(57)【要約】信号スペクトルの増加された空間再利用ための、アドホック無線通信システムにおけるリソース管理。本発明による方法は、第１の無線通信デバイス（ＷＣＤ）からの予約要求メッセージを受信することと、受信した予約要求メッセージに基づいて信号品質値を決定することと、応答として、割り当てられたデータ・レートを含む送信予約確認メッセージを提供することと、そのデータ・レートにおける信号値の閾値マージンを決定することと、信号品質値と閾値マージンとに従って、受信された電力に基づいて、第１のＷＣＤの電力を調整するための電力値における低減を送信することとを備える。
2010516093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アドホック無線通信システムにおけるリソース管理のための方法であって、
第１の無線通信デバイスからの予約要求メッセージを受信することと、
前記受信した予約要求メッセージに基づいて信号品質値を決定することと、
応答として、割り当てられたデータ・レートを含む送信予約確認メッセージを提供することと、
前記データ・レートにおける信号値の閾値マージンを決定することと、
前記信号品質値と前記閾値マージンとに従って、受信された電力に基づいて、前記第１の無線通信デバイスの電力を調整するための電力値における低減を送信することとを備え、
前記調整は、信号スペクトルの空間再利用の増加を提供する方法。
【請求項２】
更なる無線通信デバイスからの通信要求を受信することと、
前記通信要求を受け入れることにより、前記第１の無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値を下回るかを判定することと、
前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記第１の無線通信デバイスの信号品質値が、前記通信要求を拒否する閾値を下回る場合、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を拒否し、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記第１の無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値内に留まる場合、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることと
を備えた請求項１に記載の方法。
【請求項３】
用いられている変調スキームのための最良の電力値を取得するために、信号対望まれない信号比値を用いることを備え、前記望まれない信号は、干渉と雑音とのうちの少なくとも１つを備え、前記信号対望まれない信号比値は、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れ又は拒否のために、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れのための信号品質値を提供する請求項２に記載の方法。
【請求項４】
用いられている変調スキームのための最良の電力値を取得するために、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を用いることを備え、前記ＳＩＮＲは、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れ又は拒否のために、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れのための信号品質値を提供する請求項２に記載の方法。
【請求項５】
用いられている変調スキームのための最良の電力値を取得するために、信号対干渉比（ＳＩＲ）を用いることを備え、前記ＳＩＲは、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れ又は拒否のために、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れのための信号品質値を提供する請求項２に記載の方法。
【請求項６】
用いられている変調スキームのための最良の電力値を取得するために、信号対雑音比（ＳＮＲ）を用いることを備え、前記ＳＮＲは、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れ又は拒否のために、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れのための信号品質値を提供する請求項２に記載の方法。
【請求項７】
予め定められた電力で送信している無線通信デバイスからの予約要求メッセージを受信することと、
信号品質値に従って、受信した電力に基づいて前記無線通信デバイスの電力を調整することとを備え、
前記調整は、空間再利用の増加を提供する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
予め定められた電力で送信している無線通信デバイスからの予約要求メッセージを受信することと、
前記信号品質値として信号対望まれない信号比を用いることと、
前記信号品質値が閾値を下回った場合、低減されたデータ・レートが利用可能であれば、前記データ・レートを低減することと、
前記信号品質値が閾値を下回り、かつ、低減されたデータ・レートが利用不可能である場合、前記信号をドロップすることと、
前記信号品質値が予め定められた高閾値を超えた場合、予め定められた高いデータ・レートを確立することと、
受信された電力によって定められるように前記無線通信デバイスの電力を調整することとを備え、
前記調整は前記信号品質値に従ってなされ、空間再利用の増加を提供する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
目標データ・レートと受信された電力とを取得するために、前記無線通信デバイスの電力を調整することを備えた請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
アドホック無線通信システムにおける増加した空間再利用のためのリソース管理を提供する無線通信デバイスであって、
外部無線通信デバイスからの送信割当要求メッセージを受信する入力回路と、
前記入力回路と通信しており、前記受信した送信割当要求メッセージに基づいて信号品質値を決定し、データ・レートを提供する送信割当応答を提供し、前記データ・レートにおける信号値の閾値マージンを決定する信号品質決定回路と、
