(57)【要約】  本発明は、一般にワイヤレスネットワーキングに関し、より詳細には、ワイヤレスネットワークにおけるワイヤレスデバイスおよびシステムのスループットを向上させるための方法および装置に関する。本発明は、ワイヤレスネットワーク内のあるワイヤレスデバイスから、ワイヤレスネットワーク内の他のワイヤレスデバイス(STA)に1つまたは複数のシグナリングフレームを送信するステップを含む。1つまたは複数のシグナリングフレームは、送信のためのチャネル割振りに関する情報と、送信側のワイヤレスデバイスと受信側のワイヤレスデバイスとの間の肯定応答フレームの要件とを含む。本発明は、送信バースト中に送信媒体が割り振られていないワイヤレスデバイスをスリープさせ、送信媒体を割り振られた異なるワイヤレスデバイスを異なるデータ送信バースト中にスケジューリングすることを可能にする。
2018524901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤレスネットワークにおけるワイヤレスデバイスおよびシステムのスループットを向上させる方法であって、
前記ワイヤレスネットワーク内の1つのワイヤレスデバイス(AP)から、前記ワイヤレスネットワーク内の他のワイヤレスデバイス(STA)に1つまたは複数のシグナリングフレームを送信するステップであって、前記1つまたは複数のシグナリングフレームが、データ送信のためのチャネル割振り情報と、前記APと前記STAとの間の肯定応答フレームの要件とを含む、ステップと、
前記1つまたは複数のシグナリングフレームの送信に続いて、前記1つまたは複数のシグナリングフレームに含まれる前記割振り情報に従って、前記APから前記STAにデータを送信するステップと、
前記1つまたは複数のシグナリングフレームに基づいて、前記STAのうちの少なくとも1つから前記APに肯定応答フレームを送信するステップと
を備える、方法。
【請求項２】
前記ワイヤレスネットワークがOFDMAベースである、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記1つまたは複数のシグナリングフレームが、前記STAから前記APにACK/NACKフレームまたはBAフレームを送信するかどうかと、OFDMA割振りにおけるSTAの数と、現在のOFDMAバーストの持続時間と、次のOFDMAバーストの持続時間と、現在のOFDMAバーストが最後のOFDMAバーストであるかどうかと、割振り方向と、前記BAフレームの変調およびコーディング方式と、アップリンク送信およびダウンリンク送信のための前記チャネル割振りとで構成されるグループ内の1つまたは複数の情報を含む、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記チャネル割振りが、データ送信のためのアップリンク(UL)および/またはダウンリンク(DL)帯域幅を割り振られた前記STAのアソシエーションIDと、前記STAのためのDLおよび/またはULの前記割振りが同じであるかどうかと、割り振られたあらかじめ定められた帯域幅のチャネルの数と、割り振られたあらかじめ定められた帯域幅の完全なチャネルの部分とで構成されるグループ内の1つまたは複数の情報を含む、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記あらかじめ定められた帯域幅が20MHzである、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
異なるSTAに対して異なるシグナリングフレームを使用するステップをさらに備える、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記異なるシグナリングフレームが異なるOFDMAバーストにおいて送信される、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記STAのうちの少なくとも1つが、ACKフレームのみを前記APに送信するように構成される、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記STAのうちの少なくとも1つが、BAフレームを前記APに送信するように構成される、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記1つまたは複数のシグナリングフレームのうちの少なくとも1つが、別個のMACプロトコルフレームにおいて送信される、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも1つのシグナリングフレームのコンテンツが、MACフレームの物理層ヘッダ部分に含まれる、請求項1に記載の方法。
【請求項１２】
データを送信する前記ステップが、OFDMAバーストを送信するステップをさらに備える、請求項2に記載の方法。
【請求項１３】
データを送信する前記ステップが、前記APが、プリアンブルの前記送信の直後にOFDMフォーマットにおいて前記1つまたは複数のシグナリングフレームのコンテンツを最初に送信するステップをさらに備え、OFDMA送信が、前記1つまたは複数のシグナリングフレームの前記コンテンツに従って、各STA宛てのデータをさらに含む、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記STAがデータを受信するようにスケジューリングされているが、前記データ送信中に前記データを正しく受信していない場合、前記STAが、前記1つまたは複数のシグナリングフレームに従って前記APに肯定応答フレームを送信する、請求項2に記載の方法。
【請求項１５】
ワイヤレスネットワークにおけるワイヤレスデバイスおよびシステムのスループットを向上させる方法であって、
前記ワイヤレスネットワーク内の1つのワイヤレスデバイス(AP)から、前記ワイヤレスネットワーク内の他のワイヤレスデバイス(STA)に1つまたは複数のシグナリングフレームを送信するステップであって、前記1つまたは複数のシグナリングフレームが、データ送信のためのチャネル割振り情報と、前記APと前記STAとの間の肯定応答フレームの要件とを含む、ステップと、
前記1つまたは複数のシグナリングフレームの送信に続いて、前記1つまたは複数のシグナリングフレームに含まれる前記割振り情報に従って、前記STAから前記APにデータを送信するステップと、
