多周波数ＴＤＭネットワークに対するメディア・アクセス制御方式
アド・ホック・ネットワークにおける要素管理を管理するためのシステムが開示されている。本システムは、ＴＤＤ／ＦＤＤ通信プロトコルを用いて、個々のシステム要素に時間／周波数スロットの割当てを配分する。時間／周波数割当ては、所望の通信標準とともに、ステーション間の干渉を防止するための隣接ステーションの地理的なマッピングに基づいている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条に基づいて、特許出願の発明の名称「多周波数ＴＤＭＡネットワークに対するメディア・アクセス制御方式」（２００９年１２月４日出願）（第６１／２６６，７１３号）に対する先の出願日の利益を請求するものである。なおこの文献の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【背景技術】
【０００２】
移動端末を含む分散ネットワークを管理する際には、遠隔端末を適切に管理して理解する必要性が、互いの干渉を防止する際の重要な因子である。その結果、遠隔端末と全体領域内でのそれらの位置とを識別するように、またある全体領域から他の全体領域へ遠隔端末が通過するときを決定するように、システムが絶えず開発されている。連邦航空局（ＦＡＡ）によって管理される航空交通管制向けのシステムは、固定ベース・ステーションが航空交通をモニタして、指示を、航空機に、また航空機がある領域から次の領域へ通過するときに航空機の飛行経路内にある次のステーションに送るようなシステムである。異なる周波数で動作する第２のベース・ステーションが、次の領域を管理する場合がある。そのため、航空機のパイロットは、第２のベース・ステーションの周波数に切り換えるように指示される場合がある。または、演繹的に、次のステーションの周波数を知っている場合があり、第１のベース・ステーションのカバーレージ・エリアを離れる直前に、それに切り換える場合がある。
【０００３】
しかし、ＦＡＡシステムは、ＦＡＡによってかなり調整および制御されているシステムである。なぜならば、与えられたカバーレージ・エリア内に存在するベース・ステーションおよび遠隔端末の数は限られているからである。一般的に、ほとんどの商用飛行は予め計画されているため、航空交通を扱う人およびパイロットには、ベース・ステーションおよび航空機の動作条件の一般知識がある。そのため、航空機は、他の航空機との信号干渉を受けることなく、異なる領域を通って楽々と移動する場合がある。航空交通管制システムの要素間のこのような音声プロトコルは、これらの通信チャネル上での低帯域幅要求を満たしている。しかしこのプロトコルは、高帯域幅機械制御のメッセージング・システムに対して実施されると、極めて無駄なものとなる。
【０００４】
国有鉄道通信ネットワークの場合、極めてより長期間の間に発展しているが、一般的に、ネットワークを管理するかまたは新しい機器の配置を制御する中央当局がない。鉄道網内の要素の数は、航空交通管制システムの要素数よりも著しく多い。加えて、転送すべきデータ量と、鉄道網要素間でのデータ転送の自律性とから、ネットワークを制御する人間コミュニケーションをもっと制限することが要求されている。
【０００５】
たとえば、鉄道網システムには、踏切および鉄橋の動作をモニタおよび／または制御する複数の沿道の送信機／受信機とともに、有限距離によって分離され、指定領域内の沿道の送信機／受信機をモニタおよび制御する複数のベース・ステーションが含まれている場合がある。沿道の送信機／受信機は、対応するベース・ステーションと無線通信している場合があり、ベース・ステーションは互いに無線および／または有線通信している場合がある。
【０００６】
加えて、複数の列車（固定または移動の遠隔端末に相当する）が、ベース・ステーション制御領域に入って離れる場合があり、また１または複数の沿道ステーションによって検出される場合がある。沿道ステーションは、検出した遠隔端末の位置に関する情報を、ベース・ステーションに送って管理を図る場合がある。たとえば、ベース・ステーションは、第１の沿道ステーションから情報を受信した後、次の沿道ステーションの既知の距離内への遠隔端末の到着を予測し、次の沿道ステーションに情報を送って、たとえば遮断機または照明順序を制御する場合がある。次の沿道ステーションはさらに、遠隔端末が接近しているかまたは沿道ステーションを完全に通過したという情報を送る場合がある。
【０００７】
適切に動作するように、ネットワーク内の装置を同期させて、干渉および／またはデータ衝突を回避しなければならない。なぜならば、沿道ステーションの制御にエラーが生じると著しい損傷が発生する場合があるからである。
【０００８】
しかし、たとえば、新しい機器が列車システム内に配置されることがあるため、新しい機器（装置）と以前に配置されたすべての機器との間に適合性があるか否かを考慮せずに、新しい機器がネットワークに加えられる。その結果、遠隔端末に取り付けた装置が入り得る領域において、装置は、沿道ステーションおよび／または領域を統制する受信ベース・ステーションとの間に適合性がないという可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、鉄道用途での膨大な数のチャネル・ユーザおよび要求されるメッセージング・スループットのために、鉄道通信システムにおける異なる装置間の通信管理を可能にするシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書で説明するように、本発明の実施形態によって、当該技術分野で知られる前述または他の不利点の１または複数が打開される。
【００１１】
本発明の一態様は、国有鉄道網における周波数／時間スロット通信配分を決定する方法に関する。
【００１２】
本発明の別の態様によって、ベース・ステーション周波数／時間スロット配分を、協同ベース・ステーションの周波数／時間スロット配分を考慮して決定することが提供される。
【００１３】
本発明の別の態様においては、周波数／時間スロット配分を考慮した協同ベース・ステーションの決定方法が開示される。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の態様および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面とともに考慮して明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の鉄道網システムを例示する図である。
【図２】図１に示す従来の鉄道網の働きのより詳細な運用を例示する図である。
【図３】図１に示す従来の鉄道網の典型的な相互運用を例示する図である。
【図４】本発明の原理による典型的な時間／周波数スペクトルを例示する図である。
【図５Ａ】典型的なネットワーク構成および時間／周波数配分を例示する図である。
【図５Ｂ】図示したネットワークの協同関係を例示する図である。
【図６】本発明の原理による周波数／時間スロットに対する遠隔端末の典型的な配分を例示する図である。
【図７Ａ】本発明の原理により周波数／時間スロットを割り当てるための典型的なプロセスのフロー・チャートを例示する図である。
【図７Ｂ】本発明の原理により周波数／時間スロットを割り当てるための典型的なプロセスのフロー・チャートを例示する図である。
【図７Ｃ】本発明の原理により周波数／時間スロットを割り当てるための典型的なプロセスのフロー・チャートを例示する図である。
【図７Ｄ】本発明の原理により周波数／時間スロットを割り当てるための典型的なプロセスのフロー・チャートを例示する図である。
【図８Ａ】本発明の原理による典型的なブロッキング回避基準を例示する図である。
【図８Ｂ】本発明の原理による典型的なブロッキング回避基準を例示する図である。
【００１６】
しかし、次のことを理解されたい。図面のデザインは、単に説明を目的としたものであり、本発明の範囲を定義するものとしてではない。本発明に対しては、添付の請求項を参照しなくてはならない。また、図面は必ずしも一定の比率では描かれておらず、特に断りのない限り、それらは単に、本明細書で説明した構造および手順を概念的に例示することが意図されている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
従来の無線通信システムは、国有鉄道通信ネットワークでは、固定チャネルまたは複数のチャネルを各ベース・ステーションに割り当てて、単一のチャネル無線上で一度に１つのチャネルをリッスンしている。このアクセス方式は、各ベース・ステーション上で一様な需要がない場合には、容量が使用されないままになることが多い。
【００１８】
本発明の原理によれば、複数の時分割多重（ＴＤＤ）／周波数分割多重（ＦＤＤ）無線チャネルを用いる通信システムが開示される。これらのチャネルは、空間ダイバーシティを用いて動的に配分して、ネットワークの要素間で割当可能な例外的帯域幅および周波数再利用との間に堅固なリンクが形成される場合がある。本明細書に示す本発明の説明では、複数の周波数チャネルは、ＦＮと標示されるＮ個のチャネルからなる有限集合を表す。各ベース・ステーションは、Ｍ個のチャネル上で同時に送信および受信を行なうことができる。ここで、ＭはＦＮの集合の部分集合である（Ｍ＝集合ＦＮの｛Ｎ｝）。周波数チャネルの集合は、複数の異なる帯域幅チャネルからなることができる。Ｎ個のチャネルをすべて、１つのベース・ステーションが同時に用いることもできるし、複数のベース・ステーション間で共有することもできる。
【００１９】
システム・トポロジ
本明細書で開示する通信システムまたは通信ネットワークは、既知の距離（Ｄ）だけ離間に配置された複数のベース・ステーションからなる。ベース・ステーションは、ネットワーク・クラウドを通して通信サーバに接続されている。システム内の各ベース・ステーションは、Ｎ個の受信チャネルの全集合を受信しても良く、またＭ個の送信チャネルの集合上で送信することができる。個々の送信パケットを複数のベース・ステーションが受信しても良い。パケットが通信サーバに送られ、そこで重複パケットが取り除かれる。図１に、典型的な通信ネットワーク１００を例示する。ここでは、ベース・ステーション１１０が、既知の距離（Ｄ）によって分離され、無線および／または有線通信リンクを介して互いに通信状態にある。また沿道ステーション１１５が、対応するベース・ステーションが制御する領域の全体に渡って分配されている。場合によっては、沿道ステーション１１５は、１または複数のベース・ステーションの受信範囲内にあっても良い。加えて、移動または機関車端末１３０が、ネットワークの異なる領域内に分配されていても良い。移動もしくは機関車端末１３０および／または沿道ステーション１１５に付随する機器は、異なる製品および異なる配置時期に基づくものであっても良いことが理解されるであろう。以下、ネットワーク要素である沿道ステーション１１５および移動端末１３０を遠隔端末と言う。したがって、用語の沿道ステーション、移動端末、および遠隔端末を交換可能に用いる。加えて、遠隔端末はネットワーク内で固定であっても良いし、移動可能であっても良い。
【００２０】
図２に、移動端末１３０が複数のベース・ステーション１１０と通信する場合を例示する。この例示した場合では、ベース・ステーションはそれぞれ、既知の距離Ｄだけ、その隣から分離されている。加えて、ベース・ステーションはそれぞれ、少なくとも１つの他のベース・ステーションと、別個の通信リンクを通して通信状態にあり、少なくとも１つのベース・ステーション１１０は、コーディネーション・サーバ２１０と通信状態にある。コーディネーション・サーバ２１０機能は、代替的に、ベース・ステーション１１０の１つの中に備わっていても良い。コーディネーション・サーバ２１０は、たとえばネットワーク内の移動端末１３０の位置に関する情報を受信し、この情報を他のベース・ステーション、ならびに他のサーバおよび／または設備（図示せず）に送る。理解されるように、サーバ２１０を、パブリック・ネットワーク（たとえば、インターネット）またはプライベート・ネットワーク（図示せず）を介して、１または複数の図示しないサーバまたは設備に接続しても良い。
