(57)【要約】【課題】  802.11プロトコルで指向性アンテナの潜在力を十分に利用する新機構を提供することを目的とする。【解決手段】  受信機を有する無線局が開示され、複数の指向性アンテナのそれぞれにnetwork  allocation  vectorが関連付けられる。受信機は遠隔局からのフレームに対して同時に受信待機する。いずれかの受信機が遠隔局からのフレームを検出すると、受信機はその関連のNAVを開始する。局はアンテナを使用して送信可能な１つ以上の送信機を有する。アンテナを使用して信号を送信する間に、何らかの送信しないアンテナに関連する受信機は遠隔局からの信号に対して受信待機し続ける。局は、送信しないアンテナにより受信された送信アンテナからの何らかの信号を相殺する。相殺を実行するために、局は自己校正手順を実行する。隣接局を沈黙させることにより、又は送信される校正信号にヌルトーンを挿入することにより、局は自己校正を行うことができる。【選択図】  図１
2006295932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線局を動作させる方法であって、
第１の指向性アンテナに関連付けられた第１の受信機と第１のバックオフ・タイマとを関連付け、
第２の指向性アンテナに関連付けられた第２の受信機と第２のバックオフ・タイマとを関連付けることを有する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
遠隔無線局からの送信を監視するように前記第１の受信機を動作させる間に、遠隔無線局からの送信を監視するように前記第２の受信機を動作させ、
前記第１の受信機が遠隔局からの送信を検知したことに応じて、前記第１のバックオフ・タイマを起動し、
前記第２の受信機が遠隔局からの送信を検知したことに応じて、前記第２のバックオフ・タイマを起動することを更に有する方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の受信機が遠隔無線局からの送信を検知したことに応じて、前記第１の受信機と検知された遠隔無線局とを関連付けるデータを格納することを更に有する方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記第１の受信機が遠隔無線局からの送信を検知したことに応じて、検知された遠隔無線局から前記第１の受信機により受信された信号の品質を記述するデータを格納することを更に有する方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
遠隔無線局からの送信を検出するように前記第１の受信機を動作させる間に、前記第２のアンテナを使用して信号を送信することを更に有する方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
遠隔無線局が前記第１のアンテナから送信されたフレームに応答しない場合、前記第１のアンテナから第１の検索信号を送信し、前記第２のアンテナから第２の検索信号を送信することを更に有する方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の方法を実施する装置。
【請求項８】
請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実施させるプログラムを有するコンピュータ可読媒体。
【請求項９】
無線局を動作させる方法であって、
第１の受信機と第１の指向性アンテナとを関連付け、
第２の受信機と第２の指向性アンテナとを関連付け、
前記第２のアンテナからトレーニング信号を送信し、
前記第１の受信機で前記トレーニング信号を受信し、
前記第１の受信機で受信された前記トレーニング信号に基づいて、前記第１の受信機により出力された全ての信号から、前記第２のアンテナから前記第１の受信機で受信された信号に対応する相殺量を相殺するために必要な値のパラメータを計算することを有する方法。
【請求項１０】
無線局を動作させる方法であって、
第１の無線送信機から送信されたシンボルを受信し、
前記シンボルがヌルトーンを欠いているという決定に応じて、前記第１の無線送信機からの送信が前記第２の無線送信機からの送信と同時に生じたと決定することを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、米国特許商標庁に2005年4月8日に出願された米国仮特許出願第60/669,381号の優先権を主張し、それに関する。その内容が参照として取り込まれる。
【０００２】
本発明は無線ネットワーキングを対象とする。特に、本発明は指向性アンテナを使用した無線局を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、無線ネットワークは著しく人気が高まってきている。無線ネットワークの更なる開発の結果、限られた数のチャネル及び無免許のスペクトル使用と組み合わさって、送信間の干渉が重大な問題になっている。
【０００４】
指向性（又はセクタ化）アンテナの使用は、干渉を低減して、無線ネットワークの範囲及び容量を増加させる方法である。一般的に、ネットワーク容量は空間スペクトルの再利用の結果として増加し、送信範囲は指向性送信からの利得の増加により拡張する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
