JP2007524268A - シングルポイント−固定マルチポイントデータ通信のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

シングルポイント−固定マルチポイント通信のためのシステムおよび方法。本発明は、トラフィック要求に基づいて帯域幅を動的に割り振り、したがってバースト的または時間に敏感なデータトラフィックでは特に、効率的な帯域幅の使用を実現する。システムは、基地局および複数の遠隔局を含む。基地局は、フォワードチャネルを介して遠隔局に情報を送信し、遠隔局は、リバースチャネルを介して情報を送信する。リバースチャネル上で送信する前に、各遠隔局は、リバースチャネルを聴取（監視）して、他の遠隔局が送信中であるかどうかを確認する。遠隔局は、チャネルがクリアであると遠隔局が判定するときにのみデータを送信する。遠隔局は順次聴取し、遠隔局からの同時送信によって引き起こされるコリジョンの可能性をなくす。データトラフィックがそれに応じて集約され、したがって効率的な帯域幅の使用が実現される。

Description

本発明はデータ通信に関し、より詳細には、シングルポイント−固定マルチポイント通信のための方法およびシステムに関する。

従来のシングルポイント−固定マルチポイントデータ通信システムでは、基地局が固定遠隔局に送信し、固定遠隔局のそれぞれが基地局に送信する。そのようなシステムは通常、通常は国際的に採用された、１つまたは複数の所定の通信プロトコルを使用する。こうしたプロトコルは、特定の応用例および産業に対して最適化される傾向がある。例えば、ワイヤレス通信に使用されるプロトコルは、遠隔通信業界によって開発され、それによって影響を受ける傾向がある。しかし、基地局を固定遠隔局に相互接続する通信媒体を有するこうした従来型システムの多くは地上（例えば銅または光ファイバ媒体）であるので、データ通信プロトコルは、コンピュータ業界によって開発され、かつ／または大きく影響を受ける傾向がある。

固定ワイヤレスシステムは一般に、遠隔局が特定の位置に固定されるポイント−マルチポイントトポロジによって特徴付けられる。Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｃａｌ Ｌｏｏｐ（ＷＬＬ）は、ポイント−マルチポイントトポロジの一例である。ほとんどのＷＬＬ解法は、周波数分割多重接続（ＦＤＭＡ）、時分割多重接続（ＴＤＭＡ）、符号分割多重接続（ＣＤＭＡ）などの主なワイヤレス遠隔通信プロトコルの異形を使用する。こうしたプロトコルを使用するシステムは、遠隔局と基地局との間の通信のための帯域幅を割り当て、確保する。

ＦＤＭＡベースのシステムは、利用可能なチャネル帯域中の別々のチャネルを各遠隔局に割り当てる。例えば、セルラシステムでは、こうしたチャネルが、セルラフォン（ラジオ）からチャネルを求める要求を受信するときに基地局によって割り当てられる。基地局と遠隔局との間で受け渡される制御情報のために使用される共通チャネルが存在する。ＴＤＭＡベースのシステムは、チャネルをタイムスロットに分割する。各遠隔局がタイムスロットに割り当てられる。タイムスロットが利用可能となるときに、送信すべきデータが存在しない場合、タイムスロットが別の遠隔ラジオに再割振りされないので帯域幅が浪費される。一般に、ＣＤＭＡベースのシステムは、非相関符号化シーケンスを使用して、複数のラジオが同一の周波数範囲内で送信および受信することを可能にする。セルラＣＤＭＡでは、基地局は、セルフォンからの要求に基づいてコードを割り当てる。セクタで使用されるコード数に対する現実的な制限があり、したがってアクティブチャネル数が制限される。

従来のワイヤレス遠隔通信プロトコルは、連続的な情報の流れが存在する場合に効率的になる傾向がある。しかし、インターネットデータトラフィックおよび現代の音声デジタル化技術は、それ自体の性質により、帯域幅の使用においてバースト的である。したがって、こうした従来型プロトコルを使用するシステムは、バースト的なデータトラフィックでは、主に、チャネルに割り当てられるステーションがバースト中ではないときはいつでも、割り当てられるチャネルがアイドル状態のままとなるために、利用可能なチャネル帯域幅を効率的に使用しない。

既存のワイヤレス遠隔通信プロトコルに関連する別の欠点は、通信するための基地局と、多数の遠隔局の間のブローカ帯域幅とを必要とし、これが著しい遅延を引き起こすことである。さらに、こうした従来型プロトコルは、トラフィック要求に基づいて帯域幅を動的に割り振ることができないので、異なる時間での異なる遠隔局の様々な要求に対処することができない。

従来のコンピュータベースのデータ通信プロトコルは、通常はマルチポイント−マルチポイント通信向けに設計され、使用される。そのようなプロトコルは、バースト的なデータトラフィックを処理するように最適化される。そのようなプロトコルの例には、搬送波感知多重接続（ＣＳＭＡ：Carrier Sense Multiple Access）プロトコルおよび搬送波感知多重接続／コリジョン検出（ＣＳＭＡ／ＣＤ：Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）プロトコルが含まれる。最適化されたとき、こうしたプロトコルは、帯域幅を効率的に使用することができる。しかし、最適化は、マルチポイント−マルチポイント基礎トポロジを想定している。さらに、チャネル予約がなく、データトラフィックのバーストが変化するために、こうしたプロトコルは、デジタル化された音声などの時間に敏感なデータトラフィックを、その帯域幅の高い利用率で十分にサポートすることができない。

課題を解決するための手段
本発明は、効率的なシングルポイント−固定マルチポイントデータ（データおよび／またはデジタル化された音声）通信のためのシステムおよび方法を対象とする。本発明は、トラフィック要求に基づいて帯域幅を動的に割り振ることにより、特にバースト的または時間に敏感なデータトラフィックを伴う応用例に関する従来のシステムおよびプロトコルの欠点を克服する。

一実施形態では、基地局と複数の遠隔局とを有するシングルポイント−マルチポイントシステムの状況でワイヤレスデータ通信が提供される。動作の際に、基地局は、フォワードチャネルを介してデータパケットを遠隔局に送信し、遠隔局は、リバースチャネルを介してデータパケットを基地局に送信する。リバースチャネル上で送信する前に、各遠隔局は、リバースチャネルを聴取（監視）して、他の遠隔局が送信中であるかどうかを確認する。遠隔局は、チャネルがクリアであると遠隔局が判定するときにのみデータを送信する。遠隔局は順次聴取し、遠隔局からの同時送信によって引き起こされるコリジョンの可能性をなくす。