前記信号品質決定回路と通信しており、前記信号品質値と前記閾値マージンとに従って、受信した電力に基づいて、前記外部無線通信デバイスの電力を調整するために電力値における低減を送信する出力回路とを備え、
前記調整は、信号スペクトルの空間再利用の増加を提供する無線通信デバイス。
【請求項１１】
前記送信割当要求メッセージを受信し、前記送信割当応答を提供する回路を確保するための送信予約確認／要求を更に備え、前記回路を確保するための送信予約確認／要求は、前記外部無線通信デバイスからの予約要求メッセージを受信し、予約確認信号として前記送信割当応答を提供する請求項１０に記載の無線通信デバイス。
【請求項１２】
予約確認回路を更に備え、
前記入力回路は、更なる無線通信デバイスからの通信要求を受信する機能を有し、
更なる無線通信デバイスからの通信要求を受信すると、前記信号品質決定回路は、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求の信号品質を決定することと、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質が前記閾値を下回るかを判定することとによって、前記更なる無線通信デバイスから受信した通信要求に応答し、
前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値を下回る場合、前記予約確認回路は、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を拒否し、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値内に留まる場合、前記予約確認回路は、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を受け入れる請求項１０に記載の無線通信デバイス。
【請求項１３】
前記送信割当要求メッセージは、予約要求メッセージの形式を用い、
前記送信割当応答は、予約確認メッセージの形式を用いる請求項１２に記載の無線通信デバイス。
【請求項１４】
前記送信割当要求メッセージは、予約要求メッセージの形式を用い、
前記送信割当応答は、予約確認メッセージの形式を用いる請求項１２に記載の無線通信デバイス。
【請求項１５】
予約確認回路を更に備え、
前記入力回路は、更なる無線通信デバイスからの通信要求を受信する機能を有し、
更なる無線通信デバイスからの通信要求を受信すると、前記信号品質決定回路は、用いられている変調スキームのための最良の電力値を取得するために、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求の信号品質を決定することによって、前記更なる無線通信デバイスから受信した通信要求に応答し、前記信号品質は、信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）値か、信号対干渉比（ＳＩＲ）値か、信号対雑音比（ＳＮＲ）値かのうちの１つを備え、
前記信号品質決定回路は、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値を下回るかを判定し、
前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値を下回る場合、前記予約確認回路は、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を拒否し、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値内に留まる場合、前記予約確認回路は、前記更なる無線通信デバイスからの通信要求を受け入れ、
前記信号品質決定回路は、更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れ又は拒否のために、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れのための信号品質値を提供する請求項１０に記載の無線通信デバイス。
【請求項１６】
アドホック無線通信システムにおける増加した空間再利用のためのリソース管理を提供する無線通信デバイスであって、
外部無線通信デバイスからの予約要求メッセージを受信する予約要求受信手段を含む受信機と、
前記受信した予約要求メッセージに基づいて信号品質値を決定する信号品質決定手段と、
割り当てられたデータ・レートを含む送信予約確認メッセージを応答として提供する応答手段と、
前記データ・レートにおける信号値の閾値マージンを決定する閾値決定手段と、
前記信号品質値と前記閾値マージンとに従って、受信した電力に基づいて、前記外部無線通信デバイスの電力を調整するための電力値における低減を送信する送信調整手段と、
前記電力値における低減を送信する送信機とを備え、
前記調整は、信号スペクトルの空間再利用の増加を提供する無線通信デバイス。
【請求項１７】
受入れ判定手段を含む閾値調整手段を更に備え、前記受入れ判定手段は、通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値を下回るかを判定する手段であり、
更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部通信デバイスの信号品質値が、前記通信要求を拒否する閾値を下回る場合、前記無線通信デバイスは、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を拒否し、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値内に留まる場合、前記無線通信デバイスは、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を受け入れる請求項１６に記載の無線通信デバイス。
【請求項１８】
前記閾値決定手段は、信号比手段を備え、前記信号比手段は、用いられている変調スキームのための最良の電力値を取得するために、信号対望まれない信号比値を用い、前記望まれない信号は、干渉と雑音とのうちの少なくとも１つを備え、前記信号対望まれない信号比値は、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れ又は拒否のために、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れのための信号品質値を提供する請求項１７に記載の無線通信デバイス。
【請求項１９】
