JP2006515497A - 通信システム内で情報を送信する方法および装置 - Google Patents

Abstract

通信システム内のノードが、その干渉状態を、同通信システム内の近接ノードに定期的に通知する。また、そのノードは、すべての近接ノードから干渉状態を受信する。ノードは、近接ノードとの通信が必要になると、その近接ノードに関する、格納された表にアクセスし、その近接ノードへの送信を行う最適時間を決定する。この決定は、その近接ノードから受信した表を利用し、その近接ノードが受信を行う最適時間を決定することによって達成される。

Description

本発明は、主に通信システムに関し、特に、そのような通信システム内で情報を送信する方法および装置に関する。

図１は２セットの通信ユニットを示しており、各セットは独立のネットワークとして動作している。これらのネットワークは、ノードまたはユニットの第１のセット（セットＡ）ならびにノードまたはユニットの第２のセット（セットＢ）を含むネットワーク１０および１１として示されている。第１のセットの４つのユニットは、ユニット１２、１４、１５、および１６として示されている。第２のセットの１つのユニットは、ユニット１３として示されている。各ユニットは、「端末」または「ノード」と呼ばれる場合がある。各ユニット１２、１３、１４、１５、１６は、固定または可搬のデータ端末、または固定または可搬の双方向無線機、あるいはビデオ電話やその他の通信ユニットであってもよい。以下では、これらのユニット１２、１３、１４、１５、１６を単に「無線ユニット」と呼ぶ。無線ユニットの各セットは、互いに通信する２つ以上の無線ユニットからなる。一方のセットのどのメンバも、他方のセット（および図示されていない他の任意のセット）の１つまたは複数のメンバの送信に干渉する可能性があるが、所与のどの無線ユニットも、干渉したりされたりする可能性のある他の無線ユニットからの送信を直接受信できることはありえず、したがって、ｌｉｓｔｅｎ−ｂｅｆｏｒｅ−ｔａｌｋ（キャリア・センス）のような、干渉を防止する従来の方法が無効になることはまずない。

干渉は、多くの場合、通信システムの性能を妨げる。通信システム内でユーザがしばしば遭遇する干渉の１つのタイプは、他のユーザによる送信によって引き起こされる干渉である。これは一般に、同一周波数帯内で多くのユーザが送信することが原因であり、同一チャネル干渉と呼ばれる。同一チャネル干渉を低減するために、多くの通信システムで、近接する送信者が異なる周波数で送信する周波数繰り返しパターンが用いられる。しかしながら、周波数域のコストを考慮すると、将来の通信システムは積極的な周波数繰り返しパターンで特徴づけられ、それによって、同一チャネル干渉が大幅に増えることになろう。

同一チャネル干渉を低減するために、過去においては、分散型ＲＦ環境で相互運用不可能なシステム同士が周波数域を共用することを可能にするための「Ｌｉｓｔｅｎ−ｂｅｆｏｒｅ−ｔｒａｎｓｍｉｔ（ＬＢＴ）」エチケットが提唱されてきた。そのようなシステムでは、ノードが送信を予定している時間帯において受信電力がある所定のしきい値を超えている場合、ノードは送信を遅らせる。ＬＢＴシステムの１つの前提は、複数の送信が重なり合うと、ほぼ確実に、各送信が互いに妨害し合うということである。この前提は、複数のユーザ端末が同時に基地局にアクセスしようとするケースではほぼ正しいが、分散しているノード間で行われるピアツーピア通信（同格での通信）の場合はまったく正しくない。ピアツーピア通信の場合は、チャネルに送信しようとするノードが検出するＲＦ電力と、宛先受信者に影響を及ぼす干渉電力との間にほとんど相関がないからである。結果として、怪しい送信者は、必要以上に送信を控えたり、宛先受信者が干渉による妨害を受けているときに送信したりしがちである。

この事実は、米国特許第５９８７０１８号明細書に記載されたＳＡＭＡ（Ｓｉｍｐｌｅ
Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）エチケット案で一部対応されている。ここでは、Ｐｒｏｂｅ（プローブ）と呼ばれる初期送信が、選択されたタイム・スロットにおいて宛先受信者に対して行われる。Ｐｒｏｂｅを受信した受信者は、
ＡＣＫ（ＣＴＳ−受信準備完了（Ｃｌｅａｒ−ｔｏ−Ｓｅｎｄ））を送信者に送信して、選択されたタイム・スロットが受け入れ可能であることを伝える。ＰｒｏｂｅとＡＣＫの両方が受信されることが、送信者にとって、最初に選択したスロットを使用し続けることができることの証になる。スロットという用語は、無線ノード間の何らかの同期を意味するものではなく、フレーム内の特定の時間間隔を指す便利な用語として用いられていることに注意されたい。ＳＡＭＡエチケットの動作については図１３に示す。

図１３に示されるように、ノードＡがノードＢにプローブを送信する。ノードＢがプローブを受信し、それがノードＡの送信を受信するのに望ましいロケーションだとノードＢが判断すると、ノードＢは、ノードＡにＣＴＳメッセージを送信して、ノードＡがその特定のロケーションで送信を継続すべきであることを伝える。ＰｒｏｂｅまたはＣＴＳがその宛先に到達できない場合は、そのフレーム内の別の時点に新しいＰｒｏｂｅが送信され、この工程が繰り返される。フレームは、関与しているすべてのＳＡＭＡノードに適合する固定時間間隔である。ＳＡＭＡエチケットでは、Ｐｒｏｂｅ／ＣＴＳを送信するタイミングの決定が、あえて設計者の判断に委ねられている。言及されている１つの選択肢は、ＬＢＴを用いることである。
米国特許第５９８７０１８号

それらの試行から、受け入れ可能なスロットと受け入れ不可能なスロットの表を各ノードが作成することが提案された。この手法は確かにＬＢＴエチケットの改良になるが、それでも、表を作成するため、および送信に好適なロケーションを決定するために、ノードと通信する試行が複数回行われる可能性があるという問題がある。こうした複数のプローブはシステム干渉につながる。そこで、既存のＳＡＭＡエチケットに起因する干渉を発生させないでＬＢＴエチケットを改良するための、通信システム内で情報を送信する方法および装置が必要である。

前述の必要に応えるために、通信システム内で情報を送信する方法および装置を本明細書において開示する。その通信システム内のノードは、その干渉状態を、同通信システム内の近接ノードに定期的に通知する。また、そのノードは、すべての近接ノードから干渉状態を受信する。ノードは、近接ノードとの通信が必要になると、その近接ノードに関する、格納された表にアクセスし、その近接ノードへの送信を行う最適時間を決定する。この決定は、その近接ノードから受信した表を利用し、その近接ノードが受信を行う最適時間を決定することによって達成される。ノードは、送信に好適なロケーションを決定するためにアクセスを複数回試行して表を作成する必要がなくなるので、システム干渉は低減される。

本明細書の好ましい実施形態の通信システムでは、基本チャネルがビデオ、音声、およびデータ転送を搬送し、それらすべてが、所定の数のオクテットの「ペイロード」を搬送するセルによって搬送されると想定される。すべてのノードがフレーム継続時間を認識している。すべての送信が一般に非同期であり（送信側クロックと受信側クロックの同期を必要としない）、固定サイズである（固定サイズであることの意味と例外については、データ速度が変動する場合を考慮して後述する）。アドレス指定は固定サイズのヘッダで実行され、時間、フレーム位置、その他の固定された特性によって固定されない。各無線セルは、シーケンス番号と誤り検出コードとを含む。セル生成レートは、ネゴシエート可能であり、一般に可変である。

本発明は、情報を送信する方法を包含する。この方法は、ノードがその周波数帯で干渉
がほとんどあるいはまったくない状態で通信を受信することが可能な時間帯を含む干渉状態を決定するために干渉を監視する工程を含む。ノードの干渉状態を含む表が作成され、通信システム内の近接ノードに通知される。

本発明はさらに、周波数帯内の干渉を監視して干渉状態を含む表を出力するプロセッサと、その表を格納するメモリと、その表を通信システム内の近接ノードに送信する送信機とを含む装置を包含する。

すべての送信は、永続的な回路の要素と見なされる。チャネルは、複数のフレームに分割されていると見なすことができ、２つの通信ユニットのそれぞれが同一のフレーム長に対して動作していれば、フレームの開始と終了がシステム内で同期している必要はない。フレーム長は、そのシステムにおいてあらかじめ定義されていることが好ましいが、必須ではない。無線ユニットが、あるフレーム・ロケーション（スロット）にアクセスすれば、後続フレームの対応ロケーションもアクセスされることになる。ロケーションが選択された後、無線ユニットが、後述のアルゴリズムを用いて、肯定応答を受ける。送信側ノードは、肯定応答が受信された場合には、その次のフレームの同じタイム・スロットを使用し、肯定応答が受信されなかった場合には、そのタイム・スロットを放棄する。アクセス不可能スロットとも呼ばれることがあるそれらのスロットは、少なくとも所定のタイムアウト期間（たとえば、３０フレーム）の間は再アクセスされない。

システム内のすべてのユニットに対して、所定の基本フレーム・レートが与誤りれることが好ましいが、必須ではない。すべての送信が、フレーム・レート（ＦＲ）の倍数か約数のレートで行われる。システムに対して基本フレーム・レートが確立されていない場合は、２つの通信ユニットが独自のフレーム・レートを確立しなければならない。

