JP2008535431A - マルチユーザ検出に基づく電力制御及びリンク適合スキーム - Google Patents

Abstract

本発明は、通信システムの送信器電力（Ｐ_ＴＸ）及びデータレートを動的に調節するための方法を提供する。そのスキームは、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）又は多元入力多元出力（ＭＩＭＯ）技術に基づく無線システムのために特に意図されているが、所謂、“マルチユーザ検出器”が用いられる全てのシステムに適用されることが可能である。その方法は、送信器電力（Ｐ_ＴＸ）を増加させるべきか又は減少させるべきかの決定が受信器（Ｓ２）における信号対干渉及びノイズ比（ＳＩＮＲ）に基づき、それにより、受信器（Ｓ２）はマルチユーザ検出器により干渉（Ｐ_ＩＦ）を決定することを有する。干渉レベル（Ｐ_ＩＦ）は、その場合、送信器（Ｓ１）に通信される、又は、代替として、受信器（Ｓ２）は、最適な送信器電力レベル（Ｐ_ＴＸ）を決定し、送信器（Ｓ１）にこのレベルを通信する。この提供される方法は、例えば、ＣＤＭＡに基づくシステムにおいて、消費電力を減少し、性能を向上させることができる。

Description

本発明は、マルチキャリア符号分割多元アクセス（ＭＣ−ＣＤＭＡ）に基づく無線ローカルエリアネットワーク（Ｗ−ＬＡＮ）のための電力制御アルゴリズムにしたがった信号処理方法に関する。

符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）ネットワークにおいて、同時伝送数は、受信器における信号対干渉及びノイズ比（ＳＩＮＲ）が意図されたパケットを適切に受信し且つ検出することができないようにする限界に減少するまで、増加されることが可能である。

ＭＣ−ＣＤＭＡは、最近、かなりの注目を集め、将来の無線の大容量通信ネットワークについての有望な候補になっている。マルチキャリア技術は、一般に、マルチパスフェージングに対してロバストであり、高スペクトル効率及び妨害排除能力を備えている。ＭＣ−ＣＤＭＡは、スペクトル多様化並びに周波数選択フェージング及びインパルス性ノイズに対する免疫性のような幾つかの他の有利点を有する。そのようなシステムについては、文献“Ａ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｐａｒｔｉａｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ＭＭＳＥ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｆｏｒ ａｓｙｎｃｈｃｏｎｏｕｓ ＭＣ−ＣＤＭＡ ｓｙｓｔｅｍ”，ｂｙ Ｋ．Ｗａｎｇ，Ｐ．Ｚｏｎｇ，Ｙ．Ｂａｒ−Ｎｅｓｓ，ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃ．ＧＬＯＢＥＣＯＭ’０１，２００１に記載されていて、その文献の援用により本明細書の説明の一部を代替する。

一人のユーザのデータストリームの各々のシンボルは、同じ拡散符号の各々の要素により多重化され、幾つかの狭帯域サブキャリアに位置付けられる。多重チップは連続的でないが、異なるサブキャリアにおいて並列に送信される。このことについては、文献“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＭＣ−ＣＤＭＡ ｉｎ ｍｏｂｉｌｅ ｒａｙｌｅｉｇｈ ｃｈａｎｎｅｌ ｗｉｔｈ ｂｏｔｈ ｄｅｌａｙ ａｎｄ ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｐｒｅａｄｓ”，ｂｙ Ｊ．Ｌｉｎｎａｒｔｚ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．５０，ｉｓｓｕｅ ６，Ｎｏｖ．２００１に詳しく記載されていて、その文献の援用により本明細書の説明の一部を代替する。文献“Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ ＣＤＭＡ”，ｂｙ Ｒ．Ｐｒａｓａｄ，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍ．Ｍａｇａｚｉｎｅ，ｖｏｌ．３５，ｉｓｓｕｅ ４，ｐｐ．１０４−１０８，Ａｐｒｉｌ １９９７に記載されているように、ＭＣ−ＣＤＭＡにおいては、１つの単独のデータシンボルは周波数に拡散し、その文献の援用により本明細書の説明の一部を代替する。拡散率（ＳＦ）４を有するそのようなシステムを図１に示し、図１は、ＳＦ＝４を有するＭＣ−ＣＤＭＡを示している。

