JP5784000B2 - ダウンリンク通信 - Google Patents

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Description

関連特許出願の相互参照
この出願は、2009年3月20日に出願の米国特許出願第12/408,538号(米国特許第7,639,726号として2009年12月29日に付与)と、2009年12月28日に出願の米国特許出願第12/647,756号の優先権を主張するもので、これらの開示全体を参照により本明細書中に援用する。
本出願の実施形態は、通信の分野に関する。より詳しくは、典型的な実施形態は、スロット・ベースの通信システムにおけるダウンリンク通信に関する。
複数のユーザが存在するネットワークでの通信を容易にするために、多くの変調技術が開発された。そのような技術として、符号分割多重アクセス(CDMA)、時分割多元接続(TDMA)、および周波数分割多元接続(FDMA)が挙げられる。CDMAは、スペクトラム拡散技術であり、この技術は、受信データと、同じ信号で送信している複数の送信機と、直交符号(ウォルシュ符号)とを調整するために疑似乱数列を使用して、異なる通信チャネルを相関させる。TDMAは、同じサブスロットで送信している複数のアップリンク送信機を調整するために、タイムスロットを使用する。ユーザは、各々の自分自身のタイムスロットを使用して、高速かつ連続的に次々と、送信をおこなうことで、複数局に対して、利用可能な帯域幅の一部だけを使用させる一方で、同じ送信媒体(例えば、無線周波数チャネル)を共有させる。FDMAは、電波スペクトルの異なるキャリア周波数を、異なるユーザに割り当てる。
変調技術に加えて、プロトコルは、2つのデバイスが同時にデータチャネルを使用する(衝突と呼ばれる)ことを試みるときに、ネットワーク・デバイスがどのように反応するか確定するために存在する。CSMA/CD(キャリア検知多重アクセス/衝突回避)は、共有している複数のステーションでの回線上の通信量(トラフィック)を物理的に監視するために、Ethernetネットワークにより用いられる。その時点で、送信がおこなわれない場合、特定のステーションが送信することができる。2つのステーションが同時に送信を試みる場合、このことによって衝突が生ずる。この衝突は、共有しているすべてのステーションで検出される。ランダムな時間間隔の後、衝突したステーションは、再び送信を試みる。別の衝突が起こる場合、ランダムな待ち時間が選択される時間間隔は段階的に増加する。このことは、指数バックオフとして知られている。
典型的な実施形態は、ランダム位相多重アクセス通信インタフェースを使用する。インタフェースは、直交符号を用いずにスペクトラム拡散変調方法を使用しているシステムとデバイスに、通信接続することができる。
典型的なランダム位相マルチプルアクセス通信インタフェースは、スペクトラム拡散変調方法を使用しているシステムとデバイスとを通信接続する。多重アクセス方式としてのチップ(またはタイミング)オフセットのランダムセレクションは、固有の「符号」を割り当てられる必要がなく、非調整データ転送が可能である。アクセスポイントのPN配列デスプレッダが使用できるように、すべてのユーザは同じPN(疑似ノイズ)符号を使用して送信する。同じPNオフセットで2つの信号がアクセスポイントにおいて受け取られる場合(または、多くのチップの伝送遅延によるPNオフセットの合計が、2台以上の送信のために同じ値を得る場合)、「衝突」が生じて、二つ以上のこれらの信号を復調することができない場合がある。タイミングオフセットのランダム化は、生ずる「衝突」のいずれもが、そのフレームの間だけ、起こることを意味している。再送信方式と新たな無作為のオフセットとが用いられて、以降の試みがなされる。
例示的な実施形態では、タグ(アップリンク)に送信機を有するとともに、該タグからアクセスポイントへ信号を送信する方法を有する。各タグは、フレームの形で情報を送信するそれ自身の送信機を含む。固定データレートがあるチャネルで提供される情報から、フレームを作ることができる。データの拡散を、同じ擬似雑音(PN)符号を使用しておこなうことができ、また、ランダムに選択されたチップオフセットをデータに持たせることができる。送信機は、周波数回転およびサンプルクロック補正の適用もおこなって、アクセスポイントの基準発振器を一致させる。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。数多くのチップ(すなわち8192)にわたって個々のフレームごとに、位相が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)に送信機を有するとともに、該アクセスポイントからタグへ信号を送信する方法を有する。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することが可能となる。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、タグに復調器を有するとともに、タグが受信した信号を復調する方法を有する。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有するとともに、アクセスポイントで受信した信号を復調する方法を有する。アクセスポイントの復調器は、タグから受信した数千また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配列の逆拡散器を有する。
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または受信するたびに「ウォーム」タイミングの取得をおこなうことができる。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。そのため、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フェースを介して通信するための例示的な方法は、第1のタグから第1の信号を受信することを含み、該第1の信号は、所定の擬似雑音(PN)符号を使用して拡散され、さらに第1の信号には第1のペイロードデータが含まれる。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の信号には第2のペイロードデータが含まれる。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フェー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、およびアクセスポイントを有する。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のタグは第2の送信機を有し、この送信機は、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ている。アクセスポイントは、第1のタグおよび第2のタグと通信するもので、受信機および逆拡散アレイを有する。受信機は、第1の信号および第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の信号および第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、およ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。
通信システムで帯域幅を節約するための方法の一例を提供する。この方法は、第1の擬似雑音(PN)拡散器を用いて、データフレームを拡散することを含む。放送フレームは、第2のPN拡散器を使用して、拡散される。第1のコンポーネントと第2のコンポーネントとを有する複素データストリームが発生する。データフレームは第1のコンポーネントに割り当てられ、同報フレームは第2のコンポーネントに割り当てられる。複素データストリームは、タグに送信される。
アクセスポイントの一例も提供する。アクセスポイントは、プロセスと、該プロセッサに対して有効に結合する送信機とを有する。プロセッサは、第1の擬似雑音(PN)拡散器を用いて、データフレームを拡散するように構成される。プロセッサは、第2のPN拡散器を用いて、同報フレームを拡散するようにも構成される。プロセッサは、さらに、第1のコンポーネントと第2のコンポーネント(第1のコンポーネントにデータフレームが割り当てられ、第2のコンポーネントに同報フレームが割り当てられる)とを有する複素データストリームを生成するように、構成される。送信機は、複素データストリームをタグに送信するように構成される。
コンピュータ可読媒体の一例も提供する。コンピュータ可読媒体は、該コンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータ可読命令を有する。コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されると、アクセスポイントに、第1の擬似雑音(PN)拡散器を用いてデータフレームを拡散させる。コンピュータ可読命令はまた、アクセスポイントに、第2のPN拡散器を用いた同報フレームを拡散させる。コンピュータ可読命令はまた、アクセスポイントに、第1のコンポーネントと第2のコンポーネントとを有する複素データストリームを生成させるもので、第1のコンポーネントにデータフレームが割り当てられ、第2のコンポーネントに同報フレームが割り当てられる。さらに、コンピュータ可読命令は、アクセスポイントに、複素データストリームをタグへ送信させる。
