(57)【要約】  複数のアンテナを備えた受信機を有する無線ネットワークのためのクロスレイヤマルチパケット受信の媒体アクセス制御およびリソース割当ての方法が提供される。無線ネットワーク内のユーザ機器は、ランダムバックオフ期間の経過後に送信要求（ＲＴＳ）要求を行うことによって、データ送信のためにネットワークにアクセスする。送信要求に応じて、アクセスポイント（または他の受信側）は、少なくとも一部はチャネル状態情報に基づいて、物理層の使用を最適化する送信パラメータを決定する。これらの送信パラメータは、受信準備完了（ＣＴＳ）メッセージと共に、受信側から、特定された送信側へ送信される。ＣＴＳメッセージを受け取ると、送信パラメータに従ってデータが送信される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチパケット受信無線ネットワークにおいてデータを送信する方法を実行するコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
チャネルを検知して、マルチパケット受信ネットワーク内に保留中の送信があるか否かを決定するステップと、
前記チャネルが第１の所定の期間を超える期間にわたってアイドル状態にある場合には、所定の初期の競合ウィンドウを超えないランダムな期間にわたり待機して、送信要求制御フレームを送信するステップと、
ある受信機から受信準備完了制御フレームを受信した場合には、第２の所定の期間にわたり待機して、前記受信準備完了制御フレームによって指定されるパラメータに基づいて前記データ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２】
前記受信準備完了フレームにより指定されるパラメータに基づいてデータを送信するステップは、時空間符号化ＯＦＤＭブロックを形成することによって前記データを送信するステップを含むものであり、前記時空間符号化ＯＦＤＭブロックは、前記パラメータの一部として指定される連続した２つのＯＦＤＭシンボルを組み合わせることによって形成されるものである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項３】
前記方法は、送信要求が行われたときに衝突が発生すると、
前記競合ウィンドウを倍にするステップと、
前記第１の所定の期間を超える期間にわたって前記チャネルがアイドル状態となるのを待機するステップと、
倍となった競合ウィンドウを超えないランダムな期間にわたり待機するステップと、
送信要求制御フレームを送信するステップと
をさらに含むものである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項４】
前記方法は、送信要求制御フレームを正常に送信すると、前記競合ウィンドウを前記初期の競合ウィンドウにリセットするステップをさらに含む、請求項３に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項５】
前記方法は、受信確認タイムアウト期間内に受信側から受信確認を受け取らない場合には、送信要求制御フレームを再送信するステップをさらに含むものである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項６】
前記無線ネットワークは、無線ローカル・エリア・ネットワークまたはＭＩＭＯ無線ネットワークの少なくともいずれかである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項７】
前記受信側が複数の受信アンテナを有する無線アクセスポイントである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項８】
マルチパケット受信無線ネットワークにおいて物理層を効率的に利用するための方法であって、
受信側において複数の受信アンテナのうちの１つを介して受信した複数の送信要求フレームのそれぞれについて、
前記送信要求に関連付けられた送信元を特定するステップと、
特定された送信元へ受信確認を返すステップと、
マルチパケットの受信に際して前記物理層を効率よく利用するための送信パラメータを決定するステップと、
決定された送信パラメータと共に受信準備完了フレームを特定された送信元へ送信するステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記決定された送信パラメータと共に受信準備完了フレームを送信するステップは、送信に際して使用するＯＦＤＭブロックと共に受信準備完了フレームを送信するステップを含むものである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記決定された送信パラメータと共に受信準備完了フレームを送信するステップは、副搬送波、ビット、電力の割当て情報と共に受信準備完了フレームを送信するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記受信側が無線アクセスポイントである、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記無線ネットワークがＭＩＭＯ無線ローカル・エリア・ネットワークである、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記マルチパケットの受信に際して物理層を効率よく利用するための送信パラメータを決定するステップは、データ送信に要する通信時間を低減するために、副搬送波、ビット、電力の割当て情報を決定するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記送信側はＳＩＭＯ機器である、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
複数の送信側から送信されたデータを受信するステップと、
決定されたパラメータを用いて各送信側から送信されたデータを復号化するステップと
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
ＭＩＭＯベースの無線ローカルネットワークにおいて物理層を効率的に利用するためのシステムであって、
複数の受信アンテナと、
複数の送信アンテナと、
チャネル状態情報を含んだ送信要求フレームを送信側から受け取る送信要求コンポーネントと、
前記送信要求により提供されたチャネル状態情報に少なくとも一部は基づいて、通信時間を最小化する送信パラメータを決定する送信パラメータコンポーネントと、
決定された送信パラメータを用いて受信準備完了フレームを生成し、前記送信要求を行った送信側へ前記受信準備完了フレームを送信する受信準備完了コンポーネントと
を備えたシステム。
【請求項１７】
各々が複数の送信アンテナを有しており、送信要求を生成する送信側として動作する複数のユーザ機器をさらに備えた請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
各受信側が、決定された送信パラメータに基づいて前記受信側へ送信されたデータを復号化するデータ受信コンポーネントをさらに備えている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
各受信側が、復号化されたデータを広域ネットワークに伝送する広域ネットワークアクセスコンポーネントをさらに備えている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記送信パラメータが、副搬送波、ビット、電力の割当て情報を含む、請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線ネットワーク通信に関し、具体的には複数入力複数出力に基づいた無線ネットワーク及び単入力複数出力に基づいた無線ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＥＥＥ８０２．１１ベースの無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）といった無線ネットワーク（ＷＬＡＮ）は、次第に普及し、広く展開されている。しかし、従来のＷＬＡＮは通常、特に高いネットワーク負荷の下では、理論的限界から大きく乖離した動作をする。この乖離が生じる決定的な理由は、これらのシステムが、通常は非効率的な階層的手法に基づいて設計されていることである。特に、媒体アクセス制御（medium access control）プロトコルは、物理層（physical layer）の特性を考慮に入れずに設計されている。同時に、物理層リソースも通常は、媒体アクセス制御の問題が考慮されていないため、十分に利用できない。
【０００３】
例えば、従来の８０２．１１ベースのシステム（８０２．１１ａ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇなど）における媒体アクセス制御プロトコルは、１つの同時通信のみをサポートする単純衝突モデル（ｓｉｍｐｌｉｓｔｉｃ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ｍｏｄｅｌ）を用いる。詳細には、８０２．１１ベースのシステムは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（carrier sense multiple access protocol with collision avoidance）に基づくものである。このような理想化されたモデルは、楽観的なものであると同時に、悲観的なものでもある。このモデルが楽観的なのは、フェージングや雑音といったチャネルの影響を無視する誤りのない受信を想定しているためである。しかし、このモデルは、同時通信の存在下で複数のパケットを正常に復号化する際に物理層の機能を利用しないため、悲観的なものでもある。近年、複数のアンテナを配備することによってより高いスループットを目指すＩＥＥＥ８０２．１１ｎ標準化の取り組みが多くの関心を集めている。しかし、この規格の衝突モデルは、依然として、以前の８０２．１１ベースの衝突モデルから基本的に転換されておらず、マルチパケット受信を許容するものではない。
【０００４】
マルチパケット受信を可能とする１つの解決法は、送信側と受信側における適応的アンテナアレイ、すなわち、空間分割多元アクセス（ＳＤＭＡ）を可能とするような複数入力複数出力（ＭＩＭＯ：multi-input multi-output）技術を用いることである。ＭＩＭＯの特殊な事例が、単一の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いた単入力複数出力（ＳＩＭＯ）である。他方、現在の８０２．１１システムの大部分では直交周波数分割多元方式（ＯＦＤＭ）が用いられている。というのは、ＯＦＤＭでは、時間分散の大きいマルチパスチャネルを介した広帯域伝送における限られたＲＦ帯域幅および送信電力を効率よく利用することができるからである。マルチパケット受信を実現するためのもう一つの代替的な方法が、マルチユーザＯＦＤＭ、すなわち、直交周波数分割多元接続（ＯＦＤＭＡ）である。また、ＯＦＤＭＡシステムに特有のマルチキャリアの特性は、適応的なビットローディングおよび電力制御と組み合わせた動的な副搬送波の割当ても可能にし、そのため、周波数およびマルチユーザダイバーシチを利用することにより、達成可能なデータ転送速度を向上させることができる。したがって、ＭＩＭＯ技術をＯＦＤＭと組み合わせて使用することは、広帯域無線システムにとって魅力的な解決法である。
