JP2020043560A - Wlanのアップリンクマルチユーザサウンディング - Google Patents
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Abstract
【課題】チャネル状態情報をSTAからAPに送信することなくビームフォーミング行列を計算する方法を提供する。【解決手段】システム20において、AP24の送受信機36は、一連のアンテナ32を介してダウンリンクパケットをWLANのSTA28に送信し、STA28からアップリンクパケットを受信する。APプロセッサ40は、送受信機36に結合され、複数のSTA28それぞれにチャネルサウンディングパケットを送信する要求を送出する。AP24は複数のSTA28からチャネルサウンディングパケットを受信し、複数のSTA28の少なくともサブセットに向けた次の送信ビームを定めるビームフォーミング行列を計算し、当該ビームフォーミング行列に従って、一連のアンテナ32を介して1つ又は複数のダウンリンクデータパケットを複数のSTA28のうちの1つ又は複数に送信する。【選択図】図1
Description
[関連出願の相互参照]
本願は、2018年9月7日出願の米国仮特許出願第62/728,667号の利益を主張し、当該米国仮特許出願の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
本願は、2018年9月7日出願の米国仮特許出願第62/728,667号の利益を主張し、当該米国仮特許出願の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は概して無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)に関し、特に、WLANにおけるアップリンクサウンディングの方法及びシステムに関する。
様々な通信システムが、指向性の送信及び受信にビームフォーミング技術を用いている。無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)のビームフォーミング技術が、例えば、「Draft Standard for Information technology; Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks; Specific requirements; Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications; Amendment 1: Enhancements for High Efficiency WLAN」(2018年12月)と題するIEEE P802.11ax(登録商標)/D3.3の規格案に規定されており、この規格案は参照により本明細書に組み込まれる。この規格は、本明細書では簡略して「IEEE802.11ax」とも呼ばれる。
上記の説明は、この分野の関連技術についての一般的な概要として示されており、含まれる情報のいずれかが本特許出願に対する先行技術を構成することを認めるものと解釈されるべきではない。
本明細書で説明される一実施形態が、2つ又はそれより多くのアンテナを有する一連のアンテナ、送受信機、及びプロセッサを含む、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)のアクセスポイント(AP)を提供する。送受信機は、一連のアンテナを介して、ダウンリンクチャネルを通じてダウンリンクパケットをWLANのクライアントステーション(STA)に送信し、アップリンクチャネルを通じてSTAからアップリンクパケットを受信するように構成される。プロセッサは送受信機に結合され、複数のSTAに、複数のSTAに対応するそれぞれの複数のチャネルサウンディングパケットをアップリンクチャネルで送信する要求を送出し、この要求に応答して複数のSTAから複数のチャネルサウンディングパケットを受信し、受信した複数のチャネルサウンディングパケットに基づいて、複数のSTAのうちの少なくともサブセットに向けた次の送信ビームを定めるビームフォーミング行列を計算し、このビームフォーミング行列に従って、これらのSTAのうちの1つ又は複数に一連のアンテナを介して1つ又は複数のダウンリンクデータパケットを送信するように構成される。
一部の実施形態において、プロセッサは、トリガーフレームを複数のSTAに送出することにより要求を送出するように構成され、トリガーフレームによって、複数のSTAはチャネルサウンディングパケットを同時に送信することになる。一実施形態において、プロセッサは、受信したそれぞれの複数のチャネルサウンディングパケットに基づいて、複数のSTA固有のチャネル応答を推定することにより、また複数のSTA固有のチャネル応答からビームフォーミング行列を導き出すことにより、ビームフォーミング行列を計算するように構成される。
一部の実施形態において、プロセッサは、予め定められた相互に直交する一連の空間ストリームのうち、それぞれのSTAがそれぞれのチャネルサウンディングパケットを送信するのに用いられる1つ又は複数の識別可能な空間ストリームを、要求において、複数のSTAの各STAに割り当てるように構成される。一実施形態において、プロセッサは、複数のチャネルサウンディングパケットを同時に受信し、割り当てられた相互に直交する識別可能な空間ストリームの識別情報に基づいて、これらのチャネルサウンディングパケットを分離するように構成される。
別の実施形態において、プロセッサは、ビームフォーミング行列に、送受信機のアップリンク応答とダウンリンク応答との間の差異を補償する校正をかけるように構成される。さらに別の実施形態において、プロセッサは、チャネルサウンディングパケットで送信されるチャネルサウンディングシンボルの最小数を要求に指定するように構成される。
開示される実施形態において、プロセッサは、予め定められた信号レベルの閾値を上回る信号レベルで、アップリンクパケットをWLANのAPで以前に受信したSTAだけを複数のSTAに含めるように構成される。追加的に又は代替的に、プロセッサは、APの一連のアンテナに対する空間方向が、予め定められた空間基準に従って互いに異なるSTAだけを複数のSTAに含めるように構成される。
