JP3937100B2 - 共存する通信システム - Google Patents
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Description
本発明は、2つの異なった通信方法及び装置の共存の分野に関し、さらに特に、スペクトル拡散通信システムのGSM通信システムとの共存に関する。
関連技術の説明
柔軟性のある無線通信に対する拡大する需要は、無線サービスの着実に数が増加するユーザの間で使用可能な通信帯域幅を割り当てるための多岐に渡る技術の発展につながってきた。通信帯域幅を基地局とユーザ局のグループの間で割り当てるための1つの技術とは、競合を回避するために送信が時間に関して分離される、時分割多重接続(TDMA)を使用することによる。TDMA技術を利用する通信システムにおいては、1つの反復タイムフレームが、複数のさらに小さな時間単位、つまりタイムスロットに分割され、基地局とユーザ局の間の通信は、割り当てられたタイムスロット内で生じる。
通信帯域幅を割り当てるための他の技術は、送信がさまざまな周波数で発生する周波数多重接続(FDMA)及び送信が異なるコードを使用して発生するコード多重接続(CDMA)を含む。
上記技術の変形例には、周波数分割デュプレックス(FDD)及び時間分割デュプレックス(TDD)が含まれる。ここで使用されるように、FDDは、周波数に関して分離された順方向リンク及び逆方向リンクの両方を備える全二重通信を確立するための技術をいい、TDDは、時間に関して分離される順方向リンク及び逆方向リンクの両方を備える全二重通信を確立するための技術をいう。FDD、TDD、FDAM、CDMA又はTDMA、あるいはそのすべての組み合わせを使用するさまざまなシステムも提案されてきた。
現在使用されている特別なFDD/TDMAシステムは、グローバルシステムフォーモービルコミュニケーションズ(GSM)である。GSM規格に従うと、基地局とユーザ局の間の通信は、8つのバースト期間、つまりタイムスロットに分割される1つのタイムフレームで発生する。これらのタイムスロットのそれぞれでは、異なるユーザ局が基地局と通信できる。同一のタイムスロットの間に2つのユーザ局が基地局と通信を行うことはできない。GSM規格は、2つの別個の周波数バンドの使用を含む。基地局は、第1の周波数バンドで送信し、ユーザ局は第2の周波数バンドで送信する。ユーザ局の送信は、とりわけ基地局からユーザ局への伝搬遅延を考慮するために、数タイムスロット分だけ基地局の送信から遅れる。
GSMプロトコルは、遠隔装置間の送信及び受信を規定し、一般的には比較的に高いデータ転送速度での通信に適している。1.9GHz領域周辺の周波数バンドが割り当てられている欧州での統一規格であることに加えて、GSMプロトコルは試験され、使用され、頑健(ロバスト(robust))であることが判明しており、欧州でGSMプロトコルを利用する装置及びシステムの1つの実質上インストールされた基地局が存在する。米国においてはGSMプロトコルに特定の帯域幅は割り当てられていないが、それは一定の無免許の帯域幅で使用でき、欧州でのGSMに構成されたユーザ局との互換性を求めるいくつかの電話システム事業者により採用されている標準である。
あるその他の通信システムは、送信される信号が、送信中のデータの帯域幅より広い周波数バンド全体で拡散される、スペクトル拡散通信として知られる技術を利用している。スペクトル拡散通信では、データ信号は、典型的には、擬似ランダムチップコードで変調され、比較的に幅広い帯域幅で拡散される送信信号を生成する。送信された信号は、低いスペクトル密度を有し、チップコードを使用しない人にとっては、本質的には雑音のように考えられる。結果的に、スペクトル拡散通信は、送信される情報の機密保護の強化及び周辺環境で使用されるその他の敏感な無線装置との干渉の削減を実現する。
スペクトル拡散信号の性質のため、典型的には、受信機において、もとのデータを回復するために受信されたスペクトル拡散信号を逆拡散することが必要である。例えば、1つのスペクトル拡散技術では、スペクトル拡散信号の逆拡散は、受信された信号を、情報の送信の前にデータを符号化するために送信機で使用される擬似雑音コードに一致する基準コードと相互に関連させることにより達成される。初期の相関が達成された後、通常は、着信信号を、それをローカル基準コードと同期された状態にしておくためにトラッキングすることにより同期を維持することが必要である。スペクトル拡散通信は、TDMA環境で実現されてきた(1995年10月3日に発行された米国特許第5,455,922号を参照されたい)。
無線通信システムにおける一般的な問題点とは、任意の1つのシステムのユーザが移動性を持っているために、ユーザがそのプロバイダのサービスエリアを離れ、プロバイダがサービスエリアを提供していないゾーンに進入する可能性があるという点である。例えば、GSMを基礎とする装置を購入したユーザが米国に旅行し、GSMを基礎とするシステムをサポートする通信システムがないことに気づく場合がある。同様に、スペクトル拡散通信のために構成されたシステムで動作する装置を購入したユーザが、システムプロバイダによってサービスされている地理的な領域の外に旅行する場合がある。ユーザはさまざまな土地での異なるシステムによる通信のために複数の異なる装置(例えば、ハンドセット)を有することによってこの問題を解決できるが、ハンドセット間の切替えは高価であるだけではなく、煩雑かつ不便である。さらに、保管及び輸送がより簡単なさらに小型サイズのさらに軽量のハンドセットの提供という消費者の増大する需要がある。
そのそれぞれが異なりかつ重複する可能性のある地理的な領域にサービスを提供する非常に多数の異なる通信システムが存在することは、基地局とサポートするネットワーク接続に対する冗長なハードウェア配備展開、冗長なユーザハードウェア、及び隣接する無線プロバイダ間の干渉につながってきたし、つながり続けるだろう。同時に、無線ファクシミリサービス及びその他の同様のサービスのようなより精密な無線データ転送の提供に対する需要が伸びるに従って、セルラー及び無線のユーザの数も増大し続ける。
従って、追加ハードウェアを購入する必要なく、さまざまな通信システム間でのユーザ移動性の強化を実現する通信システムを提供することは有利となるだろう。さらに、2つのプロトコルのうちのいずれか一方に従ったユーザとの通信を可能にする通信システムを提供することも有利となるだろう。さらに、2つの通信プロトコルのうちのいずれか一方を利用するユーザとの干渉を緩和する一方で、1つの重複する地理的な領域において2つの通信プロトコルを統合する手段を提供することも有利となるだろう。さらに、ユーザの要求に従って2つの異なる通信プロトコルのいずれか一方に通信資源を動的に割り当てるための手段を提供することもさらに有利となるだろう。さらに、GSMプロトコルと代替プロトコルの両方の1つの地理的な領域内での互換性を可能にする通信システムを提供し、それにより両方のプロトコルのユーザの地理的な移動性を増加することもさらに有利となるだろう。
発明の概要
本発明のある態様によれば、複数の通信プロトコルをサポートする統合化された通信システムを備える。好ましい実施形態においては、通信は、2つの異なるTDMAプロトコル又はTDDプロトコルのいずれか一方に従って実施され、いずれかのプロトコルに従って選択的に通信を行うための手段を含む。この実施形態においては、各プロトコルは、予め定められた割合に従って重複する、異なる持続期間のタイムフレーム又はタイムスロット、あるいはその両方を定める。統合化されたシステムは、一度に1人のユーザだけが通信を行い、それによって衝突が回避されるように同期される。システムは、1つの単独のセル内に、それぞれが別の周波数で動作するか、あるいは異なった拡散コードを使用する、多くの「スタックされた」基地局を備えてもよい。従って、ユーザの最終的な潜在的な容量とは、使用可能な周波数、タイムスロット、及び指定されたセルのコードの数の関数である。
本発明の別の態様によれば、統合された基地局は、第1のTDMAプロトコル又はTDDプロトコルに従って動作する第1の基地局装置、及び第2のTDMAプロトコル又はTDDプロトコルに従って動作する第2の基地局装置を備える。第1の基地局装置及び第2の基地局装置は、同一の地理的な領域又は重複する地理的な領域で動作し、各基地局とそのそれぞれのユーザの間で発生する通信の間の衝突を防止するように(1つ又は両方の基地局装置でのGPS受信機のような)調整する電子装置を備える。ある特定の実施形態においては、2つの基地局装置は同一の場所に設けられ、同一のアンテナ又は1組のアンテナを共用する。
好ましい実施形態によれば、第1のプロトコルはGSMプロトコルであり、第2のプロトコルはスペクトル拡散技術を利用するTDDプロトコルである。TDDプロトコルは、各タイムスロットが1個のGSMタイムスロットの持続時間の2倍となり、各タイムフレームが1個のGSMタイムフレームの持続時間の4倍になるように構成されている。2つのプロトコルは、1つの共通の同期信号により同期化される。TDDプロトコルのユーザにとって、スペクトル拡散通信は、TDD基地局によって使用可能なタイムスロットの間に送信される汎用ポーリングに応答するユーザによって、及びハンドシェークトランザクションを実行することによって確立される。別個の制御チャンネルは、GSMアクセスのために備えられる。
本発明のもう1つの態様によれば、複合タイムフレームは、第1のプロトコルに割り当てられた複合タイムフレームのタイムスロットの一部分及び第2のプロトコルに割り当てられたタイムスロットの一部分で画成される。各プロトコルに割り当てられるタイムスロットは、連続してもよいし、連続しなくてもよい。複合タイムフレーム構造は、各基地局が予めそれに割り当てられたタイムスロットの相対的な位置を検出するように、統合化された基地局の中にプログラミングされている。各基地局装置は、独自にそれに割り当てられたタイムスロットを管理し、そのプロトコルを使用するユーザ局との通信の確立及び維持に独自に責任を負っている。本発明の別の実施形態においては、タイムスロットは、ユーザの要求に従って動的に割り当てられる。
その他の変形例及び代替の実施形態はまたここで説明される。
【図面の簡単な説明】
本発明の種々の目的、特徴、及び利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を、添付される図面とともに調べることによりさらによく理解できる。
図1は、無線通信システムでのセルのパターンを示す。
図2は、ある通信システムのブロック図である。
図3は、既存のGSM規格に従ったタイミングパターンの図を示す。
図4は、スペクトル拡散通信システムでの送信機及び受信機のブロック図である。
図5は、例示的なコード及び周波数再利用パターンを示す無線通信システム内でのセルの配列の図である。
図6は、複数のタイムスロットに分割されるタイムフレームの図である。
図7は、複数の仮想タイムスロットに分割される1つのタイムフレームを示す代替タイミング構造の図である。
図8は、ある特定の通信システムでのスペクトル拡散通信リンクの確立のためのプロトコルを示す。
図9Aは、ある特定のTDMAプロトコルに従ったタイムスロットの好ましいスロット構造の図であり、図9B及び図9Cは、同一のTDMAプロトコル内でのそれぞれ基地局トラフィックメッセージ構造及びユーザ局トラフィックメッセージ構造の図である。
図10A乃至図10Cは、図9A乃至図9Cに関係するTDMAプロトコルで使用するための好ましいポーリングメッセージフォーマットの図である。
図11A及び図11Bは、図9A乃至図9Cに関係するTDMAプロトコルで使用するための好ましいメッセージヘッダフォーマットの図である。
図12A及び図12Bは、図9A乃至図9Cに関係するTDMAプロトコルで使用するための、それぞれ基地局情報パケット及びユーザ局情報パケットの図である。
図13は、本発明の一実施形態に係る統合化された基地局の図である。
図14は、2つの異なる通信プロトコルのタイミング構造の比較のタイミング図である。
図15は、図14の通信プロトコルのタイミング構造に関して示される複合タイムフレームのタイミング図である。
図16は、図14の通信プロトコルのタイミング構造に関して示される別の複合タイムフレームのタイミング図である。
図17A及び図17Bは、複合タイムフレームのために、図14の2つの通信プロトコルに対する考えられるタイムスロットの配置を示す、デマンド移動テーブルである。
図18は、スロットクロック及びフレームクロックの波形を示すタイミング図である。
図19は、ある特定のTDD通信システムの周波数チャンネル化計画であり、図20は、GSM通信システムのための周波数チャンネル化計画である。
図21及び図22は、ある特定の実施形態について、図19及び図20に図示される周波数チャンネル化計画を有する通信システムの周波数チャンネル関係を示すグラフである。
図23は、複合タイムフレームの非GSMタイムスロットの間の周波数スペクトルの一部の周波数使用を示す図である。
図24Aは、仮想タイムスロット及びGSMタイムフレーム構造を利用する図のタイムフレーム構造の間のタイミング関係を示す図であり、図24Bは、図24Aのタイミング構造に関して示される複合タイムフレームの図である。
図25は、動的スロット配置能力のある統合化された基地局の図である。
図26は、2つのプロトコルのタイムフレームから得られ、条件付きギャップが挿入された1つの「複合」タイムフレームを示すタイミング図である。
図27は、2つのプロトコルのタイムフレーム構造に関係なく、2つの異なったプロトコルからの複数のタイムスロットを備える「複合」タイムフレームの図である。
好ましい実施の形態の説明
図1は、複数のユーザ局102の間の通信のための無線通信システム101内のセルのパターンの図である。図1の無線通信システムは、複数のセル103を含み、各セル103は基地局104を有し、基地局104は好ましくはセル103の中心又はその近傍に配置される。各局(基地局104とユーザ局102の両方)は、通常、1台の受信機及び1台の送信機を備える。好ましい実施形態においては、1台の受信機及び1台の送信機を備える制御局105(ここで、ときどき「基地局コントローラ」という。)が、システム101の資源(リソース)を管理する。
図2は、本発明の好ましい実施形態で利用される通信システムアーキテクチャのブロック図である。図2の通信システムは、複数のユーザ局102と通信を行うために複数の基地局104を備える。基地局104及びユーザ局102は、連邦通信委員会(FCC)によって規定される規則のもとでパーソナル通信システム(PCS)内で動作する。
各基地局104は、好ましくは、種々の通信経路109のうちの任意の経路により基地局コントローラ105に接続される。通信経路109はそれぞれ、1つ又は複数の通信リンク118を備える。各通信リンク118は、同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ディジタル無線リンク、又は電話回線を含む。各基地局コントローラ105は、1つ又は複数の通信経路108により、公衆加入電話網(PSTN)又はパーソナル通信システム交換センタ(PCSC)のような好ましくは1つ又は複数の通信網126に接続され、そのそれぞれは同軸ケーブル、光ファイバケーブル、ディジタル無線リンク、又は電話回線を含む。
図2の通信システムは、基地局コントローラ105を介してインターフェースしなくても、通信網126に直接的に接続される、1つ又は複数の「インテリジェント(聡明な)」基地局107を含む。インテリジェント基地局107は、ユーザ局のローカル(局所的な)ハンドオフ及び交換のために、基地局コントローラ105をバイパスし、代わりに、ネットワーク126を介して直接的にこれらの機能を実行する。