[本発明1001]
通信システムで帯域幅を節約するための方法であって、
第1の擬似雑音(PN)拡散器を用いて、データフレームを拡散すること;
第2のPN拡散器を使用して、同報フレームを拡散すること;
第1のコンポーネントと第2のコンポーネントとを有する複素データストリームを発生させることであって、前記データフレームは前記第1のコンポーネントに割り当てられ、同報フレームは前記第2のコンポーネントに割り当てられ、かつ前記第1のコンポーネントは、前記複素データストリームの実数成分を含み、前記第2のコンポーネントは、前記複素データストリームの虚数成分を含むこと;ならびに、
前記複素データストリームをタグに送信すること、を含む方法。
[本発明1002]
前記同報フレームが、複数のビットを有するペイロードを含み、前記複数のビットの一つ以上は、前記タグに確認応答を伝達するために利用される、本発明1001の方法。
[本発明1003]
複数のビットの少なくとも1つは、確認応答を提供するために、タグに確保される、
本発明1003の方法。
[本発明1004]
第1のPN拡散器または第2のPN拡散器の1つでプリアンブルを拡散すること;
プリアンブルが同報フレームまたはデータフレームより高い電力で同報されるように、プリアンブルをブーストすること;ならびに、
前記プリアンブルを前記タグへ送信することを、さらに含む、本発明1001の方法。
[本発明1005]
プリアンブルの送信の間、データチャネルを切断することを、さらに含み、
前記プリアンブルは同報チャンネル上で送信される、本発明1005の方法。
[本発明1006]
前記データフレームと前記同報フレームとが、一つの拡散率で拡散され、さらに、
前記拡散率が前記タグを有するリンクの質に、少なくとも部分的に基づいている、本発明1001の方法。
[本発明1007]
送信時間が最小化されるように、前記リンクの質が質の閾値を満たす場合に、減少した拡散率を使用することを、さらに含む、本発明1007の方法。
[本発明1008]
前記タグから第1の送信を受信し、第2のタグから第2の送信を受信すること;および
前記第1の送信および前記第2の送信に応答して、第1の情報を前記タグへ、かつ第2の情報を前記第2のタグへ、連続的に送信すること、をさらに含み、
前記タグと前記第2のタグは、前記第1の情報と前記第2の情報が送信される順番に気づかない、本発明1001の方法。
[本発明1009]
第1の擬似雑音(PN)拡散器を用いて、データフレームを拡散し;
第2のPN拡散器を使用して、同報フレームを拡散し;および
第1のコンポーネントと第2のコンポーネントとを有する複素データストリームを生成するように構成されているプロセッサであって、
前記データフレームは前記第1のコンポーネントに割り当てられ、前記同報フレームは前記第2のコンポーネントに割り当てられており、前記第1のコンポーネントは、前記複素データストリームの実数成分を含み、前記第2のコンポーネントは、前記複素データストリームの虚数成分を含む、プロセッサと;
前記プロセッサに作用可能に連結し、前記複素データストリームをタグに送信するように構成された送信機と、を具備する、アクセスポイント。
[本発明1010]
無線周波数(RF)アップコンバータをさらに具備し、
プロセッサが、前記複素データストリームを生成するために、前記RFアップコンバータを使用する、本発明1010のアクセスポイント。
[本発明1011]
前記同報フレームが、複数のビットを有するペイロードを含み、前記複数のビットの一つ以上は、前記タグに確認応答を伝達するために利用される、本発明1010のアクセスポイント。
[本発明1012]
複数のビットの少なくとも1つは、確認応答を提供するために、タグに確保される、
本発明1012のアクセスポイント。
[本発明1013]
前記プロセッサは、
前記第1のPN拡散器または前記第2のPN拡散器の1つでプリアンブルを拡散し;および
前記プリアンブルが、前記同報フレームまたは前記データフレームよりも高い電力で、同報されるように、前記プリアンブルをブーストするように構成されている、本発明1010のアクセスポイント。
[本発明1014]
データフレームが一つの拡散率で拡散され、さらに、
前記拡散率が前記タグを有するリンクの質に、少なくとも部分的に基づいている、本発明1010のアクセスポイント。
[本発明1015]
コンピュータ可読命令を格納するコンピュータ可読媒体であって、該コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されると、アクセスポイントに、
第1の擬似雑音(PN)拡散器を用いて、データフレームを拡散させ;
第2のPN拡散器を用いて、同報フレームを拡散させ;
第1のコンポーネントと第2のコンポーネントとを有する複素データストリームであって、
前記データフレームは前記第1のコンポーネントに割り当てられ、前記同報フレームは前記第2のコンポーネントに割り当てられており、前記第1のコンポーネントは、前記複素データストリームの実数成分を含み、前記第2のコンポーネントは、前記複素データストリームの虚数成分を含む、前記複素データストリームを発生させ;ならびに、
前記複素データストリームをタグに送信させる、
コンピュータ可読媒体。
[本発明1016]
前記コンピュータ可読命令は、前記アクセスポイントに、さらに、
前記複素データストリームの前記第1のコンポーネントと前記第2のコンポーネント上でプリアンブルを、該プリアンブルがデータフレームより高い電力で送信されるように、送信させる、本発明1016のコンピュータ可読媒体。
[本発明1017]
前記コンピュータ可読命令は、前記アクセスポイントに、さらに、前記複素データストリームの同報チャンネル上で、プリアンブルを送信させ、前記同報チャンネルは、前記複素データストリームの第2のコンポーネントに対応する、本発明1016のコンピュータ可読媒体。
[本発明1018]
前記コンピュータ可読命令は、さらに、前記アクセスポイントに、前記同報フレームが前記プリアンブルより少ない電力で送信されるように、1/√(2)のスケーリング因子を前記同報フレームに適用させる、本発明1018のコンピュータ可読媒体。
[本発明1019]
前記同報フレームが、複数のビットを有するペイロードを含み、さらに前記複数のビットの一つ以上は、前記タグに確認応答を伝達するために利用される、
本発明1016のコンピュータ可読媒体。
以下の説明、添付の特許請求の範囲、およ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、これらのおよびその他の特徴、態様、およ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およ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。 第1の例示的な実施形態にもとづく完全スロットの内容を示す図である。 第2の例示的な実施形態にもとづく完全スロットの内容を示す図である。 例示的な実施形態にもとづく基本的なダウンリンクスロットを示す図である。 例示的な実施形態にもとどくプリアンブル・フレーム処理を示す図である。 例示的な実施形態に従ってデータ・サブスロット階層を例示している線図である。 図21Aは例示的な実施形態もとづく基本的なダウンリンクスロットを複数のサブスロットで示す図である。図21Bは例示的な実施形態にもとづく基本的なダウンリンクスロットを一つのスロットで示す図である。 例示的な実施形態にもとづくフレームを構成するために実施される動作を説明するフローチャートである。 例示的な実施形態にもとづくダウンリンク送信モデルを示す図である。
詳細な説明
例示的な実施形態を、添付の図面を参照して、以下に説明する。例示的な実施形態を説明することを意図しており、添付の請求の範囲で定義される発明を制限しないことを意図しているものと、以下の説明を理解すべきである。
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、およ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、および22に示す動作をおこなう。アップリンク送信機10の送信経路は、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、または異なる動作をおこなうことができる。図示および説明するものとは異なる順序で動作をおこなうこともできる。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、電池また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、壁コンセントまた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、タグをコンセントに接続し、および/またはアクセスポイントが電池また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およ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。あるいは、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。あるいは、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。