JP2002510447A - 符号分割多元接続（ｃｄｍａ）無線リンク上でワイヤレスプロトコルを伝送するための動的帯域幅割当て - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＣＤＭＡ無線リンクでワイヤレス信号を伝送する技術に関する。帯域幅は、データ転送速度の算出に基づいて、特定のＣＤＭＡ加入者装置のセッション内で動的に割当てられる。特に、動的帯域幅割当てアルゴリズムは、伝送全体に対する加入者当たりの利用可能なポート、予測ユーザ帯域幅、および並列ユーザ帯域幅に基づいて計算した許容限度から動作する。また、優先サービス対応、不均衡フォワードおよびリバーススペクトル利用、音声優先順位付け、および帯域切換えの機能も備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線リンク上でワイヤレスプロトコルを伝送する ための動的帯域幅割当て 発明の背景 一般大衆による無線電話およびパーソナルコンピュータの使用の増加は、以前 は特定用途だけに使用すると考えられていた、高度な通信サービスに対する需要 を招いている。 たとえば１９８０年代後半には、セルラー方式電話で有効なワイヤレス音声通 信は、加入料金が高いために、ビジネスマンの特権であった。遠方のコンピュー タネットワークにアクセスする場合にも同様であった。そのため最近まで、ビジ ネス関係者や大きな機関だけが必要なコンピュータと通信線アクセス装置を購入 できた。 しかし、現在では、一般大衆は、インターネットや私用イントラネットなどの ネットワークにアクセスするだけでなく、ワイヤレス方式のネットワークにも同 様にアクセスすることをますます望むようになっている。これは特に、ポータブ ルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ハンディタイプの個人用情報端末 機器などのユーザには重要なことである。これらのユーザは、むしろ電話線に接 続することなく、ネットワークにアクセスすることを望んでいる。 既存のワイヤレスネットワークを使用して、インターネットやその他のネット ワークに対して低価格で高速にアクセスが可能な、広範囲に利用できる満足な解 決手段はまだない。この状況は、いくつかの不利な環境の産物に他ならない。た とえば、有線ネットワーク上でビジネス環境における高速データサービスを提供 する一般的方法は、大部分の家庭や事務所で利用できる音声級のサービスに簡単 に適合できないものである。さらに、このような標準的高速データサービスは、 標準的セルラー方式、ワイヤレスの送受信器での効率的伝送には不向きである。 さらに、既存のセルラーネットワークは、元来、音声サービス配送用としてだ け設計された。現在でも、使用されているワイヤレス変調方式は、簡単に利用で きる9.6kbpsの範囲内だけで、最大データ転送速度で音声情報を配送することに 主力を置いている。これは、米国も含めて、大部分の国のセルラー交換網が、約 300から3600HZの帯域幅を有するアナログ音声チャネルを使用しているからであ る。このような低周波数チャネルは、28.8kbps（キロビット／秒）の速度で、ま たは現在では一般に低価格有線モデムを使用して利用できる56.6kbpsの速度では なおさら、データを直接伝送するのに役立たない。今ではこのような速度は、イ ンターネットアクセスの最低許容データ転送速度と考えられている。 現在米国では、高速なブロック組み立ての交換網が使用されてきている。高速 データアクセスが可能な、ＩＳＤＮ（総合サービス・ディジタル・ネットワーク ）と呼ばれる特定の有線ネットワークが長年に渡って知られているが、その料金 は最近になってようやく低減され、有線サービスでさえ一般家庭ユーザにも魅力 のある料金になってきた。このようなネットワークの大部分は、セルラー方式が 最初に開発された時点では知られていたが、セルラーネットワーク接続形態（ト ポロジー）上でＩＳＤＮ程度のデータサービスを提供する準備は整っていない。 ＩＳＤＮは本質的に回路交換プロトコルであり、接続を維持したまま連続的に ビットを送信して端末ノード間の同期を取るように設計されていた。不利なこと には、ワイヤレス環境では、チャネルへのアクセスに費用がかかり、それらに対 する競争があることである。通信媒体は、本質的に共有が可能なことを期待され る。これは、本質的に回線の共有を意図していない通常の有線ＩＳＤＮ環境とは 異なる。 発明の概要 本発明は、ＩＳＤＮプロトコルと、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）タイプ変調 システムを利用できるような既存のセルラー信号とを特有な方 法で統合することにより、標準ワイヤレス接続上の高速データおよび音声のサー ビスを提供するものである。本発明は、ＣＤＭＡワイヤレスチャネルへのアクセ スをより効率的に割当てることにより、高速なデータ転送速度を実現している。 具体的には、たとえば別々のコードを指定することによって、多数のサブチャネ ルが標準ＣＤＭＡチャネル帯域幅内で定義され、これらサブチャネルは、ＩＳＤ Ｎプロトコルをサポートするのに通常必要とされる。