動作中、各基地局104は、ディジタル情報をフォーマット化(定式化)し、そのそれぞれの基地局コントローラ105に(あるいは、インテリジェント基地局107の場合にはネットワーク126に直接的に)送信する。基地局コントローラ105は、複数の基地局104から入力信号を受信し、基地局104間のハンドオフを援助し、ネットワーク126への伝送のためにチャンネル情報及び信号方式情報を変換してフォーマット化する。また、基地局コントローラ105は、もし所望されるならば、ローカルキャッシュVLRデータベースを管理し、請求書作成発行、モニタ及び試験のような基本的な動作、事務処理及び管理(OA&M)機能をサポートする。各基地局コントローラ105は、ネットワーク126の制御下で、好ましくは、その関連する基地局104の局所的な登録及び認証を管理し、基地局104のステータス(状態)に関してネットワーク126に対して更新を行う。
ネットワーク126は、呼の送達及び発呼のために、基地局コントローラ105に接続される。インテリジェント基地局107は、公衆電話交換機での登録、呼の送達、及びハンドオフのために−−例えば、ISDNメッセージ通信のような−−予め定義された信号方式プロトコルを使用する。インテリジェント基地局107は、基地局104のすべての汎用機能を備えるが、さらに、BRIカード、付加的な知能処理及びローカルボコーディングを取り入れ手もよい。
もしネットワーク126がGSMネットワークである場合、基地局104は、好ましくは、定義された「A」インターフェースを介してネットワーク126に接続する。「A」インターフェースは、基地局コントローラ105及びインテリジェント基地局107内で取り入れられる。GSMの特徴及び機能性は、エンドユーザにはトランスペアレントな方法で「A」インターフェース上の基地局104の間で受け渡される。
システムは、ケーブルテレビジョン分散ネットワークに相互接続する場合もある。基地局104は、標準的なケーブルTV増幅器ボックスの内側に設置できるように小型化される。インターフェースは、アナログ遠隔アンテナシステム及びディジタル伝送機構を使用して実行される。例えば、ケーブルTVネットワークからのT1及びFT1ディジタルマルチプレクサ出力は、インターフェースをとるために使用され、ディジタルチャンネルを伝送するためには基本レート(BRI)ISDNリンクが使用される。
図13は、本発明の一実施形態に係る(図2の基地局104又はインテリジェント基地局107のいずれかである)統合化された基地局850の図である。統合化された基地局850は、第1の基地局装置852及び第2の基地局装置853を備える。好ましい実施形態においては、各基地局装置852,853には、複数の通信プロトコル(例えば、2つのプロトコル)に従って、複数のユーザ局102との通信を実行する機能がある。好ましい実施形態においては、第1の基地局装置852は、好ましくは、第1のプロトコルを使用して複数のユーザ局102との通信を実行し、第2の基地局装置853は、好ましくは、第2のプロトコルを使用して複数のユーザ基地局102との通信を実行する。ユーザ基地局102は、ここでさらに説明されるように、第1のプロトコル、第2のプロトコルのいずれか、あるいは両方のプロトコルを使用する通信のために構成できる。
好ましい実施形態においては、第1のプロトコルは、通常FDD/TDMA技術を利用するGSMプロトコルであり、第2のプロトコルは、それがGSMプロトコルと円滑に統合できるようにする特性又は特徴を備えたTDMA又はTDDプロトコルである。統合化された基地局850との通信を希望するユーザ局102は、(チャンネルの利用の可能性を仮定して)それを行うためにいずれかのプロトコルを利用することができる。2つの好ましい通信プロトコルの概念は後述され、その後に、2つの好ましいプロトコルの統合及び共存に関するさらなる詳細が説明される。
第1の好ましいプロトコルはGSMプロトコルである。図3は、一定の既存のGSM規格に従ったタイミングパターンを説明する。これらの規格に従って、基地局104とユーザ局102の間の通信は、8つのバースト期間152に分割される。最大8つの異なったユーザ局が、各バースト期間152に1つずつ、基地局と通信を行うことができる。
上述されたように、GSM規格は、2つの別個の周波数バンドの使用を含む。基地局104は、第1の周波数バンドFAで任意の周波数チャンネルを使用してユーザ局102に送信するが、ユーザ局102は、第2の周波数バンドFBで割り当てられた周波数チャンネルを使用して送信する。ユーザ局102が、ある特定のバースト期間152の間に第1の周波数バンドFAで基地局送信155を受信した後に、ユーザ局102は、予め定められた周波数量(例えば、40MHz又は80MHz)だけ周波数を第2の周波数バンドFBにシフトし、その後に、約3つのバースト期間152、基地局送信155に応答してユーザ送信156を送信する。3つのバースト期間の遅延は、基地局104とユーザ局102の間の伝搬時間及びその他の遅延期間を考慮するために十分に大きいと仮定される。
各GSMバースト期間152は、基地局104とユーザ局102の間の不確かな信号伝搬遅延を考慮するためにガード時間157によって囲まれている。ユーザ局102からの信号の実際の受信時刻を予想される受信時刻と比較することにより、基地局104は、適応フレームアライメントとして知られる特徴である機能を用いて、適切なバースト期間152中に落とし込むために、ユーザ局102に対して、その送信タイミングを進めるか、あるいは遅らせるように指令する。GSMシステムのための適応フレームアライメントに関係する仕様は、TS GSM05.10である。
第2の好ましいプロトコルは、ここでさらに説明される周波数多重だけではなく、スペクトル拡散技術又はコード多重、あるいはその両方の態様を利用するTDD/TDMAプロトコルである。スペクトル拡散送信機及び受信機は、図4を用いて説明され、好ましいTDDタイミング構造は、以下に図6及び図7を用いて説明される。
図4は、スペクトル拡散通信システム内での信号の拡散及び逆拡散に利用される、スペクトル拡散通信システム内の例示的な送信機及び受信機のブロック図である。図4では、スペクトル拡散送信機201は、スペクトル拡散信号207を送信するために、入力データ203のための入力ポート202、チップシーケンス送信発生器204、変調器205、及び送信アンテナ206を備える。スペクトル拡散受信機208は、受信機アンテナ209、チップシーケンス受信発生器210、復調器211、及び出力データ213のための出力ポート212を備える。動作中、単独チップシーケンス214は、送信発生器204及び受信発生器210の両方によって同一に作成され、それが基づいている拡散コードを理解しない他の者には本質的にランダムに見える。スペクトル拡散信号207は、受信信号をチップシーケンス214の局所的に作成されたバージョンに相互に関連させることにより、復調器211で逆拡散される。例示的な相関器は、例えば、米国特許第5,022,047号、及び第5,016,255号に説明される。スペクトル拡散信号を逆拡散し、相互に関連させるための好ましい方法は、1995年6月7日に出願された米国特許出願シリアル番号第08/481,613号に説明されている。
スペクトル拡散通信が使用される場合、制御局105(図1を参照のこと)が、各セル103内の基地局104送信機及びユーザ局102送信機に、そのセル103内での無線信号通信を変調するためのスペクトル拡散コードを割り当てられる。その結果生じる信号は、一般に、データを送信するために必要な帯域幅を超える帯域幅にわたって拡散される。このため、「スペクトル拡散」という用語が使われる。従って、そのセル103内で使用される無線信号は、隣接セル103内の基地局104受信機とユーザ局受信機の両方が、第1のセル103で発信する通信を、隣接セル106で発信する通信と区別することができるほどに十分に幅広い帯域幅で拡散される。
図5は、拡散スペクトルプロトコルが動作する好ましいセルラー環境の図である。図5では、地理的な領域301は、複数のセル103に分割される。割り当てられた周波数及び割り当てられたスペクトル拡散コードは、各セル103に関連対応している。好ましくは、3つの異なった周波数(又は周波数グループ)F1、F2、及びF3は、2つの隣接セルが同一の割り当てられた周波数(又は周波数グループ)F1、F2及びF3を持たず、それにより隣接セル間の干渉を最小限に抑えるように割り当てられる。
さらに、セル間の干渉の可能性を削減するためには、異なったほぼ直交のスペクトル拡散コードC1乃至C7が、周波数再利用パターンを重複する反復パターンで図示されるように割り当てられている。7つのスペクトル拡散コードC1乃至C7は図5に図示されているが、他の数のスペクトル拡散コードを含むパターンが、特定のアプリケーションに依存して適当となる場合がある。
搬送波変調のためにスペクトル拡散を使用すると、異なった搬送波周波数F1、F2及びF3を隣接セル103に割り当てるためにN=3という非常に効率的な周波数再利用係数が可能になる。同一の搬送波周波数F1、F2、又はF3を使用するセル103間の干渉は、セル103(同一の周波数F1、F2又はF3を使用する2つのセル103は、互いに所定の距離だけ離れた2つのセル103を下回らない)を分離する距離のための伝搬損失分、及び直交又はほぼ直交の拡散コードの使用により得られる、同一の搬送波周波数F1、F2、又はF3を使用するセル103のスペクトル拡散処理利得分だけ削減される。
図6は、TDDシステムのための好ましいタイミング構造を示す図である。図6のタイミング構造に従って、所定に時間にわたる経時的な通信は、連続的な一連のタイムフレーム301に分割される。単独の完全なタイムフレーム301は、図6のタイムライン310に沿って示され、同様のタイムフレームは、タイムライン310に沿った連続パターンでタイムフレーム301に先行し、また後に続く。
タイムフレーム301は、TS1、TS2...TSNと連続して番号が付けられた複数のタイムスロット302に分割され、そのそれぞれがユーザ局102とのデュプレックス通信(二重通信)をサポートする。タイムフレーム301は、基地局104が、ポーリングに同様の方法でタイムフレーム301ので連続的にユーザ局102と通信を行い、各ユーザ局102がその指定されたタイムスロット302でメッセージを送受信する、図6に図示されるような「ポーリングループ」つまり時間ループと考えられる。図6の実施形態では、各タイムスロット302は、ユーザ局102がユーザから基地へのメッセージを基地局104に送信するユーザセグメント305、及び基地局104が基地からユーザへのメッセージをユーザ局102に送信する基地局セグメント306を備える。タイムスロット302での通信は、ユーザ局102がある物理的なタイムスロット302で送信するが、(ここでの別の箇所において、図7のタイミング構造に関して説明されるような)別の物理的なタイムスロット302で受信するように、インターリーブされてもよい。
図6に係る好ましいTDD通信システムにおいては、タイムフレーム301は、それぞれ持続期間が18.46ミリ秒であり、各タイムフレーム301は、増加されたガード時間を通して拡張された範囲をサポートするために、16個のタイムスロット302、又は代わりに8個のタイムスロット302を含む。16個のタイムスロット302が使用される場合、タイムスロット302はそれぞれ好ましくは持続期間が1153.125マイクロ秒である。
いくつかの実施形態においては、ユーザ局102は、加速したデータ転送速度をサポートするように、各タイムフレーム301内の複数のタイムスロット302で通信を行う。同様に、いくつかの実施形態では、ユーザ局は、完全速度通信リンクが必要とされない減速したデータ速度をサポートするように、定期的にタイムフレーム301をスキップし、すべてのタイムフレーム301のサブセット(例えば、他のタイムフレーム301毎に、又は4つに1つのタイムフレーム301毎に)で通信を行う。可変データ転送速度をサポートする例示的なTDMAシステムについてのさらなる情報は1994年8月1日に出願された係属中の米国特許出願シリアル番号第08/284,053号に見つけることができる。
図7は、それぞれが通常通信リンクのデュプレックスの対(つまり、1つが順方向リンクで、1つが逆方向リンク)を備える仮想タイムスロットを利用する代替の好ましいタイミング構造の図である。
図7において、図6と同様に、所定の時間にわたる経時的な通信は、連続的な一連のタイムフレーム601に分けられる。1つの単独の完全なタイムフレーム601は、図7のタイムラインに沿って示され、同様のタイムフレームは、タイムライン610に沿った連続パターンでタイムフレーム601の前後に来る。
タイムフレーム601は、TS1’、TS2’、...TSN’とシリアル番号が付けられる複数の物理的なタイムスロット602に分割される。各物理タイムスロット602は、ユーザ局102が、ユーザから基地へのメッセージを基地局104に送信するユーザセグメント605、並びに、基地局104が、同物理タイムスロット602で基地局104に送信されるのとは異なるユーザ局102である可能性がある、ユーザ局102に基地からユーザへのメッセージを送信する基地局セグメント606を備える。仮想タイムスロットを使用し、物理タイムスロット602の通信は、ユーザ局が1物理タイムスロット602で送信するが、別の物理タイムスロット602で受信するように、インターリーブされる。指定されたユーザ局102に対する順方向リンク及び逆方向リンクの送信を定義する(そして、典型的には別の物理タイムスロット602内に配置される)ユーザセグメント605及び基地局セグメント606は仮想タイムスロットという。
例示的な仮想タイムスロット618はある特定のユーザ局102(例えば、ユーザ局MS2)に対応して、図7に図示される。仮想タイムスロット618は、2つのメッセージセグメントを備え、それは、2つの物理スロット602aと602bのうちのそれぞれの中の1つである。仮想タイムスロット618は、ユーザセグメント605aを第1の物理タイムスロット602a内に、基地局セグメント606bを第2の物理タイムスロット602b内に備える。仮想タイムスロット618のユーザセグメント605a及び基地局セグメント606bの間では、基地局104は、第1の物理タイムスロット602aの基地局セグメント606a内で(例えば、ユーザ局MS1のような第2のユーザ局102に)送信し、(例えば、ユーザ局MS3のような第3のユーザ局102のような)別のユーザ局102が、基地局104にユーザセグメント605b内で送信する。このようにして、基地局104への送信及び基地局104からの送信がインターリーブされる。
タイムフレーム601は、それにより基地局104がポーリングに同様の方法でタイムフレーム601で連続してユーザ局102と通信を行い、各ユーザ局102がその指定された仮想タイムスロット618内でメッセージを送受信する、図6の実施形態のタイムフレーム301と同様の、「ポーリングループ」つまりタイムループと考えることができる。ただし、図7の仮想タイムスロット618は、必ずしも物理タイムスロット602と同一ではない。図7のタイミング構造の利点は、それが通常基地局104にユーザ局102から受信されたチャンネル特徴付けデータを処理するために拡張された時間を提供するという点である。
例示的なTDMA通信システムにおいては、タイムフレーム601は、それぞれ持続時間が18.46ミリ秒であり、各タイムフレーム601は、増加したガード時間を通して拡張された範囲をサポートするために、16個のタイムスロット602、又は代わりに8個のタイムスロット602を備える。16個のタイムスロット602が使用される場合、タイムスロット602は、それぞれ持続期間が1153.125マイクロ秒となることが好ましい。
いくつかの実施形態において、ユーザ局102は、加速されたデータ転送速度をサポートするために、各タイムフレーム601内の複数の仮想タイムスロット618で通信を行う。同様にいくつかの実施形態では、ユーザ局102は、完全速度通信リンクが必要とされない減速したデータ転送速度をサポートするために、定期的にタイムフレーム601をスキップし、すべてのタイムフレーム601のうちのいくつかのサブセット(例えば、他のタイムフレーム601毎に、又は4つに1つのタイムフレーム601毎に)で通信を行う。
