JP2000504180A

JP2000504180A - Ａｔｍを用いたワイヤレス広帯域ｉｓｄｎのためのネットワーク・プロトコル

Info

Publication number: JP2000504180A
Application number: JP9527661A
Authority: JP
Inventors: エヴァンス，アラン; ヴァンブラリコン，チャールズ; ハンター，エイプリル
Original assignee: Stanford Telecommunications Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1996-02-01
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2000-04-04
Also published as: AU1828097A; EP0868791A4; EP0868791A1; BR9707331A; WO1997028616A1; KR19990082199A; AU710466B2; US6282187B1; CA2242194A1

Abstract

(57)【要約】非同期転送モード（ＡＴＭ）を用いて、ワイヤレス広帯域統合サービス・デジタル網（ＩＳＤＮ）の配信を行うためのネットワーク・プロトコル。

Description

【発明の詳細な説明】１．発明の名称ＡＴＭを用いたワイヤレス広帯域ＩＳＤＮのためのネットワーク・プロトコル２．発明の背景近年ＦＣＣによって２．５ＧＨｚおよび２８ＧＨｚの周波数が割り当てられたことにより、ワイヤレス手段によって、広帯域ＩＳＤＮサービスを居住ユーザおよび商用ユーザに配信することが可能となった。広帯域ＩＳＤＮは、典型的に、ネットワーク・プロトコルのリンク・レイヤとしてＡＴＭを用いる。ＡＴＭは、交換指向リンク・プロトコル(switch-oriented link protocol)であり、各ユーザが交換機に対する専用の接続を有し、交換機は、入力セルが適切な出力に配信可能となるまで、これらをキューに配列させることによって、多数のユーザによる帯域コンテンションを管理する。ワイヤレス一点対多点システム(wireless po int to multipoint system)では、交換機の類似物は基地局に位置し、交換機のリンクは共有媒体であり、当該媒体にアクセスする全てのユーザを制御しなければならない。したがって、ワイヤレス一点対多点システムでは、通常のＡＴＭネットワークでは必要とされない、媒体アクセス制御も、追加的に必要となる。ユーザが定置状態にあるワイヤレス一点対多点システムに対する媒体アクセス制御の要件は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格が指定するワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮＳ）のような他のワイヤレス・ネットワークと比較すると独特である。ワイヤレス一点対多点システムは、ユーザの定置特性を利用し、ユーザ局において非常に指向性が高いアンテナの使用を可能にしている。しかしながら、基地局は未だ広帯域ビーム・アンテナを採用しており、したがって、同時に多数のユーザからの送信を受信する。基地局のアンテナに到達する多数のユーザ送信による相互干渉を排除することを保証するためには、媒体アクセス制御が必要となる。２．発明の背景近年ＦＣＣによって２．５ＧＨｚおよび２８ＧＨｚの周波数が割り当てられたことにより、ワイヤレス手段によって、広帯域ＩＳＤＮサービスを居住ユーザおよび商用ユーザに配信することが可能となった。広帯域ＩＳＤＮは、典型的に、ネットワーク・プロトコルのリンク・レイヤとしてＡＴＭを用いる。ＡＴＭは、交換指向リンク・プロトコル(switch-oriented link protocol)であり、各ユーザが交換機に対する専用の接続を有し、交換機は、入力セルが適切な出力に配信可能となるまで、これらをキューに配列させることによって、多数のユーザによる帯域コンテンションを管理する。ワイヤレス一点対多点システム(wireless po int to multipoint system)では、交換機の類似物は基地局に位置し、交換機のリンクは共有媒体であり、当該媒体にアクセスする全てのユーザを制御しなければならない。したがって、ワイヤレス一点対多点システムでは、通常のＡＴＭネットワークでは必要とされない、媒体アクセス制御も、追加的に必要となる。ユーザが定置状態にあるワイヤレス一点対多点システムに対する媒体アクセス制御の要件は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格が指定するワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮＳ）のような他のワイヤレス・ネットワークと比較すると独特である。ワイヤレス一点対多点システムは、ユーザの定置特性を利用し、ユーザ局において非常に指向性が高いアンテナの使用を可能にしている。しかしながら、基地局は未だ広帯域ビーム・アンテナを採用しており、したがって、同時に多数のユーザからの送信を受信する。基地局のアンテナに到達する多数のユーザ送信による相互干渉を排除することを保証するためには、媒体アクセス制御が必要となる。現在、有線および無線規格によって用いられているＭＡＣプロトコルは多数ある。イーサネットでは、ケーブルが共有媒体となっており、キャリア検知多元接続(carrier sense multiple access)を採用している。これは、本質的に、聴いてから話すという手法である。ＩＥＥＥ８０２．１１規格によって仕様が定められたもののようなワイヤレスＬＡＮにおいても、媒体アクセス制御は、キャリア検知多元接続によって管理されている。これが可能なのは、携帯ユーザ端末は各々、典型的に、無指向性アンテナを有しているので、他のユーザからの送信を受信し、周波数チャネルが使用可能か否かについて判定可能であるからである。定置ユーザが単一指向性アンテナを採用しているワイヤレス一点対多点システムでは、他のユーザからの送信を受信できないので、これは不可能である。広域ワイヤレス一点対多点システムにおける別の厄介な問題は、基地局に近接したユーザと基地局から離れたユーザとの間の二方向距離差が、変調シンボルよりもかなり大きくなり得ることである。したがって、オン・デマンドに基づいてユーザに帯域を提供し、ユーザによる共有ワイヤレス媒体に対するアクセスを制御し、帯域効率が高く、最少のハードウエア・コストでの実施を可能にする、ネットワーキング・プロトコルを開発することが、本発明の起動力である。３．説明３．１発明の概要通常下流方向と呼ばれる基地局からユーザの方向に時分割多重方式を利用し、通常上流方向と呼ばれるユーザから基地局への方向に時分割多元接続を利用し、ユーザが定置状態にあるワイヤレス一点（基地局）対多点（ユーザ）ネットワークのためのネットワーキング・プロトコルにおいて、媒体アクセス制御が上流方向にタイム・スロットを積極的に割り当てることにより、多数のユーザによる帯域幅の変動する要求を吸収し、上流方向フレーム・タイミングを下流方向フレーム・タイミングと同期させ、タイム・スロットが個々のＡＴＭセルを搬送し、下流方向フレームの最初のタイム・スロットがフレーム開始ＡＴＭセルを搬送し、基地局からユーザへのタイミング制御によって上流方向タイム・スロット同期を１２個の変調シンボル内に維持し、ネットワークに入るユーザ及びセッションを開始しようとするスタンバイ・モードにあるユーザによる制御面要求のためにランダム・アクセス・タイム・スロットが用いられ、管理面機能のためにポーリングが用いられ、ユーザによる応答をポーリング応答タイム・スロット上で行うようにする。３．２発明の具体的な特徴ユーザが静止状態にあるワイヤレス一点（基地局）対多点（ユーザ）ネットワークのためのネットワーキング・プロトコルは、高利得単一指向性アンテナを利用し、１．以下によって送信収束レイヤのための手段が提供される。ａ）これまで下流方向と呼ばれてきた、基地局からユーザへの方向に、時分割多重を利用し、ｂ）これまで上流方向と呼ばれてきた、ユーザから基地局への方向に、時分割多元接続を利用し、ｃ）上流方向のタイム・スロットが、１バイトがＡＴＭセルである２プリアンブル・バイトと１バイトのガード・バンドとを有し、ｄ）下流方向のタイム・スロットが、１つの同期バイトと１つのＡＴＭセルを有し、ガード・バンドを有せず、ｅ）上流方向フレーム・タイミングを下流方向フレーム・タイミングと同期させ、下流方向フレームの最初のタイム・スロットが、一意の保留ＶＰＩ／ＶＣＩによって定義されるフレーム開始ＡＴＭセルを搬送し、ｆ）上流方向および下流方向双方のフレーム期間の長さをほぼ６ミリ秒未満とし、最少の待ち時間で音声トラフィックの配信を可能とする。２．物理的媒体依存レイヤのための手段において、ａ）下流方向は連続キャリアであり、パルス整形フィルタ処理を行わず、周波数チャネルがシンボル同期され、１／Ｔ_Dだけ離間されており、ここで、Ｔ_Dは、下流方向変調シンボルの期間である。