前記閾値決定手段は、信号比手段を備え、前記信号比手段は、用いられている変調スキームのための最良の電力値を取得するために、信号対望まれない信号比値を用い、前記望まれない信号は、干渉と雑音とのうちの少なくとも１つを備え、前記信号対望まれない信号比値は、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れ又は拒否のために、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求の受け入れのための信号品質値を提供し、
前記送信調整手段は、信号品質比に従って受信した電力に基づいて、前記外部無線通信デバイスの電力を調整し、前記調整は、空間再利用の増加を提供する請求項１７に記載の無線通信デバイス。
【請求項２０】
前記閾値決定手段は、信号品質検出手段を備え、前記信号品質検出手段は、用いられている変調スキームのための最良の電力値を取得するために信号対望まれない信号比値を用い、前記望まれない信号は、前記信号品質値として信号対望まれない信号比を用いる干渉と雑音とのうちの少なくとも１つを備え、
前記送信調整手段は、前記信号品質値が閾値を下回った場合、低減されたデータ・レートが利用可能であれば前記データ・レートを低減し、前記信号品質値が予め定められた高閾値を超えた場合、予め定められた高いデータ・レートを確立するように、前記データ・レートを調整し、
前記信号品質値が閾値を下回り、かつ、低減されたデータ・レートが利用不可能である場合、前記応答手段は信号をドロップする請求項１６に記載の無線通信デバイス。
【請求項２１】
無線通信デバイスにおいて用いられる、少なくとも１つの半導体集積回路チップを含むチップセットであって、
複数の外部無線通信デバイスからの通信信号を受信することができる回路モジュールと、
外部無線通信デバイスからの予約要求メッセージを受信することができる予約要求受信回路モジュールと、
受信した予約要求メッセージに基づいて信号品質値を決定する信号品質決定回路モジュールと、
応答として、割り当てられたデータ・レートを含む送信予約確認メッセージを提供することができる送信予約応答回路モジュールと、
前記データ・レートにおける信号値の閾値マージンを決定する閾値マージン決定回路モジュールと、
前記信号品質値と前記閾値マージンとに従って、受信した電力に基づいて、前記外部無線通信デバイスの電力を調整するための電力値における低減を送信する送信調整回路モジュールと、
電力値における低減を送信する送信機とを備え、
前記調整は、信号スペクトルの空間再利用の増加を提供するチップセット。
【請求項２２】
無線通信デバイスの動作をモニタすることに用いられる記憶媒体であって、処理モジュールによって実行される命令群を備え、前記命令群は、
外部無線通信デバイスからの予約要求メッセージを受信するための命令群と、
前記受信した予約要求メッセージに基づいて信号品質値を決定するための命令群と、
応答として、割り当てられたデータ・レートを含む送信予約確認メッセージを提供するための命令群と、
前記データ・レートにおける信号値の閾値マージンを決定するための命令群と、
前記信号品質値と前記閾値マージンとに従って、受信した電力に基づいて、前記外部無線通信デバイスの電力を調整するための電力値における低減を送信するためのモジュールとを備え、
前記調整は、信号スペクトルの空間再利用の増加を提供する記憶媒体。
【請求項２３】
更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を受信するための命令群と、
前記通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値を下回るかを判定するための命令群と、
更なる外部無線接続が不良な接続を生じるかを判定するための命令群とを備え、
前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が、前記通信要求を拒否する閾値を下回る場合、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を拒否し、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を受け入れることにより、前記外部無線通信デバイスの信号品質値が前記閾値内に留まる場合、前記更なる外部無線通信デバイスからの通信要求を受け入れる請求項２２に記載の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に無線通信に関する。特に、本発明は、信号電力における調整が信号スペクトルの空間再利用の増加を提供することができるアドホック無線通信システムにおいて役立つリソース管理に関する。
【背景技術】
【０００２】
共有スペクトル無線通信システムにおいて、容量は、各ユーザと通信するために用いられる信号電力によって部分的に決定される。これは、特定の地理的領域内の全ての送信機によって送信される電力の合計、各送信機の相対電力、及び各デバイスに割り当てられた最大電力によって影響を及ぼされる。更に、容量は、各送信機のデータ・レートによって制御される。
【０００３】
最近の研究は、マルチホップの無線周波数（ＲＦ）無線ネットワークは通常、拡大縮小することができず、ユーザの数及びサイズが制限されることを示した。無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）を展開する場合、全てのユーザの信号スループット（時間にわたって情報を送信する速度）の総計が、アクセス・ポイントが十分なＲＦ範囲の提供をサポートすることができるユーザの数を決定するために用いられうる。
【０００４】
１１Ｍｂｐｓで動作する８０２．１１ｂネットワークの場合、アクセス・ポイントの合計スループット容量は約６Ｍｂｐｓである。よって、この例におけるアクセス・ポイントは、約６０（６Ｍｂｐｓ／１００Ｋｂｐｓ）人のアクティブなユーザをサポートするであろう。ユーザ全員が高品質のストリーミング・ビデオを視聴していた場合、アクセス・ポイントは、約３（６Ｍｂｐｓ／２Ｍｂｐｓ）人のユーザしか効率的に処理できないであろう。実際、個々のユーザのスループット要件を正確に決定することは非常に難しく、使用レベル及びトラヒック・パターンを予測することは困難である。ネットワークの展開又は変更前にスループットの明確な予想図を得るために、様々な条件下での視聴スループット・レベル及びネットワーク・レベルにおける８０２．１１トラヒックをモデル化することが可能である。
【０００５】