あるいは、その他のあらゆる符号および/また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(あるいは、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(約10%またはそれ未満)、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。あるいは、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)回転をおこな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。あるいは、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送信機会が存在する。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、およびその他のこのような構造等、の構造を有する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、各々が特定のタグまた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に示す動作をおこなう。ブロック32〜40およびブロック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おこなうことができる。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おこなうことができ、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。あるいは、同報ゴールド符号、非ゴールド符号、また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および/または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および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および50においてブロック38および/またはブロック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。あるいは、異なる硬判定をおこなうことも可能である。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。あるいは、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。あるいは、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送信は図示していない。あるいは、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、スロット構造およ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、およびスロット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、およびスロット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。あるいは、他のいずれの継続時間を使用してもよく、および/また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が送信をおこなってこれをタグが受信しているか、あるいはタグが送信をおこなってこれを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(AP−to−tags mode)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、およ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、およ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おこなう。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、まれにしか行われない「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。コールド取得およびウォーム取得については、図5および図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および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おこなうことができる。
PN逆拡散のコア要素は、入力が0であるかまたは1であるかに応じて個々のクロックを増分されまた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、および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4つの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および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。
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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またはそれ以上などの)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、および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、および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および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)。この合成の実数部および虚数部が、カウンタ118aおよび120aに別々に入力される。カウンタ118aおよび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および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104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および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または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おこなうことができる。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、または異なる動作をおこなうことができる。図示および説明するものとは異なる順序で、動作をおこなうこともできる。
タグの最初の立ち上げ時には、(特定のゴールド符号また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おこなって、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。このように、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および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。あるいは、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(finalists)」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、および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および166に示すように、バッファされた256個の符号が、差動復調、およ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、およ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。あるいは、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および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および以前の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おこな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チャネルおよび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または2MHzの同期サンプルレートで入力することができる。あるいは、他の率が使われる可能性がある。速い非同期クロックで、これらのサンプルは、さまざまな粗いAFC仮説を調査するのに用いられる。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およ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およ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おこなうことができる。
