JP2804461B2 - 周波数ホッピング無線通信における周波数管理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はラジオ周波（ＲＦ）
無線通信システムに関し、特に、無線伝送エラーを受け
易い周波数ホッピング通信システムにおいて同期を確立
し且つそれを良好に維持する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】周波数ホッピングは、情報が搬送周波数
のシーケンスを用いて伝送される無線通信技術であり、
この搬送周波数は使用可能なスペクトルの中心周波数に
おいて度々変化する（すなわちホップする）。本発明の
主な関心は、ホップ・レートが情報記号レートよりも極
めて低く、そのために各ホップの間に、多くの記号が同
一の搬送周波数により送信され、各ホップ内で狭帯域幅
の伝送条件を維持する低速の周波数ホッピング技術に向
けられる。

【０００３】単一または多重セルラ無線通信ネットワー
クにおいて、各セルはそのセル内に存在する遠隔ステー
ション間の通信を調整する単一のリーダ・ステーション
を有する。特にリーダ・ステーションは、遠隔ステーシ
ョンがリーダ・ステーションとの周波数ホッピング同期
を維持するために必要な制御及びタイミング情報を、暗
黙的または明示的に提供する。こうした無線通信ネット
ワークの単一セルにおいては、複数の遠隔ステーション
が共用無線チャネルをアクセスする必要がある。多くの
無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）では、
低い適度なトラフィック負荷の下での低アクセス遅延に
より、キャリア・センス多重アクセス（ＣＳＭＡ：Carr
ier Sense Multiple Access）・タイプのプロトコル
が、部分的に使用される。しかしながらＣＳＭＡタイプ
・プロトコルを用いる周波数ホッピング・システムにお
ける従来の同期技術では、高速に周波数獲得を達成する
問題や、無線伝送エラー（例えば妨害またはフェーディ
ング）を受け易い環境において、周波数ホッピングを維
持する問題を扱わない。

【０００４】次に示す参考文献は、周波数ホッピング・
システムにおける同期技術分野における典型的な従来技
術である。

【０００５】米国特許第５２８７３８４号明細書は、タ
イム・スロット式媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Medium A
ccess Control）プロトコルを使用する周波数ホッピン
グ通信システムを開示し、そこでは低パワー動作モード
の規定が作成される。初期周波数同期を達成するため
に、遠隔ステーションがしばらくの間、ベース・ステー
ションにより周期的に生成される時間マーク・フレーム
を聴取する。

【０００６】米国特許第５１３０９８７号明細書は、マ
スタ・クロックまたはマスタ制御ユニットの代わりに、
受信機の周波数ホッピング・タイミング及び識別を利用
して通信を制御する周波数ホッピング・パケット通信シ
ステムを開示する。このシステムでは、各受信ステーシ
ョンがその通信範囲内の他の各ステーションの受信機周
波数ホッピング・シーケンス・オフセットのテーブルを
確立し、各ステーションが各周波数において、ホップ・
タイミング・オフセット標識を有するパケットにより、
自身の存在を知らせる。

【０００７】米国特許第４８７２１８２号明細書は、周
波数ホッピング通信システムにおける周波数の管理シス
テムを開示する。ネットワークの別のステーションとの
通信を希望する任意のステーションが、Ｋ種類の各通信
周波数により、順次３つの連続記号から成るプローブ・
メッセージを繰返し伝送する。遊休モードの各ステーシ
ョンは、任意のメッセージ送信ステーションに対して要
求される時間長の間、順次に各周波数に留まることによ
り、Ｋ種類の各通信周波数の活動レベルをモニタする。

【０００８】米国特許第４８５００３６号明細書は、使
用周波数ホッピング・シーケンスを伝達するために、マ
スタ・ステーションが特殊な制御周波数を有する特殊ス
タートアップ・シーケンスを使用する周波数ホッピング
同期機構を開示する。

【０００９】米国特許第４６７７６１７号明細書は、周
波数ホッピング通信装置の動作を同期するための方法を
開示する。この方法では、特殊な制御ステーション（例
えばネットワーク装置）が、可能なすべての受信周波数
及び同期コードをカバーするように、同期メッセージの
シーケンスを受信ホップ・レートよりも実質的に高い送
信ホップ・レートで伝送する。獲得フェーズ（この特許
では遊休状態と称されている）の間、遠隔ステーション
は、受信周波数の個別のセットに渡り、ホップ・レート
により決定される滞留時間（dwell time）の間ホップす
る。このようにして、２つのステーションは迅速な同期
を達成することができる。

【００１０】米国特許第４５５８４５３号明細書は、２
つの周波数ホッピング無線を同期する方法を開示する。
この方法では、送信機が複数の異なる各周波数における
同期信号の伝送を自動的に開始する。この同期信号は、
それぞれの周波数において所定の回数伝送される。受信
機は、同期信号が各受信周波数において受信されるよう
に、比較的低速のレートで同じ周波数を通じ同調され
る。

【００１１】１９９３年１０月２２日出願の米国特許出
願第８−１４２５５５号は、無線伝送エラーの存在下
で、周波数ホッピング同期を獲得及び維持する方法を開
示する。初期周波数同期を達成するために、遠隔ステー
ションはベース・ステーションにより同報通信される制
御情報を聴取する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従って、ＣＳＭＡプロ
トコルを使用し、しかも無線伝送エラーを受け易い環境
において高速の周波数獲得を達成し、周波数ホッピング
同期を維持する方法を提供する周波数ホッピング通信シ
ステムが必要とされる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ステー
ションのグループ間で無線通信を迅速に開始し、確実に
継続する方法及び構造が提供される。本発明は、ＣＳＭ
Ａタイプのプロトコルが使用される低速の周波数ホッピ
ング・システムに適用される。