【００２１】
図３に、複数のベース・ステーション１１０および複数の遠隔端末１３０間での通信を例示する。しかし、この複数ベース・ステーション／複数端末の説明図では、遠隔端末１３０には、対応するベース・ステーションと通信する少なくとも１つの周波数／チャネルを割り当てなければならない。本発明の一態様においては、周波数割当ての再利用および遠隔端末送信間の干渉防止を、（ａ）ベース・ステーション１１０が、「所望の」遠隔端末と「他の」遠隔端末とが分離されているために干渉しない遠隔端末に情報を提供する他のベース・ステーションから十分に分離されていることによってか、または（ｂ）ベース・ステーションの制御された協同を、周波数およびスロット割当てが協同ベース・ステーションの団体内で繰り返されないように行なうことによって、決定しても良い。これを遂行するために、協同ベース間での周波数およびスロットの再利用を防止するために用いる予約マップを保持する。このような周波数／スロット・スペクトルの調整を、予約（通信配分）マップを通して行なっても良い。これについては、図５Ａ／Ｂを参照してより詳細に説明する。
【００２２】
一態様においては、遠隔端末１１５／１３０は、どのベース・ステーション１１０が、通信トラフィックを送るための最高品質の信号経路に相当するのかを判定する必要があっても良い。たとえば、遠隔端末１３０（機関車Ａと示す）は、ベース・ステーション（ベース・ステーション２およびベース・ステーション３と示す）から一斉送信メッセージを受信しても良い。機関車Ａは、これらの一斉送信メッセージを、ベース・ステーション２およびベース・ステーション３から、所定の周波数／タイムスロット内に受信する。機関車Ａは、これら２つのベース・ステーションのうちどちらが最適な通信経路に相当するのかを判定しなければならない。ベース・ステーションの選択は、地理的近接性（距離）、信号強度、信号品質、受信メッセージ対送信既知量の割合、および／または前記および他の測定基準の組み合わせ、ならびにすでに知られている予め割り当てられた周波数に基づいて決めても良い。この場合、ベース・ステーション３（通信リンク１３３によって示される）を選択しても良い。さらに、選択されたベース・ステーションは、周波数／スロットの組み合わせを機関車Ａに配分して、ネットワーク内の他の要素との通信を、他の（非移動および移動の）沿道ステーション１１５（図示せず）および遠隔端末１３０（機関車Ｂ、機関車Ｃ）の動作条件を考慮しながら図っても良い。これは、予約マップにおいてそれらの設定周波数およびスロット割当によって示されている。種々の自由空間損失を、ベース・ステーション１１０および遠隔端末１１５／１３０間の地理的条件に基づいて示しても良い。
【００２３】
ＴＤＤ構造：
図４に、本発明の原理による典型的なＦＤＤ／ＴＤＤ構造４００を例示する。ＴＤＤＭＡＣ（メディア・アクセス制御）フレームが、周期的送信４１０および受信４２０の時間に分割されている。送信時間は、同期プリアンブル、パケット制御データ、およびデータ・ペイロード、ならびに誤差補正および検出フィールド（図示せず）からなる１つの大きなパケット４１０として示されている。データ・ペイロード・フィールドを、データを１つまたは多くの遠隔のダウンストリーム端末または装置に送るように構成しても良い。沿道ステーションおよび機関車端末を遠隔端末または装置と言う。アップストリーム・パケットは、データ・ペイロード単位の整数として構成しても良い。各アップストリーム・パケットは、同期プリアンブル、パケット制御データ、およびペイロード（データ・ペイロード単位（図示せず）の整数からなる）からなる。
【００２４】
ＰＴＣ（ポジティブ列車制御）に対する一例として、５５０ミリ秒の送信フレーム間隔（４１０）を有するダウンストリーム信号が、単一のプリアンブルを伴う単一の送信間隔に相当する。残りの４５０ミリ秒（１秒のフレームを想定している）４２０内のアップストリーム・データを、複数のユーザが共有できる１６バイト・ペイロード・パケットの整数倍数に分割することもできるし、１つの大きな単一のユーザ・パケットとすることもできる。
【００２５】
表１、２、および３に、２５ｋＨｚおよび５０ｋＨｚチャネルの組み合わせに対して利用可能な数／時間スロットの例を示す。表３に示すのは、典型的な６つの２５ｋＨｚチャネル・プラス４つの５０ｋＨｚチャネルに対する時間スロットおよび容量の総利用可能性である。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
【表３】
物理層：
物理層は、変調およびＦＥＣ（前方誤り訂正符号）方式を用いている。これは、所望のビット誤り率（たとえば、１ｘ１０-3ＢＥＲ）を満たすために、低い搬送波対干渉波比を必要とするものである。一般的に、変調は３ｄＢ〜６ｄＢのオーダーである。搬送波対干渉波比（Ｃ／Ｉ）が低い場合、周波数の再利用が、２人のユーザ間の距離と２つのベース・ステーション間の距離との比が所望の基準よりも大きいときに可能である。これについては、図８を参照して説明する。
【００２９】
周波数計画：
本発明の原理によれば、各ベース・ステーション１１０は、Ｍ個の送信周波数およびＮ個の受信周波数で動作する。ここで、ＮはＭ以上であり、好ましい実施形態では、ＮはＭの整数倍数である。Ｍ個の送信周波数を各ベース・ステーションにおいて同時に用いる。Ｎ個の受信チャネル（周波数）を、送受信パケット（図４を参照）を分離するＴＤＤ多重化方式を用いて、あらゆるベース・ステーション１１０で同時に受信する。送受信パケットを、時間によって分離しても良い。なぜならば、パケットは、フレーム内の異なる時間に送信されるからである（たとえば、図６を参照）。
【００３０】
各ベース・ステーションにＭ個の送信周波数が割り当てられる。Ｍ個の送信周波数は、ベース・ステーションに付随する「送信グループ」を表す。好ましくは、ＮはＭの整数倍数ｉである。Ｎが整数倍数でない場合には、グループをｉおよびｉ＋１のグループにおいて規定することができる。すなわち、非複数グループを、２つのグループ間で分割する。
【００３１】
ＭＡＣサービス：
ＭＡＣは、周期的にデータを送るためのベスト・エフォート・サービスまたは予約スロットを与えることができる。本発明の原理によれば、予約マップによって、各アップリンク周波数／時間スロット予約の配分状態が記述される。システムは、アップストリームおよびダウンストリーム方向の両方において、複数の優先度キューを有する。最優先のメッセージを最初に送信することができるか、または本発明の一態様においては、メッセージ・トラフィックの比率を作成しても良い。ここでは、最優先が帯域幅の大部分を受信するが、最優先キューが全然空にならない場合には、より低い優先キューを、より高優先のトラフィック対より低優先のトラフィックの既知の比率に応じて送ることができる。たとえば、処理は、高優先のメッセージを時間の９０パーセント（９０％）に送っても良い一方で、より低優先のメッセージを１０パーセント（１０％）に送っても良いようなものであっても良い。
【００３２】
予約マップ
図５Ａに、４つのベース・ステーション５１０、５２０、５３０、５４０（それぞれ１、２、３、４と標示する）を含む典型的なネットワーク構成を例示する。複数の固定の遠隔端末５５０、５５５、５６０、５６５、５７０、５７５、および５８０（それぞれ文字Ａ〜Ｇによって指定する）も例示している。これらは、４つのベース・ステーションの１または複数のカバーレージ・エリア内で動作する。遠隔端末Ａ〜Ｇはそれぞれ、少なくとも１つのベース・ステーションと通信する。
【００３３】
また、ベース・ステーション１、２、３、および４にそれぞれ付随する予約マップ５１５、５２５、５３５、および５４５も例示する。予約マップ５１５、５２５、５３５、５４５は、ビット・マップを表わす。各ビットは、周波数および時間セグメント（通信配分）を表わし、図４に示すＦＤＤ／ＴＤＤシステムに従う周波数／スロット数送信の割当てを示す。この例示した例では、ベース・ステーション１、５１０は、少なくとも遠隔端末Ａ、Ｄ、Ｅ、およびＦと通信し（予約マップ５１５に示す）、ベース・ステーション３、５３０は、遠隔端末ＢおよびＦと通信する（予約マップ５２５に示す）。予約マップ５１５が例示しているのは、遠隔端末Ａ５５０がふたつ（２つ）の時間スロットを周波数Ｆ１で用いる一方で、残りの遠隔端末Ｄ〜Ｆはそれぞれ、単一の時間スロットを用いるということである。マップ５２５に例示しているのは、ベース・ステーション２、５２０と通信する遠隔ステーションＢ、Ｃ、およびＤに付随する周波数／時間配分であり、マップ５４５に例示するのは、ベース・ステーション４と通信する遠隔端末Ｂ、Ｃ、およびＧに付随する周波数配分である。さらに予約マップ５４５が例示しているのは、ベース・ステーション４が、遠隔端末ＣおよびＧと周波数Ｆ１で通信し、より遠隔の端末Ｂと周波数ＦＮで通信するということである。
【００３４】
図５Ｂに、ベース・ステーション５１０、５２０、５３０、および５４０にそれぞれ付随する典型的な団体協同リスト５１７、５２７、５３７、５４７を例示する。協同リストによって、ベース・ステーションを関連付けて、１または複数のベース・ステーションと通信し得る遠隔端末１１５／１３０に対する周波数／スロットの割当てにおける摩擦を回避および／または防止するための手段が得られる。例示した例では、ベース・ステーション１、５１０は、ベース・ステーション２、５２０と協同して割当て摩擦を回避し、一方で、ベース・ステーション２、５２０は、ベース・ステーション１、５１０、ベース・ステーション３、５３０、およびベース・ステーション４、５４０と協同する。同様に、ベース・ステーション３、５３０および４、５４０はそれぞれ、ベース・ステーション２、５２０に関連付けられているかまたはこれと協同する。協同リストをベース・ステーションが用いて、割り当て予定の周波数／スロットを協同ベース・ステーションが使用中か否かを判定する。協同リストの決定は、部分的には、ベース・ステーションの互いとの相対位置およびベース・ステーションと通信する遠隔端末の予想信号強度に基づいて、行なっても良い（図７Ｃを参照）。
【００３５】
図６に、ベース・ステーション１、２、３、および４に付随する典型的な周波数／時間スロット配分を例示する。この典型的な周波数／時間スロット配分では、ベース・ステーション１、５１０はダウンストリーム送信４１０の間に周波数Ｆ１で送信し、遠隔端末Ａ５５０はアップストリーム送信４２０の最初の２つのスロットにおいて送信する。加えて、他の遠隔端末Ｂ５５５、Ｄ５６５、Ｅ５７０、Ｆ５７５、およびＧ５８０はそれぞれ、アップストリーム送信内の単一のスロットの間に送信する。遠隔端末に配分されるスロットの数は、部分的には、送信すべきデータ量、アップストリームにおいて利用可能なチャネルの数、およびチャネルのデータ・レートに基づいて、決定しても良い。アップストリーム送信内でどのスロットを選ぶかは、図７Ａ〜７Ｄを参照して説明するように決定しても良い。
【００３６】
同様に、ダウンリンク期間４１０の間に、ベース・ステーション２、５２０は周波数Ｆ２で送信し、ベース・ステーション３、５３０は周波数Ｆｎで送信する。一方で、遠隔端末Ｂ〜Ｇ５５５、５６０、５６５、５７０、５７５０、５８０はそれぞれ、アップストリーム期間４２０内の割り当てられたスロットの間に周波数Ｆ２で送信し、遠隔端末ＢおよびＦはアップストリーム期間４２０の間に周波数ＦＮで送信する。
【００３７】
さらに例示するように、ベース・ステーション３、５３０は、ダウンストリーム間隔４１０の間に周波数Ｆｎで送信し、遠隔端末Ｂ（Ｂ3と示す）およびＦ（Ｆ3と示す）からの送信を受信する。さらにベース・ステーション４、５４０は、ダウンストリーム間隔４１０の間に周波数Ｆ１およびＦＮで送信し、遠隔端末Ｃからの送信を周波数Ｆ１で（Ｃ4と示す）、および遠隔端末Ｂからの送信を周波数ＦＮで（Ｂ4と示す）受信する。この場合、ベース・ステーション１、５１０とベース・ステーション４、５４０とは、同じ周波数／時間スロット配分を共有または再利用することができる。なぜならば、ベース・ステーション１、５１０とベース・ステーション４、５４０とは非協同ベース・ステーションであり、これらのベース・ステーションへ送る／から受け取る遠隔端末との送信干渉が最小であるからである。
