JP2008522502A - 低減デューティサイクル信号を使用して周波数帯域を共有する方法 - Google Patents

Abstract

データを伝送する方法が提供される。第１デバイス（１２１）は、第１デューティサイクルを有し、あるタイムスロット（２６０）内に第１ゲート制御オン部分（３２３）および第１ゲート制御オフ部分（３２６）を含む第１信号（３２０）を生成し、第２デバイス（１２５）は、第２デューティサイクルを有し、同じタイムスロット（２６０）内に第２ゲート制御オン部分（３３３）および第２ゲート制御オフ部分（３３６）を含む第２信号（３３０）を生成する。第１制御オン部分（３２３）は、タイムスロット（２６０）の第１セグメント中に生成され、第１ゲート制御オフ部分（３２６）は、タイムスロット（２６０）の第２セグメント中に生成され、一方、第２ゲート制御オン部分（３３３）は、第２セグメント中に生成され、第２ゲート制御オフ部分（３３６）は、第１セグメント中に生成される。第１および第２デューティサイクルは、個々に１００％より小さく、第１デューティサイクルと第２デューティサイクルの和は１００％より小さい。

Description

本発明は、一般に、超広帯域（ＵＷＢ）システムについて使用されるものを含む時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）信号伝送方式に関する。特に、本発明は、個々の割り当てられたタイムスロットが、それぞれが複数のデバイスに割り当てられた、より小さな基準タイムスロットに分割される、ＴＤＭＡ信号伝送方式に関する。本発明の特定の態様は、複数のデバイスが、１００％より低いデューティサイクルで伝送し、２つ以上のデバイスが、同じ基準タイムスロット中を伝送するが、それらの信号が、１つまたは複数の他のデバイスの信号と干渉しないように互いにインタリーブされているＴＤＭＡ方式に関する。本発明の別の態様は、各デバイスからの伝送が、種々の規制当局が課す電力限界に違反しないように基準タイムスロットおよび伝送信号の特性を選択することに関する。

無線ネットワークを動作させるときに、複数のネットワークまたは複数のデバイスが、同じ周波数帯域を使用して同じチャネルを通じて動作しようとするときに問題が起こる可能性がある。あるネットワークからの伝送が、他のネットワークからの伝送に干渉しないように、ある方法でネットワークを分離するように、ある種の方式が実施されなければならない。

複数のネットワークまたはデバイスを扱う１つのオプションは、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）方式を使用することである。こうした実施態様は、狭周波数帯システムで使用されることが多い。ＦＤＭＡ方式では、異なるネットワークまたはデバイスは、それぞれが、異なる周波数帯を割り当てられることによって分離される。その後、各ネットワークまたはデバイスは、スペクトルの割り当てられた部分を使用し始め、他のネットワークが、その割り当てられた周波数部分に干渉しないことを保証されることができる。

しかし、ＵＷＢは、本来、その信号について広い周波数帯を使用するため、これは、ＵＷＢ実施態様に即座に適用可能ではない。実際に、ＵＷＢシステムの場合、伝送のためにできる限り広いスペクトルを使用することが、一般に有利である。非常に広い周波数帯を使用する必要があるため、利用可能なスペクトルを、より小さく、互いに排他的な周波数帯に分割することが実行可能でないこともある。

複数のネットワークを扱う別のオプションは、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）方式を使用することである。ＣＤＭＡ方式では、ネットワークおよびデバイスは、同じ周波数スペクトルを通じて、かつ、同時に伝送するが、それぞれからの信号は、互いに関する干渉を最小にするように特別に選択されたコードを使用してエンコードされる。

しかし、この種類の方式もまた制限を持っている。第１に、重複する所定のネットワークおよびデバイスを分離したままにするのに必要とされる所望のアイソレーション特性を有する極めて多くのコードが存在するだけであり、したがって、所与のエリアにおいて同時に動作することができるネットワークまたはデバイスの数が制限される。第２に、コード分離がどれだけ良好であっても、コードは完全ではない。他のネットワークから伝送へのある程度の漏出が常に存在する。この結果として、異なるネットワークの接近したデバイスは、接近したデバイスによって使用されるコードが、他のネットワークとの干渉を最小にするように選択されるにもかかわらず、同じネットワークの遠くのデバイスをかき消す可能性がある。これは、遠近問題と呼ぶことができる。

複数のネットワークを扱う、なお別のオプションは、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方式である。ＴＤＭＡ方式では、利用可能な伝送時間は、複数のタイムスロットに分割され、各ネットワークまたはデバイスは、タイムスロットの１つまたは複数を割り当てられる。そのため、各デバイスは、利用可能な伝送時間のある部分を、使用するのに与えられ、他の全ての時間の間、サイレントのままであるように強制される。

しかし、このＴＤＭＡ方式は、各ネットワークまたはデバイスが、利用可能な全チャネル時間の間は伝送することを許可されないため、その速度を低下させる。また、重複するネットワークまたはデバイスの数が増加するにつれて、伝送速度が、相応して減少することになる。たとえば、４つの別個のネットワークにわたって均等に分割された１００メガビット／秒（Ｍｂｐｓ）容量が存在する場合、各ネットワークは、２５Ｍｂｐｓの伝送速度に制限されるであろう。

ＴＤＭＡ方式において、より多くのデータを伝送する一方法は、所与のネットワークまたはデバイスについての伝送電力を増加させることである。デジタルシステムでは、たとえば、より強力な信号を使用することは、個々のデータビットがそれぞれ、送出するのに短い時間を必要とすることを意味し、デバイスが、高いデータレートで動作することが可能になる。したがって、大幅に増加した伝送電力は、他のネットワークまたはデバイスが伝送しているときに、時間損失を補償することができる。

