(57)【要約】本発明は、一連の双方向フレームを介する通信に関する。通信装置は、一連のフレームを介して通信されるデータのプロトコルに従って通信するように構成された通信装置であって、全てのフレームが、通信装置により送信するダウンリンク部と、通信装置へ送信するアップリンク部と、を含んで構成され、前記ダウンリンク部が制御部を含んで構成され、各フレームの持続時間が１秒超である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連のフレームを介して通信されるデータのプロトコルに従って通信するように構成された通信装置であって、
全てのフレームが、前記通信装置により送信するダウンリンク部と、前記通信装置へ送信するアップリンク部と、を含んで構成され、前記ダウンリンク部が制御部を含んで構成され、各フレームの持続時間が１秒超の、通信装置。
【請求項２】
一連のフレームを介して通信し、各フレームの持続時間が同一である、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
一連のフレームを介して通信し、各フレームの持続時間が２秒である、請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記制御部が端末によって正常に受信される可能性を最大化するように、比較的低いデータレートを使用して各フレームの前記制御部を送信するように構成される、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の通信装置。
【請求項５】
前記通信装置によってサポートされている最低データレートを使用して前記制御部を送信するように構成される、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の通信装置。
【請求項６】
複数の端末と通信するように構成される、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の通信装置。
【請求項７】
前記複数の端末によって必要とされる最低データレートを使用して、各フレームの前記制御部を送信するように構成される、請求項１〜請求項４のいずれかに従属する請求項６に記載の通信装置。
【請求項８】
前記通信装置が関連するセルと接続されている全ての端末によって必要とされる最低データレートを使用して、前記制御部を送信するように構成される、請求項１〜請求項４のいずれかに従属する請求項６に記載の通信装置。
【請求項９】
全てのダウンリンク部が、制御部と、データ部と、を含んで構成されるように、各フレームの前記ダウンリンク部を設けるように構成される、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の通信装置。
【請求項１０】
各フレームの前記データ部が一連のタイムスロットを含んで構成するように、各フレームの前記ダウンリンク部の前記データ部を設けるように構成され、タイムススロットを端末との通信のために割り当てて、前記割り当てられたタイムスロットにおいてその端末と通信するように構成される、請求項９に記載の通信装置。
【請求項１１】
無線ネットワークを介して通信するように構成される、請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の通信装置。
【請求項１２】
ホワイトスペースにおいて動作する無線ネットワークを介して通信するように構成される、請求項１１に記載の通信装置。
【請求項１３】
マシンツーマシン通信用に構成される無線ネットワークを介して通信するように構成される、請求項１１又は請求項１２に記載の通信装置。
【請求項１４】
一連のフレームを介する通信方法であって、全てのフレームが、ダウンリンク部と、アップリンク部と、を含んで構成され、前記ダウンリンク部が、制御部を含んで構成され、各フレームの全体の持続時間が１秒超となるように各フレームを設けることによる、通信方法。
【請求項１５】
本明細書に、添付の図面を参照して、実質的に記載された、通信装置。
【請求項１６】
本明細書に、添付の図面を参照して、実質的に記載された、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一連の双方向フレームを介する通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ネットワークは、電磁周波数帯のいかなる部分にも特に割り当てられることなく動作するように構成されてもよい。このようなネットワークは、「ホワイトスペース」と呼ばれる、つまり免許不要の、又は適時的な(opportunistic)アクセスに利用可能とされるスペクトルの一部、で動作する可能性がある。一般的にホワイトスペースは、ＵＨＦ  ＴＶ帯の中に生じており、地域に応じて４５０ＭＨｚから８００ＭＨｚの範囲に広がっている。この周波数帯域において、膨大な量の周波数帯が、免許不要な無線システムに利用されている。
【０００３】
ホワイトスペース内の動作に関する問題は、その利用可能帯域が可変であり、そして、保証できないことである。これらの制約は、人間と相互作用がないマシンツーマシンネットワークの特性に合致する。マシンツーマシンネットワークは、一般的に、遅延、接続落ち、及び高レイテンシの通信に強い。
【０００４】