本発明はまた、データトラフィックを効率的かつ動的に集約し、したがって帯域幅全体を使用することが可能となる。例えば、遠隔局のうちの１つだけが帯域幅を必要とするとき、帯域幅全体がその遠隔局に割り振られる。複数の遠隔局が帯域幅を必要とするとき、それらの遠隔局の必要に従って帯域幅全体が割り振られる。本発明の教示では、遠隔局は帯域幅を拒否されず、送るデータを有さない遠隔局上で帯域幅が浪費されない。さらに、ブローカリング（brokering）のオーバヘッドおよび／または予約プロトコルなしにリバースチャネルの使用が達成され、それによって、関連する遅延が回避される。

本発明の別の特徴は、遠隔局がリバースチャネルを聴取する順序を周期的に回転させることができることである。したがって、すべての遠隔局について、リバースチャネル上の伝送に関する等しいアクセスが保証される。

本発明の別の態様では、遠隔局が様々なゾーンに割り当てられる。所与のゾーン内の遠隔局は、そのゾーン内の他の遠隔局だけを聴取する。これにより、遠隔局に関連するハードウェアコストが削減される。互いに接近した地理的近傍内のステーションに対してゾーンを構成することができるからである。あるいは、ステーションタイプ、データトラフィックタイプ、またはリバースチャネルに関するアクセスレート要件に基づいて遠隔局をゾーンとしてグループ化することもできる。

本発明の一実施形態では、シングルポイント−マルチポイント通信システムは、フォワードチャネル信号を供給することのできる基地局と、（ｉ）フォワードチャネル信号を監視することができ、（ｉｉ）クリアチャネル評価間隔中にリバースチャネルを監視することができ、（ｉｉｉ）リバースチャネルがクリアであるときにリバースチャネル信号を送信することのできる複数の遠隔局とを備え、複数の遠隔局が、第１ゾーンおよび第２ゾーンを含む少なくとも２つのゾーン間に分散され、第１ゾーンの遠隔局は、第１クリアチャネル評価間隔中にリバースチャネルを監視し、第２ゾーンの遠隔局が、第２クリアチャネル評価間隔中にリバースチャネルを監視する。フォワードチャネル信号およびリバースチャネル信号は、平行スペクトラム拡散を含む信号を実装することができる。

本発明の別の実施形態では、基地局と、第１ゾーンおよび第２ゾーンを含む少なくとも２つのゾーン間に分散した複数の遠隔局とを有するシングルポイント−固定マルチポイントシステムのための方法が、基地局からフォワードチャネル信号を送信するステップと、複数の遠隔局のそれぞれでフォワードチャネル信号を監視するステップと、第１クリア評価間隔内の排他的に割り当てられたドエル時間中に第１ゾーンの遠隔局のそれぞれでリバースチャネルを監視するステップと、第２クリア評価間隔内の排他的に割り当てられたドエル時間中に第２ゾーンの遠隔局のそれぞれでリバースチャネルを監視するステップと、第１遠隔局に排他的に割り当てられたドエル時間中にリバースチャネルがクリアであり、かつ第１遠隔局が基地局に送信する情報を有する場合、第１遠隔局からリバースチャネル信号を送信するステップとを含む。

本発明の別の特徴は、平行スペクトラム拡散通信プロトコルなどの他のプロトコルと階層化できることである。

本発明の一実施形態では、多重アクセス通信システムが、フォワードチャネル信号を供給する基地局と、複数の遠隔局とを備え、各遠隔局が、フォワードチャネル信号を監視し、クリアチャネル評価間隔内の割り当てられた期間内にリバースチャネルを監視し、リバースチャネルが割り当てられた期間内にクリアであるときにリバースチャネル信号を供給し、フォワードチャネル信号およびリバースチャネル信号が平行スペクトラム拡散通信信号を含む。

本発明の利点は、電話音声品質を損なうことなくインターネットプロトコル（ＩＰ）の潜在性および経済性と帯域幅とを最大にするインターネットプロトコル多重アクセス（ｉＰＭＡ）管理プロトコルを提供することである。本発明は、遠隔局と基地局の両方からの別々の同時伝送を可能にし、したがって、ウェブページをパーソナルコンピュータにダウンロードするインターネットユーザの非対称データ要件を処理するのに非常に適している。

本発明の別の利点は、標準的ＩＰでは不可能な、データ通信のための安定した待ち時間を保証することである。このことは、データパケットのタイミングが調整されるので、複数のユーザが同時に送信することが必要となるという可能性を処理するために余分な帯域幅を確保する必要がないことを意味する。

本発明のさらに別の特徴は、伝送予約プロトコルまたはブローカリングシステムを使用して帯域幅を遠隔局に割り振る必要がないことである。

本発明は、短距離にわたる高テレデンディティ配置向けに設計されるモバイルセルラプロトコルと比べて広い面積にわたる有効範囲向けに設計される。

さらに、本発明の実施形態はＣＤＭＡよりも効率的である。例えば、ＣＤＭＡセルラシステムは、１つの補正コードだけを使用して１セルセクタで３０の同時の電話会話を搬送する。本発明のインターネットプロトコル多重アクセス技法を利用する同一のシステムは、２４０の同時の電話会話を搬送することができる。

本発明の上記およびその他の特徴および利点は、本発明の好ましい実施形態の以下のより具体的な説明、添付の図面、および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

本発明、本発明の目的、および本発明の利点をより完全に理解するために、添付の図面に関連して行われる以下の説明を参照する。

本発明の好ましい実施形態およびその利点は、同様の参照番号が同様の要素を指す図１〜８を参照することによって理解することができ、それを、インターネットプロトコル（ＩＰ）アドレス指定方式を利用するシングルポイント−マルチポイント固定ワイヤレスデータ通信システムの状況で説明する。しかし、本発明は、当業者にとって明らかであるどんなタイプのシングルポイント−固定マルチポイントシステムでも実施することができる。例えば、本発明の教示は、銅ベース、光ファイバベース、ハイブリッド同軸ベースの通信媒体などの非ワイヤレス通信媒体で使用することができる。本発明のそのような一実施形態は、シングルポイント−固定マルチポイントトポロジを有するローカルエリアネットワークでよい。本発明は、広範なインターネット応用例（例えばＥメール、ウェブブラウジングなど）に関する情報（例えばデータおよびデジタル化音声）を提供する。例えば、シングルポイントステーションは、様々な固定マルチポイントステーションへのインターネット接続性サービスを提供することができ、こうしたマルチポイントステーションのユーザがＥメールを送信および受信し、ワールドワイドウェブと接続し、またはデジタル化音声通信を確立することを可能にする。