ユーザ局102と基地局104との間の通信は、使用可能なタイムスロット302の間に、基地局104から送信される一般的なポーリングメッセージに対するユーザ局102からの応答により1つの実施形態で確立される。このプロセスは、例えば図6の通信システム内でのスペクトル拡散通信リンクの確立のためのプロトコルを説明する図8を参照してさらに詳細に記述される。通信リンクは、図7の実施形態に同様の方法で確立できる。
図8のプロトコルにおいて、メッセージ(基地局送信306とユーザ送信305)は、通常、3つのタイプのうちの1つである。つまり、一般的なポーリングメッセージ401、特別なポーリングメッセージ402、又は情報メッセージ403である。メッセージがユーザ局102によって送信される場合、メッセージは、ここでは、例えば一般的なポーリング応答404、特別なポーリング応答405、又は情報応答406のような「応答」をいう。
一般的なポーリングメッセージ401は、通信に使用可能な各タイムスロット302内の基地局104によって送信される。通信の確立を求めているユーザ局102は、基地局104からの送信をモニタし、それらのタイムスロット302で一般的なポーリングメッセージ401を受信することにより使用可能なタイムスロット302を確かめて確実にする。
ユーザ局102は、ハンドシェーキングステップのシーケンスにより基地局104を「捕捉する」。一般的なポーリングステップ407においては、基地局104が、占有されていないタイムスロット302の間に一般的なポーリングメッセージ401を送信する。ユーザ局102は一般的なポーリングメッセージ401を受信し、それがエラーなく受信された場合には、次のタイムフレーム301の同一のタイムスロット302で一般的なポーリング応答402を基地局104に送信する。一般的なポーリングメッセージ401は長さが32ビットで、ユーザ局102によって記録されてもよく、基地局ID408bのためのフィールドを備える。同様に、一般的なポーリング応答404は、好ましくは長さが72ビットで、基地局104によって記録されるユーザID409のためのフィールドを備える。
特別なポーリングステップ410においては、一般的なポーリング応答404を受信するとき、基地局104が、基地局104によって一般的なポーリング応答404の一部として受信されたユーザID409を備える特別なポーリングメッセージ402を送信する。ユーザ局102は、特別なポーリングメッセージ402を受信し、それがエラーなく同一のユーザID409が設定されて受信された場合には、その特別なポーリング応答405を、次のタイムフレーム301の同一のタイムスロット302で基地局104に送信する。特別なポーリング応答405は、一般的なポーリング応答404と同一のユーザID409を備える。
ある特定の実施形態において、特別なポーリングメッセージ402は冗長として排除される。従って、ユーザ局102は、特別なポーリング応答405とともに一般的なポーリング応答404を次いで送信する。
リンクが確立されるステップ411において、一般的なポーリング応答404のユーザIDと一致するユーザID409を備える特別なポーリング応答405を受信するとき、基地局104はトラフィックメッセージ403を送信する。この時点で、基地局104及びユーザ局102は、通信リンク412の確立が完了する。基地局104は、電話回線を通信チャンネルに接続し、ユーザ局102は電話網としての正常な動作を開始する(例えば、ユーザ局102は発信音を受信し、番号をダイアルし、電話接続を行い、その他の電話動作を実行する。)。基地局104及びユーザ局102は、通信リンク412が自発的に終了するまで、不完全な通信がユーザ局に対して基地局104を捕捉し直すように促すまで、あるいは別の基地局102へのユーザ局102のハンドオフまで、トラフィックメッセージ403と406を交換する。
万一複数のユーザ局102が同一の一般的なポーリングメッセージ401に応答する場合には、基地局104は注意深く応答に失敗する。基地局104からの応答の欠如によって、関係するユーザ局102は、一般的なポーリングメッセージ401及び一般的なポーリング応答404プロトコルを使用して同基地局104を捕捉しようと試みる前に、計算された時間間隔の間、バックオフするように信号で知らされる。バックオフ時間は、ユーザID409に基づいているために、各ユーザ局102は、将来の衝突を防止するために異なる時間長の間、バックオフ(待機)することになる。
着信の電話呼が基地局104で受信される場合、着信呼のステップ413では、基地局104が、使用可能なタイムスロット302で(一般的なポーリングメッセージ401及び一般的なポーリング応答404をスキップして)示された受信者ユーザ局102のユーザID409が設定された特別なポーリングメッセージ402を送信する。さらにここで説明されるように、各ユーザ局102は、それが送信された後、予め定められた時間内に特別なポーリングメッセージ402を受信するために定期的に特別なポーリングメッセージ402を聞く。特別なポーリングメッセージ402を受信すると、ユーザ局102は、メッセージ中のユーザID409をそれ自体のユーザIDと比較し、それらが一致する場合には、リンクが確立されるステップ411を続行する。従って、基地局104は、通信範囲内で任意のユーザ局102との通信リンク412を確立する。
TDMAシステムで通信(特に、スペクトル拡散通信)を確立するための手段に関するさらなる詳細は、米国特許第5,455,822号、及び1994年8月1日に出願された係属中の米国特許出願シリアル番号第08/284,053号に記載されている。
ある好ましい実施形態においては、一般的なポーリングメッセージ401は、その間に次の一般的なポーリングメッセージ401が基地局104によって送信される次のタイムスロット302(又は仮想タイムスロット618)を示す(例えば、図11Aに図示され、図11Aを参照してこれ以降に説明されるスロットポインタフィールド810内の)スロットポインタを備える。通信の確立を求めるユーザ局102は、必ずしも次のタイムフレーム301(又は601)の同一のタイムスロットで一般的なポーリングメッセージ401に応答しないが、スロットポインタによって示されるタイムスロット302(又は618)のユーザセグメント305(又は605)内で応答する。スロットポインタによって示されるタイムスロットでユーザ局102からの一般応答メッセージ404を受信すると、基地局102は特別なポーリングメッセージ402と応答する。複数のユーザ局102が1つの一般的なポーリングメッセージ401に応答する場合、スロットポインタによって示されるタイムスロットの(特別なポーリングメッセージ402ではなく)一般的なポーリングメッセージ401が示されることにより、関係する各ユーザ局102は、ユーザ局IDに応じて可変時間の期間バックオフ(待機)させられる。
特別なポーリングメッセージ402は、ユーザ局102に対して特別である、相関IDとして知られる一時的なショートハンド識別子(ニックネーム)を備える。相関IDは、確立されたリンクがドロップされるまで、(双方向の)将来の信号方式メッセージに出現する。特別なポーリングメッセージ402に応答して、ユーザ局102は、特別なポーリングメッセージ402のヘッダのスロットポインタによって指定されるタイムスロット302(又は618)のトラフィックメッセージで応答する。
図9Aは、好ましいスロット構造の図であり、図9B及び図9Cは、それぞれ基地局トラフィックメッセージ構造及びユーザ局トラフィックメッセージ構造の図である。図9Aでは、タイムスロット510は、可変無線遅延ギャップ505、ユーザ局送信フレーム515、ユーザ局ターンアラウンドギャップ525、ガード時間535、基地局送信フレーム545、及び基地局ターンアラウンドギャップ555を備える。各ユーザ局送信フレーム515は、ユーザプリアンブル516、ユーザプリアンブル音声ギャップ519、及びユーザ局データフレーム521を備える。同様に、各基地局送信フレーム545は、基地局プリアンブル547、基地局プリアンブル音声ギャップ549、及び基地局送信データフレーム551を備える。
図9Bは、基地局送信データフレーム551の好ましいメッセージ構造を示す。図9Bのメッセージ構造は、基地局ヘッダフィールド553、基地局D−チャンネルフィールド557、基地局データフィールド559、及び基地局巡回冗長検査(CRC)フィールド561を備える。好ましい実施形態では、基地局ヘッダフィールド553は23ビットであり、基地局D−チャンネルフィールド557は8ビットであり、基地局データフィールド559は192ビットであり、基地局CRCフィールド561は16ビットである。
図9Cは、ユーザ局送信データフレーム521の好ましいメッセージ構造を示す。図9Cのメッセージ構造は、ユーザヘッダフィールド523、ユーザD−チャンネルフィールド527、ユーザデータフィールド529、及びユーザCRCフィールド531を備える。好ましい実施形態では、ユーザヘッダフィールド523は17ビットであり、ユーザD−チャンネルフィールド527は8ビットであり、ユーザフィールド529は192ビットであり、ユーザCRCフィールド531は16ビットである。
ある好ましい実施形態においては、タイムスロット301は、(各チップ期間が約0.369マイクロ秒に等しい。)3125個のチップ期間を備える。ユーザ送信フレーム515及び基地局送信フレーム545はそれぞれ519.552マイクロ秒(持続期間で1408チップ)と531.36マイクロ秒(持続期間で1440チップ)であり、ユーザ局ターンアラウンドギャップ525は、10.7マイクロ秒(持続期間で29チップ)である。ガード時間535は、66.4マイクロ秒(持続期間で180チップ)である。そして、基地局ターンアラウンドギャップ555は、25.1マイクロ秒(持続期間で68チップ)である。有効ギャップ時間は、約13.5マイルである、干渉しない基地局から基地局までの範囲に対応する72.3マイクロ秒である。ベアラチャンネル(すなわち、ユーザデータフィールド529)は、10,400毎秒ビットの速度をサポートし、D−チャンネル527は433.33毎秒ビットというデータ転送速度をサポートする。
図10A乃至図10Cは、好ましいポーリングメッセージフォーマットの図である。図10Aは、(図8の一般的なポーリングメッセージ401のためなどの)一般的なポーリングメッセージフォーマットの図である。一般的なポーリングメッセージ701は、続くシーケンスで、ヘッダフィールド702、スペアフィールド703、ゾーンフィールド704、基地局コントローラ(BSC)IDフィールド705、基地局IDフィールド706、設備フィールド707、システムタイプフィールド708、サービスプロバイダフィールド709、スロット品質フィールド710、前方向エラー訂正(FEC)フィールド711、及びフレーム制御ワード(FCW)フィールド712を備えことが好ましい。好ましい実施形態では、ヘッダフィールド702の長さは23ビットであり、スペアフィールド703の長さは16ビットであり、ゾーンフィールド704の長さは40ビットでり、BSC ICフィールド705の長さは16ビットであり、基地局IDフィールド706の長さは32ビットであり、設備フィールド707の長さは32ビットであり、システムタイプフィールド708の長さは8ビットであり、サービスプロバイダフィールド709の長さは16ビットであり、スロット品質フィールド710の長さは8ビットであり、FECフィールド711の長さは32ビットであり、フレーム制御ワードフィールド712の長さは16ビットであり、合計239ビットとなる。
ヘッダフィールド702は、メッセージタイプを識別し、図11Aを参照してさらに詳細に説明される。ゾーンフィールド704は、特定の基地局104のページング(呼び出し)ゾーンを識別する。ユーザ局102が、即時の再登録を必要としないで、ある基地局104サービスエリアから同一のゾーンの別のサービスエリアに移動する。BSC IDフィールド705は、基地局コントローラ105を一意に識別するシーケンスである。基地局IDフィールド706は、基地局104を一意に識別するシーケンスである。設備フィールド707は、基地局104によって提供されるサービス(例えば、イーサネットアクセス、集計データ機能、機能拡張音声など)を記述する。設備フィールド707は、どのユーザ局102がチャンネルへのアクセスを許可されているのか(例えば、911呼専用、又は特別アクセスコードが設定されたユーザ局102など)を示すサブフィールドを含む。システムタイプフィールド708は基地局104に対応するシステムのタイプを識別する。サービスプロバイダフィールド709は基地局104を運用するPCSサービスプロバイダを識別する。スロット品質フィールド710は、干渉という点でタイムスロットの相関的な品質を示す。一般的には、数が小さいほど、スロットの品質は向上する。FECフィールド711は、前方向エラー訂正に使用される。FCWフィールド712は、エラー検出に使用され、ある実施形態においては、次に示すアルゴリズムに従って決定されたシーケンスを備える。
1.生成多項式GRPによって除算されたシード多項式SDPモジュロ−2の余りR1を計算する。
2.x16と、FCWフィールド710に先行するメッセージ701の内容との積Pを計算する。
3.ステップ2で得られた積Pによってモジュロ−2で除算された生成多項式GNPの余りR2を計算する。
4.余りR1と余りR2のモジュロ−2の和Sを計算する。そして、
5.和Sの1の補数を計算し、その結果は、FCWフィールド710で送信される。
好ましい実施形態では、シード多項式SDPは次式で表され、
xk(x15+x14+x13+x12+x11+x10+x9+x8+x7+x6+x5+x4+x3+x2+x1+1)
そして、生成多項式GRPは次式で表される。
x16+x12+x5+1
図10Bは、(図8の特別なポーリングメッセージ402のためなどの)特別なポーリングメッセージフォーマットの図である。特別なポーリングメッセージ720は、好ましくは、次のシーケンス内で、ヘッダフィールド721、相関IDフィールド722、原因フィールド723、個人識別子(PID)フィールド724、無線(オーバー・ザ・エアー:OTA)マップタイプフィールド725、OTAマップフィールド726、スペアフィールド727、スロット品質フィールド728、前方向エラー訂正フィールド729、及びFCWフィールド730を備える。好ましい実施形態では、ヘッダフィールド721の長さは23ビットであり、相関IDフィールド722の長さは8ビットであり、原因フィールド723の長さは8ビットであり、PIDフィールド724の長さは72ビットであり、OTAマップタイプフィールド725の長さは8ビットであり、OTAマップフィールド726の長さは32ビットであり、スペアフィールド727の長さは32ビットであり、スロット品質フィールド728の長さは8ビットであり、FECフィールド729の長さは32ビットであり、FCWフィールド729の長さは16ビットであり、合計239ビットになる。
ヘッダフィールド721、スロット品質フィールド728、FECフィールド729、及びFCWフィールド730は、図10Aを参照して説明される類似フィールドと同様である。相関IDフィールド722は、1つ又は複数のチャンネル(つまり、タイムスロット)を特別ユーザ局102に割り当てられているとき、一時的に識別するために使用される。相関ID番号は呼の接続の持続時間の間割り当てられ、接続の終了時に別のユーザ局102によって再利用されるためにリリースされる。相関ID番号は、接続中に変更されることもある。特別相関ID番号は、ブロードキャースト(放送)のために基地局104によって予備として予約される。原因フィールド723は、特定のユーザ局102の過去の信号方式トラフィック動作の実行中に発生するエラーの原因を示す。原因フィールド723の解釈は、関係する信号トラフィックのタイプに依存する。考えられる原因メッセージには、例えば、ユーザ局102が未登録であるか、登録のために受け入れられないことや、呼が接続されていないか、完了できないことを示すメッセージが含まれる。PIDフィールド724は加入者(例えば、ユーザ局102)を一意に識別する個人識別番号を備える。OTAマップタイプフィールド725は、OTAマップフィールド726内で続くマップのタイプ(例えば、スーパーフレーム、サブフレームなど)を定義する。OTAマップフィールド726は、ある特定のユーザ局102に関係するタイムスロットのマッピングを記述する。OTAマップフィールド726のフォーマットは、マップタイプに依存する。