【００１４】遠隔ステーションのグループが、単一のリ
ーダ・ステーションにより調整されるアーキテクチャが
考慮される。この状況において、本発明は遠隔ステーシ
ョンが高速にリーダ・ステーションの周波数獲得を達成
し、また無線伝送作用（例えば混信、ノイズまたは多重
路フェーディング）による制御情報の損失に際しても、
周波数同期を維持することを可能にする。

【００１５】本発明の別の目的は、パケット伝送オーバ
ランを可能にする可変ホップ・サイクル長を許容するこ
とにより、総スループットを向上することである。

【００１６】従って、周波数ホッピング無線通信及びＣ
ＳＭＡプロトコルを用いる無線ネットワークにおいて、
本発明は、遠隔ステーションが、これまで同期されてい
なかったリーダ・ステーションとの周波数ホッピング同
期を達成する方法及び装置を提供する。本発明によれ
ば、各遠隔ステーションは、キャリア・センス・プロト
コルにより第１の周波数を検出する。第１の周波数の搬
送波信号が検出されると、キャリア・センス・プロトコ
ルにより決定される適切な遅延の後に、要求メッセージ
が第１の周波数によりリーダ・ステーションに伝送され
る。要求メッセージは、リーダ・ステーションとの通信
を確立するための要求を示す。一方、第１の周波数の搬
送波信号が検出されない場合には、要求メッセージは遅
延なく伝送されうる。遠隔ステーションがリーダ・ステ
ーションから要求メッセージに対する応答を受信する
と、遠隔ステーションは第１の周波数において、ホップ
・サイクル・トレーラ信号を聴取する。この信号を見い
出すと、遠隔ステーションはトレーラ信号内に指示され
る第２の周波数にホップする。このホップ時期について
も、トレーラ信号内に指示される。この第２の周波数
は、ステーションが互いに通信する周波数である。しか
しながら、遠隔ステーションが特定の時刻までに応答を
受信しないと、それはランダムに選択される第３の周波
数にホップし、上述のプロセスが繰返され、遠隔ステー
ションは第１の周波数の代わりに第３の周波数を検出す
る。

【００１７】従って本発明は、無線ネットワーク内の遠
隔ステーションが互いに通信するための周波数にホップ
する時期を決定する方法及び装置を提供する。本発明の
他の態様によれば、ネットワークの各遠隔ステーション
及びリーダ・ステーションによるパケット伝送の開始
が、ホップ・サイクルの開始に続く選択された最小時間
の後に禁止され、この間、ステーションは所与の周波数
に留まる。また選択された最小時間の後、現搬送周波数
がリーダ・ステーションにより検出されないと、ホップ
・サイクル・トレーラ信号がリーダ・ステーションから
同報通信される。この信号は、ステーションが互いに通
信するためにホップすべき周波数を示す。一方、選択さ
れた最小時間の後に、現搬送周波数がリーダ・ステーシ
ョンにより依然として検出される場合には、通常、現搬
送周波数が検出されなくなったときに、ホップ・サイク
ル・トレーラ信号が同報通信される。しかしながら、ホ
ップ・サイクルの開始に続く最大時間の後にも、現搬送
周波数がリーダ・ステーションにより検出される場合に
は、ホップ・サイクル・トレーラ信号はこの最大時間の
経過後に伝送される。この最大時間は、上述の最小時間
と最大パケット伝送時間との和である。ステーションが
同報通信されたホップ・サイクル・トレーラ信号を受信
すると、これらは第２の周波数にホップし、この周波数
により互いに通信する。

【００１８】本発明の別の態様では、各遠隔ステーショ
ンに対して異なる最小時間が設定され、ホップ・サイク
ル・トレーラが受信されない場合にはこの最小時間が短
縮される。これは遠隔ステーションが制御情報の損失に
際し、リーダ・ステーションとの粗な時間同期を維持す
ることを可能にする。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、１つ以上の遠
隔ステーション２０が、互いに及びリーダ・ステーショ
ン１０と通信する無線ネットワーク・アーキテクチャが
示される。リーダ・ステーション１０は、遠隔ステーシ
ョンのリーダ・ステーションとの周波数同期、従って互
いの同期を維持するために、遠隔ステーションにより要
求される制御及びタイミング情報を同報通信することに
より、遠隔ステーション間、並びにこれらの遠隔ステー
ションと自身との間の通信を調整する。図１の一般アー
キテクチャは、セルラ・タイプ・ネットワーク・アーキ
テクチャの単一のセルを示し、そこでは複数のアクセス
・ポイント（またはベース・ステーション）が有線バッ
クボーン・ネットワークに接続され、遠隔ステーション
が各アクセス・ポイントの範囲内の様々な領域を通じて
移動するときに、これらのアクセス・ポイントが遠隔ス
テーションへのアクセスを提供する。この場合、リーダ
・ステーション１０は上述の周波数ホッピング制御機能
をサービスし、有線バックボーン・ネットワークへのブ
リッジまたはルーティング機能を提供する。図１のアー
キテクチャに従う第２の態様では、遠隔ステーションの
独立したグループ内の１つの遠隔ステーションをリーダ
・ステーションとして選択し、この選択されたリーダ・
ステーションがそのグループの周波数ホッピング・パタ
ーンを調整することにより、それらの遠隔ステーション
が特別モードで通信する。

