(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返されるフレームのアップリンク・スロットのシーケンスでアップリンク・バーストを受信するステップであって、各アップリンク・スロットが所定の持続時間を有し、前記アップリンク・バーストのそれぞれが、アップリンク・インターバースト・ガード・タイムによって分離されている、受信するステップと、
前記受信したアップリンク・バーストを使用して、各受信バーストの空間パラメータであって複数のアンテナを有するアンテナ・アレイでアップリンク・バーストを受け取るための多重化解除重みの組を含んだ空間パラメータを決定するステップと、
繰り返されるフレームのダウンリンク・スロットのシーケンスでダウンリンク・バーストを、前記アップリンク・バーストの受信後に、同じフレームのアップリンク・バーストからの前記決定した空間パラメータであって複数のアンテナを有するアンテナ・アレイを介して各ダウンリンク・バーストを送信するための多重化重みの組を含む空間パラメータを使用して送信するステップであって、各ダウンリンク・スロットが、前記アップリンク・スロットの持続時間より長い所定の持続時間を有し、前記ダウンリンク・バーストのそれぞれが、ダウンリンク・インターバースト・ガード・タイムによって分離されている、送信するステップと、
ダウンリンク・バーストの前記シーケンスの後にフレーム間ガード・タイムを待つステップと、
前記フレームを繰り返すステップと
を含み、
前記アップリンク・スロットは、前記繰り返される各フレームにおいて、前記ダウンリンク・スロットより前にある方法。
【請求項２】
前記アップリンク・バーストの内のランダム・アクセス・メッセージ・バースト（ＲＡバースト）とトラフィック・バースト（ＴＣＨバースト）とが同一構造である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シーケンスの前記アップリンク・スロットが隣接する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ダウンリンク・バーストの内の構成メッセージ・バースト（ＣＭバースト）とアクセス割当バースト（ＡＡバースト）とトラフィック・バースト（ＴＣＨバースト）とが同一構造である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記シーケンスの前記ダウンリンク・スロットが隣接し、さらに各ダウンリンク・スロットが、前記送信装置がタイミング・アドバンスを訂正し、電力制御を調整し、かつ周波数ホッピングのパラメータを知るのに十分な情報を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記フレーム間ガード・タイムがアップリンク・スロットの前記シーケンスに先立つ請求項１に記載の方法。
【請求項７】
アップリンク・スロットの前記シーケンスが３つの隣接するアップリンク・スロットを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ダウンリンク・スロットの前記シーケンスが３つの隣接するダウンリンク・スロットを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
アップリンク・スロットの前記シーケンスとダウンリンク・スロットの前記シーケンスとの間の遷移ガード・タイムを待つことをさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
繰り返されるフレームのアップリンク・スロットのシーケンスの所定の１つでアップリンク・バーストを送信するステップであって、該アップリンク・バーストは対応する後続のダウンリンク・バーストの空間パラメータであって複数のアンテナを有するアンテナ・アレイでアップリンク・バーストを受け取るための多重化解除重みの組を含んだ空間パラメータを決定するために使用されるもので、各アップリンク・スロットが、所定の持続時間を有し、前記アップリンク・バーストが、アップリンク・インターバースト・ガード・タイムによって他のアップリンク・バーストから分離されている、送信するステップと、
前記繰り返される同じフレームのダウンリンク・スロットのシーケンスの所定の１つでダウンリンク・バーストを受信するステップであって、各ダウンリンク・バーストは同じフレームのアップリンク・バーストに関係付けられており、同じフレームの先立つアップリンク・バーストであって関係付けられているアップリンク・バーストからの決定済みの空間パラメータであって複数のアンテナを有するアンテナ・アレイを介して各ダウンリンク・バーストを送信するための多重化重みの組を含む空間パラメータにしたがって受信されるものであり、各ダウンリンク・スロットが、前記アップリンク・スロットの前記持続時間より長い所定の持続時間を有し、前記ダウンリンク・バーストが、ダウンリンク・インターバースト・ガード・タイムによって他のダウンリンク・バーストから分離されている、受信するステップと、
ダウンリンク・バーストの前記シーケンスの後にフレーム間ガード・タイムを待つステップと、
前記送信及び受信を繰り返すステップと
を含み、
前記アップリンク・スロットは、前記繰り返される各フレームにおいて、前記ダウンリンク・スロットより前にある方法。
【請求項１１】
前記アップリンク・バーストの内のランダム・アクセス・メッセージ・バースト（ＲＡバースト）とトラフィック・バースト（ＴＣＨバースト）とが同一構造である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記シーケンスの前記アップリンク・スロットが隣接する請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記ダウンリンク・バーストの内の構成メッセージ・バースト（ＣＭバースト）とアクセス割当バースト（ＡＡバースト）とトラフィック・バースト（ＴＣＨバースト）とが同一構造である請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記シーケンスの前記ダウンリンク・スロットが隣接し、さらに各ダウンリンク・スロットが、前記送信装置がタイミング・アドバンスを訂正し、電力制御を調整し、かつ周波数ホッピングのパラメータを知るのに十分な情報を含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記フレーム間ガード・タイムがアップリンク・スロットの前記シーケンスに先立つ請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
アップリンク・スロットの前記シーケンスが３つの隣接するアップリンク・スロットを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
ダウンリンク・スロットの前記シーケンスが３つの隣接するダウンリンク・スロットを含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
アップリンク・スロットの前記シーケンスとダウンリンク・スロットの前記シーケンスとの間の遷移ガード・タイムを待つことをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
（関連出願の相互引用）
本願は、以前の本願の所有者が所有する、２０００年９月２９日出願の米国特許出願第０９／６７５２７４号、名称「Ｒａｄｉｏ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  ａ  Ｓｈａｒｅｄ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔ  Ｃｈａｎｎｅｌ」、２００１年３月２０日出願の米国特許出願第０９／８１３１９４号、名称「Ｃｌｏｓｉｎｇ  ａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｔｒｅａｍ  Ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｔｅｒｍｉｎａｌｓ  ｏｆ  ａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ」、２００１年４月２４日出願の米国特許出願第０９／８４１４５６号、名称「Ｓｐａｔｉａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｉｍｉｎｇ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  ｉｎ  ａ  Ｒａｄｉｏ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ」の一部継続出願であり、これによってその優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、基地局とユーザ端末の間の通信に使用されるフレームの構造に適用され、具体的には、時分割フォーマットのアップリンク・スロットとウンリンク・スロットを含むフレーム構造に適用される。
【背景技術】
【０００３】
セルラ・データ音声無線システムなどの時分割移動体無線通信システムでは、通常、特定の目的に割り振られたスロットを含む繰り返されるフレームが使用される。周波数分割ＴＤＤ（時分割多元双方向）システムでは、繰り返されるフレームに、一組のダウンリンク・スロットを含める。アップリンク・スロットは、異なる周波数の異なるフレームに含まれる。ブロードキャスト・メッセージ、ランダム・アクセス・メッセージ、制御チャネル・メッセージのそれぞれを、異なるフレーム構造を使用する特定の周波数に割り当てることができる。各フレーム・タイプを、それが搬送するメッセージのタイプに最適化し、効率を高めている。ＴＤＤ（時分割双方向）システムでは、アップリンク・スロットとダウンリンク・スロットが同一のフレームにある。いくつかの場合に、フレーム内の特定のスロットが、ある制御メッセージを搬送する。しかし、制御チャネルとアクセス・チャネルは通常は別々のフレームにある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
別々のブロードキャスト・チャネル、制御チャネル、アクセス・チャネルを用いると、基地局とリモート・ユーザ端末の無線ラジオ・ネットワークを設計する際の高い柔軟性が可能になる。しかし、ブロードキャスト、制御、又はアクセスのためにとっておかれる各チャネルは、トラフィックに使用することができない。チャネルの数が、トラフィックの需要と比較して制限されている時に、システムの無線容量全体のうちのトラフィック使用量を最大にすることが好ましい。その一方で、異なる機能を単一のフレームに組み合わせることによって、隣接スロット間の干渉の可能性が高まる。異なる機能を単一のフレームに組み合わせることによって、アップリンクとダウンリンクの間のデータ・レートの変動も比較的制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施態様で、本発明に、それぞれが所定の持続時間を有するアップリンク・スロットのシーケンスと、それぞれがアップリンク・スロットの持続時間より長い所定の持続時間を有するダウンリンク・スロットのシーケンスと、各アップリンク・スロットの間のインターバースト・ガード・タイムと、各ダウンリンク・スロットの間のインターバースト・ガード・タイムと、ダウンリンク・スロットのシーケンスの後のフレーム間ガード・タイムとを含む時分割無線通信システムの繰り返されるフレームが含まれる。
【０００６】
もう１つの実施態様では、繰り返されるフレームは、それぞれが所定の持続時間を有し、複数の送信モードをサポートするアップリンク・スロットのシーケンスと、それぞれがアップリンク・スロットの持続時間より長い所定の持続時間を有し、複数の送信モードをサポートするダウンリンク・スロットのシーケンスとを有し、ダウンリンク・スロット送信モードは、アップリンク・スロット送信モードより高いデータ・レートを有し、その結果、ダウンリンク・データ・レートが、ダウンリンク・スロットとアップリンク・スロットとの間の持続時間の差を超える量だけアップリンク・データより高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を、制限ではなく例によって、添付図面で説明するが、添付図面では、類似する符号が、類似する要素を指す。