ＵＨＦ  ＴＶ帯の中で動作する任意のネットワークは、アナログ及びデジタルテレビ放送の送信機と共存可能でなければならない。いかなる場所においても、アクティブなテレビチャネルの密度は比較的低い（そのため、免許不要なシステムによって使用することができるホワイトスペースが利用可能となる）。ＦＣＣは、ホワイトスペースにおいて動作するシステムに、どのチャネルが任意の場所で使用される可能性があるかを確定するデータベースを参照すべきであることを義務付けている。これは、ＴＶ送信機、及び、無線マイクなどの特定の他の既存システムとの干渉を回避することを目的とする。
【０００５】
ホワイトスペースのデータベースは、可能性のある全ての干渉源に関する情報を含んでいるわけではない。例えば、テレビ送信機は、特定のカバーエリアのみにブロードキャストすることを目的とするかもしれないが、実際には、近隣エリア内に流入し、そのエリア内においてその送信機によって使用される周波数が、少なくともホワイトスペースのデータベースでは、免許不要な用途に利用可能であると示される恐れがある。実際には、主要テレビ局からの送信は、局から１００ｋｍの距離で熱雑音をかなり超えることができる。このような送信機からの信号は、近隣エリアのテレビアンテナによって確実に受信するには十分な強度ではないが、それらのエリアにおいて動作しているホワイトスペースのネットワークに対して深刻な干渉を引き起こすのに十分な強度であることも多い。特に送信機が高いアンテナを備える（多くはカバーエリアを広めるために備える）場合に、この干渉は、特に基地局に影響を与える恐れがある。特に農村地域では、名目上使用されていないチャネルにおいて、熱雑音よりも遠方のＴＶ放送の方によって受信が支配される可能性が高い。この干渉によって、ホワイトスペースのチャネルの多くは、使用不能又は著しく損なわれることになる。
【０００６】
更なる干渉源として、近接ＴＶ送信機からのスプリアス発射；他の無線ネットワークにおいて動作している装置、例えば、ホワイトスペースにおいて動作しているＷｉ−Ｆｉデバイス、無線マイク、免許がないユーザなど；無線ネットワークの一部ではない装置の意図しない発射、例えば、壊れた電気ドリルからのスプリアス発射、が含まれる可能性がある。
【０００７】
データベースシステムの別の課題は、太陽黒点の活動の増加が、ＵＨＦ帯で異常伝搬状況を引き起こしやすいことである。これらの異常伝搬状況によって、データベース内の情報の一部が不適切となる恐れがあり、その結果、データベース手法では、堅牢性が漸減する。
【０００８】
干渉はしばしば局在しており、その結果、一部の端末の、１又は複数の周波数上で情報を受信する性能が悪影響を受ける一方、セル内の他の端末は影響を受けない可能性もある。従って、同一基地局に属する端末は、外部要因により異なる通信機能を有することがある。更に、一部の端末は、アンテナ型式又は回路構成等のような、それらの物理的な属性により本質的に異なる通信機能を有し得る。これは、地理的に広大な領域をカバーし、多数の異なる装置を含んで構成されるセルから形成され得るようなマシンツーマシンネットワークに特に当てはまる。
【０００９】
通信ネットワーク、特に無線ネットワークの実装において直面する別の課題は、端末がしばしば電力制約を持つことである。例えば、モバイル端末は通常バッテリ駆動であり、例えば、主電源が遠く離れて又はアクセスできない場所に位置するなどのために、全ての固定端末が主電源に容易にアクセスできるわけではない。端末の電力効率を改善する方法は、端末の通信接続がアクティブでない時にはいつでも低電力「スリープ」モードに入ることである。しかし、端末が、予定外の時間に素早く「ウェイクアップ」して、通信を開始する必要がある場合には、新たな課題が生じる。というのは、端末がスリープモードから抜けて、ネットワークを取得又はネットワークに再接続するために、時間がかかるためである。端末は、通常、ネットワークを介して通信を開始する前に、基地局又はアクセスポイントによって送信されたいくらかの制御情報を受信し解釈する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、ネットワークへのアクセスを過度に制限することなく、限られた利用可能帯域のネットワークを介して通信する方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１実施形態によれば、一連のフレームを介して通信されるデータのプロトコルに従って通信するように構成された通信装置であって、全てのフレームが、通信装置により送信するダウンリンク部と、通信装置へ送信するアップリンク部と、を含んで構成され、前記ダウンリンク部が制御部を含んで構成され、各フレームの持続時間が１秒超の、通信装置が提供される。
【００１２】
通信装置は、一連のフレームを介して通信し、各フレームの持続時間が同じであり、その持続時間は例えば２秒であるように構成されてもよい。
【００１３】
通信装置は、制御部が端末によって正常に受信される可能性を最大化するように、比較的低いデータレートを使用して各フレームの制御部を送信するように構成されてもよい。データレートは、通信装置によってサポートされている最低データレートでもよい。
【００１４】
通信装置は、複数の端末と通信するように構成されてもよい。複数の端末によって必要とされる最低データレートを使用して、又は、通信装置が関連するセルと接続されている全ての端末によって必要とされる最低データレートを使用して、各フレームの制御部を送信するように構成されてもよい。
【００１５】