本明細書で説明される一実施形態に従って、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)通信の方法がさらに提供される。本方法は、2つ又はそれより多くのアンテナを有する一連のアンテナを含むWLANのアクセスポイント(AP)から、複数のSTAに対応するそれぞれの複数のチャネルサウンディングパケットをアップリンクチャネルで送信する要求を複数のWLANクライアントステーション(STA)に送出する段階を含む。複数のチャネルサウンディングパケットは、この要求に応答して、複数のSTAから受信される。ビームフォーミング行列は、複数のSTAのうちの少なくともサブセットに向けた次の送信ビームを定めるものであり、受信した複数のチャネルサウンディングパケットに基づいて計算される。1つ又は複数のダウンリンクデータパケットが、ビームフォーミング行列に従い、一連の複数のアンテナを介して、複数のSTAのうちの1つ又は複数に送信される。
本明細書で説明される一実施形態に従って、送受信機及びプロセッサを含む無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)のクライアントステーション(STA)がさらに提供される。送受信機は、ダウンリンクチャネルを通じてWLANのアクセスポイント(AP)からダウンリンクパケットを受信し、アップリンクチャネルを通じてAPにアップリンクパケットを送信するように構成される。プロセッサは送受信機に結合され、チャネルサウンディングパケットをアップリンクチャネルで送信する要求をAPから受信することであって、当該要求は、予め定められた相互に直交する一連の空間ストリームのうち、1つ又は複数の識別可能な空間ストリームを指定する、受信することと、当該要求に応答して、指定された1つ又は複数の空間ストリームを含むチャネルサウンディングパケットを生成することと、当該チャネルサウンディングパケットをAPに送信することとを行うように構成される。
一部の実施形態において、プロセッサは、トリガーフレームを受信することにより要求を受信するように構成され、プロセッサはさらに、受信したトリガーフレームに応答して、チャネルサウンディングパケットを1つ又は複数の追加のSTAにより送信される1つ又は複数のチャネルサウンディングパケットと同時に送信するように構成される。一実施形態において、プロセッサは、チャネルサウンディングパケットで送信されるチャネルサウンディングシンボルの指定された最小数を要求から抽出し、少なくとも最小数のチャネルサウンディングシンボルを有するチャネルサウンディングパケットを生成するように構成される。
本明細書で説明される一実施形態に従って、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)通信の方法も提供される。本方法は、WLANのクライアントステーション(STA)において、アップリンクチャネルでチャネルサウンディングパケットを送信する要求をWLANのアクセスポイント(AP)から受信する段階を含み、当該要求は、予め定められた相互に直交する一連の空間ストリームのうち、1つ又は複数の識別可能な空間ストリームを指定する。当該要求に応答して、チャネルサウンディングパケットは、指定された1つ又は複数の識別可能な空間ストリームを含むように生成され、当該チャネルサウンディングパケットはAPに送信される。
本明細書で説明される一実施形態に従って、複数のWLANクライアントステーション(STA)及びアクセスポイント(AP)を含む無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)通信システムがさらに提供される。APは、複数のSTAに対応するそれぞれの複数のチャネルサウンディングパケットをアップリンクチャネルで送信する要求を、2つ又はそれより多くのアンテナを有する一連のアンテナを介して複数のSTAに送出し、当該要求に応答して複数のチャネルサウンディングパケットを複数のSTAから受信し、受信した複数のチャネルサウンディングパケットに基づいて、複数のSTAのうちの少なくともサブセットに向けた次の送信ビームを定めるビームフォーミング行列を計算し、当該ビームフォーミング行列に従って、1つ又は複数のダウンリンクパケットを一連のアンテナを介して複数のSTAのうちの1つ又は複数に送信するように構成される。
本開示は、図面と照らし合わせると、本開示の実施形態に関する以下の詳細な説明から、より十分に理解されるであろう。
典型的なWLAN通信システムでは、アクセスポイント(AP)が1つ又は複数のクライアントステーション(STA)と通信する。様々な現実的なシナリオでは、ビームフォーミングされたダウンリンク送信をAPが複数のSTAに同時に送信することが望ましい。指向性送信を複数のSTAに送信するために、APは、各STAに対応するチャネル応答(チャネル状態情報(CSI)とも呼ばれる)に関する知識を必要とする。
IEEE802.11axの規格案に規定された方式を含む従来のビームフォーミング方式では、各STAはそれぞれのチャネルのCSIを計算してCSIをAPに送信する必要がある。しかしながら、この技術は、多数の現実的な事例において問題がある。例えば、用いられる帯域幅が大きい場合、APアンテナの数が多い場合、及び/又はSTAの数が多い場合、アップリンクで送信する必要があるCSIデータの量は非現実的なものになる。さらに、APが複数のSTAをポーリングすることによって、相当なオーバーヘッドが生じる。
本明細書で説明される実施形態が、WLAN通信システムにおけるビームフォーミングの方法及び装置の向上をもたらす。開示される技術は、STAからAPへの明示的なCSIデータの送信を含んでいないため、上述した課題を克服できる。
一部の実施形態において、APは、ダウンリンク送信を同時に送信する予定の複数のSTAを選択する。APは複数のSTAに要求を送出し、複数のSTAにそれぞれの複数のチャネルサウンディングパケットをアップリンクチャネルで送信するように要求する。複数のSTAにより(アップリンクで)送出されるチャネルサウンディングパケットに基づいて、APは、複数のSTAのうちの少なくともサブセットに向けた次の送信ビームを定める(ダウンリンク用の)ビームフォーミング行列を計算する。APは次に、計算したビームフォーミング行列に従って、ダウンリンクデータパケットを生成して、当該ダウンリンクデータパケットをグループ内のSTAに送信する。
