(57)【要約】  無線通信に関係するシステムおよび技術が開示される。システムおよび技術は、無線通信に関与し、プロセス、モジュール、または通信端末が、複数のタイムスロットをもつフレームにおける通信をスケジュールする。プロセス、モジュール、または通信端末は、２つの端末間で送信される情報を、フレーム内のタイムスロットのブロックに割り当てて、フレーム数の関数である置換関数を使用して、フレーム内のタイムスロット割り当てを並べ換えるのに使用され得る。【選択図】    図８
2007518364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタイムスロットをもつフレームにおける通信をスケジュールする方法であって、
２つの端末間で送信される情報を、フレーム内のタイムスロットのブロックに割り当てることと、
フレーム数の関数である置換関数を使用して、フレーム内のタイムスロット割り当てを並べ換えることとを含む方法。
【請求項２】
２つの端末が第１のピコネット内にある方法であって、第２のピコネット内の端末と、第１および第２のピコネットに属しているブリッジ端末との間の送信のための１つ以上のタイムスロットを判断することと、判断された１つ以上のタイムスロットを、第１のピコネット内の２つの端末のためのタイムスロット割り当てにおける制約として使用することとをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
置換関数が、初期シードの関数でもある請求項１記載の方法。
【請求項４】
２つの端末がピコネット内にあり、初期シードがピコネットに固有のものである請求項３記載の方法。
【請求項５】
初期シード、フレーム数、およびタイムスロット割り当てを２つの端末の各々に与えることをさらに含む方法であって、割り当てられたタイムスロットの並べ換えが、２つの端末の各々において行なわれる請求項３記載の方法。
【請求項６】
２つの端末が第１のピコネット内にあり、初期シードが第１のピコネットに固有のものである方法であって、第１のピコネットのための初期シードおよびフレーム数を、第２のピコネット内の端末に与えることをさらに含む請求項３記載の方法。
【請求項７】
２つの端末が第１のピコネット内にあり、初期シードが第１のピコネットに固有のものである方法であって、第２のピコネット内の端末から異なる初期シードおよびフレーム数を受信することをさらに含む請求項３記載の方法。
【請求項８】
第２のピコネット内の端末から、第２のピコネット内の端末と、第１および第２の両者のピコネットに属しているブリッジ端末との間で送信される情報のためのタイムスロット割り当てを受信することをさらに含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
第２のピコネットの置換関数を使用して、第２のピコネット内の端末とブリッジ端末との間の送信のための受信したタイムスロット割り当てを並べ換えることと、第１のピコネットのための置換関数を使用して、第２のピコネット内の端末とブリッジ端末との間の送信のための並べ換えられたタイムスロットをデマップすることと、２つの端末の対間で送信される情報のためのタイムスロット割り当てのブロックにおける制約として、デマップされた並べ換えられたタイムスロット使用することとをさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
２つの異なる端末間で送信される追加情報を識別することと、情報のためのタイムスロット割り当てのブロックの少なくとも一部分に追加情報を割り当てることとをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
第１の拡散符号を情報に、第２の拡散符号を追加情報に割り当てることをさらに含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
遠隔端末と通信するために、フレーム内のタイムスロット割り当てのブロックを受信するように構成されたトランシーバと、
フレーム数の関数である置換関数を使用して、フレーム内のタイムスロット割り当てを並べ換えるように構成された制御装置とを含む通信端末。
【請求項１３】
置換関数が、初期シードの関数でもある請求項１２記載の通信端末。
【請求項１４】
トランシーバが、マスタ端末から、初期シード、フレーム数、およびタイムスロット割り当てを受信するようにも構成されている請求項１３記載の通信端末。
【請求項１５】
初期シードが、マスタ端末を固有に識別する請求項１４記載の通信端末。
【請求項１６】
トランシーバが、並べ換えられたタイムスロット割り当て中に、遠隔端末と通信するようにも構成されている請求項１２記載の通信端末。
【請求項１７】
通信時にスペクトラム拡散処理を行うように構成されたプロセッサをさらに含む請求項１６記載の通信端末。
【請求項１８】
第１のピコネット内で動作するように構成された通信端末であって、
第１および第２のピコネットに属しているブリッジ端末と、第２のピコネット内の端末との間の送信のためのフレーム内のタイムスロット割り当てのブロックを受信するように構成されたトランシーバと、
第２のピコネットのための置換関数を使用して、フレーム内のタイムスロット割り当てを並べ換えて、第１のピコネットの置換関数を使用して、フレーム内の並べ換えられたタイムスロットをデマップし、デマップされたタイムスロットを、第１のピコネット内の２つの端末間の送信のためのフレーム内のタイムスロットのブロックを割り当てる制約として使用するように構成され、第１のピコネットのための置換が、第２のピコネットのための置換関数と異なるスケジューラとを含む通信端末。
【請求項１９】
トランシーバが、２つの端末間の送信のためのタイムスロット割り当てのブロックを、２つの端末の各々へ送信するようにも構成されている請求項１８記載の通信端末。
【請求項２０】
第１のピコネットのための置換関数が、第１のピコネットに関係する初期シードおよびフレーム数の関数であり、第２のピコネットのための置換関数が、第２のピコネットに関係する初期シードおよびフレーム数と関係している請求項１８記載の通信端末。
【請求項２１】
第１のピコネットのための初期シードが、通信端末を固有に識別する請求項２０記載の通信端末。
