(57)【要約】【解決手段】  移動体機器による無線通信を提供するシステムは、それぞれ中心点に接続され、それぞれが移動体機器との無線通信を提供できるように構成される複数のフロントエンドと、前記中心点に接続されるネットワーク制御装置とを備える。ネットワーク制御装置が、フロントエンドのそれぞれと中心点との間のデータフローを制御するように構成されるデータフロー制御装置を備え、データフロー制御装置はネットワーク制御装置からの制御信号に応答して作動するように構成され、制御信号は複数のフロントエンドのうちいずれが移動体機器にサービスを提供するのかを示す。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体機器による無線通信を提供するシステムであって、
それぞれ中心点に接続され、それぞれが前記移動体機器との無線通信を提供できるように構成される複数のフロントエンドと、
前記中心点に接続されるネットワーク制御装置と
を備え、
前記ネットワーク制御装置が、前記フロントエンドのそれぞれと中心点との間のデータフローを制御するように構成されるデータフロー制御装置を備え、前記データフロー制御装置は前記ネットワーク制御装置からの制御信号に応答して作動するように構成され、前記制御信号は前記複数のフロントエンドのうち、いずれのフロントエンドが前記移動体機器にサービスを提供するのかを示す、
システム。
【請求項２】
データフロー制御装置は、前記ネットワーク制御装置からの制御信号に応じて、前記移動体機器に送信される予定であるデータブロックまたはデータパケットに経路選択情報を含めるか、前記移動体機器から受信されたデータブロックまたはデータパケットの経路選択情報を変更する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記中心点から前記フロントエンドそれぞれまでの使用可能性のあるリンクが、前記中心点とすべての中間的集約ノードとにおいて、前記ネットワーク制御装置により事前に構成されている、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記中心点が、例えば有線コンピュータネットワークである有線ネットワークの一部であるか、有線の電力ネットワークの一部である、請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記有線コンピュータネットワークが、それそれがスイッチまたはルータなどである１つ以上の集約ノードを備え、前記１つ以上の集約ノードのうち１つ以上に前記ネットワーク制御装置が接続される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記有線コンピュータネットワークがパケット交換方式のネットワークである、請求項４または５に記載のシステム。
【請求項７】
前記中心点がヒューズボックスを備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記有線ネットワークと、前記複数のフロントエンドと、前記ネットワーク制御装置とが、事前に規定された環境内で提供される、請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記事前に規定された環境が工業または商業用の場所を含み、前記場所が、例えば、工業または商業用の敷地または施設であり、前記敷地または施設は、工業生産用エリア、工業生産用ホール、店舗などである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記事前に規定された環境が個人の場所を含み、前記場所が、住居用の場所、個人の住宅、個人用集合住宅などである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記データフロー制御装置がハードウェア装置である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ネットワーク制御装置が、安全対策と、ＨＡＲＱと、ＦＥＣと、ハンドオーバー協調と、干渉協調とを提供し、
前記有線コンピュータネットワークが、イーサネットプロトコルに従って作動し、
前記無線フロントエンドのそれぞれが、アナログ受信機の構成要素を備え、送信プロトコルのＰＨＹ層と下位のＭＡＣ層を実装するように構成される、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数のフロントエンドが、光無線フロントエンドおよび電波無線フロントエンドのいずれか一方または両方を含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信の分野に関し、より詳しくは、移動体機器による無線通信を提供するシステムおよび方法に関する。各実施形態は、移動体の光無線通信（Optical Wireless Communication：ＯＷＣ）のためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＯＷＣ用のシステムは、光の波長を利用した移動体通信システムである。ＯＷＣは、イメージセンサを受信機として使用したＯＷＣを可能にするイメージセンサ通信と、光と高速フォトダイオード受信機により移動体無線通信を可能にする高速かつ双方向のネットワークを利用した、高速フォトダイオード（Photodiode：ＰＤ）通信と、発光ダイオード（Light Emitting Diodes：ＬＥＤ）を低速フォトダイオード受信機として利用した無線光識別（Identification：ＩＤ）システムに対応する低速ＰＤ通信と、に分類されると考えられる。高速ＰＤ通信の応用分野として考えられるのは、
会議室、一般オフィス、ショッピングセンタ、空港、鉄道、病院、美術館、航空機の客室、図書館などでのオフィスや家庭での屋内利用
生産セル、工場、格納庫などのような、データセンタや製造業施設での利用および堅牢な無線通信での利用
車両間通信や車両対インフラ通信など車両用通信での利用
スモールセルバックホールネットワーク、監視バックホールネットワークなどの無線バックホールネットワークでの利用、またはローカルエリアネットワーク（Local Area Network：ＬＡＮ）間接続での利用
などである。
【０００３】
上述した高速ＰＤ通信の態様で作動するＯＷＣシステムによれば、例えば、上記１番目から３番目の利用においては、分散された複数の半導体光源を利用したネットワーク型の移動体通信が実現される。この半導体光源は、ＬＥＤまたはレーザのような光源である。また、上記４番目の利用においては、単一リンクによる高速通信が実現される。高速ＰＤ通信の要件は、
パケットによるデータ通信
所与の照明器具から得られる光帯域幅の効率的使用
データレートが１Ｍｂｐｓから１０Ｇｂｐｓまで変更可能
待ち時間が１ｍｓから３０ｍｓの範囲
減光への対応
非対称通信が可能
ハンドオーバーおよび干渉協調への対処が可能
環境光や他の照明システムとの共存が可能
レイテンシーへの影響が少ない多入力多出力（Multiple-Input and Multiple-Output：ＭＩＭＯ）やその他の協調信号処理に対応
適応送信と、マルチユーザー機能と、ＭＩＭＯ機能と、協調信号処理とのための、効率的かつ確実な、フィードバック用および制御用のチャネルの提供
可変電流変調方式
オープンインターフェースを使用して通信プロトコルの上位層に報告するための確立した測定
である。
高速ＰＤ通信の態様についての上記検討事項は、例えば、非特許文献１に記載されている。また、Ｘ２インターフェース上の信号送信を利用した多地点協調送信は、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】EP 2,434,835 A1
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】TG7r1: Technical Considerations Document, https://mentor.ieee.org/802.15/dcn/15/15-15-0492-05-007a-technical-considerations-document.docx
【非特許文献２】V. Jungnickel, V. Hindelang, T. Haustein, T. Zirwas, SC-FDMA Waveform Design, Performance, Power Dynamics and Evolution to MIMO, DOI: IEEE Portable, March 2007.
【非特許文献３】V. Jungnickel, L. Grobe, Localized SC-FDMA with Constant Envelope, PROC. Int. Sym. Personal, Indoor and Mobile Radio Systems (PIMRC), IEEE London, UK, September 2013, PP. 24-29.
【０００６】
本発明の目的は、無線通信ネットワークを実装するにあたって上述した要件を満たす手法を提供することである。
【０００７】
本目的は、添付の請求項のうち独立項に規定される事項により達成され、さらなる実施形態が添付の請求項のうち従属項に規定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の手法によれば、実施形態はＯＷＣに関する。ＯＷＣにおける光無線リンクは、正の実数であるチャネルのみを有する。しかしながら、十分に大きい一定のバイアス電流が印加されると仮定して、移動体無線通信に使用されるアルゴリズムと同様のアルゴリズムが適用されるように、加算性白色ガウス雑音を有する実数マルチパスチャネルとして光無線チャネルをモデル化してもよい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、協調（Coordinated：ＣＯ）送信に対応する通信システムのセル内において互いのサービス提供範囲が重複する多数の光無線リンクが提供される。それにより、協調送信アルゴリズムが適用されるようにセル間干渉が起こる。
【００１０】
また、ＯＷＣシステムでは、適切なハンドオーバーおよび干渉協調を可能にするために移動体ユーザーのモビリティ管理が必要となることがある。本発明の手法によれば、このモビリティ管理は、移動体無線の応用分野において公知のクラウド無線アクセスネットワーク（Cloud Radio Access Network：Ｃ−ＲＡＮ）アーキテクチャをＯＷＣに採用することで実現される。Ｃ−ＲＡＮアーキテクチャは、ハンドオーバー管理と干渉管理とを処理する集中制御（Central Control：ＣＣ）機能を提供する。本発明の手法によれば、ＯＷＣにＣ−ＲＡＮアーキテクチャを採用することで、そのＣＣ機能を「自然な」ネットワークノードに配置することが可能になる。例えば、ＯＷＣが工業生産用ホール内または家庭内で使用される可能性があると考えれば、各光源（ＯＷＣシステムの無線アクセスポイント（Access Point：ＡＰ））からの信号すべてが集まる中心点がある。工業の環境では、通常のＩＴインフラにおけるスイッチやルータのような中心的な集約ノードがそのような中心点となってもよく、家庭では、通常のヒューズボックスが中心点となってもよい。中心点は、ハンドオーバーおよび干渉管理のためのＣＣ機能を有してもよく、ローカルクラウドに似ていると考えられる。ＣＣは、その場所やＩＴインフラにおけるスイッチやルータへの近さを利用してデータ処理を提供してもよく、それにより、フロントエンド由来の処理に比べて高速なデータ処理が可能になる。さらに、ＣＣでは、複数のフロントエンドから届いた複数の信号をまとめて処理してもよい。
【００１１】
