JP3981004B2 - Ism(産業−科学−医療)および無免許周波数バンド用の適応伝送路割り当て方法およびシステム - Google Patents
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Description
[技術分野]
本発明は、概して、2.45GHzあたりの無線周波数で動作するいわゆるブルートゥース通信システムにかかわり、詳細には、ブルートゥース無線周波数バンドで動作するピコネットでの適応伝送路の割り当てにかかわる。
【0002】
[背景技術]
ブルートゥースシステムは、短距離無線リンクを介する2台の電子装置間で通信チャネルを提供する。とくに、ブルートゥースシステムは、無免許の産業−科学−医療(ISM)用バンドの約2.4GHzあたりの無線周波数範囲で動作する。ブルートゥース無線リンクは、携帯電子装置および/または固定電子装置間のケーブルの代替品となることを目的としている。該携帯装置は、携帯電話、発信機、オーディオヘッドセット、ラップトップコンピュータ、他のGEOS−ベースまたはパームOSベースの装置、およびさまざまなオペレーティングシステムを搭載した装置を含む。
【0003】
ブルートゥース作動周波数は世界的に利用できるが、ブルートゥースバンドの許容帯域幅および使用可能なRFチャネルの数は国によって異なることがある。世界的には、ブルートゥース作動周波数は2400MHzから2497MHzの範囲に該当する。米国において、および欧州においては、83.7MHzの帯域幅のバンドが使用可能であり、該バンドは、1MHz間隔で間隔を置いて配置される79個のRFチャネルに分割される。ブルートゥースネットワーク装置は、複数の電子装置間で接続リンクを提供するためにポイントツーポイントまたはポイントツーマルチポイントのどちらかとなる場合がある。2台から8台の装置が1つのピコネットに動作可能なように接続でき、指定期間に、該装置の内の1台がマスタとしてサービスを提供するが、それ以外はスレーブである。複数のピコネットはスキャタネットとして知られているさらに大規模な通信網を形成し、それぞれのピコネットはその独立性を保つ。ブルートゥースシステム用のベースバンドプロトコルは、回路スイッチングとパケットスイッチングを共用する。回路スイッチングは、非同期または同期のどちらにもなりえる。1つの物理チャネルでは、最高3つの同期データ(論理)チャネル、あるいは1つの同期データチャネルと1つの非同期データチャネルをサポートすることができる。各同期チャネルは毎秒64Kbの伝送速度をサポートできるが、非同期チャネルは1つの方向で最高毎秒721Kb、反対の方向で毎秒57.6Kbまで伝送できる。リンクが対称である場合、非同期チャネルにおける転送速度は毎秒432.6Kbをサポートできる。典型的なブルートゥースシステムは1つの無線リンク、1台のリンク制御装置、およびリンク管理とホスト端末インタフェース機能用の1台のサポート装置から成り立っている。該ブルートゥースリンク制御装置が、ベースバンドプロトコルおよび他の低レベルルーチンを実行する。リンクセットアップおよび制御用のリンク層メッセージは、リンク管理プロトコル(LMP)で定義される。無線雑音干渉および信号フェイディングの問題を克服する目的で、現在では、接続を堅牢にするために周波数ホッピングが使用されている。
【0004】
現在、79のRFチャネルのそれぞれがブルートゥース帯域幅を通して擬似ランダムホッピングシーケンスにより活用されている。該ホッピングシーケンスは各ピコネット用であり、クロックが該ホッピングシーケンスの位相を決定するために使用されるマスタのブルートゥースデバイスアドレスにより決定される。チャネルは長さ625μsのタイムスロットに分割され、マスタクロックに従って番号を付けられ、それぞれのタイムスロットがRFホップ周波数に対応し、それぞれの連続するホップが別のRFホップ周波数に対応する。名目ホップ速度は毎秒1600ホップである。ピコネットに参加しているすべてのブルートゥースデバイスがチャネルに時間とホップで同期している。スロット番号付けは、0から227−1の範囲となり、サイクル長227で循環する。タイムスロットでは、マスタデバイスとスレーブスライスがパケットを伝送できる。該マスタデバイスまたは該スレーブデバイスにより伝送されるパケットは、最高5個のタイムスロットに拡張できる。RFホップ周波数は、パケット伝送の期間中固定したままである。
【0005】
ISM周波数バンドは、無線ローカルエリアネットワーク(LWAN)、電子レンジ、および照明設備を含む多くの異なるデバイスによって使用できる。これらの複数の異なるアプリケーションによって生じる干渉は、ピコネットに接続されるほとんどあらゆる装置にとって避けられないものである。現在では、ISM周波数バンドの使用量は非常に早く伸びている。これらの周波数バンドで生き延びるためには、新しい無線通信システムは一定のチャネル割り当て方法を備えた堅牢な変調方式を活用しなければならない。たとえば、WLANシステムは、伝送が各チャネルで短時間だけ発生する周波数ホッピングスペクトル拡散(FHSS)方法、および拡散による狭帯域干渉を克服する直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)変調を使用している。しかしながら、これらのシステムでは、チャネルの割り当て、つまりチャネル接続は、搬送波検出(CS)法または符号分割多元接続(CDMA)法のどちらかを使用することにより編成される。CS法では、使用が予定されるチャネルのそれぞれが、そのチャネル内で伝送が発生しているかどうかを判断するために測定される。測定中のチャネルに継続中の伝送がない場合には、そのチャネルはホッピングに使用できる。搬送波検出法の主要な問題点は、測定が、異なる変調方法を使用するトラフィックタイプには効果がないという点である。CDMA方法では、狭帯域干渉波が受信機内で拡散されるが、実際には受信される雑音が増加し、それによってシステムの雑音マージンを削減する。要すれば、さまざまなホッピング周波数を使用することによって仮想トラフィックチャネルを確立することもできる。しかしながら、これにより、干渉が発生するスペクトルの部分は回避されない。
【0006】