【０００８】
概要
本発明の一実施形態では、ＴＤＤ（時分割双方向）通信の独自のフレーム構造によって、アップリンク・スロットとダウンリンク・スロットが干渉なしで単一のフレームを共用できる。異なる範囲のユーザ端末の間及びダウンリンクとアップリンクの間の干渉を除去するために、適切なガード・タイムがスロットの間で位置決めされ、サイズを決められる。アップリンク・スロットとダウンリンク・スロットの両方を、ＢＣＨ、ＲＡＣＨ、ＰＣＨ、ＣＣＨ、ＴＣＨを含む様々な異なるタイプのメッセージに使用することができる。ダウンリンクに対するアップリンク容量の比も、ネットワークの帯域幅割振りの有用性を最適化するように選択される。アップリンクとダウンリンクの両方で様々な異なる変調クラスを使用することによって、アップリンク・データ・レートとダウンリンク・データ・レートの間の特定の差を調整して、ユーザの要求と一致させることができる。
【０００９】
一実施形態で、本発明が、ＡｒｒａｙＣｏｍｍ社のｉ−ＢＵＲＳＴ（商標）システムなどのＴＤＤ高帯域幅無線データ音声システムで実施されることが企図されている。しかし、本発明が、ｉ−ＢＵＲＳＴシステム又は他の特定のエア・インターフェース（air interface）に制限されず、実際に、本明細書の説明から、本発明が、様々なエア・インターフェース・プロトコルと通信システムを備えた使用を見出すことが明白になる。
【００１０】
ブロードキャスト・チャネル（ＢＣＨ）
本発明のシステムは、ブロードキャスト・チャネルＢＣＨからユーザ端末又はリモート端末ごとに初期化され、ＢＣＨは、基地局からすべての潜在的なユーザ端末にバーストとして送信される。ＢＣＨバーストは、トラフィック・チャネル・バーストと異なって、ユーザ端末がある可能性があるすべての方向に、通常は全方向性に送信されるが、特定のビーム・パターンは、ネットワークに依存する。したがって、ＢＣＨバーストは、空間的に向けられる又は低出力のトラフィック・チャネルＴＣＨより多くの、システムに対する干渉が生じる。このために、ＢＣＨチャネルのデータと変調特性は、干渉を最小にするように選択される。
【００１１】
ブロードキャスト・バースト構造の例を表１に示す。重要なＢＣＨバースト特性の一部は、次の通りである。ＢＣＨは、タイム・スロット境界の知識なしで、リアル・タイムにスキャンすることによって、計算的に簡単に見つかる。ＢＣＨは、基地局とユーザ端末の間での構成要求ＣＲ及び構成メッセージＣＭの後続の交換を可能にするのに十分な基本的情報を通信する。ＢＣＨは、ＢＣＨがあるユーザ端末に特に向けられていない時であっても、すべてのユーザ端末に良い周波数オフセット情報とタイミング更新情報を提供する。
【００１２】
表１に、ＢＣＨバーストの例の内容を要約する。
【００１３】
【表１】
0004741841.tif 000002
【００１４】
周波数訂正トレーニング・シンボルとタイミング訂正トレーニング・シンボルは、当技術分野で周知の多数の手法のいずれかに従ってセットすることができる。これらを、組み合わせるか、同期化シーケンスに置換するか、除去することもできる。
【００１５】
ブロードキャスト情報シンボルは、変調され、２５６ビット・シーケンスにコーディングされる１５ビット・ブロードキャスト・メッセージから構成される。送信されるビットの構造とシーケンスと同様にシンボルの個数を、様々な応用例に合わせて変更することができる。今説明している実施形態は、ＢＣＨで送信される情報の量を最小にすると同時に、ビット・レートを最小にするように選択される。ブロードキャスト・チャネル情報シンボルは、ユーザ端末が基地局に構成メッセージを要求するのに必要な情報を提供する。ブロードキャスト・チャネル情報シンボルは、ユーザ端末ハンド・オーバ判断を案内する情報も提供する。
【００１６】
各ブロードキャスト・メッセージは、表２に示された情報と共に、ブロードキャスト・バーストにマッピングされる。
【００１７】
【表２】
0004741841.tif 000003
【００１８】
ＢＳｔｘＰｗｒは、ブロードキャスト・メッセージの実効等方放射電力（effective isotropic radiated power）である。この数は、基地局で使用可能な増幅器及びダイバーシチ・アンテナの数を考慮に入れた、基地局によって送信される電力を示す。１０アンテナ・ブロードキャスト・チャネルの場合に、基地局電力＝（２・ＢＳｔｘＰｗｒ＋１０）ｄＢｍである。
【００１９】
ＢＳＣＣは、アップリンク・バーストのトレーニング・データを選択し、異なる基地局のブロードキャストを区別するためにユーザ端末によって使用される基地局カラー・コードである。一実施形態で、１２８個までの異なる可能なカラー・コードがある。カラー・コードは、異なる位置の基地局又は同一位置の異なる変調器／復調器を示すのに使用することができる。
【００２０】
ＢＳｌｏａｄは、ランダム・アクセス・メッセージを送信する頻度を決定するためにユーザ端末によって使用される、基地局の負荷である。ＢＳｌｏａｄは、基地局が有する未使用の容量の表示である。加入者が異なる量のトラフィック容量を要求する可能性があるので、ＢＳｌｏａｄは、アクティブな登録加入者の数と異なる可能性がある。ＢＳｌｏａｄは、最大の可能なローディングに対して測定される数分の期間にわたる基地局の各モデムの送信ビット・レートと受信ビット・レートを表す。一実施形態で、ＢＣＨチャネルは、無線通信システムのすべての基地局によって共用される。７ビットＢＳＣＣを使用することによって、１２８個までの基地局に対処することができる。ＢＣＨは、繰り返されるフレームを有する時分割双方向チャネルである。チャネルは、アップリンクとダウンリンクに使用される単一のＲＦ搬送波周波数である。雑音の多い環境のため又は堅牢さを高めるために、ＢＣＨは、所定の方式に従って周波数ホッピングするか、複数の異なる周波数で繰り返すことができる。繰り返されるフレームに、表３に示された、ＢＳ１などのラベルを付けられた基地局ごとのダウンリンクＢＣＨが含まれる。次のフレームに、ＣＲ１などのラベルを付けられたアップリンク構成要求ＣＲと、ＣＭ１などのラベルを付けられたダウンリンク構成メッセージＣＭが含まれる。
【００２１】
各フレームに、下で空の箱として示されている複数の予約済みスロットがある。これらのスロットは、ネットワークの他のチャネルでの干渉を減らすためにブロードキャスト・チャネルがトラフィック又は他の制御メッセージにも使用されるか予約される場合に、データ・トラフィックに使用することができる。フレームは、それぞれの基地局１〜１２８ごとに繰り返されて、下で詳細に説明するスーパーフレームが作られる。最後のＣＭ、ＣＭ１２８の後に、スーパーフレームが繰り返され、やはり次のスーパーフレームと基地局１のＢＣＨが開始される。
【００２２】
【表３】
0004741841.tif 000004
【００２３】
基地局は、連続するＲＦ搬送波のグループをサービスする基地局モデムの集合とみることができる。代替案では、基地局を、単一サイトにモデムの組を有する設備とすることができる。他のシステム構成について、各モデム変調器／復調器セット５２、６２を、基地局とみることができる。各基地局は、一意の３２ビット基地局識別子ＢＳＩＤを割り当てられる。ＢＳＩＤは、ＢＳＣＣ＝ＢＳＩＤ  ｍｏｄ  １２８として基地局カラー・コードを派生するのに使用される。ＢＳＣＣの関数として、基地局は、周波数ホッピングを行い、ＢＣＨをブロードキャストし、アップリンクＣＲをリスンし、ダウンリンクＣＭを送信する。無線伝送がオーバーラップする地理的領域内で、ＢＳＩＤは、ＢＳＣＣが一意に割り当てられるように割り当てられなければならない。同一のカラー・コードの基地局と通信しているユーザ端末を、いつも見ることができる基地局はない。同様に、同一のＢＳＣＣを割り当てられた２つの基地局を見ることができるユーザ端末がない。基地局の総数ならびにスーパーフレーム内のフレームの個数と、フレーム内のスロットの個数と、ＢＣＨバースト、ＣＲ、ＣＭの送信に使用される特定のスロット数を、特定の応用例に合わせて変更することができる。
【００２４】
ＢＣＨバーストのデータ・レートをさらに最小にするために、ＢＳＣＣとＢＳｌｏａｄを、ＢＣＨバーストから除去することができる。その場合に、ＢＣＨバーストには、ハンド・オーバ判断に直接に関係する唯一の情報である、トレーニング又は同期化及びＢＳｔｘＰｗｒだけが含まれる。ユーザ端末は、それでも、受信されたＢＣＨバーストのタイミングに基づいて、選択とハンド・オーバ判断のために異なる基地局を区別し、比較することができる。ユーザ端末は、タイミングに基づいて、表３に示されているようにＣＲメッセージを特定の基地局に向けることもできる。単一基地局システムの場合に、ＢＳｔｘＰｗｒビットも削除することができる。基地局が１つだけある場合には、経路損失を評価する必要はなく、信号を受信できるかどうかだけを評価する必要がある。残りのネットワーク情報は、下で説明するように、登録時に知ることができる。代替案では、ＢＣＨにＢＳＣＣが含まれるので、ユーザ端末を、ＢＳＣＣを読み取るようにプログラムし、共通のＢＳＣＣを有するＢＣＨバーストが同一の基地局から来ると仮定することができる。この形で、ユーザ端末は、短縮されたフレーム反復期間を知り、システムに登録するのに必要な時間を減らすことができる。
【００２５】
登録
ユーザ端末は、登録と称する、基地局との関係を形成する。この登録は、ブロードキャスト・チャネルをリスンすることによって開始され、ハンド・オーバ、タイムアウト、又は切断によって終わる。登録の第１ステップは、リモートによって、構成要求バーストＣＲを送信し、構成メッセージ・バーストＣＭを受信することによって達成される。ＣＭには、ホッピング・シーケンス計算パラメータなどの基本的な構成パラメータが含まれる。ＣＭからの情報を使用することによって、ユーザ端末は、ランダム・アクセス登録要求ＲＡ−ｒｒｅｑを使用して、認証されないストリームをオープンする。この認証されないストリームは、登録識別子ＲＩＤ及びページング識別子ＰＩＤの登録と割当を完了するのに使用されるインバンド・シグナリング・データだけを搬送する。登録ストリームの末尾で割り当てられるＲＩＤを使用して、ユーザ端末は、後続ストリームをオープンすることができ、登録を終了することができる。ユーザ端末は、インターネット・サービス・プロバイダ（ＩＳＰ）への「ネットワーク・ログイン」を実行するのに使用されるパケットをその中で送信できる後続ストリームもオープンすることができる。
【００２６】
登録ストリーム中で、識別と能力が交換され、動作パラメータが設定され、ＲＩＤとＰＩＤが割り当てられる。その後、新しいネットワーク・セッションを作成し、このＲＩＤにアタッチすることができ、あるいは、既存セッションをハンド・オーバすることができる。このハンド・オーバは、別の基地局から、同一基地局の別の基地局モデムから（負荷シフト）、又は同一基地局モデムのセッションのハイバーネーションからとすることができる。登録の特定の詳細は、本明細書では例のみとして提供される。多数の他の登録シナリオも、本発明の範囲内で可能である。フレーム・タイミングは、エリア内にあり、事前にプログラムされたＲＦ搬送波を送信している基地局によって確立される。この搬送波は、周波数ホッピングするか、スペクトラム拡散搬送波とすることができる。しかし、搬送波が、見つけやすく、ユーザ端末に事前にプログラムされることが好ましい。基地局は、ＧＰＳ又は他の正確な共通タイミング・インターフェースを使用して、フレーム・タイミングを確立する。ＧＰＳタイミングは、正確に同期化され、すべての基地局で安価に使用可能であるという長所を提供する。これによって、基地局の間のＢＣＨの最小限のガード・タイムだけで、ＢＣＨをすべての基地局によって共用できるようになる。基地局は、上で説明したＢＣＨフレームを作り、それぞれの割り当てられたスロットでブロードキャストする。ユーザ端末の電源が入れられる時に、そのユーザ端末は、この周知の、任意選択として事前プログラムされるＲＦ搬送波をスキャンして、基本フレーム・タイミングと同期化を見つける。ユーザ端末は、ＢＣＨバーストについてこの搬送波をスキャンし、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）マップを作る。このＢＣＨ  ＲＳＳＩマップ及び他の要因から、ユーザ端末は、最も強い又は最も良い基地局を選択する。また、ユーザ端末は、ＢＣＨを使用して、その発振器周波数を正確に調整し、そのフレーム・タイミング基準を調整する。これは、上で説明したＢＣＨバースト内の同期化シーケンスとタイミング・シーケンスを使用して行われる。次に、そのユーザ端末ＩＤ又はリモート端末ＩＤ（ＵＴＩＤ）を使用して、ユーザ端末は、最も強いか最も良い基地局のＢＣＨバーストに関してタイミングを決められた構成要求ＣＲを作り、送信する。一実施形態で、ＣＲは、選択された基地局からＢＣＨで受信されたＢＳＣＣを使用してスクランブルされる。
