周波数帯域（すなわち、サブチャネル）に分割することによって、「マルチキャリア」伝送がもたらされる。複数の信号ストリームをそれぞれ低レートで同時に送信することによって、送信の全体的なレートを減少させることなく、マルチパスフェージング又はレイリーフェージングを減衰又は除去することができる。
【０００５】
ＯＦＤＭはまた、有線を介して行われる様々な通信システムにおいて実施される。例えば、ＯＦＤＭは、ＩＴＵ  Ｇ．９９２．１標準規格に従う非対称デジタル加入者線（ＡＤＳＬ）接続において使用される。ＡＤＳＬの文脈において、ＯＦＤＭは時折、離散マルチトーン変調又はＤＭＴと呼ばれる。ＯＦＤＭはまた、電力線を介して送信すべき信号を変調するのにしばしば使用される。例えば、ホームプラグ電力線協会（HomePlug powerline alliance）は、家庭内での電力線を介した通信のための標準規格を確立した。ホームプラグ標準規格はＯＦＤＭ変調を使用する。
【０００６】
過去数年間にわたって、特定の伝送特性が効率的に機能することを要求するような多数のネットワークアプリケーションが一般に使用されるようになった。例えば、ＩＰ電話としても知られるボイス・オーバーＩＰ（VoIP）通信、インターネット電話、あるいはブロードバンド電話は、音声信号をインターネットパケット内で伝送可能なデジタル信号へと変換することにより、全体として又は部分的にインターネットを介して動作する電話のようなシステムである。ＶｏＩＰトラフィックは、最小限のデータ転送速度が通信用に使用可能であることを要求する。同様に、ネットワークを介した動画コンテンツの伝送（例えば、動画テレビ会議又はマルチメディアストリーミング）は、通常、一定の最小限の伝送特性が視認可能であることを要求する。
【０００７】
インターネットが初めて作られたときには、最小限の伝送特性を保証するためのシステムは存在しなかった。時を経て、最低限の性能もしくはスループット又は最大限の遅延等の保証された伝送特性を提供すべく、サービス品質（ＱｏＳ）のための標準規格が開発されてきた。ＱｏＳは、ローカルネットワーク内で、又はより広いエリアにわたって実施することができる。ＱｏＳについて論じた１つの参考文献はＩＥＥＥ８０２．１ｐ標準規格であり、これは、プロトコルスタック上でメディア・アクセス・コントロール（ＭＡＣ）フレーミング・レイヤにおいて実施される。
【非特許文献１】R. W. Chang著「Synthesis of band-limited orthogonal signals for multi-channel data transmission」（Bell System Technical Journal (46), 1775-1796 (1966)）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、要求された性能レベルが利用できない場合にアプリケーションに通知する方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の概要は、本発明の態様の説明のためのコンテキストを簡略化した形式で提供する。この概要は、特許請求の範囲を決定するのに使用されるようには意図されていない。本発明の態様は以下の詳細な説明でより十分に説明される。
【００１０】
本明細書では、アプリケーションにより要求されるデータレート及びサービス品質に基づいてＯＦＤＭ送信パラメータを選択し、要求されたデータレート及びサービス品質が可能でない場合に当該アプリケーションに信号を送信する（シグナリングを行う）システム及び方法が説明される。要求されるデータレート及びサービス品質が通信パラメータの組にマッピングされ、ＯＦＤＭサブチャネル上の雑音レベルが検出され、当該雑音条件を前提としてＯＦＤＭサブチャネル上で通信パラメータが達成できない場合、アプリケーションは信号を受信する。当該アプリケーションは、その後、要求されるデータレート及びサービス品質を再度ネゴシエートするか、そのような要求が当該チャネルによって提供できるようになるまで待機するかを決定することができる。
【００１１】