通信装置は、全てのダウンリンク部が、制御部と、データ部と、を含んで構成されるように、各フレームのダウンリンク部を設けるように構成されてもよい。通信装置は、各フレームのデータ部が一連のタイムスロットを含んで構成するように、各フレームのダウンリンク部のデータ部を設けるように構成され、前記通信装置は、タイムスロットを端末との通信のために割り当てて、割り当てられたタイムスロットにおいてその端末と通信するように構成されてもよい。
【００１６】
通信装置は、無線ネットワークを介して通信するように構成されてもよい。この無線ネットワークは、ホワイトスペースにおいて動作することも可能であり、マシンツーマシン通信用に構成されてもよい。
【００１７】
本発明の第２態様によれば、全てのフレームは、ダウンリンク部と、アップリンク部と、を含んで構成され、前記ダウンリンク部は、制御部を含んで構成され、各フレームの全体の持続時間は１秒超となるようにフレームを設けることによって、一連のフレームを介して通信するための方法が提供される。
【００１８】
本発明のより良い理解のために、以下の図を例として参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】マシンツーマシンネットワークの例。
【図２】フレーム構造の例。
【図３】通信装置の例。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の記載は、当業者がそのシステムを作成し、利用することができるように開示され、特定の適用例の状況で提供される。開示された実施形態に対する様々な改良例が、当業者に対して容易に明らかとなるだろう。
【００２１】
本明細書で規定される一般原理は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態及び適用例に適用されてもよい。このように、本発明は、示された実施形態に限定されることを意図したものではなく、本明細書に開示される原理及び特徴と矛盾しない最も広い範囲に認められるべきものである。
【００２２】
本発明の一実施形態において、通信装置は一連の非常に長い双方向フレームを介して通信してもよい。すなわち、各フレームは、少なくとも、通信装置が１又は複数の端末に情報を送信するダウンリンク部と、１又は複数の端末が通信装置に送信することができるアップリンク部と、を含み、前記情報は制御情報を含み、各フレームの持続時間は１秒超でもよい。前記ダウンリンク部は、前記制御情報部とデータ部の両方を含んで構成されてもよい。
【００２３】
限られた利用可能帯域の、及び、特に利用可能帯域が保証されず、従って非常に動的である通信ネットワーク（例えば、ホワイトスペースネットワーク）において、その堅牢性を向上させる拡散符号でデータを拡散することによって、再送信の必要性を低減することできる。しかし、これにより、低いデータレートとなることがある。また、例えば、基地局が広いカバーエリアを持つ場合に、長距離にわたって通信するために、大きい拡散率を、それ故に低いデータレートを使用する必要が生じることがある。しかしながら、低いデータレートが、例えばモバイル無線通信用の従来のＭＡＣ（メディアアクセス制御）フレーム（各フレーム長は、１−１０ｍｓオーダ）と共に使用される場合は、各フレーム中にあまり多くの情報を伝えることができない。
【００２４】
一部の端末がスリープモードを利用する必要があるネットワークにおいて、規則的に、理想的にはフレーム毎に、制御情報を送信することには、ウェイク時に端末がネットワークを迅速に捕捉し再接続できることを意味する。これは、もし、例えば、そのような端末と基地局の一方又は両方が可動であり、それらが短期間だけ互いの範囲内にある場合には、又は、新たな端末が、いくらかの緊急情報を伝えるために、ネットワークと接続する必要がある場合には、非常に有利であり得る。
【００２５】
フレーム毎に、又は、フレームの高い割合において、制御情報を送信することによって、端末はより高い割合の時間スリープモードであることができ、従って、消費電力が削減され、バッテリ寿命を延ばすことができる。例えば、端末が、その端末に割り当てる次回の通信がいつであるかをその端末に知らせる制御信号を受信すれば、その端末は、この通信に割り当てられた時間の直前にウェイクアップすることを予定して、即座にスリープモードに入ることができる。
【００２６】
しかしながら、制御情報が、特に、ネットワークを取得又はネットワークと再接続するために端末が必要とする全ての情報を１フレームのみで提供するために十分包括的である場合には、オーバーヘッドが大きい。このような制御情報のみで、例えば、約１００バイトかかることもある。また、双方向フレームは、アップリンク通信や、多くの場合、各フレームのダウンリンク部において送信される必要のある制御情報以外のデータに、適合させる必要がある。
【００２７】
もしデータレートが制約によって、つまり利用可能帯域によって制限されている場合には、各ビットを送信するために０．１ｍｓかかることもあり得る。従って、制御情報２０００ビットを送信するだけのために、２００ｍｓ必要とされることもあり得る。その結果、持続時間が１−１０ｍｓの一般的なＭＡＣフレームは不適切である。本明細書に記載されたシステムにおいて、この課題は、非常に長い持続時間、つまり１秒超のフレームを提供することによって対処される。ホワイトスペースで動作するマシンツーマシンネットワークのために、適切なフレームの持続時間は２秒のオーダでさえあってもよい。
