(57)【要約】  周波数ホッピング拡散スペクトル、好ましくはブルーツースピコネットを動作する方法であって、時分割デュープレックス周波数ホッピングチャンネルを経て通信する中央ノード及び従属ノードを備え、これら中央ノード及び従属ノードの送信に対して交互に時間方向に周波数／タイムスロットが割り当てられ、前記従属ノードの第１は、前記従属ノードの別のものへ中央ノードが送信した周波数／タイムスロットに対して時間方向に直後に続く周波数／タイムスロットでは送信が許されない方法において、前記中央ノードは、チャンネル内の悪い性能の周波数バンドのブラックリストを維持し、そしてブラックリストされた周波数バンドにおいて考えられる従属ノード送信に割り当てられた周波数／タイムスロットに対して時間方向に直前に続く周波数／タイムスロットでダミーパケットを送信するという段階を備えた方法。
2005513974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ホッピング拡散スペクトルを動作する方法であって、時分割デュープレックス周波数ホッピングチャンネルを経て通信する中央ノード及び従属ノードを備え、これら中央ノード及び従属ノードの送信に対して交互に時間方向に周波数／タイムスロットが割り当てられ、前記従属ノードの第１は、前記従属ノードの別のものへ中央ノードが送信した周波数／タイムスロットに対して時間方向に直後に続く周波数／タイムスロットでは送信が許されない方法において、
前記中央ノードは、チャンネル内の悪い性能の周波数バンドのブラックリストを維持し、そしてブラックリストされた周波数バンドにおいて考えられる従属ノード送信に割り当てられた周波数／タイムスロットに対して時間方向に直前に続く周波数／タイムスロットでダミーパケットを送信する、
という段階を備えた方法。
【請求項２】
前記中央ノードは、ブラックリストされた周波数／タイムスロットでの送信を控える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
悪い性能の周波数バンドのブラックリストを維持する手段と、
ブラックリストされた周波数バンドにおいて考えられるスレーブノード送信に割り当てられた周波数／タイムスロットに対して時間方向に直前に続く周波数／タイムスロットでダミーパケットを送信する手段と、
を備えたブルーツースノード。
【請求項４】
前記ブラックリストに基づいて所与の周波数／タイムスロットでの送信を控えるための手段を備えた請求項３に記載のブルーツースノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数ホッピング拡散スペクトル通信システムに係る。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの国々では、工業科学医療即ちＩＳＭバンド（２．４ＧＨｚレンジ）として一般に知られているスペクトルの部分がほとんど規制されておらず、これは、このバンドで電子送信を行なうのに認可を必要としないことを意味する。
【０００３】
スペクトルのこの非抑制部分では、周波数ホッピング拡散スペクトルシステムが良好な性能をもつことが分かっている。これらのシステムでは、変調された情報信号のキャリア周波数が、ホップセットと称される１組の考えられる周波数の別の（又はおそらく同じ）周波数へ周期的に変化し又はホップする。ホッピングシーケンスは、拡散コードにより支配される。図１は、周波数ホッピング拡散スペクトルシステムの２つのノード間の例示的通信の時間／周波数占有度を示す。従って、周波数ホッピング拡散スペクトルシステムは、スペクトルの部分間で連続的にホッピングするので、特定領域における狭帯域干渉の影響が制限される。
【０００４】
本発明は、例えば、スペクトルの固定領域で動作するマイクロ波オーブンやＷＬＡＮネットワークのような「持続的干渉体」の存在中で周波数ホッピング拡散スペクトル通信システムを動作することに関する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
持続的干渉体は、この種のシステムに対して２つの個別の問題を引き起こす。
（ｉ）「システム性能」
周波数ホッピング拡散スペクトルシステムそれ自体の使用は、持続的干渉体により生じるシステム性能の低下を制限するが、特に多数の持続的干渉体が存在する場合にシステム性能への影響が顕著になる。