【００３８】
その結果、図示しないが、ベース・ステーションがそれぞれ１または複数の周波数で送信しても良いこと、ならびに対応する遠隔端末が、アップストリーム期間内に、対応する周波数で、少なくとも１つのスロット期間の割り当てられた継続時間の間に、送信しても良いことが、認められるであろう。たとえば、図５Ａに戻って、遠隔端末Ｄ５６５も、たとえば、時間スロット６において周波数ＦＮで動作しても良い。この場合、予約マップ５１５には、この第２の周波数（ＦＮ）および時間スロットにおける遠隔端末Ｄ５６５の動作を参照することが含まれるであろう。
【００３９】
本説明を、移動端末１３０および沿道ステーション１１５について行なってきたが、移動端末および沿道ステーションはベース・ステーションに対する遠隔端末を表わし、したがって、遠隔端末が移動していようと固定されていようと、本発明の一態様における周波数およびスロット数の遠隔端末の割当てを、ベース・ステーション、沿道端末、および遠隔端末間に生じる可能性がある干渉を考慮して演繹的に決定しても良いし、または遠隔端末の可動性と環境条件との両方に関する変動条件に応答して動的に決定しても良いことが認められるであろう。
【００４０】
本発明の原理によれば、ベース・ステーション１１０は、各アップリンク時間スロットの状態を記述する予約マップを、各周波数で、次の所定数の時間単位（たとえば、秒）の間、各協同ベース・ステーションに対して送信する。したがって、たとえば、ベース・ステーション１１０は、ベース・ステーション２、５２０の予約マップを受信する（協同リスト５１７を参照）。同様に、ベース・ステーション２、５２０は、ベース・ステーション１、５１０、ベース・ステーション３、５３０、およびベース・ステーション４、５４０の予約マップを受信する（協同リスト５２７を参照）。したがって、遠隔端末１１５／１３０から周波数／時間スロット配分の要求があったときには、ベース・ステーション１、５１０は、それ自体の配分マップ５１５と、協同ベース・ステーション２、５２０の配分マップとを検査する。同様に、ベース・ステーション２、５２０は、それ自体の配分マップ５２５と、協同ベース・ステーション１、５１０、ベース・ステーション３、５３０、およびベース・ステーション４、５４０の配分マップとを検査する。
【００４１】
時間スロット／周波数配分の予約は周期的に行なっても良い。たとえば、周波数／時間スロット予約を、既知の時間ベース（たとえば、１、２、または３秒）で行なっても良い。この場合、ベースから送信されるのは、与えられたスロットがビジーであるのは、要求された既知の時間ベースの間のみであるということ、すなわち、複数秒エポックに渡るスロット配分が静的であっても、マップの無線一斉送信が時間ベースごとに変わる可能性があるということである。これは、ベースが、複数秒エポック内の各秒に対して異なる配分マップを保持するという点で行なわれる。
【００４２】
協同ベース・ステーションの予約マップを、１または複数の周波数で送信して、少なくとも１つの次の時間スロットの間、関連するベース・ステーションに、アップリンク・チャネルの周波数／時間スロット配分の現在の配分を送っても良い。より大きいデータ・チャネルを用いることができ、このようなデータ／チャネルには、より大きいマップが必要である。なぜならば、周波数／秒当たりに、より多くのアップリンク・スロットが存在するからである。
【００４３】
図５Ａに例示しているのは、各ベース・ステーション１１０がそれ自体の予約マップを保持している場合であるが、本発明の別の態様においては、予約マップを単一のサーバ（たとえば、サーバ２１０、図２を参照）に保持しても良い。各ベース・ステーションは、周波数／時間スロット情報をサーバ２１０に送っても良く、そこで、送られたデータを蓄積して照合しても良い。そして、ベース・ステーションに対する予約マップを、ベース・ステーションの協同リスト上の協同ベース・ステーションに周期的に送っても良い。
【００４４】
図７Ａ〜７Ｄに、本発明の原理により周波数／スロット配分を決定するための典型的なプロセスのフローチャートを例示する。図７Ａには、ベース・ステーションに付随する遠隔端末の周波数／時間スロット配分を初期化するための処理を例示する。図７Ａを参照して、ベース・ステーションが、協同ベース・ステーションに付随する予約マップを受信する（ステップ７１０）。協同ベース・ステーションに付随する予約マップは、対応する協同ベース・ステーションの周波数／時間スロット配分を表わす。ブロック７１５において、第１の遠隔端末を取得する。ブロック７２０において、利用可能な周波数／時間スロットを、ベース・ステーションの予約マップに基づいて取得する。ブロック７２５において、取得した利用可能な周波数／時間スロットが、受信した協同ベース・ステーションの予約マップのいずれか１つにおいてビジーであると示されているか否かについて判定を行なう。周波数／時間がビジーであるかまたは使用中であると示された場合、次の周波数／時間スロットを取得する（ブロック７２０）。
【００４５】
そうでなければ、周波数／時間スロットを遠隔端末に割り当てる（ブロック７３０）。ベース・ステーションの予約マップを更新して、周波数／時間スロットが今や配分されている（ビジーである）と示す（ブロック７３５）。ブロック７４０において、協同ベース・ステーションに、更新した予約マップを通知する。ブロック７４５において、割り当てられた周波数／時間スロットに付随する経年カウンタをセットする。経年カウンタによって、周波数／時間スロットを保持する必要性を再評価する前に周波数／時間スロットが使用中である限られた時間枠が可能になる。
【００４６】
ブロック７５０において、次の遠隔端末が選択され、ブロック７５５において、すべての遠隔端末がアクセスされたか否かについて判定を行なう。応答が否定的である場合には、処理を続ける（ブロック７２０）。
【００４７】
そうでなければ、ベース・ステーション予約マップを完成させて（ブロック７６０）、完成させた予約を各協同ベース・ステーションに送る。
【００４８】
図７Ｂに例示するのは、割り当てられた周波数／時間スロット配分が必要であるか否かを判定するためのプロセスである。ブロック７７０において、既知の時間が満了したか否かについて判定を行なう。応答が否定的である場合には、処理を存続させる。
【００４９】
しかし、応答が肯定的である場合には、周波数／時間スロットを予約マップから取得する（ブロック７７５）。ブロック７８０において、周波数／時間スロットに付随する経年カウンタを既知量だけ減らす。ブロック７８２において、経年カウンタが満了したか否かについて判定を行なう。応答が肯定的である場合には、周波数／時間スロットをクリアにする（すなわち、ビジーでないとマーキングされる）。そうでなければ、処理を続けてブロック７８５に行き、次の周波数／時間スロットを取得する。ブロック７９０において、予約における周波数／時間スロットがすべて処理されたか否かについて判定を行なう。応答が否定的である場合には、処理を続ける（ブロック７８０）。そうでなければ、処理を終了させる。
【００５０】
この例示的なプロセスでは、各周波数／時間スロット（別個に割り当てた経年カウンタに付随しても良い）を定期的に試験して、周波数／時間スロットが依然として必要であるか否かについて判定する。理解されるように、すべての周波数／時間スロットが同時に経年した場合、新しい周波数／時間スロット配分を、図７Ａに示す処理を行なうことによって取得しても良い。
【００５１】
図７Ｃに、本発明の原理による協同ベース・ステーションを決定するための典型的なプロセスを例示する。この典型的なプロセスでは、インデックスｉを初期化する（ブロック８１０）。ブロック８１５において、ベース・ステーション（ＢＳi）を取得する。ブロック８２０において、第２のインデックスｊを初期化し、ブロック８２５において、ベース・ステーション（ＢＳj）を取得する。ブロック８３０において、取得したベース・ステーションが同じであるか否かについて判定を行ない、そうである場合には、次の第２のインデックスｊを取得し（ブロック８９５）、すべてのベース・ステーションを処理したら処理を続ける（ブロック８２５）。
【００５２】
ブロック８３５において、ブロッキング回避基準が満たされているか否かについて判定を行なう。以下に詳細に説明するように、典型的なブロッキング回避基準を、図８Ａ（ブロッキングなし）および８Ｂ（ブロッキング）に例示する。ベース・ステーションＢＳｉ（１０１０）およびベース・ステーションＢＳｊ（１０２０）それぞれに対する信頼性の高いベース・ステーション／遠隔の無線有効範囲（１０１５および１０２５）の領域を考慮することは、以下の数式表現を満たすことである。Ｄｉｉｍａｘ／Ｄｊｉｍｉｎ＞１０^（（Ｃ／Ｉ）／Ｋ）。ここで、Ｄｉｉｍａｘは、ベース・ステーションＢＳｉおよびベース・ステーションＢＳｉ（１０１７）に付随することができる任意の遠隔（１０１２）間の最大距離である。Ｄｊｉｍｉｎは、ベース・ステーションＢＳｊおよびベース・ステーションＢＳｉ（１０１８）に付随することができる任意の遠隔（１０２２）間の最小距離である。（Ｃ／Ｉ）は、ベース・ステーションＢＳｉにおける無線受信機によって実現可能な搬送波対干渉波比であり、Ｋは、無線周波数信号強度対距離の減少を表わす環境定数である？応答が肯定的である場合には、ベース・ステーションＢＳｉに付随する遠隔には、ベース・ステーションＢＳｊに付随する遠隔によるブロッキングがないと想定される。
【００５３】
しかし、応答が否定的である場合には、ＢＳjに付随する遠隔とＢＳiに付随する遠隔との間にブロッキングが起こる可能性があるため、ＢＳiおよびＢＳjは協同関係を持たなければならない。この関係の表示は、ＢＳiおよびＢＳj両方の協同リストにおいてなされる。そして処理は、前述と同様に続いて（ブロック８９５）、次のベース・ステーション（ｊ）をチェックする。
【００５４】
図５Ａのネットワーク構成を参照して、ベース・ステーション４、５４０は、ベース・ステーション２、５２０と協同している。なぜならば、図８Ｂに示すように、これら２つのベースに付随する遠隔の送信間にブロッキングが起こる可能性があるからである。しかし、たとえば、ベース・ステーション４はベース・ステーション１、５１０とは協同関係にはない。なぜならば、（図８Ａの場合と同様に）２つのベースに付随する遠隔間のブロッキングが起こるであろう領域が存在しないからである。
【００５５】
図７Ｄを参照して、遠隔端末通信装置をベース・ステーションに登録するための１つの典型的なプロセスを示す。遠隔端末通信装置は、ダウンストリーム時間枠の間に周波数Ｆ１〜ＦＮのすべてを同時にリッスンして（９２５に示す）、信号品質を判定し（９２５）、最良または最大信号品質を有するベース・ステーションを保存する（９４０に示す）。この品質測定を、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）、信号対雑音比（ＳＮＲ）、または予想される受信メッセージの割合（ＲＸ％）を用いて決定しても良い。図７Ｄに、複数のベース・ステーション（ｉ）から受信する信号に対する最大信号品質を決定するための１つの典型的なプロセスを示す。９２１および９２３において、ｉおよびＱMAXを初期化し、９２５において、信号品質（ｉ）をベース・ステーション（ｉ）から受信する。信号品質（ｉ）とＱMAXとの比較を判定して（９３５）、品質（ｉ）がＱMAXよりも大きい場合には、それを保存する（９４０）。遠隔装置の通信距離内のすべてのベース・ステーションについて評価するまで、プロセスを各ベース・ステーション（ｉ）に対して続ける（９４５）。１つのベース・ステーションのみが通信距離内にある場合に、ベース・ステーションの信号品質が最大となることに注意されたい。いったん最大信号品質が決定されれば、遠隔端末は、予約マップを、最大信号品質を有する周波数で検査して、所望する数の時間スロットを要求する。その結果、遠隔端末がそのベース・ステーションに登録される。最良の信号品質を伴うベース・ステーションが変わったら、遠隔端末はそのベース・ステーション選択を変えて（たとえば９４０に示すように）、時間スロット配分を、必要に応じて、図７Ａに示したものと同様の方法で再設定する。