しかし、伝送電力を増加させるというこの解決策は、ＵＷＢシステムに対する適用に制限がある。米国において、連邦通信委員会(Federal Communications Commission)（ＦＣＣ）は、ＵＷＢ信号についての最大許容可能伝送電力に限界を課した。また、他の国の同様な当局が、同様な規制を課すことになると思われる、あらゆる理由が存在する。これは、次に、全ての利用可能なネットワークの組み合わせについて最大容量に関する限界を表す。

したがって、ＴＤＭＡ方式がＵＷＢ信号用に使用される場合、時間領域における信号の幅を最小にしながら、任意所与の信号に使用される伝送電力を最大にすることが望ましいであろう。また、ＦＣＣまたは同様な規制当局によって作られた最大信号電力規制に違反することなく、この結果を達成することが望ましいであろう。これは、各ネットワークまたはデバイスが、使用した、利用可能な伝送時間の部分を最小にしながら、データ伝送レートを最大にすることを可能にするであろう。

同じ参照数字が、別個の図を通して、等しいか、または、機能的に類似の要素を指し、また、以下の詳細な説明と共に、本明細書内に組み込まれ、その一部を形成する、添付図は、種々の実施形態をさらに示し、本発明による種々の原理および利点を説明するのに役立つ。

無線ネットワーク
図１は、本発明の開示された実施形態による、無線ネットワーク１００のブロック図である。この実施形態では、ネットワーク１００は、無線パーソナルエリアネットワーク(wireless personal area network)（ＷＰＡＮ）またはピコネット(piconet)である。しかし、本発明は、たとえば、無線ローカルエリアネットワーク(wireless local area networks)（ＷＬＡＮ）または任意の他の適切な無線ネットワークなどの、帯域が何人かのユーザ間で共有される、他の状況に当てはまることが理解されるべきである。

ピコネットが使用されるとき、コーディネータの役目を果たす１つのデバイスを有し（すなわち、そのデバイスは、サーバとして機能する）、一方、他のデバイス（局と呼ばれることがある）は、コーディネータの時間割り当て命令に従う（すなわち、他のデバイスは、クライアントとして機能する）、アドホック的に接続されたデバイスのネットワークを指す。コーディネータは、指定されたデバイス、または、コーディネータとして機能するように選択されたデバイスのうちの１つであることができる。コーディネータと非コーディネータデバイスとの間の１つの主要な差は、コーディネータは、ネットワーク内のデバイスの全てと通信することができなければならず、一方、種々の非コーディネータデバイスは、他の非コーディネータデバイスの全てと通信できる必要はないことである。

図１に示すように、ネットワーク１００は、コーディネータ１１０および複数のデバイス１２１〜１２５を含む。コーディネータ１１０は、ネットワーク１００の動作を制御する働きをする。先に述べたように、コーディネータ１１０およびデバイス１２１〜１２５のシステムは、ピコネットと呼ばれてもよく、その場合、コーディネータ１１０は、ピコネットコーディネータ（ＰＮＣ）と呼ばれてもよい。非コーディネータデバイス１２１〜１２５はそれぞれ、１次無線リンク１３０を介してコーディネータ１１０に接続されなければならず、ピアツーピアリンク(peer to-peer link)とも呼ばれる２次無線リンク１４０を介して、１つまたは複数の他の非コーディネータデバイス１２１〜１２５に接続されてもよい。

さらに、図１は、デバイス間の双方向リンクを示すが、リンクは、一方向リンクとしても示されることができる。この場合、各双方向リンク１３０、１４０は、２つの一方向リンクとして示されることができ、第１リンクは、ある方向に進み、第２リンクは、反対方向に進む。

ある実施形態では、コーディネータ１１０は、システムを調整するさらなる機能とネットワーク１００内の全てのデバイス１２１〜１２５と通信するという要件を除いて、非コーディネータデバイス１２１〜１２５の任意のデバイスと同じ種類のデバイスであってよい。他の実施形態では、コーディネータ１１０は、デバイス１２１〜１２５のうちの１つのデバイスとして機能しない、指定された別個の制御ユニットであってよい。

ある実施形態では、コーディネータ１１０は、非コーディネータデバイス１２１〜１２５とまさに同じデバイスであるであろう。他の実施形態では、コーディネータ１１０は、その機能に専用の別個のデバイスであることができる。さらに、個々の非コーディネータデバイス１２１〜１２５は、コーディネータ１１０の機能要素を含むが、それらを使用せず、非コーディネータデバイスとして機能することができる。これは、いずれのデバイスも、潜在的なコーディネータ１１０であるが、所与のネットワーク内で、１つのデバイスだけが、その機能を実際に果たす場合に当てはまる。

ネットワーク１００の各デバイスは、異なる無線デバイス、たとえば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタル音楽プレーヤ、または他のパーソナル無線デバイスであってよい。

種々の非コーディネータデバイス１２１〜１２５は、コーディネータ１１０が、非コーディネータデバイス１２１〜１２５のそれぞれと首尾よく通信することができる程度に基づいて設定される利用可能な物理的エリア１５０に制限される。コーディネータ１１０と通信することができる、いずれの非コーディネータデバイス１２１〜１２５も（また、その逆も）、ネットワーク１００の利用可能なエリア１５０内にある。しかし、先に述べたように、ネットワーク１００内の全ての非コーディネータデバイス１２１〜１２５が、全ての他の非コーディネータデバイス１２１〜１２５と通信することは必要ではない。
時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）方式
所与のネットワーク１００の利用可能な帯域は、コーディネータ１１０によって、一連の反復スーパーフレームに、時間的に分割されてもよい。これらのスーパーフレームは、利用可能な伝送時間が、種々のタスク間で分割される方法を規定する。データの個々のフレームは、スーパーフレームが定めるタイミングに従って、これらのスーパーフレーム内で転送される。