（ii）「システム互換性」
ＷＬＡＮは、データを大きなパケットで送信することがしばしばある。大きなパケットの送信中にＷＬＡＮにより使用されるスペクトルの領域へ規則的にホッピングする近傍の周波数ホッピング拡散スペクトルが存在すると、ＷＬＡＮ性能に甚大な影響が及ぶことになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような背景に鑑み、本発明によれば、周波数ホッピング拡散スペクトルを動作する方法であって、時分割デュープレックス周波数ホッピングチャンネルを経て通信する中央ノード及び従属ノードを備え、中央ノード及び従属ノードの送信に対して交互に時間方向に周波数／タイムスロットが割り当てられ、前記従属ノードの第１は、前記従属ノードの別のものへ中央ノードが送信した周波数／タイムスロットに対して時間方向に直後に続く周波数／タイムスロットでは送信が許されない方法において、前記中央ノードは、チャンネルにおける悪い性能の周波数バンドのブラックリストを維持し、そしてブラックリストされた周波数バンドにおいて考えられる従属ノード送信に割り当てられた周波数／タイムスロットに対して時間方向に直前に続く周波数／タイムスロットでダミーパケットを送信するという段階を備えた方法が提供される。
【０００７】
これらの特徴により、中央ノードは、付加的な専用のシグナリングプロトコルを伴わずに悪い性能の周波数バンドの使用を予防的に妨げることができる。悪い性能の周波数バンドの使用を防止することにより、本発明の方法は、隣接するＩＳＭバンドシステムに対して非常に僅かな破壊的影響しか及ぼさない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図２は、ＩＳＭバンドで動作する一般的に５で示された周波数ホッピング拡散スペクトルシステムを示す。このシステム５は、ピコネットとして構成された５つのノードを備え、ノード１０は、マスターノードとして働き、そして他の４つのノードは、スレーブノード１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄとして働く。これらの装置は、好ましくはブルーツースプロトコルに基づいて動作する低電力ＲＦ装置である。システム５内では、マスターノード１０と、スレーブノード１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄのいずれかとの間で通信が両方向に行われる。スレーブノード自体の間で通信が直接行われることはない。
【０００９】
各ノード１０、１２は、同じハードウェア及び同じソフトウェアを有する同一のもので、所与のネットワークに対してマスターノード又はスレーブとして働くことができるか、或いはおそらく、第１ネットワークに対してマスターノードとして働くと同時に第２ネットワークに対してスレーブノードとして働くことができる。
【００１０】
より詳細には、図３を参照すれば、各ノード１０、１２は、送信器２０と、受信器３０と、制御プロセッサ４０とを備えている。送信器２０は、送信のためのベースバンドデータが制御プロセッサ４０により供給されるベースバンド変調器２１を含む。このベースバンド変調器は、変調されたデータ信号を発生し、それをアップコンバータ２２へ供給する。アップコンバータ２２は、変調されたデータ信号を、アンテナ２５により送信するために周波数シンセサイザー２３により指示された周波数へシフトする。周波数シンセサイザー２３の出力周波数は、コードジェネレータ２４により出力される拡散コードで制御される。受信器３０は、相補的な構造で構成される。ダウンコンバータ３２は、アンテナ３５を経て受信した信号を、周波数シンセサイザー３３の出力周波数で支配される低い周波数へシフトし、そしてこの周波数シフトされた信号を、ベースバンドデータへの復調のために復調器３１へ供給する。周波数シンセサイザーの出力周波数は、コードジェネレータ３４から出力されたローカル発生拡散コードにより制御される。同期・追跡回路３６は、ローカル発生のキャリアが受信キャリアに対して充分良好に同期し、受信信号の正しい拡散解除が可能となるように確保する。
【００１１】
図４は、システムの動作を示す図である。時間線１０８は、システムが種々の動作段階、即ち初期化１１０、評価１２０及び構成１３０にあることを示す。評価段階が行なわれる時間は、評価インターバルＴevalと称され、そして評価段階及び構成段階が行われる時間は、エポックＴepochと称される。