【００２８】
通信装置は、複数の端末が少なくともフレームの制御部を受信する可能性を最大化するように、比較的低いデータレートを利用して制御部を送信するように構成されてもよい。比較的低いデータレートは、制御部を対象とする複数の端末（通信装置と関連するセルに接続されている全ての端末であってもよい）と関連付けられる最低データレートであることが好ましい。最低データレートを、高い拡散率によって作り出してもよい。
【００２９】
通信装置は、所定の構造を持つ一連の定期的な通信によって、複数の端末と通信するように構成されてもよい。その定期的な通信構造の一例を、「フレーム」と呼んでもよい。典型的なフレームは、プリアンブルで開始し、アップリンク部で終了してもよい。
【００３０】
以下、本発明の１又は複数の実施形態を、通信装置が基地局である無線ネットワークを具体的に参照して説明する。これは、単に例示を目的とするものであり、本明細書に記載のブロードキャストメカニズムが、いかなる適切な通信装置において、その装置がネットワーク内で果たす特有の役割にかかわりなく、実現されてもよいことを理解すべきである。
【００３１】
無線ネットワークの例を図１に示す。概して１０４で示されるネットワークは、各々が多数の端末１０６と無線で通信することが可能な、１又は複数の基地局１０５を含んで構成される。各基地局は、特定の地理的領域又はセル内にある端末と通信するように設けてもよい。その基地局は、端末からの無線信号を送受信する。端末は、機器内又は基地局と通信する同等のもの内に搭載された適切なエンティティである。無線ネットワークは、基地局がマスタで端末がスレーブである、マスタ・スレーブモードで動作するように適宜設けられる。
【００３２】
基地局コントローラ１０７は、基地局への通信を一箇所にまとめて、その後、要求に応じて他のネットワーク要素に受信した情報を配信する装置である。即ち、ネットワークは、多対一の通信モデルをベースとしている。ネットワークは、インターネット１０２を介して、クライアントと直面する部分１０１と通信するように設けられてもよい。このように、クライアントは、無線ネットワークを介して端末にサービスを提供してもよい。
【００３３】
この例の中に示された他の論理ネットワーク要素は、以下の通りである。
・コアネットワーク。これは、基地局とクライアントネットワーク間のトラフィック情報をルーティングする。
・課金システム。これは、利用度数を記録し、適切な課金データを生成する。
・認証システム。これは、端末及び基地局の認証情報を保有する。
・位置レジスタ。これは、直近に既知となった端末の位置を保持する。
・ブロードキャストレジスタ。これは、グループメンバーシップについての情報を保持し、ブロードキャストメッセージに対する受信確認を記憶及び処理するために使用されることができる。
・オペレーション・メンテナンスセンタ（ＯＭＣ）。これは、ネットワークの機能を監視し、エラーが検出された時にアラームを発する。更に、ネットワークの周波数及び符号計画、負荷分散、他の運用的な側面も管理する。
・ホワイトスペースデータベース。これは、利用可能なホワイトスペースの周波数帯の情報を提供する。
・クライアント情報ポータル。これにより、クライアントは、関連する端末の状態、トラフィックレベルなどのデータを確定できる。
【００３４】
実際には、多くの論理ネットワーク要素は、ソフトウェアを実行させるデータベースとして実装されてもよく、広範囲のプラットフォームに提供され得る。多数のネットワーク要素は、物理的に同一プラットフォーム内にあってもよい。
【００３５】
図１に示されるようなネットワークは、マシンツーマシン通信、即ち人間と相互作用を伴わない通信のために使用され得る。マシンツーマシン通信は、ホワイトスペースにおける動作の制約に合致し、そのホワイトスペースにおいては、場所によって、また時刻によって、ネットワークの利用可能帯域が変化する可能性がある。例えば、ネットワーク外で動作するが、周波数帯の同じ部分を使用する、付近の装置のために、などの理由によって、ネットワークが周波数帯の特定部分を割り当てられていないときに、その周波数帯の未割り当て部分も利用不可となる可能性がある。マシンは、これらの通信状態の変化により生じ得る通信における遅延及中断を許容できる。サービスは非リアルタイムで提供可能であり、つまり、データが確実に配信される限り、低レイテンシは重要ではない。
【００３６】
干渉を回避し、他のユーザへの干渉を抑えるために、ネットワークは周波数ホッピングを手段として使用するのが好ましい。周波数ホッピングは下記の点で有利となる可能性がある。
・ダウンリンクがいずれのＴＶ受信機に対しても干渉しないので、ＴＶ受信への干渉を最小限とする。
・端末が（複数フレームにわたって）長期間フェードする確率を低減し、それゆえに、より効率的なエラー訂正を使用可能にするインターリーブの形態を提供する。
【００３７】
ダウンリンクチャネルのための適切なホッピングレートは、フレームレートでもよく、その結果、各フレームは、直前のフレームと異なる周波数で送信される。マシンツーマシン通信のためにホワイトスペースにおいて動作するように設計されたネットワークのフレームは、特に長くてもよい。一例として、各フレームは２秒の長さでもよく、ダウンリンクの周波数ホップを２秒毎（１分当り３０ホップ）としてもよい。周波数ホッピングシーケンスは、近隣基地局が同一周波数で送信している瞬間を最小化するように近隣基地局上で調整されてもよい。１つの簡単な選択肢は、各基地局がシーケンスに対して異なるオフセットを適用し、他の基地局と異なる周波数でそのそれぞれのシーケンスを開始して、基地局が利用可能な周波数のグループを昇順又は降順で使用することである。