【０００５】
しかし、リソース割当ての既存のやり方は、８０２．１１のようなシステムにうまく適合せず、大部分のやり方は媒体アクセス制御の問題を考慮していない。しかも、既存の割当ての方法は、とてもマルチユーザＭＩＭＯ／ＯＦＤＭシステムの完全な解決法とはいえない。
【０００６】
例えば、ＭＩＭＯシステムにおいて送信アンテナアレイを利用する主要な技術には、時空間符号化と送信ビームフォーミングの２つがある。これら２つの技術は、送信側で利用することのできるチャネルフィードバックに関する２つの異なる極端な仮説に基づくものである。時空間符号化はフィードバックを必要としないが、従来のビームフォーミングは正確なフィードバックを必要とする。時空間符号化は、その仮説において過度に悲観的であり、従来のビームフォーミングに伴う仮説はほとんど有効ではない。
【０００７】
前述のＭＩＭＯベースの無線ネットワークの欠点は、単に、従来のＭＩＭＯベースの無線ネットワークの問題の一部を概説するためのものにすぎず、網羅することを意図したものではない。以下に示す様々な限定的ではない実施形態の説明によれば、従来技術の他の問題がさらに明らかになる。
【発明の概要】
【０００８】
後述する詳細な説明および添付の図面に示す例示的で非限定的な実施形態の様々な態様の基本的または一般的な理解に役立つように、以下に本発明における簡単な概要を示す。しかし、この概要は、広範囲にわたる、あるいは網羅的な概説のためのものではない。この概要の唯一の目的は、後述する本発明の様々な実施形態のより詳細な説明への前段として、本発明のいくつかの例示的で非限定的な実施形態に関連するいくつかの概念を、簡略化した形で提示することである。
【０００９】
複数のアンテナを備えた受信機を有する無線ネットワークのための、クロスレイヤマルチパケット受信の媒体アクセス制御およびリソース割当ての方法が提供される。無線ネットワーク上のユーザ機器は、ランダムバックオフ期間の経過後に送信要求（ＲＴＳ）（request to send）を行うことにより、データを送信するためにネットワークにアクセスする。送信要求に応じて、アクセスポイント（または他の受信機）は、物理層の使用を最適化する送信パラメータを決定する。送信側パラメータは、副搬送波、ビット、電力の割当ての情報を含むことができる。これらの送信パラメータは、受信側から、指定された送信側に向けて受信準備完了（ＣＴＳ）（clear to send）メッセージとともに送信される。ＣＴＳメッセージが受信されると、送信パラメータに基づいてデータが送信される。
【００１０】
クロスレイヤマルチパケット受信の媒体アクセス制御およびリソース割当てのシステムおよび方法を、添付の図面を参照してさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＭＩＭＯ無線ネットワーク動作環境を示す図である。
【図２】一実施形態によるプロトコル動作を示す図である。
【図３】データ送信時の送信側の例を示す図である。
【図４】データ送信時の受信側の例を示す図である。
【図５】一実施形態による時空間符号化ビームフォーマの構造を示す図である。
【図６】様々なリソース割当ての方法についてρとビット誤り率との関係を示すグラフである。
【図７】様々なリソース割当ての方法について１副搬送波当たりの信号対雑音比と１パケット当たりの平均ＯＦＤＭシンボル数との関係を示すグラフである。
【図８】様々なリソース割当ての方法について１副搬送波当たりの信号対雑音比とスループットとの関係を示すグラフである。
【図９】様々なリソース割当ての方法についてユーザ数とスループットとの関係を示すグラフである。
【図１０】様々なリソース割当ての方法についてパケット到着レートと平均パケット遅延との関係を示すグラフである。
【図１１】様々なリソース割当ての方法について１副搬送波当たりの信号対雑音比と平均パケット遅延との関係を示すグラフである。
【図１２】様々なリソース割当ての方法についてパケット到着レートとスループットとの関係を示すグラフである。
【図１３】一実施形態に基づくシステムを示す図である。
【図１４】一実施形態による、送信側のユーザ機器によって行われる方法の一例を示すフローチャートである。
【図１５】一実施形態による、受信側によって行われる方法の一例を示すフローチャートである。
【図１６】本発明が実施される例示的かつ非限定的なコンピューティングシステムすなわち動作環境を表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
背景技術の欄で論じたように、マルチユーザＭＩＭＯシステム（およびＳＩＭＯなど、他のマルチユーザ複数アンテナシステム）のための既存の媒体アクセスおよびリソース割当ての方法は効率が悪い。この非効率である理由の１つは、このようなシステムのリソース割当ての背後にある課題によるものである。例えば、同一チャネル干渉（co-channel interference）を定量化し、処理することは些細なタスクとはいえない。というのはこのタスクが、受信側における伝送方式および検出方法、チャネル情報の正確さ、ユーザの空間的分離の可能性、ならびに許容される全ユーザの送信電力に左右されるからである。第２の例としては、副搬送波ごとのユーザ集合（user set）の選択は通常、割当てを極めて複雑にする最適解の組み合わせ探索を必要とすることである。
【００１３】
図１は無線ネットワーク１００の一例を示している。明確にするために単純な無線ローカル・エリア・ネットワークを示しているが、本発明は、様々なサイズの無線ネットワーク、およびより複雑なローカル・エリア・ネットワークにも使用できることを理解されたい。様々なユーザ機器（１０４、１０６、１０８）（以下、単にユーザと呼ぶ）が、ネットワークに接続している。実施形態によっては、ゲームコンソール、ハンドヘルドコンピュータ、ラップトップコンピュータ１０６、スマートフォン１０４、携帯情報端末１０８、デスクトップコンピュータ、または家電製品（電子レンジや冷蔵庫など）に内蔵されたコンピュータといった任意のユーザ機器を、無線ネットワークに接続することができる。ユーザ機器は、無線ネットワークへの内部接続を備えることもでき、または機器を無線ネットワークに接続するための外部機器（イーサネット（登録商標）あるいは無線アダプタなど）に接続することもできる。この図では、各ユーザはアクセスポイント１０２と無線通信状態にある。実施形態によっては、無線ネットワークが複数のアクセスポイントを含むこともできることを理解されたい。加えて、実施形態によっては、無線ネットワークは、インフラストラクチャモードではなく、ピア・ツー・ピア・モードで動作することができることも理解されたい。アクセスポイントもユーザ機器もそれぞれ複数のアンテナ（multiple antennas）を備えている。
【００１４】
アクセスポイント１０２は普通、イーサネット（登録商標）ネットワークなどの有線ネットワーク１１０に接続されている。しかし、アクセスポイントは、第２の無線ネットワークに接続することもできることを理解されたい。様々なサーバ１１２が有線ネットワークに接続されており、様々なサービス（ファイルサービス、電子メール、ウェブポータル、印刷サーバなど）を提供することができる。図示されていないが、ネットワークプリンタやスキャナといった他の機器も有線ネットワークを介して接続することができる。また普通、有線ネットワークは、インターネットなどの広域ネットワーク１１４にも接続されている。
【００１５】
［ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭベースのＷＬＡＮの実施形態］
以下の表記を使用する。（・）＊、（・）Τおよび（・）Ηは、それぞれ、共役、転置およびエルミート転置を表している。｜・｜は複素ノルムを表しており、Ｅ［・］は期待値の演算子であり、ＣＮ（μ，Σ）は、平均μ、共分散行列Σを有する複素ガウス分布を表している。
【００１６】
明確にするために、例示的な実施形態を、簡略化したＭＩＭＯ／ＯＦＤＭベースのＷＬＡＮの状況で説明する。しかし、クロスレイヤの媒体アクセス制御およびリソース割当ては、別のマルチパケット受信無線ネットワークにおいても使用できることを理解されたい。詳細には、多数のモバイルユーザまたはノードがアクセスポイント（ＡＰ）と通信するＭＩＭＯ／ＯＦＤＭベースのＷＬＡＮシステムのアップリンク伝送を説明する。この例示的なシナリオでは、システムに、それぞれＭｔ個の送信アンテナを備えた合計Ｋｔ人のユーザが存在し、ＡＰはＭｒ個の受信アンテナを備えている。媒体アクセス制御プロトコルの一つの特徴は、このプロトコルに、ＲＴＳ及びＣＴＳ交換の使用による適応的なリソース割当てが組み込まれていることである。その結果、この例示の実施形態におけるマルチパケット受信機能は、ＳＤＭＡの使用だけでなく、ＯＦＤＭＡの使用にも由来するものとなる。
【００１７】
図２は、一実施形態によるプロトコル動作を示している。ユーザは、送信を開始する前に、チャネルを検知して、保留中の送信があるかどうかを決定する。媒体がＤＩＦＳ（distributed inter-frame space、分散フレーム間スペース）を超える期間にわたってアイドル状態にあると判明した場合には、各ユーザは［０，ＣＷ−１］の範囲に一様に分散されたランダム・バックオフ・カウンタ値を選択する。ＣＷは競合ウィンドウ（ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎ  ｗｉｎｄｏｗ）である。ＣＷはスロット単位で管理され、最初は、ＣＷｍｉｎになるように設定される。ランダムバックオフ期間が経過すると、送信元及び宛先のアドレス情報を搬送する送信要求（ＲＴＳ）パケットによってアクセス要求が送られる。
【００１８】
ＡＰは送信側であるユーザの情報を事前に持っていないため、ブラインド検出の方法を適用してチャネル状態情報が推定され、複数のＲＴＳパケットが同時に復号化される。ＲＴＳを検知する他のいずれのユーザも、そのバックオフタイマを一斉に停止状態にする。この実施形態では、ＲＴＳパケットはデータパケットの長さの情報も含んでいる。アクセス要求を受け取ると、ＡＰは、チャネルおよびパケットの長さの情報を利用して、副搬送波、ビットおよび電力のクロスレイヤリソース割当てを行う。また、時空間符号化ビームフォーマのパラメータも同時に計算される。ＳＩＦＳ（ｓｈｏｒｔ  ｉｎｔｅｒ−ｆｒａｍｅ  ｓｐａｃｅ：短いフレーム間スペース）の後に、指定されたユーザへ割当て結果およびチャネル情報を知らせるために、受信準備完了（ＣＴＳ）パケットによってアクセス許可信号がブロードキャストされる。ＣＴＳパケットは、実際のチャネル利得ではなく、時空間符号化ビームフォーマパラメータを提供する。ユーザがＣＴＳパケットを受け取ると、選択されたユーザは、ＳＩＦＳ期間にわたって待機し、データパケットの送信を開始する。データパケットのプリアンブルにおいて送信されるべき直交トレーニングシーケンスは、ＣＴＳパケットにおける受信ユーザアドレスの順序に従って選択することができる。データ送信が終了すると、ＡＰは受信パケットをチェックする。次いで、ＳＩＦＳ期間の後にデータ送信が正常に行われると、そのユーザに受信確認（acknowledge）（ＡＣＫ）が返される。割当てに使用されるチャネル状態情報はＲＴＳパケットの受信時に推定され、この情報は、ドップラー効果によりデータ送信の際には一部無効となっている可能性がある。