図２は、本発明の開示された実施形態による、スーパーフレーム、タイムスロット、および基準スロットを含むＴＤＭＡ方式のブロック図である。図２に示すように、利用可能な伝送時間２００は、複数の連続するスーパーフレーム２１０に分割される。この実施形態の個々のスーパーフレーム２１０はそれぞれ、ビーコン期間２２０、競合アクセス期間（ＣＡＰ）２３０、および競合無し期間（ＣＦＰ）２４０を含む。競合無し期間２４０は、さらに、複数の割り当てられたタイムスロット２５０に分割される。それぞれの割り当てられたタイムスロットは、さらに、複数の基準タイムスロット２６０に分割されてもよい。

ビーコン期間２２０は、コーディネータ１１０が、ネットワーク１００内の非コーディネータデバイス１２１〜１２５にビーコンフレームを送出するために取り置かれる。こうしたビーコンフレームは、スーパーフレーム２１０内に、デバイスの動作を編成するための情報を含むであろう。それぞれの非コーディネータデバイス１２１〜１２５は、ネットワーク１００に加わる前にビーコン期間２２０を認識する方法を知っており、ビーコン２２０を使用して、存在するネットワーク１００を識別すると共に、ネットワーク１００内の通信を調整する。

ビーコンフレームは、個々の割り当てられたタイムスロット２５０および基準タイムスロット２６０が割り当てられることになる方法に関する、ネットワーク１００内のデバイス１２１〜１２５によって要求される情報を提供する。特に、ビーコンフレームは、任意の２つのデバイスが、干渉することを防止するために、デバイス１１０、１２１〜１２５が、どのように、また、いつ、伝送することができるかを記録する。

ＣＡＰ２３０は、ネットワーク１００にわたってコマンドまたは非同期データを送信するのに使用される。ＣＡＰ２３０は、多くの実施形態では、かくなってもよいが、そのため、システムは、ＣＦＰ２４０の間だけコマンドを受け渡すことになる。

ＣＦＰ２４０は、複数のタイムスロット２５０を含む。これらのタイムスロット２５０は、それぞれ、１つまたは複数の送信デバイス１１０、１２１〜１２５および１つまたは複数の受信デバイス１１０、１２１〜１２５に、両者間の情報の伝送のために、コーディネータ１１０によって割り当てられる。一般に、それぞれの送信デバイスは、単一の関連する受信機を有することになるが、場合によっては、単一送信機は、同時に複数の受信機に送信することになる。

タイムスロット２５０は、デバイス１１０、１２１〜１２５間で通信を可能にするために設けられる。デバイスは、ビーコン２２０が定める情報に従って通信を行う。タイムスロット２５０のサイズは、実施形態によって変動することができるが、１つまたは複数のデータフレームを伝送するのに十分に大きくあるべきである。

先に述べたように、各タイムスロット２５０はまた、複数の基準タイムスロット２６０に分割されてもよい。基準タイムスロット２６０は、基準サイズ以下であるように設定される。一実施形態では、この基準サイズは、規制機関（ＦＣＣなど）が、それにわたってデバイス１１０、１２１〜１２５の電力を測定する長さである。しかし、代替の実施形態では、基準サイズは、任意の適した値に変更されてもよい。

基準タイムスロット２６０の長さが、割り当てられたタイムスロット２５０の長さに等しい状況では、割り当てられたタイムスロット２５０は、単一基準タイムスロット２６０のみを含むことになり、割り当てられたタイムスロット２５０が、単一基準タイムスロット２６０に等価になる。

本明細書で述べる実施形態は、ＷＰＡＮ（または、ピコネット）の文脈内にあるが、本発明は、たとえば、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）、他の適切な無線ネットワーク、あるいは、帯域が共有されなければならない任意の有線または無線伝送方式のような、帯域が何人かのユーザ間で共有される、他の状況にも当てはまることが理解されるべきである。

スーパーフレーム２１０は、時間的に反復する一定時間構成体である。スーパーフレーム２１０の固有の継続時間は、ビーコン２２０において定められる。実際に、ビーコン２２０は、一般に、スーパーフレーム２１０の継続時間に実際上相当する、ビーコン２２０が反復される頻度に関する情報を含む。ビーコン２２０はまた、それぞれの割り当てられたタイムスロット２５０およびそれぞれの基準タイムスロット２６０に割り当てられた送信機および受信機のアイデンティティ、基準タイムスロット２６０内の信号についての必要な伝送パラメータ、およびコーディネータ１１０のアイデンティティなどの、ネットワーク１００に関する情報を含む。

ネットワーク１００用のシステムクロックは、好ましくは、ビーコン２２０の生成および受信によって同期される。それぞれの非コーディネータデバイス１２１〜１２５は、有効ビーコン２２０の首尾よい受信によって、同期時点を記憶することになり、次に、この同期時点を使用して、自分自身のタイミングを調整することになる。
図２に示されないが、割り当てられたタイムスロット２５０間および基準タイムスロット２６０間に散在したガード時間が存在してもよい。ガード時間が、ＴＤＭＡシステムで使用されて、２つの伝送が、クロック精度の避けられない誤差および空間位置に基づく伝播時間の差のために、時間的に重なることを防止する。
基準タイムスロット
図３は、本発明の開示される実施形態による例示的な基準スロットの信号図である。基準タイムスロットは、複数のデバイスが、単一基準タイムスロットの間に、いずれのデバイスもそれほど多くの電力を送ることなく伝送することを可能にするように形成される。

先に述べたように、ＦＣＣは、設定された測定時間Ｔ_Ｍにわたる所与のＵＷＢデバイスについての許容可能な伝送電力、ならびに、許容可能なピーク−平均比に限界を課した。特に、ＵＷＢ伝送の（２乗平均平方根の平均化を使用した）平均電力が、１ミリ秒にわたって平均された−４１．３ｄＢ／ＭＨｚより小さくなければならないこと、および、ピーク−平均電力が、０ｄＢｍ／５０ＭＨｚピークより小さくなければならないことが要求された。これらのルールの下で換言すれば、ＵＷＢデバイスの出力電力は、１マイクロ秒ブロック（１ＭＨｚに相当する）で測定されるが、測定された電力は、１ミリ秒にわたって平均される。さらに、この平均された出力電力は、１ミリワットより４１．３ｄＢ小さくなければならない。さらに、この伝送の最も大きいピーク電力は、利用可能な帯域の全体にわたって、任意の５０ＭＨｚ帯域窓について１ミリワットより小さくなければならない。他の国の規制当局は、同様な規制を課すことが予想される。