前記1つまたは複数のシグナリングフレームに基づいて、前記APから前記STAのうちの少なくとも1つに肯定応答フレームを送信するステップと
を備える、方法。
【請求項１６】
前記ワイヤレスネットワークがOFDMAベースである、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記1つまたは複数のシグナリングフレームが、前記STAから前記APにACK/NACKフレームまたはBAフレームを送信するかどうかと、OFDMA割振りにおけるSTAの数と、現在のOFDMAバーストの持続時間と、次のOFDMAバーストの持続時間と、現在のOFDMAバーストが最後のOFDMAバーストであるかどうかと、割振り方向と、前記BAフレームの変調およびコーディング方式と、アップリンク送信およびダウンリンク送信のための前記チャネル割振りとで構成されるグループ内の1つまたは複数の情報を含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記チャネル割振りが、データ送信のためのアップリンク(UL)およびダウンリンク(DL)帯域幅を割り振られた前記STAのアソシエーションIDと、前記STAのためのDLおよびULの前記割振りが同じであるかどうかと、割り振られたあらかじめ定められた帯域幅のチャネルの数と、割り振られたあらかじめ定められた帯域幅の完全なチャネルの部分とで構成されるグループ内の1つまたは複数の情報を含む、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記あらかじめ定められた帯域幅が20MHzである、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
異なるSTAに対して異なるシグナリングフレームを使用するステップをさらに備える、請求項15に記載の方法。
【請求項２１】
前記異なるシグナリングフレームが異なるOFDMAバーストにおいて送信される、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記STAのうちの少なくとも1つが、ACKフレームのみを前記APに送信するように構成される、請求項15に記載の方法。
【請求項２３】
前記STAのうちの少なくとも1つが、BAフレームを前記APに送信するように構成される、請求項15に記載の方法。
【請求項２４】
前記1つまたは複数のシグナリングフレームのうちの少なくとも1つが、別個のMACプロトコルフレームにおいて送信される、請求項15に記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも1つのシグナリングフレームのコンテンツが、MACフレームの物理層ヘッダ部分に含まれる、請求項15に記載の方法。
【請求項２６】
データを送信する前記ステップが、OFDMAバーストを送信するステップをさらに備える、請求項16に記載の方法。
【請求項２７】
データを送信する前記ステップが、前記APが、プリアンブルの前記送信の直後にOFDMフォーマットにおいて前記1つまたは複数のシグナリングフレームのコンテンツを最初に送信するステップをさらに備え、OFDMA送信が、前記1つまたは複数のシグナリングフレームの前記コンテンツに従って、各STA宛てのデータをさらに含む、請求項26に記載の方法。
【請求項２８】
前記STAがデータを受信するようにスケジューリングされているが、前記データ送信中に前記データを正しく受信していない場合、前記STAが、前記1つまたは複数のシグナリングフレームに従って前記APに肯定応答フレームを送信する、請求項16に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にモバイルワイヤレスネットワーキングに関し、より詳細には、ワイヤレスネットワークシステムにおけるACK/BAフレーム交換のサポートとともに、OFDMAベースのデータ送信を改善するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
変調および多元接続技術としての直交周波数分割多元接続(OFDMA)は、加入者局と基地局(またはアクセスポイント)との間のより良好なリンク状態を提供するサブキャリア(またはリソースブロック)がユーザ(STA)に割り振られるときのスループットの改善を提供するために示されてきた。
【０００３】
規格IEEE802.16mは、OFDMAベースのソリューションである。しかし、この技術は「ライセンスされたスペクトラム」において使用されるように設計されている。言い換えれば、レガシーデバイスがないため、スペクトラムの明示的なダウンリンク(DL)およびアップリンク(UL)割振りが存在する。これにより、モバイルワイヤレスネットワークシステムにおいてULリソースのうちの一部が効果的に使用されなくなる可能性があり、レガシーデバイスは、同じ帯域内で動作している802.11および他の無線デバイス(たとえば、BTおよびZigbee)を指す。
【０００４】
チャネル帯域幅がすべてのユーザ(802.11の場合のSTA)に等しく割り振られる場合、すなわち等しい数のサブキャリアまたはリソースブロックである場合、一部のSTAに割り振られるBSS帯域幅の一部が使用されない可能性がある。たとえば、アクセスポイント(AP)からSTAへのデータの損失は、たとえそのSTAに媒体が割り振られていても、STAがその媒体をアップリンク送信に使用しないようにする。別の例として、APとSTAとの間のデータ量の差、またはリンク状態の差により、帯域幅の一部が使用されなくなる可能性が。帯域幅の一部が使用されない場合、BSS内のレガシーデバイスまたはOBSSは、媒体がアイドルであることを感知し、ワイヤレス媒体/チャネル/リソースブロックを使用して時期尚早に開始する場合がある。
【０００５】
したがって、既存の方法は、レガシーデバイス(ライセンスされていないスペクトラム)が存在するワイヤレスネットワーク内のリソースの割振りには使用できない。したがって、当分野では、とりわけ上記の問題に対処するための解決策が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ダウンリンク(APからSTAへ)とアップリンク(STAからAPへ)との両方の送信のために、チャネル帯域幅の割振りおよびスケジューリングの管理のためのシグナリングを改善することによって上述した問題に対処する方法および装置を開示する。具体的には、本発明は、新しいシグナリングフレームを使用し、許可されるフレーム交換を限定し、STAおよびAPがOFDMAを使用して媒体上で送信することが許可される新しいフレームを許可する方法を開示する。