【００５６】
その後、遠隔装置に対する送信をすべて、遠隔を登録したベース・ステーションから行なっても良い。前述したように、ベース・ステーション送信機に対する予約マップを、局所的に（ベース・ステーション内に）保持しても良いし、またはベース・ステーションから離れて保持しても良い。一態様においては、予約マップをシステム・サーバ（２１０、図２）に収容しても良く、予約マップはすべての遠隔サイトの登録に基づく。本発明の一態様においては、ベース・ステーションはさらに、隣接するベース・ステーション（または規定されたベース・ステーション・グループ）に付随する周波数でのスロットの配分をブロックする。このブロッキングは、ベース・ステーション間で生じる可能性がある干渉信号を減らすため、好都合である。
【００５７】
図８Ｂに、単一のベース・ステーション１０１０と通信状態にある２つの遠隔端末１０１２および１０２２間の干渉を判定する例を例示する。この例示した例では、周波数／スロット配分を２つの端末の一方に対して予約すると想定し、２番目の遠隔端末に対する周波数／スロットの配分を、２つの遠隔端末間の干渉を回避するように行なう。たとえば、本発明の一態様において、２つの周波数（すなわち、Ｎ＝２）を、ベース・ステーション１０１０および１０２０間で配分しても良いことを想定し、各遠隔端末１０１２および１０２２をそれ自体の周波数で配分しても良い。しかし、利用可能な周波数を再利用して、保持する必要がある周波数の数を最小限にするために、２つの遠隔端末１０１２および１０２２に同じ周波数／時間スロットを配分することを、図８Ａの場合と同様に、２つの端末１０１２および１０２２の送信間の干渉が既知の基準を満たすときに、行なっても良い。
【００５８】
図８Ａを参照して、以下の基準が満たされる場合には、周波数を再利用しても（すなわち、同時に２つの遠隔端末に割り当てても）良い。
【００５９】
Ｄｉｉｍａｘ／Ｄｉｊｍｉｎ＞１０(C/I)/K
ここで、Ｄｉｉｍａｘは、第１のベース・ステーション（１０１０）から、第１のベース・ステーション（１０１０）に付随する任意の遠隔端末（１０１２）までの最大距離を表わす。
【００６０】
Ｄｉｊｍｉｎは、第１のベース・ステーション（１０１０）から、第２のベース・ステーション（１０２０）に付随する遠隔端末（１０２２）までの最小距離を表わし、Ｃ／Ｉは、所望の搬送波対干渉波比を表わし、Ｋは、ＲＦ伝搬定数を表わす。
【００６１】
本発明の一態様では、干渉基準は、ベース・ステーション１０１０を囲む地理トポロジを考慮しても良く、したがって、ＲＦ伝搬定数（すなわち、自由空間経路損失）（Ｋ）を、相応に変更しても良い。本発明の概念上の実施形態において、自由空間損失定数（Ｋ）を、２０、３５、および４０ｄｂのうちの１つであると示しても良い。理解されるように、自由空間経路損失値（Ｋ）を、具体的な環境に基づいて選んでも良いし、環境内の測定または計算によって決定しても良い。さらに、搬送波対干渉波比（Ｃ／Ｉ）は、無線受信機およびモデム性能特性に応じて変わっても良い。
【００６２】
空間的冗長性：
本発明の一態様においては、すべてのベース・ステーションは、広帯域受信システムを用いて、すべてのアップストリーム時間スロットの間にすべてのＮ個のアップリンク周波数をリッスンする。すべてのパケットを、パケット・アドレス指定に依存して、システム・サーバまたはアドレス指定されたベース・ステーションに転送する。このため、空間的冗長性が形成され、移動システムにおけるシステム・ハンドオフが単純になる。
【００６３】
本発明による前述の方法は、ハードウェアにおいて実現することもできるし、記録媒体たとえばＣＤＲＯＭ、ＲＡＭ、フロッピー・ディスク、ハード・ディスク、もしくは光磁気ディスクに記憶することができるかまたはネットワーク上でダウンロードすることができるソフトウェアまたはコンピュータ・コードとして実現することもできる。そのため、本明細書で説明した方法を、このようなソフトウェアにおいて汎用コンピュータまたは特別なプロセッサを用いて行なうこともできるし、プログラマブルまたは専用のハードウェア（たとえばＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ）において行なうこともできる。当該技術分野において理解されるように、コンピュータ、プロセッサまたはプログラマブル・ハードウェアは、メモリ・コンポーネント（たとえば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュなど）を備えている。これは、コンピュータ、プロセッサ、またはハードウェアによってアクセスおよび実行されると本明細書で説明した処理方法を実施するソフトウェアまたはコンピュータ・コードを記憶しても良いし、受け取っても良いものである。コードは、汎用コンピュータにロードされたときに、汎用コンピュータを、部分的には本明細書で示した処理に専用であっても良い専用コンピュータに変えても良い。
【００６４】
その好ましい実施形態に適用したときの本発明の基本的な新しい特徴を図示し、説明し、指摘してきたが、当然のことながら、例示した装置の形態および詳細およびそれらの動作における種々の省略および置換および変形を、当業者が本発明の趣旨から逸脱することなく行なっても良い。たとえば、同じ結果を達成するために実質的に同じ方法で実質的に同じ機能を行なう要素および／または方法ステップのすべての任意の組み合わせは本発明の範囲内であることが、はっきりと意図されている。
【００６５】
また、本発明の任意の開示した形態または実施形態と関連して図示および／または説明した構造および／または要素および／または方法ステップを、デザイン上の選択の一般的な問題として、任意の他の開示または説明または示唆した形態または実施形態に取り入れても良いことを認識されたい。したがって、本明細書に添付の請求項の範囲が示すように限定されることのみが意図されている。
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条に基づいて、特許出願の発明の名称「多周波数ＴＤＭＡネットワークに対するメディア・アクセス制御方式」（２００９年１２月４日出願）（第６１／２６６，７１３号）に対する先の出願日の利益を請求するものである。なおこの文献の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【背景技術】
【０００２】
移動端末を含む分散ネットワークを管理する際には、遠隔端末を適切に管理して理解する必要性が、互いの干渉を防止する際の重要な因子である。その結果、遠隔端末と全体領域内でのそれらの位置とを識別するように、またある全体領域から他の全体領域へ遠隔端末が通過するときを決定するように、システムが絶えず開発されている。連邦航空局（ＦＡＡ）によって管理される航空交通管制向けのシステムは、固定ベース・ステーションが航空交通をモニタして、指示を、航空機に、また航空機がある領域から次の領域へ通過するときに航空機の飛行経路内にある次のステーションに送るようなシステムである。異なる周波数で動作する第２のベース・ステーションが、次の領域を管理する場合がある。そのため、航空機のパイロットは、第２のベース・ステーションの周波数に切り換えるように指示される場合がある。または、演繹的に、次のステーションの周波数を知っている場合があり、第１のベース・ステーションのカバーレージ・エリアを離れる直前に、それに切り換える場合がある。
【０００３】
しかし、ＦＡＡシステムは、ＦＡＡによってかなり調整および制御されているシステムである。なぜならば、与えられたカバーレージ・エリア内に存在するベース・ステーションおよび遠隔端末の数は限られているからである。一般的に、ほとんどの商用飛行は予め計画されているため、航空交通を扱う人およびパイロットには、ベース・ステーションおよび航空機の動作条件の一般知識がある。そのため、航空機は、他の航空機との信号干渉を受けることなく、異なる領域を通って楽々と移動する場合がある。航空交通管制システムの要素間のこのような音声プロトコルは、これらの通信チャネル上での低帯域幅要求を満たしている。しかしこのプロトコルは、高帯域幅機械制御のメッセージング・システムに対して実施されると、極めて無駄なものとなる。
【０００４】
国有鉄道通信ネットワークの場合、極めてより長期間の間に発展しているが、一般的に、ネットワークを管理するかまたは新しい機器の配置を制御する中央当局がない。鉄道網内の要素の数は、航空交通管制システムの要素数よりも著しく多い。加えて、転送すべきデータ量と、鉄道網要素間でのデータ転送の自律性とから、ネットワークを制御する人間コミュニケーションをもっと制限することが要求されている。
【０００５】
たとえば、鉄道網システムには、踏切および鉄橋の動作をモニタおよび／または制御する複数の沿道の送信機／受信機とともに、有限距離によって分離され、指定領域内の沿道の送信機／受信機をモニタおよび制御する複数のベース・ステーションが含まれている場合がある。沿道の送信機／受信機は、対応するベース・ステーションと無線通信している場合があり、ベース・ステーションは互いに無線および／または有線通信している場合がある。
【０００６】
加えて、複数の列車（固定または移動の遠隔端末に相当する）が、ベース・ステーション制御領域に入って離れる場合があり、また１または複数の沿道ステーションによって検出される場合がある。沿道ステーションは、検出した遠隔端末の位置に関する情報を、ベース・ステーションに送って管理を図る場合がある。たとえば、ベース・ステーションは、第１の沿道ステーションから情報を受信した後、次の沿道ステーションの既知の距離内への遠隔端末の到着を予測し、次の沿道ステーションに情報を送って、たとえば遮断機または照明順序を制御する場合がある。次の沿道ステーションはさらに、遠隔端末が接近しているかまたは沿道ステーションを完全に通過したという情報を送る場合がある。
【０００７】
適切に動作するように、ネットワーク内の装置を同期させて、干渉および／またはデータ衝突を回避しなければならない。なぜならば、沿道ステーションの制御にエラーが生じると著しい損傷が発生する場合があるからである。
【０００８】
しかし、たとえば、新しい機器が列車システム内に配置されることがあるため、新しい機器（装置）と以前に配置されたすべての機器との間に適合性があるか否かを考慮せずに、新しい機器がネットワークに加えられる。その結果、遠隔端末に取り付けた装置が入り得る領域において、装置は、沿道ステーションおよび／または領域を統制する受信ベース・ステーションとの間に適合性がないという可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、鉄道用途での膨大な数のチャネル・ユーザおよび要求されるメッセージング・スループットのために、鉄道通信システムにおける異なる装置間の通信管理を可能にするシステムが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書で説明するように、本発明の実施形態によって、当該技術分野で知られる前述または他の不利点の１または複数が打開される。
【００１１】
本発明の一態様は、国有鉄道網における周波数／時間スロット通信配分を決定する方法に関する。
【００１２】
本発明の別の態様によって、ベース・ステーション周波数／時間スロット配分を、協同ベース・ステーションの周波数／時間スロット配分を考慮して決定することが提供される。
【００１３】
本発明の別の態様においては、周波数／時間スロット配分を考慮した協同ベース・ステーションの決定方法が開示される。
【００１４】
本発明のこれらおよび他の態様および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面とともに考慮して明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の鉄道網システムを例示する図である。
【図２】図１に示す従来の鉄道網の働きのより詳細な運用を例示する図である。
【図３】図１に示す従来の鉄道網の典型的な相互運用を例示する図である。