サンプルバッファ220は、Iチャネルおよび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および専用フィンガ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、225)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または反復され、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、および/また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。あるいは、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、および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個のレ符号であってもよい。
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、およ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および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およびビタビデコーダ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。デインタリーバおよびビタビデコーダ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、または異なる動作をおこなうことができる。さらに、本明細書に示すものとは異なる順序で動作をおこなうこともできる。APは、全ての考えられるチップ×2タイミング仮説、拡散率、およ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および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およ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仮説の次元また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、およ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。あるいは、他の拡散率および/また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、更に詳細に述べられるように、種々のループを矢印を用いて図11に示す。
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、タグが補正をおこなうので、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より大きてもまたは小さくてもよい。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(または他の所定の値)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また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。あるいは、他の数の符号および/また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。所定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および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。あるいは、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、および/また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および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および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。例示および説明のために、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およ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おこなっていないときに(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タイミングおよび粗い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と思われる同じ関連する状態情報を有しており、「ウォームスタート」タグが受けると思われる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、また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おこない、この情報を使用して、タグがその後送信をおこなう際の送信電力および拡散率をスロット7において決定する。タグは、以下の点にもとづいて、自身のメッセージを送信する。すなわち、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およ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おこなうこと、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、ならびに、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、である。
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および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、ある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。例示および説明のために、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およびレートで行われる。
通常、タグは、フレームタイミングおよび粗い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おこなう。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およ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。例示および説明のために、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/拡散率でおこな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。
1つの実施形態において、本明細書中に述べられるシステムによって利用されるエア・インタフェースは、半二重時分割多重フレームフォーマット(half duplex time division multiplexed frame format)であってもよい。アクセスポイントは、タグに向けたダウンリンク方向で、一部の時間にわたって、送信することができ、またタグは、アクセスポイントに向けたアップリング方向で、一部の時間にわたって、送信することができる。アップリンクスロットとダウンリンクスロットとの間の時間割付けは、等しい場合がある(すなわち、時間の50%がアップリンクスロットに割り当てられ、時間の50%がダウンリンクスロットに割り当てられる)。フレーム構造は、スロット構造を基準にして中心に置かれ、該スロット構造のフォーマットの数値が、最大サポートされたアップリンク拡散率に基づくことができる。例示的な実施形態において、アップリンクでの最大拡散率は、天候および位置等に基づく最も困難な送信条件下にある場合に、どれがタグのアクセスポイントに対する送信を許可するのかである。
通常は、大きい拡散率を用いることで、アクセスポイント等の所定の受信機によって受け取られることがいぜんとして可能である一方で、タグ等の所定の送信機をより少ない電力で送信させることができる。しかしながら、大きい拡散率の使用は、信号の送信に必要な時間も増加させる。例示的な実施形態において、タグはアクセスポイントにより用いられる電力よりも少ない電力で、同報通信することができる。このように、このように、タグが困難な位置に物理的に配置されている場合および/または困難な送信条件下にある場合であっても、物理的に位置するときでも、タグによって送信される信号をアクセスポイントによって受信することができるように、アップリンク信号の拡散率を、十分なほど大きく選択することができる。アクセスポイントは、タグよりも多くの電力を用いて送信する場合がある。その結果、アップリンク(すなわち、タグからアクセスポイントへの)送信とダウンリンク(すなわち、アクセスポイントからタグへの)送信に対して、アクセスポイントが、タグよりも小さな拡散率を用いて送信し得る帯域上で、等しい時間が与えられる。アクセスポイント信号が広く拡散されるものではないことから、アクセスポイントは、タグが単一のスロットで送信するのと同じだけの時間で、複数の基本的なダウンリンクスロットで、送信することができる。一実施例において、アクセスポイントは一定の電力で、または利用可能な最大RF送信電力近傍で、送信することができる。アクセスポイントと所定のタグとの間のリンクが強力である場合、そのタグに対して、減少した拡散率を用いることができる。リンクの堅固性は、予め定められた品質閾値に対してリンクを比較することに基づいて、決定される。低い拡散率は、送信のための時間がより少ないことから、相対的に短時間にわたり、タグは己の受信ウィンドウを開くことができ、それによって、タグの電力消費が最小限になる。