【請求項２２】
トランシーバが、第２のピコネットのための初期シードおよびフレーム数を受信し、第２のピコネットのための受信した初期シードおよびフレーム数をスケジューラに与えるようにも構成されている請求項２０記載の通信端末。
【請求項２３】
スケジューラが、第１のピコネット内の２つの端末間の送信に拡散符号を割り当てるようにも構成され、トランシーバが、第１のピコネット内の２つの端末の各々に拡散符号を送信するようにも構成されている請求項１８記載の通信端末。
【請求項２４】
遠隔端末と通信するために、フレーム内のタイムスロット割り当てのブロックを受信する手段と、
フレーム数の関数である置換関数を使用して、フレーム内のタイムスロット割り当てを並べ換える手段とを含む通信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概ね、無線通信、より具体的には、無線通信のための種々の時間ホッピングシステムおよび技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線通信において、アクセスネットワークは、一般に、多数の移動デバイスの通信を支援するために使用されている。これらのアクセスネットワークは、通常、地理的領域全体に分散している多数の固定サイトの基地局と共に実施される。地理的領域は、一般に、セルとして知られている、より小さい領域に細分されている。各基地局は、その各々のセル内の全移動デバイスにサービスするように構成され得る。その結果、アクセスネットワークは、異なるセルラ領域全体における種々のトラヒック要求の責任を負うように、容易に再構成され得ない。
【０００３】
従来のアクセスネットワークとは対照的に、暫定的なネットワークは、動的である。暫定的なネットワークは、しばしば端末と呼ばれる多数の無線通信デバイスが一緒に結合して、ネットワークを形成することを決定するときに形成され得る。暫定的なネットワーク内の端末は、ホストおよびルータの両者として動作するので、ネットワークは、より効率的なやり方で既存のトラヒック要求を満たすように、容易に再構成され得る。さらに加えて、暫定的なネットワークは、従来のアクセスネットワークによって必要とされたインフラストラクチャを必要とせず、暫定的なネットワークは将来に対する魅力的な選択になる。
【０００４】
ピアツーピア接続から成る完全に暫定的なネットワークは、一般に、非常に非能率的な通信をもたらす。効率を向上するために、端末は、それら自身をピコネットの集合に編成し得る。“ピコネット”は、相互に非常に近接した端末のグループである。ピコネットは、ピコネット内の端末の通信媒体へのアクセスをスケジュールするマスタ端末をもち得る。
【０００５】
多数の多元接続技術が、暫定的なネットワークにおける通信を支援するために存在する。例えば、周波数分割多元接続(Frequency Division Multiple Access, FDMA)方式は、非常に一般的な技術である。ＦＤＭＡは、通常、全帯域幅の別個の部分を、ピコネット内の２つの端末間の個々の通信に割り振ることに関与する。この方式は、不断の通信に効果的であり得るが、このような、連続の、不断の通信が要求されないときは、全帯域幅がより良く使用され得る。
【０００６】
他の多元接続方式は、時分割多元接続（Time Division Multiple Access, TDMA）を含む。これらのＴＤＭＡ方式は、不断の通信を要求しない多くの端末間で、制限された帯域幅を割り振るのに、とくに効果的であり得る。ＴＤＭＡ方式は、通常、指定された時間間隔における２つの端末間の各通信チャネルに全帯域幅を確保する。
【０００７】
符号分割多元接続(Code Division Multiple Access, CDMA)技術は、ＴＤＭＡと共に使用され、各時間間隔中に多数の通信を支援し得る。これは、搬送波を変調し、それによって、信号を拡散する異なる符号を用いて、指定された時間間隔において、各通信または信号を送信することによって達成され得る。送信信号は、受信機端末において、対応する符号を使用して、目的の信号を逆拡散する復調器によって分離され得る。符号が整合しない、目的としていない信号は、逆拡散されず、単に雑音をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スペクトラム拡散通信を使用するＴＤＭＡシステムでは、各マスタ端末は、過度の相互干渉を引き起こさないように、自身のピコネット内の送信をスケジュールし得る。しかしながら、他のピコネットからの干渉、すなわち“ピコネット間干渉（inter-piconet interference）”を管理するのは、より困難であり得る。ピコネット間干渉の管理は、一般に、多数のピコネット全体の送信スケジュールの調整に関与する。このアプローチは、少数のマスタ端末間では実行可能であり得るが、より大きいネットワークでは、遅延をスケジュールすること、および過剰なオーバーヘッドのために、問題を含み得る。したがって、ピコネット間干渉の問題に対処する、より頑強で、効率的なスケジューリングアルゴリズムが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の1つの態様では、複数のタイムスロットをもつフレームにおける通信をスケジュールする方法は、２つの端末間で送信される情報を、フレーム内のタイムスロットのブロックに割り当てることと、フレーム数の関数である置換関数を使用して、フレーム内のタイムスロットの割り当てを並べ換えることとを含む。
【００１０】
本発明の別の態様では、通信端末は、遠隔端末と通信するために、フレーム内のタイムスロット割り当てのブロックを受信するように構成されたトランシーバと、フレーム数の関数である置換関数を使用して、フレーム内のタイムスロット割り当てを並べ換えるように構成された制御装置とを含む。
【００１１】