本発明の手法によれば、光学フロントエンドがＣＣへの必要なインターフェースを、例えば、物理（Physical：ＰＨＹ）層とメディアアクセス制御（Medium Access Control：ＭＡＣ）層とに含まれる既存のネットワーク経路を経由して提供する。上記のとおり、ＣＣは「自然な」ネットワークノードに配置される。つまり、実際の無線フロントエンド（通常は、ユーザーから何百キロも離れた、無線利用システムにおける集中制御要素以外のも）の付近に配置されるため、非常に高速な情報交換が可能であり、ユーザーが移動体であり干渉するセルのために使われるチャネルが次々と変わる場合に高速な干渉協調が可能になる。１つのＡＰから別のＡＰへの低レイテンシーハンドオーバーも可能になる。
【００１２】
実施形態によれば、無線リンクでのパケット送信時に、対応する経路選択情報が、仮想ローカルエリアネットワーク（Virtual Local Area Network：ＶＬＡＮ）のアドレスとしてイーサネットトランスポート層において各個別のパケットにスタンプされる。ＣＣから各フロントエンドへのリンクは、局所的なＩＴネットワーク内の集約ノードのような各ＡＰについて事前に構成されるため、ＣＣで使用されるスタンプを変更することによりパケットは別の経路をたどる。例えば、最大パケットサイズが１５００バイトであり最低データレートが１Ｍｂｐｓであるイーサネットトランスポート層を考えると、無線リンクで最大パケットを伝送するのに１２ｍｓが必要である。データレートが１２Ｍｂｐｓであると考えると、ＡＰが変わる（ハンドオーバーが必要な）ユーザーへの信号送信がされる際に次のパケットの経路が１ｍｓ後に変更されるようにするために、最大パケットは１ｍｓ、より高い速度では１ｍｓ未満で伝送されてよい。同様にして、対応する機能を無線端末に実装する場合、アップリンクのパケットの経路変更を高速に行ってもよい。
【００１３】
ローカルノードに配置される集中制御装置（Centralized Controller：ＣＣ）を導入することにより、例えば、瞬時の干渉管理およびハンドオーバーに必要とされるすべての意思決定と下位層での経路選択動作が局所的に行われて、それにより、中枢のネットワークからの外的制御を必要とせずに移動体データリンクを低レイテンシー化してもよい。さらに、コストが低い既存技術を使用するために、すべての伝送がイーサネットによるものであってもよい。ＣＣに実装されるセキュリティと待ち行列の機能は、該制御装置から受信する制御情報に従って各個別パケットにスタンプを付けるが、その機能はさらに、移動体端末内にあってもよく、それにより、無線通信システム内で移動体ユーザーのＡＰが変わる際にも、ダウンリンク接続とアップリンク接続との両方で制御装置と移動体端末との間のパケット経路選択を高速化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に従って使用される場合のネットワークアーキテクチャの実施形態を示し、（ａ）は、ＵＤとＯＷＣのＡＰとの間のスタンドアロン型（Standalone：ＳＡ）リンクを示し、（ｂ）は、 複数のＵＤが共通のＡＰにより互いに通信を行うマルチユーザーリンク型ネットワークアーキテクチャを示し、（ｃ）は、ＣＯリンクを使用したネットワークアーキテクチャを示す。
【図２】本発明の手法に従って適応直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）ＰＨＹ層を実装する一例を示す。
【図３】図２に示すＯＦＤＭ変調器が行う場合のＯＦＤＭ信号生成の例を示す。
【図４】図３に示す搬送波マッピングブロックと逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）ブロックとによる搬送波マッピングを示す。
【図５】一例に係る巡回プレフィックス（Cyclic Prefix：ＣＰ）挿入を示す。
【図６】単一搬送波（Single Carrier：ＳＣ）変調方式の例を示し、（ａ）は、純粋な離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform：ＤＦＴ）事前符号化を示し、（ｂ）は、周波数領域に適用されたルートレイズドコサイン（root-raised cosine：ＲＲＣ）フィルタを示し、（ｃ）は、時間領域に適用された、ガウス型フィルタと最小偏移変調（Minimum-Shift Keying（ＭＳＫ））とを示す。
【図７】フィルタ処理されたＳＣ信号の生成を一例に従って示す。
【図８】本発明の手法の実施形態に従って使用される場合のフレーム構造の一例を示す。
【図９】本発明の手法の実施形態に従って適応型ＯＦＤＭのＰＨＹ層を利用するにあたり異なる光源が使用されてもよい場合、それら光源それぞれに対するパラメータを示す。
【図１０】ある特別な処理を送信機と受信機との両方に導入することで適応型ＭＩＭＯ送信を実装するための実施形態を示す。
【図１１】例えば、工業の環境において使用される場合の高速ＰＤネットワークアーキテクチャの一例を示す。
【図１２】ＣＯ無線ネットワークで使用されてもよい追加チャネル推定（Additional Channel Estimation：ＡＣＥ）シンボルの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の添付の図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に従って使用される場合のネットワークアーキテクチャの実施形態を示す。これらの実施形態に従って、全二重と半二重との両方に対応している。半二重は、２方向において同じ波長または異なる波長と組み合わされてもよい。半二重では、２つのリンク方向において時分割は均等ではないため、各方向において統計的多重化利得とピークレートの向上が可能となる。全二重は、通常は、アップリンクとダウンリンクにおいて異なる波長（例えば、下流方向には可視光、上流方向には赤外線）と組み合わされる。同じ波長は、無線バックホールネットワークでの利用に関連する指向性バックホールの場合に使用されてもよい。一般的には、スーパーフレーム（Super-Frame：ＳＦ））が導入されてもよい。スタンドアロンの態様では、各ＵＤは、ランダムに、つまり競合ベースで、チャネルにアクセスする。マルチユーザーリンクの態様では、各ＵＤは競合ベースでチャネルにアクセスしてもよいし、それぞれのタイムスロット（時分割多重アクセス（Time-Division Multiple Access：ＴＤＭＡ））および／またはそれぞれの周波数サブバンド（周波数分割多重アクセス（Frequency-Division Multiple Access：ＦＤＭＡ））が割り当てられてもよい。ＭＩＭＯのリンクでは、データが異なる空間サブストリームで送られるとともに、複数のＵＤは同じ時間周波数資源を割り当てられるが、これは空間分割多重アクセス（Space-Division Multiple Access（ＳＤＭＡ））としても知られる。ＣＯリンクの態様では、サービス提供範囲が互いに重複する隣り合うＡＰが互いに協調するように調整され、性能が最適化される。
【００１７】
図１の（ａ）は、ＵＤ１００とＯＷＣシステムのＡＰ１０２との間のＳＡリンクを示し、ＵＤ１００とＡＰ１０２との間の通信が点線１０４で示される。ＳＡリンクによれば、ＰＨＹ層とＭＡＣ層とは、ＵＤ１００とＡＰ１０２との間の双方向無線送信１０４に対応し、ＡＰ１０２はさらに別のＵＤであってもよい。ＰＨＹ層とＭＡＣ層とは、送信１０４に加えて、閉ループ適応送信のために自動リンク設定とフィードバックパスに対応する。
【００１８】
２つのＵＤ間のＳＡリンクは、ＡＰ機能を備えた機器が利用可能でない場合は、アドホックな状況で使用される。車両間通信のように同じ区域に複数のＳＡリンクが共存してもよいので、干渉協調は考慮される。
【００１９】
ＳＦの開始時に、利用可能なＡＰがない場合、ＵＤは、プリアンブルおよびヘッダのみを含む短いビーコンフレームを送信する。ビーコンにより、各ＵＤは別のＵＤを特定してその物理的特性（ＬＥＤの数、色、イーサネット上のＭＡＣおよびＩＰアドレス、そのＵＤにおける現地時間など）を知ることができる。
【００２０】
ＳＡの態様では、各ＵＤは、ランダムに、つまり競合ベースで、ネットワークにアクセスする（時間オフセット＝０の時）。そのようなアクセスの初期段階で、ＵＤはリッスンビフォートーク（Listen Before Talk（ＬＢＴ））で動作する。第１のＵＤは、プリアンブルおよびヘッダのみを含む短いランダムアクセス（Random Access：ＲＡ）フレームを送信する。ＲＡフレームにより、別のＵＤは第１のＵＤを特定して、送信チャネルの特性とともに第１のＵＤの物理的特性（ＬＥＤの数、色、イーサネット上のＭＡＣおよびＩＰアドレス、そのＵＤにおける現地時間など）を知ることができる。送信が完了すると、ＵＤは、省エネルギーのために、自機が待機モードに入ることを別のＵＤに通知するべくもう１つの短いＲＡフレームを一定時間後に送信する。その場合、送信機がオフされ、受信機が最低帯域幅モードに入る。
【００２１】
ＵＤが送信モードの望ましい変化を意味する重要なチャネル状態変化を検出すると、チャネル状態情報（Channel State Information：ＣＳＩ）フィードバックが提供されてもよい。ＣＳＩフィードバックを使用して、送信元ＵＤが、送信先ＵＤによって確実に復号されるであろう送信モードの通知を受ける。ＣＳＩフィードバックは、リンクの両方向で提供されてもよい。ＣＳＩフィードバックは、ＬＢＴを利用してスーパーフレーム内の最後のタイムスロットで提供されてもよい。そのようにすれば、次のフレームでデータ送信が始まる前のフィードバック遅れが最小限になる。
【００２２】
ＰＨＹ層は、各副搬送波について信号対干渉波雑音比（Signal-to-Interference-and-Noise Ratio：ＳＩＮＲ）を測定する。どのような適切なＳＩＮＲ測定方法も、合理的なチャネル品質指標（Channel Quality Indicator：ＣＱＩ）報告を提供することや、要求された変調および符号化の方式で送られるデータがごくわずかなエラー確率で受信されることを保証することに利用できる。エラーが報告されたパケットが多すぎる場合は、送信機は一般的にはレートを下げでもよい。
【００２３】
ＳＩＮＲを推定する一般的な手法は、チャネル推定のために準備された参照シンボルを、周波数領域（さらに最終的にＭＩＭＯ）等化器での処理にも入力することである。その後、ストリームごとに、受信側でも認識される送信信号配置からの、受信信号配置の逸脱が副搬送波ごとに測定される。その逸脱は、誤差ベクトル振幅（Error Vector Magnitude：ＥＶＭ）が測定されるように正規化される。
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ここで、ｘｎは受信した複素数値信号配置であり、
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は望ましい複素数値信号配置である。しかしながら、これはスナップショットのみであり、複数のシンボルを平均化することが必要である。続くデータブロックがエラーなく受信された、すなわち、巡回冗長検査（Cyclic Redundancy Check：ＣＲＣ）に合格すると、さらに多くの参照ポイント
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が得られるように、データを再符号化して信号配置マッパでの処理に入力することを１つの方法として選択できる。ＳＩＮＲとＥＶＭとの間には、以下の反比例の関係がある。
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【００２４】
参照信号が各副搬送波に提供される場合は、ここで使用する手順が使用されてもよい。ＣＯモードでは、さらに精巧なＳＩＮＲ推定方法が使用されてもよい。