図16は、第1の例示的な実施形態に従って完全スロット400の内容を例示している図である。図16の実施形態において、アクセスポイントはより多くの電力で送信することができ、タグと比較すると、より小さい拡散率を使用することができる。例えば、アクセスポイントは2048の拡散率を使用することがき、またタグは8192の拡散率を使用することが可能である。あるいは、他の値を用いることも可能である。完全スロット400は、ダウンリンクスロット402、ダウンリンクからアップリンクへのギャップ404、アップリンクスロット406、およびアップリンクからダウンリンクへのギャップ408を含む。例示的な実施形態において、ダウンリンクからアップリンクへのギャップ404を、最大アップリンク拡散率(一実施形態では8192であってもよい)の15シンボルとすることが可能である。あるいは、任意の他の長さのダウンリンクからアップリンクへのギャップを使用することも可能である。ダウンリンクからアップリンクへのギャップ404を用いて、ダウンリンクからアップリンクへの比率を確実に50%にすることができる。ダウンリンクからアップリンクへのギャップ404は、タグ受信機に対して送信機応答処理時間(transmitter turnaround processing time)を提供する際にも用いられる。別の例示的な実施形態において、アップリンクからダウンリンクへのギャップ408は最大アップリンク拡散率の1シンボルであってもよい。あるいは、任意の他の長さのアップリンクからダウンリンクへのギャップを用いることが可能である。アップリンクからダウンリンクへのギャップ408は、所定の拡散率のためのランダムな位相多重アクセス(RPMA)をサポートするのに用いられる。このように、より小さいアップリンクからダウンリンクへのギャップを、より小さい拡散率で用いることができる。
アクセスポイントがタグより小さい拡散率を使用する可能性があるので、ダウンリンクスロットは複数の基本的なダウンリンクスロットを含むことができる。ダウンリンクスロット402は、基本的なダウンリンクスロット410、基本的なダウンリンクスロット412、基本的なダウンリンクスロット414、および基本的なダウンリンクスロット416を有する。基本的なダウンリンクスロットの各々は、同報プリアンブル418と、データ・スロットまたはサブスロット420と、同報スロット422とを有する。例示的な実施形態において、同報プリアンブル418を16個のシンボルとすることができる。あるいは、任意の長さのものを用いてもよい。
図17は、第2の例示的な実施形態に従って完全スロット430の内容を示す図である。図17の実施形態において、アクセスポイントは、タグで使用するのと同じ電力で、送信することができる。このように、同じ拡散率がアクセスポイントとタグとにより用いられてもよい。例えば、アクセスポイントとタグとの両方は、最大拡散率8192を使用することが可能である。あるいは、他の値を用いてもよい。完全スロット430は、ダウンリンクスロット432、ダウンリンクからアップリンクへのギャップ434、アップリンクスロット436、およびアップリンクからダウンリンクへのギャップ438を含む。例示的な実施形態において、ダウンリンクからアップリンクへのギャップ434は、15シンボル×8192チップであってもよい。あるいは、任意の他の長さのダウンリンクからアップリンクへのギャップを使用してもよい。もう一つの例示的な実施形態において、ダウンリンクの隙間438に対するアップリンクは、1シンボル×8192チップであってもよい。あるいは、任意の他の長さのアップリンクからダウンリンクへのギャップも使われる可能性がある。アクセスポイントがタグと同じ拡散率を使用するので、ダウンリンクスロット432は一つの基本的なダウンリンクスロット440を含む。基本的なダウンリンクスロット440の各々は、同報プリアンブル442と、データ・スロットまたはサブスロット444と、同報スロット446とを有する。
図18は、例示的な実施形態にもとづく基本的なダウンリンクスロット450を示す図である。基本的なダウンリンクスロット450は、同報プリアンブル452、同報チャンネルスロット454、およびデータチャネルスロット456を含む。同報プリアンブル452は、長さが16個のシンボル、または実施例に応じて、任意の他の長さのものであってもよい。例示的な実施形態において、同報チャンネルスロット454は一つの同報チャンネルフレームを有することができる。1つの実施形態において、データチャネルゴールド符号ジェネレータの再設定に先だってデータチャネルフレームの端まで動作する可能性があるのに対して、同報チャンネルゴールド符号ジェネレータは、あらゆるシンボルをリセットする可能性があるということを除いて、同報チャンネルフレームを、データチャネルフレームの生成において、同一とすることができる。
例示的な実施形態において、同報プリアンブル452を、同報チャンネルスロット454またはデータ・スロット456を使用しておこなわれた他の送信と比べて、増やすことができる。例えば、最大出力(Pmax)で同報プリアンブル452を送信することができ、また最大出力(1/2のPmax)の2分の1で他の送信をおこなうことができる。1つの実施形態において、同報プリアンブル452を、同報チャンネルスロット454および/またはデータ・スロット456を介して、他の送信と比べて3デシベル(dB)、ブーストしてもよい。あるいは、他の任意の量で、同報プリアンブル452をブーストしてもよい。ブーストされたプリアンブルは、アクセスポイントを基準にして、チップタイミングとAFC/時間トラッキングを、タグにおいて受信機が確実に推定するのを可能にする。同報プリアンブル452のペイロードは、プログラム可能である。1つの実施形態において、チャネルコーディング、インタリーブ、または巡回冗長検査(CRC)を、同報プリアンブル452のペイロードに適用してもよい。
図19は、例示的な実施形態にもとづくプリアンブル・フレーム処理を示す図である。16ビットのレジスター460は、変調のためにシンボルを変調器462に提供することができる。あるいは、任意の長さのものを用いてもよい。変調器462は、シンボル率で調整されたシンボルを出力することができる。変調器462を、差動二相位相偏移変調(DBPSK)変調器または当業者に知られている他のタイプのいずれかの変調器とすることができる。その結果、同報プリアンブル452の各シンボルを、調整することができ、最大ダウンリンク拡散率で拡散することができ、さらに送信のためにブーストすることができる。例示的な実施形態において、同報プリアンブル452が送信されている間、他のいかなるデータも送信されないことを確実にすることによって、同報プリアンブル452をブーストすることが可能である。例えば、同報プリアンブル452を、同報チャンネルスロット454を通してPmaxで、同報通信することが可能であり、同報プリアンブル452が同報通信されている間、データチャンネルスロット456が同報通信された状態になる。一実施形態において、IチャネルまたはQチャネルの1本で、同報プリアンブル452を送信することができる。同報プリアンブル452が完全に送信されるように、同報プリアンブル452に1のスケール係数を乗じることができる。同報プリアンブル452が同報通信されていない場合、データがより小さい全出力で送信されるように、減弱しているスケール係数を用いることができる。一実施形態において、減弱しているスケール係数を1/√2とすることができ、それによって減衰量が3dBになる。別の実施形態では、スケール係数を変えなくてもよい。そのような実施形態において、同報プリアンブル452が全出力で送信されるように、同報プリアンブル452をIチャネルおよびQチャネル上で送信することができる。
再び図18を参照すると、データチャンネルスロット456は一つのデータチャネルフレームを含むものであってもよい。あるいは、データチャンネルスロット456は、基本的なダウンリンクスロット450等の一つの基本的なダウンリンクスロットであり、複数のデータチャネルフレームを含むものであってもよい。その結果、基本的なダウンリンクスロット450のデータチャンネルスロット456は、複数のデータチャネルフレーム(すなわち、各フレームのための1つのサブスロット)に対応している複数のサブスロットを有することができる。例示的な実施形態において、データチャンネルスロット456の拡散率を、同報チャンネルスロット454の拡散率と同じくすることができる。もう一つの例示的な実施形態において、データチャネル・サブスロットの拡散率を、同報チャンネルスロット454の拡散率よりも低くすることができる。