干渉および雑音レベルがチャネル接続に悪影響を及ぼす可能性があるスペクトルの部分を効果的に回避することによって、ISMバンド内で動作しているデバイス間で接続を行なうための方法およびシステムを提供することは有利かつ望ましい。
【0007】
[発明の開示]
本発明の第1の目的は、周波数ホッピング方式(BT 1.0)も使用される環境で非周波数ホッピング様式(BT 2.0)で動作することができるピコネットデバイスの遡及的な互換性を保証するための方法およびシステムを提供することである。遡及的な互換性は、BT 2.0デバイスがBT 1.0デバイスと互換性があることを保証する。
【0008】
したがって、本発明は、1つの無線周波数バンドの中に複数の周波数チャネルを有する通信網で1台のマスタデバイスと複数台のスレーブデバイス間に接続リンクを確立するための方法を提供し、該マスタ装置と該スレーブ装置間の該接続リンクは、周波数ホッピング様式で実行できる。該方法は、
マスタデバイスとスレーブデバイス間の非周波数ホッピング接続リンクの確立を要求するリンク要求をマスタデバイスに送信するステップと、
マスタデバイスが前記非周波数ホッピング接続リンクに通信チャネルを選択できる場合に、要求されたように該非周波数ホッピング接続リンクを確立ステップと、
マスタデバイスが前記非周波数ホッピング接続リンクに通信チャネルを選択できない場合に、周波数ホッピング様式で接続リンクを確立または維持するステップと、
を備える。
【0009】
好ましくは、前記方法は、さらに、マスタデバイスが非周波数ホッピング接続リンク用の通信チャネルを選択するために、チャネルの搬送波電力、および接続リンクに影響を及ぼす干渉レベルと雑音レベルを含むチャネル状態を測定するステップを備える。チャネル状態の該測定は、マスタデバイスまたは要求側スレーブデバイスにより実行される。
【0010】
好ましくは、前記方法は、測定時間と測定される周波数を含む複数の測定パラメータを、スレーブデバイスが該測定パラメータに基づいてチャネル状態を測定するために要求側スレーブデバイスに送信するステップも含む。
【0011】
好ましくは、前記方法は、チャネル状態測定の結果を報告する測定レポートを、スレーブデバイスによってマスタデバイスに送信するステップも含む。
【0012】
スレーブデバイスと非周波数ホッピング接続リンクを確立すると、マスタデバイスは、非要求側スレーブデバイスに対するマスタデバイスとしてのその役割を放棄するまたは保持することができる。
【0013】
本発明は、1つの無線周波数バンドの中に複数の周波数チャネルを有する通信網でマスタデバイスと少なくとも1台のスレーブデバイスの間に接続リンクを確立するために伝送路の適応割り当てのためのシステムも提供し、マスタデバイスとスレーブデバイス間の接続リンクは周波数ホッピング方式で実行される。システムは、
スレーブデバイスがマスタデバイスに、非周波数ホッピング様式で通信リンクにチャネルを割り当てるように要求するための機構と、
マスタが、それが要求されたチャネルを割り当てることができるかどうかを判断するための機構と、
マスタが要求されたチャネルを割り当てることができる場合に、マスタデバイスと割り当てられたチャネル上の要求側スレーブデバイスの間で非周波数ホッピング接続リンクを確立するための機構と、
マスタが要求されたチャネルを割り当てることができない場合に、マスタデバイスと要求側スレーブデバイス間で周波数ホッピング接続リンクを確立する、または維持するための機構と、
を備える。
【0014】
好ましくは、スレーブデバイスがマスタデバイスから要求に応える応答を受信できない場合、スレーブデバイスは周波数ホッピング接続リンクを維持する。
【0015】
本発明は、図1aから図15を関連づけて解釈されると明らかになるだろう。
【0016】
[最良形態]
図1aから図1gは、周波数ホッピング様式で接続できる複数のデバイスM、S1、S2およびS3を有するピコネット10内での接続リンクの確立手段を示す図式表示である。周波数ホッピング接続リンクは技術で周知であり、このような接続は、ここでは、ブルートゥース仕様書第1版(BT 1.0)に関連付したBT 1.0接続リンクと呼ばれている。図示されているように、Mは現在マスタデバイスであり、S1、S2およびS3がスレーブデバイスである。ここに説明される手順は、スレーブデバイスが非周波数ホッピング方式でマスタデバイスMとの接続リンクの確立を希望するケースに限られている。非周波数ホッピング様式は、ここではBT2.0と呼ばれている。図1aに図示されているように、マスタデバイスMとスレーブデバイスS1、S2およびS3の間の接続リンク102、104、および106は、当初BT 1.0様式に従って確立されている。任意の時点で、スレーブデバイスS1、S2およびs3のどれか1つがBT 2.0リンクセットアップを要求する要求をマスタデバイスMに送信できる。例示的な目的のため、初期段階では、スレーブデバイスS2が、マスタデバイスMとのBT 2.0接続リンクをセットアップすることを希望する起動側装置である。図1aに図示されるように、スレーブデバイスS2は、BT 2.0接続リンクを要求する要求200をマスタデバイスMに送信する。たとえば、この要求は、図2で示すようにLMP PDUの形で送り込むことができる。要求受信時に、マスタデバイスMは、表1に一覧表示されるように、3つの異なるPDUを用いて要求に応答してよい。
【0017】
【表1】
【0018】
したがって、マスタは以下を送信してよい。
a)マスタがこの非周波数ホッピング接続リンクをサポートできない場合には、LMP_not_accepted PDU(図3を参照すること)、あるいは
b)マスタがこの非周波数ホッピング接続リンクをサポートできる場合には、LMP_accepted_startPDU(図4を参照すること)またはLMP_accepted_establish PDU(図5を参照すること)。
【0019】
