JP2012514433A - メッシングを伴うランダム位相多元接続システム - Google Patents

Abstract

ランダム位相多元接続ネットワークを介して通信する方法が提供される。擬似雑音符号を用いて拡散され、ランダム・タイミング・オフセットにより相殺された、ペイロードを含む信号が、デバイスから受信される。多元接続ネットワークの特性に基づいて、ペイロード・データの送信先が選択される。このペイロード・データは選択された送信先へ送信される。

Description

関連特許出願の相互参照
本願は、２００８年１２月２９日に出願された、アメリカ合衆国特許出願第１２／３４５，３７４号に対する優先権を主張し、同出願の開示は全て、参照により本願に組み込まれる。

分野
本願の実施形態は、通信分野に関する。より具体的には例示的な実施形態は、メッシュネットワークを伴うランダム位相多重アクセス通信インターフェース・システム及びその方法に関する。

背景
複数のユーザが存在するネットワークにおける通信を促進するために、多くの変調技術が開発されている。かかる技術としては、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、及び周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）が挙げられる。ＣＤＭＡは入力されるデータの変調のために、擬似乱数シーケンスを用いるスペクトラム拡散技術であり、異なる通信チャネルを相関させるために複数の伝送器が同一信号、及び直交符号（ウォルシュ符号）を送信する。ＴＤＭＡは、同一のサブスロットを送信する複数のアップリンク伝送器を統合するために、タイム・スロットを用いる。ユーザは、自分自身のタイム・スロットを使って次々と矢継ぎ早に送信するので、複数の局が、利用可能な全帯域幅のうちの一部分だけを使用して同一の通信媒体（たとえば、無線周波数チャネル）を共用することが可能になる。ＦＤＭＡは、異なるユーザに電波スペクトルの異なる搬送周波数を割り当てる。

変調技術に加えて、２つのデバイスが同時に１つのデータ・チャネルを使用しようとした（衝突と呼ばれる）ときの、ネットワーク・デバイスの応答方法を決定するためのプロトコルが存在する。ＣＳＭＡ／ＣＤ（キャリア検知多重接続／衝突検知）が、参加局におけるライン上のトラフィックの物理的な監視のためにイーサネット・ネットワークにより用いられている。その時点で送信が行われていない場合、その特定の局が送信することができる。もし２つの局が同時に送信を試みた場合、このことは衝突を引き起こし、この衝突は全ての参加局で検知される。ランダムな時間間隔の後に、衝突した局は再度送信を試みる。もし別の衝突が生じたら、ランダムな待ち時間が選択される時間間隔が、少しずつ増大される。これは「指数関数的バックオフ」として知られている。

通信の目的でデバイスを相互にネットワーク接続する複数の接続形態（トポロジー）が存在する。最近用いられているいくつかの一般的なものは、ポイントトゥポイント通信、スター・パターン、及びリングである。ポイントトゥポイント・ネットワークは最も単純であり、単一のリンクに沿った、ただ２つのノード間の通信を含む。スター・パターンは、ゲートウェイ・ノードに多くのポイントトゥポイント接続を加えることにより、これを拡張するものである。任意のノードはゲートウェイ・ノードを介して他の任意のノードと通信し得る。但し、このスター・パターンはゲートウェイ・ノードに問題がある場合、通信遮断する。リング・パターンは全てのノードを各々隣接するノードに、１つの環状通信路のリンクで接続するものである。データは、全ての隣接するノードを通ってソース・ノードからデスティネーション・ノードまで移動する。リング・パターンは単一障害点によっては、他の全てのノードへの通信は途絶しないという利点を持つ。しかしながら、多重障害点はリンクを遮断する。メッシュパターンは、遮断されたリンクの周辺の再設定並びにネットワークの動的設定を可能にする。

既存のメッシュパターンのネットワーク・システム及び方法は、それらを用いた通信システムの能力および機能性を制限する、多くの弱点を有する。

概要
例示的な実施形態は、ランダム位相多元接続通信インターフェースを用いる。このインターフェースは、直交符号を用いることなく、スペクトラム拡散変調法を用いるシステム及びデバイスに、通信可能に接続することができる。

例示的なランダム位相多元接続通信インターフェースは、スペクトラム拡散変調法を用いるシステム及びデバイスを通信的に接続する。多元接続方式としてのチップ（又はタイミング）オフセットのランダムな選択は、ユニークな「符号」を割り当てる必要なく、非協調データ送信を可能にする。アクセス・ポイントにおいてＰＮ（擬似雑音）配列の逆拡散装置を使えるように、全ユーザは同一のＰＮ符号を用いて通信する。アクセス・ポイントで、同一のＰＮオフセットで２つの信号が受信された場合（又は、多数のチップ内の送信遅延を伴うＰＮオフセットの総和が、２つ以上の送信において同じ値を生み出すとき）、「衝突」が発生しており、これらの２つ以上の信号の復調できない可能性がある。毎回のタイミング・オフセットのランダム化は、発生する全ての「衝突」が、そのフレーム内でしか起き得ないことを意味する。次の試みで送信が処理されるように、再送信方式及び新たなランダム化されたオフセットが用いられる。

例示的な実施形態は、タグ（アップリンク）の伝送器、及びタグからアクセス・ポイントまでの信号の送信方法を含む。各タグはフレームの形態の情報を伝達する、それ自身の伝送器を含む。固定データ転送速度を有するチャネルに提供される情報からフレームを形成できる。このデータは同一の擬似雑音（ＰＮ）符号と、ＰＮ符号中にランダムに選ばれたチップ・オフセットを用いることにより拡散できる。この伝送器は、アクセス・ポイントの基準発振器と整合するように、周波数ローテーション及びサンプル・クロック補正も適用している。ネットワークを形成するために、複数のタグが単一のアクセス・ポイントに関連付けられる。複数のタグのそれぞれは、同一のＰＮ符号とＰＮ符号中にランダムに選択されたチップ・オフセットをともに用いて、情報を送信する。多数のチップ（すなわち、８１９２）の各フレームで、位相はランダムに選択される。

別の例示的な実施形態は、アクセス・ポイント（ダウンリンク）の伝送器、及びアクセス・ポイントからタグへの信号の送信方法を含む。このアクセス・ポイントの伝送器は、タグのものと同様のものであることができる。しかしながら、アクセス・ポイントの伝送器は、この伝送器が通信する各タグに対してユニークなＰＮ符号を用いる。各タグの別個のＰＮ符号は、セキュリティーを提供し、各タグが他のタグのための信号を無視することを可能にする。アクセス・ポイントにより送信されたフレームは、タグにおける迅速な取得のためのおよそ９符号のプリアンブルも含む。

別の例示的な実施形態は、タグにおける復調器、及びそのタグにより受信された信号の復調方法を含む。自動周波数制御（ＡＦＣ）ディローテータの乗算が、タグにより受信された信号に適用される。ＡＦＣディローテータの乗算は、１ビットの複素数演算であり、ゲート・カウントが改善されるように１ビットの複素数が出力される。このタグは、１ビットのデータ・パスにおける、計算の巨大な節約を利用する、ＰＮ配列逆拡散器を使用する。

別の例示的な実施形態は、アクセス・ポイントにおける復調器、及びそのアクセス・ポイントで受信された信号の復調方法を含む。このアクセス・ポイントの復調器は、タグから受信された数千以上のリンクを同時に復調する能力を有する。かかる多数のリンクを復調するために、このアクセス・ポイント復調器はＰＮ配列逆拡散器を含む。

別の例示的な実施形態は、アクセス・ポイントのマスター・タイミングとタグとの同期化を含む。このアクセス・ポイントは、周期的にブロードキャスト・フレームを送信できる。「コールド」タイミングの取得の間、前記タグはブロードキャスト・フレームの解析、及び前記アクセス・ポイントのマスター・タイミングの特定のために、そのＰＮ逆拡散器を用いる。コールド・タイミング取得は、最初にタグがシステムに導入されたときに１回起きると想定される。初期のコールド取得後に、前記タグは信号を送信するか、又は受信するために起動する毎に、「ウォーム」タイミング取得を実行できる。ウォーム・タイミング取得は、コールド・タイミング取得よりも少ない電力を利用する。

少なくとも１つの例示的な実施形態では、各タグは別々にＰＮ符号を生成する。ゴールド符号は、各ユーザが自分自身のものを持つことができるような、パラメータ化可能なＰＮ符号の例である。従って、各タグは、特定のユーザに向けられたデータだけを見ることができる。ユニークなＰＮ符号を用いることで、タグは自分自身のものではないデータを処理しない。

多元接続通信インターフェースを介する例示的な通信方法は、第１のタグから、所定の擬似雑音（ＰＮ）符号を用いて拡散し、及び更に第１のペイロード・データを含んでいる第１の信号を受信する工程を含む。第２の信号は第２のタグから受信される。第２の信号は所定のＰＮ符号を用いて拡散しており、及び第２の信号は第２のペイロード・データを含む。第１の信号からの第１のペイロード・データは、少なくとも部分的に、ＰＮ配列逆拡散器により特定される。第２の信号からの第２のペイロード・データも、少なくとも部分的に、ＰＮ配列逆拡散器により特定される。