【０００７】
STAからの応答をACKまたはBAフレームのいずれかに限定することによって、OFDMAの複数のバーストが可能になる。PHYヘッダにおいて定義されているのと同じ持続時間フィールドを有するすべてのPPDUを送信することによって、たとえデータが受信されなくても、依然としてPPDUの持続時間が正確に伝えられることを保証する。さらに、最後のPPDUが受信されなかったことをデータの送信機に明示的にシグナリングするために、NACKフレームが導入される。現在のIEEE802.11では、送信機は、データフレームの意図された受信機からのACKフレームがない場合、データフレームの損失を推定し得る。より重要なことは、このNACKフレームは、近傍で動作しているどのデバイス(現在のOFDMAバーストにおいて媒体の使用を割り振られていないレガシーデバイスまたはSTA)も不適切に媒体をつかむことができないように媒体が占有されることを保証するために使用される。レガシーデバイスが媒体をつかむ場合、レガシーデバイスの不適切な媒体の使用がOFDMA割振り全体を壊すので、APは新しいチャネルアクセスを実行する必要がある。
【０００８】
本発明と見なされる主題は、本明細書の結論部分において特に指摘され、明確に主張される。しかしながら、本発明は、その目的、特徴、および利点とともに、構成と動作方法との両方に関して、以下の添付図面とともに確認して本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって最もよく理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態が適用され得るBSSおよびOBSSを有するWLANネットワークの一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるシグナリングフレーム構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、DLデータおよびUL ACK/BAならびに関連付けられるフレーム交換を伴うOFDMAバースト送信を示すフローチャートである。
【図４】本発明の別の実施形態による、DLデータ送信および関連付けられるフレーム交換のために使用されるシグナリングフレームを伴うOFDMAバースト送信を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態による、STAからAPへのULデータの後に、APからSTAへのDL ACK/BAが続く、OFDMAバースト送信を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明は、当業者が本発明を実施できるように本発明の例示的な実施例として提供される図面を参照して詳細に説明される。特に、以下の図面および実施例は、本発明の範囲を単一の実施形態に限定することを意味するものではなく、記載または図示された要素の一部または全部の交換によって他の実施形態が可能である。さらに、本発明の特定の要素が、知られている構成要素を使用して部分的または完全に実装され得る場合、本発明の理解に必要である、そのような知られている構成要素の部分のみが記載され、そのような知られている構成要素の他の部分の詳細な説明は、本発明を不明瞭にしないために省略される。
【００１１】
ソフトウェアにおいて実装されるとして説明される実施形態は、それに限定されるべきではなく、本明細書に別段の指定がない限り、当業者には明らかであるように、ハードウェアにおいて実装された実施形態、ソフトウェアとハードウェアとの組合せ、およびその逆を含むことができる。本明細書では、単数の構成要素を示す実施形態は限定的であると見なされるべきではなく、むしろ、本発明は、特に本明細書に明示的に記載されていない限り、複数の同じ構成要素を含む他の実施形態を包含することが意図されており、その逆も同様である。さらに、出願人は、本明細書または特許請求におけるいかなる用語も、そのように明示的に述べられていない限り、珍しい、または特別な意味であると見なされることを意図しない。さらに、本発明は、説明のために本明細書で言及される、知られている構成要素の現在および将来の知られている等価物を包含する。
【００１２】
基本サービスセット(BSS)は、IEEE 802.11ワイヤレスLANの基本的なビルディングブロックを提供する。インフラストラクチャモードでは、単一のアクセスポイント(AP)と、すべての関連付けられる局(STA)とがBSSと呼ばれる。アクセスポイントは、そのBSS内の局を制御するためのマスタとして機能し、最も単純なBSSは、1つのアクセスポイントと1つの局とで構成されている。
【００１３】
あるいは、IEEE802.11の下で、制御アクセスポイントのないクライアントデバイスのアドホックネットワークも設定することができ、そのようなネットワークはIBSS(独立したBSS)と呼ばれる。
【００１４】
OFDMAは、直交周波数分割多元接続の略語である。これは、モバイルWiMAXおよびLTEのような次世代ワイヤレスネットワークのための変調および多元接続技法として考えられている。OFDMAは、直交周波数分割多重(OFDM)の拡張であり、現在、IEEE 802.11a/g/n/acワイヤレスLAN(WiFi)およびIEEE 802.16a/d/e/mワイヤレスブロードバンドアクセスシステム(WiMAX)などの高速データアクセスシステムに最適な基盤技術である。OFDMシステムにおいては、単一のユーザのみが任意の所与の時間にすべてのサブキャリア上で送信することができ、複数のユーザをサポートするために時分割多元接続が使用される。一方、OFDMAは、複数のユーザがOFDMシンボルごとに異なるサブキャリア上で同時に送信することを可能にする。したがって、それはしばしばマルチユーザOFDMと呼ばれる。
【００１５】