【００２７】
所期の基地局が、ＣＲを成功裡に受信し、使用可能な容量を有する場合に、その基地局は、ＣＲをスクランブル解除し、ユーザ端末の空間シグネチャ（spatial signature）を判定する。ユーザ端末は、その答えとして構成メッセージ・バーストＣＭを受信する。ＣＭは、下で詳細に説明するが、ユーザ端末が基地局への距離とＲＦ経路損失を知り、タイミング・アドバンス（timing advance）を訂正し、電力制御を調整し、周波数ホッピングのパラメータ（たとえばフレーム・ナンバリング（frame numbering）とＢＳＣＣ）を知るのに十分な情報を含む。複数の基地局を、ＣＲによってプロービングして、最も近い又は最も良い基地局を見つけることができる。ＣＭからのこの情報に基づいて、ユーザ端末は、送信すべきデータを有する時に、ランダム・アクセス登録要求ＲＡ−ｒｒｅｑから開始して、セッションを開始することができる。リソースが使用可能である場合には、基地局は、アクセス割当（Access Assignment：ＡＡ）をユーザ端末に送信して、トラフィック・チャネルを割り当てる。基地局とユーザ端末は、この確立されたストリームでの暗号化鍵を含む様々なアクセス制御パラメータを交換する。最後に、ＲＩＤとＰＩＤが割り当てられる。このＲＩＤを使用して、ユーザ端末は、セキュア・ストリーム（たとえばＲＡ−ｒｔｓ／ＡＡ−ｃｔｓ）を確立することができ、このセキュア・ストリームで、インターネット・パケットを送信し、受信する。トラフィック・チャネルには、各送信されたデータ・パケットに対するデータ肯定応答ＤＡ又はデータ無効ＤＩ応答が含まれる。ＤＡメッセージとＤＩメッセージは、受信側からの次のデータ・パケットの一部として、次のスロットで送信される。時分割双方向フレームでは、基地局とユーザ端末が、表４に示されているようにスロットを交番する。したがって、スロットのいずれかが正しく受信されない場合に、データを素早く再送信することができる。これによって、それぞれの基地局モデムとユーザ端末モデムのデータ・バッファのサイズが減る。表３、４に示されているように、アップリンク・スロットは、必ずダウンリンク・スロットの前にあり、同期化エラー又は予想されない伝搬遅延を許容するために、この２つの間にガード・タイムがある。一実施形態で、各側は、３つのスロットでデータ・パケットを送信し、当技術分野で周知のように、各スロットに、ランプ・アップ期間とランプダウン期間ならびに同期化ビットが含まれる。
【００２８】
【表４】
0004741841.tif 000005
【００２９】
周期的に、ユーザ端末は、ＢＣＨをスキャンして、そのＲＳＳＩとＢＳＣＣマップを更新する。ユーザ端末は、より良い基地局を検出した時に、この新しい基地局にＣＲを送信し、おそらくそのネットワーク・セッションをハンド・オーバすることができる。成功裡のストリーム初期化にあまりに多く失敗すると、ユーザ端末は、タイムアウト状態に入る。タイムアウトから、ユーザ端末は、ＲＡ−ｒｒｅｑを介してＲＩＤを再獲得し、ＣＲを使用してそのタイミング・アドバンスをリフレッシュし、ＢＣＨをスキャンすることによってハンド・オーバできる新しい基地局を見つけ、又は基本フレーム・タイミングを再獲得するために一から開始することを試みる。この再確立が成功である場合に、ユーザ端末は、新しい基地局へのネットワーク・セッション・ハンド・オーバを完了することによって、ネットワーク・セッションを継続することができる場合がある。
【００３０】
チャネルの考慮事項
一実施形態で、本ネットワークは、空間分割多元接続技術及び特にスマート・アンテナ・アレイ信号処理を最大限利用するように設計される。極端に密な周波数再利用パターンで信頼性のある空間チャネルを維持するのを助けるために、本ネットワークは、アップリンク送信とダウンリンク送信が必ず同一周波数である時分割双方向ＴＤＭＡを使用する。さらに、多くのユーザ端末が、単一アンテナであり、全方向で送受信するので、ＢＣＨを除いて、アップリンク・バーストは、必ず、ダウンリンク・バーストを送信する必要が生じる前に受信される。これによって、ダウンリンク・バーストをより正確に空間的に向けることができる。アップリンク・トレーニング・シーケンスが、すべてのアップリンク・バーストに組み込まれて、空間チャネルと周波数の非相関性にかかわらず、適度に高速の周波数ホッピングが可能になる。周波数ホッピング・シーケンスは、当技術分野で周知の多数の異なるシーケンスのいずれかとすることができる。周波数ホッピング・シーケンス方式のパラメータは、当初は、ユーザ端末に未知である。これによって、ネットワークの柔軟性が最大になり、ユーザ端末の柔軟性が高まる。下で説明するように、周波数ホッピング・パラメータは、ＣＭバーストでユーザに送信される。
【００３１】
周波数ホッピング方式の堅牢さとシステムのトラフィック能力は、より多くの周波数の搬送波が周波数ホッピング方式に割り振られる場合に改善される。ＢＣＨ搬送波は、周波数ホッピング方式の一部として含まれ、したがって、トラフィック・チャネルとして使用される。１つの基地局は、フレームごとに１回だけＢＣＨバーストを送信し、トラフィックが特定のユーザに空間的に向けられるので、基地局は、隣接チャネルのＢＣＨバーストをリスンしているユーザ端末に大きく干渉を追加せずに、別の基地局のＢＣＨバースト中にトラフィック・チャネル・データ・バーストを送信することができる。通常、トラフィック・データ・バーストが向けられるユーザ端末は、既にトラフィック・セッションに入っているので、ＢＣＨバーストをリスンしていない。
【００３２】
この実施形態では、それぞれがＢＣＨの異なるスロットに割り当てられた１２８個の基地局があるので、ＢＣＨのうちで任意の１つの特定の基地局に割り当てられた１２８番目の部分が、周波数ホッピング・トラフィック・チャネル方式の特定のチャネルに、そのチャネルがトラフィックに使用されている間にオーバーラップする可能性は低い。しかし、そうなった場合には、基地局は、それに割り当てられた時間にＢＣＨバーストをブロードキャストし、割り当てられた時間にＣＲメッセージをリスンし、割り当てられたスロットでＣＭバーストを送信する。これによって、ネットワークのさらに一貫した動作が保証される。しかし、ユーザ端末について、ＢＣＨとしてのＢＣＨ搬送波の使用は、そのトラフィック・チャネル・セッションに割り込む。その結果、基地局からデータ・パケット・バーストを受信するのではなく、ユーザ端末は、ＢＣＨバーストを受信する。
【００３３】
ユーザ端末は、このバーストをＢＣＨとして認識しない場合であっても、期待されるデータ・パケットに関する無効なフォーマットを有するものとして即座に認識する。したがって、ユーザ端末は、次のアップリンク・フレームに、そのバーストと共にデータ無効ＤＩメッセージを送信し、基地局は、トラフィック・チャネルの次に使用可能なフレームに、前に期待されたデータ・パケットを送信する。本タイミング方式では、次のフレームの同一スロットが、その基地局の構成メッセージ・スロットと一致する。次のフレームの同一スロットは、異なる基地局に割り当てられたＢＣＨスロットと一致する。しかし、第２のスロットも基地局のＢＣＨ割当とオーバーラップする場合であっても、やはり同一のプロトコルを適用することができる。リモート端末は、やはり、ＤＩメッセージを送信し、割り当てられたＢＣＨスロットが過ぎた後に、基地局が、期待されるデータ・バーストを送信する。肯定応答プロトコルに頼ることによって、ネットワークのデータ容量を増やして、シグナリングの複雑さ又は処理リソースを増やさずにＢＣＨのほとんどを含めることができる。
【００３４】
データ容量増加の量は、ＲＦリソースのどれほどをＢＣＨ専用にするか及びシステムに何個の基地局があるかに依存する。システムに少数の基地局があり、その結果、ＢＣＨフレームが非常に短い反復を有する場合には、すべてのＢＣＨスロットがＢＣＨに使用されるようにネットワークを構成することができ、リモート・ユーザがタイミングと同期を獲得し、構成要求を送信する時間の長さが大きく減る。
【００３５】
その代わりに、可能な１２８個のスロットのうちの少数だけがＢＣＨバーストに使用され、チャネル容量の残りをトラフィックに使用できるように、ＢＣＨを構成することができる。多数（すなわち１２８個に近い）の基地局がネットワークにある場合に、ユーザ端末は、可能な基地局の１０％超からＢＣＨバーストを受信できる可能性が低い。その結果、搬送波の残りの９０％を、ＢＣＨバーストをスキャンする新しいユーザ端末に影響せずにデータ・トラフィックに使用することができる。基地局を、近くの基地局のＢＳＩＤ又はＢＳＣＣを用いてプログラムすることができ、その結果、その基地局は、これらの基地局に割り当てられたＢＣＨスロット中にトラフィックを送信しなくなる。上で説明した同一のＤＩ、再送信方式によって、隣接するＢＣＨスロットとトラフィック・チャネルの間の衝突が補償される。
【００３６】
構成要求ＣＲ
ＣＲバーストは、部分的に、特殊なＣＲ空間トレーニング・シーケンスによって、ランダム・アクセスＲＡバーストやトラフィックＴＣＨバーストから区別される。ＣＲトレーニング・シーケンスは、通常のものより長く、タイミング・アライメントの発見を特に計算的に効率的にする周期的特性を有する。ＣＲバーストは、標準アップリンク・データ・バーストより短く、ユーザ端末と基地局の間の未知の距離に伴う時間遅れが許容される。ＣＲバーストは、８６μ秒だけ短縮され、基地局から約１５ｋｍ離れたユーザ端末と同等の補償されない時間遅れが許容される。
【００３７】
ＣＲバーストは、基地局から未知の距離にあるユーザ端末から送信される。飛行時間の考慮のゆえに、ユーザ端末タイム・ベースは、基地局に関して遅延される。さらに、そのＣＲ送信も、タイミング・アドバンスがまだ初期化されていないので、遅延される。ＣＲバーストを３５μ秒短縮することによって、次のタイム・スロットにあふれずに、３５μ秒後までにＣＲバーストが到着することが可能になる。この３５μ秒は、基地局から５３００ｍにあるユーザ端末が、完全にそのタイム・スロット内に着陸するＣＲバーストを送信できることを意味する。このバーストが、基地局によって見られ、応答される場合に、対応するＣＭに、後続のデータ・バーストを正しく位置決めするタイミング・アドバンス調整が含まれる。
【００３８】
表５に、例のＣＲバーストの内容を要約する。８２個の情報シンボルが、変調及びコーディングを使用して、構成要求メッセージから構成される。
【００３９】
【表５】
0004741841.tif 000006
【００４０】
ＣＲ空間トレーニングはすべての基地局について同一であり、基地局は、必ずしもＣＲを受信する前にユーザ端末の位置を知らない。ＣＲは、表３に示されているように、ＢＣＨ送信からの固定オフセットの時にユーザ端末によって送信される。結果の時間多重化された登録チャネルは、複数の近くの基地局の異なる１つに送信されるＣＲを簡単に区別する。さらに、ＣＲとＣＭは、ＢＳＣＣの関数によってスクランブルされ、近くの基地局に送信されるＣＲからの干渉がある場合でも、ＢＳＣＣの復調キャプチャ効果が衝突を解決する。一実施形態で、スクランブルは、エンコードされたビット・シーケンスをとり、線形フィードバック・シフト・レジスタの出力との論理和をとることによって実行される。最後に、基地局のスマート・アンテナ空間分解能力を適用して、受信されたＣＲに残っている曖昧さを解決する。
【００４１】
構成要求メッセージは、物理層によって構成要求バーストＣＲにマッピングされる。構成メッセージは、物理層によって標準ダウンリンク・バーストにマッピングされる。本ＣＲバーストの情報シンボルは、表６に示されているようにマッピングされる。下にリストされた項目のいずれも後で登録サイクル中に削除し、かつ送信することができ、またはシステムの必要に基づいていくつかを削除し、送信することができる。