通常、チャネルサウンディングパケットをSTAから受信すると、APは、それぞれのチャネルサウンディングパケットに基づいて、STAごとにSTA固有のCSIを推定する。APは次に、複数のSTA固有のCSIからビームフォーミング行列を導き出す。
上記のプロセスでは、STAごとに、アップリンク及びダウンリンクのチャネル応答が同様であると想定している。一部の実施形態において、APは、ビームフォーミング行列に、アップリンクチャネル応答とダウンリンクチャネル応答との間の差異を補償する校正をかける。そのような差異は、例えば、AP送信機の応答とAP受信機の応答との間の差異によるものである。校正プロセスについては、以下でより詳細に論じられる。
一実施形態において、APにより送出される要求はトリガーフレームを含み、STAにより送出されるチャネルサウンディングパケットは、ヌルデータパケット(NDP)を含む。
トリガーフレームのフォーマットは、例えば、上述したIEEE802.11ax規格の9.3.1.22項に規定されている。続く説明は、明確にするために、主にトリガーフレーム及びNDPに言及する。しかしながら、開示される技術は、任意の特定のパケットタイプ又はパケットフォーマットに限定されるわけではない。
トリガーフレームのフォーマットは、例えば、上述したIEEE802.11ax規格の9.3.1.22項に規定されている。続く説明は、明確にするために、主にトリガーフレーム及びNDPに言及する。しかしながら、開示される技術は、任意の特定のパケットタイプ又はパケットフォーマットに限定されるわけではない。
一部の実施形態において、トリガーフレームは複数のSTAに、それぞれのNDPを同時に送信するよう命令する。受信した異なるNDPを分離するために、APは、予め定められた相互に直交する一連の空間ストリームのうち、1つ又は複数の識別可能な空間ストリームを各STAに割り当てる。各STAは、割り当てられた1つ又は複数の空間ストリームを用いて、それぞれのNDPを生成する。空間ストリーム間の直交性を用いて、APは、同時に受信した複数のNDPを分離して復号することができる。
上述したように、開示される技術では、アップリンクチャネルでCSIを送信する必要はない。さらに、一部の実施形態において、STAはそれぞれのチャネルサウンディングパケットを同時に送信する。そのため、開示される技術は、帯域幅使用率の点で非常に効率的であり、広い帯域幅及び多数のSTAをサポートする際にも拡張性が高い。
本開示の文脈及び特許請求の範囲において、用語「パケット」及び「フレーム」は区別なく用いられ、様々な通信層(例えば、物理(PHY)層又はメディアアクセス制御(MAC)層)によりフォーマットされた様々な情報を幅広く指す。したがって、例えば、用語「トリガーフレーム」及び「チャネルサウンディングパケット」は、任意の特定の通信層との関連を要求するものでも、そのような関連を含意するものでもない。
図1は、本明細書で説明される一実施形態に従って、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)通信システム20を概略的に示すブロック図である。システム20は、AP24及び複数のSTA28を備える。一実施形態において、必ずしもそうではないが、AP24及び複数のSTA28は、上述したIEEE802.11ax規格に従って動作する。代替実施形態において、AP24及び複数のSTA28は、IEEE802.11be又はIEEE802.acなどの、任意の他の適切なWLAN規格又はプロトコルに従って動作してよい。
本例において、AP24は、一連のアンテナ32を有する。様々な実施形態において、一連のアンテナは、任意の好適な数のアンテナ、例えば、4本、8本、又は16本のアンテナを含んでよい。アンテナ32は、ダウンリンク信号をSTA28に送信するのに用いられ、またアップリンク信号をSTA28から受信するのに用いられる。AP24はさらに、ダウンリンク信号を送信し且つアップリンク信号を受信するように構成された送受信機(送信機−受信機)36を有する。APプロセッサ40は、APの様々な処理作業を実行する。その他の機能として、APプロセッサ40は、アンテナ32を介して送受信機36により送信するために、以下で詳細に説明される技術を用いて、ビームフォーミングされた送信ビームを生成する。
図1の実施形態において、APプロセッサ40は、トリガーフレーム生成器44、CSI計算機48、ビームフォーミング行列計算機52、ダウンリンク信号生成器56、及びビームフォーミング校正器60を有する。トリガーフレーム生成器44はトリガーフレームを生成するように構成され、それらのトリガーフレームには、STA28の選択されたグループにNDPをアップリンクで送信するよう要求するトリガーフレームが含まれる。CSI計算機48は、グループ内の各STAから受信したNDPに基づいて、それぞれのSTA固有のCSIを推定するように構成される。ビームフォーミング行列計算機52は、STA固有のCSIに基づいて、グループ内のSTAに同時に送信するためのダウンリンクビームフォーミング行列を計算するように構成される。ダウンリンク信号生成器56は、ビームフォーミング行列に従って、ビームフォーミングされたダウンリンク信号を生成するように構成される。ビームフォーミング校正器60は、ビームフォーミング行列に校正をかけて、アップリンクとダウンリンクの間のチャネル応答(CSI)の差異を補償するように構成される。
一実施形態において、各STA28は、ダウンリンク信号をAP24から受信し、またアップリンク信号をAP24に送信するために、1つ又は複数のアンテナ64を有する。各STA28はさらに、アップリンク信号を送信し且つダウンリンク信号を受信するように構成されたSTA送受信機68を有する。STAプロセッサ72は、STAの様々な処理作業を実行する。その他の機能として、STAプロセッサ72は、AP24から受信したトリガーフレームに応答して、アップリンクNDPを生成するように構成されたNDP生成器76を有する。アップリンクNDPは、アンテナ64を介して、送受信機68によりAP24に送信される。明確さのために、詳細な内部構造が複数のSTA28のうちの1つに対してのみ示されている。しかしながら、概してその他のSTA28も同様の構造を有する。