図1bに図示されるように、マスタデバイスMがLMP_accepted_start PDU202で応答する場合は、マスタデバイスは、チャネル測定のために要求側スレーブデバイスS2に複数の測定パラメータを提供する。LMP_accepted_start PDU202は、たとえば測定時間と測定される周波数を含む。チャネル測定中、マスタデバイスMとスレーブデバイスS2は、搬送波電力Cおよび/または干渉レベルと雑音レベルI+N(これ以降Iとして示される)を測定する。この時間中、マスタMはピコネット10で他のBT 1.0トラフィックをサポートできる。システム周波数バンドの測定は、マスタデバイスMのホッピングパターンに従って各チャネルでバンドを走査することによって実行される。C測定は、マスタツースレーブタイムスロット中に実行される。好ましくは、各チャネルでの搬送波電力Cは、測定側スレーブデバイスの受信機の受信信号強度表示(RSSI)の機能を使用してスレーブデバイスによって決定される。Iレベルの測定は、別のスレーブデバイス(つまり、要求側スレーブデバイスS2ではない)によって伝送されるスレーブツーマスタタイムスロット中に実行される。スレーブツーマスタ伝送自体またはそのスペクトル漏れを測定するのを避けるために、スレーブツーマスタ周波数チャネルと測定される周波数の間の適切な周波数オフセットが使用されなければならない。周波数オフセットは、図10から図12bに関連してさらに詳細に後述される。マスタデバイスMによって定義されるような走査時間が終了した後、スレーブデバイスS2は図1cに図示されるようにマスタデバイスMに測定レポートを伝達する。たとえば、スレーブデバイスS2は、図6に図示されるように、LMP_measurement_report PDU(204)で測定結果を返信する。
【0020】
マスタデバイスMがチャネル測定を実行できることにも注意する必要がある。そのケースでは、図1bと図1cに説明されるような手続きステップは省略できる。
【0021】
測定結果に基づき、マスタデバイスMは、BT 2.0接続リンクのために非ホッピングチャネルを選択し、図1dに図示されるように、スレーブデバイスS2にLMP_accepted_establish PDU 206(図5を参照すること)でチャネルパラメータを送信する。この送信は、図1eに図示されるように、ACK信号208でスレーブからの受信肯定信号であるLMP_accepted_establishによって確認される。この時点で、図1fに図示されるように、マスタデバイスMは、非要求側スレーブデバイスS1とS3の間でBT 1.0接続リンクを維持するために、非要求側スレーブデバイスの1つ、たとえばS3を新しいマスタデバイスとして任命することによって、マスタ−スレーブ切替え動作118を確立する。それと同時に、マスタデバイスMは、たとえばスレーブデバイスS2がそのフレームを肯定応答するまで、固定間隔で一定のデータフレーム208を送信することによってスレーブデバイスS2とのBT 2.0伝送を開始する。最終的に、マスタデバイスMは、図1gに図示されるように、現在BT 2.0端末T1となったスレーブデバイスS2と非周波数ホッピング様式で通信リンクを確立するために、そのマスタの役割を放棄してBT 2.0端末T2になる。BT 2.0通信リンクは、数字212で示される。スレーブデバイスS1とS3の間の新しい接続リンクは、数字120で示されるBT 1.0リンクである。このようにして、マスタデバイスMとスレーブデバイスS2の遡及的な互換性により、これらのデバイスはBT 2.0様式またはBT 1.0様式のどちらでも動作できる。
【0022】
マスタデバイスMが、スレーブデバイスS2とのBT 2.0リンクを有しながら同時に、依然としてBT 1.0リンクの非要求側スレーブデバイスS1とS3にとってのマスタデバイスの役割を維持することも可能であることに注意する必要がある。
【0023】
搬送波電力Cおよび/または干渉と雑音の状態Iに関するチャネル状態は、端末T1とT2の間のデータ転送中に変化することがある。したがって、現在の非ホッピングチャネルのために使用される選択された周波数が、もはやBT 2.0接続リンク内のデータ伝送にとって最良の周波数ではない可能性がある。チャネル状態の変化を監視するために、端末T1とT2は、使用される周波数チャネルの伝搬特性およびデータフロー品質を監視するように改良できる。たとえば、監視は、RSSIの連続平均値、伝送電力、平均パケット誤り率、平均ビット誤り率、使用される変調/コーディング、およびデータパケットメモリ監視を含むことができる。これらの値は、閾値として使用される無線サービスの品質(QoS)パラメータと比較される。閾値が満たされない場合、別の周波数が新しい非ホッピングチャネルのために選択される。BT 2.0端末(この例示的な例ではT1とT2)のなかで、新しいBT 2.0接続リンクで使用される周波数に関する決定を下す権限を与えられる端末もあるが、与えられないものもある。したがって、決定権のない端末は閾値の失敗を、権限が与えられた端末に報告しなければならない。とくに、特定的なPDU、すなわちLMP_radioQoS_failureが、閾値の失敗を報告するために使用できる。このPDUは、1つまたは複数のどのQoS基準が満たされていないのか、および現在のRSSI値、パケット誤り率などを示すことができる。該PDUは、
a)平均RSSIが一定の閾値を超えているか、下回っているか
b)パケット誤り率が一定の閾値を超えているか
c)伝送電力が一定の閾値を超えているか、および
d)使用される変調/コードが実現可能な変調/コーティング方式のセットに属するかどうか
を報告するために使用できる。
【0024】
BT 2.0接続リンクを維持するために別の周波数を使用することが必要とされるときには、BT 2.0接続リンクで使用される周波数に関する決定を下す権利を与えられた端末は、以下の3つの選択肢をもつ。
1)端末は、BT 2.0接続リンクのために現在使用されている選択された周波数に留まり、データフロー品質を改善するためにリンクの適応操作および/または送信電力制御を使用することを決定できる。伝送が連続的ではなく定期的に繰り返される場合は、タイミングの変更が考慮されてよい。
2)端末は、新しい非ホッピングチャネル用に新しい周波数を選択するために、新しい測定プロセスを開始できる。
3)端末は、過去のチャネル測定結果に基づき新しい非ホッピングチャネルに新しい周波数を割り当てることができる。たとえば、それは、過去のチャネル測定結果において干渉と雑音レベルが低いという点で2番目に最良の周波数を選ぶことができるだろう(図14を例えにあげれば、f2が最良の周波数であり、f1が2番目に最良の周波数である。)