添付図面は、一律の縮尺で描かれるように意図されていない。図面において、さまざまな図に示されている同一又はほぼ同一の各構成要素は、同様の参照符号によって表される。明瞭にするために、全ての構成要素が全ての図面においてラベル付けされているとは限らない場合がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、無線通信のための新規な方法を対象とするものである。本発明によれば、アプリケーションは、データレート及びサービス品質を要求する。システムは、当該要求されるデータレート及びＱｏＳを達成するのに必要な、サブチャネルの数、サブチャネルの品質及びサブチャネル上の送信電力を決定する。選択されたパラメータが達成できないような伝送環境の場合、システムは、選択されたパラメータを修正するか、又は要求されたサービスが可能でない旨をスタックを介してアプリケーションに対して信号で伝えることができる。本発明は、ハードウェア若しくはソフトウェア、又はそれらの或る組み合わせで実施することができる。ソフトウェアの実施形態は、例えば、オペレーティングシステムにおいて、又はデバイスドライバにおいて可能である。実施形態は、システム、方法、及びコンピュータ可読媒体に記憶されている命令を含む。
【００１３】
コンピュータ可読媒体は、コンピュータがアクセスすることができる任意の利用可能な媒体とすることができる。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体には、コンピュータストレージ媒体と通信媒体とを含めることができる。コンピュータストレージ媒体には、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、又はそれ以外のデータ等の情報の記憶のための任意の方法又は技術で実施される揮発性及び不揮発性の着脱可能及び着脱不能な媒体が含まれる。コンピュータストレージ媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、又はそれ以外のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、又はそれ以外の光ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、又はそれ以外の磁気ストレージデバイス、それ以外のタイプの揮発性メモリ及び不揮発性メモリ、所望の情報を記憶するのに使用でき且つコンピュータがアクセスすることができるそれ以外の任意の媒体、及び上記のものの任意の適した組み合わせが含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
コンピュータ可読媒体に記憶されている命令を任意の適したコンピュータシステム資源にロードして、本明細書で説明する本発明の態様を実施することができるように、コンピュータ可読媒体は可搬性のものとすることができる。加えて、上述したコンピュータ可読媒体に記憶されている命令は、ホストコンピュータ上で実行されるアプリケーションプログラムの一部として具体化される命令に限定されるものではないことが理解されるべきである。それどころか、命令は、後述する本発明の態様を実施するようにプロセッサをプログラムするのに用いることができる任意のタイプのコンピュータコード（たとえば、ソフトウェア又はマイクロコード）として具体化することができる。
【００１５】
本発明は、その用途において、以下の説明で述べる又は図面に示す構成の詳細及び構成要素の配置に限定されるものではない。本発明は、他の実施形態が可能であると共に、さまざまな方法で実践又は実行することができる。また、本明細書で使用される表現及び専門用語は、説明のためであり、限定とみなされるべきではない。本明細書における「含む」、「備える」、又は「有する」、「包含する」、「伴う」、及びそれらの変形の使用は、その後にリストされた項目及びその項目の均等物、並びに追加項目を包摂するように意図されている。
【００１６】
本発明は、有線のＯＦＤＭ通信システム又は無線ＯＦＤＭ通信システムにおいて具体化することができる。
【００１７】
図１に示すように、ＯＦＤＭでは、利用可能なチャネル帯域幅Ｗは、複数の等帯域幅のサブチャネルにさらに分割される。各サブチャネルは、そのサブチャネルの周波数応答特性がほぼ理想的になるように十分狭くなっている。サブチャネルの個数は、利用可能な全帯域幅を各サブチャネルの帯域幅で除算したものである。サブチャネルの個数Ｋは、したがって、
【００１８】
【数１】
2009537097.tif 000003
【００１９】
として表すことができる。
【００２０】
各サブチャネルｋは関連付けられた搬送波を有する。この搬送波は、
【００２１】
【数２】
2009537097.tif 000004
【００２２】
として表すことができる。
【００２３】
ここで、ｘｋ（ｔ）は時間ｔの関数としてのサブチャネルｋの搬送波であり、ｆｋはサブチャネルｋの中心周波数であり、ｋは０〜Ｋ−１に及ぶ。ｘｋ（ｔ）の位相は、一般性を失うことなくゼロに設定される。
【００２４】
