(57)【要約】      （修正有）【課題】限定された帯域幅で、高信頼度および低レイテンシを達成する、低コストで低電力消費の無線ネットワークを実装する【解決手段】送信機１１０は、パケットＡ、Ｂを複製し、送信アンテナ１０１のサブセットを、送信アンテナ１０１のサブセット、受信アンテナ１０２間のチャネル特性と無関係に選択する。送信アンテナ１０１、受信アンテナ１０２の組合せは、送信アンテナ１０１のサブセットで異なる。受信機１２０は、受信アンテナ１０２のサブセットを、受信アンテナ１０２のサブセットと送信アンテナ１０１の間のチャネル特性と無関係に選択する。送信アンテナ１０１、受信アンテナ１０２の組合せは、送信アンテナ１０１のサブセットで異なる。選択された送信アンテナ１０１のサブセット、受信アンテナ１０２のサブセットは、パケットＡ、Ｂを送信するのに用いられ、かつ前回の送信が失敗した場合にパケットＡ、Ｂを再送信するのに用いられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークにおいてパケットを通信するアンテナを選択する方法であって、前記ネットワークは、送信機および受信機を含み、前記送信機は、送信アンテナのセットを備え、前記受信機は、受信アンテナのセットを備え、前記方法は、
前記送信機において、前記パケットを前記パケットのコピーとして複製するステップと、
前記送信機において、前記送信アンテナのセットのサブセットを、前記送信アンテナのサブセットと前記受信アンテナのセットとの間のチャネル特性と無関係に選択するステップであって、前記アンテナの組合せは、前記送信アンテナの前記サブセットで異なる、選択するステップと、
前記受信機において、前記受信アンテナのセットのサブセットを、前記受信アンテナのサブセットと前記送信アンテナのセットとの間のチャネル特性と無関係に選択するステップであって、前記アンテナの組合せは、前記受信アンテナの前記サブセットで異なる、選択するステップと、
を含む、ネットワークにおいてパケットを通信するアンテナを選択する方法。
【請求項２】
前記送信機によって、前記パケットの各コピーを、異なるフレームを用いて、かつ各フレームおよび前記パケットの前記各コピーについて前記アンテナの異なるサブセットを用いて前記送信機から前記受信機に送信するステップであって、その一方、前記受信機は、前記受信アンテナの単一のサブセットを用いて前記パケットの前記コピーを受信し、前記フレームは、前記ネットワークにおけるオーバヘッドおよび遅延を低減するために時間的に交わらない、送信するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記送信機によって、前記パケットの各コピーを、異なるフレームを用いて、かつ各フレームおよび前記パケットの前記各コピーについて前記アンテナの単一のサブセットを用いて前記送信機から前記受信機に送信するステップであって、その一方、前記受信機は、前記各フレームおよび前記パケットの前記各コピーの受信について前記アンテナの異なるサブセットを用い、前記フレームは、前記ネットワークにおけるオーバヘッドおよび遅延を低減するために時間的に交わらない、送信するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記送信機によって、前記パケットの各コピーを、異なるフレームを用いて、かつ各フレームおよび前記パケットの前記各コピーについて前記アンテナの異なるサブセットを用いて前記送信機から前記受信機に送信するステップであって、その一方、前記受信機は、前記各フレームおよび前記パケットの前記各コピーの受信について前記アンテナの異なるサブセットを用い、前記フレームは、前記ネットワークにおけるオーバヘッドおよび遅延を低減するために時間的に交わらない、送信するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナは、無線通信チャネルの観点から空間的に相関していない、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記送信するステップは、周波数ダイバーシティおよび空間ダイバーシティを用いる、請求項２から請求項４までの何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記アンテナ選択は、順列パターンを用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アンテナ選択は、ランダムである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記送信機は、送信に用いられる前記送信アンテナのサブセットに関する情報をバッファーに格納する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記受信機は、受信に用いられる前記受信アンテナのサブセットに関する情報をバッファーに格納する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
