JP2007507952A - １通信システムの送信機から別の通信システムの受信機への妨害を制御する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】 １通信システムの送信機（４）から別の通信システムの受信機（１）への妨害を制御する方法であって、方法は、受信機が受信しようとしている周波数を表現するビーコン（３）を受信機と関係づけられたビーコン送信機から送信することと、送信機と関係づけられたビーコン受信機においてビーコンをリッスンすることと、ビーコン受信機において受信されたビーコンの強度に基づき送信機からの送信（２）のためのパワースペクトル密度限界を導出することとを含む。

Description

この発明は、１通信システムの送信機から別の通信システムの受信機への妨害を制御する方法に関する。

一般に、ある特定の周波数帯域がある特定の形式の通信システム、例えば携帯電話に割り当てられた後、その周波数帯域の内部で、通信したいと望むいずれかの装置は、その割り当てられたスペクトルを妨害の可能性を生じる他のユーザ装置と共用しなければならない。少なくとも１つの送信機および１つの受信機を備えるあらゆるシステムにおいて、送信機が妨害の原因であると想定される。

しかし、スペクトル共用の基本的な問題は、送信機ではなく受信機である。これは、現在のシステムでは、共用したいと望む周波数ですでに動作している送信機からの信号の有無をセンスすることは可能であるが、特定の周波数での送信が受信機において妨害を生じるかどうかを決定することは可能ではないからである。強い信号の存在は、送信側端末が発生するかもしれないいずれかの妨害の問題を遠隔の受信機がまったく抱えないはずであることを暗示するかもしれない。同様に、弱い信号は、送信側端末が生じるかもしれないいずれかの妨害に近隣の受信機が対処できないことを暗示するかもしれない。これは、最小限の妨害を伴うチャネルが望まれる動的チャネル割当ての標準的な理念に反している。

本発明の第１の態様によれば、１通信システムの送信機から別の通信システムの受信機への妨害を制御する方法は、受信機が受信しようとしている周波数を表現するビーコンを受信機と関係づけられたビーコン送信機から送信することと、送信機と関係づけられたビーコン受信機においてビーコンをリッスンすることと、ビーコン受信機において受信されたビーコンの強度に基づき送信機からの送信のためのパワースペクトル密度限界を導出することとを含む。

送信が妨害を生じるかどうかの問題は受信機がどこにあるかがわかっている場合に初めて対処できるので、本発明では、受信機がこの情報を伝えるために送信し、そして送信機が受信する。ビーコンがある特定のレベルを上回って受信された場合、そのビーコンが関係つけられた送信機を妨害することなく送信機パワーが送信に十分なパワーを有するように低減される必要がある程度について評価がなされる。こうして、他の通信システムにおける送信をまったく防げることなく、現行のシステムを付加的な妨害から保護することを優先させることができる。

好ましくは、同じ周波数を表現する複数の受信されたビーコンについて、導出された最大送信パワースペクトル密度は最も大きいパワーで受信されたビーコンのそれと関連づけられる。

送信がそれが最も大きいパワーのビーコンによって表現された受信機を妨害しないように設定された場合、全部の他のものもまた、それらがもっと遠く離れているか、そうでなければ妨害にいっそう耐えられることから、影響を受けないと仮定される。

好ましくは、方法は、導出された送信パワースペクトル密度限界を、その周波数について送信機によって要求される所定の最小送信パワースペクトル密度と比較することと、決定された送信パワースペクトル密度限界が最小値を上回っている場合にのみ、その周波数で信号を送信することをさらに含む。

送信がその意図した宛先に到達するために十分なパワーでない場合、それは送信されない。これは、所要の最低レベルがより低くなるように、中間端末を介して送信することによって克服することができる。

好ましくは、いかなるビーコンも送信機において受信されない場合、所定の最大送信パワースペクトル密度が設定される。

そのビーコンが最も強いビーコンとして受信されている共用システムの受信機が、共用送信機がそのパワーを相応に設定することによって保護される場合、これはその周波数を使用しているいずれの他の受信機がさらに少ない妨害を受けることを保証する。

好ましくは、方法は、送信のために最大パワースペクトル密度を可能にする送信周波数を送信機に選択することをさらに含む。

好ましくは、送信機からの送信は、いずれか１つの周波数を表現する最も強い受信ビーコンを決定して、その後、決定された最も強いビーコンの中から最も低いパワーのビーコンを選定して、その選定されたビーコンによって表現される周波数で送信することによって導出された周波数で送信される。

好ましくは、送信機からの送信のための送信パワースペクトル密度は、選択された周波数で受信されたビーコンの強度に依存して設定される。

好ましくは、送信機の最大許容パワースペクトル密度は、受信機ビーコンパワーと、受信機が感度抑圧され得る係数マイナス１と、そして、ビーコンを受信するためのビーコン受信機の有効帯域幅、その有効帯域幅においてビーコンを受信するための最小信号対雑音比および送信機におけるビーコン受信機の雑音指数の積で受信機雑音指数を除算した結果との積に設定される。