オンラインの各加入者装置 が必要とする瞬間的な帯域幅は、必要に応じて、ＲＦ（無線周波数）搬送波の複 数のサブチャネルを各セッションに動的に割当てることで対応する。たとえば、 複数のサブチャネルは、ウェブ（Ｗｅｂ）ページをダウンロードするときなどの ように、加入者の帯域幅要求条件が相対的に高度な期間中に許可され、加入者が 以前にダウンロードしたウェブページを読んだり、他のタスクを実行している時 などのように回線が相対的に軽負荷の期間中は開放される。 サブチャネル指定アルゴリズムは、特定加入者への各種レベルの優先サービス を提供するために実施できる。これらのアルゴリズムは、加入者当たりの利用可 能ポート、予測されるユーザ帯域幅、サービス割増料金などに基づいて指定され る。 本発明の別の形態によれば、利用可能な帯域幅の一部分は、通信セッションを 確立するために最初に割当てられる。一旦セッションを確立すると、加入者装置 に伝送するデータがない場合、すなわち一定時間長さの間データパスが静止状態 にある場合は、以前に指定された帯域幅の割当てが解除される。さらに、以前に 割り当てた帯域幅の割当てのすべてを解除するのではなく、少なくとも一定部分 をセッション中の加入者が利用できる状態に保つことが好ましい。さらに長時間 静止状態が継続する場合には、帯域幅の残余部分でさえもそのセッションから割 当てが解除される。ネットワーク層プロトコルの論理的セッション接続は、サブ チャネルが指定されていない場合でもそのまま維持される。 好ましい構成では、所定の最小アイドル時間の間は、各ネットワーク層接続に 対して単一サブチャネルを維持する。これは、チャネルの設定と解除を効率的に 管理するのに役立つ。 図面の簡単な説明 本発明の前記およびその他の目的、特徴および利点は、図面を参照した以下の 好適な実施形態の説明により明らかになるであろう。添付図面において、異なる 図を通じて同一部分には同一符号が用いられている。 図１は、本発明による帯域幅管理方法を使用しているワイヤレス通信システム のブロック図である。 図２は、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）方式階層化プロトコル図であっ て、帯域幅管理方法が通信プロトコルによって実行される。 図３は、所定の無線周波数（ＲＦ）チャネル内でサブチャネルが割り当てられ る方法示す図である。 図４は、加入者装置の構成要素のさらに詳細なブロック図である。 図５は、動的にサブチャネルを要求および開放するために、加入者装置が実行 する動作の状態図である。 図６は、各加入者装置にサービスするのに必要な、基地局装置の一部のブロッ ク図である。 図７は、本発明によって動的に帯域幅を管理するために、基地局で実行する処 理の高度に構造化した説明図である。 発明の詳細な説明 さらに具体的に図面について説明する。図１はシステム１００のブロック図で あり、システム１００は、たとえばＩＳＤＮのようなディジタル・データ・プロ トコルを、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）のようなディジタル変調ワイヤレスサ ービスと継ぎ目なく統合して、ワイヤレス接 続上で高速データおよび音声サービスを提供する。 システム１００は２種類の構成要素から成り、加入者装置１０１、１０２およ び基地局１７０を含む。これらの要素１０１と１７０の両種類は、協働して必要 な機能を提供し、本発明を希望通り実現する。加入者装置１０１は、ラップトッ プコンピュータ、ポータブルコンピュータ、個人用携帯型情報端末（ＰＤＡ）な どの携帯型コンピュータ装置１１０に、ワイヤレス・データ・サービスを提供す る。基地局１７０は加入者装置１０１と協働して、携帯型コンピュータ装置１１ ０と、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１８０に接続しているような他の装置との間 のデータ伝送を許容する。 さらに具体的には、加入者装置１０１によって、データおよび／または音声サ ービスは、ポータブルコンピュータ１１０以外にも、電話器１１２−１、１１２ −２（ここでは、まとめて電話器１１２と称する）などの１つ以上の装置に対し ても提供される。（電話器１１２自体は、さらに、図１には示さない他のモデム およびコンピュータに接続されていてもよい）。ＩＳＤＮの通常用語では、ポー タブルコンピュータ１１０および電話器１１２は端末装置（ＴＥ）と呼ばれる。 加入者装置１０１は、ネットワーク端末タイプ１（ＮＴ−１）と呼ばれる機能を 提供する。図示する加入者装置１０１は、特にいわゆる基本速度インタフェース （ＢＲＩ）タイプＩＳＤＮ接続で動作し、２つの搬送すなわちＢチャネルと１つ のデータすなわちＤチャネル、（通常は２Ｂ＋Ｄで表す）を設ける。 加入者装置１０１自体は、ＩＳＤＮモデム１２０と、ここではプロトコル変換 装置１３０と称し、スプーフィング（spoofing）１３２および帯域幅管理１３４ を含み本発明によるさまざまな機能を実行する装置と、ＣＤＭＡトランシーバ１ ４０と、加入者装置アンテナ１５０とから構成されている。加入者装置１０１の 各種構成要素は、別々の装置または一体化した装置として実現される。