この最大電力制限を満たす一方法は、測定期間Ｔ_Ｍ（この実施形態では、基準タイムスロット長を規定するのに使用される）にわたって、１００％デューティサイクルで一定ＵＷＢ信号３１０を伝送し、一定ＵＷＢ信号３１０の電力レベルを、関連する規制当局が定める電力規制に違反しないように設定することである。しかし、こうした伝送方式が与えられた場合、ピーク−平均電力比は、規制された限界、たとえば、単に約３：１と比較して比較的小さくなる可能性がある。換言すれば、デバイスは、許容されるほどの大きさのピーク−平均電力比で伝送しないことになる。

規制の制限を満たす別の方法は、第１ゲート制御オン部分３２３（すなわち、１つまたは複数のウェーブレットを含む非ゼロ部分）および第１ゲート制御オフ部分３２６（すなわち、ウェーブレットを全く含まないゼロ部分）を含む、低減デューティサイクル（すなわち、１００％より低いデューティサイクル）で第１ＵＷＢ信号３２０を第１デバイスに伝送させることである。デューティサイクルが減少するにつれて、同じ平均電力レベル（すなわち、規制の限界に近づくが、規制の限界を超えない電力レベル）を維持するために、第１ゲート制御オン部分３２３の大きさを増加することができる。第１ゲート制御オン部分３２３の大きさは、その後、ピーク−平均比のいずれかの限界に達するまで（対応するデューティサイクルの減少と共に）増加することができる。ピーク−平均比に限界が設定されなかった場合、利用可能なデューティサイクルに関する下限は、おそらく、ハードウェア限界、すなわち、デューティサイクルが、どれだけ低く落ちるかになり、そして、依然として、必要に応じた信号機能を有することになる。

ここで、第１ＵＷＢ信号３２０は、１００％より低いデューティサイクルを有するため、測定時間の一部に第１ゲート制御オフ部分３２６を含む。この第１ゲート制御オフ部分３２６の間、目下のデバイスは何も伝送せず、伝送チャネルを空いたままにする。これによって、２次ＴＤＭＡ方式が、測定時間継続期間中に使用されることが可能になり、信号が全く伝送されない、この第１ゲート制御オフ部分３２６が活用される。この２次ＴＤＭＡ方式において、１つまたは複数のデバイスは、第１ゲート制御オフ部分３２６の間に伝送することが許可される。

たとえば、第２デバイスは、低減デューティサイクル（すなわち、１００％より低いデューティサイクル）で第２ＵＷＢ信号３３０をも伝送することができる。この第２ＵＷＢ信号３３０は、第２ゲート制御オン部分３３３および第２ゲート制御オフ部分３３６を有し、最大電力およびピーク−平均比に関する規制の制限も満たすであろう。そのため、第２ゲート制御オン部分３３３は、第１ゲート制御オフ部分３２６に重なるように配列されることができ、２つのＵＷＢ信号３２０と３３０との間に干渉が許容されない。

そのため、空間が存在する場合、付加的なデバイスが、付加的なＵＷＢ信号を伝送することができる。たとえば、図３の実施形態では、第３デバイスは、同様に低減デューティサイクル（すなわち、１００％より低いデューティサイクル）で、第３ＵＷＢ信号３４０を伝送する。この第３ＵＷＢ信号３４０は、第３ゲート制御オン部分３４３および第３ゲート制御オフ部分３４６を有し、同様に、最大電力およびピーク−平均比に関する規制の制限も満たすであろう。第３ゲート制御オン部分３４３は、第１ゲート制御オフ部分３２６および第２ゲート制御オフ部分３３６に重なるように配列され、２つのＵＷＢ信号３２０と、３３０と、３４０との間に干渉が許容されない。

さらに、ガードオン部分３２３、３３３、および３４３は、ガード時間Ｔ_Ｇが、隣接するゲート制御オン部分の間に設けられるように配列されることができる。これらのガード時間Ｔ_Ｇは、２つの隣接するゲート制御オン部分が、クロック精度の避けられない誤差および空間位置に基づく伝播時間の差によって時間的に重なることを防止することができる。また、この実施形態では、全ての場合において、一定の値であるように示されるが、代替の実施形態では、ガード時間Ｔ_Ｇの値は、基準タイムスロット２６０内で変動する可能性がある。

図３に開示する実施形態では、３つのデバイスが、測定時間Ｔ_Ｍによって長さが規定された、基準タイムスロット２６０の間に、それぞれ、第１〜第３ＵＷＢ信号３２０、３３０、および３４０を伝送する。第１〜第３ゲート制御オン部分３２３、３３３、および３４３が、測定時間Ｔ_Ｍの１／４である低減デューティサイクル時間Ｔ_ＲＤＣに等しい継続時間を有すると仮定すると、それぞれのＵＷＢ信号３２０、３３０、および３４０は、２５％デューティサイクルで伝送される。第１ゲート制御オン部分３２３は、第２および第３ゲート制御オフ部分３３６および３４６に重なるように配列され、第２ゲート制御オン部分３３３は、第１および第３ゲート制御オフ部分３２６および３４６に重なるように配列され、第３ゲート制御オン部分３４３は、第１および第２ゲート制御オフ部分３２６および３３６に重なるように配列される。ガード時間Ｔ_Ｇは、それぞれのゲート制御オン部分３２３と３３３と３４３との間に設けられる。