本発明の１態様では、複数の無線ユニット１２、１４、１５、および１６を含む通信システム１０の動作方法が与誤りれ、この方法は、システム内のすべての無線ユニットに対して基本フレーム・レートを確立する工程と、基本フレーム・レートの倍数または約数であるセル・レートで第１の無線ユニット１２から第２の無線ユニット１４へデータ単位を送信することによって、複数の無線ユニットのうちの任意の２つの無線ユニットの間で２方向通信を開始する工程とを含む。

セルは、システム全体を通してすべて同じ長さであることが好ましいが、少なくとも、２つのユニットの間に確立された通信の継続時間だけセルが固定サイズ（同じ長さ）であれば、システム全体を通してすべて同じ長さであることは必須ではない。異なるサイズの複数のセルがチャネルへのアクセスのために競合している場合はキューイングのメリットが小さくなるが、それでも、セル・サイズの範囲が限定されていれば、特に、使用可能なサイズが基本セル・サイズの倍数であればメリットがある。

本方法は、その好ましい実施形態において、第１の無線ユニット１２と第２の無線ユニット１４との間で送信されるデータ・セルとは同期していないタイミングで、基本フレーム・レートの倍数または約数であるセル・レートで、第３の無線ユニット１５から第４の無線ユニット１６にセルを送信することによって、第３の無線ユニット１５と第４の無線ユニット１６との間の２方向通信を開始する工程をさらに含む。

本発明の別の態様では、通信システム内で通信を行うための通信のシステムおよび方法を本明細書において提供する。本発明の好ましい実施形態では、本通信システムは、複数のユーザがすべて同じ周波数帯で送信を行う周波数帯を含む。第１の無線ユニット１２から第２の無線ユニット１４への通信の間に、第１の無線ユニット１２は、第２の無線ユニ
ット１４から送信された、使用可能スロットの「表」を受信する。この表は、第２の無線ユニット１４が、その周波数帯で送信を行う他の無線ユニットからの干渉をほとんどまたはまったく受けないスロットを示す。無線ユニット１２から無線ユニット１４への送信において、無線ユニット１２は、無線ユニット１４にデータを送信するための好適なスロットを決定する際に、無線ユニット１４から受信したその表を利用する。

通信の物理媒体は無線チャネルであって、その周波数、帯域幅、変調方式、その他の態様は、環境および使用可能な周波数域に応じて完全に選択可能である。
図２は、本発明による無線ユニット１２の１例の各要素を示している。システム１０の他の無線ユニット１４、１５、および１６の構成および動作は同一なので、個々に説明する必要はない。

無線ユニット１２は、送信機１０１と受信機１０２とを含み、それらは両方ともアンテナ・スイッチ１０３に結合され、さらにそのアンテナ・スイッチ１０３を介してアンテナ１０４に結合されている。受信機１０２および送信機１０１のそれぞれに合成器１０５が結合されている。受信機１０２には復調器１１０が結合されている。合成器１０５には変調器１１１が結合されている。論理ユニット１２０が、データ線１２１および１２２を介して、それぞれ復調器１１０と変調器１１１とに結合され、制御線１２３および１２４によって、それぞれ、復調器１１０および受信機１０２と、送信機１０１およびアンテナ・スイッチ１０３とに結合されている。受信機１０２から論理ユニット１２０に受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）線１１２が通っているが、これは省略可能である。論理ユニット１２０と合成器１０５の間に制御バス１２６が結合されている。論理ユニット１２０は、例として、誤り復号化回路１１３、誤り符号化回路１１４、誤り検出回路１１５、誤り・チェック生成回路１１６、およびタイミング回路１２９を含むものとして示されている。

デジタル・バス１２８を介して論理ユニット１２０に結合されているのは、プロセッサ１３０である。プロセッサ１３０に結合されているのは、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１３１、電気的に消去可能なプログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）の形をとるプログラム・メモリ１３２、キーボードやディスプレイなどのオペレータ・インタフェイス１３３、およびＩ／Ｏインタフェイス１３５である。

送信動作では、プロセッサ１３０がデータ・セルを生成する（またはインタフェイス１３５からデータ・セルを受け取る）。各データ・セルは、ペイロードとヘッダとを含む。プロセッサ１３０は、後述のＳＡＭＡフィールドを追加し、結果として生成されたデータを論理ユニット１２０に供給する。論理ユニット１２０では、誤り・チェック生成回路１１６がＣＲＣ誤り・チェックを追加し、誤り符号化回路１１４がＦＥＣ符号化の追加セルを生成し、タイミング回路１２９が、各セルに同期ワードを追加し、結果として生成される送信バースト・データの復調器１１１への出力のタイミングを制御する。

もちろん、他の仕組みも提供可能であることは理解されよう。たとえば、回路１１６は、そのＣＲＣ誤り・チェックを、誤り符号化回路１１４による誤り符号化の後に追加できる。さらに、データ層と上位層の処理を論理ユニット１２０で実行させることができる。あるいは、誤り符号化および／または誤りチェック生成を含む物理層処理をプロセッサ１３０で実行させることができる。

論理ユニット１２０は、結果として生成された各送信バーストのデータを１ビットずつ変調器１１１に渡し、（アンテナ・スイッチ１０３を図のように下側の位置に切り替えると同時に）制御線１２４から送信機にキーアップ信号を供給する。タイミング回路１２９は、各送信バーストが、後述のようにフレーム内で慎重に選択された時間（スロット）に送信されるように、送信機１０１のキーアップのタイミングを制御する。

送信機１０１が送信のためにキーアップされない場合は、制御線１２４がアンテナ・スイッチ１０３を図示された上側の位置に切り替えて、データ・セルがアンテナ１０４を介して受信機１０２に受け取られ、復調器１１０によって復調され、論理ユニット１２０に渡されるようにする。

タイミング回路１２９は、各セルの先頭にある受信された同期ワードからビット・タイミングを取り出す。誤り復号化回路１１３は、誤り訂正に備えて各受信セルのコピーを格納する。誤り復号化回路１１３は、各セルを遅延なしで誤り検出回路１１５に渡し、誤り検出回路１１５は、各セルの妥当性をそのＣＲＣ誤り・チェックに基づいて検証する。受信され、検証された各データ・セルは、セルのヘッダにある仮想回路識別子（ＶＣＩ）（後述）によって識別され、適切な仮想回路識別子とともに受信されたセルだけが、後処理のためにプロセッサ１３０に渡されるものとして、論理ユニット１２０によって選択される。誤り検出回路１１５が、セルが有効に受信されたと検証できない場合は、その旨がプロセッサ１３０に通知される。セルが有効に受信されない場合や、あるいはセルが受信時に完全に失われた場合でも、同じＶＣＩを有する先行セルおよび後続セルが存在すれば、それらのセルにおいて受信された誤り符号に基づいて、誤り復号化回路１１３がセルを復元できる。これは、誤り符号化の深さが与誤りれていることから達成可能である。

プロセッサ１３０は、受信したデータ・セルを、セル・フィールド（後述）にあるシーケンス番号で定義された正しい順番に並べる。プロセッサ１３０は、プロトコルの上位層に渡すため、オペレータ・インタフェイス１３３に表示するため、またはインタフェイス１３５に出力するためにセル・ペイロードを組み立てる。前述のように、論理ユニット１２０は物理層処理を実行するが、上位層処理も論理ユニット１２０で実行可能であり、物理層処理（誤り復号化回路１１３の誤り復号化機能など）はプロセッサ１３０でも実行可能である。

アンテナ・スイッチ１０３の代わりにデュープレクサを用いることができ、これによって、データ・セルの同時送受信が可能になる。論理ユニット１２０は、システムの個々の周波数、変調方式などの物理層の各種態様に応じて、制御バス１２６を介して合成器１０５を制御して、送信および受信に適する周波数を選択できる。

無線通信用のプロトコル構造の一例を図３に示す。このプロトコルは、物理層２２０、データ層２２１、およびアダプテーション層（ＡＬ）２２２、ならびに図示されていない上位層（ここで説明する必要のないインターネット・プロトコル（ＩＰ）層やその他のプロトコル層など）を含む。ＡＬ ２２２は、上位層からデータを取得し、前方向誤り訂正や分割・再組立などの機能を任意に含み、取得したデータをデータ層２２１に渡す。データ層２２１は、ＡＬ ２２２からのデータを各４８オクテットのＳＤＵの形で受け取る。

データ層では、通信は、図示されたセル２２６および２２７のようなデータ・セルの形をとる。各セルは、ヘッダ２２８とＳＤＵ ２２９とを含む。ヘッダ２２８は５オクテットからなり、（ＶＰＩおよびＶＣＩを含む）仮想接続番号ならびに特定のフロー制御ビットおよびいくつかの誤り訂正をヘッダ内部に含む。仮想接続番号は、ネットワーク内の特定の仮想接続に対して一意である。