図10Cは、(図8の一般的なポーリング応答404又は特別なポーリング応答405のような)ポーリング応答メッセージフォーマットの図である。ポーリング応答メッセージ740は、好ましくは、次のシーケンスで、ヘッダフィールド741、第1のスペアフィールド742、PIDフィールド743、サービスプロバイダフィールド744、クラスフィールド745、ユーザ機能フィールド746、第2のスペアフィールド747、FECフィールド748、及びFCWフィールド749を備える。好ましい実施形態では、ヘッダフィールド741の長さは17ビットであり、第1のスペアフィールド742の長さは16ビットであり、PIDフィールド743の長さは72ビットであり、サービスプロバイダフィールド744の長さは16ビットであり、クラスフィールド745の長さは16ビットであり、ユーザ機能フィールド746の長さは16ビットであり、第2のスペアフィールド747の長さは32ビットであり、FECフィールド748の長さは32ビットであり、FCWフィールド749の長さは16ビットであり、合計233ビットとなる。
ヘッダフィールド741は、メッセージタイプを識別し、図11Bにさらに詳細に記述される。PIDフィールド743、FECフィールド748、及びFCWフィールド746は、それぞれPIDフィールド724、FECフィールド729、及びFCWフィールド730と同様である。サービスプロバイダフィールド744は、ユーザ局102が使用を希望するPCSサービスプロバイダを識別する。クラスフィールド745は、特定のユーザ局102によって使用されている操作パラメータのいくつかを指定する。クラスフィールド745は、クラスタイプサブフィールド及びクラス情報サブフィールドを備える。クラスタイプサブフィールドは、ユーザ局クラスタイプ(例えば、GSM又はDCS1900クラスタイプ、IS−41クラスタイプなど)を示す。クラス情報サブフィールドは、例えば、改訂レベル、使用可能な暗号アルゴリズム、ショートメッセージ機能、省略表記法及びフェーズ−2エラー処理機能、パワークラス、連続/不連続送信、帯域幅(例えば、20MHz又は25MHz)、及び公称パワーレベルを含む動作情報を提供する。ユーザ機能フィールド746は、ユーザ局102に存在する機能(例えば、ユーザ局102がファックス又はデータ接続を受信できるかどうか、ユーザ局が暗号化する機能を有するかどうかなど)を識別する。
図11A及び図11Bは、好ましいポーリングメッセージヘッダフォーマットの図である。図11Aは、(図8の一般的なポーリングメッセージ401又は特別なポーリングメッセージ402のような)基地局ポーリングメッセージのためのポーリングメッセージヘッダフォーマットの図である。ポーリングメッセージヘッダ801は、基地局/移動インジケータ(指示子)(B/M)フラグ802、拡張プロトコル(E)フラグ803、パケットタイプフィールド804、パワー調整(PWR)フィールド805、対称フィールド806、D−チャンネル抑制(DCS)フラグ807、仮想スロット(VS)フラグ808、スロット又はチャンネル利用(CU)フィールド809、スロットポインタフィールド810、エラーチェック及び訂正(ARQ)フィールド811、及びヘッダフレーム制御ワード(HCF)フィールド812を備える。好ましい実施形態では、B/Mインジケータ(指示子)フラグ802、Eフラグ803、PWRフィールド805、CDSフラグ807、及びVSフラグ808の長さはそれぞれ1ビットであり、パケットタイプフィールド804及び対称フィールドの長さはそれぞれ2ビットであり、CUフィールド809及びARQフィールドの長さはそれぞれ3ビットであり、スロットフィールド810及びヘッダHCFフィールド812の長さはそれぞれ4ビットで、合計23ビットとなる。ヘッダ801の24番目のビットは、シンボルコード毎に6ビットのデータを転送するために差動位相符号化の使用するため、RF(高周波)リンクの確立で「失われる」。
B/Mインジケータフラグ802は、メッセージの発信者がユーザ局102であるのか、それとも基地局104であるのかを示す。Eフラグ803は、拡張プロトコルが使用中かどうかを示すために使用される。パケットタイプフィールド804は、以下の表8−1Aに従って、4種類のパケットタイプのうちのどれが使用されているのかを指定する。
パケットタイプフィールド804は、以下の表8−1Bに従って、D−フィールド557の使用についての表示も提供する。
PWRフィールド805は、基地局104からユーザ局102までのシリアル化されたビットストリームであり、ユーザ局送信機のパワーレベルの制御を可能にする。各基地局からユーザへのメッセージはユーザ局102で受信されるので、最後のメッセージからのPWRビットは、ユーザ局102送信機のパワーレベルを上げるべきか、下げるべきか、それとも変更されないままとするべきかを判断するために、現在のPWRビットとともに分析される。従って、パワー制御動作では、少なくとも2つの連続する基地局からユーザへのメッセージが、処置を講じる前にユーザ局102によって受信されることを必要とする。講じられる処置は、以下に示す表8−2に従って命じられる。
PWRフィールド805でのコマンドの受信に応答して実行されるパワー増加又は減少の量は、固定された、又は予め設定された量となる−−例えば、各タイムフレーム301毎に1dB(又は、ユーザ局102がタイムフレーム301毎に複数のタイムスロット302で送信している場合にはさらに頻繁になる。)となる。PWRフィールド805に1つの単独ビットしか使用しない場合、基地局からユーザへのメッセージのヘッダ553でスペースが節約される。品質測定規準は、通常、経時的に小さなパワー調整ステップを可能にするほど十分なフィードバックを提供するが、実質的な(多大な)パワー調整ステップを行うときに自信を持てるほど十分なフィードバックは提供しないために性能は適切である。ただし、ただ1つのユーザ局102はある特定の基地局104の一般的な地理領域内で指定されたタイムスロット302で送信するため、それは時分割技術を利用しないCDMAシステムの場合でのように、セル相互干渉を回避するためには、ユーザ局102の厳格なパワー制御は必要とされない。
対称フィールド806は、ユーザ局102に帯域幅を与えるために基地局104によって使用される。帯域幅許可は、チャンネル内の次のタイムスロット302(又は618)に適用する。対称フィールド806の内容は、以下の表8−3に従って解釈することができる。
DCSフラグ807は、現在のメッセージについてD−チャンネルの使用を示す。DCSフラグ807は、D−チャンネルが、それをベアラチャンネル(B−チャンネル)を使用するアプリケーションによる使用のために予約するためにディスエーブル(非動作状態に)されていることを示すためにある値に設定され、D−チャンネルが他の使用のためにイネーブルされていることを示すために別の値に設定される。VSフラグ808は、基地局104が仮想スロットモードを使用しているかどうかを示す。仮想スロットモードがアクティブ(活性)である(例えば、図6のタイムスロット構造が使用されている)場合、すべてのユーザ局102送信は、VSモードがイナクティブ(非活性)である場合より1タイムスロット早く発生する。
CUフィールド809は、基地局104に対する相対的なスロット利用を示す。好ましい実施形態では、CUフィールドの内容は、以下の表8−4に従って定義される。
クラス制御が登録及び発呼のために有効であるときに、アクセス平準化(均一化)クラス及び負荷平準化クラスが、一般的なポーリングメッセージ(図10Aを参照)の設備フィールド707で識別される。
スロットポインタフィールド810は、現在の基地局/ユーザパケット交換で使用される次のタイムスロットを識別するインデックスを含む。ユーザ局102は、交換を続行するために示されたタイムスロットで送信しなければならない。ある特定の実施形態では、スロットポインタフィールド810の内容が、16個の異なる値のうちの任意のもの(例えば、バイナリ0から15)を取り、各値は、ユーザ局が送信しなければならない現在のタイムスロットからのタイムスロット数を示す。例えば、ゼロという値は、ユーザ局102が(定期的な帯域幅速度では、次のフレーム内の、あるいはサブフレーム速度を使用している場合には将来の複数のフレーム内の)同一のスロット内で送信しなければならないことを意味する。1という値は、ユーザ局102が、現在のタイムフレームの次のタイムスロットを送信しなければならないことを意味する。2という値は、ユーザ局102が、現在のタイムフレームで2桁先のタイムスロットで送信しなければならないなどを意味する。
ARQフィールド811は、受信エンティティ(基地局104又はユーザ局102のいずれか)がメッセージエラーを訂正できるようにする。ARQフィールド811は、次に示すそれぞれ1ビットの3つのサブフィールドを備える。
(1)ARQが送信されたメッセージに必要とされるかどうかを示す、「ARQ必須」サブフィールド、(2)メッセージの送信者が最後に送信されたメッセージを正しく受信したかどうかを示す「ACK」サブフィールド、及び(3)現在のメッセージのメッセージ番号(ゼロ又は1)を示す「メッセージ番号」サブフィールド。ACKサブフィールド及びメッセージ番号サブフィールドは、好ましくは、ARQ必須ビットが設定されているかどうかに関係なく、つねに使用される。
(ARQ必須ビットの値によって決定されるように)ARQが必要とされている場合、受信側エンティティは以下のステップを実行する。
(1)受信されたメッセージのメッセージ番号サブフィールドを過去に受信されたメッセージのメッセージ番号サブフィールドと比較する。それらが同一の場合には、新規メッセージは無視される。
(2)受信されたメッセージのACKサブフィールドをチェックする。値が(メッセージの送信者が最後のメッセージを正しく受信しなかったことを示す)NAKである場合、受信側エンティティは、古いデータメッセージを再送する。それ以外の場合、それは新規データメッセージを送信する。
(3)新規データメッセージが送信されるたびに、メッセージ番号サブフィールドビットを補足する。
(4)メッセージが(図10Aを参照して、説明された)FCWエラーと受信されたり、メッセージをまったく受信しなかった場合、受信側エンティティは、ACKサブフィールドをNAKに設定した状態で古い旧データメッセージを再送する。
図11Bは、(図8の一般的なポーリング応答404又は特別なポーリング応答405のような)ポーリング応答メッセージのためのポーリングメッセージヘッダフォーマットの図である。ポーリング応答ヘッダ820は、基地局/移動インジケータ(B/M)フラグ821、拡張プロトコル(E)フラグ822、パケットタイプフィールド823、PWRフィールド824、対称フィールド825、DCSフィールド826、スペアフィールド827、ARQフィールド828、及びヘッダフレーム制御ワード(HCF)フィールド829を備える。好ましい実施形態では、B/Mインジケータフラグ821、Eフラグ822、DCSフラグ826の長さはそれぞれ1ビットであり、パケットタイプフィールド823、対称フィールド825、及びスペアフィールド827の長さはそれぞれ2ビットであり、ARQフィールド828の長さは3ビットであり、HCFフィールド829の長さは4ビットであり、合計17ビットとなる。18番目のビットは、シンボルコード毎に6ビットを送信するために差動位相符号化を使用するため、RF(高周波)リンクの確立時に「失われる」。
B/Mインジケータフラグ821、Eフラグ822、パケットタイプフィールド823、PWRフィールド824、DCSフラグ826、ARWフィールド828、及びHCFフィールド829が、図11Aに示される基地局ヘッダの対の片方のフィールドと同一の目的で使用される。ユーザ局102ヘッダの対称フィールド825の内容は、以下の表8−5に従って解釈することができる。
図12Aは、通常図9B及び図11Aに図示されるフィールドを、8進数フォーマットで示す基地局情報パケットの図である。図12Bは、図9C及び図11Bに一般的に図示されるフィールドを8進数フォーマットで示すユーザ局情報パケットの図である。
データは、M−aryスペクトル拡散技術を使用して、基地局104とユーザ局102の間で送信される。適切なM−aryスペクトル拡散送信及び受信技術は、例えば、米国特許第5,022,047号及び1995年6月7日に出願された米国特許出願シリアル番号第08/484,007号に説明されている。好ましい実施形態では、基地局104及びユーザ局102のそれぞれは、M=6で、32チップの(「シンボルコード」という。)スペクトル拡散コードを使用して、M−ary直接シーケンススペクトル拡散信号を送信する。32個の異なったシンボルコードが、最高32の異なったデータシンボルを表すために使用され、そのそれぞれは5ビットのデータを備える。シンボルコード毎にデータの6番目のビットの送信を可能にするためには、位相符号化も、使用されることが好ましい。シンボルコード毎の情報の追加ビットの送信のための位相符号化は、米国特許出願シリアル番号第08/484,007号に説明されている。
基地局ヘッダフィールド553は、基地局送信データフレーム551内で最初に配置されるため、それは(差動符号化技術を使用して送信される。)第1の送信データシンボルから第1のビットを失う。従って、4個のデータシンボルを備える基地局ヘッダフィールド553の長さは、23ビットである。第1のシンボルは、5データビットを備え、後ろの3つのシンボルはそれぞれ6データビットを備える。同様に、ユーザヘッダフィールド523はユーザ送信データフレーム521内で最初に配置されるために、それは第1の送信データシンボルから第1のビットを失う。従って、3個のシンボルを備えるユーザヘッダフィールド523の長さは、17ビットである。第1のシンボルは、5データビットを備え、後ろの2個のシンボルはそれぞれ6データビットを備える。
一実施形態のユーザ局102は、マルチバンド動作又はマルチモード動作、あるいはその両方の機能を備えた移動ハンドセットを備える。ユーザ局102は、それらがスペクトル拡散(つまり、広帯域)通信と狭帯域通信の両方の機能を有する可能性があるという点で、マルチモードとなる。ユーザ局102は、免許のあるPCSバンド又は無免許のPCSバンドのいずれかでの周波数のように、複数のさまざまな周波数で動作するように設定されているという意味で、マルチバンドである。ユーザ局102は、第1の周波数バンドではあるモード(例えば、広帯域)で動作し、第2の周波数バンドでは別のモード(例えば、狭帯域)で動作する。
例えば、ユーザ局102は、1850MHzと1990MHzの間の複数の周波数で動作するように設定され、周波数が離散ステップで分離されている。各ユーザ局102は、複数の周波数のうちの任意の1つでの受信又は送信、あるいはその両方を可能にするようにプログラミングできる周波数シンササイザ(合成器)を備える。ある特定の実施形態では、プログラム可能周波数ステップは(GSM又は狭帯域通信の場合)200KHzの増分(増加分)又はGSM周波数バンド内では(スペクトル拡散通信の場合)1.8MHz増分である。ユーザ局102は、第1のチャンネルを1920.625MHzの中心にし、等時性バンドの残り全体で1.25MHzのチャンネル間隔とする、1920MHzと1930MHzの間の等時性バンドで動作するように構成される。
