JP5480316B2 - ランダム位相多重アクセス通信インターフェイスシステム及び方法 - Google Patents

Description

本出願の実施形態は通信の分野に関する。より具体的には、例示的な実施形態が、ランダム位相多重アクセス通信インターフェイスシステム及び方法に関する。

複数のユーザが存在するネットワーク内の通信を円滑にするための数多くの変調技術が開発されてきた。このような技術として、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、及び周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）が挙げられる。ＣＤＭＡは、受信データを変調するための擬似乱数列、同じ信号で送信を行う複数の送信機、及び異なる通信チャネルを相関させるための直交符号（ウォルシュ符号）を使用するスペクトル拡散技術である。ＴＤＭＡは、タイムスロットを使用して、同じサブスロット内で送信を行う複数のアップリンク送信機を調整する。ユーザは、各々が独自のタイムスロットを使用し、複数の局が同じ（無線周波数チャネルなどの）伝送媒体を共有できるようにして次々に立て続けに送信を行う一方で、利用可能な総帯域幅のほんの一部しか使用しない。ＦＤＭＡは、異なるユーザに異なる搬送波周波数の無線スペクトルを割り当てる。

変調技術に加え、２台の装置が１つのデータチャネルを同時に使用しようと試みるときに（衝突と呼ばれる）、ネットワーク装置がどのように対応するかを決定するためのプロトコルが存在する。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワークは、ＣＳＭＡ／ＣＤ（搬送波感知多重アクセス／衝突検出方式）を使用して、加入局における回線上のトラフィックを物理的にモニタする。その時点で送信が行われていなければ、特定の局が送信を行うことができる。２つの局が同時に送信しようと試みた場合、この結果衝突が生じ、このことが全ての加入局により検出される。ランダムな時間間隔後、衝突した局が再度送信を試みる。別の衝突が生じると、ランダムな待機時間を選択する時間間隔が徐々に増加する。これは、指数バックオフとして知られている。

（上述の及びその他の公知の技術を含む）既存の変調及び衝突防止技術には、これらを使用する通信システムの能力及び機能を制限する数多くの固有の不都合がある。

例示的な実施形態は、ランダム位相多重アクセス通信インターフェイスを使用する。このインターフェイスは、直交符号を使用せずにスペクトル拡散変調方式を使用してシステム及び装置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重アクセス通信インターフェイスが、スペクトル拡散変調方式を使用してシステム及び装置を通信可能に接続する。多重アクセススキームとしてチップ（又はタイミング）オフセットをランダムに選択することにより、一意の「符号」を割り当てる必要なく非協調データを送信できるようになる。全てのユーザが同じＰＮ（擬似雑音）符号を使用して送信を行うことにより、アクセスポイントのＰＮ配列の逆拡散器を使用できるようになる。アクセスポイントにおいて同じＰＮオフセットの２つの信号を受信する（或いは、ＰＮオフセットとチップ単位の伝送遅延との合計が２又はそれ以上の伝送に同じ値をもたらす）場合、「衝突」が生じてこれらの２又はそれ以上の信号を復調するのが不可能な場合がある。タイミングオフセットを毎回ランダム化するということは、あらゆる発生する「衝突」が、そのフレーム中にのみ生じることを意味する。次の試みでうまくいかせるために、再送スキーム及び新たにランダム化したオフセットを使用する。

例示的な実施形態は、タグ（アップリンク）に送信機を含み、またこのタグからアクセスポイントへ信号を送信する方法を含む。個々のタグは、情報をフレームの形で送信する独自の送信機を含む。フレームは、固定データレートを有するチャネル上に提供される情報から形成することができる。同じ擬似雑音（ＰＮ）符号を使用してデータを拡散することができ、このデータはランダムに選択されたチップオフセットを有することができる。送信機はまた、周波数回転及びサンプルクロック補正も適用してアクセスポイントの基準発振器に適合させる。単一のアクセスポイントに複数のタグが結び付けられてネットワークを形成する。複数のタグの各々は、ランダムに選択されたチップオフセットとともに同じＰＮ符号を使用して情報を送信する。個々のフレームごとに、位相が数多くのチップ（すなわち８１９２）にわたって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）に送信機を含み、またアクセスポイントからタグへ信号を送信する方法を含む。アクセスポイントの送信機は、タグの送信機と同様のものであってもよい。しかしながら、アクセスポイントの送信機は、通信先のタグの各々ごとに一意のＰＮ符号を使用する。個々のタグごとに異なるＰＮ符号を使用することによりセキュリティが与えられ、また個々のタグが他のタグに向けられた信号を無視できるようになる。アクセスポイントにより送信されるフレームは、タグにおける高速取得を可能にするために約９個の符号からなるプリアンブルも含む。

別の例示的な実施形態は、タグに復調器を含み、またタグが受信した信号を復調する方法を含む。タグで受信した信号に自動周波数制御（ＡＦＣ）ディローテータの乗算が適用される。ＡＦＣディローテータの乗算は、１ビットの複素出力を有する１ビットの複素演算であるため、ゲートカウントが向上するようになる。タグは、１ビットのデータパスにおける大幅な計算上の省力を活かすＰＮ配列の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復調器を含み、またアクセスポイントで受信した信号を復調する方法を含む。アクセスポイントの復調器は、タグから受信した数千又はそれ以上のリンクを同時に復調するための容量を有する。このような数多くのリンクを復調するために、アクセスポイントの復調器はＰＮ配列の逆拡散器を含む。

別の例示的な実施形態は、タグをアクセスポイントのマスタタイミングと同期させる。アクセスポイントは、同報(broadcast)フレームを定期的に送信することができる。「コールド」タイミングの取得中、タグは、自身のＰＮ逆拡散器を使用して同報フレームを分析し、アクセスポイントのマスタタイミングを識別する。コールドタイミングの取得は、タグが最初にシステムに導入されるときに一度行われることが期待される。最初のコールドの取得後、タグは、起動して信号を送信又は受信するたびに「ウォーム」タイミングの取得を行うことができる。ウォームタイミングの取得で利用する電力は、コールドタイミングの取得よりも少ない。

少なくとも１つの例示的な実施形態では、個々のタグが別個にＰＮ符号を生成する。ゴールド符号とは、個々のユーザが独自の符号を有するようにパラメータ化されたＰＮ符号の例である。従って、特定のユーザは、自分宛てのデータしか見ることができない。一意のＰＮ符号を使用することにより、タグは、自分のものではないデータを処理することはない。

多重アクセス通信インターフェイスを介して通信するための例示的な方法は、所定の擬似雑音（ＰＮ）符号を使用して拡散され、さらに第１のペイロードデータを含む第１の信号を第１のタグから受信するステップを含む。第２の信号が第２のタグから受信される。この第２の信号は、所定のＰＮ符号を使用して拡散され、第２のペイロードデータを含む。第１の信号から得られる第１のペイロードデータは、ＰＮ配列の逆拡散器を使用して少なくとも部分的に識別される。第２の信号から得られる第２のペイロードデータも、ＰＮ配列の逆拡散器を使用して少なくとも部分的に識別される。

多重アクセス通信インターフェイスを介して通信するための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、所定の擬似雑音（ＰＮ）符号を使用して拡散された第１の信号に第１のペイロードデータを含めて送信するように構成された第１の送信機を有する。第２のタグは、所定のＰＮ符号を使用して拡散された第２の信号に含めて第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の送信機を有する。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、受信機及び逆拡散アレイを含む。受信機は、第１の信号及び第２の信号を受信するように構成される。逆拡散アレイは、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る。

多重アクセス通信システムにおいて使用する例示的なアクセスポイントは、プロセッサ、プロセッサと通信する受信機、及びプロセッサと通信する送信機を含む。受信機は、第１のペイロードデータを含み、さらに所定の擬似雑音（ＰＮ）符号を使用して拡散された第１の信号を第１のタグから受信するように構成される。受信機はまた、第２のペイロードデータを含み、さらに所定のＰＮ符号を使用して拡散された第２の信号を第２のタグから受信するようにも構成される。送信機は、第１のタグに固有の第２のＰＮ符号を使用して拡散された第３の信号を第１のタグへ送信するように構成される。