本発明のまた別の態様では、第１のピコネット内で動作するように構成された通信端末は、第１および第２のピコネットに属しているブリッジ端末と、第２のピコネット内の端末との間の送信のためのフレーム内のタイムスロット割り当てのブロックを受信するように構成されたトランシーバと、第２のピコネットのための置換関数を使用して、フレーム内のタイムスロット割り当てを並べ換えて、第１のピコネットのための置換関数を使用して、フレーム内の並べ換えられたタイムスロットをデマップし、デマップされたタイムスロットを、第１のピコネット内の２つの端末間の送信のためのフレーム内のタイムスロットのブロックを割り当てる制約として使用するように構成され、第１のピコネットのための置換が、第２のピコネットのための置換関数と異なるスケジューラとを含む。
【００１２】
本発明のまた別の態様では、通信端末は、遠隔端末と通信するために、フレーム内のタイムスロット割り当てのブロックを受信する手段と、フレーム数の関数である置換関数を使用して、フレーム内のタイムスロット割り当てを並べ換える手段とを含む。
【００１３】
当業者には、本発明の他の実施形態が、本発明の種々の実施形態が例示的に示され、記載されている次の詳細な説明から容易に明らかになることが分かる。認識されるように、本発明は、他の、および異なる実施形態が可能であり、その幾つかの細部は、種々の他の点において、全てが本発明の意図および範囲から逸脱することなく変更することができる。したがって、図面および詳細な記述は、本質的に例示的であって、限定的ではないと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の態様は、添付の図面において、制限的にではなく、例示的に示されている。
【００１５】
添付の図面に関連して後述される詳細な記述は、本発明の種々の実施形態の記述として意図されており、本発明が実行され得る唯一の実施形態を表わすことを意図されていない。この開示に記載されている各実施形態は、単に、本発明の例または例証として与えられており、他の実施形態よりも好ましい、または優れていると必ずしも解釈されるべきはでない。詳細な記述は、本発明を完全に理解させるために、具体的な詳細を含んでいる。しかしながら、当業者には、本発明が、これらの具体的な詳細がなくても実行され得ることが明らかであるだろう。幾つかの例において、本発明の概念を不明瞭にするのを避けるために、周知の構造およびデバイスがブロック図の形で示されている。頭字語および他の説明的な用語は、単に、便宜的に、および分かり易くするために使用されており、本発明の範囲を制限することを意図されていない。
【００１６】
次の詳細な記述では、本発明の種々の態様が、超広帯域(Ultra Wide Band, UWB)無線通信システムに関連して記載され得る。これらの発明の態様は、この応用に使用するのによく適しているかもしれないが、当業者には、これらの発明の態様が、種々の他の通信環境で使用するのにも適用可能であることが容易に分かるであろう。したがって、ＵＷＢ通信システムへの何れの参照も、発明の態様を、このような発明の態様が広範囲の応用をもつという認識をもって示すことのみを意図されている。
【００１７】
図１は、無線通信システムにおけるピコネットのためのネットワークトポロジの例を示している。マスタ端末104が幾つかのメンバ端末106aないし106h間の通信を支援しているピコネット102が示されている。マスタ端末104は、ピコネット内のメンバ端末106の各々と通信することができ得る。メンバ端末106も、マスタ端末104の制御のもとで互いに直接に通信することができ得る。別途さらに詳しく記載されるように、ピコネット102内の各メンバ端末106は、ピコネット外の端末とも直接に通信することができ得る。
【００１８】
マスタ端末104は、ＴＤＭＡ、ＦＤＭＡ、ＣＤＭＡ、または別の多元接続方式のような、多元接続方式を使用して、メンバ端末106と通信し得る。本発明の種々の態様を示すために、図１に示されている無線通信システムは、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡの両者の技術を使用するハイブリッド多元接続方式に関連して記載される。当業者には、本発明がこのような多元接続方式に全く制限されないことが容易に分かるであろう。
【００１９】
ピコネットは、種々のやり方で形成され得る。例えば、端末は、最初に電源を入れられると、種々のピコネットマスタ端末からのパイロット信号をサーチし得る。各ピコネットマスタ端末からの同報通信されたパイロット信号は、変調されていないスペクトラム拡散信号、または別のタイプの基準信号であり得る。スペクトラム拡散通信において、各ピコネットマスタ端末に固有の擬似ランダムな雑音(psuedo-random noise, PN)符号は、パイロット信号を拡散するのに使用され得る。端末は、相関プロセスを使用して、全ての可能性のあるＰＮ符号をサーチして、マスタ端末からのパイロット信号、例えば、図１のマスタ端末104から同報通信されたパイロット信号の位置を特定し得る。パイロット信号は、マスタ端末104に同期するために、メンバ端末106によって使用され得る。スペクトラム拡散パイロット信号の獲得は、当技術においてよく知られている。
【００２０】
マスタ端末104は、高データレートの通信を管理するのに使用され得る。これは、マスタ端末104の最低または閾値データレートを支援することができる端末のみが、ピコネット102に加わるのことを可能にすることによって達成され得る。ＵＷＢ通信システムでは、例えば、伝搬条件に依存して、１．２２８８メガビット秒のデータレートが、３０ないし１００メートルの距離で支援され得る。これらのシステムでは、マスタ端末104は、少なくとも１．２２８８メガビット秒のデータレートを支援することができるメンバ端末106と共に、ピコネット102を編成するように構成され得る。より高いデータレートが望ましいときは、範囲はさらに制限され得る。例えば、１００メガビット秒のデータレートは、ＵＷＢシステムにおいて、１０メートルの範囲で達成され得る。
【００２１】
メンバ端末106は、マスタ端末104から同報通信されたパイロット信号を使用して、リンク品質を測定することによって、ピコネットの最低データレート要件を満たすことができるかどうかを判断するように構成され得る。既により詳しく記載されたように、端末は、相関プロセスによってパイロット信号を識別し得る。次に、当技術において周知の手段によってパイロット信号から搬送波対干渉(carrier-to-interference, C/I)比を計算することによって、リンク品質が測定され得る。次に、Ｃ／Ｉ比の計算に基づいて、メンバ端末106は、最低または閾値データレートが、同じく当技術において周知の手段によって支援され得るかどうかを判断し得る。メンバ端末106は、最低または閾値データレートが支援され得ると判断すると、マスタ端末104に登録することによってピコネット102に加わることを試み得る。