IEEE802.16e-2009は、一般にモバイルWiMAXとして知られているOFDMA物理層およびMAC層を定義する。モバイルWiMAXは、セルラー技術と同様のブロードバンドデータ通信に使用される。モバイルWiMAX技術のために利用可能な基地局および加入者局デバイスは、異なるRF周波数、すなわち、異なる国のスペクトラム割振りに必要とされる、2.3-2.4GHz、2.5-2.7GHz、3.3-3.8GHz用に開発されている。一般に使用されるビーム幅は、OFDMAにおいて1.25MHzから20MHzの範囲である。これは、128、512、1024、および2048のFFTサイズをサポートするが、512と1024がほとんどの機器ベンダーによって商品化されており、同じものがWiMAX Forumの認定を受けている。本発明は、802.11ah規格の下の900MHzのような、他のライセンスされていない帯域におけるOFDMA送信にも適用可能である。
【００１６】
以下の詳細な説明は、直交周波数分割多重(OFDM)変調を利用するワイヤレスネットワークに関連する本発明の様々な実施形態を説明し得るが、本発明の実施形態はそれに限定されず、たとえば、適切に適用可能な他の変調および/またはコーディング方式を使用して実装され得る。
【００１７】
さらに、例示的実施形態は、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)に関連して本明細書に記載されているが、本発明はこれに限定されず、同様の利点を得ることができる他のタイプのワイヤレスネットワークにも適用され得る。そのようなネットワークは特に、これに限定されないが、WiMAXネットワーク、ワイヤレスメトロポリタンエリアネットワーク(WMAN)、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)、および/またはワイヤレスワイドエリアネットワーク(WWAN)、センサ/IOTネットワークを含む。
【００１８】
図1は、ワイヤレスデバイスおよびBSSシステムのスケジューリング管理ならびに帯域幅割振りを容易にし、改善するために、本発明の実施形態が適用され得る2つのBSSシステムを有する例示的なWLAN環境を示す図である。
【００１９】
この例におけるSTAは、オーディオスピーカ、ビデオプレーヤ、またはスマートフォンのようなエンターテイメントデバイスを含み得る。
【００２０】
図1において、APは有線またはワイヤレスネットワークを通じてインターネットに接続されている。WLAN内のAPおよびワイヤレスデバイス(STA)間のデータ送信は、OFDMAベースである。OFDMAの実際の送信が開始される前に、AP局(AP1)は、クライアントデバイスのための媒体割振りを設定し、管理するために、同じBSS内のクライアント(STA1、STA2、およびSTA3)にシグナリングフレームを送信する。クライアントデバイス(たとえば、STA1)は、アップリンクチャネルを使用して最終的に受信するデータについて、肯定応答フレームをAP1に送信する。また、APは、BSS内の各STAに媒体割振りをシグナリングすることができ、次いで、STAは割り振られたリソースブロック上でそれらのデータを送信し、次に、APはDL内のSTAから受信したデータを肯定応答する。
【００２１】
図2を参照すると、本発明の一実施形態による、BSS内のSTAにAPによって送信される10バイトのシグナリングフレーム200が示されている。シグナリングフレーム200は別個のMACプロトコルフレームであってもよく、コンテンツはMACフレームの物理層ヘッダ部分に含まれてもよい。図示されるように、フレーム200は、最後のOFDMAバーストフィールドと、ULフィールド内のACK/NACKまたはBAと、割振り方向と、OFDMA割振りフィールド内のSTA数と、現在のOFDMAバーストフィールドと、BAフレームフィールドのMCSと、STAデータフィールドとを含み得る。STAへのDLおよびULリソースのスケジューリングおよび割振りをシグナリングするために使用されるシグナリングは、以下でさらに説明される。
【００２２】
最後のOFDMAバーストフィールドは、現在のバーストに続く追加のOFDMAバーストがあるかどうかをシグナリングする1ビットフィールドである。1に設定されている場合、APは、この現在のバーストが最後のOFDMAバーストであることをSTAにシグナリングする。0に設定されている場合、APは、現在のデータのバーストに続く追加のバーストがあることをシグナリングする。
【００２３】
ACK/NACKまたはBAフィールドは、データに対する応答がACK/NACKまたはBAのいずれかであるかどうかをシグナリングする1ビットフィールドである。0に設定されている場合、APは、データへの応答はACK/NACKフレームを必要とすることをSTAにシグナリングする。それ以外の場合、BA肯定応答フレームが予期される。
【００２４】
割振り方向フィールドは、STAデータフィールド内のULおよびDLリソース割振りの順序をシグナリングする1ビットフィールドである。たとえば、割振り方向が0に設定されている場合、DLデータ送信のリソース割振り(DL/UL割振り(1)フィールド)の後に、UL ACK/BA送信のリソース割振り(DL/UL割振り(2)フィールド)が続く。データ送信、および続くACK/BA送信が図3および図4に示されている。割振り方向が1に設定されている場合、ULデータ送信のリソース割振り(DL/UL割振り(1)フィールド)の後に、DL ACK/BA送信のリソース割振り(DL/UL割振り(2)フィールド)が続く。データ送信、および続くACK/BA送信が図5に示されている。
【００２５】
OFDMA割振りフィールド内のSTAの数は、OFDMAバーストに含まれるSTAの数をシグナリングする6ビットのフィールドである。この場合、OFDMA送信に含まれるSTAの最大数は64であり得る。あるいは、6ビットのうちの4ビットのみがOFDMAバーストに含まれるSTAの数をシグナリングするために使用され、2ビットは予約されたビットである。
【００２６】
現在のOFDMAバーストフィールドは、現在のバーストの持続時間をシグナリングする12ビットのフィールドである。この持続時間は、DLデータのためにACK/NACKまたはBAを送信するために必要な時間とともに、DL送信中にすべてのSTAに送信されるPPDUの完了に要する時間である。割振りの粒度は、マイクロ秒(μs)のオーダである。これは、現在のOFDMA割振りの一部ではないSTAが、現在のOFDMAバーストの終わりにスリープ状態になり、ウェイクアップすることを可能にする。
【００２７】