指向性アンテナはまた、802.11型無線ネットワークの性能を改善するために提案されてきている。しかし、元々の802.11プロトコルは指向性アンテナ用に設計されていない。全フレーム（RTS/CTS/DATA/ACKフレーム）が、全ての近くの無線局により受信される無指向性信号として送信されることを仮定している。指向性アンテナが使用される場合、拡大する隠れた局の問題（enhanced  hidden  station  problem）や受信障害の問題（deafness  problem）のような新しい問題が生じる。これらは衝突の可能性を増加させる。完全に802.11フレームワーク内で満足のいく対策は、まだ報告されていない。802.11プロトコルで指向性アンテナの潜在力を十分に利用する新機構が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の指向性アンテナを有する無線局を動作させる方法に関する。受信機は各アンテナに関連付けられ、同時に、各受信機は遠隔無線局からの信号に対して受信待機する。各受信機及びアンテナにバックオフ・タイマが関連付けられる。受信機のいずれかが遠隔局からの送信を受信した場合、局は受信機に関連するバックオフ・タイマを起動する。
【０００７】
受信機が遠隔局からの送信を受信した場合、ローカル局はまた、遠隔局から信号を受信するアンテナ又は受信機と遠隔局との間の関連を格納してもよい。その局はまた、受信した無線信号の品質を記述する情報を格納してもよい。この品質情報は、情報が格納されたときに設定されたタイマに基づいて更新されてもよい。
【０００８】
その局はまた、１つ以上の送信モジュールを有する。各モジュールは、複数の指向性アンテナのうちいずれかを使用して信号を送信してもよい。送信モジュールがアンテナのうち１つを使用して信号を送信する間に、その局は、送信に関与しない他のアンテナを使用して遠隔無線局からの信号に対して受信待機し続ける。他のアンテナが送信モジュールにより送信された信号を受信した場合、その局は、受信機で受信した信号全体から、送信モジュールにより送信された信号を相殺してもよい。何を相殺するかを決定するために、その局は、隣接局を沈黙させ、指向性アンテナのそれぞれから信号を送信することにより、自己校正（self-calibration）手順を実行してもよい。更に、自己校正は、隣接局を沈黙させずに行われてもよい。これを実現するために、その局は、校正信号にヌルトーン（null  tone）を挿入することにより衝突を検出してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、802.11プロトコルで指向性アンテナの潜在力を十分に利用する新機構を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に明らかになる前記及び他の形態及び利点は、添付図面を参照して以下に詳細に説明する構成及び動作の詳細に属する。添付図面において、同じ数字は全体を通じて同じ部分を示す。
【００１１】
本発明は、セクタ化MAC（“sectorized  S-MAC”）と呼ばれる新機構である。そのセクタ化MACは複数の指向性アンテナと複数の受信機とを使用し、局の周辺で360°のサービスエリアを提供する。その機構により、あるセクタで送信する局が他のセクタで受信することが可能になる。これは、遠隔局について常に全方向でチャネルを継続して監視することにより、隠れた局の問題（hidden  station  problem）と受信障害の問題（deafness  problem）とに対処する。S-MACプロトコルは、アドホックモードとインフラストラクチャモードとの双方を支持し、無指向性アンテナを使用した局と容易に相互運用することができる。実際に、S-MACのセクタ化動作は通常の無指向性の局にトランスペアレントである。通常の局は、全ての局が無指向性であり標準的な802.11MACで動作していると信じて動作することができる。
【００１２】
S-MAC局のサービスエリアは、各セクタに対応する指向性アンテナi1〜iMを用いて、Mのアンテナに分割される。アンテナのサイドローブ及びバックローブのため、セクタが重複してもよい。局はMの受信モジュール（“Rx”）と１つ以上の送信モジュール（“Tx”）とを備えている。図１は、S-MAC局100のアーキテクチャの実施例を示している。図１に示す実施例は、２つのアンテナ8及び10と、２つの受信モジュール2及び4と、アンテナ8又はアンテナ10を使用して送信可能な１つの送信モジュール6とを有する。各Rxは対応するアンテナiに接続し、これにより、セクタiのみから信号を受信する。Txモジュール6は、アンテナのいずれか１つに切り替えて、対応するセクタで信号を送信することができる。本発明は、スタンドアローン型無線ゲートウェイ又はルータ、無線機能を提供するプラグインカードを有するコンピュータ、統合型無線ハードウェアを備えたラップトップ、統合型無線ハードウェアを有する装置（冷蔵庫等）、携帯電話等のように、如何なる形式の無線局でも使用されることを目的とする。部分12は、処理機能、メモリ等のように、無線局により使用される他の要素を示す。
【００１３】
容量を更に高めるために、S-MACで複数の送信機が使用されてもよい。図２は、アンテナ8及び10に関連する別々の送信機6及び14を有するS-MAC局200の実施例を示している。更に、送信機が同じアンテナで同時に送信しないという制約で、複数の送信機はアンテナのいずれかに独立して切り替えられてもよい。
【００１４】