【００１９】
この実施形態におけるＡＰは、同時にＲＴＳパケットを送るユーザの数が受信アンテナの数を超えない場合には、ＲＴＳパケットを正常に受信することができるものと仮定する。すると、同時にサポートできる許可されたユーザの数Ｋは、Ｍｒ以下である。詳細には、許可されるユーザは、最小バックオフ期間を同時に選択するユーザである。衝突が発生する場合（ＲＴＳパケットを同時に送るユーザの数がＭｒを超えるときなど）、競合ウィンドウは、その最大値ＣＷｍａｘに達するまで、再送信のたびに倍になる。さらに、パケット誤りが検出され、ＡＣＫが受信確認タイムアウト期間（ＡＣＫｔｉｍｅｏｕｔ）内に受信されない場合にも、再送信が行われる。パケットが正常に送信されると、ＣＷはＣＷｍｉｎにリセットされる。
【００２０】
ＲＴＳ送信の際には、送信側において従来の時空間符号化が用いられる。したがってＡＰでは、複数のＲＴＳパケットを受信するためにブラインド検出が適用される。ＲＴＳパケットを正常に復号化すると、ＡＰは送信元を特定し、データ送信段階において使用される直交トレーニングシーケンスを送信元に知らせることができる。その結果、データフレームのプリアンブルにおいてチャネル状態情報が推定され、この情報により、マルチユーザ検出を用いて、受信側で複数のデータパケットを分離することが可能になる。
【００２１】
データパケット送信時の送信側と受信側の構成の一例を、図３と図４とにそれぞれ示している。周波数帯域はＮ個の副搬送波に分割されている。ユーザｋのシリアル・データ・ストリームは、デマルチプレクサ３０２により複数のパラレル分岐（parallel branches）に変換される。１つの時空間符号化ＯＦＤＭブロックを形成するために、連続した２つのＯＦＤＭシンボルを組み合わせる。割当て結果は、制御情報３０６として、ＡＰからＣＴＳパケットによってモバイルユーザの受信機に送られる。各副搬送波に割り当てられるビット数および電力（power）に応じて、適応変調器は対応するＱＡＭ変調方式３０４を使用することができる。次いで、時空間符号化ビームフォーマ３０８が副搬送波ごとに適用される。その結果得られるシンボルは、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）３１２によって時間領域サンプルに変換することができる。次いでガードインターバルが加えられ（３１４）、これらのサンプルは、アンテナ３１６により周波数選択フェージングチャネルを介してＡＰに送信される。
【００２２】
受信側（ＡＰなど）では、ガードインターバルが除去され（４０４）、サンプルは、ＦＦＴブロック４０６によって周波数領域に逆変換される。異なるユーザのチャネルおよび時空間符号化ビームフォーマを用いて、マルチユーザ検出４０８が適用されてマルチアクセス干渉（ＭＡＩ）が抑えられ（suppress）、すべてのユーザの送信信号が一緒に推定される。副搬送波、ビット、電力の割当て情報４１０を使用してマルチユーザ検出が行われる
【００２３】
チャネル平均フィードバック（channel mean feedback）は、空間フェージングチャネルが、フィードバック上で調整された非ゼロ平均およびチャネル白色共分散を有するガウスランダム変数としてモデル化される場合に注目したものである。このチャネルモデルは、フィードバック遅延によって生じる失効したチャネル状態情報や、チャネル推定、予測またはフィードバック誤りによって生じる不確実なチャネル状態情報といった、様々な種類の部分的チャネル状態情報に対応することができる。
【００２４】
チャネル状態情報は、実施形態によっては完全に推定されるものと仮定でき、ＲＴＳパケットの受信時に得られる。しかし、ＲＴＳとデータパケットの時間差により、そのようなチャネル状態情報は、実際のチャネル情報と比べると一部失効した状態になる。その結果、少なくともいくつかの実施形態においては、一部失効したチャネル状態情報および関連した送信機の設計を想定する。具体的には、副搬送波ｎおよびユーザｋについて、Ｍｒ×ＭｔのＭＩＭＯチャネルは以下のようにモデル化される。
【数１】
2011517860.tif 000002
ただし、
【数２】
2011517860.tif 000003
はフィードバック情報Ｈｆ［ｎ，ｋ］が与えられた場合のＨ［ｎ，ｋ］の条件付き平均（conditional mean）であり、
【数３】
2011517860.tif 000004
は関連するゼロ平均摂動行列（zero-mean perturbation matrix）である。決定的なペア
【数４】
2011517860.tif 000005
は、一部失効したチャネル状態情報をパラメータ化するものであり、分散σε２［ｎ，ｋ］はチャネル状態情報の品質を表している。異なる送信アンテナと受信アンテナとのペアの間の有限インパルス応答（finite impulse response：ＦＩＲ）チャネル
【数５】
2011517860.tif 000006
が独立であり、ｈμｖ［ｋ］におけるＬタップ
【数６】
2011517860.tif 000007
が無相関であるとき、
【数７】
2011517860.tif 000008
となる。ただし、ξは、時間領域における実際のチャネルと推定されるチャネルとの間の相関係数であり、σｈ２は、許可されたすべてのユーザのすべてのＦＩＲチャネルの総エネルギーである。ドップラー効果を考慮すると、ξは時間差ｔΔによって正規化されるドップラー周波数ｆｄに依存する。すなわち、ξ＝Ｊ０（２πｆｄｔΔ）である。ただし、Ｊ０（・）は第１種の０次ベッセル関数である。
【００２５】
通常、インフラストラクチャモードの８０２．１１ベースの無線ネットワークでは、異なるユーザ間で情報交換が行われない。その結果、各ユーザは、他のモバイルとＡＰとのリンクを考慮せずに、時空間符号化ビームフォーマを独自のチャネルに従って独立に設計する。時空間符号化ビームフォーマが、各ユーザの送信機ごとに構成される。送信機の構成はどのユーザおよび副搬送波でも同様であるため、以下では、ただ１つのユーザｋおよび副搬送波ｎについて説明する。しかし、複数のユーザおよび複数の副搬送波があることを理解されたい。簡単にするために、以下の考察では角括弧［ｎ，ｋ］を省略する。
【００２６】
図５は、時空間符号化ビームフォーマの構造を示している。変調されたシンボルｓ１およびｓ２を使用してアラモウティ（Ａｌａｍｏｕｔｉ）時空間行列が生成される。しかし、実施形態によっては、他の時空間ブロック符号方式も使用できることを理解されたい。割合δ１、δ２を用いた送信電力の分割により、第１の基礎ビーム（basis beam）のためのδ１Ｐと第２の基礎ビームのためのδ２Ｐが得られる。次いで、電力ロード（power-loaded）されたシンボルに、２つのビームフォーミングベクトル
【数８】
2011517860.tif 000009
および
【数９】
2011517860.tif 000010
でそれぞれ乗じる。変数
【数１０】
2011517860.tif 000011
は、平均ビット誤り率（ＢＥＲ）の性能を最適化するように調整できる。ｄ２は、コンステレーションのスケーリングされたユークリッド平方距離であり、これは、電力ロードＰとロードされたビット数ｂの関数である。次いで、閾値ｄ０２を使用して目標である
【数１１】
2011517860.tif 000012
が達成される。
【００２７】
複数のユーザが同じ副搬送波上で送信を行うことができ、重畳された信号は、受信側において、複数のアンテナを使用して分離することができる。副搬送波ごとに、受信側（ＡＰなど）は、異なるユーザからの送信された変調シンボルを推定しようとする。次いで、副搬送波の割当て情報を使用して、この副搬送波に割り当てられた対応するユーザが特定される。この送信側の設計では、アーキテクチャを、各シンボルがビームによって送信される時空間ブロック符号化（ＳＴＢＣ）システムとみなすことができる。その結果、本来はマルチユーザＳＴＢＣシステムのために設計されたマルチユーザ検出法（ＭＵＤ）を適用して、異なるユーザの送信信号を一緒に検出することができる。一実施形態では、最尤（ＭＬ）マルチユーザ検出が用いられ、これは、事後確率を最大にする最適な受信アーキテクチャである。ゼロフォーシング（ＺＦ）、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）、並列干渉除去（ＰＩＣ）、連続干渉除去（ＳＩＣ）といった別のＭＵＤも、受信側においてより低い複雑度で用いることができることを理解されたい。
【００２８】
前述のように、ＳＤＭＡおよび同一チャネル干渉（ＣＣＩ）の存在の背後にある課題は、リソース割当て問題の解決を難しくする。これらの問題に対処するために、グループ化の手法が用いられる。この手法は、すべてのユーザをグループに分割し、望ましくは、異なるグループの任意のユーザのペアの間で生じる干渉を小さくしようとするものである。
【００２９】
システムスループットを最大にするためにクロスレイヤ法を用いる。これを達成するために、副搬送波ごとにすべての許容される組み合わせの中から最適なユーザの組み合わせを選択することができ、ビット数および電力が、一部失効したチャネル状態情報に基づいて割当てられる。この割当ての戦略に関してユーザの分離の影響を調べる。このような割当ての戦略では、ユーザが同じ副搬送波を共用することを可能にする条件を示そうとする。その場合、リソース割当て問題は、媒体アクセス制御と物理層両方の問題を考慮することによって定式化することができる。
【００３０】
ＭＩＭＯ／ＯＦＤＭシステムにおける割当ては、各副搬送波上のユーザの選択、ならびにユーザごとのビット数および電力の割り当てを含む。適切な割当ての戦略では、分離可能性の低いユーザが同じ副搬送波に割り当てられないようにする必要がある。というのは、その結果生じる大きな干渉がシステム容量を大幅に低減することになるからである。これを成し遂げて、割当て問題を扱いやすくするために、相互の干渉が実質的に回避されるように、ユーザの割り当てが各ユーザの分離可能性に従って動的に制御される。ユーザの分離可能性は、ユーザ間のチャネル行列の相関によって決定することができる。しかし、一部失効したチャネル状態情報を利用する。その結果、様々なチャネル相関での性能を、異なるチャネルフィードバック品質と共に調べる。
【００３１】
ユーザｋ１、ｋ２のチャネル行列
【数１２】
2011517860.tif 000013
および
【数１３】
2011517860.tif 000014
が以下のように分解されるとする。
【数１４】
2011517860.tif 000015
【００３２】
完全なチャネル状態情報の場合には、時空間符号化ビームフォーマは従来のビームフォーマになる。したがって、受信アンテナ重みベクトル
【数１５】
2011517860.tif 000016
および
【数１６】
2011517860.tif 000017
は、
【数１７】
2011517860.tif 000018
および