たとえば 、多くのメーカーから販売 されている既存の慣習的なＩＳＤＮモデム１２０を、既存のＣＤＭＡトランシー バ１４０と組合せて使用することもできる。この場合、別個の装置として販売さ れるプロトコル変換装置１３０により、固有機能全体が提供される。一方、ＩＳ ＤＮモデム１２０、プロトコル変換装置１３０、およびＣＤＭＡトランシーバ１ ４０は、完成装置として統合され、単独の加入者装置１０１として販売できる。 ＩＳＤＮモデム１２０は、端末装置１１０や１１２間のデータおよび音声信号 を、標準ＩＳＤＮ”Ｕ”インタフェースで要求されるフォーマットに変換する。 ＵインタフェースはＩＳＤＮシステムの基準点であり、ネットワーク端末（ＮＴ ）と電話会社間の接続点を指定する。 プロトコル変換装置１３０は、スプーフィング１３２および基本帯域幅管理１ ３４機能を実行するものであり、後でさらに詳しく説明する。一般に、スプーフ ィング１３２は、加入者装置１０１が基地局１７０の反対側の公衆交換電話網１ ８０に常に接続されているかのように、端末装置１１０、１１２に対して見せる ことを、確実にするものである。 帯域幅管理機能１３４は、必要に応じてＣＤＭＡ無線チャネル１６０の割当て と割当て解除とを実行する。また帯域幅管理は、ＣＤＭＡチャネル１６０のサブ 部分を動的に指定し、所定のセッションに割当てられる帯域幅を動的に管理する 機能を含む。この方法は後で詳しく説明する。 ＣＤＭＡトランシーバ１４０はプロトコル変換装置１３０からデータを受取り 、このデータをＣＤＭＡ無線リンク１６０−１上を加入者装置アンテナ１５０を 通して伝送するのに適した形式にフォーマットし直す。ＣＤＭＡトランシーバ１ ４０は単一の１．２５MHz無線周波数チャネルだけで動作するか、または別の好 ましい実施形態では、多重割当て無線周波数チャネルに同調してもよい。 ＣＤＭＡ信号伝送は基地局で受信され、基地局装置１７０によって処理される 。基地局装置１７０は通常マルチチャネルアンテナ１７１、多 重ＣＤＭＡトランンシーバ１７２、および帯域幅管理機能１７４から構成されて いる。帯域幅管理は、ＣＤＭＡ無線チャネル１６０とサブチャネルの割当てを制 御する。次に、基地局１７０が、復調した無線信号を、従来から既知の方法を用 いて公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１８０に結合する。たとえば、基地局１７０は 、１次群速度ＩＳＤＮ、またはその他のＬＡＰＤベースプロトコル（ＩＳ−６３ ４やＶ５．２など）などの、多数の異なる効率的通信プロトコルを介して、ＰＳ ＴＮ１８０と通信できる。 データ信号がＣＤＭＡ無線チャネル１６０で双方向に伝送されることは理解さ れるであろう。つまり、ポータブルコンピュータ１１０で発生したデータ信号は ＰＳＴＮ１８０に結合され、ＰＳＴＮ１８０から受信されたデータ信号はポータ ブルコンピュータ１１０に結合される。 装置１０２のような他の種類の加入者装置を使用して、より高速のデータサー ビスを提供することができる。このような装置１０２は、通常ｎＢ＋Ｄタイプと 呼ばれるサービスを提供する。このサービスは、１次群速度インタフェース（Ｐ ＲＩ）タイププロトコルと呼ばれるプロトコルを使用して端末装置１１０、１１ ２と通信することができる。これらの装置は、Ｕインタフェース上を５１２kbps のようなより高速のサービスを提供する。プロトコル変換装置１３０とＣＤＭＡ トランシーバ１４０の動作は、ｎＢ＋Ｄタイプ加入者装置１０２に対して、前述 した加入者装置１０１と同様である。ただし、加入者装置１０２をサポートする 無線リンク１６０の数がより多いか、または各々がより広い帯域幅を有している ことが理解されるであろう。 次に、図２について説明する。本発明は開放型システム間相互接続（ＯＳＩ） 多層化プロトコル図のコンテキストで説明できる。３つのプロトコルスタック２ ２０、２３０、および２４０は、ＩＳＤＮモデム１２０、プロトコル変換装置１ ３０、基地局１７０のそれぞれに対するものである。 ＩＳＤＮモデム１２０で使用されるプロトコルスタック２２０は、ＩＳＤＮ通 信には通常備えられている。プロトコルスタック２２０は、端末装置側で、第１ 層にアナログ−ディジタル変換（およびディジタル−アナログ変換）２２１とデ ィジタル・データ・フォマッティング２２２、第２層にアプリケーション層２２ ３を有する。Ｕインタフェース側では、プロトコル機能が、第１層に標準１．４ ３０に従う基本速度インタフェース（ＢＲＩ）、第２層に、標準Ｑ．９２１で指 定されたＬＡＰＤプロトコルスタック、モード間でネットワークレベルのセッシ ョンを確立するのに必要とされる、Ｑ．９３１またはＸ．２２７ならびに上位レ ベルエンドツーエンド信号２２８などの上位レベルのネットワーク層プロトコル を有する。 プロトコルスタック２２０の下位層は、２つの搬送（Ｂ）チャネルを一体にし て、従来から既知の方法で、単一の１２８kbpsのデータ転送速度を実現している 。加入者装置１０２で使用されているのと同様の機能が、一次群速度インタフェ ースで提供されており、複数Ｂチャネルを一体化することでＵインタフェースを 介して最大５１２kbpsのデータ転送速度を実現している。 