【００２０】図２は、リーダ・ステーション及び遠隔ス
テーションの両方の構造を示すブロック図である。無線
通信アダプタ８０がバス・インタフェース７０を介し
て、ホスト・コンピュータ６０に接続される。無線通信
アダプタ８０は、キャリア・センス能力を有する無線ト
ランシーバ１００と、インタフェース・バス１３０を介
して無線トランシーバ１００を制御するアダプタ制御シ
ステム９０とを含む。アダプタ制御システム９０は、マ
イクロコントローラ（またはマイクロプロセッサ）及び
タイマ１１０と、マイクロコントローラ・ソフトウェア
・プログラム及びデータのための記憶領域１４０とを含
む。更にアダプタ制御システム９０は、バス・インタフ
ェース７０を介してホスト・コンピュータ６０とインタ
フェースするためのシステム・インタフェース１２０を
含む。アダプタ制御システム９０のコンポーネント１１
０、１２０、１３０及び１４０は、内部バス１２５によ
り相互接続される。図３、図５及び図８乃至図１０の流
れ図で示される全ての機構は、１４０に記憶され、マイ
クロコントローラ１１０上で実行されるソフトウェアに
より実現される。或いは当業者には理解されるように、
これらの流れ図の機構を、特殊ハードウェア（例えばＡ
ＳＩＣの形態）により直接実現することも可能である。

【００２１】大部分のＲＦ無線ＬＡＮは、拡散スペクト
ル動作が要求される周波数帯で動作する（米国連邦通信
委員会（ＦＣＣ）による）。好適な実施例では、低速の
周波数ホッピングを使用する特定の拡散スペクトル・ア
プローチを考慮する。更に好適な実施例では、ＣＳＭＡ
タイプの媒体アクセス制御（ＭＡＣ）プロトコルを選択
して使用する。特に衝突回避（ＣＡ：collision avoida
nce）を有するＣＳＭＡバージョンを使用する。以下、
このプロトコルをＣＳＭＡ／ＣＡと呼ぶことにする。

【００２２】従来技術として、好適な実施例において使
用されたＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルの特定の例を簡単に
述べることにするが、当業者には、様々なＣＳＭＡタイ
プのプロトコルが使用可能であることが理解されよう。
ここで使用される主要要素は、プロトコルのキャリア・
センスの側面だけである。ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコルの
オペレーションを示す流れ図が図３に示される。ここで
の議論では、受信機と送信機の両方が同一周波数を使用
しているものと仮定する。また図３のオペレーションを
開始する以前に、少なくとも１つのパケットがステーシ
ョンの送信キュー内に待機しているものとする。この送
信キューは通常、無線通信アダプタ８０のデータ記憶領
域１４０内で実現される。最初にプロトコル・パラメー
タＫ（図３で使用される）が、選択値Ｋ＿ＩＮＩＴにセ
ットされるものとする。Ｋ＿ＩＮＩＴの典型的な値は４
または８である。後述のように、パラメータＫはプロト
コルのバックオフ（backoff）部分で使用されるランダ
ム時間遅延長に影響する。ステーション（すなわちリー
ダ・ステーションまたは遠隔ステーション）が送信準備
完了状態のパケットを有するとき、これはブロック２２
０で示されるように、無線チャネルをセンスして、搬送
波が存在するかどうかを判断する。搬送波が存在する場
合、遠隔ステーションは無線チャネルが遊休状態になる
まで、ブロック２３０で待機し、次にランダムな時間、
ブロック２４０で待機し（この待機をバックオフとい
う）、完全なセンシング及び送信手順を再度開始する。
ランダム・バックオフ時間を決定する多くの異なる手順
が提案されている。ここでは、打切り２進指数バックオ
フ機構（truncated binary exponential backoff mecha
nism）を使用する。すなわちバックオフ時間が、ブロッ
ク２５０で、下記の範囲内で一様に分散するランダム整
数Ｒ（時間単位を示す）として選択される。

【数１】０≦Ｒ≦２^K−１

【００２３】ステップ２２０で搬送波が検出されない
と、送信キューの先頭の送信可能パケットが、ブロック
２７０で送信される。これはパケットが伝送される最初
の機会、或いはパケットの再伝送に当てはまる。パケッ
トがブロック２７０で送信された後、ステーションはブ
ロック２８０で、肯定応答メッセージが元のデータ・パ
ケットの宛先ステーションにより返送されるのを待つ。
選択された肯定応答タイムアウトに達したことがブロッ
ク２９０で検出されると、これは肯定応答メッセージが
所定の時間内に受信されなかったことを示し、ブロック
３１０でＫがその最大許容値（Ｋ＿ＭＡＸ）よりも小さ
いと判断されると、ブロック３３０でパラメータＫが増
分される。Ｋ＿ＭＡＸの典型値は１０である。更に肯定
応答メッセージが受信されなかった場合には、流れ図は
先頭に戻り、全部の伝送手順を再度開始し、失われたも
のと推定されるパケットが再伝送される。肯定応答タイ
ムアウトの発生以前に、ブロック２８０で肯定応答メッ
セージが受信される場合には、成功裡に伝送されたパケ
ットが、ブロック３００で送信キューから廃棄される。
次に、ブロック３２０でＫの値がＫ＿ＩＮＩＴよりも大
きいと判断されると、Ｋの値がブロック３４０で減分さ
れる。最後にブロック３５０で、同じステーションがバ
ック・ツー・バック・パケットを送信してチャネルを専
有することのないように、ランダム・バックオフ時間の
待機（ブロック２４０に詳細が示される）に入る。