【図４】本発明の原理による典型的な時間／周波数スペクトルを例示する図である。
【図５Ａ】典型的なネットワーク構成および時間／周波数配分を例示する図である。
【図５Ｂ】図示したネットワークの協同関係を例示する図である。
【図６】本発明の原理による周波数／時間スロットに対する遠隔端末の典型的な配分を例示する図である。
【図７Ａ】本発明の原理により周波数／時間スロットを割り当てるための典型的なプロセスのフロー・チャートを例示する図である。
【図７Ｂ】本発明の原理により周波数／時間スロットを割り当てるための典型的なプロセスのフロー・チャートを例示する図である。
【図７Ｃ】本発明の原理により周波数／時間スロットを割り当てるための典型的なプロセスのフロー・チャートを例示する図である。
【図７Ｄ】本発明の原理により周波数／時間スロットを割り当てるための典型的なプロセスのフロー・チャートを例示する図である。
【図８Ａ】本発明の原理による典型的なブロッキング回避基準を例示する図である。
【図８Ｂ】本発明の原理による典型的なブロッキング回避基準を例示する図である。
【００１６】
しかし、次のことを理解されたい。図面のデザインは、単に説明を目的としたものであり、本発明の範囲を定義するものとしてではない。本発明に対しては、添付の請求項を参照しなくてはならない。また、図面は必ずしも一定の比率では描かれておらず、特に断りのない限り、それらは単に、本明細書で説明した構造および手順を概念的に例示することが意図されている。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
従来の無線通信システムは、国有鉄道通信ネットワークでは、固定チャネルまたは複数のチャネルを各ベース・ステーションに割り当てて、単一のチャネル無線上で一度に１つのチャネルをリッスンしている。このアクセス方式は、各ベース・ステーション上で一様な需要がない場合には、容量が使用されないままになることが多い。
【００１８】
本発明の原理によれば、複数の時分割多重（ＴＤＤ）／周波数分割多重（ＦＤＤ）無線チャネルを用いる通信システムが開示される。これらのチャネルは、空間ダイバーシティを用いて動的に配分して、ネットワークの要素間で割当可能な例外的帯域幅および周波数再利用との間に堅固なリンクが形成される場合がある。本明細書に示す本発明の説明では、複数の周波数チャネルは、ＦＮと標示されるＮ個のチャネルからなる有限集合を表す。各ベース・ステーションは、Ｍ個のチャネル上で同時に送信および受信を行なうことができる。ここで、ＭはＦＮの集合の部分集合である（Ｍ＝集合ＦＮの｛Ｎ｝）。周波数チャネルの集合は、複数の異なる帯域幅チャネルからなることができる。Ｎ個のチャネルをすべて、１つのベース・ステーションが同時に用いることもできるし、複数のベース・ステーション間で共有することもできる。
【００１９】
システム・トポロジ
本明細書で開示する通信システムまたは通信ネットワークは、既知の距離（Ｄ）だけ離間に配置された複数のベース・ステーションからなる。ベース・ステーションは、ネットワーク・クラウドを通して通信サーバに接続されている。システム内の各ベース・ステーションは、Ｎ個の受信チャネルの全集合を受信しても良く、またＭ個の送信チャネルの集合上で送信することができる。個々の送信パケットを複数のベース・ステーションが受信しても良い。パケットが通信サーバに送られ、そこで重複パケットが取り除かれる。図１に、典型的な通信ネットワーク１００を例示する。ここでは、ベース・ステーション１１０が、既知の距離（Ｄ）によって分離され、無線および／または有線通信リンクを介して互いに通信状態にある。また沿道ステーション１１５が、対応するベース・ステーションが制御する領域の全体に渡って分配されている。場合によっては、沿道ステーション１１５は、１または複数のベース・ステーションの受信範囲内にあっても良い。加えて、移動または機関車端末１３０が、ネットワークの異なる領域内に分配されていても良い。移動もしくは機関車端末１３０および／または沿道ステーション１１５に付随する機器は、異なる製品および異なる配置時期に基づくものであっても良いことが理解されるであろう。以下、ネットワーク要素である沿道ステーション１１５および移動端末１３０を遠隔端末と言う。したがって、用語の沿道ステーション、移動端末、および遠隔端末を交換可能に用いる。加えて、遠隔端末はネットワーク内で固定であっても良いし、移動可能であっても良い。
【００２０】
図２に、移動端末１３０が複数のベース・ステーション１１０と通信する場合を例示する。この例示した場合では、ベース・ステーションはそれぞれ、既知の距離Ｄだけ、その隣から分離されている。加えて、ベース・ステーションはそれぞれ、少なくとも１つの他のベース・ステーションと、別個の通信リンクを通して通信状態にあり、少なくとも１つのベース・ステーション１１０は、コーディネーション・サーバ２１０と通信状態にある。コーディネーション・サーバ２１０機能は、代替的に、ベース・ステーション１１０の１つの中に備わっていても良い。コーディネーション・サーバ２１０は、たとえばネットワーク内の移動端末１３０の位置に関する情報を受信し、この情報を他のベース・ステーション、ならびに他のサーバおよび／または設備（図示せず）に送る。理解されるように、サーバ２１０を、パブリック・ネットワーク（たとえば、インターネット）またはプライベート・ネットワーク（図示せず）を介して、１または複数の図示しないサーバまたは設備に接続しても良い。
【００２１】
図３に、複数のベース・ステーション１１０および複数の遠隔端末１３０間での通信を例示する。しかし、この複数ベース・ステーション／複数端末の説明図では、遠隔端末１３０には、対応するベース・ステーションと通信する少なくとも１つの周波数／チャネルを割り当てなければならない。本発明の一態様においては、周波数割当ての再利用および遠隔端末送信間の干渉防止を、（ａ）ベース・ステーション１１０が、「所望の」遠隔端末と「他の」遠隔端末とが分離されているために干渉しない遠隔端末に情報を提供する他のベース・ステーションから十分に分離されていることによってか、または（ｂ）ベース・ステーションの制御された協同を、周波数およびスロット割当てが協同ベース・ステーションの団体内で繰り返されないように行なうことによって、決定しても良い。これを遂行するために、協同ベース間での周波数およびスロットの再利用を防止するために用いる予約マップを保持する。このような周波数／スロット・スペクトルの調整を、予約（通信配分）マップを通して行なっても良い。これについては、図５Ａ／Ｂを参照してより詳細に説明する。
【００２２】
一態様においては、遠隔端末１１５／１３０は、どのベース・ステーション１１０が、通信トラフィックを送るための最高品質の信号経路に相当するのかを判定する必要があっても良い。たとえば、遠隔端末１３０（機関車Ａと示す）は、ベース・ステーション（ベース・ステーション２およびベース・ステーション３と示す）から一斉送信メッセージを受信しても良い。機関車Ａは、これらの一斉送信メッセージを、ベース・ステーション２およびベース・ステーション３から、所定の周波数／タイムスロット内に受信する。機関車Ａは、これら２つのベース・ステーションのうちどちらが最適な通信経路に相当するのかを判定しなければならない。ベース・ステーションの選択は、地理的近接性（距離）、信号強度、信号品質、受信メッセージ対送信既知量の割合、および／または前記および他の測定基準の組み合わせ、ならびにすでに知られている予め割り当てられた周波数に基づいて決めても良い。この場合、ベース・ステーション３（通信リンク１３３によって示される）を選択しても良い。さらに、選択されたベース・ステーションは、周波数／スロットの組み合わせを機関車Ａに配分して、ネットワーク内の他の要素との通信を、他の（非移動および移動の）沿道ステーション１１５（図示せず）および遠隔端末１３０（機関車Ｂ、機関車Ｃ）の動作条件を考慮しながら図っても良い。これは、予約マップにおいてそれらの設定周波数およびスロット割当によって示されている。種々の自由空間損失を、ベース・ステーション１１０および遠隔端末１１５／１３０間の地理的条件に基づいて示しても良い。
【００２３】
ＴＤＤ構造：
図４に、本発明の原理による典型的なＦＤＤ／ＴＤＤ構造４００を例示する。ＴＤＤＭＡＣ（メディア・アクセス制御）フレームが、周期的送信４１０および受信４２０の時間に分割されている。送信時間は、同期プリアンブル、パケット制御データ、およびデータ・ペイロード、ならびに誤差補正および検出フィールド（図示せず）からなる１つの大きなパケット４１０として示されている。データ・ペイロード・フィールドを、データを１つまたは多くの遠隔のダウンストリーム端末または装置に送るように構成しても良い。沿道ステーションおよび機関車端末を遠隔端末または装置と言う。アップストリーム・パケットは、データ・ペイロード単位の整数として構成しても良い。各アップストリーム・パケットは、同期プリアンブル、パケット制御データ、およびペイロード（データ・ペイロード単位（図示せず）の整数からなる）からなる。
【００２４】
ＰＴＣ（ポジティブ列車制御）に対する一例として、５５０ミリ秒の送信フレーム間隔（４１０）を有するダウンストリーム信号が、単一のプリアンブルを伴う単一の送信間隔に相当する。残りの４５０ミリ秒（１秒のフレームを想定している）４２０内のアップストリーム・データを、複数のユーザが共有できる１６バイト・ペイロード・パケットの整数倍数に分割することもできるし、１つの大きな単一のユーザ・パケットとすることもできる。
【００２５】
表１、２、および３に、２５ｋＨｚおよび５０ｋＨｚチャネルの組み合わせに対して利用可能な数／時間スロットの例を示す。表３に示すのは、典型的な６つの２５ｋＨｚチャネル・プラス４つの５０ｋＨｚチャネルに対する時間スロットおよび容量の総利用可能性である。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
【表３】
物理層：
物理層は、変調およびＦＥＣ（前方誤り訂正符号）方式を用いている。これは、所望のビット誤り率（たとえば、１ｘ１０-3ＢＥＲ）を満たすために、低い搬送波対干渉波比を必要とするものである。一般的に、変調は３ｄＢ〜６ｄＢのオーダーである。搬送波対干渉波比（Ｃ／Ｉ）が低い場合、周波数の再利用が、２人のユーザ間の距離と２つのベース・ステーション間の距離との比が所望の基準よりも大きいときに可能である。これについては、図８を参照して説明する。
【００２９】
周波数計画：
本発明の原理によれば、各ベース・ステーション１１０は、Ｍ個の送信周波数およびＮ個の受信周波数で動作する。ここで、ＮはＭ以上であり、好ましい実施形態では、ＮはＭの整数倍数である。Ｍ個の送信周波数を各ベース・ステーションにおいて同時に用いる。Ｎ個の受信チャネル（周波数）を、送受信パケット（図４を参照）を分離するＴＤＤ多重化方式を用いて、あらゆるベース・ステーション１１０で同時に受信する。送受信パケットを、時間によって分離しても良い。なぜならば、パケットは、フレーム内の異なる時間に送信されるからである（たとえば、図６を参照）。
【００３０】
各ベース・ステーションにＭ個の送信周波数が割り当てられる。Ｍ個の送信周波数は、ベース・ステーションに付随する「送信グループ」を表す。好ましくは、ＮはＭの整数倍数ｉである。Ｎが整数倍数でない場合には、グループをｉおよびｉ＋１のグループにおいて規定することができる。すなわち、非複数グループを、２つのグループ間で分割する。
【００３１】
ＭＡＣサービス：
ＭＡＣは、周期的にデータを送るためのベスト・エフォート・サービスまたは予約スロットを与えることができる。本発明の原理によれば、予約マップによって、各アップリンク周波数／時間スロット予約の配分状態が記述される。システムは、アップストリームおよびダウンストリーム方向の両方において、複数の優先度キューを有する。最優先のメッセージを最初に送信することができるか、または本発明の一態様においては、メッセージ・トラフィックの比率を作成しても良い。ここでは、最優先が帯域幅の大部分を受信するが、最優先キューが全然空にならない場合には、より低い優先キューを、より高優先のトラフィック対より低優先のトラフィックの既知の比率に応じて送ることができる。たとえば、処理は、高優先のメッセージを時間の９０パーセント（９０％）に送っても良い一方で、より低優先のメッセージを１０パーセント（１０％）に送っても良いようなものであっても良い。
