JP5161411B2

JP5161411B2 - 無線通信システムにおける可変出力制御の方法及び装置

Info

Publication number: JP5161411B2
Application number: JP2002508855A
Authority: JP
Inventors: ジェイコブシャロニー
Original assignee: シンボルテクノロジーズ，インコーポレイテッド
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: EP1300029A1; US20020018451A1; WO2002005578A1; JP2004503158A; EP1300029A4; US6411608B2

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は、無線通信システムに関し、より詳細には、可変出力通信フレームを有する無線通信システムに関する。
【０００２】
（背景技術）
いくつかの既知の通信システムは、送信機がシステムで利用可能な複数の固定データ速度から選択されたデータ速度で情報を送信することができる通信セルを含む。そのようなシステムでは、情報は、プリアンブル部分を含む通信フレームで送信することができ、通信フレームのプレアンブル部分は、常に特定のデータ速度で送信することができる。このプリアンブル部分は、利用可能な更に高速のデータ速度で作動することができない場合があるシステムの受信機に適合させるため、利用可能なデータ速度のうちの最低速度で送信されてもよい。通信フレームの他の部分のデータ速度に関しては、そのシステムで利用可能な固定データ速度のいずれによっても送信することができる。そのようなシステムを実施するための既知の技術は、複雑さ、コスト、及び、回路などを相当に付加しない限り、通信サービス要件（例えば、高速処理量、低いセル間干渉、その他）を充足するのに不十分であった。
そのような既知のシステムは、いくつかの無線ローカルエリアネットワーク通信システムを含む。無線ローカルエリアネットワーク通信システム（「無線ＬＡＮ」）は、通常、移動コンピュータを伴う用途、すなわち、有線による設置が実際的でない用途などに使用される。そのような用途には、倉庫在庫品の追跡、携帯用ＰＯＳ、出荷及び受取業務、及び、包装商品の追跡などが含まれる。
【０００３】
ＩＥＥＥ（米国電気電子工学会）８０２．１１通信規格は、いくつかの売り手によって、無線ＬＡＮ装置間の相互通用性を与えるために使用されてきた。このＩＥＥＥ８０２．１１規格は、情報をフレームで送信するプロトコルを指定する。この規格は、フレームサイズ、フレーム内容の情報、データ速度、及び、ローミングなどの形態を指定する。公表されているこの８０２．１１規格に準じて設計されたシステムで最初に送信された情報の主な種類は、バーコード情報、ＰＯＳ情報、包装商品の追跡情報などのような情報であった。そのような既知のシステムにおいて、いくつかの遠隔端末は、バーコード情報、ＰＯＳ情報、及び、包装商品追跡情報などのような情報を送受信する１つのアクセスポイントと通信することができる。公表されている規格は、送信機（例えば、アクセスポイント及び１つ又はそれ以上の遠隔端末）が共有する通信媒体を指定する。
【０００４】
（発明の開示）
本発明の原理によれば、無線通信システムに対して可変出力レベル通信を提供することができ、無線ＬＡＮのような無線通信システムをもたらすことができる。通信システムの送信機（例えば、遠隔端末）、及び、受信機（例えば、アクセスポイント）は、通信フレームを使用して通信してもよい。複数のセルに複数の送信機及び受信機を有する実質的に隣接する地理的区域に対しては、通信サービスを提供することができる。２つの出力レベルにある２つの実質的に隣接する部分において通信フレームが送信されてもよい。通信フレームの最初の部分は、ある１つのデータ速度（例えば、システムがサポートする最低データ速度）、及び、ある１つの出力レベルで送信することができる。通信フレームの残りの部分は、ある１つのデータ速度（例えば、サポートされる他のデータ速度）、及び、別の出力レベルで送信してもよい。残りの部分の出力レベルは、最初の部分の出力レベルよりも大きくなってもよい。