データ・レートはまた、与えられた信号環境において与えられた電力で信号を処理する無線通信の能力を制御する。低いデータ・レートは、適切な受信のための低減された信号電力を可能にし、それにより、少なくとも予め定められた最小サービス品質（ＱｏＳ）を保ちながら、低減された電力で送信することを可能にする。少なくとも予め定められた最小ＱｏＳを保ちながら電力を低減することによって、ローカル・ネットワークは、より多くのユーザを許可することができる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の様々な実施形態及び局面が、以下で更に詳しく説明される。
【０００７】
アドホック無線通信システムのためのリソース管理は、信号スペクトルの空間再利用の増加を提供する。第１の無線通信デバイスからの予約要求メッセージが、局によって受信され、受信した予約要求メッセージに基づいて、信号品質値が決定される。局は、割り当てられたデータ・レートを含む予約確認メッセージを用いて応答する。局は、そのデータ・レートにおける信号値の閾値マージンを決定し、信号品質値と閾値マージンとに従って、受信した電力に基づいて、第１の無線通信デバイス（ＷＣＤ）の電力を調整するための電力値における低減を決定する。これらの決定は、信号スペクトルの空間再利用の増加を提供する調整として用いられる。
【０００８】
１つの局面において、局は、更なるＷＣＤからの通信要求を受信し、その通信要求を受け入れることにより、第１の無線通信デバイスの信号品質値が、確立された閾値を下回るかを判定する。受入れにより信号品質値が閾値を下回る場合、通信要求は拒否され、信号品質値が閾値内に留まる場合、通信要求は受け入れられる。
【０００９】
ＷＣＤは、アドホック無線通信システムにおける増加した空間再利用のためのリソース管理を提供するように構成され、受信した送信割当要求メッセージに基づいて信号品質値を決定する信号品質決定回路を含む。ＷＣＤは、データ・レートを含む送信割当応答を提供し、そのデータ・レートにおける信号値の閾値マージンを決定する。ＷＣＤは、信号品質値と閾値マージンとに従って、受信した電力に基づいて、外部ＷＣＤの電力を調整するための電力値における低減を送信する出力回路を含む。この調整によって、信号スペクトルの空間再利用が増加する。
【００１０】
更なる局面において、少なくとも１つの半導体集積回路チップを含むチップセットが、無線通信デバイスにおいて用いられるために提供される。このチップセットは、複数の外部無線通信デバイス（ＷＣＤ）からの通信信号を受信することができる回路モジュールと、予約要求受信回路モジュールと、信号品質決定回路モジュールと、送信予約応答回路モジュールと、閾値決定回路モジュールと、電力値における低減を送信する回路モジュールとを含む。予約要求受信回路モジュールは、外部無線通信デバイスから予約要求メッセージを受信する。信号品質決定回路モジュールは、受信した予約要求メッセージに基づいて信号品質値を決定する。送信予約応答回路モジュールは、割り当てられたデータ・レートを含む送信予約確認メッセージを提供する。閾値決定回路モジュールは、そのデータ・レートにおける信号値の閾値マージンを決定するために用いられ、送信調整回路モジュールは、信号品質値と閾値マージンとに従って、受信した電力に基づいて、第１の外部無線通信デバイスの電力を調整するための電力値における低減を送信する。電力値における低減の送信は、信号スペクトルの空間再利用の増加を提供するための調整をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、アドホック無線ネットワーク環境の図である。
【図２】図２は、受信及び送信の動作に対応する方法の例を示すフロー・チャートである。
【図３】図３は、リソース管理技術を実現する無線通信デバイス（ＷＣＤ）の概略ブロック図を示す。
【図４】図４は、本発明の機能動作を示す図である。
【発明を実施する形態】
【００１２】
本発明の特徴及び性質は、同一の参照符号が本明細書を通して対応するように示す図面に関連させられる場合、以下に示す発明を実施する形態からより明らかになるであろう。
【００１３】
（概観）
通信システム、特に、システム内のＵＷＢネットワークにおける空間再利用を可能とするために干渉を緩和するメカニズムが、本明細書において詳細に説明される。以下の説明において、本発明の完全な理解を与えるために多くの具体的な詳細が提供される。しかし当業者は、本発明が、それらの具体的な詳細なしでも、あるいは代替要素又はステップを用いても実施されうることを容易に理解するであろう。他の例において、周知の構成及び方法は、本発明を不明確にすることを避けるために詳しく示されない。
【００１４】
図１は、複数の無線通信デバイス（ＷＣＤ）１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６が通信リンクを確立することができるアドホック無線ネットワーク環境１００の図である。例えばＷＣＤ１１４のような与えられたＷＣＤの場合、直接通信リンクを確立する能力は、その他のＷＣＤ１１１乃至１１３、１１５乃至１１６のうちの１つからの距離と、信号特性とに依存する。ＷＣＤ１１３を介してＷＣＤ１１４と通信し、結果的にＷＣＤ１１３乃至１１４を介してＷＣＤ１１５乃至１１６と通信するＷＣＤ１１２の場合のように、無線通信リンクは間接的であることもできる。
【００１５】
以下、無線通信デバイス（ＷＣＤ）は、ユーザ機器、モバイル局、据置式あるいは移動式の加入者ユニット、ページャ、又は無線環境において動作することができるその他任意のタイプのデバイスを含むが、それらに限定されない。以下で参照される場合、基地局（ＢＳ）は、ノードＢ、基地局コントローラ（ＢＳＣ）、サイト・コントローラ、アクセス・ポイント、又は無線環境におけるその他任意のタイプのインタフェース・デバイスを含むが、それらに限定されない。「アクセス・ポイント」（ＡＰ）は、ＬＡＮとの無線接続を確立するためにデバイスに無線アクセスを提供し、無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）の一部を確立するデバイス又は局である。ＡＰがＷＬＡＮの据置式デバイスである場合、ＡＰは、データを送受信する局である。ＡＰは、ＷＬＡＮ自体がネットワークへの接続を有する場合、ＷＴＲＵをネットワークへ接続することを可能とする。
【００１６】
