JP2003508961A - 未調整周波数ホッピングシステムのリソース管理 - Google Patents
未調整周波数ホッピングシステムのリソース管理Info
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Abstract
Description
波数キャリヤの周波数ホッピングを使用する通信システムに関するものである。
者用途のポータブル装置での無線通信に広く使用され、許容可能なコスト、サイ
ズ及び消費電力で製造することが可能となっている。
れており、この分野は、近い将来、他のタイプの汎用装置及び固定装置に対する
より大量の情報転送を提供することにおそらく広がるであろう。より詳しくは、
技術の更なる進歩は、多くの装置を容易に集積することができる廉価な無線装置
を提供することにある。これは、現在使用されているケーブル数を減らすことに
なる。例えば、無線通信は、周辺装置とマスタ装置とを接続するために使用され
るケーブル数をなくすあるいは削減することができる。
可帯域を必要とする。適切な帯域は、広範囲に利用可能な2.4GHzでのIS
M(工業、科学及び医療)帯域である。ISM帯域は、約83.5MHzの無線
スペクトルを提供する。
るために、信号拡散が通常適用される。事実、米国のFCCは、送信電力が約0
dbMを越える場合にいくつかの拡散形式を適用する2.4GHz帯域で動作す
る無線装置を現在必要としている。拡散は、ダイレクトシーケンス(DS)拡散
スペクトルを適用する符号レベルあるいは周波数ホッピング(FH)拡散スペク
トルを適用するチャネルレベルのいずれかとすることができる。後者は、上述の
無線用途に対して有益であり、これは、コスト的に有利な無線機を容易に使用す
ることができるからである。ブルートゥースと呼ばれるシステムが、移動電話、
ラップトップ、PDA及び他の汎用装置のようなポータブル装置間の接続を広く
普及させるために近年導入されている。このシステムは、省電力、小無線受信可
能域の低コスト無線機の構成を可能にするためにFHを適用している。このシス
テムはデータ及び音声をサポートしており、近年では、ISMの全帯域を介する
通常レート800hop/sと耐性音声符号化を組み合わせた高速FHを適用す
ることによって最適化されている。システムの概念は、同一の1MHzチャネル
を共有するマスタ及び限定数のスレーブを構成するピコネットを含んでいる。ま
た、このシステムは、HOLDとPARKのような省電力モードの特徴を有して
おり、このHOLDとPARKはそれぞれ、スレーブが一時的にサスペンドとな
る、あるいはローデューティサイクル追跡モードとなるものである。ブルートゥ
ースシステムに関する更なる情報については、1998年の電気通信技術ジャー
ナルのエリクソンレビューにあるJ. C. Haartsenによる「ブルートゥース、アド
ホック無線接続用ユニバーサル無線インタフェース」を参照されたい。
Hzまでに制限されている。制限帯域幅での通信は、データレートを1〜2Mb
/s範囲に制限している。しかしながら、特に、ファイル転送あるいはファイル
ダウンロードのようなデータサービスに対しては、恒常的に増加するデータレー
トが望まれている。制限ホッピング帯域幅(例えば、1MHz)を有するFHシ
ステムでは、高データレートを取得することは難しい。また、DSシステムでは
、適切なコストで高データレートを取得することは難しい。DSシステムは、広
範囲に問題があるという欠点を有しており、この問題は、ブルートゥースシステ
ムが最適化されるための未整備の状況ではより深刻になっている。ブルートゥー
スシステムが使用される状況では、短距離を介する通信(例えば、ケーブル切替
用途)は共用される。これらの用途では、2Mb/sを越えるデータレートがよ
り望ましい。今のところ、その性質によって、システムは、干渉が制御できない
未許可帯域で動作しなければならない。
、低レート、中レート及び高レート通信を提供する方法及び装置がこの分野にお
いて必要とされることが認識されるであろう。
信に従う通信システムを提供することである。
ンクを有する通信システムを提供することである。
の狭帯域FHリンクと、高速(HS)通信用定常広帯域リンクを適用する方法及
び装置で達成される。このシステムは、通常、同一のFHリンクをすべてが共有
するマスタ及び1つ以上のスレーブを含んでいる。マスタ及びスレーブはピコネ
ットを形成する。マスタ及びスレーブは、擬似ランダムホッピングシーケンスに
従ってホッピングの同期を行う。このシーケンスはマスタ識別子によって判定さ
れ、このシーケンスの位相はマスタのリアルタイムクロックによって判定される
。マスタはこのリンク上のトラフィックを制御する。HSリンクは、マスタ及び
1つ以上のスレーブ間、あるいは2つのスレーブ間で確立される。
クを確立するために、無線スペクトルの最適な帯域が選択される。この選択は、
マスタ及びスレーブの両方のRSSI測定値に基づいており、好ましくは、ピコ
ネット内の低レート通信中に実行される。HSリンクは、最低平均干渉量で搬送
する無線帯域上に構成される。この選択は、HSリンクに対してより干渉が多い
無線帯域を使用することをシステムが避ける場合に適応されている。マスタが、
HSリンクを介して1つ以上のスレーブと通信する場合、マスタは、HSリンク
上のHSスレーブとFHリンク上のスレーブ間の時間を共有しなければならない
。時分割多重通信は、ある時間期間中にマスタがHSリンクに存在し、別の時間
にFHリンクに存在する場合に適用される。マスタがHSリンクを介する通信を
行わない場合、例えば、2つのスレーブがHSリンクを確立する場合、FHリン
クを介するピコネット通信はHSリンクと並列に動作する。HSリンクが使用す
る共有無線帯域の一部は、ホッピングするピコネットを介する帯域の一部であり
、HSリンクがFHリンクへ決して接続しないようにマスタがトラフィックを制
御する。HSリンク及びFHリンクが重複しない場合、このようなホッピングの
回避は必要としない。
マスタとの接続を維持する。定期的に、HSスレーブは自身のHS通信を中断し
、一時的にFHリンク上のマスタへ問い合わせを行う。また、このビーコンは、
HSリンクからFHリンクへ復帰するための手段をスレーブに提供する。別の実
施形態では、2つのスレーブは、制限時間内にHSリンクと通信する。その時間
期間が経過すると、HSリンクを介して通信が確立されたスレーブは、自動的に
FHリンクへ復帰する。必要であれば、スレーブは、再度HSリンクへ送信され
る。HSリンクに干渉がある場合、HSリンクに関係するユニットはFHリンク
へ復帰し、新規のHSリンクが決定される。新規のRSSI測定値は、HSリン
クが配置される最適な位置を示している。
部分は同一の参照文字が用いられる。本明細書で説明されるシステムの実施形態
はFH無線インタフェースを利用し、このFH無線インタフェースの詳細は、1
996年7月23日に出願された、P.W. Dent及びJ.C. Haartsenによる米国特許
出願番号08/685,069号の「小範囲無線通信システム及びその使用方法
」(以降、「Dent」)に説明され、その開示は参照することによって本明細
書に組み込まれる。
信に基づいて説明されている。これに説明されるエアインタフェースは、ブルー
トゥースと呼ばれる新規のエアインタフェースの基礎を形成しており、このブル
ートゥースは、任意の装置間の無制限無線接続を提供することを意図されるもの
であり、1998年の電気通信ジャーナル第3号のエリクソンレビューにあるJ.
