高速可変データ転送速度を得るためのトラフィックチャネルの高速取得
【課題】新コード位相サブチャネルを割当てることにより、必要に応じて追加サブチャネルを高速に取得する方法を提供する。
【解決手段】各サブチャネルに異なるコード位相の所定の長疑似雑音（ＰＮ）コードを割当てることにより、リバースリンク上で複数の割当てサブチャネルを規定する、ＣＤＭＡ無線通信システムに対するサービス・オプション・オーバレイである。各オンライン加入者装置の必要瞬時帯域幅は、必要に応じて各ネットワーク層接続に基づいて１つまたは複数のサブチャネルに動的に割当てることにより適合させる。システムは、データの送受信動作することなく、加入者装置に接続されたコンピュータがパワーオンしている長いアイドル時間中に、加入者装置とリバースリンク上の基地局間に比較的多数の仮想物理接続を効率的に提供する。これらの維持サブチャネルにより、基地局と加入者装置は位相および時間同期を維持できる。
【解決手段】各サブチャネルに異なるコード位相の所定の長疑似雑音（ＰＮ）コードを割当てることにより、リバースリンク上で複数の割当てサブチャネルを規定する、ＣＤＭＡ無線通信システムに対するサービス・オプション・オーバレイである。各オンライン加入者装置の必要瞬時帯域幅は、必要に応じて各ネットワーク層接続に基づいて１つまたは複数のサブチャネルに動的に割当てることにより適合させる。システムは、データの送受信動作することなく、加入者装置に接続されたコンピュータがパワーオンしている長いアイドル時間中に、加入者装置とリバースリンク上の基地局間に比較的多数の仮想物理接続を効率的に提供する。これらの維持サブチャネルにより、基地局と加入者装置は位相および時間同期を維持できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インターネットのようなネットワークにおいて、ディジタル信号の無線通信を提供する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線電話とパーソナルコンピュータの使用の増加は、以前は特定用途だけに使用すると考えられていた、高度な通信サービスに対する需要を招いている。１９８０年代には、セルラーネットワークによる無線音声通信が広く利用された。当初このサービスは、加入者コストが高いために、一般にビジネスマンの特権と考えられていた。遠隔分散型コンピュータネットワークにアクセスする場合には、実際にその通りであった、したがって、最近までは、ビジネス関係者や大きな機関だけが必要なコンピュータと有線アクセス装置を購入できた。両方の技術の普及利用の結果、今日では多数の一般の人々が、インターネットおよび専用のイントラネットなどのネットワークにアクセスするだけでなく、無線方式のネットワークにも同様にアクセスするのを望むようになっている。これは特にポータブルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ハンディタイプの個人用情報端末機器等のユーザーに特に重要なことである。これらのユーザーは、電話線に接続することなく、このようなネットワークにアクセスすることを望んでいる。
【０００３】
既存の無線インフラを利用して、インターネット、専用イントラネット、およびその他のネットワークに対して、低コスト、広い受信可能範囲で、高速アクセスが可能な、広範に利用できる満足な解決手段はまだ存在していない。この状況はいくつかの不利な環境の産物に他ならない。例えば、有線ネットワーク上でビジネス環境における高速データサービスを提供する一般的方法は、大部分の家庭や事務所で利用できる音声グレードサービスに容易に適合できないものである。また、このような標準高速データサービスは、セルラー方式の無線送受信器での効率的伝送には不向きである。さらに、既存のセルラーネットワークは、本来音声サービス配送用としてだけに設計されていた。結果的に、ＣＤＭＡのような特定方式はデータ伝送への適応に対しては、ある程度の非対称特性を持っているが、今日のディジタル無線通信方式で重要なのは音声である。例えば、ＩＳ−９５フォワードトラフィックチャネル上のデータ転送速度は、いわゆるレートセット１に対して１．２ｋｂｐｓから９．６ｋｂｐｓまでの増分で、また、レートセット２に対して１．８ｋｂｐｓから１４．４ｋｂｐｓまでの増分で調整できる。