物理層２２０では、同期情報を有するヘッダ２３０がデータ・セル２２６に追加され、単一の送信バーストとして送信されるセル（データ単位）２４２を構成するためにトレーラ２３１が追加される。このセルは、選択された時間に無線チャネルに送信される。トレーラ２３１の代わりに、同期情報を有するヘッダ２３０にトレーラのフィールド２３１を含めることができる。選択された時間は、ユニット１２から見れば「スロット」と見なす
ことができるが、チャネルをフレームに分割することはローカル・タイミングの問題であることに注意されたい。通信しているユニットの間ではフレームが同期しているが、通信していないユニットの間では、フレームが同期していないために、チャネルに対して調整されたスロット構造が存在しない。同様に、データ・セル２２７は、同じフレームの別の選択された時間か後のフレームでチャネル送信されるセル２４３として形成されるが、セル２４３、またはセル２４２に続くすべてのＮ番目のセルが、後述のように、後続の各フレームの同じ時間に送信されることが好ましい。

物理層でも、あらかじめ定義された数（ブロック）のデータ・セル２２６、２２７について、１つまたは複数の誤り符号化セル２４５が追加される。誤り符号化セル２４５は、ＦＥＣ符号化（または何らかの他の誤り符号化）を含み、トレーラ２３１と類似したトレーラ２４６を有する。好ましい実施形態では、誤り符号化の前にトレーラ２４６が追加されるので、セル２４５の全体が誤り符号化されるが、トレーラ２４６（または少なくともトレーラ２４６に含まれる誤り・チェック番号）は、セル２４５のペイロードの誤り符号化の後に追加されることが可能であることに注意されたい。

図４に、トレーラ２３１をより詳細に示す。（好ましい実施形態の）トレーラ２３１は、ＳＡＭＡフィールド２５１を含む。「ＳＡＭＡ」という用語は、「“Ｓｉｍｐｌｅ”ｄａｔａ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ’」の略である。「ｓｉｍｐｌｅ」という表現は、ここでは、新規に考案された多重アクセス・プロトコルの臨時の性質を表すために用いられており、プロトコル副層と見なすことが可能なフィールド２５１を指す簡便なラベルに過ぎない。この表現は、集中データ多重アクセス・プロトコルと区別するのに便利であるが、本発明の多くの態様が臨時のプロトコルに限定されないことが理解されよう。ＳＡＭＡフィールド２５１は、型識別子と符号レート・インジケータとを搬送する。型識別子によって、（肯定応答（ＡＣＫ）がないデータ、ＡＣＫがあるデータ、チャネル・プローブおよび「応答および拒否（応答および拒否）」、および干渉がほとんどないスロットを示す表の通知など）様々な型のセルを用いることができる。型識別子がセルをチャネル・プローブ・セルと識別する場合、ＳＡＭＡフィールド２５１はさらにメッセージ番号を含む。

符号レート識別子は、ＦＥＣ符号化の深さ、すなわち、データ・セルの符号化されたブロックにある冗長ＦＥＣ符号化セル２４５の数を識別する。たとえば、符号化の深さが４０％であって、ブロック内に２０個のセルがある場合は、それぞれの２０個のセルのうちの８個がＦＥＣ符号化だけを含むが、符号化の深さが２０％であれば、２０個のセルのブロック長の中にＦＥＣ符号化のセルは４個しかない。すべてのトレーラにこの情報を含める必要があるわけではないことに注意されたい。ＳＡＭＡフィールド２５１は、この情報をサポートでき、任意で他の型の情報もサポートできれば十分である。誤り符号化は、ブロック内のシーケンシャル・セル全体にわたって提供される。これにより、失われたセルを近接セルから復元することが可能になる。誤り符号化の量すなわち「深さ」は、後述の方法でプロセッサ１３０によって選択されることが好ましいが、固定することも可能である。たとえば、誤り符号化の好適な深さは、約１５ないし１８個のセルのうちの３個が完全に失われても復元可能であるような深さである。さらに例を後で示す。

トレーラ２３１はさらに、シーケンス番号２５３を有し、ＣＲＣ誤り・チェック番号２５４を有する。シーケンス番号には３つの用途がある。セルの順序変更、誤り訂正、および受信可能な数を超える数のセルが失われた場合に即座にＮＡＣＫを出すための備えである。ＣＲＣ誤りチェック番号２５４は、図２の誤り・チェック生成回路１１６（またはプロセッサ１３０）によって追加される。シーケンス番号２５３は、受信側無線ユニットがセルを正しいシーケンスで再組み立てすることを可能にする。

仮想回路は、フレーム当たり１個のセルを含むか、フレーム当たり１個を超える数のセルを含むか、フレーム当たり１個未満のセルを含むことができる。
チャネルは、複数のフレームに編成される。フレーム長は固定であるが、異なるセットのユーザ（たとえば、図１のセットＡとセットＢ）は、異なるセル長（たとえば、それぞれセル１８とセル１９）を用いることができる。送信バーストを送信しようとするノードまたはユニット（たとえば、ユニット１２）は、予約要求を送信する時間をそのフレーム内で選択する。本発明の好ましい実施形態では、この選択は、受信側ユニット（たとえば、ユニット１４）の適切な受信時間を示す、受信された表に基づいて行われる。より具体的には、「近傍」にあるすべての受信機の干渉状態を示す表が各送信機に保管される。この表は、Ｐｒｏｂｅメッセージと、ユニット１４から受信された（干渉状態を含む）ＣＴＳメッセージとから取り出される。したがって、送信機１２または他の任意のリスンするノードは、リモート・ユニット１４のＰｒｏｂｅおよびＣＴＳメッセージをリスンすることによって、（時間および受信電力レベルの必要な量子化を行う条件で）フレーム内の任意の時点での受信機１４の受信状態について知ることが可能になる。送信機１２は、受信状態を知ることにより、データを受信機１４に送信するタイミングを適切に選択する。

プローブ・セルは、ＳＡＭＡフィールド２５１内の情報が異なる点を除き、他の任意のセルと同じである（すなわち、プローブ・セルは通常のデータも含む）。その後、ユニット１２は、試行した（プローブした）スロットの予約を承認する（たとえば、ユニット１４からの）ＡＣＫを待つ。そのＡＣＫがない場合は、予約が拒否されたことになり、その時間へのアクセスを断念して、別の時間を試行しなければならず、そうしなければリンクが確立されない。複数の時間予約が要求されている場合は、単一のＡＣＫが送信されるか、複数のＡＣＫが送信される。ＡＣＫは、アクセス要求を搬送するセルの開始時間後の１フレーム期間に送信されることになっている。

たとえば、ユニット１２が１フレーム期間を、それぞれが１セルの継続時間であるセグメント（スロット）に分割するモデルを考え、このモデルではスロット番号がセグメントに割り当てられるものとする。チャネル上のフレームには開始時間も終了時間もないので、スロットの番号づけとタイミングは完全にユニット１２についての限定的なものであることに注意されたい。発呼側ユニット１２がスロット２、４、および５でプローブ・セルを送信するとし、スロット４および５でのみＡＣＫセルが受信されるとする。スロット番号４では、スロット４および５の予約を承諾するＡＣＫが到着する。スロット番号５では、送信側ユニットがそのセルの送信を開始できる。後続のフレームでは、スロット番号４および５の両方を用いることができる。

このようにして接続が確立されると、リモート（被呼側）・ユニット１４は、受信シーケンス番号と関連付けられた特定の最小レートでＡＣＫを送信する必要がある。このＡＣＫは、予約されたスロットのうちのいくつかで（イン・バンド）、または他のいくつかのスロットで（アウトオブバンド）送信される。前者のほうが信頼性が高いが、前者は既存の接続の帯域幅を消費する。後者は、前者ほど信頼性が高くなく、他の接続および接続要求との衝突を引き起こしてスループットを下げる可能性がある。

無線ユニット１２は、次の工程を実行する。（ａ）送信用データを等長のデータ・セル２２６、２２７として形成する（論理ユニット１２０はそれらを等長のセル２４２、２４３、２４５として形成する）。（ｂ）第１の型識別子（プローブ・セル識別子）を有するフィールド２５１を含む第１のセル２４２を、第１のフレーム（たとえば、フレームＮ）における第１の選択された時間（たとえば、スロット１）に、通信チャネルに送信する。（ｃ）（フレームＮ＋１において）第１のセルの肯定応答の受信を待つ。（ｄ）肯定応答が受信されない場合に、第２のフレーム（たとえば、フレームＮ＋２）における第２の選択された時間（たとえば、スロット２）に、第１の型識別子を含む第１のセル２４２を再
送信する。（ｅ）肯定応答が受信されるまで、別の第２の選択された時間（たとえば、スロット３、４、５など）を用いて工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返す。（ｆ）工程（ｂ）から（ｅ）の結果として選択された時間に対応する、後のフレーム（たとえば、フレームＮ＋３、Ｎ＋４など）における時間に、追加データを含む一連の追加セル２４３、２４５を送信する。この一連の追加セルの各セルは、第２の型識別子を有するフィールド２５１（ＡＣＫ付きデータまたはＡＣＫなしデータ）を含む。