この結果として、第１〜第３ＵＷＢ信号３２０、３３０、および３４０は、同時に伝送されるとき、利用可能な伝送媒体を満たす、合成され、かつ、インタリ−ブされたＵＷＢ信号３５０を形成する。しかし、第１〜第３ゲート制御オン部分３２３、３３３、および３４３は、重ならないように配列されるため、３つのデバイスは、互いに干渉することなく、同じ基準タイムスロット２６０の間に（すなわち、同じ測定時間Ｔ_Ｍにわたって）伝送することができる。

また、最大許容可能伝送電力を測定するために、測定時間Ｔ_Ｍが、適切な規制当局が使用する測定時間以下であるように選択される場合、第１〜第３ＵＷＢ信号３２０、３３０、および３４０は全て、個々の全電力値を規制の閾値より低く維持する場合、電力規制に適合するであろう。

さらに、基準タイムスロット２６０は、利用可能なチャネルが分割される最小増分であるため、２つ以上のデバイスが、同じ基準タイムスロット２６０の間に伝送することを割り当てられる場合、いずれのデバイスも、他のデバイスが伝送することを妨げないため、２つ以上のデバイスは、実際上同時に伝送する。こうして、両方のデバイスは、干渉することなく、利用可能な全チャネル帯域を使用することができる。

図３は、３つのデバイスが、それぞれ、２５％デューティサイクルで、測定時間Ｔ_Ｍ（すなわち、基準タイムスロット２６０）の間に伝送する実施形態を開示するが、代替の実施形態は、選択される、伝送デバイスの数および正確なデューティサイクルを変えることができる。たとえば、基準タイムスロット２６０は、２つのデバイスだけの間で、または、４つ以上のデバイスの間で分割されてもよい。

さらに、別個のＵＷＢ信号３２０、３３０、３４０が、同じデューティサイクルを有する必要はない。必要とされる全ては、各デバイスが、１００％より低いデューティサイクルで伝送する（すなわち、各デバイスは、ある程度のゲート制御オフ部分を許容する）こと、および、デューティサイクルの全ての和は、１００％以下である（すなわち、ゲート制御オン部分の全サイズは、重ならないように配列されることができるようなものである）ことである。また、ガード時間Ｔ_Ｇが使用される場合、ゲート制御オン部分について許容される利用可能な全デューティサイクルは、ガード時間Ｔ_Ｇを設けるために、適切な量だけ減少しなければならないことになる。

この実施形態では、基準タイムスロット２６０のサイズは、関連する規制当局が採用する測定時間Ｔ_Ｍで決まることが留意されるべきである。たとえば、ＦＣＣは、現在のところ、１ミリ秒の測定時間Ｔ_Ｍを設定した。しかし、ＦＣＣは、この測定時間Ｔ_Ｍを変更することができ、または、他の管轄の他の当局は、異なる値を使用することができる。それでも、基準タイムスロット２６０のサイズは、相応して変動する可能性があり、関連するゲート制御オン部分３２３、３３３、および３４３内のウェーブレットの量は、相応して多いか、または、少ない。

代替の実施形態は、規制の測定時間Ｔ_Ｍに比べて、サイズが大きい基準タイムスロット２６０を採用することができる。しかし、規制の全電力要件を満たすために、どのＵＷＢ伝送も電力限界に違反しないように、許容可能なデューティサイクルをさらに減少させることが必要であることになる。

さらに、図３は、種々のＵＷＢ信号３１０、３２０、３３０、および３４０のそれぞれの部分について、反復正弦波のみを示すが、これは、例を挙げるに過ぎない。異なる実施形態では、ＵＷＢ信号は、異なるウェーブレット形状、異なる数のウェーブレットを含むことができ、ウェーブレットは、デジタルデータに関してエンコードされることができる。しかし、デューティサイクルの選択ならびにゲート制御オン部分およびゲート制御オフ部分の配置は、図３に関して示した手順と同じであることになる。

図４は、本発明の開示される実施形態による、基準スロットの異なる実施態様のブロック図である。図４のブロック図は、陰影ボックスによって、所与の信号の累積電力を表す。結果として、この図は、それぞれのＵＷＢ信号のゲート制御オン部分のみを示す。

図４に示すように、ゲートオン部分のサイズおよび形状は、単一基準タイムスロット内で変動する可能性がある。図４は、３つの例示的な基準タイムスロット４１０、４２０、および４４０を示す。

第１の例示的な基準タイムスロット４１０は、４つの同じ第１ゲート制御オン部分４０５を含み、４つの同じ第１ゲート制御オン部分４０５は、ある部分を任意の他の第１ゲート制御オン部分４０５から分離するガード時間４１５を、それぞれの部分が有するように、インタリーブして配列される。

第２の例示的な基準タイムスロット４２０は、異なる、第１〜第４のゲート制御オン部分４０５、４２５、４３０、および４３５を含む。これらのゲート制御オン部分４０５、４２５、４３０、および４３５はそれぞれ、基準タイムスロット４２０の長さにわたってできる限り大きい全電力を有し、一方、全電力またはピーク−平均比のいずれの規制の要件にも違反しないような、デューティサイクルおよび最大電力を有するように設計される。

ゲート制御オン部分４０５、４２５、４３０、および４３５の多様性についての１つの考えられる理由は、ＵＷＢデバイスの発展である場合がある。初期の実施態様では、ＵＷＢ信号は、設定された最小デューティサイクルになるように作ることができるだけである。しかし、ＵＷＢ技術が進歩するにつれて、低いデューティサイクル、高いデューティサイクルを実施することができる。基準タイムスロット２６０内で動作するために、個々のＵＷＢ信号が、同じである必要がないため、本発明は、これに対処するであろう。古いＵＷＢ信号は、古いＵＷＢ信号が、ゲート制御オン部分に重ならないように配列される場合、新しいＵＷＢ信号と一緒に伝送されることができる。