【数１８】
2011517860.tif 000019
の第１列ベクトルに等しくなる。チャネル相関は、受信アンテナ重みベクトルに依存し、以下のように定まる。
【数１９】
2011517860.tif 000020
【００３３】
次に、各ユーザが互いに干渉し合わずに、各ユーザを同じ副搬送波に割り当てることのできる条件を定める。式４で定められるρの影響を検討する。
【００３４】
図６は、ＭＬマルチユーザ検出受信機の性能を、式２で定められるチャネルフィードバック品質ξの様々な値の下でのρの関数として示している。具体的には、図６は、それぞれ、ξ＝１（６０５、６１０）、ξ＝０．８（６１５、６２０）、およびξ＝０．６（６２５、６３０）におけるシングルユーザ限界（ｓｉｎｇｌｅ  ｕｓｅｒ  ｂｏｕｎｄ）とＭＬＤとの各グラフを示している。シングルユーザビット誤り率（ＢＥＲ）の限界は、ξが減少すると増加する。他方、ρの値は、ＢＥＲ性能に重大な影響を及ぼす。さらに、マルチユーザ検出の方法を使用するＢＥＲがシングルユーザ限界にきわめて近いρの範囲は、ξが減少するに従って小さくなる。しかし、ＢＥＲ曲線は、より平滑になる。よって、ユーザを同じ副搬送波に割り当てることができるか否かを判断するために、ξとρの両方の値を考慮することができる。ξｔｈとρｔｈを閾値とする。ξ＞ξｔｈかつρ＜ρｔｈである場合には、同じ副搬送波において２ユーザが許容される。よって、チャネルフィードバック品質ξが低いとき、実際のチャネルの相関は、失効したチャネル情報が与えられた場合には保証されない。
【００３５】
この無線ネットワークシステムは、各ペアのユーザ間の相関が閾値ρｔｈより低くなるように副搬送波の割り当てが制御されるため、干渉なしとみなすことができる。ρｔｈの値は、チャネルフィードバック品質ξおよび受信側で使用されるマルチユーザ検出アーキテクチャに従って決定される。よって、ユーザの各組み合わせの許容度を定義することができる。各組み合わせはユーザの部分集合に相当する。したがって、合計２Ｋ通りの可能な組み合わせが生まれる。例えば、Ｋ＝４であるとする。（０，０，０，０）から（１，１，１，１）まで合計１６通りの組み合わせを得ることができる。各組み合わせは、対応するユーザがこの集合の要素であるか否かを値１または０により示したユーザの集合に対応する。組み合わせが許容されるのは、対応するユーザ部分集合においてρｔｈより高い相関を有するユーザの組が見つからない場合である。チャネルフィードバック品質ξは、許容される組み合わせをチェックするための間接的なパラメータであり、ρｔｈの値を決定する際に役割を果たす。具体的には、１ｉ，ｎを、第ｎ番目の副搬送波上の第ｉ番目の組み合わせの許容度指数として定義する。すなわち、
【数２０】
2011517860.tif 000021
である。
【００３６】
例えば、ρｔｈ＝０．５である４ユーザのシナリオについて説明する。副搬送波ｎ上の相関行列が、
【数２１】
2011517860.tif 000022
である場合には、１６，ｎ＝１である。これは、ユーザ２とユーザ４を含む集合を表す第６番目の組み合わせ（０，１，０，１）が許容されることを示唆している。同様に、１１２，ｎ＝０は、組み合わせ（１，０，１，１）が許容されないことを示唆している。というのは、ユーザ１とユーザ４を同じ副搬送波に割り当てることができないからである。
【００３７】
割当ては、ユーザのすべての許容される組み合わせを考慮することによって決定される。ＡＰがＫ人のユーザからのＲＴＳパケットを正常に受信するものとする。目標は、データパケットが最小通信時間内に送信されるように、副搬送波、ビット数、電力を割当てることである。通常、伝送時間を最小化することは、データ転送速度を最大化することと等価である。物理層から見ると、この目的は、ＱｏＳ要件および総電力制約条件ＰＴｏｔａｌが与えられた場合に、総データ転送速度を最大にすることに設定することができる。しかしこれは、ネットワークスタックの上位層の問題を考慮する場合には、該当しない場合もある。例えば、異なるユーザは異なる長さのパケットを有する可能性があり、この長さは、アプリケーションの特性によって決定される。データ伝送時間は、最大数のＯＦＤＭシンボルを使用するユーザによって決定される。そのような場合には、総データ転送速度を最大にしても、最小通信時間は短縮されない。その結果、各ＯＦＤＭシンボル内の割当てデータ転送速度がユーザのパケット長に比例するような追加の制約条件が加えられることになる。その場合、数学的には、最適化問題を以下のように定式化することができる。
【数２２】
2011517860.tif 000023
【００３８】
他の基本サービスセット（ＢＳＳｓ）（Ｂａｓｉｃ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  Ｓｅｔｓ）または近隣のシステムへの干渉を制限し、同じ送信電力の条件下で異なる方式を比較するために、式７Ｂで総電力制約条件が与えられている。しかしこれは、割当てにおいて類似の方法を適用することにより、個別の電力制約条件の事例にも容易に適用できることを理解されたい。上記各式において、βｉ，ｎはユーザｋのパケット長であり、以下のように定義される。
【数２３】
2011517860.tif 000024
【００３９】
問題を扱いやすくするために、βｉ，ｎを、式７Ａにおいて区間［０，１］内の実数になるように緩めることができる。実数値のβｉ，ｎは、第ｎ番目の副搬送波上の第ｉ番目の組み合わせの時間共用係数（time sharing factor）であると解釈することができる。具体的には、データフレームを送信するのに使用されるＯＦＤＭシンボルの数がＮｓである場合には、第ｉ番目の組み合わせが、Ｎｓβｉ，ｎ個のＯＦＤＭシンボルの期間にわたり第ｎ番目の副搬送波に割り当てられる。例えば、４ユーザと第１の副搬送波について考える。データフレームはＮｓ＝４０個のＯＦＤＭシンボルを含む。さらに、第４番目の組み合わせ（（０，０，１，１）、ユーザ３とユーザ４を含む）と第１３番目の組み合わせ（（１，１，０，０）、ユーザ１とユーザ２を含む）が、β４，１＝０．４、β１３，１＝０．６でこの副搬送波を共用する場合、ユーザ３とユーザ４は、この副搬送波の最初の１６個のＯＦＤＭシンボルを占め、この副搬送波の残りの２４個のＯＦＤＭシンボルは、ユーザ１とユーザ２によって共用されることになる。他方、ｆｋ，ｉ，ｎ（Ｐｋ，ｉ，ｎ）は、割当て電力Ｐｋ，ｉ，ｎが与えられた場合の、副搬送波ｎ上の第ｉ番目の組み合わせのユーザｋの速度関数である。適応的Ｍ−ＱＡＭが使用されるものとし、目標ビット誤り率
【数２４】
2011517860.tif 000025
および送信電力Ｐが与えられたとすると、各シンボル内で送信され得るビット数は以下のように近似される。
【数２５】
2011517860.tif 000026
ただし、ｄ０２は次式によって計算される。
【数２６】
2011517860.tif 000027
あるいは、δ２＞０でｄ０２が見つからない場合には、
【数２７】
2011517860.tif 000028
である。簡潔に記すために、
【数２８】
2011517860.tif 000029
とする。特定のユーザｋおよび副搬送波ｎについて、γｋ，ｎは等価のチャネル条件を表す。その場合、速度関数ｆｋ，ｉ，ｎ（Ｐｋ，ｉ，ｎ）は以下のように得られる。
【数２９】
2011517860.tif 000030
ただし、φｉは第ｉ番目の組み合わせに含まれるユーザの集合を表している。１ｉ，ｎもｆｋ，ｉ，ｎ（Ｐｋ，ｉ，ｎ）も送信側と受信側の構造に左右される。
【００４０】
式７Ｄにおける制約条件は、（Ｋ−１）個の独立した式（ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｅｑｕａｌｉｔｉｅｓ）を含んでいる。代わりに、この制約条件はＫ個の従属した式（ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｉｎｅｑｕａｌｉｔｉｅｓ）に置換することもできる。というのは、ａ１≦ａ２≦…≦ａＫ≦ａ１である場合、当然、ａ１＝ａ２＝…＝ａＫということになるからである。すなわち、
【数３０】
2011517860.tif 000031
である。ただし、［・］Ｋは、１≦［・］Ｋ≦ＫであるＫに基づくモジュラス（ｍｏｄｕｌｕｓ）を表している。例えば、［−１］Ｋ＝Ｋ−１、［０］Ｋ＝Ｋ、［Ｋ＋１］Ｋ＝１である。
【００４１】
ｆｋ，ｉ，ｎ（Ｐｋ，ｉ，ｎ）は凹関数である。しかし、式７Ａの目的関数βｉ，ｎｆｋ，ｉ，ｎ（Ｐｋ，ｉ，ｎ）は、（βｉ，ｎ，Ｐｋ，ｉ，ｎ）においては凹でない場合もある。したがって、ｃｋ，ｉ，ｎ＝Ｐｋ，ｉ，ｎβｉ，ｎである場合には、式７Ａ〜７Ｄを以下のように書き換えることができる。
【数３１】
2011517860.tif 000032
【００４２】
βｉ，ｎｆｋ，ｉ，ｎ（ｃｋ，ｉ，ｎ／βｉ，ｎ）は、βｉ，ｎ∈［０，１］およびｃｋ，ｉ，ｎ≧０の範囲内では凹である。他方、１ｉ，ｎは、目的関数の凹性を変化させない。ラグランジアン（Lagrangian）は以下のように得られる。
【数３２】
2011517860.tif 000033
ただし、λとｔｎはそれぞれ式１３Ｂと式１３Ｃのラグランジュ乗数であり、ｕｋは式１３Ｄのカルーシュ・キューン・タッカー（Ｋａｒｕｓｈ−Ｋｕｈｎ−Ｔｕｃｋｅｒ）（ＫＫＴ）乗数である。次いで、最適解（ｃｋ，ｉ，ｎ＊，βｉ，ｎ＊）のためのＫＫＴ条件の集合が以下のように得られる。
【００４３】
βｉ，ｎ≠０の場合、
【数３３】
2011517860.tif 000034
である。
【００４４】
βｉ，ｎ＊＝０の場合、
【数３４】
2011517860.tif 000035
である。
【００４５】
さらに、その他のＫＫＴ条件には、
【数３５】
2011517860.tif 000036
および式１３Ｂ〜１３Ｄで表した制約条件が含まれる。
【００４６】
１ｉ，ｎ＝０のとき、
【数３６】
2011517860.tif 000037
である。
【００４７】
１ｉ，ｎ＝１のとき、式１５Ａおよび式１５Ｃを用いると、
【数３７】
2011517860.tif 000038
である。
【００４８】
他方で、式１５Ｂおよび式１５Ｃから、
【数３８】
2011517860.tif 000039
となる。
【００４９】
式１３Ｃの制約条件を満たすためには、
【数３９】
2011517860.tif 000040
である。
【００５０】
ただし、ψｎは第ｎ番目の副搬送波における許容される組み合わせの集合を表す。
【００５１】
（λ，ｕ１，ｕ２，…ｕＫ）の値が与えられた場合には、（ｃｋ，ｉ，ｎ＊，βｉ，ｎ＊）の最適解が得られる。しかし、（λ，ｕ１，ｕ２，…ｕＫ）の値は、式１３Ｂ、式１３Ｄ、式１５Ｄ、式１５ＥのＫＫＴ条件を満たすために調整される。
【００５２】
よって、一実施形態による反復手法では、（λ，ｕ１，ｕ２，…，ｕＫ）の値を以下のようにして得る。
【００５３】
ステップ１：ＫＫＴ乗数をｕ１＝ｕ２＝…＝ｕＫ＝０に、λを非常に小さな値になるように初期設定する。
【００５４】
ステップ２：（λ，ｕ１，ｕ２，…ｕＫ）の現在の値に基づき、式１６〜２３を使用して（ｃｋ，ｉ，ｎ＊，βｉ，ｎ＊）の最適解を一時的に計算する。
【００５５】
ステップ３：式１３Ｂに基づくＫＫＴ条件が満たされるか否かを調べる。満たされる場合には、次のステップに進む。満たされない場合には、λの値を調整し、式１３Ｂの総電力制約条件が満たされるまで更新されたλの値を使用してステップ２を繰り返す。