表現を少々変えると、次の工程が実行される。（ａ）あるフレームにおける、受信された表に基づいて選択された時間を選択する。（ｂ）第１の型識別子を含む第１のデータ・バーストを、選択された時間に、通信チャネルに送信する。（ｃ）第１のバーストの肯定通知が受信されるのを待つ。（ｄ）肯定応答が受信されない場合に、肯定応答が受信されるまで、第１の型識別子を含む第１のデータ・バーストを再送信することを含めて、別の選択された時間を用いて工程（ａ）を繰り返し、後のフレームで工程（ｂ）および（ｃ）を繰り返す。（ｅ）その選択された時間に対応する、後のフレームにおける時間に、追加データを含む一連の追加バーストを送信する。この一連の追加バーストの各バーストは第２の型識別子を含む。

第１の無線ユニット１２を操作する方法が提供され、この方法はさらに、送信用データを等長のセル２４２、２４３、２４５として形成する工程と、第１のフレームの選択された時間に、第１のデータ・セル２４２を通信チャネルに送信する工程と、第１のセルの肯定応答が受信されるのを待つ工程と、肯定応答が受信された場合に、選択された時間に対応する、後のフレームにおける時間に、追加データの一連の追加セル（２４３、２４５）を送信し、個々のセルに対する個々の肯定応答パケットを個別に受信しない工程とを含むものとして説明されている。第１のデータ・セルは、第１の型識別子（プローブ・セル識別子）を有するフィールド２５１を含み、一連の追加セルの各セルは、第２の型識別子（ＡＣＫ付きデータまたはＡＣＫなしデータ）を含むフィールド２５１を有する。

対応する受信操作は、第１の無線ユニット１２において、第１のフレームの第１の時間に、第１のデータ・セル２４２を通信チャネルから受信する工程と、肯定応答（図示せず）を第２の無線ユニット１４に送信する工程と、第１の時間に対応する、後のフレームにおける時間に、追加データの一連の（たとえば、ブロックまたは完全メッセージの）追加セル２４３、２４５を受信する工程と、一連の追加セルを受信した後に、第１の無線ユニットから第２の無線ユニットに単一の肯定応答セル（図示せず）を送信する工程とを含む。

実際には、フレームごとに平均で小数となる数のスロットを必要とするサービスが存在するであろう。この必要な数の整数部分は、接続のセットアップ時に選択される。時間が経過するにつれ、送信バッファが構築され始める。送信側の接続工程では、キュー長の何らかのしきい値か、最大許容セル遅延に基づいて帯域幅の追加を要求することを選択することが可能である。これは、何かに利用される可能性に備えて予約されていないスロットにプローブ・セルを送信することによって達成される。このプローブ・セルが受信された場合は、次のフレームの同じスロットにおいて、リモート側がＡＣＫを返す。

一組のスロットを使用していた接続がセルを使い切ると、それらのスロットは解放され、他の接続およびユニットでの使用が可能になる。その解放の工程では、ユニットは、すべてのパケットが宛先で受信されたことをあらかじめ確認したうえで、セルの送信を停止することだけを行う。ここでは、接続を閉じることがセッション全体を終了することを意味しないことに注意されたい。接続を閉じることは、一組のスロットを使用していた現在のメッセージまたはブロックが正常に送信されたことだけを意味する。

図５は、図２のプロセッサ１３０によって実行される副工程を示す。２つの通信ユニット（たとえば、ユニット１２および１４）のそれぞれにおいて同一の工程が実行される。この図は、データ層２２１と通信するディスパッチ工程２６０と、第１および第２の接続工程２６１および２６２と、チャネル・アクセス制御工程２６３と、競合アクセス・キュー工程２６４とを示す。工程２６１には「接続工程１」というラベルが付けられ、工程２６２には「接続工程ｎ］というラベルが付けられている。これらは、確立される接続ごとにそのような工程が存在することを示している。そのような各工程はデータの２方向フローを扱う。

各工程２６１、２６２（および他の接続工程）は、ＲＡＭ １３１内に形成された、出力される予約済みアクセス・キュー（ＲＡＱ）２７０を含む。ＲＡＭ １３１では、メッセージが、ＣＡＣ ２６３のサービスを受けるために待機している。各接続工程は、通信ユニットにおける少なくとも１つのリモート・ピア工程と通信する。すべての接続が同一の機能性を有する。

ディスパッチ工程２６０の動作は、データ層２２１からデータ・セルを受信することと、それらを適切な接続工程にディスパッチすることである。接続工程２６１および２６２の動作は、各データ・セル２２６、２２７をバッファリングしてからＣＡＣ工程２６３に送り出すことと、ＣＡＣ工程２６３からデータ・セル２２６、２２７を受信し、それらを、欠落のないシーケンスでデータ層２２１に引き渡すことである。シーケンスから外れて受信されたセルがある場合、それらは、より小さいシーケンス番号のセルが受信されるまでバッファリングされる。

ディスパッチ工程２６０は、データ層２２１からの各データ・セルのヘッダに格納された情報に基づいて、図５に示すように、データ・セルをそれぞれに対応する接続工程に引き渡す。新しく到着したセルに対応する接続工程が存在しない場合は、新しい工程が生成される。

各初期化後、接続工程２６１が、競合アクセス・キュー工程２６４（ＣＡＱ）にあるキューに接続確立セルを送信する。ここで、すべての帯域幅要求が、ＲＡＭ １３１に形成されたファーストインファーストアウト（ＦＩＦＯ）バッファ２７１で処理される。ＣＡＣ ２６３は、送信を決定するたびに、ＣＡＱ工程２６４からヘッド・オブ・ライン・パケットを送信する。

次のフレームの同じスロットより前にＡＣＫが受信されると、接続が確立されたと見なされる。ＡＣＫが受信されない場合は、ＣＡＣ ２６３がＣＡＱ工程２６４に接続確立セルを再挿入する（工程２７２）。

接続確立セルが無線ユニット１４によって受信されると、そのユニットにあるＣＡＣが、まず、着信した要求に対応する接続工程が既に存在するかどうかを調べる（これは、接続中にバースト内ギャップがあった場合に可能である）。着信した要求が新しい接続要求である場合は、新しいリモート工程が生成される。このリモート工程の第１のアクションは、ソースにＡＣＫを返信することである。ＡＣＫの実際の送信は、すべてのスロット予約が到着できるように遅延される。これは、ソース工程が１フレーム内に複数のスロットを予約した場合に起こりうる。したがって、リモート接続工程は、１フレーム期間（実際には１スロット少ない）待ってから、すべての予約に対するＡＣＫを送信する。これは、ＲＡＱにＡＣＫを置き、ＣＡＣがそれを次のフレームに送信するのを待つことによって実行される。

各セルは、接続工程がデータ・セルをデータ層に引き渡すことを可能にするシーケンス
番号２５３を含む。セルがシーケンスどおりに到着すれば、キューイングは不要である。セルがシーケンスから外れて到着すると、そのセルは、より小さいシーケンス番号のセルが受信されるまでバッファ２７３でバッファリングされる。このバッファ（キュー）は、アウトオブシーケンス・キュー（ＯＱ）と呼ばれる。バッファリングされているセルのシーケンス内のセルが、あらかじめ決められた期間内に受信されない場合は、そのセルが、（可能であれば）バッファに格納されているセルから、誤り符号を用いて再構築される。あらかじめ決められた数のセルが、あらかじめ決められた時間ウィンドウまたはセル・ウィンドウ内で受信されない場合、それらのセルは復元不可能であり、受信側の接続工程がソース・ユニットに対して否定応答（ＮＡＣＫ）を速やかに開始する。したがって、たとえば、各１５個のセルのうち３個が復元可能である場合に、４個の復元不可能なセルが素早く連続して受信されると、その符号化されたブロックの残りのセルの受信を待たずにＮＡＣＫが送信される。そのメッセージを受信している間、受信工程は、送信側ユニットによる調整を目的として、個々のセルを受信できなかったことを通知（ＮＡＣＫ）できる。

接続のタイプに応じて、受信側ユニットから送信されるＡＣＫの周波数を変えることができる。前述のように、ＳＡＭＡフィールド２５１には、受信側エンティティにＡＣＫを明示的に要求するための備えがある。このＡＣＫは、「アウトオブバンド」または予約されたスロットでの送信が可能である。接続の品質が低下し、セルがＯＱバッファ２７３への蓄積を開始すると、送信側ノードが明示的なＡＣＫを要求できる。

セルがＲＡＱ ２７０への蓄積を開始すると、発呼側接続プロセッサが追加帯域幅の要求を発行できる。この要求は、競合モードで（すなわち、ＣＡＱ工程２６４を経由して）送信される１つまたは複数の追加帯域幅要求セルからなる。被呼側接続工程は、接続確立要求の場合と同様に、すなわち、予約された時間のうちのいずれか１つの時間にＡＣＫを送信することによって応答する（１つまたは複数の要求セルに対する応答として、１つのＡＣＫだけが送信される）。

ソース・ユニットにおいてＮＡＣＫが受信されるか、ソース・ユニットにおいて期待されるＡＣＫが受信されないためにセルのブロックが受信されたと確信をもって結論づけられない場合、ソース・ユニットはセルのブロックを再送信する。肯定応答の受信失敗を受けての再送信は、セル・ベース、ブロック・ベース、またはメッセージ・ベースで実行可能である。