この最初の部分は、通信フレームのプリアンブル部分であり得る。複数のセル及び複数のチャンネルを使用することができる。各セルには、複数のチャンネルから１つのチャンネルを割り当てることができる。セルの数は、利用可能なチャンネルの数より多くなってもよい。通信システムにおけるセルの位置は、通信フレームの可変出力レベル、チャンネル数、及び、データ速度に基づいて判断することができる。最も低いデータ速度である最初の部分の出力レベルは、この最初の部分が、別の出力レベル（例えば、より高い出力レベル）での下から２番目の低いデータ速度である残りの部分とほぼ同じ信号伝播特性を有することができるように選択されてもよい。送信機は、直接シーケンススペクトル拡散技術のようなスペクトル拡散通信技術を使用して作動するように構成することができる。通信機は、その通信機が送信するように構成されたチャンネル又は周波数帯域を聞いて、そのチャンネルが送信に利用できるか否かを判断することができる。
本発明の更なる形態と、その性質及び様々な利点とは、全体を通して同じ参照符号が同じ部品を意味する添付図面と共に為される以下の詳細な説明から更に明らかになるであろう。
【０００５】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明は、無線通信システムにおける通信を改善する。１つの国又は特定の地理的区域においては、特定の周波数帯域又はチャンネルの使用が、異なる種類の無線通信システムに許可されるか、又は、割り当てられる場合がある。例えば、米国では、３つの帯域が無線ＬＡＮの使用のために準備されている筈である。無線通信システムは、ほぼ隣接する地理的領域に対して通信サービスを提供するために、通信セルのグループで実施されてもよい。地理的領域におけるセルの位置を判断する１つの基準は、チャンネルの再使用であってもよい。セルには、そのセルでの通信をもたらすために１つのチャンネルを割り当てることができる。地理的区域におけるセルの配置は、その区域の他のセルでのそのチャンネルの使用によって生じ得る干渉に基づいて判断することができる（例えば、チャンネル再使用係数）。
【０００６】
同じチャンネルを使用するセル間の干渉は、部分的にはデータ速度による場合がある。通信の信号伝播特性（例えば、通信フレーム）と通信に使用されるデータ速度との間には、逆比例的な関係があり得る。例えば、同じチャンネル（例えば、周波数帯域）を使用するセルを実質的に互いに干渉することなく作動させるようにこれらのセルをどれだけ離して配置することができるか判断するために、システムのより高いデータ速度ではなく、より低いデータ速度（例えば、最も低い利用可能データ速度）を計算に入れることができる。
【０００７】
システムのより高い（生の）データ速度をサポートする受信機を含むセルにおいては、セルの実際のデータ速度は、送信機（例えば、端末）と受信機（例えば、アクセスポイント）との間の距離に依存し得る。例えば、送信機及び受信機が、ある１つの出力レベルにおいて、１、２、５．５、及び、１１メガビット毎秒のデータ速度をサポートする時、生のビット速度は、５０フィート又はそれ以下の距離で１１メガビット毎秒であることができ、生のビット速度は、５０フィートから１００フィートまでの距離で５．５メガビット毎秒であることができ、生のビット速度は、１００フィートから２５０フィートまでの距離で２メガビット毎秒であることができ、そして、生のビット速度は、２５０フィートから４００フィートの距離で１メガビット毎秒であることができる。限られた数の通信帯域、例えば３つの通信帯域がある場合、ある与えられた区域をセルに含ませるために、隣接するセルには再使用係数３を有する異なる帯域を割り当てることができる。以下の表は、フレームが１つの出力レベルで送信される時、３つの帯域の１つに割り当てられて干渉するセルの総数が、セル間の距離の増加につれて増加することができる様子を示している。
【０００８】

【０００９】