1つの実施形態において、フルサイズ(すなわち、単一の)データチャンネルスロットまたは同報チャンネルスロットで使われるものよりも低い拡散率のいずれかを用いて、複数のデータチャネル・サブスロットを生成することができる。図20は、例示的な実施形態にもとづくデータ・サブスロット階層を示す図である。図20に図示されるように、拡散率8192と39dBゲインが使われる場合、データチャネルは一つのデータチャンネルスロットA0,0を有する。拡散率4096と36dBゲインとが用いられる場合、データチャンネルスロットは2つのサブスロットA1,0とA1,1とを有する。同様に、拡散率16と12dBゲインとが用いられる場合、データチャンネルスロットは512個のサブスロットA9,0...A9,511、およびその他を有する。
図21は、例示的な実施形態もとづく基本的なダウンリンクスロットを複数のサブスロットで示す図である。図21Aに例示されるように、異なる大きさのサブスロットを組み合わせて、データチャンネルスロットを形成することができる。複数のサブスロットは、サブスロットA4,0、サブスロットA4,1、サブスロットA5,4、およびサブスロットA6,10を含む。他の実施形態において、サブスロットの他の組合せを用いることが可能である。基本的なダウンリンクスロット470の同報チャンネルスロット472の拡散率を2048とすることができる。あるいは、他の値を用いてもよい。必要に応じて、タグまたは他の受信装置は、これらのサブスロットの一つ以上を聞くために、その受信機をオンにすることができる。図21Bは、例示的な実施形態にもとづく基本的なダウンリンクスロット480を一つのスロットA0,0で示す。基本的なダウンリンクスロット480の同報チャンネルスロット482の拡散率を8192とすることができる。あるいは、他の値を用いてもよい。
図22は、例示的な実施形態にもとづくフレームを構成するために実施される動作を説明するフローチャートである。実施形態に応じて、追加の、より少ない、または異なる動作をおこなうことができる。さらに、フローチャートの使用は、本明細書中でおこなわれる動作の順序に関して、制限されることを意味しない。フレームは、データチャンネルスロットおよび/または同報チャンネルスロットでの使用を目的とすることができる。動作500において、フレームベースが生ずる。例示的な実施形態において、フレームベースを、88ビットペイロードとすることができる。あるいは、他の数の符号を使用することもできる。動作502において、巡回冗長検査(CRC)をフレームベースに付加する。例示的な実施形態において、CRCを32ビットとすることができ、120ビットのフレームが得られる。あるいは、他の値を用いてもよい。動作504において、テールビットを、フレームに加える。例示的な実施形態において、8テールビットを追加することができ、結果として128ビットの生フレームになる。あるいは、異なる数のテールビットを用いることが可能である。1つの実施形態において、テールビットの各々を、ゼロの値にすることができる。あるいは、テールビットの一部または全部を、ゼロ以外の値にしてもよい。動作506において、生フレームは、符号化された畳み込みである。畳み込み符号化を、1/2の速度で実行、または実施形態による他のいかなる値でもおこなうことができる。1つの実施形態において、畳み込み符号化をおこなうのに用いられる畳み込みエンコーダの出力を、256ビットとすることができる。
動作508において、フレームのビットは、インタリーブ配置されるシンボルである。1つの実施形態において、ビットは、ビット逆アドレス指定を利用するビット逆転するインタリーバでインタリーブ配置されることができる。例えば、256個のシンボルを有するフレームバッファを、インタリーバ入力アドレス指定は0から255まで直線状にすることができる。各アドレスを、8ビットとすることができる。インタリーバは特定のアドレスでデータを得て、それを出力フレームバッファの新しい位置に置くことができる。出力アドレスを、入力アドレスのビット逆順位付けとすることができる。例えば、アドレス15(00001111b)のシンボルを、アドレス240(1111000b)に置くことができる。具体例において、各インタリーバ入力アドレスをビット逆転させて、出力アドレスを形成することができる。動作510において、フレームのビットが変調される。この変調を、DBPSK変調とすることができる。あるいは、その他のあらゆる数の符号を使用することができる。部分的に少なくともスロット・サイズに基づく拡散率で、ビットを拡散させることもできる。
1つの実施形態において、複素データストリームを生成して、帯域幅使用を最小化することができる。複素データストリームの実数成分に、データチャネルを存在させることができ、また複素データストリームの虚数成分に、同報チャンネルを存在させることができ、またそれらの逆も可能である。図23は、例示的な実施形態にもとづくダウンリンク送信モデルを示す図である。データフレームを、データフレーム・プロセッサ520によって構築することができ、同報フレームを、同報フレーム・プロセッサ522によって構築することができ、さらに、同報プリアンブル・フレームを、同報プリアンブル・フレーム・プロセッサ524によって構築することができる。データフレーム、同報フレーム、および/または同報プリアンブル・フレームを、図22を参照して説明される動作に従って、構築することができる。あるいは、異なる動作を実行して、これらのフレームを構築することも可能である。
データフレームは、拡散のためにPN拡散器526に提供される。PN拡散器526は、PN拡散器526をリセットするフレーム境界入力、PN拡散器526の状態を初期化するユーザ鍵入力、およびPN拡散器526を有効にするイネーブルデータ入力を受けることができる。例えば、PN拡散器526により用いられるPN/ゴールド符号がデータフレームごとにリセットされるように、フレーム境界入力はフレームが開始または終了を示すものとなり得る。ユーザ鍵入力を、アクセスポイントのネットワークにあるタグのタグ同定に結びつけることができる。ユーザ鍵入力(またはタグ同定)は、発生するPN/ゴールド符号に直接影響を及ぼすことができ、タグがダウンリンクでタグのために目標とされるメッセージをデコードするのを許可することができる。一実施形態において、アクセスポイントによって発生する各フレームは、特定のユーザ鍵(またはタグ同定)に基づくことができる。イネーブルデータ入力によって、データチャネルフレームをウィンドウに表示することができる。イネーブルデータ入力は、フレームの期間にわたって、高い状態を維持することができ、またダウンリンクスロットの間、複数のフレームにまたがることが可能である。1つの実施形態において、イネーブルデータ入力が高い限り、PN拡散器526は動作することができる。複素データストリームの実数成分として、PN拡散器526の出力を使うことができる。あるいは、複素データストリームの虚数成分として、PN拡散器526の出力を用いてもよい。
同報フレームおよび同報プリアンブル・フレームは、PN拡散器530に同報フレームまたは同報プリアンブル・フレームの1つを供給するために、セレクタ528に提供される。セレクタ528は、PN拡散器530が同報フレーム・プロセッサ522またはプリアンブル・フレーム・プロセッサ524からデータを受け取るかどうか制御するために、プリアンブルイネーブル入力を受けることができる。擬似雑音拡散器530は、PN拡散器530をリセットするシンボル境界入力、PN拡散器530の状態を初期化する同報鍵入力、およびPN拡散器530を有効にする使用可能同報入力を受けることができる。例えば、PN拡散器530により用いられるゴールド/PN符号がシンボルごとにリセットされるように、シンボル境界入力をシンボルの開始または終了とすることを、示すことができる。各シンボルの後にゴールド/PN符号をリセットすることは、タグがアクセスポイントから信号同報を得ることをより容易にすることができる。また、同報フレームのあらゆるシンボル上でゴールド/PN符号をリセットすることによって、タグが検索しなければならない符号空間が減少する。同報鍵入力を、所定のネットワークで共通とすることができ、生成せれるゴールド/PN符号シーケンスに直接影響を及ぼすことができる。例えば、異なるアクセスポイント・ネットワークは、ネットワーク識別として使われる異なる同報チャンネル鍵を持つものであってもよい。使用可能放送入力はシンボルの期間の間高いままであることができる、そして、使用可能放送入力が高いままの限り、PN拡散器530は動作することができる。PN拡散器530の出力を、複素データストリームの虚数成分として、用いることができる。あるいは、PN拡散器530の出力を、複素データストリームの実数成分として使うことも可能である。