S-MAC局のTx及びRxモジュールは単一のMACモジュールに接続されており、物理レイヤ（“PHY”）でMのRxモジュールが論理的に分かれてもよい。アンテナは、固定の幅広い指向性アンテナでもよく、電気制御のアンテナアレイでもよい。後者の場合、動的なビーム形成又は到達角度の推定を行う必要はない。
【００１５】
図３は、S-MACノードとノードAと複数の他の無線ノード（ノードB-E）とを有する無線ネットワーク300を示している。ノードB-Eは如何なる種類の無線ノードでもよい。この例では、ノードAは３つの指向性アンテナを有しており、それぞれ受信機Rx1とRx2とRx3とに関連付けられている（図示せず）。これは、３つのセクタ（セクタ1、セクタ2及びセクタ3）を作る。この例では、受信機Rx1はノードBから信号を受信する。受信機Rx2はノードC及びEから信号を受信し、受信機Rx3はノードD及びEから信号を受信する。ノードEからの信号はRx2及びRx3の双方で受信可能であるため、ノードEは２つのセクタに存在するかのように取り扱われる点に留意すべきである。
【００１６】
図４は、遠隔ノードからの信号に対して同時に受信待機するように複数のRxモジュールを動作させるプロセスを示している。動作18に示すように、S-MAC局に関連するTxモジュールが送信していないとき、全てのRxモジュールは各アンテナから受信待機する。S-MAC局は全方向で遠隔局からの入力フレームに対して常に受信待機するため、そのように送信する範囲内の全ての遠隔局を認識している。何のアンテナがフレームを受信するかを検査することで、これらの隣接局が何のセクタに存在するかについても認識する。
【００１７】
この機能を実現するために、S-MAC局は、標準的なdistributed  coordination  function（“DCF”）に類似した手順で、network  allocation  vector（“NAV”）として知られるバックオフ・タイマを維持及び更新する。Mのセクタ及びNの送信機に関連するNAVテーブルは以下の構造を有する。
SNAV=[NAVTx1,...,NAVTxN,NAV1,NAV2,...,NAVM]
但し、NAVTx1〜NAVTxNはNのTxモジュールの割り当て（稼働時間）を示し、NAViはセクタiのチャネルの割り当てを示す。対応するTxモジュールがいずれかのセクタの送信に関与するときに、NAVTx1〜NAVTxNのうちいずれか１つが設定される。その長さは、送信の継続期間（RTS/CTS/DATA/ACKの４方向ハンドシェイク又はDATA/ACKの２方向ハンドシェイクの時間）と等しくてもよい。NAViはセクタiで行われる何らかの送信についての標準的なDCF手順に続いて設定される。送信がS-MAC局自体を含んでいたとしても、送信がその他の２つのノード間であり、そのうちの少なくとも１つがセクタiにあったとしても（その送信はS-MACノードのアンテナiにより受信される）、その長さは、送信の継続期間（RTS/CTS/DATA/ACKの４方向ハンドシェイク又はDATA/ACKの２方向ハンドシェイクの時間）と等しくてもよい。例えば、動作22-22’’で示すように、S-MAC局の何らかのRxが他の局の対の間で送信されたRTS、CTS又はDATAフレームを受信すると、局は動作22-22’’でそれに従って適切なNAViを設定する。S-MAC局が１つより多くのその受信機と同じRTS又はCTSを受信し得ることも考えられる。この場合、これらのセクタで全てのNAVが設定される。送信の発信元局又は宛先局がS-MACを使用するか否かを、局が見分ける必要がない点に留意すべきである。方向及びビーム幅情報がテーブルに不在である点に留意すべきである。これは、各アンテナの方向及びビーム幅が固定であるため、プロトコルがそのような情報を認識できないからである。異なるアンテナのサービスエリア間の重複を明らかにするために、プロトコルは以下に説明する位置／リンク品質テーブルを使用することができる。S-MACノードは、他のノードに対して送信を開始することができるか否か、又は他のノードからの送信要求に肯定的に応答する（CTSパケットで応答する）ことができるか否かを決定するために、そのSNAVを使用する。
【００１８】
仮想キャリア検知の他に、S-MAC局は物理キャリア検知（clear  channel  assessment）を実行する必要がある。物理キャリア検知は802.11標準に従って行われてもよい。S-MACでは、物理キャリア検知は各Rxモジュールでセクタ毎に行われる。対応するRxにより物理媒体がクリアであると検知された場合にのみ、S-MAC局は所定のセクタでRTSフレームを送信することができ、RTSフレームに応答することができる。
【００１９】
図５に示すように、（NAViを検査して）セクタiのチャネルが物理及び仮想キャリア検知で空いており、少なくとも１つのTxモジュールk（NAVTxk）が空いていることをS-MAC局が決定した後に32、アンテナiを通じてRTSを送信することにより、セクタiの他の局への送信を開始してもよい34。動作36及び38において、それに従ってNAVTxk及びNAViを設定する。RxiでうまくCTSフレームを受信した場合、アンテナiを通じてDATA/ACKの交換が続く。CTSが受信されない場合、NAVTxk及びNAViをリセットする。NAVi及び少なくとも１つのTxモジュールk（NAVTxk）が空いていることを検査した後に、S-MAC局がアンテナiを通じて自分宛のRTSフレームを受信した場合、CTSパケットで応答してもよい。RTSパケットで広告された継続期間を用いてNAVi及びNAVTxkを適切に設定する。