通信フレームは、異なるデータ速度で２つの部分によって送信されてもよい。通信フレームのこの２つの部分を送信するのに、異なる出力レベルを使用することができる。フレームの１つの部分が１つのレベルで送信され、フレームの別の部分は、異なるレベルで送信されてもよい。各フレームにおいて、フレームの１つの部分（例えば、プリアンブル部分）は、サポートされた最低のデータ速度で送信しなければならない場合がある。サポートされた最低データ速度で送信される部分の出力レベルは、フレームの残りの部分の出力レベルよりも低くなるように選択することができる。フレームの低データ速度部分の出力レベルを低くすることにより、セルを互いにより近づけて配置することができ、通信サービスに対する必要な要求を充足させることができる（例えば、生のデータ速度により近い実際のデータ速度を与えることにより）。
【００１０】
図１を参照すると、無線ＬＡＮ２０は、複数のセル２２を含むことができる。セル２２は、アクセスポイント２４（時として、無線ローカルブリッジ又は基地局と呼ばれる）を含むことができる。セル２２は、遠隔端末２６を含んでもよい。アクセスポイント２４及び遠隔端末２６は、システムの送信機及び受信機であることができる。各端末２６は、移動式、携帯式、又は、固定式端末であってもよい。各端末２６は、デスクトップワークステーション、ラップトップコンピュータ、パームトップコンピュータ、手持式パーソナルコンピュータ、ペン入力コンピュータ、デジタル個人秘書、手持式スキャナ、データ収集装置、及び、手持式プリンタなどであり得る。各端末２６は、無線又は赤外線の２方向信号通信を準備するように構成された無線・ネットワーク・インタフェース手段を含んでもよい。そのような手段には、インタフェースカード（又は、外部モデム）、ソフトウエアドライバ、及び、アンテナなどを含むことができる。他の適切な手段もまた使用される場合があるが、明瞭かつ簡潔に示すために、無線ネットワークインタフェース手段は、主に、インタフェースカード、ソフトウエアドライバ、及び、アンテナの関連において検討されることになる。このインタフェースカードには、端末機器への便利にアクセスをもたらすために、標準コンピュータ・バス・インタフェース（例えば、ＩＳＡ、ＰＣＭＣＩＡ、その他）、又は、標準コンピュータポート（例えば、ＲＳ２３２、ＲＳ４２２、その他）を使用するように構成されたものがある。
【００１１】
ネットワーク・オペレーティング・システムは、各端末２６上に実装することができる。各端末２６において、インタフェースカードは、ソフトウエアドライバを使用してネットワーク・オペレーティング・システム・アプリケーションに結合することができる。各遠隔端末２６に対するインタフェースカードは、ネットワーク通信インタフェースであってもよい。各端末２６に対するネットワークインタフェースカードは、通常、キャリア検知アクセスプロトコルを使用するため、及び、拡散シーケンスを用いて通信信号を変調するために実装される。
【００１２】
アクセスポイント２４は、無線ネットワーク２０と有線ネットワークとの間で通信するためのインタフェースであってもよい。アクセスポイント２４は、セル２２にある端末２６の間、及び、有線ネットワークと端末２６との間の通信ゲートウェイを提供するように構成することができる。アクセスポイント２４は、アクセスポイントを有線ネットワーク（例えば、イーサネット（登録商標）ネットワーク、トークンリングネットワーク、その他）に接続するように構成された手段（例えば、ソフトウエア、ハードウエア、又は、それらの組合せ）を含むことができる。アクセスポイント２４は、通常、有線及び無線通信媒体間で信号を変換するように構成される。この変換によって、アクセスポイントは、有線ネットワークと無線遠隔端末２６との間の通信情報を通過させることができる。
【００１３】
アクセスポイントには、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準じて作動するため（例えば、８０２．１１規格のローミング、及び、標準的な８０２．１１規格のデータ速度などを提供するために）、及び、売り手によって開発された付加的形態を提供するために、通常、十分な処理、ハードウエア、及び、ソフトウエアなどが準備される。アクセスポイント２４は、パーソナルコンピュータ（例えば、「パワーＰＣ」，及び、ＩＢＭ互換コンピュータ）、サーバ、及び、ワークステーションなどを使用して実装することができ、適切なオペレーティングシステム、無線ネットワーク・インタフェース手段、有線ネットワーク・インタフェース手段、及び、ネットワーク・オペレーティングシステム・アプリケーションなどを有する。