ｂ）上流方向はバースト・モードであり、２５％過剰帯域幅累乗根コサイン・フィルタ処理され、１．２５Ｔ_Uだけ周波数チャネルが離間されており、Ｔ_Uは上流方向変調シンボルの期間である。ｃ）上流方向および下流方向においてＱＰＳＫあるいは１６ＱＡＭ変調を採用する。ｄ）下流方向において、ＧＦ（２５６）上のレート７／８の連結（６０，５４） −リード・ソロモン畳み込みコードを用いる。ｅ）上流方向において、ＧＦ（２５６）上の（５９，５３）リード・ソロモン・コードを用いる。３．以下によって制御面機能のための手段が提供される。ａ）保留したＶＰＩ／ＶＣＩを有するＡＴＭセルによるインバンド・シグナリングを行い、獲得、復調および前方誤り訂正に対する要求を、ネットワーク・プロトコルのデータ、制御および管理面全体を通じて均一にする。ｂ）上流方向にタイム・スロットを積極的に割り当てて、多数のユーザからの帯域幅の変動する要求を吸収する送信収束レイヤ媒体アクセス制御。ｃ）上流方向フレームの先頭にある連続するタイム・スロットを、ユーザによるネットワーク・エントリに用いる。ユーザの二方向距離タイミングは、相互干渉を回避するために分解されていない。ネットワークに参加するユーザは、請求項１に記載した手段によってユーザのタイミングが整列されるまで、ネット・エントリ・タイム・スロット上に留まる。ｄ）セッション要求は、ネット・エントリ・タイム・スロットのランダム・アクセスを通じ、コンテンションに基づいて行われる。ｅ）下流方向フレームにおけるフレーム開始ＡＴＭセルのペイロードにおいて、サービス要求の制御面承認を搬送する。４．以下によって管理面機能のための手段が提供される。ａ）保留したＶＰＩ／ＶＣＩを有するＡＴＭセルによるインバンド・シグナリングを行い、獲得、復調および前方誤り訂正に対する要求を、ネットワーク・プロトコルのデータ、制御および管理面全体を通じて均一にする。ｂ）基地局によってユーザにポーリングし、ユーザは上流方向フレームの専用タイム・スロット上で応答する。ｃ）下流方向フレーム・キャリーにおけるフレーム開始ＡＴＭセルのペイロードにおいて管理面ポーリング要求を搬送する。ｄ）基地局からユーザへのタイミング制御を通じて、および、送信収束レイヤにおける受信シンボル・クロックにユーザ送信シンボル・クロックを従属させることによって、上流方向タイム・スロット同期を±２変調シンボル以内に維持する。ｅ）上流方向電力制御を採用し、基地局において適切な受信信号強度を保証しつつ、隣接するセルの干渉を最少に抑える。５．基地局において上述の請求項を実施するハードウエアおよびソフトウエア手段は、次の手段を含む。ａ）中央演算装置との間でＡＴＭ交換デバイスによりインバンド・シグナリングＡＴＭセルの経路を決定する手段、ｂ）マスタ・フレーム・エポックから、ユーザから受信した送信のバーカー・シーケンスの検出まで、基準シンボル・クロックの周期を計数することによって、加入者によるタイミングのずれを測定する手段、ｃ）ユーザ送信機の閉ループ電力制御のためのビット・エラー・レート推定によって、受信信号レベルを測定する手段。６．ユーザ機器において前述の請求項を実施するためのハードウエアおよびソフトウエア手段は以下の手段を含む。ａ）ＡＴＭ交換デバイスまたは区分化および再組立デバイスに至る、および、ＡＴＭ交換デバイスまたは区分化および再組立デバイスからユーザ機器の中央演算装置に至る、ィンバンド・シグナリングＡＴＭセルの経路を決定する手段、ｂ）受信電力レベルと、基地局からのインバンド・シグナリングＡＴＭセルによる電力制御コマンドとに基づいて、送信機電力を調整し、ｃ）受信シンボル・クロック基準に送信シンボル・クロック基準を従属させる手段、ｄ）送信シンボル・クロック・タイミングを調整し、他のユーザに対する干渉を最少に抑える手段。３．３図面の説明図１は、本発明のためのプロトコル・スタックをＯＳＩ基準モデルの凡例にしたがって示す。図４は、ユーザ送信間に大きなガード・バンドの必要性が生ずる、基地局からの距離の二方向折り返し効果を示す。（１）は近隣のユーザであり、（２）は離れたユーザである。４．具体的な実施形態の説明非同期転送モードは、広帯域統合サービス・デジタル・ネットワーク（Ｂ−ＩＳＤＮ）のネットワーク・リンク・プロトコルの候補であることは周知である。このネットワークは、典型的に、主要レート・インターフェースＩＳＤＮ（ＰＲＩ−ＩＳＤＮ）のビット・レートである１．５４４Ｍｂｐｓを超えるビット・レートとして定義されている。１５５および６２２Ｍｂｐｓのレートにおける同期光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）、２５Ｍｂｐｓにおける分類３撚り線対、ならびに４５Ｍｂｐｓおよび１００Ｍｂｐｓにおける分類５撚り線対でＡＴＭを用いるために、物理的なレイヤ規格が既に展開済み、あるいは展開中である。しかしながら、これらの場合の各々では、ネットワーク・トポロジが交換機指向的であり、各ユーザが交換機の入力ポートに対して専用の接続を有し、交換機は、入力セルが交換機の出力ポートに送出可能となるまで、これらをバッファに保持する。これは、古典的な星型構成である。ワイヤレス一点対多点システムでは、各ユーザが狭帯域ビーム・アンテナを採用し、交換機は中央の基地局に位置し、広帯域ビーム・アンテナを採用する。この場合、多数のユーザはそのビーム内にあり、ワイヤレス媒体は共有媒体となる。ワイヤレス媒体が共有されるので、本システムの一点対多点の性質は星型トポロジのように思われるが、実際には、バス構成即ちリング構成である。したがって、媒体アクセス制御プロトコルを定義する必要がある。ネットワーク・プロトコル・スタックは図１に示す通りであり、ＯＳＩ基準モデルの物理レイヤを備えている。物理レイヤ内には、物理媒体依存レイヤがあり、これは変調、前方誤り訂正、およびワイヤレス媒体を通じて送信される信号のフィルタ処理に関係する。送信収束レイヤは、時間多元接続、フレーム構造、および各フレーム内におけるタイム・スロット構造を含む。送信収束レイヤにおける制御面機能は、タイム・スロットの割り当てによってワイヤレス媒体へのアクセスを制御するために必要な機能を含む。この機能は、ＩＴＵＱ．２９３１シグナリング規格、ＡＴＭフォーラム・ユーザ・ネットワーク・インターフェース、およびＬＡＮエミュレーション・クライアントのような、上位制御面機能をインターフェースしなければならない。送信収束レイヤにおける管理面機能は、タイム・スロット間のガード・バンド時間を最短に短縮するためのタイミング制御を含む。物理レイヤでは、管理機能は、ユーザの送信機電力ーを制御し、基地局における適切な受信信号レベルでありつつ、隣接するセルの干渉を発生しない程度の強度を確保しなければならない。尚、ここで、セルとは、ＡＴＭセルではなく、セルラ分配システムにおけるセルのことを言う。加えて、管理面機能は、隣接する周波数チャネル上のユーザと干渉しないように、ユーザの送信周波数を制御することを含む。これについては、別個の特許出願において詳しく説明されている。４．１ネットワーク・プロトコル・スタック４．１．１送信収束レイヤ上流方向および下流方向双方のフレーム期間は、最低帯域一定ビット・レートのユーザ、即ち、音声バンド・ユーザに、フレーム当たり１つのタイム・スロットが割り当てられるように決められた。このため、フレーム期間は、４８バイトｘ８ビット／バイト÷６４ｋｂｐｓ＝６ｍｓでなければならない。しかしながら、６ｍｓフレームでは、セルを組み立てる時点からそれを送信する時点までの平均時間は３ｍｓであり、最大時間が６ｍｓとなる。これが意味するのは、発信元および宛先の双方においてセルを二重バッファせず、ネットワークを通過する際のトランスポート遅延を考慮に入れない場合、二方向時間遅延が平均１８ｍｓとなるということである。二重バッファを採用する場合、この遅延は３０ｍｓに増大し、エコー・キャンセラの使用が必要となる。平均１８ｍｓの遅れ、更に最悪の場合では２４ｍｓの遅れがあると、セルをネットワークに通過させる際に更に遅延が追加される場合はいつでも、エコー・キャンセラが必要となる。したがって、フレーム期間を３ｍｓに選択すべきであり、平均折り返し遅延を１５ｍｓに低減し、最大ＡＴＭセル・ペイロードの音声が送られる場合でも、最悪１８ｍｓとなる。この場合、音声ＡＴＭセルは、１つ置きのフレーム上で送られることになる。あるいは、２つの音声チャネルを単一のＡＴＭセル・ペイロードに多重化し、ペイロードを蓄積する時間を３ｍｓに短縮する。これによって、二方向時間遅延を平均９ｍｓに、最悪の場合でも１２ｍｓに短縮し、音声キャンセラの必要性を明確に排除する。このフレーム構造は非常に柔軟性が高いので、発展途上のＡＴＭによる音声送信の提案にも、２つの音声チャネルを単一ＡＴＭセル・ペ０イロードに多重化する場合でも、交互のＡＴＭセルとして送る場合でも対応可能である。このフレーム構造により、これ以上に複雑なスーパーフレーム構造の必要性、およびエコー・キャンセラの必要性が排除される。下流方向フレームの開始は、最初のタイム・スロット内のフレーム開始ＡＴＭセルによって表される。このフレーム開始ＡＴＭセルは、保留されたＶＰＩ／ＶＣＩヘッダを搬送し、ペイロード・タイプはＯＡＭセルとして設定されている。