【００２０】
S-MAC局が複数のアンテナを通じてその宛先に送信することができる場合、S-MAC局はこれらの全てのセクタのNAVを設定する。簡単に説明するように、他の送信によりブロックされていない（NAVが設定されていない）セクタの中で、S-MAC局は最高のリンク品質を備えたセクタを選択する。決定を行うと、S-MAC局は４方向ハンドシェイクの全てでそのアンテナを使用する。例えば、S-MACノードがアンテナi又はj（ユーザの位置登録により示される）を通じて到達可能な他のノードに送信を開始しようとする場合、NAVi又はNAVjが設定されていないか否かを検査する必要がある。Tx（例えばTxk）が利用可能である場合には、ブロックされていないこれらのセクタの中で、宛先への最高のリンク品質を備えたセクタ（例えばセクタi）を選択し、アンテナiを通じてRTSパケットを送信する。また、NAVi及びNAVTxkを適切に設定する。アンテナi及びjを通じて他のノードから自分宛のRTSパケットを受信した場合、まず、NAVi、NAVj及びNAVTx1〜NAVTxNを検査する。NAVi及びNAVjが設定されておらず、送信機のNAVのうち少なくとも１つが設定されていない場合（例えばNAVTxk）、RTSパケットの継続期間に対応してNAViとNAVjとNAVTxkとを設定し、CTSパケットで応答する。NAVi又はNAVjが占有されている場合、又は利用可能なTxが存在しない場合（NAVTx1〜NAVTxNが全て設定されている場合）、RTSパケットに応答しない。
【００２１】
図６に示すように、S-MAC局は、それぞれ関連する隣接局の位置（セクタ）とそのリンク品質とを把握し続ける。アドホックネットワークの１ホップの隣接局又はインフラストラクチャモードの関連局を含む隣接局A毎に、S-MAC局は位置／リンク品質ベクトルを維持する。
LA={(i,qiA),(j,qjA),...}
但し、対(i,qiA)は、局Aが（信号強度又は信号対雑音比（“SNR：signal-to-noise  ratio”）により測定された）許容範囲のリンク品質qiAでアンテナiを通じて到達可能であることを意味する。S-MAC局がAからフレームを受信する毎に、動作40及び40’で全アンテナからの受信品質を推定して比較し、動作44でLAを更新する。
【００２２】
複数のセクタで位置情報を維持することは、柔軟性を増加させる。例えば、Aが１つより多くのアンテナを通じて到達可能であり、送信時点でLAの第１のセクタがSNAVでブロックされた場合、S-MAC局はその他のブロックされていないセクタを通じてAと通信することができる。このことは、局Aへの不要なブロックを行う機会を低減する。このダイバーシチは、異なるアンテナ間でサービスエリアを重複することで実現される。サイドローブのようなアンテナパターンにより、これらの重複エリアがしばしば存在する点に留意すべきである。S-MACはビームパターンの詳細情報なしにこれらの重複に対処することができる。
【００２３】
４方向ハンドシェイクがS-MAC局に対して他の局で開始され、RTSフレームがS-MAC局のRxiで受信されたことを仮定する。まず、NAVi及びNAVTxが検査される。その双方（及び物理キャリア検知）が空いている場合、CTSフレームはアンテナiを通じてTxにより送信され、NAVi及びNAVTxはRTSの送信継続期間フィールドを用いて更新される。RTS又はCTSを受信する他の局（無指向性又はS-MAC）は、そのNAVを更新し、このチャネル予約を順守する。チャネルをセキュアにすると、ハンドシェイクを開始した局はDATAフレームを送信し始め、S-MAC局はRxiで受信する。DATAフレームをうまく受信した後に、S-MAC局はセクタiを通じてそのACKを送信する。他方、S-MAC局がNAVi又はNAVTxがビジーであることを検出すると、RTSに応答せずに、そのSNAVは変更されないままになる。この場合、RTS送信する局はバックオフを行う。
【００２４】
１つより多くのRxモジュール（例えばRxi及びRxj）によりRTSがうまく受信され、これらの全てセクタでチャネルが利用可能である場合、Rxiで（RTSフレームのSNRにより測定された）最高の受信品質を検出した場合には、S-MAC局はセクタiでCTSを送信する。このことは、他の局がセクタi及びjの重複エリアに存在する場合に生じる。セクタiでCTSが送信されると、NAVi、NAVj及びNAVTxが全て更新される。S-MAC局は異なるセクタで異なる隣接局から１つより多くのRTSフレームを受信することも考えられる。これらのセクタのチャネル可用性と、リンク品質及びユーザ優先度のような要素とに基づいて、競合するものから選択することができる。対応するアンテナを通じて選択された対象にCTSパケットを送信し、残りを無視する。
【００２５】
ユーザ移動性に対処するために、S-MAC局は局STAAのLAとタイマTAとを関連付け、LAをソフト状態にする。タイマの継続期間は、局の監視された移動履歴に依存し、局毎に変化する。図６の動作44に示すように、フレームがSTAAから受信される毎に、TAがリセットされてLAが更新される。
【００２６】
例えば、アクセスポイント（“AP：access  point”）として機能する局について、TAが経過した後にAPがSTAAに送信を開始する必要がある場合、APはまずLAに記載のセクタでSTAAにコンタクトしようとする。APは、連続検索法（LAの第１のセクタから始まり、STAが第１のセクタにないことが決定された後にLAの次のセクタに進む）を使用して検索を行ってもよい。例えば、APは更なるバックオフ間隔を用いて８の未応答のRTSフレームを送信した後に進んでもよい。