【００２５】
例えば、１ｄＢステップでＳＩＮＲを量子化することによりＣＱＩが算出される。ＣＱＩは、整数で６つのビットを使用した０から６３までの数である。０ｄＢ未満の値である場合は、この副搬送波では送信ができないことを示すように０に設定されてもよい。
【００２６】
ＰＨＹ層は、すべての副搬送波についてのＣＱＩを含む順序リストを生成する。そのリストはＰＨＹ層から抽出され、通常のＰＨＹ層フレーム内のデータブロックとして反対方向のリンクにより伝送される。異なる各ＣＱＩリストが光のＭＩＭＯまたは波長分割多重（Wavelength-Division Multiplexing：ＷＤＭ）のリンクの各並列ストリームについて報告される。
【００２７】
フィードバックパケットの確実な送信のため、堅固な変調方式が使用される。フィードバックパケットは、例えば、低下させた帯域幅（例えば１０ＭＨｚモード）で伝送され、それにより、最も低いＳＣを使用する。その他の方法では、送信機と受信機との間でネゴシエーションできないからである。
【００２８】
エラー検出は、複雑な軟判定低密度パリティ検査（Low-Density Parity Check：ＬＤＰＣ）復号器の不可欠な部分である。 逆方向のリンクを介してエラーのあるパケットが受信されると、送信機は、受信機からこのパケットを再送信するよう指示されてもよい。選択的反復（Selective Repeat：ＳＲ）は、自動反復要求（Automatic Repeat Request：ＡＲＱ）の効率的実装として知られる。レイテンシーを低減するため、ＳＲは、送信機と受信機とにおける前進型誤信号訂正（Forward Error Correction：ＦＥＣ）の符号化前および復号化後に実装される。
【００２９】
ＳＲについて、ＭＡＣ層での送信済みデータのバッファリングは送信機で行われる。エラーのあるパケットの場合、送信機は、否定応答（Negative Acknowledgement：ＮＡＣＫ）メッセージと再送信されるパケット番号とともにプリアンブルとヘッダのみを含む短いＮＡＣＫフェームを再送信する。パケットの再送信は、直ちに実施される。つまり、ＳＲパケットは他のデータよりも優先される。パケットの再順位付けは、上位層へのパケット配信の遅延が最小化されるように実施される。
【００３０】
図１の（ｂ）は、複数のＵＤ１００１〜１００３が、光無線通信１０４１〜１０４３で示されるように共通のＡＰ１０２と通信中である、マルチユーザーリンク型ネットワークアーキテクチャを示す。ＡＰ１０２は、自機以外の複数のＵＤ１００１〜１００３に並行してサービスを提供する１つのＵＤであってよい。ＡＰ１０２は、複数のＵＤ１００１〜１００３からの通信をとりまとめて、無線送信を協調させる。ＰＨＹ層およびＭＡＣ層はスペクトル効率の良いマルチユーザー送信に対応してもよい。実施形態によれば、ＵＤ１００１〜１００３のＡＰ１０２へのフィードバックパスは互いに直交とされ、これらＵＤとＡＰとは、例えば、ＦＤＭＡで時刻同期される。さらに、ＵＤ１００１〜１００３がリンクの両方向、すなわち、アップリンク方向とダウンリンク方向において許可された送信リソースを通知するために、すべてのＵＤ１００１〜１００３にブロードキャストされる制御チャネルが使用されてもよい。各方向において許可された送信リソースには、ＴＤＭＡモードで作動する際のタイムスロット、またはＦＤＭＡモードでのサブバンドに関する情報が含まれてもよい。複数ＵＤ間での動的帯域幅共有を、両方向で競合のない形でサポートしてもよい。
【００３１】
マルチユーザー型リンクでは、ＡＰが送信の協調を制御する。各ＵＤがチャネルにランダムに、すなわち、競合ベースでアクセスするか、ＴＤＭＡと、ＦＤＭＡと、ＳＤＭＡとを使用して送信が協調制御される。
【００３２】
スーパーフレームの最初のタイムスロットは、競合ベース多重アクセス（Contention-Based Multiple Access：ＣＢＭＡ）用である。このスロットでは、ＡＰは、プリアンブルおよびヘッダのみを含む短いビーコンフレームを送信する。このビーコンフレームにより、各ＵＤはＡＰを特定してその物理的特性（ＬＥＤの数、色、イーサネット上のＭＡＣおよびＩＰアドレス、そのＡＰにおける現地時間など）を知ることができる。
【００３３】
次に、各ＵＤはチャネルにランダムに（時間オフセット０で）アクセスして、ネットワークにアクセスしたい旨をＡＰに知らせる。ＣＢＭＡを使用して、各ＵＤはＬＢＴで動作する。各ＵＤは、プリアンブルおよびヘッダのみを含む短いＲＡフレームを送信する。それにより、ＡＰがそのＵＤを特定してその物理的特性（ＬＥＤの数、色、イーサネット上のＭＡＣおよびＩＰアドレスなど）を知ることができる。
【００３４】
複数のＵＤ間の衝突が検出されると、ＵＤは自機のＲＡフレーム送信を停止して、別の時間オフセットでＲＡフレームを再送信する。ＲＡフレームの時間オフセットは、そのＵＤの現地時間で測定され、ＵＤは、プリアンブルを使用してＡＰと定期的に同期される。ＲＡフレームの時間オフセットＴｏｆｆｓｅｔ＝Ｏ×Ｔ０は、Ｔ０で示される定数オフセットの、Ｏで示される整数倍である。
【００３５】
送信が完了すると、ＵＤは、省エネルギーのために、自機が待機モードに入ることをＡＰに通知するべくもう１つの短いＲＡフレームを一定時間後に送信する。その場合、送信機がオフされ、受信機が最低帯域幅モードに入る。
【００３６】
ＡＰまたはＵＤが送信モードの望ましい変化を意味するチャネル状態変化を検出すると、ＣＳＩフィードバックが提供されてもよい。
【００３７】
ＣＳＩフィードバックを使用して、ＡＰが、そのＵＤによって確実に復号されるであろう送信モードの通知を受ける。ＵＤがアップリンク送信のためのタイムスロットを要求する場合、ＣＳＩフィードバックがＡＰからＵＤに提供される。
【００３８】
ＣＢＭＡの場合、ＣＳＩフィードバックは、ＬＢＴを利用してスーパーフレーム内の最後のタイムスロットで提供される。
【００３９】
ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、およびＳＤＭＡの場合、まずスーパーフレームの最後のタイムスロットで、ＡＰは関係するすべてのＵＤにＣＳＩフィードバック送信の順番について通知する。それは、次のスーパーフレームのデータ送信順序と同一である。
【００４０】
フィードバック送信の順序について通知を受けた後、各ＵＤは、ＣＳＩフィードバック送信により指定された順序でＡＰに応答する。
【００４１】
ＦＤＭＡとＳＤＭＡとの具体的な特徴として、いわゆるリソースマップ（Resource Map：ＲＭ）が、ＡＰからすべてのＵＤに、特定の制御フレームにおいてデータパケットとしてブロードキャストされる。このパケットは、（該当する場合に）１タイムスロットにつき、１空間ストリームにつき、そして、１周波数サブバンドにつき、ダウンリンクにおける送信先ＵＤと、使用されている変調復号方式と（ダウンリンクＲＭ）を各ＵＤに通知する。さらに、このパケットは、（該当する場合に）１タイムスロットにつき、１空間ストリームにつき、そして、１周波数サブバンドにつき、ダウンリンクにおける送信先ＵＤと、使用されている変調復号方式と（アップリンクＲＭ）を各ＵＤに通知する。精巧な規則が適用されて、制御情報の確実な送信を図りながら制御オーバーヘッドを最小化する。
【００４２】
各ＵＤは、ＡＰに対してそれぞれ異なる経路損失と距離とを有する。したがって、より長いＣＰまたは測距が必要である。しかし常に固定したグリッド上にあるランダムな時間オフセットは、ＡＰによる各ＵＤの往復時間の測定を可能にする。スーパーフレームの最後のタイムスロットでは、ＡＰは、各ＵＤの送信電力と各ＵＤそれぞれの送信遅延を生じさせるサンプル数とをすべてのＵＤに通知する。その結果、信号がほぼ同時に到着し、ＵＤ信号間の遅延時間はＣＰ期間と比べて極めて短くなる。
【００４３】
図１の（ｃ）は、ＣＯリンクを使用したネットワークアーキテクチャを示す。複数のＵＤ１００１〜１００３は、１０４の部分に示すように、１つ以上のＡＰ１０２１〜１０２３と通信を行う。ＡＰ１０２１〜１０２３は、回線１０８１〜１０８３で示すように調整器１０６に接続される。調整器１０６は、１１０の部分に示すように、さらに他のネットワークリソースに接続されてもよい。いくつかの例によると、各ＡＰ１０２１〜１０２３はＯＷＣシステムのフロントエンドとも呼ばれる。後でより詳細に説明するように、本発明の実施形態では、ＣＯ送信を可能にする調整器１０６とのインターフェースの提供や設定がされるように、各ＵＤ１００１〜１００３とＡＰ１０２１〜１０２３の１つとの間の光無線リンク１０４が設定される。
【００４４】
ＣＯモードでは、フィードバックパケットは、付加的な情報（当該情報の伝達に使用されたネットワーク内のパス、および当該情報の伝達先である他の機器）を含んでもよい。その情報は、ＩＰアドレスによって、またはイーサネットＭＡＣアドレスとＶＬＡＮ識別子（VLAN Identifier：ＶＩＤ）とによって示される。
【００４５】
各副搬送波のＳＩＮＲｎは、ｄＢを単位として測定され、以下の式で求められる。
2019500771.tif 000007
【００４６】
ＣＯリンクを使用した図１（ｃ）のネットワークトポロジーにより、複数のＡＰ１０２１〜ＡＰ１０２３が複数のＵＤ１００１〜１００３にサービスを提供することが可能になる。干渉は、ネットワーク調整器（Network Coordinator：ＮＣ）とも呼ばれる調整器１０６で調整してもよい。ＮＣ１０６は、複数のＡＰ１０２１〜ＡＰ１０２３を介して複数のＵＤ１００１〜１００３からの通信をとりまとめてもよい。ＮＣ１０６は、ハンドオーバーが行われる場合にはＮＣ１０６とＡＰ１０２１〜ＡＰ１０２３との間の通信経路について経路を再選択し、干渉が最小化するようにすべてのＡＰとＵＤとの送信を制御する。ＵＤとＡＰとは、ＣＯ送信の前に物理干渉チャネルを推定し、ＡＰが、干渉協調とハンドオーバーとのための入力として各測定報告をフロントホール経由でＮＣに伝達する。さらに、干渉状況を知ることは、干渉の低減や回避により送信が最適化可能という点で有益である。ＰＨＹ層とＭＡＣ層とは、以下の形態でハンドオーバーと干渉管理に対応する。
すべてのＡＰ１０２１〜ＡＰ１０２３が時間同期されて動作し、
ＵＤ１００１〜１００３がダウンリンク干渉チャネルを推定すると、対応する測定報告がＡＰ１０２１〜ＡＰ１０２３を介して、フロントホールとも呼ばれる接続１０８１〜１０８３からＮＣ１０６に伝達され、
ＡＰ１０２１〜ＡＰ１０２３がアップリンク干渉チャネルを推定すると、対応する測定報告がフロントホール１０８１〜１０８３を介してＮＣ１０６に伝達される。
【００４７】
リンクの状況によっては、ＮＣ１０６が、例えば、フロントホールにおける通信経路を再選択して干渉を制御することで、ハンドオーバーイベントを開始する。
【００４８】
ＮＣ１０６が行う協調制御は、どのような好適な方法で行われてもよく、例えば、ＮＣ１０６は専用の機器であってよい。しかしながら、フロントホールを介したＡＰからＮＣへのインターフェースは、ＮＣ１０６とフロントエンド１０２との間で必要な制御信号のやり取りを可能にするように本発明の手法に従って設定される。
【００４９】
図１を参照して上述したようなネットワークアーキテクチャが、上記にまとめた応用分野、すなわち、
会議室、一般オフィス、ショッピングセンタ、空港、鉄道、病院、美術館、航空機の客室、図書館などでのオフィスや家庭での屋内利用、
個人用の生産セル、工場、格納庫など、データセンタや工業施設での利用であって堅牢な無線通信での利用
車両間通信や車両対インフラ通信など車両用通信での利用
スモールセルバックホールネットワーク、監視バックホールネットワークなどの無線バックホールネットワークでの利用、またはＬＡＮ間接続での利用、
に応用されてもよい。
【００５０】