【０００４】
既存のシステムは、一般に、最高データ転送速度がフォワードで１４．４ｋｂｐｓの範囲だけに適応できる無線チャネルしか備えていない。このような低速データ速度チャネルは、総合サービス・ディジタル・ネットワーク（ＩＳＤＮ）タイプの装置で利用できる１２８ｋｂｐｓのような高速転送速度はもとより、２８．８ｋｂｐｓの速度、または今日では低コスト有線モデムを使用して通常利用する５６．６ｋｂｐｓにおいてさえ、直接データを伝送するのに不向きである。これらのレベルのデータ転送速度はウェブ（Ｗｅｂ）ページのブラウジングのような使用には最低限の許容速度になりつつある。米国では現在、ディジタル加入者線（ｘＤＳＬ）サービスのような高速のビルディング・ブロック方式を使用するデータネットワークのタイプが使用されるようになってきている。しかも、その料金は最近になってようやく一般家庭ユーザーにも魅力あるものにまで低減されてきた。
【０００５】
このようなネットワークは、セルラーシステムが当初採用された時点で既に大部分知られていたが、セルラーネットワーク接続形態（トポロジー）を介して高速ＩＳＤＮまたはｘＤＳＬグレードのデータサービスを提供する設備がなかった。不利なことには、無線環境では、複数加入者によるチャネルへのアクセスに費用がかかり、かつそれらに対する競争があることである。複数アクセスが、無線搬送波グループ上のアナログ変調を使用する従来の周波数分割多元接続方式（ＦＤＭＡ）によるか、もしくは時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）または符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ）を使用する無線搬送波の共有可能な新しいディジタル変調方式により提供されるかのいずれかであっても、無線スペクトルは本質的には共有が期待される媒体である。これはデータ伝送のための従来環境と全く異なる。従来は、有線媒体が比較的廉価で得られ、そして一般に共有を意図しない。
【０００６】
他の考慮すべき事項は、データ自体の特性である。例えば、一般にウェブページへのアクセスは非対称データ転送速度の伝送を必要とするバースト指向である。特に遠隔クライアントコンピュータは、ブラウザソフトウェアに対して最初にウェブページアドレスを指定する。その時、ブラウザソフトウェアはこのウェブページアドレスデータ（通常１００バイト以下の長さ）を、ネットワークを介してサーバーコンピュータへ送る。サーバーコンピュータは要求されたウェブページの内容に応答する。ウェブページの内容は、１０ｋバイトから数Ｍバイトのテキスト、画像、オーディオ、またはビデオデータを含むことがある。この時ユーザーはページの内容を読み、その後別のページのダウンロードを要求するのに少なくとも数秒または数分を費やすことがある。したがって、基地局から加入者への必要なフォワードチャネルデータ転送速度は、通常必要なリバースチャネルデータ転送速度の数倍速い。
【０００７】
オフィス環境においては、大部分の従業員の日常のコンピュータワークとしては、一般に２〜３のウェブページをチェックし、その延長時間として他にローカルに格納されたデータにアクセスしたり、コンピュータの使用を全く止めるなどを行う。したがって、このようなユーザーがインターネットまたは専用イントラネットに１日中連続して接続を維持することを望む場合でも、実際の全体特性として特定の加入者との間の必要なデータ伝送をサポートするのに要求されるのは、現実的には散発的なものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に利用できるインフラを使用して、インターネットと専用イントラネットなどのポータブルコンピュータからコンピュータネットワークへのような無線データ通信をサポートするに十分な方式が必要とされる。