図１においては、４人のユーザが存在している。各々のユーザはデータパケットを有する。そのデータパケットは、拡散率４で拡散される。その結果が、図１の右側に示されている。４つのチップが存在している。各々のチップは、異なるサブキャリア周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４で変調される。それらのチップは、チャネルを介して送信されるマルチキャリアシンボルに構成される。それらのチップはオリジナルのシンボルの一部のみを有するため、それらのチップは、他のユーザのシンボルに基づく他のシンボルと共にパケット化されることが可能である。他のユーザのそれらのチップは、キャリア周波数に亘って同時に送信される。拡散率４を有する拡散の場合に、受信器において情報を識別するための４つの拡散符号が存在するため、４つのチップが多重化されることが可能である。合成信号が受信側で受信される。その合成信号はサンプリングされ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が実行される。例えば、ユーザ３の情報を受信するためには、ユーザ１、２及び４のデータを抑制するように、そしてユーザ３のデータを受信するように、その受信器側で相関関係が実行される必要がある。その相関関係は、拡散系列の長さが４であるために、４つのチップに対応する４つのサンプリング値の群で実行される。

本発明の有効な実施形態のためのプロトコルは、ＣＤＭＡ物理層（ＰＨＹ層）を支援するために必要な一部の変更を伴う、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ ＷＬＡＮのメディアアクセス制御（ＭＡＣ）に基づいている。

送信の準備ができている局は符号チャネルを選択する必要がある。この選択のためには、２つの方法が有効である。第１の方法は、全てのパケットの送信の前に、符号チャネルを選択することである。最初に、この選択がランダムに行われる。後の送信においては、局は符号チャネルを選択せず、それらの符号チャネルは他の局により既に予約されている（考慮されている局が占有チャネルについてネットワーク配分ベクトル（ＮＡＶ）を設定した基準にしたがって）。第２の方法は、最もトラフィックの少ない符号チャネルを選択することと、接続の全体的持続時間の間、この符号チャネルを保つこととを有する。

メディアにアクセスする前に、局は、Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ（ＤＩＦＳ）と称せされる持続時間の間、アイドル状態としてメディアを検出する必要があり、ＲＴＳパケットを送信することにより意図されたデータ転送を信号化する。ＲＴＳ／ＣＴＳアクセス機構のスキームについて、図２に示している。このＲＴＳ制御パケットを受信し、意図された受信器でない全ての局ＳＴＡ３、ＳＴＡ４は、それらのＮＡＶタイマーを設定し、それらのバックオフダウンカウントを遮り、送信を妨害しないようにメディアを保留する。ＲＴＳの受信器ＳＴＡ２がアイドル状態である、即ち、データを受信することができる場合、その受信器は、Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ（ＳＩＦＳ）と称される時間の後、ＣＴＳパケットに反応する。受信器ＳＴＡ２がビジー状態である場合、ＲＴＳ送信は、新しいバックオフ（図示せず）の後に繰り返される。このＣＴＳを受信する移動局は、ＮＡＶタイマーをまた、設定する。送信器ＳＴＡ１は、ここで、ＳＩＦＳの後に、データパケットＤＡＴＡを送信することができる。受信器ＳＴＡ２は、データフレームの終了後に、ＳＩＦＳ時間の確認（ＡＣＫ）によりまた、成功裏の受信を確認する。上記の標準Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＤＣＦ）手順が、各々のデータ送信についての全ての符号チャネルにおいて後続される。

マルチキャリアＣＤＭＡシステムは、最も非同期性のＣＤＭＡシステムのような、所謂、マルチユーザ検出器（ＭＵＤ）を必要とする。その理由は、非同期生マルチアクセスＣＤＭＡシステムにおいて、受信信号は全てのアクティブなユーザのデータを有することである。タイミングの不一致は、上記のＪ．Ｌｉｎｎａｒｔｚによる文献“Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｍｏｕｓ ＭＣ−ＣＤＭＡ ｉｎ ｍｏｖｉｌｅ ｒａｙｌｅｉｇｈ ｃｈａｎｎｅｌ ｗｉｔｈ ｂｏｔｈ ｄｅｌａｙ ａｎｄ ｄｏｐｐｌｅｒ ｓｐｒｅａｄｓ”に記載されているように、マルチプルアクセス干渉（ＭＡＩ）に繋がる異なるユーザの拡散符号の直交性を破壊する。このために、ＭＵＤが、受信器側に適用される必要がある。そのようなＭＵＤの例には、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）基準に基づく線形検出器がある。ＭＭＳＥ受信器は、良好な性能及び実施の容易さの両方を有する。ＭＭＳＥ受信器又はＭＵＤ受信器を、図３に示している。