【００５６】
ステップ４：式１３Ｄ、式１５Ｄ、式１５Ｅに基づくＫＫＴ条件がすべて満たされるかどうかを調べる。満たされる場合には終了する。
【００５７】
１つまたは複数の条件が満たされない場合には、（ｕ１，ｕ２，…ｕＫ）の値を反復的に探索する。
【００５８】
各反復において、
【数４０】
2011517860.tif 000041
を満たすユーザｋ゜を選択する。
【００５９】
【数４１】
2011517860.tif 000042
とするために、二分法（bi-section method）を用いて、
【数４２】
2011517860.tif 000043
の値を探索する。具体的には、初期の下限
【数４３】
2011517860.tif 000044
を現在の値
【数４４】
2011517860.tif 000045
に設定し、初期の上限
【数４５】
2011517860.tif 000046
を設定する。ただし、
【数４６】
2011517860.tif 000047
であり、これは、すべての副搬送波の中のユーザｋ゜の最善のチャネル利得を表す。
【００６０】
初期の上限
【数４７】
2011517860.tif 000048
は、すべてのｎについてｃｋ，ｉ，ｎ＊＝０となるように設定される。この場合、
【数４８】
2011517860.tif 000049
である。結果として、
【数４９】
2011517860.tif 000050
となる
【数５０】
2011517860.tif 000051
の正しい値は、
【数５１】
2011517860.tif 000052
と
【数５２】
2011517860.tif 000053
の間にあるはずである。
【００６１】
【数５３】
2011517860.tif 000054
と設定し、
【数５４】
2011517860.tif 000055
を用いてステップ２を繰り返す。
【００６２】
【数５５】
2011517860.tif 000056
の場合には、
【数５６】
2011517860.tif 000057
とする。
【００６３】
また、
【数５７】
2011517860.tif 000058
の場合には、
【数５８】
2011517860.tif 000059
を設定する。
【００６４】
【数５９】
2011517860.tif 000060
となるまで、二分探索の手順を繰り返す。
【００６５】
式２４に基づいて次のユーザに切り替えて、式１３Ｄ、式１５Ｄ、式１５ＥにおけるＫＫＴ条件がすべて満たされるまで反復手順を繰り返す。
【００６６】
ステップ５：ステップ３およびステップ４を繰り返す。
【００６７】
ステップ４の二分探索の手順は、条件
【数６０】
2011517860.tif 000061
を満たすべき
【数６１】
2011517860.tif 000062
の値が見つからないときに行うことができる。その場合、探索は、
【数６２】
2011517860.tif 000063
と
【数６３】
2011517860.tif 000064
という２つの場合の間で変動し得る。というのは、これらの２つの組み合わせは、代替として、同じ副搬送波を使用することもできるからである。よって、これらの２つの組み合わせは、
【数６４】
2011517860.tif 000065
という臨界値（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｖａｌｕｅ）が与えられた場合、この副搬送波上で同じ値のＧを有する（式２０参照）。そのような場合には、共用係数βｉ，ｎを用いて区間（０，１）内の値を取ることができる。具体的には、同じ副搬送波ｎ゜を共用する２つの組み合わせｉ１とｉ２があるものとする。組み合わせｉ１だけが選択される場合には、結果として生じるユーザｋ゜およびユーザ［ｋ゜＋１］Ｋの１ＯＦＤＭシンボル当たりの合計速度は、それぞれ、
【数６５】
2011517860.tif 000066
と
【数６６】
2011517860.tif 000067
で表される。代替として、組み合わせｉ２だけが選択される場合には、結果として生じる１ＯＦＤＭシンボル当たりの合計速度は、
【数６７】
2011517860.tif 000068
及び
【数６８】
2011517860.tif 000069
となる。
【００６８】
すると、２つの組み合わせの共用係数が以下のように得られる。
【数６９】
2011517860.tif 000070
【００６９】
ＯＦＤＭシステムを、２０ＭＨｚ帯域にわたる６４個の副搬送波を用いてシミュレートする。無線チャネルは、指数関数的な電力遅延プロファイルおよび３００ナノ秒の二乗平均平方根（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ）（ＲＭＳ）遅延拡散を有する６パスのレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）フェージングチャネルとしてモデル化される。このシミュレーションでは、各モバイルが備えている送信アンテナの数Ｍｔは２であり、ＡＰにおける受信アンテナの数Ｍｒは４であるものとする。パケット誤りおよび再送信の確率を低く維持するために、目標
【数７０】
2011517860.tif 000071
として１０−６を選択する。（式２で定義された）フィードバック品質ξは、正規化されたドップラー周波数によって決定され、通常は０．８以上である。結果として、ξは送信側において０．８（ｆｄｔΔ＝０．１５）になると仮定され、したがって、シミュレーションのためにρｔｈ＝０．４を設定する。同様に、パケット長（ペイロードおよび媒体アクセス制御ヘッダを含む）も、１００バイトから１０００バイトまでの間で一様に分散させる。
【００７０】
図７は、２つの他の方式に優るクロスレイヤ方式での１パケット当たりの平均ＯＦＤＭシンボル数を示している。具体的には、図７は、クロスレイヤ法７３０と、物理層最適化７２０と、固定的割当て７１０との曲線を示している。４ユーザのシナリオをシミュレートする。比較に使用される第１の方式は、上位層におけるパケット問題を考慮せずに（例えば、最初の問題から式７Ｄの制約条件なしで）物理層から見た生データ転送速度を最大化するものである。この方式を物理層最適化と呼ぶ。第２の方式を固定的割当てと呼び、これは、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）および従来のビームフォーミングに基づく固定的変調を用いるものである。従来のビームフォーミングは、δ１＝１およびδ２＝０を設定することにより得られる。他方、１パケット当たりのＯＦＤＭシンボル数は、データ伝送に使用されるＯＦＤＭシンボル数をこのデータフレームに含まれるパケット数で割ったものとして定められる。
【００７１】
各データフレームの期間（duration）はユーザによって決定されることを思い出していただきたい。４ユーザの事例を説明する。１副搬送波当たりの送信信号対雑音比（ＳＮＲ）は、ＳＮＲ＝ＰＴｏｔａｌ／（Ｎ・Ｎ０）として定義される。ただし、Ｎ０は雑音電力である。このシミュレーションでは、Ｎ０＝１としても一般性を失うことはない。この図から、クロスレイヤ法によって使用されるＯＦＤＭシンボルの数は、対象のＳＮＲの範囲全体にわたって他の２つの方式のＯＦＤＭシンボル数よりもはるかに少ないことが容易にわかる。よって、クロスレイヤ法は、常に、スループットを改善し、リソースをより効率よく利用することができる。固定的割当てまたは物理層最適化を使用すると、使用するＯＦＤＭシンボル数はＳＮＲが小さな領域では無限大に増加する。というのは、固定的割当ては通常効率が悪く、低い総電力バジェットでは割当てゼロになる場合もあるからである。他方、物理層最適化の場合には、全ユーザのデータ転送速度の総和を最大にするために、不良なチャネル条件を有する一部のユーザがオフにされる場合もある。その結果、ＯＦＤＭシンボル数は、これらのオフにされたユーザに左右され、したがって、無限大に近づく傾向がある。よって、単一層内の最適化は効率的でない場合がある。これに対して、クロスレイヤ法はより多くの利点を持っている。
【００７２】
異なる方式でのスループット性能をシミュレーションおよび／または実験によって調べる。これらのシミュレーションまたは実験では、レイリーフェージングは各データフレーム内において準定常的（quasi-stationary）であり、異なるデータフレーム間では独立であるものとする。２０Ｋｔユーザを有するシステムを使用し、同時にサポートされ得る最大ユーザ数をＫｍａｘ＝Ｍｒ＝４とする。また、トラフィック飽和も想定する。バックオフ手順において、ＣＷｍｉｎは８に等しく、ＣＷｍａｘは２５６に等しい。
【００７３】
一実施形態では、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＡＣＫを含む制御フレームの形式は、現在の８０２．１１ａ規格に基づいて設計され、フレーム制御フィールド（２バイト）、期間フィールド（２バイト）、受信側アドレス（ＲＡ）フィールド（６バイト）、送信側アドレス（ＴＡ）フィールド（６バイト、ＲＴＳのみ）、およびフレーム・チェック・シーケンス（ＦＣＳ、４バイト）からなる。しかし、制御フレームには他の形式も使用できることを理解されたい。ＭＰＲがサポートされるため、ＣＴＳおよびＡＣＫフレームが正常なＲＴＳ要求またはデータ伝送をノードに確認するためには、複数のＲＡフィールドが必要とされ得る。すべての制御フレームを、同じ速度（６Ｍｂｐｓなど）で送信することも、または可変の速度で送信することもできる。このシミュレーションで使用する他のパラメータを表１に示す。しかし、これらのパラメータは単なる例示にすぎず、実施形態によっては他のパラメータ値も使用できることを理解されたい。
【００７４】
【表１】
2011517860.tif 000072
【００７５】
ＭＰＲおよび適応的リソース割当てがともに設計されているクロスレイヤ法とは対照的に、従来の無線システムではＭＰＲも適応的リソース割当ても適用されない。これらの従前の方法を、それぞれ、ＭＰＲ＋固定的リソース割当て（ＦＲＡ：fixed resource allocation）、ＭＰＲなし＋動的リソース割当て（ＤＲＡ：dynamic resource allocation）、ＭＰＲなし＋ＦＲＡと呼ぶ。比較のために用いる別の方式は、ＡＰが、複数のＲＴＳパケットを検出するが、適応的リソース割当てを用いてただ１つのユーザだけにＣＴＳを送るものである。この方式を、ＭＲＳＤ（Multiple RTS Reception with Single Data Packet Transmission）と呼ぶ。図８は、ＳＮＲが５ｄＢから３０ｄＢまで増加する際に、様々な方法によって達成される平均スループットを示している。具体的には、図８は、クロスレイヤ法８１０と、ＭＰＲ＋ＦＲＡ８２０と、ＭＲＳＤ８３０と、ＭＰＲなし＋ＤＲＡ８４０と、ＭＰＲなし＋ＦＲＡ８５０との各曲線を示している。データパケットの正常な受信は、そのパケットのすべてのビットが正しく復号化された場合としている。
【００７６】