以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び以下で簡単に説明する図面に示す付随する例示的な実施形態から、これらの及びその他の特徴、態様、及び利点が明らかになるであろう。

例示的な実施形態によるアップリンク送信機を示す図である。

例示的な実施形態によるダウンリンク送信機を示す図である。

例示的な実施形態におけるスロット構造及び割り当てを示す図である。

例示的な実施形態におけるＰＮ（擬似雑音）逆拡散アレイを示す図である。

例示的な実施形態における、コールドスタートからの同報チャネルのタグ処理で行われる動作を示すフロー図である。

例示的な実施形態における、ウォームスタートからの同報チャネルのタグ処理で行われる動作を示すフロー図である。

例示的な実施形態におけるタグの受信データパスを示す図である。

例示的な実施形態における時間トラッキングを示す図である。

例示的な実施形態におけるＡＦＣ（自動周波数制御）回転を示す図である。

例示的な実施形態における専用通信フィンガを示す図である。

例示的な実施形態におけるアクセスポイントの受信処理中に行われる動作を示す図である。

例示的な実施形態におけるアクセスポイントの受信データパスを示す図である。

例示的な実施形態における非同期的な最初のタグ送信動作を示す図である。

例示的な実施形態による、スロットモードにおけるアクセスポイントとタグとの間の相互作用を示す図である。

例示的な実施形態によるアクセスポイントとタグとの間のデータ転送を示す図である。

ＲＰＭＡ装置で形成されたメッシュネットワークを示す図である。

ＲＰＭＡ装置で形成されたメッシュネットワークへのマイクロリピータの結び付きを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら例示的な実施形態について説明する。以下の説明は、例示的な実施形態について説明することを意図するものであり、添付の特許請求の範囲で定義する本発明を限定することを意図するものではない。

図１は、畳み込みエンコーダ、インタリーブモジュール、変調器、擬似雑音拡散器、フィルタ、一連のタップ、自動周波数制御（ＡＦＣ）ローテータ、及びその他のこのような構造などの構造を含むアップリンク送信機１０を示している。これらの構造は、ブロック１２、１４、１６、１８、２０、及び２２に示す動作を行う。アップリンク送信機１０の伝送経路は、符号化されスペクトル拡散された波形である。例示的な実施形態では、復調された通信チャネルを使用する他のタグと同様に、アクセスポイントと通信するタグにアップリンク送信機１０を含めることができる。アップリンク送信機１０は、特定の実施形態に応じて追加の、より少ない、又は異なる動作を行うことができる。図示及び説明するものとは異なる順序で動作を行うこともできる。本明細書で使用する場合、タグとは、アクセスポイントとの間で信号を送受信するように構成されたあらゆる通信装置を意味することができる。アクセスポイントとは、複数のタグと同時に通信するように構成されたあらゆる通信装置を意味することができる。例示的な実施形態では、タグは、電池又はその他の蓄積電力で動くモバイルな低電力装置であってもよく、アクセスポイントは中央位置に存在し、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。或いは、タグをコンセントに接続し、及び／又はアクセスポイントが電池又は他の蓄積電源で動くようにすることもできる。

ブロック１２において、畳み込みエンコーダ及びインタリーブモジュールによりデータストリームが受け取られる。１つの実施形態では、このデータストリームは、プリアンブルを含む１２８ビットである。或いは、他のサイズのデータストリームを使用することもできる。データストリームは、受け取られるとすぐに、畳み込みエンコーダを使用してエンコードされる。例示的な実施形態では、データストリームを１／２のレートでエンコードすることができる。或いは、その他のレートを使用することもできる。インタリーブモジュールを使用してデータストリームをインタリーブすることもできる。エンコードされた符号ストリームがブロック１４に対して出力され、ここでは差動二相位相偏移変調（Ｄ−ＢＰＳＫ）変調器を使用して、エンコードされた符号ストリームが変調される。代替の実施形態では、その他の変調スキームを使用することができる。ブロック１６において、変調されたストリームがＰＮ拡散器に適用される。例示的な実施形態では、ＰＮ拡散器が、選択された拡散率（spreading factor）を使用する共通ネットワークゴールド符号チャネルを使用することができる。拡散率は、｛６４、１２８、２５６、．．．８１９２｝の組の要素とすることができる。或いは、その他のあらゆる符号及び／又は拡散率を使用することもできる。所与の拡散率のタグの各々が、同じＰＮ符号により、ランダムに選択したチップオフセットで拡散される。チップオフセットを広範囲にわたってできるだけランダムに選択することにより、特定のフレームが他の送信機からの他のフレームと衝突しない（或いは、換言すれば、アクセスポイントにおいて同じチップタイミングを有さない）確率が高くなる。迫り来る容量の限界における衝突の確率が無視できなくなった場合（〜１０％又はそれ未満）、同じフレームを別様に取り出しランダムなオフセットで再送することによりこれを解決することができる。以下、図４を参照しながらＰＮ拡散器についてより詳細に説明する。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ビットレートを有することができる。或いは、その他のレートを使用することもできる。

ブロック１８において、データストリームが４×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、時間トラッキングロジックを使用して、フレームが全てＡＰの周波数基準と一致する同じサンプルレートに落ち着くことを確実にする。ブロック１８は、サンプルスリップ／リピートインジケータを入力として受け取る。１つの実施形態では、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において、周波数オフセットを含む自動周波数制御（ＡＦＣ）回転を行ってアクセスポイントのタイミングオフセットを一致させ、全ユーザのからのフレームが全て同じ周波数仮説（hypothesis）の近くに落ち着くことを確実にする。１つの実施形態では、ブロック２０の出力が、約４ＭＨｚの複素周波数を有することができる。ブロック２２において、正しいアクセススロットが生じるまで開始スロットからの遅延が課される。また、信号にランダムなチップ遅延が課される。例示的な実施形態では、このランダムなチップ遅延を０〜拡散率−１までとすることができる。或いは、異なるランダムなチップ遅延を使用することもできる。Ａ（ｉ，ｊ）によりスロットアクセスを記述することができ、この場合、ｉは２^∧（１３−ｉ）として拡散率に関連し、ｊは非オーバーラップスロットに対応するサブスロット番号である。選択する拡散率に応じて、一般的には所与のスロット内に複数の伝送機会が存在する。アップリンクでは、アクセススロットを０〜拡散率−１までのチップオフセットとともにランダムに選択することができる。このように、アップリンクユーザ間の衝突の確率が最小化される一方で、衝突が起きた際には再選択が可能になる。信号を遅延させた後、この信号をアクセスポイントへ送信することができる。

図２は、畳み込みエンコーダ、インタリーブモジュール、変調器、擬似雑音拡散器、フィルタ、一連のタップ、及びその他のこのような構造などの構造を含むダウンリンク送信機３０を示している。送信機３０を使用して、アクセスポイント（ＡＰ）が、各々が特定のタグ又はユーザ宛ての複数のチャネルを送信する。これらの構造は、ブロック３２〜５４に示す動作を行う。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複製できる異なるデータパスを表している。例示的な実施形態では、ブロック３２〜３８が、図１を参照しながら説明した第１のデータストリームに関する動作と同様の動作を行うことができる。同様に、ブロック４２〜４８は、図１を参照しながら説明したｎ番目のデータストリームに関する動作と同様の動作を行うことができ、この場合ｎはいずれの値であってもよい。ブロック３６への入力は、第１のデータストリームを受信する予定のタグに特有のゴールド符号とすることができ、ブロック４６への入力は、ｎ番目のデータストリームを受信する予定のタグに特有のゴールド符号とすることができる。或いは、同報ゴールド符号、非ゴールド符号、又はその他のような他の符号を使用して、第１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。第１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電力が同等でない場合、ブロック４０及び５０においてブロック３８及び／又はブロック４８の出力に重み付けすることができる。重み付けされると、ブロック５２においてパスが合計される。ブロック５２では硬判定（hard decision）も行われ、正数は全て０にマッピングされ、負数は全て１にマッピングされる。或いは、異なる硬判定を行うこともできる。１つの実施形態では、ブロック５２の出力が、１０Ｍｃｐｓにおいて１ビットレートを有することができる。或いは、その他のレートを使用することもできる。ブロック５４において、４×チップフィルタを使用してブロック５２からの総出力がアップサンプリングされる。１つの実施形態では、ブロック５４の出力が、４０ＭＨｚの実周波数を有することができる。或いは、その他の周波数を使用することもできる。２０４８の最大ダウンリンク拡散率における同報フレームの単一の組である隣接周波数での伝送は図示していない。或いは、異なる最大ダウンリンク拡散率を使用することもできる。