受信信号ｒ（ｔ）がサンプリングされる。その場合、複数の信号が変調される。最後のボックスは、推定されたシンボルｂ（ｉ）を出力する検出器を表す。図には示されていないが、ＭＵＤは、ＳＮＩＲを更に出力する。図３における受信器の図に示しているように、線形マルチユーザ検出器において、復調器出力ｙ_ｍは、送信シンボルに関する検出器の決定を最適化するために用いられ、チャネルの影響を緩和する決定変数ｗ_ｍと乗算される。ＭＭＳＥ ＭＵＤの場合、遅延τ_Ｋ及びフェージングパラメータβ_ｋｍの所定の組のための最適な重みマトリクスが、検出器の平均二乗誤差を最小化するように、次式のように選択され、
ＭＳＥ（τ，β）＝Ｅ｛（ｗ^Ｈｙ−ｂ_ｋ）^２｝ （１）
ここで、ｂ_ｋはｋ番目のユーザのシンボルである。

ＭＵＤは、多くのＣＤＭＡシステムにおいて、しかし、例えば、ＭＩＭＯシステムにおいても適用されない。このことが、本発明がまた、後者のクラスのシステム及び全てのシステムに適用され、受信器側でＭＵＤを用いる理由である。

多くの電力制御スキームが文献に記載されている。１つのスキームは、受信器からの明示フィードバックを有する及び有しないスキームを区別することが可能である。明示フィードバックを有するスキームにおいては、送信器は、受信器における状態を推定し、それに伴って、電力を調節する。明示フィードバックを有するスキームにおいては、受信器は、送信器に、受信状態又は推薦電力レベルに関するフィードバックを送信する。本発明は、明示フィードバックを有する電力制御スキームである。明示フィードバックスキームの他の例については、文献“Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ＩＥＥＥ８０２．１１ａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮｓ”，ｂｙ Ｄ．Ｑｉａｏ，Ｓ．Ｃｈｏｉ，Ａ．Ｊａｉｎ，Ｋ．Ｓｈｉｎ，ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＶＴＣ ２００３−Ｓｐｒｉｎｇ，Ａｐｒｉｌ ２００３に記載されていて、その文献の援用により本明細書の説明の一部を代替する。その文献において、フィードバックは、受信器のＣＴＳに送信される。この方法はまた、本発明のスキームを実施するように用いられることが可能である。
"Ａ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｐａｒｔｉａｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ＭＭＳＥ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｆｏｒ ａｓｙｎｃｈｃｏｎｏｕｓ ＭＣ−ＣＤＭＡ ｓｙｓｔｅｍ"，ｂｙ Ｋ．Ｗａｎｇ，Ｐ．Ｚｏｎｇ，Ｙ．Ｂａｒ−Ｎｅｓｓ，ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃ．ＧＬＯＢＥＣＯＭ’０１，２００１ "Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ ＣＤＭＡ"，ｂｙ Ｒ．Ｐｒａｓａｄ，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍ．Ｍａｇａｚｉｎｅ，ｖｏｌ．３５，ｉｓｓｕｅ ４，ｐｐ．１０４−１０８，Ａｐｒｉｌ １９９７ "Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｍｕｌｔｉｃａｒｒｉｅｒ ＣＤＭＡ"，ｂｙ Ｒ．Ｐｒａｓａｄ，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍ．Ｍａｇａｚｉｎｅ，ｖｏｌ．３５，ｉｓｓｕｅ ４，ｐｐ．１０４−１０８，Ａｐｒｉｌ １９９７ "Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ＩＥＥＥ８０２．１１ａ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮｓ"，ｂｙ Ｄ．Ｑｉａｏ，Ｓ．Ｃｈｏｉ，Ａ．Ｊａｉｎ，Ｋ．Ｓｈｉｎ，ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＶＴＣ ２００３−Ｓｐｒｉｎｇ，Ａｐｒｉｌ ２００３

本発明の目的は、上記の課題又は短所を克服すること及びシステム性能を保ち且つ改善する方法、送信器及び受信器を提供することである。

この目的は、独立請求項の特徴により達成される。

本発明にしたがって、無線ローカルエリアネットワーク（Ｗ−ＬＡＮ）に基づくマルチキャリア符号分割多元アクセス（ＭＣ−ＣＤＭＡ）についての新しい電力制御アルゴリズムが提供される。そのアルゴリズムは、移動局（ＭＳ）の送信電力を迅速に調節するように、最小平均二乗誤差（ＭＭＳＥ）マルチユーザ検出器（ＭＵＤ）特徴を利用する。Ｗ−ＬＡＮに基づくＭＣ−ＣＤＭＡへの提案されているアルゴリズムの適用により達成される改善は、シミュレーションにより示される。その結果は、本明細書の最後の部分の章“シミュレーションにより意図されたアルゴリズムの性能評価”において示されている。