二重モード通信及び二重バンド通信に関するさらなる情報は、1995年6月7日に出願された米国特許出願シリアル番号第08/483,514号に述べられる。
一実施形態においては、チャンネル情報は、ユーザ局102との通信のためにアンテナを選択するときに、基地局104を援助するためにモニタされる。チャンネル情報は、基地局104が、それ自体の出力パワー及びユーザ局(複数の場合がある)102の出力パワーを調整することを可能にすることもできる。
時間分割デュプレックスは、典型的にはアンテナダイプレクサーを必要としなくても、共通のアンテナを、基地局104とユーザ局102の両方での送信機能と受信機能に使用できるようにする。共通のアンテナは、これらの機能が、ユーザ局102と基地局102のそれぞれで時間で分離されるため、送受信に使用することができる。共通のアンテナを使用する結果、基地局104及びユーザ局102の端末設計が簡略になる。
基地局104は、好ましくは、アンテナダイバシティを提供する複数の基地局アンテナを含む。基地局104は、各タイムスロット302の間の各ユーザ局102との通信に使用されるための最良のアンテナを選択するための電子装置を備える。基地局104は、複数の基地局アンテナのそれぞれで(反射又はマルチパス効果のために変動が考えられる)同時に(タイムスロット302のユーザセグメント305の間に送信されるユーザから基地局のメッセージのような)ユーザ送信を受信する。各基地局アンテナは、受信されたユーザ送信の品質を分析し、基地局104のプロセッサに品質測定規準を提供する個々の基地局受信機に接続される。基地局104は、各基地局受信機によって作成される品質規準を比較し、最良品質の受信機出力信号を選択する。このようにして、最も適切な基地局アンテナが、各ユーザ局102に選択される。選択された受信機出力信号からの測定規準は、基地局104と特定のユーザ局102の間の通信チャンネルの特徴付けを行う。
基地局104は、ある特定のユーザ局102に送信する場合、それは送信に最も適切な基地局アンテナを選択する。アンテナ及び送信パワーレベルは、好ましくは、基地局104からの送信チャンネルの特性をユーザ局102に一致するように選択される。基地局104は、その送信アンテナとして、ユーザ送信305を受信するために選択される同一の基地局アンテナを選択する。基地局140は、ユーザ局102から最良の受信信号品質のアンテナで受信及び送信の両方を行うことができるため、ユーザ局102は、複数のアンテナを備えていなくてもアンテナダイバシティから利益を得る。基地局104は、ユーザ送信の受信後非常に迅速に送信するため、チャンネル特性が、基地局104がその送信を行う前に大きく変更しないように、ほとんど時間遅延はない。
ポーリングループ301において特定のユーザステーション102に割り当てられるそれぞれのそれ以降のタイムスロット302の間、基地局104は、再び、最も近くに先行するユーザ局送信から派生されるチャンネル特徴付けデータに基づき、(タイムスロット302の基地局セグメント306の間に送信される基地局からユーザへのメッセージのような)基地局送信のためのアンテナ及びパワーレベルを選択する。
基地局104は、好ましくはその出力パワーをスロット単位で制御する。これを行うためには、基地局104は、ユーザ局102のパワー設定値を求める手段を備えることが好ましい。ただし、単独の基地局104はポーリングループ301の間、基地局からのその距離のそれぞれがほぼゼロから最大セル103の半径まで変化する、大多数のユーザ局102と通信できるため、各タイムスロット302の間に各ユーザ局102でほぼ一定の受信パワーレベルを維持するための基地局送信機出力パワーの制御は、大部分は、基地局送信出力パワーの(40dBを超えるような)大きな変更が各タイムスロット302(約1153μs)に必要となるだろうという事実のために実際的ではない可能性がある。タイムスロット302単位でパワー制御を行うことの代替策として、基地局104での出力パワー制御が、代わりに各タイムスロット302より長い時間間隔で平均化することができる。
タイムスロット302のユーザセグメント305の中のユーザ局送信の受信に応答して、基地局104は、例えば、受信されたパワー及び信号対雑音比又は干渉比を含む、受信された信号の品質を決定する。タイムスロット302の後半の部分でのそれ以降の基地局セグメント306の間、ある実施形態での基地局104は、ユーザ局102に、基地局104によって受信される信号品質を示し、ユーザ局102に、必要ならばそのパワーを調整するように命令するメッセージを送信する。受信された信号の品質に基いて、ある実施形態での基地局104は、基地局104によって受信されるユーザ送信の品質が許容しきい値を超えるまで、ユーザ局102に、その現在の設定値に関してある程度の離散量(例えば、3dBという最小ステップで)、その送信パワーを変更(増加又は減少)するように命令する。パワー制御の好ましい手段は、図8Aに記載されるPWRフィールド805に関して説明される。
基地局104からユーザ局102への好ましいパワー調整コマンドは、本明細書の前半に記載される表8−2に従って符号化される。好ましい値は表8−2に提供されているが、パワー制御コマンドステップの数及びそれらの差は、特定の用途及びシステム仕様に応じて変化してもよい。
上記パワー調整技術及びアンテナダイバシティ技術は、通常、図6の実施形態に記載される特徴に関して説明されるが、説明される技術は図7の実施形態にも等しく適用することができる。
本発明の態様は、通信システムのタイミング構造内での高速制御トラフィックを装備することを目的としている。通信を確立するハンドオーバ、又はタイムスロット交換は、1タイムフレームより少ない間隔が空けられた複数のタイムスロットを利用することにより、迅速に実行される。このようにして、制御トラフィックは、基地局104とトランザクションを希望するユーザ局102の間でメッセージを交換する各機会の間、タイムフレーム全体で待機しなければならないことを回避するために、未使用のためのタイムスロットを利用する。それにより、余分な資源(リソース)は、制御トラフィックトランザクションを加速する目的で使用される。
ユーザ局102が、タイムスロット302(又は仮想タイムスロット618)で基地局104の前に送信する好ましい実施形態では、スロットポインタによって、ユーザ局102は、次の使用可能なタイムスロット302についての知識を有することができる。そうではない場合、ユーザ局102は、一般的なポーリングメッセージ401が受信されるまで、必ずしも、ある特定のタイムスロットが通信に使用可能であるかどうかを知らず、従って典型的には一般的なポーリングメッセージ401に応答する前にポーリングループ全体を待機しなければならないだろう。
使用可能なタイムスロット302についての知識は、OTAマップフィールド726を使用することによって、特別なポーリングメッセージ402でユーザ局102に渡される。上述されたように、OTAマップフィールド726は、特定のユーザ局102に関するタイムスロットのマッピングを記述する。従って、16個のタイムスロット302がある1タイムフレーム301の間、ある実施形態でのOTAマップフィールド726は、16ビットを備える。各ビットは、そのビットに対応するタイムスロット302が使用できないことを示すために第1の値(例えば「1」)に設定され、そのビットに対応するタイムスロット302が通信に使用可能であることを示すために第2の値(例えば「0」)に設定される。好ましくは、タイムスロットの使用は、ユーザ局302の現在のタイムスロット302に関する観点から示される−−すなわち、第1のビットはすぐ後に続くタイムスロットに対応し、第2のビットはその後の次のタイムスロットに対応し、第3のビットはその後の次のタイムスロットに対応するなどである。とって代わって、タイムスロットの使用が、タイムフレーム301の開始のような固定された規準に関する観点から示され、その場合、ユーザ局302は、タイムフレーム301の相対的な開始点を情報として使用できるようにする必要がある。
図13は、本発明のある実施形態に従った統合化された基地局850のブロック図である。統合化された基地局850は、第1のTDMA又はTDDプロトコルに従って動作する第1の基地局装置852、及び第2のTDMA又はTDDプロトコルに従って動作する第2の基地局装置853を備える。第1の基地局装置852及び第2の基地局装置853は、好ましくは同一の地理的な領域又は重複する地理的な領域で動作する。第1の基地局装置852及び第2の基地局装置853は、図13では別個のブロックとして図示されているが、同一の装置内に物理的に配置される。代わりに、それらが別個の物理的な位置であるが、それにも関わらず互いに近くてもよい。
第1の基地局装置852は、プロセッサ860、全地球測位衛星(GPS)受信機861、クロック発生器862、及びフリースロットインデックス863を備える。第2の基地局装置853は、プロセッサ870及びフリースロットインデックス873を備える。第1の基地局装置852は、通信回線869で第2の基地局装置853と通信を行う。第1の基地局装置852及び第2の基地局装置853が同一の場所に設けられている場合は、それらは同一のアンテナ又は1組のアンテナ(図示せず。)を共用してもよい。
ある好ましい実施形態では、第1の基地局装置852は、図6(を参照して一般的に説明される通信プロトコル又は図7、及び図8から図12Bまでを含む、これ以降集合的に「図6の通信プロトコル」又は「図6のTDDプロトコル」、あるいは単に「TDDプロトコル」という。)に従って通信を行い、第2の基地局装置853はGSMプロトコルに従って通信を行う。本発明の1つの態様では、第1の基地局装置852及び第2の基地局装置853への送信と第1の基地局装置852及び第2の基地局装置853からの送信の間の干渉は、予め定められた時間パターンに従って、時間で通信を分離することにより回避される。
さらに特定すると、基地局装置852、853のそれぞれへの通信、及び基地局装置852、853のそれぞれからの通信は、通信プロトコルのそれぞれの1つ又は複数のタイムフレームを含むタイミングパターンに従って実行される。このようなタイミングパターンは、これ以降、通常、ここでさらに詳細に説明される、複合時間フレームという。例示的な複合タイムフレームは、図15及び図16に図示される。
図15及び図16の複合タイムフレームのそれぞれにおいて、通常、複合タイムフレームの一部が、第1のプロトコルと使用するためにタイムスロットに分割され、複合タイムフレームの残りの部分が第2のプロトコルと使用するためのタイムスロットに分割される。図14は、図15及び図16の複合タイムフレームがその中から得られる、2つの異なるプロトコルのタイムフレームを比較する図である。図14には、「タイプ−1」タイムフレームと指定される第1のタイムフレーム901が図示される。第1のタイムフレーム901は、複数のタイムスロット902を備える。また、「タイプ−2」タイムフレームと指定される、同様の時間軸に沿った第2のタイムフレーム911も図14に図示される。図14では、第1のタイムフレーム901のタイムスロット902が、2つの数字が後に続く「TS」で示される(例えば、TS00、TS01、TS02,...TS15)が、第2のタイムフレーム911のタイムスロット912は、ただ1つの数字が後に続く「TS」(例えば、TS1、TS2、TS3、...TS7)によって示されている。タイムスロット図14が「0」又は「00」で始まって番号が付けられているが、図6及び図7の図面では、タイムスロットが「1」で始まって番号が付けられていることに注意する必要がある。特定の図面に選択された特定の開始参照番号による含意は意図されていない。
ある好ましい実施形態では、第1のタイムフレーム901は、TDD通信のためのプロトコル、さらに特定すると図6のTDDプロトコルの一部として定義される。同一の好ましい実施形態では、第2のタイムフレーム911は、図3を参照して前述したように、GSMプロトコルの一部として定義される。好ましい実施形態では、第1のタイムフレーム901は、18.46ミリ秒の持続時間を有し、第2のタイムフレーム911は4.615ミリ秒の持続時間を有する。従って、総計の中の第2のタイムフレーム911のうちの4個が、単独の第1のタイムフレーム901と同一の持続時間を有する。好ましい実施形態では、第1のタイムフレーム901のタイムスロット902のそれぞれが1153.125マイクロ秒という持続時間を有し、第2のタイムフレーム911のタイムスロット912のそれぞれが576.92マイクロ秒という持続時間を有する。従って、総計の中の後半のタイムスロット912のうちの2つは第1のタイムスロット902の1つのものと同一の持続時間を有する。
図15に図示される本発明の1つの実施形態において、複合タイムフレーム925が、第1のプロトコルに割り当てられた複合タイムフレーム925時間の一部、及び第2のプロトコルに割り当てられた複合時間フレーム925の一部で定義画成される。従って、図15には、複合タイムフレーム925内へのその取込み(編入)を示すために陰影が付けられず、複合タイムフレーム925からのその排除を示すために陰影が付けられているタイムスロット922を備える第1のタイムフレーム921(つまり図14のタイムフレーム901)が図示されている。同様に、図15には、複合タイムフレーム925へのその取込み(編入)を示すために陰影を付けられず、複合タイムフレーム925からのその排除を示すために陰影が付けられているタイムスロット932を備える第2の組のタイムフレーム931(つまり、図14のタイムフレーム911)が示されている。従って、複合タイムフレーム925は、複数の異なった長さのタイムスロット926を備え、そのうちのいくつかは第1のタイムフレーム921のタイムスロット922に対応するタイムスロット926aであり、そのうちのいくつかは第2の対舞うフレーム931のタイムスロット932に対応するタイムスロット926bである。
図15において、複合タイムフレーム925は、第1のタイムフレーム921に対応する4個のタイムスロット926a(つまり、タイムスロットTS00、TS04、TS08、及びTS12)及び第2のタイムフレーム931に対応する6個のタイムスロット926b(つまり、タイムスロットTS2乃至TS7)を備える。第1のタイムフレーム921と第2のタイムフレーム931の間のタイミング関係のため、複合タイムフレーム925の第1のタイムスロット926aのそれぞれが1回出現し、(第1のタイムフレーム921が相対的な方向出第2のタイムフレーム931のうちの4つをカバーするため)複合タイムフレーム925の第2のタイムスロット926bのそれぞれは4回出現する。
第1のプロトコル及び第2のプロトコルの両方に従った時間分割通信は、その性質により規則正しいため、そしてこの実施形態で第1のタイムフレーム921は第2のタイムフレーム931の期間の4倍をカバーするため、複合タイムフレーム925の異なるサイズのタイムスロット926a、926bが、タイムフレーム911及び931から取られる特別なタイムスロットチャンネルの定期的な出現に従って散在する。
複合タイムフレーム925の特別な構成−−つまり、第1のタイムスロット926aの第2のタイムスロット926bに対する割合、及びその特別な順序−−は、特定のシステムニーズに適合させることができる。さらに多くのユーザが(第1のタイムフレーム921に対応する)第1のプロトコルを使用するだろう場合は、そのプロトコルに対応するタイムスロット926aのさらに多くが複合タイムフレーム925に含まれる。反対に、さらに多くのユーザが(第2のタイムフレーム931に対応する)第2のプロトコルを使用するだろう場合は、タイムスロット926bのさらに多くが複合タイムフレーム925に含まれる。