アドホック・ネットワークにおいて、通信要求は通常、先着順で受信されるので、任意の通信デバイスについて、第１の外部デバイスからの通信要求が、外部通信のために利用可能な通信帯域幅の容量全てを用いた場合、更なるデバイスとの通信は排除されるか、少なくとも限定される。多くの場合、通信帯域幅は制約されており、それにもかかわらず、ネットワークは「貪欲な（greedy）」システムとして知られている。これは、アドホック・ネットワークが複数の通信デバイスを受け入れるための容量を制限する。通信リンクが限られたボー・レートしか要求しない場合、「貪欲な」通信リンクの確立は、与えられた通信デバイスに利用可能な通信スループットの合計を制限するという点で、非効率的でもある。
【００１７】
（動作）
変調スキームの場合、与えられたアプリケーションが、要求されたビット誤り率（ＢＥＲ）を達成することを意図されると、このアプリケーションは、記号搬送波対雑音（Ｃ／Ｎ）毎の目標ＳＮＲ（信号対雑音比）を必要としうる。信号（波）のスペクトル密度に適切な係数を掛けると、単位周波数毎に、波によって搬送される電力が求められる。隣接する衛星に放射されることができる最大電力スペクトル密度（ＰＳＤ）には、例えば米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）及び国際電気通信連合（ＩＴＵ）のような規制機関によって課された厳しい規制要件がある。超広帯域幅（ＵＷＢ）は、ＰＳＤが限られたシステムなので、定められたターゲットＣ／Ｎは、（限られた範囲内の）距離に依存する処理利得を変化させることによって達成されるであろう。従って、大きな距離は多大なパス・ロスを意味し、そのため、必要なＣ／Ｎを達成するために必要な処理利得が大きい。これは、低いデータ・レートをサポートすることを意味するであろう。
【００１８】
通信リンクは、基本物理層を含む。物理層及びＭＡＣ層は、例えば周辺干渉（ＡＭ）、干渉雑音（ＩＮ）、及び最小送信レート（Ｒｍｉｎ）のようなパラメータによって強くインタラクトする。リンク非効率性に関して、現代のＲＦ技術のほとんどが、媒体への共有アクセスを提供するためにＭＡＣ層に依存する。現代のＭＡＣ層は、単一のポイント・ツー・ポイント・リンクを処理するように設計される。すなわち、１つのモバイル・ユーザ／端末デバイスが、１つの基地送信局（ＢＴＳ）ＲＦリンクと通信する。従って、ＭＡＣ層が送信前に媒体を感知することができ、それによって最適なリンクが用いられるように、帯域幅の増加した利用を処理することができる動的変更技術を無線ネットワークに提供することが望まれる。
【００１９】
ＭＡＣ層の設計は、ＵＷＢ物理層、モバイル・アドホック・ネットワーク（ＭＡＮＥＴＳ）、ルーティング・プロトコル、及びネットワークの動的性質に関する設計要件を含む。
【００２０】
ＵＷＢ物理層は本来、拡散スペクトル・システムであるので、狭／広帯域システムよりも良好に干渉を処理することができるという利点を有する。ＵＷＢアドホック・ネットワークのためのＭＡＣ設計における理論研究によって、同時に動作する多くのリンクを有する符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）のようなＭＡＣが最適なＭＡＣであることが示された。これらの研究において想定されたモデルは単純化されているが、ＵＷＢシステムが多くの並行するリンクを別々のリソースに割り当てるのではなく、それらを可能とし、干渉を処理しなければならないという直観的事実を提供する。従ってＵＷＢアドホック・ネットワークは、排他スキームに基づいた単一のグラフではなく、スケジューリングを必要とする。この研究はまた、最も近い干渉のいくつかの除外が必要であることにも留意する。これは、大きいが限られた帯域幅を用いると、拡散スペクトル性質は、例えば送信機のような受信機に近い干渉器といった極度に近い干渉を処理するために十分ではないためである。ＵＷＢシステムは、ＰＳＤが限られたシステムであり、理論ベースのシミュレーションは、電力は限られたリソースであるので電力制御にはあまり価値がなく、対して干渉処理は好適であることに留意する。従って、リンクはしばしば、利用可能な最大電力で動作し、何らかの干渉処理機能を用いるように構成される。システムの構成において、スケジュールされるリソースは、帯域幅ではなく時間スロットであることも想定される。これは、簡略さのためであり、既存の規格（最小５００ＭＨｚ）における限られた帯域幅柔軟性のためでもある。ＭＡＣ設計は、８０２．１５．３ａ規格に基づく実際のＵＷＢシステムの様々な詳細の実現のために適切である。
【００２１】
モバイル・アドホック・ネットワーク（ＭＡＮＥＴＳ）は、ＭＡＣによって対処されるＱｏＳ問題を主題とする。アドホック・ネットワークのためのＭＡＣ層設計は、かなり研究された問題である。ＭＡＮＥＴＳにおいて、ＱｏＳの不足は、無線リンクにおける高いビット誤り率（ＢＥＲ）、低い信号対雑音干渉比（ＳＮＩＲ）、トラヒック・フローの不均一な分散の輻輳、及びその他の要因の何れかによって生じうる。重要な特徴は、アドホック・ネットワークは、分散型プロトコルに変換されうる分散型リソース割当スキームを必要とすることである。また中央コーディネータ（すなわち、分散要件）が存在しないことは、任意のリソース割当が、プロトコル・オーバヘッドの観点から非常に高価であることを意味する。例えばキャリア検知多元接続衝突回避（ＣＳＭＡ／ＣＡ）における隠れ端末又は露出ノード問題のような既存のプロトコルを用いた、文書により十分に立証された問題も回避されうる。
【００２２】
ネットワーク層のルーティング・プロトコルは、ＭＡＣと密接にインタラクトする。望まれるＱｏＳの実現は、両方の層で処理される問題であり、ＭＡＣプロトコルの設計は、ルーティング・プロトコルとのインタラクションを考慮することができる。この問題は、許可制御フェーズにおいて処理されうる。
【００２３】
アドホック・ネットワークはまた、元来動的であり、（新たなセッションによって）新たなリンクが形成される一方、他のリンクがネットワークから離脱しうる。リンクの動的な性質は、例えばフェージングのようなチャネル特性又はノードの移動性によって生ずることもある。この動的な性質は、リソース割当の選択をもたらす。グローバル・リソース割当（ＧＲＡ）スキームでは、新たなリンクが形成又は終了される度に、（継続中のリンクを含む）リンク全てのリソースが再ネゴシエートされる。インクリメンタル・リソース割当（ＩＲＡ）スキームでは、リソースは、セッションの開始時に一度だけ割り当てられる。従って、ＩＲＡスキームでは、ネットワークは、既存のリンクに割り当てられたリソースを保存しながら、新たなリンクにリソースを割り当てる。明らかに、グローバル・スキームはインクリメンタル・スキームよりも多い（多くのユーザを許可する）容量を達成することができる。アクティブなリンクのロバスト性の第１要件は、リソース割当に含まれるプロトコル・オーバヘッドと同様、インクリメンタル・リソース割当スキームの選択に起因する。フェージング及び移動性は、物理層リンク・バジェットを用いて制限された範囲に制御されるだろう。一例として、リンク・バジェットは、リンク・マージン（ＬＭ）によって達成されうる。これらは、ＭＡＣの性能にますます影響を及ぼすであろう。