使用事例に応じて、１Ｍｂｉｔ／ｓから１０Ｇｂｉｔ／ｓまでのデータレートで、双方向の、連続型またはパケット型の伝送モードを実装してもよい。狭い帯域幅の送受信機が、より高い帯域幅の別の送受信機と同期してよく、逆であってもよく、制御情報とデータとをやり取りしてもよい。したがって、リンク設定の間は、リンクは低帯域幅で作動してもよく、可能であれば帯域幅を広げてもよい。高帯域幅のＰＨＹ層は、拡張可能な設計により１Ｍｂｉｔ／ｓから１０Ｇｂｉｔ／ｓまでの可変データレートに対応してもよい。すべてのＰＨＹ層の態様において、副搬送波間隔とＣＰとは同じであってよい。使用される帯域幅は、使用される副搬送波の数を変化させることで拡張可能になる。上記の同期化により、すべてのＰＨＹ層の態様間で、相互運用性が有効になる。帯域幅を変化させる機能への対応は、リンク設定時には最も低い帯域幅のリンクを作動させるためであり、その機能では、高い帯域幅の態様に切り替わる前に低周波数の副搬送波を使用して制御情報のみを送信する。
【００５１】
適用される波形は、任意選択で事前符号化が行われる適応型ＯＦＤＭ波形に基づくもの、または、直流（Direct Current：ＤＣ）による離散マルチトーン（Discrete Multi-Tone：ＤＭＴ）と称される適応型の実数ＯＦＤＭ波形に基づくもであってもよい。使用される帯域幅は、すべての帯域幅態様において同じ搬送波間隔とＣＰを保ちながら、可変数の副搬送波によって拡張可能にしてもよい。異なる帯域幅に対応する機器が、相互運用可能であってもよい。さらに、ＯＷＣリンクチャネル、干渉、およびノイズの特性によっては、各副搬送波上または副搬送波の複数グループ上で可変変調フォーマットを使用した適応型のビット電力ローディング機能に対応していてもよい。ＯＦＤＭ波形は、エネルギー効率を改善するための任意選択の前処理によって拡大されてもよい。
【００５２】
光帯域幅の効率的利用は、閉ループ適応送信とＭＩＭＯとによって実現されてもよい。それにより、マルチパス伝搬チャネルが堅固になる。さらに、ＰＨＹ層とＭＡＣ層とが、待ち時間が１ｍｓ以下となるように設定される。例えば、高帯域幅のＰＨＹ層が、閉ループ適応送信およびＭＩＭＯ協調送信および中継の効率的対応と、高度に拡張可能なＰＨＹ層設計とにより光帯域幅の効率的使用を可能にする。モビリティが干渉のあるシナリオの場合、この組み合わせはマルチパス伝搬チャネルを堅固にする。
【００５３】
事務所や家庭での屋内利用と、データセンタや工業施設または堅牢な無線通信での利用と、車両用通信での利用とに対して、例えば、高帯域幅ＰＨＹ層により減光機能が提供される。適応送信により、環境光や他の光源との共存が可能になる。
【００５４】
すべてのチャネル条件に対して高可用性をもたらす高帯域幅ＰＨＹ層において堅固な送信が提供されてもよい。例えば、高度な無線ネットワーク構成が、ＳトポロジーとＣＯトポロジーでサポートされてもよい。低い信号対ノイズ比（Signal-to-Noise Ratio：ＳＮＲ）であって干渉制限シナリオにおいて、見通し線（Line-Of-Sight：ＬＯＳ）シナリオでも非見通し線（Non-LOS：ＮＬＯＳ）シナリオでも、リンクが利用可能であってもよい。
【００５５】
実施形態によれば、測定報告の実施は、その実施方法に関わらず、確実な通信を可能にするように、ネットワーク制御装置がフロントエンドからの必要な制御信号を受信するかフロントエンドに必要な信号を送信するような方法で行われてよい。例えば、高帯域幅ＰＨＹ層は、より上位の層の、プロトコルの効率的運用を目的として報告される測定を提供してもよい。トポロジーによっては、報告される測定は、
信号が最強であるＡＰおよびＵＤの信号強度と、
周波数選択的なＳＩＮＲと、
信号が最強であるＡＰおよびＵＤについてのＣＳＩと、
周波数対ＥＶＭと、
を含んでもよい。
【００５６】
低レイテンシー化とともに時変無線チャネルへの高速適応を可能とするために、短いインターバルを前後の測定報告の間に挿入してメッセージを制御してもよい。
【００５７】
図２は、本発明の手法に従って適応型ＯＦＤＭのＰＨＹ層を実装する一例を示す。図２は、パラレルデータを受信するための入力２０２と、出力２０４を有する送信機（Ｔｘ）２００の概略図である。パラレルデータには、ローディングアルゴリズム２０８に基づいて適応型ローディング２０６が施される。適応的にマップ化された入力データが、ＯＦＤＭ変調器２１０に供給される。ＯＦＤＭ変調器２１０の出力は、デジタル信号をアナログ領域に変換する、デジタルアナログ変換器（Digital/Analog Converter：ＤＡＣ）とローパスフィルタ（Lowpass Filter：ＬＰＦ）２１２とに供給される。２１４において、信号にバイアスＤＣが印加され、その信号は、出力２０４で送信される信号を提供する送信機２００の光／電気（Optical/Electrical：Ｏ／Ｅ）フロントエンド２１６に供給される。図２は、パラレルデータ受信用の入力３０２と、出力３０４とを有する受信機（Ｒｘ）３００の概略図である。入力３０２において、信号が受信されて受信機３００のＯ／Ｅフロントエンド３０６に転送される。受信されて処理されたアナログ信号は、デジタル領域に変換されるようにアナログデジタル変換器（Analog/Digital Converter：ＡＤＣ）３０８に供給される。チャネル／雑音推定ブロック３１２と等化器ブロック３１４とに供給されるデジタル信号は、ＯＦＤＭ変調器３１０に供給される。等化器ブロック３１４は、チャネル／雑音推定ブロック３１２からの情報に基づき出力３０４でパラレルデータを出力する。さらに、３１６で示すように、チャネル／雑音強調推定ブロック３１２が、ノイズ強調ベクトル（チャネル情報）を送信機２００のローディングアルゴリズム２０８に転送する。送信機２０４により出力される信号は光無線チャネル４００を介して送信され、送信機３００の入力３０２で受信される信号も、送信機２００により供給される光学信号に加えられる環境光４０２を含む。
【００５８】
実施形態によれば、適応型ＯＦＤＭのＰＨＹ層は、送信機２００で入力データ２０２が直交副搬送波によって伝送されるように構成される。各データシンボルは、少なくとも１ビットを有し、副搬送波ごとの可変変調フォーマットに従って、１つの信号配置点（constellation point）にマッピングされる。エルミート対称性演算が行われて実数波形が生成される。周波数領域のシンボルに逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：ＩＦＦＴ）が適用されてＣＰが挿入されることで、ＯＦＤＭシンボルが生成される。その後、ＯＦＤＭ変調器２１０の出力がデジタル領域でクリップされ、デジタルアナログ変換器とＬＰＦ２１２との処理に入力される。単極の全面的に正である信号が、例えば、ＬＥＤまたはレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）を変調するためのフロントエンド２１６での光源強度変調に使用される前に、その信号を確実に得るためにバイアスＤＣが印加される。その光信号が受信機３００に送信され、光信号から電気信号への変換と信号検出を経て、受信機３００で、より具体的にはＯＦＤＭ復調器において、逆の動作が行われる。受信信号配置点がＯＷＣチャネル４００によって送信された後に各搬送波上で再構築されるために、周波数領域等化器（Frequency-Domain Equalizer：ＦＤＥ）３１４が使用される。情報ビットの望ましい副搬送波へのマッピングは、受信機から送信機に反対方向のリンクによって送信される。
【００５９】
図２を参照して説明する実施形態では、測定報告は雑音強調ベクトルの送信を含む。電力ビットローディングアルゴリズム２０８により、使用される各副搬送波によるデータ伝送のための電力と変調フォーマットとが決定される。このローディングアルゴリズムは、いずれのＦＥＣより前に予め規定したビット誤り率（Bit Error Rate：ＢＥＲ）が達成されるように固定の電力配分を想定して処理量を最大化してもよい。
【００６０】
実施形態によると、上述したＯＷＣのＰＨＹ層は、５０、１００、および２００ＭＨｚの帯域幅に対する同軸モードにおけるＧ．ｈｎ標準規格（家庭用グリッド標準規格）に基づいてもよい。より低い帯域幅とより高い帯域幅へのスケーラビリティのために他のモードが付加されてもよく、また、図１の（ｃ）を参照して説明したようなＣＯ無線トポロジーのために、次に説明するように、付加的な機能が付加されてもよい。ＯＷＣのＰＨＹ層は、
波形は常に正の実数である、
バイアスが付加され、必要であれば、デジタル領域にクリッピングが実装される、
任意選択として、電力効率を改善し減光への対応を可能にするようにＳＣ変調が使用されてもよい、
という拡張により、アップリンクとダウンリンクとの両方向で適応型ＯＦＤＭ波形を使用してもよい。
【００６１】
図３は、図２に示すＯＦＤＭ変調器２１０が行う場合のＯＦＤＭ信号生成の例を示す。図３では、データシンボル数が２Ｎ個である１ブロックの送信が想定されている。電力効率を改善し減光への対応を可能にするようにＯＦＤＭに基づくＳＣ変調方式を生成するために、光の事前符号化５００が適用されてもよい。信号は、次に、事前符号化とエルミート対称性のために使用される搬送波マッピング部５０２での処理に入力される。次に、ＩＦＦＴ５０４が施され、５０６でＣＰが付加され、続いて５０８で、制御されたクリッピングがデジタル領域で施される。
【００６２】
搬送波マッピングが、図３の搬送波マッピングブロック５０２とＩＦＦＴブロック５０４とを示す図４に図示したような方法で行われてもよい。搬送波マッピングブロック５０２は、入力におけるデータを複数の副搬送波上に供給するシリアル／パラレル変換器５０２ａを備える。搬送波マッピングブロック５０２は、さらに、それら複数の副搬送波をシリアル／パラレル変換器５０２ａから受け取る共役対称性ブロック５０２ｂを備える。実数波形の生成には、それら副搬送波の半数のみが使用され、共役対称性が次の式で実現される。
2019500771.tif 000008
ここで、「＊」は複素共役を示す。ブロック５０２ｂの出力において、ｘｉというシンボルが複素数であっても、ＤＭＴ信号は実数である。図４について、出力信号に一定のバイアス信号を加えるために副搬送波ｘ０が使用されてもよいことに注目されたい。
【００６３】
ＩＦＦＴブロック５０４は、ＤＭＴ信号に基づいて演算する実際のＩＦＦＴ５０４ａを備え、時間領域信号Ｘ（ｋ）が次の式で与えられる。
2019500771.tif 000009
ここで、ｉはサンプルの添え字を示し、ｘｉは周波数領域における複素数ベースバンド信号を示し、２ＮはＩＦＦＴのブロックの大きさを示す。ＩＦＦＴブロック５０４は、さらにパラレル／シリアル変換器５０４ｂを備える。
【００６４】
ＣＰの挿入を示す図５に概略的に示すように、ＩＦＦＴ５０４の出力（図３参照）において、サンプル数２Ｎ個のシリアルブロックでは、最終ＣＰサンプルが副ブロックとしてコピーされて、サンプルのブロックの冒頭に繰り返されて付加される。単純な単一タブのＦＤＥが使用できるように、ＣＰを送信機で付加して受信機で削除することで、マルチパスチャネル行列がテプリッツ（Toeplitz）型から、周波数領域における対角チャネルを求めるために送信機のＩＦＦＴの使用と受信機でのＦＦＴの使用を可能にする巡回型に変換されてもよい。
【００６５】