【００２２】
最低または閾値データレートで、２つ(またはそれ以上)のマスタ端末と通信することができるメンバ端末は、２つのピコネット間の“クラスタ内ブリッジ端末”になり、２つのピコネットは、同じクラスタのメンバになる。図２は、２つのピコネット102および204によって形成されたクラスタ202を示すネットワークトポロジの例である。クラスタ202の第１のピコネット102は、幾つかのメンバ端末106を支援しているマスタ端末104をもつ、図１に関連して記載されたものと同じピコネットである。クラスタ202の第２のピコネット204は、同じく幾つかのメンバ端末208を支援しているマスタ端末206を含んでいる。メンバ端末106aは、第１および第２の両者のピコネット、102および204のメンバであり、したがってクラスタ内ブリッジ端末である。２つのピコネット間に２つ以上のクラスタ内ブリッジがあるときは、それらの１つが、一次クラスタ内ブリッジに選ばれ、他のものは、二次ブリッジである。２つのピコネット102および204間の通信は、一次クラスタ内ブリッジ端末を通ってルーティングされ得る。
【００２３】
幾つかの例において、端末は、最低または閾値データレートを支援するのに十分な信号強度のパイロット信号を検出することができないことがある。これは、いくつかの理由に起因し得る。例えば、端末がマスタ端末から遠過ぎるかもしれない。その代わりに、伝搬環境が、必要データレートを支援するのに不十分であるかもしれない。何れの場合においても、端末は、既存のピコネットに加わることができず、したがって、自身のパイロット信号を送信することによって、孤立端末として動作し始め得る。図３は、図１のピコネット102に加わることができない無線端末302をもつネットワークトポロジの例を示している。
【００２４】
マスタ端末104は、メンバ端末106aのような“ピコネットの縁端部の端末”のように、多数のメンバ端末106を指定し得る。ピコネットの縁端部の端末の指定は、種々のメンバ端末106からのフィードバックに基づき得る。フィードバックは、ピコネット102の縁端部において位置を特定されたメンバ端末の大体の指示を与えるのに使用され得る。ピコネットの縁端部の端末106aは、孤立端末からのパイロット信号をサーチするタスクを割り当てられ得る。ピコネットの縁端部の端末106aは、図３に示されている孤立端末302のような、最低必要データレートを支援することができない孤立端末からのパイロット信号を検出すると、孤立端末302とピアツーピア接続を設定し得る。ピコネットの縁端部の端末106aは、孤立端末302とピコネット102内のメンバ端末106との間の通信を支援する“ピコネット間ブリッジ端末”になる。
【００２５】
孤立端末302は、新しいピコネットのためのマスタ端末になり得る。孤立端末302から十分な強さで同報通信されたパイロット信号を受信することができる他の端末は、そのパイロット信号を得て、この孤立端末のピコネットに加わることを試み得る。図４は、この種のネットワークトポロジの例を示している。第１のピコネット102は、幾つかのメンバ端末106を支援しているマスタ端末104をもつ、図１に関連して記載されたものと同じピコネットである。図３に関連して記載された孤立端末302は、第２のピコネット402のマスタ端末になる。第２のピコネット402内のマスタ端末302は、多数のメンバ端末406を支援するのに使用され得る。
【００２６】
種々のメンバ端末406からのフィードバックを使用して、第２のピコネット402内マスタ端末302は、ピコネットの縁端部の端末、例えば、メンバ端末406aのように、１つ以上のメンバ端末406を指定し得る。既により詳しく記載されたように、第１のピコネット102内のマスタ端末104も、ピコネットの縁端部の端末、例えば、メンバ端末106aのように、1つ以上のメンバ端末106を指定し得る。各ピコネットの縁端部の端末は、最低必要データレートを支援できない隣り合うピコネットのマスタ端末および孤立端末からのパイロット信号をサーチし得る。例えば、第１のピコネット102からのピコネットの縁端部の端末106aは、第２のピコネット402内のマスタ端末302から同報通信されたパイロット信号を検出すると、そのマスタ端末302との接続を設定し得る。マスタ端末302は、その接続を維持するか、またはその代わりに、第２のピコネット402内のピコネットの縁端部の端末406aを割り当てて、接続を維持し得る。ピコネットの縁端部の端末106aおよび406aは、“ピコネット間ブリッジ端末”と呼ばれ得る。第１のピコネット102内の端末と第２のピコネット402内の端末との間の通信は、ピコネット間ブリッジ端末106aおよび406aを介して支援され得る。
【００２７】
マスタ端末104は、周期的なフレーム構造を使用して、ピコネット内の通信、すなわち“ピコネット内通信”を調整し得る。このフレームは、種々の端末の通信媒体へのアクセスを与えるのに使用されるので、一般に、当技術において媒体アクセス制御（Medium Access Control, MAC）フレームと呼ばれる。フレームは、個々の応用および全体的な設計上の制約に依存する継続期間であり得る。説明のために、５ミリ秒のフレーム継続期間が使用されることになる。５ミリ秒のフレームは、６５０メガチップ秒の高チップレートおよび１９．２キロビット秒までのデータレートを支援する要求とに対応するのに合理的である。
【００２８】
図５には、ｎ個のフレーム502をもつＭＡＣフレーム構造の例が示されている。各フレームは、１６０個または別の数のタイムスロット504に分割され得る。スロットの継続期間は、３１．２５μsであり、これは、６５０メガチップ秒における２０，３１２．５チップに対応する。フレームは、オーバーヘッドのためにそのスロットの幾つかを確保し得る。例えば、フレーム502内の第１のスロット506は、スペクトラム拡散されたパイロット信号を全メンバ端末に同報通信するのに使用され得る。パイロット信号は、全スロット506の全体を占めるか、またはその代わりに、図５に示されている制御チャネルと時間を共有し得る。第１のスロット506の端部を占めている制御チャネルは、パイロット信号と同じ電力レベルで、全メンバ端末に同報通信されるスペクトラム拡散信号であり得る。マスタ端末は、この制御チャネルを使用して、ＭＡＣフレームの構成を定め得る。