図1のシステム20、AP24、及びSTA28の構成は、単に例として示されている。代替実施形態において、任意の他の適切な構成を用いることができる。AP24及びSTA28の様々な要素は、ハードワイヤードされたコンポーネント若しくはプログラム可能なコンポーネントなどの専用のハードウェア若しくはファームウェアを用いて、例えば、1つ若しくは複数の特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、若しくはRF集積回路(RFIC)で実装されても、ソフトウェアを用いて実装されても、又はハードウェア要素とソフトウェア要素との組み合わせを用いて実装されてもよい。
一部の実施形態において、AP24及び/又はSTA28の特定の要素、例えば、APプロセッサ40及び/又はSTAプロセッサ72の特定の機能が、1つ又は複数のプログラム可能なプロセッサで実装される。これらのプロセッサは、ソフトウェアでプログラムされて、本明細書で説明される機能を実行する。ソフトウェアは、1つ又は複数のプロセッサに電子的形態でネットワークを通じてダウンロードされてよく、例えば、ソフトウェアは代替的に又は追加的に、磁気メモリ、光メモリ、又は電子メモリなどの非一時的な有形の媒体に提供され得る、及び/又は格納され得る。
図2は、本明細書で説明される一実施形態に従って、図1のWLAN通信システム20におけるビームフォーミングの方法を概略的に示すフロー図である。本方法は、選択工程80で始まる。ここでは、APプロセッサ40が2つ又はそれより多くのSTA28をスケジューリングのために選択する。言い換えれば、APプロセッサ40が、ダウンリンク信号の同時送信先になる2つ又はそれより多くのSTA28を選択する。
一実施形態において、AP送受信機36により送信されるダウンリンク信号は、直交周波数分割多重(OFDM)信号、すなわち、OFDMシンボルのシーケンスを含む。各OFDMシンボルは、それぞれの周波数を有する変調された複数のサブキャリアを含む。OFDMシンボルは複数のリソース単位(RU)に分割されてよく、各RUはサブキャリアのサブセットを含む。
OFDMベースの実施例において、用語「ダウンリンク信号を複数のSTAに同時に送信する」とは、「同じOFDMシンボル(又は少なくとも部分的に重複するOFDMシンボル)でダウンリンク信号を送信する」ことを意味する。一部の場合では、複数のSTAへの送信が同じRUで送信される(マルチユーザ(MU)と呼ばれるシナリオ)。他の場合では、複数のSTAへの送信が同じOFDMシンボルの異なるRUで送信される(直交周波数分割多元接続(OFDMA)と呼ばれるシナリオ)。MU及びOFDMAの両方を同じOFDMシンボルに含むハイブリッドシナリオもあり得る。様々な実施形態において、APプロセッサ40は、上記方式のいずれか、すなわちMU及び/又はOFDMAを用いて、選択したSTAへの同時送信をスケジューリングしてよい。
様々な実施形態において、APプロセッサ40は、STAを同時スケジューリングのために選択する任意の適切な基準を用いてよく、任意の好適な数のSTAが選択されてよい。一部の実施形態において、スケジューリングされるSTAの最大数が8個であり、この場合、IEEE802.11ax規格で規定されるP行列で十分である。他の実施形態において、スケジューリングされるSTAの最大数が8個より多く、この場合、APプロセッサ40及びSTA28は、より大きいP行列をサポートする(IEEE802.11axの28.3.10.10項で規定されるP行列は、相互に直交する識別可能な空間ストリームを生成するのに用いられる正規直交行列である)。
例示的な1つの実施形態において、APプロセッサ40は、STAのアップリンク信号がAP24において少なくとも予め定められた受信信号強度インジケーション(RSSI)で受信されるSTAに選択を制限する。言い換えれば、APプロセッサ40は、アップリンクパケットが予め定められた信号レベルの閾値を上回る信号レベルで以前に受信されたSTA28だけを選択する。信号レベルの閾値は、通常、ユーザ設定可能である。この技術によって、その後に受信されるNDPにおけるRSSIの差異が減少するので、自動利得制御(AGC)が簡略化され、AP送受信機36でのアナログデジタル変換(ADC)が向上する。
別の例示的な実施形態において、APプロセッサ40は、予め定められた空間基準に従って、APアンテナに対するSTAの空間方向が互いに十分に異なるSTAに選択を制限する。例えば、APプロセッサ40は、AP24に対して、予め定められた角度幅未満しか互いに分離されていないSTAを選択から除外してよい。この基準は、AP24から同じような方向にあるSTA28へのビームフォーミングされた同時送信により引き起こされるかもしれない干渉を減少させるのに役立つ。
トリガーフレーム送信工程84では、APプロセッサ40内のトリガーフレーム生成器44がトリガーフレームを生成し、AP送受信機36が当該トリガーフレームを選択されたSTAに送信する。トリガーフレームは、選択されたSTAに、それぞれのNDPをアップリンクで送信するように要求する。トリガーフレーム生成器44は、トリガーフレームの好適なフィールドにおいて、STAがそれぞれのNDPを生成する際に用いるパラメータを指定する。
一実施形態において、トリガーフレームのフォーマットは、参照により本明細書に組み込まれる上述のIEEE802.11ax規格の9.3.1.22項で規定されるフォーマットに従う。トリガーフレームには、スケジューリングされる全てのSTAに共通するパラメータを指定する「共通情報」フィールドと、STA固有のパラメータを指定する複数の「ユーザ情報」フィールドとが含まれる。共通情報フィールド及びユーザ情報フィールドはさらに、サブフィールドに分割される。一実施形態において、以下の説明で具体的に言及されないサブフィールドが、それらの特定の用法をIEEE802.11ax規格に従って保持する。