【００３８】
一実施形態において、ネットワークは、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）を使用して、複数の端末間で同一の無線リソースを共有してもよい。適切なフレーム構造の一例を図２に示す。フレーム（概して２０１で示される）は、完全な出力までのランプアップ時間２０２（Ｔ＿ＩＦＳ）と、同期バースト２０３（ＤＬ＿ＳＹＮＣ）と、後続のチャネル構造を提供する情報領域２０４（ＤＬ＿ＦＣＨ）と、どの情報がどの端末を対象としているかのマップ２０５（ＤＬ＿ＭＡＰ）と、前のアップリンク送信の受信通知を許可する領域２０６（ＤＬ＿ＡＣＫ）と、端末に送信される実情報２０７（ＤＬ＿ＡＬＬＯＣ）と、を含んで構成される。それから、ダウンリンクのランプダウン及びアップリンクのランプアップ用のガード期間２０８（Ｔ＿ＳＷ）に続けて、アップリンク用に確保されたチャネルに従う競合アクセス２０９（ＵＬ＿ＣＡ）と並んで設けられた、割り当てられたアップリンクデータ送信２１０（ＵＬ＿ＡＬＬＯＣ）がある。
【００３９】
各フレームは、端末にネットワークの機能及びフレームの配列に関する情報を伝える、ＤＬ＿ＳＹＮＣ、ＤＬ＿ＦＣＨ、ＤＬ＿ＭＡＰ及びＤＬ＿ＡＣＫなどの制御領域と、基地局と端末間で実情報を転送するために用いられるＤＬ＿ＡＬＬＯＣ、ＵＬ＿ＡＬＬＯＣ及びＵＬ＿ＣＡなどのデータ領域と、に大別されてもよい。基地局は、制御情報を受信しようとする（可能な限り）全ての端末が受信できるように、フレームを対象とする全ての端末において適切なモードを使用して制御領域を送信するのが好ましい。
【００４０】
プロトコルのデータレートは可変であり、プロトコルは特に最低データレートをサポートできる。例えば、（無線通信を介した）瞬間最低データレートは、毎秒１００ビット又はそれ未満にできる。これは、大概のアプリケーションでは不適切となるであろうが、マシンツーマシン通信の場合、このタイプのデータレートは、多くの目的に適しており、干渉に対する耐性を向上させることができる。
【００４１】
送信のために選択されるデータレートが、フレームを対象とする任意の端末によって、又は、より一般的にはセル内の任意の端末によって、必要とされる最低データレートであるのが好ましい。あるいは、基地局が送信可能な最低データレートが選択されてもよい。一部のケースでは、最低データレートは高い拡散率を用いて達成されてもよい。
【００４２】
１又は複数の制御領域が、基地局でサポートされている最低データレートで送信されることは、特に有利である。これは、まだ接続されてなく、基地局が情報を有していない端末も含めて、それらの領域を受信する全ての端末の助けになるだろう。一方で、アップリンクＣＡスロットは、セルでサポートされている最低データレート又は他のデータレートを用いて送信されてもよい。
【００４３】
ＤＬ＿ＦＣＨは、ターミナルがホッピングシーケンスを確定し得る情報を含んでもよい。ＤＬ＿ＦＣＨは、シーケンスに含まれる周波数のリストを含んでもよい。周波数ホッピングシーケンスが、単に昇順・降順シーケンスの場合には、それと通信する効率的な１つの方法は、チャネルが基地局で使用される場合には１ビットがセットされるチャネルマップを用いることである。ＤＬ＿ＦＣＨは、端末がホッピングパターン中の基地局の場所を確定できるようにするＭＡＣフレームカウント（１６ビット）を含んでもよい。最後に、ＤＬ＿ＦＣＨは、ＤＬ＿ＭＡＰを送信するために使用される拡散率を示してもよい。
【００４４】
ＤＬ＿ＭＡＰは、フレーム内に端末向けの情報があるか否か、かつ、端末が、情報を送信するために端末用に予約されたアップリンクスロットを持つか否かを、端末に通知する。それは、端末識別のテーブルと、それらの情報が拡散されるスロットの数と、使用される送信モード及び拡散率と、を含んで構成される。フレームを監視する全ての端末は、端末が後続の情報を復号化する必要があるかどうかを確定するために、この領域を復号化する。ＤＬ＿ＭＡＰの長さは、ＤＬ＿ＦＣＨの一部として含まれてもよく、と同時に、それを送信するために使用される拡散率であってもよい。基地局は、基地局と接続する端末によって必要とされる最低データレートに対応するように、又は、基地局によってサポートされる最低データレートに対応するように、ＤＬ＿ＭＡＰのための拡散率を選択してもよい。端末は、ＤＬ＿ＭＡＰから、その割り当てられたスロットの位置を、テーブル内の前の行に割り当てられたスロットの数を合計することによって、確定できる。
【００４５】
アップリンク上で、スロットは最初のＦＤＭＡチャネルで０からｎまで番号付けされてもよく、後続のＦＤＭＡチャネル上でも、同様である。端末は、アップリンクで使用可能なフレームの長さ（ダウンリンク完了後の残り）を各スロットの長さで割ることによってチャネル毎のスロットの数を確定できる。端末が複数スロットを必要としているデータを持つ場合、そのデータは通常同一キャリア上に連続して与えられ、これによって、端末の送信を合理化し、かつ、スロット位置を記載するために必要とされる制御情報を最小化する。しかしながら、アップリンクで周波数ホッピングを実現するために、端末に、異なるキャリア上に複数の割り当てを与えること（同時でないことに限る）が可能である。
【００４６】