図１は、本発明によるシングルポイント−固定マルチポイントワイヤレスデータ通信ネットワークシステム１００の配置図である。システム１００は、基地局１０２および複数の遠隔局１０４を含む。基地局１０２は、インターネット、レガシーフォンシステム、またはその他の任意の従来型ネットワーク（図示せず）に接続することができる。各遠隔局１０４は、複数の宛先装置（図示せず）および／または加入者（図示せず）に接続することができる。基地局１０２および各遠隔局１０４との通信は、それぞれフォワードチャネル（ＦＣ）１０６およびリバースチャネル（ＲＣ）１０８を介して実現される。好ましい実施形態では、ＦＣ１０６およびＲＣ１０８は、開示全体が参照により本明細書に組み込まれる「Ｐａｒａｌｌｅｌ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」という名称の米国特許出願１０，０７５，３６７号に記載の平行スペクトラム拡散通信プロトコルを実装する２ＧＨｚ周波数範囲の搬送波無線周波数（ＲＦ）にわたって変調される。平行拡散は、直交Ｗａｌｓｈ関数を使用してデータストリームを符号化および拡散し、それによってデータストリームをいくつかの真のＷａｌｓｈコードまたは反転Ｗａｌｓｈコードのうちの１つを表す複数のビットデータパケットにセグメント化することを含む。次いでデータストリームがＢＰＳＫ変調またはＱＰＳＫ変調のために差分符号化され、ＰＮシーケンスを使用して拡散される。平行拡散データストリームが受信側に送信するために変調される。受信側では、データストリームがデジタル化データストリームとプログラムされたシーケンスとの間の相互相関を計算することによって回復される。そのような実装により、最大約５０ｋｍのワイヤレス通信距離が可能となる。当業者には明らかであろうが、他のタイプの通信技法および搬送波信号を本発明と共に容易に使用することができる。

基地局１０２と各遠隔局１０４との間の通信は、半二重実施形態または全二重実施形態で実施することができる。図２Ａは、本発明の半二重実施形態２００の高レベル図である。この実施形態では、基地局１０２はまず、ＦＣ１０６を介して各遠隔局１０４に送信する。この時間間隔で、各遠隔局１０４は、ＦＣ１０６の周波数に同調し（切り換え）、基地局１０２によって送信されたデータパケットを受信する。ＦＣ１０６に割り振られた時間間隔は、基地局１０２がデータを送信（またはバースト）し、各遠隔局１０４がデータを受信するための時間要件に部分的に基づく。

基地局１０２は、いくつかの異なるアドレス指定方式で遠隔局１０４と動的に通信することができる。例えば、各ＦＣ１０６について、特定の遠隔局１０４、すべての遠隔局１０４、またはそのサブセット（事前に割り当てたグループ）にデータパケットを向けて送ることができる。特定の遠隔局宛てのデータパケットは、各遠隔局１０４に事前に割り当てられる固有のアドレスによってマークされる。そのような場合、各遠隔局１０４はＦＣ１０６を検出するが、合致するアドレスを有する遠隔局だけが、受信されるデータを処理し、残りの遠隔局１０４は、送信されたデータパケットを廃棄する。すべての遠隔局１０４宛てのデータパケットは、ブロードキャストアドレスによってマークされる。ＦＣ１０６の検出時に、各遠隔局１０４はブロードキャストアドレスを認識し、受信されるデータを処理する。遠隔局１０４のサブセット宛てのデータパケットは特別のアドレスによってマークされ、それによってセミブロードキャストタイプの通信が実現される。

本発明の前述のアドレス指定方式は、広く使用されるインターネットプロトコル（ＩＰ）などのより高レベルのプロトコルに容易にマッピングすることができる。そのような実施形態では、各遠隔局１０４のアドレスは、その遠隔局１０４のＩＰアドレスに対応することができる。あるいは、遠隔局ＩＰアドレス自体を本発明の実施形態のアドレス指定方式内で直接使用することもできる。この後者の実施形態の利点は、マッピングの複雑さが加わることが解消され、インターネットまたはその他のＩＰネットワークへの基地局１０２を介するインターフェースが容易であることである。さらに、そのようなＩＰ実施形態では、既存の高レベルネットワーキング通信ソフトウェアおよびハードウェアを本発明と共に使用することができる。例えば、すべての遠隔局１０４に送信される予定のデータパケットは、ＩＰのデフォルトアドレス指定ブロードキャスト方式を使用することができる。こうしたタイプのデータパケットは、全システム管理、プロビジョニング、制御のため、またはユーザ情報を遠隔局１０４に同報通信するために使用することのできる制御データを含むことができる。特定の遠隔局１０４に送信される予定のデータパケットは、特定のステーションのＩＰアドレスを有することになる。したがって、その特定の遠隔局だけが、そのデータパケットをそのネットワーキング層でアンパックし、他のすべての遠隔局１０４は、そのパケットを単に廃棄する。ＩＰプロトコルをアドレス指定方式として使用することの別の利点は、ＩＰネットワークの１つまたは複数のサブネットワークに対応するゾーンを作成できることである。したがって、本発明のそのような実施形態を、遠隔局１０４のサブセットが１つのＩＰサブネットワークまたはゾーン内に存在するように構成することができる。