図３は、スロット構造及び割り当てを示している。少なくとも１つの実施形態では、データストリーム７０が、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、スロットの各々が２．１秒の継続時間を有することができる。或いは、他のいずれの継続時間を使用してもよく、及び／又はスロットによって継続時間が異なってもよい。データストリーム７０を半二重通信スキームで実施して、いずれかの時点において、ＡＰが送信を行ってこれをタグが受信しているか、或いはタグが送信を行ってこれをＡＰが受信しているかのいずれかとなるようにすることができる。代替の実施形態では、その他の通信スキームを使用することができる。図３に示すように、データチャネル８０は、スロット７２内のデータのための処理利得のオプションを示している。特定の利得でデータリンクが閉じる場合、対応する利得を有するスロットの継続時間中は、タグは（ＡＰトゥタグモードでは）受信準備のみを行えばよい。伝送モードでは、タグが自身の電力消費伝送モードにおけるオンタイムを最小化できるように、タグからアクセスポイントへの伝送をスロット選択によって管理することができる。例えば、１８ｄＢの利得には１．６ｍｓのスロット（Ａ７，０）のみが必要となる。データチャネル８２は、スロット７４内のデータのための処理利得のオプションを示している。以上のように、タグが使用する電力を、個々のデータリンクが同じ電力でＡＰに到達するように選択することができる。

ＡＰ側における数多くの同時波形の処理と、タグ側における相対的に少ない波形の処理との間では釣り合いが取れている。ＡＰが自動周波数制御（ＡＦＣ）、時間トラッキングドリフト、及びフレームタイミングのマスタであることにより、ＡＰ側ではこれらのパラメータが分かっている。しかしながら、ＡＦＣ、時間トラッキングドリフト、及びフレームタイミングをタグ側で取得した際に決定することもできる。ＰＮ配列の逆拡散器は、取得仮説の探索／復調のための効率的実行である、これらの両方に関連するブルートフォース動作を行う。この動作の別の態様は、この大量電力消費回路（アクティブ時）が、ＡＰ上では継続的に実行される（壁コンセントに接続されるので問題はない）が、タグ上では、めったに行われない「コールド」取得中にのみ実行されるようにすることである。コールド取得及びウォーム取得については、図５及び図６をそれぞれ参照しながらより詳細に説明する。

図４は、ＰＮ（擬似雑音）逆拡散アレイを示しており、これによりタグ上での単一波形の取得及びＡＰ上での複数波形のブルートフォース復調の両方が容易になる。例示的な実施形態では、ＰＮ逆拡散アレイが、多くのチップ間隔のタイミング仮説の１ビットドット積を同時に行うことができる。

ＰＮ逆拡散のコア要素は、入力が０であるか又は１であるかに応じて個々のクロックを増分され又は増分されない単純なカウンタであってもよい。このコア要素は複素データパスであるため、Ｉ（位相内）のために１つ、及びＱ（直角位相）のために１つの２つのカウンタが存在する。一般に、複素指数による乗算は、複素指数表と連動する大きめのスカラー乗算器（４×１０００ゲートが一般的）の組である。対照的に、１ビットの複素乗算器は、基本的に以下に示す例示的な表のような単純な真偽表であり、表中、負の値は逆数（０→１及び１→０）を示す。この真偽表は、ほんのわずかなゲートを使用して実現することができる。

図４は、ＰＮ逆拡散アレイ１００を示している。複素逆拡散動作ではカウンタ対の（１つの実施形態では２５６又はそれ以上などの）多くのインスタンス化が存在し得る。ＰＮ逆拡散アレイ１００には、チップ間隔のタイミング仮説に作用するＰＮ逆拡散要素１０２、１０４、及び１０６の隣接するインスタンス化をチップレートで供給することができる。ブロック１１４から要素１０２、１０４、及び１０６へ１ビットの複素データが送信され、ここでＰＮ発生器１１０からのＰＮ信号と合成される。ＰＮ信号発生器１１０は、ＡＰがデータを拡散するのと同じ順序の０及び１を出力するハードウェアであってもよい。要素１０２の場合、逆回転されたデータが、結合器(combiner)１２２ａにおいてＰＮ信号と合成される（より具体的には、１ビット複素乗算される）。この合成の実数部及び虚数部が、カウンタ１１８ａ及び１２０ａに別々に入力される。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する。より具体的には、カウンタ内のデータは、リセット信号を受信する前でのみ有効である。リセット信号は両方のカウンタを０に強制する。マルチプレクサ(multiplexer)１０８は、自身の逆拡散動作を特定のクロックで一意に完了したフィンガに対して現在有効なカウンタの出力を可能にする。ＰＮ逆拡散アレイ１００内の他の要素も同様に動作する。要素１０４は、逆回転されたデータをブロック１１４から受け取り、要素１０２内の遅延ブロック１１６ａにより課せられる遅延後にこれをＰＮ信号と合成する。この合成がカウンタ１１８ｂ及び１２０ｂに入力され、これが遅延ブロック１２４ａから課せられる遅延を伴うリセット信号１１２からの信号に基づいてカウンタから取り出される。同様に、要素１０６は、逆回転されたデータをブロック１１４から受け取り、要素１０２内の遅延ブロック１１６ｂにより課せられる遅延後にこれをＰＮ信号と合成する。この合成がカウンタ１１８ｃ及び１２０ｃに入力され、これが遅延ブロック１２４ｂから課せられる遅延を伴うリセット信号１１２からの信号に基づいてカウンタから取り出される。

拡散率に対応する数多くのクロック後、ＰＮ逆拡散要素１０２は、マルチプレクサ１０８による出力のために選択される有効なデータを有するようになる。その後、全てのクロックごとに、全てのデータが出力されるまで隣接する拡散要素１０４又は１０６を利用することができ、拡散率とＰＮ逆拡散インスタンス化の数とを足し合わせたものに相当するクロック数の最中にこれを行うことができる。この機構の動作を管理するＰＮ符号は、値によりパラメータ化されたゴールド符号であってもよい。代替の実施形態では、その他のＰＮ符号を使用することができる。

図５は、アクセスポイントの送信波形を復調するために同報チャネルのタグモデム処理において行われる動作を示している。特定の実施形態に応じて、追加の、より少ない、又は異なる動作を行うことができる。図示及び説明するものとは異なる順序で動作を行うこともできる。

タグの最初の立ち上げ時には、（特定のゴールド符号又はその他の符号パラメータなどの）同報チャネルのＰＮシーケンス以外は、波形に関するパラメータは分かっていない。しかも、ＡＰとタグとの間の発振器の不一致に起因して、ＡＰとタグとの間にどれほどの相対的周波数オフセットが存在するかをタグが十分な精度で分かっていないこともある。図５は、ＡＰとタグとの間の１００万分の１（ｐｐｍ）ドリフトの不確実性の範囲を探索する走査モードを示している。動作１５０において、２スロットにわたり反復を行って、タグが同報チャネルに同調できるようにする。例えば、スロットタイミングとは非同期で処理を開始することができる。仮説の一方の半分を探索中は同報チャネルをアクティブにすることができ、仮説の他方の半分を探索中には同報チャネルを非アクティブにすることができる。第１の反復では、開始点が非同期の第１のスロットタイミングを使用して全ての仮説を探索することができる。第１の反復でエネルギーが見つからない場合は第２の反復を実行する。第２の反復では、非同期の開始点を、第１の反復で使用した非同期の開始点から１スロットずらすことができる。従って、同報チャネルがアクティブであった間に探索した仮説を、同報チャネルがアクティブである間に探索することができる。エネルギーが見つかると、タグが同報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が「コールド取得」の開始点を表すことができる。動作１５２において、粗い自動周波数制御（ＡＦＣ）が初期化される。１つの実施形態では、この初期値が−１０ｐｐｍオフセットなどの最も負の値にセットされる。同報チャネルの既知のゴールド符号生成されたＰＮシーケンスを使用して、動作１５４において、所与の粗いＡＦＣ仮説の全てのＣ×４間隔の仮説の非コヒーレントな距離関数を計算する。例えば、拡散率の長さが２０４８の場合、８１９２の仮説の非コヒーレントな距離関数を計算することができる。