基地局は、規則的な所定の間隔でセル内の１又は複数の端末と通信するように構成されてもよい。この方法での通信スケジューリングは、マシンツーマシンネットワーク（端末は、多くの場合小型電源を有する装置である）において有利であるだろう。規則的な所定の間隔で通信をスケジューリングすることで、端末は通信と通信との間でスリープモードに入り、通信が予定される時だけウェイクアップに入ることができる。
【００４７】
ネットワークが分割される可能性があるセルの各々は、一般的に広大な地理的領域をカバーするであろう。従って、各セル内にある端末の数は多くなり、同一セル内の異なる端末は、それらのセル内での位置が異なることによって、異なる干渉状況を受ける傾向がある。一部の端末は、局所的な干渉を被るかもしれない。というのは、例えば、端末のすぐ隣の干渉物によって、又は、端末がセル境界付近に位置することによる。一部の端末は、周波数ホッピングシーケンスにおいて特定の周波数で干渉される可能性がある。いずれの干渉も、端末の通信性能、特に受信性能に影響を与える傾向がある。端末はそれらの構造固有の相違によっても（例えば、受信回路、アンテナ型式、アンテナの高さなどの相違によって）、通信性能が異なる場合がある。
【００４８】
端末の通信性能に影響を与える恐れがある他のユーザからの干渉には、はるか遠方のＴＶ送信機又は近傍ＴＶ送信機からのスプリアス発射などの、認可ユーザからの発射も含まれる。他の潜在的な干渉源として、ホワイトスペースにおいて動作しているＷｉ−Ｆｉデバイス、無線マイク、免許がないユーザなどの、他の無線ネットワークにおいて動作している装置が含まれる恐れがある。干渉は、例えば不良電気ドリルからのスプリアス発射などの、無線ネットワークの一部ではない装置の意図しない発射によって引き起こされる可能性もある。
【００４９】
ＴＤＭＡ（時分割多元接続）は、複数ユーザ間のチャネルを分割するために使用されてもよい。チャネルはダウンリンク及びアップリンク要素に時間的に分割してもよく、それゆえ、基地局は、一部期間はチャネルで送信し、残りの期間は同チャネルで待ち受ける。従って、ダウンリンクチャネルは、（図３に示されるように）フレームの持続時間の一部で動作し、基地局は、端末が送信できるように送信を停止する。ダウンリンク送信の開始から次の開始まで測定されるように、バーストのためのタイムフレームは、少なくとも１秒で、適切には２秒である。デューティサイクルは可変であり、フレーム毎にリソースを最も良く管理するように基地局によって選択されてもよい。スプリアス発射を制御するために、ランプアップ及びランプダウンプロセスが、各バーストに適用されるのが好ましい。例えば、このプロセスのために、アップリンクとダウンリンクの間隔を２５０μｓとしてもよく、ダウンリンクとアップリンクの間隔を１５０μｓとしてもよい。
【００５０】
全てのモードで、ダウンリンクチャネルは、所定のホッピングシーケンスを使用して、２秒毎に１ホップ（毎分３０ホップ）の割合で周波数ホッピングしてもよい。
【００５１】
ＳＮＲに応じて、誤り訂正を３／４又は１／２のいずれかの割合でデータ送信に重ね合わせてもよい。適切な符号手法は、より長いパケットのための畳み込み符号、及び、より短いパケットのためのゴレイ符号でもよい。
【００５２】
文字列長が０など、システムにとって問題となる恐れがある特定のデータパターンが発生することを防ぐために、スクランブルが追加されてもよい。スクランブル系列は、フレーム番号と現在のチャネル番号を入力とする線形フィードバックシフトレジスタから導出してもよい。後者によって、端末内部で写像問題により誤って現在の周波数に変換された別の周波数のチャネルを復号化することを回避する。
【００５３】
ダウンリンクチャネルは、最小限の隣接チャネル漏洩で、ＴＶチャネル内に収めるように設計されてもよい。チャネルは、幅が８ＭＨｚで、適切には５ＭＨｚのコア帯域を有してもよい。必要なロールオフを達成するために、フィルタを使用してもよい（例えば、Ｂ＝０．４のルート・レイズド・コサインを使用することによって）。送信は、最小限の隣接チャネル漏洩でＴＶチャネル内に収まるように設計された単一キャリア上で為されてもよい。複数のチャネルが、必要とされ、かつ、十分な周波数帯を利用可能な場合には、同一基地局内で用いられることができる。複数のチャネルが展開されている場合には、それらのタイミング及びホッピングシーケンスは調整されるであろうが、通常それらの間で信号調整されない。
【００５４】
アップリンクは、周波数分割単位に割り当てられた複数の狭いチャネルに基づいてもよい（図３参照）。各チャネルの幅は４８ｋＨｚとし、チャネルの中心周波数は４８ｋＨｚで区切られてもよい。チャネルはルート・レイズド・コサイン（例えば、Ｂ＝０．４として）を使用してフィルタされてもよい。チャネルは、ダウンリンク動作に適応するようにＴＤＤ（時分割複信）のバースト単位で送信されてもよい。ランプアップ及びランプダウンプロセスは、近接チャネル放射を最小限に維持するために使用されてもよく、これは、単純な直線傾斜を使用して達成されてもよい。
【００５５】