アクセスポイント２４及び遠隔端末２６は、スペクトル拡散変調技術（例えば、直接シーケンススペクトル拡散変調、周波数ホッピングスペクトル拡散変調、その他）を使用して通信するように構成することができる。
【００１４】
ＩＥＥＥ８０２．１１規格は、通信フレームの書式及び内容を指定する。時としてメッセージ又はパケットと呼ばれることもある通信フレームは、可変サイズを有することができ、各フレームのサイズは、フレームヘッダ情報で識別される。実施形態によっては、各フレームの本体は、０から２３１２オクテットまで変化する場合がある。通信フレームは、システム内の受信機（例えば、端末又はアクセスポイント）のためのデジタル情報を含んでもよい。
【００１５】
作動時において、初めに端末２６の１つが通電される時、その端末２６は、アクセスポイント２４と結び付くことによってセル２２に加わることを求めてもよい。遠隔端末２６は、アクセスポイント２４と端末２６との間で通信の予備的交換の後、アクセスポイント２４に付随することができる。複数の端末２６がアクセスポイント２４の各々に付随することができる。各端末２６は、異なる通信能力及び要件を有してもよい。アクセスポイント２４は、端末２６と有線ネットワークとの間の通信量を管理することができる。アクセスポイント２４は、フレームがいつセル２２の各遠隔端末２６へ送信されるかを制御することによって通信量を管理してもよい。セル２２の通信量には、データフレーム（例えば、データ通信をもたらすフレームを運ぶ信号）、音声フレーム（例えば、音声通信をもたらすフレームを運ぶ信号）、リアルタイムフレーム（例えば、マルチメディア又は音声通信のようなリアルタイム通信をもたらすフレームを運ぶ信号）、及び、管理フレーム（例えば、ネットワーク管理通信をもたらすフレームを運ぶ信号）などを含むことができる。
アクセスポイント２４に結合される有線ネットワークは、有線ネットワークを実施するように構成された機器２３を含むことができる。有線ネットワークは、外部ネットワーク（例えば、ＰＢＸ、ＰＳＴＮ、インターネット、その他）に結合されてもよい。
【００１６】
ここで、図２を参照すると、通信フレーム３０は、図１の無線ＬＡＮ２０のような通信システムで送信することができる通信フレームの構造を呈する場合がある。通信フレーム３０は、同期などの目的に使用し得るプリアンブル部分３２を含むことができる。通信フレーム３０の残りの部分３４は、データ部分であってもよい。プリアンブル部分３２及び残りの部分３４を一緒にすると、実質的に通信フレームを構成することができる。同期又は他の理由（例えば、通信規格の要件）で、プリアンブル部分３２は、特定のデータ速度で送信されなければならない場合がある。例えば、システム内の通信は、４つのデータ速度のうちの１つで為されるように指定されてもよく、プリアンブル部分３２のデータ速度がデータ速度の最も低いものに固定されて、残りの部分３４は、４つのデータ速度のうちの１つで送信することができる。一般により高いデータ速度で作動可能な送信機は、高いデータ処理量を得るためにこれらの速度で作動することができる。
【００１７】
ここで図３を参照すると、図１に示すセルのような複数のセル２２は、実質的に隣接する地理的区域に配置され、その区域に通信サービスを提供する。明瞭かつ簡潔にするために、セル２２は、主に、通信用にセルに割り当て可能な３つのチャンネル（例えば、チャンネルＡ、Ｂ、及び、Ｃ）に関連して検討することができる。利用可能なチャンネル数は、通信セルの数よりも少ない場合がある。各セルにおいて、図１のアクセスポイント２４又は端末２６のような送信機は、図２の通信フレーム３０のような通信フレームを使用して作動することができる。通信フレームは、１つのデータ速度（例えば、システムで最も低く指定されたデータ速度）と１つの出力レベルとで送信される第１の部分（例えば、プリアンブル部分３２）を用いて送信することができる。他の部分（例えば、残りの部分）は、システムで利用可能ないずれか１つのデータ速度と、異なる出力レベルとで送信することができる。他の部分（例えば、残りの部分）の出力レベルは、そのようなシステムでフレームを送信するための従来的又はシステム指定の出力レベルであることができ、第１の部分の出力レベルは、従来的又はシステム指定出力レベルよりも低い出力レベルであってもよい。