シンボルレート１／Ｔは、隣接するサブキャリアの間隔Δｆに等しくなるようにサブチャネルごとに設定される。サブキャリアは、したがって、サブキャリア間の相対的な位相関係とは無関係に、シンボル間隔Ｔにわたって直交することになる。この関係は、
【００２５】
【数３】
2009537097.tif 000005
【００２６】
として表すことができる。
【００２７】
ここで、（任意の）位相Φｋ及びΦｊの値とは無関係に、ｆｋ−ｆｊ＝ｎ／Ｔであり、ｎ＝１，２，…である。
【００２８】
ＯＦＤＭシステムでは、帯域幅Ｗ全体を用いると共にＯＦＤＭシステムと同じレートでデータを送信する単一キャリアシステムのシンボルレートと比較して、各サブチャネルのシンボルレートを低減することができる。したがって、ＯＦＤＭシステムにおけるシンボル間隔Ｔ（シンボルレートの逆数）は、
【００２９】
【数４】
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【００３０】
として表すことができる。ここで、Ｔｓは、帯域幅Ｗ全体を用いると共にＯＦＤＭシステムと同じレートでデータを送信する単一キャリアシステムのシンボル間隔である。たとえば、１つのチャネルの帯域幅全体にわたるシンボルレートが毎秒７２００万シンボルであり、且つ、そのチャネルが４８個のサブチャネルに分割される場合、各サブチャネルは、同じ全データレートを達成するのに毎秒１５０万シンボルしか搬送する必要がない。このより低いシンボルレートによって、シンボル間干渉が低減され、したがって、マルチパスフェージングの影響が軽減される。したがって、ＯＦＤＭは優れたリンク品質及び通信のロバスト性を提供する。
【００３１】
ＯＦＤＭシステムでは、送信機は、入力データを周波数領域で受信し、その入力データを時間領域信号に変換する。搬送波は無線送信又は有線を介した送信のために時間領域信号によって変調される。受信機はその信号を受信し、その波を復調し、さらなる処理のためにその信号を周波数領域に変換して戻す。
【００３２】
簡略化したＯＦＤＭシステムを図２に示す。図示した実施形態では、入力データストリーム２０１は、アプリケーションによってＯＦＤＭ送信機２００に提供される。標準的なＴＣＰ／ＩＰ通信スタックでは、このデータは物理層又はデータリンク層で受信することができる。しかしながら、本発明は、いずれの特定のデータソースにも、データを送信機に提供するためのいずれの特定のメカニズムにも限定されるものではなく、ハードウェア又はソフトウェアで実施することができ、ネットワークスタックのさまざまな層において実施することができる。入力データストリーム２０１は、シリアル−パラレルバッファ２０２によって受信される。シリアル−パラレルバッファ２０２は、シリアルデータストリームをいくつかのパラレルデータストリームに解体する。パラレルデータストリームの個数は、ＯＦＤＭブロードキャストに利用可能なサブチャネルの個数、すなわち、上記で使用したようなＫに等しい。
【００３３】
一実施形態では、シリアル−パラレルバッファ２０２は、入力データ２０１から受信される情報シーケンスをＢｆビットのフレームに分割する。各フレームのＢｆビットはＫ個のグループにパース（parse）される。ここで、ｉ番目のグループにはｂｉビットが割り当てられる。この関係は、
【００３４】
【数５】
2009537097.tif 000007
【００３５】
として表すことができる。
【００３６】
シリアル−パラレルバッファ２０２によって生成されたパラレルデータストリームのそれぞれは、次に、マルチキャリア変調器２０３へ送信される。マルチキャリア変調器２０３は、パラレルデータストリームのそれぞれで各ＯＦＤＭサブキャリアを変調する。マルチキャリア変調器２０３は、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）アルゴリズムを使用して時間領域信号を計算することによって効率的に実施することができる。ただし、周波数領域信号を時間領域信号に変換する任意のアルゴリズムを使用することができる。高速ＦＦＴアルゴリズムは数１０年にわたって研究対象となっており、ＯＦＤＭシステムの実施を容易にする、数多くの低複雑度の実施が存在している。
【００３７】
マルチキャリア変調器２０３は、任意の変調方式を使用して、入来するデータストリームのそれぞれを変調することができる。好ましい一実施形態では、信号は、位相シフトキーキング（ＰＳＫ）又は直交振幅変調（ＱＡＭ）で変調される。８０２．１１ａ、８０２．１１ｇ及び８０２．１１ｎを含む標準規格の無線ＬＡＮファミリにおいて使用されるような任意のＰＳＫ又はＱＡＭコンステレーションを使用することができる。たとえば、変調器は、１６−ＱＡＭ、６４−ＱＡＭ、１２８−ＱＡＭ、又は２５６−ＱＡＭを使用することができる。変調方式は、必要なデータレート、利用可能なサブチャネル、各サブチャネルの雑音、又はそれ以外のファクタに基づいて選択することができる。