【００４２】
【表６】
0004741841.tif 000007
【００４３】
ｉｄｅｎｔｉｔｙは、複数のユーザ端末からの同時メッセージを区別する、ユーザ端末ごとに一意のランダム・ビットの組である。ランダムさ及びビット数の多さのゆえに、２つのユーザ端末が同時に同一の識別コードを選択する可能性は低い。
【００４４】
ｕｔＣｌａｓｓは、ユーザ端末機能（最高の変調クラス、周波数ホッピング能力など）を識別する。このシーケンスは、ＣＲを送信するユーザ端末のタイプを識別する。パームトップ・ディジタル・アシスタントは、固定された専用アンテナを有するデスクトップ・コンピュータと異なる機能を有する場合がある。ｕｔＣｌａｓｓを用いると、異なる機能を区別できる。
【００４５】
ｔｘＰｗｒは、構成要求バーストを送信するためにユーザ端末によって使用される電力を表す。たとえば、ユーザ端末電力＝（２・ｔｘＰｗｒ−３０）ｄＢｍである。ＣＲは、例として、ダウンリンクＢＣＨバースの受信から正確に２２６５μ秒後に、制御搬送波で送信される。この形で、これ以外は初期化されないユーザ端末が、周波数ホッピング・シーケンス・パラメータの知識なしでＣＲを送信することができる。ＣＲバーストは、標準アップリンク・タイム・スロットより短く、ユーザ端末から基地局への未知の飛行時間が許容され、ＣＲバーストは、通常はアップリンク・タイム・スロット受信ウィンドウの遅くに到着する。
【００４６】
構成メッセージＣＭ
表７に、構成メッセージ・バーストの例の内容を要約する。４９４個の情報シンボルが、変調及びコーディングを使用して構成メッセージから構成される。
【００４７】
【表７】
0004741841.tif 000008
【００４８】
構成メッセージＣＭバーストは、対応するアップリンク・タイム・スロットでＣＲが受信された時に、必ず、ダウンリンクＢＣＨバーストの送信の正確に５秒後に、ＢＣＨ搬送波で送信される。このタイミングを使用して、ＣＭが要求元のユーザ端末に向けられる。ＣＭは、空間シグネチャの分析、たとえばアップリンクＣＲのＤＯＡやＴＯＡなどのパラメータに基づいて、空間的に向けられる信号でも送信される。ＣＭは、ＢＣＨ搬送波で、ＢＣＨからの固定された時間オフセットで送信されるので、それ以外では初期化されないユーザ端末が、周波数ホッピング・パラメータの知識なしでＣＭを受信することができる。ＣＲに応答するＣＭには、とりわけ、ＡＦＮ（絶対フレーム番号）、より大きいタイミング・アドバンス調整ダイナミック・レンジ、より粗い電力制御、様々なアクセス制御パラメータが含まれる。表８に、ＣＭバーストの内容を要約する。下にリストされた項目のいずれも、後で登録サイクル中に削除し、送信することができ、あるいは、システムの必要に応じて、いくつかを削除し、送信することができる。
【００４９】
【表８】
0004741841.tif 000009
【００５０】
シンボル・セットの意味は、次の通りである。
【００５１】
ｉｄｅｎｔｉｔｙ：ユーザ端末がＣＲで送信するランダムな識別。
【００５２】
ｐｗｒＣｔｒｌ：ユーザ端末が将来のパラメータ要求バーストとランダム・アクセス・バーストに適用しなければならない電力オフセット：オフセット＝（２・ｐｗｒＣｔｒｌ−１６）ｄＢ。
【００５３】
ｔｉｍｉｎｇＡｄｊｕｓｔ：ユーザ端末が将来のランダム・アクセス・バーストに適用しなければならないタイミング・アドバンス：タイミング・アドバンス＝ｔｉｍｉｎｇＡｄｊｕｓｔμ秒。
【００５４】
ＡＦＮ：絶対フレーム番号の最下位１０ビット。
【００５５】
ｃａｒｒｉｅｒＭａｓｋ：トラフィック・チャネルを含む搬送波のビットマップ。
【００５６】
ｒａｃａｒｒｉｅｒＭａｓｋ：ランダム・アクセス・チャネルを含む搬送波のビットマップ（最下位ビットが搬送波０）。
【００５７】
ｒａｓｌｏｔＭａｓｋ：ランダム・アクセス・チャネルを含むスロットのビットマップ（最下位ビットがスロット１）。ランダム・アクセス・チャネルは、ｒａｃａｒｒｉｅｒＭａｓｋとｒａｓｌｏｔＭａｓｋの両方が非ゼロの場合に発生する。
【００５８】
ｒａＤｅｃ：ランダム・アクセス・チャネルに使用可能なＡＦＮ。
【００５９】
ｈｏｐｐｉｎｇ：１と等しい場合に、物理搬送波と論理搬送波の間の関係が各フレームでホッピングする。
【００６０】
ランダム・アクセス−バースト送信要求
上の議論からわかるように、登録の後に、ユーザ端末は、ＲＩＤとＰＩＤを有し、かつ表５に示されたデータのすべてを含むネットワークに関するかなりの量の情報を有する。この情報には、割り当てられたランダム・アクセス・チャネル又は割り当てられたランダム・アクセス・チャネルの組と、初期送信電力レベルが含まれる。この情報は、ＲＡ−ｒｔｓの生成及び送信に使用される。
【００６１】
ユーザ端末は、特定の基地局に登録した後に、データ交換用のストリームをオープンすることができる。ストリームのオープンは、基地局又はユーザ端末のいずれかによって開始することができる。通常、ストリームは、基地局又はユーザ端末のいずれかが、他方に送信すべきデータを有する場合にオープンされる。このデータは、事前にセットされた量が送信バッファに累積されるまで、又は事前にセットされた時間が経過するまで、バッファリングされる。事前にセットされた量は、非０の任意の値とすることができる。基地局が、その送信バッファにユーザ端末に関する送信データを累積した場合に、その基地局は、下で詳細に説明するページをユーザ端末に送信する。ユーザ端末は、ページを受信するか、送信バッファに十分な量のデータを累積した場合に、たとえばＲＡ−ｒｔｓメッセージを送信する。このメッセージは、下で説明するように、データの交換を可能にするためにストリームをオープンすることの要求である。基地局は、このＲＡメッセージを受信する時に、システム・リソース可用性を分析し、適切なチャネルが使用可能である場合に、たとえばＡＡ−ｃｔｓメッセージによって応答する。このメッセージは、下で説明するように、チャネルを識別し、ストリームに割り当てる。
【００６２】
ＲＡ／ＡＡ交換では、ストリームが割り当てられ、端末が通信するのに必要なすべての情報が交換されている。次のアップリンク・スロットで、リモート端末は、割り当てられたチャネルを介するデータの送信を開始する。ストリームが、基地局からのページによって開始された場合には、リモート端末は、送信すべきデータを有しない場合があり、その場合には、リモート端末はアイドル・ビットを送信する。このアイドル・ビットは、受信されるデータがないときに、基地局がユーザに関する空間パラメータを維持するのを助ける。基地局は、これらの空間パラメータを使用して、そのデータ・パケット又はアイドル・ビットを送信する。この形で、データと肯定応答が、登録ストリームと同一の形で交換される。表９に、例のランダム・アクセス・メッセージ・バーストの内容を要約する。バースト構造は、トラフィック・チャネルＴＣＨのアップリンク・データ・バーストと同一である。アップリンク・データ・バーストに関して、情報シンボルは、データ、インアンド・シグナリング（in-and signaling）又はその両方を搬送する。
【００６３】
【表９】
0004741841.tif 000010
【００６４】
ＲＡバースト情報シンボルは、一実施形態で、表１０に示されたフィールドを有する。
【００６５】
【表１０】
0004741841.tif 000011
【００６６】
シンボル・セットの意味は、次の通りである。
【００６７】
ＲＡＴｙｐｅ：表８に関連して説明したＲＡバーストのタイプ。
【００６８】
ＩＤ：ＲＩＤ又は、ページ応答の場合にＰＩＤのいずれかである登録識別子。このフィールドは、ストリーム要求に優先順位を付けるために基地局が使用することができる。より高い優先順位のユーザ端末は、ＲＩＤ又はＰＩＤによって識別でき、他のユーザより優先してストリームを許可される。ＩＤは、要求元ユーザ端末の登録アカウント及び情報にアクセスするのにも使用される。
【００６９】
ＵＴＴｘＰｗｒ：ユーザ端末がバーストを送信するのに使用する電力。特定の応用例に合わせて、これらのフィールドの１つ又は複数を削除又は変更することができ、より多くのフィールドを追加することができる。
【００７０】
ＲＡＴｙｐｅフィールドを用いると、同一チャネルで送信される異なるタイプのＲＡメッセージが存在できるようになる。表１１に、３ビット・フィールドを用いてサポートできる例を示す。さらなる又は異なるタイプのＲＡメッセージを、ネットワークの特定の性質に応じて使用することができる。さらに多くの異なるタイプのメッセージが利用できるようにするために、より多くのビットを使用することもできる。代替案として、ユーザ端末が、表１１にリストされた状況に応じて異なるＲＡバーストを送信することができる。表８のＲＡバーストのすべてが、基地局によってユーザ端末に割り当てられたランダム・アクセス・チャネルで送信される。一実施形態で、ＲＡチャネルは、トラフィックにも使用されるチャネルの組である。
【００７１】
【表１１】
0004741841.tif 000012
【００７２】
シンボル・セットの意味は次の通りである。
【００７３】
ＲＡ−ｒｔｓは、下でさらに述べるが、ユーザ端末がそれを用いて登録の後に新しい通信ストリームをオープンできる機構である。
【００７４】
ＲＡ−ｐｉｎｇ：ストリームをオープンせずに、ユーザ端末の位置、チャネル特性、アクティビティを基地局に警告するのに使用される。基地局にｐｉｎｇを打つことを使用して、登録をアライブに保つことができる。
【００７５】
ＲＡ−ｒｔｓ−ｓｈｏｒｔ、ＲＡ−ｒｔｓ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ、ＲＡ−ｒｔｓ−ＵＭ：特殊なタイプのストリームをオープンするのに使用することができる。
【００７６】
ＲＡ−ｐａｇｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ：ユーザ端末が送信すべきデータを有しないが、基地局からのページに応答してストリームがオープンされることを要求している時に、これを送信することができる。いくつかのシステムで、基地局が、上で述べたようにまずユーザ端末にページングすることなく、ストリームを直接にオープンすることが好ましい場合がある。
【００７７】
ＲＡ−ｒｒｅｇ：新しい登録をオープンするか既存の登録を変更するのに使用される。上で述べたように、ユーザ端末は、登録の後にＲＡバーストを使用するが、ネットワーク管理では、単一のユーザ端末が、異なる個人、異なるアカウント、異なるタイプの通信、又は他の理由から２つの登録を有することが有用である場合がある。
【００７８】
アクセス割当バースト
ユーザ端末は、ＲＡ−ｒｔｓなどのランダム・アクセス・メッセージを、ランダム・アクセス・チャネルのアップリンク側で送信する。基地局は、ランダム・アクセス・チャネルのダウンリンク側を使用して、ランダム・アクセス要求を許可し、ＡＡ（アクセス割当）メッセージを使用して、要求されたデータ・ストリームにリソースを割り当てる。ＡＡメッセージは、異なるフォーマットを有することができる。１つのフォーマットを、表１２に示す。
【００７９】
【表１２】
0004741841.tif 000013
【００８０】
シンボル・セットの意味は、次の通りである。
【００８１】
ＩＤ：ＲＡ−ｒｔｓで送信されたＲＩＤ又はＰＩＤのいずれかの、ユーザ端末のｉｄ。
【００８２】
ｍｏｄＣｌａｓｓＵｐ：アップリンクに使用される変調とコーディングを識別する。
【００８３】
ｍｏｄＣｌａｓｓＤｏｗｎ：ダウンリンクに使用される変調とコーディングを識別する。
【００８４】
ｆｒａｍｅＤｅｃ：分数レート・チャネルを定義する。
【００８５】
ｒｅｓｏｕｒｃｅ  ｉｂＣｈａｎ：ストリームに割り当てられたアップリンク／ダウンリンク・リソース対を示す。
【００８６】
ｐｗｒＣｔｒｌ：後続の送信に適用される、ＵＴの電力調整。
【００８７】
ｔｉｍｉｎｇＡｄｊｕｓｔ：後続の送信に適用される、ＵＴのタイミング調整。
【００８８】
ｔＯｆｆｓｅｔ：後続の送信に適用される、ＵＴのトレーニング・シーケンス・オフセット調整。
【００８９】
ＡＡＴｙｐｅ：アクセス割当メッセージのタイプを示す。多数の異なる可能なタイプが可能である。表１３に、ＡＡタイプの１つの例のセットを示す。
【００９０】
【表１３】
0004741841.tif 000014
【００９１】
シンボル・セットの意味は、次の通りである。
【００９２】