好ましくは、ランダム時分割多元接続（ＴＤＭＡ）プロトコルが適用され、それによって、異なる周波数を表現しているビーコンは異なる時間に送信し、それにより、一連のサイクルにわたり各周波数を表現しているビーコンが別の特定の表現された周波数に対して異なる時間にリッスンされ、それにより、より大きいパワーのいかなる１周波数も一貫して低いパワーで別の周波数を表現しているビーコンの受信を妨げない。

好ましくは、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）プロトコルが適用され、それによって、異なる周波数を表現しているビーコンは異なる符号によって互いに区別される。

ＣＤＭＡプロトコルの使用は、マルチパスダイバーシチを付与するために帯域に存在しながら多数のビーコンが同じ周波数帯域を共用することを可能にする。

好ましくは、ビーコン信号のＣＤＭＡ成分の相関期間がＦＦＴコントローラによって制御される。

好ましくは、各ビーコンがタイプ識別子を送信し、各ビーコン受信機は、送信パワーの有無またはどの程度の送信パワーかをビーコン受信機が決定する際に同じタイプのビーコンを無視できるようにタイプ特定的相関手段を備える。

好ましくは、受信機は妨害レベルが許容値を上回る場合にのみビーコンを送信する。

これは、不要な送信を回避することによってビーコン送信機においてパワーを節約する。

好ましくは、ビーコンパワーは受信機において受信された所要の信号パワーに適応される。

ビーコンパワーの適応は、それが通信を中断させないビーコン送信サイトにおいてより大きな妨害を受けさせる。

好ましくは、ビーコンパワーは受信機において受信された妨害パワーに適応される。

ビーコンパワーを適応させることにより、ビーコン送信サイト装置は、受信された全部の妨害の総和が許容可能レベルにあるように複数の送信元からの許容可能な送信を調整できるようになる。

好ましくは、ビーコンによって管理される帯域幅はシャドーフェージングの実質的な相関がその帯域幅にわたって適用される程度に十分に狭い。

好ましくは、ビーコン通信が異なる周波数を使用することによってビーコンにより管理されるスペクトルから分離される。

好ましくは、各ビーコンがそのビーコンによって管理される全帯域幅に比べて小さい周波数帯域幅を占有する。

好ましくは、管理帯域幅における隣接するビーコンが周波数の個別の連続する区分を管理し、各区分はビーコン管理帯域の小部分を含んでおり、各ビーコンはそれが管理する周波数帯域幅から交番する小部分によって分離されている。

帯域幅管理のためのこの構成は、重信フィルタリングを可能にするために通信帯域からのビーコン帯域の効率的な分離を可能にする。

小部分は、１／３や２／３といった不等分とすることもできるが、一般に、それが使用するために最も効果的な小部分であることから、各小部分は１／２である。

好ましくは、ビーコン受信機は既知のパワーの内部ビーコンによって定期的に試験され、その関係する送信機はビーコン受信機の故障が起きた場合に送信を防止される。

代替として、ビーコンおよびシステム通信は時間に関して分離されている。

これは、例えば、全部の送信および受信端末に衛星タイミング受信機を入れることによって付与されるタイミング制御を必要とする。

好ましくは、ビーコン受信および送信は、ランダムＴＤＭＡプロトコルのスケジュールに従って送信が要求されない時は常に受信が行われるように構成することによって、時間に関して分離されて、同じ装置において行われる。

これは、ビーコン生成システムを備えるスペクトルを共用している装置が、いずれかの潜在的な第３の共用システムのために自己自身のビーコンも送信できるようにする。

本発明の第２の態様によれば、通信システムは、１通信システムに属している少なくとも１つの送信機および別の通信システムに属している少なくとも１つの受信機を含み、ここにおいて、ビーコン送信機が少なくとも１つの受信機と関係づけられており、ビーコン受信機が少なくとも１つの送信機と関係づけられており、それによって、いずれか１つの送信機における送信のためのパワースペクトル密度限界が関係するビーコン受信機において受信された当該または各々のビーコンの強度に基づいて決定される。

本発明の第３の態様によれば、通信システムのための送信機であって、送信機は関係するビーコン受信機を備えており、それによって、送信機からの送信のためのパワースペクトル密度限界が関係するビーコン受信機において受信された１つ以上のビーコンの強度に基づいて決定される。

本発明の第４の態様によれば、通信システムのための受信機であって、受信機は関係するビーコン送信機を備えており、それによって、受信機において受信される妨害の所望の最大パワースペクトル密度が実現されるように妨害を制御するためにビーコンがビーコン送信機によって送信され得る。

ここで、通信システムにおける送信機から受信機への妨害を制御する方法の例を添付図面に関して説明する。

図１は、本発明の方法が適用され得る１例を例示している。第１の送信機（図示せず）から受信しようとしている第１の受信機１は、それが受信しようとしている周波数での妨害２を防ぐ必要がある。これを行うために、それはその周波数を表現しているビーコン３を送信する。このビーコンは、第２の受信機（図示せず）に送信しようとしている第２の送信機４と関係づけられたビーコン受信機において受信される。第２の送信機４が送信した場合、それは第１の受信機１において妨害２を生じるであろう。