【００１２】
初期化の際に、各スレーブノード１２は、それがピコネットに加わるときに、マスターノードがスレーブノードをアドレスするところのローカルピコネットアドレスが与えられ、そして周波数バンドＦ１−Ｆ８より成る周波数レンジ内のホップ周波数Ｆをたどるように同期され、図１に示すホップシーケンスの部分は、Ｆ１、Ｆ５、Ｆ３、Ｆ２、Ｆ７、Ｆ２、Ｆ８、Ｆ６、Ｆ３であり、そしてそれに対応する時間／周波数スロットは、１００a-iと示される。ホップシーケンスの各タイムスロットは、中央ノード１０による送信（Ｄスロット）と、従属ノードによる送信（Ｕスロット）とに交互に指定される。ブルーツースでは、単一ピコネットにおけるスレーブの最大数が７である。システムパラメータ、例えば、Ｔeval及びＴepochも、この初期化段階にセットされる。
【００１３】
初期化の後、評価インターバルＴevalの間に、各スレーブノード１２とマスターノード１０との間の通信が図４のフローチャート（ｉ）で示すように行なわれる。
【００１４】
スレーブノード、例えば、ノード１２ａが、マスターノード１０へパケットを送信したい場合には、次に使用可能なＵタイム／周波数スロット、例えば、タイム／周波数スロット１００ａ（図１に示す）まで待機し、このタイム／周波数スロット１００ａの間に送信を行い（ステップ１２２）、そして次のＤスロット、即ちタイム／周波数スロット１００ｂ（図１に示す）にマスターノード１０から確認を待機する（ステップ１２４）。
【００１５】
タイム／周波数スロット１００ｂに確認（ＡＣＫ）が受信されない場合には、スレーブノード１２ａは、タイム／周波数スロット１００ａに送信されたパケットがマスターノード１２により適切に受信されなかったと仮定する（ステップ１２６）。到来するパケットをマスターノードが受信し損なうのは、同じシステムの別のスレーブノード１２ｂ−ｄにより試みられたパケット送信との衝突、異なるマスターノードを有する同様の隣接システムとの衝突、或いはマイクロ波又はＷＬＡＮネットワークのような前記持続的干渉体からの干渉のためである。
【００１６】
スレーブノード１２ａは、評価インターバルＴeval中に、各周波数帯域Ｆ１−８で送信を行なうように何回試みたかＴi、及びそれら回数のうち何回送信が成功したかＮＳiの記録を維持し、この情報から、ステップ１２８において、ローカル干渉インデックスＩFiを計算する（この例示的システムでは、チャンネルの周波数バンドが８つであるので、ｉ＝１から８である）。この場合、スレーブノード１２ａは、周波数バンドＦ１を占有するＵタイムスロット１００ａでパケット送信が試みられたので、ＩF1の新たな値を次の関係式に基づいて計算する。
ＩF1＝（Ｔ1−ＮＳ1）／Ｔ1                          （１）
【００１７】
このプロセスは、スレーブノード１２ａがパケットの成功裡な送信を失敗するたびに又はパケットの送信を始めて失敗したときに繰り返される。各スレーブノード１２は、同じプロセスを独立して実行する。
【００１８】
このように、各スレーブノード１２は、評価インターバルＴevalにわたり、チャンネルの各周波数バンドＦ１からＦ８がどのように干渉する傾向があるかのそれ自身のローカルビューのピクチャーを作り上げる。このピクチャーは、各スレーブノード１２に記憶される干渉インデックスＩFiにカプセル化される。
【００１９】
このインターバルの終りに、システムは、図４のフローチャート（ii）で示すように、構成段階１３０へ移行する。マスターノード１０は、Ｄタイム／周波数スロットに、選択されたノードへアドレスされたコマンドを放送し、そのローカル干渉インデックスＩFiを次のＵスロットにマスターノードへ送信する（ステップ１３２）。ステップ１３４では、アドレスされたスレーブ１２が要求を受け取り、そしてステップ１３６において、干渉インデックスＩFiを送信する。ステップ１３８、１４０及び１３２において、マスターノード１０は、それが干渉インデックスＩFiを適切に受け取らない場合に、次のＤタイム／周波数スロットで再度要求を行う。マスターノード１０は、各従属ノードに対してローカル干渉インデックスを首尾良く受信するまでこの質問プロセスを繰り返す（ステップ１４２）。
【００２０】