図２Ａに戻ると、ＦＣ１０６に割り振られた時間が満了した後、各遠隔局１０４は、ＲＣ１０８の周波数に切り替わり、クリアチャネル評価（ＣＣＡ： Clear Channel Assessment）２０２段階に入る。この間、各遠隔局１０４はＲＣ１０８を聴取し、他の遠隔局１０４が送信中であるかどうかを確認する。基地局１０２に送信するデータパケットを有する第１遠隔局、例えば最高の送信優先順位を有するステーションが、他の遠隔局１０４のいずれも送信中ではないことを確認した場合、ＲＣ１０８に割り振られた時間が満了するまで、第１遠隔局は、そのデータパケットを基地局１０２に送信する。各遠隔局１０４は、他の任意の遠隔局１０４から発信されるすべての伝送を聴取するので、各遠隔局１０４は、第１遠隔局の伝送を検出し、送信を控える。本発明のこうした特徴のより一層の議論を以下で与える。ＲＣ１０８に割り振られた時間が満了すると、すべての遠隔局１０４は、その聴取周波数を再び切り換えてＦＣ１０６に再同調し、基地局１０２は、別のＦＣ１０６の発生を遠隔局１０４に送信し始める。

本発明によれば、それによって各遠隔局１０４は、（ＲＣ１０８を監視することによって）データを送信するか否かを決定する。この点について、本発明の実施形態では、基地局１０２が、遠隔局１０４間のＲＣ１０８へのアクセスを仲介または提供する必要がない。したがって、ブローカリングに伴う伝播遅延が回避される。

必要なハンドシェークならびに基地局１０２と遠隔局１０４との間の低誤り率通信を容易にするために、こうしたステーションが同期される。通信システムを同期する方法は当技術分野で周知であり、本発明の実施形態で容易に利用することができる。例えば、システム１００の初期構成中に同期を達成することができ、基地局１０２から送信されるブロードキャスト制御パケットによって同期を維持することができる。

本発明はまた、本発明の実施形態に関連する遅延を吸収し、その実施形態の仕様（例えば、極めて低い誤り率、同期時間を最小限に抑えるなど）に対して各実施形態を最適化するために、ガード時間（ＧＴ）２０４も提供する。前述のように、本発明は、様々な応用例、トポロジ、およびステーション設計で実施することができる。各実施形態は、ＦＣ１０６およびＲＣ１０８の伝送に関連する伝播遅延（ステーション間の距離の関数）、ならびにステーションの回路（ハードウェア）、処理、および周波数切換えに関連する遅延の補償を必要とする。そのような遅延時間を計算または測定するのに従来の技法が利用可能である。

この実施形態では、ＧＴ２０４が、ＦＣ１０６、ＲＣ１０８、およびＣＣＡ２０２の始めと終りに配置される。しかし、前述およびその他の遅延を吸収するのにその他のＧＴ２０４構成を使用することもできる。例えば、本発明の一実施形態は、ＦＣ１０６の始めおよび終り、ＲＣ１０８の終り、およびＣＣＡ２０２の終わりに配置されたＧＴ２０４を有することができる。

図２Ｂは、本発明の全二重実施形態２０６の高レベル図である。この実施形態と前述の半二重実施形態との主な差は、ＦＣ１０６の伝送がＲＣ１０８の伝送と重複することである。しかし、好ましい実施形態では、ＦＣ１０６の伝送は、ＲＣ１０８のＣＣＡ２０２段階中に行われない。したがって、ＦＣ１０６の伝送は、ＣＣＡ２０２段階に割り振られた時間の満了後に始まる。図示するように、ＦＣ１０６は、ＲＣ伝送１０８に残される時間に等しい期間持続することができる。本発明の半二重実施形態の場合と同じく、全二重実施形態は、ＧＴ２０４を使用して様々な遅延を吸収することができる。

図３は、ＦＣ１０６、ＲＣ１０８、およびＣＣＡ２０２の詳細な図であり、本発明３００の全二重実施形態の動作を示す。当初、遠隔局１０４は、ＦＣ１０６の周波数を聴取するように同調される。ＦＣ１０６に割り振られた時間が満了した後、各遠隔局１０４は、ＲＣ１０８の周波数に再同調し、このチャネルを聴取し始める。これにより、ＣＣＡ２０２段階の開始がマークされる。

ＣＣＡ２０２は、期間、すなわち等しい時間枠のドエル時間（ＤＴ：Dwell Time）に分割される。しかし、本発明の他の実施形態は、様々な時間枠のＤＴを使用することができる。図示するように、「ｎ」個のＤＴ期間（例えば、ＤＴ１３０２、ＤＴ２３０４からＤＴｎ３０６まで）が存在する。一般に、各遠隔局１０４には特定のＤＴ期間が割り当てられ、聴取は順次行われる。各遠隔局１０４は、その指定されたＤＴ中にＲＣ１０８を聴取し、そのＤＴ中にチャネルがクリアである場合、そのステーションはデータを送信することができる。より具体的には、ＣＣＡ２０２段階中、各遠隔局１０４は、その割り振られたＤＴまでＲＣ１０８の聴取を待機する。ＤＴ１３０２を有する第１遠隔局（例えば識別（ＩＤ）１が指定された遠隔局）は、まずＲＣ１０８を聴取する。ＤＴ１３０２の満了後、第２遠隔局（例えばＩＤ２が指定された遠隔局）が、期間ＤＴ２３０４にＲＣ１０８を聴取する。同様に、「第ｎ」遠隔局は、ＤＴｎ３０６の開始まで、そのＤＴ期間にＲＣ１０８を聴取することを待機する。基地局１０２に送信するデータを有する遠隔局は、その遠隔局がその指定されたＤＴでＲＣ１０８を聴取しており、他の遠隔局１０４が送信中ではないこと（すなわち、クリアチャネルが存在すること）を確認したときにだけそれを行う。上記の例では、第１遠隔局が送るデータを有さない場合、そのステーションは、ＲＣ１０８を聴取することにＤＴ１３０２を費し、送信を行わない（クリアチャネルが存在する場合であっても）。