実際に、第３の例示的な基準タイムスロット４４０は、デューティサイクルが減少し、ＵＷＢ信号のゲート制御オン部分４２５および４３５が、幅を減少させるにつれて、大きい数のＵＷＢ信号を、同じ基準タイムスロット２６０内に嵌めることができることを示す。図４に示す第３の例示的な基準タイムスロット４４０では、８つの別個のＵＷＢ信号からの８つの別個のゲート制御オン部分４２５および４３５が示される。こうして、８つの別個のデバイスは、同じ基準タイムスロット２６０の間に伝送することができる。
システム動作
基準タイムスロットの使用は、ローカルネットワークが、対処すべき隣接ネットワークまたは子ネットワークを有するときに、特に効果がある可能性がある。空間的に非常に接近しているため、隣接ネットワークまたは親／子ネットワークは、ローカルネットワークに関する利用可能なチャネルを共有しなければならない。通常の状況下では、これは、ネットワーク（ローカル、隣接、子）がそれぞれ、干渉を回避するために、利用可能なチャネル時間の何分の１かを受容しなければならないことを意味する。しかし、基準タイムスロット内でインタリーブされ、低減されたデューティサイクルのＵＷＢ伝送を使用することによって、それぞれのネットワークが、利用可能なチャネル時間の全てまたはほとんどを効率的に使用することが可能になる。

図５は、本発明の開示される実施形態による、関連する子ネットワークおよび隣接ネットワークを有するローカルネットワークのブロック図である。図５に示すように、ローカルネットワーク１００ａは、ローカルネットワーク１００ａ内のデバイスの回りに形成された子ネットワーク１００ｂ、および、ローカルネットワーク１００ａに隣接して形成された隣接ネットワーク１００ｃを備える。

ローカルネットワーク１００ａは、ローカルコーディネータ１１０ａおよび第１〜第５ローカル非コーディネータデバイス１２１ａ〜１２５ａを含む。図１に関して先に述べたように、ローカルコーディネータ１１０ａは、１次ローカル無線リンク１３０ａを介してローカル非コーディネータデバイス１２１ａ〜１２５ａのそれぞれと通信し、一方、ローカル非コーディネータデバイス１２１ａ〜１２５ａは、２次ローカル無線リンク１４０ａを介して互いと通信する。

子ネットワーク１００ｂは、子コーディネータ１１０ｂならびに第１および第２の子非コーディネータデバイス１２１ｂおよび１２２ｂを含む。この例では、子コーディネータ１１０ｂは、第３ローカルデバイス１２３ａと同じである。図１に関して先に述べたように、子コーディネータ１１０ｂは、１次子無線リンク１３０ｂを介して子非コーディネータデバイス１２１ｂおよび１２２ｂと通信し、一方、子非コーディネータデバイス１２１ｂおよび１２２ｂは、２次子無線リンク１４０ｂを介して互いと通信する。

隣接ネットワーク１００ｃは、隣接コーディネータ１１０ｃならびに第１および第２の隣接非コーディネータデバイス１２１ｃおよび１２２ｃを含む。図１に関して先に述べたように、隣接コーディネータ１１０ｃは、１次隣接無線リンク１３０ｃを介して隣接非コーディネータデバイス１２１ｃおよび１２２ｃと通信し、一方、隣接非コーディネータデバイス１２１ｃおよび１２２ｃは、２次隣接無線リンク１４０ｃを介して互いと通信する。さらに、隣接コーディネータ１１０ｃは、第３無線リンク５６０を通してローカルコーディネータ１１０ａと通信する。

この例示的な重複するネットワークのセットは、チャネルを共有するために、基準タイムスロットにおいて、インタリーブされ、低減されたデューティサイクルのＵＷＢ信号を使用することができるいくつかの状況を示す。

チャネルを共有する一方法は、単一ネットワーク内のデバイス間で起こる。従来のＴＤＭＡ方式を使用して、第１および第２のローカルデバイス１２１ａおよび１２２ａがデータを受け渡したいと思い、また、第４および第５のローカルデバイス１２４ａおよび１２５ａがデータを受け渡したいと思った場合、互いに関する干渉を回避するために、それらのデバイスは、それぞれ、異なる割り当てられたタイムスロット２５０内でデータを受け渡さなければならないであろう。しかし、上述した低減デューティサイクル伝送を使用して、先の例における各デバイス対は、基準タイムスロット２６０内で異なる位置を割り当てられることができ、２つの伝送は、同じ割り当たれたタイムスロット２５０の間に起こることができる。

たとえば、第１および第２のローカルデバイス１２１ａおよび１２２ａは、低減デューティサイクルＵＷＢ信号のゲート制御オン部分を伝送するために、基準タイムスロット２６０内の第１位置を割り当てられることができ、一方、第４および第５のローカルデバイス１２４ａおよび１２５ａは、低減デューティサイクルＵＷＢ信号のゲート制御オン部分を伝送するために、基準タイムスロット２６０内の第２位置を割り当てられることができる。タイムスロットが、図３の例によって示すように配列される場合、第１位置は、第１ＵＷＢ信号３２０に相当することができ、第２位置は、第２ＵＷＢ信号３３０に相当することができる。

同様に、チャネルが、親ネットワークと子ネットワークとの間で共有されることができる。従来のＴＤＭＡ方式を使用して、第１および第２のローカルデバイス１２１ａおよび１２２ａがデータを受け渡したいと思い、また、第１および第２の子デバイス１２１ｂおよび１２２ｂがデータを受け渡したいと思った場合、互いに関する干渉を回避するために、それらのデバイスは、異なる割り当てられたタイムスロット２５０内でデータを受け渡さなければならないであろう。しかし、上述した低減デューティサイクル伝送を使用して、先の例における各デバイス対は、基準タイムスロット２６０内で異なる位置を割り当てられることができ、２つの伝送は、同じ割り当たれたタイムスロット２５０の間に起こることができる。