ＡＡ−ｃｔｓ：（アクセス割当−送信可）ＡＡ−ｃｔｓメッセージのパラメータに基づいて、送信側ユーザ端末とのストリームを開始する。ＡＡ−ｃｔｓは、ＲＡメッセージのいずれかへの応答で送信することができ、ＲＡ−ｒｔｓ、ＲＡ−ｐｉｎｇ、ＲＡ−ｒｔｓ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ、ＲＡ−ｐａｇｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｅ、ＲＡ−ｒｒｅｇに特に適切である。これによって、基地局は、ユーザ端末がストリームをオープンする必要に気付いていない場合であってもストリームをオープンできるようになる。次の通信は、オープンされたストリーム内のデータである。上で述べたように、データは、対応するストリーム・データ・バッファが空になるまで送られる。ストリームは、通常、その後にクローズされる。しかし、多数の他のイベントの発生時にもストリームをクローズすることができる。
【００９３】
ＡＡ−ｒｅｊｅｃｔ：要求を拒否し、ＲＡメッセージを送信する前にタイマを始動するようにＵＴに指示するのに使用することができる。そのような応答によって、ビジー基地局での輻輳を解放することができる。ＵＴは、これに応答して、待つか、より良いトラフィック可用性を有する別の基地局にＲＡ−ｒｔｓを送信するかを選択することができる。
【００９４】
ＡＡ−ｐｉｎｇ−ａｃｋ：ＲＡ−ｐｉｎｇに肯定応答し、登録用のタイマをリセットする。ｐｉｎｇを打つ処理は、トラフィックがないので登録が満了するのを防ぐのに使用することができる。登録を維持することによって、たとえばＲＡ−ｒｔｓとＡＡ−ｃｔｓを用いて、ストリームを即座にオープンできるようになる。登録が満了した場合には、データ・ストリームをオープンする前に、登録処理を繰り返さなければならない。
【００９５】
ＡＡ−ｃｔｓ−ｓｈｏｒｔ及びＡＡ−ｐｒｅｖ−ｓｈｏｒｔ−ａｃｋ：特殊なタイプのストリームに使用することができる。
【００９６】
ＡＡ−ｃａｎｃｅｌ：ページが送られなかった時又はページ条件がもはや適用されない時にＲＡ−ｐａｇｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｅに応答するのに使用することができる。
【００９７】
ＡＡ−ｉｎｖａｌｉｄ−ｉｄ：ＵＴが満了したＲＩＤ又はＰＩＤを使用しているか、応答する基地局で有効でないことをＵＴに通知するのに使用することができる。ＵＴは、ＡＡの情報を使用して、たとえばＲＡ−ｒｒｅｑを送信することによって、新しい登録ストリームをオープンすることを要求することができる。
【００９８】
ＡＡ−ｒｅｇ−ａｃｋ：登録ストリームを開始するＲＡ−ｒｒｅｑの肯定応答である。上で述べたように、基地局は、基地局にＲＡ−ｐａｇｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｅメッセージを送信するようにＵＴに指示するページをＵＴに送信することができる。一実施形態で、これによって、ページング・チャネルを使用することによる制御トラフィック・オーバーヘッドが減る。ページング・チャネルは、基地局によって効率的に使用することができ、ページが、所望のデータ・ストリームを確立することのチャネル効率を高めるランダム・アクセス・チャネル割当を可能にすることができる。ページ・バーストは、ページング・チャネルで送信され、このページング・チャネルは、そのページのために排他的に使用することができ、あるいは、ブロードキャスト・チャネル又は制御チャネルなどの他の機能と共用することができる。代替案では、トラフィックのチャネルの１セクションをページに使用することができる。
【００９９】
ページには、そのページを送信する基地局の表示と、ページングされるユーザ端末の表示、通常はＰＩＤが含まれる。ＵＴが既に登録されている場合に、ページに、そのページに応答する方法に関する情報を含める必要はない。というのは、この情報を登録データ交換ストリームに含めることができるからである。上で述べた実施形態では、ＵＴが、ＲＡ−ｐａｇｅ−ｒｅｓｐｏｎｓｅメッセージを送信することによってランダム・アクセス・チャネルでページに応答するが、他のタイプの応答も可能である。
【０１００】
トラフィック・チャネル・バースト構造
一実施形態で、登録又はセッションと称する基地局との関係をユーザ端末が形成する。この登録は、ＢＣＨ（ブロードキャスト・チャネル）をリスンすることによって始まり、ハンド・オーバ、タイムアウト、又は切断によって終わる。登録の第１ステップは、ＣＲ（構成要求）バーストを送信し、ＣＭ（構成メッセージ）バーストを受信することによって、ユーザ端末によって達成される。上で説明したように、ＣＭには、ホッピング・シーケンス計算パラメータなどの基本的な構成パラメータが含まれる。ＣＭからの情報を使用することによって、ユーザ端末は、認証されない登録ストリームをオープンする。登録ストリーム中に、識別と能力が交換され、動作パラメータがセットされ、ＲＩＤ（登録識別子）又はＰＩＤ（ページング識別子）が割り当てられる。その後に、ストリームを作成し、このＲＩＤ又はＰＩＤ及び動作パラメータにアタッチすることができる。登録の特定の詳細は、本明細書では提供しない。多数の他の登録シナリオも、本発明の範囲内で可能である。
【０１０１】
ＣＭには、ユーザ端末が基地局までの距離とＲＦ経路損失を知り、タイミング・アドバンスを訂正し、電力制御を調整し、周波数ホッピングのパラメータ（たとえばフレーム・ナンバリングとＢＳＣＣ）を知るのに十分な情報が含まれている。ＣＭからのこの情報に基づいて、ユーザ端末は、送信すべきデータを有する時に、ＲＡ−ｒｒｅｑ（ランダム・アクセス−登録要求）から始めてセッションを開始することができる。リソースが使用可能である場合に、基地局は、ＡＡ−ｒｅｇ−ａｃｋ（アクセス割当−登録肯定応答）をユーザ端末に送信して、登録処理用のトラフィック・チャネルを割り当てる。基地局とユーザ端末は、この確立されたストリームの暗号化鍵を含む様々なアクセス制御パラメータを交換する。最後に、ＲＩＤとＰＩＤが割り当てられる。ＲＩＤ又はＰＩＤを使用することによって、ユーザ端末は、ＴＣＨでデータ・パケットを送受信するセキュア・ストリームを確立することができる。
【０１０２】
空間ダイバーシチ無線通信システムでは、本発明を用いると、トラフィック・チャネル（ＴＣＨ）での通信を、適度に正確なタイミング、周波数、空間ダイバーシチ・パラメータを用いて開始できる。より正確なパラメータを用いて開始することによって、チャネル情報を徐々に判定するのに数フレームを使用する追加の待ち時間が回避される。一実施形態で、ユーザ端末が単一のアンテナから全方向に送信し、基地局は、空間ダイバーシチ・アンテナを使用して、空間ダイバーシチ・パラメータを使用することによって受信し、送信する。これによって、たとえば異なる位置から同一のチャネルで送信される信号を解決できるようになり、基地局が単一の周波数で異なるユーザ端末に異なる信号を送信できるようになる。登録処理には、基地局がページを送信するためのタイミング、周波数、空間パラメータの正確な組を展開するのに十分なシグナリングが含まれる。しかし、一実施形態で、ユーザ端末が登録後に移動するか、無線チャネル状態が変化した場合に、ページが、すべての方向に送信される。さらに、上で説明したように、アップリンク・ランダム・アクセス・バーストも、かなり長いトレーニング・シーケンスを有する。これによって、基地局は、ユーザ端末が移動したかチャネルが変化した場合に、以前の空間処理パラメータを洗練させる。
【０１０３】
トラフィック・チャネル（ＴＣＨ）バーストは、ユーザ端末又は基地局によって、トラフィック・チャネルを介してトラフィックを送信するために送信される。一実施形態で、タイミング・パラメータと空間パラメータを維持するために、送信すべきデータがない時に、ＴＣＨバーストがアイドル・ビットと共に送信される。ＴＣＨバーストは、ＣＲとＣＭが交換された後、登録の後、さらにはデータ・トラフィックに割り当てられたチャネルでストリームがオープンされた後に送信される。したがって、タイミングと周波数オフセットが空間シグネチャとともに既に適度に明確に確立されている。一実施形態で、タイミングは、±２シンボル時間未満であることがわかっている。
【０１０４】
ＴＣＨバーストは、表１４にリストされた複数のフィールドから構成される。持続時間はμ秒で記述される。一実施形態で、シンボル期間は、２μ秒であり、アップリンク・バーストとダウンリンク・バーストは、表に示されているように異なる。代替案では、アップリンク・バーストとダウンリンク・バーストが同一の構造を有するようにバーストを構成することができる。ネットワークは、アップリンクとダウンリンクを定義できないようなピアのネットワークであってもよい。
【０１０５】
【表１４】
0004741841.tif 000015
【０１０６】
端末の間にドリフト又は移動があった場合に信号をより正確に受信でき、復調できるようにするために、トレーニング・シンボルに１４６μ秒又は６８μ秒を割り振る。これは、７３シンボル又は３４シンボルに対応する。トレーニング・シンボルについては下で詳細に説明する。
【０１０７】
３６４個又は４９４個の情報シンボルが、送信データ・バッファから構成される。この実施形態では、システムのデータ容量を増やすために、様々な形でＴＣＨバーストを変調することができる。
【０１０８】
トレーニング・シーケンス
ＴＣＨバーストの場合に、タイミング及び周波数オフセットは、以前のＣＲとＣＭの交換と登録に起因して、既に適度によくわかっている。その結果、トレーニング・シーケンスを単純にすることができる。アップリンク・バーストの場合に、トレーニング・シーケンス・シンボルは、ＢＳＣＣと基地局によってユーザ端末に割り当てられた値に基づいて、ユーザ端末によって選択される。これによって、異なるユーザ端末からのバーストを識別でき、互いに区別できるようになる。その代わりに、コア・シーケンスを、通し番号、製品番号、ＩＤ番号、又はユーザ端末の他の保管された番号に基づいて選択することができる。一実施形態で、トレーニング・シーケンスは、３つの部分すなわち、５つのシンボル・プリフィックス、６３個のシンボル・コア、５つのシンボル・サフィックスを有する。プリフィックスはコアの最後の５つのシンボルからなり、サフィックスはコアの最初の５つのシンボルからなる。ダウンリンク・トレーニング・シーケンスは、同様に構成されるが、２４個のシンボルのコアだけを有し、合計３４シンボルになる。トレーニング・シーケンスの特定の長さとシンボル・セットは、シーケンスが既知であるならば、本発明にとって重要でない。トレーニング・シーケンスの多数の異なる構成が可能である。同様に、アップリンク・シーケンスとダウンリンク・シーケンスを区別する必要はない。しかし、単純にするために、本発明を、上で述べた７３シンボルのアップリンク・トレーニング・シーケンスの例を使用して説明する。
【０１０９】
使用中に、特定のシーケンスが、通常はルックアップ・テーブルを使用して生成される。テーブルの値が、自己相関、相互相関、周期性、類似する特性に基づいて選択される。自己相関と相互相関の境界は、このシーケンスの遅延された版が、それを解決する最小二乗ビームフォーマに部分的に相関しないように見せるのに役立つ。
【０１１０】
標準アップリンク・バースト及び標準ダウンリンク・バースト
上の説明からわかるように、複数の異なるバーストが同一の構造を有する。したがって、たとえば、アップリンクで、ＲＡバースト（表９）とＴＣＨバースト（表１４）は、同一の構造を有する。ＣＲバースト（表５）さえもが、同一のシンボル位置から開始されるトレーニング・シーケンスを有する。ダウンリンクについて、ＣＭバースト（表７）、ＡＡバースト、ＴＣＨバースト（表１４）のすべてが、同一の構造を有する。その結果、リストされたダウンリンク・バーストのすべてを、上で説明したフレームの任意のダウンリンク・スロットで送信することができる。特定のタイプのバーストをタイム・スロットの特定のグループに向けることができ、バーストの周波数リソースを混合することができる。たとえば、特定のフレーム又は他のタイム・スロット及び周波数リソースのグルーピングを制御チャネルとして指定し、ＣＲ、ＣＭ、ＲＡ、ＡＡのバーストだけを搬送させることができる。リソースの別の組をトラフィック・チャネルとして指定し、ＴＣＨバーストだけを搬送させることができる。代替案では、上で説明したように、ブロードキャスト・チャネル・フレームのスロットを、ブロードキャスト・チャネル、制御チャネル、ランダム・アクセス・チャネル、トラフィック・チャネルに使用することができる。さらに、任意のフレームのスロットを使用して、ブロードキャスト・チャネル、制御チャネル、ランダム・アクセス・チャネル、トラフィック・チャネルのメッセージを搬送することができる。