本発明の重要な特徴は、干渉レベルの決定であり、それ故、ＭＵＤによるＳＩＮＲ及び適切なＴｘ電力を決定するためのこの値の使用である。

一実施形態においては、受信器は、ＣＴＳ（又は、同じようなハンドシェーク）により送信器にフィードバックを与える。２つの代替の実施形態が有効であり、送信器はフィードバックフレームにＳＩＮＲ値を有するか又は、送信器はＳＩＮＲ値から最適なＴＸ電力レベルを導き出し、フィードバックフレームに推薦Ｔｘ電力（Ｔｘ電力を増加させる又は減少させるための指標）を有するかのどちらかである。

本発明は、通信システムにおいて送信電力及び／又はデータレートを動的に調整するための方法を提供する。そのスキームは、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）又は多元入力多元出力（ＭＩＭＯ）技術に基づく無線システムのために特に意図されているが、所謂、“マルチユーザ検出器”が用いられる全てのシステムに適用されることが可能である。そのスキームは、受信器に信号対干渉プラスノイズ比（ＳＩＮＲ）に基づいて、送信器電力を増加させるべきか又は減少させるべきかの判定を予測し、それ故、受信器はマルチユーザ検出器との干渉を決定する。干渉レベルは、その場合、送信器に対して通信される、又は、代替として、受信器は、最適な送信器電力を決定し、送信器に対してこのレベルを通信する。

提供されるスキームは、消費電力のみを減少させることはできないがまた、例えば、ＣＤＭＡに基づくシステムにおける良好な性能のために重要である。

殆どの電力制御スキームのように、本発明は、隣接する局のチャネル状態及び送信の変化、ＣＤＭＡシステムにおける遠近の影響等を緩和することにより、システム性能を改善する及び電力を節約する目的で、送信器（Ｔｘ）電力を動的に調節することが可能である。

具体的には、本発明は、信号対干渉及びノイズ比（ＳＩＮＲ）がＴｘ電力レベルを選択するための最も適切な基準であるが、干渉（Ｉ）は送信器側では認識されていず、受信器側において決定するには困難であるという課題を克服する。

更に、本発明は、変化している状態に対する迅速な適合を可能にするように、受信器から送信器への高速フィードバックを可能にする。

最も簡単な実施形態においては、受信器のみが、ＭＵＤにおける干渉レベルを演算し、その干渉レベルは、送信器にフィードバックされる。送信器は、その現在の送信電力を認識し、フィードバックされる干渉レベルに基づいて用いられる送信電力を演算することができる。

送信器において推薦送信電力又はＳＩＮＲを演算する場合、送信器は、現在の送信電力を送信する必要がある。現在の送信電力に基づいて、ＳＩＮＲ又は推薦送信電力が演算され、送信器にフィードバックされる。

現在の送信電力は予め規定されることが、更に可能である。それ故、送信器は、受信器に現在の送信電力を送信する必要はない。受信器は、ＳＩＮＲ又は推薦送信電力を演算するために予め規定された送信電力を用いることができる。

干渉は、予め受信されたフレームの受信の間の平均干渉Ｐ_{ＭｅａｎＩＦ}にしたがって決定される。Ｐ_{ＭｅａｎＩＦ}の値は、各々の局において別個に演算され、次の式（２）により与えられる。

最後の受信フレームの間の干渉は、この干渉が最も新しい値であるため、２５％で重み付けされる。

局は、フレームの平均ＳＩＮＲの推定から、１つのフレームの受信中に、平均干渉値を演算することができる。後者は、ＭＵＤの支援により演算される。

受信信号は、次式で表され、

ここで、Ｋはアクティブなユーザの最大数であり、ａ_ｋはｋ番目のユーザのシンボルｂ_ｋの送信電力であり、Ｍはサブキャリア数であり、ｐ（ｔ）はＰ［０，Ｔ］における矩形パルスであり、τ_ｋはｋ番目のユーザの遅延であり、そしてη（ｔ）は付加的白色ガウスノイズを表す。ｍ番目のサブキャリア及びｋ番目のユーザについてのレイリーフェージング処理は、次式のように表され、
ｈ_ｋｍ＝β_ｋｍｅ^ｊφｋｍ （４）
ここで、β_ｋｍはレイリー分布であり、φｋｍは［０，２π］の分布変数における定数である。