C. Haartsenによる「ブルートゥース、アドホック無線接続用ユニバーサル無線
インタフェース」を参照されたい。ブルートゥースの概念は、FKリンク上で生
成されるピコネットを含んでいる。チャネル上のユニットの1つはマスタとして
動作し、それ以外のユニットはスレーブとなる。任意のユニットがマスタの役割
あるいはスレーブの役割を果たすできる。マスタ及びスレーブの役割は、ピコネ
ットが確立される場合に割り当てることができる。デフォルトでは、通信を初期
化する、例えば、ピコネットを生成するユニットがマスタとなる。マスタは、集
中制御を使用する方法でFHリンクを介するすべてのトラフィックを制御する。
集中制御を使用するFH通信システムにおけるマスタ及びスレーブの使用のより
完全な説明は、1997年9月18日に出願されたJ.C. Haartsenによる米国特
許出願番号08/932,911号の「未調整マルチユーザシステムにおける周
波数ホッピングピコネット」で参照することができ、これは参照することによっ
て本明細書に組み込まれる。
。マスタ120は、スターの中心にあり、マスタ120を介してすべての通信が
行われる。スレーブ、例えば、スレーブA130、スレーブB140及びスレー
ブC150がピコネット100に接続する場合、スレーブアドレスが割り当てら
れる。スレーブアドレスの割当は一時的なものであり、これは、スレーブユニッ
トがピコネットに接続したり、切断したりするからである。スレーブアドレスは
、例えば、スレーブA130、スレーブB140及びスレーブC150、マスタ
120間で交換されるパケットに含まれていても良い。上述の米国特許出願08
/685,069号に従えば、ピコネット100は、通常、図2に示されるよう
な異なる周波数が各スロットに割当られている一連のタイムスロットを使用する
FHリンク200を含んでいる。従って、FHリンク200では、マスタ120
は、シングルパケット121〜126を交互に送受信を行うことができ、例えば
、それぞれがホッピング周波数221〜232を有するタイムスロット201〜
212を介して、スレーブA130に関するパケット131〜333、スレーブ
Bに関するパケット141、スレーブCに関するパケット151及び152を交
互に送受信することができる。FHリンク200上の周波数は、当業者には周知
である擬似ランダムホッピングシーケンスに従って割当られても良い。マスタ1
20と、例えば、スレーブA130、スレーブB140及びスレーブC150間
の交互の通信は、通信リンク、好ましくは、それぞれチャネル110a、110
b及びチャネル110cとして図2に示される時分割二重リンクを介して動作す
る。従って、マスタ120は、例えば、2つのスレーブとの同時送信を回避する
ポーリングスキームを使用して、スレーブA130、スレーブB140及びスレ
ーブC150と通信することが好ましい場合がある。例えば、TDDリンクに対
応するマスタ−スレーブスロットに割当られているスレーブだけが、次のスレー
ブ−マスタスロットで応答することができる。ポーリングは、図示のように、マ
スタ120、スレーブA130、スレーブB140及びスレーブC150間の通
信を確立するために、チャネル110a、チャネル110b及びチャネル110
cを参照することがより良く理解できる。マスタ120は、チャネル110aを
介して、パケット121、123及び125をそれぞれ、それぞれの周波数がh k 221、hk+4225、hk+8229のマスタ−スレーブタイムスロット131
、132及び133で、スレーブA130へ送信することができる。これの応答
として、スレーブA130は、パケット201、205及び209それぞれを、
それぞれの周波数がhk+1222、hk+5226、hk+9230のスレーブ−マス
タタイムスロット202、206、210だけで応答することができる。同様に
、マスタ120は、チャネル110bを介して、パケット122を、周波数hk+ 2 223のマスタ−スレーブタイムスロット203でスレーブB140に送信す
ることができる。これの応答として、スレーブB140は、パケット141を、
周波数hk+3224のスレーブ−マスタタイムスロット204だけで応答するこ
とができる。更に、マスタ120は、チャネル110cを介して、パケット12
4及び124それぞれを、それぞれの周波数がhk+6227及びhk+10231の
マスタ−スレーブタイムスロット207及び211で、スレーブC150に送信
することができる。これの応答として、スレーブC150は、パケット151及
び152を、それぞれの周波数がhk+7228及びhk+11232のスレーブ−マ
スタタイムスロット208及び212だけで応答することができる。
パケットフォーマット300に従う。パケットフォーマット300に従って送信
される各パケットは、図示のように、アクセスコード310、ヘッダ320及び
ペイロード330を含んでいる。アクセスコード310は、例えば、特定FHリ
ンクを識別するために使用される。ピコネット100の各インスタンスは、異な
るアクセスコード320を使用する。アクセスコード310は、例えば、マスタ
120の識別によって導出される。例えば、同一FHリンク上のすべてのパケッ
トは、同一のアクセスコード310を搬送することに注意すべきである。また、
アクセスコード310は、特定FHリンクを再度識別する周波数及びタイミング
回復のために使用されても良い。パケットヘッダ320は、例えば、ペイロード
330を識別し、かつ誤り訂正機構を示す汎用制御情報を搬送する。ペイロード
330は、例えば、データあるいは音声情報を含むように識別されても良いこと
に注意されたい。本発明に従えば、高速リンクは、ピコネット100上のより汎
用的なFHリンクに加えて確立されても良いことに注意することが重要である。
全データ転送率を改善するためには、変形パケットフォーマット300を使用す
る高速リンクを利用することが望ましい場合がある。本発明に従えば、FH及び
高速リンクをサポートするので、パケットフォーマット300は各リンクタイプ
に対して最適化される。
ット100に関係する帯域幅制限を解析することが有用である。典型的なブルー
トゥースシステムでは、ホッピングレートは、長さが約625μsとなるタイム
スロット201〜212が得られる1600hops/sとなる。GFSK変調