ＡＣＫセルは、何らかの付加誤り符号セルで保護されているとは限らず、たとえば、別の無線ユニットからのプローブ・セルとの衝突によって失われる可能性があるため、このシステムにおける潜在的弱点である。第２の無線ユニット１４からのデータ・セルのブロック（または完全メッセージ）が第１の無線ユニット１２において受信された後、第１の無線ユニット１２からＡＣＫセルが送信されたものの、それが第２の無線ユニット１４において受信されない場合、ユニット１４はブロック（またはメッセージ）を再送信する。これは、ブロックが既に受信されている場合には無駄である。「応答および拒否」と呼ばれる特殊な肯定応答タイプが作成される。これは、ＳＡＭＡフィールド２５１に特殊なインジケータを設けることによって作成される。各プローブ・セルは、メッセージ番号を定義する番号を搬送する。無線ユニット１２がプローブ・セルを受信し、ＳＡＭＡフィールド２５１内のメッセージ番号が、受信および肯定応答したばかりのメッセージのメッセージ番号と同一であることがわかった場合、無線ユニット１２は、セルを応答および拒否インジケータとともに送信する。ユニット１４は、このインジケータを受信すると、残りのメッセージの送信を停止する。ユニット１２においてそのシーケンスでのセルの受信がさらに続く場合、ユニット１２は、再送信を停止させるために何度でも必要なだけ応答および拒否インジケータを送信できる。各無線ユニットは、他のノードに関する情報の表と、それらのノードから受信した最後のメッセージを保持する。

このようにしてデータ・セル２４２、２４３および誤り符号セル２４５などが無線ユニット１２において受信され、データ・セル２４２、２４３に対する誤り訂正が、誤り検出回路１１５によって、誤り符号セルを用いて実行される。誤り訂正後にデータ・セルが信頼できるように受信されると、単一のＡＣＫセルが返信される。一連の追加セルのうちの前に受信されたセルが再度受信されると、プロセッサ１３０が、その、前に受信されたセルが既に受信されていることを識別し、第１の無線ユニット１２が型識別子（応答および拒否）を第２のユニット１４に送信して、そのセルが前に受信されていたことを知らせる。前述のように、この識別の工程は、プロセッサ１３０において、受信されたセルに含まれるメッセージ番号を、前に受信されたセルのメッセージ番号と比較して、一致があるかどうかを調べる工程を含む。この比較は、新しい送信の第１のセルに対して実行されることが好ましく、そのセルがプローブ・セルであって、ＳＡＭＡフィールド２５１のプローブ・セル・インジケータで識別されることが好ましい。

すべての接続工程が、ＣＡＱ工程２６４で保持される、単一の競合アクセス・キューを共用する。このキューは、予約された帯域幅を有しないパケットが置かれるＦＩＦＯキューである。各接続工程は、予約されたアクセス・キュー（ＲＡＱ）２７０を有する。ＲＡＱは、接続工程が、予約された帯域幅を用いて送信されるデータ・セルを置くＦＩＦＯキューである。

ＣＡＣ工程２６３の動作は、チャネル・アクティビティを追跡し、スロット同期を達成することと、適用可能であればフレーム同期を達成することと、スロットにＢＵＳＹ／ＩＤＬＥ（ＢＩ）およびＡＣＣＥＳＳＩＢＬＥ／ＩＮＡＣＣＥＳＳＩＢＬＥ（Ａ／ＩＡ）とマーキングすることと、収束アルゴリズムを実行することと、セル・ロケーションと接続工程の間の対応付けを維持することと、接続確立セルに対する初期チャネル・アクセスを実行することである。このサービスは、ＣＡＱからＦＩＦＯオーダーで提供される。ＣＡＣ工程２６３はさらに、既存の接続の帯域幅拡張を実行する。このアクションは、接続確立と同様に扱われ、ＣＡＱを介してサービスが提供される。さらに、ＣＡＣ工程は、予約されたインバウンド・スロットにおけるセルの欠落を検出する。この情報は、接続工程が送信側に否定応答（ＮＡＣＫ）を送信するために用いることが可能である。

チャネルの時間的視野は、必要な同期情報２３０およびトレーラ２３１を有する単一のデータ・セルをそれぞれが収容する複数のスロットに分割されると見なすことができる。ＣＡＣ工程２６３は、チャネル・アクティビティを２つの方法、すなわち、チャネル電力検知を用いる方法および／またはＡＣＫを受信する方法によって追跡するが、前述のように両方を用いることが好ましい。

フレーム同期は、関与しているすべてのノードが、フレームの開始タイミングを認識していること、すなわち、それらのノードがスロットの同じ番号づけを用いていることを意味する。フレーム同期は強化機能であるが、プロトコルの正しい動作には必須ではない。

概念上のフレーム内の時間ロケーションにマーキングを施すことは、プロセッサ１３０によって実行される工程の重要な動作であり、この目的のために、図６に示すように、表２８０がＣＡＣ工程２６３によって維持される。図６は、ＲＡＭ １３１に格納される表を示し、この表は、フレーム内の各時間ロケーションに対応する列を有する。簡単のために、表２８０は単一ノードの干渉状態を示しているが、本発明の好ましい実施形態では、表は、各近接ノードについても同様に保管される。この表は、例としてフレーム内の８個のロケーションを示しているが、さらにこれらに続くロケーションが考誤りれる。各ロケーションは、セルの開始時間を表す。フレーム内のロケーションの数は、収容可能なセルの数より少なくはなく、５個以上５０個以下であることが好ましい。フレーム内のロケー
ションの数は、収容可能なセルの数より少なくはなく、５個以上５０個以下であることが好ましい。したがって、たとえば、フレーム長が１６セルに等しく、表がセル長の１／４の分解能でセル・ロケーションのレコードを保持するとすれば、表は６４列になる。

ＣＡＣは、多様な方法でそのフレーム・リファレンス内のスロットを格付けできるが、特定の規則に従うことが好ましい。ユニットは、送信していない間はチャネルをリスンしているものとする。検出された電力レベルに基づいて、各スロットにＢＵＳＹ（Ｂ）またはＩＤＬＥ（Ｉ）とラベルを付けることが可能である。その決定のためにしきい値が利用可能であり、しきい値は、測定可能範囲内の任意の値をとることが可能である。ノードが送信または受信を行うスロット（たとえば、図６のスロット番号１、２、６、および７）はすべてＢＵＳＹとマーキングされる。それとは無関係に、各スロットは、以下の方法で、アクセス可能（Ａ）またはアクセス不可能（ＩＡ）とマーキングされる。最初は、すべてのスロットがアクセス可能とマーキングされる。スロットがアクセスされると、そのスロットはアクセス不可能（ＩＡ）とマーキングされる。ＡＣＫが受信された場合、そのスロットは、接続が解放されて再度アクセス可能とマーキングされない限り、アクセス不可能のままである。（最初の送信の終了から１フレームの期間など）指定の時間内にＡＣＫが受信されない場合、そのスロットは、次の３０フレーム（あるいは、それ以外のフレーム数や所定のタイムアウト値）の間、アクセス不可能とマーキングされる。

したがって、たとえば、スロット８は、電力レベルに基づいて、それがアイドル状態であることを示すが、アクセスが試行されて、ＡＣＫが受信されず、アクセス試行から３０フレーム経過していないのでアクセス不可能のままである。この状況は「隠れ音」と呼ばれ、これが生じるのは、たとえば、リモート通信ユニット（たとえば、ユニット１４）においてスロットがアクティブになったものの、距離があるために、送信側ユニット（たとえば、ユニット１２）からはアクティブと検知されない場合である。スロット６がビジーとマーキングされていて、アクセス可能であることにも注意されたい。これは、最後の３０フレームの間はそのスロットへのアクセスが試行されていないが、そのスロットの間の受信信号強度がアクティブであることを示していることを表している。アクティブでなくなり、ビジー／アイドル・状態が変化すれば、スロット６へのアクセス試行が可能になる。

電力レベルの測定と、表２８０におけるスロットのビジー／アイドル・状態の記録は必須ではないが、場合によっては、性能を強化するために行うことが可能であることに注意されたい。より重要なのは、アクセス可能／アクセス不可能状態の記録である。

接続確立のセルに対してＡＣＫが受信されると、アクセスされたスロットが、そのセル（パケット）を送信した接続工程に関連付けられる。たとえば、図５では、スロット番号１および２が接続工程１に関連付けられ、スロット番号７が接続工程２に関連付けられる。そこで、次のフレームで同じスロット番号が来たときに、ＣＡＣ工程２６３が特定の接続工程のＲＡＱバッファ（たとえば、工程２６１のＲＡＱ ２７０）をポーリングして、保留中のパケットがないかどうかを調べる。複数のパケットが待機している場合は、キューの先頭にあるパケットがフェッチされる。ポーリングした時点でパケットが存在しない場合、ＣＡＣ工程２６３は、スロットが終了するのを待ってから、その宛先がパケットを送信する番かどうかを確認する。現在のスロットにパケットが到着しない場合、ＣＡＣ工程２６３は、接続が解放されていると見なす。このことが接続工程に通知され、接続工程は、パケットが接続確立セルとして到着したときに次のパケットを送信すると見なされる。