【００２４】図４を参照すると、１ホップ・サイクルの
タイミング図が示される。ここでは１ホップ・サイクル
は、リーダ・ステーションまたは遠隔ステーションが受
信または送信モードにおいて、所与の周波数に留まる期
間として定義される。ステーションの無線トランシーバ
が、ホップ・サイクルの終了の直後に、次の周波数にホ
ップする。ここでは無線通信システムの総スループット
を向上するために、可変長ホップ・サイクルを許容す
る。固定長ホップ・サイクルが使用されると、その伝送
時間がホップ・サイクルの終了よりも延びるパケットは
先行送信しなければならず、ホップ・サイクルの終りに
幾らかの時間が浪費される。好適な実施例では、特定の
固定時間が経過するまでは、ステーションが送信を開始
できるようにすることにより、可変長ホップ・サイクル
を許容する。ここでは、この固定時間を最小ホップ・サ
イクル時間と呼ぶ。図４に示されるように、固定長の最
小ホップ・サイクル時間３７５の後は、パケット伝送の
開始が禁止されるが、既に開始されたパケットの完了は
許可される。これは、最小ホップ・サイクル時間に続
き、パケット伝送のオーバランが発生する０乃至ＴＭＡ
Ｘ時間単位の期間３８０が存在することを意味する。こ
こでＴＭＡＸは、無線通信システムで許可される最長の
パケットを伝送するのに要する時間である。図４に示さ
れるように、パケット伝送オーバラン期間３８０の後
に、ホップ・サイクル・トレーラがリーダ・ステーショ
ンにより送信される期間３８５が続く。このホップ・サ
イクル・トレーラは、現ホップ・サイクルが３９０で終
了した後に、遠隔ステーションが次のホップ周波数を決
定するために必要な情報を提供する。オプションとし
て、図４に示されるように、ＣＳＭＡ／ＣＡ伝送プロト
コルがホップ・サイクルの初期の期間３９５において禁
止され、専用の伝送（例えばリーダ・ステーションによ
る）を許容することが可能である。

【００２５】図５を参照すると、リーダ・ステーション
の詳細オペレーションが示される。ホップ・サイクルの
開始時に、ホップ・サイクル・タイマがブロック４１０
で起動される。リーダ・ステーションは、最小ホップ・
サイクル時間に達するまで（ブロック４３０）、ブロッ
ク４２０で、データ・パケット伝送の開始を許可され
る。最小ホップ・サイクル時間に達すると、リーダ・ス
テーションはブロック４５０で、ホップ・サイクルの現
周波数において、搬送波信号をチェックする。この時点
では、リーダ・ステーション自身はパケット伝送を完了
するプロセスを実行していることがあり、その場合はブ
ロック４５０で搬送波信号が存在することを認識する。
搬送波がもはや検出されなくなるか、最大ホップ・サイ
クル時間に達すると、リーダ・ステーションはブロック
４６０でホップ・サイクル・トレーラを同報通信し、次
にブロック４７０で次の周波数にホップし、次のホップ
・サイクルのために、流れ図の先頭に戻る。ブロック４
７０における次の周波数は既知であり、リーダ・ステー
ションにより指示される。最大ホップ・サイクル時間
は、選択された最小ホップ・サイクル時間とＴＭＡＸす
なわち最大パケット伝送時間との和として定義される。
最大ホップ・サイクル時間の後は、リーダ・ステーショ
ンに関連付けられる遠隔ステーションからのパケット伝
送は発生しないはずであるから、最大ホップ・サイクル
時間が過ぎても搬送波が検出されると、リーダ・ステー
ションは、それを混信によるものとみなす。

【００２６】ホップ・サイクル・トレーラ内の制御情報
は、幾つかの形式を取りうる。ここでは、リーダ・ステ
ーションが遠隔ステーションに対して、現周波数ホッピ
ング・シーケンスにおける次の周波数を指示する２つの
機構について述べることにする。これら２つの機構は、
図６及び図７にそれぞれ示されるホップ・サイクル・ト
レーラの２つの異なるフォーマット４８０及び４９０に
より示される。これらのフォーマットは、情報フィール
ド以外は全て同一のフィールドを有する。当業者には、
このホップ・サイクル・トレーラ・パケットの標準フォ
ーマットが理解されよう。パケットは無線同期を支援す
るプリアンブルで開始する。プリアンブルの次には、パ
ケットの開始を示すフレーム開始区切り記号（ＳＦＤ：
Start Frame Delimiter）が続く。次にホップ・サイク
ル・トレーラのための同報通信宛先アドレスが含まれ、
次にリーダ・ステーションのソース・アドレスが続く。
これらのアドレスに続き、情報長フィールドが含まれ、
次に情報フィールドが伝送されて、パケットはエラー検
出のためのフレーム・チェック・シーケンス（ＦＣＳ）
の伝送で終了する。図６及び図７の両方において、これ
らのパケットが正規のデータ・パケットではなく、ホッ
プ・サイクル・トレーラであることを示す特殊トレーラ
・サブアドレスが使用される。

【００２７】次の周波数を指示する第１のアプローチで
は、リーダ・ステーションはホップ・サイクル・トレー
ラ４８０内に、周波数ホッピング・パターンの次のＰ種
類の周波数を含む。図６の例ではＰ＝４である。周波数
ホッピング・パターンは固定されないので、このアプロ
ーチは柔軟性が高い。従ってリーダ・ステーションはシ
ーケンスを動的に変更することができる（例えば混信し
易い周波数を省く）。このアプローチは、前述の米国特
許出願の明細書で述べられている。

【００２８】図７に示されるホップ・サイクル・トレー
ラ４９０における第２のアプローチでは、固定周波数ホ
ッピング・パターンが使用される。このパターンは、リ
ーダ・ステーション及び遠隔ステーションの両方にとっ
て既知の複数のパターンのうちの１つである。従ってリ
ーダ・ステーションは、使用されるパターン（すなわち
周波数パターン番号）と、パターン内の現指標、すなわ
ち無線トランシーバが次にホップする周波数パターン内
のポイントをさす指標だけを指示すればよい。

【００２９】好適な実施例に関し、まず遠隔ステーショ
ンが最初に周波数ホッピング・シーケンスを獲得してリ
ーダ・ステーションとのタイミング調整を達成する機構
について述べ、次に、混信またはノイズによる制御情報
の損失に際し、この周波数及びタイミング同期を維持す
る機構について述べることにする。