この場合、ＳＩＮＲは、次式から得られ、
ＳＩＮＲ＝｜（√ａ_１）ｗ^Ｈｐ_Ｋ＋１｜^２／（ｗ^ＨΓｗ＋｜ｗ^ＨＰ_Ｋ＋１Ａ_Ｋ＋１｜^２） （５）
ここで、行列Ｐ及びｐは、上記のようなＫ．Ｗａｎｇ，Ｐ．Ｚｏｎｇ，Ｙ．Ｂａｒ−Ｎｅｓｓによる文献“Ａ ｒｅｄｕｃｅｄ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｐａｒｔｉａｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ＭＭＳＥ ｒｅｃｅｉｖｅｒ ｆｏｒ ａｓｙｎｃｈｃｏｎｏｕｓ ＭＣ−ＣＤＭＡ ｓｙｓｔｅｍ”に記載されているように、又は、文献“Ａｄａｐｔｉｖｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｂｉｔ ｅｒｒｏｒ ｒａｔｅ ｍｕｌｔｉ−ｕｓｅｒ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ＭＣ−ＣＤＭＡ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｒａｙｌｅｉｇｈ ｆａｄｉｎｇｃｈａｎｎｅｌｓ”，ＩＥＥＥ Ｐｒｏｃ．ＰＩＭＲＣ２００３，Ｓｅｐｔ．７−１０，２００３に記載されているように、式（３）から得られ、その文献の援用により本明細書の説明の一部を代替する。更に、ｗはＭＵＤの重みベクトルである。Γはガウスノイズベクトルの共分散行列である。式（５）及びそれらの文献における解析から、４つの相関関係を用いる局は、式（５）にしたがってＳＩＮＲの評価を演算することができることは明らかである。

ＳＩＮＲの評価の後、局は、既知の受信電力についてのパケット受信の間に、平均干渉を推定することができる。

本発明の有効な実施形態に入る前に記載しているように、ＲＴＳＣＴＳ（又は、同じようなハンドシェーク機構）が受信器から送信器に干渉／ＳＩＮＲを送信するために用いられる。

このために、ＲＴＳ及びＣＴＳフレーム（又は、同じようなハンドシェークフレーム）が、図４に示すように、２つの更なるフィールド、即ち、ＴｘＰｏｗ及びＩｆＰｏｗそれぞれにより拡張され、図４は拡張されたＲＴＳフレーム及びＣＴＳフレームを示している。ＲＴＳのフィールドＴｘＰｏｗにおいて、現在のフレームの送信電力は符号化され、ＣＴＳにおけるＩｆＰｏｗは、データ転送が起こるチャネルにおいてこの局のために平均干渉又はＳＩＮＲの最後の評価に関する情報を担持する。各々のフィールドの長さは１バイトを有する。

局Ｓ１は送信器を表し、局Ｓ２は対応する受信器を表す。そのアルゴリズムのために必要な更なる変数が、電力制御パラメータを表している次の表１において規定されている。その表における全ての値はｄＢｍで与えられている。

更に、各々の局は、所定の送信速度におけるパケットの受信のために、ＳＩＮＲの最小の必要な値を与える固定された閾値ｍｉｎＳＩＮＲ（ｄＢで設定された）を用いる。この閾値は、パケットエラー率（ＰＥＲ）が特定の値（例えば、１％）に等しくなるように、用いられるＰＨＹ層モード（ＰＨＹモード）に応じて選択される。

図５は電力制御アルゴリズムの概略を示している。局Ｓ１は、図４の拡張フレームフォーマットを用いて、ＲＴＳフレームを送信する。そのフレームにおいて、Ｐ_ＴＸ ^Ｓ１及びＰ_ＩＦ ^Ｓ１の現在の値が設定される。局Ｓ２は、電力Ｐ_ＲＸ ^ＲＴＳを用いてＲＴＳフレームを受信し、Ｐ_ＴＸ ^Ｓ１及びＰ_ＩＦ ^Ｓ１の値を復号化する。Ｓ２は、ここで、Ｓ１とＳ２との間の経路損失Ｌを、次式のように演算することができる。

Ｌ＝Ｐ_ＴＸ ^Ｓ１−Ｐ_ＲＸ ^ＲＴＳ （６）
その後、Ｓ２は、実際の平均干渉評価Ｐ_ＩＦ ^Ｓ１及び選択された閾値ｍｉｎＳＩＮＲの考慮の下で、Ｓ１についての最小の必要な受信電力を、次式のように演算する。