第２遠隔局は、ＤＴ２３０４でＲＣ１０８の聴取を開始し、クリアチャネル条件を満たすか否かを評価する。先行する遠隔局（すなわち第１遠隔局）がデータを有さず、他のステーション（例えば「第ｎ」遠隔局）がまだ送信する機会を得ていない場合、チャネルはクリアである。第２遠隔局が送信するデータを有さない場合、第２遠隔局は、第１遠隔局と同様にＲＣ１０８を介して送信することなく、ＤＴ２３０４の間ＲＣ１０８を聴取する。しかし、第２遠隔局が送信するデータを有する場合、第２遠隔局は、クリアチャネルが存在するというステーションの評価の直後にＲＣ１０８を介してデータを送信する。本発明によれば、第２遠隔局は、ＲＣ１０８のこの発生に関して割り振られた期間、またはＲＣが満了するまで、そのすべてのデータを送信する。ＤＴ２３０４が満了し、ＤＴｎ３０６の間、「第ｎ」遠隔局は、ＲＣ１０８を聴取し始め、第２遠隔局がまだデータを送信中であることを検出する。したがって、「第ｎ」遠隔局は、ＲＣ１０８がクリアチャネルではない（ビジー）と評価し、この特定のＲＣ１０８期間中に、データを有する場合であってもデータを送信しない。

すべての遠隔局１０４がデータを基地局１０２に送信するための等しい機会を有するように保証するために、連続するＲＣの発生中にＤＴ（例えば３０２、３０４、および３０６）の順序を変更することができる。そうでない場合、低次のＤＴを有する遠隔局１０４（この例では、第１および第２遠隔局）が、常に高次のＤＴを有する遠隔局（この例では、「第ｎ」遠隔局）よりも高い優先順位を有することになる。ＤＴを動的に割り振る方式を各遠隔局１０４で事前構成することができ、その結果基地局１０２は、それを管理する貴重な処理資源および時間を浪費しない。それでも、基地局１０２は、制御パケットを送信して、事前構成された動的割振り方式を無効にすることができ、またはＤＴ順序を新しい順序にリセットすることができる。

図４は、本発明の全二重実施形態４００における、ＤＴの回転（DT rotation）を伴う一連のＦＣ（４０２、４０４、４０６、４０８）、ＲＣ（４１０、４１２、４１４）、およびＣＣＡ（４１６、４１８、４２０）の発生の詳細な図である。ＦＣ４０２の後、かつＲＣ４１０の始めに、第１遠隔局は、ＤＴ１４２２の間チャネルを聴取する。次に第２遠隔局は、ＤＴ２４２４の間聴取し、最後に「第ｎ」遠隔局がＤＴｎ４２６の間聴取する。次いで、次のＲＣ発生（ＲＣ４１２）に関して、ＤＴがラウンドロビン式に回転される。図示するように、ＲＣ４１２の間、最後に聴取した遠隔局（この例では「第ｎ」遠隔局）が、そのＤＴ４２６がＣＣＡ４１８の最初にシフトされるので、最初に聴取する。他の遠隔局ＤＴは、ＤＴｎに等しい期間だけ後の時間に生じるようにシフトされる。動作時間にわたって、回転により、データを送信するための等しい機会が各遠隔局１０４に与えられる。当業者に明らかであろうが、ＤＴ順序の割当ておよび変更は、図示するラウンドロビン方式以外の他のアルゴリズムを用いて容易に達成することができる。帯域幅への等しいアクセスが、時間に敏感なトラフィックをサポートし、または短くかつ一貫した遅延を必要とする実施形態にとって重要な特徴である。例えば、遅延の大きな変動はジッタを引き起こしがちであるので、ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰは、短い遅延だけでなく、一貫した遅延も必要とする。さらに、本発明の実施形態は他のＤＴ構造でも実施することができる。例えば、他の遠隔局が回転中に、１つまたは複数の遠隔局に所定の固定ＤＴスロットに割り当てることができる。このような実施形態では、いくつかの遠隔局に対する優先順位を達成することができる。

前述のように、本発明を複数のゾーンで実施することができる。図５に、物理的位置に従ってグループ化された３ゾーンネットワークシステム５００を示す。この指定の数は単なる例である。例えば、ネットワークシステム５００は第１ゾーン５１０（ゾーン１）、第２ゾーン５２０（ゾーン２）、および第３ゾーン５３０（ゾーン３）を含む。各ゾーンは、所与の物理領域内に位置するいくつかの遠隔局１０４をグループ化する。遠隔局１０４は、異なるゾーンの遠隔局が互いに通信することを防止するように区分される。通常、このことは、ゾーン間の地形、例えばゾーン１とゾーン２の間の山５４０、遠隔局間の最大通信距離よりも長いゾーン間の多大な距離距離、例えばゾーン２とゾーン３の間の多大な距離５５０、またはゾーン間の通信を妨げる妨害構造、例えばゾーン３とゾーン１の間の建築物５６０によって規定される。ゾーニングは、１つの基地局１０２が、１つまたは複数の密にグループ化された遠隔局１０４を有する散在する村々を処理することができる地方の環境で特に有用である。

図６は、本発明による２ゾーン（ゾーン１およびゾーン２）システム６００における、一連のＦＣ（６０２、６０４、６０６、６０８）、ＲＣ（６１０、６１２、６１４）、およびＣＣＡ（６１６、６１８、６２０）の詳細な図である。この実施形態では、ＩＤアドレス１から１００が割り当てられた遠隔局１０４がゾーン１内に構成され、ＩＤアドレス１０１から２５６が割り当てられた遠隔局がゾーン２内に構成される。ゾーン１内の遠隔局は、リバースチャネルの最初の発生時（この場合ＲＣ６１０）に送信する。ゾーン２内の遠隔局は、リバースチャネルの２番目の発生時（この場合ＲＣ６１２）に送信する。その後で、ゾーン１内の遠隔局がリバースチャネルの続く発生時（この場合ＲＣ６１４）に再び送信し、以下同様である。この好ましい実施形態では、所与のゾーン内の遠隔局は、そのゾーン内の遠隔局だけを聴取する。

この好ましい実施形態では、ＤＴ順序の変更は、各ゾーンで独立に行われ、上記で開示した回転方式が使用される。したがって、ゾーン１内の遠隔局に関連するＤＴ（この場合はＤＴ１６２２からＤＴ１００６２４）が、ゾーン１遠隔局が送信することのできる各リバースチャネル（この場合はＲＣ６１０およびＲＣ６１４）で回転される。それに対応して、ゾーン２内の遠隔局に関連するＤＴ（この場合はＤＴ１０１６２６からＤＴ２５６６２８）が各リバースチャネル発生時に回転し、そのようなステーションが送信するように割り当てられる（この場合ＲＣ６１２）。