多元接続通信インターフェースを介して通信する例示的なシステムは、第１のタグ、第２のタグ、及びアクセス・ポイントを含む。第１のタグは、第１の信号中の第１のペイロード・データを送信するように構成された第１の伝送器を有し、この第１の信号は、所定の擬似雑音（ＰＮ）符号を用いて拡散している。第２のタグは、第２の信号中の第２のペイロード・データを送信するように構成された第２の伝送器を有し、この第２の信号は、所定のＰＮ符号を用いて拡散している。前記アクセス・ポイントは第１のタグ及び第２のタグと通信し、並びに受信器及び逆拡散配列を含む。この受信器は、第１の信号及び第２の信号を受信するように構成されている。この逆拡散配列は、第１の信号及び第２の信号を逆拡散するように構成されている。

多元接続通信システムにおいて使用される例示的なアクセス・ポイントは、プロセッサ、このプロセッサと通信する受信器、このプロセッサと通信する伝送器を含む。前記受信器は、第１のタグから第１の信号を受信するように構成されており、第１の信号は第１のペイロード・データを含み、第１の信号は更に所定の擬似雑音（ＰＮ）符号を用いて拡散している。前記受信器は第二のタグから第二の信号を受信するように構成されており、第２の信号は第２のペイロード・データを含み、第２の信号は更に所定のＰＮ符号を用いて拡散している。前記伝送器は、第３の信号を第１のタグに送信するように構成されており、第３の信号は第２のＰＮ符号で拡散し、更に第２のＰＮ符号は第１のタグに特異的である。

例示的なメッシュネットワークの実施形態は、マイクロ・リピータ又はアクセス・ポイントを、外部デバイスから受信した信号を方向付けるためのルーターとして使用する。この実施形態では、ランダム・タイミング・オフセットによりオフセットされたＰＮ符号を用いて拡散した信号をデバイスから受信する。この信号はペイロード・データを含む。ペイロード・データの送信先は、この多元接続通信ネットワークの特性に基づいて選択される。一実施形態では、この多元接続通信ネットワークの特性は、ネットワークの初期化手順の過程で選択されたシード値である。一旦送信先が選択されると、このペイロード・データは送信先に送信される。

別の例示的な実施形態は、多元接続通信ネットワークを介して通信するために設計された装置に存在する。この装置は３つの主要な構成要素である、受信器、伝送器及び制御装置を有している。この実施形態では、この受信器は別のデバイスから信号を受信するように構成されている。受信された信号は、ランダム・タイミング・オフセットによりオフセットされたＰＮ符号を用いて拡散する。この信号はペイロード・データを含む。制御装置は、前記受信器及び伝送器に電気的に連結されている。この制御装置は、及び多元接続通信ネットワークの特性に基づいて信号の受信を指示し、ペイロード・データの送信先を選択する。一実施形態では、この多元接続通信ネットワークの特性は、ネットワークの初期化手順の過程で選択されたシード値である。前記伝送器はペイロード・データを選択された送信先に送信するために用いられる。

これら並びに他の特徴、態様、及び利点は、以下の記述、添付の特許請求の範囲、及び以下に簡単に説明される図面中に示される、付随する例示的な実施形態から明白になるであろう。

例示的な実施形態に従うアップリンク伝送器を図示した図である。 例示的な実施形態に従うダウンリンク伝送器を図示した図である。 例示的な実施形態における、スロット構成及び割当てを図示した図である。 例示的な実施形態における、ＰＮ（擬似雑音）逆拡散配列を図示した図である。 例示的な実施形態における、コールド・スタートからのブロードキャスト・チャネル内のタグ処理中に実行される動作を図示したフロー図である。 例示的な実施形態における、ウォーム・スタートからの専用チャネル内のタグ処理中に実行される動作を図示したフロー図である。 例示的な実施形態における、タグ受信データ・パスを図示した図である。 例示的な実施形態における、時間追跡を図示した図である。 例示的な実施形態における、ＡＦＣ（自動周波数制御）ローテーションを図示した略図である。 例示的な実施形態における、専用通信フィンガーを図示した図である。 例示的な実施形態における、アクセス・ポイント受信処理の過程において実行される動作を図示したフロー図である。 例示的な実施形態における、アクセス・ポイント受信データ・パスを図示した図である。 例示的な実施形態における、非同期初期タグ送信動作を図示した図である。 例示的な実施形態における、アクセス・ポイントとスロット化されたモードにあるタグとの間の相互作用を図示した図である。 例示的な実施形態に従う、アクセス・ポイントとタグとの間のデータ転送を図示した図である。 ＲＰＭＡデバイスにより形成される、メッシュネットワークを図示した図である。 ＲＰＭＡデバイスにより形成される、マイクロ・リピータのメッシュネットワークとの関連を図示した図である。

詳細な説明
代表的実施形態が、付随する図面を参照しながら以下に記載される。以下の記載は代表的実施形態の記載を意図しており、添付の特許請求の範囲において定義される本発明を限定するものではないことを理解すべきである。

図１は、畳み込みエンコーダー、インターリーブ・モジュール、変調器、擬似雑音拡散器、フィルタ、ひとそろいのタップ、自動周波数制御（ＡＦＣ）ローテーター、及び他のそのような構造体などの構造体を含むアップリンク伝送器１０を図示している。これらの構造体は、ブロック１２、１４、１６、１８、２０及び２２に図示された動作を実行する。アップリンク伝送器１０の送信パスは、符号化された拡散スペクトラム波形である。例示的な実施形態では、前記アップリンク伝送器１０は、復調された通信チャネルを用いて、他のタグと共にアクセス・ポイントと通信するタグに含まれる。追加的な、特定の実施形態によっては、より数の少ない、又は異なった動作が、アップリンク伝送器１０により実行されることがある。これらの動作は、図示され、説明されたものと異なった順序でも実行することができる。本明細書において用いられるとき、タグとは、アクセス・ポイントからの信号を受信し、及び／又はアクセス・ポイントに信号を送信するように構成された、任意の通信デバイスを指すことができる。このアクセス・ポイントとは、同時に複数のタグと通信するように構成された、任意の通信デバイスを指すことができる。例示的な実施形態では、前記タグはバッテリー又は他の蓄電力により稼動する、移動式の低電力デバイスであることができ、前記アクセス・ポイントは、中心の位置に位置し、壁コンセント又は発電機などの電源から電力を受け取ることができる。あるいは、前記タグをコンセントに差し込むことができる、及び／又は前記アクセス・ポイントはバッテリー又は他の蓄電力により稼動できる。

ブロック１２では、データストリームが畳み込みエンコーダー及びインターリーブ・モジュールにより受信される。一実施形態では、このデータストリームはプリアンブルを含めて１２８ビットである。あるいは、他のサイズのデータストリームを使用してもよい。一旦受信されると、このデータストリームは畳み込みエンコーダーを用いて符号化される。例示的な実施形態では、このデータストリームは１／２の比率で符号化することができる。あるいは、その他の比率を用いてもよい。このデータストリームは、インターリーブ・モジュールを用いてインターリーブすることもできる。符号化された符号ストリームは、ブロック１４に出力され、そこで、符号化された符号ストリームを変調するために差動２相位相偏移変調（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ：Ｄ−ＢＰＳＫ）変調器が用いられる。代替的な実施形態では、他の変調方式を使用してもよい。ブロック１６では、変調されたストリームがＰＮ拡散器に印加される。例示的な実施形態では、このＰＮ拡散器は選択された拡散係数を用いる共有ネットワーク・ゴールド符号チャネルを使うことができる。拡散係数は、セット｛６４，１２８，２５６，．．．，８１９２｝の要素であることができる。あるいは、任意の他の符号及び／又は拡散係数を用いてもよい。所定の拡散係数におけるタグのそれぞれは、ランダムに選択されたチップ・オフセットを持つ同一のＰＮ符号によって拡散する。広い範囲を想定し得るランダムに選択されたチップ・オフセットは、特定のフレームが別の伝送器からの別のフレームと衝突しない（又は、言い換えると、アクセス・ポイントにおいて同一のチップ・タイミングを持たない）確率を増大させる。能力のほぼ限界での衝突の確率は、無視できないものとなるが（約１０％以下）、異なるランダム・オフセットでの同一フレームの再送信を経て解決できる。前記ＰＮ拡散器は、以下で図４を参照してより詳細に記載される。例示的な実施形態では、ブロック１８の出力は、１メガチップ／秒（Ｍｃｐｓ）において１ビットのレートを持つことができる。代替的に、他のレートを用いてもよい。