ｍｉｎＰ_ＲＸ ^Ｓ１＝ｍｉｎＳＩＮＲ＋Ｐ_ＩＦ ^Ｓ１ （７）
式（６）及び（７）から、Ｓ２について最小の必要なＴｘ電力が演算され、次式のようになる。

Ｐ_ＴＸ ^Ｓ２＝ｍｉｎＰ_ＲＸ ^Ｓ１＋Ｌ （８）
このＴｘ電力はＳ２に保存され、Ｓ１への次の送信のためにもちいられる。

図５は、電力制御アルゴリズムを表すためのスキームを示している。

Ｓ１はＲｘ電力Ｐ_ＲＸ ^ＣＴＳを用いてＣＴＳフレームを受信し、そのフレームからＰ_ＴＸ ^Ｓ２及びＰ_ＩＦ ^Ｓ２の値を符号化する。したがって、Ｓ１はＳ１とＳ２との間の経路損失を、次式のように演算し、
Ｌ＝Ｐ_ＴＸ ^Ｓ２−Ｐ_ＲＸ ^ＣＴＳ （９）
Ｓ２について最小の必要なＲｘ電力は、次式のようである。

ｍｉｎＰ_ＲＸ ^Ｓ２＝ｍｉｎＳＩＮＲ＋Ｐ_ＩＦ ^Ｓ２ （１０）
式（９）、（１０）から、Ｓ１についてのＴｘ電力を、次式のように演算することができる。

Ｐ_ＩＦ ^Ｓ２＝ｍｉｎＰ_ＲＸ ^Ｓ１＋Ｌ （１１）
演算されたＴｘ電力はＳ１に保存され、Ｓ２に対する次の送信のために用いられる。

データパケットを受信した後、Ｓ２は、前に演算されたＴｘ電力を用いてＡＣＫを送信する。

しかし、Ｓ２は、大きい干渉のために、ＲＴＳか又はデータパケットのどちらかを適切に受信することができない（ＣＴＳ又はＡＣＫはＳ１に達しない）ことが可能である。この場合、Ｓ１は、２倍のＴｘ電力を用いてその送信を繰り返し、次式のようである。

Ｐ_ＴＸ ^Ｓ１＝Ｐ_ＴＸ ^Ｓ１＋３ｄＢｍ （１２）
フレームの成功裏の受信は、Ｐ_{ＭｅａｎＩＦ}の更新により後続される。

上記のように、代替の実施形態が最後のアプリケーションにおいて特定され、ＲＴＳフィールド及びＣＴＳフィールドが異なるように規定され、例えば、推薦Ｔｘ電力レベルＰ_ＴＸ（Ｓ１）又はＰ_ＴＸ（Ｓ２）を有する。

下記において、発明したアルゴリズムの性能評価について、シミュレーションにより説明する。

発明した電力制御スキームの性能評価について、実際に達成可能なスループットを測定するためにイベント駆動シミュレーションが用いられる。パケット遅延の評価のために、最小相対誤差（ＬＰＥ）アルゴリズムが、最大相対誤差２％を共に用いられる。そのような最小相対誤差（ＬＰＥ）アルゴリズムについては、文献“Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｒｕｎｓ ｂｙ ａ Ｎｅｗ Ｅａｖｌｕａｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｒａｎｄｏｍ Ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ”，ｂｙ Ｆ．Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒ，ｉｎ ＡＥＵ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．４２，ｎｏ．６，ｐｐ．３４７−３５４，１９８８に記載されていて、その文献の援用により、本明細書の説明の一部を代替する。その模擬の設定の更なるパラメータについて、次の表２に示されている。

図６は、スモールオフィス−ホームオフィス（ＳＯＨＯ）のシナリオを扱う、１０ｍｘ１０ｍの領域における５つのリンクを構築する９つの端末を有するシミュレーション化シナリオを示している。図６のような内容はまた、“ＳＯＨＯシミュレーションシナリオ”と称せられることが可能である。シミュレーションは、データパケット及び制御パケットの両方についてＱＰＳＫ１／２ＰＨＹモードを用いて実行される。

局１（Ｓ１）からＳ２への及びＳ１からＳ９への接続が符号チャネル（ｃｃｈ）１で生じ、ｃｃｈ２におけるＳ３からＳ４への接続、ｃｃｈ３におけるＳ５からＳ６への接続及びｃｃｈ４におけるＳ７からＳ８への接続が生じる。ｍｉｎＳＮＲ値は１２ｄＢに設定される。このＰＨＹモード及び用いられるパケット長については、値９．５ｄＢｍは、ＰＥＲが略０であるためには十分である。短期間のフェージングの影響を緩和するように、２．５ｄＢのマージンが付加される。