ゾーンの使用により、互いに物理的に近接する遠隔局のグループ化が可能となる。したがって、各遠隔局は、その割り当てられたゾーン内の遠隔局だけを聴取すればよいので、遠隔局の伝送ハードウェア（例えばアンテナ）が最小に保たれる。さらに、本発明のそのような実施形態により、広々とした地理的エリア内の単一の基地局１０２の保守が可能となると共に、より小さい地理的エリアのゾーンでのグループ化のために、遠隔局１０４でのハードウェアのコストが最小限に抑えられる。基地局に対する伝播遅延がシステムスループットを低減しないように遠隔局にインテリジェンスを移動することにより、効率の向上が達成される。例えば、遠隔局が基地局から５０ｋｍの距離にあるが、遠隔局間の距離が１０ｋｍ未満であるエリアに区分される場合、６４０人の加入者が１０個の遠隔局内に位置すると仮定して、帯域幅の９６．８パーセントが音声ペイロードおよびデータペイロードのために利用可能である。３０個の遠隔局に位置する１９２０人の加入者を有するゾーンでは、帯域幅の８４．２パーセントがデータのために利用可能である。各ゾーン内の遠隔局間の距離が５ｋｍ未満である郊外の環境では、３０個の遠隔局内に位置する１９２０人の加入者で、帯域幅の９１．４パーセントがペイロードのために利用可能である。

あるいは、サービスのタイプに対応するゾーンとして遠隔局をグループ化することもできる。ＤＴの変更は各ゾーンで独立に行われるので、より少ない遠隔局を有するゾーンは、その遠隔局のそれぞれについてより高いアクセス速度を有する。例えば、図６のゾーン１は１００個の遠隔局を有し、ゾーン２は１５６個の遠隔局を有する。したがって、ゾーン１内の各遠隔局のＤＴは、ゾーン２内の遠隔局のＤＴよりも高速に回転する。したがって、ゾーン１の遠隔局は、ゾーン２の遠隔局よりも高い全アクセス速度を有する。

ゾーンの構成および対応するアドレスはネットワーク設計の問題であり、使用される方法は当技術分野で周知であることは、当業者には明らかであろう。例えば、本発明の実施形態では、ｃｌａｓｓ−Ｃ ＩＰサブネットワークを単一のゾーンに割り当てることができる。あるいは、そのような実施形態では、ＩＰマスキングを使用してより少ないまたは多くのＩＰサブネットワークを割り当てることもできる。

本発明の一実施形態では、遠隔局１０４からリバースチャネル１０８を介する送信を待機するデータがデータのタイプによって優先順位付けされる。例えば、アルゴリズムが各遠隔局１０４で実施され、その利用可能な送信時間中に送信されるデータのタイプが優先順位付けされる。本発明の例示的実施形態では、データが、音声データ、制御データ、およびインターネットデータの３つのタイプに分割される。音声データは極めて時間に敏感であるので、送信のための最高の優先順位が与えられる。制御データには次に高い送信優先順位が与えられ、任意のインターネットデータ、例えばＨＴＴＰトラフィックのＥメールには最低の送信優先順位が与えられる。

上記で理解されるように、シングルポイント−固定マルチポイントシステム１００および５００の初期構成プロセスは、基地局１０２と遠隔局１０４の間の通信を較正するように実施される。このことは特に、ステーション間の距離、例えば基地局１０２と新しい遠隔局の間の距離、ならびに既存の遠隔局１０４と新しい遠隔局の間の距離がＲＦ伝播遅延におけるファクタリングにとって極めて重要である既存のネットワークに新しい遠隔局を追加する際に重要である。基地局１０２と新たに追加された遠隔局との間の距離を測定することにより、それに応じてロールオーバ時間を測定および較正することができる。遠隔局１０４と新たに追加された遠隔局との間の距離を測定することにより、ネットワークゾーンに対する最適なドエル時間枠を決定することができる。そのような構成段階の開始前に、基地局１０２は、プロビジョニング情報と、デフォルトドエル期間などのその他のパラメータを含むブロードキャスト制御パケットを、すべての既存の遠隔局１０４および新たに追加された遠隔局に送信する。

図７に、ブロードキャスト制御パケット７００の例示的フォーマットを示す。ブロードキャスト制御パケット７００はヘッダ７０２を含み、ヘッダ７０２は、例えばすべての遠隔局１０４が構成段階に入って新しい遠隔局を追加するように命令する１つまたは複数の命令と、ブロードキャスト制御パケット７００の長さとを含む。ヘッダ７０２に続いて、各遠隔局１０４に関する複数のデータフィールドが設けられる。本発明の例示的実施形態では、３つのデータフィールドが各遠隔局１０４に関連付けられる。例えば、第１フィールド７０４、Ｒ−ＩＤ１は、第１遠隔局１０４のＩＤまたはアドレスを指定し、第２フィールド７０６、Ｚ−ＩＤは第１遠隔局のゾーンを指定し（これは、遠隔局ＩＤまたはアドレスがゾーン間で反復される場合に特に有用である）、第３フィールド７０８、ＤＴａは、第１遠隔局に割り当てられたドエル時間ＤＴを指定する。ネットワーク内の後続の既存の各遠隔局１０４は、対応するデータフィールド内に類似の上方を備える。最後の３つのフィールド７１０、７１２、および７１４は、新たに追加された遠隔局についてのＩＤまたはアドレスと、ゾーンと、ＣＣＡ段階２０２での第１ドエル時間３０２である、割り当てられたドエルタイムスロットＤＴ１とに対応する。複数のゾーンがネットワーク内に存在しない場合、フィールド７０６および７１２を省略することができる。本発明の一実施形態では、特定の遠隔局に関してこれら３つのフィールドを含まないことは、その遠隔局に対して、ネットワークからその遠隔局が一時的または恒久的に除去されることを示す。