動作１５６及び１５８において、粗いＡＦＣ仮説をｐｐｍレンジ（range）の最後まで増分する。個々の粗いＡＦＣ仮説ごとに、図７に示すハードウェアを使用して、現在の仮説により表される周波数オフセットを元に戻す。ＰＮ逆拡散アレイを使用して、８個の連続する符号からなる逆拡散出力を生成する。或いは、他の数の符号を使用することもできる。次に、これらの８個の符号の非コヒーレントな合計を計算する。上からＮ個（１つの実施形態では８個）の距離関数の組が、これらの関連パラメータとともにデータ構造内に保持される。図５のフロー図が示すように、勝った（すなわち、有効な）１つがデータ構造内に表されることを見越して、発振器ｐｐｍの不確実性の範囲全体が、チップ×４の分解能における全てのタイミング仮説とともに探索される。最も有効な仮説とともに、一般により少ないマルチパス反射、依然としてかなりのエネルギー蓄積が存在する隣接するＡＦＣの粗い周波数仮説、並びに雑音分散によって異常に大きな距離関数を生成した完全に無効な仮説が存在する傾向にある。

個々の粗いＡＦＣごとの全てのチップ×４のタイミング仮説の非コヒーレントな距離関数をデータ構造に伝えることができる。動作１６０において、データ構造が、（粗いＡＦＣ値、チップ×４のタイミング仮説、非コヒーレントな距離関数値などの）最も大きな非コヒーレントな距離関数を記録する。動作１６２において、「最終的勝者」がＮ個の専用フィンガ（dedicated fingers）に割り当てられる。チップ×４のタイミング値、及びＰＮ逆拡散アレイを管理する現在の粗いＡＦＣ仮説とは無関係の粗いＡＦＣ仮説により、個々のフィンガを一意にパラメータ化することができる。最初はフレームタイミングが分かっていないので、専用フィンガにより出力される個々の逆拡散符号がフレーム内の最後であると仮定される。このようにして、動作１６４及び１６６に示すように、バッファされた２５６個の符号が、差動復調、及び定数複素値による乗算に基づく追加の反復セットを受けて細かいＡＦＣ補正を実行する。動作１６４の出力は、個々の専用フィンガからの複素外積となり得る。動作１６６において、（細かいＡＦＣ仮説により求められるような）定数複素回転による符号ごとの乗算を情報の仮想フレームに繰り返し適用して、いずれの複素回転定数値の選択（あるとすれば）が、周期的冗長検査（ＣＲＣ）をパスするフレームを発見するかを判定することができる。これは、個々の仮説ごとに周期的冗長検査（ＣＲＣ）を実行できるブルートフォース動作であってもよい。あらゆる有効なＣＲＣに関して、信号からのペイロードをＭＡＣへ送信することができ、及びネットワークパラメータを既知であると見なすことができる。

動作１６８において、他のスロットタイミング仮説が試行される。例示的な実施形態では、最も成功したＣＲＣに関連する粗いＡＦＣ仮説を、名目上の最初の粗いＡＦＣ仮説とすることができる。粗いＡＦＣ仮説の範囲全体が探索されると、タグは、粗いＡＦＣ仮説検索の範囲を大幅に狭める将来的なトランザクションで使用される関連する状態情報であるＮｏｍｉｎａｌ＿Ｃｏａｒｓｅ＿ＡＦＣと呼ばれる変数を記録するが、これは、１分かそこらにわたる発振器ドリフトよりも発振器のｐｐｍ偏差の部分ごとの変化のほうが非常に大きいことに起因する。

図６は、ウォームスタート、すなわち関連する状態情報が分かっている場合からの専用チャネルのタグ処理において行われる動作を示している。例えば、フレームタイミングを把握して、大幅に狭い範囲の粗いＡＦＣ仮説を探索することができる。モデムは、９個の符号のプリアンブルの末尾の前に有効なフィンガ割り当てが行われるように自身の処理を十分に早く開始する。或いは、その他のあらゆる数の符号を使用することができる。

動作２００では、フレームタイミングが分かっているので、タイミング仮説を２スロットにわたって反復する必要はない。同報チャネルを使用する代わりに専用チャネルを使用する。動作２０２において、粗いＡＦＣ仮説を走査する。例示的な実施形態では、粗いＡＦＣを狭い範囲にわたって走査して、最後のアクセス時からの小さな周波数ドリフトを計上することができる。タグに一意の既知のゴールド符号生成されたＰＮシーケンスを使用して、動作２０４において全てのチップ×４間隔の仮説の非コヒーレントな距離関数を計算する。動作２０６及び２０８において、粗いＡＦＣ仮説を狭いｐｐｍ範囲の最後まで増分する。動作２１０において、データ構造が、（粗いＡＦＣ値、チップ×４のタイミング仮説、非コヒーレントな距離関数値などの）最大の非コヒーレントな距離関数を記録する。動作２１２において、データ構造に基づいて専用フィンガが割り当てられる。動作２１４において、現在のＤＢＰＳＫ及び以前のＤＢＰＳＫを使用して符号外積が生成される。動作２１４の出力は、個々の専用フィンガからの複素外積であり得る。動作２１６において、フレームがインタリーブされてデコードされる。あらゆる有効なＣＲＣに関して、ペイロードを媒体アクセス制御（ＭＡＣ）層へ送信することができる。動作２１８において、他のスロットタイミング仮説が試行される。例示的な実施形態では、最も成功したＣＲＣに関連する粗いＡＦＣ仮説を、名目上の最初の粗いＡＦＣ仮説とすることができる。

図７は、例示的な実施形態によるタグの復調処理を示すタグの受信データパスを示している。図示のように、１ビットの複素サンプルをサンプルバッファ２２０にバッファして、有効なエネルギーの信頼できる検出を行うのに十分なデータが提示されるようにする。サンプルバッファブロック２２０において例示的な値が提供される。例えば、１つの実施形態では９個の符号をバッファする。代替の実施形態では、他の値を使用することもできる。サンプルをＩチャネル及びＱチャネルからこのピンポンバッファスキームにチップ×２又は２ＭＨｚの同期サンプルレートで入力することができる。或いは、他のレートを使用することもできる。高速非同期クロックにおいて、これらのサンプルを使用して様々な粗いＡＦＣ仮説を探索する。現在の粗いＡＦＣ仮説に基づいて、チップ×４の分解能で時間トラッキングを実行する。ＡＰ及びタグの両方で同じタイミング基準を使用してキャリア周波数及びサンプルクロックの両方をドライブするので、既知のキャリア周波数を有する粗いＡＦＣ仮説は、既知の時間トラッキングレートに一意にマッピングを行うことができる。

サンプルバッファ２２０は、Ｉチャネル及びＱチャネルを介して通信信号を受け取る。これらの信号は、時間トラッキングロジック２２２及び専用フィンガ２３４へ送信される。時間トラッキングロジック２２２は粗いＡＦＣ仮説も受け取り、ロジック２２２は、チップ×４パリティでゼロにリセットすることができる。時間トラッキングロジック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パリティに関してゼロに初期化されるカウンタを有し、１つは奇数チップ×４パリティに関してミッドレンジ（すなわち、２^∧２５）に初期化されるカウンタを有する。時間トラッキングロジック２２２の出力がブロック２２４に提供され、ここで仮想チップ×４位相が適用される。ブロック２２４はまた、取得状態マシンからパリティを受け取ることもできる。ブロック２２４の出力に自動周波数制御（ＡＦＣ）回転ロジック２２６が適用される。