不利なことには、ＣＤＭＡなどの広範囲に使用されている最近の無線標準規格のほとんどは、ウェブページのブラウジングのような最も一般的機能をサポートする適正な構造を備えていないことである。フォワードおよびリバースリンク方向において、ＩＳ−９５タイプのＣＤＭＡシステムの最大利用可能なチャネル帯域幅はわずか１４．４ｋｂｐｓである。回線交換されるＩＳ−９５のために、最大でも６４の回線交換ユーザーだけが同時に使用できるだけである。実際にはこの最大限度は実現が困難であり、通常２０または３０のユーザーが同時に使用できるのみである。
【０００９】
さらに、既存のＣＤＭＡシステムは、チャネルが使用可能になる前に特定の操作を必要とする。アクセスとトラフィックチャネルの両方は、ロングコード疑似雑音（ＰＮ）シーケンスと呼ばれるもので変調される。したがって、受信者が正しく操作するには、最初に送信機と同期を取る必要がある。したがって、チャネルの設定と解除はこの同期化を実行するオーバーヘッドを必要とする。このオーバーヘッドは加入者装置のユーザーに対して明らかな遅延を招く。
【００１０】
所定のユーザーに対するデータ転送速度を増加させる有効な方法は、フォワードおよびリバースリンク方向の両方におけるチャネルの共有である。これは、特にＣＤＭＡを用いて多重アクセスを容易に得る有効なオプションであり、さらにＩＳ−９５システムにおいて、フォワードリンクに対しては追加コードを、リバースリンクにはコードの位相を簡単に追加することにより追加のユーザをサポートできる。このサブチャネルオーバーヘッドを最小にするには、理論的には、追加サブチャネルを接続に対して割当てる必要があるときに、それらをできる限り速く利用可能にすることにより可能となる。
【００１１】
したがって、同期を維持するには、オンデマンドで追加のコードの位相のチャネルの効率的かつ高速立ち上げを同時に維持しながら、最低可能速度接続がリバースリンク上で提供されるように、サブチャネルを用意することが有効である。さらにこれは、全体システム容量における影響を最小にする一方で、利用可能な接続数を最大化する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ＩＳ−９５に基づくＣＤＭＡ無線通信システムに対するサービスオプションオーバーレイであり、上述した要求を達成するものである。特に、各サブチャネルに対して異なる直交コードを割当てることなどにより、フォワードリンクに対する多数のサブチャネルを単一ＣＤＭＡ無線チャネル帯域幅内に規定する。各サブチャネルに対し所定のロング疑似雑音（ＰＮ）コードの中の相違するコードの位相を割当てることにより、複数サブチャネルをリバースリンク上に規定する。その時、各オンライン加入者装置の必要瞬時帯域幅は、必要に応じて各ネットワーク層接続に基づいて、1つまたは複数のサブチャネルに動的に割当て（または割当てない場合もある）ることにより適合させる。
【００１３】
さらに特徴とすることは、本発明は、データの送受信動作をすることなく、加入者装置に接続されたコンピュータがパワーオンされている長いアイドル時間中に、リバースリンク上の基地局と加入者装置間に比較的多数の仮想物理接続を効率的に提供することである。これらの維持サブチャネルにより、基地局と加入者装置は位相と時間の同期性を維持できる。これにより、新しいコードの位相のサブチャネルを割当てることによって、必要とされる追加サブチャネルを高速に取得することができる。好ましくは、新しいチャネルのコードの位相を、対応する維持サブチャネルのコードの位相に対して予め決められたコード位相関係に従って割当てる。
【００１４】
アイドルモードでは、加入者装置は、加入者装置が基地局と同期を維持するのに十分必要なだけのデータ転送速度で、維持サブチャネル上に同期または“ハートビート(heartbeat)”メッセージを送る。ハートビート信号の持続時間は、基地局の受信機内のコードの位相のロック回路のキャプチャまたはロックレンジを考慮して決定される。
【００１５】