図16は、タイムスロット946のそれぞれが、第1のタイムフレーム921及び第2のタイムフレーム931のタイムスロット922又は932に対応する、タイムスロット946の異なった配置を有する別の複合タイムフレーム945の図である。図15での場合のように、第1のタイムフレーム921のタイムスロット922は、複合タイムフレーム945の中へのその取込み(編入)を示すために陰影が付けられず、複合タイムフレーム945からのその排除を示すために陰影が付けられている。同様にして、第2の組のタイムフレーム931からのタイムスロット932は、複合タイムフレーム945の中へのその取込みを示すために陰影が付けられず、複合タイムフレーム945からのその排除を示すために陰影が付けられている。従って、複合タイムフレーム945は、複数の異なった長さのタイムスロット946を備え、そのうちのいくつかは第1のタイムフレーム921のタイムスロット922に対応するタイムスロット946aであり、そのうちのいくつかは第2のタイムフレーム931のタイムスロット932に対応するタイムスロット946bである。
図16において、複合タイムフレーム945は、第1のタイムフレーム921に対応する8個のタイムスロット926a(つまり、タイムスロットTS00、TS01、TS04、TS05、TS08、TS09、TS12及びTS13)及び第2のタイムフレーム931に対応する4個のタイムスロット(つまり、タイムスロットTS4乃至TS7)を備える。第1のタイムフレーム921と第2のタイムフレーム931の間のタイミング関係のため、複合タイムフレーム945の第1のタイムスロット926aのそれぞれは1回出現し、(第1のタイムフレーム921が、相対的な持続時間で第2のタイムフレーム931のうちの4つをカバーするため)複合タイムフレーム945の第2のタイムスロット926bはそれぞれ4回出現する。
従って、図15と図16の複合タイムフレーム925と945のタイムスロット926と946の異なる配置をそれぞれ比較することによって、タイムスロットの異なる割合が、例えば、異なるシステム要件に従って使用されることが明らかである。従って、図15では、複合タイムフレーム925は、第1のタイムスロット926aの最高4人のユーザ及び第2のタイムスロット926bの6人のユーザをサポートすることができる。図16では、複合タイムフレーム945は、第1のタイムスロット946aの8人のユーザ及び第2のタイムスロット926bの4人のユーザをサポートできる。
図17Aは、各プロトコルのサポート可能なユーザの数の割合が、タイムスロットの数が変化するにつれてどのように変化するのかを示すデマンド移動テーブルである。図17Aのデマンド移動テーブルの第1の行950は、第2のプロトコル(つまり、GSMプロトコル)のサポート可能なユーザに対応し、第2の行951は、第1のプロトコル(つまり、図6のTDDプロトコル)のサポート可能なユーザに対応する。5つの異なる組合わせオプション954が、図17Aのデマンド移動テーブルに提供され、そのそれぞれにはサポート可能なGSMプロトコルユーザ952のサポート可能なTDDプロトコルユーザ953に対する異なる割合が設定される。図17Aに示されるように、第1の組み合わせオプション952のもとでは、8人のGSMプロトコルユーザ952が、複合タイムフレームでサポートされているゼロTDDプロトコルユーザ953でサポートできる。第2の組み合わせオプション954のもとでは、6人のGSMプロトコルユーザ952が、複合タイムフレームでサポートされている4人のTDDプロトコルユーザ953でサポートできる。第3の組み合わせオプションのもとでは、4人のGSMプロトコルユーザ952が、サポートされている8人のTDDプロトコルユーザ953でサポートできるなどである。一方のプロトコルに対するタイムスロットの割り当てによって、必然的に、他方のプロトコルの割り当て可能タイムスロットの数が減少するために、一方のプロトコルのサポート可能なユーザの数が増加するに従って、他方のプロトコルのサポート可能なユーザの数は、減少する。
図15及び図16に示される実施形態は、それぞれが、その中からそれが得られる2つのタイムフレーム921と931のうちの長い方と同一の長さの複合タイムフレーム925と945を有するが、本発明はこのような配置に限定されていない。一般的には、複合タイムフレームは、その中から複合タイムフレームが得られる第1のタイムフレームと第2のタイムフレームの両方の整数に適合するのに十分な持続期間とならなければならない。従って、例えば、複合タイムフレームが、第1のタイムフレーム持続時間が12ミリ秒で、第2のタイムフレームが20ミリ秒である、例えば60ミリ秒となるように選択される。このようなケースでの60ミリ秒の複合タイムフレーム持続時間は、便宜的に、第1の組のタイムフレームと第2の組のタイムフレームの両方の整数に適合する最短持続時間を表す。
(一般的には、第1のプロトコル及び第2のプロトコルが、異なる関係者によってさまざまな通信システムに独立して開発される場合に発生する可能性がある)複合タイムフレームにこのような便宜的な最短長さがない場合、各タイムフレームの整数が複合タイムフレーム内で適合するように、タイムギャップが挿入される。図26は、このような配置を図示する複合タイムフレーム1085の図である。図26では、第1のタイムフレーム持続時間を有する一連の第1のタイムフレーム1080が、第2のタイムフレーム持続時間を有する一連の第2のタイムフレーム1081に相対して示される。一連の第1のタイムフレーム1080は、第2のタイムフレーム1081のうちの2つが、タイムギャップ1082を加えた単独の第1のタイムフレーム1080と同一の持続時間を有するように選択された持続時間のタイムギャップ1082によって分離されている。複合タイムフレーム1085は、タイムギャップ1082の間、一連の第1のタイムスロット1080からどのチャンネルも使用できないという点を除き、図15及び図16を参照して記述されるのと同一のように構築される。従って、図26の実施形態では、複合タイムフレーム1085で無駄にされるスペースを最小限に抑えるために、その端(つまり、第1のタイムフレーム1080の間で挿入されるタイムギャップ1082に対応する領域)から始まる第2のタイムフレーム1081のタイムスロットを割り当てることが好ましい。従って、通常、第2のタイムフレーム1081からどのタイムスロットもそれに割り当てられない場合にだけ、条件付きタイムギャップ1086が実際のタイムギャップを含むため、タイムギャップ1082は、複合タイムフレーム1085内の「条件付き」タイムギャップ1086として出現する。
このようにして、一様ではない長さのタイムフレームを有することによって作り出される問題のいくつかを克服する一方で、それにも関わらずタイムギャップを使用すると、タイムラインの一部が浪費されるため、一般的にはある程度の非効率が生じ、タイムギャップに対応する複合タイムフレームの部分が2つのタイミングプロトコルのうちの1つにしか割り当てられないため、柔軟性がさらに少なくなる可能性もある。
同様に、タイムギャップがいずれかのタイムフレームのタイムスロットと条件付きで複合タイムフレームの間に挿入され、同一の持続時間の各タイムスロット、又は最短タイムスロット持続時間の倍数を作り出す。同様の非効率の問題は、タイムギャップがタイムスロット間に挿入された状態で発生する。
とって代わって、複合タイムフレームが、それが、通常はタイムスロットの各セットを定義するタイムフレーム構造に対する制限なしに、2つの異なるプロトコルのタイムスロットの組み合わせを備えるように構築されてもよい。むしろ、タイムフレームの組み合わせは、システムのニーズに従って選択され、各複合タイムフレームの間、反復する。図27は、このような配置を図示する複合タイムフレーム1090の図である。複合タイムフレーム1090は、第1の通信プロトコルと対応するタイムスロット1091、及び第2の通信プロトコルと対応するタイムスロット1092から構成される。図26の実施形態より、潜在的な時間資源の浪費につながるタイムギャップがないという点でさらに大きな効率性を有する一方、図27の実施形態は、複合タイムフレーム長が、タイムスロット1091、1092がその中から取られる通信プロトコルのタイムフレームの整数に等しくない限り、容易には適合できず、さまざまなユーザ環境に統合するには困難である可能性があるタイミング構造を生じさせる。
従って、ユーザの要求に従って、複合タイムフレーム長を変更したり、他の内部タイミング調整を行う必要なしに、第1のプロトコルと第2のプロトコルに対するタイムスロットの割合を比較的に容易に変更できるために、図15及び図16に図示される複合タイムフレーム構造が好まれる(つまり、各複合タイムフレーム925及び945内に各タイムフレーム921と931の整数がある場合)。図17A及び図17Bのデマンド移動テーブルは、第1のプロトコルタイムスロットの第2のプロトコルタイムスロットに対する割合が、複合フレーム長を変更しなくても、どのように、指定された組合わせのオプションに従って比較的に容易に修正されるのかを図示する。
図13に戻ると、第1の基地局装置952が、タイムフレーム921又は931のうちの一方に対応するタイムスロット926(例えば、第1のタイムフレーム921に対応するタイムスロット926a)で通信を行い、第2の基地局装置951が、タイムフレーム921又は931の他方に対応するタイムスロット926(例えば、第2のタイムフレーム931に対応するタイムスロット926b)で通信を行う。このようにして、各基地局装置852、853は、特定の基地局装置852、853に割り当てられたプロトコルに従って、ユーザ局102と通信を行う。
ある好ましい実施形態において、複合タイムフレーム構造は、各基地局装置852、853が、予めそれに割り当てられるタイムスロットの相対的な位置を理解するように、統合化された基地局850の中にプログラミングされる。各基地局装置852、853は、独立してそれに割り当てられるタイムスロットを管理し、独立して、それに割り当てられるプロトコルを使用してユーザ局102との通信を確立し、維持する責任を負っている。
さらに詳説すると、各基地局852、853は、複合タイムフレームのどのタイムスロットが使用できるのか、又は通信のために予めそれに割り当てられているのかを判断するための手段を備えている。第1の基地局装置852は、例えば静的メモリ又は動的メモリを備えるフリースロットインデックス863を備える。フリースロットインデックス863が動的メモリを備える場合、それは、タイムスロットの基地局装置852、853への割り当ての動的な再プログラミングを可能にするように、基地局コントローラ105(図2を参照されたい。)によって遠隔でダウンロードされる。フリースロットインデックス863は、基地局装置852に割り当てられるタイムスロットのマップを記憶する。従って、図15の複合タイムフレーム925が図13の統合化された基地局850で実現されると、フリースロットインデックス863は、それぞれの位置がタイムスロット922のうちの1つに対応し、位置が、その第1の基地局装置852に対する割り当てを示すために設定されているタイムスロットTS00、TS04、TS08、及びTS12に対応する16の位置のあるマップを備える。
上記実施形態によれば、第1の基地局装置852が通信を行うと、それはタイムスロットTS00、TS04、TS08及びTS12だけを使用する。チャンネルがセットアップされると、第1の基地局装置852は、タイムスロットの割り当てられた組(セット)(TS00、TS04、TS08、及びTS12)からのタイムスロットのうちの1つだけを使用する。この特定の実施形態では、一般的なポーリングメッセージは、基地局装置852により、第1のプロトコルのユーザに対する空きタイムスロットの利用可能性を示すために送信される。従って、一般的なポーリングメッセージは、タイムスロットTS00、TS04、TS08又はTS12だけで、特定のタイムスロットが空いている場合にだけ送信される。他のタイムスロット922は、それらが後でそれに割り当てられない限り第1の基地局装置852によって使用されない。
同様に、第2の基地局装置853は、第1の基地局装置852のフリースロットインデックス863に同様のフリースロットインデックス873を備える。しかしながら、第2の基地局装置853のためのフリースロットインデックス873は、第2の基地局装置853に割り当てられたタイムスロットのマップを記憶する。従って、図15の複合タイムフレーム925が図13の統合化された基地局850で実現される場合、フリースロットインデックス873は、それぞれが第2のタイムフレーム931のタイムスロット932のうちの1つに対応し、タイムスロットTS2乃至TS7のフリースロットインデックス973内の位置が、第2の基地局装置853に対するその割り当てを示すために設定されている8つの位置(又は代わりに、複合タイムフレームの位置毎に1つずつ、32個の位置)があるマップを備える。
上記実施形態によれば、第2の基地局装置853が通信を行うと、それはタイムスロットの割り当てられた組(セット)(つまり、TS2乃至TS7)からのタイムスロットのうちの1つだけを使用する。この特定の実施形態では、第2のプロトコルは、通信を開始するために別個の制御チャンネルを利用するGSMプロトコルである。従って、基地局装置853は、ユーザ局102と新しい通信チャンネルを確立するようにという要求を受信すると、それは、TS0又はTS1ではなく、まだそれに割り当てられていない、タイムスロットTS2からTS7までからだけのフリータイムスロットを選択する。第2の基地局853は、チャンネル割り当てを行う前に、フリースロットインデックス873の内容を調べることによって、この決定を下す。
第1の基地局装置852は、通信回線869を使用することによって第2の基地局装置853との同期を維持する。システム全体での同期を容易にするために、第1の基地局装置852は、上述したように、技術では周知の手段によって達成できる、衛星によって送信されるタイミング情報を受信するGPS受信機861を用いて構成されることが好ましい。
GPS受信機861は、スロットクロック信号869a及びフレームクロック信号869bを生成するクロック発生器862にタイミング情報を提供する。図18は、スロットクロック信号869aのスロットクロック波形965及びフレームクロック信号869bのフレームクロック波形966を示すタイミング図である。スロットクロック波形965は、(この特定の実施形態では、第1のプロトコルのタイムスロットは第2のプロトコルのタイムスロットの持続時間の半分であるため)第1の(GSM)プロトコルのタイムスロットTS0、TS1、TS2,...だけではなく、第2の(TDD)プロトコルのタイムスロットTS00、TS01,TS02...の境界画定を可能にする(図18に図示されるような)50パーセントのデューティーサイクルの方形波クロック波形であることが好ましい。フレームクロック波形966は、各タイムフレームの開始時にフレームマーカー967を備える。図15又は図16の複合タイムフレーム925又は945のいずれかを使用して、フレームマーカー967は、各TDDタイムフレーム921の開始も示す。
スロットクロック信号869a及びフレームクロック信号869bを使用することにより、統合化された基地局850は、2つの基地局装置852、853の間での内部同期を維持する。各基地局装置852、853は、それによって、タイムスロットのそれぞれのタイミングを理解し、各複合タイムフレーム925又は945がいつ開始し、終了するのかを理解する。図13の実施形態のGPS受信機861は第1の基地局装置852の構成要素として図示されているが、それは第2の基地局装置853内に常駐してもよく、各基地局装置852、853が専用のGPS受信機を備え手もよい。代わりに、2つの基地局装置852、853は、同一のGPS受信機861を共用してもよく、それぞれは、複合タイムフレームの開始が同期されている限り、専のための内部クロック生成電子回路を備える。代わりに、統合化された基地局850に複合タイムフレームの開始に関するタイミング情報及びその他のタイミング情報を必要に応じて送信する、GPS受信機861が、さらに上流に−−例えば基地局コントローラ105(図2を参照)に−−配置される。