【００３０】ここではリーダ・ステーションが現在使用
している周波数を見い出すために、無線を活動探索モー
ドで使用する高速獲得機構について述べる。これは、ユ
ーザが最初に自身の遠隔ステーションをターンオンする
とき、または、アクセス・ポイントであるリーダ・ステ
ーションを有するセルラ・アーキテクチャの場合のよう
に、ユーザがあるリーダ・ステーションの範囲から別の
リーダ・ステーションの範囲に移動するとき使用され
る。図８は、遠隔ステーションが、図５の流れ図に従い
動作しているリーダ・ステーションの周波数を獲得する
機構を示す流れ図である。図８において、遠隔ステーシ
ョンは最初にブロック５１０で、第１の周波数をランダ
ムに選択する。遠隔ステーションは次にブロック５４０
で搬送波信号を監視し、これを検出すると、ブロック５
３０でランダムなバックオフ時間待機する。ブロック５
３０の詳細手順は、図３のブロック２４０のところで述
べた通りである。搬送波信号がブロック５４０で検出さ
れない場合、遠隔ステーションはブロック５５０で、要
求メッセージを範囲内の任意のリーダ・ステーションに
送信する。要求メッセージはリーダ・ステーションに対
して、遠隔ステーションがリーダ・ステーションとの通
信を確立するために、周波数ホッピング・パターン及び
ホップ・サイクル・タイミングを獲得しようとしている
ことを示すパケットである。遠隔ステーションは次にリ
ーダ・ステーションからの応答を待つ。応答タイムアウ
ト以前にブロック５７０で応答が受信されると、遠隔ス
テーションは次にブロック５８０及び５９０で、受信機
を第１の周波数に同調したまま、トレーラの受信を待
つ。ブロック５６０の応答タイムアウト以前に、ブロッ
ク５７０で応答が受信されないと、遠隔ステーションは
ブロック５２０で、ランダムに選択される第２の周波数
にホップし、検出手順を再開する。トレーラ・タイムア
ウトに達する以前に、ブロック５９０でホップ・サイク
ル・トレーラが受信されると、遠隔ステーションはブロ
ック６００で、図６または図７に関連して述べられた方
法に従い、受信ホップ・サイクル・トレーラ内で指示さ
れる次の周波数にホップする。ブロック６００の実行
後、遠隔ステーションは、図９及び図１０に関連して述
べる通常動作モードに入る。ブロック５８０でホップ・
サイクル・トレーラ・タイムアウトに達すると、遠隔ス
テーションはブロック５２０で、ランダムに選択される
第２の周波数にホップし、検出手順を再開する。

【００３１】周波数及びタイミング同期を維持する機構
について、次に説明する。これは２ステップのプロセス
により実施される。最初に制御情報が失われることの無
い場合、すなわち混信及びノイズの無い環境におけるシ
ステム・オペレーションについて述べる。第２のステッ
プでは、制御情報の損失に際して周波数及びタイミング
同期を維持する新たな機構について述べる。

【００３２】ホップ・サイクル・トレーラが決して失わ
れることの無い状況では、遠隔ステーションは図９のオ
ペレーションにより、リーダ・ステーションとの周波数
ホッピング同期を維持する。図９の上半分は、リーダ・
ステーションのオペレーションを示す図５の上半分と同
じである。図９を参照すると、ホップ・サイクルの開始
時に、遠隔ステーションのホップ・サイクル・タイマが
ブロック７１０で起動される。遠隔ステーションはブロ
ック７２０で、最小ホップ・サイクル時間に達するまで
（ブロック７３０）、データ・パケット伝送の開始を許
可される。最小ホップ・サイクル時間に達すると、遠隔
ステーションはブロック７４０で、ホップ・サイクル・
トレーラの受信を待つ。この第１の例では、混信及びフ
ェーディングの無い環境を仮定したので、遠隔ステーシ
ョンはホップ・サイクル・トレーラを成功裡に受信し、
ブロック７５０で、受信ホップ・サイクル・トレーラ内
で指示される次の周波数にホップする。

【００３３】勿論、実際の無線環境では、混信、ノイ
ズ、及び多重路フェーディングの影響が、ホップ・サイ
クル・トレーラの良好な受信を妨げることがある。ホッ
プ・サイクル・トレーラ損失のこの可能性は、図１０の
機構において考慮される。図１０の議論に先立ち、Ｉを
遠隔ステーションの指標と定義する。ここでＩは１乃至
Ｎである。図１０は遠隔ステーションＩにより実行され
る手順であり、ローカル記憶変数Ｔ＿ＭＩＮ（Ｉ）は各
遠隔ステーションに対して異なる値を保持できる。図１
０の機構は、図８の獲得機構の終了直後に開始される。
図１０のブロック８１０で、遠隔ステーションＩは最初
にローカル変数Ｔ＿ＭＩＮ（Ｉ）を、図４及び図５に関
連して述べた最小ホップ・サイクル時間にセットする。
ホップ・サイクル・トレーラが失われない場合には、Ｔ
＿ＭＩＮ（Ｉ）は最小ホップ・サイクル時間のままであ
り、図９の手順が効果的に実行される。図１０を参照し
て、ホップ・サイクルの始めに、ブロック８２０でホッ
プ・サイクル・タイマが起動される。遠隔ステーション
Ｉは時間Ｔ＿ＭＩＮ（Ｉ）に達するまで（ブロック８４
０）、ブロック８３０でデータ・パケット伝送の開始を
許可される。時間Ｔ＿ＭＩＮ（Ｉ）に達すると、遠隔ス
テーションは進行中の任意のパケット伝送を完了させる
ことはできるが、新たなパケットの伝送は開始できな
い。このパケット伝送の時間長は、ＴＭＡＸ、すなわち
最大パケット伝送時間により拘束される。進行中のパケ
ット伝送が終了すると、リーダ・ステーションは図５の
機構に従い、ホップ・サイクル・トレーラを送信する。
遠隔ステーションはブロック８５０でこのホップ・サイ
クル・トレーラを受信すると、ブロック８７０で、現受
信ホップ・サイクル・トレーラ内で指示される次の周波
数にホップする。更にブロック８９０で、Ｔ＿ＭＩＮ
（Ｉ）の値が最小ホップ・サイクル時間にリセットされ
る。なぜなら、ホップ・サイクル・トレーラが以前に受
信されなかった場合、Ｔ＿ＭＩＮ（Ｉ）が最小ホップ・
サイクル時間よりも小さい可能性があるからである。ブ
ロック８７０及び８９０の後、遠隔ステーション及びリ
ーダ・ステーションは正確にタイミング及び周波数同期
され、新たなホップ・サイクルにおいて手順が再度開始
される。