【０１１１】
本明細書で説明するバーストは、例としてのみ意図され、より多数又はより少数のタイプのバーストを使用することができる。バーストは、様々な異なる形で分類し、論理チャネルにグループ化することができる。１例として、本システムは、ブロードキャスト・チャネルＢＣＨ、制御チャネルＣＣＨ、トラフィック・チャネルＴＣＨを有するものとして特徴を表すことができる。このシステムでは、ＢＣＨがＢＣＨバーストだけを有し、ＴＣＨがＴＣＨバーストだけを有する。ＣＣＨに、ＣＲバースト、ＣＭバースト、ＲＡバースト、ＡＡバースト、ページ（ＰＣＨ）バーストが含まれる。本システムは、ブロードキャスト・チャネルＢＣＨ、構成チャネルＣＣＨ、ランダム・アクセス・チャネルＲＡＣＨ、トラフィック・チャネルＴＣＨを有するものとして特徴を表すこともできる。この分類法によれば、ＣＲとＣＭはＣＣＨに属し、ＲＡ、ＡＡ、ＰＣＨはＲＡＣＨに属する。本発明は、バーストの特徴を表す形に依存せず、広い範囲の異なる通信システムに適用することができる。
【０１１２】
バーストの共通の構造によって、すべてのバーストをすべてのスロットで送信することが可能になる。ブロードキャスト・チャネルを除いて、バーストのすべてが、同一のシンボル位置にトレーニング・シーケンスを有し、バーストのほとんどすべてが、正確に同一の構造を有する。その結果、バーストのすべてを、正確に同一の形で復調することができる。情報シンボルが復調されたならば、これらの情報シンボルを、適切な使用のために上位層に渡すことができる。このバースト構造の一貫性によって、システムのリソース割振りでのより高い柔軟性がもたらされる。一実施形態で、バースト構造は、標準アップリンク・バーストと標準ダウンリンク・バーストとして特徴を表すことができる。標準アップリンク・バーストは、ＲＡバーストとＴＣＨバーストに使用することができ、上で述べたものと同一の情報を搬送する。標準ダウンロード・バーストは、ＣＭ、ＡＡ、ＴＣＨに使用することができ、上で述べた情報を搬送する。ページは、標準ダウンリンク・バーストで送信することもできる。バーストは、上で説明したような構造とするか、その代わりに表１５に示された構造とすることができる。このバースト構造を、図１、２の図にも示す。表１５の標準バーストは、上で説明したバーストより少ないトレーニングを有するが、すべての種類の制御データ及びオーバヘッド・データの送信に使用できるＦＡＣＣＨ（高速関連制御チャネル）も含む。いくつかのシステムで、ＦＡＣＣＨを、ハンド・オーバに関するメッセージに使用することができる。他のシステムでは、ＦＡＣＣＨが、変調クラス又はチャネル品質変化に関するメッセージに使用される。上の構造と同様に、各シンボルは２μ秒を要する。上の構造と同様に、特定の実施態様に適する変形形態及び修正形態を作ることができる。
【０１１３】
【表１５】
0004741841.tif 000016
【０１１４】
図１に、５４５μ秒のアップリンク・バーストを示すが、このバーストの構成要素が、短い１０μ秒のランプ・アップ１０１と、６８μ秒のトレーニング・シーケンス１０２である。トレーニング・シーケンスは、上で説明したように多数の異なる形で選択することができる。たとえば、トレーニング・シーケンスを、バーストの性質、送信端末又は受信端末の識別、あるいは送信端末又は受信端末からの割当に基づいて、直交トレーニング・シーケンスのリストから選択することができる。一実施形態で、トレーニング・シーケンスが、上で説明したｔＯｆｆｓｅｔ値に基づいてグループ化される。制御チャネル・メッセージ（ＣＲ、ＣＭ、ＲＡ、ＡＡ）について、１つ又は２つのｔＯｆｆｓｅｔ値が許可され、残りのｔＯｆｆｓｅｔ値は、トラフィック・チャネル（ＴＣＨ）バーストに使用される。選択されたトレーニング・シーケンスは、選択されたシーケンスをとり、基地局又はユーザ端末ＩＤの関数を適用することによって、変更又は構成される。
【０１１５】
このセクションの後に、３６４μ秒の情報シンボル１０３と３２μ秒のＦＡＣＣＨ  １０４がある。情報シンボルは、バーストの性質に依存し、とりわけ、登録、要求、制御、又はユーザ・データとすることができる。バーストは、１０μ秒のランプダウン１０５と１５μ秒のインターバースト・ガード・タイム１０６で終わる。本発明のフレーム構造では、インターバースト・ガード・タイムの後に、次のバーストのもう１つのランプ・アップ、ダウンリンク・バーストに先立つ遷移ガード・タイム、又はフレーム間ガード・タイムのいずれかがある。
【０１１６】
同様に、図２に、１０９０μ秒の標準ダウンリンク・バーストを示すが、その構成要素が、短い１０μ秒のランプ・アップ２０１、６８μ秒のトレーニング・シーケンス２０２と、３２μ秒のＦＡＣＣＨ  ２０３である。トレーニング・シーケンスは、上で説明した異なる形又は他の形のいずれかで選択することができる。これらのセクションに、９２０μ秒の情報シンボル２０４が続く。情報シンボルは、バーストの性質に依存し、とりわけ、登録、割当、制御、又はユーザ・データとすることができる。バーストは、３６μ秒の末尾トレーニング・シーケンス２０５、１０μ秒のランプダウン２０６、１４μ秒のインターバースト・ガード・タイム２０７で終わる。本発明のフレーム構造では、インターバースト・ガード・タイムの後に、次のバーストのもう１つのランプ・アップ、ダウンリンク・バーストに先立つ遷移ガード・タイム、又はフレーム間ガード・タイムのいずれかが続く。
【０１１７】
末尾トレーニング・シーケンスは、より長い情報シンボル・セット中にタイミングと周波数を維持するのを助ける。両端のトレーニング・シーケンスは２つの長所を提供する。第１に、トレーニング・シーケンスの間のより長い距離によって、バースト中の周波数又は位相オフセットのより正確な判定が可能になる。第２に、情報シンボルの両端で情報シンボルの外にトレーニング・シーケンスを置くことによって、トレーニング・シーケンスからの正確な周波数オフセットを、補間によって情報シンボルに適用することができる。いくつかのシステムで、トレーニング又は追加トレーニングのすべてが、情報シンボルの中央に置かれる。これは、情報シンボルの端でのタイミングを判定するために、外挿を必要とする。外挿は元来補間より不正確である。末尾トレーニング・シーケンスは、第１のトレーニング・シーケンスと同一又は異なるものとすることができる。第１のトレーニング・シーケンスがあるコア・シーケンスの反復である場合に、末尾トレーニング・シーケンスを同一だが反復回数が少ないものとすることができる。その代わりに、末尾トレーニング・シーケンスを第１のトレーニング・シーケンスの短縮版とすることができる。
【０１１８】
トラフィック・チャネルのフレーム構造
上で説明したように、フレーム構造は、ブロードキャスト・チャネル・バースト、制御チャネル・バースト、ランダム・アクセス・チャネル・バースト、トラフィック・チャネル・バーストをサポートすることができる。上で説明したバーストのすべてを、フレームで使用することができる。そのようなフレームの例がたとえば上の表４に示されている。このフレームを、表１６及び図３に関してさらに詳細に説明する。
【０１１９】
【表１６】
0004741841.tif 000017
【０１２０】
図３の例のフレームは、単一のタイム・シーケンスに、３つの隣接する５４５μ秒のアップリンク・スロット３０１、３０２、３０３を有する。アップリンク・スロットに、３つの隣接する１０９０μ秒のダウンリンク・スロット３０５、３０６、３０７のシーケンスが続く。図３では、各アップリンク・スロットの間と各ダウンリンク・スロットの間にギャップがないが、図１、２に示されているように、各スロットに、インターバースト・ガード・タイムが含まれてもよい。このインターバースト・ガード・タイムは、スロットではなくフレームに属するものとして特性づけられてもよく、その場合、各スロットの間にギャップがある。さらに、アップリンク・スロットとダウンリンク・スロットの間に、追加の１０μ秒のアップリンク−ダウンリンク遷移時間が設けられている。この時間は、端末が受信モードと送信モード又は送信モードと受信モードの間で切り替えるのに使用することができる。
【０１２１】
８５μ秒のフレーム間ガード・タイムが、ダウンリンク・スロットの後に設けられる。これやその他のガード・タイムの長さは、本発明の特定の実施形態に合わせて変更することができる。フレーム間ガード・タイムは受信するリモート・ユーザ端末を助ける。ダウンリンク・スロット＃３のバーストが送信された後に、バーストが基地局と通信している特定の遠くのリモート受信器まで移動する前に、伝搬時間遅延がある。第３ダウンリンク・スロットの後に、アップリンク・バーストが送信される。これは、タイミング・アドバンス付きで送信することができ、その結果、これらは、フレームの適切なアップリンク・スロット内で基地局によって受信される。最も離れたユーザ端末に対して、かなりのタイミング・アドバンスが適用される可能性がある。これらのリモート・スロット＃１アップリンク・バーストは、十分なガード・タイムが設けられない場合に基地局のスロット＃３ダウンリンク・バーストと干渉する可能性がある。８５μ秒は、基地局と最も離れたユーザ端末の間の１５ｋｍまでの範囲を提供する。８５μ秒は、現在の例に適切と考えられるが、期待される基地局範囲ならびに他の要因に基づいて増減することができる。
【０１２２】
表１６の例には、アップリンク・スロットが必ずダウンリンク・スロットに先立つことが示されているが、順序を逆にすることができる。表３からわかるように、繰り返されるフレームで、ダウンリンク・スロットがフレーム内のアップリンク・スロットの前にある場合に、これらのダウンリンク・スロットは、それでも前のフレームのアップリンク・スロットに続いている。さらに、フレームが、それぞれ互いに隣接するアップリンク・スロットとダウンリンク・スロットを有するものとして示されている。その代わりに、アップリンク・スロットとダウンリンク・スロットを交番させるか、他の形でグループ化することができる。上で説明したアップリンク・スロットとダウンリンク・スロットの順序付けは、ネットワークの動作を単純にし、基地局とユーザ端末の性能に対する要求を下げる。また、この順序付けは、他のフレーム構造より短いガード・タイムを必要とする。最後に、アップリンク・スロットとダウンリンク・スロットが、等しい個数であるものとして図示されている。この構成は、トラフィック・チャネルの両方向通信についてよく働くが、特定のシステム要求に合わせて変更することができる。たとえば、表３からわかるように、ブロードキャスト・チャネル・バーストを、フレームの選択された位置に追加することができる。一部のシステムで、システム情報、すなわち多くのユーザに送信されるデータのために追加のアップリンク・スロット又はダウンリンク・スロットを指定するか、データ・トラフィック需要の非対称性をより完全に補償することが好ましい場合がある。図３に、さらに、ダウンリンク・スロットがアップリンク・スロットの２倍の長さであり、したがって、２倍のシンボルを送信できることが示されている。具体的に言うと、図１、２及び表１５に示されているように、アップリンク・バーストは、１８２個の情報シンボルを搬送するが、ダウンリンク・バーストは、４６０個の情報シンボル又は約２．５倍多いシンボルを搬送する。表１４のトラフィック・バーストでは、アップリンクが、１８２個の情報シンボルを搬送し、ダウンリンクが、ダウンリンクで４９４個又は約２．７倍の情報シンボルを搬送する。アップリンク・バーストとダウンリンク・バーストの実際のデータ・レートは、部分的に、送信される情報シンボルの個数によって、また、部分的に、アップリンク送信とダウンリンク送信に使用される変調クラスによって決定される。
【０１２３】
変調クラス