第１の受信機から送信されたビーコン２は、受信機１が受信しようとしている周波数を表現している。明らかにこれは、受信されるものと同じ周波数とすることはできないので、近傍の周波数がこの目的に割当てられる。使用される周波数は経路損失の良好な相関を有するために十分に近いが、ダイプレクシングを許すために十分に離れているように、妥協が求められる。

図１は１つの受信機および１つの送信機を示しているにすぎないが、実際のシステムでは複数の受信機および送信機が存在する。基本原理は、受信機１の一部または全部が適格なパワーレベルでビーコン３を送信するということである。所与の周波数に関連するビーコンをリッスンできる送信機４を備えるあらゆる端末は、ビーコンの強度に従ってその送信機パワーを低減しなければならない。許容パワーが所要の通信を可能にするには過度に低い場合、端末はその周波数を使用することができない。動的チャネル割当て（ＤＣＡ）を操作する端末は、ビーコンの付近をスキャンし、そのビーコンが最も低いパワーで受信される周波数を選定するであろう。同じ周波数を表現している複数のビーコンが異なるパワーで受信された場合、当該のパワーは最も強いものであるとみなされる。

ビーコン送信帯域は、管理されている帯域の一方の端（または両方の端）の周波数の帯域として構成される。帯域には各周波数に関連する１つの別個のビーコン信号が存在し、それらは一緒に多重化されなければならない。ビーコンパワーおよび妨害の制限の決定は、図１に例示された状況について以下で説明する。その２つのリンクにおいて、一次ステータスは受信しようとしている端末に割り当てられ、送信しようとしているものには二次ステータスが割り当てられており、簡単のために、一次リンクの送信機および二次リンクの受信機は図示されていない。一次受信機１は、受信を保証するために自己のビーコン３を送信している。

以下の仮定を行う。
Ｐ_Pは、一次受信機ビーコンパワーである。
Ｐ_Sは、二次送信機パワースペクトル密度である。
ｇは、２つの装置コネクタ間の経路利得であり、これは伝搬路利得（＜＜１）、アンテナ利得およびフィーダ損失を含む。
Ｎ_Pは、一次受信機の雑音指数である。
Ｎ_Sは、二次送信機のビーコン受信機の雑音指数である。
Ｂ_Sは、ビーコンを受信するためのビーコン受信機の有効帯域幅である。
γ_Sは、その有効帯域幅でビーコンを受信するための最小信号対雑音比である。
ｄは、一次受信機を感度抑圧させるための係数である。

Ｐ_Sのレベルは、二次送信機が一次受信機において自明でない妨害を生じ得る点でそれが測定可能であるように設定される必要がある。これは、ビーコンが検出不能である時に二次送信機が放射できる最大パワーを、許容可能な妨害だけが生じるように固定することによって行える。

ビーコン受信機の限界感度は、Ｌ_S＝ｋＴＢ_SＮ_Sγ_Sである（ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔはケルビンでの動作温度である）。

従って、受信ビーコンパワーがＬ_S以下である場合、二次送信機はＰ_S-MAXワット／Ｈｚのパワースペクトル密度を放出するであろう。これは、ビーコン信号がＬ_Sに等しい場合、許容可能な妨害だけが一次受信機において発生するように設定される。この状態が経路利得ｇについて生じると仮定すれば、受信ビーコンパワーは以下によって与えられる。

Ｌ_S＝Ｐ_P・ｇ 従ってＰ_P・ｇ＝ｋＴＢ_SＮ_Sγ_S

その場合、一次受信機において発生する妨害パワースペクトル密度はＰ_S-MAX・ｇである。これの許容可能なレベルはｋＴＮ_P（ｄ−ｌ）である。従って、Ｐ_S-MAX・ｇ＝ｋＴＮ_P（ｄ−ｌ）。２つの式からｇを消去すれば、次式を得る。

これは、動作温度が、合理的な近似に通常当てはまる両方の場所で同じであることを前提とする。

実際には、普遍的な動作のために、基準が設定される必要がある。例えば、基準が０ｄＢの雑音指数の一次受信機による３ｄＢの感度抑圧のために１Ｗに設定された場合、好都合なことにこれは、１／Ｎ_Pワットに等しい３ｄＢの感度抑圧のためのビーコンパワーを与える。

以下の例において、容認された感度抑圧は３ｄＢであり、両方の受信機は雑音指数６ｄＢ、Ｂ_S＝１ｋＨｚおよびγ_I＝１０ｄＢを有する。従って、ビーコンパワーは１／４Ｗであり、それゆえＰ_S-MAX＝２．５×１０^-5Ｗ／Ｈｚである。

この例で、例えば１００ｋＨｚの帯域幅を備える二次送信機は、それがビーコンをリッスンできない場合、最大２．５Ｗまで送信することが許される。ビーコンが検出され、その受信パワーがＬ_Sを超えて上昇すると、最大許容パワーは応分に低減されなければならない。