図８に、新しい遠隔局が追加されたときにネットワーク１００またはネットワーク５００内のゾーンを構成するプロセス８００を示す。具体的には、基地局１０２は、フォワードチャネル上でブロードキャスト制御パケット７００をすべての遠隔局１０４および新たに追加された遠隔局に送信し（ステップ８０２）、第１構成段階に入るように命令する。この段階の間、新たに追加された遠隔局が第１ドエル時間ＤＴ１を割り当て中であり、他の遠隔局１０４はこのスロットを取り込むことを許可されない。第２スロットＤＴ２から進んで、すべての既存の遠隔局１０４は通常の通り基地局１０２と通信することができる。第１ドエル時間の間、基地局１０２は、（基地局１０２を中心とした）ネットワークの最大の可能な半径を収容するのに十分長い期間待機する。ほぼ同時に、基地局１０２は（ＤＴ１の開始前に）フォワードチャネル上でその送信を終了し、タイマを開始する（ステップ８０４）。新しい遠隔局がブロードキャスト制御パケット７００を受信するとき、新しい遠隔局はそれを処理して、リバースチャネル上で応答を基地局１０２に送信する（ステップ８０６）。新しい遠隔局の応答を受信したとき、基地局１０２はそのタイマを停止する。基地局１０２のタイマの値Ｔｂａｓｅは、ＲＦ信号が基地局１０２と新しい遠隔局との間を移動するのにかかる時間の２倍、および新しい遠隔局が制御メッセージ７００を処理するのにかかる時間に等しい。すなわち、
Ｔｂａｓｅ＝２・ｔｎｅｗ＋Ｐ
上式で、ｔｎｅｗは、ＲＦ信号が基地局１０２と新しい遠隔局との間を一方向に移動するのにかかる時間であり、Ｐは、新しい遠隔局がブロードキャスト制御パケット７００を処理するのにかかる時間である。Ｔｂａｓｅが測定され、Ｐはすべての遠隔局１０４について（実験または理論計算によって）既知であるので、上式からｔｎｅｗを求めることができる。基地局１０２と新しい遠隔局の間の距離は、ｔｎｅｗに光の速度を掛けることによって計算される。これを行うことにより、ロールオーバ時間をそれに応じて調節することができる。この実装は当業者には明らかである。

次いで基地局１０２は、次の利用可能な通信サイクルのフォワードチャネルで、第２ブロードキャスト制御パケットで調節後のロールオーバ時間をすべての遠隔局に送信する。この第２ブロードキャスト制御パケットでは、新しい遠隔局は依然として第１ドエル時間ＤＴ１に割り当てられ、すべての遠隔局は、構成プロセス８００の第２段階に入るように命令され（この間、遠隔局１０４は、以下のように振る舞い、構成が完了するまで通常の通信を中止する）、すべてのドエル時間の長さがデフォルト長に設定され、すべての遠隔局１０４は新しい遠隔局を聴取することができることになることが保証される。例えば、ドエル時間のデフォルト長は、遠隔局間の最大の可能な通信距離、例えば５０ｋｍを光の速度で割ったものに等しい。この第２段階では、各遠隔局１０４は、ロールオーバ時間枠の満了時にタイマを開始する（ステップ８１２）。同時に、新しい遠隔局は、他の遠隔局１０４のすべてに信号を送信する。この信号の受信時に、各遠隔局１０４はそのタイマを停止し（ステップ８１４）、次いで、リバースチャネルが利用可能となったときに基地局１０２にタイマ値を送信する（ステップ８１６）。受信したすべてのタイマ値に基づいて、基地局は、送信された最大時間値、すなわち新しい遠隔局から最も遠く離れた遠隔局１０４でメッセージを受信するのにかかる時間を求め、後続の通信サイクルでのＤＴの長さを少なくともこの値に設定する（ステップ８１８）。これにより、ドエル時間を割り当て中のあらゆる遠隔局１０４が新しい遠隔局からリバースチャネル活動を検出することができるように保証される。

本明細書で開示される本発明の仕様を考慮し、実施することにより、本発明の他の実施形態および用途が当業者には明らかになるであろう。本発明を本発明のいくつかの好ましい実施形態を参照しながら具体的に図示し説明したが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および細部の様々な変更を行えることを当業者は理解されよう。

本発明によるシングルポイント−固定マルチポイントワイヤレスデータ通信システムの配置図である。 図２Ａおよび２Ｂは、本発明による、フォワードチャネルおよびリバースチャネルを使用する半二重および全二重システムの高レベル図である。 本発明による、フォワードチャネル、リバースチャネル、およびクリアチャネル評価段階の詳細な図である。 本発明による、ドエル時間の回転を伴う連続する一連のフォワードチャネル、リバースチャネル、およびクリアチャネル評価の発生の詳細な図である。 本発明による、複数のゾーンに分割されたシングルポイント−固定マルチポイントワイヤレスデータ通信システムの配置図を示す図である。 本発明による、連続する一連のフォワードチャネル、リバースチャネル、およびクリアチャネル評価の発生の詳細な図である。 本発明による制御パケットを示す図である。 本発明による、新しい遠隔局をネットワークに追加するプロセスを示す図である。

Claims (41)