ある好ましい実施形態において、第2の(TDD)プロトコルに従った第1の基地局装置852からの送信は広帯域であり、スペクトル拡散技術を使用して行われる。第1の(GSM)プロトコルは狭帯域であるため、TDDプロトコルに従って行われる送信は、通常GSMプロトコルの複数の周波数チャンネルをカバーする。
図19及び図20は、図14に図示されるタイミング構造を利用する、それぞれTDD通信システム及びGSM通信システムのためのチャンネル化計画を示すグラフである。図19には、予め定められた幅(例えば、図19の実施形態では15MHz)の周波数帯域幅970が図示される。周波数帯域幅970は、個々のシステム構成要素の間で配分され、それによって周波数分割多重による通信の分離を規定する。図19の実施形態では、周波数帯域幅970は、それぞれが約1.8MHzの帯域幅を使用し、周波数帯域幅970内での14個の個別のTDD周波数バンド972を可能にするように、部分的には重複する、複数のシステム構成要素の間で配分される。各TDD周波数バンド972は、TDD基地局104及びその構成要素のユーザ局102をサポートすることができる。ある地理的な領域での周波数は、図5に図示され、ここで前述された再利用パターンに従って再利用されることが好ましい。周波数ガードバンド973及び974が、隣接周波数バンドのユーザとの干渉を最小限の抑えるために、周波数帯域幅970の縁に備えることが好ましい。
ある好ましい実施形態では、図6のTDDシステムで動作する受信機は、約2.7MHz(チップ毎に0.369ミリ秒)のチッピングレートで、1995年4月17日に出願された米国特許出願シリアル番号第08/423,225号に従って、スペクトル拡散技術を使用して広帯域信号を送信する。
図20は、GSM通信システムの周波数チャンネル化計画を示す。図20の周波数チャンネル化計画は、GSMユーザ局102が基地局104に送信する、例えば15MHzのユーザ周波数バンド976、及び基地局104がユーザ局102に送信する基地局周波数バンド977を含む。ユーザ周波数バンド976内では、複数の周波数チャンネル978が定義され、そのそれぞれには(GSM規格は271KHzのヌル対ヌルの送信帯域幅を規定しているが)200KHzの帯域幅が割り当てられている。従って、(周波数ガードバンドを考慮しない)最高75の周波数チャンネルが、ユーザ周波数バンド976内に含められる。同様に、GSMはFDDシステムであるので、基地局周波数バンドは、それぞれ200KHzの周波数チャンネル976に分割される。ユーザ周波数バンド976は、基地局周波数バンド977から予め定められた周波数間隔FSによって分離される。予め定められた周波数間隔FSは、典型的にはヨーロッパでは40MHzであるが、米国及びそれ以外の場所では80MHz又は任意のその他の適切なサイズとなる。好ましくは、各ユーザ周波数チャンネル978は、各ユーザ周波数チャンネル978がこのようにして同一の周波数距離、その対応する基地局周波数チャンネル979から分離されるように、予め定められた周波数間隔FSで分離された対応する基地局周波数チャンネル979と対にされる。
従って、75個の周波数チャンネルの組み合わせ(周波数ガードバンドは考慮していない。)は、図20の図示されるGSM周波数チャンネル化計画内で定義されるが、GSMシステムは、図5に図示される周波数再利用パターンに同様の、3セル周波数再利用パターンを使用して(つまり、図5に図示されるコード再利用パターンを無視して)展開されることが好ましい。従って、周波数チャンネル978、979の3分の1だけが指定された基地局104に割り当てられる。典型的には、基地局104には、周波数バンド976、977で均等に間隔が空けられる周波数チャンネル978、979が割り当てられる。つまり、基地局104には、その基地局104に割り当てられる最低周波数チャンネル組み合わせから周波数チャンネル978、979毎に3つが割り当てられるため、GSM基地局装置853でのそれぞれの周波数チャンネルが隣接周波数チャンネルから600KHzだけ分離される。
図21及び図22は、ある特定の実施形態の場合の、図19及び図20に図示される周波数チャンネル化計画を備える通信システムの周波数チャンネル化関係を示すグラフである。図21は、指定されたTDD基地局104及び複数−−この場合では、9つの周波数チャンネル982の周波数チャンネル982に割り当てられる約1.8MHzの帯域幅981の間の関係を示す。第1の組の周波数チャンネル983は、GSM3−セル周波数再利用パターンの第1の組の周波数(グループA)に対応する。第2の組の周波数チャンネル984は、GSM3−セル周波数再利用パターンの第2の組の周波数(グループB)に対応する。第3の組の周波数チャンネル985は、GSM3−セル周波数再利用パターンの第3の組の周波数(グループC)に対応する。グループA、グループB及びグループCの周波数チャンネルは、図21に記載される凡例によって識別されるように、それぞれの陰影付けに応じて図21で区別される。
ある好ましい実施形態においては、TDD基地局装置852が、それが統合される(図13の統合化された基地局850を参照)GSM基地局装置853の代わりに送信する。従って、TDD基地局装置852が、それが重複するGSM周波数チャンネルの「代わりに」送信する。例えば、TDD基地局装置852が、グループA周波数に割り当てられるGSM基地局装置853と統合される場合、(複合タイムフレーム925又は945のような)複合タイムフレーム内でのTDDタイムスロットの間、図23に図示されるような周波数チャンネル使用が出現するだろう。従って、統合化された基地局850の周波数使用は、3つの狭帯域GSM周波数チャンネル92と単独の広帯域TDD周波数チャンネル951の間で、複合タイムフレーム925又は945内でのタイムスロット配置に従って交互に生じる。
また、図21に図示されるように、TDD基地局の帯域幅981は、ロールオフ係数、つまりTDDチャンネル変調スペクトルに対応する「α」に応じてわずかに変化する。αが0.32の場合、TDD送信機は、図21に図示される帯域幅981aで送信する。αが0.18の場合、TDD送信機は、図21に図示されるわずかに狭い帯域幅981bで送信する。一般的には、αの値が低いほど、送信の帯域幅は狭くなり、それはさらに効率的になる。しかしながら、それは実現することがさらに困難になる。
図22の周波数チャンネル化計画は、本発明の好ましい実施形態の複数の統合化された基地局850の共存を示す。図22には、より低い(下部)周波数バンド990及びより高い(上部)周波数バンド991が示される。より低い周波数バンド990は図20のユーザ周波数バンド976に対応し、より高い周波数バンド991は図20の基地局周波数バンド977に対応する。複数のTDD周波数バンド(つまり、チャンネル)995、997は、それぞれより低い周波数バンド990及びより高い周波数バンド991で定義される。同様に、複数のGSM周波数チャンネル994、996は、それぞれより低い周波数バンド990及びより高い周波数バンド991で定義される。各TDD周波数バンド995又は997は、図21及び図23に図示され、上述と同様のように、複数のGSM周波数チャンネル994又は996と重複する。
GSMシステムはFDD/TDMAシステムであり、ユーザ局102は、デュプレックス通信で3個のタイムスロット分だけ基地局104から遅れるために、指定されたユーザ局102とのGSM通信をサポートするタイミング構造は、特定のユーザ局102のGSM周波数チャンネル組み合わせに従って、2つの異なった周波数バンドで複製される。ただし、図6のTDDプロトコルは、単独周波数バンドだけに指定のユーザ局102とのデュプレックス通信をサポートすることを要求する。従って、最も効率的にシステム資源(リソース)を割り当てるために、一方の周波数バンド990、991で展開される同一の複合タイムフレーム構造が、他方の周波数バンド990、991の対応する位置でも展開される。さらに特定すると、より高い周波数バンド991(つまり、GSM基地局周波数バンド977)で動作するために定義された複合タイムフレームは、好ましくは、より低い周波数バンド990(つまり、GSMユーザ局周波数バンド976)で動作するために定義された、対の片方の複合タイムフレームを有するが、オフセットされ、3個のSMタイムスロット分だけ遅れる。
従って、例えば、4人のTDDユーザ及び6人のGSMユーザをサポートし、より高い周波数バンド991での動作のために定義される、図15に図示されるような複合タイムフレーム925の場合、4人の追加TDDユーザをサポートする、対の片方の複合タイムフレーム925がより低い周波数バンド990での動作のために定義されるが、3個のGSMタイムスロット932分だけ遅れる。GSMシステムは周波数分割デュプレックスを使用するため、より低い周波数バンド990うちの対の片方のGSMタイムスロットは、より高い周波数チャンネルで基地局からユーザへの通信を受信する同一のGSMユーザをサポートするためにすでに使用される。対の片方のTDDタイムスロットは、上述したように別の複合タイムフレームに割り当てられていない場合には、そうでなくて未使用となり、従って無駄になるだろう。このようにして、より高い周波数バンド及びより低い周波数バンド991,990の両方が考慮される場合、2つの複合タイムフレーム(より高い周波数バンド991上に1つ、及びより低い周波数バンド990上に1つ)が、例えば合計8人のTDDユーザ及び6人のGSMユーザを(図15の複合タイムフレーム925を仮定して)サポートする。
ある好ましい実施形態において、2つの複合タイムフレームが、同一の統合化された基地局850によってサービスを受ける。この実施形態では、TDD基地局装置852がより低い周波数バンド990で複合タイムフレーム、及びより高い周波数バンド991の別の複合タイムフレームにサービスを提供する。複合タイムフレームは、好ましくはGSMユーザ及び基地局の送信と同一の周波数間隔(つまり、通常は40MHz又は80MHz)で分離される。TDDプロトコルで動作するユーザ局102は、干渉している場合には、(タイムスロット交換を実行することにより)別のTDDタイムスロットによって割り当てられるか、あるいは(オプションでタイムスロット交換と結合されている周波数交換を実行することによって)同一のTDD基地局装置852によってサービスを受けている他の周波数バンド990、991のTTDタイムスロットを割り当てられる。従って、TDD基地局装置852は、干渉は、指定されたユーザ局102にとっての問題となる場合にはさまざまなオプションを有する。
図13の統合化された基地局850は、好ましくは、図17A又は図17Bに図示される5つのスロット配置オプションのうちの任意の1つのような複数のスロット配置オプションのいずれかに従って構成される機能がある。1つの周波数バンドだけが考慮される場合、図17Aのオプションが利用されることが好ましい。図17Aに図示されるように、より多いGSMユーザがサポートされると、さより少ないTDDユーザがサポート可能となり、そしてその逆がありうる。各統合化された基地局850は、図17Aの5つのオプションのうちの1つが手動で選択可能となる、1組の交換機(スイッチ)を用いて構成される。とって代わって、各統合化された基地局850が、図17Aの5つのオプションのうちの1つが、システム制御プログラムを介したソフトウェア又は例えば基地局コントローラ105によって選択可能となる(例えばROM内の)ソフトウェアテーブルで構成されてもよい。
より高い周波数バンド及びより低い周波数バンド991、990の両方が考慮される場合、図17Bのオプションが利用されることが好ましい。図21及び図23を参照して説明される実施形態では、4つのTDDユーザチャンネルが、3つのGSMユーザチャンネルに関してサポート可能である。従って、例えば、複合タイムフレーム対(つまり1つのより高いバンド複合タイムフレームと1つのより低い複合タイムフレーム)のすべてのタイムスロットがGSMユーザに割り当てられる場合、24人のGSMユーザがサポートできる。他方、複合タイムフレーム対のすべてのタイムスロットがTDDユーザに割り当てられる場合、32人のTDDユーザがサポートされる(より高い周波数バンドとより低い周波数バンド991、990のそれぞれで16人のユーザ)。図17Bは、これらの2つの極値(最大値)の間の複数のその他のスロット配置組み合わせのオプションを示す。図17Aを参照して上述したように、この実施形態での統合化された基地局850は、スロット配置組み合わせの中からの選択を可能とするために、手動交換機(手動スイッチ)又はソフトウェアテーブルを備えることが好ましい。
TDDシステムにおいて、各ユーザ局102が一般的なポーリングメッセージに応答することによって使用可能なタイムスロットを「捕捉する」のに対し、GSMシステムではユーザ局102が(BCCHチャンネルとして知られる)予め定義された制御チャンネルで通信を開始する。BCCHチャンネルは、通常、ある特定の基地局チャンネル周波数979(又はおそらく複数のこのようなチャンネル)で特定のGSMタイムスロットとして選択される。ユーザ局102は、BCCHチャンネルが認識されるまで、周波数及びタイムスロットをスキャン(走査)することによってBCCHチャンネルの位置を突き止める。従って、ユーザ局102は、それ以降、それが現在聞いているBCCHチャンネルで送信されるシステム情報から、その各BCCHチャンネルの時間/周波数チャンネルを含めて、隣接基地局104についての情報を見つけ出すことができる。
GSM基地局装置853は、一般に、可能な限りユーザ局102によってそれが聞こえるように、及び通信又はハンドオフの開始を求めるユーザ局102が最も近い基地局104の相対的な信号パワーを評価することができるように、最大パワーのBCCHチャンネルで送信する。ただし、GSM基地局装置853がBCCHチャンネルで最大パワーで送信するために、同一の場所に設けられるTDD基地局装置852との干渉の可能性が存在する。特に、BCCHチャンネルがTDD基地局装置852による受信と高い周波数バンド991で干渉する可能性がある。さらに、干渉が、BCCHチャンネル送信の強度のために近くの周波数に「溢れる」可能性もある。従って、BCCHチャンネルが周波数及び時間で予め定義される場合、TDD基地局装置852は、それが発生するときにBCCHチャンネル送信をTDD基地局で抑圧する干渉相殺のための電子回路を用いて構成されることが好ましい。
図24A及び図24Bは(図7に図示される)仮想タイムスロットがTDDタイミングプロトコルで使用されている複合タイムフレームの別の実施形態を示す図である。図24Aは、仮想タイムスロットを利用する図7のタイムフレーム構造とGSMタイムフレーム構造の間のタイミング関係を示す図である。図24Aでは、(図7のタイムフレーム601と同様の)TDDタイムフレーム1002が、複数の仮想タイムスロット1003を備える。仮想タイムスロット1003は、「VS」に続いて、ユーザ局時間セグメントの場合「M」、及び基地局時間セグメントの場合「B」が続いてから、仮想スロットの数字識別子が続くことによって指定される。このようにして、例えば「VS−M3」は、ユーザ局が仮想スロット3番で送信する仮想タイムスロットセグメントを示す。合計16個の仮想タイムスロット1003が、図24Aのタイムフレーム1002内で出現する。また、それぞれが8つのGSMタイムスロット1013を備える、一連のGSMタイムフレームも図24Aで図示される。好ましい実施形態では、仮想タイムスロット1003の(基地局セグメントであろうと、ユーザセグメントであろうと)各セグメント1004は、GSMタイムスロット1013と同一の持続時間を有する。