この単純な分析から、適格なビーコンパワーは、一次システム帯域幅、動作レンジ、二次送信機までの距離範囲および一次システムの所要の信号対雑音比から独立していることがわかる。ビーコンパワーは、一次受信機の雑音指数および許容感度抑圧だけに依存する。ビーコンパワーの基準が法制化されると、相対的に小さい変動だけが生じるであろう。基準パワーは、２９０°Ｋもの受信機雑音温度および３ｄＢもの感度抑圧を仮定すれば、これまでに使用された最大のビーコンパワーである。

フィーダ損失およびアンテナパターンは、ビーコンパワーまたはビーコンシステムの最大二次パワー状態に影響を及ぼさないが、それらは利用可能なスペクトル共用には影響を及ぼす。二次送信機が送信し得る最大パワーは、そのビーコン受信機の感度に依存する。従って、装置製造者は、低い雑音指数および良好なビーコン検出能力を備えるビーコン受信機を生産するように動機づけられる。

図２は、本発明の方法のためのビーコン帯域構造の構成を例示している。ビーコン信号が帯域におけるある特定の周波数の受信を表す。少なくとも１つのビーコンタイプがすべての周波数に要求される。それは、ビーコン管理帯域８，９がどれくらいの大きさとするべきか、いくつのスペクトルがビーコン送信に割り当てられるべきか、そしていくつの周波数がビーコン管理帯域内で割り当てられるべきかを決定するために必要である。全部のトレードオフにおけるように、結果は妥協である。一方で、ビーコン管理帯域はビーコンチャネルの相対的オーバヘッドを低減するために可能な限り大きいことが望ましいが、他方、帯域にわたり、特にいずれかのサブバンドとビーコン送信帯域との間で、同じ無線伝搬特性を保証するために可能な限り狭くなければならない。

管理帯域幅をチャネルのマルチパスフェージング相関帯域幅にまで縮小することは実際的ではないので、ビーコン送信帯域は合理的な固有マルチパスダイバーシチを有するために十分に広くなければならない。このビーコン受信ダイバーシチが帯域のユーザが使用可能なものよりも大きければ、妨害センシング機構は保守的になる。すなわち、発生した妨害を過大評価しがちになるであろう。別の状況では、過小評価が起きるかもしれないので、この差を考慮するためにフェージングマージンを導入することが必要かもしれない。これは、ビーコンをわずかに大きいパワーで送信することによって行うことができる。

上記の要求条件に基づき、ビーコン管理帯域はその中心周波数の約５％以下であることが望ましく、それが平均的伝搬特性の合理的相関を与える。アンテナにおけるいかなるきつい周波数選択度も難題を生じないことを保証するために、何らかの配慮が必要である。そうした問題は、二次サービスが一般にビーコン管理帯域の周波数のいずれかを使用するように設計されているので、二次サービスにおけるよりも、たぶん現行のものであるはずの一次サービスにおいて起こりがちである。一次サービスにとってこの問題の１つの解決策は、ビーコン送信帯域における相対アンテナ利得および表現された信号周波数に従ってビーコン送信パワーにバイアスをかけることである。別の特徴は、ビーコン送信帯域が好ましくは、ビーコンについて許容できないオーバヘッドが存在することを避けるためにビーコン管理帯域の約５％を超えないように設定されるということである。

一次受信機は送信しなければならず二次送信機は受信しなければならないので、重信フィルタの装備を考慮しなければならない。明らかに、ビーコン送信帯域のすぐ隣の周波数を表現するためにビーコンが送信されなければならない場合、問題があるであろう。この難題は、ビーコン管理帯域８，９の各端にビーコン送信帯域５，６，７を備えることによって解決され得る。使用に供せられる周波数はその際、より遠く離れているビーコン送信帯域によって表現される。すなわち、管理帯域８の周波数の第１のレンジ１０は送信帯域５によって管理されるのに対し、周波数の第２のレンジ１１は帯域６によって管理される。最初、これはオーバヘッドを倍にするように見えるかもしれない。しかしこれは、ビーコン送信帯域にどちらか一方の側の帯域を管理させることによって克服され、それにより帯域６はビーコン管理帯域９の周波数レンジ１２も管理し、帯域７は周波数レンジ１３を管理する。第１および第２のレンジ１０，１１の大きさは一般に等しく、すなわち各管理帯域の半分は一方のビーコン送信帯域５によって管理され、半分は他方６によって管理されるが、これらのレンジは、例えば１／３、２／３または他の比率といった、ビーコン管理帯域全体８の異なる割合部分とすることができる。

特定の例において、周波数帯域が、１００ＭＨｚの帯域幅８を備え、およそ２ＧＨｚに設定される。これは、（５％帯域幅に基づき）５ＭＨｚのビーコン送信帯域６につながる。図２の構造によれば、デュプレクサフィルタリングを可能にする少なくとも５０ＭＨｚの周波数間隔が常に存在する。