BAフレームフィールドのMCSは、ACK/NACKまたはBAフィールドとともに使用される4ビットフィールドである。ACK/NACKまたはBAフィールドが1に設定されている場合、BAフレームフィールドのこのMCSは、データに応答して送信される、予期されるBAフレームの変調およびコーディング方式をシグナリングする。4ビットのMCSフィールドは、16個の異なるMCS方式を示すことができる。ACK/NACKまたはBAフィールドが0に設定されている場合、このフィールドは予約されているまたは使用されていないと見なされる。
【００２８】
STAデータフィールドは、以下のサブフィールドで構成される7バイトのフィールドである。AIDフィールド、別個または同一のDLフィールドおよびULフィールド、予約されたフィールド、DL割振りフィールドおよびUL割振りフィールド。これらのサブフィールドについては、以下の段落においてさらに説明される。
【００２９】
AIDは、データ送信のために割り振られたUL帯域幅およびDL帯域幅であるSTAのアソシエーションIDを定義する10ビットのフィールドである。
【００３０】
別個または同一のDLフィールドおよびULフィールドは、チャネルの割振りがDLとULとの両方で同じかどうかをシグナリングする1ビットのフィールドである。0に設定されている場合、DLとULの割振りが別個であることを意味する。1に設定されている場合、DLとULに対して同一の割振りである。
【００３１】
DL割振りフィールドはさらに、8ビットの割り振られた20MHzチャネルフィールドと12ビットの部分20MHzフィールドとで構成される。割り振られた20MHzチャネルフィールドは、BSSのプライマリチャネルからのオフセットに関して割り振られた20MHzチャネルを示す、4ビットの下位チャネルサブフィールドと、4ビットの上位チャネルサブフィールドとを含む。一般に、BSSのプライマリチャネルは、ビーコンフレームに広告される。
【００３２】
たとえば、BSSがチャネル0〜チャネル3で動作すると仮定し(それぞれが20MHzチャネル、すなわちBSSが80MHzの帯域幅において動作する)、またプライマリチャネルがチャネル2である場合、この場合、データ送信のために特定のSTAがチャネル1〜チャネル3(すなわち3つの20MHzチャネル)に割り振られている場合、「下位20MHzチャネル」は「1001」としてシグナリングされ、「上位チャネル」サブフィールドは「0001」をシグナリングする。
【００３３】
「1001」の「下位チャネル」サブフィールドにおける第1のビット(左端のビット)、すなわち「1」は、これがプライマリチャネルからの負のオフセットであることを示し、「001」はプライマリからオフセットされたチャネルの数を示す。プライマリチャネルはチャネル2上にあるので、「1001」はチャネル1であるプライマリから-1チャネルを示す。
【００３４】
「0001」の「上位チャネル」サブフィールドにおける第1のビット(左端のビット)、すなわち「0」は、上位チャネルがプライマリチャネルからの正のオフセットであることを示す。残りのビット「001」は、プライマリチャネルからの正のオフセットが正の1であることを示す。したがって、プライマリチャネルが2である場合、上位チャネルはチャネル3である。
【００３５】
あるいは、BSSがチャネル52〜64(4つの20MHzチャネル)上で動作している場合、BSSの下位20MHzは「0」に設定され、下位チャネルおよび上位チャネルは、割振りの下位20MHzチャネル番号と上位20MHzチャネル番号との両方を正の整数値として示す。上記の同じ例を使用し、STAがチャネル1からチャネル3上で動作するように割り振られていると仮定すると、「下位チャネル」サブフィールドは「1」(チャネル1)に対して「0001」をシグナリングし、「上位チャネル」サブフィールドは「3」(チャネル3)に対して「0011」をシグナリングする。
【００３６】
12ビットの部分20MHzフィールドはさらに、4ビットの20MHzチャネルフィールド、4ビットの下位部分フィールド、および4ビットの上位部分フィールドで構成される。20MHzのチャネルフィールドは、その部分がSTAに割り振られる20MHzチャネルの識別番号を含む。識別する20MHzチャネル番号は、プライマリ20MHzチャネルからのオフセットであってもよく、BSSの下位20MHzチャネルからのチャネル番号であってもよい。一例として、BSSがチャネル52〜64で動作している場合、「BSSの下位20MHzチャネル」はチャネル52になる。下位部分フィールドは、識別された20MHzチャネルの開始CH_min(量子)番号を示し、上位部分フィールドは、最後のCH_min番号を示す。CH_minは異なる方法で別々にシグナリングされてもよい点に留意されたい。たとえば、CH_minは、APのビーコンフレームにおいてシグナリングされてもよく、シグナリングフレームにおいて示されてもよい。さらに、CH_minは、ユーザごとに具体的にシグナリングされ得る。CH_min量子の例は、1.25MHz、2.5MHz、3.75MHzなどを含み得る。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態では、「0」は、20MHzチャネルの一部分が割り振られるべき20MHzチャネルの開始点からの最初のCH_min(量子)である。CH_min量子が1.25MHzである場合、20MHzチャネルの合計16個の部分帯域幅を20MHz=16*1.25MHzとしてシグナリングするために、上述の下位部分サブフィールドおよび上位部分サブフィールドの4ビットが使用され得る点に留意されたい。CH_minが2.5MHzの場合、下位部分サブフィールドと上位部分サブフィールドの4ビットのうちの3つだけが使用される(8*2.5MHz=20MHz)。
【００３８】
以下のいくつかの段落は、20ビットのDL割振りフィールドが、本発明のいくつかの実施形態による様々なチャネル割振りシナリオのためにどのように使用され得るかを説明する。
【００３９】
STAがCH_minのチャネル帯域幅に正確に等しいチャネル帯域幅に割り振られる場合、部分20MHzフィールド内の20MHz割振り下位フィールド、20MHz割振り上位フィールド、および20MHzチャネルフィールドはすべて同じ値を有する:CH_minに等しい部分がSTAに割り振られる20MHzチャネルの識別番号。部分20MHzフィールドの下位部分サブフィールドと上位部分サブフィールドもまた、正確に同じ値を有する。
【００４０】