上記のように、第１および第２のローカルデバイス１２１ａおよび１２２ａは、低減デューティサイクルＵＷＢ信号のゲート制御オン部分を伝送するために、基準タイムスロット２６０内の第１位置を割り当てられることができ、一方、第１および第２の隣接デバイス１２１ｃおよび１２２ｃは、低減デューティサイクルＵＷＢ信号のゲート制御オン部分を伝送するために、基準タイムスロット２６０内の第２位置を割り当てられることができる。やはり、タイムスロットが、図３の例によって示すように配列される場合、第１位置は、第１ＵＷＢ信号３２０に相当することができ、第２位置は、第２ＵＷＢ信号３３０に相当することができる。

同様に、チャネルが、隣接ネットワーク間で共有されることができる。従来のＴＤＭＡ方式を使用して、第１および第２のローカルデバイス１２１ａおよび１２２ａがデータを受け渡したいと思い、また、第１および第２の隣接デバイス１２１ｃおよび１２２ｃがデータを受け渡したいと思った場合、互いに関する干渉を回避するために、それらのデバイスは、異なる割り当てられたタイムスロット２５０内でデータを受け渡さなければならないであろう。しかし、上述した低減デューティサイクル伝送を使用して、先の例における各デバイス対は、基準タイムスロット２６０内で異なる位置を割り当てられることができ、２つの伝送は、同じ割り当たれたタイムスロット２５０の間に起こることができる。

上記のように、第１および第２のローカルデバイス１２１ａおよび１２２ａは、低減デューティサイクルＵＷＢ信号のゲート制御オン部分を伝送するために、基準タイムスロット２６０内の第１位置を割り当てられることができ、一方、第１および第２の隣接デバイス１２１ｃおよび１２２ｃは、低減デューティサイクルＵＷＢ信号のゲート制御オン部分を伝送するために、基準タイムスロット２６０内の第２位置を割り当てられることができる。やはり、タイムスロットが、図３の例によって示すように配列される場合、第１位置は、第１ＵＷＢ信号３２０に相当することができ、第２位置は、第２ＵＷＢ信号３３０に相当することができる。

これらの場合のいずれにおいても、チャネル時間の適切な共有を構成するのに必要とされることになる全ては、コーディネータ１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃの全てが、どのネットワークが、また、どのデバイスが、基準タイムスロット２６０内のどの位置を割り当てられたか、に関する情報を受け渡すことである。

実際に、ある実施形態では、基準タイムスロット２６０が、４つのインタリーブされたＵＷＢ信号を収容することができると仮定すると、４つの伝送（ローカルネットワーク１００ａ内の２つの伝送、子ネットワーク１００ｂ内の１つの伝送、および隣接ネットワーク１００ｃ内の１つの伝送）全てを一度に起こらせることが可能であることになる。

上記例は、無線チャネルに関連するものとして示されるが、代替の実施形態は、制限されたデータチャネルが、複数のデバイスまたはネットワークの間で共有されなければならない任意の状況に適用することができる。

同様に、上記例は、ＵＷＢ信号に関して使用されるものとして示されるが、この方式は、任意のＴＤＭＡ方式にも当てはまる。
結論
本開示は、本発明の、真の、意図された、また公正な範囲および精神を制限するのではなく、本発明による種々の実施形態を作り、使用する方法を説明することを意図される。先の説明は、網羅的であることを意図されず、まさに開示される形態に本発明を限定することも意図されない。上記教示に鑑みて、変更または変形が可能である。実施形態（複数可）は、本発明の原理およびその実用的な応用の最良の例証を提供し、当業者が、種々の実施形態において、また、考えられる特定の使用に合った種々の変更によって利用することを可能にするように選択され、述べられた。全てのこうした変更および変形は、公正に、法的に、かつ公平に権利が与えられる範囲に従って解釈されるときに、特許についての本出願の係属中に補正することができる添付特許請求項およびその全ての等価物によって規定される本発明の範囲内にある。上述した種々の回路は、実施態様によって望まれるように、ディスクリート回路または集積回路で実施されることができる。

本発明の開示される実施形態による無線ネットワークのブロック図。 本発明の開示される実施形態による、スーパーフレーム、タイムスロット、および基準スロットを含むＴＤＭＡ方式のブロック図。 本発明の開示される実施形態による、例示的な基準スロットの信号図。 本発明の開示される実施形態による、基準スロットの異なる実施態様のブロック図。 本発明の開示される実施形態による、関連する子ネットワークおよび隣接ネットワークを有するローカルネットワークのブロック図。

Claims (25)