これは、フレーム開始ＡＴＭセルを、区分化および再組み立てＡＳＩＣによって直接、ユーザ機器内のホスト・プロセッサに送出することを可能にする。これによって、ユーザ・プロセッサ内の上流方向フレーム・タイム・スロット・カウントをリセットし、上流方向フレーム・タイミングを下流方向フレーム・タイミングに同期させることができる。上流方向フレーム構造を表３に示す。不活動状態から活動状態に切り替えようとするユーザ、または活動状態における制御用シグナリングを必要とするユーザによるコンテンションのために、フレームの先頭に連続するタイム・スロットがある。ポーリング応答タイム・スロットは、基地局によってポールされ、電源投入中にネットワークに参加したり、応答するユーザのために保留されている。４．１．２物理媒体依存レイヤ物理媒体依存レイヤは、上流方向フレーム期間を下流方向フレーム期間と同一とし、これらが連続的に同期状態を維持し、更に下流方向シンボル・レートが上流方向シンボル・レートの整数倍となることを保証するために構築されたものである。上流方向および下流方向シンボル・レートに対するこれらの値、ならびにフレーム毎のタイム・スロットを表４に示す。大電力の送信が可能なプレミアム機器を採用している加入者、または基地局までの有利な見通し線を有する加入者には、高レート上流方向コラムを用いることができる。４．１．２．１下流方向アクセス・ノード端から加入者端まで下流方向情報をチャネル内で搬送するためには、ＱＰＳＫまたは１６ＱＡＭシンボルを用いて連続キャリア波形を変調する。符号化データを用いた下流方向キャリアの変調および復調を図２に示す。１バイト同期プリアンブルは、送信収束サブレイヤからの各下流方向ＡＴＭセル毎に添付され、同期プリアンブルはＮ＝７セル毎に反転される。得られたデータ・ストリームは、同期バイトを除いて、スペクトル整形のためにランダム化し、ランダマイザは、データ・ストリームにおいて、反転同期バイトが発生する毎に初期化し直される。各ＡＴＭセルおよびその同期プリアンブルは、ＧＦＲ（２５６）上のリード・ソロモンＦＳ（６０，５４）前方誤り訂正ブロック・コードによって符号化される。リード・ソロモン符号化データ・パケットのストリームは、インターリーブ深さ１５のフォーニー法(Forney method)を用いて、畳み込みインターリーブによってバイト毎にインターリーブされ、次いで特定レートの７／８畳み込みコードによって、畳み込み符号化される。畳み込みインターリーバ・コミュテータは、同期バイトに対して位相合わせされているので、同期バイトのシーケンスはインターリーバ出力において遅延されるが、同期バイトの周期性は、インターリーバによる変化を受けない。畳み込み符号化データは、ＱＰＳＫまたは１６ＱＡＭ変調信号コンステレーションのいずれかに対応する同相（Ｉ）／直角（Ｑ）ベースバンド・パルスにマッピングされる。ベースバンド・パルスは、過剰帯域ファクタα＝０．２２の累乗根コサイン・フィルタによって整形され、次いで下流方向ＲＦキャリア上で変調される。下流方向データ送信のためのアクセスノードにおける前述の動作シーケンスは、下流方向データの受信の際には、加入者端においてその逆が行われる。復調されたＩおよびＱデータは、過剰帯域ファクタα＝０．２２の累乗根コサイン・フィルタによってフィルタ処理され、次いでＩ／Ｑ信号コンステレーションから二進データ・ストリームに再マッピングされる。二進ストリームは畳み込み復号化され、次いでバイト毎にデインターリーブされる。デインターリーブされたバイトに対して、リード・ソロモン復号化、逆ランダム化(de-randomize)、および同期プリアンブルの除去を行い、加入者端における下流方向ＡＴＭセルを生成する。畳み込みデコーダの出力における復号化された同期バィトは、（１）畳み込みデインターリーバ・コミュテータの初期化、（２）リード・ソロモン・コード境界、および（３）デランダマイザ(de-randomizer )の初期化のために、エポックとして機能する。変調パラメータを表５に示す。下流方向データは同じソースから発生し、連続キャリアであるので、異なるＡＴＭ仮想回路が単一のＲＦ回路上に時分割多重化される。そのフォーマットを図７に示す。４．１．２．２上流方向周波数チャネル内の上流方向データは、加入者の送信機からバーストＴＤＭＡパケット送信において搬送される。パケット・データによる上流方向キャリアの変調および復調を図３に示す。ＡＴＭセルは、ランダマイザによって空間整形のためにランダム化され、プリアンブルを含まないランダム化したＡＴＭセルは、ＧＦ（２５６）上のリード・ソロモンＲＳ（７５，５３）によって、前方誤り訂正のために符号化される。プリアンブルおよびリード・ソロモン符号化ＡＴＭセルは、ＱＰＳＫ変調信号コンステレーションに対応するＩ／Ｑベースバンド・パルスにマッピングされる。各プリアンブル・ビットはＱＰＳＫシンボルにマッピングされるので、プリアンブル中には、事実上ＢＰＳＫが採用されることになる。ベースバンド変調パルスには、過剰帯域ファクタα＝０．３０を有する累乗根コサインフィルタを用いてフィルタ処理を施し、パケット・データには、上流方向ＲＦ波形上へのバースト変調を行う。上流方向送信のための加入者ノードにおける前述の動作は、上流方向バースト送信の受信の際には、アクセス・ノード端においてその逆が行われる。バースト復調器は、プリアンブル上でシンボル同期を達成し、次いでデータ復調を行う。復調されたＩおよびＱデータは、過剰帯域ファクタα＝０．３０の累乗根コサイン・マッチド・フィルタによってフィルタ処理し、次いでリード・ソロモン復号化のためにバイトに再マッピングされる。リード・ソロモン復号化の後、データ・ストリームに逆ランダム化を行い、同期プリアンブルを除去して、上流方向ＡＴＭセルを生成する。変調パラメータを表８に示す。上流方向データは異なるソースから発生し、各々異なるシンボル・タイミングおよび中心周波数オフセットを有するので、上流方向は時分割多元接続となる。加入者端において、１５ビット・ノイマン−ハフマン(001111100110101)コードを含む４バイト同期プリアンブルが送信収束サブレイヤからの各上流方向ＡＴＭセルに添付される。プリアンブルの間に、バーカー・シーケンスがＢＰＳＫ変調される。４バイトのプリアンブルは、１６個の変調シンボルを表し、その内最初の１５個を用いて、バーカー・シーケンスのＢＰＳＫ変調を行う。プリアンブルの最後の変調シンボルは、差動復調のための位相基準として用いる。タイム・スロットのフォーマットを表１０に示す。基地局は近隣のユーザおよび離れたユーザの双方にサービスを提供しなければならないので、図４に示すようにユーザ送信間のガードバンドを最少に維持するために、積極的なタイム・スロット同期が必要となる。光速で移動する場合、基地局から最も遠いユーザまで伝達して戻ってくるラウンド・トリップを完了する送信には約７μｓを要する。これに対して、１／１０しか距離が離れていないユーザの場合は０．７μｓでよい。５Ｍｂｐｓの上流方向データ・レートでは、これは、３０ビット期間即ちほぼ４バイトに達する。積極的なタイム・スロット同期がないと、ユーザ・バースト間のガード・バンドを、全タイム・スロットのほぼ１０％となる４バイトに維持せねばならない。このオーバーへッドは、データ・レートが高くなる程、そしてセル・サイズが大きくなる程悪化する。その結果、基地局からユーザにタイミング補正を送ることによってタイム・スロット同期を±１／２バイト以内に維持すると、オーバーヘッドは１バイト即ち２％未満に限定される。４．２管理面４．２．１ネット・エントリ電源投入時、ユーザは下流方向フレーム・タイミングを獲得し、フレーム開始セル・ペイロードのコンテンション可用性／承認フィールド処理開始を再生する。コンテンション・タイム・スロットが使用可能な場合、このフィールドにはヌル・ユーザＩＤが含まれる。次に、ユーザは、次の上流方向フレームにおけるコンテンション・タイム・スロット上に、単一のネット・エントリＡＴＭセルを送信する。ネット・エントリＡＴＭセルは、セル・ヘッダ内に保留されているＶＰＩ／ＶＣＩ、およびユーザＩＤを含むペイロード内の追加情報によって定義される。ネット・エントリＡＴＭセルが首尾よく基地局に受信された場合、基地局は承認を行うために、次のフレーム内のフレーム開始セルのコンテンション可用性／承認フィールド内のユーザＩＤを用いて応答する。このフィールドには、タイミング、周波数および電力調節も含まれる。ユーザは、そのタイミング、周波数および電力が規定されている制限の範囲内にある間は、ネット・エントリＡＴＭセルを、コンテンション・タイム・スロット上で送信し続け、制限に達した時点でスタンバイ状態になり、他のユーザのためにコンテンション・タイム・スロットを解放するように命令される。コンテンション・タイム・スロット上における衝突の場合、基地局は、いずれのユーザも承認せず、フレーム開始セルは、ヌル・ユーザＩＤを含むことによって、コンテンション・タイム・スロットが使用可能であることを指示し続ける。すると、ユーザは、ユーザＩＤに基づくランダム・バック・オフのような多数の公知のアルゴリズムのいずれかを実行し、再送信の前に待機するフレーム数を判定する。４．２．