【００３２】
予約マップ
図５Ａに、４つのベース・ステーション５１０、５２０、５３０、５４０（それぞれ１、２、３、４と標示する）を含む典型的なネットワーク構成を例示する。複数の固定の遠隔端末５５０、５５５、５６０、５６５、５７０、５７５、および５８０（それぞれ文字Ａ〜Ｇによって指定する）も例示している。これらは、４つのベース・ステーションの１または複数のカバーレージ・エリア内で動作する。遠隔端末Ａ〜Ｇはそれぞれ、少なくとも１つのベース・ステーションと通信する。
【００３３】
また、ベース・ステーション１、２、３、および４にそれぞれ付随する予約マップ５１５、５２５、５３５、および５４５も例示する。予約マップ５１５、５２５、５３５、５４５は、ビット・マップを表わす。各ビットは、周波数および時間セグメント（通信配分）を表わし、図４に示すＦＤＤ／ＴＤＤシステムに従う周波数／スロット数送信の割当てを示す。この例示した例では、ベース・ステーション１、５１０は、少なくとも遠隔端末Ａ、Ｄ、Ｅ、およびＦと通信し（予約マップ５１５に示す）、ベース・ステーション３、５３０は、遠隔端末ＢおよびＦと通信する（予約マップ５２５に示す）。予約マップ５１５が例示しているのは、遠隔端末Ａ５５０がふたつ（２つ）の時間スロットを周波数Ｆ１で用いる一方で、残りの遠隔端末Ｄ〜Ｆはそれぞれ、単一の時間スロットを用いるということである。マップ５２５に例示しているのは、ベース・ステーション２、５２０と通信する遠隔ステーションＢ、Ｃ、およびＤに付随する周波数／時間配分であり、マップ５４５に例示するのは、ベース・ステーション４と通信する遠隔端末Ｂ、Ｃ、およびＧに付随する周波数配分である。さらに予約マップ５４５が例示しているのは、ベース・ステーション４が、遠隔端末ＣおよびＧと周波数Ｆ１で通信し、より遠隔の端末Ｂと周波数ＦＮで通信するということである。
【００３４】
図５Ｂに、ベース・ステーション５１０、５２０、５３０、および５４０にそれぞれ付随する典型的な団体協同リスト５１７、５２７、５３７、５４７を例示する。協同リストによって、ベース・ステーションを関連付けて、１または複数のベース・ステーションと通信し得る遠隔端末１１５／１３０に対する周波数／スロットの割当てにおける摩擦を回避および／または防止するための手段が得られる。例示した例では、ベース・ステーション１、５１０は、ベース・ステーション２、５２０と協同して割当て摩擦を回避し、一方で、ベース・ステーション２、５２０は、ベース・ステーション１、５１０、ベース・ステーション３、５３０、およびベース・ステーション４、５４０と協同する。同様に、ベース・ステーション３、５３０および４、５４０はそれぞれ、ベース・ステーション２、５２０に関連付けられているかまたはこれと協同する。協同リストをベース・ステーションが用いて、割り当て予定の周波数／スロットを協同ベース・ステーションが使用中か否かを判定する。協同リストの決定は、部分的には、ベース・ステーションの互いとの相対位置およびベース・ステーションと通信する遠隔端末の予想信号強度に基づいて、行なっても良い（図７Ｃを参照）。
【００３５】
図６に、ベース・ステーション１、２、３、および４に付随する典型的な周波数／時間スロット配分を例示する。この典型的な周波数／時間スロット配分では、ベース・ステーション１、５１０はダウンストリーム送信４１０の間に周波数Ｆ１で送信し、遠隔端末Ａ５５０はアップストリーム送信４２０の最初の２つのスロットにおいて送信する。加えて、他の遠隔端末Ｂ５５５、Ｄ５６５、Ｅ５７０、Ｆ５７５、およびＧ５８０はそれぞれ、アップストリーム送信内の単一のスロットの間に送信する。遠隔端末に配分されるスロットの数は、部分的には、送信すべきデータ量、アップストリームにおいて利用可能なチャネルの数、およびチャネルのデータ・レートに基づいて、決定しても良い。アップストリーム送信内でどのスロットを選ぶかは、図７Ａ〜７Ｄを参照して説明するように決定しても良い。
【００３６】
同様に、ダウンリンク期間４１０の間に、ベース・ステーション２、５２０は周波数Ｆ２で送信し、ベース・ステーション３、５３０は周波数Ｆｎで送信する。一方で、遠隔端末Ｂ〜Ｇ５５５、５６０、５６５、５７０、５７５０、５８０はそれぞれ、アップストリーム期間４２０内の割り当てられたスロットの間に周波数Ｆ２で送信し、遠隔端末ＢおよびＦはアップストリーム期間４２０の間に周波数ＦＮで送信する。
【００３７】
さらに例示するように、ベース・ステーション３、５３０は、ダウンストリーム間隔４１０の間に周波数Ｆｎで送信し、遠隔端末Ｂ（Ｂ3と示す）およびＦ（Ｆ3と示す）からの送信を受信する。さらにベース・ステーション４、５４０は、ダウンストリーム間隔４１０の間に周波数Ｆ１およびＦＮで送信し、遠隔端末Ｃからの送信を周波数Ｆ１で（Ｃ4と示す）、および遠隔端末Ｂからの送信を周波数ＦＮで（Ｂ4と示す）受信する。この場合、ベース・ステーション１、５１０とベース・ステーション４、５４０とは、同じ周波数／時間スロット配分を共有または再利用することができる。なぜならば、ベース・ステーション１、５１０とベース・ステーション４、５４０とは非協同ベース・ステーションであり、これらのベース・ステーションへ送る／から受け取る遠隔端末との送信干渉が最小であるからである。
【００３８】
その結果、図示しないが、ベース・ステーションがそれぞれ１または複数の周波数で送信しても良いこと、ならびに対応する遠隔端末が、アップストリーム期間内に、対応する周波数で、少なくとも１つのスロット期間の割り当てられた継続時間の間に、送信しても良いことが、認められるであろう。たとえば、図５Ａに戻って、遠隔端末Ｄ５６５も、たとえば、時間スロット６において周波数ＦＮで動作しても良い。この場合、予約マップ５１５には、この第２の周波数（ＦＮ）および時間スロットにおける遠隔端末Ｄ５６５の動作を参照することが含まれるであろう。
【００３９】
本説明を、移動端末１３０および沿道ステーション１１５について行なってきたが、移動端末および沿道ステーションはベース・ステーションに対する遠隔端末を表わし、したがって、遠隔端末が移動していようと固定されていようと、本発明の一態様における周波数およびスロット数の遠隔端末の割当てを、ベース・ステーション、沿道端末、および遠隔端末間に生じる可能性がある干渉を考慮して演繹的に決定しても良いし、または遠隔端末の可動性と環境条件との両方に関する変動条件に応答して動的に決定しても良いことが認められるであろう。
【００４０】
本発明の原理によれば、ベース・ステーション１１０は、各アップリンク時間スロットの状態を記述する予約マップを、各周波数で、次の所定数の時間単位（たとえば、秒）の間、各協同ベース・ステーションに対して送信する。したがって、たとえば、ベース・ステーション１１０は、ベース・ステーション２、５２０の予約マップを受信する（協同リスト５１７を参照）。同様に、ベース・ステーション２、５２０は、ベース・ステーション１、５１０、ベース・ステーション３、５３０、およびベース・ステーション４、５４０の予約マップを受信する（協同リスト５２７を参照）。したがって、遠隔端末１１５／１３０から周波数／時間スロット配分の要求があったときには、ベース・ステーション１、５１０は、それ自体の配分マップ５１５と、協同ベース・ステーション２、５２０の配分マップとを検査する。同様に、ベース・ステーション２、５２０は、それ自体の配分マップ５２５と、協同ベース・ステーション１、５１０、ベース・ステーション３、５３０、およびベース・ステーション４、５４０の配分マップとを検査する。
【００４１】
時間スロット／周波数配分の予約は周期的に行なっても良い。たとえば、周波数／時間スロット予約を、既知の時間ベース（たとえば、１、２、または３秒）で行なっても良い。この場合、ベースから送信されるのは、与えられたスロットがビジーであるのは、要求された既知の時間ベースの間のみであるということ、すなわち、複数秒エポックに渡るスロット配分が静的であっても、マップの無線一斉送信が時間ベースごとに変わる可能性があるということである。これは、ベースが、複数秒エポック内の各秒に対して異なる配分マップを保持するという点で行なわれる。
【００４２】
協同ベース・ステーションの予約マップを、１または複数の周波数で送信して、少なくとも１つの次の時間スロットの間、関連するベース・ステーションに、アップリンク・チャネルの周波数／時間スロット配分の現在の配分を送っても良い。より大きいデータ・チャネルを用いることができ、このようなデータ／チャネルには、より大きいマップが必要である。なぜならば、周波数／秒当たりに、より多くのアップリンク・スロットが存在するからである。
【００４３】
図５Ａに例示しているのは、各ベース・ステーション１１０がそれ自体の予約マップを保持している場合であるが、本発明の別の態様においては、予約マップを単一のサーバ（たとえば、サーバ２１０、図２を参照）に保持しても良い。各ベース・ステーションは、周波数／時間スロット情報をサーバ２１０に送っても良く、そこで、送られたデータを蓄積して照合しても良い。そして、ベース・ステーションに対する予約マップを、ベース・ステーションの協同リスト上の協同ベース・ステーションに周期的に送っても良い。
【００４４】
図７Ａ〜７Ｄに、本発明の原理により周波数／スロット配分を決定するための典型的なプロセスのフローチャートを例示する。図７Ａには、ベース・ステーションに付随する遠隔端末の周波数／時間スロット配分を初期化するための処理を例示する。図７Ａを参照して、ベース・ステーションが、協同ベース・ステーションに付随する予約マップを受信する（ステップ７１０）。協同ベース・ステーションに付随する予約マップは、対応する協同ベース・ステーションの周波数／時間スロット配分を表わす。ブロック７１５において、第１の遠隔端末を取得する。ブロック７２０において、利用可能な周波数／時間スロットを、ベース・ステーションの予約マップに基づいて取得する。ブロック７２５において、取得した利用可能な周波数／時間スロットが、受信した協同ベース・ステーションの予約マップのいずれか１つにおいてビジーであると示されているか否かについて判定を行なう。周波数／時間がビジーであるかまたは使用中であると示された場合、次の周波数／時間スロットを取得する（ブロック７２０）。
【００４５】
そうでなければ、周波数／時間スロットを遠隔端末に割り当てる（ブロック７３０）。ベース・ステーションの予約マップを更新して、周波数／時間スロットが今や配分されている（ビジーである）と示す（ブロック７３５）。ブロック７４０において、協同ベース・ステーションに、更新した予約マップを通知する。ブロック７４５において、割り当てられた周波数／時間スロットに付随する経年カウンタをセットする。経年カウンタによって、周波数／時間スロットを保持する必要性を再評価する前に周波数／時間スロットが使用中である限られた時間枠が可能になる。
【００４６】
ブロック７５０において、次の遠隔端末が選択され、ブロック７５５において、すべての遠隔端末がアクセスされたか否かについて判定を行なう。応答が否定的である場合には、処理を続ける（ブロック７２０）。
【００４７】
そうでなければ、ベース・ステーション予約マップを完成させて（ブロック７６０）、完成させた予約を各協同ベース・ステーションに送る。
【００４８】
図７Ｂに例示するのは、割り当てられた周波数／時間スロット配分が必要であるか否かを判定するためのプロセスである。ブロック７７０において、既知の時間が満了したか否かについて判定を行なう。応答が否定的である場合には、処理を存続させる。
【００４９】
しかし、応答が肯定的である場合には、周波数／時間スロットを予約マップから取得する（ブロック７７５）。ブロック７８０において、周波数／時間スロットに付随する経年カウンタを既知量だけ減らす。ブロック７８２において、経年カウンタが満了したか否かについて判定を行なう。応答が肯定的である場合には、周波数／時間スロットをクリアにする（すなわち、ビジーでないとマーキングされる）。そうでなければ、処理を続けてブロック７８５に行き、次の周波数／時間スロットを取得する。ブロック７９０において、予約における周波数／時間スロットがすべて処理されたか否かについて判定を行なう。応答が否定的である場合には、処理を続ける（ブロック７８０）。そうでなければ、処理を終了させる。