一実施形態において、トリガーフレーム生成器44は、トリガーフレームの共通情報フィールドにおいて以下のサブフィールドを指定する。
・トリガータイプサブフィールド:本例では8(予約値)に設定するが、代替実施形態では、任意の他の未使用の値に設定することができる。
・BWサブフィールド(アップリンクNDPの必要な帯域幅を指定する):選択されたSTAにAPが送信する予定のダウンリンクパケットの帯域幅に設定する。
・GIサブフィールドおよびLTFタイプサブフィールド:アップリンクNDPで送信される、必要なガードインターバル(GI)及びロングトレーニングフィールド(LTF)タイプに設定する。
・HE−LTFシンボル数サブフィールド:アップリンクNDPで送信される、高効率LTF(HE−LTF)シンボルの必要数に設定する。
・STBCサブフィールド、ドップラーサブフィールド、LDPC追加シンボルサブフィールド、及びパケット拡張サブフィールド:予約済み。
・トリガータイプサブフィールド:本例では8(予約値)に設定するが、代替実施形態では、任意の他の未使用の値に設定することができる。
・BWサブフィールド(アップリンクNDPの必要な帯域幅を指定する):選択されたSTAにAPが送信する予定のダウンリンクパケットの帯域幅に設定する。
・GIサブフィールドおよびLTFタイプサブフィールド:アップリンクNDPで送信される、必要なガードインターバル(GI)及びロングトレーニングフィールド(LTF)タイプに設定する。
・HE−LTFシンボル数サブフィールド:アップリンクNDPで送信される、高効率LTF(HE−LTF)シンボルの必要数に設定する。
・STBCサブフィールド、ドップラーサブフィールド、LDPC追加シンボルサブフィールド、及びパケット拡張サブフィールド:予約済み。
上記に列挙されたサブフィールド及び値は、例として与えられている。他の実施形態では、異なる数のサブフィールド、又は異なる情報を含むサブフィールドが指定され得る。
一実施形態において、トリガーフレーム生成器44は、「HE−LTFシンボル数」サブフィールドを
に設定する。NSTS,r,totalは、インデックスがrのRUでAP40が送信する予定の空間ストリームの総数を示す。ストリーム数は、インデックスrのRUにスケジューリングされる全てのSTAに関して合計される。言い換えれば、この実施形態では、「HE−LTFシンボル数」サブフィールドは、RUごとの空間ストリームの最大予測数に設定される。この設定を用いて、次のアップリンクNDPが必ずしも全次元サウンディングを実行することにはならない点に留意されたい。言い換えれば、選択されたSTAは、理論上、RUごとの空間ストリームの総数が
より大きくても、これらの空間ストリームを受信することができる。しかしながら、RUごとの空間ストリームの実際の数が
を超えることはないので、HE−LTFシンボル数は
を超える必要はない。
代替実施形態において、トリガーフレーム生成器44は「HE−LTFシンボル数」サブフィールドを
に設定する。NSTS,r,uは、インデックスrのRUでインデックスuのSTAに送信される空間ストリーム数を示し、Nrx,r,uは、インデックスrのRUにおいてインデックスuのSTAのアンテナ数を示す。これらの数は、インデックスrのRUにスケジューリングされる全てのSTAに関して再度合計される。言い換えれば、この実施形態において、「HE−LTFシンボル数」サブフィールドは、同じRUにスケジューリングされた全てのSTAの、RUごとに合計される最大アンテナ総数に設定される。この設定を用いて、次のアップリンクNDPは、APが送信する予定の空間ストリームの実際の数に関係なく、全次元サウンディングを実行することになる。さらに他の実施形態において、トリガーフレーム生成器44は、「HE−LTFシンボル数」サブフィールドを任意の他の適切な値に設定してよい。
一実施形態において、トリガーフレーム生成器44は、選択された特定のSTAに対応する、トリガーフレームのユーザ情報フィールドに以下のサブフィールドを指定する。
・AIDサブフィールド:STAの関連識別子(AID)に設定する。
・RU割り当てサブフィールド:STAがアップリンクNDPのHE−LTFにロードする必要があるサブキャリアを含むRUのインデックスに設定する。
・SS割り当てサブフィールド:STAがアップリンクNDPのHE−LTFを生成する際に用いる必要がある1つ又は複数の空間ストリーム(SS)を指定するために設定する。空間ストリームの全体プールは一連のインデックスによって表され、SS割り当てサブフィールドは、(i)開始インデックス(用いられる最初の空間ストリームのインデックス)と(ii)開始インデックスから始まる、用いられる空間ストリームの数とを指定する。例示的な1つの実施形態において、全次元サウンディングについては、空間ストリームの数はSTAのアンテナ数になるように設定される。
・AIDサブフィールド:STAの関連識別子(AID)に設定する。
・RU割り当てサブフィールド:STAがアップリンクNDPのHE−LTFにロードする必要があるサブキャリアを含むRUのインデックスに設定する。
・SS割り当てサブフィールド:STAがアップリンクNDPのHE−LTFを生成する際に用いる必要がある1つ又は複数の空間ストリーム(SS)を指定するために設定する。空間ストリームの全体プールは一連のインデックスによって表され、SS割り当てサブフィールドは、(i)開始インデックス(用いられる最初の空間ストリームのインデックス)と(ii)開始インデックスから始まる、用いられる空間ストリームの数とを指定する。例示的な1つの実施形態において、全次元サウンディングについては、空間ストリームの数はSTAのアンテナ数になるように設定される。
上述したように、一部の実施形態において、トリガーフレーム生成器44は、スケジューリングされたSTAのそれぞれに1つ又は複数の空間ストリームを割り当てる。様々な空間ストリームは(所与のSTAへの割り当ての範囲内、及び異なるSTAへの割り当て間の両方で)互いに直交である。例示的な一実施例において、トリガーフレーム生成器44は、予め定められた相互に直交する一連の空間ストリームのうち、複数の空間ストリームを割り当てる。