２ネットワーク管理動作の間、不活性状態のユーザを周期的にポーリングし、そのタイム・スロット・タイミング、送信周波数、および送信電力が、信頼性のある通信を維持するのにふさわしいものであることを確認する必要がある。これが必要なのは、伝搬特性は時間と共に、例えば、雨が降り出した場合、変化するからである。有効区域毎に約２５０人のユーザがいる場合、フレーム毎に一人のユーザにポーリングすると、各ユーザを１．５秒毎にポーリングすることになる。フレーム当たりのユーザ・ポーリング数は、ユーザ密度、有効区域、およびシステムを展開するときに採用したデータ・レートによって異なる。ポーリング・シーケンスについて説明する。フレーム開始セルでは、ユーザＩＤはポーリング・フィールドに置かれる。次のフレームの間、これらポーリングされた加入者は、ポーリング応答タイム・スロット上で応答する。基地局は、タイミング、周波数および電力制御に対する補正ファクタを計算し、これらを次のフレーム内のフレーム開始セルの加入者調節フィールドに入れて送る。ユーザがポーリングに応答し損なった場合、加入者調節フィールドは、当該ユーザに対してヌルとなる。すると、基地局は、当該ユーザに再度ポーリングする前に、他の全てのユーザにポーリングした後、次のサイクルまで待つので、他のユーザは規則的な間隔でポーリングされる。所定回数のポーリングの後、ユーザが応答し損ねた場合、ネットワーク・マネージャは当該ユーザがパワーダウン状態にあると見なす。このユーザは、スタンバイ状態に戻るためには、ネット・エントリを実行しなければならない。４．３ＭＡＣプロトコルおよびシナリオ niu_idは、ＮＩＵをそれぞれ受信および送信可能な下流方向周波数チャネル群および対応する上流方向周波数チャネル群に対するＮＩＵのポーリング・リストにおける特定のＮＩＵの一意の識別子である。niu_id=$FFFFハ、全てのＮＩＵを示すために用いられる。即ち、これは「マルチ・キャスト」ＩＤである。ＶＣヘッダは、このメッセージを１つのＮＩＵのみに送出することも、このメッセージを同報通信することも可能である。 mgs_typeは、msg_type表におけるメッセージの１つである。num_msgm_itemsは、メッセージの所与の実例（インスタンシエーション）内にある指定されたメッセージ型の項目数である。msg_itemsは、msg_typeによって指定された型の項目のリストである。 AIU CPUとNIU/STB CPUとの間でＡ１を介して送られる制御および管理メッセージは、単一セルのＯＡＭメッセージでなければならない。ＯＡＭセルは、４５バイトの使用可能なペイロードを有することを注記しておく。ＮＩＵから送られるポーリング[P]およびコンテンション[C]タイム・スロットは、制御メッセージのみを含み、したがってＯＡＭセルのみである。ＮＩＵから送られる保留タイム・スロットは、音声データのためにＡＡＬ５，ＡＡＬ１を搬送すると共に、ＡＴＭセルおよびＯＡＭ制御メッセージ・セルを搬送する。ＡＡＬ５またはＡＡＬ１仮想接続を通じてユーザ・データを送信するために用いられるのは保留タイム・スロットのみであるので、保留タイム・スロットを[VC]と称する。ＮＩＵは、各保留タイム・スロット上で送信を行う。データが得られない場合、アイドル・メッセージが送信される。ＡＩＵは、データのために保留タイム・スロットを利用していないＮＩＵに対する保留タイム・スロットの割り当てを解除する。アイドル・セルを用いて、上流方向送信信号較正の補正、上流方向ＢＥＲＲ、保留タイム・スロットの利用および保留タイム・スロットの割り当て／割り当て解除のＮＩＵ承認を判定することができる。全てのメッセージ・フィールドは、特に注記していない限り、符号なしである。各フィールドの型は、以下のメッセージ表によって十分に定義されている。４．３．１上流方向タイム・スロットの割り当てＭＡＣ上流方向タイム・スロット割り当てシナリオは、ＮＩＵからの予約タイム・スロット、コンテンション・タイム・スロットおよびポーリング済みタイム・スロットがどのように割り当てられ、そして割り当てが解除されるかを示す。異なる型の各タイム・スロットに対するシナリオにおける唯一の相違は、保留タイム・スロットが、ＮＩＵによって要求可能なことである。コンテンション・タイム・スロットおよびポーリング・タイム・スロットがＮＩＵによって要求されることは決してない。ＡＩＵは、どの上流方向周波数チャネル、およびこれらのチャネルのどのタイム・スロットをコンテンション・タイム・スロットまたはポーリング済みタイム・スロットとして各ＮＩＵに割り当てるべきかを決定する。保留タイム・スロットの割り当てが、コンテンション・タイム・スロットおよびポーリング済みタイム・スロットと異なるのは、ＮＩＵが保留タイム・スロットを要求できる点にある。しかしながら、保留タイム・スロットは、コンテンション・タイム・スロットおよびポーリング済みタイム・スロットと同様に、ＮＩＵからの要求がなくとも、ＡＩＵによって割り当て可能である。タイム・スロット割り当てメッセージは、割り当て変更ではなく、以前に送ったメッセージの更新として送ることができる。これはシナリオにおいて示される。３つの型のタイム・スロット割り当てメッセージは同じ構造である。各々は、異なるメッセージ型によって指定されるが、フィールドは同一である。 reserved_slot_request ＮＩＵは、ユーザ・トラフィックのために保留タイム・スロットを更に必要であると判定した場合、更にスロットを要求する。ＡＩＵは、どれだけの保留タイム・スロットをＮＩＵに割り当てるべきかを決定する。ＮＩＵが更により多くの保留タイム・スロットを必要とする場合、他の保留スロット要求をＡＩＵに送る。ＮＩＵは、このメッセージの中に、必要と確信するタイム・スロット数を入れておくるか、あるいは、num_time_slotsフィールドを常に１にセットする。min_ VBR_packet_sizeは、ＮＩＵにバッファされて上流方向送信を待機しているセルの数である。尚、この場合のセルは４８バイトとみなされることを注記しておく。 reserved_slot_allocation reserved_slot_allocationメッセージは、ＮＩＵに対する上流方向保留タイム・スロットの割り当てを変更または更新する。保留タイム・スロットは、ユーザ・トラフィックのために用い得るタイム・スロットのみである。ＮＩＵは、送信する準備ができているデータを全く有していない、あらゆる保留タイム・スロット上にアイドル・メッセージ・セルを送信する。ＮＩＵが最初に較正され、保留タイム・スロットが割り当てられた後、ＮＩＵから上流方向に送信される信号に対する較正補正パラメータは、保留タイム・スロットの受信から判定することができる。 contention_slot_allocation contention_slot_allocationメッセージは、ＮＩＵに対する上流方向コンテンション・タイム・スロットの割り当てを変更または更新する。コンテンション・タイム・スロットは、ユーザ・トラフィックには用いることはできない。上流方向トラフィックが殆どバースト状データ・トラフィックである場合、タイム・スロットに対するコンテンション・タイム・スロット要求は高い。ＡＩＵは、コンテンション・スロットが使用中であることをＮＩＵに通知する必要はない。タスクを完了するために多数のハンドシェークが必要な場合、ＡＩＵはそれを制御された仕方で行うことができる。ＶＣを用いることができ、あるいは、ハンドシェーク・レートが遅い場合、ＮＩＵをポーリングして、いつ応答すべきかを告げることができる。 poll_slot_allocation poll_slot_allocationメッセージは、ＮＩＵに対する上流方向ポーリング応答タイム・スロットの割り当てを変更または更新する。poll time slot allocatio nには、ガード・タイム・スロットは割り当てられない。 time_slot_allocation time_slot_allocationメッセージは、ＮＩＵに対するあらゆる型の上流方向タイム・スロットの割り当てを変更または更新するために用いることができる。各タイム・スロットは、単一のタイム・スロットが二次元アレイにおける単一の要素となるように、周波数チャネルおよびタイム・スロット・ページの基準となる。upstream_channel_numは、上流方向周波数チャネル番号を指定し、ここで、０は周波数に基づく最も低いチャネルを示し、１５は周波数に基づく最も高いチャネルを示す。time_slot_pageは、１２８個から成るタイム・スロット群を指定し、ここで、０はタイム・スロット０ないし１２７を示し、１はタイム・スロット１２８ないし２５５を示す。is_changeビットは、このメッセージが、周波数チャネルの前述のページ上にタイム・スロットを割り当てているまたは割り当て解除をしているのか、あるいはＮＩＵに現在割り当てられているタイム・スロットをリストに纏める更新に過ぎないのかを示す。num_time_slotsは、以下のチャネルおよびページのリストにある０から１２７までのタイム・スロットの数である。 time_slot_listは、当該ページ上の各タイム・スロットに対応する番号のリストである。