表現される周波数の数の選択は、やはり複雑さとフレキシビリティとの妥協である。単純さの観点からは、可能な限り少なく有するほうを選ぶであろう。例えば、１００ＭＨｚ幅の帯域が５ＭＨｚチャネルによる現行システムを有しているとすれば、明らかな答えは、２０の５ＭＨｚチャネルを有することであるように思えるであろう。しかし、これはスペクトル共用のただ１つの別の層だけが存在するはずであり、そして共用システムもまた５ＭＨｚの帯域幅またはその倍数を有するはずであることを前提とする。一部の共用システムは７ＭＨｚに基づいて導入されているということもあり得る。この場合、それらは、チャネルを自由にしておくために３つものビーコンを送信する必要があるかもしれない。これは、非効率的となるであろう１５ＭＨｚのスペクトルを確保しておくことになる。フレキシビリティの観点からすれば、答えは全部の予想チャネル間隔の最大公約数を使用することであろう。この手法の短所は、使用される各周波数について多数のビーコンの必要性につながるかもしれないということである。例えば、１ＭＨｚの間隔は、５ＭＨｚチャネルを自由にしておくために５つのビーコンを必要とする。このように、周波数の数は、無駄になるスペクトルと多数のビーコンを有することとの妥協になるであろう。この例では２０のビーコンにつながることになるが、この段階では５ＭＨｚの帯域幅が合理的なようである。

いずれかの所与のビーコン受信機において、あるものは異なりあるものは共通する周波数に関連する多数の受信機からのビーコンが存在し得る。予定の送信機が、ある特定の周波数についてビーコンを調べたいとする。その周波数について多くのビーコンが存在する場合、その作業は不当に大きくならないことが望ましい。多元接続のための選択肢は、周波数、時間および符号に関する分割である（それぞれ、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡ）。

ビーコン送信機および受信機が低コストであるようにした場合、暗にそれらは相対的に不正確な周波数基準を有する。例えば、２０ｐｐｍの終端間誤差は不合理ではないであろうが、２ＧＨｚ時にこれは、あらゆるＦＤＭＡシステムも動作するのを難しくする４０ｋＨｚの誤差に相当するであろう。さらに、各搬送波はＦＤＭＡの場合、相対的に狭帯域であろう。例えば、５ＭＨｚで２０周波数を表現することは２５０ｋＨｚの最大チャネル間隔を与えるので、５ＭＨｚの帯域幅で固有のマルチパスダイバーシチは活用されない。

異なるビーコン送信機間の調整の必要性がいっさい存在せず、従って、ＴＤＭＡで要求されるように、いかなるフレーミング構造も強いられ得ないことが望ましい。これを実現するためにＧＰＳ受信機が使用できるであろうが、それらもまた問題を抱えることがあり、特に屋内動作の必要があり、いずれの種類のタイミング制御も伴わななければ、時間ドメインにおいて唯一利用できる多重化の形式は、アロハプロトコルに類似のランダム送信である。しかし、これに伴う問題は、演繹的に、いくつの数のビーコンが所与のエリアで受信される必要があるかを確かめることができず、従って送信の平均デューティサイクルを所要の大きさにすることが困難であるということである。

ＣＤＭＡは、それらが同じ符号を有し時間に関してのみ分離されることから、同じ周波数に関連する極めて多数のビーコンを可能にするが、これは遠近問題を抱えている。１つの周波数に関連する強いビーコンが受信された場合、受信機はその周波数が利用できないということがわかるかもしれない。しかし、それは他の周波数が利用できるかどうかを知ることができない。ビーコン受信機は感度抑圧されており、そして他のビーコンが存在し得るということを前提としなければならないからである。

全体として、ランダムＴＤＭＡおよびＣＤＭＡの組合せが好ましい。ＣＤＭＡ要素は同じ周波数に関連する複数のビーコンを測定できる能力を提供し、ＴＤＭＡ要素は遠近作用に対する抵抗を提供する。十分に長くリッスンすることによって、ビーコン受信機は、強い信号よりも低いレベルで特定の受信機のビーコンが存在した場合にはそれを受信する機会があるだろうという十分な確信を積み重ねることができる。ビーコン送信機が１つの場所から複数の信号を送信する必要がある場合（例えば、いくつかの隣接するサブバンドを要求する周波数について）、それらは全部、順次にではなく同時に送信されなければならない。これは、過度に多くの時間を占有する単一の送信元を回避することになる。