【００５０】
この例示的なプロセスでは、各周波数／時間スロット（別個に割り当てた経年カウンタに付随しても良い）を定期的に試験して、周波数／時間スロットが依然として必要であるか否かについて判定する。理解されるように、すべての周波数／時間スロットが同時に経年した場合、新しい周波数／時間スロット配分を、図７Ａに示す処理を行なうことによって取得しても良い。
【００５１】
図７Ｃに、本発明の原理による協同ベース・ステーションを決定するための典型的なプロセスを例示する。この典型的なプロセスでは、インデックスｉを初期化する（ブロック８１０）。ブロック８１５において、ベース・ステーション（ＢＳi）を取得する。ブロック８２０において、第２のインデックスｊを初期化し、ブロック８２５において、ベース・ステーション（ＢＳj）を取得する。ブロック８３０において、取得したベース・ステーションが同じであるか否かについて判定を行ない、そうである場合には、次の第２のインデックスｊを取得し（ブロック８９５）、すべてのベース・ステーションを処理したら処理を続ける（ブロック８２５）。
【００５２】
ブロック８３５において、ブロッキング回避基準が満たされているか否かについて判定を行なう。以下に詳細に説明するように、典型的なブロッキング回避基準を、図８Ａ（ブロッキングなし）および８Ｂ（ブロッキング）に例示する。ベース・ステーションＢＳｉ（１０１０）およびベース・ステーションＢＳｊ（１０２０）それぞれに対する信頼性の高いベース・ステーション／遠隔の無線有効範囲（１０１５および１０２５）の領域を考慮することは、以下の数式表現を満たすことである。Ｄｉｉｍａｘ／Ｄｊｉｍｉｎ＞１０^（（Ｃ／Ｉ）／Ｋ）。ここで、Ｄｉｉｍａｘは、ベース・ステーションＢＳｉおよびベース・ステーションＢＳｉ（１０１７）に付随することができる任意の遠隔（１０１２）間の最大距離である。Ｄｊｉｍｉｎは、ベース・ステーションＢＳｊおよびベース・ステーションＢＳｉ（１０１８）に付随することができる任意の遠隔（１０２２）間の最小距離である。（Ｃ／Ｉ）は、ベース・ステーションＢＳｉにおける無線受信機によって実現可能な搬送波対干渉波比であり、Ｋは、無線周波数信号強度対距離の減少を表わす環境定数である？応答が肯定的である場合には、ベース・ステーションＢＳｉに付随する遠隔には、ベース・ステーションＢＳｊに付随する遠隔によるブロッキングがないと想定される。
【００５３】
しかし、応答が否定的である場合には、ＢＳjに付随する遠隔とＢＳiに付随する遠隔との間にブロッキングが起こる可能性があるため、ＢＳiおよびＢＳjは協同関係を持たなければならない。この関係の表示は、ＢＳiおよびＢＳj両方の協同リストにおいてなされる。そして処理は、前述と同様に続いて（ブロック８９５）、次のベース・ステーション（ｊ）をチェックする。
【００５４】
図５Ａのネットワーク構成を参照して、ベース・ステーション４、５４０は、ベース・ステーション２、５２０と協同している。なぜならば、図８Ｂに示すように、これら２つのベースに付随する遠隔の送信間にブロッキングが起こる可能性があるからである。しかし、たとえば、ベース・ステーション４はベース・ステーション１、５１０とは協同関係にはない。なぜならば、（図８Ａの場合と同様に）２つのベースに付随する遠隔間のブロッキングが起こるであろう領域が存在しないからである。
【００５５】
図７Ｄを参照して、遠隔端末通信装置をベース・ステーションに登録するための１つの典型的なプロセスを示す。遠隔端末通信装置は、ダウンストリーム時間枠の間に周波数Ｆ１〜ＦＮのすべてを同時にリッスンして（９２５に示す）、信号品質を判定し（９２５）、最良または最大信号品質を有するベース・ステーションを保存する（９４０に示す）。この品質測定を、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）、信号対雑音比（ＳＮＲ）、または予想される受信メッセージの割合（ＲＸ％）を用いて決定しても良い。図７Ｄに、複数のベース・ステーション（ｉ）から受信する信号に対する最大信号品質を決定するための１つの典型的なプロセスを示す。９２１および９２３において、ｉおよびＱMAXを初期化し、９２５において、信号品質（ｉ）をベース・ステーション（ｉ）から受信する。信号品質（ｉ）とＱMAXとの比較を判定して（９３５）、品質（ｉ）がＱMAXよりも大きい場合には、それを保存する（９４０）。遠隔装置の通信距離内のすべてのベース・ステーションについて評価するまで、プロセスを各ベース・ステーション（ｉ）に対して続ける（９４５）。１つのベース・ステーションのみが通信距離内にある場合に、ベース・ステーションの信号品質が最大となることに注意されたい。いったん最大信号品質が決定されれば、遠隔端末は、予約マップを、最大信号品質を有する周波数で検査して、所望する数の時間スロットを要求する。その結果、遠隔端末がそのベース・ステーションに登録される。最良の信号品質を伴うベース・ステーションが変わったら、遠隔端末はそのベース・ステーション選択を変えて（たとえば９４０に示すように）、時間スロット配分を、必要に応じて、図７Ａに示したものと同様の方法で再設定する。
【００５６】
その後、遠隔装置に対する送信をすべて、遠隔を登録したベース・ステーションから行なっても良い。前述したように、ベース・ステーション送信機に対する予約マップを、局所的に（ベース・ステーション内に）保持しても良いし、またはベース・ステーションから離れて保持しても良い。一態様においては、予約マップをシステム・サーバ（２１０、図２）に収容しても良く、予約マップはすべての遠隔サイトの登録に基づく。本発明の一態様においては、ベース・ステーションはさらに、隣接するベース・ステーション（または規定されたベース・ステーション・グループ）に付随する周波数でのスロットの配分をブロックする。このブロッキングは、ベース・ステーション間で生じる可能性がある干渉信号を減らすため、好都合である。
【００５７】
図８Ｂに、単一のベース・ステーション１０１０と通信状態にある２つの遠隔端末１０１２および１０２２間の干渉を判定する例を例示する。この例示した例では、周波数／スロット配分を２つの端末の一方に対して予約すると想定し、２番目の遠隔端末に対する周波数／スロットの配分を、２つの遠隔端末間の干渉を回避するように行なう。たとえば、本発明の一態様において、２つの周波数（すなわち、Ｎ＝２）を、ベース・ステーション１０１０および１０２０間で配分しても良いことを想定し、各遠隔端末１０１２および１０２２をそれ自体の周波数で配分しても良い。しかし、利用可能な周波数を再利用して、保持する必要がある周波数の数を最小限にするために、２つの遠隔端末１０１２および１０２２に同じ周波数／時間スロットを配分することを、図８Ａの場合と同様に、２つの端末１０１２および１０２２の送信間の干渉が既知の基準を満たすときに、行なっても良い。
【００５８】
図８Ａを参照して、以下の基準が満たされる場合には、周波数を再利用しても（すなわち、同時に２つの遠隔端末に割り当てても）良い。
【００５９】
Ｄｉｉｍａｘ／Ｄｉｊｍｉｎ＞１０(C/I)/K
ここで、Ｄｉｉｍａｘは、第１のベース・ステーション（１０１０）から、第１のベース・ステーション（１０１０）に付随する任意の遠隔端末（１０１２）までの最大距離を表わす。
【００６０】
Ｄｉｊｍｉｎは、第１のベース・ステーション（１０１０）から、第２のベース・ステーション（１０２０）に付随する遠隔端末（１０２２）までの最小距離を表わし、Ｃ／Ｉは、所望の搬送波対干渉波比を表わし、Ｋは、ＲＦ伝搬定数を表わす。
【００６１】
本発明の一態様では、干渉基準は、ベース・ステーション１０１０を囲む地理トポロジを考慮しても良く、したがって、ＲＦ伝搬定数（すなわち、自由空間経路損失）（Ｋ）を、相応に変更しても良い。本発明の概念上の実施形態において、自由空間損失定数（Ｋ）を、２０、３５、および４０ｄｂのうちの１つであると示しても良い。理解されるように、自由空間経路損失値（Ｋ）を、具体的な環境に基づいて選んでも良いし、環境内の測定または計算によって決定しても良い。さらに、搬送波対干渉波比（Ｃ／Ｉ）は、無線受信機およびモデム性能特性に応じて変わっても良い。
【００６２】
空間的冗長性：
本発明の一態様においては、すべてのベース・ステーションは、広帯域受信システムを用いて、すべてのアップストリーム時間スロットの間にすべてのＮ個のアップリンク周波数をリッスンする。すべてのパケットを、パケット・アドレス指定に依存して、システム・サーバまたはアドレス指定されたベース・ステーションに転送する。このため、空間的冗長性が形成され、移動システムにおけるシステム・ハンドオフが単純になる。
【００６３】
本発明による前述の方法は、ハードウェアにおいて実現することもできるし、記録媒体たとえばＣＤＲＯＭ、ＲＡＭ、フロッピー・ディスク、ハード・ディスク、もしくは光磁気ディスクに記憶することができるかまたはネットワーク上でダウンロードすることができるソフトウェアまたはコンピュータ・コードとして実現することもできる。そのため、本明細書で説明した方法を、このようなソフトウェアにおいて汎用コンピュータまたは特別なプロセッサを用いて行なうこともできるし、プログラマブルまたは専用のハードウェア（たとえばＡＳＩＣもしくはＦＰＧＡ）において行なうこともできる。当該技術分野において理解されるように、コンピュータ、プロセッサまたはプログラマブル・ハードウェアは、メモリ・コンポーネント（たとえば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュなど）を備えている。これは、コンピュータ、プロセッサ、またはハードウェアによってアクセスおよび実行されると本明細書で説明した処理方法を実施するソフトウェアまたはコンピュータ・コードを記憶しても良いし、受け取っても良いものである。コードは、汎用コンピュータにロードされたときに、汎用コンピュータを、部分的には本明細書で示した処理に専用であっても良い専用コンピュータに変えても良い。
【００６４】
その好ましい実施形態に適用したときの本発明の基本的な新しい特徴を図示し、説明し、指摘してきたが、当然のことながら、例示した装置の形態および詳細およびそれらの動作における種々の省略および置換および変形を、当業者が本発明の趣旨から逸脱することなく行なっても良い。たとえば、同じ結果を達成するために実質的に同じ方法で実質的に同じ機能を行なう要素および／または方法ステップのすべての任意の組み合わせは本発明の範囲内であることが、はっきりと意図されている。
【００６５】
また、本発明の任意の開示した形態または実施形態と関連して図示および／または説明した構造および／または要素および／または方法ステップを、デザイン上の選択の一般的な問題として、任意の他の開示または説明または示唆した形態または実施形態に取り入れても良いことを認識されたい。したがって、本明細書に添付の請求項の範囲が示すように限定されることのみが意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース・ステーションであって、
少なくとも１つの他のベース・ステーションと複数の遠隔装置とから情報を受信しそれらに情報を送信するための送受信システムと、
前記送受信システムと通信状態にある設備であって、前記複数の遠隔装置のうちの一部を選択するための通信配分を決定するように構成された設備と、を備え、
前記設備は、メモリと通信状態にあるプロセッサを備え、前記メモリに含まれるコードは、前記プロセッサによってアクセスされたときに、前記プロセッサに、
前記ベース・ステーションに付随する通信配分の予約マップから利用可能な通信配分を取得することであって、前記通信配分は、少なくとも１つの周波数と少なくとも１つの付随する時間スロットとの配分を含む、取得することと、
前記ベース・ステーションと協同して動作する前記少なくとも１つの他のベース・ステーションのそれぞれが有する通信配分マッピングを受信することと、