媒体アクセス制御層（ＭＡＣ）によって、前回の送信において用いられた前記送信アンテナのサブセットに関する前記情報を取り出すステップと、
前記ＭＡＣ層によって、再送信において用いられることになるアンテナパターンを物理（ＰＨＹ）層に通知するステップと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信に関し、より詳細には、無線通信ネットワークにおいてアンテナを選択することに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線（電波）通信の信頼度は、基盤を成す無線チャネルの特性に大きく依拠する。チャネル特性が良好である場合、信頼性のある通信を達成することができるが、チャネル特性が不良であるとき、またはより具体的には、チャネル内にフェージングが生じているとき、信号対雑音比（ＳＮＲ：ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）が低く、通信が失敗する。送信機および受信機のロケーションおよび移動性、並びにチャネルの環境に依拠して、チャネル特性は、低速に変動する可能性もあれば、迅速に変動する可能性もある。
【０００３】
信頼度を改善するために、複数のダイバーシティ技法が知られている。十分な周波数帯域幅がネットワークに割り当てられているとき、互いに比較的低い相関を有する異なる周波数帯で送信を反復することによる周波数ダイバーシティ技法を用いることができる。しかしながら、周波数ダイバーシティは、許容可能な送信帯域幅と比較して高コヒーレントな帯域幅を有する或る特定のチャネル環境では不可能である。
【０００４】
チャネル環境が迅速に変動する場合、チャネル実現は、互いに比較的低い相関を有するので、様々な時点で送信を反復することによる時間ダイバーシティ技法を用いることができる。しかしながら、時間ダイバーシティは、送信のレイテンシ制約と比較して低速に変動する或る特定のチャネルでは不可能である。すなわち、別々の時間間隔における無線チャネルが強力に相関している場合、或る時間間隔における送信の失敗は、近くの別の間隔における送信の失敗も意味する。換言すれば、時間ダイバーシティを達成することができない。
【０００５】
送信機および受信機が複数の送信アンテナまたは受信アンテナを有するとき、異なるアンテナを介してデータを送信し、受信機においてデータを適切に結合することによって、空間ダイバーシティを達成することができる。送信アンテナと受信アンテナとが空間的に分離されている限り、信頼度を改善することができる。
【０００６】
複数アンテナネットワークのコストを低減するために、送信機および受信機においてアンテナ選択ダイバーシティ技法を用いることができる。特に、従来のアンテナ選択は、様々な送信アンテナおよび受信アンテナ間のチャネル特性を推定し、最適なチャネル特性を有する利用可能なアンテナのサブセットを用いる。チャネル特性に基づくアンテナ選択ダイバーシティは、最適なアンテナのサブセットを選択するのにフィードバックを必要とし、これによってオーバヘッド、レイテンシ、および電力消費が増大する。
【０００７】
自動再送要求（ＡＲＱ：ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｒｅｐｅａｔ  ｒｅｑｕｅｓｔ）およびハイブリッドＡＲＱ（ＨＡＲＱ：ｈｙｂｒｉｄ  ＡＲＱ）等の、送信の信頼度を改善する他の方法を、媒体アクセス制御層（ＭＡＣ：ｍｅｄｉｕｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ）において達成することができる。これらの技法は、送信の受信に成功したか否かを示す、受信機から送信機へのフィードバックを必要とし、前の送信が失敗しているとき、再送信が実行される。しかしながら、フィードバックを用いることにより送信のレイテンシが増大する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
帯域幅が限られているが、それでも高信頼度および低レイテンシを達成する、低コストで低電力消費の無線ネットワークを実装することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施の形態は、高信頼度で、低レイテンシで、かつ低コストの無線通信を達成するために、アンテナを切り換えることによって時間ダイバーシティ再送信およびアンテナダイバーシティを組み合わせる方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