たとえば、CH_minが1.25MHzであり、プライマリ20MHzが2.6GHzで始まると仮定する。20MHzのチャネルフィールドが3である場合(20MHzの割振り下位フィールドと20MHz割振り上位フィールドとが両方とも3であり、チャネル番号付けが「0」から始まり、下位部分と上位部分とが両方とも5に等しく、部分の番号付けが「0」から始まる)、STAに割り振られる周波数は2666.25MHzから2667.5MHzであり、開始周波数および終了周波数は、以下のように計算される。
開始周波数=プライマリ20MHZ+3*20MHz+5*CH_min=2.6GHz+66.25MHz
終了周波数=開始周波数+(上位部分-下位部分+1)*1.25MHz=2.6GHz+(5-3+1)*1.25MHz
【００４１】
STAにCH_min以上の帯域幅が割り振られているが、依然として20MHzの一部と等しい場合、部分20MHzの20MHz割振り下位、20MHzの割振り上位、および20MHzチャネルフィールドも上述したものと同じ値を有する。部分20MHzフィールドの下位部分サブフィールドおよび上位部分サブフィールドは、それぞれSTAに割り振られた最初のCH_minおよび最後のCH_minを有する。
【００４２】
割り振られた帯域幅が1.25MHzの代わりに3.75MHzであることを除いて、上記と同じ例を使用する。下位部分フィールドが2の値を有すると仮定すると、上位部分フィールドは4に等しくなる(割り振られた部分BWは((上位-下位)+1)*CH_min、および3.75MHz=3*CH_min)。次いで、開始周波数が2662.5MHzで終了周波数が2666.25MHzで3.75MHzの帯域幅を有するSTAに割り振られた周波数であり、開始周波数と終了周波数は以下のように決定される。
開始周波数=プライマリ20MHZ+3*20MHz+(下位部分)*CH_min=2.6GHz+3*20MHz+2*1.25MHz=2662.5MHz
終了周波数=プライマリ20MHZ+3*20MHz+(上位部分+1)*CH_min=2.6GHz+3*20MHz+5*1.25MHz=開始周波数+3.75MHz==2666.25MHz。
【００４３】
STAが正確に20MHzの帯域幅に割り振られた場合、20MHz割振り下位フィールドと20MHz割振り上位フィールドとは同じ値を有することになり、識別番号は割り振られた20MHzチャネルに対応する。部分20MHzフィールドの20MHzのチャネルのサブフィールドはすべて1に設定され、これは予約された値である。部分20MHzフィールドの下位部分サブフィールドと上位部分サブフィールドとは無視される/気にされない。したがって、最大帯域幅は15*20MHz=300MHzである(番号付けは1からではなく0から開始するので、4ビットを使用するときに表され得る15個の20MHzチャネル、すなわち、0000から1110(0から14)がある)。しかしながら、すべての20MHzが(部分の代わりに)割り振られるべきである場合、20MHz割振り下位フィールド=20MHz上位フィールド=15(部分は割り振られない)であり、この場合、0〜15のすべての数字が有効であるため、最大帯域幅は16*20=320MHzである。
【００４４】
20MHzチャネルが現在1111に設定されていることを除いて上記と同じ例を使用して、20MHzの帯域幅を有するSTAに割り振られる周波数は、以下のように決定される。
開始周波数=プライマリ20MHZ+3*20MHz=2660MHz
終了周波数=プライマリ20MHZ+3*20MHz+20MHz=2680MHz。
【００４５】
STAが20MHzより大きい帯域幅に割り振られる場合、20MHz割振り下位フィールドと20MHz割振り上位フィールドは、それぞれ割り振られた最初と最後の完全な20MHzチャネルを示す。部分20MHzフィールドの20MHzのチャネルサブフィールドは、部分帯域幅が割り振られる20MHzのチャネル識別番号を有し、部分20MHzフィールドの下位部分サブフィールドと上位部分サブフィールドは、それぞれSTAに割り振られる部分帯域幅の最初のCH_minおよび最後のCH_minを有する。
【００４６】
上述のように、シグナリングフレーム(DL割振りフィールドとUL割振りフィールドとの両方を含む)を使用するためのオーバヘッドは、WLAN(またはWiMAX)におけるデータ送信にとって比較的重要ではない点に留意されたい。STAごとの総オーバーヘッドバイト数は、7バイト=16ビット+20ビット+20ビットである。フレームオーバヘッド=MACヘッダ32バイト+3バイト=35バイトである場合、OFDMAフレームの総オーバヘッド=35バイト+7*OFDMAフレーム内のSTAの数である。
【００４７】
提案されたOFDMAフレームを使用して、従来のWLANフレームでSTAの各々によってXバイトのデータが送信されていると仮定すると、9Mbpsで送信しているOFDMAフレームのオーバヘッドは、プリアンブル+35バイト+7バイト*STAの数=90+9*STAの数μsである。6Mbpsで送信している既存のWLANフレームのオーバヘッドは(90+SIFS)*STAの数μsである。
【００４８】
上記の説明を考慮して、本発明のいくつかの実施形態によるOFDMAバースト中にSTAにシグナリングするためにAPによって使用されるシグナリングフレームは、今日のワイヤレスネットワークアプリケーションにおいて現在使用されている既存の手法および方式よりも有利である。具体的には、上述したように、または同様の方法において、シグナリングフレームを使用することは、わずかなコストで(シグナリングフレームの総オーバヘッドが非常に小さい)少なくとも以下の利点を提供する。
a.OFDMAバーストの一部ではないSTAは、現在のOFDMAバースト中にスリープすることができる。
b.異なるOFDMAバーストにおいて異なるSTAがスケジューリングされ得る。
c.さらに、いくつかのSTAはUL内のACKフレーム用だけに設定され、他のいくつかのSTAはUL内のBAフレーム用に設定され得る。
【００４９】
図3は、本発明の一実施形態による、APからSTAへのDLデータの後に、STAからAPへのUL ACK/BAが続く、OFDMAバーストの例を示している。以下のセクションでは、上述のシグナリングプロトコルによるSTAおよびAPの挙動について説明する。
【００５０】
APの挙動