受信は、キャリアの存在を検出し、ダウンリンク同期バーストを探索することによって、開始する。これは、０と１交互の４８シンボルから成る同期ワードと、これ続く連接符号を使用する３２ビットの同期ワードが好適である。符号は、可能な８シーケンスの１つから選択されたバーカ符号でもよい。シーケンスは、好ましくは、近隣基地局が異なる符号を使用するように選択され、これによって基地局間の干渉の可能性は低減する。全バーストは２．５６ｍｓ持続し、端末が、キャリアと、バーストの基本タイミングと、をロックできるようにしてもよい。そして、それらは、基地局識別及びチャネルマップ（前述）などの情報の範囲を提供するフレーム構成ヘッダを復号化することができる。チャネルについての事前情報を持たない端末は、キャリアを見つけるまで、利用可能な全てのホワイトスペースチャネルを探索する。以前にキャリアを取得している端末は、そのキャリア又は想定されるキャリアのサブセットの予想される位置を限定でき、これらの探索を適宜低減できる可能性がある。
【００５６】
範囲を拡張するために、（データレートは犠牲の上で）拡散が使用されてもよい。広範囲にわたる拡散率は、データレートを伝搬状態に適合するために利用できる。
【００５７】
拡散符号も、基地局間の周波数計画の欠如を打開する追加の手段を提供する。近隣基地局は、それらが同一周波数で送信する際に、端末がそれら端末を対象にした信号を復号することがいくらか可能なように、同一符号の異なるサブセットが割り当てられてもよい。最悪の干渉は、干渉信号が所望の信号とほぼ同一強度になることがあるセル端で発生する可能性がある。セル端ではＳＮＲが低くなる可能性がある。従って、基地局は、セル境界付近に位置すると判定した端末との通信のために、より高い拡散率を選択するように構成されてもよい。これによって、符号ダイバーシチを利用することができる。
【００５８】
各端末に対しそのＳＮＲに応じて異なる符号を適用して、ＴＤＭＡの原理に拡散符号を適用してもよい。拡散符号の選択は、端末から返信されるチャネル品質情報に応じて、基地局によって行われる。
【００５９】
拡散符号は２Ｎ−１の長さで、以下に定義される。
【００６０】
【表１】
2014529917.tif 000003
【００６１】
それらの符号セットは、非常に良好な自己相関及び相互相関特性を有し、それらは、厳しいマルチパスを持つチャネルの利用及びシンボル毎にマルチビットを運ぶ複数符号拡散の利用に好適である。上記の表に示すように、Ｇｏｌｄ符号セットよりＫａｓａｍｉ符号セットの方がより少数の符号であるが、Ｇｏｌｄ符号は全ての拡散率で利用可能ではない。
【００６２】
基地局によって使用される拡散率は、そのセルの必要な範囲を提供するために要求される処理利得に依存する。ＭＡＣフレーム内の一部の制御領域は、（前述の通りに）全ての端末が制御情報を受信できるように最大拡散率で送信されるのが好ましい。しかしながら、基地局が、不必要に高い拡散率を利用するのは非効率であり、従って、フレームの他の部分のために、基地局は、フレームの一部分を対象とする特定の１又は複数の端末の受信能力に適合する拡散率を選択するのが好ましい。
【００６３】
データは、最初にＢＰＳＫ（１シンボル毎に１ビット使用）又はＱＰＳＫ（１シンボル毎に２ビット使用）を用いて符号化されてもよい。選択された拡散符号は、各シンボルのＩ及びＱ成分に独立に適用されてもよい。ＢＰＳＫは、拡散率を倍増することより優先して、サポートされている最大拡散率で動作する場合に、いくらかの追加の処理利得を与えるために使用され得る。それ以外の場合は、同じ全体データレートを達成するために大きさが２倍の拡散率のＱＰＳＫを使用することで、パフォーマンスの向上が達成できる。
【００６４】
基地局は、単に１つの符号ではなく、複数の符号を使用してもよい。複数符号拡散では、ＱＰＳＫコンスタレーションの２符号ビット／シンボルに加えて、利用可能な符号から２ｎ符号中１選択を用いて符号化されるｎビット／シンボルが追加となる。選択された符号は、前述のように、Ｉ及びＱデータを独立に変調するために使用されてもよい。
【００６５】
シンボル毎の追加ビットを伝達するために複数符号を使用することによって、変調のＥｂ／Ｎ０性能が改善する。事実上、符号化の一形態である。ＦＥＣ（前方誤り訂正コーディング）を追加することによって、改善度が減少してもよい（基本的な変調は既により効率的であるので）。というのは、ＦＥＣの符号化利得は、複数符号変調にとってより低いためである。それにもかかわらず、ＱＰＳＫ変調の２ビットを含めてシンボル毎に全体で４ビットが送信されるような、４符号中１選択を用いる場合は、Ｅｂ／Ｎ０は著しく有利となる。また、特定のデータレートのためにより大きい拡散率を使用することも可能となり、それによって、拡散符号の長さを全ての有意なマルチパス成分の遅延より大きくできて、Ｒａｋｅ受信の性能が向上する。受信機に複数の相関器が必要となることが欠点であるが、４符号中１選択にとって、これは、復号処理のこの段階でチップタイミングが既知であることを考えると、大きなオーバーヘッドではない。
【００６６】
Ｒａｋｅ受信機又はＲａｋｅフィンガートラッキング（即ちチャネルインパルス応答トラッキング）のような、キャリア位相追従が必要とされてもよい。これは、シンボルレートのほぼ１／１０未満の割合で変動するチャネルの利用に適し得ることを意味する。
【００６７】
送信の拡散利得は、劣悪なＳＮＲ条件で信号を受信可能とするために使用されてもよい。この方法も、３ＧのようなＣＤＭＡシステムにおいて広く使用されるように、Ｒａｋｅ等化の恩恵を受ける。Ｒａｋｅ受信は、各パスのタイミングと、位相と、強度とを確定するために、受信信号と拡散符号とを畳み込む。等価器を構築する受信機は、この知識を使用することができる。
【００６８】
更に、ＳＮＲが極端に低い状況のために、範囲の拡張が施されてもよい。これは、例えば、地下又は離れた住居内のエネルギメータを読み取るために、適切であるかもしれない。