ブロック１８では、このデータストリームは４倍オーバーサンプル・フィルタによりアップサンプリングされ、全てのフレームが確実にアクセス・ポイントの周波数基準と一致する同一のサンプル・レートとなるように、時間追跡ロジックが用いられる。ブロック１８は、サンプル・スリップ／リピート・インディケータを入力として受け取る。一実施形態では、ブロック１８の出力は約４メガヘルツ（ＭＨｚ）の実周波数を有することができる。ブロック２０では、アクセス・ポイントのタイミング・オフセットに一致するように周波数オフセットを含む自動周波数制御（ＡＦＣ）ローテーションが行われ、全ユーザからの全フレームが、ほぼ同一の周波数仮定となることを確実にする。一実施形態では、ブロック２０の出力は、約４ＭＨｚの複素周波数である。ブロック２２では、スタート・スロットから正しいアクセス・スロットが生じるまで遅延が付加される。加えて、ランダム・チップ遅延が信号に付加される。例示的な実施形態では、このランダム・チップ遅延は、０から拡散係数−１までであることができる。あるいは、異なるランダム・チップ遅延を用いてもよい。スロット・アクセスはＡ（ｉ，ｊ）により記述され、ここで、ｉは２＾（１３−ｉ）として拡散係数に関係し、及びｊは、重なり合わないスロットに対応するサブスロット番号である。選択された拡散係数に依存して、一般的に所定のスロットには複数回の送信機会がある。アップリンクについては、アクセス・スロットは０から拡散係数−１までのチップ・オフセットと共にランダムに選択される。従って、アップリンク・ユーザ間の衝突の確率は最小限に抑えられるものの、衝突が生じた場合には再選択が可能である。信号が遅延された後、その信号はアクセス・ポイントに送信される。

図２は、畳み込みエンコーダー、インターリーブ・モジュール、変調器、擬似雑音拡散器、フィルタ、ひとそろいのタップ、及びその他のかかる構造体などの構造体を含むダウンリンク伝送器３０を図示している。伝送器３０を用いて、前記アクセス・ポイント（ＡＰ）は、それぞれが特定のタグ又はユーザのための多重チャネルを送信する。これらの構造体は、ブロック３２〜５４に図示されている動作を実行する。ブロック３２〜４０、及びブロック４２〜５０は、追加のデータフローのために再現できる、別個のデータ・パスを表している。例示的な一実施形態では、ブロック３２〜３８は、１番目のデータストリームに関して、図１を参照して記載された動作と同様の動作を実行できる。同様に、ブロック４２〜４８は、ｎ番目のデータストリームに関して、図１を参照して記載された動作と同様の動作を実行でき、ここでｎは任意の値であってよい。ブロック３６への入力は、１番目のデータストリームを受け取るべきタグに特異的なゴールド符号であることができ、ブロック４６への入力は、ｎ番目のデータストリームを受け取るべきタグに特異的なゴールド符号であることができる。あるいは、ブロードキャスト・ゴールド符号などの他の符号、非ゴールド符号、又はその他の符号を用いて、１番目のデータストリーム及び／又はｎ番目のデータストリームを拡散することができる。ブロック３８及び／又はブロック４８の出力は、１番目のデータストリーム及びｎ番目のデータストリームに対応するデータリンクの指数が等しくない場合には、ブロック４０及び５０において重み付けすることができる。一旦重み付けされると、このパスはブロック５２において加算される。ブロック５２では硬判定もまた行われ、全ての正数が０にマッピングされ、全ての負数が１にマッピングされる。あるいは、異なる硬判定を行うこともできる。一実施形態では、ブロック５２の出力は１０Ｍｃｐｓにおいて１ビットのレートを有する。あるいは、他のレートを用いてもよい。ブロック５２からの加算出力は、ブロック５４で４倍チップ・フィルタを用いてアップサンプリングされる。一実施形態では、ブロック５４の出力は、４０ＭＨｚの実周波数を有することができる。あるいは、他の周波数を用いてもよい。最大ダウンリンク拡散係数２０４８でのブロードキャスト・フレームの単一のセットである、隣接する周波数における送信は図示されていない。あるいは、異なる最大ダウンリンク拡散係数を用いてもよい。

図３は、スロット構成及び割当てを図示している。少なくとも１つの実施形態では、データストリーム７０は、スロット７２、スロット７４、及びスロット７６を含む。スロット７２はＡＰからタグへの通信、スロット７４はタグからＡＰへの通信、及びスロット７６はＡＰからタグへの通信である。例示的な実施形態では、各スロットは、２．１秒の持続時間を有することができる。あるいは、任意の他の持続時間を用いることができ、及び／又は異なるスロットが異なる持続時間を有してもよい。前記データストリーム７０は、任意の時点でＡＰが送信しておりタグが受信しているか、又はタグが送信しておりＡＰが受信している、半二重通信方式で実施することができる。代替的な実施形態では、他の通信方式を用いてもよい。図３に示すように、データ・チャネル８０は、スロット７２のデータの処理利得オプションを図示している。データリンクが特定の利得で閉じると、前記タグは、対応する利得を有するスロットの持続時間の間、（ＡＰからタグへのモードにおいて）受信待ち状態であるだけでよい。送信モードにおいては、大きな電力を消費する送信モードでのオン時間を最小限に抑えるように、前記スロット選択がタグからアクセス・ポイントへの送信を管理する。例えば、１８ｄＢの利得は、１．６ｍｓのスロット（Ａ_７，０）を必要とするだけである。データ・チャネル８２は、スロット７４のデータの処理利得オプションを図示している。図示のとおり、タグの使用する電力は、各データリンクが同一電力でＡＰに到着するように選択できる。

ＡＰ側で多数の同時波形を処理することと、タグ側で比較的少数の波形を処理することの間には対称性が存在する。ＡＰがこれらのパラメータのマスターであるので、自動周波数制御（ＡＦＣ）、時間追跡ドリフト、及びフレーム・タイミングはＡＰ側では既知である。しかしながら、ＡＦＣ、時間追跡ドリフト、及びフレーム・タイミングは、取得時にタグ側で決定されることができる。ＰＮ配列逆拡散器は、取得仮定／復調を探索する上で効率的な実施である、両方に関連する総当り演算を実行する。これの別の態様は、ＡＰ上で継続的に実行されているとはいえ（壁に接続できるので問題とはならないが）、この（動作中に）大きな電力を消費する回路は、タグ上では、稀にしか発生しない「コールド」取得の過程でのみ実行される。コールド取得及びウォーム取得については、それぞれ図５及び６を参照して以下でより詳細に記載される。

図４はＰＮ（擬似雑音）逆拡散配列を図示しており、これはタグにおける単一波形の取得、及びＡＰにおける複数の波形の総当り復調の両方を容易にする。例示的な実施形態では、このＰＮ逆拡散配列は、多数のチップ間隔のタイミング仮定の１ビットの点乗積（ｄｏｔ ｐｒｏｄｕｃｔ）を同時に実行することができる。

ＰＮ逆拡散の主要な要素は、入力が０か１かによって、クロック毎にインクリメントし、又はインクリメントしない単純なカウンタであることができる。それは複素データ・パスであるために、２つのカウンタがある：１つはＩ（同相）のためのものであり、もう１つはＱ（直角位相）のためのものである。複素指数関数による乗算は通常、複素指数関数表に連結された、４つの比較的大きなスカラー乗数の１組（典型的には４×１０００ゲート）である。その一方、１ビット複素乗数は、基本的に、以下に示される例示的表のような単純な真理表であり、この中では負は、反転（０→１ 及び１→０）を意味する。この真理表は単に数個のゲートを用いて実施することができる。

図４はＰＮ逆拡散配列１００を図示している。複素逆拡散動作には、カウンタのペアの多くのインスタンス化（例えば、１実施形態において２５６以上）が有り得る。ＰＮ逆拡散配列１００には、１チップ分離れたタイミング仮定に取り組んでいるＰＮ逆拡散要素１０２、１０４、及び１０６の隣接したインスタンス化をチップレートで供給できる。１ビットの複素データは、ブロック１１４から要素１０２、１０４、及び１０６に送信され、そこでＰＮ発生器１１０からのＰＮ信号と結合される。ＰＮ信号発生器１１０は、ＡＰがデータを拡散している０及び１の同一シーケンスを出力するハードウェアであることができる。要素１０２の場合、結合器１２２ａにおいて、ディローテートされたデータがＰＮ信号と結合（より具体的には、１ビット複素倍算）される。この結合の実数部分、及び虚数部分は、カウンタ１１８ａ及び１２０ａに別々に入力される。このカウンタ１１８ａ、及び１２０ａは、リセット信号１１２を受信すると、ビットストリームをシフトアウトさせる。より具体的には、このカウンタ中のデータは、リセット信号の直前においてのみ有効である。リセット信号は、両方のカウンタを強制的にゼロにする。マルチプレクサ１０８は、その特定のクロックにおける逆拡散動作を固有に完了したそのフィンガーの現在有効なカウンタの出力を可能とする。ＰＮ逆拡散配列１００中の他の要素も同様に動作する。要素１０４はディローテートされたデータをブロック１１４から受信し、要素１０２内の遅延ブロック１１６ａにより遅延が付加された後に、それをＰＮ信号と結合させる。この結合信号はカウンタ１１８ｂ及び１２０ｂに入力され、遅延ブロック１２４ａから付加された遅延を伴うリセット信号１１２からの信号によって、この結合信号はカウンタからシフトアウトされる。同様に、要素１０６はディローテートされたデータをブロック１１４から受信し、要素１０４内の遅延ブロック１１６ｂにより遅延が付加された後に、それをＰＮ信号と結合させる。この結合信号はカウンタ１１８ｃ及び１２０ｃに入力され、遅延ブロック１２４ｂから付加された遅延を伴うリセット信号１１２からの信号によって、この結合信号はカウンタからシフトアウトされる。