最初のタイム・スロットを０で示し、ページ上の最後のタイム・スロットを１２７で示す。タイム・スロット番号が正の場合、即ち、ＭＳＢがクリアされている場合、タイム・スロットが割り当てられる。タイム・スロット番号が負の場合、即ち、ＭＳＢがセットされている場合、タイム・スロットの割り当てが解除される。４．３．２ポーリング・ハンドシェーク例−上流方向信号較正ＮＩＵは、通信を確立してＮＩＵとの通信を維持するよう、周期的にポーリングされる。ＡＩＵからＮＩＵに他のメッセージが流れていない場合、ポーリング・ハンドシェークが２秒以下の間隔で発生する。これは、適正な上流方向送信信号の較正のためのものであり、ＮＩＵがどの下流方向周波数がそれをポーリングしているのかを判定する前およびコンフィギュレーションを待っている間の双方において、ネットワークへの参加を容易にする。ポーリング・ハンドシェークは、ＡＩＵがフレーム開始セルにおけるpoll_requestを用いて開始される。ＮＩＵは、ＡＩＵが該ＮＩＵに割り当てた上流方向ポーリング・タイム・スロット上において回答する。ＡＩＵからの最新のポーリング要求が、poll_slots_allocatio nメッセージをフレーム開始タイム・スロットのpoll_request フィールド内に含んでいない場合、ＮＩＵは、ポーリング応答のために割り当てられたタイム・スロットが、ＡＩＵから受信した前回のpoll_slots_allocation メッセージにおいて示されているものと同じであると想定する。１フレーム期間内に２つ以上のタイム・スロットがポーリングに割り当てられる場合、ＮＩＵは当該フレーム内で最も早いタイム・スロット上で応答する。ＮＩＵが時間的に整列していない場合、ＮＩＵの応答がＡＩＵにおいて受信されるのが、所望のポーリング応答タイム・スロットに続くタイム・スロットの期間となる場合がある。現在ポーリングされているＮＩＵが時間的に整列されていない場合、ＡＩＵは、いずれのＮＩＵに対しても、ガード・タイム・スロットを保留コンテンションまたはポーリング・タイム・スロットとして割り当ててはならない。その他の場合には、１つのポーリング・タイム・スロットのみを割り当てる必要がある。ガード・タイム・スロットは、ポーリング・タイム・スロットに従わなければならない。また、ＮＩＵは、タイミングの較正を行うために、最初のタイム・スロット上で応答しようとしなければならない。未だ較正されていない、即ち、ネットに参加しているＮＩＵのポーリングは、ヘッド・エンドがコンテンション用のガード・タイム・スロットを最も長い時間量にわたって割り当てることを可能とするよう、連続的に行う必要がある。ポーリング・ハンドシェークは、poll_feedbackと呼ばれる第３のメッセージを含むことができる。poll_requestとして含まれるメッセージの型の中には、poll_slot_allocation，status_request，およびserial_noがある。pol l_responseはstatus_responseメッセージであり得る。tx_calibrationは、poll_ feedbackとして含むことができるメッセージの型である。ＮＩＵおよびＡＩＵは、２つのフレームのポーリング応答・ポーリング・フィードバック遅延を実施する。 serial_no num_msgsフィールドは、serial_no_byteの数、即ち、連番の下位側バイトがこのメッセージ内にあることを示す。最大のバイト数は２０である。 status_request これは、ＮＩＵから要求されたステータス項目のリストである。ステータスの殆どは、管理用ＶＣを通じて獲得される。 status_response これは、ＡＩＵによって要求されたステータス項目のリストである。 tx_calibration ＮＩＵからの上流方向送信信号に対する補正は、このメッセージにおいて送られる。周波数補正は分解能が１０ｋＨｚの符号付きの整数であり、正の値はＮＩＵがその周波数を上昇させるべきことを示し、負の値はＮＩＵがその送信周波数を低下させるべきことを示す。時間補正は、１下流方向サンプル・クロック周期に等しい２下流方向シンボルの分解能を有する符号付きの整数である。電力補正は分解能が０．２ｄＢの符号付きの整数であり、正の値はＮＩＵがその電力を高めるべきことを示し、負の値はＮＩＵがその送信電力を低下させるべきことを示す。ＮＩＵの送信信号補正を決定するために、ポーリング要求を送る必要はない。これは、ヘッド・エンドがトラフィック・タイム・スロットからのタイミング等の調節を決定することができれば可能である。ＮＩＵに送られる較正メッセージのためにＶＣを用いると帯域を浪費する。何故なら、この情報は、フレーム開始タイム・スロット内で送れば十分な程小さく頻度が少ないからである。４．３．３ネット・エントリＡＩＵは、１群内の下流方向周波数チャネルの少なくとも１つにおいて、ＮＩＵの各々をポーリングする。ＮＩＵは、ネットワークに参加する前に、異なるチャネル群から２つ以上の下流方向周波数チャネル上でポーリングされる場合があり、異なるniu_idを各群に用いることができる。ＮＩＵは、ネットワークに参加しようとする場合、下流方向周波数チャネルを獲得し、自局に向けられたポーリングを監視する。ＮＩＵは未だネットワークに参加していないので、ポーリングが自局に向けられていることをＮＩＵが認識するために、ＡＩＵは、連番の一部または全てを、niu_idと共にポーリング要求メッセージ内においてＮＩＵに送る。ポーリングは必ずしも回状ではないので、同じniu_idが巡って来るまで待つことはできない。各ＮＩＵの送信信号は、規則的に補正されなければならないが、ポーリング要求メッセージは、送信較正メッセージをＮＩＵに送るためには不要である。ＮＩＵが５秒待ったが、その連番を受信しない場合、次の下流方向周波数を獲得し、再びその連番を監視する。このプロセスは、ＮＩＵが自局をポーリングしている下流方向周波数チャネルを発見するまで繰り返される。一旦ＮＩＵがそのポーリングを発見し、当該ポーリングに応答したなら、ＮＩＵは、この１つの下流方向周波数チャネルによってポーリングされるだけである。ＮＩＵが送ったポーリング応答タイム・スロットが、初期のポーリング・ハンドシェークの間に隣接する上流方向タイム・スロットと干渉しないようにするために、ＮＩＵの送信信号が十分に時間的に整列するまで、ＮＩＵポーリング応答タイム・スロットの後に少なくとも１つのガード・タイム・スロットを配置しなければならない。一旦ＮＩＵが較正されたなら、ＭＡＣ制御サービスのための接続を割り当て、セキュリティおよびコンフィギュレーション・ハンドシェークを実行する。一旦ＮＩＵのコンフィギュレーションが規定されると、ＮＩＵは「スタンバイ」に入る。「スタンバイ」は、ユーザの活動がないことによって特徴付けられる。ＡＩＵは、「スタンバイ」状態にある間、ＮＩＵをポーリングし続け、上流方向送信信号の較正を維持する。ＮＩＵがコンテンション・タイム・スロット上で制御メッセージを送信するための、再送信前の最短および最長時間、即ち、バック・オフ時間は、ネット・エントリの期間に、またはシステム使用に基づくその後の任意の時点にＮＩＵに送ることができるコンフィギュレーション項目である。４．３．４コンフィギュレーションコンフィギュレーションコンフィギュレーション・メッセージは、ＡＩＵがコンフィギュレーション・パラメータをＮＩＵ／ＳＴＢに送るために用いられる。コンフィギュレーション・メッセージは、非同期的に、ＶＣを介して個々のＮＩＵに送られるか、あるいは同報通信ＶＣを介して全てのＮＩＵに同報通信される。ＡＩＵは、ＡＩＵシステム起動の期間に下流方向同報通信ＶＣを割り当てる。あるＮＩＵがネットワークに参加し始めるときはいつでも、ＡＩＵはステータス・メッセージおよびコンフィギュレーション・メッセージのためにＶＣをＮＩＵを割り当てる。niu_idは、ネット・エントリおよび加入者認証の前にＮＩＵに割り当てられる１６ビット値である。−１(OxFFFF)という特殊な値は、全てのＮＩＵを示すために用いられる。コンフィギュレーション・メッセージは、niu_id , msg_typeおよびnum_msg_itemsを共通部分として有する標準的なメッセージ・フォーマットを用いる。このメッセージの残りの部分は、必要に応じて選択的にコンフィギュレーション項目を設定するように構成される。”num_configuratio n_items”であるnum_msg_itemsは、このメッセージ内に設定されている項目の数を示し、各項目はそのconfiguration_item_idによって識別される。一方、各コンフィギュレーション項目は、その値に対して異なるビット数またはバイト数を必要とする。したがって、”configuration_value”は１からｎ（ＴＢＤ）バイトまでを取り得る。 configuration_ack ＮＩＵが受信した各コンフィギュレーション・メッセージは、ＡＩＵに返送される承認を有する。このメッセージは、割り当てられた保留タイム・スロットの１つの間に上流方向に送られる。承認は、受信したメッセージおよびコンフィギュレーション受け入れ応答を含む。コンフィギュレーション項目１．