【００３４】ブロック８６０で最大受信時間に達するま
でに、ブロック８５０でホップ・サイクル・トレーラが
受信されない場合、遠隔ステーションはブロック８８
０、９００及び９１０の手順を実行し、リーダ・ステー
ションとの粗の同期を維持する。最大受信時間はトレー
ラ伝送時間と、図５に関連して述べた最大ホップ・サイ
クル時間との和として定義される。最大ホップ・サイク
ル時間は、ＴＭＡＸと最小ホップ・サイクル時間との和
として定義されたので、最大受信時間は単に選択された
最小ホップ・サイクル時間と、ＴＭＡＸと、トレーラ伝
送時間との和になる。遠隔ステーションが最大受信時間
までにホップ・サイクル・トレーラを受信しない場合、
ステーションはトレーラを失ったものと判断する。ブロ
ック８６０でホップ・サイクル・トレーラが失われたと
判断されると、遠隔ステーションはブロック８８０で、
周波数ホッピング・パターンにおける次の周波数を決定
するために十分な情報を有するかどうかをチェックす
る。周波数ホッピング・シーケンスを指示する方法につ
いては、図６及び図７に関連して述べた通りである。こ
こでは図６の方法を使用するものとし、各ホップ・サイ
クル・トレーラが次に使用されるＰ種類の周波数のリス
トを含むものとする。Ｐよりも多くのホップ・サイクル
・トレーラが失われると、遠隔ステーションは次に使用
すべき周波数を認識できず、結果的にブロック９２０に
より示される獲得機構に移行する。ブロック８８０でＰ
よりも少ないホップ・サイクル・トレーラが失われた場
合には、遠隔ステーションはブロック９００で、以前に
受信されたホップ・サイクル・トレーラ内の情報を用
い、次の周波数に切り替わる。遠隔ステーションはホッ
プ・サイクル・トレーラを失ったことにより、ホップ・
サイクルが終了した正確な時期を知り得ないために、ホ
ップ・サイクルを最大ホップ・サイクル時間とトレーラ
伝送時間との和とみなすが、実際には、ホップ・サイク
ルは最小ホップ・サイクル時間とトレーラ伝送時間との
和であったかも知れない。この時間の不確実性に対処す
るために、Ｔ＿ＭＩＮ（Ｉ）の値がブロック９１０で、
ＴＭＡＸ（すなわち最大ホップ・サイクル時間と最小ホ
ップ・サイクル時間との差）だけ減少される。このアク
ションは、遠隔ステーションが次のホップ・サイクル・
トレーラの聴取に間に合うように、パケット伝送の開始
を停止することを保証する。ブロック９１０の後、遠隔
ステーションはブロック８２０から手順を繰返す。ここ
では、Ｔ＿ＭＩＮ（Ｉ）が負にならないように、（Ｐ−
１）×ＴＭＡＸが最小ホップ・サイクル時間よりも小さ
いと仮定する。或いは、ブロック８８０で、Ｔ＿ＭＩＮ
（Ｉ）が負になるかどうかをチェックし、もしそうであ
れば、獲得機構に移行することも可能である。まとめと
して、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。