拡散係数に対応するいくつかのクロックの後に、ＰＮ逆拡散要素１０２はマルチプレクサ１０８による出力用に選択される有効なデータを有する。その後の各クロックについて、隣接する逆拡散要素１０４、又は１０６は、拡散係数に対応するいくつかのクロック、およびいくつかのＰＮ逆拡散インスタンス化の過程で発生する全てのデータが出力され終わるまで、利用可能になる。この機構の動作を管理するＰＮ符号は、ある値によりパラメータ化されたゴールド符号であることができる。代替的な実施形態では、他のＰＮ符号を用いてもよい。

図５は、アクセス・ポイントの送信波形を復調するためのブロードキャスト・チャネルのタグ・モデム処理において実行される動作を図示している。特定の実施形態によっては、追加的な、より数の少ない、又は異なる動作も実行することができる。図示され、記述されたものと異なるシーケンスで動作を実行することもできる。

タグの初期起動の直後には、ブロードキャスト・チャネルのＰＮシーケンス（例えば、特定のゴールド符号又は他の符号パラメータ）を除いては、波形に関するパラメータは知られていない。更に、このタグとＡＰとの間の発振器の不一致に起因して、このタグが、ＡＰとこのタグとの間の相対周波数オフセットが何であるかを十分正確には知らない可能性がある。図５は、ＡＰとタグとの間の百万分率（ｐｐｍ）ドリフトの不確実性の範囲が探索される、走査モードを図示している。動作１５０においては、タグをブロードキャスト・チャネルに同調することを可能にするために、２つのスロットの間で反復が行われる。例えば、スロット・タイミングに対して非同期で処理を開始することができる。仮定の半分を探索する間、前記ブロードキャスト・チャネルは動作中であることができ、仮定の残りの半分を探索する間、前記ブロードキャスト・チャネルは動作停止中であることができる。第１の反復では、非同期の開始点から第１のスロット・タイミングを用いて全仮定を探索することができる。第１の反復でエネルギーが見出されない場合、第２の反復が実行される。第２の反復で、前記非同期の開始点は、第１の反復で用いられた非同期の開始点から１つ分のスロット・オフセットを有することができる。したがって、ブロードキャスト・チャネルの動作中に探索された仮定は、ブロードキャスト・チャネルの動作中に探索することができる。一旦エネルギーが見出されると、前記タグはブロードキャスト・チャネルに同調することができる。例示的な実施形態では、動作１５０は「コールド取得」の開始点を表すことができる。工程１５２では、粗い自動周波数制御（ＡＦＣ）が初期化される。一実施形態では、この初期値は−１０ｐｐｍのオフセットなどの最もマイナスの値に設定される。ゴールド符号から生成されたブロードキャスト・チャネルの既知のＰＮシーケンスを用いて、動作１５４では、所定の粗ＡＦＣ仮定に対する、全てのＣ×４間隔の仮定のための非干渉メトリックが計算される。例えば、拡散係数が２０４８の長さを持つ場合、８１９２の仮定に対する非干渉メトリックを計算することができる。

動作１５６及び１５８では、前記の粗ＡＦＣ仮定をｐｐｍ範囲の終わりまでインクリメントする。それぞれの粗ＡＦＣ仮定に対して、現在の仮定により表された周波数オフセットを取り消すために、図７に図示されたハードウェアが用いられる。前記ＰＮ逆拡散配列が、８つの連続する符号の逆拡散出力を発生させるために用いられる。代替的に、他の数の記符号も用いることができる。これらの８つの記符号の非干渉和が次に計算される。Ｎ個（この一実施形態では８個）のセットの上位メトリックが、それらに関連づけられるパラメータとともに、データ構造の中に維持される。図５のフローチャートが示すように、チップ×４の分解能でのタイミング推測に沿った発振器ｐｐｍの不確実性の全範囲が、当たり（即ち、有効である）がそのデータ構造の中に示されている、という想定の下に探索される。一般に、相当なエネルギーの蓄積が残存しているＡＦＣの粗い周波数仮定、並びに雑音分散に起因する異常に大きなメトリックを発生させた完全に無効な仮定に隣接して、最も有効な仮定とともに、より少ない多重反射が存在する傾向がある。

それぞれの粗ＡＦＣに対する、全てのチップ×４タイミング仮定の非干渉メトリックは、データ構造と通信できる。動作１６０では、このデータ構造は最大の非干渉メトリック（例えば、粗ＡＦＣ値、チップ×４のタイミング仮定、非干渉メトリック値）を記録する。動作１６２において、「最終候補」が、Ｎ個の専用フィンガーに割り当てられる。チップ×４のタイミング値及びＰＮ逆拡散配列を管理する現在の粗ＡＦＣ仮定とは無関係の粗ＡＦＣ仮定により、各フィンガーはユニークにパラメータ化される。フレーム・タイミングは初期には未知であるために、専用フィンガーによって出力されるそれぞれの逆拡散された符号は、そのフレームの最後にあると仮定される。従って、動作１６４及び１６６に示されるように、精密なＡＦＣ補正のために、バッファーされた２５６個の符号は差分復調され、一定の複素数値による乗算に基づく追加的なセットの反復を受ける。動作１６４の出力は、各専用フィンガーからの複素数の外積であることができる。動作１６６では、一定の複素数ローテーション（精密ＡＦＣ仮定によって決定される）による符号ごとの乗算を情報の想定フレームに反復的に適用し、複素数ローテーション定数値の選択のうちの何れ（存在する場合）が周期的冗長検査（ＣＲＣ）に合格するフレームを発見するかを決定することができる。これは、周期的冗長検査（ＣＲＣ）を各仮定に対して行うことのできる、総当り演算であってよい。任意の有効なＣＲＣに対して、信号からのペイロードをＭＡＣに送信することができ、ネットワーク・パラメータを既知とみなすことができる。

動作１６８では、他のスロット・タイミング仮定が試される。例示的な実施形態では、最も上首尾のＣＲＣに関連づけられる粗ＡＦＣ仮定が、名目上の出発点の粗ＡＦＣ仮定であることができる。粗ＡＦＣ仮定の全範囲が一旦探索されると、そのタグは、Ｎｏｍｉｎａｌ＿Ｃｏａｒｓｅ＿ＡＦＣと呼ばれる、関連状態情報である変数に着目する。この変数は、１分程度の範囲では、発振器ｐｐｍ偏差の部分ごとの変動が、発振器ドリフトよりもはるかに大きいために、粗ＡＦＣ仮定の範囲を大幅に狭めることを可能にする将来のトランザクションにおいて用いられる。

図６は、いわば、関連状態情報が既知である、ウォーム・スタートからの専用チャネルのタグ処理において実行される動作を図示している。例えば、フレーム・タイミングを知ることができ、はるかに狭い範囲の粗ＡＦＣ仮定を探索することができる。前記モデムは、有効なフィンガー割り当てが、９符号のプリアンブルに先立って行われるように、その処理を十分に早期に開始する。あるいは、他の任意の数の記号を用いることができる。

動作２００では、フレーム・タイミングが既知であるため、２つのスロット間でタイミング仮定を反復する必要はない。ブロードキャスト・チャネルの替わりに、専用チャネルが用いられる。動作２０２では、粗ＡＦＣ仮定が走査される。例示的な実施形態では、この粗ＡＦＣは、前回にアクセスされて以降の小さな範囲にわたって走査して小さな周波数のドリフトを把握すればよい。ゴールド符号によって生成されたタグに対してユニークなＰＮシーケンスを用い、動作２０４では、全てのチップ×４の間隔の仮定についての非干渉メトリックが計算される。能力２０６及び２０８では、前記の粗ＡＦＣ仮定が、小さなｐｐｍ範囲の終わりまでインクリメントする。動作２１０では、データ構造は、最大の非干渉メトリック（例えば、粗ＡＦＣ値、チップ×４のタイミング仮定、非干渉メトリックなど）を記録する。動作２１２では、専用フィンガーが、データ構造に基づいて割り当てられる。動作２１４では、符号の外積が、現在のＤＢＰＳＫ及び以前のＤＢＰＳＫを用いて生成される。動作２１４の出力は、各専用フィンガーからの複素数の外積であってよい。動作２１６では、フレームは、インターリーブされて復号される。任意の有効なＣＲＣについて、そのペイロードは、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層に送信することができる。動作２１８では、他のスロットのタイミング仮定が試みられる。例示的な実施形態では、最も上首尾のＣＲＣに関連づけられる粗ＡＦＣ仮定が、名目上の開始点の粗ＡＦＣ仮定であることができる。

図７は、例示的な実施形態に従うタグの復調処理を描写する、タグ受信データ・パスを図示している。示されるように、１ビットの複素数サンプルは、有効なエネルギーの信頼できる検知のために十分なデータが存在するよう、サンプル・バッファー２２０でバッファーされる。例示的な値は、サンプル・バッファー・ブロック２２０で提供される。例えば、一実施形態では９つの符号をバッファーする。代替的な実施形態では、他の値を使用してもよい。サンプルは、Ｉチャネル及びＱチャネルから、このピンポン・バッファー・スキームに、チップ×２又は２ＭＨｚの同期サンプル・レートで入力できる。あるいは、他のレートを用いることができる。高速の非同期クロックでは、これらのサンプルを用いてさまざまな粗ＡＦＣ仮定が探索される。現在の粗ＡＦＣ仮定に基づき、チップ×４の分解能で時間追跡が実行される。同一のタイミング基準が、ＡＰ及びタグの両者において、搬送周波数及びサンプル・クロックの両方の駆動に用いられるために、既知の搬送波周波数を有する粗ＡＦＣ仮定は、既知の時間追跡速度に一意的にマッピングすることができる。