プロトコル変換装置１３０に組込まれたプロトコルスタック２３０は、Ｕイン タフェース側で、第１層の基本速度インタフェース２３１と、第２層のＬＡＰＤ インタフェース２３２とから構成され、ＩＳＤＮモデムスタック２２０の対応す る階層に一致する。 通常ネットワーク層と呼ばれる次の上位層では、帯域幅管理２３５が、プロト コル変換装置スタック２３０のＵインタフェース側とＣＤＭＡ無線リンク側の両 方にまたがっている。ＣＤＭＡ無線リンク側１６０では、プロトコルは使用する ＣＤＭＡ無線通信の方式に依存する。ここでＥＷ[x]２３４と呼ばれる効率的な ワイヤレスプロトコルは、第１層２３１と第２層２３２のＩＳＤＮプロトコルス タックをカプセル化し、上位のネットワーク層セッションを中断せずに、端末装 置１１０を１つ以 上のＣＤＭＡ無線チャネルから分離する。 基地局１７０は、ＣＤＭＡ２４１とＥＷ[x]２４２の整合プロトコルの他に帯 域幅管理２４３を有する。ＰＳＴＮ側では、プロトコルは、基本速度インタフェ ース２４４とＬＡＰＤ２４５に変換し戻してもよく、またはＱ．９３１やＶ５． ２２４６のような上位レベルのネットワーク層プロトコルを有してもよい。 コール処理機能２４７によって、ネットワーク層はチャネルの設定と解除を行 い、さらに、従来から既知のノード間におけるエンドツーエンドセッション接続 をサポートするのに要求される別の処理を提供してもよい。 ＥＷ[x]プロトコル２３４により実行されるスプーフィング機能１３２は、利 用できるＣＤＭＡ無線リンク１６０が存在しない場合でも、ＩＳＤＮ接続のため のＵインタフェースを適切に維持するのに必要な機能を有する。この機能が必要 な理由は、ＩＳＤＮが当初有線接続向けに開発されたものであるため、いずれか 一方の終端の端末装置が実際に伝送データを有するかとは無関係に、連続した同 期データ・ビットのストリームを送信することを予測しているからである。スプ ーフィング機能１３２がなければ、少なくとも１９２kbpsのデータ転送速度をサ ポートするのに十分な帯域幅の無線リンク１６０が、実際にデータが存在しても しなくても、エンドツーエンドネットワーク層セッションの持続期間中は必要に なる。 したがって、ＥＷ[x]２３４は、ＩＳＤＮ通信パス上をＣＤＭＡトランシーバ １４０にこれらの同期データビットをループバックさせ、十分広域の無線通信リ ンク１６０を連続して利用できると、端末装置１１０、１２０に信じ込ませる。 しかし、端末装置からワイヤレストランシーバ１４０にデータが実際に引き渡さ れるときにだけ、ワイヤレス帯域幅が割当てられる。したがって、従来技術と異 なり、ネットワーク層は、通信セッション全体に対して、指定されたワイヤレス 帯域幅を割当てる 必要がない。つまり、データが端末装置からネットワーク装置に提供されていな い場合は、帯域幅管理機能２３５は、最初に指定した無線チャネル帯域幅１６０ の割当てを解除し、それを別のトランシーバと別の加入者装置１０１が使用でき るようにする。 図３によって、帯域幅管理２３５と２４３が無線帯域幅の動的割当てを実現す る方法を理解できるであろう。この図は、本発明による無線リンク１６０用の１ つの可能な周波数案を示す。具体的には、通常のトランシーバ１７０は、最大３ ０MHzのような極めて広い帯域幅内の任意の１．２５MHzチャネルに対する命令に 同調される。既存のセルラー無線周波数帯域内の周波数設定の場合は、これら帯 域幅は通常８００から９００MHzの範囲内で利用できる。個人用通信機器（ＰＣ Ｓ）タイプのワイヤレス装置において、帯域幅は通常約１．８から２．０GHzの 範囲に割当てられる。さらに、一般的には、８０MHZのようなガード帯域で分離 されている２つのマッチング帯域が同時に動作する。２つのマッチング帯域は、 フォワードおよびリバースの全二重リンクを形成する。 加入者装置１０１内のトランシーバ１４０や基地局１７０内のトランシーバ１ ７２などのＣＤＭＡトランシーバの各々は、所定の１．２５MHZ無線周波数チャ ネルに、任意の時間点で同調可能である。このような１．２５MHz無線周波数搬 送波は、許容できるビット誤り率限界内で、最高の場合でも、全体として約５０ ０から６００kbps最大データ速度伝送程度であると、一般に理解されている。 １２８kbpsの速度の情報を有するＩＳＤＮ方式のような接続をサポートするた めには、最高の場合でも、わずか約（５００kbps／１２８kbps）または３つのＩ ＳＤＮ加入者装置がサポートできるだけである、と従来技術では一般に理解され ている。 これに対して、本発明では、約５００から６００kbpsの利用可能な帯域幅を、 比較的多数のサブチャネルにさらに分割する。図示した例では、帯域幅を６４の サブチャネル３００に分割し、各々は８kbpsのデータ 転送速度を有する。所定のサブチャネル３００では、複数の異なる指定可能な擬 似ランダムコードの１つで伝送を符号化して、物理的に実現される。たとえば、 ６４つのサブチャネル３００は、各々規定されたサブチャネル３００に対して別 々の直交ウォルシュコードを使用して、ＣＤＭＡの単一のＲＦ搬送波内で定義で きる。 