【0025】
前記代替策に関して適切な処置を選択するには2つの段階を含むことができる。第1段階では、無線QoSの劣化が不十分なRSSIによって生じるのか、それとも干渉のために生じるのかが判断される。これは、RSSI値、パケット誤り率、および使用される変調/コーディング方法を比較することによって実行できる。原因が干渉である(つまり、RSSIが使用される変調/コーディングに十分であるが、パケット誤り率が高い)場合には、新しいチャネル測定プロセスまたは過去の測定に基づく新しい周波数割り当てを実行できる。原因が不十分なRSSIである場合には、前述したオプション1を選択しなければならない。第2段階は、干渉が無線QoS劣化の原因である場合にだけ必要である。第2段階では、関係するデバイスが遅延に敏感ではない場合はオプション2を選択しなければならないが、関係するデバイスが遅延に敏感である場合にはオプション3を選択しなければならない。
【0026】
図2から図6は、LMP PDUフォーマットである。図2は、巡回冗長検査(CRC)および符号化の前のLMP_BT2.0_req PDUのビットレベル記述を表す。図2に図示されるように、ペイロード領域内の操作コード56は、要求された接続リンクがBT 2.0様式に準拠していることを示すために使用される。
【0027】
図3に図示されるように、LMP_not_accepted PDUは、応答が要求されたBT 2.0接続リンクに関係することを示すためにペイロード領域に操作コード56を含む。ペイロード領域は、マスタが該BT 2.0リンクをサポートできない理由(Unsupport_LMP_feature)を含むことがある。
【0028】
図4に図示されるように、LMP_accepted_start PDUは、応答が要求されたBT 2.0接続リンクに関係していることを示すためにペイロード領域内に操作コード56を含む。ペイロード領域は、チャネル測定のための測定パラメータも含む。図4に図示されているように、測定パラメータは、スレーブデバイスが、各チャネルでのチャネル状態を測定するための走査時間(Measurement_time)を含むことがある。
【0029】
図5に図示されるように、LMP_accepted_establish PDUは、BT 2.0接続リンクのために使用される周波数(Used_frequency)、モジュラコードレート(MCR)およびQoSパラメータなどのリンク確立パラメータを含むことがある。QoSパラメータセットは、無線QoSパラメータスレッショルドも含む。QoSパラメータは、min_mean_RSSI、max_mean_RSSI、max_pACKet_error_rate、max_Tx_power、min_Tx_power、およびset_of_feasible_modulation/coding_ratesも含む。
【0030】
図6に図示されるように、LMP_measurement_report PDUは、複数の測定チャネル(Measurement_freq)において測定された搬送波電力C値(C_Value)および干渉雑音Iレベル(I_Value)を含んでよい。
【0031】
スレーブデバイスの要求でBT 2.0接続リンクを確立する過程で、要求側スレーブデバイスとマスタデバイスの間で起こりうるシグナリングシーケンスが図7aと図7bに図示される。図7aでは、元は、スレーブデバイスとマスタデバイスは、符号100で示されるようにBT 1.0様式に従ってリンクされている。開始段階では、スレーブはマスタデバイスにLMP_BT2.0_req PDU200を送信し、BT 2.0リンクの確立を要求する。マスタがなんらかの理由でBT 2.0リンクをサポートできない場合、それは要求側スレーブにLMP_not_accepted PDU 201を送信することによって応答し、BT 2.0リンクをサポートしない理由を述べる。たとえば、BT 2.0リンクをサポートしない理由は、データフロー品質が、現在無線QoS要件を下回っていることを含む可能性がある。したがって、スレーブデバイスとマスタデバイス間のBT 1.0リンクは、符号100‘によって示されるように維持される。マスタデバイスがBT 2.0接続リンクについて何も知らず、要求200に応答できないときにも、スレーブデバイスはマスタデバイスからの応答を無期限に待つことなく、設定された待機時間後はBT 1.0接続リンクを維持することができる(図8a、ステップ317を参照すること)。後に、スレーブデバイスはマスタデバイスに別のLMP_BT2.0_req PDU 200'を送信し、再びBT 2.0リンクの確立を要求する。マスタがBT 2.0をサポートすることができ、それがBT 2.0リンクの周波数を選択した場合、それは、選択された周波数、MCRおよび必要とされたQoSパラメータを含むLMP_accepted_establish PDU 206を要求側スレーブデバイスに送信することによって要求に応える。その後、BT 2.0リンクが、符号200によって示されるようにマスタデバイスと要求側スレーブの間で確立される。しかしながら、図1gに示されるように、マスタはそのマスタの役割を放棄し、BT 2.0端末にならなければならない。
【0032】
別の考えられる信号シーケンスが図7bに図示される。図7bに図示されるように、マスタデバイスは、スレーブデバイスからBT 2.0リンクの確立を要求する要求200”を受信すると、非周波数ホッピングリンクを確立するために、要求側スレーブデバイスに測定される周波数を含むLMP_accepted_start PDU 202を送信する。スレーブデバイスは、符号190によって示されているように、搬送波電力Cおよび/または干渉および雑音状態Iを測定し、LMP_measurement_report PDU204で測定結果をマスタに報告する。マスタは、測定結果に基づきBT 2.0リンクの周波数を選択する。マスタは、選択された周波数、MCRおよび必要とされるQoSパラメータを含むLMP_accepted_establish PDU 206’を要求側スレーブデバイスに送信する。その後、BT 2.0リンクが、符号220’によって示されるように、マスタデバイスと要求側スレーブの間で確立される。LMP PDUは非同期コネクションレス(ACL)リンクで送信されるため、すべてのパケットがリンク制御レベルで肯定応答される。したがって、リンク管理レベルの別個の肯定応答信号ACKは必要とされない。