サンプル・バッファー２２０は、Ｉチャネル及びＱチャネルを通じて通信信号を受信する。これらの信号は、時間追跡ロジック２２２及び専用フィンガー２３４へ送信される。この時間追跡ロジック２２２は、粗ＡＦＣ仮定も受信し、前記ロジック２２２はチップ×４のパリティでゼロにリセットすることができる。前記時間追跡ロジック２２２は、２つのブロックを有することができ、１つは、偶数チップ×４のパリティでゼロに初期化されているカウンタを有しており、１つは、奇数チップ×４のパリティについてミッドレンジ（即ち、２＾２５）に初期化されているカウンタを有している。時間追跡ロジック２２２の出力は、仮想チップ×４の位相が印加されるブロック２２４に提供される。ブロック２２４は、取得状態機械からもパリティを受信できる。自動周波数制御（ＡＦＣ）ローテーションロジック２２６が、ブロック２２４の出力に印加される。

図８は、図７を参照して記載された時間追跡ロジック２２２の、２つのブロックの例示的な実施形態を図示している。ストリーム２５０は、偶数チップ×４のパリティを持つ通信ストリームである。ストリーム２５２は、奇数チップ×４のパリティを持つ通信ストリームである。図８は、異なる各々の陰影が異なるチップ×４間隔のシーケンスを表す時間追跡動作を図示している。サンプルはどのＡＦＣ仮定が現在探索されているかに直接依存する速度に、サンプル・レートと搬送周波数との間の既知の比を乗算したレートで、挿入されるか、又は反復される。これは、２次元空間を１次元にコラプスさせる同期クロック仮定として用いることができる。図示されている値Ｎは、十分な時間追跡の正確性を可能にするために、保管された（ｂｏｏｋ−ｋｅｐｔ）部分成分を有する。４つのあり得るチップ×４位相の特定のパリティが、所定の時間で選択される。次に、結果として得られるチップ・レート・シーケンスが、図９に示される１ビットのデータ・パス内でディローテートされる。

図９は、所定時間に４つの仮想チップ×４位相２２４のうちの１つについて動作する、図７のＡＦＣ（自動周波数制御）ローテーション・ロジック２２６の機能性を図示している。図９は１ビットのディローテーション機構を図示している。このディローテーション機構は、仮定された粗ＡＦＣ仮定に対する受信器と伝送器との間の相対的キャリアドリフトに起因するＡＦＣローテーションを取り消すように設計されている。それは１ビットの変換であるために（上に説明した真理表により表される）、この処理の９０度の分解能は、相対的な発振器オフセットからのＡＦＣドリフトに起因して、連続した位相値に対して＋／−４５度となる。

前記ＡＦＣローテーション・ロジック２２６は、入力として粗ＡＦＣ仮定を受信することもできる。ＰＮ逆拡散配列２２８（図７）は、チップ間隔の仮定についてその逆拡散動作を実行する。ＰＮ逆拡散配列２２８は、入力として、現在の粗ＡＦＣ仮定、タイミング・パリティ、タイミング位相、拡散係数、及び／又はゴールド符号選択を受信できる。値は所定の符号の出力であるので、その合計は、メトリックのより高い信頼性のために、非干渉累積バッファー２３０に格納される進行中の合計によって、非干渉的に累積される。バッファーのサイズは、逆拡散要素の数に基づく。例示的な実施形態では、サンプル・バッファーの通過したパスが、２５６個の仮定に関する非干渉メトリックを完了できるように、ＰＮ逆拡散配列２２８は２５６個の逆拡散要素を有することができる。代替的に、他の数の逆拡散要素を用いることができ、他の数の仮定に関してメトリックを完了することができる。タグの送信電力制御、及びＡＰへの電力制御フィードバックのために、信号対雑音比（ＳＮＲ）メトリックを用いることができる。最大のメトリックを持つ仮定が、専用フィンガー２３４の割り当ての制御に用いられる、上位Ｎ個のパスのデータ構造２３２に格納される。上位Ｎ個のパスはタイミング仮定、タイミング・パリティ、粗ＡＦＣ仮定などを含むＮ個のレコードであることができる。

図１０は専用通信フィンガーを図示している。各専用フィンガーは、フィンガー割り当てのパラメータの一部分として設定される、チップ×４セレクタ２６０によって、チップ×４サンプルの４つの位相のそれぞれにアクセスできる。各フィンガーは、独自の専用ＰＮ発生器２６２、及び逆拡散に用いられるＡＦＣ発生器２６４を有している。この専用フィンガーは、粗ＡＦＣ仮定、そのチップ×４タイミング位相、時間追跡速度の従属変数に基づき、記号累算器２６６中に累算し、次に、拡散係数のクロック数ごとに複素変数を出力する。図７を参照して説明される専用フィンガー２３４はまた、サンプル・バッファー２２０からの入力、及びＰＮ符号選択をも受信できる。

再び図７を参照すると、専用フィンガー２３４からの出力は、性能を犠牲にすることなく、フレーム・バッファー２３８に効果的に記憶させるために、ビット幅を縮小させるビット幅スクイーザ２３６を通過する。ビット幅スクイーザ２３６の出力は、２５６符号フレームを、現在の符号があたかもフレームの最後の符号であるかのように一般的に処理することを可能にする、循環バッファー機構であることができる、フレーム・バッファー２３８内に供給される。フレーム・タイミングが既知の場合、このメモリ構造は、既知の最後の符号を持つフレームの特定の処理を支持できる。

フレーム・バッファー２３８は、仮定されたフレームを受信チェーンの残りに出力する。外積乗算ブロック２４０は、現在の符号と、Ｄ−ＢＰＳＫ復調の従来のメトリックである以前の符号の複素共役との乗算を実行する。残存周波数ドリフトは、固定位相によりＤ−ＢＰＳＫコンスタレーションを回転させる可能性がある。精密ＡＦＣ乗算ブロック２４２の役割は、少なくとも１つの精密なＡＦＣ仮定が、逆インターリーバー及びビタビ・デコーダー２４４を通過する際に、有効なＣＲＣを生ずるように、総当り的アプローチを取り、想定し得る異なる位相循環を試すことである。この精密ＡＦＣ乗算ブロック２４２は、精密ＡＦＣ仮定を入力として受信することもできる。逆インターリーバー及びビタビ・デコーダー２４４からの出力はＣＲＣチェッカー２４６に提供される。ＣＲＣが有効である場合、そのペイロードはＭＡＣ層まで送る。

図１１は、アクセス・ポイント受信処理の過程で行われる、例示的な動作を図示している。実施形態によっては、追加的な、より少数の、または異なる動作を実行してもよい。更に、この動作は、ここに記載されるものと異なる順序で行うことができる。ＡＰは、想定し得る全てのチップ×２タイミング仮定、拡散係数、及び拡散係数内のアクセス・スロットのチェックのために、総当り動作を実行する。このことにより、タグによる非協調アクセスが可能になる。幸いに、ＡＰはフレーム・タイミング及びＡＦＣ搬送波基準のマスターである（全てのタグは、それらのキャリアドリフト及びサンプル・クロックをＡＰのタイミングに適合するように補償できる）ので、ＡＰは粗ＡＦＣ仮定又は未知のフレーム・タイミングの次元性を探索する必要がないために、ＡＰへの処理の負担は劇的に低減される。

図１１のフローチャートは、想定し得る全てのチップ×２タイミング・オフセット、セット［８１９２、４０９６、．．．、６４］からの拡散係数、及び最大値未満の拡散係数のアクセス・スロット数による反復の秩序化の例を示している。次にＡＰは、前回のトランザクションの後に発生する、タグのタイミング・ソースとＡＰとの間の少量の周波数ドリフトを許容するためにタグが実行するものと同様の、精密ＡＦＣ検索を実行する。全ての有効なＣＲＣは、ＭＡＣ層に送られる。図１１のフローチャートは、多次元空間の検索を図示している。最も外側のループでは、想定し得る全ての拡散係数が検索される。例示的な実施形態では、８つの拡散係数［６４、１２８、２５６、５１２、１０２４、２０４８、４０９６、８１９２］が存在することができる。あるいは、他の拡散係数及び／又は拡散係数の数を用いてもよい。第二のループでは、所定の拡散係数に対する想定し得る全てのサブスロットが検索される。例えば、６４のチップ拡散係数に対して１２８の可能なサブスロットが存在でき、８１９２のチップ拡散係数に対して単一の縮退サブスロットが存在できる。第三のループでは、所定のサブスロット内の想定し得る全てのチップ×２タイミング位相が検索される。以下により詳細に記載されるように、図１１ではさまざまなループが矢印で示されている。