【００２９】
マスタ端末は、ピコネット内通信をスケジュールすることを担当し得る。これは、図５内のタイムスロット508および510のような、フレーム内の種々のタイムスロットを占めている１本以上の追加のスペクトラム拡散制御チャネルの使用によって達成され得る。これらの追加の制御チャネルは、マスタ端末によって全メンバ端末に同報通信され、種々のスケジューリング情報を含み得る。スケジューリング情報は、ピコネット内の端末間の通信のためのタイムスロット割り当てを含み得る。図５に示されているように、これらのタイムスロットは、フレーム502のデータスロット部分512から選択され得る。端末間の各通信のための電力レベルおよびデータレートのような追加情報も含まれ得る。さらに加えて、マスタ端末は、ＣＤＭＡ方式を使用して、多数の端末の対を何れかの所与のタイムスロットに割り当て得る。この場合に、スケジューリング情報は、端末間の個々の通信に使用される拡散符号を割り当て得る。
【００３０】
図６は、端末の1つの可能な構成を示す概念ブロック図である。当業者には分かるように、端末の厳密な構成は、特定の応用および全体的な設計の制約に依存して変わり得る。分かり易さと完全性とのために、種々の発明の概念は、スペクトラム拡散能力をもつＵＷＢ端末に関連して記載されているが、このような発明の概念は、種々の他の通信デバイスにおいても使用するのに適している。したがって、スペクトラム拡散ＵＷＢ端末への何れの参照も、発明の種々の態様を、このような態様が広範囲の応用をもつという認識をもって示すことのみを意図されている。
【００３１】
端末は、アンテナ604に接続されたフロントエンドトランシーバ602と共に実施され得る。ベースバンドプロセッサ606は、トランシーバ602に接続され得る。ベースバンドプロセッサ606は、ソフトウェアベースのアーキテクチャ、または別のタイプのアーキテクチャと共に実施され得る。ソフトウェアベースのアーキテクチャは、とりわけ、端末がピコネット内のマスタまたはメンバ端末の何れかとして動作することを可能にする実行制御および全システム管理機能を与えるソフトウェアプログラムを実行するプラットフォームとしての役割を果たすマイクロプロセッサ(図示されない)と共に構成され得る。ベースバンドプロセッサ606は、アプリケーション別のアルゴリズムを実行し、マイクロプロセッサに対する処理要求を低減する、埋め込まれた通信ソフトウエアレイヤをもつディジタル信号プロセッサ(digital signal processor, DSP)(図示されない)も含み得る。ＤＳＰは、パイロット信号の獲得、時間の同期化、周波数の追跡、スペクトラム拡散処理、変調および復調機能、並びに順方向誤り訂正のような、種々の信号処理を与えるために使用され得る。
【００３２】
端末は、ベースバンドプロセッサ606に接続された種々のユーザインターフェース608も含み得る。ユーザインターフェースは、例えば、キーパッド、マウス、タッチスクリーン、ディスプレイ、リンガ（ringer）、バイブレータ、オーディオスピーカ、マイクロホン、カメラ、および／または他のものを含み得る。
【００３３】
図７は、ベースバンドプロセッサの例を示す概念ブロック図である。ベースバンドプロセッサ606は、トランシーバ602と共に示されている。トランシーバ602は、受信機702を含み得る。受信機702は、雑音および干渉がある状態で、目的の信号を検出する。受信機702は、目的の信号を抽出し、それらを、受信信号に含まれている情報がベースバンドプロセッサ606によって処理されることができるレベルまで増幅するのに使用され得る。
【００３４】
トランシーバ602は、送信機704も含み得る。送信機704は、ベースバンドプロセッサ606からの情報を搬送周波数上に変調するのに使用され得る。変調された搬送波は、ＲＦ周波数にアップコンバートされ、アンテナ604を介して自由な空間内へ放射するのに十分な電力レベルまで増幅され得る。
【００３５】
ベースバンドプロセッサ606は、パイロット信号獲得プロセスの結果に依存して、ピコネットのマスタまたはメンバ端末として端末を構成することを担当し得る。ベースバンドプロセッサ606が、ピコネットのメンバ端末として端末を構成するとき、受信端上の信号プロセッサ706は、１本以上の制御チャネル上でピコネットのマスタ端末によって同報通信されたスケジューリング情報を抽出するのに使用され得る。信号プロセッサ706は、ディジタル復調および順方向誤り訂正技術と共に、スペクトラム拡散処理を使用し、制御チャネルから関係するスケジューリング情報を抽出し、処理のために制御装置708にそれを与え得る。制御装置708は、スケジューリング情報を使用して、メンバ端末との間の種々の送信のためのタイムスロット、並びに各々の電力レベルおよびデータレートを判断し得る。
【００３６】
受信モードにおいて、制御装置708は、受信端上の信号プロセッサ706に、メンバ端末へのスケジュールされた送信のための、データレートおよび拡散情報を与えるのに使用され得る。この情報を使用して、信号プロセッサ706は、他の端末からの送信に埋め込まれた情報を適時に復元し、復元された情報を種々のユーザインターフェースに与え得る。
【００３７】
送信端上の信号プロセッサ710は、種々の他の端末に宛てられた情報を拡散するのに使用され得る。情報は、種々のユーザインターフェース608から送出され、送信がスケジュールされるまで、緩衝器712に記憶され得る。スケジュールされた時間において、制御装置708は、スペクトラム拡散処理のために、情報を緩衝器712から信号プロセッサ710に放出するのに使用され得る。信号プロセッサ710は、ディジタル変調および順方向誤り訂正技術も使用し得る。送信のデータレート、拡散符号、および電力レベルは、制御装置708によって信号プロセッサ710内へプログラムされ得る。その代わりに、送信電力レベルは、トランシーバ602内の送信機704において制御装置708によってプログラムされてもよい。