【0033】
図8aおよび図8bは、要求側スレーブデバイスによって実行されるステップのシーケンスを示すフローチャートである。図8aに図示されるように、初期には、スレーブデバイスは、符号310によって示されるようにBT 1.0様式で接続されている。スレーブデバイスはマスタとのBT 2.0リンクの確立を希望するので、ステップ312でその上層からBT 2.0リンクセットアップメッセージを初期化することによって開始し、ステップ314でマスタデバイスにLMP_BT2.0_req PDUを送信する。スレーブデバイスは、ステップ316でマスタからの応答を待機する。マスタデバイスがある理由から要求に応答できず、スレーブデバイスがマスタから応答を受信しないことが起こりうる。好ましくは、スレーブデバイスはこのような応答を受信するためのある時間を設定する。ステップ317に図示されるように、スレーブデバイスが、設定時間が期限切れになった後にマスタデバイスから応答を受信しなければ、スレーブデバイスはステップ320で上層に要求の失敗を示す。設定時間が期限切れにならなければ、スレーブデバイスは、ステップ318で応答を受信するまで待機し続ける。マスタデバイスからの応答に関して3つの可能性がある。つまり、a)応答はLMP_not_accepted PDUである、b)応答はLMP_accepted_establish PDUである、もしくはc)応答はLMP_accepted_start PDUである。可能性(a)が発生すると、スレーブデバイスは、ステップ320で上層に要求の失敗を示す。スレーブとマスタ間のBT 1.0リンクは、符号322で示されるように維持されるか、確立し直される。可能性(b)が発生すると、スレーブデバイスは、ステップ324でマスタデバイスにより選択される周波数に従ってBT 2.0接続リンクを確立し、ステップ326で上層にBT 2.0接続リンクを示す。スレーブデバイスとマスタデバイスの間のBT 2.0リンクは、符号328で示されるように、それが必要とされる限り維持される。可能性(C)が発生すると、スレーブデバイスは、図8bに図示されるようにチャネル測定手順を実行する。
【0034】
図8bに図示されるように、スレーブデバイスは、ステップ330でチャネル状態を測定し、ステップ332でマスタチャネルに測定結果を送信する。スレーブデバイスは、次の行動を採るために、ステップ334でマスタデバイスからの応答を待機しなければならない。マスタデバイスからの応答には、次の2つの可能性がある。つまり、a)応答はLMP_not_accepted PDUである、あるいはb)応答はLMP_accepted_establish PDUである。可能性(a)が発生すると、スレーブデバイスは、ステップ340で上層に要求の失敗を示す。数字342で示されるように、スレーブとマスタ間のBT 1.0リンクが維持されるか、あるいは確立し直される。可能性(b)が発生する場合、スレーブデバイスは、ステップ344でマスタデバイスによって選択される周波数に従ってBT 2.0接続リンクを確立し、ステップ346で上層にBT 2.0リンクを示す。スレーブデバイスとマスタデバイス間のBT 2.0リンクは、数字348で示されるように、それが実現可能である限り維持される。
【0035】
図9aおよび図9bは、マスタデバイスによって実行されるステップのシーケンスを示すフローチャートである。図9aに図示されるように、初期に、マスタデバイスは、数字360で示されるようにBT 1.0様式でスレーブデバイスと接続されている。マスタデバイスは、ステップ362でBT 2.0接続リンクを確立することを要求するLMP_BT2.0_req PDUをスレーブチャネルから受信すると、ステップ364で、それがBT 2.0接続リンクをサポートできるかどうか、およびスレーブデバイスへの応答方法を決定する。ステップ366で要求側スレーブデバイスに送信される応答に関して3つの可能性がある。a)応答はLMP_not_accepted PDUであり、マスタデバイスが少なくともその時点ではBT 2.0接続リンクをサポートできないことを示す。b)応答はLMP_accepted_establish PDUである。c)応答はLMP_accepted_start PDUである。可能性(a)が発生すると、スレーブとマスタの間のBT 1.0リンクが、数字368で示されるように維持されるか、確立し直される。可能性(b)が発生すると、マスタデバイスは、ステップ370で要求側スレーブデバイスにリンク確立パラメータを提供し、ステップ372で上層にBT 2.0接続リンクを示す。スレーブデバイスとマスタデバイス間のBT 2.0リンクは、数字374で示されるように、それが実現可能である限り維持される。可能性(c)が発生すると、マスタデバイスは、要求側スレーブデバイスに、チャネル測定手順を実行するための測定パラメータを与え、プロセスは図9bで続行する。
【0036】
図9bに図示されるように、マスタデバイスは、要求側スレーブチャネルにLMP_accepted_start PDUを送出した後、ステップ380で要求側スレーブデバイスからLMP_measurement_report PDUに含まれる測定結果を待機する。マスタは、測定結果に基づき、ステップ382で次の行動を決定しなければならない。マスタデバイスによって下される決定に関して2つの可能性がある。つまり、a)マスタは、要求側スレーブデバイスによって測定されるチャネル状態に基づき、要求されたBT 2.0接続リンクをサポートできないことを示すためにスレーブデバイスにLMP_not_connectionリンクを送信する。あるいはb)マスタは、要求側スレーブデバイスにリンク確立パラメータを与えるためにLMP_accepted_establish PDUを送信する。可能性(a)が発生すると、符号386で示されるように、スレーブとマスタ間のBT 1.0リンクが維持されるか、確立し直される.可能性(b)が発生すると、ステップ388でBT 2.0接続リンクが確立され、上層は、ステップ390でBT 2.0接続リンクを通知される。スレーブデバイスとマスタデバイス間のBT2.0リンクは、数字392で示されるように、それが実現可能である限り維持される。