動作２７０では、１つの粗ＡＦＣ値が用いられる。例示的な実施形態では、タグにより補償が実行されるために、この１つの粗ＡＦＣ値は０であることができる。動作２７２では、最大の拡散係数（例えば、８１９２）が、出発点として使われる。代替的な実施形態では、この最大の拡散係数は８１９２より大きくてもよく、小さくてもよい。動作２７４では、アクセス・スロットは拡散係数内で処理される。このプロセスは、拡散係数が８１９２の場合には縮退することができる。動作２７６では、現在の拡散係数において、逆拡散が、全てのチップ×２間隔仮定について実行される。例えば、拡散係数が８１９２の長さを持つ場合、１６，３８４の逆拡散動作を実行できる。拡散係数がフレーム・バッファー数（例えば、２５６）より少なくない限り、逆拡散は全ての要素について実行される。動作２７８では、拡散係数が半分に減少し、処理が続行する。動作２８０では、拡散係数が６４に減少したかどうかの判定が行われる。代替的な実施形態では、他の所定の値を用いてもよい。拡散係数が６４（又は他の所定の値）に減少していない場合、動作２７６で処理が継続する。拡散係数が６４に減少している場合、このシステムは次のサンプル・バッファーが動作２８２を満たすのを待つ。次のサンプル・バッファーが動作２８２で満たされると、制御は動作２７２に戻る。動作２８４では、逆拡散要素のフレーム・バッファーが取得される。例示的な実施形態では、このフレーム・バッファーは２５６符号がＰＮ逆拡散配列によって単一パスから出力された後に完了することができる。一実施形態では、２５６ステージのＰＮ逆拡散配列に対して、パス・スルー（ｐａｓｓ ｔｈｒｏｕｇｈ）は、それぞれ２５６の符号を有する２５６のタイミング仮定を生成することができる。代替的な実施形態では、ＰＮ逆拡散配列はより多くの又はより少ないステージを有することができる。現在の逆拡散ＤＢＰＳＫ記号と、以前の記号との外積が動作２８６で計算される。一実施形態では、この外積は、最大２５６フレームに対応する２５６の符号を伴う。あるいは、他の数の記号及び／又はフレームを用いてもよい。動作２８８では、ＡＦＣ仮定に基づいて、現在のフレームがデコードされ、及び位相が乗算される。動作２９０では、ＣＲＣがチェックされ、任意の有効なＣＲＣに対して、そのペイロードが物理層（ＰＨＹ）から媒体アクセス制御（ＭＡＣ）まで送出される。例として、ＣＲＣは、２５６の逆拡散配列の各パスに対して、精密ＡＦＣ仮定数の２５６倍チェックすることができる。所定のスロットに対して処理が完了すると、ブロック２８２からブロック２７２への矢印で図示される、次のスロットのための処理が実行される。

図１２はアクセス・ポイント（ＡＰ）のデータ受信パスを図示している。タグとは異なり、最大拡散係数でのフレーム全体を、サンプル・バッファー３００内にピンポンバッファー方式で格納することができる。このバッファー方式は、相当な容量（例えば、１６．８Ｍビット）のメモリであることができ、少なくとも１つの実施形態では、それは専用オフ・チップ・メモリ・デバイスに格納することができる。サンプル・バッファー・ブロック３００は例示的な値を含んでいる。代替的な実施形態では、他の値を用いてもよい。タグとは異なり、ＡＰは時間基準のマスターであるため、時間追跡ロジック及びＡＦＣローテーション・ロジックを使用しない場合がある。サンプル・バッファー３００は、本明細書内で先述した、総当り的試験を実行できるＰＮ逆拡散配列３０２に、フレームを渡す。このＰＮ逆拡散配列３０２は、２５６の逆拡散要素を含むことができる。あるいは、任意の他の数の逆拡散要素でも用いることができる。ＰＮ逆拡散配列３０２は、現在のタイミング・パリティ（チップ×２の解像度のみでであってもよい）、推測位相、及び／又は拡散係数を入力として受信することもできる。ＰＮ逆拡散配列３０２からの出力は、ビット幅スクイーザ３０４に提供される。このビット幅スクイーザ３０４はフレームのサイズを減少させ、このフレームは次いでフレーム・バッファー３０６に送信される。フレーム・バッファー・ブロック３０６は例示的な値を含んでいる。代替的な実施形態では、他の値を用いてもよい。実施形態によっては、フレーム・バッファー３０６は、専用オフ・チップ・メモリ・デバイスに格納することもできる。このシステムの残りの部分は、ＡＰのＭＡＣに渡される過程（動作３１４及び３１６）の有効なＣＲＣを有するペイロードを用いて（動作３１０及び３１２）において精密ＡＦＣ仮定が反復される、タグの受信処理と同様である。非干渉累算３０８が、タグへの送信電力制御フィードバックで用いられる、信号強度などのＳＮＲメトリックを決定するのに用いられる。

図１３は、タグからＡＰへのデータ転送をもたらす、２種類の相互作用を含む、非同期式の初期タグ送信動作を図示している。例証及び考察の目的のために、スロット３２０は、タグ・スロットを表し、スロット３２２はアクセス・ポイント・スロットを表している。「コールド・スタート」とは、タグが一切の関連状態情報なしにシステムに入る場合であり、「ウォーム・スタート」とは、タグが、スロット・タイミング及び探索されるべき粗ＡＦＣ仮定の縮小された範囲などのシステム情報を認識している場合である。

「コールド・スタート」のシナリオでは、タグはスロットに非同期の時点において、アクセスの探索を開始する。図１３は、ＡＰがそれをまだ送信する以前に、タグがブロードキャスト・チャネルの取得の試みを開始する時間である（スロット１）。最終的には、ＡＰがブロードキャスト・フレームを送信している時間中に、タグの処理は、有効な粗ＡＦＣ仮定を探索する。図１３は、スロット２の期間中のこの現象を図示している。この時点で、非干渉のエネルギー・メトリックが、専用フィンガーに正しいチップ×４タイミング及び粗ＡＦＣ仮定を探索させる。正しい推測を持つフィンガーは、新しい各々の符号をフレームの最後の符号として取り扱い、これらの仮定フレームを、ＣＲＣチェックが失敗を示す受信チェーンの中を通す。スロット４の終わりでは、ＣＲＣチェックが成功を示して、有効なフレーム・タイミングが達成される。この時点で、タグは、タグが「ウォーム・スタート」に入るときに有するであろうものと同一の関連状態情報を有し、「ウォーム・スタート」のタグが経験するであろう同様の処理の完了を継続する。

「コールド・スタート」を経由した遷移により、又は関連状態情報が適切に維持される場合には、タグの起動時に直接のいずれかにより、タグはスロット６に図示されている相互作用（「ウォーム・スタート」）に入る。この時点で、タグは、ブロードキャスト・フレームの受信強度の測定を行い、この情報を、スロット７でタグが次に送信する際の送信電力及び拡散係数の決定に用いる。タグはそのメッセージを、１）測定した受信ブロードキャスト・チャネル信号強度を用いる工程、及びタグのオン時間を最小限に抑え、電力消費を最小限に抑えるために最良な、リンクを閉じるために使用することのできる最小拡散係数を選択する工程、２）測定された受信放送チャネル信号強度、及び全てのユーザがビット当たりエネルギー対スペクトル雑音密度の比（Ｅｂ／Ｎｏ）に非常に類似した値でＡＰによって受信される、ＡＰにおける受信の最適条件でタグが送信する、以前に選択された拡散係数を使用する工程、３）最大拡散係数を除く全てについて、ランダムにスロット・アクセス・パラメータｊを選択する工程、及び４）ＡＰにおける「衝突」が最小限に抑えられ、各送信におけるランダムな選択が後続の送信機会において「衝突」を解決することを可能とするように、チップ・オフセット値を０から拡散係数−１までランダムに選択する工程に基づいて送信する。

スロット８及び９の期間では、ＡＰはスロット７の期間に受信した全ての信号を処理し、スロット１０の期間で肯定的な受領確認を送り返す。ＡＰは、いくつかのＡＣＫをゴールド符号によって特徴づけられた単一のチャネルに統合するか、又は専用メッセージを、その専用ゴールド符号チャネルを用いてタグに送信する。前者の方法は、チャネルを割り当てるために何らかの登録手順（図示せず）を要することに注意されたい。いずれの場合にも、タグは、メッセージのプリアンブルを用いて、そのチップ×４タイミングを更新する。

図１４は、スロット・モードでの、アクセス・ポイントとタグとの間の単純な相互作用を図示している。例示的な実施形態では、この単純な相互作用は、タグ及び比較的静的なチャネルにデータを必要としない。例証及び考察の目的で、タイムライン３３０は、スロットの期間のタグの処理を表し、タイムライン３３２はスロットの期間のアクセス・ポイントの処理を表す。システムの本質は、タグが、低電力の、通常３２ｋＨｚである低周波水晶発振器によってシステムのタイミングが維持される状態である低電力状態において可能な限り最大時間を費やすことである。これを支持するために、ＡＰにより開始された相互作用時の最大許容待ち時間が同定される（即ち、これが、ＡＰの何らかのアクションが保留されているかをタグがチェックする、低電力状態に出入りするサイクルの速度である）。図１４は、ＡＰがトランザクションを開始することを望んでいるかの確認のための低電力状態から出てくるタグの比較的単純な相互作用を示している。これは、登録時にＡＰとタグとの間で合意されたスロット位相及び速度で生じる。