あるコンテンション・セルの割り当て（現在の完全なまたは一部のリスト）２．セキュリティ「キー」またはセキュリティ項目３．ＮＩＵから：それが処理可能な最大＃オーバーヘッドセル／秒４．ＭＡＣプロトコル・バージョン−ＭＩＢ５．最低および最高送信電力レベル６．上流方向データ・ビット・レート７．コンテンション再試行・コンテンション再試行またはタイム・スロット要求間の最短時間・ランダム・コンテンション再試行のための最長時間・再試行アルゴリズム型８．ポーリングに応答するための上流方向フレーム。ポーリング要求後の次の上流方向フレームの開始はフレーム番号１である。９．下流方向フレームの開始からの上流方向フレームのずれ。１０．サービス・メッセージ再試行タイムアウト：（ある時間以内に承認が得られない場合）および再試行の回数。１１．ＴＢＤ４．３．５サービス接続 service_request service_requestメッセージは、サーバに対する、または当該型のサービスのために制御フローを与えることができるエンティティに対する接続を設定するためのものである。ある型のサービス、例えば、データ・サービスのためのシグナリング接続を行ったなら、以降のシグナリング・メッセージおよび接続データは、service_requestメッセージおよびハンドシェークを必要としない。niu_servi ce_idは、メッセージ・ヘッダ内のniu_idによって指定された１つのＮＩＵに対する、当該サービスの一意の番号である。service_typeは、どのサーバまたはエンティティにサービス制御接続を行うべきかについて、ＡＩＵに指示する。 service_connection service_connectionは、ＮＩＵが要求されたサービス接続のために用いなければならないＶＣ、即ち、ＶＰＩ／ＶＣＩを指定する。同じＳＴＵからの同時シグナリング制御フローをサポートするため、シグナリングのための異なる制御接続をＳＴＵの各ポートに割り当ててもよい。 service_release サービス制御接続は、ＳＴＵがもはやそれを必要としなくなった後、またはＡＩＵがもやは対応することができなくなった後に切断される。service_release は、ＡＩＵまたはＮＩＵ／ＳＴＢから発せられる。 service_msg_ack サービスの型によって決定される、妥当なまたは必要な時間内にサービスが提供されることを保証するために、サービス・メッセージの各々に応答して、serv ice_msg_ackが送られる。承認は２５ｍ秒以内で送られる。４．３．６セクタ負荷の均衡化４．４ハードウエアおよびソフトウエア実装４．４．１ユーザ機器図５は、本ワイヤレス・ネットワーク・プロトコルを実装する加入者機器のブロック図を示す。ＲＦ送受信機（１）がアンテナとインターフェースし、信号の増幅、ＲＦからベースバンドへのダウンコンバジョン、および利得制御を行って、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器（２）に適正なレベルを供給する。デジタル復調器（３）は、入力信号のキャリアおよびシンボル・タイミングを復元し、ソフト判定復調データを前方誤り訂正デコーダ（４）に渡す。デジタル復調器は、電圧制御発振器（明確化のため図示せず）にフィード・バックされるデータ遷移追跡ループを介してＡ／Ｄ変換器のサンプル・クロックの位相を制御することによって、入力信号のシンボル・タイミングを再生する。また、デジタル復調器は、利得制御電圧によって、ＲＦ送受信機のダウンコンバータ段における利得を制御する。前方誤り訂正デコーダは、ビタビ・アルゴリズムによる畳み込み復号化およびリード・ソロモン復号化を行い、再生したＡＴＭセルを送信収束送受信機（５）に渡す。送信収束送受信機は、フレーム開始ＡＴＭセルを検出し、フレーム内のタイム・スロットを計数し、当該ユーザに意図したのではないＡＴＭセルを取り除く。ユーザを対象としたＡＴＭセルは、区分化および再組立（ＳＡＲ）デバイス（６）に渡され、データ・インターフェースに渡すべき上位パケットが構築される。インバンドＡＴＭシグナリング・セルはコマンドを解釈する中央演算装置（７）に直接渡される。送信方向では、中央演算装置は、タイム・スロット・マップを保持し、これを送信収束送受信機にロードする。データ・インターフェースからの上位パケットがＡＴＭセルに区分化されるにしたがって、送信収束送受信機はそれらを、予め規定されている上流方向フレームのタイム・スロットにロードする。セッション要求またはポーリングに対する応答のいずれかのインバンド・シグナリング・セルは、中央演算装置から区分化および再組立デバイスに渡され、上流方向フレームに挿入される。あるいは、送信収束送受信機は、インバンド・シグナリングＡＴＭセルを認識し、中央演算装置との間でこれを送受信し、ＳＡＲデバイスを迂回することも可能である。こうすることにより、物理レイヤは、ユーザ機器とユーザの家屋にあるその他の機器との間のインターフェースのみを行うことが可能となる。何故なら、ＳＡＲは区分化および再組立を行わないからである。究極的に、送信収束送受信機およびＳＡＲは、単一のデバイスに結合することも可能である。上流方向フレーム上にパッケージ化されたＡＴＭセルは、前方誤り訂正エンコーダ（８）に渡され、前方誤り訂正エンコーダ（８）はシリアル・ストリームを変調器（９）に送り、キャリア上に変調する。変調器のシンボル・タイミングは、周波数シンセサイザまたは数値制御型発振器（ＮＣＯ）（１０）によって、再生された受信シンボル・タイミングに対して一貫して参照される。シンボル・タイミングは、クロック飲み込み回路（１１）またはその他の手段によって調節され、タイム・スロットの整列が確保される。次に、被変調信号は、ＲＦ送受信機によって所望のＲＦ周波数に周波数変換される。出力電力レベルは、デジタル復調器からＲＦ送受信機へのＡＧＣフィードバックからの受信電力レベルの測定値および前方誤り訂正デバイス内のビット・エラー率推定器から、ＣＰＵによって制御される。４．４．２基地局機器図６は、基地局機器のブロック図である。ＲＦ送受信機（１）は、アンテナとインターフェースし、信号増幅、ＲＦからベースバンドへのダウンコンバジョン、および利得制御を行い、適正なレベルをアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器（２）に供給する。デジタル復調器（３）は、入力信号のキャリアおよびシンボル・タイミングを再生し、ソフト判定復調データを前方誤り訂正デコーダ（４）に渡す。前方誤り訂正デコーダは、ビタビ・アルゴリズムによる畳み込み復号化およびリード・ソロモン復号化を行い、再生したＡＴＭセルをＡＴＭ交換機（５）に渡す。ＡＴＭ交換機は、区分化および再組立ＡＳＩＣとして、または機器の外部装置として実施することも可能である。インバンドＡＴＭシグナリング・セルは中央演算装置（６）に直接渡され、要求およびポーリング応答が解釈される。基地局は、ユーザにポーリングしてステータスおよび健全性について問い合わせる場合、タイミング・オフセット・カウンタ（７）からのユーザのタイミングのずれ、ユーザの周波数のずれ、およびデジタル復調器からの信号レベルを読み取る。これらに対する補正はインバンドＡＴＭセルに組み込まれ、ＡＴＭ交換機に渡されて下流方向フレームに挿入される。ＡＴＭ交換機が中央演算装置から受け取ったフレーム開始セルおよび正確な間隔を挿入することを除いて、交換機の典型的なスケジューリング機能にしたがって、ＡＴＭ交換機は下流方向フレーム内のタイム・スロットにセルを充填する。次に、ＡＴＭセルには、前方誤り訂正符号化（８）および変調（９）が行われ、下流方向ＲＦが形成される。ＲＦ送受信機は下流方向信号を無線周波数にアップコンバートする。中央演算装置は、上流方向ネットワーク管理ポーリング応答ＡＴＭセルにおいて加入者からハブ局にフィード・バックされるビット・エラー率測定値にしたがって、送信電力レベルを調節する。５．変形以下の変形は、訓練を受けた観察者には明白であり、同様に特許請求するものである。１．データ・レートを交互に用い、フレーム毎に異なる数のタイム・スロットを得る。２．ＡＴＭ交換機以外の手段を用い、インバンド・シグナリングＡＴＭセルを基地局内のＣＰＵに送出する。３．ＳＡＲデバイス以外の手段を用い、インバンド・シグナリングＡＴＭセルを基地局内のＣＰＵに送出する。４．上流方向フレーム内におけるコンテンション・セルおよびポーリング応答の位置。処理能力に応じて、ポーリング応答タイム・スロットを上流方向フレームの中間に置き、加入者が同じフレーム期間内に応答可能とすることが有利な場合もある。５．ワイヤレス広帯域ＩＳＤＮのためのネットワーク・プロトコルの実装に関して、ユーザの送信タイム・スロット・タイミングを調節するために別の回路を使用する。関係のない用途のために別の回路を用いることは、特許請求しない。６．ＡＧＣ設定値の監視、前方誤り訂正復号化に先立つビット・エラー・レートの監視等の、ユーザ機器による受信電力レベルの別の尺度。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項【提出日】１９９７年５月２２日（１９９７．５．２２）【補正内容】請求の範囲１．