上記のとおり、処理の冒頭で光の事前符号化５００が行われてもよく、例えば、ＳＣ変調してもよい。クリッピングの可能性を低減し、空間的な効率を全くまたはほとんど犠牲にすることなく電力効率を向上させる目的で、ＯＦＤＭ変調器の前の事前符号化が使用されてもよい。ＳＣ送信については、ＯＦＤＭの概念内でＳＣ送信をエミュレートするため、「内部の」ＯＦＤＭ送信機とともに「外部の」事前符号化が使用される。このことは、やや先進的な信号処理を必要とするが、受信機側にも同様の小さな利益がある。すなわち、復号化が単純になる。図６は、ＯＦＤＭ送信機の電力効率を改善する３つのＳＣ変調方式Ａ〜Ｃの例を示す。図６（ａ）は、ロールオフ係数α＝０を使用した純粋なＤＦＴ事前符号化を示す。図６（ｂ）は、α＞０を実現するために周波数領域に適用されてもよいＲＲＣフィルタを示す。図６（ｃ）は、ガウス型最小偏移変調（Gaussian Minimum Shift Keying：ＧＭＳＫ）波形がＯＦＤＭシステム内で実現されるように時間領域に適用されたガウス型フィルタとＭＳＫとを示す。単一搬送波変調については、非特許文献２および非特許文献３が詳しいであろう。
【００６６】
図６（ａ）には単純なＳＣ送信機が示されている。この送信機では、まず、シンボル列がＭ点ＤＦＴの処理に入力され、ＤＣチャネルが中央になるように巡回シフト（Cyclic Shift：ＣＳ）を使用した後に、望ましい周波数サブバンドに直接マッピングされる。最後に、プリコードされた列が、２Ｎ点逆ＤＦＴ（Inverse DFT：ＩＤＦＴ）の処理に入力され、ＣＰが付加される。非特許文献２に記載されるように、この手順により、ロールオフ係数α＝０を有するＳＣ信号が得られる。矩形フィルタリングは、時間領域において、ピーク対平均電力比（Peak-to-Average Power Ratio：ＰＡＰＲ）を増加させる「リンギング」を生じさせる。これは、ＲＲＣフィルタ処理済みＳＣ送信の特別な場合であり、その詳細は後述する。
【００６７】
図６（ｂ）は、ＲＲＣフィルタ処理済みＳＣ変調を示し、この変調では、付加的なルートレイズドコサインフィルタが、 α≧０である周波数領域に導入される。周波数領域においてそのフィルタリング実現するために、周波数領域でＤＦＴ出力ブロックを繰り返すことでオーバーサンプリングがエミュレートされる。その後、ＲＲＣフィルタが周波数領域に適用される。列は、その後、ＤＣチャネルが中央になるようにＣＳを使用して、望ましい周波数サブバンド上に直接マッピングされる。これらのステップについて、次にさらに詳しく説明する。
【００６８】
長さＭのデータ列ａ（ｎ）（ｎ＝１，２，・・・，Ｍ）が使用される。列は、係数Ｆにより次式のようにアップサンプリングされる。
2019500771.tif 000010
ここで
2019500771.tif 000011
であり、ｋ＝１，２,・・・，Ｆ Ｍであり、２ＮはＣＰのない最終波形におけるサンプル数である。また、表記
2019500771.tif 000012
は、ｚが最も近いｚ以下の整数に切り捨てられることを意味するために使用される。これは、ＭＡＴＬＡＢでは「ｆｌｏｏｒ（ｚ）」という関数である。比
2019500771.tif 000013
が整数であるという条件では、Ｆ回のアップサンプリングとそれに続くＭ点ＤＦＴとからなる処理は、Ｍ点ＤＦＴとそれに続くスペクトルの繰り返しとからなる処理に相当する。その証明は、非特許文献２に記載されている。したがって、アップサンプリングと２Ｎ点ＤＦＴとからなる処理は、周波数領域においてＭ点ＤＦＴと出力信号の繰り返しとからなる処理で置き換えられる。
【００６９】
次のステップは、ブロック長Ｍを変数とする関数として帯域幅を簡単に変化させることができるように実施された、柔軟な周波数領域フィルタである。一連の添え字であるｓ＝［−Ｍ，・・・，Ｍ］を用いてベクトルが定義され、フィルタのベル形状部分が次式で計算される。
2019500771.tif 000014
ここで、ｌ＝１，２，・・・，２Ｍ＋１である。このフィルタは、次式に示す範囲で透過的である。
2019500771.tif 000015
【００７０】
フィルタが全面的に減衰する範囲が２つある。それらは、次式で与えられる。
2019500771.tif 000016
2019500771.tif 000017
ここで、各ベクトルａ、ｂ、およびｃによって示される各範囲において、Ｇｌを、それぞれＧａ＝１、Ｇｂ＝０、およびＧｃ＝０とする。アップコンバージョンは、非特許文献２に記載されているように、時間領域列の２Ｎ点ＤＦＴと、ＮｃｅｎｔｅｒによるＣＳと、シフトされた信号の２Ｎ点ＩＤＦＴとからなる処理に相当する。
【００７１】
図６（ｂ）は、周波数領域において、フィルタ処理された直交振幅変調（Quadrature Amplitude Modulation：ＱＡＭ）の合成を概略的に示す。まず、データシンボル列がＭ点ＤＦＴの処理に入力され、その出力が周波数領域で繰り返される。信号は次に周波数領域でフィルタ処理され、信号がアップコンバージョンされて望ましい中心副搬送波ＮｃｅｎｔｅｒになるようにＣＳが適用される。最後に、信号が２Ｎ点ＩＤＦＴの処理に入力され、ＣＰが付加される。ＳＣ送信機では、ロングタームエボリューション（Long Term Evolution：ＬＴＥ）標準規格に比べると搬送波マッピングは変形されており、そうすることで、非特許文献２で概要が述べられているように、また新規のマッピングが図７に図示されているように、波形が時間領域ＳＣ信号と同等になる。
【００７２】
図７は、Ｍ点ＤＦＴ出力ベクトル（添え字が１）のＤＣ副搬送波が、２Ｎ点ＩＤＦＴのＤＣ副搬送波に、最初にマッピングされることを示す。次の２つのブロック
2019500771.tif 000018
と
2019500771.tif 000019
とが、
最初と最後の副搬送波にマッピングされ、アップサンプリングをエミュレートするために周波数領域に周期的レプリカが付加される。最後に、周波数領域フィルタが適用され、ＣＳを使用して中心副搬送波上に信号を変調する。
【００７３】
図６（ｃ）を参照して説明したＧＭＳＫは、電波によるリンクではＰＡＰＲがゼロであることがわかっている。ＯＷＣリンクでは実数波形のためこれは達成されないものの、ＧＭＳＫにより、ＳＩＮＲが非常に低い場合に極めて安定した信号送信が提供される。図６（ｃ）に示すように、まず、古典的な時間領域のガウス型周波数偏移変調（Gaussian Frequency-Shift Keying：ＧＦＳＫ）による単一搬送波送信機を検討する。シリアルなデータシンボル列ａ（ｎ）は、上述のように、ｂ（ｋ）が得られる単一搬送波変調についてアップサンプリングされる。時間領域にガウス型フィルタを適用すると、フィルタ処理された信号ｃ（ｋ）が求められる。古典的なガウス型フィルタは、ある程度のメモリを備えて有限インパルス応答（finite impulse response：ＦＩＲ）を使用すれば、時間領域で近似される。次に、ｃ（ｋ）がＭＳＫ変調器での処理に入力され、そこでまず蓄積され次式の位相が得られる。
2019500771.tif 000020
さらにその後、次式による複素数の振幅に代入される。
2019500771.tif 000021
【００７４】
同相信号Ｉと直交信号Ｑとは同じ位相で供給されるが、列をアップコンバージョンして望ましい中心周波数に変換する場合、９０度のずれが生じて単側波帯（Single Side Band：ＳＳＢ）変調が得られる。これは、アナログの同相直交（In-phase and Quadrature：ＩＱ）変調器を使用して行ってもよい。同様のＳＳＢアップコンバージョンは、デジタル信号処理により達成されてもよい。複素数値のＧＳＭＫベースバンドは、単一のＯＦＤＭ副搬送波に起因する、デジタル合成された複素数値をとる振動でサンプルごとに増幅される。その振動は、望ましいＧＭＳＫ変調信号の中心周波数である。最後に、時間領域で長さＭのウィンドウが適用される。
【００７５】
ＯＦＤＭを使用したＧＭＳＫと同等の処理を、図６（ｃ）に概略的に示す。従来通り、データ列ａ（ｎ）はＭ点ＤＦＴに入力され、周波数領域において出力信号を繰り返すことでアップサンプリングがエミュレートされる。次に、周波数領域においてガウス型フィルタが適用される。一連の添え字であるｓ＝［−Ｒ，・・・，Ｒ］（Ｒ≦Ｍ）を用いてベクトルが生成され、フィルタが次式のように決定される。
2019500771.tif 000022
ここで、
2019500771.tif 000023
ここで、ｎ＝１，２，・・・，２Ｒ＋１であり、ＢＴは帯域幅時間積である。例えば、ＢＴ＝０．３である。ＧＭＳＫは非線形のＳＳＢ位相変調である。それにより、信号の蓄積とＩＱ信号の生成という２つの機能が、時間領域で実現される。本発明の手法は、周波数領域でのフィルタリング後であるが時間領域においてＧＭＳＫ変調器を介在させるものである。フィルタデータ列のＭ点ＩＤＦＴを使用して、ｃ（ｋ）が求められる。次に、ｃ（ｋ）が単位ピーク振幅に正規化されて、上記の時間領域ＭＳＫ変調器に入力される。アップコンバージョンが適用されて、最後にＣＰが付加される。
【００７６】
ＳＳＢ位相変調が非線形処理であることから、ＧＭＳＫは隣接チャネル干渉を引き起こす。ＧＭＳＫ変調器入力が周波数領域に制限されていても、帯域内副搬送波間の四波混合により帯域外干渉が起こる。しかしながら、その干渉は、範囲ｓ＝［−Ｒ，・・・，Ｒ］の外側で全体として減衰する周波数領域における自由選択的な変調後フィルタによって排除されて、それにより電力の補正をしてもよい。
【００７７】
上記の波形それぞれから、複素数列が得られる。適応型ＯＦＤＭ手法で行われるのと同様に、複素数波形は最初のＮ個の副搬送波のみに対応し、次に、次式で表される共役対称性によって求められる実数波形を生成するのにエルミート対称性が必要となる。
2019500771.tif 000024
【００７８】
結果であるＤＭＴ信号は、たとえシンボルｘｎが複素数であっても実数である。
【００７９】
図８は、本発明の手法の実施形態に従って使用される場合のフレーム構造の一例を示す。このフレーム構造は、コア同期とチャネル推定とに使用されてもよいプリアンブル６００を含む。プリアンブルは、Ｇ．ｈｎ標準規格で定義されるように同軸モードの形をとってもよい。低ＳＮＲ時には最適化が行われてもよく、プリアンブルの最後のＯＦＤＭシンボルがチャネル推定に使用されてもよい。プリアンブルにより、受信機は、例えば、単一入力単一出力（Single Input Single Output：ＳＩＳＯ）モードでヘッダ６０２とデータ部分６０４の両方を復号できるようになる。ヘッダ６０２は、リンク設定やデータ復号のための情報のような制御情報を保持している。任意選択により、低ＳＮＲ時の最適化のために上述した事前符号化が行われてもよい。プリアンブル６００における最後のシンボルにあるようなものと同じヌメロロジ（numerology）が使用されてもよく、ヘッダ情報は透過的であり、ＭＡＣ層によって定義されてもよい。データ部分６０４は、ＭＩＭＯとサンプリング周波数オフセット（Sampling Frequency Offset：ＳＦＯ）とに使用される付加的な参照信号を含んでもよい。
【００８０】
図９は、本発明の手法の実施形態に従って適応型ＯＦＤＭのＰＨＹ層を利用するにあたり異なる光源が使用されてもよい場合、それら光源それぞれに対するパラメータを示す。高帯域幅モードで使用されるヌメロロジが、図９の表に示されている。このヌメロロジは、Ｇ．ｈｎ標準規格による送信に使用される仕様に基づく。可変帯域幅が使用されつつ、すべての送信モードについて同じＣＰ長と同じ副搬送波間隔が保持される。それにより、幅広い使用事例への対応と、上記に示したデータレートの範囲、すなわち、１Ｍｂｉｔ／ｓから１０Ｇｂｉｔ／ｓの範囲への対応とが可能になる。ピークおよび最低データレートについて、すべての副搬送波は、副搬送波ごとに最高および最低のデータレートによる変調方式を使用してデータをロードされる。最高または最低の符号レートがそれぞれ使用される。適応型ビットローディングに従って、最終的に、電力が再配分されるのは減数された副搬送波のみであってよい。すなわち、最低データレートはさらに低くてもよい。広大な帯域幅と使用される変調方式および符号方式は、送信機に、移動体通信で通常想定されるような、ＯＷＣチャネルの受信電力と帯域幅との極めて大きな変動にデータレートを適応させることを可能にする。当該レートを適応させたとしても、すべてのチャネル条件状況で伝導性が維持される。