各スレーブノード１２からの干渉インデックスＩFiで、マスターノード１０は、チャンネルの各周波数バンドＦｉのシステム総合性能、特に、以前のインターバルＰtにわたるエラーなし送信のシステム総合確率を計算する（ステップ１４４）。
Ｐt（Ｆｉ）＝Σ（ＩFi／ｎ）                        （２）
但し、ｎ＝スレーブノードの数である。
【００２１】
これに基づき、ステップ１４６において、マスターノード１０は、最後の評価インターバル１２０にわたり各Ｐtを比較することにより最悪性能の周波数バンドを識別し、そして２つの最悪性能周波数のブラックリストを形成する。
【００２２】
現在エポックの終りに、即ち構成段階の後に、システムは、再び、評価段階１２０に入る。ここで、どの周波数が最悪性能であるかの知識を用意して、マスターノード１０、１２は、再びホップシーケンスＦをたどるが、（ｉ）マスターノード１０は、２つのブラックリストされた周波数バンドが不充分な性能であると分かっているのでこれら周波数バンドで送信することを省き、そして（ii）マスターノード１０は、ブラックリストされた周波数バンドで送信された周波数／タイムスロットに対して時間方向に直前に続く周波数／タイムスロットにダミーパケットを送信する。ダミーパケットは、スレーブノードが現在指定されていないスレーブノードピコネットアドレスにアドレスされる。ダミーパケットを送信することにより、マスターノード１０は、他の真のスレーブノード１２に、次のＵスロットが、アドレスされた（ダミー）スレーブノード１２の確認に指定されたことを通知し、そしてそれを行なう際に、間接的な手段により、ブラックリストされた周波数バンドでの送信を防止する。ピコネットがいっぱいで且つ７個のスレーブノードがある場合に、マスターノード１２は、スレーブノードの１つをパークモードに先制的に入れて、ダミーピコネットスレーブアドレスを解放する。パークモードにおいて、スレーブノードは、ピコネットと単に同期を維持し、マスターノードと再び通信できるようにする前に再アクチベートされる必要がある。
【００２３】
システムの動作は、前記したように続くが、第２及びその後の構成段階１３０の間には、パラメータＰt（Ｆｉ）が、パラメータα（但し、０≦α≦１）、及び以前の構成段階中に計算されたＰtの値Ｐt-1に基づいて調整される。
Ｐt（Ｆｉ）＝α．Ｐt（Ｆｉ）＋（１−α）．Ｐt-1（Ｆｉ）          （３）
【００２４】
Ｐt（Ｆｉ）のこの変更は、Ｐtを評価インターバルにわたる周波数バンド性能に反映させるだけでなく以前の評価インターバルにわたる性能履歴にも反映させるという作用を、αの値で左右される程度まで有する。
【００２５】
システム５がＷＬＡＮの付近で使用される状況をここで考える。このネットワークは、比較的長い情報パケットを、システム５に使用される周波数バンド内に入るスペクトルの領域で散発的に送信する。この隣接ＷＬＡＮの干渉の例が図５に１０２で示されている。図５に示すホッピングシーケンスＦの部分については、Ｆ７及びＦ８周波数バンドがＷＬＡＮの長いパケット送信で完全にスワンプされる。図１と比較すると、周波数／タイムスロット１００ｅ及び１００ｇが無用にされたことが明らかである。図５ではホッピングシーケンスの僅かな部分しか見えないが、ＷＬＡＮの送信が評価インターバルの大部分に対しＦ７及びＦ８を破壊したと仮定すれば、Ｆ７、Ｆ８の使用を試みるいかなるスレーブノード１２も著しい成功におそらく遭遇しないことが明らかであろう。その結果、全てのスレーブノードは、評価段階１２０の間に、前記式（１）に基づいてＩF7及びＩF8に対するローカル干渉インデックスを計算し、これらは、周波数バンドＦ１−６のインデックスより著しく小さい。従って、構成段階１３０の間に、マスターノード１０は、各スレーブノード１２からローカル干渉インデックスを収集し、式（２）に基づいて各周波数Ｆ１−Ｆ８に対するエラーなし送信Ｐtのシステム総合確率を計算し、そして式（３）に関して経歴情報に基づいてそれを調整し、更に、マスターノードは、周波数バンドＦ７及びＦ８を、最悪性能の、即ち最も干渉する周波数バンドとして識別し、従って、それらをブラックリストに入れる（ステップ１４６）。次の評価段階１２０の始めに、どの周波数バンドがブラックリストに入れられたかのこの知識により、マスターノード１０は、ブラックリストされた周波数バンドに入る周波数／タイムスロットでの送信を控える。