基地局からユーザの方向に時分割多重方式を利用し、ユーザから基地局への方向に時分割多元接続を利用し、ユーザが静止状態にあるワイヤレス一点基地局対複数ユーザ間のネットワーキング・システムにおいて、媒体アクセス制御が前記上流方向にタイム・スロットを積極的に割り当てることにより、多数のユーザによる帯域幅の変動する要求を吸収し、上流方向フレーム・タイミングを下流フレーム・タイミングと同期させ、タイム・スロットが個々のＡＴＭセルを搬送し、下流フレームの第１のタイム・スロットがフレーム開始ＡＴＭセルを搬送し、前記基地局から前記ユーザへのタイミング制御によって上流方向タイム・スロット同期を±２変調シンボル内に維持し、ネットワークに入るユーザおよびセッションを開始しようとするスタンバイ・モードのユーザによる制御面要求のためにランダム・アクセス・タイム・スロットを用い、管理面機能のためにポーリングを用い、ユーザによる応答をポーリング応答タイム・スロット上で行うことを特徴とするネットワーキング・システム。２．高利得指向性アンテナを利用し、ユーザが静止状態にあるワイヤレス一点基地局対複数ユーザ間のネットワークのためのネットワーキング・プロトコルであって、送信収束レイヤのための手段が、ａ）これまで下流方向と呼ばれてきた、前記基地局から前記ユーザへの方向に、時分割多重を利用し、ｂ）これまで上流方向と呼ばれてきた、前記ユーザから前記基地局への方向に、時分割多元接続を利用し、ｃ）上流方向のタイム・スロットが１つがＡＴＭセルであるプリアンブル・バイトと１バイトのガード・バンドとを有し、ｄ）下流方向のタイム・スロットが、１同期バイトとＩＡＴＭセルを有し、ガード・バンドを有せず、ｅ）上流方向フレーム・タイミングを下流方向フレーム・タイミングと同期させ、下流方向フレームの第１のタイム・スロットが、一意の保留ＶＰＩ／ＶＣＩによって定義されるフレーム開始ＡＴＭセルを搬送し、ｆ）上流方向および下流方向のフレーム期間の長さをほぼ６ミリ秒未満とし、最短の待ち時間で音声トラフィックの配信を可能とする、ことによって提供され、物理的媒体依存レイヤのための手段において、ａ）下流方向は連続キャリアであり、パルス整形フィルタ処理を行わず、周波数チャネルがシンボル同期され、１／Ｔ_Dだけ離間されており、ここで、Ｔ_Dは、下流方向変調シンボルの期間であり、ｂ）上流方向はバースト・モードであり、２５％過剰帯域幅累乗根コサイン・フィルタ処理され、１．２５Ｔ_Dだけ周波数チャネルが離間されており、ここで、Ｔ_Dは上流方向変調シンボルの周期であり、ｃ）上流方向および下流方向においてＱＰＳＫあるいは１６ＱＡＭ変調を採用し、ｄ）下流方向において、ＧＦ上のレート７／８の連結リード・ソロモン畳み込みコードを用い、ｅ）上流方向において、ＧＦ上のリード・ソロモン・コードを用い、制御面機能のための手段が、ａ）保留したＶＰＩ／ＶＣＩを有するＡＴＭセルによるインバンド・シグナリングを行うことにより、獲得、復調および前方誤り訂正に対する要求を、前記ネットワーク・プロトコルのデータ、制御および管理面全体を通じて均一とし、ｂ）上流方向にタイム・スロットを積極的に割り当てることにより、多数のユーザからの帯域幅の変動する要求を吸収する、送信収束レイヤ媒体アクセス制御を行い、ｃ）上流保留フレームの先頭にある連続タイム・スロットを、ユーザによるネットワーク・エントリに用い、ユーザの二方向距離タイミングは相互干渉を回避するために分解されておらず、ネットワークに参加するユーザは、請求項１に記載した手段によってユーザのタイミングが整列されるまで、エントリ・タイム・スロット上に留まり、ｄ）セッション要求が、ネット・エントリ・タイム・スロットのランダム・アクセスを通じて、コンテンションに基づいて行われ、ｅ）下流方向フレームにおけるフレーム開始ＡＴＭセルのペイロード内に、サービス要求の制御面承認を搬送する、ことによって提供され、管理面機能のための手段が、ａ）保留したＶＰＩ／ＶＣＩを有するＡＴＭセルによるインバンド・シグナリングを行うことにより、獲得、復調および前方誤り訂正に対する要求を、ネットワーク・プロトコルのデータ、制御および管理面全体を通じて均一とし、ｂ）前記基地局によってユーザをポーリングし、ユーザは上流方向フレーム内の専用タイム・スロット上で応答し、ｃ）下流方向フレーム・キャリーにおけるフレーム開始ＡＴＭセルのペイロード内に、管理面ポーリング要求を搬送し、ｄ）前記基地局から前記ユーザへのタイミング制御を通じて、および、送信収束レイヤにおける受信シンボル・クロックにユーザ送信シンボル・クロックを従属させることによって、上流方向タイム・スロット同期を±２変調シンボル以内に維持し、ｅ）上流方向電力制御を採用し、前記基地局において適切な受信信号強度を保証しつつ、隣接するセルの干渉を最少に抑える、ことによって提供される、ことを特徴とするネットワーキング・プロトコル。３．請求項２記載の発明であって、前記基地局が、ａ）中央演算装置との間のインバンド・シグナリングＡＴＭセルの経路をＡＴＭ交換デバイスにより決定する手段と、ｂ）マスタ・フレーム・エポックから、前記ユーザから受信した送信のバーカー・シーケンスの検出まで、基準シンボル・クロックの周期を計数することによって、加入者によるタイミングのずれを測定する手段と、ｃ）ユーザ送信機の閉ループ電力制御のためのビット・エラー・レート推定によって、受信信号レベルを測定する手段と、を含むことを特徴とする発明。４．請求項２記載の発明であって、前記ユーザ機器が、ａ）ＡＴＭ交換デバイスとの間の、および、区分化および再組立デバイスからユーザ機器の中央演算装置に至るインバンド・シグナリングＡＴＭセルの経路を決定する手段を含み、ｂ）受信電力レベルと、基地局からのインバンド・シグナリングＡＴＭセルによる電力制御コマンドとに基づいて、送信機電力を調整することを特徴とする発明。【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９７年８月２９日（１９９７．８．２９）【補正内容】請求の範囲１．基地局からユーザの方向に時分割多重方式を利用し、ユーザから基地局への方向に時分割多元接続を利用し、ユーザが静止状態にあるワイヤレス一点基地局対複数ユーザ間のネットワーキング・システムにおいて、媒体アクセス制御が前記上流方向にタイム・スロットを積極的に割り当てることにより、多数のユーザによる帯域幅の変動する要求を吸収し、上流方向フレーム・タイミングを下流フレーム・タイミングと同期させ、タイム・スロットが個々のＡＴＭセルを搬送し、下流フレームの第１のタイム・スロットがフレーム開始ＡＴＭセルを搬送し、前記基地局から前記ユーザへのタイミング制御によって上流方向タイム・スロット同期を±２変調シンボル内に維持し、ネットワークに入るユーザおよびセッションを開始しようとするスタンバイ・モードのユーザによる制御面要求のためにランダム・アクセス・タイム・スロットを用い、管理面機能のためにポーリングを用い、ユーザによる応答をポーリング応答タイム・スロット上で行うことを特徴とするネットワーキング・システム。２．高利得指向性アンテナを利用し、ユーザが静止状態にあるワイヤレス一点基地局対複数ユーザ間のネットワークのためのネットワーキング・プロトコルであって、送信収束レイヤのための手段が、ａ）これまで下流方向と呼ばれてきた、前記基地局から前記ユーザへの方向に、時分割多重を利用し、ｂ）これまで上流方向と呼ばれてきた、前記ユーザから前記基地局への方向に、時分割多元接続を利用し、ｃ）上流方向のタイム・スロットが１つがＡＴＭセルであるプリアンブル・バイトと１バイトのガード・バンドとを有し、ｄ）下流方向のタイム・スロットが、１同期バイトとＩＡＴＭセルを有し、ガード・バンドを有せず、ｅ）上流方向フレーム・タイミングを下流方向フレーム・タイミングと同期させ、下流方向フレームの第１のタイム・スロットが、一意の保留ＶＰＩ／ＶＣＩによって定義されるフレーム開始ＡＴＭセルを搬送し、ｆ）上流方向および下流方向のフレーム期間の長さをほぼ６ミリ秒未満とし、最短の待ち時間で音声トラフィックの配信を可能とする、ことによって提供され、物理的媒体依存レイヤのための手段において、ａ）下流方向は連続キャリアであり、パルス整形フィルタ処理を行わず、周波数チャネルがシンボル同期され、１／Ｔ_Dだけ離間されており、ここで、Ｔ_Dは、下流方向変調シンボルの期間であり、ｂ）上流方向はバースト・モードであり、２５％過剰帯域幅累乗根コサイン・フィルタ処理され、１．