【００２７】
その他の方法は、LAに記載の全セクタで並行して検索を行うことが挙げられる。単一の送信機Txが使用される場合、APは全セクタでRTSフレームを多重化することができる。多重化することにより、これらの全セクタでできるだけ迅速に検索を行おうとする。所定のセクタでは、RTSフレーム間のバックオフ間隔及び再送信制限は802.11仕様に従う必要がある。多重化検索アルゴリズムでは、局が検索されるセクタのうち１つである場合、連続検索アルゴリズムよりかなり迅速に小さいオーバーヘッドで見つけられる可能性がある。STAがこれらのセクタに存在しない場合、このことは同じオーバーヘッドでかなり迅速に検出され得る。STAAがLAに記載のセクタで検出されない場合、APは残りのセクタで網羅的な検索を開始する。STAAがどこにも到達不可能である場合、APはSTAAがそのサービスエリアを離れた又は電源オフになったと決定する。次に、APはSTAAの関連付けを終了する。
【００２８】
局は１つのAPのサービスエリアからから他のAPに移動する可能性があるため、又はAPの１つのセクタから同じAPの他のセクタに移動する可能性があるため、WLANネットワークでの完全なローミング対策はMACレイヤとネットワークレイヤとの双方を含む点に留意すべきである。最初の場合（AP間ハンドオフ）、２つのAPは、認証やコンテキスト転送やモバイルIP（又は他のネットワークレイヤの移動管理プロトコル）ハンドオフのようなタスクについて、ネットワークレイヤパケットのような更なる情報を交換する必要がある。２番目の場合（セクタ間ハンドオフ）、S-MACのAPは、位置／リンク品質ベクトルのみを更新することにより、MACレイヤで１つのセクタから他のセクタに局を切り替えるだけでよく、ネットワークレイヤにトランスペアレントになる。
【００２９】
S-MAC局100は、異なるセクタでの送信に関与する間に、他のセクタのチャネルを監視し続けることができる。例えば、Txがセクタ（例えばセクタ1）で送信している場合、Tx及びRx1は時分割二重モードで動作し続け、残りのM-1のRxモジュールはそのセクタで受信待機し続ける。サイドローブのようなアンテナパターンのため、残りのRxモジュールはTxにより送信された信号を受信することがある。従って、これらの残りの局はTxにより生じる干渉を相殺する必要がある可能性がある。複数の送信機を有する実施例では、各Rxにおいて、複数の同時送信からの干渉が相殺される必要がある。図７は、アンテナ1〜Mを備えた局でのこのプロセスを示している。セクタがクリアであることを局が決定すると50、局はそのセクタに対応するアンテナを使用して信号を送信する52。しかし、受信モジュールRx2〜RxMがセクタ1で送信された信号を受信する可能性があるため、動作54〜56において、局は、Rx2〜RxMで受信した何らかの信号から、Txから送信された信号に対応する成分を相殺する。
【００３０】
自己干渉相殺はPHYレイヤで行われ得る。S-MACでは、Txが他のセクタjで送信している間に、Rxiは正確に受信し続ける。RxiがTxにより生じた干渉を相殺する場合に、このことが実現される。Rxi及びTxモジュールは同じPHYレイヤの部分であり、同じMACモジュールにより制御されるため、Rxiは送信シンボルを認識する。従って、Tx信号を相殺するために、Rxiはアンテナiとjとの間のチャネル利得Gijを推定しさえすればよい。802.11a又はgのような直交周波数分割多重（“OFDM：orthogonal  frequency  division  multiplexing”）型機構では、異なるセクタ間のチャネル利得を考えて高速フーリエ変換（“FFT：fast  Fourier  transform”）を適用した後に、Tx信号の相殺が容易に行われ得る。チャネル推定は既に全ての802.11（a/b/g）のPHYレイヤで必要になっている点に留意すべきである。各フレームは、受信機によるチャネル推定に使用されるPLCPプリアンブル（SYNCシーケンス）で始まる。同様のSYNCシーケンスがここで用いられる。１つのアンテナから他のアンテナへのチャネル推定は、送信機と受信機との双方が同じ局に属するため、自己校正（self-calibration）と呼ばれる。
【００３１】
チャネルを適切に推定するために、S-MAC局は、その自己校正信号が他の信号により破損されていないことを確保する必要がある。以下に２つの機構を説明する。その双方が干渉のない自己校正を確保する。一方はMACレイヤで動作し、全ての種類のPHYに当てはまる。他方はPHYレイヤで動作し、802.11a/gのようなOFDM型PHYレイヤに当てはまる。
【００３２】
図８は、MAC支援の自己校正を示している。S-MAC局100は、自己校正を始める前に、通常のキャリア検知／バックオフ手順に従う。まず、各セクタで定期的にRTSフレームを送信し、その隣接局を沈黙させる60。次に、アンテナの対の間のチャネル推定のために、全セクタで定期的にトレーニングシンボル（SYNC）を送信する62。RTSがMのセクタで１つずつ送信されると、RTSフレームの広告継続期間フィールドが次第に減少することがあるが、継続期間は、SYNCシンボルが全てのMのセクタで送信されるまで、このセクタの局がバックオフするのに十分である必要がある。定期的なRTSフレームが送信された後に、SYNCシンボルが定期的に送信される。それがセクタiで送信される間に、信号を受信する他のセクタの各Rxj（j≠i）は64-64’’、チャネル利得Gij又は相殺に必要な他のパラメータを推定することができる66-66’’。チャネルの対称性Gij=Gjiを考慮すると、Gij及びGjiを平均化して推定誤差を低減するように選択してもよく、また、セクタの半分のみでSYNCを送信してオーバーヘッドを低減するように選択してもよい。この手順がどのくらいの頻度で起動されるかは、電波の伝搬状態のダイナミクスに依存する。チャネル予約がMACレイヤで行われるため、全てのPHYレイヤに適用可能である。