【００３８】
ベースバンドプロセッサ606は、ピコネットのマスタ端末として端末を構成するとき、スケジューラ714をイネーブルし得る。ベースバンドプロセッサ606のソフトウェアベースの実施において、スケジューラ714は、マイクロプロセッサ上で実行されるソフトウェアプログラムであり得る。しかしながら、当業者には容易に分かるように、スケジューラ714は、この実施形態に制限されず、本明細書に記載されている種々の機能を実行することができるハードウェア構成、ファームウェア構成、ソフトウェア構成、またはその組合せを含む、当技術において知られている他の手段によって実施され得る。
【００３９】
スケジューラ714は、ピコネット内通信を支援するスケジューリング情報を生成するのに使用され得る。スケジューリング情報は、任意の数の検討事項に基づいて、または任意の既知のスケジューリングアルゴリズムにしたがって、あるいはこの両者で導き出され得る。例えば、スケジューリング情報は、音声通信が高待ち時間通信に対して優先される優先システムに基づいて生成され得る。スケジューラ714は、スループットを最大化するために、高データレート送信も優先し得る。スループットは、スペクトラム拡散技術を使用して、並列送信をスケジュールすることによって、さらに増加され得る。並列通信に関わる端末の対を注意深く選択することによって、ピコネット内干渉が管理され得る。端末の対間で転送されるデータ量と、そのような端末の対によって既に経験された遅延とを考慮する公平性の基準も考慮され得る。他の要素が考慮されることもあり、本発明の範囲内である。当業者には、既存のスケジューリングアルゴリズムを、何か特定のピコネットの応用に適応させることが容易にできるであろう。
【００４０】
ピコネット間干渉は、時間ホッピング技術の使用によって管理され得る。“時間ホッピング”は、ピコネット内の２つの端末の対間の通信が、呼を処理するために、ＭＡＣフレーム内のタイムスロットのブロックを割り当てられ、その後で、各送信前に、“並べ換え”または“ランダム化”されるプロセスを指す。ＭＡＣフレーム内のタイムスロットを“並べ換えること”または“ランダム化すること”は、本明細書において、“置換”と呼ばれ得る。各ＭＡＣフレームは、擬似ランダムな置換順序にしたがう、異なる置換をもち得る。
【００４１】
ピコネットの少なくとも1つの実施形態では、２つのメンバ端末間の呼のブロック割り当ては、マスタ端末内のスケジューラ714によって行われ、呼設定中に２つのメンバ端末へ送信され得る。次に、２つのメンバ端末の各々における制御装置708は、擬似ランダムな置換順序を使用して、全フレームのタイムスロット割り当てを並べ換えまたはランダム化し得る。より具体的には、制御装置708は、置換関数（ｇ）を使用して、各ＭＡＣフレームの置換を計算し得る。置換関数（ｇ）は、２つの入力パラメータ、すなわち、ピコネットに固有の初期シードおよびフレーム数の関数であり得る。初期シードは、例えば、メンバ端末が従属しているマスタ端末の識別子（identifier, ID）であり得る。マスタ端末のＩＤは、通常、ＭＡＣ ＩＤと呼ばれる。初期シードおよびフレーム数は、マスタ端末において維持され、呼設定中に種々のメンバ端末に与えられ得る。ｎをＭＡＣフレーム内のタイムスロット数であるとして、サイズｎの置換（ｐ）は、次の関係によって表わされ得る。
【００４２】
ｐ＝ｇ(初期シード、フレーム数)、
ｐ（ｉ）＝ｊ、ｉ，ｊ＝１．．．ｎ
置換関数(ｇ)は、ネットワーク内の全端末によって知られている。端末は、ピコネットに加わると、登録プロセス中に、そのピコネットのマスタ端末から、初期シードおよび現在のフレーム数を得る。このアプローチを用いると、置換関数に関係するデータは、全フレームではなく、登録プロセス中に１回のみ、マスタ端末から送られる必要がある。
【００４３】
接続が、異なるピコネット内の２つの端末間で設定されるとき、２つの端末間の置換関数（ｇ）は、同期化されるべきである。これは、種々のやり方で達成され得る。例えば、図２を参照すると、第１のピコネット102内の端末106が、第２のピコネット204内の端末208と呼を開始するとき、第１のピコネット102の初期シードおよび現在のフレーム数が、呼設定中に端末106から端末208に与えられ得る。この情報は、第２のピコネット204内の端末208が、第１のピコネット102内の端末106が全ＭＡＣフレームにおいて使用するのと同じ置換を生成するのを可能にする。
【００４４】
１つのＭＡＣフレームの置換の例は、図１、７、および８に関連して記載される。スロットのランダム化前のＭＡＣフレームは、図８の（Ａ）に示されている。スケジューラは、このＭＡＣフレームを使用して、既に記載されたスケジューリングの検討事項の何れかにしたがって、タイムスロットのブロックをピコネット内通信に割り当て得る。示されている例において、メンバ端末106fからメンバ端末106eへの第１の送信は、データスロット１ないし８に割り当てられている。第１の送信と同時に、メンバ端末106gからメンバ端末106bへの送信は、データスロット１ないし６に割り当てられ、マスタ端末104からメンバ端末106bへの送信は、データスロット７ないし８に割り当てられている。これらのデータスロットは、図８の（Ａ）および（Ｂ）において陰影付き領域として示されている。メンバ端末106eからメンバ端末106cへの後の送信は、データスロット９ないし１５に割り当てられ、メンバ端末106bからメンバ端末106gへは、データスロット９ないし１２に割り当てられている。これらのタイムスロットは、斜線で示されている。
【００４５】
送信端上の信号プロセッサ710は、呼設定中に、種々のメンバ端末への同報通信のために、トランシーバ602に与えられる前に、ブロック割り当てを拡散するのに使用され得る。マスタ端末に関与する通信において、関係するブロック割り当ては、スケジューラ714から制御装置708へ、直接に、または信号プロセッサ710を経由してルーティングされ得る。
【００４６】