ビーコン受信機は可能な限り高感度にされることが望ましく、それは、ＣＤＭＡ成分の相関期間を実用的に可能な限り長くすることによって行うことができる。この際の問題は、長期間にわたり相関させることがビーコン送信機と受信機との間での周波数誤差の影響を受けやすいということである。例えば２ＧＨｚでは、４０ｋＨｚの終端間誤差が存在することがあり得る。相関させることが通常可能である最も長い期間は、誤差周波数の半サイクル、この場合１２．５μｓ（マイクロ秒）である。これは、高感度受信にとって広過ぎる８０ｋＨｚの有効帯域幅につながる。これは例えば、ＤＪＲヴァン・ニー（Ｄ Ｊ Ｒ Ｖａｎ Ｎｅｅ）およびＡＪＲＭコーネン（Ａ Ｊ Ｒ Ｍ Ｃｏｅｎｅｎ）の"ニュー・ファースト・ジーピーエス・コード・アクィジション・テクニーク・ユージング・エフエフティー（Ｎｅｗ Ｆａｓｔ ＧＰＳ Ｃｏｄｅ−Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ Ｕｓｉｎｇ ＦＦＴ）"（ＩＥＥエレクトロニック・レターズ、１９９１年１月１７日、第２７巻、ｐ．ｌ５８〜１６０）に記載のような、ＦＦＴ相関器の使用によって劇的に改善され得る。ＦＦＴビンの数を選択することによって、任意の長さの相関期間が作成され得る。最大有効相関期間は、チャネルの相関時間に依存する。これは、送信機、受信機またはそれら両方のモビリティに応じて約２００μｓから１ｍｓ（ミリ秒）まで変化する。基本符号は、約２００μｓの持続時間を有し、感度を改善するために固定受信機において使用され得る、例えば最大４つの反復まで許されて設定され得る。これは、良好な感度を可能にする５ｋＨｚから１．２５ｋＨｚまでの有効帯域幅を与える。好ましいＦＦＴサイズは１６、３２または６４であり、すべて今日の１０ＭＨｚサンプリングレートを得るための技術により実用的であるが、技術の変化とともに、他のサイズが適切であるかもしれない。ＦＦＴによる多少のスカロッピング損失があるが、これは±０．５ビンにわたって周波数をランダム化することによって改善することができる。

ビーコン情報に関するさらなる問題は、ビーコンによって表現された周波数を知ることが必要なだけであるように見えるが、送信機と同じシステム内の受信機から送信されたビーコンを区別することもまた必要であり、そうでなければ送信機は送信する機会を決して得られない、ということである。いずれかの所与の時点に、いずれかの所与の帯域を共用するシステムは相対的に少数存在するにすぎない。従って、異なるシステムを区別するために必要とされる少数の符号だけが必要とされるにすぎない。８ビットで通常十分であろう。すべてのビーコン送信機は、そのシステムタイプ識別子を各ビーコンに付加し、それを適用可能な拡散スペクトル符号を用いて送信する。この部分は、表現された周波数に関連しないが、その精細な周波数によって、すなわち選定されたＦＦＴビンおよびそのタイミングによってそれと結び付けられている。所与のシステムの端末は各自自身のシステムの符号を相関させる必要があるだけであるので、単一の整合フィルタがここで使用され得る。従って、ビーコンがビーコン受信機自身のタイプのシステムから来たかどうかを決定するうえで感度の損失はまったくない。この場合、ビーコン受信機は、それが動作できるパワーを決定する際にその特定の信号を無視する。

前述の通り、所与の表現された周波数にとって、ビーコンに使用する好ましいパワーは、受信パワーのうちの最も大きいものである。しかし、マルチパスでは、同じビーコン送信に全部が関連するいくつかの経路が存在するかもしれない。この状況を決定する際に多少の曖昧さが存在することは避けられないが、これはほとんどの場合、最も強い出力を識別したものと同じＦＦＴビン出力から他のマルチパス成分を受け取るだけで解決することができる。それは、著しいドップラーがなければ、あらゆる所与のビーコン送信機からのマルチパス成分はすべて同じ精細周波数に該当することを意味する。さらに、マルチパス成分だけは最大ピーク近辺の狭いウインドウから受け取られ、それは受け取られた成分を伝搬媒体の最大遅延スパンの範囲内に拘束する。最後に、雑音のピークを含むことを回避するために最大数の経路が必要とされる。

上記の説明は、一次システムの受信機がビーコン送信機を有しており二次システムの送信機がビーコン受信機を有している一次および二次システムの状況を述べているが、この事例は二次システムのための保護をまったく与えない。より一般的な可能性の集合が表１に示されている。

さらに、ビーコン送信は、短時間の通信の損失に耐えられ得るシステムに応答しやすくすることができよう。この場合、受信機は、それが許容できない妨害に遭遇した時にビーコンを送信するだけになるであろう。その後、妨害発信元はビーコンを検出し、送信を止めるか自己のパワーを低減するかのどちらかである。場合によっては、タイプ２のシステムがビーコンチャネルで本質的に同時に受信および送信することが望ましいかもしれない。これは、スペクトル共用のダイナミクスが、端末が自己自身のシステム送信を行っていた時にビーコンの送信を止めることが適切ではないようなものである場合にあてはまるであろう。ビーコンのためのランダムＴＤＭＡ送信フォーマットはこれが起こるのを許すであろう。システムの保護レベルの選択は、常識および法制化の組合せの問題になる。