【００３３】
その他の機構は、OFDM用の符号化パイロットトーン支援の自己校正（coded  pilot  tone  assisted  self-calibration）と呼ばれ、図９に図示されている。OFDMは信号伝達用に802.11a及びgで使用されている。符号化パイロットトーン支援の自己校正機構では、媒体は最初にMACレイヤで確保されない。従って、自己校正は他の送信からの干渉を受けやすく、局は自己校正手順の間に衝突を検出する可能性がある。
【００３４】
PHYレイヤで衝突を検出するために、符号化パイロットトーン（ヌルトーン）がトレーニングシンボルに追加される70。衝突検出のこの方法の鍵は、バイナリのランダムシーケンスXを生成し、このシーケンスを使用して、シーケンスの0に対応する位置でトレーニングシンボルにヌルトーンを挿入するという点にある。例えば、802.11aシステムでは、チャネル推定及び衝突検出のために、52の長さのシーケンスが生成され、52のサブキャリア（DCトーンを除く）にマッピングされる。一例として、次のように仮定する。
X{-26,26}={x-26,...,x-1,0,x1,...,x26}  但し、xi=0又は1
シーケンスの各0はヌルパイロット（信号が送信されない）ことを表し、シーケンスの各1はパイロットトーンにマッピングされ、BPSKシンボルで変調される。パイロットトーンの変調は、802.11aではPLCPプリアンブル（SYNC）のロング・トレーニングシンボルに従う。
L{-26,26}={l-26,...,l-1,0,l1,...,l26}  但し、li∈{1,-1}
且つ
L’{-26,26}={l’-26,...,l’-1,0,l’1,...,l’26}  但し、l’i=xi*li  (-26≦i≦26)
換言すると、802.11aのSYNCのロングOFDMトレーニングシンボルL{-26,26}は、位置がランダムシーケンスの0により決定されるヌルトーンにより、周波数ドメインでパンクチャリングされる。符号化SYNCワードL’{-26,26}は、チャネル推定と衝突検出との双方に使用される。より良い推定のため、SYNCシーケンスに更なるロング・トレーニングシンボルが追加されてもよい。
【００３５】
標準的なチャネル検知及びバックオフに続いて、符号化SYNCはアンテナiを通じて送信される72。シンボルを受信した他のセクタの各受信機Rx（j≠i）は74-74’、ヌルトーンを使用して潜在的な衝突を検出し76-76’、パイロットトーンを使用してチャネル利得Gijを推定する。ヌルトーンで実質的なエネルギーがRxjにより検知されると、衝突が検出され82-82’、アンテナiとjとの間のチャネル推定が無効になる。衝突検出のときに、チャネルが後に利用可能であることをAPが決定した後に、自己校正手順が繰り返されてもよい84-84’。衝突が検出されない場合78-78’、アンテナiとjとの間のチャネル推定は、パイロットトーンの間で補間することにより得られる80-80’。この機構により、clear  channel  assessment（CCA）がチャネル推定と同時にヌルトーンで実行されることが可能になる。
【００３６】
ランダムに配置されたヌルトーンを使用することにより、他のS-MAC局により送信された自己校正信号との衝突及び通常のフレームとの衝突を検出することが容易になる。局はその（疑似）ランダムシーケンスを生成するシードとして、そのMACアドレスと現タイムスタンプとを使用することができる。これは、２つの局が同時に同じシーケンスを選択する確率を低減する。シーケンスに0が多すぎる場合、又は多すぎる0が隣接している場合、シーケンスは破棄されて新しいシーケンスが生成されるべきである。
【００３７】
MAC制御の自己校正機構と同様に、チャネルの対称性を利用し、セクタの半分のみでSYNCフレームを送信することができる。M（又はM÷2）のSYNCワードは連続的に送信されてもよく、別々に送信されてもよい。SYNCが送信されるときに、受信機のいくつかのみで衝突が起こることも考えられる。この場合、自己校正プロセスは、衝突を受ける部分のみを埋めるように繰り返される必要がある。MACのオーバーヘッドがないため、チャネル使用量はMAC制御の機構よりかなり小さくなる。802.11aでは、SYNCを送信するために必要な時間は、16usに過ぎない。従って、衝突のために必要になることがある繰り返しの試行を検討した後であっても、全体のオーバーヘッドが非常に軽くなる。自己校正がどのくらいの頻度で必要になるかは、どのくらいの頻度で環境（近くの反射物等）が変化するかに依存する。自己校正が比較的高レートで実行されたとしても、オーバーヘッドは非常に小さい。
【００３８】
アンテナ間に大きいカップリングが存在する場合、TxはRxに強い干渉を示す。このことは、受信機が大きいダイナミックレンジを有することを必要とする。このため、小さい相互相関を備えたアンテナ構成が好ましい。Rxのダイナミックレンジ（DR）は、Txの最大送信出力（“MaxTxPwr”）と、異なるアンテナ間のクロストーク（“CxTlk”）と、必要な最小受信感度（“MinRxPwr”）と、OFDM信号のピーク対平均値比（“PAR”）とにより決定される。