新しい接続か、既存の接続の新しいバーストが開始されると必ず、ＣＡＣ工程２６３が接続確立セルをリモート工程に送信する。このようにして、ＣＡＣ工程２６３は、この接
続に用いる帯域幅を予約する。ＣＡＣ工程２６３は、最初の送信を行うために、アクセス可能なスロットのセットからの選択を行わなければならない。どのスロットがアクセス可能かを決定するために、チャネル電力検知から得られる補助情報を用いることが可能である。ＣＡＣ工程は、表２８０にあるアクセス可能なスロットを循環的順序でアクセスして、アクセスするたびにただちに、送信するかどうかのランダム２分決定を行う。この手続きでは、アクセス不可能スロットはスキップされる。ランダムな結果が「１」の場合、ＣＡＣ工程２６３は、現在のスロットでパケットを送信する。ランダムな結果が「０」の場合は、次のアクセス可能スロットがアクセスされる。

特定の接続について、予約されたアクセス・キュー（ＲＡＱ）２７０の構築が開始されると、その接続アクセス工程が帯域幅拡張要求を開始することが可能である。この要求は、競合アクセス・キュー（ＣＡＱ）工程２６４のバッファ２７１にセルが置かれること以外は、ＲＡＱ ２７０に置かれる通常の送信要求と同じである。

物理層のトレーラ２４６にある誤り・チェック番号は、受信セルの正しさについての受信機側での内部評価を考慮したものである。誤り訂正を物理層２２０で行うことにより、複数のセルに広がる可変レート非バイナリ・誤り訂正符号が提供される。これにより、セルの復元が可能になり、セル損失に対して頑強でありえる。このことは特に、前述の新規で斬新な工程を考慮すると有用であり、アイドル時間スロットのアクセス可能性については実験が可能である。

このように機能を組み合わせることにより、チャネルにアクセスしようとするユニットが、データ・セルを送信し、肯定応答を待つことが可能になる。送信されたセルが、別の会話に属するセルとチャネル上で衝突しても、その通信の誤り符号化が損失セルの復元に十分なので、その別の会話には影響を及ぼさない。その間、チャネルにアクセスしようとするユニットは、肯定応答をまったく受信せず、次のフレーム期間にそのセル・ロケーションまたはスロットを用いない。肯定応答が受信されると、開始側ユニットは、その時間スロットが利用可能であると結論づける。無線ユニットがチャネルをフレームに細分しているので、スロットの使用可能性は後続のフレームにおける同じスロットの使用可能性を示し、ユニットは、後続のフレームの同じスロットでセルを送信し続けることが可能である。それぞれの後続セルに対する個別の肯定応答は、チャネル・リソースの浪費につながるので不要である。その代わりにプロトコルは、一連のセルに肯定応答する方式や、返信チャネルのデータ・セルに肯定応答を含める方式など、様々な方式を考慮している。

以上、多数の異なる無線ユニットが、無線チャネル上で同時にインタリーブされる多数の異なる通信によって、無線チャネルに非同期アクセスすることを可能にするシステムについて説明してきた。

数学的モデリングは、Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡなどの既存の方式に対して著しく有利な点が本方式にあることを示す。最大でＬ個のパケット（セル）が失われる可能性があるが、メッセージ全体が失われるわけではなく、符号化メッセージ内のパケット数がＮであり、情報パケット数がＫである（したがってＫ＋Ｌ≦Ｎである）方法でメッセージが符号化される場合について、図７は、Ｎ、Ｋ、およびＬの４通りの組み合わせについて、システムのスループット（Ｓ）を、全体容量に対する割合で示す。各組み合わせにおいては、最適な符号レート（Ｋ／Ｋ＋Ｌ）、すなわち、選択されたメッセージの全体長に対するスループットが最大になる符号レートを用いている。このモデルでは、簡単のためにチャネルにスロット構造を適用しており、同じく簡単のために、ノードが複数のパケットからなるメッセージを有する場合、ノードは１つのパケットを送信し、次のスロットでＡＣＫをリスンするものとする。ＡＣＫが受信されると、残りのパケットがただちにシーケンスどおりに続き、フレーム構造は適用されないものとする。ＡＣＫが受信されない場合は、
ランダム遅延の後、再試行が行われる。

４つのカーブの値のセットは、以下のとおりである。
カーブＡ：Ｎ＝２０、Ｋ＝１３、Ｌ＝６
カーブＢ：Ｎ＝４０、Ｋ＝２９、Ｌ＝１０
カーブＣ：Ｎ＝８０、Ｋ＝５９、Ｌ＝２０
カーブＤ：Ｎ＝１００、Ｋ＝７９、Ｌ＝２０
カーブＡ〜Ｄに対して前に定義された符号レートはそれぞれ６８％、７４％、７４％、および８０％であり、前に定義された符号の「深さ」（Ｌ／Ｎ）はそれぞれ３０％、２５％、２５％、および２０％である。

このモデルは、メッセージ到着レート（Ｇ）が増えるにつれて、スループット（Ｓ）が最大となることを示す。メッセージ・サイズが大きいほど（Ｎの値が大きいほど）、所与のパケット転送レートに対するアクセス試行の割合が小さくなるので、スループットが大きくなる。このモデルは、全体容量の４８〜７０％のスループット・レートが即座に達成可能であることを示す。Ｓｌｏｔｔｅｄ ＡＬＯＨＡの場合の同様のモデルは、最大スループット・レートが全体容量の約３６％であることを示す。

毎日の通信利用の分析によれば、通常の音声通信は、平均２．５秒の長さのトーク・スパートの形で発生する。そのようなトーク・スパートの１つは、６４Ｋｂｐｓでは４１７個のセルを必要とする（これらの長さは指数関数的に分布する。一方からの各スパートには、やはり指数関数的に分布する２．５秒の沈黙が続き、その後、他方からの別のトーク・スパートが続く）。通常のデータ使用は、メッセージの平均の長さが１２０オクテット（３個のセル）のアップリンクである（指数関数的に分布する）。各アップリンク・データ・メッセージの後には、非アクティブである未知の期間が続き（ホスト・ネットワークの応答時間：通常０．５〜２秒）、その後に、平均５０００オクテット（１０４個のセル）を含み、やはり指数関数的に分布するホスト応答が続く。もちろん、これらの図は例に過ぎず、様々なタイプの使い方をすることによって様々な挙動が見られる。

図７でモデル化して示された本システムが音声およびデータの通信に好適であること、ならびにトーク・スパートおよびデータ・メッセージの長さ（それぞれ４１７個のセルと１０４個のセル）が、スループットがより大きいことの恩恵を得ることに関してＮが十分に大きいメッセージに配置された一連のセルによってサポート可能であることが理解できよう。ビデオ通信は主として固定レートであるが、場合によって可変レートであり、開始時だけでなく送信の進行中にもレートのネゴシエートが可能である。ビデオ送信は、一般に何分も続く。本システムは、ビデオ通信をサポートすることにも好適である。

ここまで記載した無線データ・システムは、説明したとおり、多くの特長や利点を有するが、たとえば、データ・ネットワーク１０と、サイズの異なるパケットを有する別のネットワーク１１とが重なり合った場合に起こる問題に対処するなど、さらに改良を加えることが可能である。

チャネルへの送信の順序は、すべての送信が、基本フレーム・レート（またはそのフレーム・レートの倍数または約数）に対して選択されたレートで、一定の間隔で行われ、かつ、占有されない時間が、連続する一塊りに集中するように収束することが望ましい。これを図８に示す。

図８は、タイム・ライン３０１とともに続くチャネル３００を示す。図では、チャネル３００は、フレーム・マーカ３０２、３０３、および３０４によって時間分割されている。タイム・ライン３０１は、フレーム・マーカ３０４、３０５、および３０６によって分
割されている。チャネル３００およびタイム・ライン３０１は、第１および第２のシナリオでのチャネルを表す。フレーム・マーカは、チャネル上での何らかの物理的送信を表すものではなく、一定間隔の時間マーカである。チャネルがフレームに分割されていること、および受信機と送信機のそれぞれが同じフレーム長に対して動作していれば受信機と送信機との間でフレーム・マーカの位置が同期していなくてもよいことは、データ・システムの特徴である。この結果として、受信機は、所望のセルがフレーム長に等しい長さで時間分割されているので、同じ仮想回路に属するセルをシーケンスどおりに識別することが可能である。

図８では、３つの仮想回路が確立されている。すなわち、３つのペアの無線ユニットがチャネル上で同時に会話を実行している。図の例では、３つのペアの無線ユニットはすべて、図１の同じネットワーク１０（セットＡ）からのものである。３つの仮想回路は、図８では参照符号Ａ１、Ａ２、およびＡ３で表されている。Ａ１で表された第１の仮想回路は、フレーム・マーカ３０２および３０３で区切られたフレームのセル３１０と、フレーム・マーカ３０３および３０４で表されたフレームのセル３１３とを含む。セルは、各フレームの同じ位置に現れていることがわかる。同様に、セル３１１は、Ａ２で表された第２の仮想回路のセルであり、セル３１４は、同じ仮想回路の次のセルである。図は、一律の縮尺に従っていない。

セル３１１とセル３１２の間にギャップがあるのが見られる。このギャップは、さらに別の仮想回路のセルに用いることが可能であろう。
図示された例では、セル３１１とセル３１２の間に、ネットワーク１１からのより大きなセル１９（図１）が挿入されるのに十分な余裕がない。したがって、システムにおいて通信を行うユニットが、それぞれの送信するセルの位置をより効率的な方法で調整することが、本発明の好ましい実施形態の特徴である。