これにより、高信頼度および低レイテンシを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態によるアンテナダイバーシティおよび時間ダイバーシティを組み合わせる無線ネットワークの概略図である。
【図２】本発明の実施の形態による、アンテナダイバーシティ、空間ダイバーシティ、および時間ダイバーシティの組合せを有するデータ通信ネットワークの概略図である。
【図３】本発明の実施の形態による、アンテナダイバーシティ、空間ダイバーシティ、および時間ダイバーシティの組合せを有するデータ通信ネットワークの別の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態は、送受信機が、無線通信チャネルの観点で空間的に相関していない複数のアンテナを備える無線ネットワークにおいて動作する。パケットが送信された後、アンテナの異なるサブセットを用いて反復送信が実行される。
【００１３】
フィードバックのないネットワーク
時間制約型ネットワークでは、データは、非常に短い時間量で受信機に確実に配信されなくてはならない。信頼度および低レイテンシを保証するために、パケットは、フィードバックなしで複数回反復して送信される。これは、時間ダイバーシティ技法において行なわれることに類似している。しかしながら、時間ダイバーシティとは異なり、各送信の間、パケットを送信するのに異なるアンテナまたはアンテナ組合せが自動的に用いられる。これによって、反復送信が独立した無線チャネルを介して送信されることが保証される。
【００１４】
図１および図２は、各送信機１１０において２本の送信（Ｔｘ）アンテナ１０１を有し、各受信機１２０において２本の受信（Ｒｘ）アンテナ１０２を有するネットワークにおける切換えアンテナダイバーシティの一例である。
【００１５】
この例では、各パケット１３０は、複製され（１４０）、２つの時間的に交わらない（ｔｅｍｐｏｒａｌｌｙ  ｄｉｓｊｏｉｎｔ）フレームを介して送信される。例えば、パケットＡは、ダウンリンク（ＤＬ：ｄｏｗｎｌｉｎｋ）チャネルにおいて、ダウンリンクチャネルＤＬ１およびＤＬ２でノードＸからノードＹに送信され、パケットＢは、ダウンリンクチャネルＤＬ２およびＤＬ３で送信される。２つの送信アンテナおよび２つの受信アンテナを用いて、合計４つのアンテナ組合せ、すなわちＴｘ１−Ｒｘ１、Ｔｘ２−Ｒｘ２、Ｔｘ１−Ｒｘ２、およびＴｘ２−Ｒｘ１を形成することができる。後続の送信は、異なるアンテナ組合せを用いる。アップリンク（ＵＬ：ｕｐｌｉｎｋ）チャネル上の送信も同様に実行される。
【００１６】
この例では、送信機および受信機の双方が２つのアンテナを有する。切換え回路を用いて、所与の時点において１つのアクティブなアンテナのみが選択されるので、送信ごとに１つの送受信機チェーンが用いられる。
【００１７】
この例は、パケットが複製され、２つの別々のフレームを介して送信されることを示しているが、２つのＴｘアンテナおよび２つのＲｘアンテナを有する単一アンテナ送信では、レイテンシ制約を満たすことができる場合、２つのアンテナの全ての２×２個の組合せを考えることによって、独立したチャネルで合計４回の反復を達成することができる。
【００１８】
切換えアンテナダイバーシティは、周波数ダイバーシティおよび空間ダイバーシティ等の、他の形態のダイバーシティとともに用いることができる。本発明の実施の形態のアンテナ選択は、チャネル特性と無関係に実行されることが留意される。このため、実施の形態は、チャネル特性を推定せず、送信機から受信機へも、受信機から送信機へもチャネル特性をフィードバックしない。これによって、オーバヘッド、レイテンシ、および電力消費が大幅に低減する。
【００１９】
切換えアンテナダイバーシティが周波数ダイバーシティとともに用いられるとき、送信は、更に複製され、同時に複数の周波数帯を介して送信され、異なるアンテナ組合せを用いて異なる時点においてパケットが送信される。
【００２０】
切換えアンテナダイバーシティが空間ダイバーシティとともに用いられるとき、複数のアンテナを同時に用いて所与の時点において信号が送受信され、異なる時点において複数のアンテナの異なる組合せが用いられる。例えば、ノードＸが２つのアンテナを有し、ノードＹが４つのアンテナを有する場合、切換えアンテナダイバーシティを用いて２×２  ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）ネットワークが実装される。フレームＮにおいて、ノードＸは、アンテナの双方を用い、ノードＹは、４つのアンテナのうちの２つを用いる。フレームＮ＋１において、ノードＸは、依然として双方のアンテナを用い、ノードＹは、４つのアンテナの他方の２つを用いる。