DR=MaxTxPwr-CxTlk-MinRxPwr+PAR
例えば、MinRxPwr=-82dBm、PAR=10dBの802.11a信号について検討する。MaxTxPwr=15dBm且つCxTlk=23dBである場合、DR=84dBであり、14ビットで表すことができる。65Mspsで14ビットのADCはこの用途に十分であり、既製品として購入可能である。3セクタの場合の指向性送信からの利得について検討すると、更なる4.7dBの利得が無指向性アンテナで実現可能である。これは無指向性設定で19.7dBmに等しい。伝搬損失が距離の４乗に比例する一般的な屋外環境では、これは無指向性アンテナを備えた通常の局より73%大きいエリアをカバーする。このことは、大きい容量と大きいサービスエリアとの双方が重要になるインフラストラクチャモードのアクセスポイントにとって特に魅力的である。
【００３９】
S-MAC局は全方向の入力フレームに対して常に受信待機するため、そのように送信する範囲内の全ての局を認識する。このことは無指向性アンテナを備えた通常の局と同じである。何のアンテナがフレームを受信するかを検査することにより、何のセクタにそれらの隣接局があるかについても分かる。しかし、S-MAC局は、無指向性の局が送信するもの（インフラストラクチャモードでAPにより送信されるビーコン信号、又はアドホックモードで送信されるHelloフレーム等）と同じ形式の隣接発見フレームを送信してもよい。このような実施例では、S-MAC局は発見フレームを各セクタで１回送信し、全方向のその隣接局に自分を知らせてもよい。この特別のオーバーヘッド（M回隣接発見フレームを送信する）により、無指向性の局のみを有するネットワークと比較して隣接発見プロセスが少しだけ重くなる。
【００４０】
図１０は、２つの送信モジュールTx1及びTx2と、３つの受信機Rx1、Rx2、Rx3とを使用する本発明の他の実施例を示している。この図は、送信モジュールと受信モジュールとS-MAC局を構成し得る他の様々な構成要素とを構成する１つの考えられる方法を示している。
【００４１】
システムはまた、磁気及び光ディスク、RAM、ROM等のような固定記憶装置又はリムーバブル記憶装置を有し、その固定記憶装置又はリムーバブル記憶装置に本発明のプロセス及びデータ構造が格納及び分配され得る。プロセスはまた、例えばインターネットのようなネットワークでのダウンロードを介して配信されてもよい。
【００４２】
S-MACプロトコルは、無線で送信されるMACメッセージフォーマットを変更しない。このことにより、S-MACノードが無指向性アンテナと標準802.11MACプロトコルとを使用するノードと完全に相互運用可能になる。このように、無指向性アンテナと指向性アンテナとの混合を使用してノードのネットワークを動作させることが可能になり、非互換性を生じることなく容量を拡大するために、S-MACノードが既に展開されているネットワークに次第に導入されることが可能になる。
【００４３】
本発明の多数の特徴及び利点はこの詳細な説明から明らかになり、従って、特許請求の範囲により、本発明の真の要旨及び範囲内にある本発明のこのような特徴及び利点の全てをカバーすることを意図する。更に、多数の変更及び変形が当業者に容易に思いつくため、図示及び記載の正確な構成及び動作に本発明を限定することは望ましくない。従って、全ての適切な変更及び均等が本発明の範囲内にあることが求められ得る。更に、この出願は、文献“Enhancing  802.11  Wireless  Networks  with  Directional  Antenna  and  Multiple  Receivers”、Chenxi  Zhu、Tamer  Nadeem及びJonathan  Agre、Fujitsu  Laboratories  of  America、Technical  Memorandum  No:FLA-PCR-TM-21を参照として取り込む。
【００４４】
（付記１）
無線局を動作させる方法であって、
第１の指向性アンテナに関連付けられた第１の受信機と第１のバックオフ・タイマとを関連付け、
第２の指向性アンテナに関連付けられた第２の受信機と第２のバックオフ・タイマとを関連付けることを有する方法。
【００４５】
（付記２）
付記１に記載の方法であって、
遠隔無線局からの送信を監視するように前記第１の受信機を動作させる間に、遠隔無線局からの送信を監視するように前記第２の受信機を動作させ、
前記第１の受信機が遠隔局からの送信を検知したことに応じて、前記第１のバックオフ・タイマを起動し、
前記第２の受信機が遠隔局からの送信を検知したことに応じて、前記第２のバックオフ・タイマを起動することを更に有する方法。
【００４６】
（付記３）
付記１に記載の方法であって、
前記第１の受信機が遠隔無線局からの送信を検知したことに応じて、前記第１の受信機と検知された遠隔無線局とを関連付けるデータを格納することを更に有する方法。
【００４７】
（付記４）
付記３に記載の方法であって、
関連付けが格納されたときに、第３のタイマを起動し、
タイマが終了した後に、前記第１のアンテナから第１の検索信号を送信し、前記第２のアンテナから第２の検索信号を送信することを更に有する方法。
【００４８】
（付記５）
付記１に記載の方法であって、