本発明の基本的概念は、必要とされる場合にだけ、サブチャネル３００を割当 てることである。たとえば、複数のサブチャネル３００が、特定のＩＳＤＮ加入 者装置１０１が多量のデータの伝送を要求している時間中に許可される。これら サブチャネル３００は、加入者装置１０１が比較的軽負荷の時間中は開放される 。 前述したサブチャネルの割当ておよび割当て解除の好ましい方法は、通常の加 入者装置１０１を詳しく理解するのに役立つ。次に図４について説明する。プロ トコル変換装置１３０の一例は、マイクロコントローラ４１０、リバースリンク 処理装置４２０、フォワードリンク処理装置４３０から構成される。リバースリ ンク処理装置４２０はさらにＩＳＤＮリバーススプーファ（spoofer）４２２、 音声データ検出部４２３、音声デコーダ４２４、データ処理部４２６、およびチ ャネルマルチプレクサ４２８を有する。フォワードリンク処理装置４３０は、リ バースリンク処理装置４２０とは逆方向に動作して類似する機能を有し、チャネ ルマルチプレクサ４３８、音声データ検出部４３３、音声デコーダ４３４、デー タ処理部４３６、およびＩＳＤＮフォワードスプーファ４３２を有する。 動作については、まずリバースリンク４２０が、Ｕインタフェースを介してＩ ＳＤＮモデム１２０からチャネルデータを受取り、これをＩＳＤＮリバーススプ ーファ４３２に送る。繰返すごとに、冗長な「エコー」ビットは受信データから 削除され、一旦抽出されると、スプーファ４３２に送られる。したがって、残り の第３層およびさらに上位レベルのビットは、ワイヤレスリンク上に送信する必 要のある情報である。 この抽出されたデータは、処理されるデータの種類に応じて、音声デコーダ４ ２４またはデータ処理部４２６に送られる。 ＩＳＤＮモデム１２０からのすべてのＤチャネルデータは、直接音声データ検 出部４２３に送られ、チャネルマルチプレクサ４２８のＤチャネル入力に入力さ れる。音声データ検出回路４２３は、Ｄチャネルで受取ったコマンドを分析して Ｄチャネルの内容を決定する。 Ｄチャネルコマンドを解読して、提供されるワイヤレスサービスのクラスを制 御してもよい。たとえば、コントローラ４１０は、最大データ転送速度等のよう なパラメータを含む、サービスクラスを希望する顧客に関する情報を有する顧客 パラメータ表を記憶してもよい。このようにして、適当なコマンドがチャネルマ ルチプレクサ４２８に送られて、通信に要する無線リンク１６０上の１つ以上の 必要なサブチャネル３００を要求する。その後、情報が音声またはデータのいず れかによって、音声デコーダ４２４またはデータ処理部４２６のいずれかが、チ ャネルマルチプレクサ４２８にデータ入力を供給し始める。 チャネルマルチプレクサ４２８は、情報が音声またはデータのいずれであるか に応じて、音声データ検出回路４２３から提供される制御信号を使用する。 さらに、ＣＰＵコントローラ４１０は、チャネルマルチプレクサ４２８と連動 して動作し、加入者装置１０１と基地局１７０間のＥＷ[x]プロトコル２３４の 必要な実施形態を提供するのを援助をする。たとえば、サブチャネル要求、チャ ネル設定、およびチャネル解除命令を、ワイヤレス制御チャネル４４０に配置さ れたコマンドを介して送る。これらのコマンドは基地局１７０内の同等機能部分 によってインタセプトされ、特定のネットワーク層セッションに、サブチャネル ３００を適切に割当てる。 データ処理部４２６は、ＣＰＵコントローラ４１０に必要なデータ転送速度を 見積もり、これによって、適切なコマンドが制御チャネル４４ ０上に送られて適切な数のサブチャネルを割当てることができる。またデータ処 理部４２６は、パケット組立てを実行し、第３層のデータを伝送用の適切な形式 でバッファリングしてもよい。 フォワードリンク４３０は同様に動作する。特に、信号は先ずチャネルマルチ プレクサ４３８によりチャネル１６０から受取る。制御チャネル４４０で受取っ た情報に応答して、制御情報は音声データ検出回路４３３に転送される。受取っ た情報がデータを含んでいると判定すると、受信ビットはデータ処理部４３６に 転送される。一方、音声情報の場合は、音声デコーダ４３４に転送される。 その後、音声およびデータ情報はＩＳＤＮフォワードスプーファ４３２に送ら れて、適切なＩＳＤＮプロトコル形式に構成される。この情報の組立てにおいて は、ＩＳＤＮリバーススプーファ４２２から受取ったエコービットと調整を取り 、ＩＳＤＮモデム１２０に対してＵインタフェース上での正確な同期を保つ。 伝送する情報が存在しない場合に、伝送用に最初に割当てられたワイヤレス帯 域幅が、その他の使用に再割当てされても、ネットワーク層の通信セッションを 維持する方法を以下に説明する。具体的には、リバーススプーファ４２２および フォワードスプーファ４３２が協働して、フラグパターン、同期ビット、その他 必要な情報などの、情報が無い搬送信号をループバックして、ＣＤＭＡトランシ ーバ１５０を介して割当てられたワイヤレスパスが引き続き利用可能であるかの ように、ＩＳＤＮモデム１２０に接続されて動作を継続するデータ端末装置に見 せかける。 したがって、特定の端末装置からチャネルマルチプレクサ４２８に情報を伝送 する実際の必要、またはチャネルマルチプレクサ４３８から受取った実際の情報 が無い限り、本発明では最初に指定されたサブチャネル３００の割当てを解除す る。