は、1Mb/sのデータレートとなる。典型的なブルートゥースシステムに対し
て使用される周波数キャリヤは、1MHzで特定されるシングルホッピングによ
って占有される帯域幅を有する2.4GHzの未許可ISM帯域となる。ヨーロ
ッパ及び米国で使用されるホッピング数は79であり、これは、2.4GHz
ISM帯域中に約80MHzの拡散を与える。
、1Mb/sの最大瞬間レートを有している。2.4MHz ISM帯域を使用
するシステムに対し、米国連邦通信委員会(FCC)及び欧州電気通信標準化境
界(ETSI)のような規格団体は、0.75mWより大きいの平均送信電力を
使用するシステムに対しては、シングルホッピングの帯域幅を1MHzに制限し
ている。しかしながら、このような帯域幅制限はチャネル110上で達成可能な
最大可能データレートを制限してしまうという問題が発生する。1MHzの帯域
幅制限が与えられると、2〜3Mb/sより高いレートでのデータ通信の信頼性
が実現不可能になる。従って、ピコネット100上での従来の動作に対しては、
データレートは最大1Mb/s周辺に制限される。
ばしばより短い範囲制限が伴う。このような状況を図4Aに示している。ピコネ
ット400は、例えば、LAN400を含む環境で確立されている。LANサー
バ、電話装置、セルラーあるいは無線通信基地局の類であるLANアクセスポイ
ント420は、マスタとして動作し、以降では、マスタ420と称する。コード
レス電話430、ラップトップ440及びプリンタ450は、スレーブとして動
作し、以降では、それぞれスレーブA430、スレーブB440及びスレーブ、
スレーブC450と称する。すべての装置は、FHリンク上で同期している。
最適である。ある時点で、例えば、ラップトップあるいはスレーブB440が、
プリンタあるいはスレーブC450へプリントジョブのダウンロードを要求する
。ピコネット100はスター型ネットワークとして構成されているので、スレー
ブB430は通常、LANアクセスポイントあるいはマスタ420を介してスレ
ーブC450とのみ通信することができる。FHリンクは1Mb/sの最大実行
制限で動作し、かつ、FHリンクは、これの例では、マスタ420及びスレーブ
B440間の通信とマスタ420及びスレーブC450間の通信の両方に対して
使用され、ダウンロード動作に対する最大有効データレートは500kb/sに
制限されている。好ましくは、スレーブB440は、マスタ420によって制御
されるピコネット100から一時的に切断し、かつ自身とスレーブC450との
ピコネットを生成する。このような仮定の場合では、スレーブB440はスレー
ブC450に対するFHリンクを直接サポートし、それでも、最大有効レートは
1Mb/sのままとなっている。本発明に従えば、平均的に高いデータレートが
得られる。スレーブC450が、例えば、3〜10mのような、非常に近い距離
でスレーブB440に近接していると仮定すると、0dBm送信電力を使用する
距離を保証することは満足する。従って、スレーブB440及びスレーブC45
0間のリンクは、1MHz以上のかなり大きい帯域幅で生成することができる。
データレートは、以下でより詳細に説明されるように、高速通信が使用する5〜
10b/sに上げることができる。
上を要求する場合、これらのユニットは高速(HS)リンクを要求する。図4A
に示されるマスタ420及びスレーブC450間のチャネル510aのようなH
Sリンクと、図4Bに示されるスレーブB440及びスレーブC450のような
2つ以上のスレーブ間のチャネル510bのようなHSリンクに違いがあること
に注意することが重要である。本発明の実施形態に従って、チャネル510aの
ようなHSリンクがマスタ420及びスレーブC450間に確立される場合、マ
スタ420は、チャネル510aに関係するスレーブC450、HSリンク及び
ピコネット400のスレーブA430及びスレーブB440のような他のスレー
ブ間を時間多重送信する。マスタ420は、例えば、スレーブA430及びスレ
ーブB440それぞれに対するチャネル410a及び410bに関係するFHリ
ンクとチャネル510a間を通信する。HSリンクであるチャネル510a上の
有効データレートが重要である場合、マスタ420は、維持対象のFH同期を可
能にするために、トラフィック用に多くのタイムスロットをスレーブC450へ
割り当て、かつトラフィック用に十分なタイムスロットをスレーブA430及び
スレーブB440へ割り当てなければならない。最大データレートは、すべての
タイムスロットをHSリンクへ割り当てることによってチャネル510a上で達
成されるが、FH同期はおそらく失われる。
ーブ、つまり、チャネル410a、410b及び410cを介してそれぞれスレ
ーブA430、スレーブB440及びスレーブC450をサポートしている。H
Sリンクは、例えば、チャネル510aを介してマスタ420及びスレーブC4
50間で確立される。マスタ420及びスレーブC450間のHSリンクは、図
4Aに示される構成を反映するものである。図5からわかるように、マスタ42
0は、周波数hk221のタイムスロット201上のチャネル410aを介して
スレーブA430へパケット421を通信する。スレーブA430は、周波数h k+1 222の次タイムスロット202でパケット431を応答する上述の方法で
応答する。同様に、マスタ420は、周波数hk+2223のタイムスロット20
3上のチャネル410bを介してスレーブB440へパケット422を通信する
。スレーブB440は、周波数hk+3224の次タイムスロット204でパケッ
ト441を応答する上述の方法で応答する。スレーブC450に関しては、マス
タ420は、地点xで、リンク410c上のFH通信からチャネル510a上の
HS通信へシフトし、その後、地点yで、チャネル510aを開放するFH通信
へシフトバックする。図5は、例えば、周波数hk221からhk+11232に移
動することによって示される周波数ホッピング期間内で発声する地点x及びyを
示し、マスタ420は、hk221からhk+11232の全範囲に渡る反復周波数
ホッピングを通して、例えば、スレーブC450とHSとの通信を維持すること
に注意すべきである。
てチャネル510aを介するHSとスレーブC450との通信を制御する。詳細
は以降で説明する上述の方法で、HSチャネルが一旦確立されると、マスタ42