図８は、図７を参照しながら説明した時間トラッキングロジック２２２の２つのブロックの例示的な実施形態を示している。ストリーム２５０は、偶数チップ×４パリティを有する通信ストリームである。ストリーム２５２は、奇数チップ×４パリティを有する通信ストリームである。図８は、時間トラッキング動作を示しており、個々の異なる網掛けは異なるチップ×４間隔のシーケンスを表している。いずれの現在のＡＦＣ仮説が探索されているかに直接依存するレートでサンプルが挿入又は反復され、サンプルレートと搬送波周波数との間の既知の比率により乗算される。これを固定したクロック仮定として使用して、２次元空間を１次元に崩すことができる。図示の値Ｎは、十分な時間トラッキング精度を可能にするために記録される分数成分を有する。所定の時間に４個の可能なチップ×４位相の特定のパリティが選択される。次に、図９に示すように、結果として得られるチップレートシーケンスが１ビットのデータパスにおいて逆回転される。

図９は、所定の時間に４個の仮想チップ×４位相２２４のうちの１つに作用する図７のＡＦＣ（自動周波数制御）回転ロジック２２６の機能を示している。図９は、１ビットの逆回転機構を示している。この逆回転機構は、想定される粗いＡＦＣ仮説に関して受信機と送信機との間の相対的な搬送波ドリフトによるＡＦＣ回転を元に戻すように設計される。これは、（上述の真偽表によって表される）１ビット変換であるため、処理の９０度分解能は、相対的な発振器オフセットからのＡＦＣドリフトに起因する位相の連続値に対して＋／−４５度である。

ＡＦＣ回転ロジック２２６はまた、粗いＡＦＣ仮説を入力として受け取ることもできる。ＰＮ逆拡散アレイ２２８（図７）は、自身の逆拡散動作をチップ間隔の仮説のために実行する。ＰＮ逆拡散アレイ２２８は、現在の粗いＡＦＣ仮説、タイミングパリティ、タイミング位相、拡散率、及び／又はゴールド符号選択を入力として受け取ることができる。所与の符号に関して値が出力されるので、より良好な距離関数の信頼性のために合計が非コヒーレントに蓄積され、実行中の合計が非コヒーレントな蓄積バッファ２３０に記憶される。このバッファ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、ＰＮ逆拡散アレイ２２８が２５６個の逆拡散要素を有し、サンプルバッファを通過することにより２５６個の仮説のための非コヒーレントな距離関数が完成するようになる。或いは、その他の数の逆拡散要素を使用することができ、その他の数の仮説に関して距離関数を完成させることができる。タグの送信電力制御において、及びＡＰへの電力制御フィードバックに信号対雑音比（ＳＮＲ）距離関数を使用することができる。最も大きな距離関数を有する仮説が上位Ｎ個のパスデータ構造２３２に記憶され、これを使用して専用フィンガ２３４の割り当てを制御する。上位Ｎ個のパスは、タイミング仮説、タイミングパリティ、粗いＡＦＣ仮説、その他を含むＮ個のレコードであってもよい。

図１０は、専用通信フィンガを示している。個々の専用フィンガは、チップ×４サンプルの４個の位相の各々にアクセスすることができ、チップ×４セレクタ２６０が、フィンガ割り当てのパラメータの一部として設定される。個々のフィンガは、独自のＰＮ発生器２６２、及び逆拡散に使用するＡＦＣ発生器２６４を有する。専用フィンガは、粗いＡＦＣ仮説、自身のチップ×４タイミング位相、時間トラッキングレートの従属変数に基づいて符号積算器２６６内に蓄積し、その後クロックの拡散率数ごとに複素変数を出力する。図７を参照しながら例示した専用フィンガ２３４はまた、サンプルバッファ２２０及びＰＮ符号選択から入力を受け取ることもできる。

再び図７を参照すると、専用フィンガ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２３８に効率的に記憶するためにビット幅を縮小す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からの出力はフレームバッファ２３８に提供され、これは、現在の符号がフレームの最後の符号であるかのように２５６の符号フレームを処理する一般的事例を可能にする循環バッファ機構であってもよい。フレームタイミングが分かっている場合、このメモリ構造は、既知の最終符号を有するフレームの特定の処理をサポートすることができる。

フレームバッファ２３８は、受信チェーンの残りに仮定フレームを出力する。外積乗算ブロック２４０は、現在の符号と、Ｄ−ＢＰＳＫ復調のための従来の距離関数である以前の符号の複素共役とを乗算する。残留周波数ドリフトにより、Ｄ−ＢＰＳＫ群が固定位相によって回転されるようにすることができる。細かいＡＦＣ乗算ブロック２４２の役割は、ブルートフォース法を取って異なる可能な位相回転を試行することにより、少なくとも１つの細かいＡＦＣ仮説がデインタリーバ及びビタビデコーダ２４４を通過するときに有効なＣＲＣを生じるようにすることである。細かいＡＦＣ乗算ブロック２４２はまた、細かいＡＦＣ仮説を入力として受け取ることもできる。デインタリーバ及びビタビデコーダ２４４からの出力は、ＣＲＣチェッカ２４６に提供される。ＣＲＣが有効である場合、ペイロードロードがＭＡＣ層へ送信される。

図１１は、アクセスポイントの受信処理中に行われる例示的な動作を示している。実施形態に応じて、追加の、より少ない、又は異なる動作を行うことができる。さらに、本明細書に示すものとは異なる順序で動作を行うこともできる。ＡＰは、全ての考えられるチップ×２タイミング仮説、拡散率、及び拡散率内のアクセススロットをチェックするブルートフォース動作を実行する。これは、タグによる非協調的なアクセスを可能にする。幸いにも、ＡＰがフレームタイミング及びＡＦＣ搬送波基準のマスタであることにより（全てのタグは、自身の搬送波ドリフト及びサンプルクロックを補正してＡＰのタイミングに一致させることができる）、ＡＰが粗いＡＦＣ仮説の次元又は未知のフレームタイミングを探索する必要がないので、ＡＰにかかる処理負荷は大幅に低減される。

図１１のフロー図は、全ての考えられるチップ×２タイミングオフセット、［８１９２，４０９６，．．．，６４］の組からの拡散率、及び最大値未満の拡散率のアクセススロット番号に対する反復の順序付けの例を示している。次にＡＰは、タグが実行するものと同様の細かいＡＦＣ検索を実行して、最後のトランザクション以降に発生するタグのタイミングソースとＡＰとのタイミングソースとの間の少量の周波数ドリフトを可能にする。全ての有効なＣＲＣがＭＡＣ層へ転送される。図１１のフロー図は多次元空間の検索を示している。最も外側のループでは、全ての考えられる拡散率が検索される。例示的な実施形態では、８個の拡散率［６４，１２８，２５６，５１２，１０２４，２０４８，４０９６，８１９２］が存在することができる。或いは、他の拡散率及び／又は拡散率の数を使用することもできる。第２のループでは、所与の拡散率に関する全ての考えられるサブスロットが検索される。例えば、６４チップの拡散率では１２８個のサブスロットが考えられ、８１９２チップの拡散率では単一のデジェネレイトサブスロットが存在することができる。第３のループでは、所与のサブスロット内の全ての考えられるチップ×２タイミング位相が検索される。以下でより詳細に説明するように、図１１では矢印により様々なループを示している。