【００３５】（１）周波数ホッピング無線通信を使用
し、複数の遠隔ステーションと、該遠隔ステーションと
の間の通信を調整するリーダ・ステーションとを有する
無線ネットワークにおいて、各遠隔ステーションが前記
リーダ・ステーションと、及び互いに通信する周波数を
決定するために、各遠隔ステーションにおいて、 ａ．第１の周波数の搬送波信号を検出するステップと、 ｂ．前記搬送波信号が検出されると、前記リーダ・ステ
ーションとの通信を確立する要求を示す要求メッセージ
を所与の遅延の後に前記第１の周波数で前記リーダ・ス
テーションへ伝送するステップと、 ｃ．前記搬送波信号が検出されない場合、前記要求メッ
セージを前記第１の周波数で前記リーダ・ステーション
に伝送するステップと、 ｄ．前記リーダ・ステーションから前記要求メッセージ
に対する応答を受信すると、前記第１の周波数でホップ
・サイクル・トレーラ信号を監視するステップと、 ｅ．前記ホップ・サイクル・トレーラ信号が受信される
と、前記ホップ・サイクル・トレーラ信号内で指示され
る、他のステーションとの通信のための第２の周波数
に、該ホップ・サイクル・トレーラ信号内で指示される
時期にホップするステップと、 ｆ．前記応答が受信されない場合、第３の周波数にホッ
プし、該第３の周波数を前記第１の周波数として用い
て、前記ａ乃至ｅのステップを繰返すステップと、を含
む、周波数管理方法。 （２）周波数ホッピング無線通信及びＣＳＭＡプロトコ
ルを使用し、複数の遠隔ステーションと、該遠隔ステー
ションとの間の通信を調整するリーダ・ステーションと
を有する無線ネットワークにおいて、各遠隔ステーショ
ン及び前記リーダ・ステーションが互いに通信する周波
数を決定するために、前記リーダ・ステーションまたは
前記遠隔ステーションが、送信または受信のために、所
与の周波数に留まる期間を定めるホップ・サイクルが開
始されて、選択された最小時間が経過した後は、前記遠
隔ステーション及び前記リーダ・ステーションによるパ
ケット伝送の開始を禁止するステップと、前記最小時間
の後、現搬送周波数が前記リーダ・ステーションにより
検出されないと、ステーション間通信のための第２の周
波数及び該第２の周波数にホップすべき時期を指示する
ホップ・サイクル・トレーラ信号を、前記リーダ・ステ
ーションから同報通信するステップと、前記選択最小時
間の後、前記現搬送周波数が依然として前記リーダ・ス
テーションにより検出される場合は、前記現搬送周波数
が検出されなくなったときに、前記ホップ・サイクル・
トレーラ信号を同報通信するステップと、前記ホップ・
サイクルが開始されて、前記最小時間と最大パケット伝
送時間との和に等しい最大時間が経過した後、前記現搬
送周波数が依然として前記リーダ・ステーションにより
検出されると、前記ホップ・サイクル・トレーラ信号を
同報通信するステッと、前記ホップ・サイクル・トレー
ラ信号に応答して、各遠隔ステーションで前記第２の周
波数にホップするステップと、を含む、周波数管理方
法。 （３）周波数ホッピング無線通信及びＣＳＭＡプロトコ
ルを使用し、複数の遠隔ステーションＩ（Ｉ＝１、２、
・・・、Ｎ）と、該遠隔ステーションとの間の通信を調
整するリーダ・ステーションとを有する無線ネットワー
クにおいて、前記遠隔ステーション及び前記リーダ・ス
テーションが互いに通信する周波数を決定するために、
ホップ・サイクルの開始に続く通信時間Ｔ＿ＭＩＮ
（Ｉ）の後に、前記遠隔ステーションによるパケット伝
送の開始を禁止するステップと、前記ホップ・サイクル
の開始に続く選択された最小時間の後に、前記リーダ・
ステーションによるパケット伝送の開始を禁止するステ
ップと、前記最小時間の後に、前記リーダ・ステーショ
ンにより搬送周波数が検出されないと、ステーション間
通信のための第２の周波数及び該第２の周波数にホップ
すべき時期を指示するホップ・サイクル・トレーラ信号
を、前記リーダ・ステーションから同報通信するステッ
プと、前記最小時間の後、前記現搬送周波数が依然とし
て前記リーダ・ステーションにより検出される場合、前
記現搬送周波数が検出されなくなったときに、前記ホッ
プ・サイクル・トレーラ信号を同報通信するステップ
と、前記ホップ・サイクルの開始に続く、前記最小時間
と最大パケット伝送時間との和に等しい最大時間の後、
前記現搬送周波数が依然として前記リーダ・ステーショ
ンにより検出されると、前記ホップ・サイクル・トレー
ラ信号を同報通信するステップと、前記ホップ・サイク
ル・トレーラ信号を受信した各遠隔ステーションが前記
第２の周波数にホップし、前記Ｔ＿ＭＩＮ（Ｉ）を前記
最小時間にリセットするステップと、前記ホップ・サイ
クルが開始されて、前記最大時間とトレーラ伝送時間と
の和に等しい最大受信時間が経過しても、前記ホップ・
サイクル・トレーラ信号を受信しなかった各遠隔ステー
ションが以前のホップ・サイクル・トレーラ信号により
指示される第３の周波数にホップし、前記Ｔ＿ＭＩＮ
（Ｉ）を前記最大パケット伝送時間だけ減じるステップ
と、を含む、周波数管理方法。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＣＳＭＡプロトコルを使用し、高速の周波数獲得を達成
し、しかも無線伝送エラーを受け易い環境において、周
波数ホッピング同期を維持する方法を提供する周波数ホ
ッピング通信システムを提供することができる。

【００３７】更に本発明によれば、パケット伝送オーバ
ランを可能にする可変ホップ・サイクル長を許容するこ
とにより、総スループットを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される無線ネットワーク・アーキ
テクチャを示す図である。

【図２】無線ステーションのブロック図である。

【図３】ＣＳＭＡ／ＣＡプロトコル例のオペレーション
を示す流れ図である。

【図４】典型的なホップ・サイクルのタイミング図であ
る。

【図５】リーダ・ステーションのオペレーションを示す
流れ図である。

【図６】ホップ・サイクル・トレーラのフォーマットを
示す図である。

【図７】ホップ・サイクル・トレーラの別のフォーマッ
トを示す図である。

【図８】遠隔ステーションが周波数獲得を実行する機構
を示す流れ図である。

【図９】混信の無い環境での遠隔ステーションのオペレ
ーションを示す流れ図である。

【図１０】ホップ・サイクル・トレーラが失われたとき
に、遠隔ステーションが周波数同期を維持する機構を示
す流れ図である。

【符号の説明】

１０ リーダ・ステーション ２０ 遠隔ステーション ６０ ホスト・コンピュータ ７０ バス・インタフェース ８０ 無線通信アダプタ ９０ アダプタ制御システム １００ 無線トランシーバ １１０ タイマ １２０ システム・インタフェース １２５ 内部バス １４０ 記憶領域 ４８０、４９０ サイクル・トレーラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・オービル・ラマイア アメリカ合衆国、ニューヨーク州ヨーク タウン・ハイツ、カリフォルニア・ロー ド 138 (56)参考文献 特開 平１−245731（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−191378（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−162341（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−204345（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−143536（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 1/713 H04L 12/28 H04Q 7/38