PN拡散器526の出力およびPN拡散器530の出力を、アップサンプラー532に送ることができる。一実施形態において、アップサンプラー532は、受信信号を26MHzまでアップサンプリングする。あるいは、40MHzまたは他の任意の量のアップサンプリングをおこなうことも可能である。アップサンプラー532には、プリアンブルイネーブル入力とデータイネーブル入力がある。セレクタ528が同報プリアンブル・フレームをPN拡散器530に提供するとき、プリアンブルイネーブル入力をアクティブ化することができ、またセレクタ528が同報フレームをPN拡散器530に提供するとき、データイネーブル入力をアクティブ化することができる。例示的な実施形態において、プリアンブルイネーブル入力のアクティブ化は、同報プリアンブルが同報チャンネル(複素データストリームの虚数成分とすることができる)でブーストされる原因になり得る。一実施形態において、多相フィルター・タップは、同報プリアンブル(または同報プリアンブル以外の送信上の1/√(2)ゲイン)上に、1/√(2)アテニュエーションを組み込むことができる。複素データストリームの実数成分が同報プリアンブルと同時に同報しないように、プリアンブルイネーブル入力のアクティブ化によって、データチャネルを切ることもできる。データイネーブル入力のアクティブ化は、同報フレームが複素データストリームの実数成分上でデータフレームと同時に複素データストリームの虚数成分上で送信される原因になり得る。このように、データイネーブル入力がアクティブ化されるとき、上に向かうサンプラー532はデータフレームと同報フレームを受けることができる。あるいは、複素データストリームの実数成分上で、同報プリアンブルを送信することが可能である。さらに別の実施形態において、複素データストリームの両成分で同報プリアンブルを同時に送信することによって、同報プリアンブルをブーストすることが可能である。
同報プリアンブルが送信状態にある場合、アップサンプラー532はアップサンプリングされた同報プリアンブルをコンバータ534に提供することができる。コンバータ534は、複素データストリームの一方または両方の成分での送信のために、デジタルからアナログへ同報プリアンブルを変えることができる。同報フレームとデータフレームとが送信状態にある場合、アップサンプラー532は複素データストリームの虚数成分(すなわち、Qチャネル)上でコンバータ534に複素データストリームとアップサンプリングされた同報フレームの実数成分(すなわち、Iチャネル)の上でアップサンプリングされたデータフレームをコンバータ534に提供することができ、また逆の場合も同様である。コンバータ534は、データフレームおよび同報フレームを、送信のために、デジタルからアナログへ変換することができる。コンバータ534は、送信中、帯域幅節約の単一複合データストリームの中に組み入れるために、データフレームおよび同報フレームをRFアップコンバータ536に提供することができる。RFチップの一部を無線周波数アップコンバータ536とすることができる。一実施形態において、Iデータストリーム(実数成分)とQデータストリーム(虚数成分)とを、それぞれに、差動二相位相偏移変調とすることができる。その結果、同報チャンネルが逆チャネルを占有する必要がないことから、帯域幅の節約をおこなうことができる。
一実施形態では、ダウンリンク・帯域幅を保存するために、同報チャンネルを承認(ACK)チャネルとして、部分的または完全に、利用することが可能である。そのような実施形態において、同報フレーム・ペイロード(すなわち、1つの実施形態では最大で88)の各ビットが、ACKビットまたは非確認(NACK)ビットを示し得る。ネットワーク登録の後、タグには、同報フレーム・ペイロードのどのビットがタグのACKチャネルに対応するかを認識することができる。その結果、同報チャンネルをマルチ・タグACKチャネルとして使用することができるとともに、アクセスポイントは、一つの基本的なダウンリンクスロットで、複数の確認応答を送信することができる。
他の実施形態において、アクセスポイントは、複数のタグに対して、確認応答を連続的に送信することが可能であり、またタグはそのACKがどのサブスロットに位置するかについて認識する必要はない。そのような実施形態において、データチャネルがACKを送信するものであってもよい。タグがそのACKのサブスロットを知る必要がないことから、タグはACKを識別するために非決定論的フレーム処理を利用することができる。1つの実施形態において、ACKを受信するまで、タグはその受信ウィンドウを複数のサブスロットのために開放しておくことができる。例えば、アクセスポイントは、同じ拡散率で、同じサブスロット内の第1のタグと第2のタグとからの送信をデコードすることが可能である。ダウンリンクがTDMAである場合、アクセスポイントは、第1のタグに対する第1のACKの送信と第2のタグに対する第2のACKの送信とを、データチャンネルを用いて、連続的におこなうことができる。第1のタグおよび第2のタグは、各々のACKが受信されるまで、または完全なフレームのダウンリンクスロットの終わりまで、各々の受信ウィンドウを開放したままにすることができる。
1つの実施形態において、アクセスポイントは、アクセスポイントの所定の送信スロットの間に、送信された1つの確認応答または他の情報のみによって、連続的に、確認応答および/または他の情報をタグに送信することが可能である。そのような実施形態において、タグは、承認または他の情報を受けるために、一つより多くのスロットを待つ必要があると考えられる。例えば、確認応答によって、3つのタグは、第1の送信スロットの間、アクセスポイントに送信する可能性がある。アクセスポイントは、第2の送信スロットの間の第1のタグに対する第1の確認応答、第3の送信スロットの間の第2のタグに対する第2の確認応答、および第4の送信スロットの間の第3のタグに対する第3の確認応答を、送信することが可能である。このように、第3のタグは、第3の確認応答を受ける前に、いくつかの送信スロットを待たなければならない。第4の送信スロットの間、第3のタグが待ち状態のままである場合、第3のタグは第3の確認応答を受信しないこともあり、アクセスポイントに対して、最初のメッセージを再送信する必要はない。1つの実施形態において、タグは、もしあるとしたら、どの送信スロットが、それらの確認応答か他の情報を含むかについて、認識しなくてもよい。このように、所定のスロットの間、複数のタグがアクセスポイントに対して送信をおこなう確率に基づく送信スロットの所定数を待つように、タグを構成することができる。例えば、所定のシステムでは、4つのタグが一つの送信スロットの間、アクセスポイントに送信する可能性はほとんどないと考えられる。このように、タグの構成を、最初のメッセージをアクセスポイントに再送信する前に、確認応答または他の情報のアクセスポイントの送信スロットをわずか3つしか待たないように、することが可能である。他の実施形態において、タグは確認応答または他の情報のためのスロットを、それ以外の任意の数、待つように構成されるものであってもよい。
例示的な実施形態において、個々のタグの通信を、時分割多元接続(TDMA)方式で、ダウンリンク方向におこなうことができる。このように、各タグは、特定の完全スロット期間に、一つのフレーム相当のデータチャネルのデータを受信することが可能である。タグに固有の一意のゴールド符号鍵を持つタグによって、データチャンネルデータをデコードすることができる。帯域幅の増加または特定のサービス品質(QoS)シナリオのために、タグは完全スロット期間に、複数のサブスロット配分を受信することが可能である。タグは、連続デコーディング(back−to−back decoding)を使用して、複数のサブスロットからデータをデコードすることができる。媒体アクセス制御(MAC)層によって、帯域幅管理が詳細におこなわれる。
アップリンク・フレーム構造を、複数のタグ・データチャネル送信の集約演算とすることができる。リンク条件によって、タグは複数の異なる拡散率で送信することが可能である。一実施形態において、拡散率を16ほどの低くいものにすることが可能であり、または8192ほどの高いものにすることも可能である。あるいは、拡散率を他の範囲内にしてもよい。図20および21を参照しながら説明されたように、ダウンリンクスロットと同様に、アップリンクスロットをサブスロットに仕切ることができる。アップリンクの違いは、多重アクセスが達成される方法であるとすることができる。ダウンリンクにおいて、多重アクセスを、時分割多元接続を通して、上記したように、達成することができる。アップリンクにおいて、複数のタグ送信が、同じサブスロットを占めることが可能であってもよい。そのような実施形態において、ランダムな位相多重アクセス(RPMA)と呼ばれている技術によって、複数のタグの間で識別するアクセスポイントの能力を、認識することができる。
ランダムな位相多重アクセスは、所定の拡散率にマップされる一般の金の符号シーケンスに基づくことができる。例えば、アップリンクスロットの中のサブスロット位置に関係なく、256の拡散率で送信しているすべてのタグは、同じゴールド符号を使用することができる。ゴールド符号の相関プロパティのため、各々のタグが異なるチップオフセットを使用する限り、アクセスポイントの受信機は、複数の異なるタグを識別することができる。二つ以上のタグが送信サブスロットを争うとき、ランダムに選ばれたサブスロットとランダムに選ばれたチップオフセットとが同じことである場合、フレーム衝突が起こり得る。そのような事態は、タグで、アクセスポイントからの確認応答がないことによって、識別可能である。タグが確認応答を受けない場合、タグは、新しいサブスロットと新しいゴールド符号チップオフセットとを、ランダムに選択することができる。タグは、新しいサブスロットと新しいチップオフセットとを使用することで、再送信することができ、それによって以降の不一致の可能性を最小化する。
一実施形態において、複数のアクセスポイントが存在する所で、および/または、複数のマイクロ−リピータが同じチャネル上のブロードキャストである所で、本明細書中に述べられるシステムを用いることが可能である。そのようなシステムでは、相殺されるランダムなタイミングを、ダウンリンクを拡散しているシステムに導入することが可能である。同じ擬似雑音(PN)符号を用いて同じチャネルで送信する各デバイスは、PN符号の中に、異なるランダムタイミングオフセットまたは疑似ランダムタイミングオフセットを使用することができる。このように、タグのような受信装置は、PN符号に適当なオフセットを使用して逆拡散することによって、複数の送信機を識別することができる。