その場合、平均スループットは、ある時間単位（ミリ秒など）内に正常に受け取られた平均パケット数と定められる。このシミュレーションには、非符号化システムを想定している。クロスレイヤ法は、その他の方式と比べ、平均スループットに関して著しい改善を達成することができる。さらに、ＭＰＲ＋ＦＲＡは、低ＳＮＲ範囲を除くほとんどの場合において、ＭＲＳＤおよびＭＰＲなし＋ＤＲＡよりも性能がよい。よってＭＰＲは、ＳＮＲが増加するに従って、ＤＲＡと比べて重要な役割を果たす。というのは、複数のユーザを一度にスケジュールすることによって、チャネルアクセス競合に必要とされるオーバーヘッドを著しく低減することができるからである。この図をよく見ると、さらに、ＭＰＲなし方式の平均スループットは、ＭＰＲを使用する方式と比べて、異なるＳＮＲに関してより安定性を有することが示されている。他方、ＭＰＲなし＋ＤＲＡ方式とＭＰＲなし＋ＦＲＡ方式との間のスループットの差は、高ＳＮＲ範囲では小さくなる。
【００７７】
上記の実験では、２０Ｋｔユーザを有するシステムを使用した。異なるネットワークサイズの下で各方式の性能を求めるシミュレーションも行った。図９は、ネットワークにおけるユーザ数が５から１００まで増加する際の異なる方式の平均スループットを比較している。このシミュレーションでは、１５ｄＢのＳＮＲを想定した。図９は、クロスレイヤ法９１０と、ＭＰＲ＋ＦＲＡ９２０と、ＭＲＳＤ９３０と、ＭＰＲなし＋ＤＲＡ９４０と、ＭＰＲなし＋ＭＰＲ＋ＦＲＡ９５０との各曲線を示している。クロスレイヤ法は、小規模のシステムでも大規模のシステムでもその他の方式より優れた性能を示している。加えて、ＭＰＲなし＋ＦＲＡの方法はＭＰＲなし＋ＤＲＡときわめて類似した性能を有しており、ユーザ数Ｋｔの増加と共に単調に減少している。これらの方式では特に、アクセスを求めて競合するユーザの数が増加したときに、より多くの衝突が発生する。したがって、より多くのリソースが無駄になる。
【００７８】
これと対照的に、クロスレイヤ法またはＭＰＲ＋ＦＲＡ方式のピークスループットは、最小ネットワークサイズでは達成されない。具体的には、クロスレイヤ法を使用した場合には、Ｋｔ＝５からＫｔ＝３０までスループットが増加することが示されている。というのは、リソースが効率よく利用され、ユーザ数が比較的小さいときにはマルチユーザダイバーシチが十分に活用されないからである。よって、クロスレイヤ法における最大スループットに対応するユーザ数は、ＭＰＲ＋ＦＲＡ方式におけるユーザ数よりも大きい。他方、ＭＲＳＤのスループットは、ユーザ数が異なっても基本的に不変のままである。というのは、マルチユーザダイバーシチ利得を利用することができず、複数のＲＴＳの受信制御を使用することにより、ユーザ数が増加したときの衝突を低減させることができるからである。
【００７９】
前述の実験では、ネットワークにおけるトラフィック飽和を想定している。しかし、トラフィック到着モードに関しては、一般的な想定を行う方がより現実に即している。ここでは、パラメータｒｊの位置分布に従ってユーザｊの待ち行列のパケットを生成する。よって、連続する２つのパケット間の到着時間の間隔は、指数分布に従う。ｒｊは到着の強度または単位時間内のパケット到着レート（packet arrival rate）である。Ｋｔユーザの各パケット到着プロセスは独立であるものとし、ネットワーク容量をηで表す。具体的には、システムを安定状態または平衡状態に置くために、
【数７１】
2011517860.tif 000073
がηよりも大きくならないようにすべきである。
【００８０】
図１０は、異なるパケット到着レートの下での平均パケット遅延を示している。パケット遅延は、パケットが到着した時刻からこのパケットのＡＣＫが受信されるまでの時間間隔として定義される。具体的には、図１０は、ＳＮＲ＝１５ｄＢおよびＫｔ＝２０のときのパケット遅延を示している。図１０は、クロスレイヤ法１０５０と、ＭＰＲ＋ＦＲＡ１０４０と、ＭＲＳＤ１０３０と、ＭＰＲなし＋ＤＲＡ１０２０と、ＭＰＲなし＋ＦＲＡ１０１０との各曲線を示している。一般性を失うことなく、ｒで表されるパケット到着レートは、すべてのユーザについて同じであると想定される。ＭＰＲ＋ＦＲＡを使用した場合には、ｒが０．１８パケット／ミリ秒より大きくなると、システムは不安定になる（例えば、平均パケット遅延が時間の経過とともに無限に増加するなど）。ＭＲＳＤ、ＭＰＲなし＋ＤＲＡおよびＭＰＲなし＋ＦＲＡの性能はさらに悪く、パケット到着レートが、それぞれ、０．１５パケット／ミリ秒、０．１３パケット／ミリ秒、０．１２パケット／ミリ秒より低くならない限り、無限のパケット遅延を生じる。これとは対照的に、クロスレイヤ法を使用した場合の平均パケット遅延は、トラフィック負荷が大きいときには、その他の方式の平均パケット遅延より著しく小さい。具体的には、パケットが０．１８パケット／ミリ秒のレートで到着するとき、この方法は、ＭＰＲ＋ＦＲＡと比べて６０％の遅延低減を達成することができる。加えて、パケット到着レートが０．２６パケット／ミリ秒を超えない限り、システムを安定状態に保つこともできる。しかも、図８に示す結果から当然ながら、この方法を使用した場合のネットワーク容量ηは、１５ｄＢのＳＮＲでは約５．２パケット／ミリ秒になる。したがって、これにより、累積パケット到着レートＫｔ・ｒがネットワーク容量ηより小さいときには、システムは安定状態にあるという説が確認できる。他方、トラフィック負荷が減少するにつれて、異なる方式間のパケット遅延の格差は次第に減少し、最終的には消失する。
【００８１】
異なるＳＮＲの値が与えられた場合のこれらの方式の平均パケット遅延を求める。図１１は、パケット到着レートｒ＝０．１４パケット／ミリ秒およびＫｔ＝２０であるとした場合の平均パケット遅延の比較を示している。具体的には、図１１は、クロスレイヤ法１１５０と、ＭＰＲ＋ＦＲＡ１１４０と、ＭＲＳＤ１１３０と、ＭＰＲなし＋ＤＲＡ１１１０と、ＭＰＲなし＋ＦＲＡ１１２０との各曲線を示している。予期されたように、平均パケット遅延は、ＳＮＲが増加するにつれて減少し、クロスレイヤ法は、全ＳＮＲ範囲にわたって他の方式より著しく優れた性能を示している。システムを安定させるために、クロスレイヤ法によれば、ＭＰＲ＋ＦＲＡ、ＭＲＳＤ、ＭＰＲなし＋ＤＲＡ、ＭＰＲなし＋ＦＲＡと比べて、それぞれ、５ｄＢ、６ｄＢ、１１ｄＢ、１４ｄＢのＳＮＲ利得が得られる。さらに、トラフィック負荷が軽い場合にパケット遅延の差が減少する図９とは異なり、異なる方式の遅延性能は、高ＳＮＲの場合でさえも収束しないことが示されている。これは、ＭＰＲなしの方式と比べて、ＭＰＲは、衝突の確率を大幅に低減させ、トラフィック負荷があまり軽くないときのパケット遅延を改善することができるからである。
【００８２】
図１２は、異なるパケット到着レートの下での異なる方式のスループットを示している。具体的には、図１２は、クロスレイヤ法１２５０と、ＭＰＲ＋ＦＲＡ１２４０と、ＭＲＳＤ１２３０と、ＭＰＲなし＋ＤＲＡ１２２０と、ＭＰＲなし＋ＦＲＡ１２１０との各曲線を示している。各方式は、システムスループットに重大な影響を及ぼすパケット到着レートの閾値を有する。パケット到着レートがこの閾値より低いときには、スループットはパケット到着レートが増加するに従って直線的に増加する。そうでない場合には、スループットは基本的に不変のままである。この現象は容易に理解することができ、これらの閾値は、システムが不安定になり、パケット遅延がこれらの臨界点において無限となる傾向にある図１０から得られる。代替的には、これらの閾値は、ネットワーク容量（飽和状態において達成される最大システムスループットなど）をユーザ数で割ったものを使用して決定することもできる。
【００８３】
図１３は、一実施形態による受信側における例示的なシステムを示している。この例では、受信機は複数の受信アンテナ１３８０と、複数の送信アンテナとを有している。システムは、ハードウェアまたはソフトウェアとして実施され得る様々なコンポーネントを有している。この例示のシステムには、送信要求コンポーネント１３１０と、送信パラメータコンポーネント１３２０と、受信準備完了コンポーネント１３３０と、データ受信コンポーネント１３４０と、広域ネットワークアクセスコンポーネント１３５０との５つのコンポーネントがある。
【００８４】
送信要求コンポーネント１３１０は、送信元から送信要求（ＲＴＳ）パケットを受け取る。このパケットはチャネル状態情報を含んでいる。送信パラメータコンポーネント１３２０は、送信要求において提供されたチャネル状態情報に少なくとも一部は基づいて、通信時間を最小化する送信パラメータを決定する。受信準備完了コンポーネント１３３０は、決定された送信パラメータを用いて受信準備完了（ＣＴＳ）パケットを生成し、送信要求を行った送信元にこれを送信する。データ受信コンポーネントは、送信パラメータを使用して複数の送信元から受け取ったデータを復号化する。復号データの中には、インターネットなどの広域ネットワークにデータを伝送するために、広域ネットワークアクセスコンポーネント１３５０により送信されるものもある。
【００８５】
前述の例示的なシステムを説明する際に、図１４および図１５のフローチャートを参照すると、開示された形態に従って実施され得る方法がよりよく理解できる。説明を簡単にするために、これらの方法を一連のブロックとして図示し、説明するが、特許請求の対象は各ブロックの順序によって制限されるものではなく、ブロックの中には、本明細書で図示し、説明する順序と異なる順序で、および／または他のブロックと同時に行われ得るものもあることを理解し、認めるべきである。フローチャートによって非連続の、すなわち分岐したフローが示されている場合には、それは、同じまたは類似の結果を達成する、各ブロックの他の様々な分岐、フローパス、順序が実施され得るものと理解することができる。さらに、以下で示す方法を実施するのに、必ずしも図示のすべてのブロックが必要とは限らない。
【００８６】
図１４は、送信側のユーザ機器が実行する方法１４００を示している。ステップ１４０５で、チャネルが空いているかどうか決定するためにチャネルが検知される。チャネルがアイドル状態にあるときには（ステップ１４１０）、送信側は、ステップ１４１５にて競合期間（contention period）を超えないランダムな期間にわたって待機する。ランダムな期間は擬似ランダム期間として得ることを理解されたい。ステップ１４２０で、受信側へ送信要求（ＲＴＳ）フレームが送られる。このフレームは、アドレス情報およびチャネル状態情報を含んでいる。衝突が発生した場合には、競合期間が倍になり、ステップ１４１５およびステップ１４２０が繰り返される。最終的に、ステップ１４３０にて送信パラメータと共に受信側から受信準備完了フレームを受信する。ステップ１４４０にて送信パラメータに従ってデータが送信される。ステップ１４４５にて、本方法は引き続き、次のデータの送信を行う。
【００８７】
図１５は、受信側の方法１５００を示している。簡潔かつ明瞭にするために、この方法を単一の送信元との通信について示している。しかし、受信側は同時に複数の送信側とやりとりすることを理解されたい。
【００８８】
ステップ１５０５で、送信要求（ＲＴＳ）フレームを受け取る。ＲＴＳパケットは、チャネル状態情報およびアドレス情報を含んでいる。ステップ１５１０にて、ＲＴＳパケット内のアドレス情報を使用するなどによって、送信元が特定される。ステップ１５１５で、特定された送信元に受信確認（ＡＣＫ）が送信される。ステップ１５２０で、前述のステップ１〜５を実行するなどによって、物理層を効率よく使用するための送信パラメータが決定される。ステップ１５２５で、決定された送信パラメータとともに受信準備完了（ＣＴＳ）フレームが送られる。ステップ１５３０で、送信元からデータを受け取る。