【0037】
図8aから図9bが、BT 2.0接続リンクがスレーブデバイスにより要求されたときのスレーブデバイスとマスタデバイスのフローチャートを示していることに注意する必要がある。同様に、マスタデバイスは、ピコネットの任意のスレーブデバイスとBT 2.0接続リンクを開始できる。
【0038】
図1bに関連して説明されたように、要求側スレーブデバイスS2はI測定を実行するとき、それは、スレーブツーマスタ伝送自体および/またはそのスペクトル漏れを測定することを避ける。したがって、スレーブツーマスタ周波数チャネルと測定される周波数の間の適切な周波数オフセットが使用される。好ましくは、周波数オフセット値は、隣接チャネル上での伝送電力漏れが大きく測定結果に影響を与えないように十分に高い。例示的なチャネル測定周波数は図10に示されている。図示されるように、奇数番号が付けられたタイムスロットは、搬送波電力C測定が行なわれるマスタツースレーブスロットであり、偶数番号付きのタイムスロットは、干渉雑音Iレベルが測定されるスレーブツーマスタスロットである。各スレーブツーマスタスロットでのI測定に使用されるチャネルが、現在のホッピングシーケンスでのスレーブツーマスタ周波数から4つのチャネルだけ偏位されることに注意する必要がある。図10は、1スロットフレーム上でのパケット伝送のために、スレーブツーマスタスロットの間にI測定周波数を選択するための可能な方法を示す。
【0039】
マルチスロットパケット伝送では、I測定チャネルとしてスレーブツーマスタスロットを測定することを防止するために特殊なオフセット計算が使用される。図11aと図11bは、5個のタイムスロットを占有するパケットのホッピングシーケンスを示す。図11aでは、マスタツースレーブスロットの周波数はf1であるが、スレーブツーマスタスロットの周波数はf6である。たとえば、f6とf1の両方と異なる測定周波数としてfb=f6±f4を使用することができる。同様に、図11bでは、マスタツースレーブスロットの周波数はf1であるが、スレーブツーマスタスロットの周波数はf2である。たとえば、f2とf1の両方と異なる測定周波数としてfb=f2±4を使用することが可能である。
【0040】
図12aと図12bは、3個のタイムスロットを占有するパケットのホッピングシーケンスを示す。図12aでは、最初のマスタツースレーブスロットの周波数はf1であるが、その後のスレーブツーマスタスロットの周波数はf4である。たとえば、測定周波数としてf4とf1の両方と異なるfb=f4±4を使用することが考えられる。同様に、図12bでは、最初のマスタツースレーブスロットの周波数はf1であるが、その後のスレーブツーマスタスロットの周波数はf2である。たとえば、測定周波数としてf2とf1の両方と異なるfb=f2±4を使用することが可能である。しかしながら、状況はさらに複雑である場合がある。faをマルチスロットパケットの第1の可能な周波数とし、fcを現在のホッピング周波数とし、I測定チャネルの周波数を、現在のホッピング周波数から10MHzであるfbとする。イメージ(側帯波)周波数での不充分な分離が測定結果に影響を及ぼす可能性があるため、該10MHzの周波数オフセットは、受信機のイメージ周波数が実際の周波数と一致しないことを保証することを目的とする。
【0041】
ISMバンドの79の利用可能な周波数チャネルの中で、10<|fb−fa|<69の場合には、fb=fc+10を使用できる。それ以外の場合、fbについて考えられる値は、以下の等式から求められる。
【数1】
である。
【0042】
前述されたように、好ましい測定分解能は1MHzである。チャネル測定が完了した後、79のCの値と79のIの値があり、周波数チャネルごとに1つのC値と1つのI値がある。同じチャネルが何度も測定される可能性があるため、これらの値は、通常、一定数の測定されたC値とI値について平均化される。測定結果の平均化は、測定中(連続平均化)または測定後に実行できる。C値の平均化手順は以下に示され、
【数2】
この場合、Nは測定回数であり、平均化が79のチャネルのそれぞれで実行される。平均化がバンド全体で実行される場合には、
【数3】
この場合Nは79のチャネルのそれぞれでの測定回数である。
【0043】
I測定結果は同様に平均化される。ただし、バンド全体での平均化は使用されない。バンド全体での搬送波電力Cの平均化は、バンド全体が使用されないことを意味する。バンド全体での搬送波電力Cの平均化は、最良のチャネル配置の選択がI値の測定だけに基づいていることを意味する。このケースでは、C測定値は必要とされない。この取り組み方法は、実際には望ましいものである高速フェイディングを無視する。高速フェイディングにより生じるノッチは伝搬環境にわずかな変化があってもきわめて迅速にその位置を変化しているため、最適チャネル配置を考慮するときにその位置を信頼してはならない。代わりに、Iの状態はおそらくチャネル配置で満足な結果を出すため、それらを測定することができる。
【0044】
典型的な手順として、この量が利用可能な測定時間と接続初期化時間要件に依存するため、同じチャネルから測定された複数のC値とI値がパラメータ化される。たとえば、チャネルごとに10回の測定を行なうことが必要とされる場合には、測定のために必要とされる時間は10×79×0.001250秒=0.98秒である。測定されたC値とI値の精度は、受信されたRSSI測定精度に依存している。RSSI測定の64dBダイナミックレンジの例が図13に描かれる。
【0045】
RSSI測定分解能に応じて、C値とI値を提示するために必要とされるビットの必要量を推定できる。たとえば、3dBという分解能がある場合、RSSI測定のダイナミックレンジ全体を22のレベルに分割できる。したがって、すべてのレベルを示すことができるように5ビットという最小値が使用される。測定されたI値を用いると、一定レベル超えるI値はアドレス指定するのに値しない可能性があるため、4ビットのデータだけを使用できる。それらの高いレベルでは、干渉するソースが強すぎ、C値が通常いくらであるのかに関係なく、C/I比をチャネル選択にとって小さくしすぎる。C測定とI測定に考えられる値は、表2に示される。