0は、可変長パケット423をスレーブC450へ送信する。スレーブC450
は、可変長パケット424を送信する。マスタ420は、スレーブC450によ
って応答可能あるいは応答不可能となる追加の可変長パケット424を送信する
。HSリンクに対するデータレートは、例えば、マスタ420、スレーブA43
0及びスレーブB440間の通信の範囲を、例えば、削減することによって、H
Sリンクに関係するデータレートが向上するように適応されることに注意するこ
とが重要である。地点yで、マスタ420は、例えば、周波数hk+10231のタ
イムスロット211上のパケット425を送信することによって、例えば、チャ
ネル410cを介するスレーブC450とFHとの通信を再開する。これの応答
として、スレーブC450は、周波数hk+11232の次タイムスロット212で
パケット452を送信する。
うなHSリンクを確立することを要求する場合、この状況は極めて異なるものに
なる。本発明の別の実施形態では、マスタ420は、スレーブA430、スレー
ブB440及びスレーブC450でFHリンクを確立する。同時に、図6の地点
Xで示されるように、スレーブB410及びスレーブC450は、チャネル51
0bのような別リンク上でHS通信を確立する。従って、FHリンク及びHSリ
ンクを介する通信は、FH及びHSリンクに対して異なる周波数を使用して並列
に処理することができる。チャネル510bに対する周波数と、リンク410に
関係するFH周波数が同時期に同地点で衝突するとコリジョンが発生する可能性
がある。マスタ420は、チャネル410aを介して、例えば、パケット421
を周波数hk221のタイムスロット201でスレーブA430へ通信する。ス
レーブA430は、周波数hk+1222の次タイムスロット202でパケット4
31を応答する上述の方法で応答する。同様に、マスタ420は、パケット42
2を周波数hk+2223のタイムスロット203上でチャネル410bを介して
スレーブB440へ通信する。スレーブB440は、周波数hk+3224の次タ
イムスロット204でパケット441を応答する上述の方法で応答する。更に、
マスタ420は、チャネル410aを介して、パケット427、428及び42
9を、周波数hk+4225、hk+6227及びhk+8229をそれぞれ使用するタ
イムスロット205、207及び209でスレーブA430へ送信する。これの
応答として、スレーブA430は、チャネル410aを介して、それぞれのパケ
ット432、433及び434をタイムスロット206、208及び210で送
信し、これらのタイムスロットはそれぞれ、パケット427、428及び429
が送信された後の次スロットに対応する。また、パケット432、433及び4
34は、それぞれhk+5226、hk+7228及びhk+9230を介して送信され
る。
ば、チャネル510b上のパケット442は、HSリンクに対して割り当てられ
ている周波数キャリヤ上でスレーブB440からスレーブC450へ送信され、
以降、この周波数キャリヤをfHS510と称する。また、パケット451は、ス
レーブC450からスレーブB440へ送信される。チャネル510bがHS周
波数キャリヤfHS510上で確立されることに注意することが重要である。HS
リンクの確立及びそれに関係する周波数キャリヤfHS510の詳細は、以降でよ
り詳しく説明する。本発明の実施形態に従えば、マスタ420は、例えば、パケ
ット425を、周波数hk+10231のタイムスロット211を介してスレーブC
450へ送信することによって、チャネル410c上でスレーブC450とのF
H通信を継続する。スレーブC450は、チャネル410cを介して、周波数k+ 11 232の次タイムスロット212でパケット452で応答する。
に注意することが重要である。その代り、動的周波数チャネル選択スキームが使
用される。HSリンクが確立する前に、信号強度測定が、図7に示されるHSリ
ンクに対して利用可能な無線スペクトルで、スレーブA430、スレーブB44
0及びスレーブC450の少なくとも1つ及びマスタ420の少なくとも一方に
よって実行される。HS無線スペクトル700は、ピコネット100のFHリン
クに対して使用される無線スペクトル(例えば、2.4GHz ISM帯域の8
0MHz)と同じである必要がない。HS無線スペクトル700では、HS帯域
741は、最小干渉が測定される位置で選択される。例えば、周波数プロット7
00aは、HS無線スペクトル700を介するRSSI720測定値721〜7
36を示している。HS帯域741の幅は、HSリンク740をサポートするた
めに必要とされる帯域幅に対応する。図示されるように、HSリンク740は、
RSSI720測定値723〜726と一致するように選択される、これは、こ
れらが低RSSI720値に対応するからである。RSSI720測定値が刻々
と変化するにつれて、HS帯域741の割当も、以降でより詳細に説明するよう
に変化する。
ルと一致する場合、HS帯域741の幅は、以下の理由から4MHzより小さい
ことが好ましい。0.75mWより大きい送信電力のFHシステムの動作におい
ては、FCCは、少なくとも75個のホッピングチャネル数を必要とする。ブル
ートゥース規格では、79個のホッピングチャネルが定義されている。4個のホ
ッピングがHSリンク740に対して使用することができ、残りの75個のホッ
ピングは図8に示されるピコネット100のFHリンクを完全にサポートする。
本実施形態では、HSリンク740は、周波数プロット700aのホッピング間
隔723、724、725及び726のような4つの1MHzのホッピング間隔
幅で確立され、従って、必要とされる75個のホッピングでのFHリンク810
は、互いに干渉し合うことなく、2.4GHz ISM帯域の同一80MHz帯
域内に共存することになる。図示されるように、ホッピングは、ホッピングキャ
リヤ812a〜812dを中心にして、各ホッピングを分けるガード帯域は無視
することができる1MHzエンベロープ811a〜811dが拡がっている。干
渉は、例えば、図4B及び図6に示されるスレーブB440及びスレーブC45
0間にHSリンク740が存在する場合にのみ発生する。これに対し、図4B及
び図5に示される実施形態では、HSリンクは、マスタ420と、例えば、スレ
ーブC450間で確立され、あるユニット1つだけがその時点で送信することが