図１を参照すれば、ここに示す例においてＦ７又はＦ８で送信されるＤスロットは存在しないことが明らかである。しかしながら、Ｆ７で送信される１００ｅと、Ｆ８で送信される１００ｇの２つのＵスロットが存在する。これら周波数／タイムスロットにおける送信を防止するために、マスターノード１０は、ダミースレーブノード、例えば、第５スレーブノード１２ｅへ送信を行い、該ノードは、存在しないために図１には示されていない。この送信により、全てのスレーブノード１２ａ−ｄは、直後のＵスロット１００ｅ及び１００ｇで送信することが許されない。このように、システム５は、図６に示すように、ローカル環境におけるＲＦホットスポットを前もって回避することに向けられる。これは、それ自身のシステム性能を改善するだけでなく、システム５を隣接システム例えばＷＬＡＮに対しＲＦに関してより社交的なものにする。
【００２６】
ある周波数帯域がブラックリストに入れられると、システムによりもはや使用されず、従って、スレーブノードによって新しい干渉インデックスが計算されない。それ故、マスターノード１０は、ステップ１４６において次のエポックについてブラックリストされたチャンネルに基づき決定するときに、現在ブラックリストされたチャンネルが、ブラックリストされる直前に有していた干渉インデックスの値にβxを乗じたものを、非ブラックリストの周波数バンドから新たに収集される干渉インデックスと比較する基礎として使用し、ここで、β＜１であり且つｘは周波数バンドがブラックリストに入れられたところのエポックの数である。
【００２７】
システムパラメータα及びβの選択は、所与の周波数バンドがどんな環境のもとにありそしてどれほど長くブラックリストに入れられるかに著しく影響することが明らかである。例えば、αの値が大きいほど、以前の評価段階１２０のみにおいて環境に与えられる重みが大きくなる。これに対して、αの値が小さい場合には、過去の環境の条件に大きな重みが与えられる。βに関して、βが小さい場合には、ブラックリストされたチャンネルは、βが１に近いときと比較してブラックリストから外れるチャンスが大きくなる。
【００２８】
説明を容易にし且つ簡略化するために、簡単な実施形態について説明されたことが明らかである。例えば、チャンネルにおける周波数バンドの数は８であった。しかし、実際のシステムでは、おそらく更に多くの周波数バンドがある。ＦＣＣ条例では、ＩＳＭバンドで動作する本発明の周波数ホッピングシステムは、考えられる使用可能な７９の周波数バンドのうちの７５へホップしなければならない。ここに述べる実施形態では、２つの周波数バンドがブラックリストに入れられた。実際には、この数は、政府条例で規定されてもよいし又は少なくとも制約されてもよい。
【００２９】
本発明のここに述べた実施形態では、マスターノード１０は、スレーブノード１２に順に質問することにより干渉インデックスＩFiを調べた。別の実施形態では、スレーブノードが、所定時間後にこの情報を送信することができる。この場合、もちろん、スレーブノードがこの情報をマスターノードに発送するためのタイミングは、スレーブノード間の過剰な衝突を防止するために全てのスレーブノードが同じＵスロットにアクセスするようなものでなければならない。
【００３０】
本発明の前記実施形態では、周波数バンドごとに評価周期が実質的に異なるものであるが、他の実施形態では、ノードごとに評価周期が異なってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】周波数ホッピング拡散スペクトル通信システムの時間／周波数占有度を示す図である。
【図２】５つのノードを有する周波数ホッピング拡散スペクトル通信システムを示す図である。
【図３】図２のノードに対するハードウェアブロック図である。
【図４】システムの動作を示す図である。
【図５】持続的干渉体の存在中での図２のシステムのチャンネルの時間／周波数占有度を示す図である。
【図６】ブラックリストされた２つの周波数バンドがホップセットから除去された図２のシステムのチャンネルの時間／周波数占有度を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2005513974.tif 000009
2005513974.tif 000010
2005513974.tif 000011