【００２４】
ＭＡＣは、良好なＱｏＳを提供するために、音声トラヒックの遅延要件及びデータ・レート要件が満たされることを確実にすることができる。第２にＵＷＢ物理層に基づいて、これは、限られた排他を伴うＭＡＣベースのＣＤＭＡであることができる。最後に、ネットワークの動的アドホック性質は、ＭＡＣに対する利点が、既存のリンクを保護しながら新たなリンクにリソースを割り当てるインクリメンタル分散スキーム（incremental and distributed scheme）であることを示す。
【００２５】
無線チャネルにおいて同時に動作するリンクの最大数を達成するために、各ソース又は順方向デバイスは、遠隔制御／起動準備（ＲＣ／ＲＴＲ）メッセージを最大電力で送信し、受信した電力に基づいて、より多くの空間再利用を可能とするために電力を調整する。受信した電力は、  
【数１】
2010516093.tif 000003
【００２６】
と表すことができ、ここでｎは、パス・ロス定数である。受信した電力が  
【数２】
2010516093.tif 000004
【００２７】
である場合、信号対雑音干渉比（ＳＩＮＲ）曲線を用いて、特定の変調スキームのために可能な最良の電力を得るために、上記の式を用いて最適なＳＩＮＲを計算する。
【００２８】
ＣＤＭＡシステムのための電力スケジューリング及び干渉マージンを用いるアプローチは、プロトコルに従って実施される。物理層はＵＷＢであるので、干渉を処理するためにＣＤＭＡを用いることが有利である。物理層は、パルス・ベースのダイレクト・シーケンス拡散スペクトル（ＤＳＳＳ）システムであることができ、これは、ＣＤＭＡの実施に従う。ランダム長ＰＮ符号の使用は、実施することが簡単であり、遠隔干渉器からの干渉電力の低減をもたらす十分に低いクロス相関を提供することが期待される。
【００２９】
追加のマージンである周辺干渉（ＡＩＭ）がリンク・バジェットに追加される。ＡＩＭの形式である追加マージンは、ＣＤＭＡの結果の後の残りの干渉電力を調整するために提供される。このＡＩＭと結合したＣＤＭＡスキームは、干渉範囲ＩＲ外からの干渉を処理するであろう。ＣＤＭＡの実施のオプションは、プロトコルの箇所に記載される。ＡＩＭは現在、固定された値であり、これは、詳細な符号特性ベースの計算に基づいて改訂されうる。
【００３０】
（符号割当のオプションの例）
ランダム長疑似雑音（ＰＮ）符号の使用：この場合、任意の符号割当プロトコルは必要ではなく、各ホップの送信機又は受信機は、符号をランダムに選択し、そのセッションに用いるであろう。符号は、同じセッションの異なるホップによって異なり、異なるセッションの同じホップによっても異なる。
【００３１】
例えばゴールド符号又はベント符号のような非同期環境において低いクロス相関プロパティを有するように特別に設計された符号を用いる。干渉を最小化するためのアドホック・ネットワークの符号割当は、スケジューリング問題に帰する。またこれは、物理層のＵＷＢ性質を用いない。ＵＷＢ性質は、この拡散スペクトル・システムを、干渉の耐性があるものにし、よってＭＡＣはローカル排他を有し、拡散スペクトル性質が遠隔干渉を処理することを可能とする。
【００３２】
このプロトコルは、ランダム長ＰＮ符号を用いる。ランダム長ＰＮ符号は、直接拡散超広帯域（ＤＳ−ＵＷＢ）物理層を介して容易に実現することができるだろう。
【００３３】
望まれるリンクのロバスト性を達成するために、干渉マージン（Ｍ）が確立される。干渉マージン（Ｍ）は、動作中の各リンクの望まれるロバスト性を提供する。上述したように、新たなリンクを許可することを試みながら既存のリンクのロバスト性のための要件が満たされる必要がある。従って、新たなリンクがシステムに加わる場合、アクティブなリンクのリソース（電力、時間持続期間）を再スケジュールすることが重要なのではない。１つの極論において、新たなリンクが既存のリンクに対して（なんらかの最小値を下回る、すなわち、よく分離された）非常に低い干渉しかもたらさない場合、あるいは新たなリンクが別々の時間スロットにおいてスケジュールされうる場合しか、新たなリンクを許可しないポリシーが用いられうる。これは、柔軟性を与えないので、著しい損失を生じるであろう。例えば、リンク（ｉ，ｊ）がアクティブであり、可能な最高レートで動作している場合、近隣のリンク（ｎ，ｍ）は、リンク（ｉ，ｊ）が任意の多元接続干渉（ＭＡＩ）に耐えられない（ＱｏＳ違反）ので、許可されないだろう。特にＵＷＢ物理層の場合、拡散スペクトル性質は、同時に動作しているリンクによって大きなリソース利得を生じるであろう。
【００３４】
上述したように、近傍は、ＲＣの範囲によって決定される。他のリンクの近傍に到着する新たなリンクのために、明確なスケジューリング又は幾らかの過剰供給の何れかが必要である。許可制御ポリシーによって用いられうるスケジューリングと過剰供給との組合せが提供される。時間スロットは、スケジューリング・メカニズムを提供する。別々のスロット内でスケジュールされることができないシステムに新たなリンクが加わった場合、自身のＱｏＳに悪影響を及ぼさずに動作し続けることができるように、過剰供給も提供される。この過剰供給を達成する直接的な方法は、加法性（additive）ホワイト・ガウス雑音（ＡＷＧＮ） に関して干渉マージンＭデシベル（ｄＢ）によって各リンクをスケジュールすることである。Ｍの値は、近傍の新たなリンク及び時間スロットによって持続可能なＭＡＩを決定する。この値Ｍは、ＲＣパケットを介して近傍のノードに通知されるであろう。よって、予約要求手順の間、許可制御チェックは、レートＲｂａｓｅに基づいてリンクの送信持続期間を決定するであろう。ここで、Ｒｂａｓｅは、値ＭｄＢの干渉電力が存在すると達成されうるレートである。この過剰供給は、結果的に、リンクのために確保されている必要な持続期間よりも長くなる。Ｒｍａｘを、ＭｄＢの干渉がない状態に対応するレートにする。  
【数３】
2010516093.tif 000005
【００３５】