【0046】
【表2】
【0047】
したがって、必要とされるデータパケットサイズは9×79=711ビットとなるだろう。このパケットサイズは、DM3/DH3 ACLパケット型が必要とされることを示す。しかしながら、1スロットパケット型を伝送で使用できるように測定データを編成することが可能である。実際には、これは136ビットから216ビットのパケット(DM1/DH1)を意味する。このケースでは、たとえば、測定データは並べ替えられなければならず、その結果、測定されたすべてのC値とI値の代わりに、9個から12個の最低I値および対応するC値だけが報告される。C情報とI情報が一定の周波数チャネルだけに割り当てられるときには、報告されたC値とI値だけではなく、関連した周波数情報も通知されなければならないことに注意する必要がある。ISMの79の周波数は、通知するために7ビットのデータを必要とする。データの白紙化とコード化前のデータパケットフォーマットの例は、図6に図示されるようにLMP_measurement_report PDUに示されている。
【0048】
コード化が使用されないため、DH1パケットは、C値、I値および周波数値を含む最高12個の測定単位を含むことができる。DM1パケットは、2/3コード化が使用されるために9つの測定された単位だけを含む。報告フォーマットの要約は表3に示されている。この報告フォーマットは、LMP_accepted_start PDUを用いてマスタデバイスによって定義できる。
【0049】
【表3】
【0050】
BT 2.0チャネル幅がチャネル測定分解能と異なる可能性のあることを考慮に入れることができるように、測定結果をチャネルウィンドウ化によってさらに処理することができる。チャネルウィンドウ化用のウィンドウは、たとえば、もとは1MHz解像度の測定データを通り抜けるスライド平均ウィンドウである場合がある。スライド式ウィンドウの幅は、たとえばBT 2.0チャネルのチャネル帯域幅と同じである場合がある。チャネル測定で使用されるチャネルウィンドウ化の例は図14に示される。このように所望される場合には、隣接チャネルまたはチャネル群全体に対して異なる重みを活用することもできる。チャネル選択フィルタリングのため、隣接チャネルでの干渉は、通常、使用されているチャネルでの干渉ほど大きくない。図14では、チャネルウィンドウ化により処理されるI値は、
【数4】
によって示され、この場合Nはチャネルウィンドウ化が実行される周波数チャネル数である。N=4の場合、s2は、たとえば、f2、f3、f4およびf5でのIのチャネルウィンドウ化平均値である。図14に図示されるように、s0は干渉の最低レベルを有する。したがって、s0はチャネルf0、f1、f2およびf3での干渉の総計であるため、それらのチャネルのどれか1つをBT 2.0伝送に使用することができる。その理由から、チャネル76の後の干渉の総計は利用できない。
【0051】
図15は、適応伝送路の割り当てのためのシステム20を示すブロック図である。図15に示されるように、システム20はピコネット内の電子装置に含まれる複数の機構を含む。とくに、スレーブデバイス30は、BT 2.0接続リンクの確立を要求する要求200(図1aを参照すること)をマスタデバイス40に送信するための要求側機構32を含む。マスタデバイスは、それが少なくとも要求の時点でBT 2.0接続リンクをサポートできるかどうかを判断するための決定機構42を含む。スレーブデバイスは、さらに、チャネル測定用の機構34、測定結果を処理し、測定結果をマスタデバイスに報告するための機構36を含む。好ましくは、スレーブデバイスは、マスタデバイスが要求に応えることができないことを認識するための機構38も含む。また、マスタデバイスとスレーブデバイスの両方とも、その間にBT 2.0またはBT 1.0接続リンクを確立するための機構50を含む。図15に図示されるように、図1bの応答202および図1cの応答204のような他のメッセージ230も、あるデバイスから別のデバイスに送信できる。
【0052】
発明はその好ましい実施形態に関して説明されてきたが、その形式および詳細における前記および多様な他の変更、省略および偏差を、本発明の精神および範囲から逸脱することなく加えることができることが当業者によって理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図1a】 スレーブデバイスが、BT 2.0接続リンクを要求する要求をマスタデバイスに送信するピコネットでの接続リンクの確立手順を描く図式表示である。
【図1b】 マスタデバイスが要求側スレーブデバイスに応答し、スレーブデバイスにチャネル測定を接続するように依頼するのを描く図式表示である。
【図1c】 スレーブデバイスが測定レポートをマスタデバイスに送信することを描く図式表示である。
【図1d】 マスタデバイスが複数のチャネルパラメータをスレーブデバイスに送信することを描く図式表示である。
【図1e】 スレーブデバイスがチャネルパラメータの受信を肯定応答するのを描く図式表示である。
【図1f】 マスタデバイスが、非要求側スレーブデバイスのマスタデバイスであることを停止するのを描く図式表記である。
【図1g】 元のマスタデバイスと要求側スレーブデバイス間のBT 2.0接続リンクの確立を描く図式表記である。
【図2】 スレーブデバイスが、マスタデバイスとのBT2.0接続リンクを要求するための例示的なPDUを描くフレーム構造である。
【図3】 LMP_not_accepted応答として使用される例示的なPDUフォーマットを描くフレーム構造である。
【図4】 LMP_accepted_start応答として使用される例示的なPDUフォーマットを描くフレーム構造である。
【図5】 LMP_accepted_establish応答として使用される例示的なPDUフォーマットを描くフレーム構造である。
【図6】 LMP_measurement_report応答として使用される例示的なPDUフォーマットを描くフレーム構造である。
【図7a】 BT 2.0接続リンクを確立する際に考えられるシグナリングシーケンスを描く。