例えば、一般に受信機は、コードチップ速度で動作するＰＮコード相関器を有している。このようなコード相関器の一例は、前−後検出器から構成される遅延ロックループを使用する。ループフィルタは、位相ロックを確立する前に、結果的にコード相関器をどのくらい長い時間作動させる必要があるかを決定するループの帯域幅を制御する。このループ時定数は許容できる“ジッタ”の量を決定し、位相ロックは、通常チップ時間の約１／８のようなチップ時間の一部分で得られるように考慮されている。
【００１６】
好ましくは、ハートビートメッセージは、コードの位相により規定されたサブチャネル上に形成されたタイムスロット内に送られる。タイムスロットの使用により、アイドル状態のリバースリンクを維持するのに専用の基地局受信機の数を最小にする。特に、リバース維持チャネルリンクは、同一ロングコードを使用することの外に、各加入者装置にこのようなコード上にタイムスロットを割当てることにより提供される。これにより、基地局における多数の接続を維持するオーバーヘッドが減少する。
【００１７】
リバース維持チャネルのタイムスロット特性のために、基地局受信機を複数のリバースリンク間で時間分割することも可能になる。これを可能にするために、各タイムスロットを特定の加入者装置に割当てる間に、基地局受信機が最終に認識したＥ(Early)−Ｌ(Late)相関器の状態などの最終に認識した位相ロック状態に関する情報を最初に読み込む。その後Ｅ−Ｌ相関器に、位相ロックが有効に機能して、タイムスロットの終端に相関器状態の格納を確実にする必要時間を知らせる。
【００１８】
帯域幅要求を満たすために追加サブチャネルを必要とするときは、ロックしたコードに対して予め決められた位相関係で追加のコードの位相を割当て、基地局トラフィックチャネルプロセッサが必要とするオーバーヘッド伝送を最小にする。その結果、数千のアイドル加入者装置を単一ＣＤＭＡリバースリンク無線チャネル上でサポートし、一方で同時にチャネルを割当てる必要のあるときの立上がり遅延を最小にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による帯域幅管理方式を使用する無線通信システムのブロック図である。
【図２】所定のフォワードリンク無線周波数（ＲＦ）チャネル内でサブチャネルを割当てる方法を示す図である。
【図３】所定のフォワードリンク無線周波数（ＲＦ）チャネル内でサブチャネルを割当てる方法を示す図である。
【図４】加入者装置におけるリバースリンク帯域幅管理機能の状態図である。
【図５】基地局におけるリバースリンク帯域幅管理機能の状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
さらに図面により具体的に説明する。図１はシステム１００のブロック図であり、例えば符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ）のようなディジタル変調無線サービスを用いる総合サービス・ディジタル・ネットワーク（ＩＳＤＮ）などのディジタルデータプロトコルをシームレスに統合することにより、無線接続を介して高速転送データおよび音声サービスを提供するものである。
【００２１】
システム１００は異なる２種類の構成要素から構成されており、加入者装置１０１−１、１０１−２、．．．、１０１−ｕ（ここでは、まとめて加入者装置１０１と称する）および１つまたは複数の基地局１７０を含む。加入者装置１０１と基地局１７０は協働して必要な機能を備え、ラップトップコンピュータ、ポータブルコンピュータ、個人用情報端末機器（ＰＤＡ）その他などのポータブルコンピュータ装置１１０に無線データサービスを提供する。基地局１７０は加入者装置１０１と協働して、加入者装置および公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１８０間との最終的データ伝送を可能にする。
【００２２】