DL内のすべてのSTAのすべてのPPDUは、持続時間フィールドのPHYヘッダにおいて同じ値を搬送し、これは、OFDMAバースト内のPPDUの最長値に対応する。
【００５１】
最後のバーストではないバースト中(301)に、BA用に設定されていないDL割振りに含まれるSTAが存在する場合、複数のバーストの現在のバースト内のすべてのSTAは、現在のバーストに対するACK/NACKのみを送信するようにシグナリングされるべきである(302)。
【００５２】
さらに、ULデータはACK/NACKフレームまたはBAフレームのいずれかであるため、UL内のすべてのSTAには同じ量のULリソースが割り振られる。BAフレームが必要な場合、BAフレームの変調およびコーディング方式(MCS)は、20MHzのBSS動作を仮定してシグナリングされる。STAに異なる量のULリソース(たとえば、異なる数の無線リソース)が割り振られる場合、データレートは、必要な送信がOFDMAフレームの終了前に完了することを保証するようにスケーリングされる。
【００５３】
APがSTAに複数のOFDMAバーストを送信すると(303)、APは、次のバーストの持続時間およびこれが最後のバーストであるかどうかを含む、関連するすべてのSTAのOFDMAダウンリンクバーストのチャネル割振りをシグナリングするためにシグナリングフレームを送信する。
【００５４】
現在のOFDMAバーストが最後のOFDMAバーストである場合(304)、STAに対するUL割振りはSTAにとって異なる場合があり、すなわち、すべてのSTAがUL(ACK/NACK/BA)において同じ種類のフレームを送信する必要はない。言い換えれば、すべてのUL送信の完了を同時に調整する必要はない。最後のOFDMAバーストの後に、APは新しいチャネルアクセスを実行することを要求される。したがって、OFDMAバースト上に続くものが存在しないので、UL送信のうちのいくつかが残りより長くなる結果、レガシーデバイスが媒体を占有する場合には、問題はない。
【００５５】
STAx挙動
DL内の現在のOFDMAバーストが最後のバーストではない場合、各STAは、STA宛てのデータの受信を確認するために、ACK/NACKフレームまたはBAフレームのいずれかで、UL内で応答を返す必要がある(302)。正確に特定の肯定応答フレームが送信されることが予期されるものは、図2に関して上述したように、APからSTAへのシグナリングフレームにおけるULフィールド内の1ビットのACK/NACKまたはBAによってシグナリングされる。
【００５６】
NACKフレーム
STAは、OFDMAバースト中にデータを受信するようにスケジューリングされている(先験的にシグナリングされている)が、OFDMAバースト中にデータを正しく受信しない場合、APにNACKフレームを送信する。
【００５７】
1つのシナリオでは、STAがPHYヘッダをちょうど正しく受信した場合(すなわち、DL PPDUの終わりを知る)、STAは、DL PPDUの持続時間の後にNACK/BAフレームで応答を返す。本発明の一実施形態によるシグナリングフレームにおいてACK/NACK(または)BAフィールドが「0」に設定されている場合、STAはNACKフレームで応答する。シグナリングフレームにおいてACK/NACK(または)BAフィールドが「1」に設定されている場合、STAはBAで応答する。STAによって送信されるBAフレームは、MPDUの最後に正常に受信されたシーケンス番号まで肯定応答する。言い換えれば、データが正常に受信されたか否かに関係なく、BAフレーム送信が存在する。前述したように、STAが使用するBAフレームのMCSは、やはりシグナリングフレーム内に示される。
【００５８】
別のシナリオでは、STAがOFDMAバースト中にデータを受信するようにスケジューリングされており(先験的にシグナリングされている)、またOFDMAバースト中にデータを正しく受信する場合、STAは、ACK/NACK(または)BAフィールドの設定に従って肯定応答フレームで応答する。具体的には、本発明の一実施形態による信号フレームのACK/NACK(または)BAフィールドが「0」に設定されている場合、STAはACKフレームで応答する。ACK/NACK(または)BAフィールドが「1」に設定されている場合、STAはBAフレームで応答する。
【００５９】
現在のOFDMAバーストが最後のバーストであるさらに別のシナリオでは、STAは、ACK/NACKフレームを送信することが予期され、次いでPPDUが正しく受信された場合、ACKフレームを送信する。しかしながら、PPDUがエラーで受信された場合、STAはNACKフレームを送信してもしなくてもよい。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態では、(図4に示されるように)シグナリングフレームのコンテンツは、OFDMA送信とは異なるSTAのためのコンテンツを含む同じOFDMAフレーム内にAPによって含まれ得る。APはまずプリアンブルを送信し、次いで、直後にシグナリングフレームコンテンツ(PHYヘッダはシグナリングコンテンツを有する)をOFDMフォーマットで送信し、次にシグナリングフレームコンテンツに割り振られたそれぞれのサブキャリア内の各STA宛てのデータを含むOFDMA送信を行う。この実施形態と図3に示されるものとの違いは、シグナリングフレームとデータ送信の開始との間にフレーム間スペース(SIFS)がなく、送信されたデータに対する追加のプリアンブル(PHYヘッダ)がないことである。本発明のこの態様は、媒体の利用をさらに改善する。
【００６１】
予期される応答がBAである場合、次いで、最後のバーストでもある現在のOFDMAバースト内に受信されたMPDUがない場合、STAはBAフレームを送信しないことを選択することができる。
【００６２】
図5は、本発明の一実施形態による、STAからAPへのULデータの後に、APからSTAへのDL ACK/BAが続く、OFDMAバーストの例を示している。ULデータ送信が異なるチャネル帯域幅に対して行われる場合、受信機、すなわちAPは、すべてのUL STAのプリアンブルを復号するために複数の受信機を有することが必要とされる可能性があり、これはAPの実装の複雑さを増す。UL OFDMAの利点が十分に調査されるが、同時にAPの実装の複雑さを軽減することを確実にするために、ULデータまたはACK/BA送信のために、以下のことが追加のシグナリングオプションと見なされ得る。