典型的にはこのタグは、フレーム・タイミング及び粗ＡＦＣ仮定が、狭い範囲において既知である「ウォーム・スタート」に入る。このタグは、受信されたブロードキャスト・チャネル出力の測定を行う。図１４は、ＡＰとの直近の相互作用から出力が大幅には変化しない場合のシナリオを示している。このことは、ＡＰが送信した直近の送信出力／拡散係数が、リンクを閉じるのに十分であることを意味する。スロット３では、タグは、プリアンブルを取得し、次いで、その専用ゴールド符号を用いてフレームを復調しようとする。典型的なシナリオは、ＡＰが情報を送信しておらず、タグが直ちにスリープ状態に戻るというものである。

図１５は、例示的な実施形態に従う、アクセス・ポイントとタグとの間のデータ転送及び動的に変化する伝播を含む、より複雑な相互作用を図示している。例証及び考察の目的のために、タイムライン３４０は、スロットの期間のタグの処理を表し、タイムライン３４２は、スロットの期間のアクセス・ポイント（ＡＰ）の処理を表す。ここで、ＡＰは送信すべき情報を有し、チャネルの伝播は直近のＡＰトランザクションから大きく変化している。現在のブロードキャスト・チャネル出力測定は、前回と同じ送信出力／拡散係数で次回の送信を行った場合、送信が適切でないことをタグが知っている程度に変化している。従って、タグは、現在のチャネル状態に適切な、新たな送信出力／拡散係数を使用するように、ＡＰに警告するために、図１３で説明されるプロトコルを用いて再登録メッセージを送信する。この新たな情報は、スロットＮ＋５で生じるフレームの送信及び受信を管理する。前記タグは、送信が成功したことを示すために、図１３のプロトコルにより管理される受領確認（ＡＣＫ）メッセージを発する。ＡＣＫの受信が成功すると、トランザクションは完了したと見なされる。そうでない場合には、前記タグは再送信を試みる。

図１６は、タグが、メッシュネットワークであってもよい多元接続通信ネットワーク内にどのように相互接続されているかを図示している。タグ３５０は、それ自身がアクセス・ポイント３５４に接続する前に、他のマイクロ・リピータ３５２及び３５３と接続するマイクロ・リピータ３５１との通信リンクを有する。これらの要素間のこの通信リンクは、上述のものと同じ通信プロトコルを用いる、双方向、半二重リンクである。通信はタグ３５０において生じ、アクセス・ポイント３５４に着信する前に、マイクロ・リピータ３５１に送信され、更に順次マイクロ・リピータ３５２及び３５３を介して送信されることが可能である。通信はまた、アクセス・ポイント３５４で生じ、タグ３５０に着信する前に、マイクロ・リピータ３５３に送信され、更にマイクロ・リピータ３５２及び３５１を介して送信されることも可能である。これは、ネットワーキング・システムを用いて、パケットをどのように送信することができるかの一例証であるにすぎない。このネットワーキング・システムでは、他の多くの接続形態が可能である。実施形態の設定のために実施される正確なプロトコルは、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＩＥＥＥ８０２．１６、他の業界標準プロトコル、又は別の用途のために設計された新たなメッシング・プロトコルなどの任意のプロトコルに基づくことができるであろう。

ネットワークにおける例示的なデバイスは、そのネットワーク内の他のデバイスにより用いられているものと同じ擬似雑音符号（ＰＮ符号）であってもよい、所定のＰＮ符号を用いて拡散された信号を受信することができるが、この信号はランダム・タイミング・オフセットを有している。この信号は、別のデバイスのために拡散された、ペイロード・データを含むことができる。受信器及び伝送器に連結されたこのデバイスの制御装置は、次に、ネットワークの特性に基づき、ペイロード・データについての適切な送信先を選ぶことができる。その特性は、以下で記述されるようにして決定されたシード値であることができる。一旦選択されると、このデバイスはペイロード・データを選択された送信先に送信する。

前記デバイスは、信号を送信する前に、複数の信号を受信することもできる。第２の信号は、同一の又は別のデバイスから受信できる。その信号もまた所定の擬似雑音符号を用いて拡散することができ、その信号はランダム・タイミング・オフセットを有する。前記信号は、別のデバイスのために拡散された、追加的なペイロード・データを含んでもよい。前記デバイスは、前記ネットワークの別の特性に基づき、ペイロード・データの適切な送信先を選択することができる。２つの送信先が同一の場合には、前記デバイスは、２つのペイロードを一緒にその送信先に送信することができる。

前記ネットワークは、以下の代表的な実施形態を通じて動的に形成され得る。ネットワーク内の各デバイスはシード値を有する。例えば、アクセス・ポイントは０のシード値を有することができる。それに続く各デバイスは、アクセス・ポイントから離れている接続数と等しいシード値を有する。例えば、図１６では、マイクロ・リピータ３５３はアクセス・ポイント３５４から１接続分だけ離れており、そのために１に等しいシード値を有し、マイクロ・リピータ３５１は、アクセス・ポイント３５４から３接続分だけ離れており、そのために３に等しいシード値を有する。

各マイクロ・リピータ及びアクセス・ポイントは、ブロードキャスト・チャネル上で送信できる。最初は、アクセス・ポイントのみがブロードキャスト・チャネル上で送信している。各マイクロ・リピータがネットワークに関連付けられるに連れて、次いでこれらのマイクロ・リピータは、ブロードキャスト・チャネルで他のデバイスに送信することができるようになる。例えば、図１６において、アクセス・ポイント３５４及びマイクロ・リピータ３５３、３５２、及び３５２の全ては、このネットワークに関連付けられているために、ブロードキャスト・チャネル上で送信できる。各デバイスのシード値は、ブロードキャスト・チャネル上でのメッセージ中で送信される。次いで、デバイスはブロードキャスト・チャネル上でシード値を含む通信信号を受信できる。従って、関連付けられていないマイクロ・リピータは、受信したシード値に基づいて自身のシード値を選択することができる。

図１７は、特定のマイクロ・リピータがネットワークと関連付けられることができる様子を図示している。マイクロ・リピータ３６０は関連付け処理を、ブロードキャスト・チャネルを受信することにより開始する。マイクロ・リピータ３６１、３６２、３６３、３６４、及び３６５も全てこのエリアにある。アクセス・ポイント３６６も近傍に存在する。マイクロ・リピータ３６０が受信することのできる最も強力なリンクは、リンク３６７である。マイクロ・リピータ３６０はまた、図示された外のリンクをも受信できる。マイクロ・リピータ３６０は、最初に、受信した最も強力な信号、即ちリンク３６７を取得する傾向がある。上記のようなプロセスを経て、マイクロ・リピータ３６０はネットワークタイミングからフレーム・タイミング及び相対参照水晶偏差を取得する。マイクロ・リピータ３６０は、取得可能な他の全てのリンクを取得するために、受信モードに切り替える。マイクロ・リピータ３６０は、特定の閾値を越える最も低いシードを有するマイクロ・リピータを選択できる。マイクロ・リピータ３６０は、どのマイクロ・リピータを選択するかを決定するために、受信したリンクの出力測定値などの他の因子を用いることができる。

他のどのマイクロ・リピータと関連付けるかを決定した後、マイクロ・リピータ３６０は、次にリンク３６８を介してマイクロ・リピータ３６２に関連付けの許可を得るための送信を行うことができる。次いで、マイクロ・リピータ３６２は関連付けを許可する応答を行うことができる。この時点でマイクロ・リピータ３６０は、この時点で関連付けられているマイクロ・リピータ３６２から許可を受信することができる。

一旦関連付けが許可されると、マイクロ・リピータの間で他のメッセージの送信が可能になる。より低い番号付けのシード値を持つマイクロ・リピータは、より高い番号付けのシード値を持つマイクロ・リピータに、ネットワークを通じて、タイミング、周波数補償、送信出力レベル、自動周波数制御（ＡＦＣ）及びサンプル・タイミングを一定に保つ必要のあるものを含む、さまざまなメッセージを送信できる。例えば、図１７では、マイクロ・リピータ３６２はＡＦＣ補償メッセージをマイクロ・リピータ３６０に送信できる。全てのマイクロ・リピータは、関連付けられたマイクロ・リピータからの送信を適正に出力制御するための制御メッセージを送信できる。マイクロ・リピータ３６２及び３６０は共に、出力制御送信を相手に送信することができる。アップストリームのマイクロ・リピータからの、１つ以上の連続的メッセージ受信の失敗の場合、このマイクロ・リピータが取得モードに戻り、別のマイクロ・リピータとの関連付けの要求を送信し、関連付けることのできる可能性のある異なるマイクロ・リピータを見出すこととなる場合がある。マイクロ・リピータ３６２からのいくつかの数の連続的メッセージの受信を停止すると、マイクロ・リピータ３６０は取得モードに戻り、潜在的に異なるマイクロ・リピータと関連付けする。ネットワークと関連付けした後、マイクロ・リピータはブロードキャスト・チャネル上で、ネットワークへの加入を求めている、マイクロ・リピータ又はタグを含む他のデバイスに対する自身のシードの公示を送信する。マイクロ・リピータによってブロードキャストされたメッセージは、可能な限り多くのデバイスが、このマイクロ・リピータがネットワーキングに利用可能かを決定できるように設定されたブロードキャスト出力であってよい。例えば、関連付けの後、マイクロ・リピータ３６０は、ネットワーク加入を求める他のデバイスに、ブロードキャスト・チャネル上で自身の公示を送信できる。