【００８１】
さらなる実施形態によれば、ＷＤＭおよび波長偏移変調（Wavelength-Shift Keying：ＷＳＫ）の性能を改善するために、ＭＩＭＯ方式の使用により多様性と空間的多重化とに対応できるようにしてもよい。２個の送信機と２個の受信機について、各副搬送波上のＭＩＭＯ送信の信号モデルが次式で表される。
2019500771.tif 000025
ここで、一般的には、太字の大文字は行列、太字の小文字はベクトルを表す。受信信号は、ｙｉ（ｉ＝１，・・・，ｎＲｘ、ｎＲｘは受信機の数）と表記される。送信信号は、ｘｊ（ｊ＝１，・・・，ｎＴｘ、ｎＴｘは送信機の数）と表現される。チャネル行列要素Ｈｉｊは、ｊ番目の送信機からｉ番目の受信機へのチャネル利得を示す。
【００８２】
送信の信頼度を改善するために、最初のリンク設定とヘッダ送信検出とがＳＩＳＯモードで行われる。プリアンブルとヘッダの送信がすべての送信機を使用して行われるが、すべての送信機からの各重畳チャネルに対応する推定に基づく最大比合成（Maximum Ratio Combining：ＭＲＣ）を各受信機
2019500771.tif 000026
において使用することで検出が改善されてもよい。使用される送信機数はヘッダに示されてもよい。
【００８３】
実施形態によれば、ＡＣＥシンボルがＰＨＹ層フレーム内のデータフィールド６０４（図８参照）の冒頭で送信される。ＡＣＥシンボルは、周波数領域内で定義される複数のＯＦＤＭシンボルである。各ＡＣＥシンボルは、すべての副搬送波上の同じビット列を含む。そのビット列は、信号配置スクランブラ（Constellation Scrambler）での処理に入力されるのみである。ＭＩＭＯについては、列（ｓｍ）はすべての１ｓを含むが、直交列から取り出した符号とその全体が掛け合わされる。ある１つの送信機Ｔｘについて、プリアンブル内のチャネル推定シンボルが使用される。
１台のＴｘ: ［｛ｓｎ｝］
【００８４】
２つの送信機については、最初のシンボルと、１つのＡＣＥシンボルが次のように送信される。
２台のＴｘ:
Ｔｘ１：［｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝］
Ｔｘ２：［｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝］
ここで、最初のシンボルは常にヘッダに含まれており、ＡＣＥのために追加シンボルが送信される。この 方式 は、４台の、さらに８台の送信機へと次のように拡張してもよい。
４台のＴｘ:
Ｔｘ１：［｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝］
Ｔｘ２：［｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝］
Ｔｘ３：［｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝］
Ｔｘ４：［｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝］
８台のＴｘ:
Ｔｘ１：［｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝］
Ｔｘ２：［｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝］
Ｔｘ３：［｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝］
Ｔｘ４：［｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝］
Ｔｘ５：［｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝］
Ｔｘ６：［｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝］
Ｔｘ７：［｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝］
Ｔｘ８：［｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛ｓｎ｝｛−ｓｎ｝］
【００８５】
実施形態によれば、ＭＩＭＯリンクを動作させるために使用可能な、いくつかの送信モードが存在する。主な目的は、処理能力最大化とリンクの安定的運用のために最適な数のストリームが常に選択されるように、空間的多様性と空間的多重化との動的なトレードオフを可能にすることである。ＭＩＭＯリンクが双方向の閉ループ態様で適応的に運用されることと、順方向リンクについてのＭＩＭＯ測定報告が逆方向リンクで提供されることが想定される。
【００８６】
受信機から送信機へ伝達される完全なチャネル情報を保持するＭＩＭＯ送信は、以下のように説明されうる。各副搬送波上の送信は、周波数領域において次式のように定式化してもよい。
2019500771.tif 000027
ここで、（ｎｔｘ×１）ベクトルｘｎは、ＯＦＤＭ 副搬送波ですべての送信機からそれぞれ送信された添え字ｎの信号を含む。（ｎＲｘ×１）ベクトルｙｎおよびｖｎは、それぞれ、受信信号および受信雑音を含む。整数ｎＴｘおよびｎＲｘは、それぞれ、送信機数および受信機数を示す。（ｎＲｘ×ｎＴｘ）行列Ｈｎは、各送信機と各受信機間のチャネル係数を要素とする副搬送波ｎについてのチャネル行列を示す。この行列は、次式のようにチャネルインパルス応答行列Ｈｌと関係する。
2019500771.tif 000028
ここで、Ｌは解となるマルチパスの数である。送信機と受信機とが保持する完全なＣＳＩに基づき、次式のように、副搬送波のＨｎの特異値分解（Singular Value Decomposition：ＳＶＤ）を行うことでチャネル容量が漸近的に近似される。
2019500771.tif 000029
これにより、チャネル行列について、送信および受信空間それぞれにおける固有ベクトルを含む行列ＶｎおよびＵｎが求められる。
【００８７】
対角行列Ｄｎは、ｉ＝１，・・・，ｍｉｎ（ｎＴｘ，ｎＲｘ）についての特異値
2019500771.tif 000030
を含むが、それらは、空間固有モードの振幅利得と呼ばれる。上付き文字のＨは、行列の共役転置行列を示す。情報理論では、容量は、すべての空間固有モードｉとすべての副搬送波ｎにわたって統合ウォーターフィリング（joint water-filling）を行うことで無限大のＮについて漸近的に近似される。情報理論とは異なり、実際には、連続的ではなく離散的な変調アルファベットが使用される。処理能力、公平性、キューの安定性といったような最適化基準が満たされるように、各固有モードおよび各副搬送波についての個別の変調とともに、その時のチャネル状態に応じて統合ビットローディングおよび電力配分アルゴリズムが使用される。
【００８８】
送信信号ベクトルｘｎ＝Ｖｎｄｎが、データベクトルｄｎから求められ、空間的に多重化されたデータ信号が、受信機で
2019500771.tif 000031
として再構築される。各ストリームにおける雑音には、各ストリームの特異値に応じて、異なる増幅がなされる。
【００８９】
ＣＳＩが利用可能か否かに応じて変更が加えられる。ＣＳＩが受信機でのみ利用可能な場合、事前符号化は適用されない。単純な行列ベクトルの乗算を要する線形検出をさらに想定すると、副搬送波上の送信信号は、最小平均二乗誤差検出器を使用することにより次の式で再構築されてもよい。
2019500771.tif 000032
ここで、Ｉおよびσ２は、それぞれ、１つの受信機での（ｎＴｘ×ｎＴｘ）単位行列および雑音分散である。
【００９０】
図１０は、ある特別な処理を送信機と受信機との両方に導入することで適応型ＭＩＭＯ送信を実装するための実施形態を示す。また、数が可変なストリームが使用されるが、それは、時間を変数とする光無線チャネルに依存して、ストリーム数を減らすと高容量が達成される場合があるからである。例えば、もしＬＥＤが受信機から離れる方向に向かっているとすれば、そのＬＥＤは送信には使用できないのでスイッチが切られてもよい。ユーザーデータはＱ個（Ｑは１からｎｔｘまでのいずれかの整数）のパラレルデータストリームを使用して多重分離される。各ストリームのデータは、処理能力を最大化するため、個別選択可能な変調方式を使用して各副搬送波上で伝送される。これは、ストリーム別レート制御（Per-Stream Rate Control）と呼ばれることもある。続いて、すべてのアクティブなストリームが空間方式処理部に入力され、そこでは、反対側のリンクについて得られたチャネル情報が、すべてのストリーム伝送について最適な空間的な事前処理を特定するために、並行して使用される。ＭＩＭＯチャネルランクは時間によっても、副搬送波の添え字ｎの関数としても変動する。したがって、適応型ＯＦＤＭ手法の延長として、各副搬送波または副搬送波のグループについて最適なＭＩＭＯ送信モードの選択が行われる。次に挙げるＭＩＭＯ送信モードが使用されてもよい。
（ａ）空間繰り返しコード：１つのストリームのみがすべてのＬＥＤおよびＰＤで送受信される。このモードは、例えば、無指向性の送信機特性を作り出す場合に有用である。これは、事前符号化ベクトルｖｎ＝（１，１，１，１，・・・，１）Ｔを使用して達成されてもよい。
（ｂ）送信機選択：省エネルギーのため、一部のＬＥＤで変調のスイッチが切られてもよく、それにより事前符号化ベクトルｖｎの対応する個所が０になる。
（ｃ）受信機選択：複数のＬＥＤを使用して１つのストリームしか送信されない場合、ＭＲＣが好ましい。これは、多重ＦＦＴとともに各受信機でのＡＤＣが必要となる。多くの場合、すべての変調周波数について、ＭＩＭＯチャネルでは自由なＬＯＳとそれによる低減された経路損失とを持つリンクが少ない。よって、チャネル行列は「疎」である。複雑さの低減のために、最も強い信号のいくつかを選択して等利得合成（Equal Gain Combining：ＥＧＣ）を使用してそれらの信号を合成すればよい。これは、より少ないＡＤＣで済むようにアナログ領域ですでに実現されてよい。
（ｄ）送信機および受信機の組合せとしての選択：送信機および受信機を組み合わせて選択してもよい。
（ｅ）複数のストリームについての送信機および受信機の選択：上記の２つの方式が、ストリーム数Ｑがアクティブな送信機および受信機の少ないほうの数以下である場合には、複数ストリーム送信と組合されてもよい。受信機側では、次に、複数ストリーム処理により残留クロストークが低減される。
（ｆ）ＷＤＭ送信：ＷＤＭについては、異なる色が使用されるため、通常はストリーム数が送信機ポート数と等しくなる。この場合、複数ストリームが並行して送信され、すべての副搬送波のプリコーディング行列がＶｎ＝１ｎで与えられる。受信機フィルタ後の色分離が不完全であるかもしれないので、ＭＩＭＯ参照シンボルが送信されてもよく、ＭＩＭＯのチャネル推定および処理は残留クロストークを低減して空間効率を向上させるために行われてもよい。
（ｇ）ＷＳＫ送信：ＷＳＫ送信については、例えば、ＲＧＢＹ（赤緑青黄）ＬＥＤの場合、プリコーディングベクトルＶｎ＝（ａＲ，ａＧ，ａＢ，ａＹ）Ｔが使用される。ＭＩＭＯ参照シンボルが送信される場合、送信機での不完全な色補正は、反射面によってさらに変化することもありえるので、受信機側でのＭＩＭＯ処理によって補償されてもよい。
【００９１】