これにより、ワイヤレスシステム１００の別の加入者装置に対して利用可能 となる。 ＣＰＵコントローラ４１０はさらに、誤り訂正、パケットバッフアリング、ビ ット誤り率測定を含む、ＥＷ[x]プロトコル２３４を実行するための追加的な機 能を有する。 この機能は、加入者装置１０１内で帯域幅管理２３５を実行するのに必要なも ので、通常ＥＷ[x]プロトコルと組み合わさって、チャネルマルチプレクサ４２ ８、４３８、およびデータ処理部４２０、４３６と協働するＣＰＵコントローラ ４１０により実行される。一般に、帯域幅指定では、測定された短期間データ速 度必要度に基づいて、各ネットワーク層セッションに対して指定される。１つ以 上のサブチャネル３００が、これら測定値およびキュー内のデータ量、またはサ ービスプロバイダにより指定されるサービス優先度などのパラメータに基づいて 指定される。さらに、所定のセッションがアイドルであれば、単一サブチャネル が指定されている場合のような最小数のサブチャネル保持状態であっても、接続 は端末間で維持されていることが好ましい。たとえば、最終的にはこの単一サブ チャネルは、所定の最小アイドル時間が経過後は終了する。 図５に加入者装置１０１の処理の詳細を示す。加入者装置１０１は、本発明に かかる基地局１７０からのサブチャネル３００の割当てを要求する。最初の状態 ５０２においては、処理はアイドル状態である。ある時点で、データは伝送準備 完了状態になり、状態５０４に入る。そこでは、データが伝送可能状態にある事 実が、データが準備されていることを示すデータ処理部４２６内の入力データバ ッファによって検出される。 状態５０４では、たとえばサブチャネルを加入者装置１０１に割当てるための 制御チャネル４４０を介して、要求が作成される。サブチャネルがすぐに使用で きない場合は、歩調合わせ状態５０６に入り、その状態で加入者装置はそのまま 待機し、サブチャネル指定の要求をキューにつなぐ。 最終的に、サブチャネル３００が基地局から許可され、処理は状態５０８に続 行される。この状態では、データ転送は単一の指定されたサブチャネルを使用し 始める。単一サブチャネル３００が要求されたデータ転送を維持するのに十分か 、および／または利用されている最中である限り、処理はこの状態を続行する。 しかし、データ処理部４２６によって通知される場合のように、入力バッファが 空のときは、処理状態５１０に進行する。この状態５１０では、データトラフィ ックが再開される場合には、サブチャネルは指定されたままである。この場合、 入力バッファが再度充填され、データが再度伝送できる状態になると、処理は状 態５０８に戻る。しかし、状態５１０から、低トラフィックタイマが満了すると 、処理は状態５１２に進行し、そこで単一サブチャネル３００が開放される。そ の後処理はアイドル状態５０２に戻る。状態５１２では、キューにつながった要 求が状態５０６または５１６から待ったままの場合、サブチャネルは開放されず に、その要求を満たすために使用される。 状態５０８に戻り、代わって、入力バッファの中身が、単一サブチャネル３０ ０では必要なデータフローを維持するのに不十分であることを示す、所期の限界 点を越える速度で充填されはじめると、状態５１４に入って、さらにサブチャネ ル３００が要求される。サブチャネル要求メッセージは、再度制御チャネル４４ ０上を、またはすでに割当てられているサブチャネル３００を通して送られる。 追加サブチャネル３００がすぐに利用できない場合は、歩調合わせ状態５１６に 入り、状態５１４と５１６に戻ることにより、必要に応じて要求は再試行される 。最終的には、追加サブチャネルが許可されて、処理は状態５０８にもどること ができる。 現在利用可能な追加サブチャネルを使用して、処理は状態５１８を続行し、そ こではデータ転送は複数のサブチャネルＮ個上で行われる。これは、Ｎ個のサブ チャネル間に入力データを割当てる機能やその他のメ カニズムを結合するチャネルを通して、同時になされる。入力バッファの中身が 空き限界以下に減少すると、待ち状態５２０に入る。 しかし、バッファ充填率を越えると、状態５１４に入り、さらにサブチャネル ３００が再度要求される。 状態５２０では、高トラフィックタイマが満了すると、１つ又は複数の追加サ ブチャネルが状態５２２中で開放され、処理は状態５０８に戻る。 図６は、システム１００の基地局装置１７０の構成要素のブロック図である。 これらの構成要素は、加入者装置１０１についてすでに図４で詳述したのと、類 似の機能を実行する。フォワードリンク６２０およびリバースリンク６３０が、 基地局１７０によってサポートする必要のある各加入者装置１０１または１０２ 用に必要とされることが理解されるであろう。 基地局のフォワードリンク６２０は、加入者装置１００内のリバースリンク４ ２０と同様に機能し、サブチャネル逆マルチプレクサ６２２、音声データ検出部 ６２３、音声デコーダ６２４、データ処理部６２６、およびＩＳＤＮスプーファ を有する。ただし、データは基地局１７０内を反対方向に伝送される。