さらに、データおよび／または音声サービスも加入者装置１０１により、ポータブルコンピュータ１１０、および電話器１１２−１、１１２−２（ここでは、まとめて電話器１１２と称する）のような１つまたは複数のその他の装置に対して提供される。その結果、電話器１１２自身は図示しない他のモデムおよびコンピュータに接続される。ＩＳＤＮの通常用語では、ポータブルコンピュータ１１０と電話器１１２は端末装置（ＴＥ）と呼ばれる。加入者装置１０１はネットワーク端末タイプ１（ＮＴ＝１）と呼ばれる機能を備える。図示する加入者装置１０１は、特にいわゆる基本速度インタフェース（ＢＲＩ）タイプＩＳＤＮ接続で動作し、通常２Ｂ＋Ｄと呼ばれる、２つの搬送すなわち“Ｂ”チャネルと単一データすなわち“Ｄ”チャネルを備える。
【００２３】
加入者装置１０１は、ＩＳＤＮモデム１２０、スプーフィング(Spoofing)１３２と帯域幅管理１３４を含む本発明による各種機能を実行するプロトコル変換器１３０と呼ぶ装置、ＣＤＭＡトランシーバ１４０、および加入者装置アンテナ１５０から構成される。加入者装置１０１の各種構成要素は別々の装置または一体化した装置として実現される。例えば、多くのメーカから販売されている既存の従来のＩＳＤＮモデム１２０を、既存のＣＤＭＡトランシーバ１４０と組合せて使用できる。この場合、別個の装置として販売されるプロトコル変換器１３０により、固有の機能全体が提供される。一方、ＩＳＤＮモデム１２０、プロトコル変換器１３０、およびＣＤＭＡトランシーバ１４０は、完成装置として統合され、単独の加入者装置１０１として販売できる。イーサネット（登録商標）またはＰＣＭＣＩＡなどのその他のタイプのインタフェース接続を使用して、コンピュータ装置をプロトコル変換器１３０に接続できる。この装置はまたＩＳＤＮ“Ｕ”インターフェース以外にイーサネット（登録商標）インタフェースにも接続できる。
【００２４】
ＩＳＤＮモデム１２０は、端末装置１１０と１１２間のデータおよび音声信号を、標準ＩＳＤＮ“Ｕ”インタフェースで要求されるフォーマットに変換する。ＵインタフェースはＩＳＤＮシステムの基準点であり、ネットワーク端末（ＮＴ）と電話会社間の接続点を指定する。
【００２５】
プロトコル変換器１３０は、スプーフィング１３２および基本帯域幅管理機能１３４を実行する。一般に、スプーフィング１３２は、加入者装置１０１が、基地局１７０の反対側の公衆交換電話網１８０に常に接続されているかのように、端末装置１１０、１１２に対して見せることを確実にするものである。帯域幅管理機能１３４は、必要に応じてＣＤＭＡ無線チャネル１６０の割当てと割当て解除とを実行する。また帯域幅管理機能１３４は、ＣＤＭＡ無線チャネル１６０のサブ部分を動的に割当てて、所定のセッションに割当てられる帯域幅を動的に管理する機能を含む。この方法は後で詳しく説明する。
【００２６】
ＣＤＭＡトランシーバ１４０は、プロトコル変換器１３０からデータを受取り、このデータをＣＤＭＡ無線リンク１６０−１上で加入者装置アンテナ１５０を通して伝送するのに適した形式に再フォーマットする。ＣＤＭＡトランシーバ１４０は、単一の１．２５ＭＨｚ無線周波数チャネルだけで動作するか、または別の好ましい実施形態では、多重割当て無線周波数チャネルに同調してもよい。
【００２７】
この時ＣＤＭＡ信号伝送は基地局１７０で受信され、処理される。基地局１７０は、通常多重チャネルアンテナ１７１、多重ＣＤＭＡトランシーバ１７２、および帯域幅管理機能１７４から構成される。帯域幅管理は、加入者装置１０１と類似の方法でＣＤＭＡ無線チャネル１６０とサブチャネルの割当てを制御する。つぎに、基地局１７０が復調した無線信号を、従来から既知の方法を用いて公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１８０に結合する。例えば基地局１７０は、１次群速度ＩＳＤＮ、またはＩＳ−６３４やＶ５．２のようなその他のＬＡＰＤベースプロトコルなどの、多数の異なる効率的通信プログラムを介して、ＰＳＴＮ１８０と通信できる。
【００２８】