図１１は、例えば、工業の環境において使用される場合の高速ＰＤネットワークアーキテクチャの一例を示す。図１１は、図１（ｃ）を参照して説明した方法と同様にして、例えば、工業生産現場で使用される自走式ロボット機器である、複数のＵＤ１００１および１００２を示す。ＵＤ１００１および１００２は、それぞれ、電波チャネルでの通信を可能にするようにアンテナ７００１および７００２を備え、さらに、光無線リンクを可能にする光送受信機７０２１および７０２２を備えてもよい。ＡＰには、３つの光フロントエンド１０２１〜１０２３が含まれる。また、ＵＤ１００１および１００２に無線電波チャネルを提供するための電波フロントエンド７０４が設けられてもよい。各フロントエンドが対応する範囲は、７０６１〜７０６４に模式的に示す。さらに、図１１では、垂直ハンドオーバーと水平ハンドオーバーとが示されている。垂直ハンドオーバーはＵＤ１００１について示されているが、ＵＤが光フロントエンド１０２１のサービス提供範囲７０６１から出て電波フロントエンド７０４のサービス提供範囲７０６２に近づくことを意味し、その結果、垂直ハンドオーバーは、通信がＯＷＣから電波ベースの無線通信に切り替えられることを意味する。ＵＤ１００２については、フロントエンド１０２３のサービス提供範囲７０６３に入るべく、フロントエンド１０２３のサービス提供範囲から出ようとしているところであり、その結果、フロントエンド１０２２と１０２３とのハンドオーバーが必要となるが、双方ともに光フロントエンドなので送信は光領域内にとどまることから、このハンドオーバーは水平ハンドオーバーと称される。
【００９２】
各フロントエンドは対応するリンク１０８１〜１０８３を介して調整器１０６に接続され、電波フロントエンド７０４はリンク７０８を介して調整器１０６に接続される。調整器１０６は、図示の例では、各接続部１０８１〜１０８３および７０８が接続されるイーサネット／ＶＬＡＮスイッチ７１０を備える。スイッチ７１０は、さらに、ネットワーク制御ブロック７１２と、安全対策／待ち行列ブロック７１４と、ローカルキャッシュ７１６とを有するネットワーク制御装置ＮＣを備える。さらに、スイッチ７１０は、インターネットゲートウェイ７１８を介して、回線１１０に示すようにインターネットに接続される。調整器１０６は、ＵＤとの通信にために要求される安全対策、ＨＡＲＱ（Hybrid Automatic Repeat reQuest）、およびＦＥＣの機能とともに、ハンドオーバーを行うためと干渉協調を行うために必要な機能を実装する集中制御を提供する。ネットワークはイーサネットであってもよく、光無線フロントエンドにはＬＥＤ、ＰＤ、アナログフロントエンド等を含んで、上述のようにＰＨＹ層とＭＡＣ層とが実装されてもよい。光無線端末１００１および１００２が、必要があればＣＯ通信のために光フロントエンドを介して集中制御１０６と通信を行い、ＰＨＹ層とＭＡＣ層とがＳＡリンクを提供する。
【００９３】
図１１に図示するＣＯ無線ネットワーク（Coordinated Wireless network：ＣＯＷ）アーキテクチャでは、複数のＡＰ１０２１〜１０２３および７０４を配置しているので、移動体光無線ＵＤ１００１および１００２が任意のサービス範囲において連続してサービス提供範囲に置かれる。サービス提供範囲７０６１〜７０６４は重なりのある範囲であり、ＡＰからＡＰへの水平ハンドオーバーが可能になる。範囲どうしが重なっていない場合もあるが、そのような範囲では別の無線技術への垂直ハンドオーバーが提供される。以下、重なりのあるサービス提供範囲を含むＣＯ無線ネットワークについてより詳細に説明する。
【００９４】
ＭＩＭＯモードでの方法と同様にして、送信の信頼度を改善するように最初のリンク設定とヘッダ送信検出とがＳＩＳＯモードで行われる。プリアンブルとヘッダの送信は、すべてのＡＰの送信機で行われ、異なるＡＰで使用されるチャネル推定シンボルを互いに直交させる。これは、周波数領域でＡＰに依存して副搬送波スペースの整数倍偏移された各ＡＰに副搬送波の異なる櫛状部を割り当てることで実現される。受信機は使用されているサービス利用者と櫛状部との間のチャネルを補間することができると想定されている。ヘッダ検出は、各受信機
2019500771.tif 000033
においてすべての送信機からの各重畳チャネルに対応する推定に基づいてＭＲＣを使用して改善されてもよく、共同でサービスが提供される範囲におけるＡＰのリストが、割り当てられた櫛状部偏移とともにヘッダに含まれる。
【００９５】
図１２は、ＣＯ無線ネットワークで使用されてもよいＡＣＥシンボルの実施形態を示す。図１２の中央には、複数のＡＣＥシンボルが図示され、所与のＡＰにおいて各ＬＥＤは別の列を送信する。同色でマークされた副搬送波は同じＡＰに割り当てられ、副搬送波の櫛状部はある距離をおいて再使用されてもよい。ＡＣＥシンボルの割り当ては、ネットワーク管理によって定義され、例えば、新しいＡＰがネットワークに付加された場合に動的に変更されてもよい。ＣＯＷトポロジーで異なるＡＰをそれぞれ特定するためと、各ＡＰでＭＩＭＯを使用する可能性を維持するために、異なるＡＰそれぞれのチャネル推定シンボルは周波数領域で直交させられる。チャネル推定ブロック全体にわたって、ＡＰには副搬送波の別の櫛状部が割り当てられ、ＣＰにおいてタブがあるのと同じぐらいの数の副搬送波のみがチャネル推定に必要なので、すべてのマルチパスを特定するために、すべての副搬送波の代わりに副搬送波の櫛状部を使用することが可能である。
【００９６】
ＡＣＥ信号が、ＣＯＷトポロジーで２回送信されてもよい。最初の期間では、セル固有ＡＣ（Cell-Specific AC：ＣＳ−ＡＣ）とも称されるＡＣＲＥ列が、より多くの送信機から直接送信され、物理チャネル行列Ｈが各副搬送波について推定される。この情報は、ＡＰがフィードバックを介して対応するＵＤから推定ＣＳＩを受信した後に、共同の送信機最適化に使われてもよい。２番目の期間では、ユーザー固有ＡＣＥ（ＵＳ-ＡＣＥ）とも称されるＡＣＥ列が、送信される前に、送信機最適化処理に入力される。共同の送信機最適化は、他のＡＰに割り当てられた他のＵＤのチャネルにも依存してよい。ＵＳ-ＡＣＥを使用することで、ＵＤは修正された有効チャネル行列Ｈが有効であると推測して、それにより受信機処理に対応する。
【００９７】
上記したように、フレームはペイロードデータも含む。送信機（図２参照）のＯＦＤＭ変調器の前に、ペイロードデータは暗号化されてＦＥＣに供給され、次に信号配置点にマップされる。ペイロードデータの処理は、Ｇ．ｈｎ標準規格に従って行われ、ペイロードデータには、そのデータへの処理に関する参照が付加される。
【００９８】
図１１の実施形態では、上述したＰＨＹ層から受信した情報により、ネットワーク層機能に対応している。より具体的には、ＰＨＹ層が、ＣＣによって割り当てられたとおりに、距離セルで再使用されてよいセル固有参照信号（Cell-Specific Reference Signal：ＳＲＳ）を提供する。ＵＤまたはユーザー端末が自機の到達可能範囲内で最も強力なセルのサービスを利用し、 プリミティブかつ最も確実な信号送信を使用してＰＨＹ層およびＭＡＣ層でリンクを確立する。ＣＣは、サービスを提供するセルと、そのセルの送信と近隣セルにおける干渉協調の方法を決定し、ユーザー固有参照信号（User Specific Reference Signal：ＵＲＳ）を提供し、干渉協調を含んだＥＶＭを測定し、ＵＲＳフィードバックを提供し、データがサービス提供中のセルを介して送受信される送信モードを適応させる。以下の測定が、図１１の実施形態に従って提供される。
最初のリンク設定と、最適セル選択と、ハンドオーバーとを可能にするため、およびプリミティブな最初の信号送信を可能にするための最も強いセルの信号強度の測定。その測定結果は、イーサネット／インターネットプロトコル（Internet Protocol：ＩＰ）を介してＣＣに渡される。   さらに、各端末についてのＥＶＭ対周波数に関する測定が、適応送信についてＵＲＳに基づいて提供される。   ＵＲＳフィードバックは、ＳＡリンクにおいてＭＡＣ層内で直接使用されるか、ＣＯ送信のためにイーサネット／ＩＰを介してＣＣに転送される。   さらなる測定ではＣＯ送信でのみ使用される最も強いセルについてのＣＲＳに基づく情報を提供し、ＣＲＳ情報は、他のセルと直交するＣＲＳフィードバックチャネルで送信されてもよく、静的なイーサネット／ＩＰを介してＣＣに渡される。
【００９９】
このように、本発明の実施形態は光無線リンクが正の実数のチャネルであるという洞察に基づくものであり、十分に高い一定のバイアス電流が印可される想定では、光無線チャネルは加算性白色ガウス雑音を有する実数マルチパスチャネルとしてモデル化してもよい。したがって、実数波形を実現するように適用されるのであれば、移動体無線送信のような場合と同様のアルゴリズムが適用されてもよい。重なり合うサービス提供範囲がある複数のリンクが使用される場合は、セル内干渉がある。協調送信アルゴリズムを適用してもよい。光無線送信ではベースバンドが使用される。すなわち、送信機と受信機との間で搬送波周波数のオフセットはない。さらに、ユーザーのモビリティに起因する時間差異が電波に比べて少ない。同様の応用シナリオに対応するミリ波リンク（６０ＧＨｚ）では、非常に高いドップラー周波数が生じ、それにより、フィードバックの遅れが回避不可能になるため効率的な干渉管理が実現困難になる。よって、そのような周波数には豊富なスペクトルがあるものの、効率的には利用できない。ハンドオーバーおよび干渉協調がその責任範囲であるモビリティ管理は、例えば、工業の自動化シナリオや車両のシナリオにおいて閉ループ無線管理での利用に必要となるもので、低レイテンシー化するのに重要である。光無線送信には、無線周波数信号による渋滞がありえないという点で、電波に比べて重要な利点がある。
【０１００】
提案する解決策は、移動体電波通信について検討されており、光無線通信にも検討されているＣ−ＲＡＮ）アーキテクチャの採用である。工業生産用ホールあるいは家庭には、無線ＡＰとしても考えられる、すべての光源の信号が集合する（すなわち、家庭における一般的なヒューズボックスまたは一般的なＩＴインフラにおけるスイッチやルータのような中心的な集約ノードにおいて）中心点がある。Ｃ−ＣＲＡＮの構想は、これらの自然なネットワークノードにハンドオーバーと干渉管理とに要求されるＣＣ機能を持たせることである。これは、これはローカルクラウドの中のようであり、ユーザーデータが保存されてもよい。なお、ＣＣは、フロントエンドよりもスイッチまたはルータにより高速につながる可能性があるので、データ処理が各所で可能でさえある。よって、複数のフロントエンドに対する複数の信号がまとめて処理されてもよい。
【０１０１】
ＣＣは無線フロントエンド付近に存在するので、光フロントエンドが既存のネットワーク経路を介して必要な情報をＣＣに届けることを想定すると、ユーザーが移動しサービスを提供するセルや干渉するセルが高速に入れ替わる場合に超高速の干渉協調が可能になる。
【０１０２】
低レイテンシーハンドオーバーについては、データパスが即座に変わり、その処理の間にデータが失われないことが必要である。
【０１０３】
実施形態によると、必要なネットワーク安全対策が２つの末端で終了される。移動体端末とローカルクラウドにおいてである。そうすることで、フロントホール（フロントエンドとクラウドとの間）を通る信号パスと無線リンクは、連結されたリンクとして保護されてもよい。ＬＴＥでなされたような以前の解決策は、安全対策が基幹ネットワークで終了される必要があったが、基幹ネットワークは典型的にはユーザーから数百キロも離れた場所にあり、レイテンシーを中程度にするに過ぎない。他の実施形態によると、どのセルがサービス提供中か把握しているＣＣが、クラウド内の「安全対策＋待ち行列」（Security + Queues：Ｓ＆Ｑ）機器と、確実な制御チャネルを介して無線端末とに、どのフロントエンドが現在サービスを提供中か通知する。パケット全体が無線リンクで送信されることが決まるとすぐに、対応する経路選択情報が、ＶＬＡＮのアドレスとしてイーサネットトランスポート層において各個別のパケットにスタンプされる。クラウドからフロントエンドへのリンクは、ローカルなＩＴネットワークにおいて各集約ノード内に事前に構成されているものと想定する。Ｓ＆Ｑ機器内のスタンプを変更すれば、ダウンリンクのパケットは別の経路をとる。以前の手法では協調信号処理が各フロントエンドの内部で処理されたが、それとは異なり、本発明の手法はすぐに実装可能であり、システムが、基幹ネットワークによる外部からの制御とは無関係に、スタンドアロンの態様でシームレスなモビリティを可能とする。ローカルクラウド（図１１参照）内に配置されるＣＣを導入することで、即時の干渉管理と超高速のハンドオーバーとに必要な、すべての判断と下位層の経路選択作業とがローカルで行われてもよい。それにより、移動体基幹ネットワークからの外的制御なしに移動体データリンクの低レイテンシー化を保証する。さらに、すべての伝送はイーサネットであり、既存の低コスト技術のみが使用される。しかしながら、ＣＣから受信した制御情報によって各パケットにスタンプを押すセキュリティと待ち行列の機能は、クラウド内または各移動体端末内に設けられる。そうすることで、工業用無線ネットワークの必須要件が初めて満たされる。