上で説明したように、ｕｔＣｌａｓｓ、ｍｏｄＣｌａｓｓＵｐ、ｍｏｄＣｌａｓｓＤｏｗｎを含む、基地局とユーザ端末の間で通信されるメッセージの一部を使用して、アップリンク・バーストとダウンリンク・バーストの送信に使用される変調クラスを設定又は変更することができる。その代わりに、ＦＡＣＣＨ又は別のメッセージを使用して、使用される変調クラスを設定又は調整することもできる。変調クラスは、異なるタイプの変調とコーディングを提供し、これらは、一緒に、シンボルあたりのビット数を変更する。変調クラスは、端末の機能、チャネル品質、又は様々な他の要因に基づいて選択することができる。変調クラスを多数の異なる形で変更することができる。変調クラスの特定の個数とタイプは、ネットワーク容量、チャネル品質、コストの目標に対処するのに適切な、多数の異なる形をとることができる。
【０１２４】
一実施形態で、表１７に示された９つの異なる変調クラスがある。異なる変調クラスは、変調方式ならびにエンコーディングが異なる。エンコーディングに、エラー検出と訂正、パンクチャリング（puncturing）、ブロック・コーディング、ブロック・シェーピング（block shaping）を含めることができる。特定の応用例の必要に応じて、他のタイプの変調とエンコーディングを使用することもできる。ビットごとシンボル・レートは、表１７では近似的であるが、同一の個数のシンボルを使用して達成できるデータ・レートの範囲の表示を提供する。表１５の、アップリンクで１８２、ダウンリンクで４６０の情報シンボルごとバーストの値を使用すると、変調クラス０のバーストは、それぞれ９１ビット又は２３０ビットを搬送する。その一方で、変調クラス８のバーストは、それぞれ７２８ビット及び１８４０ビットを搬送する。
【０１２５】
【表１７】
0004741841.tif 000018
【０１２６】
変調クラスを調整して、アップリンクとダウンリンクの間の特定のデータ・レート比を達成すると同時に、リモート端末と比較した基地局のより高い機能に対処することもできる。アップリンク・シンボルごとのダウンリンク・シンボルの比は約２．５：１である。これは、多数のインターネット応用例の実用的なデータ・レート比である。基地局とユーザ端末が、同一の変調クラスを使用する場合に、データ・レート比はやはり約２．５：１になる。しかし、異なる変調クラスを使用することによって、データ・レート比を約０．３２：１（ＵＴはｍｏｄｃｌａｓｓ  ８、ＢＳはｍｏｄｃｌａｓｓ  ０）から約２０：１（ＵＴはｍｏｄｃｌａｓｓ  ０、ＢＳはｍｏｄｃｌａｓｓ  ８）まで変更することができる。いくつかの応用例で、ＢＳは、頻繁に、ユーザ端末の変調クラスより１ステップ上位の変調クラスを使用してユーザ・データを送信する。これによって、２．９：１から３．８：１のデータ・レート比がもたらされる。理解されるように、変調クラスは、システムの動作パラメータを設定する際のより高い柔軟性を提供する。
【０１２７】
下位の変調クラスは、送信により少ないエネルギを必要とし、同一基地局での他のユーザとの干渉がより小さくなる。したがって、下位の変調クラスを選ぶようにシステムを構成することができる。その一方で、上位の変調クラスは、より高いデータ・レートで送信し、その結果、データ・バッファがより速く空になる。データ転送の多数のタイプについて、より高いデータ・レートは、より短いセッションを意味し、その結果、より多くのユーザに対処できるようになる。ユーザが、たとえば電子メールを送信し、受信する場合に、より高いデータ・レートは、電子メールをより高速に転送し、その結果、セッションをクローズでき、システム・リソースが別のユーザに使用可能になる。変調クラスの選択は、転送されるデータの量だけではなく、各方向の相対的な量にも依存する。１方向で転送されるデータが、他方向で転送されるデータよりはるかに少ない場合に、より少ない量のデータを有する方向を、はるかに低い変調クラスで動作させることができる。セッションは、より大きいデータ・バッファが空になるまでオープンされたままになるので、これによって、セッションのクローズは遅延されない。
【０１２８】
基地局の構造
上で述べた一実施形態で、本発明は、ＳＤＭＡ（空間分割多元接続）無線データ通信システムで実施される。そのような空間分割システムでは、各端末に、たとえば基地局とユーザ端末の間の無線通信チャネルに関係する空間パラメータの組が関連付けられる。この空間パラメータに、各端末の空間シグネチャが含まれる。空間シグネチャとアレイ・アンテナを使用することによって、基地局からのＲＦエネルギを、単一のユーザ端末により正確に向けることができ、他のユーザ端末との干渉が減り、他のユーザ端末に関する雑音閾値が下がる。逆に、複数の異なるユーザ端末から同時に受信されるデータを、より低い受信エネルギ・レベルで解決することができる。ユーザ端末の空間分割アンテナを用いると、通信に必要なＲＦエネルギをさらに減らすことができる。これらの利益は、互いに空間的に分離された加入者について、さらに大きい。空間シグネチャに、送信器の空間的位置、到来方向（ＤＯＡ）、到達時間（ＴＯＡ）、及び基地局からの距離などを含めることができる。
【０１２９】
信号出力レベル、ＤＯＡ、ＴＯＡなどのパラメータの推定値は、センサ（アンテナ）アレイ情報と共にチャネル等化のためにディジタル・データ・ストリーム内に置かれる既知のトレーニング・シーケンスを使用して判定することができる。この情報は、空間多重化解除器、多重化器、コンバイナの適切な重みを計算するのに使用される。当技術分野で周知の技法を使用して、空間パラメータを判定する際にトレーニング・シーケンスの特性を活用することができる。空間分割システムとＳＤＭＡシステムの使用に関するさらなる詳細は、たとえば、１９９８年１０月２７日にオッタースタン（Ｏｔｔｅｒｓｔｅｎ）他に発行された米国特許第５，８２８，６５８号及び１９９７年６月２４日にロイ（Ｒｏｙ，ＩＩＩ）他に発行された米国特許第５，６４２，３５３号に記載されている。
【０１３０】
（ＳＤＭＡ）技術は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、符合分割多元接続（ＣＤＭＡ）などの他の多元接続システムと組み合わせることができる。多元接続を、周波数分割双方向（ＦＤＤ）又は時分割双方向（ＴＤＤ）と組み合わせることができる。
【０１３１】
図４に、本発明を実施するのに適する無線通信システム又は無線通信ネットワークの基地局の例を示す。この基地局は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）、符合分割多元接続（ＣＤＭＡ）などの他の多元接続システムと組み合わせることができる。多元接続を、周波数分割双方向（ＦＤＤ）又は時分割双方向（ＴＤＤ）と組み合わせることができるＳＤＭＡ技術を使用している。このシステム又はネットワークは、図５に示されたものなどの、リモート端末又はユーザ端末とも称する複数の加入者ステーションを含む。基地局は、必要なデータ・サービスと直接無線システムの外部の接続を提供するために、そのホストＤＳＰ  ３１を介して広域ネットワーク（ＷＡＮ）に接続することができる。
【０１３２】
空間ダイバーシチをサポートするために、たとえば４つのアンテナなど、複数のアンテナ３を使用して、アンテナ・アレイ４を形成するが、他の数のアンテナを選択することもできる。各アンテナは４要素アレイ４の一要素である。アンテナ要素は、通常の搬送波の１／４波長から４波長の間隔を有するものとすることができる。多くの応用例で、各アレイのアンテナ要素の間の間隔を受信される信号の２波長未満とすることができる。一般に、アレイの要素の間の間隔は、各要素からの送信がコヒーレントに組み合わされる時のグレーティング・ローブが最小になるように選択される。上で述べたように、各アレイが単一の要素だけを有することも可能である。
【０１３３】
加入者ステーションごとの空間多重化の重みの組が、それぞれの変調された信号に適用されて、４アンテナのバンクによって送信される空間的に多重化された信号が作られる。ホストＤＳＰ  ３１は、受信された信号の測定値を使用して、各普通のチャネルの各加入者ステーションの空間シグネチャを作り、維持し、かつ空間多重化重みと空間多重化解除重みを計算する。この形で、現在アクティブな加入者ステーション（そのうちのいくつかが同一の普通のチャネルでアクティブである可能性がある）が、分離され、干渉と雑音が抑制される。基地局から加入者ステーションに通信する時に、現在アクティブな加入者ステーションの接続と干渉の状況に合わせて調整された最適化されたマルチローブ・アンテナ放射パターンが作られる。使用されるチャネルは、任意の形で区分することができる。一実施形態で、チャネルは、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）エア・インターフェース又は他の時分割エア・インターフェース・プロトコル、例えばＤｉｇｉｔａｌ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ、ＰＣＳ（Personal Communication System）、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）、ＷＬＬ（Wireless Local Loop）などの定義に従って区分することができる。その代わりに、連続するアナログ・チャネル又はＣＤＭＡチャネルを使用することができる。
【０１３４】
アンテナの出力は、デュプレクサ・スイッチ７に接続され、デュプレクサ・スイッチ７は、ＴＤＤ実施形態ではタイム・スイッチとすることができる。デュプレクサ・スイッチの２つの可能な実施形態は、周波数分割双方向（ＦＤＤ）システムの周波数デュプレクサと、時分割双方向（ＴＤＤ）システムのタイム・スイッチである。受信時に、アンテナ出力が、デュプレクサ・スイッチを介して受信器５に接続され、ＲＦ受信器（「ＲＸ」）モジュール５によって、搬送波周波数からＦＭ中間周波数（「ＩＦ」）に、アナログでダウンコンバートされる。この信号が、アナログ・ディジタル変換器（「ＡＤＣ」）９によってディジタル化（サンプリング）される。ベースバンドへの最終的なダウンコンバージョンは、ディジタルで実行される。ディジタル・フィルタが、ダウンコンバージョンとディジタル・フィルタリングの実施に使用され、後者は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタリング技法を使用する。これがブロック１３に示されている。本発明は、様々なＲＦとＩＦの搬送波周波数及び帯域に適するようにすることができる。
【０１３５】
ＧＳＭの例で、受信タイム・スロットごとに１つの、各アンテナのディジタル・フィルタ１３からの８つのダウンコンバートされた出力がある。タイム・スロットの特定の数は、ネットワークの必要に合わせて変更することができる。ＧＳＭは、ＴＤＭＡフレームごとに８つのアップリンク・タイム・スロットと８つのダウンリンク・タイム・スロットを使用するが、各フレームでアップリンクとダウンリンクに任意の数のＴＤＭＡタイム・スロットを用いて、所望の結果を達成することもできる。８つの受信タイム・スロットのそれぞれについて、４つのアンテナからの４つのダウンコンバートされた出力が、本発明の一態様に従って、較正を含むさらなる処理のために、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）又はＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）であるディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３１（以下では「タイム・スロット・プロセッサ」）に供給される。ＴＤＭＡ信号の場合に、受信タイム・スロットごとに１つの、８つのＭｏｔｏｒｏｌａ  ＤＳＰ５６３００ファミリＤＳＰを、タイム・スロット・プロセッサとして使用することができる。タイム・スロット・プロセッサ１７は、受信信号電力を監視し、周波数オフセットとタイム・アラインメントを推定する。タイム・スロット・プロセッサ１７は、各アンテナ要素のスマート・アンテナ重みも決定する。タイム・スロット・プロセッサ１７は、ＳＤＭＡ方式で、特定のリモート・ユーザからの信号を判定し、判定された信号を復調するのに使用される。ＷＣＤＭＡシステムでは、チャネルを、ＦＰＧＡ内のコードを使用して分離し、異なるユーザ用のおそらくは別々のＤＳＰを使用して別々にさらに処理することができる。このプロセッサは、タイム・スロット・プロセッサでなく、チャネル・プロセッサである。
【０１３６】