1. データの伝送を調整する方法であって、
   利用可能な伝送チャネルを複数の基準タイムスロットに分割する工程と、
   同複数の基準タイムスロットから選択される第１基準タイムスロット内で、第１ゲート制御オン部分および第１ゲート制御オフ部分を含む第１低減デューティサイクル信号を生成することを、第１デバイスに割り当てることであって、それによって、前記第１ゲート制御オン部分は、前記第１基準タイムスロットの第１セグメント中に生成され、前記第１ゲート制御オフ部分は、前記第１基準タイムスロットの第２セグメント中に生成される、第１デバイスに割り当てる工程と、
   前記第１基準タイムスロット内で、第２ゲート制御オン部分および第２ゲート制御オフ部分を含む第２低減デューティサイクル信号を生成することを、第２デバイスに割り当てることであって、それによって、前記第２ゲート制御オン部分は、前記第１基準タイムスロットの前記第２セグメント中に生成され、前記第２ゲート制御オフ部分は、前記第１基準タイムスロットの前記第１セグメント中に生成される、第２デバイスに割り当てる工程と、を含み、
   前記第１低減デューティサイクル信号は、１００％より小さい第１デューティサイクルを有し、
   前記第２低減デューティサイクル信号は、１００％より小さい第２デューティサイクルを有し、
   前記第１と第２デューティサイクルの合計は、１００％以下であるデータの伝送を調整する方法。
2. 前記第１基準タイムスロット内で、第３ゲート制御オン部分および第３ゲート制御オフ部分を含む第３低減デューティサイクル信号を生成することを、第３デバイスに割り当てることであって、それによって、前記第３ゲート制御オン部分は、前記第１基準タイムスロットの第３セグメント中に生成され、前記第３ゲート制御オフ部分は、前記第１基準タイムスロットの前記第１および第２セグメント中に生成される、第３デバイスに割り当てる工程をさらに含み、
   前記第３低減デューティサイクル信号は、１００％より小さい第３デューティサイクルを有し、
   前記第１、第２、および第３デューティサイクルの合計は、１００％以下である請求項１に記載のデータの伝送を調整する方法。
3. 前記第１および第２ゲート制御オン部分は、ガードバンドによって分離される請求項１に記載のデータの伝送を調整する方法。
4. 前記ガードバンドは、３０ナノ秒〜１０マイクロ秒である請求項３に記載のデータの伝送を調整する方法。
5. 前記基準タイムスロットは、１マイクロ秒〜２ミリ秒の長さを有する請求項１に記載のデータの伝送を調整する方法。
6. 前記第１および第２デューティサイクルは同じである請求項１に記載のデータの伝送を調整する方法。
7. 前記第１および第２デューティサイクルは異なる請求項１に記載のデータの伝送を調整する方法。
8. 前記第１および第２デバイスは、前記第１および第２デバイスが、同じネットワーク内にあるという関係、前記第１デバイスが親ネットワーク内にあり、前記第２デバイスが子ネットワーク内にあるという関係、および、前記第１および第２デバイスが、隣接するネットワーク内にあるという関係のうちの１つの関係を有する請求項１に記載のデータの伝送を調整する方法。
9. 集積回路において実施される請求項１に記載のデータの伝送を調整する方法。
10. 超広周波数帯域デバイスにおいて実施される請求項１に記載のデータの伝送を調整する方法。
11. データの伝送を調整する方法であって、
    利用可能な伝送チャネルを複数の基準タイムスロットに分割する工程と、
    前記複数の基準タイムスロットから選択される第１基準タイムスロット内で、それぞれ、第１〜第Ｎ低減デューティサイクル信号を生成することを、第１〜第Ｎデバイスに割り当てる工程であって、前記第１〜第Ｎ低減デューティサイクル信号は、それぞれ、第１〜第Ｎゲート制御オン部分および第１〜第Ｎゲート制御オフ部分を含む、第１〜第Ｎデバイスに割り当てる工程を含み、
    前記第１〜第Ｎ低減デューティサイクル信号は、第１〜第Ｎデューティサイクルを有し、
    前記第１〜第Ｎデューティサイクルは、全て１００％より小さい、
    前記第１〜第Ｎデューティサイクルの合計は、１００％以下であり、
    前記第１〜第Ｎ低減デューティサイクル信号はそれぞれ、前記第１〜第Ｎゲート制御オン部分のどれもが重ならないように伝送されるように指示され、
    Ｎは１より大きな整数であるデータの伝送を調整する方法。
12. Ｎは３〜１２である請求項１１に記載のデータの伝送を調整する方法。
13. 前記第１〜第Ｎゲート制御オン部分は、それぞれガードバンドによって分離される請求項１１に記載のデータの伝送を調整する方法。
14. 前記ガードバンドは、３０ナノ秒〜１０マイクロ秒である請求項１２に記載のデータの伝送を調整する方法。
15. 前記基準タイムスロットは、１マイクロ秒〜２ミリ秒の長さを有する請求項１１に記載のデータの伝送を調整する方法。
16. 前記第１〜第Ｎデューティサイクルは同じ長さである請求項１１に記載のデータの伝送を調整する方法
17. 集積回路において実施される請求項１１に記載のデータの伝送を調整する方法。
18. 超広周波数帯域デバイスにおいて実施される請求項１１に記載のデータの伝送を調整する方法。
19. ローカルデバイスにおいて信号を伝送する方法であって、
    リモートデバイスから制御情報を受信することであって、前記制御情報は前記ローカルデバイスに割り当てられた基準タイムスロットを示し、前記基準タイムスロットの第１セグメントは前記ローカルデバイスに割り当てられる、リモートデバイスから制御情報を受信する工程と、
    １００％より小さいデューティサイクルを有し、ゲート制御オン部分およびゲート制御オフ部分を含む信号を生成する工程と、
    前記ゲート制御オン部分が、前記基準タイムスロットの前記第１セグメントで送信されるように前記信号を送信する工程と、を含み、
    前記信号はピーク−平均閾値基準を満たし、
    前記信号は平均電力基準を満たすローカルデバイスにおいて信号を伝送する方法。
20. 前記ピーク−平均閾値基準は、前記信号のピーク−平均電力が０ｄＢｍ／５０ＭＨｚより小さい場合に満たされる請求項１９に記載のローカルデバイスにおいて信号を伝送する方法。
21. 前記平均電力基準は、前記信号の平均電力が−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚより小さい場合に満たされる請求項１９に記載のローカルデバイスにおいて信号を伝送する方法。
22. 前記デューティサイクルは５０％以下である請求項１９に記載のローカルデバイスにおいて信号を伝送する方法。
23. 前記基準タイムスロットは、１マイクロ秒〜２ミリ秒の長さを有する請求項１９に記載のローカルデバイスにおいて信号を伝送する方法。
24. 集積回路において実施される請求項１９に記載のローカルデバイスにおいて信号を伝送する方法。
25. 超広周波数帯域デバイスにおいて実施される請求項１９に記載のローカルデバイスにおいて信号を伝送する方法。

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