可能で、HS及びFHリンク間の周波数割当に関係なくコリジョンは発生しない
。FHリンクのホッピング周波数812a〜812nに対する周波数キャリヤ割
当921及びHSリンクのキャリヤ742a〜742nに対する半定常キャリヤ
割当911は両方とも1MHzの間隔を使用するが、図9に示されるように、0
.5MHzのゆらぎがある。その結果、HSリンク740は、例えば、FHリン
クの4個のホッピングを確実に置換することができる。
Sリンク741のパフォーマンスが悪化する場合、HSリンク上で動作するユニ
ットはFHリンクに戻り、HS無線スペクトルのより良い帯域を判定するために
新規のRSSI720測定を実行することができる。本発明の別の実施形態では
、スレーブB440及びスレーブC450は、例えば、図4B及び図6に示され
るHSチャネル410dを介してHSリンクを確立するために、例えば、ピコネ
ット100から一時的に切断することができる。FHリンクに復帰することを容
易にすることはHSリンク741を悪化させるので、マスタ420は、例えば、
2つの方法の1つを用いてスレーブB440及びスレーブC450の制御を維持
する。スレーブB440及びスレーブC450及びマスタ420は、例えば、H
Sリンク741が継続するための固定期間上で一致する。所定期間が経過すると
、スレーブB440及びスレーブC450は、例えば、図6に示される地点yで
自動的にピコネット100に復帰する。必要であれば、スレーブB440及びス
レーブC450は、追加の期間でHSリンク741を要求することができる。別
の実施形態では、スレーブB440及びスレーブC450は、相対的にローデュ
ーティサイクルでFHリンク上の通信を追跡する。加えて、マスタ420は、例
えば、図10及び上述で本明細書に組み込まれる米国特許出願09/210,5
94に示されるFHチャネル1200上のビーコン信号をサポートする。マスタ
420は、固定間隔で、ビーコンパケット1010a、1010b及び1010
cを送信する。ビーコンパケット1010a、1010b及び1010cは、ス
レーブA430、スレーブB440及びスレーブC450の1つ以上が省電力モ
ード(例えば、PARKモード)に移行することを要求する場合に、それぞれス
レーブA430、スレーブB440及びスレーブC450に対して使用される、
この省電力モードは、スレーブA430、スレーブB440及びスレーブC45
0がピコネット100のFHチャネル1200との同期を維持するが、パケット
交換は行わない。省電力モードが起動されていないスレーブA430、スレーブ
B440あるいはスレーブC450は再起動することができ、かつ上述で本明細
書に組み込まれる米国特許出願09/210,594で示されるようにピコネッ
ト100へ復帰することができる。従って、例えば、HSチャネル1440上で
通信するスレーブB440及びスレーブC450は、再度、FHチャネル120
0で同期する。
ト1010a、1010b及び1010cを「問い合わせ(listen)」するよう
に構成することができる。これが存在する場合、ビーコンパケット1010a、
1010b及び1010cは、例えば、HSチャネル1400を解放し、かつ次
の指示がくるまでFHチャネル1200へ復帰することをスレーブB440及び
スレーブC450へ指示するメッセージを含み、次の指示がくると、HSチャネ
ル1400上の通信を中断する。ビーコンパケット1010a、1010b及び
1010cをスレーブB440及びスレーブC450が問い合わせている期間中
には、スレーブB440及びスレーブC450は、HSチャネル1400を介し
て互いの通信を更に中断することができる。図示されるように、スレーブB44
0は、例えば、パケット1441、1442及び1543を、周波数fH5510
でスレーブC450へ送信する。スレーブB440及びスレーブC450がピコ
ネット100及びFHチャネル1200へ復帰することを要求する場合、ビーコ
ンプロトコルによってサポートされるアクセス処理を介してその復帰を実行する
。
ンク1200上のデータリンクプロトコルとは異なることに注意することが重要
である。HSリンク1400に対して使用される無線スペクトルに依存して、例
えば、HSリンク1400に関係する無線スペクトルが5GHz範囲にある場合
、呼出前の問い合わせ(listen before-talk)プロトコルが5GHz帯域の通信
に関係する作法あるいはプロトコルに従うように適用される。一方、他の作法規
則を適用して、例えば、データパケット1543及び1552のフローを統制す
るためにHSリンク1400上で適応されても良い。
施形態以外の特定形態で本発明が実施できることが当業者には容易に明らかであ
ろう。これは、本発明の精神を逸脱することなく実施することができる。実施形
態は単なる例示であり、どのような場合にも限定されるものと見なされるべきで
ない。本発明の構成は上述の説明よりもむしろ請求項によって与えられ、請求の
範囲に含まれるあらゆる変形及び等価構成は、それに含まれることが意図される
ものである。
ットを示す図である。
ットチャネルのタイミングを示す図である。
る。
マスタ及びスレーブ間の高速リンクを示す図である。
。
図である。
のキャリヤ割当を示す図である。
。
るために、信号拡散が通常適用される。事実、米国のFCCは、送信電力が約0
dbMを越える場合にいくつかの拡散形式を適用する2.4GHz帯域で動作す
る無線装置を現在必要としている。拡散は、ダイレクトシーケンス(DS)拡散
スペクトルを適用する符号レベルあるいは周波数ホッピング(FH)拡散スペク
トルを適用するチャネルレベルのいずれかとすることができる。後者は、上述の
無線用途に対して有益であり、これは、コスト的に有利な無線機を容易に使用す
ることができるからである。ブルートゥースと呼ばれるシステムが、移動電話、
ラップトップ、PDA及び他の汎用装置のようなポータブル装置間の接続を広く
普及させるために近年導入されている。このシステムは、省電力、小無線受信可
能域の低コスト無線機の構成を可能にするためにFHを適用している。このシス
テムはデータ及び音声をサポートしており、近年では、ISMの全帯域を介する
通常レート800hop/sと耐性音声符号化を組み合わせた高速FHを適用す
ることによって最適化されている。システムの概念は、同一の1MHzチャネル