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周波数ホッピング無線通信を使用し、複数
   の遠隔ステーションと、該遠隔ステーションとの間の通
   信を調整するリーダ・ステーションとを有する無線ネッ
   トワークにおいて、各遠隔ステーションが前記リーダ・
   ステーションと、及び互いに通信する周波数を決定する
   ために、各遠隔ステーションにおいて、 ａ．第１の周波数の搬送波信号を検出するステップと、 ｂ．前記搬送波信号が検出されると、前記リーダ・ステ
   ーションとの通信を確立する要求を示す要求メッセージ
   を所与の遅延の後に前記第１の周波数で前記リーダ・ス
   テーションへ伝送するステップと、 ｃ．前記搬送波信号が検出されない場合、前記要求メッ
   セージを前記第１の周波数で前記リーダ・ステーション
   に伝送するステップと、 ｄ．前記リーダ・ステーションから前記要求メッセージ
   に対する応答を受信すると、前記第１の周波数でホップ
   ・サイクル・トレーラ信号を監視するステップと、 ｅ．前記ホップ・サイクル・トレーラ信号が受信される
   と、前記ホップ・サイクル・トレーラ信号内で指示され
   る、他のステーションとの通信のための第２の周波数
   に、該ホップ・サイクル・トレーラ信号内で指示される
   時期にホップするステップと、 ｆ．前記応答が受信されない場合、第３の周波数にホッ
   プし、該第３の周波数を前記第１の周波数として用い
   て、前記ａ乃至ｅのステップを繰返すステップと、 を含む、周波数管理方法。
2. 【請求項２】周波数ホッピング無線通信及びＣＳＭＡプ
   ロトコルを使用し、複数の遠隔ステーションと、該遠隔
   ステーションとの間の通信を調整するリーダ・ステーシ
   ョンとを有する無線ネットワークにおいて、各遠隔ステ
   ーション及び前記リーダ・ステーションが互いに通信す
   る周波数を決定するために、 前記リーダ・ステーションまたは前記遠隔ステーション
   が、送信または受信のために、所与の周波数に留まる期
   間を定めるホップ・サイクルが開始されて、選択された
   最小時間が経過した後は、前記遠隔ステーション及び前
   記リーダ・ステーションによるパケット伝送の開始を禁
   止するステップと、 前記最小時間の後、現搬送周波数が前記リーダ・ステー
   ションにより検出されないと、ステーション間通信のた
   めの第２の周波数及び該第２の周波数にホップすべき時
   期を指示するホップ・サイクル・トレーラ信号を、前記
   リーダ・ステーションから同報通信するステップと、 前記選択最小時間の後、前記現搬送周波数が依然として
   前記リーダ・ステーションにより検出される場合は、前
   記現搬送周波数が検出されなくなったときに、前記ホッ
   プ・サイクル・トレーラ信号を同報通信するステップ
   と、 前記ホップ・サイクルが開始されて、前記最小時間と最
   大パケット伝送時間との和に等しい最大時間が経過した
   後、前記現搬送周波数が依然として前記リーダ・ステー
   ションにより検出されると、前記ホップ・サイクル・ト
   レーラ信号を同報通信するステッと、 前記ホップ・サイクル・トレーラ信号に応答して、各遠
   隔ステーションで前記第２の周波数にホップするステッ
   プと、 を含む、周波数管理方法。
3. 【請求項３】周波数ホッピング無線通信及びＣＳＭＡプ
   ロトコルを使用し、複数の遠隔ステーションＩ（Ｉ＝
   １、２、・・・、Ｎ）と、該遠隔ステーションとの間の
   通信を調整するリーダ・ステーションとを有する無線ネ
   ットワークにおいて、前記遠隔ステーション及び前記リ
   ーダ・ステーションが互いに通信する周波数を決定する
   ために、 ホップ・サイクルの開始に続く通信時間Ｔ＿ＭＩＮ
   （Ｉ）の後に、前記遠隔ステーションによるパケット伝
   送の開始を禁止するステップと、 前記ホップ・サイクルの開始に続く選択された最小時間
   の後に、前記リーダ・ステーションによるパケット伝送
   の開始を禁止するステップと、 前記最小時間の後に、前記リーダ・ステーションにより
   搬送周波数が検出されないと、ステーション間通信のた
   めの第２の周波数及び該第２の周波数にホップすべき時
   期を指示するホップ・サイクル・トレーラ信号を、前記
   リーダ・ステーションから同報通信するステップと、 前記最小時間の後、前記現搬送周波数が依然として前記
   リーダ・ステーションにより検出される場合、前記現搬
   送周波数が検出されなくなったときに、前記ホップ・サ
   イクル・トレーラ信号を同報通信するステップと、 前記ホップ・サイクルの開始に続く、前記最小時間と最
   大パケット伝送時間との和に等しい最大時間の後、前記
   現搬送周波数が依然として前記リーダ・ステーションに
   より検出されると、前記ホップ・サイクル・トレーラ信
   号を同報通信するステップと、 前記ホップ・サイクル・トレーラ信号を受信した各遠隔
   ステーションが前記第２の周波数にホップし、前記Ｔ＿
   ＭＩＮ（Ｉ）を前記最小時間にリセットするステップ
   と、 前記ホップ・サイクルが開始されて、前記最大時間とト
   レーラ伝送時間との和に等しい最大受信時間が経過して
   も、前記ホップ・サイクル・トレーラ信号を受信しなか
   った各遠隔ステーションが以前のホップ・サイクル・ト
   レーラ信号により指示される第３の周波数にホップし、
   前記Ｔ＿ＭＩＮ（Ｉ）を前記最大パケット伝送時間だけ
   減じるステップと、 を含む、周波数管理方法。