動作２７０において、１つの粗いＡＦＣ値が使用される。例示的な実施形態では、タグが補正を行うので、１つの粗いＡＦＣ値を０とすることができる。動作２７２において、最大拡散率（すなわち８１９２）を始点として使用する。代替の実施形態では、最大拡散率が８１９２より大きても又は小さくてもよい。動作２７４において、拡散率内のアクセススロットが処理される。この処理は、８１９２個の拡散率が存在する場合にはデジェネレイトであってもよい。動作２７６において、全てのチップ×２間隔の仮説に対して現在の拡散率で逆拡散が実行される。例えば、拡散率の長さが８１９２の場合、１６，３８４回の逆拡散動作を実行することができる。拡散率が（２５６などの）フレームバッファ数未満でなければ、全ての要素に逆拡散を実行する。動作２７８において、拡散率が半分に減少されて処理を継続する。動作２８０において、拡散率が６４まで減少したかどうかを判断する。代替の実施形態では、他の所定の値を使用することができる。拡散率が６４（又は他の所定の値）まで減少していなかった場合、動作２７６において処理が継続する。拡散率が６４に減少していた場合、動作２８２において、システムは次のサンプルバッファが満たされるのを待つ。動作２８２において次のサンプルバッファが満たされると、制御は動作２７２へ戻る。動作２８４において、逆拡散要素のフレームバッファが取得される。例示的な実施形態では、ＰＮ逆拡散アレイにより２５６個の符号が単一パスから出力された後にフレームバッファが揃うことができる。１つの実施形態では、２５６段のＰＮ逆拡散アレイの場合、パススルーにより、各々が２５６個の符号を有する２５６個のタイミング仮説を生成することができる。代替の実施形態では、ＰＮ逆拡散アレイがより多くの又はより少ない段を有することができる。動作２８６において、現在の逆拡散ＤＢＰＳＫ符号と以前の符号との外積が計算される。１つの実施形態では、外積は、２５６個までのフレームでは２５６個の符号を含むことができる。或いは、他の数の符号及び／又はフレームを使用することができる。動作２８８において、ＡＦＣ仮説に基づいて現在のフレームがデコードされ位相多重される。動作２９０において、ＣＲＣがチェックされ、あらゆる有効なＣＲＣに関して、物理層（ＰＨＹ）からペイロードが送出されて媒体アクセス制御（ＭＡＣ）へ送られる。一例として、２５６の逆拡散アレイの個々のパスごとに、ＣＲＣを細かいＡＦＣ仮説の数の２５６倍チェックすることができる。所与のスロットの処理が完了すると、ブロック２８２からブロック２７２への矢印によって示すように、後続のスロットに対して処理が行われる。

図１２は、アクセスポイント（ＡＰ）の受信データパスを示している。タグとは異なり、最大拡散率のフレーム全体をピンポンバッファスキームでサンプルバッファ３００に記憶することができる。このバッファスキームは、（１６．８Ｍｂｉｔなどの）相当量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、専用オフチップメモリ装置に記憶することができる。サンプルバッファブロック３００は例示的な値を含む。代替の実施形態では、他の値を使用することができる。タグとは異なり、ＡＰがマスタの時間基準であるため、時間トラッキングロジック及びＡＦＣ回転ロジックを使用することはできない。サンプルバッファ３００は、フレームをＰＮ逆拡散アレイ３０２へ転送し、このＰＮ逆拡散アレイ３０２が本明細書で前述したようなブルートフォーステストを実行することができる。ＰＮ逆拡散アレイ３０２は２５６個の逆拡散要素を含むことができる。或いは、他のいずれかの数の逆拡散要素を使用することができる。ＰＮ逆拡散アレイ３０２はまた、（チップ×２分解能のみとすることができる）現在のタイミングパリティ、仮説位相、及び／又は拡散率を入力として受け取ることもできる。ＰＮ逆拡散アレイ３０２からの出力は、ビット幅スクイーザ３０４に提供される。ビット幅スクイーザ３０４はフレームのサイズを縮小し、次にこれがフレームバッファ３０６へ送信される。フレームバッファブロック３０６は例示的な値を含む。代替の実施形態では、他の値を使用することもできる。実施形態によっては、フレームバッファ３０６を専用オフチップメモリ装置内に記憶することもできる。システムの残りはタグの受信処理と同様であり、細かいＡＦＣ仮説に対して反復が行われ（動作３１０及び３１２）、有効なＣＲＣを有する全てのペイロードがＡＰのＭＡＣへ転送される（動作３１４及び３１６）。非コヒーレントな蓄積３０８を使用して、タグへの送信電力制御フィードバックで使用するための信号強度などのＳＮＲ距離関数を決定する。

図１３は、非同期的な最初のタグ送信動作を示しており、タグからＡＰへのデータ転送を生じる２種類の相互作用を含む。例示及び説明のために、スロット３２０はタグのスロットを表し、スロット３２２はアクセスポイントのスロットを表している。「コールドスタート」とは、タグが関連する状態情報を持たずにシステムに参加する場合のことであり、「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のための縮小した範囲の粗いＡＦＣ仮説などのシステム情報を認識している場合のことである。

「コールドスタート」のシナリオでは、タグが、スロット非同期の時点でアクセスの検索を開始する。図１３は、ＡＰが同報チャネルの送信さえ行っていないときに（スロット１）、タグがこの同報チャネルを取得しようとする試みを開始する時間を示している。最終的に、タグの処理は、ＡＰが同報フレームを送信している時間中に有効な粗いＡＦＣ仮説を探索する。図１３は、これがスロット２の最中に行われることを示している。この時点で、非コヒーレントなエネルギー距離関数が、専用フィンガに正しいチップ×４タイミング及び粗いＡＦＣ仮説を探索させる。正しい仮説を有するフィンガは、個々の新たな符号をフレームの最終符号として常に取り扱い、これらの仮説フレームを受信チェーンに通し、ここでＣＲＣチェックが失敗を示す。スロット４の最後に、ＣＲＣチェックが成功を示すことにより有効なフレームタイミングが得られる。この時点で、タグは、「ウォームスタート」で参加するタグが有するであろう同じ関連する状態情報を有しており、「ウォームスタート」タグが受けるであろう同じ処理を完了し続ける。

タグは、「コールドスタート」手順を介した移行により、又は関連する状態情報が適切に保持されている場合にはタグの起動時に直接的に、スロット６（「ウォームスタート」）に示す相互作用に参加する。この時点で、タグは、受け取った同報フレームの強度の測定を行い、この情報を使用して、タグがその後送信を行う際の送信電力及び拡散率をスロット７において決定する。タグは、１）測定した受け取った同報チャネルの信号強度を使用して、タグのオンタイムを最小化するとともに電力消費を最小化するのに最適な、リンクを閉じるために使用できる最小拡散率を選択すること、２）測定した受け取った同報チャネルの信号強度及び以前に選択した拡散率を使用して、タグが、全てのユーザがＡＰによりビット当たりエネルギー対スペクトル雑音密度比（Ｅｂ／Ｎｏ）の非常に似た値で受信されるＡＰにおける受信の最適性条件で送信を行うこと、３）最大拡散率以外の全てについて、スロットアクセスパラメータｊをランダムに選択すること、４）０〜拡散率−１までのチップオフセット値をランダムに選択することによりＡＰにおける「衝突」が最小化され、個々の送信におけるランダム選択によりその後の送信機会において「衝突」を解決できるようにすること、に基づいて自身のメッセージを送信する。

ＡＰは、スロット７の最中に受信した全ての信号をスロット８及び９の最中に処理し、スロット１０の最中に肯定の確認応答を返送する。ＡＰは、ゴールド符号により特徴付けられる単一のチャネルにいくつかのＡＣＫを集約し、或いは自身の専用ゴールド符号チャネルを使用してタグへ専用メッセージを送信する。なお、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）を必要とする。いずれにせよ、タグは、メッセージのプリアンブルを使用して自身のチップ×４タイミングを更新する。

図１４は、スロットモードにおけるアクセスポイントとタグとの間の単純な相互作用を示している。例示的な実施形態では、この単純な相互作用はタグのためのデータを含まず、比較的静的なチャネルを含む。例示及び説明のために、タイムライン３３０はスロット中のタグの処理を表し、タイムライン３３２はスロット中のアクセスポイントの処理を表している。システムの特質は、タグが低電力状態、すなわち低電力であるとともに通常は３２ｋＨｚである低周波数の水晶発振器を介してシステムタイミングが保持される状態で最大可能時間を費やすことである。これをサポートするために、ＡＰが開始した相互作用に対する最大許容待ち時間が識別される（すなわち、これはタグがいずれかのＡＰ動作がペンディング中であるかどうかをチェックするために低電力状態から出たり入ったりするレート循環である）。図１４は、タグが自身の低電力状態から出て、ＡＰがトランザクションを開始したいと望んでいるかどうかをチェックするという比較的単純な相互作用を示している。これは、登録中にＡＰとタグとの間で合意済みのスロット位相及びレートで行われる。