1. フォワードチャネル信号を供給することのできる基地局と、
   （ｉ）前記フォワードチャネル信号を監視することができ、（ｉｉ）クリアチャネル評価間隔中にリバースチャネルを監視することができ、（ｉｉｉ）前記リバースチャネルがクリアであるときにリバースチャネル信号を送信することのできる複数の遠隔局と
   を備える単一ポイント−マルチポイント通信システムであって、
   前記複数の遠隔局が、第１ゾーンおよび第２ゾーンを含む少なくとも２つのゾーン間に分散され、前記第１ゾーンの遠隔局が、第１クリアチャネル評価間隔中に前記リバースチャネルを監視し、前記第２ゾーンの遠隔局が、第２クリアチャネル評価間隔中に前記リバースチャネルを監視するシステム。
2. 前記フォワードチャネル信号およびリバースチャネル信号がワイヤレスチャネル信号である請求項１に記載のシステム。
3. 前記前記ワイヤレスチャネル信号が平行スペクトラム拡散信号である請求項２に記載のシステム。
4. 前記フォワードチャネル信号およびリバースチャネル信号が優先チャネル信号を含む請求項１に記載のシステム。
5. 前記第１および第２ゾーンが地理的に分離される請求項１に記載のシステム。
6. 前記基地局が、前記リバースチャネル上で符号化された情報を受信することができ、前記遠隔局が、前記フォワードチャネル上で符号化された情報を受信することができる請求項１に記載のシステム。
7. 前記情報がデジタル化音声およびデータを含む請求項６に記載のシステム。
8. 前記遠隔局がそれぞれ、前記デジタル化音声の送信を前記データよりも高く優先順位付けする手段を備える請求項７に記載のシステム。
9. 前記遠隔局にＩＰアドレスが割り当てられる請求項１に記載のシステム。
10. 前記第１クリアチャネル評価間隔がドエル時間を含み、前記第１ゾーンの遠隔局のそれぞれが、前記第１クリアチャネル評価間隔ドエル時間のうちの排他的に割り当てられた１つの間、前記リバースチャネルを監視する請求項１に記載のシステム。
11. 前記第２クリアチャネル評価間隔がドエル時間を含み、前記第２ゾーンの遠隔局のそれぞれが、前記第２クリアチャネル評価間隔ドエル時間のうちの排他的に割り当てられた１つの間、前記リバースチャネルを監視する請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第１クリアチャネル評価間隔ドエル時間および第２クリアチャネル評価間隔ドエル時間がラウンドロビン式に独立に回転する請求項１１に記載のシステム。
13. 前記フォワードチャネル信号が所定のフォワードチャネル間隔中に供給され、前記リバースチャネル信号が所定のリバースチャネル間隔中に供給される請求項１に記載のシステム。
14. 前記フォワードチャネル信号およびリバースチャネル信号が全二重信号である請求項１に記載のシステム。
15. 基地局と、第１ゾーンおよび第２ゾーンを含む少なくとも２つのゾーン間に分散する複数の遠隔局とを有するシングルポイント−固定マルチポイントシステムのための方法であって、
    前記基地局からフォワードチャネル信号を送信するステップと、
    前記複数の遠隔局のそれぞれで前記フォワードチャネル信号を監視するステップと、
    第１クリア評価間隔内の排他的に割り当てられたドエル時間中に前記第１ゾーンの遠隔局のそれぞれでリバースチャネルを監視するステップと、
    第２クリア評価間隔内の排他的に割り当てられたドエル時間中に前記第２ゾーンの遠隔局のそれぞれでリバースチャネルを監視するステップと、
    第１遠隔局に排他的に割り当てられたドエル時間中に前記リバースチャネルがクリアであり、かつ前記第１遠隔局が前記基地局に送る情報を有する場合、前記第１遠隔局からリバースチャネル信号を送信するステップと
    を含む方法。
16. 前記フォワードチャネル信号およびリバースチャネル信号がワイヤレスチャネル信号である請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１および第２ゾーンが地理的に分離される請求項１５に記載の方法。
18. 前記リバースチャネル信号がデジタル化音声およびデータを含む請求項１５に記載の方法。
19. 前記デジタル化音声の送信を前記データよりも高く優先順位付けするステップをされに含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記遠隔局にＩＰアドレスが割り当てられる請求項１８に記載の方法。
21. 前記第１および第２クリアチャネル評価間隔がそれぞれ複数のドエル時間を含み、
    前記第１クリアチャネル評価間隔の前記複数のドエル時間および前記第２クリアチャネル評価間隔の前記複数のドエル時間をラウンドロビン式に独立に回転するステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
22. 前記フォワードチャネル信号およびリバースチャネル信号が全二重信号である請求項１５に記載の方法。
23. 固有遠隔局アドレスを複数の遠隔局のそれぞれに割り振るステップをさらに含む請求項１５に記載の方法。
24. フォワードチャネル信号を供給する基地局と、
    複数の遠隔局であって、各遠隔局が、前記フォワードチャネル信号を監視し、クリアチャネル評価間隔内の割り当てられた期間内にリバースチャネルを監視し、前記割り当てられた期間内に前記リバースチャネルがクリアであるとき、リバースチャネル信号を供給し、前記フォワードチャネル信号およびリバースチャネル信号が平行スペクトラム拡散通信信号を含む複数の遠隔局と
    を備える多重アクセス通信システム。
25. 前記フォワードチャネル信号および前記リバースチャネル信号がデータパケットを含む請求項２４に記載のシステム。
26. 前記データパケットがデジタル化音声およびデータを含む請求項２５に記載のシステム。
27. 前記フォワードチャネルがアドレスを含む請求項２４に記載のシステム。
28. 前記アドレスがブロードキャストアドレスである請求項２７に記載のシステム。
29. 前記アドレスがセミブロードキャストアドレスである請求項２７に記載のシステム。
30. 前記アドレスがインターネットプロトコルアドレスである請求項２７に記載のシステム。
31. 第１遠隔局に、第１の組のアドレスから第１遠隔局アドレスが割り当てられ、第２遠隔局に、第２の組のアドレスから第２遠隔局アドレスが割り当てられる請求項２４に記載のシステム。
32. 前記第１の組のアドレスが第１ゾーンを形成し、前記第２の組のアドレスが第２ゾーンを形成する請求項２４に記載のシステム。
33. 各遠隔局に、１組のアドレスから遠隔局アドレスが割り当てられ、前記１組のアドレスがインターネットサブネットワークを形成する請求項２４に記載のシステム。
34. 前記割り当てられた期間がドエル時間であり、前記遠隔局のそれぞれが、前記所定のドエル時間中に前記クリア評価チャネル間隔を監視する請求項２４に記載のシステム。
35. 前記ドエル時間のそれぞれが等しい期間である請求項３４に記載のシステム。
36. 各遠隔局にドエル時間が動的に割り当てられる請求項３５に記載のシステム。
37. 前記ドエル時間が、複数の遠隔局にラウンドロビン式に割り当てられる請求項３６に記載のシステム。
38. 前記フォワードチャネル信号が、所定のフォワードチャネル間隔中に供給され、前記リバースチャネル信号が、所定のリバースチャネル間隔中に供給される請求項２４に記載のシステム。
39. 前記フォワードチャネル間隔、前記リバースチャネル間隔、および前記クリアチャネル評価間隔の間にガード時間をさらに含む請求項３８に記載のシステム。
40. 前記ガード時間が、前記フォワードチャネル間隔、前記リバースチャネル間隔、および前記クリアチャネル評価間隔の始めおよび終わりに配置される請求項３９に記載のシステム。
41. 前記ガード時間が、前記フォワードチャネル間隔の始めおよび終り、ならびに前記リバースチャネル間隔および前記クリアチャネル評価間隔の終わりに配置される請求項３９に記載のシステム。
    
    

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