【００３８】
このように、この例では、マルチキャリア変調器２０３はＫ個の独立したＱＡＭサブチャネルを生成する。ここで、各サブチャネルのシンボルレートは１／Ｔであり、各サブチャネルの信号は別個のＱＡＭコンステレーションを有する。この例によれば、ｉ番目のサブチャネルの信号点の個数は、
【００３９】
【数６】
2009537097.tif 000008
【００４０】
として表すことができる。
【００４１】
Ｋ個のサブチャネルのそれぞれにおける情報信号に対応する複素数値の信号点は、Ｘｋとして表すことができる。ここで、ｋ＝０，１，…，Ｋ−１である。これらのシンボルＸｋは、マルチキャリアＯＦＤＭ信号ｘ（ｔ）の離散フーリエ変換（ＤＦＴ）の値を表す。ここで、各サブキャリアの変調はＱＡＭである。ｘ（ｔ）は実数値の信号でなければならないため、そのＮ点離散フーリエ変換Ｘｋは対称性を満たさなければならない。したがって、システムは、
【００４２】
【数７】
2009537097.tif 000009
【００４３】
を定義することによって、Ｋ個の情報シンボルからＮ＝２Ｋ個のシンボルを作成する。
【００４４】
ここで、Ｘ０は２つの部分に分離され、それらの双方は実数である。シンボルの新しいシーケンスはＸｋとして表すことができる。ここで、ｋ＝０，１，…，Ｎ−１である。各サブチャネルｘｎのＮ点逆直接フーリエ変換は、したがって、
【００４５】
【数８】
2009537097.tif 000010
【００４６】
として表すことができる。
【００４７】
この式において、
【００４８】
【数９】
2009537097.tif 000011
【００４９】
は、スケールファクタである。０≦ｎ≦Ｎ−１であるシーケンスｘｎは、したがって、Ｋ個のサブキャリアから成るマルチキャリアＯＦＤＭ信号ｘ（ｔ）のサンプルに対応する。
【００５０】
ガードインターバルとして機能する周期的なプレフィックスが、２０４において、並列な（パラレルな）変調された波のそれぞれに追加される。このガードインターバルによって、たとえ、マルチパスフェージングによってサブキャリアが或る遅延広がりをもって受信機に到達しても、サブチャネルが引き続き直交した状態であることが保証される。周期的なプレフィックスを有する並列な（パラレルな）ストリームは、次に、２０４において、統合（マージ）されて単一のシリアルストリームに戻される。最後に、このデジタルデータストリームは、アナログ信号に変換され（２０５）、無線送信のために出力される。
【００５１】
送信された信号は、受信機２１０が受信することができ、元のデータストリームを復元するために処理される。まず、アナログ信号は、アナログ／デジタル変換器２１１によって変換されてデジタル信号に戻される。２１２において、周期的なプレフィックスが除去され、別個のサブキャリアは別個のストリームに変換されて戻される。各パラレルデータストリームは、好ましくは高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムで、マルチキャリア復調器２１３によって復調される。最後に、２１４において、パラレルストリームは、単一のシリアルストリームに再び組み立てられ、受信デバイス２１５へ出力される。
【００５２】
図３に示すように、一実施形態において、アプリケーション３０１はデータレート３０２及びサービス品質３０３を要求する。アプリケーション３０１は、例えばボイス・オーバーＩＰクライアント又はストリーミング動画アプリケーションを含む任意のネットワークアプリケーションとすることができる。アプリケーション３０１により要求されるデータレート３０２及びサービス品質３０３は、送信されるべきコンテンツの性質に依存し得る。例えば、高解像度の動画は、単なる音声又はテキストの通信よりも高いデータレートを必要とする。ボイス・オーバーＩＰは、待ち時間又は遅延が一定の最大量よりも少ないことを要求する。緊急のサービスに関連する通信は、非常に低いエラーレート及び高い送信優先度を要求することがあり得る。
【００５３】
要求されたデータレート３０２は、アプリケーション３０１にとって適切なデータレートである。例えば、高解像度の動画アプリケーションが２２Ｍｂｐｓのデータレートを要求することがある一方、テキストのみを送信するインスタントメッセンジャー・クライアントははるかに低いデータレートを必要とする。