を整数値である比とする。これは、過剰供給の比として考慮されうる（リンクは、必要とされる回数よりもｋ倍多いスロットを確保する）。レートＲｍａｘは、物理層設計によって決定されうる。これに従うと、あるｋについて、Ｒｂａｓｅが決定され、よってＭも決定されうる。パラメータｋは、以下で説明されるリソース復元スキームの考慮による選択のパラメータとして用いられる。また、この干渉マージンＭを提供することにより、（近隣の干渉器がない場合）干渉しているＲＣ個のパケット及び周辺干渉に対する追加の保護が提供されることを留意されたい。マージンＭは、パラメータｋに基づいて選択され、（物理層モデルに基づいて）低いマージンＭを有するために、リンクが、（近距離で、高いＳＮＲＴで動作する）高いレートＲｍａｘを用いることを可能とする。直観的に、これは、高いＳＮＲＴがごく少ない干渉（近傍におけるきわめて少ない干渉）にしか耐えることができず、そのため、理論的な予想に一致する結果である自身の有するスロットにおいてスケジュールされる。動作中の各リンクのトポロジーへのこの動的な適合は、物理層をＭＡＣ設計内に明確に組み込む。レートの現在の範囲内で、干渉マージンは、恒常的に小さな誤差内であり、そのためパラメータとして固定されることができる。ある一般的なＭの値と、それらが表す干渉処理機能が、プロトコルの箇所において記載されるだろう。この干渉マージンは、潜在的な干渉が、スケジュールされた送信に気付くように、制御パケットが送信される必要がある、レートＲＲＣを決定するであろう。これは、プロトコルの箇所において計算される。
【００３６】
ハイブリッド自動反復要求（ＨＡＲＱ）プロトコルは、時間スロットを確保するために用いられる。干渉マージンを用いることは、新たなリンクの到着に対する何らかの柔軟性を提供するメカニズムである。これは、干渉がない状態で用いられない時間の過剰供給を生じ、リソースの無駄遣いである。現存する干渉に適合させるための物理層メカニズムが符号化である。ここでは、ハイブリッドＡＲＱのプロトコル形式において、符号化の最も単純なバージョン、すなわち反復符号化が用いられる。リンクは、Ｒｂａｓｅに対応する持続期間の時間スロットを確保する。しかし、干渉がない状態では、ｋ倍小さいＲｍａｘに対応する持続期間しか必要としない。最大ＭｄＢの電力干渉の存在に適応可能であるように、送信機は、Ｒｍａｘ（すなわち、Ｒｍａｘに対応する処理利得）で送信しようと試みるであろう。干渉がない場合、送信は成功し、これは、小さいアクノレッジメント（ＡＣＫ）パケットを送信することによって受信機に留意される。幾らかの干渉がある場合、パケットは正しく復号されず、これは、単純なチェック・サム又は巡回冗長検査（ＣＲＣ）符号によって判定されうる。その後受信機は、ネガティブＡＣＫを送信し、送信機は同じメッセージ（ＷＲＱ）を再送信する。この処理は、最大ｋ回繰り返される。他のチャネル障害がない場合、この方法は、Ｒｂａｓｅに対応するスケジュールされた時間スロット内でのパケットの良好な受信を確実にするであろう。これはまた、送信が、良好な受信のために必要なレートＲｍａｘでの最小数の送信を用いるので、干渉がない状態でのスロットの復元を提供する。このハイブリッドＡＲＱスキームは、復元された時間を用いる方法と同様に、干渉のレベルへの粗形式のレート適合を提供する。復元された時間は、プロトコルの箇所に記載したように、他のトラヒック又は制御情報のために用いられうる。このハイブリッドＡＱＲスキームは、このように、ローカル干渉およびＡＩＭの範囲を超えた周辺干渉への何らかの適合を提供する。このスキームによる性能利得は、干渉のランダムな変化のため、分析的に判断することが難しく、シミュレーションにおいて留意されるだろう。またこのスキームは単純なスキームであり、雑音に対するより精細な同調レート適合を提供する、より高度なインクリメンタル順方向誤り訂正（ＦＥＣ）スキームに改訂されうる。
【００３７】
電力スケジューリングは、許可制御を容易にするために実行される。例えばＵＷＢのように電力スペクトル密度（ＰＳＤ）が限られる場合、最適なスケジュールは、ＰＳＤ限界で動作するリンク、及び例えば時間又は帯域幅のようなその他何らかのリソースを代用するリンク、又は干渉を処理するために符号化するリンクからなる。これは、直観的に、ＵＷＢシステムにおいて、干渉が拡散スペクトル性質によって処理されうる一方、電力は不足しているリソースであるからである。この直観的事実と一致して、電力割当は実行されない。しかし、送信電力のブロードキャストは未だ、将来の改定が可能であるように、またオプションとしてそれを用いる許可制御アルゴリズムを可能とするように保たれるであろう。
【００３８】
図２は、デバイス２００によって実行される動作に対応する方法２００の例を示すフロー・チャートである。方法２００は、無線通信デバイス（ＷＣＤ）からの送信要求を受信すること（ステップ２１０）、信号品質を決定すること（ステップ２２０）、応答として送信予約確認メッセージを提供すること（ステップ２３０）、データ・レートでの信号値の閾値マージンを決定すること（ステップ２４０）、及び電力値における低減を送信すること（ステップ２５０）を含む。
【００３９】
この方法は更に、他のＷＣＤからの更なる通信要求を受信することを含むことができる。他のＷＣＤからの通信要求の受け入れによって、第１のＷＣＤの信号品質値が閾値を下回った場合、他のＷＣＤからの通信要求は拒否されるであろう。他のＷＣＤからの通信要求の受け入れによっても、第１のＷＣＤの信号品質値が閾値内に留まった場合、他のＷＣＤからの通信要求は受け入れられるであろう。
【００４０】
ＷＣＤからの通信要求を受け入れることは、最良の電力値を取得するために用いられている以下の変調スキームのうちの１つを含むことができる。１）信号対望まれない信号比値を用いること、ここで望まれない信号とは干渉又は雑音である；２）信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を用いること；３）信号対干渉比（ＳＩＲ）を用いること；又は４）信号対雑音比（ＳＮＲ）を用いること。
【００４１】
ＷＣＤは、信号品質比に従って、受信した電力に基づいて調整されうる予め定められた電力で送信する。この調整は、空間再利用の増加を提供する。
【００４２】
信号対望まれない信号比が信号品質値として用いられ、信号品質値が閾値を下回った場合、もし利用可能であれば、データ・レートが低減される。データ・レートが利用可能でない場合、信号はドロップされる。信号品質値が予め定められた高閾値を超えた場合、予め定められた高いデータ・レートが確立される。ＷＣＤの電力もまた、受信した電力によって決定されるように調整される。この調整は、空間再利用における増加を提供する信号品質値に従ってなされる。
【００４３】
この方法は更に、目標データ・レート及び受信電力を取得するために、ＷＣＤの電力を調整することを含むことができる。
【００４４】
（機能動作）