適切な端末内の制御装置708は、送信前に、置換関数（ｇ）にしたがって、割り当てられたタイムスロットを“並べ換え”または“ランダム化”するのに使用され得る。図８の（Ｂ）は、１つのＭＡＣフレームの置換の例である。図８の（Ａ）および（Ｂ）から、データスロット１がデータスロット７、データスロット２がデータスロット１０、データスロット３がデータスロット１８、等にマップされるのが容易に分かるであろう。各ピコネットのために異なるやり方で全フレームを変更する置換を用いて、各ピコネットのＭＡＣフレームのデータスロットをマップすることによって、干渉平均効果は、各ピコネットによって確認される。
【００４７】
スケジューラは、ピアツーピア通信の時間の一部を除いて、定期的に設定され得る。この時間中に、ピコネット間ブリッジ端末は、孤立端末または遠いピコネットへ送信し得る。遠いピコネットへの送信は、そのマスタ端末またはそのピコネット間ブリッジ端末の何れかへであり得る。これらの送信は、高送信電力を必要とし、幾つかの例では、低データレートでのみ維持されることができる。高電力送信が通信するのに必要とされる状況では、スケジューラは、ピアツーピア通信を支援しているタイムスロットに、何れのピコネット内通信も割り当てないことを決定し得る。図９の（Ａ）は、垂直方向の線で示されているデータスロット１６ないし１８を割り当てられた、図３のピコネット間ブリッジ端末106aから孤立端末302への送信についてのＭＡＣフレームの置換を示している。データスロットは、図９の（Ｂ）に示されているように、置換関数にしたがって制御装置によってランダム化され得る。マスタ端末内のスケジューラは、孤立端末302へ送信するためにピコネット間ブリッジ端末106aに割り当てられたタイムスロットを、何れの他のピコネット内通信にも割り当てないことに注意すべきである。
【００４８】
図２に戻って、メンバ端末106aは、ピコネットクラスタ202を形成している２つのピコネット102および204間のクラスタ内ブリッジ端末として示されている。幾つかの実施形態では、クラスタ内ブリッジ端末106aは、両者のマスタ端末104および206からパイロット信号および制御チャネルを同時に受信するように構成され得る。他の実施形態では、クラスタ内ブリッジ端末106aは、一度に１つのマスタ端末からの送信のみを受信することができ得る。後者のアプローチは、クラスタ内ブリッジ端末106aにおける受信機の複雑さを低減し、したがって幾つかの応用において望ましいであろう。クラスタ内ブリッジ端末106aは、一度に１つのマスタ端末からの送信のみを受信することができるとき、マスタ端末の1つに、そのＭＡＣフレームの開始時間を調節するように信号を送り得る。したがって、クラスタ内の多数のピコネットは、時間がオフセットしているＭＡＣフレームを同期させ得る。
【００４９】
クラスタのピコネット間における異なる置換関数は、効率的な通信環境の実施に対して、ある特定の問題を提示し得る。例えば、クラスタ内ブリッジ端末106aから第２のピコネット204内のメンバ端末208への“ピコネット間通信”は、第１のピコネット102内のマスタ端末104によって、タイムスロットのブロックに割り当てられ得る。しかしながら、２つのピコネットは、異なる置換関数を使用するので、第２のピコネット204内の通信は、メンバ端末208における信号の受信を干渉し得る。
【００５０】
幾つかのアプローチが、この種の干渉を低減するか、または最小化するために使用され得る。例えば、クラスタ内ブリッジ端末106aが、高拡散率および低データレートを使用し、その結果、第２のピコネット204内で他の通信がある状態でさえ、メンバ端末208において信号を復号することができる。その代わりに、２つのピコネットは、それぞれのピコネット内通信を調整して、このタイプの干渉を回避してもよい。
【００５１】
ピコネット内通信を調整する例は、図２に示されている２つのピコネットクラスタを用いて示される。当業者は、本明細書に開示されている概念を、クラスタ内の任意の数のピコネットに容易に拡張することができるであろう。図２および７を参照して、各マスタ端末104および206は、ＭＡＣフレームにおいて、1本以上の制御チャネルによって、初期シードおよび現在のフレーム数を他方へ与え得る。これは、両者のマスタ端末104および206と通信するクラスタ内ブリッジ端末106aによって行われ得る。より具体的には、各マスタ端末のスケジューラ714は、スペクトラム拡散処理のためにベースバンドプロセッサ606にその初期シードおよび現在のフレーム数を与え、その系列をトランシーバ602を介して１本以上の制御チャネルによってクラスタ内ブリッジ端末106aに送信し得る。クラスタ内ブリッジ端末106aは、各マスタ端末104および206から受信した情報を他方のマスタ端末へ、ほぼ同じやり方で転送し得る。
【００５２】
次に、第１のピコネット102のマスタ端末104内のスケジューラ714は、クラスタ内ブリッジ端末106aと通信するために、タイムスロットのブロックを割り当て得る。呼設定中に、多数のタイムスロットが、マスタ端末104からクラスタ内ブリッジ端末106aへの送信を支援するために割り当てられ、多数のタイムスロットが、逆方向における送信を支援するために割り当てられ得る。これらのタイムスロットの割り当ては、１本以上の制御チャネルによってトランシーバ602を介してクラスタ内ブリッジ端末106aへ送信される前に、スペクトラム拡散処理のためにベースバンドプロセッサ606に与えられ得る。クラスタ内ブリッジ端末106aは、第１のピコネット102のマスタ端末104によって維持されている初期シードおよび現在のフレーム数の置換関数を使用して、タイムスロットの割り当てをランダム化し、通信のためのスケジュールされたタイムスロットを得ることができる。次に、これらのスケジュールされたタイムスロットは、クラスタ内ブリッジ端末106aから第２のピコネット204内のマスタ端末206へ同じやり方で転送され、マスタ端末206によって生成されたタイムスロット割り当てにおける制約になる。同様に、クラスタ内ブリッジ端末106aとの通信を支援するために、第２のピコネット202内のマスタ端末206によるブロック割り当てから得られるスケジュールされたタイムスロットは、第１のピコネット102内のマスタ端末104によって生成されるタイムスロット割り当てにおける制約になる。
【００５３】