２５Ｔ_Dだけ周波数チャネルが離間されており、ここで、Ｔ_Dは上流方向変調シンボルの周期であり、ｃ）上流方向および下流方向においてＱＰＳＫあるいは１６ＱＡＭ変調を採用し、ｄ）下流方向において、ＧＦ上のレート７／８の連結リード・ソロモン畳み込みコードを用い、ｅ）上流方向において、ＧＦ上のリード・ソロモン・コードを用い、制御面機能のための手段が、ａ）保留したＶＰＩ／ＶＣＩを有するＡＴＭセルによるインバンド・シグナリングを行うことにより、獲得、復調および前方誤り訂正に対する要求を、前記ネットワーク・プロトコルのデータ、制御および管理面全体を通じて均一とし、ｂ）上流方向にタイム・スロットを積極的に割り当てることにより、多数のユーザからの帯域幅の変動する要求を吸収する、送信収束レイヤ媒体アクセス制御を行い、ｃ）上流保留フレームの先頭にある連続タイム・スロットを、ユーザによるネットワーク・エントリに用い、ユーザの二方向距離タイミングは相互干渉を回避するために分解されておらず、ネットワークに参加するユーザは、請求項１に記載した手段によってユーザのタイミングが整列されるまで、エントリ・タイム・スロット上に留まり、ｄ）セッション要求が、ネット・エントリ・タイム・スロットのランダム・アクセスを通じて、コンテンションに基づいて行われ、ｅ）下流方向フレームにおけるフレーム開始ＡＴＭセルのペイロード内に、サービス要求の制御面承認を搬送する、ことによって提供され、管理面機能のための手段が、ａ）保留したＶＰＩ／ＶＣＩを有するＡＴＭセルによるインバンド・シグナリングを行うことにより、獲得、復調および前方誤り訂正に対する要求を、ネットワーク・プロトコルのデータ、制御および管理面全体を通じて均一とし、ｂ）前記基地局によってユーザをポーリングし、ユーザは上流方向フレーム内の専用タイム・スロット上で応答し、ｃ）下流方向フレーム・キャリーにおけるフレーム開始ＡＴＭセルのペイロード内に、管理面ポーリング要求を搬送し、ｄ）前記基地局から前記ユーザへのタイミング制御を通じて、および、送信収束レイヤにおける受信シンボル・クロックにユーザ送信シンボル・クロックを従属させることによって、上流方向タイム・スロット同期を±２変調シンボル以内に維持し、ｅ）上流方向電力制御を採用し、前記基地局において適切な受信信号強度を保証しつつ、隣接するセルの干渉を最少に抑える、ことによって提供される、ことを特徴とするネットワーキング・プロトコル。３．請求項２記載の発明であって、前記基地局が、ａ）中央演算装置との間のインバンド・シグナリングＡＴＭセルの経路をＡＴＭ交換デバイスにより決定する手段と、ｂ）マスタ・フレーム・エポックから、前記ユーザから受信した送信のバーカー・シーケンスの検出まで、基準シンボル・クロックの周期を計数することによって、加入者によるタイミングのずれを測定する手段と、ｃ）ユーザ送信機の閉ループ電力制御のためのビット・エラー・レート推定によって、受信信号レベルを測定する手段と、を含むことを特徴とする発明。４．請求項２記載の発明であって、前記ユーザ機器が、ａ）ＡＴＭ交換デバイスとの間の、および、区分化および再組立デバイスからユーザ機器の中央演算装置に至るインバンド・シグナリングＡＴＭセルの経路を決定する手段を含み、ｂ）受信電力レベルと、基地局からのインバンド・シグナリングＡＴＭセルによる電力制御コマンドとに基づいて、送信機電力を調整することを特徴とする発明。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ヴァンブラリコン，チャールズアメリカ合衆国カリフォルニア州956144, キューパーティーノ，キングスバリー・プレイス 7465 (72)発明者ハンター，エイプリルアメリカ合衆国カリフォルニア州94022, ロス・アルトス，ガビラン 445，ナンバー３

Claims

【特許請求の範囲】１．基地局からユーザの方向（下流方向）に時分割多重方式を利用し、ユーザから基地局への方向（上流方向）に時分割多元接続を利用し、ユーザが静止状態にあるワイヤレス一点（基地局）対多点（ユーザ）間ネットワークのためのネットワーキング・システムにおいて、媒体アクセス制御が前記上流方向にタイム・スロットを積極的に割り当てることにより、多数のユーザによる帯域幅の変動する要求を吸収し、上流方向フレーム・タイミングを下流方向フレーム・タイミングと同期させ、タイム・スロットが個々のＡＴＭセルを搬送し、下流方向フレームの第１のタイム・スロットがフレーム開始ＡＴＭセルを搬送し、前記基地局から前記ユーザへのタイミング制御によって上流方向タイム・スロット同期を±２変調シンボル以内までに維持し、ネットワークに入るユーザおよびセッションを開始しようとするスタンバイ・モードのユーザによる制御面要求のためにランダム・アクセス・タイム・スロットを用い、管理面機能のためにポーリングを用い、ユーザによる応答をポーリング応答タイム・スロット上で行うことを特徴とするネットワーキング・システム。２．高利得指向性アンテナを利用し、ユーザが静止状態にあるワイヤレス一点（基地局）対多点（ユーザ）間のネットワークのためのネットワーキング・プロトコルであって、送信収束レイヤのための手段が、ａ）これまで下流方向と呼ばれてきた、前記基地局から前記ユーザへの方向に、時分割多重を利用し、ｂ）これまで上流方向と呼ばれてきた、前記ユーザから前記基地局への方向に、時分割多元接続を利用し、ｃ）上流方向のタイム・スロットが１つがＡＴＭセルである２プリアンブル・バイトと１バイトのガード・バンドとを有し、ｄ）下流方向のタイム・スロットが、１同期バイトと１ＡＴＭセルを有し、ガード・バンドを有せず、ｅ）上流方向フレーム・タイミングを下流方向フレーム・タイミングと同期させ、下流方向フレームの第１のタイム・スロットが、一意の保留ＶＰＩ／ＶＣＩによって定義されるフレーム開始ＡＴＭセルを搬送し、ｆ）上流方向および下流方向双方のフレーム期間の長さをほぼ６ミリ秒未満とし、最短の待ち時間で音声トラフィックの配信を可能とする、ことによって提供され、物理的媒体依存レイヤのための手段において、ａ）下流方向は連続キャリアであり、パルス整形フィルタ処理を行わず、周波数チャネルがシンボル同期され、１／Ｔ_Dだけ離間されており、ここで、Ｔ_Dは、下流方向変調シンボルの期間であり、ｂ）上流方向はバースト・モードであり、２５％過剰帯域幅累乗根コサイン・フィルタ処理され、１．２５Ｔ_Dだけ周波数チャネルが離間されており、ここで、Ｔ_Dは上流方向変調シンボルの周期であり、ｃ）上流方向および下流方向においてＱＰＳＫあるいは１６ＱＡＭ変調を採用し、ｄ）下流方向において、ＧＦ上のレート７／８の連結リード・ソロモン畳み込みコードを用い、ｅ）上流方向において、ＧＦ上のリード・ソロモン・コードを用い、制御面機能のための手段が、ａ）保留したＶＰＩ／ＶＣＩを有するＡＴＭセルによるインバンド・シグナリングを行うことにより、獲得、復調および前方誤り訂正に対する要求を、前記ネットワーク・プロトコルのデータ、制御および管理面全体を通じて均一とし、ｂ）上流方向にタイム・スロットを積極的に割り当てることにより、多数のユーザからの帯域幅の変動する要求を吸収する、送信収束レイヤ媒体アクセス制御を行い、ｃ）上流方向フレームの先頭にある連続タイム・スロットを、ユーザによるネットワーク・エントリに用い、ユーザの二方向距離タイミングは相互干渉を回避するために分解されておらず、ネットワークに参加するユーザは、請求項１に記載した手段によってユーザのタイミングが整列されるまで、エントリ・タイム・スロット上に留まり、ｄ）セッション要求が、ネット・エントリ・タイム・スロットのランダム・アクセスを通じて、コンテンションに基づいて行われ、ｅ）下流方向フレームにおけるフレーム開始ＡＴＭセルのペイロード内に、サービス要求の制御面承認を搬送する、ことによって提供され、管理面機能のための手段が、ａ）保留したＶＰＩ／ＶＣＩを有するＡＴＭセルによるインバンド・シグナリングを行うことにより、獲得、復調および前方誤り訂正に対する要求を、ネットワーク・プロトコルのデータ、制御および管理面全体を通じて均一とし、ｂ）前記基地局によってユーザをポーリングし、ユーザは上流方向フレーム内の専用タイム・スロット上で応答し、ｃ）下流方向フレーム・キャリーにおけるフレーム開始ＡＴＭセルのペイロード内に、管理面ポーリング要求を搬送し、ｄ）前記基地局から前記ユーザへのタイミング制御を通じて、および、送信収束レイヤにおける受信シンボル・クロックにユーザ送信シンボル・クロックを従属させることによって、上流方向タイム・スロット同期を±２変調シンボル以内に維持し、ｅ）上流方向電力制御を採用し、前記基地局において適切な受信信号強度を保証しつつ、隣接するセルの干渉を最少に抑える、ことによって提供される、ことを特徴とするネットワーキング・プロトコル。３．請求項２記載の発明であって、前記基地局における前記手段を実現するためのハードウエアおよびソフトウエア手段が、ａ）中央演算装置との間のインバンド・シグナリングＡＴＭセルの経路をＡＴＭ交換デバイスにより決定する手段と、ｂ）マスタ・フレーム・エポックから、前記ユーザから受信した送信のバーカー・シーケンスの検出まで、基準シンボル・クロックの周期を計数することによって、加入者によるタイミングのずれを測定する手段と、ｃ）ユーザ送信機の閉ループ電力制御のためのビット・エラー・レート推定によって、受信信号レベルを測定する手段と、を含むことを特徴とする発明。４．請求項２記載の発明であって、前記ユーザ機器における前記手段を実現するためのハードウエアおよびソフトウエア手段が、ａ）ＡＴＭ交換デバイスとの間の、および、区分化および再組立デバイスからユーザ機器の中央演算装置に至るインバンド・シグナリングＡＴＭセルの経路を決定する手段を含み、ｂ）受信電力レベルと、基地局からのインバンド・シグナリングＡＴＭセルによる電力制御コマンドとに基づいて、送信機電力を調整することを特徴とする発明。