前記第１の受信機が遠隔無線局からの送信を検知したことに応じて、検知された遠隔無線局から前記第１の受信機により受信された信号の品質を記述するデータを格納することを更に有する方法。
【００４９】
（付記６）
付記５に記載の方法であって、
格納されたデータに基づいてアンテナのうち１つを選択し、
選択されたアンテナから信号を送信することを更に有する方法。
【００５０】
（付記７）
付記１に記載の方法であって、
遠隔無線局からの送信を検出するように前記第１の受信機を動作させる間に、前記第２のアンテナを使用して信号を送信することを更に有する方法。
【００５１】
（付記８）
付記７に記載の方法であって、
前記第１の受信機により出力された何らかの信号から、前記第２のアンテナから前記第１の受信機により受信された信号に対応する相殺量を相殺することを更に有する方法。
【００５２】
（付記９）
付記８に記載の方法であって、
前記相殺量のパラメータは、
前記第２のアンテナからトレーニング信号を送信し、
前記第１の受信機で前記トレーニング信号を受信し、
前記第１の受信機で受信された前記トレーニング信号の値に基づいてパラメータを決定する
ことを有する方法により決定される方法。
【００５３】
（付記１０）
付記９に記載の方法であって、
前記相殺量のパラメータを決定する方法は、
前記トレーニング信号を送信する前に、全アンテナからチャネル予約信号を送信することにより、何らかの隣接遠隔局を沈黙させることを更に有する方法。
【００５４】
（付記１１）
付記９に記載の方法であって、
前記相殺量のパラメータを決定する方法は、
前記トレーニング信号にヌルトーンを含め、
前記第１の受信機で受信されたトレーニング信号が前記ヌルトーンを含むか否かを決定することを更に有する方法。
【００５５】
（付記１２）
付記１に記載の方法であって、
遠隔無線局が前記第１のアンテナから送信されたフレームに応答しない場合、前記第１のアンテナから第１の検索信号を送信し、前記第２のアンテナから第２の検索信号を送信することを更に有する方法。
【００５６】
（付記１３）
付記１ないし１２のうちいずれか１項に記載の方法を実施する装置。
【００５７】
（付記１４）
付記１ないし１２のうちいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実施させるプログラムを有するコンピュータ可読媒体。
【００５８】
（付記１５）
無線局を動作させる方法であって、
第１の受信機と第１の指向性アンテナとを関連付け、
第２の受信機と第２の指向性アンテナとを関連付け、
前記第２のアンテナからトレーニング信号を送信し、
前記第１の受信機で前記トレーニング信号を受信し、
前記第１の受信機で受信された前記トレーニング信号に基づいて、前記第１の受信機により出力された全ての信号から、前記第２のアンテナから前記第１の受信機で受信された信号に対応する相殺量を相殺するために必要な値のパラメータを計算することを有する方法。
【００５９】
（付記１６）
付記１５に記載の方法であって、
前記トレーニング信号を送信する前に、全アンテナからチャネル予約信号を送信することにより、何らかの隣接遠隔局を沈黙させることを更に有する方法。
【００６０】
（付記１７）
付記１５に記載の方法であって、
前記トレーニング信号にヌルトーンを含め、
前記第１の受信機で受信されたトレーニング信号が前記ヌルトーンを含むか否かを決定することを更に有する方法。
【００６１】
（付記１８）
無線局を動作させる方法であって、
第１の無線送信機から送信されたシンボルを受信し、
前記シンボルがヌルトーンを欠いているという決定に応じて、前記第１の無線送信機からの送信が前記第２の無線送信機からの送信と同時に生じたと決定することを有する方法。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】２つの受信モジュールと１つの送信モジュールとを有する無線局である。
【図２】２つの受信モジュールと２つの送信モジュールとを有する無線局である。
【図３】無線局のネットワークにおけるS-MAC局である。
【図４】遠隔無線局に対して同時に受信待機するように複数の受信機を動作させる手順である。
【図５】信号を送信する手順である。
【図６】遠隔無線局に対して同時に受信待機し、受信した信号の受信品質を格納するように複数の受信機を動作させる手順である。
【図７】１つのセクタで信号を送信し、他のセクタで遠隔無線局に対して受信待機するように無線局を動作させる方法である。
【図８】隣接局を沈黙させることを含むクロスアンテナ・チャネル係数を校正する方法である。
【図９】隣接局を沈黙させることを含まないクロスアンテナ・チャネル係数を校正する手順である。
【図１０】３つの受信モジュールと２つの送信モジュールとを有する無線局の実施例である。
【符号の説明】
【００６３】
2、4  受信モジュール
6、14  送信モジュール
8、10  アンテナ
12  他の要素
300  無線ネットワーク
【図１】
2006295932.tif 000003
【図２】
2006295932.tif 000004
【図３】
2006295932.tif 000005
【図４】
2006295932.tif 000006
【図５】
2006295932.tif 000007
【図６】
2006295932.tif 000008
【図７】
2006295932.tif 000009
【図８】
2006295932.tif 000010
【図９】
2006295932.tif 000011
【図１０】
2006295932.tif 000012