【００５４】
同様に、サービス品質３０３は、アプリケーション３０１にとって適切なサービス品質である。サービス品質は、例えば、性能、スループット又は待ち時間に関連するパラメータを含む通信パラメータの任意の組とすることができる。ＩＥＥＥ８０２．１ｐ標準規格は、サービス品質パラメータの組の一例を提供する。ＩＥＥＥ８０２．１ｐ標準規格に従い、次のパラメータがサービス品質の提供にとって不可欠である。
・サービス利用可能性
・フレーム損失
・フレームミスオーダ（Frame missorder）
・フレーム複製
・フレームが経験する伝送遅延
・フレーム寿命
・検出されないフレームエラーレート
・サポートされる最大のサービスデータユニットのサイズ
・ユーザ優先度
・スループット
ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ標準規格のもとでは、要求されるＱｏＳは０と７との間の値に設定される。そのような値の各々は、遅延及びエラーの確率に対応する。他の実施形態において、帯域内プロトコルヘッダはＱｏＳを含む。例えば、差別化サービスコードポイント（Differentiated Services Code Point、DSCP）は、ＩＰｖ４プロトコルヘッダ内のサービスタイプフィールド（Type of Service (TOS) field）及びＩＰｖ６ヘッダ内のトラフィッククラスフィールドに格納される。ネットワークは、ＤＳＣＰのマークされたトラフィックが差別化されたサービスレベルを有することができるように構成することができる。他の実施形態において、ＱｏＳは帯域外状態変数に符号化されてもよい。本発明によれば、ＱｏＳを要求するために任意の方法を使用することができる。
【００５５】
図４は、特定のデータレート及びサービス品質に対するアプリケーションの要求に応答して、一実施形態においてとられるステップを説明する。図４の議論において、記載されるステップは送信機において実施される。送信機は、ネットワークカード、デバイスドライバ又はオペレーティングシステムのコンポーネントの一部とすることができる。本発明は、ハードウェアであろうとソフトウェアであろうと、送信機の如何なる特定の実施にも限定されない。
【００５６】
図４に説明される実施形態において、アプリケーション４０１はデータレートＲ及びサービス品質ｑを要求する。ネットワーク・インターフェース・カード（ＮＩＣ）又は無線標準規格は、最小の転送速度Ｒｍｉｎ、最大の転送速度Ｒｍａｘ又はその両者を有する。例えば、以下の最大速度は様々なＩＥＥＥ８０２．１１無線標準規格に適用される。
【００５７】
【表１】
2009537097.tif 000012
【００５８】
４０２において、Ｒｍｉｎ又はＲｍａｘがＮＩＣ又は無線標準規格に対して定義される場合、送信機は、要求されるデータレートＲがＲｍｉｎとＲｍａｘとの間であるか否かをチェックする。このテストは
【００５９】
【数１０】
2009537097.tif 000013
【００６０】
として数学的に表すことができる。
【００６１】
Ｒが許容できる値でなければ、送信機は、４０３において、要求されたサービスが可能でない旨をアプリケーションに信号で伝えるか、又は、４０４において、別のデータレートを選択することができる。４０４において選択されるデータレートは、ＲｍｉｎからＲｍａｘまでの許容範囲内で、要求されるデータレートに最も近いデータレートとしてもよい。
【００６２】
要求されるデータレートＲが許容できる値である場合、４０５において、送信機は、要求されたデータレートＲ及び要求されたＱｏＳを、ＯＦＤＭサブチャネルの数Ｋ及びこれらサブチャネルの各々についての最大エネルギーレベルＥに対してマッピングする。サブチャネルの数Ｋ及び最大エネルギーレベルＥは、要求されたデータレートＲ及びＱｏＳ  ｑを満たすのに十分なものでなければならない。オプションとして、送信機は、当該マッピングにおいて、Ｋ個のサブチャネルでの送信のための電力レベルＰを含むことができる。電力レベルＰを含めることは、例えば携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）又はノートパソコンのようにバッテリ容量による制限がある装置において本発明が実施される場合に有利である。
【００６３】
４０６において、送信機は、すべての利用可能なサブチャネル上のエネルギーレベル又は雑音レベルを検出する。図４の実施形態によれば、ＯＦＤＭシステムはＮ個のサブチャネルをもたらす。各サブチャネル上の検出されたエネルギーレベルは次のような組Ｄにより表すことができる。
【００６４】
【数１１】