【００６９】
単純な変調方式ＮＣ  ＯＦＫが使用されてもよい。この変調方式の下では、受信機はキャリアをロックし続ける必要がなく、単に連続するシンボル間の違い（それらの絶対値ではなく）を見る。これにより、差動符号化を使用することで、非常に低いＳＮＲレベルで、そして、いくらかＢＥＲの不利益がある中での動作が可能となる。
【００７０】
拡散符号は、追加のＢＰＳＫ又はＱＰＳＫ変調なしに、Ｉ及びＱ信号を形成するために直接使用されてもよい。好都合な実装としては、単に前述のように同じ変調器を単に適用することがあるが、例えば、単一のＱＰＳＫコンスタレーションポイント（例えば、１＋ｊ）で位相を固定すること、又は、例えば、単一のＢＰＳＫコンスタレーションポイント（例えば、１＋０ｊ）で位相を固定すること、のいずれかである。
【００７１】
データビットを符号化するために位相変調がないので、符号選択を用いて全ての情報が伝達される。そして、シンボル毎にｎビット送信するために、シンボル毎に２ｎ符号中１選択が用いられる。従って、シンボル毎に１ビット伝達するために、最小値である２符号が使用される。より大きな値のｎを使用することによって、Ｅｂ／Ｎ０は著しく有利となる。代表的なｎの値は、２及び４であり、それぞれ、４符号中１選択又は１６符号中１選択に対応する。
【００７２】
位相情報がないため、受信機はキャリア位相を追跡する必要はなく、代わりに最も可能性の高い送信された符号を確定するために、各相関器の出力に振幅演算を適用できる。換言すれば、この種の変調は、完全な非コヒーレント受信をサポートしている。つまり、この変調は、位相がシンボルレートに近いレートで変化するチャネルに対して堅牢であり、従って、非常に高い拡散率で使用するのに適していることを意味する。チャネル位相がシンボルレートより高速に変化する場合、各シンボル期間にわたって相関積分したものを、多数の短いコヒーレント積分に分割し、その後、非コヒーレントに合計されることによって、信号を復調することが可能である。確かに、これを行う場合、Ｅｂ／Ｎ０パフォーマンスが低下するが、静止しないチャネルにおいて使用することによって、非常に高い処理利得が得られる。
【００７３】
データレートを犠牲にした上で、範囲を拡張するために拡散符号を使用することで、直交する拡散符号を用いてセルを隣接して配置することが可能になり、従って、内部セル干渉が１又は複数の周波数で発生した場合に、それでも一部の情報が端末によって受信されることができる可能性がある。便宜上、全ての基地局は、同一符号シーケンスで異なるオフセットを使用してもよい。オフセットの割り当ては、近隣基地局が最大の直交性を提供する割り当てとなるように為されるのが好ましい。このように、符号計画は割り当てられた周波数に応じて変化せず、新しい基地局がネットワークに追加される場合にのみ、変更される必要がある。例えば、端末が６３の拡散率で動作している場合、（シンボル毎に２ビット伝達するために、４符号中１選択が用いられると仮定して）６４の利用可能なオフセットがあり、各基地局は一般的には４のサブセットを使用する。従って、この例では、異なる符号サブセットを、最大１６の近隣基地局に割り当てることが出来る。
【００７４】
代替アプローチは、各基地局用に異なるチップレートのスクランブルシーケンスを使用することである。Ｇｏｌｄ符号は最適な相互相関特性を有しているので、このアプローチは、利用可能なＧｏｌｄ符号と異なる符号サブセットを選択するよりも、干渉抑圧のレベルがより低くなる可能性がある。
【００７５】
本発明の一実施形態に係る通信装置内に含んで構成される可能性がある機能ブロックの一例を図３に示す。概して３０１で示される通信装置は、メッセージの送受信用のアンテナ３０２と接続された通信ユニット３０３を含んで構成される。
【００７６】
図３に示す装置は、多数の内部連結機能ブロックを含んで構成するものとして例示されている。これは、例示を目的とするもので、チップ上のハードウェアの異なる部品間での厳密な区分を規定することを意図するものではない。実際に、通信装置は、好ましくは、本明細書に記載された方法を実装するために、ソフトウェアの制御下で作動するマイクロプロセッサを使用する。一部の実施形態において、アルゴリズムは、ハードウェア内で全体的に又は部分的に実行されてもよい。
【００７７】
無線ネット−ワークにおいて動作可能な端末は、小型、簡素、低消費電力を維持するために、ただ１つのアンテナを有していることが好ましい。同様に基地局は、（例えば図３に示されるように）ただ１つのアンテナを有してもよい。しかしながら、好ましくは、基地局は、処理利得を達成するためにアンテナを２つ有してもよい。
【００７８】
出願人は、本明細書に記載されている特徴を個々に分離して及び２以上の当該特徴を任意に組合せて、当該特徴又は組合せが当業者の共通一般知識に照らして全体として本明細書に基づいて実施可能な程度に、当該特徴及び特徴の組合せが本明細書に記載された任意の課題を解決するかに関わらず、そして、特許請求の範囲を限定することなく、開示する。出願人は、本発明の態様が、当該特徴又は特徴の組合せから構成されてもよいことを指し示す。上述の記載に照らせば、当業者に対し、様々の改良例が本発明の範囲内で創作されることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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