を共有するマスタ及び限定数のスレーブを構成するピコネットを含んでいる。ま
た、このシステムは、HOLDとPARKのような省電力モードの特徴を有して
おり、このHOLDとPARKはそれぞれ、スレーブが一時的にサスペンドとな
る、あるいはローデューティサイクル追跡モードとなるものである。ブルートゥ
ースシステムに関する更なる情報については、1998年の電気通信技術ジャー
ナルのエリクソンレビューにあるJ. C. Haartsenによる「ブルートゥース、アド
ホック無線接続用ユニバーサル無線インタフェース」を参照されたい。 Souissi等で発行された米国特許5,926,501は、所定帯域幅を有する
通信システム内にいくつかのチャネルを動的に構成し、かつプロセッサ及びメモ
リを有するコントローラを提供し、このプロセッサは、外部からの送信情報に対
する加入者からのチャネル要求を受信するようにプログラムされている。しかし
ながら、このシステムは、マスタ通信ユニットの制御下の周波数ホッピングトラ
フィック上の同期を維持して、マスタ及びスレーブ通信ユニット間に高速通信チ
ャネルの確立を提供しない、あるいはマスタ及びスレーブ通信ユニット間の定常
トラフィックチャネルへの最大数のタイムスロットの割当を提供しない。また、
このシステムは、2つのスレーブ通信ユニット間に確立される高速通信チャネル
の使用を提供できない。 1997年11月1日に発行されたIEEEの自動車技術におけるトランザク
ションにあるMark Karolによる名称が「時間周波数符号分割(Time-Frequency-C
ode Slicing):複数ユーザに対する通信スペクトルの有効割当」による記事は
、様々なレートで複数ユーザに対する通信リソースへのアクセスを提供する時間
周波数符号分割技術を提案している。この方法では、ユーザは、スロット単位で
スペクトルの異なる部分に割当られる。
部分は同一の参照文字が用いられる。本明細書で説明されるシステムの実施形態
はFH無線インタフェースを利用し、このFH無線インタフェースの詳細は、1
996年7月23日に出願された、P.W. Dent及びJ.C. Haartsenによる米国特許
番号5,896,375号の「小範囲無線通信システム及びその使用方法」(以
降、「Dent」)に説明され、その開示は参照することによって本明細書に組
み込まれる。
信に基づいて説明されている。これに説明されるエアインタフェースは、ブルー
トゥースと呼ばれる新規のエアインタフェースの基礎を形成しており、このブル
ートゥースは、任意の装置間の無制限無線接続を提供することを意図されるもの
であり、1998年の電気通信ジャーナル第3号のエリクソンレビューにあるJ.
C. Haartsenによる「ブルートゥース、アドホック無線接続用ユニバーサル無線
インタフェース」を参照されたい。ブルートゥースの概念は、FKリンク上で生
成されるピコネットを含んでいる。チャネル上のユニットの1つはマスタとして
動作し、それ以外のユニットはスレーブとなる。任意のユニットがマスタの役割
あるいはスレーブの役割を果たすできる。マスタ及びスレーブの役割は、ピコネ
ットが確立される場合に割り当てることができる。デフォルトでは、通信を初期
化する、例えば、ピコネットを生成するユニットがマスタとなる。マスタは、集
中制御を使用する方法でFHリンクを介するすべてのトラフィックを制御する。
。マスタ120は、スターの中心にあり、マスタ120を介してすべての通信が
行われる。スレーブ、例えば、スレーブA130、スレーブB140及びスレー
ブC150がピコネット100に接続する場合、スレーブアドレスが割り当てら
れる。スレーブアドレスの割当は一時的なものであり、これは、スレーブユニッ
トがピコネットに接続したり、切断したりするからである。スレーブアドレスは
、例えば、スレーブA130、スレーブB140及びスレーブC150、マスタ
120間で交換されるパケットに含まれていても良い。上述の米国特許番号5,
896,375号に従えば、ピコネット100は、通常、図2に示されるような
異なる周波数が各スロットに割当られている一連のタイムスロットを使用するF
Hリンク200を含んでいる。従って、FHリンク200では、マスタ120は
、シングルパケット121〜126を交互に送受信を行うことができ、例えば、
それぞれがホッピング周波数221〜232を有するタイムスロット201〜2
12を介して、スレーブA130に関するパケット131〜333、スレーブB
に関するパケット141、スレーブCに関するパケット151及び152を交互
に送受信することができる。FHリンク200上の周波数は、当業者には周知で
ある擬似ランダムホッピングシーケンスに従って割当られても良い。マスタ12
0と、例えば、スレーブA130、スレーブB140及びスレーブC150間の
交互の通信は、通信リンク、好ましくは、それぞれチャネル110a、110b
及びチャネル110cとして図2に示される時分割二重リンクを介して動作する
。従って、マスタ120は、例えば、2つのスレーブとの同時送信を回避するポ
ーリングスキームを使用して、スレーブA130、スレーブB140及びスレー
ブC150と通信することが好ましい場合がある。例えば、TDDリンクに対応
するマスタ−スレーブスロットに割当られているスレーブだけが、次のスレーブ
−マスタスロットで応答することができる。ポーリングは、図示のように、マス
タ120、スレーブA130、スレーブB140及びスレーブC150間の通信
を確立するために、チャネル110a、チャネル110b及びチャネル110c
を参照することがより良く理解できる。マスタ120は、チャネル110aを介
して、パケット121、123及び125をそれぞれ、それぞれの周波数がhk
221、hk+4225、hk+8229のマスタ−スレーブタイムスロット131、
132及び133で、スレーブA130へ送信することができる。これの応答と
して、スレーブA130は、パケット201、205及び209それぞれを、そ
れぞれの周波数がhk+1222、hk+5226、hk+9230のスレーブ−マスタ
タイムスロット202、206、210だけで応答することができる。同様に、
マスタ120は、チャネル110bを介して、パケット122を、周波数hk+2
223のマスタ−スレーブタイムスロット203でスレーブB140に送信する
ことができる。これの応答として、スレーブB140は、パケット141を、周