2009537097.tif 000014
【００６５】
ここでＤ１は第１のサブチャネル上で検出されたエネルギーレベルであり、Ｄ２は第２のサブチャネル上で検出されたエネルギーレベルであり、すべてのＮ個のサブチャネルについて同様である。
【００６６】
４０７−４１４において、送信機は、組Ｄ内の各値を検査して、要求される最大の雑音レベルＥを下回る雑音レベルを有するサブチャネルを識別する。送信機は、４０７において、指標変数を組Ｄにおける第１の値に設定することによりこの処理を開始する。４０８において、組Ｄのうち選択された要素について、送信機は、当該選択された要素のエネルギーレベルを閾値Ｅと比較する。そのサブチャネルが十分に低い雑音をもつ場合、それは４０９において組Ｃに追加される。雑音が高すぎる場合、そのサブチャネルは４１２において考慮から除外される。４１０において、４０５において確立された要求Ｋを満たす十分な数のサブチャネルを組Ｃが有している場合、送信機は、４１１において、組Ｃ内の選択されたサブチャネル上で電力Ｐでの送信を開始することができる。送信機が基準を満たす十分な数のサブチャネルを識別できていない場合、４１３において、送信機は、次のサブチャネルへと進み、４０８−４１４のステップを繰り返して、十分な数のサブチャネルが識別されるまで、各サブチャネルをテストする。
【００６７】
代替的な実施形態において、送信機は、４０５において確立された要求を満たすのに十分な数のサブチャネルを識別するまで、サブチャネル上のエネルギーを個別に検出する。
【００６８】
４１４において、すべてのサブチャネルについて検出されたエネルギーレベルがテストされ、且つ、送信機が４０５において確立された基準Ｋ及びＥ（及びオプションとしてＰ）を満たす十分な数のサブチャネルを識別できていない場合、送信機は以下の行動のいずれをもとることができる。
・４１５において、送信機は、サービス品質について新たな値ｑｎｅｗを選択することができる。ｑｎｅｗはｑよりも小さな任意の値とすることができる。
・４０４において、送信機は、データレートについて新たな値ｒｎｅｗを選択することができる。ｒｎｅｗはｒよりも小さな任意の値とすることができる。
・送信機は、４１５においてより小さなＱｏＳであるｑｎｅｗを、４０４においてより小さなデータレートであるｒｎｅｗを、両方とも選択してもよい。
・４０３において、送信機は、要求されたＲ及びｑが現在のネットワーク環境において可能でない旨をアプリケーション４０１に信号で伝えることができる。
【００６９】
要求された伝送特性が利用可能でないことをアプリケーションに対してシグナリングする手段の一例は、マイクロソフト・ウィンドウズ（登録商標）のプロトコルスタックに実装されるジェネリックＱｏＳＡＰＩ（ＧＱｏＳ）であり、これはネットワークの状態に関してアプリケーションにフィードバックを提供する。
【００７０】
要求された伝送特性が利用できないとの通知に応答して、アプリケーション４０１は、幾つかの異なる方法で対応することができる。例えば、送信すべきコンテンツがストリーミング動画である場合、アプリケーション４０１はより低品質の動画又はより高圧縮された動画を送信すること、したがって送信用により低いデータレートを要求することを選択してもよい。送信すべきコンテンツがＶｏＩＰ通信であり最小限のＱｏＳを得ることができない場合、アプリケーション４０１は、接続を行う試みをキャンセルしてユーザに当該通信が可能でないことを通知してもよいし、又は、符号化された音声についてより高い圧縮レベルを選択して送信機から同一のＱｏＳでのより低いデータレートＲを要求することもできる。別の実施形態において、アプリケーション４０１は、高品質の接続が可能でないことをユーザに促すことができるが、アプリケーション４０１がより低品質で通信することを試みるべきか否かをユーザに尋ねてもよい。アプリケーションが異なる伝送特性で接続を生成することを試みる場合には、送信機は新たに要求される特性でステップ４０２−４１５を繰り返すことになる。
【００７１】
本発明の別の態様は、送信に割り当てられたＯＦＤＭサブチャネルの数を最小化することを試みることにより、ＶｏＩＰトラフィック等の時間的制約のある低データレートのストリームについてパケット組立遅延を最小化する可能性である。典型的な高データレートのＯＦＤＭシステムでは、ＯＦＤＭシンボルのサイズは、ＶｏＩＰパケットのサイズを超える。この問題を扱うための一般に実施される方法は、（１）送信機がほとんど空のＯＦＤＭシンボルを送ってもよいとすること、又は（２）送信機が、送信の前に、一杯になった（満たされた、full）ＯＦＤＭシンボルを送信するために十分な音声パケットを蓄積すること、である。（１）の場合にはスペクトル使用の全体的な効率が低減する一方、（２）の場合には、一杯になったシンボルを送信するために十分なパケットが蓄積するのを送信機が待つことによって増加する遅延により音声品質が損なわれる。