装置が送信し得る実際のビーコンパワーには潜在的に極めて大きなフレキシビリティが存在する。これは、製造者がＲＦ利得、ビーコン送信機等における不正確さを考慮するために公称送信ビーコンパワーを増大させる必要または欲求があるといった多くの要因によって影響されるかもしれない。規制により製造者はスペクトル効率を犠牲にして各自の装置性能仕様を過度に格下げするのを防ぐように求められており、この理由で、特定のクラスの受信機についての絶対最大ビーコン送信パワーを規制する場合があるかもしれない。さらに、妨害経路に影響を及ぼすことなく受信ビーコンパワーを時として低減させるマルチパスフェージングを考慮するためにビーコン送信パワーを増大することは、望ましいかもしれず、場合によっては許容可能であるかもしれない。

ビーコンパワーの設定に適用できるいくつかの基本的手法が存在する。固定ビーコンパワーが装置設計に基づいて送信され得る。この手法は、頑強であるが、あまり柔軟性がなく、複数の妨害源に対する受信装置の最善の保護に必ずしもつながらない。別の選択肢は、一次受信機が受信雑音を推定し、それに応じてビーコンパワーを設定するように構成することである。この場合、より多くの妨害源が周波数を共用するにつれて、妨害は増大する。この増大は、ビーコンパワーの増大につながる妨害のさらなる増大のためのマージンを低減する。この増大は、受信機感度を維持するために、妨害源に各自のパワーを低減することを強制するか、または追加の妨害源が動作するのを防ぐ。代替として、一次受信機は、それが受信する信号を与えられたとして妨害の最大許容可能レベルに従ってそのビーコンパワーを設定するように構成される。この手法は明らかに、２つのシステムが複雑かつ潜在的に望ましくないか予測不能な形で相互作用するので、システム内部でのパワー制御とともに使用してはならない。しかし、固定パワーシステムの場合、この手法はスペクトル共用を最大限にするために使用することができる。

基本的なビーコン概念は、上記の手法のいずれかまたは全部が同じビーコン管理帯域で動作する異なるシステムに適用できるようにするために十分に柔軟である。あらゆる所与の帯域において、全体的な安定性が保たれることを確実にするためにスペクトルを共用するシステムのタイプを考慮する際に配慮する必要がある。例えば、不安定性を伴うことなく表１のシステムのタイプの各々の１つを動作させることが可能であろう。タイプ１のシステムはビーコンに応答しない。タイプ２のシステムはタイプ１のシステムに従い、タイプ３のシステムから自己を保護する。タイプ３のシステムはタイプ１および２のシステムに従い、それが見つけることができるあらゆるスペクトルを使用する。放送システムの場合、さらなる自由度が存在する。例えば、テレビジョン帯域との共用を可能にするためにビーコン概念を使用したい場合、すべての受信機がビーコン送信機を装備される必要があるが、ビーコンは視聴者がその時に受信しているチャネルに対応して送信されるだけでよい。

アンテナの特性を共用するために、受信に使用されるものと同じアンテナによってビーコンを送信する有力な好適性は、単純なマストヘッドプリアンプの使用を排除する。代わりに、マストヘッドプリアンプが、絶対的なパワー要求条件が常に穏当であるような形で選択される基準パワーを伴い、ビーコン送信の送信元であるように構成されるか、または、ダイプレクサが同様にビーコン送信機の利得を備えるマストヘッドプリアンプに組み入れられるかのどちらかである。これらの要求条件は複雑さを増すが、それらは克服できない問題を生じないし、自由度が高められたスペクトルからの付加的な利益はそうしたコストを補って余りあるはずである。

ビーコンによるスペクトル共用の概念全体は、推定基準感度を上回るパワーとともに存在する時は常に、受信されているビーコンに依存する。故障したビーコン受信機を備える装置はいずれかの周波数で最大パワーで送信し任意の妨害を生じ得るので、ビーコン受信機の状態はいつもわかっていなければならない。これを扱うために、ビーコン受信機のためのビルトインセルフテストを備えることができ、その場合、その機能を試験するために既知のビーコンが限界レンジレベルで受信機に定期的に導入される。テストビーコンの受信の失敗は、装置が送信を防止される結果をもたらす。

本発明に従った方法におけるビーコンの使用を例示している。 本発明の方法を用いたビーコンおよび管理帯域の周波数帯域構造を例示している。

符号の説明

１ 受信機
２ 妨害
３ ビーコン
４ 送信機
５，６，７ ビーコン送信帯域
８，９ ビーコン管理帯域
１０ 送信帯域５によって管理される周波数レンジ
１１，１２ 送信帯域６によって管理される周波数レンジ
１３ 送信帯域７によって管理される周波数レンジ

Claims (26)