図７においては、搬送されるシステム負荷対与えられる負荷は、アクティブにされた電力制御及びデアクティブにされた電力制御の両方の場合について与えられる。このことはまた、システムスループットと称せられる。この与えられる負荷は、ＱＰＳＫ１／２ １２Ｍｂｉｔ／ｓｅｃについてのチャネル能力の割合である。電力制御を用いるシステム能力は、電力制御を用いない場合より良好であり、略１００％である。この場合、達成される最大スループットは９．８Ｍｂｉｔ／ｓｅｃであり、この値は、文献“ＭＣ−ＣＤＭＡ ｂａｓｅｄ ＩＥＥＥ８０２．１１ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ”，ｂｙ Ｇ．Ｏｒｆａｎｏｓ，Ｊ．Ｈａｂｅｔｈａ，Ｌ．Ｌｉｕ，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ＭＡＳＣＯＴＳ ２００４，Ｏｃｔ．２００４に記載されているような閾値の最大の９６％に相当するものであり、その文献の援用により、本明細書の説明の一部を代替する。電力制御がデアクティブにされるときのスループット損失は、遠近の影響の結果である。この影響は、妨害物が対応する送信器に比べて受信局により近いときに生じる。したがって、受信器は、受信器の一からの意図された信号を検出することができず、データ送信は失敗する。

この影響及びその解決方法に対する電力制御の寄与は、下記の表から更に良好に表される。図８は電力制御を用いない場合の、符号チャネル毎に搬送される負荷、即ち、符号チャネル毎のスループットを与える。全ての局は、最大送信電力５０ｍＷ（１７ｄＢｍ）を用いる。この場合、長い距離の送信、Ｓ３→Ｓ４及びＳ５→Ｓ６は、大きい干渉を被る。ＱＰＳＫ１／２のロバストなＰＨＹモードを用いる場合でさえ、それらの接続により、搬送されるデータパケットはない。同時に、短い距離の接続が、問題点を伴うことなく、実行され、図８から理解できるように、対応する符号チャネル（ｃｃｈ１及びｃｃｈ４）は略最大のスループットを達成する（チャネルスループットの各々の象限において）。

図９は、電力制御を用いる場合の符号チャネル毎のスループット、即ち、電力制御が達成される場合についての与えられた負荷を伴う符号チャネル毎の搬送負荷を示している。送信局の出力電力は、ここで、電力制御アルゴリズムにより下記に調節される。

Ｓ１ −３２．０ｄＢｍ
Ｓ３ −２５．３ｄＢｍ
Ｓ５ −２７．４ｄＢｍ
Ｓ７ −３３．４ｄＢｍ
それらの電力構成の後、遮られる接続はなく、そのシステムは全ての符号チャネルにおいて高スループットを得ることが、図９から理解できる。

遅延測定を示す図１０においては、平均（成功裏に受信されるパケット全てにおける）待機及びサービス時間が与えられる負荷の関数として示されている。電力制御がアクティブにされるとき、サービス時間は略一定であり、待機時間は、予測されるように、負荷の増加に伴って増加する。電力制御がオフに切り替えられるとき、サービス時間は影響されず、衝突は生じないために一定のまま保たれる。与えられる負荷が０．４又はそれ以上に増加するとき、このサービス時間は５つの接続のうちの３つを参照する。その他についてのパケット転送は、遠近の影響のために遮られる。

電力制御を用いない場合の平均待機時間についてのグラフは、システムの解析のために非常に関心があるものである。待機時間遅延は、２つの長い距離の接続においては、パケットを送信する確率が減少するために、０．２乃至０．５の範囲内で与えられる負荷に対して急速に増加する。それらの接続のための成功裏の送信は、他の２つの接続が小さい負荷のためにアクティブではないとき、高コンテンションウィンドウ（ＣＷ）を用いる再試行の後に得られる。０．９の与えられた負荷についての待機時間曲線の降下は、遮られた長い距離の接続のためのものであり、それらの接続は、それから後、待機時間測定に寄与せず、それらの遮られた接続により成功裏に送信される更なるフレームは存在しない。

それ故、本発明は、変化するチャネル状態及び隣接する局の送信、ＣＤＭＡシステムにおける遠近の影響等を緩和することにより、システム性能を向上させ、電力を節約するために、送信電力を動的に調節する方法を提供する。

それにより、信号対干渉及びノイズ比（ＳＩＮＲ）がＴｘ電力レベルを選択するための最も適切な基準であるが、干渉（Ｉ）は送信器側において既知ではなく、受信器側において決定するには困難であるという課題を解決することが可能である。