本明細書中に述べられる実施形態のいずれもが、コンピュータ可読媒体に格納されるコンピュータ可読命令として、実装可能であると理解することは、重要である。プロセッサでの実行に応じて、コンピュータ可読命令によって、本明細書中に述べられる実施形態のいずれかを実装するための動作を、コンピューティング装置におこなわせることができる。
例示およ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、また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および変形が可能であり、ある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、本発明の原理およ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およ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またはそれ以上のフロー図を使用した。フロー図の使用は、動作をおこな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 (19)

  1. 複素データストリームを使用して通信システムで帯域幅を節約するための方法であって、
    データフレームのための少なくとも二つのサブスロットを決定すること;
    前記少なくとも二つのサブスロットのそれぞれのための拡散率を決定することであって、異なるサイズの拡散率が前記少なくとも二つのサブスロットのために用いられるように拡散率を決定すること;
    第1の擬似雑音(PN)拡散器および決定された拡散率を用いて、前記データフレームを拡散すること;
    第2のPN拡散器を使用して、同報フレームを拡散すること;
    第1のコンポーネントと第2のコンポーネントとを有しかつ同報プリアンブルを含む複素データストリームを発生させることであって、前記データフレームは前記第1のコンポーネントに割り当てられ、同報フレームは前記第2のコンポーネントに割り当てられ、かつ前記第1のコンポーネントは、前記複素データストリームの実数成分を含み、前記第2のコンポーネントは、前記複素データストリームの虚数成分を含むこと;ならびに、
    前記複素データストリームをタグに送信すること、を含み、ここで、
    前記少なくとも二つのサブスロットの一つが前記タグからのデータを包含する、方法。
  2. 前記同報フレームが、複数のビットを有するペイロードを含み、前記複数のビットの一つ以上は、前記タグに確認応答を伝達するために利用される、請求項1に記載の方法。
  3. 複数のビットの少なくとも1つは、確認応答を提供するために、タグに確保される、
    請求項2に記載の方法。
  4. 第1のPN拡散器または第2のPN拡散器の1つで前記同報プリアンブルを拡散すること;
    前記同報プリアンブルが同報フレームまたはデータフレームより高い電力で同報されるように、前記同報プリアンブルをブーストすること;ならびに、
    前記同報プリアンブルを前記タグへ送信することを、さらに含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記同報プリアンブルの送信の間、データチャネルを切断することを、さらに含み、
    前記同報プリアンブルは同報チャンネル上で送信される、請求項4に記載の方法。
  6. 記同報フレーム、一つの拡散率で拡散され、さらに、
    この拡散率が前記タグを有するリンクの質に、少なくとも部分的に基づいている、請求項1に記載の方法。
  7. 送信時間が最小化されるように、前記リンクの質が質の閾値を満たす場合に、減少した拡散率を使用することを、さらに含む、請求項6に記載の方法。
  8. 前記タグから第1の送信を受信し、第2のタグから第2の送信を受信すること;および
    前記第1の送信および前記第2の送信に応答して、第1の情報を前記タグへ、かつ第2の情報を前記第2のタグへ、連続的に送信すること、をさらに含み、
    前記タグと前記第2のタグは、前記第1の情報と前記第2の情報が送信される順番に気づかない、請求項1に記載の方法。
  9. 複素データストリームを使用して通信システムで帯域幅を節約するためのアクセスポイントであって、
    データフレームのための少なくとも二つのサブスロットを決定し;
    前記少なくとも二つのサブスロットのそれぞれのための拡散率を、異なるサイズの拡散率が前記少なくとも二つのサブスロットのために用いられるように、決定し;
    第1の擬似雑音(PN)拡散器および決定された拡散率を用いて、前記データフレームを拡散し;
    第2のPN拡散器を使用して、同報フレームを拡散し;および
    第1のコンポーネントと第2のコンポーネントとを有しかつ同報プリアンブルを含む複素データストリームを生成するように構成されているプロセッサであって、
    前記データフレームは前記第1のコンポーネントに割り当てられ、前記同報フレームは前記第2のコンポーネントに割り当てられており、前記第1のコンポーネントは、前記複素データストリームの実数成分を含み、前記第2のコンポーネントは、前記複素データストリームの虚数成分を含む、プロセッサと;
    前記プロセッサに作用可能に連結し、前記複素データストリームをタグに送信するように構成された送信機と、を具備し、ここで、
    前記少なくとも二つのサブスロットの一つが前記タグからのデータを包含する、アクセスポイント。
  10. 無線周波数(RF)アップコンバータをさらに具備し、
    プロセッサが、前記複素データストリームを生成するために、前記RFアップコンバータを使用する、請求項9に記載のアクセスポイント。
  11. 前記同報フレームが、複数のビットを有するペイロードを含み、前記複数のビットの一つ以上は、前記タグに確認応答を伝達するために利用される、請求項10に記載のアクセスポイント。
  12. 複数のビットの少なくとも1つは、確認応答を提供するために、タグに確保される、
    請求項11に記載のアクセスポイント。
  13. 前記プロセッサは、
    前記第1のPN拡散器または前記第2のPN拡散器の1つで前記同報プリアンブルを拡散し;および
    前記同報プリアンブルが、前記同報フレームまたは前記データフレームよりも高い電力で、同報されるように、前記同報プリアンブルをブーストするように構成されている、請求項10に記載のアクセスポイント。
  14. 同報フレームが一つの拡散率で拡散され、さらに、
    この拡散率が前記タグを有するリンクの質に、少なくとも部分的に基づいている、請求項10に記載のアクセスポイント。
  15. 複素データストリームを使用して通信システムで帯域幅を節約するための、コンピュータ可読命令を格納するコンピュータ可読媒体であって、該コンピュータ可読命令は、プロセッサによって実行されると、アクセスポイントに、
    データフレームのための少なくとも二つのサブスロットを決定させ;
    前記少なくとも二つのサブスロットのそれぞれのための拡散率を、異なるサイズの拡散率が前記少なくとも二つのサブスロットのために用いられるように、決定させ;
    第1の擬似雑音(PN)拡散器および決定された拡散率を用いて、前記データフレームを拡散させ;
    第2のPN拡散器を用いて、同報フレームを拡散させ;
    第1のコンポーネントと第2のコンポーネントとを有しかつ同報プリアンブルを含む複素データストリームであって、
    前記データフレームは前記第1のコンポーネントに割り当てられ、前記同報フレームは前記第2のコンポーネントに割り当てられており、前記第1のコンポーネントは、前記複素データストリームの実数成分を含み、前記第2のコンポーネントは、前記複素データストリームの虚数成分を含む、前記複素データストリームを発生させ;ならびに、
    前記複素データストリームをタグに送信させ、ここで、
    前記少なくとも二つのサブスロットの一つが前記タグからのデータを包含する、
    コンピュータ可読媒体。
  16. 前記コンピュータ可読命令は、前記アクセスポイントに、さらに、
    前記複素データストリームの前記第1のコンポーネントと前記第2のコンポーネント上で前記同報プリアンブルを、該同報プリアンブルがデータフレームより高い電力で送信されるように、送信させる、請求項15に記載のコンピュータ可読媒体。
  17. 前記コンピュータ可読命令は、前記アクセスポイントに、さらに、前記複素データストリームの同報チャンネル上で、前記同報プリアンブルを送信させ、前記同報チャンネルは、前記複素データストリームの第2のコンポーネントに対応する、請求項16に記載のコンピュータ可読媒体。
  18. 前記コンピュータ可読命令は、さらに、前記アクセスポイントに、前記同報フレームが前記同報プリアンブルより少ない電力で送信されるように、1/(21/2)のスケーリング因子を前記同報フレームに適用させる、請求項17に記載のコンピュータ可読媒体。
  19. 前記同報フレームが、複数のビットを有するペイロードを含み、さらに前記複数のビットの一つ以上は、前記タグに確認応答を伝達するために利用される、
    請求項16に記載のコンピュータ可読媒体。
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