【００７２】
よりよくＶｏＩＰトラフィックを調整するために、４０５におけるマッピングは、使用されるべきサブチャネルの数Ｋを最小化することを試みることができる。この実施例では、ＶｏＩＰの特定の送信要件は高いスペクトル効率を犠牲にせずに満たされる。オペレーティング・システムのレベルにおいてこの実施例を実施することができ、オペレーティング・システムは、遅延要件と共にアプリケーションから導かれる、あるデータレートを要求することになる。４０５−４１４において生じるサブチャネルのマッピングは、当該要件とチャネル条件とを一致させるようにサブチャネルの数を選択する。
【００７３】
図５で示されるように、この実施例では、オペレーティング・システムは、少ない待ち時間を要求するが一杯になったＯＦＤＭシンボルを要求されたレートで送信することは要求しないネットワークトラフィックに適応するように伝送特性を最適化するために、アプリケーションからの要求に応じて、以下のステップを実行する：
・アプリケーション５０１は５０２においてＱｏＳ  ｑを要求し、当該ＱｏＳは５０３において（ＶｏＩＰトラフィックに関する）低遅延の送信及びデータレートＲを含んでいる。
【００７４】
・５０５において、オペレーティング・システム５０４は、データ・ストリーム用のデータレート及び最大のパケット化遅延に基づいて、シンボルのサイズ（バイト数）を計算する。
【００７５】
・５０６において、オペレーティング・システムは、チャネル条件を前提としてンボルの送信に必要なサブチャネルの数及び変調方式を計算する。
【００７６】
・オペレーティング・システムは、送信機５０７からのフィードバックに基づいて変調方式及びサブチャネルの数を連続的に調節する。
【００７７】
ＶｏＩＰは本発明のこの態様における説明のための例として使用されるが、特許請求の範囲に記載の発明のこの態様は、一杯になったＯＦＤＭシンボルより小さなネットワーク・パケットを要求されたレートで送信する任意のアプリケーションからの送信の要求に応じて適用することができる。 
【００７８】
本発明のさらに別の態様において、送信機は、成功した送信に基づいて受信機からフィードバックを受信する。このフィードバックは、例えば、確認（アクノリッジメント）パケットの形式とすることができる。確認パケットが複数の再送信の試みにもかかわらず送信機によって受信されない場合、送信機は、その変調方式を前提とするエネルギーレベルが不十分であると結論を下すことができる。要求されたＱｏＳを維持するために、送信機は、送信に使用されるサブチャネルの組Ｃにサブチャネルを動的に追加することができる。フィードバックが送信成功を示す場合における別の代替的な手法は、使用する変調方式を低下させる（lower）ことである。低位の（lower order）変調方式の選択によって、送信機はより多くのロバストな送信を達成することができる。同様に、長期間にわたって伝送誤りがないことは、サブチャネルの数を減らしたり、変調をより高位の（higher order）変調方式へと増加させるために使用されてもよい。
【００７９】
別の実施例では、サブチャネルの数Ｋは一定に保持されるが、送信機は、要求されたＱｏＳに基づいてエネルギーレベルを選択する。この実施例では、優先順位の高いデータストリームはよりロバストな方法で送信される。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ標準規格に従いＱｏＳ優先度７を要求するアプリケーションは、通常、ネットワーク制御トラフィックを送信するが、優先度６はＶｏＩＰトラフィックに使用される。ＩＥＥＥ８０２．１Ｑに従って、優先度６及び７の双方は、高度に信頼できる送信及び低遅延をそれぞれ要求する。送信機は、要求された優先度に応じてロバストな伝送特性を選択し、それにより、パケット誤り及びしたがって再送信の機会を低減させる。これらの特性はより低いデータレート又はより高い電力での送信を含み得る。
【００８０】