本発明は、変化している状態に対して迅速な適合を可能にするように、受信器から送信器への非常に速いフィードバックを可能にする。

従来技術にしたがった、拡散率ＳＦ＝４を有するマルチキャリア符号分割多元アクセスシステムを示す図である。 ＩＥＥＥ８０２．１１ａＷＬＡＮにしたがったＲＴＳ／ＣＴＳアクセス機構を示す図である。 最小平均二乗エラーＭＭＳＥに基づくＭＵＤを有する受信器を示す図である。 本発明にしたがったＲＴＳ／ＣＴＳフレームの構成を示す図である。 本発明の実施形態にしたがった第１局と第２局との間の信号の流れを示すフローチャートである。 複数の無線通信局を示す図である。 本発明にしたがった電力制御を有する場合及び有しない場合の搬送されるシステム負荷対与えられる負荷を示す図である。 発明の電力制御を有しない場合のチャネル毎の搬送される負荷を示す図である。 発明の電力制御を有しない場合の符号チャネル毎のスループットを示す図である。 発明の電力制御を有する場合及び有しない場合の平均待機時間及びサービス時間を示す図である。

Claims (12)

1. 複数の装置を有する通信ネットワークにおいて送信電力及び／又はデータレートを動的に選択する方法であって：
   データパケットのデータストリームの受信器が、マルチユーザ検出器により少なくとも単独の先行するデータパケットの平均干渉レベルを演算する段階；
   前記受信器が、前記平均干渉レベル及び／又は信号対干渉及びノイズ比及び／又は推奨送信電力及び／又はデータレート又はそれらの組み合わせに関する送信器へのフィードバックを送信する段階；並びに
   前記送信器が、前記データストリームの１つ又は複数の前記受信器からの前記フィードバックを考慮するデータレート及び／又は送信電力を選択する段階；
   を有する方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記データストリームの前記送信器は、前記送信器にフィードバックされる信号対干渉及びノイズ比及び／又は前記受信器における推奨送信電力を演算するために前記受信器に対して現在の送信電力を示す、方法。
3. 請求項１に記載の方法であって：
   前記送信器は、データフレームに先行するシグナリングパケット及びデータフレーム自体において現在の送信電力を有する；
   方法。
4. 請求項３に記載の方法であって：
   前記シグナリングパケットは、規格ＩＥＥＥ８０２．１１にしたがったレディ−ツー−センドパケット又は前記規格の後のバージョン（８０２．１１ｎ）にしたがった同等のパケットである；
   方法。
5. 請求項１に記載の方法であって：
   前記受信器は、データフレームに先立つシグナリングパケット及び／又はリターンリンクにおけるデータフレームにおいて前記フィードバックを有する；
   方法。
6. 請求項５に記載の方法であって：
   前記シグナリングパケットは、規格ＩＥＥＥ８０２．１１にしたがったクリアー−ツー−センドパケット又は前記規格の後のバージョン（８０２．１１ｎ）にしたがった同等のパケットである；
   方法。
7. 請求項１に記載の方法であって：
   前記平均インターフェースは、先行して演算された干渉レベル及び送信器の最後の送信フレームの間に前記マルチユーザ検出器からもたらされる干渉のスライディング平均として演算される；
   方法。
8. 請求項１に記載の方法であって：
   前記通信ネットワークはマルチキャリアＣＤＭＡ技術を用いる；
   方法。
9. 請求項１に記載の方法であって：
   前記通信ネットワークは多元入力多元出力アンテナ技術を用いる；
   方法。
10. データストリームを送信するための、複数の装置を有する通信ネットワークにおける送信器であって：
    受信器にデータストリームを送信するための手段；並びに
    干渉レベル及び／又は信号対干渉及びノイズ比及び／又は推奨送信電力及び／又はデータレートに関する情報を有する受信器から送信されたフィードバックを受信するための手段であって、前記情報はマルチユーザ検出器を用いて前記受信器で演算される、手段；
    を有する送信器であり、
    前記送信器は、前記データストリームの１つ又は複数の前記受信器からの前記フィードバックを考慮するデータレート及び／又は送信電力を選択する；
    を有する送信器。
11. 複数の装置を有する通信ネットワークにおいて送信電力及び／又はデータレートの動的な選択を実行するためのデータストリームの受信器であって：
    送信器からデータストリームを受信するための手段；
    マルチユーザ検出器により少なくとも単独の先行するデータパケットの平均干渉レベルを演算するための手段；並びに
    前記データストリームの１つ又は複数の前記受信器からの前記フィードバックを考慮するデータレート及び／又は送信電力を選択するために、干渉レベル及び／又は信号対干渉及びノイズ比及び／又は推奨送信電力及び／又はデータレートに関する前記送信器へのフィードバックを送信するための手段；
    を有する受信器。
12. 複数の装置を有する通信ネットワークであって、請求項１乃至８の何れか一項に記載の方法を実行するために、データストリームの少なくとも１つの送信器及び１つの受信器を有する、通信ネットワーク。

Images