【００８９】
［ユーザ機器の例］
前述のように、本発明は、無線ネットワークにおいて、複数のアンテナを有する送信側または受信側として機能することが求められる任意の機器に適用できる。したがって、あらゆる種類のハンドヘルド式、携帯式などのコンピューティング機器およびコンピューティングオブジェクトを、本発明と関連して、すなわち、無線機器がデータを受信し、処理し、または記憶させるのに役立ち得るあらゆる場合において使用することが企図されていることを理解すべきである。したがって、以下の図１６に示す汎用ユーザ機器は一例にすぎず、本発明は、無線ネットワークの相互運用性および相互作用を有するあらゆるコンピューティング機器を用いて実施できる。
【００９０】
図１６は、本発明が実施できる適切なコンピューティングシステム環境１６００の一例を示している。しかし、上記から明らかなように、コンピューティングシステム環境１６００は、適切なコンピューティング環境の一例にすぎず、本発明の用途または機能の範囲に関するいかなる限定も示唆するものではない。またコンピューティング環境１６００は、例示的な動作環境１６００に示した構成要素のいずれか１つまたはこれらの組み合わせに関連する依存関係または要件を有するものとも解釈されるべきではない。
【００９１】
図１６を参照すると、本発明を実施する例示的なリモート機器は、コンピュータ１６１０としてユーザ機器を有している。コンピュータ１６１０の構成要素には、それだけには限られないが、処理ユニット１６２０と、システムメモリ１６３０と、システムメモリを含む様々なシステム構成要素を処理ユニット１６２０と接続するシステムバス１６２１が含まれている。システムバス１６２１は、様々なバスアーキテクチャのいずれかを使用したメモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、およびローカルバスを含む数種類のバス構造のいずれかとすることができる。
【００９２】
コンピュータ１６１０は、通常、様々なコンピュータ可読媒体を含んでいる。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ１６１０がアクセスできる任意の利用可能な媒体とすることができる。例をあげると、それだけには限られないが、コンピュータ可読媒体には、コンピュータ記憶媒体および通信媒体が含まれる。コンピュータ記憶媒体には、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、その他のデータといった情報の記憶のための任意の方法または技術で実施された揮発性と不揮発性の両方、取り外し可能と取り外し不能の両方の媒体が含まれる。コンピュータ記憶媒体には、それだけには限られないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどのメモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、ディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などの光ディスク記憶、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶などの磁気記憶デバイス、あるいは、所望の情報を記憶するのに使用することができ、コンピュータ１６１０からアクセスすることのできる他の任意の媒体が含まれる。通信媒体は、通常、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またはその他のデータを、搬送波やその他の搬送機構といった変調データ信号として実施するものであり、任意の情報受渡し媒体を含む。
【００９３】
システムメモリ１６３０は、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）および／またはランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）といった揮発性および／または不揮発性メモリとしてコンピュータ記憶媒体を含み得る。基本入出力システム（ＢＩＯＳ）は、起動時などにおいてコンピュータ１６１０内の要素間で情報を転送するのに役立つ基本ルーチンを含んでおり、メモリ１６３０に記憶することができる。メモリ１６３０は、通常、処理ユニット１６２０から即座にアクセスすることができ、および／または処理ユニット１６２０によって現在処理されているデータおよび／またはプログラムモジュールも含む。例をあげると、それだけに限らないが、メモリ１６３０は、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、その他のプログラムモジュール、およびプログラムデータも含み得る。
【００９４】
またコンピュータ１６１０は、他の取り外し可能または取り外し不能、揮発性または不揮発性コンピュータ記憶媒体を有していてもよい。例えば、コンピュータ１６１０は、取り外し不能な不揮発性磁気媒体との間で読取りまたは書込みを行うハード・ディスク・ドライブ、取り外し可能な不揮発性磁気ディスクとの間で読取りまたは書込みを行う磁気ディスクドライブ、および／または、ＣＤ−ＲＯＭなどの光メディアといった取り外し可能な不揮発性光ディスクとの間で読取りまたは書込みを行う光ディスクドライブを含むことができる。例示的な動作環境において使用され得る他の取り外し可能または取り外し不能、揮発性または不揮発性コンピュータ記憶媒体には、それだけには限られないが、磁気テープカセット、フラッシュ・メモリ・カード、ディジタル多用途ディスク、ディジタル・ビデオ・テープ、ソリッドステートＲＡＭ、ソリッドステートＲＯＭなどが含まれる。ハード・ディスク・ドライブは通常、インターフェースなどの取り外し不能メモリインターフェースを介してシステムバス１６２１に接続されており、磁気ディスクドライブまたは光ディスクドライブは通常、インターフェースなどの取り外し可能メモリインターフェースによってシステムバス１６２１に接続されている。
【００９５】
ユーザは、キーボードや、一般にマウス、トラックボール、タッチパッドと呼ばれるポインティングデバイスといった入力装置を介してコンピュータ１６１０にコマンドおよび情報を入力することができる。他の入力装置には、マイクロホン、ジョイスティック、ゲームパッド、衛星パラボラアンテナ、スキャナなどが含まれる。上記その他の入力装置は、多くの場合、ユーザ入力１６４０およびシステムバス１６２１に接続された（１つまたは複数の）関連するインターフェースを介して処理ユニット１６２０に接続されるが、パラレルポート、ゲームポート、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）といった他のインターフェースおよびバス構造によって接続することもできる。またシステムバス１６２１には、グラフィックスサブシステムが接続されていてもよい。またシステムバス１６２１には、出力インターフェース１６５０といったインターフェースを介してモニタや別の種類の表示装置も接続されており、出力インターフェース１６５０はさらにビデオメモリとやりとりすることができる。また、モニタ以外に、コンピュータは、スピーカやプリンタといった他の周辺の出力装置を含んでいてもよく、これらの装置は出力インターフェース１６５０を介して接続できる。
【００９６】
コンピュータ１６１０は、リモートコンピュータ１６７０などの１つまたは複数の他のリモートコンピュータへの論理接続を使用した分散環境において動作することができる。これらのリモートコンピュータはさらに、機器１６１０とは異なる機能を有することもできる。リモートコンピュータ１６７０は、パーソナルコンピュータ、サーバ、ルータ、ネットワークＰＣ、ピアデバイスまたは他の一般のネットワークノード、あるいは他の任意のリモートメディア消費機器または伝送機器とすることができ、コンピュータ１６１０に関して前述した各要素のいずれかまたは全部を含み得る。図１６に示した論理接続は、無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）といったネットワーク１６７１を含むが、他のネットワークまたはバスを含んでいてもよい。
【００９７】
コンピュータ１６１０は、複数のアンテナを有するネットワークインターフェースまたはアダプタを介して無線ＬＡＮ１６７１に接続されている。ＷＡＮネットワーク環境で使用される場合には、コンピュータ１６１０は通常、モデムといった通信コンポーネント、またはインターネットなどのＷＡＮを介して通信を確立する他の手段を有している。モデムなどの通信コンポーネントは、内蔵でも外付けでもよく、入力１６４０のユーザ入力インターフェース、または他の適切な機構を介してシステムバス１６２１に接続できる。ネットワーク環境では、コンピュータ１６１０に関連して示すプログラムモジュール、またはその一部分が、リモート記憶装置に記憶されていてもよい。
【００９８】
また、本発明の方法および装置は、電気配線またはケーブル布線や、光ファイバや、他の任意の形の伝送によるものなど、何らかの伝送媒体を介して伝送されるプログラムコードとして実現される通信によって実施されてもよく、その場合、プログラムコードが受け取られ、ＥＰＲＯＭ、ゲートアレイ、プログラマブル論理回路（ＰＬＤ）、クライアントコンピュータなどといったマシンにロードされ、実行されるときに、このマシンは、本発明を実施する装置になる。汎用プロセッサ上で実施されると、プログラムコードは、プロセッサと組み合わさって、本発明の機能を呼び出すように動作する固有の装置を提供する。加えて、本発明と関連して使用される記憶技術はいずれも、常に、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとすることができる。
【００９９】
さらに、開示の発明は、標準的プログラミングおよび／または工学的技法を使用して、コンピュータまたはプロセッサベースの機器を、本明細書に詳述した態様を実施するように制御するためのソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの任意の組み合わせを製造するシステム、方法、装置、または製造品として実施することができる。「製造品（ａｒｔｉｃｌｅ  ｏｆ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ）」（あるいは、「コンピュータプログラム製品（ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｐｒｏｇｒａｍ  ｐｒｏｄｕｃｔ）」）という用語は、本明細書で使用する場合、任意のコンピュータ可読デバイス、搬送波または媒体からアクセスすることのできるコンピュータプログラムを包含するものである。例えば、コンピュータ可読媒体には、それだけに限らないが、磁気記憶デバイス（ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気ストリップなど）、光ディスク（コンパクトディスク（ＣＤ）、ディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）など）、スマートカード、フラッシュメモリ・デバイス（カード、スティックなど）が含まれ得る。加えて、搬送波を用いて、電子メールを送受信する際や、インターネットやローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）といったネットワークにアクセスする際に使用されるようなコンピュータ可読電子データを搬送することができることも知られている。