タイムスロット割り当てにおける制約は、図２および１０を参照して、さらに示される。スロットのランダム化前の第１のピコネット102のＭＡＣフレームは、図１０の（Ａ）に示されており、スロットのランダム化後の同じＭＡＣフレームは、図１０の（Ｂ）に示されている。第２のピコネット204内のマスタ端末206がクラスタ内ブリッジ106aと通信するためにスケジュールされたタイムスロットは、図１０の（Ｂ）において、予約（RESERVED）と示されている。これらは、第２のピコネット204の置換関数を、マスタ端末206によって最初に割り当てられたタイムスロットのブロックに適用することによって得られるスケジュールされたタイムスロットである。次に、図１０の（Ｂ）内のこれらの予約のタイムスロットは、第１のピコネット102の置換関数を使用して、図１０の（Ａ）に示されている予約のタイムスロットへデマップされ得る。これらのタイムスロットは、第１のピコネット102におけるピコネット内通信をスケジュールするのに使用不可能である。
【００５４】
２つのマスタ端末104と206との間のピコネット間通信を調整する概念は、ピコネットクラスタ内の他の端末に拡張され得る。接続が、異なるピコネット内の２つの端末間で設定されるときは必ず、それらのピコネットのマスタ端末は、割り当てられたタイムスロットを、呼設定中は使用不可能であるとして計画することができる。このように、ピコネット間通信を、低減された干渉で行うことができる。
【００５５】
本明細書に開示されている実施形態に関連して記載されている種々の例示的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、ディジタル信号プロセッサ（digital signal processor, DSP）、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit, ASIC）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array, FPGA）または他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートなゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリートなハードウェア構成要素、あるいは本明細書に記載されている機能を実行するように設計されたその組合せで実施または実行され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、その代わりに、プロセッサは、従来のプロセッサ、制御装置、マイクロ制御装置、または状態機械であってもよい。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、例えば、１つのＤＳＰと１つのマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、１つ以上のマイクロプロセッサと１つのＤＳＰのコアとの組合せ、または他のこのような構成としても実施され得る。
【００５６】
本明細書に開示されている実施形態に関連して記載された方法またはアルゴリズムは、ハードウェアにおいて、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールにおいて、または２つの組合せにおいて直接的に具体化され得る。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取り外し可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当技術において知られている記憶媒体の何か他の形態の中にあり得る。記憶媒体はプロセッサに接続され、プロセッサが記憶媒体から情報を読み出し、かつそこへ情報を書き込むことができるようにし得る。その代りに、記憶媒体は、プロセッサと一体構成であってもよい。プロセッサおよび記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に存在し得る。ＡＳＩＣは、端末または他の場所に存在し得る。その代りに、プロセッサおよび記憶媒体は、端末内のディスクリートな構成要素として、または他の場所に存在し得る。
【００５７】
開示された実施形態のこれまでの記述は、当業者が本発明を作成または使用できるようにするために与えられている。当業者には、これらの実施形態に対する種々の変更は容易に明らかになり、本明細書に定められている一般的な原理は、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に制限されることを意図されず、本明細書に開示されている原理および新規な特徴に一致する最も幅広い範囲にしたがうことを意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ピコネットの例を示す概念図。
【図２】ピコネットクラスタを形成している２つのピコネットの例を示す概念図。
【図３】孤立端末とのピアツーピア接続をもつピコネットの例を示す概念図。
【図４】２つの隣り合うピコネットの例を示す概念図。
【図５】ピコネット内通信を制御するための媒体アクセス制御(Medium Access Control, MAC)フレームの例を示す概念図。
【図６】ピコネット内で動作することができる端末の例を示す機能ブロック図。
【図７】端末のためのベースバンドプロセッサの例を示す機能ブロック図。
【図８】（Ａ）タイムスロットのランダム化前のＭＡＣの例、および（Ｂ）タイムスロットのランダム化後のＭＡＣの例を示す概念図。
【図９】（Ａ）タイムスロットのランダム化前のＭＡＣの別の例、および（Ｂ）タイムスロットのランダム化後のＭＡＣの別の例を示す概念図。
【図１０】（Ａ）タイムスロットのランダム化前のＭＡＣのまた別の例、および（Ｂ）タイムスロットのランダム化後のＭＡＣのまた別の例を示す概念図。
【符号の説明】
【００５９】
102,204,402・・・ピコネット、104,206・・・マスタ端末、106,208,406・・・メンバ端末、202・・・クラスタ、302・・・無線端末、502・・・フレーム，504,506,508,510・・・スロット。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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