図３は、リソース管理技術を実現するＷＣＤ３００の概略ブロック図である。ここではＷＣＤ３００は、アドホック無線通信システムにおける増加した空間再利用のためのリソース管理を提供する。ＷＣＤ３００は、受信機３０３、信号プロセッサ３０５、及び制御プロセッサ３０７を含む。受信機は、外部ＷＣＤからの予約要求メッセージを含む送信割当要求メッセージを受信することができる。信号プロセッサ３０５は、受信した送信割当要求メッセージに基づいて信号品質値を決定するために用いられる信号品質決定回路を含む。制御プロセッサ３０７及び信号プロセッサ３０５は、データ・レートを含む送信割当応答を、プロセッサ３０５、３０７によって決定されたそのデータ・レートの信号値の閾値マージンに基づいて提供する。送信機３１１は、上記信号プロセッサと通信中であり、かつ信号品質決定回路に対応する出力回路として機能し、外部ＷＣＤの電力を調整するために電力値における低減を送信する。電力値の低減は、信号品質値及び閾値マージンに従って、受信した電力に基づく。送信機３１７は、電力値及びレートの通信を含むＷＣＤによる通信に、信号出力を提供する。
【００４５】
ＷＣＤ３００はまた、プロセッサ３０５、３０７の機能として実施される、予約確認／回路予約要求の送信を含む。予約確認／予約要求は、送信割当要求メッセージを受信し、送信割当応答を提供することによって機能する。ＷＣＤ３００が外部ＷＣＤからの予約要求メッセージを受信した場合、プロセッサ３０５、３０７は、予約確認信号として送信割当応答を提供する。
【００４６】
図４は、本発明の機能動作を示す図である。本技術の実現は、第１の外部無線通信デバイスからの予約要求メッセージを受信する予約要求受信手段４１０を含む受信機４００によって達成される。予約要求手段は、受信機３０３（図３）およびプロセッサ３０５、３０７（図３）によって提供されることができる。信号品質決定手段４１３は、受信した予約要求メッセージに基づいて、信号品質値をレンダするために用いられる。送信予約確認メッセージを提供する手段４１５、及び割り当てられたデータ・レートを提供する手段４１７が、予約確認メッセージの一部である応答を生成する。プロセッサ３０５、３０７（図３）は、信号品質決定手段を提供し、信号品質値を決定し、また、送信予約確認メッセージを提供する応答手段も提供する。閾値決定手段４２１は、データ・レートでの信号値の閾値マージンを決定し、信号品質値に従って、受信した電力に基づいて、外部ＷＣＤの電力を調整するために電力値における低減を提供する。プロセッサ３０５、３０７（図３）が、決定するための閾値決定手段を提供する。
【００４７】
（デジタル実装）
通信リンクを確立し、通信パラメータを外部ＷＣＤに割り当てるための命令群を有する機械読取可能媒体が提供される。機械読取可能媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって読取可能な形式の情報を提供（すなわち、格納及び／又は送信）する任意のメカニズムを含む。例えば機械読取可能媒体は、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学的記憶媒体、フラッシュ・メモリ・デバイス、電子的、光学的、可聴、あるいはその他の形式の伝搬信号（例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）、記憶媒体、ラジオ・チャネル、及び無線チャネル、また、命令及び／又はデータを搬送、包含、あるいは格納することができるその他様々な媒体を含むが、それらに限定されない。
【００４８】
（結論）
本明細書で提供された本発明の教示は、必ずしも上述された典型的な通信システムではないその他の通信システムにも適用することができる。例えば本発明は、一般にＣＤＭＡ通信システムにおいて用いられるように上述されたが、本発明は、他のデジタル又はアナログのセルラー通信システムにも等しく適用可能である。
【００４９】
本発明に対するこれらの変更又はその他の変更は、上記説明の観点からもたらされる。一般に、特許請求の範囲において用いられる用語は、明細書及び特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に本発明を限定するように解釈されてはならない。従って本発明は、開示によって限定されず、その範囲は、特許請求の範囲によって完全に決定されるべきである。本明細書に記載された技術及びモジュールは、様々な手段によって実現されうる。例えばこれらの技術は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せによって実現されうる。ハードウェア実現の場合、アクセス・ポイント又はアクセス端末内の処理ユニットは、１つ又は複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理デバイス（ＤＳＰＤ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、本明細書に示された機能を実行するために設計されたその他の電気ユニット、又はそれらの組合せにおいて実装されうる。
【００５０】
ソフトウェア実現の場合、本明細書で説明された技術は、本明細書に示す機能を実行するモジュール（例えば、手順、関数等）によって実現されうる。ソフトウェア・コードは、メモリ・ユニット内に格納され、プロセッサ又は復調器によって実行されうる。メモリ・ユニットは、プロセッサ内に、又はプロセッサに外付けで実装されることができ、この場合、様々な手段を介してプロセッサと通信可能に結合されうる。
【００５１】
開示された実施形態における上記記載は、当業者をして、本明細書に開示された実施形態、動作、機能、及び特徴の製造又は利用を可能とするために提供される。これらの実施形態への様々な変形例もまた、当業者には明らかであり、本明細書で定義された一般原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態にも適用されうる。従って、本開示は、本明細書に示された実施形態に限定することは意図されておらず、本明細書に開示された原理及び新規特徴と整合が取れた最も広い範囲と一致するように意図されている。
【図１】
2010516093.tif 000006
【図２】
2010516093.tif 000007
【図３】
2010516093.tif 000008
【図４】
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【国際調査報告】
2010516093.tif 000010
2010516093.tif 000011
2010516093.tif 000012