NDP受信工程88において、AP送受信機36は、スケジューリングされた複数のSTA28によりトリガーフレームに応答して送出された複数のアップリンクNDPを受信する。一実施形態では、上述したように、複数のSTA28がアップリンクNDPを互いに同時に送信し、各STAはそれぞれのNDPを、割り当てられた1つ又は複数の空間ストリームを用いて生成する。APプロセッサ40は、空間ストリーム間の既知の直交性を用いて、同時に受信した複数のNDPを分離して復号するように構成される。
一実施形態において、各アップリンクNDPのフォーマットは次のとおりである。
・レガシーショートトレーニングフィールド(L−STF)、続いてレガシーロングトレーニングフィールド(L−LTF)、続いてレガシー信号(L−SIG)、次いで反復レガシー信号(RL−SIG)、高効率信号−A(HE−SIGA)、次いで高効率ショートトレーニングフィールド(HE−STF)。
・一連の高効率ロングトレーニングフィールド(HE−LTF)シンボル。
・レガシーショートトレーニングフィールド(L−STF)、続いてレガシーロングトレーニングフィールド(L−LTF)、続いてレガシー信号(L−SIG)、次いで反復レガシー信号(RL−SIG)、高効率信号−A(HE−SIGA)、次いで高効率ショートトレーニングフィールド(HE−STF)。
・一連の高効率ロングトレーニングフィールド(HE−LTF)シンボル。
一実施形態において、シーケンス内のHE−LTFシンボル数は、トリガーフレームの共通情報フィールドの「HE−LTFシンボル数」サブフィールドにおいて指定される数である。各STA28は、トリガーフレームにおいて当該STAに割り当てられた1つ又は複数の空間ストリームを用いて、HE−LTFシンボルを生成する。
CSI計算工程92では、APプロセッサ40内のCSI計算機48が、スケジューリングされたSTA28のそれぞれについて、当該STAから受信したアップリンクNDPに基づいてSTA固有のCSIを推定する。STAごとに、STA固有のCSIは、STAからAP24へのアップリンクチャネルのチャネル応答を近似する。以下の説明では、STA28ごとに繰り返される例示的なプロセスが提供される。
例示的な一実施形態において、CSI計算機48は最初にHE−LTFシンボルの極性を取り除いて(すなわち、HE−LTFシンボルから変調を取り除き、チャネルに関連する位相情報及び利得情報を保持する)、チャネル行列H(nTx−by−nSTS)を導き出す。nTxは、AP24のアンテナ数を示し、
はトリガーフレームに指定されたHE−LTFシンボル数を示す。
チャネル行列H(nTx−by−nSTS)は、所与のSTA28からAP24へのアップリンクチャネルのチャネル応答を与える。CSI計算機48は次に、
の積を計算する。Pは、IEEE802.11ax規格で定められるP行列を示し( )Hはエルミート転置(共役転置)演算子を示す。行列
の計算はRUごとに行われるので、インデックスはrである。
ここで、CSI計算機48は、CSIが推定されることになるSTAに割り当てられる空間ストリームのインデックスに対応する行列
の列を抽出する。関連するインデックスが、トリガーフレームに、つまり、STAの「ユーザ情報」フィールドの「SS割り当て」サブフィールドに指定される。抽出された列で構成される行列は、Hr,uで示され、rはRUのインデックスを示し、uはSTAのインデックスを示す。Hr,uの次元は、(nTx−by−nSTS,r,u)である。この行列は、インデックスrのRUにおけるインデックスuのSTAのアップリンクCSIを与える。
上述したように、CSI計算機48は、スケジューリングされたSTAごとに、STA固有のCSIを計算するプロセスを繰り返す。
ビームフォーミング計算工程96では、APプロセッサ40内のビームフォーミング行列計算機52が、選択された複数のSTA28へのジョイントビームフォーミング送信向けのダウンリンクビームフォーミング行列を計算する。ビームフォーミング行列は、ビームステアリング行列又はプリコーディング行列とも呼ばれる。
ビームフォーミング行列計算機52は、上記の工程92で推定されたSTA固有のCSIに基づいて、ビームフォーミング行列を計算する。例示的な一実施形態において、ビームフォーミング行列計算機52は最初に、各行列Hr,uの転置行列を計算し、インデックスrのRUにおいてインデックスuのSTAの推定されたダウンリンクCSIを与えるそれぞれの行列Hr,u,DLを生成する。このプロセスは、インデックスrのRUにおいて全てのSTAに対して繰り返される。インデックスrのRUにおける全てのSTAのダウンリンクCSIから、ビームフォーミング行列計算機52は、インデックスrのRUのビームフォーミング行列QDLを計算する。このプロセスは通常、インデックスrのRUのサブキャリアごとに繰り返された後に、全てのRUで繰り返される。
上記の説明において、ビームフォーミング行列計算機52は、インデックスrのRUにおける全てのSTA28のビームフォーミング行列を計算する。しかしながら代替実施形態において、ビームフォーミング行列計算機52は、ビームフォーミング行列計算の際に、インデックスrのRUのSTAのサブセットだけを含んでよい。任意の適切な基準が、STAのサブセットの選択に用いられ得る。1つの例において、ビームフォーミング行列計算機52は、予め定められた閾値をRSSIが下回るSTAのCSIを、ビームフォーミング行列計算から除外する。ビームフォーミングから除外されたSTAに対して、一実施形態において、ビームフォーミング行列計算機52は、予め定められた代替の行列を用いてよい。
追加的に又は代替的に、一部の実施形態では、ビームフォーミング行列計算機52は1つ又は複数のRUをビームフォーミング行列計算から除外する。すなわち、RUのサブセットに関してだけビームフォーミング行列を計算する。
さらに追加的に又は代替的に、一部の実施形態では、ビームフォーミング行列計算機52は、APアンテナ32に対する方向が同じような2つ(又はそれより多く)のSTAを識別する(例えば、これらのSTAは、AP24に対する予め定められた角度幅未満の区域に位置する)。ビームフォーミング行列計算機52は、識別されたこれらのSTAのビームフォーミング計算を、STAごとに個々に行う代わりに全部合わせて行う。