【図7b】 BT 2.0接続リンクを確立する際に考えられる別の信号シーケンスを描く。
【図8a】 BT 2.0接続リンクを要求するスレーブデバイスの例示的な状態図を描くフローチャートである。
【図8b】 BT 2.0接続リンクを要求するスレーブデバイスの例示的な状態図を描くフローチャートである。
【図9a】 BT 2.0接続リンク確立の要求に応えるマスタデバイスの例示的な状態図を描くフローチャートである。
【図9b】 BT 2.0接続リンク確立の要求に応えるマスタデバイスの例示的な状態図を描くフローチャートである。
【図10】 チャネル測定周波数の選択を描く図式表示である。
【図11a】 5個のタイムスロットを占有するパケットのホッピング周波数例を描く図式表示である。
【図11b】 5個のタイムスロットを占有するパケットのホッピング周波数例を描く図式表示である。
【図12a】 3個のタイムスロットを占有するパケットのホッピングシーケンス例を描く図式表示である。
【図12b】 3個のタイムスロットを占有するパケットのホッピングシーケンス例を描く図式表示である。
【図13】 RSSIダイナミックレンジの例を描く図式表示である。
【図14】 チャネルウィンドウ機能の一例を示す。
【図15】 伝送路の適応割り当てのためのシステムを描くブロック図である。
Claims (16)
- 無線周波数チャネルの中で複数の周波数チャネルを有する通信網の中の1台のマスタデバイスと複数台のスレーブデバイスの間に接続リンクを確立するための方法であって、
該マスタデバイスと該スレーブデバイス間の該接続リンクを周波数ホッピング様式で実行することができ、
マスタデバイスと、スレーブデバイスの少なくとも1つとの間の非周波数ホッピング接続リンクの確立を要求するリンク要求をマスタデバイスに送信するステップと、
マスタデバイスが前記非周波数ホッピング接続リンクのために通信チャネルを選択できる場合に、要求されたように非周波数ホッピング接続リンクを確立するステップと、
マスタデバイスが前記非周波数ホッピング接続リンクのために該通信チャネルを選択できない場合に周波数ホッピング様式で接続リンクを確立または維持するステップとを含み、
前記マスタデバイスが、前記非周波数ホッピング接続リンクに通信チャネルを選択できる場合に、マスタデバイスが周波数ホッピング様式でのそのマスタデバイスの役割を放棄する選択肢を有してなる
ことを特徴とする方法。 - マスタデバイスが非周波数ホッピング接続リンクに通信チャネルを選択するためにチャネル状態を測定するステップをさらに備える請求項1記載の方法。
- チャネル状態がチャネルの搬送波電力および接続リンクに影響を及ぼす干渉と雑音のレベルを含む請求項2記載の方法。
- チャネル状態の測定がマスタデバイスによって実行される請求項2記載の方法。
- チャネル状態の測定が前記の少なくとも1つのスレーブデバイスによって実行される請求項2記載の方法。
- 測定時間と測定される周波数を含む複数の測定パラメータを、スレーブデバイスの前記の1つが測定パラメータに基づいてチャネル状態を測定できるように、前記の少なくとも1つのスレーブデバイスに送信するステップをさらに備える請求項5記載の方法。
- チャネル状態測定の結果を報告する測定レポートをマスタデバイスに送信するステップをさらに備える請求項5記載の方法。
- 非周波数ホッピング接続リンクのために使用される周波数を含む複数のチャネルパラメータを前記少なくとも1つのスレーブデバイスに送信するステップをさらに備える請求項1記載の方法。
- チャネルパラメータがさらに変調コードレートを含む請求項8記載の方法。
- チャネルパラメータがさらにサービス品質の要求を含む請求項8記載の方法。
- マスタデバイスが前記非周波数ホッピング接続リンクに通信チャネルを選択できる場合に、マスタデバイスが周波数ホッピング様式でのそのマスタデバイスの役割を放棄する請求項1記載の方法。
- マスタデバイスが前記の非周波数ホッピング接続リンクに通信チャネルを選択できる場合に、マスタデバイスが周波数ホッピング様式でのそのマスタデバイスの役割を放棄するように要求されない請求項1記載の方法。
- リンク要求が前記の少なくとも1つのスレーブデバイスによってリンク管理プロトコルプロトコルデータ装置として送出される請求項1記載の方法。
- 無線周波数チャネルの中で複数の周波数チャネルを有する通信網の中の1台のマスタデバイスと複数台のスレーブデバイスの間に接続リンクを確立するための伝送路の適応割り当てを行ない、該マスタデバイスと該スレーブデバイス間の該接続リンクが周波数ホッピング様式で実行できるシステムであって、
スレーブデバイスが、非周波数ホッピング様式で接続リンクにチャネルを割り当てるようにマスタデバイスに要求するための機構と、
マスタが、それが要求されたチャネルを割り当てることができるかどうかを判断するための機構と、
マスタが要求されたチャネルを割り当てることができる場合に、マスタデバイスと、割り当てられたチャネル上の要求側スレーブデバイスの間に非周波数ホッピング接続リンクを確立するための機構と、
マスタが要求されたチャネルを割り当てることができない場合に、マスタデバイスと要求側スレーブデバイスの間に周波数ホッピング接続リンクを確立または維持するための機構と
を備え、
前記マスタデバイスが、前記非周波数ホッピング接続リンクに通信チャネルを選択できる場合に、マスタデバイスが周波数ホッピング様式でのそのマスタデバイスの役割を放棄する選択肢を有してなる
ことを特徴とするシステム。 - スレーブデバイスが、マスタデバイスが前記適応チャネルを割り当てることができるかどうかを示すマスタデバイスからの応答を、マスタデバイスに送信された要求に応えて受信することができない場合に、スレーブデバイスが周波数ホッピング接続リンクを維持するための機構をさらに備える請求項14記載のシステム。
- マスタデバイスが、前記適応チャネルに影響を及ぼす可能性のある周波数チャネルの搬送波電力と、干渉と雑音のレベルを含むチャネル状態に基づいて前記適応チャネルを割り当て、チャネル状態を測定するための機構をさらに備える請求項14記載のシステム。
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