同様に、 基地局のリバースリンク６３０は、加入者装置のフォワードリンク４３０内の構 成要素と類似の要素を含み、ＩＳＤＮスプーファ６３２、音声検出部６３３、音 声デコーダ６３４、データ処理部６３６、およびサブチャネルマルチプレクサ６ ３８を有する。基地局１７０は、また、ＣＰＵコントローラ６１０を必要とする 。 基地局１７０と加入者装置１０１の動作で異なるものの１つは、帯域幅管理機 能２４３の実施形態である。これはＣＰＵコントローラ６１０、または基地局１ ７０の別の処理で実行される。 図７に、帯域幅管理２４３の動的チャネル割当て部６５０で実行されるソフト ウェア処理の詳細な説明を示す。この処理は、連続的に実行さ れるメインプログラム７１０を有し、ポート要求処理、帯域幅開放処理、帯域幅 要求処理を含み、使用していないサブチャネルの検索と解除を行う。 ポート要求の処理は、コードモジュール７２０内でさらに詳細に説明する。ポ ート要求処理では、ポート要求を受取り次第、新しい接続のためのサブチャネル 、好ましくは無線周波数帯域幅の最も利用されていないセクションから選択され るサブチャネルを予約する。予約がされると、ＲＦチャネル周波数とコード指定 が加入者装置１０１に戻され、サブチャネル割当て表が更新される。一方、サブ チャネルが利用できない場合は、ポート要求はポート要求のキューに追加される 。予測される待ち時間が、待ち状態のポート要求数と優先度に基づいて見積もら れ、適当な待ちメッセージが要求中の加入者装置１０１に戻される。 帯域幅開放モジュール７３０では、フォワードリンク内のマルチプレクサ６２ ２内で実行されるチャネル結合機能に、サブチャネルを開放する必要を通知する 。その後、周波数とコードがサブチャネルの利用可能なプールに戻されて、無線 記録が更新される。 次の帯域幅要求モジュール７４０は、最小帯域幅で最高優先度の要求を選択す る。次に、利用可能なサブチャネルのリストを分析して、最大利用可能数を決定 する。最後に、サブチャネルが必要度、優先度、利用可能性に基づいて指定され る。サブチャネルマルチプレクサ６２２内のチャネル帯域幅結合機能に通知され 、どのサブチャネルがどの接続に指定されたかを記録する無線記録が更新される 。 要求アルゴリズムにおける帯域幅においては、一般に確立理論を用いて、接続 もしくは利用可能なポートの数、および希望するスループットサイズとサブチャ ネル周波数指定を維持するのに必要なスペクトルを管理する。またサービスに対 して割増料金を支払う加入者に基づいて優先サービスを提供できる。 たとえば、１２８kbps ＩＳＤＮ加入者装置１０１をサポートする場合 、１６×８kbpsサブチャネル以上が所定時間に割当て可能なことが理解されるで あろう。特に、２０のような大きなサブチャネル数を割当てて、サブチャネル指 定における遅延と応答を補償させることもできる。これはまた、ウェブページを ダウンロード中に一般に経験するような、さらに効率的な方法でバーストデータ を扱うことができる。 さらに、音声トラフィックを、データトラフィックより優先させることができ る。たとえば、音声呼出しを検出すると、少なくとも１つのサブチャネル３００ が常時動作状態になり、音声転送を独占的に割当てることができる。この方法で は、音声呼出しが妨げられる可能性は最小になる。 均等物 本発明は、好ましい実施形態を参照して詳述したが、請求の範囲によって明らか にされる本発明の趣旨と範囲を逸脱しないで、形式または細部を種々変更できる ことは、当業者には理解されるであろう。 たとえば、ＩＳＤＮの代わりに、その他の有線ディジタルプロトコルを、ｘＤ ＳＬ、イーサネット、Ｘ．２５などのＥＷ[x]プロトコルでカプセル化してもよ い。これにより、ここで説明した動的ワイヤレスサブチャネル指定方法を有利に 使用できる。 当業者は、必要異常の実験を行わなくとも、ここで説明した本発明の特定の実 施形態の均等物を容易に想倒するだろうし、そうすることもできる。そのような 均等物は請求の範囲に含まれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ０８／９９２，７６０ (32)優先日 平成９年12月17日(1997．12．17) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 アマルフィタノ・カルロ アメリカ合衆国，フロリダ州 32951，メ ルボルン ビーチ，リバーサイド ドライ ブ 705