この段階では、ビームフォーミング行列計算機52は、選択された複数のSTA28へのダウンリンクチャネルのビームフォーミング行列を計算している。この計算はアップリンクCSI(これは、更にはアップリンクチャネルサウンディングパケット−NDPに基づいて推定された)に基づいているので、基本的な前提というのは、ダウンリンクチャネル応答及びアップリンクチャネル応答が、予め定められた何らかの許容範囲内で同じであるということである。しかしながら実際には、実際のダウンリンクチャネル応答及びアップリンクチャネル応答は、例えば、(AP送受信機36内の)AP送信機回路とAP受信機回路との間のチャネル応答の差異によって、互いに異なることがある。
一部の実施形態では、校正工程100において、APプロセッサ40内のビームフォーミング校正器60が、アップリンクチャネル応答とダウンリンクチャネル応答との間のそのような差異を補償する校正をかける。通常、STAの送信機と受信機との間の差異は、ダウンリンクビームフォーミング行列に影響を与えないので、STAでは校正の必要がない。
一部の実施形態において、ビームフォーミング校正器60は、校正行列を計算する(又は他の方法で取得する)ことによって校正をかけて、校正行列とビームフォーミング行列QDLとを乗じる。校正は通常、サブキャリアごとにかけられる。
様々な実施形態において、校正行列は様々な手段で計算することができる。典型的な校正プロセスでは、AP24は外部の装置、例えば、専用校正装置又はSTAと通信する。この通信では、AP24は、同じ無線チャネルに関するアップリンクCSI及びダウンリンクCSIの両方を取得する。ビームフォーミング校正器60は次に、アップリンクCSIとそれぞれのダウンリンクCSIとの間の差異を評価することにより校正行列を計算する。そのようなプロセスでは、ダウンリンク応答とアップリンク応答との間の校正装置(STA又はそれ以外のもの)の差異は、校正に影響を与えない。さらに、任意のSTAとのその後の通信にも同じ校正が有効である。
例えば、一実施形態において、ビームフォーミング校正器60は、アップリンクとダウンリンクとの間の位相及び大きさの差異を送信/受信経路のペアごとに計算し、これらの差異を校正行列の計算に用いる。AP24により用いられ得る校正技術の例として、例えば、米国特許第9,319,904号、第9,444,577号、第9,910,129号、第8,774,725号、及び第8,878,724号が与えられ、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。代替的に、任意の他の適切な校正技術が用いられ得る。
様々な実施形態において、ビームフォーミング校正器60は、サブキャリアごとに若しくはサブキャリアのグループごとに、RUごとに若しくはRUのグループごとに、別個の校正行列を計算してもよく、又は全てのRU及びサブキャリアに対して単一の校正行列を計算してもよい。一実施形態において、校正プロセスはオフラインで行われ、校正行列(又は複数の校正行列)は後で使用するために格納される。
ダウンリンク送信工程102では、AP24は、得られたビームフォーミング行列を用いて、選択されたSTAにダウンリンクデータを同時に送信する。通常、APプロセッサ40内のダウンリンク信号生成器56は、スケジューリングされたSTAに送信するためのデータを受信し、当該データを好適なダウンリンクデータパケットにフォーマットし、ビームフォーミング行列を用いてビームフォーミングされたダウンリンク信号を生成し、当該ダウンリンク信号を、アンテナ32を介して送信するためにAP送受信機36に送出する。
図2の方法は、単に概念の明確さのために示される例示的な方法である。代替実施形態において、APプロセッサ40は、ダウンリンクビームフォーミングを実行する任意の他の適切な方法を用いてもよい。
一部の実施形態において、APプロセッサ40は、時間の経過と共に発生するチャネル応答の変化を追跡するために、ビームフォーミング行列を周期的に計算するプロセスを繰り返す。例示的な一実施形態において、APプロセッサ40は、チャネルの可干渉時間のオーダー、例えば、8〜10マイクロ秒のオーダーの間隔で、ビームフォーミング行列を再計算する。他の好適な時間間隔も、用いられ得る。
本明細書で説明される実施形態は主に、WLANシステムに取り組むものであるが、本明細書で説明される方法及びシステムは、他の用途にも、例えば、ロングタームエボリューション(LTE)及び第5世代(5G)システムなどのセルラ方式通信システムにも用いられ得る。
上記で説明された実施形態は例として挙げられていること、また本発明は上記において具体的に示され説明されたものに限定されないことに留意されたい。むしろ、本発明の範囲は、上記において説明された様々な特徴の組み合わせ及びサブコンビネーションの両方、並びに前述の説明を読むと当業者が思いつく、先行技術に開示されていない、これらの変形例及び修正例を含む。参照により本特許出願に組み込まれる文書は、本願の不可欠な部分とみなされることになる。ただし、本明細書において明示的又は暗示的になされた定義と矛盾する形で、任意の用語がこれらの組み込まれた文書に定義されている限りにおいては、本明細書に含まれる定義だけが考慮されるべきである。
Claims (18)
- 無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)のアクセスポイント(AP)であって、
2つ又はそれより多くのアンテナを有する一連のアンテナと、
前記一連のアンテナを介して、ダウンリンクパケットを複数のWLANクライアントステーション(STA)にダウンリンクチャネルを通じて送信し、アップリンクパケットを前記複数のSTAからアップリンクチャネルを通じて受信するように構成された送受信機と、
前記送受信機に結合されたプロセッサと
を備え、
前記プロセッサは、
前記複数のSTAに、前記複数のSTAに対応するそれぞれの複数のチャネルサウンディングパケットを前記アップリンクチャネルで送信する要求を送出し、
前記要求に応答して前記複数のSTAから前記複数のチャネルサウンディングパケットを受信し、
受信した前記複数のチャネルサウンディングパケットに基づいて、前記複数のSTAのうちの少なくともサブセットに向けた次の送信ビームを定めるビームフォーミング行列を計算し、