例えば、１、２、５．５、及び、１１メガビット毎秒のデータ速度を使用するシステムにおいて、第１の部分は、１メガビット毎秒で送信され、残りの部分は、１、２、５．５、又は、１１メガビット毎秒で送信することができる。第１の部分は、残りの部分の出力レベルよりも低い出力レベルで送信することができる。
【００１８】
必要に応じて、セル２２の送信機及び受信機は、直接シーケンススペクトル拡散通信技術を使用してもよい。必要に応じて、セル２２の送信機は、送信機が特定のチャンネルを聞き（例えば、監視する）、そのチャンネルが送信に利用可能（例えば、そのチャンネルがその送信機によるフレームの送信に対して空いている）かどうかを判断する通信技術を使用することができる。明瞭かつ簡潔にするために、図３のセル２２は、同じサイズの六角形で示されている。用途によっては、セルの形状及びサイズが不規則であってもよい。
【００１９】
ここで図４を参照すると、複数のデータ速度を有する通信システムに対して高い処理量の通信を準備する段階に必要な例示的段階が図４に示されている。段階５２で、通信システムのために複数のチャンネルを準備することができる。段階５３で、通信フレームの一部分を１つのデータ速度及び１つの出力レベルで送信し、通信フレームの別の部分を１つのデータ速度（例えば、別のデータ速度）及び別の出力レベルで送信することによって通信フレームを送信するように構成された送信機を準備することができる。通信セルグループ内のチャンネルを使用して通信サービスを提供してもよい。段階５４では、割り当て可能チャンネル数、データ速度、及び、出力レベルに基づいて、地理的区域内のセルの位置を判断することができる。利用可能なデータ速度のうちの最低速度を有するフレームのいくつかの部分（例えば、プリアンブル部分）をフレームの残りの部分よりも低い出力レベルで送信することにより、セルを互いにより近い間隔で配置することを可能にする。より密接な間隔による配置は、より高い全体的なデータ速度を与えることができる。
出力をフレームの一部分（例えば、プリアンブル部分）の出力まで下げることにより同じチャンネルを使用する近傍のセルからの干渉を減少させることができ、従って、この同じチャンネルを使用するいくつかの近傍セル間のデータ帯域の共有を限定することができ、それが単一セルのインフラストラクチャによって達成し得る処理量までが可能な効果的なユーザ処理量をもたらすことができる。
【００２０】
必要に応じて、各フレームのプリアンブル部分は、残りの部分の通信データ速度に関わりなく１メガビット毎秒（最低データ速度）で送信することができる。可変出力制御なしで作動する場合、（異なるセルで）同じチャンネルを使用する送信機（例えば、アクセスポイント）は、４００フィート又はそれ以下で互いに「聞き取り」距離内にある場合があり、そのチャンネルが利用可能（すなわち、互いに４００フィート以内にある全てのセルが同じ帯域を共有している）かどうかを判断するためにそのチャンネルを聞く空きチャンネル評価機能に基づいて、同時に送信することを控えることができる。１メガビット毎秒のプリアンブル部分を通信フレームの他の部分よりも低い出力レベルで送信することにより、同じチャンネルを使用する送信機の「聞き取り」距離を低減することができる。「聞き取り」距離を低減することは、次に、低減された「聞き取り」距離に基づいてセルの位置を判断することを可能にする。必要に応じて、１メガビット毎秒のプリアンブル部分の出力レベルは、プリアンブル部分がその次に最も低いデータ速度（例えば、２メガビット毎秒）に対する「聞き取り」距離とほぼ同じ「聞き取り」距離を有するように選択してもよい。上記で検討した複数の要素に基づき当業者が判断することができる「聞き取り」距離の判断を使用して、地理的区域に通信セルを、そのセルが同じチャンネル上の他のセルから実質的に干渉されることなく作動し得る位置に配置することができる。
すなわち、無線通信システムのセルは、より低いデータ速度を有するフレームの部分を送信する時に出力を選択的に低減することにより、システムがサポートする生のデータ速度により近い実際のデータ速度を有することができる。