タグから発生したアップストリーム通信は、各マイクロ・リピータからより低いシード値を有する関連付けられたマイクロ・リピータに渡される。例えば、図１６では、マイクロ・リピータ３５２はタグ３５０で発生し、マイクロ・リピータ３５１から受信された、アクセス・ポイント３５４へ向かうトラフィックをマイクロ・リピータ３５３に渡す。最終的に、シード値１のマイクロ・リピータが、アクセス・ポイントにメッセージを送信する。マイクロ・リピータ３５３は、タグから発せられたトラフィックを、アクセス・ポイント３５４に渡す。タグは、バッテリー寿命を節約するために、たとえより高いシード値を持つマイクロ・リピータと通信することとなっても、最小の送信出力を必要とするマイクロ・リピータと通信してもよい。タグ３５０はマイクロ・リピータ３５２又は３５１のいずれかと通信できる可能性があるが、マイクロ・リピータ３５１との通信が最小送信出力しか必要としないことに基づいて、タグ３５０はマイクロ・リピータ３５１と通信することを選ぶ場合がある。方向性に関係なく、送信先のシード値に対応するゴールド符号を用いて通信が送信される。

ダウンストリーム通信は、各マイクロ・リピータからタグにより近いマイクロ・リピータへと経由できる。マイクロ・リピータ３５３は、アクセス・ポイント３５４からタグ３５０向けに発せられたトラフィックを、マイクロ・リピータ３５２に渡す。この情報は、マイクロ・リピータを以前に通過している、タグからアクセス・ポイントへのアップストリーム通信中に、データ構造内で捕捉できる。ルーティングの多くの既知の方法を、本発明の下に実施されるシステムに用いることができる。一つのルーティング方法では、データ構造内の特定のルートのための入力は、デバイスの識別情報、及びデバイスへと至る次の通信リンクのシード値の双方を含むことができる。マイクロ・リピータ３５３は、データ構造内にタグ３５０へのルートのための入力を有することができる。データ構造内の入力は、デバイスがマイクロ・リピータと直接通信しているときを記録することもできる。マイクロ・リピータ３５１は、それがタグ３５０と直接通信していることを記録できる。ルーティングされるメッセージを伝えるために用いられるゴールド符号は、データ構造内の入力に依存する。マイクロ・リピータは、更にダウンストリームのマイクロ・リピータに対応するゴールド符号か、又はデバイスに直接対応するゴールド符号のいずれかを用いて送信できる。従って、マイクロ・リピータ３５１は、直接デバイスに対応するゴールド符号を用いてタグ３５０と通信するであろう。データ構造内では未知の、デバイスのために受信されたメッセージは、アップストリームに戻して送信する必要がある場合がある。アクセス・ポイントがデバイスに関する記録を持たないとき、このアクセス・ポイントは、タグからのメッセージを待つか、又は直接タグを探す、ブロードキャスト・チャネル・メッセージを発するかのどちらかを行う。

タグのマイクロ・リピータへの通信は、上記の、タグからアクセス・ポイントへの直接接続形態と、本質的には変わらなくてもよい。タグが初期化に用いるブロードキャスト・メッセージは、マイクロ・リピータのシードとは無関係の、合意済みのネットワーク全体のゴールド符号を用いるブロードキャストであってもよい。従って、ネットワークと関連付けを試みるとき、タグ３５０はネットワーク全体のゴールド符号を用いることができる。上記で説明したようにタグがアクセス・ポイントに対して実行できるのと全く同様に、マイクロ・リピータとの出力制御通信を実行できる。

特定の状況下では、タグ自体にマイクロ・リピータの機能を果たさせることが望ましい場合がある。これを達成するために、このタグは、他のタグに自身の存在を公示し、隣接したデバイスにピアとして通信することを許可するブロードキャスト・チャネル・メッセージを送信できる。従って、仮にタグ３５０がマイクロ・リピータとして作用するならば、タグ３５０は、他のタグに自身を公示するブロードキャスト・チャネル・メッセージを送信できることになる。その場合、この２つのタグは、マイクロ・リピータ及びタグが通常機能するのと同様に機能できることとなる。一実施形態では、タグは、一定割合の時間においてのみ、ブロードキャスト・チャネル・メッセージを発行することができる。

上記の例示的な実施形態の記載は、例証及び説明の目的で提示されている。網羅的であることも、本発明を開示の厳密な形態に限定することも意図するものではなく、上記の教示を踏まえた改変及び変型が可能であり、または本発明の実践を通じてそれらを実現することができる。前記実施形態は、当業者が、企図される用途に適合するように、さまざまな実施形態において、及びさまざまな改変を伴って本発明を利用するように、本発明の原理及びその実際的適用を説明するために選択し、記載した。加えて、本明細書では、１つ以上のフロー図が用いられている。フロー図の使用は、動作が実行される順序に関して限定することを意図するものではない。

Claims (20)

1. 多元接続通信ネットワークを介して通信するための方法であって、
   第１のデバイスから第１の信号を受信する工程であって、前記第１の信号が第１の所定の擬似雑音（ＰＮ）符号を用いて拡散し、前記第１の信号が第１のランダム・タイミング・オフセットを有し、更に前記第１の信号が第１のペイロード・データを含む、前記受信する工程と、
   前記多元接続通信ネットワークの第１の特性に基づき、前記第１のペイロード・データの第１の送信先を選択する工程と、
   前記第１のペイロード・データを前記選択された第１の送信先に送信する工程と
   を含む、方法。
2. 第２のデバイスから第２の信号を受信する工程であって、前記第２の信号が第２の所定のＰＮ符号を用いて拡散し、前記第２の信号が第２のランダム・タイミング・オフセットを有し、更に前記第２の信号が第２のペイロード・データを含む、前記受信する工程と、
   前記多元接続通信ネットワークの第２の特性に基づき、前記第２のペイロード・データの第２の送信先を選択する工程と
   を更に含む、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の送信先及び前記第２の送信先が同一であるかどうかを決定する工程と、
   前記第１の送信先及び前記第２の送信先が同一の場合、前記第２のペイロード・データを前記第１のペイロード・データとともに、前記選択された第１の送信先に送信する工程と
   を更に含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記多元接続通信ネットワークの前記第１の特性が、デバイスに割り当てられたシード値である、請求項１に記載の方法。
5. ブロードキャスト・チャネル上で、第１のシード値を含む第１の通信信号を受信する工程と、
   前記受信した第１の通信信号に基づいて第２のシード値を選択する工程と
   を更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記第１のシード値に基づいてデバイスに関連付ける要求を通信する工程を更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記受信した第一の通信信号の出力測定に基づいてデバイスに関連付ける要求を通信する工程を更に含む、請求項５に記載の方法。
8. 関連付けられたデバイスからの送信を受信する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記受信した送信に基づいてタイミングを決定する工程を更に含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記受信した送信に基づいて送信出力レベルを決定する工程を更に含む、請求項８に記載の方法。
11. １つ以上の受信されなかったメッセージに基づいて第２のデバイスと関連付ける要求を通信する工程を更に含む、請求項５に記載の方法。
12. ブロードキャスト・チャネル上で、第２の通信信号を前記選択した第２のシード値で送信する工程を更に含む、請求項５に記載の方法。
13. 隣接するデバイスに、ピアとして通信することを許可する、ブロードキャスト・チャネル・メッセージを送信する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記第２の所定のＰＮ符号が、前記第１の所定のＰＮ符号と同一である、請求項２に記載の方法。
15. 前記受信した通信信号から、フレーム・タイミング又は周波数ドリフトを決定する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記多元接続通信ネットワークがメッシュネットワークを備える、請求項１に記載の方法。
17. 前記メッシュネットワークがＩＥＥＥ８０２．１１規格のセットに基づく、請求項１６に記載の方法。
18. 第１のデバイスから第１の信号を受信するように構成された受信器であって、前記第１の信号が第１の所定の擬似雑音（ＰＮ）符号を用いて拡散し、前記第１の信号が第１のランダム・タイミング・オフセットを有し、更に前記第１の信号が第１のペイロード・データを含む、前記受信器と、
    伝送器と、
    前記受信器及び伝送器に電気的に連結し、前記受信器による前記第１の信号の受信を管理し、前記多元接続通信ネットワークの特性に基づいて１つ以上のデバイスからの第１のペイロード・データの第１の送信先を選択し、かつ前記伝送器による前記第１のペイロード・データの前記第１の送信先への送信を管理するように動作可能な、制御装置と
    を備える、多元接続通信ネットワークを介して通信するための装置。
19. 前記多元接続通信ネットワークの特性が、デバイスに割り当てられたシード値である、請求項１５に記載の装置。
20. 通信ネットワーク内のブロードキャスト・チャネル上の第一のシード値を含む第１の通信信号の受信を管理し；前記受信した第１の通信信号に基づいて第２のシード値を選択し；かつ通信ネットワーク内のブロードキャスト・チャネル上の前記選択された第２のシード値を持つ第２の通信信号の送信を管理するように動作可能な、制御装置
    を更に備える、請求項１５に記載の装置。

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