前記ビームフォーミング行列に従って、前記複数のSTAのうちの1つ又は複数に前記一連のアンテナを介して1つ又は複数のダウンリンクデータパケットを送信する
ように構成される、WLANのAP。 - 前記プロセッサは、トリガーフレームを前記複数のSTAに送出することにより前記要求を送出するように構成され、前記トリガーフレームによって、前記複数のSTAは前記複数のチャネルサウンディングパケットを同時に送信することになる、請求項1に記載のWLANのAP。
- 前記プロセッサは、受信したそれぞれの前記複数のチャネルサウンディングパケットに基づいて、複数のSTA固有のチャネル応答を推定することにより、また前記複数のSTA固有のチャネル応答から前記ビームフォーミング行列を導き出すことにより、前記ビームフォーミング行列を計算するように構成される、請求項1又は2に記載のWLANのAP。
- 前記プロセッサは、予め定められた相互に直交する一連の空間ストリームのうち、それぞれの前記複数のSTAがそれぞれの前記複数のチャネルサウンディングパケットを送信するのに用いられる1つ又は複数の識別可能な空間ストリームを、前記要求において、前記複数のSTAの各STAに割り当てるように構成される、請求項1から3のいずれか一項に記載のWLANのAP。
- 前記プロセッサは、前記複数のチャネルサウンディングパケットを同時に受信し、割り当てられた相互に直交する識別可能な前記空間ストリームの識別情報に基づいて、前記複数のチャネルサウンディングパケットを分離するように構成される、請求項4に記載のWLANのAP。
- 前記プロセッサは、前記ビームフォーミング行列に、前記送受信機のアップリンク応答とダウンリンク応答との間の差異を補償する校正をかけるように構成される、請求項1から5のいずれか一項に記載のWLANのAP。
- 前記プロセッサは、前記複数のチャネルサウンディングパケットで送信されるチャネルサウンディングシンボルの最小数を前記要求に指定するように構成される、請求項1から6のいずれか一項に記載のWLANのAP。
- 前記プロセッサは、予め定められた信号レベルの閾値を上回る信号レベルで、アップリンクパケットを前記WLANのAPで以前に受信したSTAだけを前記複数のSTAに含めるように構成される、請求項1から7のいずれか一項に記載のWLANのAP。
- 前記プロセッサは、前記APの前記一連のアンテナに対する空間方向が、予め定められた空間基準に従って互いに異なるSTAだけを前記複数のSTAに含めるように構成される、請求項1から7のいずれか一項に記載のWLANのAP。
- 無線ローカルエリアネットワーク(WLAN)通信の方法であって、
2つ又はそれより多くのアンテナを有する一連のアンテナを含むWLANのアクセスポイント(AP)から、複数のWLANクライアントステーション(STA)に、前記複数のSTAに対応するそれぞれの複数のチャネルサウンディングパケットをアップリンクチャネルで送信する要求を送出する段階と、
前記要求に応答して前記複数のSTAから前記複数のチャネルサウンディングパケットを受信する段階と、
受信した前記複数のチャネルサウンディングパケットに基づいて、前記複数のSTAのうちの少なくともサブセットに向けた次の送信ビームを定めるビームフォーミング行列を計算する段階と、
前記ビームフォーミング行列に従って、前記複数のSTAのうちの1つ又は複数に前記一連の複数のアンテナを介して1つ又は複数のダウンリンクデータパケットを送信する段階と
を備える、方法。 - 前記要求を送出する段階は、トリガーフレームを前記複数のSTAに同時に送出する段階を含み、前記トリガーフレームによって、前記複数のSTAは前記複数のチャネルサウンディングパケットを同時に送信することになる、請求項10に記載の方法。
- 前記ビームフォーミング行列を計算する段階は、受信したそれぞれの前記複数のチャネルサウンディングパケットに基づいて、複数のSTA固有のチャネル応答を推定する段階と、前記複数のSTA固有のチャネル応答から前記ビームフォーミング行列を導き出す段階とを含む、請求項10又は11に記載の方法。
- 前記要求を送出する段階は、予め定められた相互に直交する一連の空間ストリームのうち、それぞれの前記複数のSTAがそれぞれの前記複数のチャネルサウンディングパケットを送信するのに用いられる1つ又は複数の識別可能な空間ストリームを、前記要求において、前記複数のSTAの各STAに割り当てる段階を含む、請求項10から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記複数のチャネルサウンディングパケットを受信する段階は、前記複数のチャネルサウンディングパケットを同時に受信する段階と、割り当てられた相互に直交する識別可能な前記空間ストリームの識別情報に基づいて、前記複数のチャネルサウンディングパケットを分離する段階とを含む、請求項13に記載の方法。
- 前記方法はさらに、前記ビームフォーミング行列に、前記APのアップリンク応答とダウンリンク応答との間の差異を補償する校正をかける段階を備える、請求項10から14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記要求を送出する段階は、前記複数のチャネルサウンディングパケットで送信されるチャネルサウンディングシンボルの最小数を前記要求に指定する段階を含む、請求項10から15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法はさらに、予め定められた信号レベルの閾値を上回る信号レベルで、アップリンクパケットを前記APで以前に受信したSTAだけを前記複数のSTAに含める段階を備える、請求項10から16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法はさらに、前記APの前記一連のアンテナに対する空間方向が、予め定められた空間基準に従って互いに異なるSTAだけを前記複数のSTAに含める段階を備える、請求項10から16のいずれか一項に記載の方法。
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