【０１０４】
上述した概念の態様の一部を装置との関連で記載したが、これらの態様は、ブロックまたは装置がその方法ステップまたは方法ステップの特徴に対応するような、対応する方法の説明をも示していることは明らかである。同様に、方法ステップとの関連で記載された態様は、対応するブロックまたは物の説明、もしくは対応する装置の特徴の説明をも示している。
【０１０５】
本発明の実施形態は、実装要件に応じてハードウェアまたはソフトウェアによって実装することができる。その実装には、それぞれの方法が実施されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働する（または協働可能な）制御信号であって、電子的に読み取り可能な制御信号が記憶されるデジタル記憶媒体、例えば、フレキシブルディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ（Compact Disc）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＰＲＯＭ（Programmable Read-Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、またはフラッシュメモリが使用されてもよい。よって、デジタル記憶媒体はコンピュータ読み取り可能であってもよい。
【０１０６】
本発明に係る実施形態には、電子的に読み取り可能な制御信号を有し、本明細書に記載された方法のうち１つが実施されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働可能なデータ担体を備えるものもある。
【０１０７】
概して、本発明の実施形態は、コンピュータ上で実行されるときに、方法のうち１つを実施するために動作可能なプログラムコードを含むコンピュータプログラム製品として実装することができる。プログラムコードは、例えば、機械読み取り可能な担体に記憶させてもよい。
【０１０８】
他の実施形態は、機械読み取り可能な担体に記憶され、本明細書に記載された方法のうち１つを実施するコンピュータプログラムを備える。
【０１０９】
換言すれば、本発明の方法の実施形態は、コンピュータ上で実行されるときに、本明細書に記載された方法のうち１つを実施するプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。
【０１１０】
よって、本発明の方法のさらなる実施形態は、本明細書に記載された方法のうち１つを実施するコンピュータプログラムが記録されているデータ担体（またはデジタル記憶媒体、もしくはコンピュータ読み取り可能な媒体）である。
【０１１１】
よって、本発明の方法のさらなる実施形態は、本明細書に記載された方法のうち１つを実行するコンピュータプログラムを表現するデータストリームまたは信号列である。そのデータストリームまたは信号列は、例えば、データ通信接続を介して、例として、インターネットを介して、転送されるように構成してもよい。
【０１１２】
さらなる実施形態は、本明細書に記載された方法のうち１つを実行するように構成された、または適合させた、例えばコンピュータなどの処理手段、またはプログラム可能な論理装置を備える。
【０１１３】
さらなる実施形態は、本明細書に記載された方法のうち１つを実行するコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを備える。
【０１１４】
一部の実施形態では、プログラム可能な論理装置（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ）を、本明細書に記載された方法の機能の一部もしくは全部を実行するために使用してもよい。一部の実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本明細書に記載された方法のうち１つを実行するためにマイクロプロセッサと協働してもよい。概して、これらの方法は、何らかのハードウェア装置によって行われることが好ましい。
【０１１５】
上述した実施形態は、本発明の原理の例示に過ぎない。本明細書に記載された配置構成および詳細の修正や変形は、当業者にとって明白であろうことが理解される。よって、本特許請求の範囲にのみ限定され、本明細書における実施形態の記述と説明とによって提示された具体的な詳細には限定されないことが意図される。
【図１】
2019500771.tif 000034
【図２】
2019500771.tif 000035
【図３】
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【図４】
2019500771.tif 000037
【図５】
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【図６】
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【図７】
2019500771.tif 000040
【図８】
2019500771.tif 000041
【図９】
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【図１０】
2019500771.tif 000043
【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月5日(2018.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体機器（１００）による光無線通信を提供するシステムであって、
それぞれ中心点に接続され、それぞれが前記移動体機器（１００）との光無線通信を提供できるように構成される複数の光フロントエンド（１０２）と、
前記中心点に接続されるネットワーク制御装置（１０６）と、備え、
前記ネットワーク制御装置（１０６）が、前記光フロントエンド（１０２）のそれぞれと中心点（１０６）との間のデータフローを制御するように構成されるデータフロー制御装置を備え、前記データフロー制御装置は前記ネットワーク制御装置（１０６）からの制御信号に応答して作動するように構成され、前記制御信号は前記複数の光フロントエンド（１０２）のうち、いずれの光フロントエンド（１０２）が前記移動体機器（１００）にサービスを提供するのかを示し、
前記複数の光フロントエンド（１０２）から前記ネットワーク制御装置（１０６）へのインタフェースが、前記ネットワーク制御装置（１０６）と前記複数の光フロントエンド（１０２）との間で制御信号の送受信を行い、
複数の移動体機器（１００）が、協調リンクを使用して前記光フロントエンド（１０２）と通信を行い、
前記複数の移動体機器（１００）と前記光フロントエンド（１０２）が、干渉協調とハンドオーバーのための入力として協調送信と各測定報告が光フロントエンド（１０２）によって前記ネットワーク制御装置（１０６）に伝達される前に、物理的干渉チャネルを推定し、
リンクの状況に依存して、前記ネットワーク制御装置（１０６）が、前記ネットワーク制御装置（１０６）と前記複数の光フロントエンド（１０２）との間の通信経路を再選択することによってハンドオーバーイベントを開始し、前記移動体装置（１００）と前記光フロントエンド（１０２）との送信を制御して干渉を最小限にするように構成される、
システム。
【請求項２】
データフロー制御装置は、前記ネットワーク制御装置からの制御信号に応じて、前記移動体機器に送信される予定であるデータブロックまたはデータパケットに経路選択情報を含めるか、前記移動体機器から受信されたデータブロックまたはデータパケットの経路選択情報を変更する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記中心点から前記フロントエンドそれぞれまでの使用可能性のあるリンクが、前記中心点とすべての中間的集約ノードとにおいて、前記ネットワーク制御装置により事前に構成されている、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記中心点が、例えば有線コンピュータネットワークである有線ネットワークの一部であるか、有線の電力ネットワークの一部である、請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記有線コンピュータネットワークが、それそれがスイッチまたはルータなどである１つ以上の集約ノードを備え、前記１つ以上の集約ノードのうち１つ以上に前記ネットワーク制御装置が接続される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記有線コンピュータネットワークがパケット交換方式のネットワークである、請求項４または５に記載のシステム。
【請求項７】
前記中心点がヒューズボックスを備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記有線ネットワークと、前記複数のフロントエンドと、前記ネットワーク制御装置とが、事前に規定された環境内で提供される、請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記事前に規定された環境が工業または商業用の場所を含み、前記場所が、例えば、工業または商業用の敷地または施設であり、前記敷地または施設は、工業生産用エリア、工業生産用ホール、店舗などである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記事前に規定された環境が個人の場所を含み、前記場所が、住居用の場所、個人の住宅、個人用集合住宅などである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記データフロー制御装置がハードウェア装置である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ネットワーク制御装置が、安全対策と、ＨＡＲＱと、ＦＥＣと、ハンドオーバー協調と、干渉協調とを提供し、
前記有線コンピュータネットワークが、イーサネットプロトコルに従って作動し、
前記無線フロントエンドのそれぞれが、アナログ受信機の構成要素を備え、送信プロトコルのＰＨＹ層と下位のＭＡＣ層を実装するように構成される、
請求項１から１１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数のフロントエンドが、電波無線フロントエンドをさらに備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載のシステム。
【国際調査報告】
2019500771.tif 000046
2019500771.tif 000047