通常、タグは、フレームタイミング及び粗いＡＦＣ仮説が狭い範囲内にあると分かっている「ウォームスタート」に入る。タグは、受信した同報チャネルの電力の測定を行う。図１４は、電力がＡＰとの最後の相互作用から大幅に変化しなかったシナリオを示している。これは、ＡＰが送信した最後の送信電力／拡散率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において、タグは、自身の専用ゴールド符号を使用してプリアンブル上でフレームを取得し、その後復調しようと試みる。典型的なシナリオでは、ＡＰは情報を送信しておらず、タグは直ちにスリープに入る。

図１５は、例示的な実施形態による、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搬を含むより複雑な相互作用を示している。例示及び説明のために、タイムライン３４０はスロット中のタグの処理を表し、タイムライン３４２はスロット中のアクセスポイント（ＡＰ）の処理を表している。ここでは、ＡＰが送信する情報を有しており、チャネルの伝搬は最後のＡＰトランザクションから大幅に変化している。現在の同報チャネルの電力測定が変化することにより、タグは、後続する送信を前回と同じ送信電力／拡散率で行うと不適切になることを認識するようになる。従って、タグは、図１３で説明したプロトコルを使用して再登録メッセージを送信し、現在のチャネル状態に適した新たな送信電力／拡散率を使用するようにＡＰに警告する。新規の情報は、スロットＮ＋５で行われるフレームの送受信を規定する。タグは、図１３のプロトコルにより規定される確認応答（ＡＣＫ）メッセージを生成して送信の成功を示す。ＡＣＫがうまく受信されると、トランザクションは完了したと見なされる。それ以外の場合、タグは再送を試みる。

図１６は、いかにしてタグをともにメッシュネットワークに接続することができるかを示している。タグ３５０は、マイクロリピータ３５１への通信リンクを有しており、このリピータ自体も、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に接続する。これらの要素間の通信リンクは、上述したものと同じ通信プロトコルを使用する双方向の半二重リンクである。

以下の代表的な実施形態を通じてネットワークを動的に形成することができる。ネットワーク内の個々の装置はシード値を有する。アクセスポイントは０のシード値を有する。個々の後続する装置は、アクセスポイントからの接続数に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接続離れているので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接続離れているので３に等しいシード値を有する。

個々のマイクロリピータ及びアクセスポイントは、同報チャネル上で送信を行うことができる。最初は、アクセスポイントのみが同報チャネル上で送信を行う。個々のマイクロリピータがネットワークと結び付くと、このマイクロリピータは、同報チャネルを他の装置へ送信できるようになる。例えば、図１６では、アクセスポイント３５４及びマイクロリピータ３５３、３５２、及び３５１はネットワークと結び付いているので、これらは全て同報チャネル上で送信を行うことができる。個々の装置のシード値が、同報チャネル上でメッセージの形で送信される。従って、結び付いていないマイクロリピータは、自身のシード値を、受信した同報チャネルメッセージのシード値＋１にセットすることができる。

図１７は、いかにして特定のマイクロリピータがネットワークに結び付くことができるかを示している。マイクロリピータ３６０は、同報チャネルをリスンすることにより結び付き処理を開始する。エリア内にはマイクロリピータ３６１、３６２、３６３、３６４、及び３６５も存在する。近隣にはアクセスポイント３６６も存在する。マイクロリピータ３６０が受信できる最も強いリンクはリンク３６７である。マイクロリピータ３６０は、図示のその他のリンクも受信することができる。マイクロリピータ３６０はまず、受信した最も強い信号に基づいて取得する傾向があり、これはリンク３６７である。上記のような処理を通じて、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的な基準結晶偏差を取得する。マイクロリピータ３６０は、受信モードに切り替えを行って、取得できる他のリンクを全て取得する。マイクロリピータ３６０は、ある閾値を超える最も低いシードを有するマイクロリピータを選択することができる。マイクロリピータ３６０は、他の要素を使用していずれのマイクロリピータを選択するかを決定することもできる。

マイクロリピータ３６０が、いずれの他のマイクロリピータに結び付くかを決定すると、結び付くための許可を求めてリンク３６８を介してマイクロリピータ３６２へ送信を行うことができる。この結果、マイクロリピータ３６２は、これに応答して結び付きを許可することができる。

結び付きが許可されると、マイクロリピータ間で他のメッセージを送信することができる。より低い数字のシード値を有するマイクロリピータは、ネットワークを通じて一貫したＡＦＣ及びサンプルタイミング補正を保持するために必要なメッセージを含む様々なメッセージを、より高い数字のシード値を有するマイクロリピータへ送信することができる。例えば、図１７では、マイクロリピータ３６２は、ＡＦＣ補正メッセージをマイクロリピータ３６０へ送信することができる。全てのマイクロリピータが制御メッセージを送信して、結び付いているマイクロリピータからの送信を適切に電力制御することができる。マイクロリピータ３６２及び３６０は、いずれも互いに電力制御送信を送信することができる。上流のマイクロリピータからのいくつかの連続するメッセージの受信に失敗すると、マイクロリピータを取得モードに戻して、結び付くための異なるマイクロリピータを検索させることができる。マイクロリピータ３６０がマイクロリピータ３６２からのいくつかの連続する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結び付くことができる。マイクロリピータは、ネットワークと結び付いた後、他のマイクロリピータ又はタグを含む、ネットワークに参加しようとするその他の装置に自身のシードを通知する送信を同報チャネル上で行う。このマイクロリピータによるメッセージ同報を設定済みの同報電力で行って、マイクロリピータをネットワーキングに利用できるかどうかをできるだけ多くの装置が判断できるようにすることができる。例えば、結び付き後、マイクロリピータ３６０は同報チャネル上で送信を行って、ネットワークに参加しようとする他の装置に自身のことを通知することができる。

タグから発信するアップストリーム通信は、個々のマイクロリピータから自身が結び付くより低いシード値のマイクロリピータへ転送される。例えば、図１６では、マイクロリピータ３５２が、タグ３５０から発信されマイクロリピータ３５１から受信したトラフィックを、アクセスポイント３５４への途中にあるマイクロリピータ３５３へ転送する。最終的には、シード値１を有するマイクロリピータがアクセスポイントへメッセージを送信する。マイクロリピータ３５３は、タグから発信したトラフィックをアクセスポイント３５４へ転送する。タグは、たとえより高いシード値のマイクロリピータと通信することになるとしても、必要とする送信電力が最小のいずれかのマイクロリピータと通信して電池の寿命を節約することができる。タグ３５０は、マイクロリピータ３５２又は３５１のいずれと通信することもできるが、マイクロリピータ３５１との通信に必要な送信電力が最小であることに基づいて、マイクロリピータ３５１との通信を選択することができる。方向に関係なく、宛先のシード値に対応するゴールド符号を使用して通信が行われる。

個々のマイクロリピータは、ダウンストリーム通信をよりタグに近いマイクロリピータへ送ることができる。マイクロリピータ３５３は、アクセスポイント３５４から発信したタグ３５０宛てのトラフィックをマイクロリピータ３５２へ転送する。以前にマイクロリピータを通過した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、この情報をデータ構造内で取り込むことができる。特許請求する発明により具体化されるシステムでは、多くの公知のルーティング法を使用することができる。１つのルーティング法では、データ構造内の特定のルートのためのエントリが、装置の識別子及びその装置へ辿り着く次の通信リンクのシード値の両方を含むことができる。マイクロリピータ３５３は、タグ３５０へのルートのためのエントリをデータ構造内に有することができる。データ構造内のエントリはまた、装置がマイクロリピータといつ直接通信するかを示すこともできる。マイクロリピータ３５１は、自身がタグ３５０と直接通信していることを示すことができる。送られたメッセージの転送に使用されるゴールド符号は、データ構造内のエントリに依存する。マイクロリピータは、さらに下流のマイクロリピータに対応するゴールド符号、又は装置に直接対応するゴールド符号のいずれかを使用して送信を行うことができる。従って、マイクロリピータ３５１は、装置に直接対応するゴールド符号を使用してタグ３５０と通信するようになる。データ構造内の未知の装置宛ての受信メッセージは、上流へ送り返される必要が生じ得る。アクセスポイントがこの装置のレコードを有していない場合、アクセスポイントは、タグからのメッセージを待つか、或いはタグを探す同報チャネルメッセージを直接発行することができる。