【００２１】
通常、１つのノードにＮ個のアンテナからなるセットが存在し、別のノードにＭ個のアンテナからなるセットが存在する場合、ＮＭ／ＰＱ個のアンテナ組合せを用いて、切換えアンテナダイバーシティを有するＰ×Ｑ  ＭＩＭＯネットワークを実装することができる。
【００２２】
フィードバックを有するネットワーク
いくつかのネットワークでは、物理（ＰＨＹ：ｐｈｙｓｉｃａｌ）層または媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層におけるフィードバックは、送信の失敗を示すことができ、失敗が発生すると、自動再送要求（ＡＲＱ）を用いてパケットを自動的に再送信する。通常、ＡＲＱは、前回の送信で用いられた特定のアンテナパターンを考慮しない。切換えアンテナダイバーシティでは、再送信が必要なとき、異なるアンテナまたは別の組合せが用いられる。
【００２３】
図３に示すように、パケットＡ３０１は、送信元（Ｓｒｃ：ｓｏｕｒｃｅ）３２０から宛先（Ｄｅｓｔ：ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）３３０に送信される（３１０）。送信元は、最初にパケットＡを送信すると、パケットＡのコピーを、送信アンテナの選択されたサブセットに関する情報とともにバッファー３０１に格納する。
【００２４】
宛先は、パケットＡを受信すると、選択された受信アンテナ情報をバッファー３０２に格納する。パケットＡの復号（３５０）に失敗した場合、宛先は、パケットＡが再送信される必要があることを示すフィードバックパケット３６０を送信元に送信する。
【００２５】
送信元は、ＭＡＣ層でフィードバックを受信すると、バッファー３０１からパケットＡおよび送信アンテナ情報を取り出し、ＰＨＹ層に、送信アンテナの別のサブセットを用いてパケットＡを再送信する（３７０）ことを通知する。
【００２６】
送信機および受信機において利用可能なアンテナ組合せの数に依拠して、送信機または受信機のアンテナパターンが変化しない。図３に示す例では、再送信の間に送信機のみがアンテナを変更する一方、受信機は、最初の送信３１０および再送信３７０の双方に同じアンテナを用いる。代替的に、受信機は、アンテナサブセット間で切り換え、送信機は切り換えない。別の実施の形態では、送信機および受信機の双方がパケットのコピーについてサブセットを切り換える。
【００２７】
通常、各ノードにおいて利用可能なアンテナ数は、ネットワーク設計中に設定されて統計的に知られるか、または初期関連付けプロセス中にプロトコルを用いて知られる。順列パターンを用いて複数の送信のためにアンテナを選択することができる。例えば、２つのＴｘ送信機および２つのＲｘ送信機を用いて、アンテナは、切換えがＴｘ−１，Ｒｘ−１；次にＴｘ−２，Ｒｘ−１；次にＴｘ−２，Ｒｘ−２；次にＴｘ−１，Ｒｘ−２となるように切換えを行う。
【００２８】
アンテナ数が知られていない場合、各再送信が高い確率で異なるアンテナ組合せを用いるように切換えメカニズムをランダムにすることが可能である。
【００２９】
受信機は、複数の送受信機チェーンを有する場合、アンテナ切換えに加えてアンテナ組合せ技法を用いることが可能である。
【００３０】
発明の効果
従来のアンテナ選択技法では、アンテナ選択は、選択されるアンテナの適性に大きく基づく。したがって、従来技術による技法は、全ての可能なアンテナ組合せについてチャネル特性、例えば低雑音、高信号強度、低速変動等であるチャネルを推定し、次にアンテナの最適なサブセットを選択する。上述したように、これによって、チャネル推定プロセスに必要とされるフィードバックに起因したかなりの遅延およびオーバヘッドがもたらされる。加えて、チャネル推定は電力を消費する。
【００３１】
対照的に、本発明の実施の形態によるアンテナ選択は、チャネル特性と無関係にアンテナ選択を実行する。選択されたアンテナのうちのいくつかのシグナリング性能は、準最適である場合があるが、従来技術のチャネル推定プロセスに固有の追加の遅延およびオーバヘッドを一切もたらすことなく、依然として空間ダイバーシティが改善される。これは、低オーバヘッドを要する電池式送受信機、および安全システムと連動して動作するネットワーク等の遅延に敏感な時間制約型用途に重要である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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