別の実施例では、帯域外チャネルは送信機−受信機対の間の通信に利用可能である。例えば、デュアルバンド無線アクセスポイントは、デュアルバンド・クライアントと通信することができる。この通信は８０２．１１ａ（５ＧＨｚ）帯域において生じ得る。送信機が、要求されたＱｏＳ及びデータレートを達成するために必要なエネルギー閾値を下回る十分な数のサブチャネルを識別することができない場合、送信機は２つの解決策のうちの１つを選択することができる。第１の解決策は、上述の好ましい実施例であり、要求された伝送特性が可能でない旨をアプリケーションに信号で伝え、その後、当該アプリケーションは、図４に示されるように要求されたパラメータを変更してもよい。第２の解決策は、デュアルバンド無線アクセスポイントにおける場合のように、信頼できる帯域外シグナリングの利用可能性に依存する。この実施例では、接続の送信機端において、アプリケーションは、最低位の変調方式で２．４ＧＨｚ帯を使用して、当該接続の受信機端のアプリケーションに信号を送ることができる。送信機から受信機へ送られた信号は、要求されたＱｏＳがネットワーク環境において可能ではないことを示す。この場合、受信機のアプリケーションは、より低いＱｏＳを提供することができてもよいし、また、受信機は送信機によって検出されたものよりよい信号対雑音比を有していてもよい。その後、受信機は、送信機によって検出されたエネルギーレベルにもかかわらず送信を開始するために送信機に信号を送信してもよい。
【００８１】
図６は、本発明の別の実施例を説明する。図６は、アプリケーション６０１、サブチャネル／エネルギー・マッピング・モジュール６０２、シグナリング・モジュール６０３及び雑音検出モジュール６０４を含むシステム６００を示す。アプリケーション６０１はデータレートとＱｏＳを要求する。サブチャネル／エネルギー・マッピング・モジュール６０２は、要求されたデータレート及びＱｏＳを、サブチャネルの数Ｋ及びエネルギー閾値Ｅにマッピングする。これとは独立して、雑音検出モジュール６０４は、利用可能なＯＦＤＭサブチャネル上のエネルギーレベルを検出する。シグナリング・モジュール６０３は、雑音レベルがエネルギー閾値Ｅ未満であってＫ個のサブチャネルの要求を満たすのに十分なサブチャネルが存在するかどうかを判断するために、雑音検出モジュール６０４及びサブチャネル／エネルギー・マッピング・モジュール６０２の出力を処理する。不十分なサブチャネルしか存在しないとシグナリング・モジュール６０３が判断する場合、シグナリング・モジュール６０３は、異なる条件を選択するためにサブチャネル／エネルギー・マッピング・モジュール６０２に信号を送ってもよいし、又は、要求された伝送特性が利用可能でない旨をアプリケーション６０１に信号で伝えてもよい。
【００８２】
別の実施例において、通信は有線を介して生じる。当該通信は、非対称デジタル加入者線（ＡＤＳＬ）システムを介して、電力線を介して、又はＯＦＤＭ変調を実行する他の有線通信システムを介して行われてもよい。
【００８３】
さらに別の実施例では、本発明は、ステップを行なうためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータ可読媒体に関する。当該ステップは、アプリケーションから要求されたデータレート及びサービス品質を受け取るステップと、要求された伝送特性を、最小の数のサブチャネル、エネルギー閾値及びオプションとして送信電力へとマッピングするステップと、要求されるエネルギー閾値未満のエネルギーをもつサブチャネルを識別するステップと、十分な数のサブチャネルを識別することができない場合にアプリケーションに信号を送信するステップとを含む。
【００８４】
本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明してきたが、さまざまな修正、変更、及び改良が当業者には容易に思い付くことが理解されるべきである。このような修正、変更、及び改良は、本開示の一部であるように意図され、本発明の精神及び範囲内にあるように意図されている。したがって、上記説明及び図面は例示にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】使用されるチャネル帯域幅の、等帯域のいくつかのサブチャネルへのさらなる分割を示すスペクトル図である。
【図２】マルチキャリアＯＦＤＭデジタル通信システムのブロック図である。
【図３】データレート及びサービス品質についてのアプリケーションによる選択を示す流れ図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す流れ図である。
【図５】本発明のいくつかの態様を示す流れ図である。
【図６】本発明のいくつかの態様を実施するシステムを示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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