波数hk+3224のスレーブ−マスタタイムスロット204だけで応答すること
ができる。更に、マスタ120は、チャネル110cを介して、パケット124
及び124それぞれを、それぞれの周波数がhk+6227及びhk+10231のマ
スタ−スレーブタイムスロット207及び211で、スレーブC150に送信す
ることができる。これの応答として、スレーブC150は、パケット151及び
152を、それぞれの周波数がhk+7228及びhk+11232のスレーブ−マス
タタイムスロット208及び212だけで応答することができる。
Sリンク741のパフォーマンスが悪化する場合、HSリンク上で動作するユニ
ットはFHリンクに戻り、HS無線スペクトルのより良い帯域を判定するために
新規のRSSI720測定を実行することができる。本発明の別の実施形態では
、スレーブB440及びスレーブC450は、例えば、図4B及び図6に示され
るHSチャネル410dを介してHSリンクを確立するために、例えば、ピコネ
ット100から一時的に切断することができる。FHリンクに復帰することを容
易にすることはHSリンク741を悪化させるので、マスタ420は、例えば、
2つの方法の1つを用いてスレーブB440及びスレーブC450の制御を維持
する。スレーブB440及びスレーブC450及びマスタ420は、例えば、H
Sリンク741が継続するための固定期間上で一致する。所定期間が経過すると
、スレーブB440及びスレーブC450は、例えば、図6に示される地点yで
自動的にピコネット100に復帰する。必要であれば、スレーブB440及びス
レーブC450は、追加の期間でHSリンク741を要求することができる。別
の実施形態では、スレーブB440及びスレーブC450は、相対的にローデュ
ーティサイクルでFHリンク上の通信を追跡する。加えて、マスタ420は、例
えば、図10に示されるFHチャネル1200上のビーコン信号をサポートする
。マスタ420は、固定間隔で、ビーコンパケット1010a、1010b及び
1010cを送信する。ビーコンパケット1010a、1010b及び1010
cは、スレーブA430、スレーブB440及びスレーブC450の1つ以上が
省電力モード(例えば、PARKモード)に移行することを要求する場合に、そ
れぞれスレーブA430、スレーブB440及びスレーブC450に対して使用
される、この省電力モードは、スレーブA430、スレーブB440及びスレー
ブC450がピコネット100のFHチャネル1200との同期を維持するが、
パケット交換は行わない。省電力モードが起動されていないスレーブA430、
スレーブB440あるいはスレーブC450は再起動することができ、ピコネッ
ト100へ復帰することができる。従って、例えば、HSチャネル1440上で
通信するスレーブB440及びスレーブC450は、再度、FHチャネル120
0で同期する。
あり、どのような場合にも限定されるものと見なされるべきでない。本発明の構
成は上述の説明よりもむしろ請求項によって与えられ、請求の範囲に含まれるあ
らゆる変形及び等価構成は、それに含まれることが意図されるものである。
Claims (24)
- 【請求項1】 周波数スペクトル内の複数のタイムスロットを使用して通信
する方法であって、 第1及び第2通信ユニット間で周波数ホッピングトラフィックチャネルを確立
する工程と、前記周波数ホッピングトラフィックチャネルは、前記複数のタイム
スロット群とそれに関係するホッピングキャリヤ周波数群とを有し、 前記第1及び第2通信ユニット間で定常トラフィックチャネルを確立する工程
とを備え、前記定常通信トラフィックチャネルは、それに関係する周波数スペク
トル内の位置を有する ことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 1〜3Mb/sのレートで前記周波数ホッピングトラフィッ
クチャネルを介して、1つ以上の前記複数のタイムスロット群で1つ以上の第1
データパケットを前記第1通信ユニットから前記第2通信ユニットへ通信する工
程と を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 5Mb/sを越えるレートで前記定常トラフィックチャネル
を介して、1つ以上の前記複数のタイムスロット群で1つ以上の第1データパケ
ットを前記第1通信ユニットから前記第2通信ユニットへ通信する工程と を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記周波数ホッピングトラフィックチャネル上で品質測定を
実行する工程と、 前記品質測定に従って前記定常トラフィックチャネルの位置を確立する工程と
と を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 前記割り当てる工程は、更に、 前記品質測定が変更されたかを判定する工程と、 前記品質測定の変更に従って前記定常トラフィックチャネルの位置を適応させ
る工程とを含む ことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 前記適応された位置を前記周波数ホッピングトラフィックチ
ャネルで避けられるように該周波数ホッピングトラフィックチャネルを介して、
1つ以上の前記複数のタイムスロット群で1つ以上の第1データパケットを前記
第1通信ユニットから前記第2通信ユニットへ通信する工程と を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記位置を確立する工程は、更に、前記周波数ホッピングト
ラフィックチャネルに関係するホッピングキャリヤ周波数の数を削減する ことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 【請求項8】 前記第1通信ユニットはマスタ通信ユニットであり、前記第
2通信ユニットはスレーブ通信ユニットであり、更に、前記周波数ホッピングト
ラフィックチャネル及び前記定常トラフィックチャネル間の前記マスタユニット
の制御の下、前記スレーブ通信ユニットへ多重通信する工程とを備える ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 前記第1、第2及び第3通信ユニット間で前記周波数ホッピ