1. １通信システムの送信機から別の通信システムの受信機への妨害を制御する方法において、該方法は、受信機が受信しようとしている周波数を表現するビーコンを受信機と関係づけられたビーコン送信機から送信すること、送信機と関係づけられたビーコン受信機においてビーコンをリッスンすること、およびビーコン受信機において受信されたビーコンの強度に基づき送信機からの送信のためのパワースペクトル密度限界を導出することを含むことを特徴とする方法。
2. 同じ周波数を表現する複数の受信されたビーコンについて、導出された送信パワースペクトル密度限界は最も大きいパワーで受信されたビーコンのそれと関連づけられることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 送信パワースペクトル密度限界を、その周波数について送信機によって要求される所定の最小送信パワースペクトル密度と比較することと、決定された送信パワースペクトル密度限界が最小値を上回っている場合にのみ、その周波数で信号を送信することをさらに含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. いかなるビーコンも送信機において受信されない場合、所定の最大送信パワースペクトル密度が設定されることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
5. 送信のために最大パワースペクトル密度を可能にする送信周波数を送信機に選択することをさらに含むことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
6. 送信機からの送信は、いずれか１つの周波数を表現する最も強い受信ビーコンを決定して、その後、決定された最も強いビーコンの中から最も低いパワーのビーコンを選定して、その選定されたビーコンによって表現される周波数で送信することによって導出された周波数で送信されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
7. 送信機からの送信のための送信パワースペクトル密度は、選択された周波数で受信されたビーコンの強度に依存して設定されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の方法。
8. 送信機の最大許容パワースペクトル密度は、受信機ビーコンパワーと、受信機が感度抑圧され得る係数マイナス１と、そして、ビーコンを受信するためのビーコン受信機の有効帯域幅、その有効帯域幅においてビーコンを受信するための最小信号対雑音比および送信機におけるビーコン受信機の雑音指数の積で受信機雑音指数を除算した結果との積に設定されることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
9. ランダム時分割多元接続（ＴＤＭＡ）プロトコルが適用され、それによって、異なる周波数を表現しているビーコンは異なる時間に送信し、それにより、一連のサイクルにわたり各周波数を表現しているビーコンが別の特定の表現された周波数に対して異なる時間にリッスンされ、それにより、より大きいパワーのいかなる１周波数も一貫して低いパワーで別の周波数を表現しているビーコンの受信を妨げないことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
10. 符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）プロトコルが適用され、それによって、異なる周波数を表現しているビーコンは異なる符号によって互いに区別されることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
11. ビーコン信号のＣＤＭＡ成分の相関期間がＦＦＴコントローラによって制御されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 各ビーコンがタイプ識別子を送信し、各ビーコン受信機は、送信パワーの有無またはどの程度の送信パワーかをビーコン受信機が決定する際に同じタイプのビーコンを無視できるようにタイプ特定的相関手段を備えることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
13. 受信機は妨害レベルが許容値を上回る場合にのみビーコンを送信することを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
14. ビーコンパワーは受信機において受信された所要の信号パワーに適応されることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
15. ビーコンパワーは受信機において受信された妨害パワーに適応されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
16. ビーコンによって管理される帯域幅はシャドーフェージングの実質的な相関がその帯域幅にわたって適用される程度に十分に狭いことを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
17. ビーコン通信が異なる周波数を使用することによってビーコンにより管理されるスペクトルから分離されることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
18. 各ビーコンがそのビーコンによって管理される全帯域幅に比べて小さい周波数帯域幅を占有することを特徴とする請求項１７記載の方法。
19. 管理帯域幅における隣接するビーコンが周波数の個別の連続する区分を管理し、各区分はビーコン管理帯域の小部分を含んでおり、各ビーコンはそれが管理する周波数帯域幅から交番する小部分によって分離されていることを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 各小部分が１／２であることを特徴とする請求項１９記載の方法。
21. ビーコン受信機は既知のパワーの内部ビーコンによって定期的に試験され、その関係する送信機はビーコン受信機の故障が起きた場合に送信を防止されることを特徴とする上記請求項のいずれかに記載の方法。
22. ビーコンおよびシステム通信は時間に関して分離されていることを特徴とする請求項１〜１６または２１のいずれかに記載の方法。
23. ビーコン受信および送信は、ランダムＴＤＭＡプロトコルのスケジュールに従って送信が要求されない時は常に受信が行われるように構成することによって、時間に関して分離されて、同じ装置において行われることを特徴とする請求項９記載の方法。
24. １通信システムに属している少なくとも１つの送信機および別の通信システムに属している少なくとも１つの受信機を含む通信ネットワークにおいて、ビーコン送信機が少なくとも１つの受信機と関係づけられており、ビーコン受信機が少なくとも１つの送信機と関係づけられており、それによって、いずれか１つの送信機における送信のためのパワースペクトル密度限界が関係するビーコン受信機において受信された当該または各々のビーコンの強度に基づいて決定されることを特徴とする通信ネットワーク。
25. 通信システムのための送信機であって、送信機は関係するビーコン受信機を備えており、それによって、送信機からの送信のためのパワースペクトル密度限界が関係するビーコン受信機において受信された１つ以上のビーコンの強度に基づいて決定されることを特徴とする通信システムのための送信機。
26. 通信システムのための受信機であって、受信機は関係するビーコン送信機を備えており、それによって、受信機において受信される妨害の所望の最大パワースペクトル密度が満たされるように妨害を制御するためにビーコンがビーコン送信機によって送信され得ることを特徴とする通信システムのための受信機。
    
    

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