マイクロリピータとのタグ通信は、上述した直接的なタグからアクセスポイントへのトポロジと基本的に変わりないものであってよい。マイクロリピータのシードとは無関係な合意済みのネットワーク規模のゴールド符号を使用して、タグが初期化に使用する同報メッセージを同報通信することができる。従って、タグ３５０がネットワークに結び付こうと試みる場合、タグはネットワーク規模のゴールド符号を使用することができる。タグが、上述したようにアクセスポイントと電力制御通信を行うことができるのと同じように、これをマイクロリピータと行うことができる。

ある状況下では、タグ自体をマイクロリピータとして機能させることが望ましい場合がある。このために、タグは、自身の存在を他のタグに通知する同報チャネルメッセージを送信することができる。従って、タグ３５０がマイクロリピータとして機能する予定である場合、タグ３５０は、自身のことを他のタグに通知する同報チャネルメッセージを送信することができる。この結果、マイクロリピータとタグが通常機能するのとほぼ同じように２つのタグが機能することができる。１つの実施形態では、タグが、特定の時間の割合で同報チャネルメッセージのみを発行することができる。

例示及び説明目的で上述の実施形態の説明を行った。この説明は完全なものでも、又は開示した厳密な形に本発明を限定するものでもなく、上記教示に照らして修正及び変形が可能であり、或いは本発明を実施することによりこれらを得ることができる。実施形態は、本発明の原理及びその実用的応用を説明して、企図される特定の用途に適した様々な実施形態で及び様々な修正形態とともに当業者が本発明を利用できるようにするために選択し説明したものである。また、本明細書では１又はそれ以上のフロー図を使用した。フロー図の使用は、動作を行う順序に関して限定的であることを意図するものではない。

Claims (22)

1. アクセスポイントに情報を通信する方法であって、
   データストリームを生成するステップと、
   前記アクセスポイントと通信する複数のタグにより使用される共通擬似雑音（ＰＮ）符号を使用して前記データストリームを拡散するステップと、
   前記アクセスポイントのタイミングに少なくとも部分的に基づいて、前記データストリームに周波数オフセットを適用するステップと、
   送信スロットのランダムサブスロットを決定するステップと、
   ランダムタイミングオフセットを決定するステップと、及び、
   前記拡散したデータストリームを、前記ランダムサブスロットとランダムタイミングオフセットの開始時間に基づいて最初に前記アクセスポイントに送信するステップであって、第２の信号の少なくとも１部が第２のタグから送信されている間、前記拡散したデータは送信されており、前記第２の信号は第２のランダムタイミングオフセットに基づいて第２の時間に送信される、ことを特徴とする方法。
2. 前記共通ＰＮ符号がゴールド符号を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記データストリームの送信が成功したことを示す確認応答を受信するステップをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 所定の期間内に確認応答が受信されない場合、前記データストリームを、ランダムに選択した第２のタイミングオフセットで再送するステップをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記データストリームが、６４、１２８、２５６、５１２、１０２４、２０４８、４０９６、又は８１９２の拡散率で拡散される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記データストリームが、送信スロットのランダムに選択したサブスロットに含まれて送信される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記ランダムに選択したタイミングオフセットが、０〜拡散率−１の間である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. アクセスポイントに情報を通信するための送信装置であって、
   データストリームを受信して、前記アクセスポイントと通信する複数のタグにより使用される共通ＰＮ符号を使用して前記データストリームを拡散するように構成された擬似雑音（ＰＮ）拡散器と、
   前記ＰＮ拡散器と通信し、前記アクセスポイントのタイミングに少なくとも部分的に基づいて前記データストリームに周波数オフセットを適用するように構成された周波数制御ローテータと、
   送信スロットのランダムサブスロットを決定するように構成されたプロセッサと、
   前記周波数制御ローテータと通信し、前記データストリームのためのランダムタイミングオフセットを生成するように構成された遅延モジュールと、
   前記拡散したデータストリームを、前記ランダムサブスロットとランダムタイミングオフセットの開始時間に基づいて最初に前記アクセスポイントに送信するように構成された送信機であって、第２の信号の少なくとも１部が第２のタグから送信されている間、前記拡散したデータは送信されており、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に基づいて第２の時間に送信されるように構成された送信機と、
   を備えることを特徴とする送信装置。
9. 前記共通ＰＮ符号がゴールド符号を含む、
   ことを特徴とする請求項８に記載の送信装置。
10. 前記データストリームをエンコードするように構成されたエンコーダをさらに備える、ことを特徴とする請求項８に記載の送信装置。
11. 前記送信機が、所定の期間内に確認応答が受信されない場合、前記データストリームを、ランダムに選択した第２のタイミングオフセットで再送するように構成される、
    ことを特徴とする請求項８に記載の送信装置。
12. 前記データストリームが、６４、１２８、２５６、５１２、１０２４、２０４８、４０９６、又は８１９２の拡散率で拡散される、
    ことを特徴とする請求項８に記載の送信装置。
13. 前記送信機が、前記データストリームを送信スロットのランダムに選択したサブスロットに含めて送信するようにさらに構成される、
    ことを特徴とする請求項８に記載の送信装置。
14. 前記ランダムに選択したタイミングオフセットが、０〜拡散率−１の間である、
    ことを特徴とする請求項８に記載の送信装置。
15. アクセスポイントに情報を通信するためのタグであって、
    送信装置を含み、
    該送信装置が、
    データストリームを受信し、該データストリームを前記アクセスポイントと通信する複数のタグにより使用される共通ＰＮ符号を使用して拡散するように構成された擬似雑音（ＰＮ）拡散器と、
    前記ＰＮ拡散器と通信し、前記アクセスポイントのタイミングに少なくとも部分的に基づいて前記データストリームに周波数オフセットを適用するように構成された周波数制御ローテータと、
    送信スロットのランダムサブスロットを決定するように構成されたプロセッサと、
    前記周波数制御ローテータと通信し、前記データストリームのためのランダムタイミングオフセットを生成するように構成された遅延モジュールと、
    前記拡散したデータストリームを、前記ランダムサブスロットとランダムタイミングオフセットの開始時間に基づいて最初に前記アクセスポイントに送信するように構成された送信機であって、第２の信号の少なくとも１部が第２のタグから送信されている間、前記拡散したデータは送信されており、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に基づいて第２の時間に送信されるように構成された送信機と、
    を含み、
    前記プロセッサは、前記送信装置と通信し、前記送信装置が実施する動作を実行するように構成されており、
    前記プロセッサと通信する受信機をさらに含むこと、
    を特徴するタグ。
16. 前記受信機が、前記データストリームの送信が成功したことを示す確認応答を受信するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のタグ。
17. 前記送信機が、所定の期間内に確認応答が受信されない場合、前記データストリームを、ランダムに選択した第２のタイミングオフセットで再送するようにさらに構成される、ことを特徴とする請求項１６に記載のタグ。
18. 前記データストリームが、６４、１２８、２５６、５１２、１０２４、２０４８、４０９６、又は８１９２の拡散率で拡散される、
    ことを特徴とする請求項１５に記載のタグ。
19. 前記ランダムタイミングオフセットが、０〜拡散率−１の間である、ことを特徴とする請求項１５に記載のタグ。
20. 拡散因子を選択して、前記アクセスポイントから受信された同報の測定された強度に基づいて前記データストリームを拡散するステップをさらに備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
21. 前記ランダムタイミングオフセットが０〜拡散率−１の間である、ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記アクセスポイントが複数のチップ仮説を復調して前記拡張したデータストリームを識別し、かつ該アクセスポイントが前記複数のチップ仮説のそれぞれに対して周期的冗長検査（ＣＲＣ）を用いて前記データストリームを有効化する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

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