ングトラフィックチャネルを確立する工程と、 前記第2及び第3通信ユニット間で前記定常トラフィックチャネルを確立する
工程とを更に備え、 前記周波数ホッピングトラフィックチャネルは前記定常トライフィックチャネ
ルの位置を避ける ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 前記第1通信ユニットはマスタ通信ユニットであり、前記
第2及び第3通信ユニットはスレーブ通信ユニットであり、更に、前記周波数ホ
ッピングトラフィックチャネルを介して、前記マスタから1つ以上のスレーブ通
信ユニットへビーコンパケットを定期的に送信する工程とを備え、前記ビーコン
パケットは、前記定常トラフィックチャネルを解放し、かつ前記周波数ホッピン
グトラフィックチャネルへ復帰するための前記1つ以上のスレーブ通信ユニット
を示す ことを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 第1周波数帯域上で前記周波数ホッピングトラフィックチ
ャネルを確立する工程と、 前記第1周波数帯域とは異なる第2周波数帯域上で前記定常トラフィックチャ
ネルを確立する工程と を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項12】 第1周波数帯域上で前記周波数ホッピングトラフィックチ
ャネルを確立する工程と、 前記第1周波数帯域と重複しない第2周波数帯域上で前記定常トラフィックチ
ャネルを確立する工程と を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項13】 周波数スペクトル内の複数のタイムスロットを使用して通
信する装置であって、 第2通信ユニットに接続されている第1通信ユニットを備え、 前記第1通信ユニットは、 前記第1及び第2通信ユニット間の周波数ホッピングトラフィックチャネルを
確立し、前記周波数ホッピングトラフィックチャネルは、それに関係する前記複
数のタイムスロット群とを有し、 前記第1及び第2通信ユニット間の定常トラフィックチャネルを確立し、前記
定常通信トラフィックチャネルは、それに関係する周波数スペクトル内の位置を
有する ように構成されている ことを特徴とする装置。 - 【請求項14】 前記第1通信ユニットは、更に、1〜3Mb/sのレート
で前記周波数ホッピングトラフィックチャネルを介して、1つ以上の前記複数の
タイムスロット群で1つ以上の第1データパケットを当該第1通信ユニットから
前記第2通信ユニットへ通信するように構成されている ことを特徴とする請求項13に記載の装置。 - 【請求項15】 前記第1通信ユニットは、更に、5Mb/sを越えるレー
トで前記定常トラフィックチャネルを介して、1つ以上の前記複数のタイムスロ
ット群で1つ以上の第1データパケットを当該第1通信ユニットから前記第2通
信ユニットへ通信するように構成されている ことを特徴とする請求項13に記載の装置。 - 【請求項16】 前記第1通信ユニットは、更に、 前記周波数ホッピングトラフィックチャネル上で品質測定を実行し、 前記品質測定に従って前記定常トラフィックチャネルの位置を確立する ように構成されている ことを特徴とする請求項13に記載の装置。
- 【請求項17】 前記第1通信ユニットは、更に、 前記品質測定が変更されたかを判定し、 前記品質測定の変更に従って前記定常トラフィックチャネルの位置を適応させ
る ように構成されている ことを特徴とする請求項16に記載の装置。 - 【請求項18】 前記第1通信ユニットは、更に、前記定常トラフィックチ
ャネルの適応された位置を前記周波数ホッピングトラフィックチャネルで避けら
れるように該周波数ホッピングトラフィックチャネルを介して、1つ以上の前記
複数のタイムスロット群で1つ以上の第1データパケットを当該第1通信ユニッ
トから前記第2通信ユニットへ通信するように構成されている ことを特徴とする請求項17に記載の装置。 - 【請求項19】 前記第1通信ユニットは、更に、前記複数のタイムスロッ
ト群に関係するタイムスロットの数を削減するように構成されている ことを特徴とする請求項16に記載の装置。 - 【請求項20】 前記第1通信ユニットはマスタ通信ユニットであり、前記
第2通信ユニットはスレーブ通信ユニットであり、更に、前記マスタユニットは
、前記周波数ホッピングトラフィックチャネル及び前記定常トラフィックチャネ
ル間で、前記スレーブ通信ユニットと多重通信するように構成されている ことを特徴とする請求項13に記載の装置。 - 【請求項21】 前記第1通信ユニットは、更に、 前記第1、第2及び第3通信ユニット間で前記周波数ホッピングトラフィック
チャネルを確立し、 前記第2及び第3通信ユニット間の前記定常トラフィックチャネルを確立する
ように構成され、 前記周波数ホッピングトラフィックチャネルは前記定常トライフィックチャ
ネルの位置を避ける ことを特徴とする請求項13に記載の装置。 - 【請求項22】 前記第1通信ユニットはマスタ通信ユニットであり、前記
第2及び第3通信ユニットはスレーブ通信ユニットであり、前記第1通信ユニッ
トは、更に、前記周波数ホッピングトラフィックチャネルを介して、前記マスタ
から1つ以上のスレーブ通信ユニットへビーコンパケットを送信するように構成
され、前記ビーコンパケットは、前記定常トラフィックチャネルを解放し、かつ
前記周波数ホッピングトラフィックチャネルへ復帰するための前記1つ以上のス
レーブ通信ユニットを示す ことを特徴とする請求項21に記載の装置。 - 【請求項23】 前記第1通信ユニットは、更に、 第1周波数帯域上で前記周波数ホッピングトラフィックチャネルを確立し、 前記第1周波数帯域とは異なる第2周波数帯域上で前記定常トラフィックチャ
ネルを確立する ように構成されている ことを特徴とする請求項13に記載の装置。 - 【請求項24】 前記第1通信ユニットは、更に、 第1周波数帯域上で前記周波数ホッピングトラフィックチャネルを確立し、 前記第1周波数帯域と重複しない第2周波数帯域上で前記定常トラフィックチ
ャネルを確立する ように構成されている ことを特徴とする請求項13に記載の装置。
Applications Claiming Priority (3)
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