データ信号はＣＤＭＡ無線チャネル１６０で双方向に伝送される。つまり、ＰＳＴＮ１８０から受信されたデータ信号は、フォワードリンクでポータブルコンピュータ１１０に結合され、ポータブルコンピュータ１１０で発生したデータ信号はリバースリンクでＰＳＴＮ１８０に結合される。特に、本発明はリバースリンクチャネルを実現する方法を含む。
【００２９】
図１のスプーフィング１３２は、ＩＳＤＮ通信経路上でこれらの同期データをループバックし、端末装置１１０、１１２をスプーフ（送信欺瞞）して十分広い無線通信リンク１６０が連続して利用できるように信じさせるＣＤＭＡトランシーバ１４０を含む。しかし、実際に端末装置から無線トランシーバ１４０へのデータが存在するときは、無線帯域幅を割当てる。データがネットワーク装置に対する端末装置に存在しない場合は、帯域幅管理機能１３４は最初に割当てた無線チャネル帯域幅１６０の割当てを解除し、別のトランシーバおよび別の加入者装置１０１が利用できるようにする。
【００３０】
図２によって帯域幅管理１３４と１７４が無線チャネルの動的割当てを実現する方法を理解できるであろう。この図は、本発明による無線リンク１６０用の１つの可能な周波数案を示す。具体的には通常のトランシーバは、最大３０ＭＨｚのような極めて広い帯域幅内の任意の１．２５ＭＨｚチャネルに対する命令に同調される。既存のセルラー無線周波数帯域内の周波数設定は、これらの帯域幅は通常８００〜９００ＭＨｚの範囲内で利用できる。個人用通信システム（ＰＣＳ）タイプの無線システムに対しては、帯域幅は通常約１．８〜２．０ＧＨｚの範囲に割当てられる。さらに、一般的には８０ＭＨｚのようなガード帯域で分離されている２つのマッチング帯域が同時に動作する。２つのマッチング帯域はフォワードおよびリバースの全二重リンクを形成する。
【００３１】
加入者装置１０１内のトランシーバ１４０や基地局１７０内のトランシーバ１７２などのＣＤＭＡトランシーバの各々は、所定の１．２５ＭＨｚ無線周波数チャネルに任意の時間点で同調可能である。このような１．２５ＭＨｚ無線周波数搬送波は、許容ビットエラー限界内で、最高でも約５００〜６００ｋｂｐｓの最大データ速度伝送程度であると、一般に理解されている。
【００３２】
これに対して、本発明では、利用可能な約５００〜６００ｋｂｐｓデータ転送速度を比較的多数のサブチャネルに細分する。図示した例では、帯域幅を６４のサブチャネル３００に分割し、各々は８ｋｂｐｓのデータ転送速度を有する。所定のサブチャネル３００では、複数の異なる指定可能な疑似ランダムコードの１つで伝送を符号化して、物理的に実現される。例えば、６４のサブチャネル３００は、フォワードリンクに対して、各々規定されたサブチャネル３００に対して別々の直交ウォルシュコードを使用して、単一のＣＤＭＡ無線周波数（ＲＦ）搬送波内で定義できる。
【００３３】
上述のように、サブチャネル３００は必要な場合だけ割当てされる。例えば、特定のＩＳＤＮ加入者装置１０１が多量のデータを伝送するよう要求する時間中に、複数のサブチャネル３００が許可される。加入者装置１０１が比較的軽負荷の時間中は、これらのサブチャネル３００は即座に開放される。
【００３４】
特に本発明はリバースリンクを維持しており、その結果チャネルを開放しその後再度付与する毎に、サブチャネルの同期を再確立する必要がない。
【００３５】
図３はサブチャネルをリバースリンク上に割当てる方法を示す図である。基地局で利用する必要のある電力の節約および受信機資源の節約に可能な範囲で、リバースリンク上の単一無線搬送波信号を使用するのが望ましい。したがって、単一の１．２２８８ＭＨｚ帯域３５０を利用可能な無線スペクトルから選択する。
【００３６】