タイム・スロット・プロセッサ１７の出力は、８つの受信タイム・スロットのそれぞれの復調されたバースト・データである。このデータは、ホストＤＳＰプロセッサ３１に送られる。ホストＤＳＰプロセッサ３１の主な機能は、このシステムのすべての要素を制御し、上位レベル処理とインターフェースすることであり、この上位レベル処理は、システムの通信プロトコルで定義されるすべての異なる制御通信チャネルとサービス通信チャネルでの通信にどの信号が必要であるかを扱う処理である。ホストＤＳＰ  ３１は、Ｍｏｔｏｒｏｌａ  ＤＳＰ５６３００ファミリＤＳＰとすることができる。さらに、タイム・スロット・プロセッサは、各ユーザ端末の判定された受信重みをホストＤＳＰ  ３１に送る。ホストＤＳＰ  ３１は、状態情報とタイミング情報を維持し、タイム・スロット・プロセッサ１７からアップリンク・バースト・データを受け取り、タイム・スロット・プロセッサ１７をプログラムする。さらに、ホストＤＳＰ  ３１は、アップリンク信号のバーストを暗号化解除し、スクランブル解除し、エラー訂正コードを検査し、分解し、その後、基地局の他の部分での上位処理に送るためにアップリンク信号をフォーマットする。
【０１３７】
さらに、ＤＳＰ  ３１に、データ、命令、ホッピング関数、又はホッピング・シーケンスを保管するメモリ要素を含めることができる。その代わりに、基地局が、別々のメモリ要素を有するか、補助メモリへアクセスすることもできる。基地局の他の部分に関して、基地局は、基地局でのさらなる上位処理のためにサービス・データとトラフィック・データをフォーマットし、基地局の他の部分からダウンリンク・メッセージとトラフィック・データを受け取り、ダウンリンク・バーストを処理し、フォーマットし、３７として図示された送信コントローラ／変調器に送る。ホストＤＳＰは、送信コントローラ／変調器３７、３３として図示されたＲＦタイミング・コントローラを含む、基地局の他のコンポーネントのプログラミングも管理する。ＲＦコントローラ３３は、電力監視値及び電力制御値を読み取り、送り、デュプレクサ７を制御し、各バーストのタイミング・パラメータや他の設定をホストＤＳＰ  ３１から受け取る。
【０１３８】
送信コントローラ／変調器３７は、ホストＤＳＰ  ３１から送信データを受け取る。送信コントローラは、このデータを使用して、アナログＩＦ出力を作り、このアナログＩＦ出力が、ＲＦ送信器（ＴＸ）モジュール３９に送られる。具体的に言うと、受け取られたデータ・ビットが、複素変調された信号に変換され、ＩＦ周波数にアップコンバートされ、サンプリングされ、ホストＤＳＰ  ３１から得られた送信重みをかけられ、送信コントローラ／変調器３７の一部であるディジタル・アナログ変換器（「ＤＡＣ」）を介してアナログ送信波形に変換される。アナログ波形が、送信モジュール３９に送られる。送信モジュール３９は、信号を送信周波数にアップコンバートし、信号を増幅する。増幅された送信信号出力が、デュプレクサ／タイム・スイッチ７を介してアンテナ３に送られる。ＣＤＭＡシステムでは、適切なコードを使用して、信号を拡散し、スクランブルすることもできる。
【０１３９】
ユーザ端末の構造
図５に、データ通信又は音声通信を提供するリモート端末内の例のコンポーネント配置を示す。リモート端末のアンテナ４５は、デュプレクサ４６に接続されて、アンテナ４５を送信と受信の両方に使用できるようにする。アンテナは、全方向又は指向性とすることができる。最適性能のために、上で基地局に関して述べたように、アンテナを、複数の要素から構成し、空間処理を使用することができる。代替実施形態では、別々の受信アンテナと送信アンテナを使用して、デュプレクサ４６の必要をなくす。時分割両方向が使用されるもう１つの代替実施形態では、当技術分野で周知のように、デュプレクサの代わりに送信／受信（ＴＲ）スイッチを使用することができる。デュプレクサ出力４７は、受信器４８への入力として働く。受信器４８は、ダウンコンバートされた信号４９を作る。この信号４９は復調器５１への入力である。復調された受信された音声信号６７が、スピーカ６６に入力される。
【０１４０】
リモート端末は対応する送信チェーンを有し、送信される音声又はデータがそのチェーンの変調器５７で変調される。変調器５７によって出力された、送信される変調された信号５９は、送信器６０によってアップコンバートされ、増幅され、送信器出力信号６１が作られる。送信器出力６１は、アンテナ４５による送信のためにデュプレクサ４６に入力される。
【０１４１】
復調された受信されたデータ５２は、復調前の受信データ５０と同様に、リモート端末中央処理ユニット６８（ＣＰＵ）に供給される。リモート端末ＣＰＵ６８は、Ｍｏｔｏｒｏｌａシリーズ５６３００ファミリＤＳＰなどの標準ＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）デバイスを用いて実装することができる。このＤＳＰは、復調器５１と変調器５７の機能も実行することができる。リモート端末ＣＰＵ６８は、信号線６３を介して受信器を、信号線６２を介して送信器を、信号線５２を介して復調器を、信号線５８を介して変調器を制御する。リモート端末ＣＰＵ６８は、信号線５４を介してキーボード５３と、信号線５５を介してディスプレイ５６とも通信する。マイクロホン６４とスピーカ６６が、変調器５７と復調器５１を介し、信号線６５と６７を介して、それぞれ音声通信リモート端末のために接続される。もう１つの実施形態では、マイクロホンとスピーカが、ＣＰＵとも直接に通信して、音声通信又はデータ通信を提供する。さらに、リモート端末ＣＰＵ６８に、データ、命令、ホッピング関数又はホッピング・シーケンスを保管するメモリ要素も含めることができる。代替案では、リモート端末が、別々のメモリ要素を有するか、補助メモリ要素へのアクセスを有する。
【０１４２】
一実施形態で、スピーカ６６とマイクロホン６４が、外部データ処理デバイス（たとえばコンピュータ）との間でデータを伝送できる当技術分野で周知のディジタル・インターフェースに置換されるか、これによって増強される。一実施形態で、リモート端末のＣＰＵが、外部コンピュータへのＰＣＭＣＩＡインターフェースなどの標準ディジタル・インターフェースに結合され、ディスプレイ、キーボード、マイクロホン、スピーカが、外部コンピュータの一部である。リモート端末のＣＰＵ６８は、ディジタル・インターフェースと外部コンピュータのコントローラを介してこれらのコンポーネントと通信する。データのみの通信に関しては、マイクロホンとスピーカを削除することができる。音声のみの通信に関して、キーボードとディスプレイを削除することができる。
【０１４３】
一般的な問題
上の説明では、説明のために、本発明の完全な理解を提供するために多数の特定の詳細を示した。しかし、本発明を、これらの特定の詳細の一部なしで実践できることは、当業者に明白である。他の場合に、この説明の理解を曇らせないように、周知の回路、構造、デバイス、技法を、ブロック図の形又は詳細なしで示した。
【０１４４】
本発明に、様々なステップが含まれる。本発明のステップは、図４、５に示されたものなどのハードウェア・コンポーネントによって実行することができ、あるいは、命令によってプログラムされた汎用又は特殊目的のプロセッサ又は論理回路にこのステップを実行させるのに使用できる機械実行可能命令として具体化することができる。代替案では、このステップを、ハードウェアとソフトウェアの組合せによって実行することができる。このステップを、基地局又はユーザ端末のいずれかによって実行されるものとして説明した。しかし、基地局によって実行されるものとして説明したステップの多くを、ユーザ端末によって実行することができ、逆も同様である。さらに、本発明は、端末が、基地局、ユーザ端末、リモート端末、又は加入者ステーションとして指定されることなく互いに通信するシステムにも同等に適用可能である。したがって、本発明は、空間処理を使用する通信デバイスのピアツーピア無線ネットワークに同等に適用可能であり、有用である。これらのデバイスをは、セル電話器、ＰＤＡ、ラップトップ・コンピュータ、又は他の無線デバイスとすることができる。一般に、基地局と端末の両方が無線波を使用するので、無線通信ネットワークのこれらの通信デバイスを、一般に無線と呼ぶことができる。
【０１４５】
上の説明の諸部分で、アダプティブ・アンテナ・アレイを使用して空間処理を実行するものとして、基地局だけを説明した。しかし、本発明の範囲内で、ユーザ端末も、アンテナ・アレイを含めることができ、送信と受信（アップリンクとダウンリンク）の両方で空間処理を実行することができる。さらに、上の説明の諸部分で、基地局によって実行されるある機能を、ネットワーク全体で調整することができ、複数の基地局によって協力して実行することができる。たとえば、各基地局アンテナ・アレイを、異なる基地局の一部とすることができる。基地局は、処理機能と送受信機能を共用することができる。代替案では、中央基地局コントローラが、上で説明した機能の多数を実行することができ、信号の送信と受信のために１つ又は複数の基地局のアンテナ・アレイを使用することができる。
【０１４６】
本発明は、コンピュータ・プログラム製品として提供することができる。、このコンピュータ・プログラム製品には、命令を保管された機械可読媒体を含めることができ、この命令は、本発明に従って処理を実行するためにコンピュータ（又は他の電子デバイス）をプログラムするのに使用することができる。機械可読媒体に、フロッピ・ディスケット、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カード、光カード、フラッシュ・メモリ、又は電子命令を保管するのに適する他のタイプの媒体／機械可読媒体を含めることができるが、これらに制限はされない。さらに、本発明を、コンピュータ・プログラム製品としてダウンロードすることもでき、この場合に、プログラムを、搬送波又は他の伝搬媒体に埋め込まれたデータ信号によって、通信リンク（たとえばモデム又はネットワーク接続）を介してリモート・コンピュータから要求元コンピュータに転送することができる。
【０１４７】
方法の多くを、最も基本的な形で説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、どの方法でも、ステップを追加又は削除することができ、説明したメッセージのどれにでも、情報を追加するか減らすことができる。多数のさらなる変更及び適応を行えることは当業者に明白である。特定の実施形態は、本発明を制限するために提供されたのではなく、例示するために提供された。本発明の範囲は、上で提供した特定の例によって決定されるのではなく、請求項によってのみ決定される。
【０１４８】
本明細書全体を通じて、「一実施形態」又は「実施形態」への言及が、特定の特徴を本発明の実践に含めることができることを意味することも諒解されたい。同様に、本発明の例示的実施形態の前述の説明で、本発明の様々な特徴を、単一の実施形態、図、又はその説明で、開示を簡素化し、様々な発明的態様の１つ又は複数の理解を助けるために一緒にグループ化したことを諒解されたい。しかし、この開示の方法が、請求される発明が各請求項に明示的に記載されたもの以上の特徴を必要とするという意図を反映すると解釈してはならない。そうではなく、請求項に反映されているように、発明的態様は、単一の前述の開示された実施形態のすべてより少ない特徴にある。したがって、詳細な説明の前の請求項は、これによってこの詳細な説明に特に組み込まれ、各請求項は、それ自体で、本発明の別々の実施形態として有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明の一実施形態による標準アップリンク・スロット構造の例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による標準ダウンリンク・スロット構造の例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による繰り返されるフレーム構造の例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態を実施できる基地局を示す単純化されたブロック図である。
【図５】本発明の実施形態を実施できるリモート端末を示すブロック図である。
【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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