【００２１】
必要に応じて、セル内の受信機の同調閾値を調整することができる。例えば、受信機に対する閾値を上げてもよい（例えば、２０デシベルから５０デシベルへ）。受信閾値を高くすると、受信機は、最も強い信号を有する送信を受信し、他の送信を拒否することができる。最も強い送信を受信することによって、同じチャンネルを使用する近傍セルグループ間の帯域幅の共有を低減することができる。必要に応じて、受信機の閾値は、フレームの可変出力制御と共に調整することができる。
上記の内容は、本発明の原理の単なる例証であり、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、当業者が様々な変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って例示的無線ローカルエリアネットワークを含む例示的通信ネットワークの線図である。
【図２】本発明による無線通信システムで使用される例示的通信フレームの図である。
【図３】本発明による地理的区域に対する例示的通信セルの図である。
【図４】可変出力通信フレームを有する通信サービスを提供する段階に伴う例示的段階を示す流れ図である。

Claims

１つのプリアンブル部分と該プリアンブル部分に関連する１つのデータ部分とを有するＩＥＥＥ８０２．１１通信フレームを利用するＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカルエリアネットワーク無線通信システムにおいて用いられる方法であって、
前記通信フレームの前記プリアンブル部分を第１の出力レベルで送信し、前記通信フレームの前記データ部分を前記第１の出力レベルと異なる第２の出力レベルで送信する段階を含み、
前記送信段階において、前記第１及び第２の出力レベルは、データ速度とは無関係であり、
前記部分の１つにおける出力レベルは、同じチャンネルを共用する近傍のセルとの干渉に応じて選択される
ことを特徴とする、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカルエリアネットワーク無線通信システムで使用する方法。
前記送信段階は、前記第１の部分に対する前記第１の出力レベルが、前記第２の部分に対する前記第２の出力レベルよりも低くなる状態にするものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
ＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカルエリアネットワークにおける送信のための、１つのプリアンブル部分と該プリアンブル部分に関連する１つのデータ部分とを有する通信フレームを形成する送信機であって、
該送信機は、前記通信フレームの前記プリアンブル部分を第１の出力レベルで送信し、前記通信フレームの前記データ部分を前記第１の出力レベルと異なる第２の出力レベルで送信するように構成されており、この場合、前記第１及び第２の出力レベルは、データ速度とは無関係であり、前記部分の１つにおける出力レベルは、同じチャンネルを共用する近傍のセルとの干渉に応じて選択されるように構成された
ことを特徴とする送信機。
前記プリアンブル部分の前記第１の出力レベルが前記データ部分の前記第２の出力レベルより低いことを特徴とする請求項３に記載の送信機。
各々が１つのプリアンブル部分と該プリアンブル部分に関連する１つのデータ部分とを有する複数の通信フレームを使用する、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ローカルエリアネットワーク無線通信システムであって、
複数の通信セルと、
前記通信フレームの前記プリアンブル部分を第１の出力レベルで送信し、前記通信フレームの前記データ部分を前記第１の出力レベルとは異なる第２の出力レベルで送信するように構成された複数の送信機と、
を含み、
前記送信機において、前記第１及び第２の出力レベルはデータ速度とは無関係であり、前記部分の１つにおける出力レベルは、同じチャンネルを共用する近傍のセルとの干渉に応じて選択される
ことを特徴とする無線通信システム。