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ディジタル信号のワイヤレス通信を提供する方法であって、前記ディジタル 信号は複数のワイヤレス加入者装置と基地局間で通信され、前記ディジタル信号 は少なくとも１つの無線周波数チャネルを使用して符号分割多元接続（ＣＤＭＡ ）変調無線信号を介して通信され、さらに前記ディジタル信号は所定の公称デー タ転送速度を有し、 ａ）各ＣＤＭＡ無線チャネル内の複数のサブチャネルであって、データ転送速度 が前記ディジタル信号の公称データ転送速度よりも遅いサブチャネルを利用可能 にし、 ｂ）前記基地局を介して、前記加入者装置に接続されている端末装置とその基地 局に接続されているその他の端末装置との間でネットワーク層セッションを確立 し、 ｃ）前記ネットワークセッション中は、必要な場合のみ利用可能なサブチャネル を割当て、これにより所定のセッションの継続時間中に割当てるサブチャネル数 を変更するワイヤレス通信の提供方法。 ２．請求項１において、前記複数のサブチャネルは、各サブチャネルに直交コー ドを指定することによって、単一無線周波数搬送波上で利用可能にされるワイヤ レス通信の提供方法。 ３．請求項１において、前記工程ｂ）は、さらに、 i)ネットワーク層セッション確立時、最初に単一サブチャネルを割当て、 ii)前記ディジタル信号伝送を維持するために、セッションが追加帯域幅を必 要とする時に、追加サブチャネルを割当てるワイヤレス通信の提供方法。 ４．請求項１において、前記ディジタル信号は、音声信号のディジタル化表現を 有し、さらに、 セッション接続の持続中は、前記音声信号の帯域幅要求に応えるのに十分なサ ブチャネルの割当てを維持するワイヤレス通信の提供方法。 ５．請求項１において、前記ディジタル信号は、音声信号のディジタル化表現を 有し、さらに、 前記音声信号帯域幅を連続的に伝送するのに十分なサブチャネル帯域幅を選択 するワイヤレス通信の提供方法。 ６．請求項１において、前記工程ｃ）は、さらに、 前記セッション接続中にディジタル信号が存在しないときは、ネットワーク層 におけるセッション接続は維持し、さらに、連続してディジタル信号を伝送する のに利用できる十分な帯域幅があるかのように前記加入者装置の下位物理層に見 せかけるのに対して、サブチャネルの割当ては解除するワイヤレス通信の提供方 法。 ７．請求項１において、前記サブチャネルは多数の加入者装置間でのサービス優 先順位クラスに応じて割当てられるワイヤレス通信の提供方法。 ８．請求項１において、ディジタル信号が異なる公称帯域幅にあるワイヤレス通 信の提供方法。 ９．ワイヤレス物理媒体を介してディジタルデータを通信する方法であって、前 記ディジタルデータパケットは、総合サービス・ディジタル・ネットワーク（Ｉ ＳＤＮ）モデムによって、端末装置から受信されるような少なくとも基本速度イ ンタフェース（ＢＲＩ）データ転送速度で供給され、前記ワイヤレス物理媒体は 符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）無線周波数チャネルディジタル符号化を使用し、 ａ）各ＣＤＭＡチャネルに対し複数直交コードを指定し、これにより、ＩＳＤＮ モデムによってサポートされるＢＲＩデータ転送速度よりも遅いデータ転送速度 のみをサポートする複数サブチャネルを提供し、 ｂ）伝送を必要とするデータエレメントの最小数になるまで、前記ＩＳＤＮモデ ムから受取ったデータをバッフアリングし、 ｃ）ワイヤレス物理媒体を介して、ＩＳＤＮモデムに対し少なくとも１つのサブ チャネル割当てを要求し、 ｄ）割当てられたサブチャネルを使用するデータを伝送し、 ｅ）バッファリングされた多数のデータエレメントが所定の最大限度量を超える と、前記ＩＳＤＮモデムから通信するために割当てられる追加サブチャネルを要 求し、 ｆ）バッファリングされた多数のデータエレメントが所定の最小限界量に満たな いと、前記ＩＳＤＮモデムに対する割当てからサブチャネルを開放するディジタ ルデータ通信方法。 １０．基地局とサービスが提供される複数加入者装置とを有するセルラー方式デ ィジタル通信ネットワークと共に使用する、前記加入者装置に対して前記ディジ タル信号伝送チャネル用の帯域幅を割当てる方法であって、前記セルラー方式デ ィジタル通信ネットワークは制御チャネルを有し、この制御チャネルによって前 記加入者装置用通信セッションに対してディジタル信号伝送チャネルが指定され 、 ａ）ディジタル信号伝送チャネルに対する加入者装置の要求に応答して、通信セ ッション中に、前記加入者装置による使用のために、前記ディジタル信号伝送チ ャネルに対して前記利用可能な帯域幅の一部分を割当て、 ｂ）前記通信セッション中、所定時間長さの間、前記加入者装置からディジタル 通信信号が発生しない場合、前記加入者装置による使用から前記利用可能な帯域 幅の前記部分を割当て解除する帯域幅割当て方法。 １１．基地局とサービスが提供される複数加入者装置とを有するセルラー方式デ ィジタル通信ネットワークと共に使用する、前記加入者装置に対して前記ディジ タル信号伝送チャネル用の帯域幅を割当てる方法であって、前記セルラー方式デ ィジタル通信ネットワークは制御チャネルを有し、この制御チャネルによって前 記加入者装置用通信セッションに対してディジタル信号伝送チャネルが指定され 、 ａ）ディジタル通信信号伝送に対する加入者装置の要求に応答して、通信セッシ ョン中に、前記加入者装置による使用のために、前記加入者装 置の必要に適合できる範囲で選択される前記利用可能な帯域幅の一部分を割当て 、 ｂ）前記通信セッション中、所定時間長さの間、前記加入者装置からディジタル 通信信号が発生しない場合、前記加入者装置から前記利用可能な帯域幅の前記選 択部分の所定部分を割当て解除し、代わりに前記利用可能な帯域幅の前記選択部 分の前記所定部分を別の加入者装置で使用できるようにする帯域幅割当て方法。