a.APは、ULにおけるそれらの送信のためにBSS内のSTAにULリソースを割り振るが、PPDUのヘッダ(PHYヘッダ)を送信するために、UL内のデータを送信するようにスケジューリングされたSTAのうちの1つだけをシグナリングする。PHYヘッダを送信するように選択されたSTAは、STAに割り振られたリソース内だけでなく、BSSチャネルBW全体にわたってPHYヘッダを送信する。リソースを使用するように割り振られたすべてのSTAは、PPDUヘッダの送信の終了直後に媒体上で送信を開始する。
b.APは、PHYヘッダを送信するために20MHzチャネルに割り振られたSTAのうちの1つを選択し、PHYヘッダを送信するように選択されたSTAは、STAに割り振られたリソース内だけでなく、20MHzチャネル帯域幅にわたってPHYヘッダを送信する。
c.APは、各20MHzチャネルにおいて媒体を使用するためにSTAのグループを割り振り、すなわち、リソース割振りは1つまたは複数の20MHzであるが、STAは、媒体をOFDMA持続時間全体にわたって使用することが許可されない(STAは、STAが媒体を使用できる開始時間および時間の長さをシグナリングされる)。暗黙のうちに、開始時間は、STAのシーケンス番号をシグナリングすることによってシグナリングされ得、すなわち、シーケンス番号が3である場合、開始時間は、シーケンス番号1のSTAの媒体時間の総計であり、シーケンス番号2は、(STAに割り振られた)同じチャネルを使用することが許可される。20MHzチャネルの代わりに、シグナリングは、BSSチャネル帯域幅全体(すなわち、すべてのSTAがBSS全体において送信する必要がある)または20MHzの帯域幅の倍数であってもよい。
【００６３】
上述の様々な実施形態では、「STA」デバイスは、典型的に、製造業者からのチップセットおよび関連するファームウェアにおいて提供されるものなどの、Wi-Fiおよび/またはBluetooth(登録商標)トランシーバ機能を内蔵した任意のポータブルデバイス(たとえば、iPhone(登録商標)または同様のスマートフォン、iPad(登録商標)または同様のタブレットコンピュータ、スマートウォッチ、ラップトップまたはノートブックコンピュータなど)である。当業者は、本実施例によって教示された後にそのようなチップセットおよび/またはファームウェアを適合させることによって、本発明のSTA機能を実装することができるであろう。
【００６４】
上述の様々な実施形態では、「AP」デバイスは、スタンドアロンデバイス(たとえば、有線アクセスポイントに類似するデバイス)、統合されたAP機能を有する周辺デバイス(たとえば、ディスプレイスクリーン)のいずれかであり、またはSTAが有線接続またはワイヤレス(たとえば、WiFiダイレクト)のいずれかによって接続されることを可能にし得るラップトップ/デスクトップなどのデバイスであり得る。
【００６５】
実施形態のうちのいくつかにおいて、AP機能は、製造業者からのチップセットおよび関連するファームウェアによって実装される。当業者は、本実施例によって教示された後にそのようなチップセットおよび/またはファームウェアを適合させることによって、本発明の原理を実装することができるであろう。
【００６６】
上述した問題および他の様々な問題に対処する本発明について、以下で、IEEE802.11などの規格に準拠した実施形態に関連して説明する。しかしながら、本発明はこれらの実施形態に限定されず、本発明の原理は、Bluetooth(登録商標)、Zigbee(登録商標)などの媒体上で送信する前に媒体センシングを主に使用する他の規格、またはプロプライエタリ、あるいは他のワイヤレス環境を使用するアプリケーションに拡張され得る。
【００６７】
さらに、本発明の実施形態は、たとえば、IEEE Std 802.16-2009仕様フレーム構造との下位互換性を維持しながら、低レイテンシ動作をサポートするために、図2に示されるようなフレーム構造の修正バージョンを含むか、または使用することができる。図2に示されるフレーム構造は、たとえば、次世代のモバイルWiMAXシステムおよびデバイス(たとえば、IEEE802.16m規格を含む)において使用され得る。いくつかの実施形態では、フレーム200構造またはその一部は、(たとえば、モバイルWiMAXプロファイルおよびIEEE Std 802.16-2009に従って動作する)レガシー端末に対して透過的であり得、両方ともIEEE802.16m規格に基づいて動作するBS、加入者局、および/またはMS間の通信のためにのみ使用され得る。
【００６８】
本発明はまた、MIMOワイヤレスネットワーク、およびAPおよびSTAに複数のアンテナが存在するネットワークにも適用可能である。ダイバーシティ利得および/または空間多重化利得を得るために、複数のアンテナが利用され得る。MIMO OFDMAシステムは、信号の周波数、空間、および時間の次元を利用することができる。このように、本発明は、複数のアンテナシステムの存在下でOFDMA送信がどのように実行され得るかを扱うために利用され得る。たとえば、OFDMAフレームは、空間ストリームごとに異なる変調およびコーディング方式のサポートを示すために使用され得る。さらに、本発明は、上述したように、異なる空間ストリームにわたって媒体時間の割振りをシグナリングするために使用され得る。
【００６９】
さらに、本発明はまた、全二重システムにも適用可能であり、すなわち、システムが同時送信および受信が可能である場合に適用可能である。OFDMAフレームフォーマットは、送信と受信との両方において使用され得る。たとえば、全二重送信のための2つの独立した、または従属するOFDMAフレームが存在する可能性がある。
【００７０】
本発明は、その好ましい実施形態を参照して具体的に説明されたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなしに、形態および詳細における変更および修正を行うことができることは、当業者には容易に明らかであろう。添付の特許請求の範囲は、そのような変更および修正を包含することが意図される。
【符号の説明】
【００７１】
200  シグナリングフレーム
【図１】
2018524901.tif 000003
【図２】
2018524901.tif 000004
【図３】
2018524901.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2018524901.tif 000009