図24Bは、図24Aのタイミング構造に関連させて図示され、図15と図16に図示される複合タイムフレーム925と945と同一の原則に従って構築される複合タイムフレーム1022の図である。おもな相違点は、各仮想タイムスロット1003が、複合タイムフレーム1023の2つの隣接しないタイムセグメント1023に対応するという点である。複合タイムフレーム1022は、それによって、複数のタイムセグメント1023から構成され、タイムセグメント1023は(GSMタイムスロット1023b毎に1つのタイムセグメント1023のある)GSMタイムスロット1023b及び(TDD仮想タイムスロット1023a毎に2つのタイムセグメント1023がある)TDD仮想タイムスロット1023aを定義するために使用される。
本発明の別の実施形態では、タイムスロットが、ユーザ要求に従って動的に割り当てられる。図25は、動的スロット配置機能を備える統合化された基地局のブロック図である。図25の実施形態では、統合化された基地局1050は、第1の基地局装置1052及び第2の基地局装置1053を備える。GPS受信機1061、クロック発生器1062、プロセッサ1060、及びフリースロットインデックス1063は、図13の第1の基地局装置852のそれらの対の片方と同様に機能する。同様に、プロセッサ1070及びフリースロットインデックス1073も、図13の第2の基地局装置853内のそれらの対の片方と同様に機能する。
図25の実施形態においては、各基地局装置1052、1053は、さらに、1組の制御信号回線1069によってリンク接続される、それぞれインターフェース1065及び1074を備える。第1の基地局装置1052のインターフェース1065は、クロック発生器1062、プロセッサ1060、及びフリースロットインデックス1063に接続される。第2の基地局装置1053のインターフェース1074は、プロセッサ1070及びフリースロットインデックス107に接続される。インターフェース1065、1074、及びそれらを接続する制御信号回線1069を介して、プロセッサ1060及び1070は、互いに通信を行い、フリースロットインデックス1063、1073のステータスに関して問い合わせし、第2の基地局装置1073の場合には、クロック発生器1062からタイミング及びマーカーの情報を入手する。
この実施形態において、各基地局装置1052、1053は、最初に、図13の実施形態と同様の方法で複合タイムフレームに従ってデフォルトのタイムスロット割り当てを予め割り当てられる。しかし、図25の統合化された基地局1050は、ユーザ要求に従ってタイムスロット配置を動的に変更することができる。この実施形態では、各基地局装置1052、1053のフリースロットインデックス1063、1073は、どのタイムスロットが基地局装置1052又は1053に割り当てられているのかだけではなく、割り当てられたタイムスロットの内のどれが使用されているのか(及び、反対に、従ってどのタイムスロットが使用可能なのか)を識別する情報を記憶する。フリースロットインデックス1063又は1073は、他の基地局装置のタイムスロットの使用ステータス(使用状態)を得るために、他の基地局装置によってときおり調べられる。
基地局装置の割り当てられたタイムスロットがいっぱいになるか、あるいはこのような状態に近づいていくと、基地局装置は追加タイムスロット資源を他の基地局装置1052、1053から要求する。この要求は、制御信号回線1069で行われ、タイムスロット転送要求という。
例えば、第2の基地局装置1053がいっぱいになりつつあり又はいっぱいになった場合、それは、インターフェース1074によってタイムスロット転送要求メッセージを制御信号回線1069で送信する。メッセージは、プロセッサ1060に要求を知らせるインターフェース1065で受信される。プロセッサ1060は、空きタイムスロットが使用可能であるかどうかを判断するためにそのフリースロットインデックス1063を調べ、さらに、それがサポートするユーザに対する差し迫った通信要求を考慮する。プロセッサ1060は、そのユーザに対する重大な影響なしにタイムスロットをあきらめることができると判断すると、それは、そのタイムスロットのうちの1つ又は複数を他の基地局装置1053に割り当てる。プロセッサは、タイムスロットが現在の他の基地局装置1053に割り当てられていることを示すために、まずそのフリースロットインデックス1063を変更してから、制御信号回線1069で第2の基地局装置1053に応答メッセージを送信して、それに、追加タイムスロットに対する要求が与えられたことを知らせ、さらに、それに転送された特定の1つ又は複数のタイムスロットを知らせることによってこれを実行する。
応答メッセージを受信するとき、第2の基地局装置1053はそのフリースロットインデックス1073を更新し、それが使用可能な新しいタイムスロットを示す。第2の基地局装置1053は、それ以降、これらのタイムスロットを、まるでそれが元々からそれに割り当てられていたかのように使用する。第1の基地局装置1052が後に第2の基地局装置1053からタイムスロット転送を要求すると、第2の基地局装置1053は、通常、同一のタイムスロットを第1のユーザ局装置1052に転送して戻すことを好む。第2の基地局1053が、第1の基地局装置1052に対するこのようなタイムスロット転送を達成するために、独自のユーザの間でタイムスロット交換を実行する。
従って、統合化された基地局1050の2つの基地局装置1052、1053の間で動的に割り当てられたタイムスロットは、それによって2つの異なる通信プロトコルの使用をユーザ要求に従って可能にする。各基地局装置1052、1053は、独立して専のためのタイムスロット資源を管理するが、要求を受けて他の基地局装置1052、1053にタイムスロットを転送する。一方の通信プロトコルが他方の通信プロトコルより好まれる場合、それによってタイムスロットの2つの基地局装置1052、1053への転送の要求が優先するシステムは優先順位化機構を提供してもよい。
各インターフェース1065、1074は、制御情報及びスロット割り当て要求と応答の転送を容易にするための独立したマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラを備えてもよい。
これまで説明された実施形態に加えて、さまざまなそれ以外の改良及び変形例が、本発明の範囲内で意図される。
従って、例えば、好ましい実施形態はここで2つのプロトコル−−つまり、図6のGSMプロトコル及びTDDプロトコル−−を使用して説明されていても、本発明の原理は、前述された同一のタイムシェアリング(時分割)技術を使用することにより共存する3つ以上のプロトコルを含むために拡大される。例えば、各プロトコルには、複合タイムフレーム内で特別なタイムスロットが予め割り当ててもよく、複数の基地局装置のそれぞれ(好ましくは、プロトコル毎に1つ)がそのプロトコルに予め割り当てられたタイムスロットを使用する。このような実施形態での基地局装置のそれぞれは、好ましくは、システムチェック及び複合タイムフレームマーカを含む同期情報と接続される。
さらに、ユーザ間の衝突を回避するために時間間隔を利用する、特に記述されたプロトコル以外の他のプロトコルが使用される可能性もある。例えば、前述された複合タイムフレームを備えるタイムシェアリング(時分割)システムが、図6のプロトコルのような第1のプロトコル、並びに、ディジタルヨーロピアンコードレステレコミュニケーションズ(DECT)システムのプロトコルのような第2のプロトコルで動作する。DECTプロトコルは、ヨーロッパで開発され、現在主としてヨーロッパに配備されている時分割多重を使用する、既存の周知のプロトコルである。
本発明はその好ましい実施形態という形式で述べられてきたが、本発明の適用範囲及び精神の範囲内にとどまる多くの変形及び改良が可能である。このような変形又は改良は、本明細書中の仕様及び図面を熟読した後に当業者に明らかとなるだろう。さらに、このような変形及び改良は、あらゆる添付の請求の範囲内にあると考えられる。
Claims (26)
- 第1の複数のタイムスロットを含む時分割多重接続通信のための第1のプロトコルと、
第2の複数のタイムスロットを含む時分割多重接続通信のための第2のプロトコルと、
上記第1のプロトコルに従って動作するように構成された第1の基地局装置と、同じ地理的領域において上記第2のプロトコルに従って動作するように構成された第2の基地局装置とを備える統合化された基地局と、
上記第1のプロトコルを用いた通信と上記第2のプロトコルを用いた通信との衝突を防止するための、上記第1の基地局装置と上記第2の基地局装置との間の同期信号と、
上記第1のプロトコル又は上記第2のプロトコルのいずれかに従って選択的に通信を行うための手段とを備えた通信システム。 - 上記第1の複数のタイムスロットの各タイムスロットは、上記第2の複数のタイムスロットのうちの整数個のタイムスロットに等しい持続時間を有する請求項1記載の通信システム。
- 上記第1のプロトコルは時間分割デュプレックスプロトコルであり、上記第2のプロトコルは周波数分割デュプレックスプロトコルである請求項1記載の通信システム。
- 上記第2のプロトコルはGSMプロトコルである請求項1記載の通信システム。
- 上記第1の複数のタイムスロット及び上記第2の複数のタイムスロットは、集合的に1つの複合タイムフレームを構成する請求項1記載の通信システム。
- 上記統合化された基地局は、GPS受信機を備えた請求項1記載の通信システム。
- 第1のセルラー領域において時分割多重接続通信のための第1のプロトコルに従って動作する第1の基地局装置と、
上記第1のセルラー領域と少なくとも部分的に重複する第2のセルラー領域において時分割多重接続のための第2のプロトコルに従って動作する第2の基地局装置と、
上記第1の基地局装置から上記第2の基地局装置に接続される同期信号とを備え、これによって、上記第1のプロトコルを使用する上記第1の基地局装置とユーザ局との間の第1の通信と、上記第2のプロトコルを使用する上記第2の基地局装置とユーザ局との間の第2の通信との衝突を防止するように、上記第1の通信と上記第2の通信とは互いに調整される通信システム。 - 上記第1の基地局装置及び上記第2の基地局装置は同一の場所に配置される請求項7記載の通信システム。
- 上記第1の基地局装置及び上記第2の基地局装置は少なくとも1つの共通のアンテナを共用する請求項7記載の通信システム。
- クロック発生器に接続されるGPS受信機をさらに備え、上記クロック発生器は、上記同期信号を出力する請求項7記載の通信システム。
- 上記第1のプロトコルは時間分割デュプレックスプロトコルであり、上記第2のプロトコルは周波数分割デュプレックスプロトコルである請求項7記載の通信システム。
- 上記第2のプロトコルはGSMプロトコルである請求項11記載の通信システム。
- 上記第2の基地局装置は第1の周波数バンドで送信し、かつ第2の周波数バンドで受信し、上記第1の基地局装置は上記第1の周波数バンド又は第2の周波数バンドと少なくとも部分的に重複する第3の周波数バンドで送信し、かつ受信する請求項11記載の通信システム。
- 上記第1の基地局装置及び上記第2の基地局装置は、同一の周波数バンドで通信を行う請求項7記載の通信システム。
- 第1の通信プロトコルに係るタイムフレームであって、第1のグループのタイムスロットをそれぞれ備える複数の第1のタイムフレームを画成するステップと、
第2の通信プロトコルに係るタイムフレームであって、上記第1のグループのタイムスロットと時間的に重複する第2のグループのタイムスロットをそれぞれ備える複数の第2のタイムフレームを画成するステップと、
上記第1のプロトコルを用いた通信と上記第2のプロトコルを用いた通信との衝突を防止するための同期信号を送信するステップと、
上記第1のグループのタイムスロット及び上記第2のグループのタイムスロットからただ1つのタイムスロットのみにおいて指定された時間に選択的に通信を行うステップとを含む通信方法。 - 上記第1のグループのタイムスロット及び上記第2のグループのタイムスロットからの1つのタイムスロットのみにおいて指定されたときに選択的に通信を行う上記ステップは、上記第1のグループのタイムスロットからの第1のタイムスロットにおいて時間分割デュプレックスで通信を行うステップと、上記第2のグループのタイムスロットからの第2のタイムスロットにおいて周波数分割デュプレックスで通信を行うステップとを含む請求項15記載の方法。
- 時間分割デュプレックスで通信を行う上記ステップは、スペクトル拡散フォーマットで第1のメッセージを送信するステップを含み、周波数分割デュプレックスで通信を行う上記ステップは、GSMフォーマットで第2のメッセージを送信するステップを含む請求項16記載の方法。
- 第1のプロトコルに従って動作する第1の基地局装置を備え、これによって、第1の複数のユーザ局と上記第1の基地局装置の間の通信は、複数のタイムスロットで周波数分割デュプレックスを使用して実行され、上記第1の基地局装置は、第1の周波数バンドで送信しかつ第2の周波数バンドで受信し、
第2のプロトコルに従って動作する第2の基地局装置を備え、これによって、第2の複数のユーザ局と上記第2の基地局装置の間の通信は、時間分割デュプレックスを使用して実行され、上記第1の基地局装置は、上記第1の周波数バンド及び上記第2の周波数バンドのうちの少なくとも1つで送信しかつ受信し、
上記第1のプロトコルを用いた通信と上記第2のプロトコルを用いた通信とを同期化させるための、上記第1の基地局装置と上記第2の基地局装置の間の同期信号を備えた通信システム。 - 上記第1の基地局装置は、GSMフォーマットでメッセージを送信しかつ受信する請求項18記載の通信システム。
- 上記第2の基地局装置は、スペクトル拡散フォーマットでメッセージを送信しかつ受信する請求項18記載の通信システム。
- GPS受信機をさらに備えた請求項18記載の通信システム。
- 第1の周波数バンドで、基地からユーザへの第1のメッセージを第1の基地局装置から第1のユーザ局へ送信するステップと、
上記基地からユーザへの第1のメッセージを上記第1のユーザ局で受信するステップと、
上記第1の周波数バンドと少なくとも部分的に重なる第2の周波数バンドで、ユーザから基地への第1のメッセージを第2のユーザ局から第2の基地局装置へ送信するステップとを含み、上記第1の基地局装置と第2の基地局装置とは同一のセル内に設けられ、
上記ユーザから基地への第1のメッセージを上記第2の基地局装置で受信するステップと、
上記第2の周波数バンドで、基地からユーザへの第2のメッセージを上記第2の基地局装置から上記第2のユーザ局へ送信するステップと、
上記基地からユーザへの第2のメッセージを上記第2のユーザ局で受信するステップと、
上記第1の周波数バンドでの送信と上記第2の周波数バンドでの送信とを同期化するための共通の同期信号を発生させるステップと、
上記第1の周波数バンドとは分離された明確に異なる第3の周波数バンドで、ユーザから基地への第2のメッセージを上記第1のユーザ局から上記第1の基地局装置へ送信するステップと、
上記ユーザから基地への第2のメッセージを上記第1の基地局で受信するステップとを含む方法。 - 上記ユーザから基地への第1のメッセージ、及び上記基地からユーザへの第2のメッセージは、スペクトル拡散メッセージとして送信され、上記基地からユーザへの第1のメッセージ、及び上記ユーザから基地への第2のメッセージは、狭帯域メッセージとして送信される請求項22記載の方法。
- 上記第1の基地局装置及び上記第2の基地局装置は、同一の場所に設けられた請求項22記載の方法。
- 上記基地からユーザへの第1のメッセージ、及び上記ユーザから基地への第2のメッセージはGSMプロトコルに従って送信される請求項22記載の方法。
- 上記第1の周波数バンドは、上記第2の周波数バンド内に完全に含まれる請求項22記載の方法。
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