前記受信した通信配分マッピング間の通信配分の点から、前記取得した利用可能な通信配分の適合性を判定することと、
前記取得した利用可能な通信は好適であると判定されたときに、前記予約マップ内に、前記利用可能な通信配分の割当てを示すための表示を与えることと、
更新された予約マップを前記協同ベース・ステーションのそれぞれに送ることと、を行なわせるベース・ステーション。
【請求項２】
前記取得した利用可能な通信配分が前記受信した配分マッピングのそれぞれにおいて利用可能であるときに、適合性が判定される請求項１に記載のベース・ステーション。
【請求項３】
前記予約マッピングは、前記ベース・ステーションに付随する少なくとも１つの周波数と１つの時間スロット配分とを含む請求項１に記載のベース・ステーション。
【請求項４】
前記プロセッサはさらに、前記複数のベース・ステーションの中からの協同ベース・ステーションのリストを保持する請求項１に記載のベース・ステーション。
【請求項５】
前記協同ベース・ステーションリスト内に収容される前記ベース・ステーションは、可能性がある遠隔端末の相対位置と前記可能性がある遠隔端末からの予想される電波伝搬とのうちの少なくとも１つに基づいて決定される請求項４に記載のベース・ステーション。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記割り当てられた利用可能な通信配分のそれぞれに対して、所定時間の後に満了する経年カウンタを付随させた請求項１に記載のベース・ステーション。
【請求項７】
複数のベース・ステーションおよび遠隔端末間の通信配分を決定するための、ベース・ステーションにおいて実施可能な方法であって、
前記複数のベース・ステーションの協同ベース・ステーションから通信配分情報を受信することと、
通信配分の予約マップから利用可能な通信配分を取得することであって、前記通信配分は、少なくとも１つの周波数と少なくとも１つの付随する時間スロットとの配分を含む、取得することと、
前記受信した通信配分情報の点から、前記取得した利用可能な通信配分の適合性を判定することと、
前記取得した利用可能な通信は好適であると判定したときに、前記予約マップ内に、前記取得した利用可能な通信配分の割当てを示す表示を与えることと、
更新された予約マップを前記協同ベース・ステーションのそれぞれに送ることと、を含む方法。
【請求項８】
前記取得した利用可能な通信配分が前記受信した配分のそれぞれにおいて利用可能であるときに、適合性を判定する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複数のベース・ステーションの中で複数の遠隔端末と通信状態にある協同ベース・ステーションを決定するための、処理システムにおいて実施可能な方法であって、
前記ベース・ステーションのそれぞれに対して、無線有効範囲の形状および可能な付随する遠隔端末位置を分析することと、
知られているブロッキング回避基準が満たされないときに前記第１および第２のベース・ステーションを協同として割り当てることであって、
前記知られているブロッキング回避基準は、
Ｄ１／Ｄ２＞１０(C/I)/K
して示され、ここで、
Ｄ１は、前記第１のベース・ステーションから、前記第１のベース・ステーションに付随する任意の遠隔端末までの最大距離を表わし、
Ｄ２は、前記第１のベース・ステーションから、前記第２のベース・ステーションに付随する任意の遠隔端末までの最小距離を表わし、
Ｃ／Ｉは、所望の搬送波対干渉波比を表わし、
Ｋは、ＲＦ伝搬定数を表わす、割り当てることと、を含む方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の複数のベース・ステーションを備え、さらに少なくとも１つの遠隔端末を備えるネットワーク・システムであって、
前記少なくとも１つの遠隔端末は、
少なくとも１つのベース・ステーションと複数の他の遠隔端末とから情報を受信しそれらに情報を送信するための送受信システムと、
前記送受信システムと通信状態にある設備であって、前記複数のベース・ステーションのうち前記設備に登録するためのベース・ステーションを選択するように構成された設備と、を備え、
前記設備は、メモリと通信状態にあるプロセッサを備え、前記メモリに含まれるコードは、前記プロセッサによってアクセスされたときに、前記プロセッサに、
前記複数のベース・ステーションのそれぞれの信号品質を、受信信号強度、予想される受信メッセージの割合、および信号対雑音比のうちの少なくとも１つに基づいて決定することと、
前記複数のベース・ステーションのそれぞれの前記信号品質から最大信号品質を決定することと、
前記最大信号品質を有する前記ベース・ステーションに前記遠隔端末を登録し、前記ベース・ステーションからの通信配分マッピングを要求することと、を行なわせるネットワーク・システム。
【請求項１１】
前記通信配分マッピングは、少なくとも１つの周波数と１つの時間スロット配分とを含む請求項１０に記載のネットワーク・システム。
【請求項１】
ベース・ステーションであって、
少なくとも１つの他のベース・ステーションと複数の遠隔装置とから情報を受信しそれらに情報を送信するための送受信システムと、
前記送受信システムと通信状態にある設備であって、前記複数の遠隔装置のうちの一部を選択するための通信配分を決定するように構成された設備と、を備え、
前記設備は、メモリと通信状態にあるプロセッサを備え、前記メモリに含まれるコードは、前記プロセッサによってアクセスされたときに、前記プロセッサに、
前記ベース・ステーションに付随する通信配分の予約マップから利用可能な通信配分を取得することであって、前記通信配分は、少なくとも１つの周波数と少なくとも１つの付随する時間スロットとの配分を含む、取得することと、
前記ベース・ステーションと協同して動作する前記少なくとも１つの他のベース・ステーションのそれぞれが有する通信配分マッピングを受信することと、
前記受信した通信配分マッピング間の通信配分の点から、前記取得した利用可能な通信配分の適合性を判定することと、
前記取得した利用可能な通信は好適であると判定されたときに、前記予約マップ内に、前記利用可能な通信配分の割当てを示すための表示を与えることと、
更新された予約マップを前記協同ベース・ステーションのそれぞれに送ることと、を行なわせるベース・ステーション。
【請求項２】
前記取得した利用可能な通信配分が前記受信した配分マッピングのそれぞれにおいて利用可能であるときに、適合性が判定される請求項１に記載のベース・ステーション。
【請求項３】
前記予約マッピングは、前記ベース・ステーションに付随する少なくとも１つの周波数と１つの時間スロット配分とを含む請求項１に記載のベース・ステーション。
【請求項４】
前記プロセッサはさらに、前記複数のベース・ステーションの中からの協同ベース・ステーションのリストを保持する請求項１に記載のベース・ステーション。
【請求項５】
前記協同ベース・ステーションリスト内に収容される前記ベース・ステーションは、可能性がある遠隔端末の相対位置と前記可能性がある遠隔端末からの予想される電波伝搬とのうちの少なくとも１つに基づいて決定される請求項４に記載のベース・ステーション。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記割り当てられた利用可能な通信配分のそれぞれに対して、所定時間の後に満了する経年カウンタを付随させた請求項１に記載のベース・ステーション。
【請求項７】
複数のベース・ステーションおよび遠隔端末間の通信配分を決定するための、ベース・ステーションにおいて実施可能な方法であって、
前記複数のベース・ステーションの協同ベース・ステーションから通信配分情報を受信することと、
通信配分の予約マップから利用可能な通信配分を取得することであって、前記通信配分は、少なくとも１つの周波数と少なくとも１つの付随する時間スロットとの配分を含む、取得することと、
前記受信した通信配分情報の点から、前記取得した利用可能な通信配分の適合性を判定することと、
前記取得した利用可能な通信は好適であると判定したときに、前記予約マップ内に、前記取得した利用可能な通信配分の割当てを示す表示を与えることと、
更新された予約マップを前記協同ベース・ステーションのそれぞれに送ることと、を含む方法。
【請求項８】
前記取得した利用可能な通信配分が前記受信した配分のそれぞれにおいて利用可能であるときに、適合性を判定する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複数のベース・ステーションの中で複数の遠隔端末と通信状態にある協同ベース・ステーションを決定するための、処理システムにおいて実施可能な方法であって、
前記ベース・ステーションのそれぞれに対して、無線有効範囲の形状および可能な付随する遠隔端末位置を分析することと、
知られているブロッキング回避基準が満たされないときに前記第１および第２のベース・ステーションを協同として割り当てることであって、
前記知られているブロッキング回避基準は、
Ｄ１／Ｄ２＞１０(C/I)/K
して示され、ここで、
Ｄ１は、前記第１のベース・ステーションから、前記第１のベース・ステーションに付随する任意の遠隔端末までの最大距離を表わし、
Ｄ２は、前記第１のベース・ステーションから、前記第２のベース・ステーションに付随する任意の遠隔端末までの最小距離を表わし、
Ｃ／Ｉは、所望の搬送波対干渉波比を表わし、
Ｋは、ＲＦ伝搬定数を表わす、割り当てることと、を含む方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の複数のベース・ステーションを備え、さらに少なくとも１つの遠隔端末を備えるネットワーク・システムであって、
前記少なくとも１つの遠隔端末は、
少なくとも１つのベース・ステーションと複数の他の遠隔端末とから情報を受信しそれらに情報を送信するための送受信システムと、
前記送受信システムと通信状態にある設備であって、前記複数のベース・ステーションのうち前記設備に登録するためのベース・ステーションを選択するように構成された設備と、を備え、
前記設備は、メモリと通信状態にあるプロセッサを備え、前記メモリに含まれるコードは、前記プロセッサによってアクセスされたときに、前記プロセッサに、
前記複数のベース・ステーションのそれぞれの信号品質を、受信信号強度、予想される受信メッセージの割合、および信号対雑音比のうちの少なくとも１つに基づいて決定することと、
前記複数のベース・ステーションのそれぞれの前記信号品質から最大信号品質を決定することと、
前記最大信号品質を有する前記ベース・ステーションに前記遠隔端末を登録し、前記ベース・ステーションからの通信配分マッピングを要求することと、を行なわせるネットワーク・システム。
【請求項１１】
前記通信配分マッピングは、少なくとも１つの周波数と１つの時間スロット配分とを含む請求項１０に記載のネットワーク・システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５１３２９３（Ｐ２０１３−５１３２９３Ａ）
【公表日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４２０１５（Ｐ２０１２−５４２０１５）
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５４９１４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６８６１３
【国際公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５４９１４
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６８６１３
【国際公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【Ｆターム（参考）】
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