このことは、図示された例では、セル３１５を送信するユニットが、矢印３１６で表されるように、セル３１５が図示された位置より左の位置で送信されるようにすることによって達成される。これは、新しいロケーションでプローブ・セルを送信することによって行われる。ＡＣＫが受信されれば、そのシフトは成功である。ＡＣＫが受信されない場合、ユニットは、前に占有したロケーションを用いることに戻るか、別のロケーションで試行する。送信されるセルのロケーションのシフトが成功した後、後続のセル３１７、３１８、および３１９が、それぞれの間に空のロケーションがない状態で連続していることがわかる。３５５の下半分の、タイム・ライン３０１の続き部分の、セル３１９の後と次のセル３２４の前にギャップ３２０ができているのが見られる。図１のネットワーク１１（セットＢ）にある別の無線ユニットが、このギャップを検知し、より大きなセルでの送信を必要とするユニット（たとえば、ユニット１３）が挿入されるのに十分な大きさのギャップであると決定することが可能である。これにより、フレーム・マーカ３０５および３０６の間の次のフレーム（またはより後の時間）に、ユニット１３が、そのより大きなセル３３０を、生成されたギャップの間に送信することが可能である。

セル３１５を送信するユニットは、そのセル送信を、一度に１セル長の端数分だけ、または図示されているように、一度に１セル長の単位でシフトするよう試みることが可能であることに注意されたい。

したがって、様々なセル・サイズで動作しているネットワークが共存している場合に効率のよい並べ方が実現されている。
チャネルが前述の状態で安定化されているとして、新しい端末（たとえば、図２の端末１２）が通信を開始しようとする場合、その端末は、図９に示された工程を実行する。この端末は、工程４００から始まるプログラムをマイクロプロセッサ１３０で開始する。工
程４０１では、端末は、チャネルの複数のフレームをリスンし、任意でキャリア・センス・メカニズムを利用し、それによって、使用可能なチャネル時間のロケーションを推定する。工程４０２では、表が作成され、ローカル・ユニットに送信される。前述のように、この表は、新しい端末の干渉状態を含む。工程４０３では、この表がすべてのローカル・ユニットに通知されて、それらのユニットに、新しいユニットの干渉状態が通知される。新しいユニットは、その干渉状態を通知するとともに、すべての近接ユニットの干渉状態を受信し、Ｐｒｏｂｅ送信時（工程４０４）に用いるためにバッファリングしていることに注意されたい。次に、工程４０５では、新しい無線ユニットが、その送信される初期データを、無線データ・セルのグループに編成する。次に、工程４０６では、新しい無線ユニットが、送信のエントリ・レート（比較的低いレート）で符号ワードを形成する。このエントリ・レートは、物理層２２０において追加ＦＥＣセル２４５の割合を大きくすることによって、セル損失を高いレベルで保護する。次にユニット１２は、その送信機１０１から所望のセル・レートで（好ましくはフレームあたり１セルのレートで）セルを送信する。工程４０７では、ユニット１２は、プローブ・セルを送信し、連続する各フレームにおいて異なるランダムなロケーション（すなわち、時間）を選択する。言い換えると、ユニット１２は、フレームごとに「時間ホッピング」を行う。

図９のプログラムは、図１０に示された収束サブルーチン４０８に入る。ユニット１２が通信する相手の無線ユニット（たとえば、ユニット１４）は、個々のプローブ・セルがそれぞれ成功したか失敗したかを無線ユニット１２に通知する。無線ユニット１２は、個々のセルに関するその通知を受信する。誤り復元保護のレベルが高いので、失われたセルは復元されると見なすことが可能である。工程４２０では、プログラムは、未試行の時間ロケーション（スロットまたはスロットの端数）が残っていないかどうかを調べる。未試行のロケーションがいくつか残っているとすると、無線ユニットは、工程４２１で、それまでと同様に次のブロックのセルを送信するが、このときは、セルが失われていること、または前にビジー・セルがユニット１４によって識別されていることを図６の表２８０が示している、フレーム内の時間ロケーションを避けて送信する。この領域にある他の端末（たとえば、図１の端末１５および１６）は、重要なデータをまったく失っていないことに注意されたい。これは、それらの送信も、新しい無関係なトラフィックに対応するのに十分なレベルの誤り訂正によって、ここで説明されているようにカバーされるからである。

工程４２２では、所望のレートで通信を続行するために十分良好なロケーションが表２８０で識別されているかどうかの決定が行われる。工程４０９、４２０、および４２１は、十分な数の良好なロケーションが見つかるまで繰り返すことが可能である。この状況に至る前に、工程４２０で、フレーム内のすべてのロケーションが試行済みであることが判明した場合、プログラムは工程４２４に進む。工程４２４では、フレーム当たりのセル・レートが低減され、後続のセルが、成功したセルの時間ロケーションで送信される。失敗したセルの時間ロケーションは避けられる。工程４２２の後、十分良好なロケーションが見つかった場合は、図１０に示された時間ロケーション・シフト・ルーチンが開始される（工程４２６）。時間ロケーション・シフト・ルーチンの後、または工程４２４の後、フレーム当たりのセル・レートが設定され、好ましいセル・ロケーションが設定され、図１０のプログラムが図９に戻って、符号レート増加ルーチン（工程４２９）および定常状態ルーチン４３０が実行される。

図１０の工程４２６および図１１に、時間ロケーション・シフト・ルーチンを示す。このルーチンでは、工程４５０が、チャネル検知によって、フレーム内の最大ギャップ（たとえば、図８に示されたギャップ３２０）を識別するよう動作する。工程４５２は、ギャップの一方または両方の側のセルの新しい位置を選択する。図８に示された例では、セル３１９の新しい位置を選択するのは、仮想回路Ａ３で通信を行うユニットである。図８で
、仮想回路Ａ２で通信するユニットがセル３１４を右に動かすように構成することが可能である。時間ロケーション・シフトの方向および量については、指定するか、ランダム化することが可能である。図１１の工程４５４で、シフトされたセルの成功の肯定応答があった場合は、工程４５０および４５２を繰り返すことが可能である。時間シフト試行が失敗した場合は、通信ユニットから否定応答が返され、工程４５４から工程４５６に移り、無線ユニットが、その送信のために、最後に選択した時間ロケーションに戻る。

図１１のアルゴリズムは、チャネル監視と肯定応答の組み合わせを用いて、成功ビジー・セルが時間どおりに動き、未占有チャネル時間が一塊りに集中するようにする。プログラムは、工程４５８で、図１０のプログラムを中断した箇所（工程４２６）に戻る。

図９の最後から２番目の工程（工程４２９）では、符号レート増加ルーチンが実行される。このルーチンのフロー・チャートを図１２に示す。符号レート増加ルーチンは、工程５００から始まる。このルーチンでは、工程５０１が、データに対する誤り訂正符号オーバーヘッドの割合を低減する動作を実行する。これは、たとえば、所与の数（ブロック）のデータ・セル２２６、２２７に対するＦＥＣ符号化セル２４５の割合を低減することによって実行される。

工程５０２で、セル損失のレートの増加が測定されない場合、プログラムは、工程５０１に戻ることが可能であり、誤り訂正オーバーヘッドの割合をさらに低減することが可能である。図１２は、セル損失のレートが増加しない限り、工程５０２および５０１を無限に続行することが可能であることを示しているが、誤り訂正オーバーヘッドには、それ以上の低減が必要でない所定の最小レベルが存在することも理解されよう。工程５０２の後、セル損失のレートが増加した場合は、工程５０３が、データに対する誤り訂正オーバーヘッドの割合を、工程５０１が最後に実行される前の最後の割合で再確立させる。工程５０４で、プログラムが図９のプログラムに戻り、定常状態ルーチン４３０が実行される。

このようにして、第１のデータ・セルが第１のユニット１２から第２のユニット１４に送信され、送信された、所定の数（たとえば、１５または１８）の第１のデータ・セル２２６、２２７に対して、第１の数（たとえば、３）の誤り符号セル２４５がさらに送信される方法が提供される。第１のデータ・セルの受信の成功を示す制御情報が、第２のユニット１４から（ＳＡＭＡフィールド２５１で）受信される。第２のデータ・セルが送信され（図示せず）、同じ所定の数（たとえば、ここでも１５または１８）の第２のデータ・セルに対して、第２の低減された数の誤り符号セル（たとえば、２つの誤り符号セル）が送信される。同じ総ブロック長の代わりに、より大きな割合のデータ・セルが送信される。

図１２のそれと同様に、対応する誤り符号レート低減ルーチンが提供され、このときは、通信ユニットから受信されたＮＡＣＫによって開始されるか、ＡＣＫがないことによって開始される。このルーチンは、第１のユニット１２において、第２のデータ・セルの受信の失敗を示す制御情報を第２のユニット１４から（ＳＡＭＡフィールド２５１で）受信する工程と、第３のデータ・セルを送信する工程と、同じ所定の数の第３のデータ・セルに関して、第２の低減された数より大きい第３の数の誤り符号セル（たとえば、３個の誤り符号セル）を送信する工程とを含む。同じ総ブロック長の代わりに、より大きな割合の誤り符号セルが送信される。