【０１００】
前述のシステムは、複数のコンポーネント間の対話に関連して説明されている。このようなシステムおよびコンポーネントは、それらのコンポーネントもしくは指定の下位コンポーネント、指定のコンポーネントもしくは下位コンポーネントの一部、および／または追加のコンポーネント、ならびにこれらの様々な組換えまたは組み合わせによるコンポーネントを含み得ることが理解できる。また、下位コンポーネントは、親コンポーネント内に含まれるのではなく、他のコンポーネントと通信可能な状態で結合されたコンポーネントとして実施することもできる。加えて、１つまたは複数のコンポーネントが、集約的機能を提供する単一のコンポーネントに組み合わされてもよく、複数の別々の下位コンポーネントに分割されてもよく、統合機能を提供するために、管理層などの任意の１つまたは複数の中間層を設けて、そのような下位コンポーネントが通信可能な状態で結合されてもよいことにも留意すべきである。また、本明細書で示すコンポーネントはいずれも、本明細書では具体的に示さないが、当分野の技術者には公知の１つまたは複数の他のコンポーネントとやりとりしてもよい。
【０１０１】
以上、本発明を様々な図の好ましい実施形態との関連で説明したが、他の類似の実施形態が使用されてもよく、本発明から逸脱することなく本発明と同じ機能を実施するために、前述の各実施形態への改変および追加を行うこともできることを理解すべきである。
【０１０２】
例示した実施形態は、本発明を、ＩＥＥＥ８０２．１１のようなシステムといった特定のネットワークの状況において利用することに言及しているが、本発明はそれだけに限定されるものではなく、マルチパケット受信の媒体アクセス制御およびリソース割当ての方法を提供するためにどんな無線ネットワークにおいても用いることができる。特に、この技法は、無線パーソナル・エリア・ネットワーク、無線メトロポリタン・エリア・ネットワーク、無線広域ネットワークといった様々なサイズの無線ネットワークにおいて用いることができる。さらに本発明は、複数の処理チップまたは処理装置において、またはこれらにまたがって実施することもできる。したがって、本発明は、どんな１つの実施形態にも限定されるべきでなく、添付の特許請求の範囲による広さおよび範囲を有するものとして解釈されるべきである。
【図１】
2011517860.tif 000074
【図２】
2011517860.tif 000075
【図３】
2011517860.tif 000076
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011517860.tif 000083
【図１１】
2011517860.tif 000084
【図１２】
2011517860.tif 000085
【図１３】
2011517860.tif 000086
【図１４】
2011517860.tif 000087
【図１５】
2011517860.tif 000088
【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月6日(2009.11.6)
【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】
マルチパケット受信無線ネットワークにおいてデータを送信する方法を実行するコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
チャネルを検知して、マルチパケット受信ネットワーク内に保留中の送信があるか否かを決定するステップと、
前記チャネルが第１の所定の期間を超える期間にわたってアイドル状態にある場合には、所定の初期の競合ウィンドウを超えないランダムな期間にわたり待機して、送信要求制御フレームを送信するステップと、
ある受信機から受信準備完了制御フレームを受信した場合には、第２の所定の期間にわたり待機して、前記受信準備完了制御フレームによって指定されるパラメータに基づいて前記データを送信するステップであって、前記受信準備完了制御フレームによって指定されるパラメータは、前記チャネルの状態に関連するデータの少なくとも一部か、または少なくとも一つのパケットの長さかに基づくものである、ステップと
を含む、コンピュータ可読媒体。
【請求項２】
前記受信準備完了フレームにより指定されるパラメータに基づいてデータを送信するステップは、時空間符号化ＯＦＤＭブロックを形成することによって前記データを送信するステップを含むものであり、前記時空間符号化ＯＦＤＭブロックは、前記パラメータの一部として指定される連続した２つのＯＦＤＭシンボルを組み合わせることによって形成されるものである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項３】
前記方法は、送信要求が行われたときに衝突が発生すると、
前記競合ウィンドウを倍にするステップと、
前記第１の所定の期間を超える期間にわたって前記チャネルがアイドル状態となるのを待機するステップと、
倍となった競合ウィンドウを超えないランダムな期間にわたり待機するステップと、
送信要求制御フレームを送信するステップと
をさらに含むものである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項４】
前記方法は、送信要求制御フレームを正常に送信すると、前記競合ウィンドウを前記初期の競合ウィンドウにリセットするステップをさらに含む、請求項３に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項５】
前記方法は、受信確認タイムアウト期間内に受信側から受信確認を受け取らない場合には、送信要求制御フレームを再送信するステップをさらに含むものである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項６】
前記無線ネットワークは、無線ローカル・エリア・ネットワークまたはＭＩＭＯ無線ネットワークの少なくともいずれかである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項７】
前記受信側が複数の受信アンテナを有する無線アクセスポイントである、請求項１に記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項８】
マルチパケット受信無線ネットワークにおいて物理層を効率的に利用するための方法であって、
受信側において複数の受信アンテナのうちの１つを介して受信した複数の送信要求フレームのそれぞれについて、
前記送信要求に関連付けられた送信元を特定するステップと、
特定された送信元へ受信確認を返すステップと、
前記送信要求フレームに含まれているチャネル状態に関連した一組のデータの少なくとも一部か、または少なくとも一つのパケットの長さかに基づいて、一組の送信パラメータを決定するステップであって、前記パラメータは、副搬送波の情報と、ビットの情報と、電力の情報との少なくとも一つを含むものである、ステップと、
決定された一組の送信パラメータと共に受信準備完了フレームを特定された送信元へ送信するステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記決定された送信パラメータと共に受信準備完了フレームを送信するステップは、送信に際して使用するＯＦＤＭブロックと共に受信準備完了フレームを送信するステップを含むものである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記決定された送信パラメータと共に受信準備完了フレームを送信するステップは、副搬送波、ビット、電力の割当て情報と共に受信準備完了フレームを送信するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記受信側が無線アクセスポイントである、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記無線ネットワークがＭＩＭＯ無線ローカル・エリア・ネットワークである、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記マルチパケットの受信に際して物理層を効率よく利用するための送信パラメータを決定するステップは、データ送信に要する通信時間を低減するために、副搬送波、ビット、電力の割当て情報を決定するステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記送信側はＳＩＭＯ機器である、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
複数の送信側から送信されたデータを受信するステップと、
決定されたパラメータを用いて前記複数の送信側から送信されたデータを復号化するステップと
をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
ＭＩＭＯベースの無線ローカルネットワークにおいて物理層を効率的に利用するためのシステムであって、
複数の受信アンテナと、
複数の送信アンテナと、
チャネル状態情報を含んだ送信要求フレームを送信側から受け取る送信要求コンポーネントと、
前記送信要求により提供されたチャネル状態情報に少なくとも一部は基づいて、通信時間を最小化する送信パラメータを決定する送信パラメータコンポーネントであって、前記送信パラメータは、副搬送波の情報、ビットの情報、電力の情報の少なくとも一つを含むものである、送信パラメータコンポーネントと、
決定された送信パラメータを用いて受信準備完了フレームを生成し、前記送信要求を行った送信側へ前記受信準備完了フレームを送信する受信準備完了コンポーネントと
を備えたシステム。
【請求項１７】
各々が複数の送信アンテナを有しており、送信要求を生成する送信側として動作する複数のユーザ機器をさらに備えた請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数の受信アンテナが、決定された送信パラメータに基づいてデータを復号化するデータ受信コンポーネントをさらに備えている、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数の受信アンテナが、復号化されたデータを広域ネットワークに伝送する広域ネットワークアクセスコンポーネントをさらに備えている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記送信パラメータが、副搬送波、ビット、電力の割当て情報を含む、請求項１６に記載のシステム。
【国際調査報告】
2011517860.tif 000090
2011517860.tif 000091
2011517860.tif 000092