定常状態ルーチン４３０では、フレーム・ロケーション（スロット）が循環的順序でアクセスされ、所与のロケーションのアクセス可能性を求める送信許可（すなわち、プローブ）がランダム２分決定により得られる。所与のロケーションで許可が得られる確率は、あらかじめ定義された確率値と同等程度である。ロケーションがアクセスされてＡＣＫが
受信されない場合は、図６の表で、そのロケーションにアクセス不可能のマーキングが行われる。

定常状態に入っている無線ユニットは、使用可能な最大の時間セグメントを基本フレームの一端の方向に動かすことによって、そのセグメントのサイズを最大化するように動作することを期待される。無線ユニットは、他の送信側ユニットへの接近を検知するために、各セルの送信時間をわずかに（セルのわずかな端数分だけ）変動させて、最大変動時のセルが失われた場合に前進を停止する。

記載の構成は、チャネルの使用可能性を探るためにチャネル上の他のユニットからの信号を復号化することも、チャネル上のアクティビティを検知することさえも不要であるという有利点を有することに注意されたい。セルを送信するロケーションを探る試行は、孤立セル上の他のユーザに対する干渉を引き起こすが、それらは復元可能である。回路セットアップの発信元は、ＡＣＫが受信されたかどうか、したがって、需要の多いチャネルの容量が使用可能かどうかについての決定を下す。

本発明の代替実施形態では、干渉のない受信に対して実際の時間スロットを与える必要がないことに注意されたい。その代わりに、所望の受信のための単純な時間枠をローカル・ノードに通知することが可能である。図１４はこれを示す。前と同様に、バースト内の第１のパケットが、Ｐｒｏｂｅパケットと呼ばれる。ノードＡは、ノードＢに通知するための最適な通知時間を決定する。これは、少なくとも１フレームの間隔をリスンし、（ノードＢから送信された）アクティビティが低調な期間を識別することによって達成される。アクティビティが低調な間、ノードＡが受信を行う最適な時間はＰｒｏｂｅマップに封入される。この場合、一番最適な時間は、Ｐｒｏｂｅが送信された後のＴ_ｒである。ノードＢがＰｒｏｂｅを正常に受信すると、ノードＢは、Ｐｒｏｂｅパケットの受信を開始してからちょうどＴ_ｒ後にＣＴＳ（受信準備完了（Ｃｌｅａｒ−ｔｏ−Ｓｅｎｄ））を送信することによって応答する。ノードＢはさらに、ノードＡの新しい干渉プロファイルを入力することによって、その表を更新する。このＣＴＳメッセージは、データ・パケットをノードＢに送信する最適時間（この場合はオフセットＴ_ｃｏｒｒが一番最適な時間）を識別する別のマップと、Ｐｒｏｂｅメッセージのために用いられる電力を増大させるかどうかを送信機に示す電力制御状態とを含む。これらのデータ・パケットは一定間隔Ｔｆで送信される。さらに、ＣＴＳメッセージを受信した後のノードＡは、その表にある、ノードＢの干渉プロファイルを更新し、その電力制御情報を用いてデータ・メッセージを送信する。

このプロトコルはさらに、ノードＡおよびＢが必要に応じてデュプレックス接続をセットアップすることを可能にし、さらに、その２つのノードによって観測されるチャネルの変化を補償する。このプロトコルは、ＳＡＭＡの特徴である準周期的特性には違反しない。それは、そのデータ転送フェーズが基本的エチケットの場合と同等のままで、そのチャネルを用いる通信機器の集合体の全体性能を向上させるからである。

図１５は、図１４で示された通信システムの動作を示すフロー図である。前述のように、通信システム内の各ユニット／ノードは、同じ周波数帯で動作する。１つのノードから別のノードへの通信は、所定の時間の間に送信を行い、その後、所定の時間をおいて定期的に送信を続けることによって行われる。この論理フローは工程１５０１から始まる。工程１５０１では、ノードが干渉状態を監視し、その周波数帯で、干渉がほとんどあるいはまったくない状態で通信を受信できる時間帯を特定する。これは、受信機１０２からのＲＳＳＩ １１２を監視するプロセッサ１３０によって行われることが好ましい。具体的には、その周波数帯を監視して、その周波数帯内でアクティビティがほとんどあるいはまったく発生していない時間帯を特定する。工程１５０３で、ノードの干渉状態の表がプロセ
ッサ１３０によって作成され、ＲＡＭ １３１に格納され、その後、すべてのローカル・ノードに通知される。前述のように、この表は、干渉が発生する使用可能なスロットおよび／または干渉が発生しない使用可能なスロットの表を含むことが可能か、単に、受信に最適な時間帯および／または準最適な時間帯を識別することが可能である。

次に、工程１５０５で、ノードが（無線通信により）すべての近接ノードから、それらの干渉状態を示す表を受信する。前述のように、この干渉状態は、干渉が発生する使用可能なスロットおよび／または干渉が発生しない使用可能なスロットを含む表を含むことが可能か、受信に最適な時間帯および／または準最適な時間帯を含む表を含むことが可能である。また、近接ノードは、あらゆるタイプの通信機器（基地局、加入者ユニット、その他の通信用受信機または送信機など）を意味することが可能であることに注意されたい。工程１５０７で、ノードは、いずれかの近接ノードとの通信が必要かどうかを決定し、不要であれば、論理フローは単純に工程１５０７に戻る。一方、通信が必要であれば、論理フローは工程１５０９に進む。工程１５０９では、ノードが、その特定の近接ノードについて格納されている表にアクセスし、そのノードへの送信に最適な時間を決定する。この決定は、その近接ノードから受信した表を利用し、その近接ノードが受信を行う最適時間を決定することによって達成される。最後に、工程１５１１で、最適時間帯の間にＰｒｏｂｅが近接ノードに送信され、アクセス手続きが前述のように行われ、情報が近接ノードに送信される。

本発明を特定の実施形態に関して具体的に図示および説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、この実施形態の形状および細部を様々に変更することが可能であることを理解されよう。そのような変更は、添付の特許請求の範囲に含まれるものとする。

重なり合う２つの通信ネットワークの地図的表現。 本発明に従って動作する無線ユニットのブロック図。 本発明によるデータ通信システムの階層を示すプロトコル図。 図３の１つの階層のトレーラの詳細を示すプロトコル図。 図２の無線ユニットにおける特定の工程の動作を示すフロー図。 図３の無線ユニットのメモリに格納されるマッピング・表。 メッセージ・サイズが様々である、本発明の好ましい実施形態のシステムの性能を示すグラフ。 図１のネットワークの動作の態様を示すタイム・ライン図。 図２の無線ユニットによって実行されるコンピュータ・プログラムの動作の態様を示すフロー図。 図９のプログラムの第１のサブルーチンを示すフロー図。 図１０のプログラムのサブルーチンを示すフロー図。 図９のプログラムの第２のサブルーチンの動作を示すフロー図。 先行技術のＳＡＭＡエチケットを示す図。 本発明の好ましい実施形態によるＳＡＭＡエチケットを示す図。 図１４で示された通信システムの動作を示すフロー図。

Claims (10)

1. 同一周波数帯で通信を行う複数のノードを含む通信システムにおいて情報を送信する方法であって、
   ノードが該周波数帯で干渉がほとんどあるいはまったくない状態で通信を受信することが可能な時間帯を含む干渉状態を決定するために、干渉を監視する工程と、
   該ノードの干渉状態の表を作成する工程と、
   該ノードの干渉状態を該通信システム内の近接ノードに通知する工程と、を含む方法。
2. 近接ノードの干渉状態を含む第２の表を該近接ノードから受信する工程と、
   該近接ノードへの送信を行う最適時間を該表から決定する工程と、
   該決定された時間帯の間に情報を該近接ノードに送信する工程と、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 干渉を監視する前記工程が、
   前記周波数帯を監視して、前記周波数帯内でアクティビティがほとんどあるいはまったく発生していない時間帯を特定する工程、を含む請求項１に記載の方法。
4. 前記表を作成する工程が、
   干渉が発生する使用可能なスロットおよび／または干渉が発生しない使用可能なスロットを含む表を作成する工程、を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記表を作成する工程が、
   受信に最適な時間帯および／または準最適な時間帯を含む表を作成する工程、を含む請求項１に記載の方法。
6. 前記ノードの干渉状態を通知する前記工程が、無線通信により、前記ノードの干渉状態を通知する工程、を含む請求項１に記載の方法。
7. 周波数帯内の干渉を監視し、干渉状態を含む表を出力するプロセッサと、
   該表を格納するメモリと、
   通信システム内の近接ノードに該表を送信する送信機と、を含む装置。
8. 近接ノードの干渉状態を含む第２の表を該近接ノードから受信する受信機をさらに含み、該第２の表がさらに前記メモリに格納される請求項７に記載の装置。
9. 前記表が、干渉が発生する使用可能なスロットおよび／または干渉が発生しない使用可能なスロットを含む請求項７に記載の装置。
10. 前記表が、受信に最適な時間帯および／または準最適な時間帯を含む請求項７に記載の装置。

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