この時は、単一のロング疑似雑音（ＰＮ）コードを特定の方法で使用して、比較的大きいＮ個、例えば１０００の個々の加入者装置をサポートする。最初に、ｐ個のコードの位相を利用可能な２42−１の相違するロングコードの位相から選択する。所定のロングコードの位相は特定の加入者装置に固有であり、変化しない。次に説明するように、これは追加のコードの位相に対しても同様である。ｐ個のコードの位相のシフトを使用して、ｐ個のサブチャネルを準備する。次に、ｐ個のサブチャネルの各々をｓ個のタイムスロットに分割する。タイムスロットはアイドルモードの間だけ使用され、２つの利点を備える。１つは基地局の“メンテナンス”受信機の数を減少させ、もう１つは伝送電力および干渉を減少させてリバースチャネル容量への影響を減少させる。したがって、加入者装置の最大サポート可能数Ｎは、ｐ×ｓになる。アイドルモードの間、異なる位相とタイムスロットを持つ同一ＰＮコードの使用は、基地局１０４の単一レイク（ＲＡＫＥ）受信機の使用を可能にして多数の異なるサブチャネルを提供する。
【００３７】
上述のチャネル割当て方式では、無線資源は基本的に必要な場合にだけ配分される。しかし、通常は新しいＣＤＭＡチャネルを設定するために、所定のリバースリンクチャネルは受信機にコードの位相がロックされる時間を与える必要があることも考慮しなければならない。本発明では、以下に詳しく述べるいくつかのメカニズムによって設定する毎に、各チャネルがコードの位相がロックされるのを待つ必要がない。一般にこの方法は、データのない場合にも各サブチャネルに対してコードの位相のロックを維持するのに十分な速度でメンテナンス信号を送出する。
【００３８】
ここで、この目的は各タイムスロットのサイズを最小化することであり、その結果、アイドルモード内に維持できる加入者数を最大にする。各タイムスロットのサイズｔは、加入者装置の送信機と基地局の受信機間の位相ロックを保証するのに要する最小時間で決定される。特に受信機内のコード相関器が、一定の時間単位で少なくとも一定数のメンテナンスビットから構成されるメンテナンスまたは“ハートビート”信号を受取る必要がある。このハートビート信号は、各リバースリンク上の各加入者装置から予め決められた時間内、例えば予め決められたＮサブチャネルの１つ上で指定されたタイムスロットの制限内において、最低限１ビットを送ることにより、送出される。
【００３９】
最小タイムスロット時間ｔは、信号対雑音比およびセル内の加入者装置の予測される最高速度を含む要素の数に依存する。信号対雑音比については次式に依存する。
［数１］
Ｅb／Ｎo＋Ｉo
【００４０】
ここで、Ｅbはビット当りのエネルギー、Ｎoは周囲雑音下限、Ｉoは同一スペクトルを共有するリバースリンク上のサブチャネルの他のコード化伝送からの相互干渉である。一般に、リンクを閉じるには受信機に８チップ時間以上の持続を必要とし、検出を保証するのに２０回の多重化を必要とする。したがって、リバースリンク上のコード化信号を正確に受信するためには、通常約１６０チップ時間が必要である。１．２２８８ＭＨｚコードでは、チップ時間Ｔｃは８１３．３３ｎｓであり、この最小持続時間は約１３０μｓである。その結果、これはデータビットの絶対最小持続時間、つまりスロットタイムｔの最小持続時間を設定する。最小スロット時間１３０μｓは、各位相コード化信号に対して１秒当り、最大で７６９２タイムスロットを利用できることを意味する。
【００４１】
所定のパワー制御グループタイミング条件に一致させることにより、タイムスロット時間を多少緩和できる。例えば、ＩＳ−９５標準規格では、パワー制御グループタイミング条件は、１．２５ｍｓ毎に各加入者装置からパワー出力サンプルを必要とする。
【００４２】
コードの位相のロックを受取ると、基地局の受信機内のコードの位相のロック回路のキャプチャおよびロックレンジを考慮して、ハートビート信号の持続時間が決定される。例えば、受信機は通常コードチップ速度で作動するＰＮコード相関器を持つ。このコード相関器の一例は、Ｅ(Early)−Ｌ(late)検出器から構成される遅延ロックループを使用している。ループフィルタはこのループの帯域幅を制御し、コード相関器が作動するのに必要な長さを決定した後に位相ロックを保証できる。このループ時定数は、チップ時間Ｔｃの約１／８のようなコード相関器内で許容できる時間オフセット量を決定する。
【００４３】
好ましい実施形態では、システム１００は移動性をサポートすることを意図している。つまり、セルラー方式電話で通常の移動中の自動車内での高度の移動性操作は必要がないと予測される。むしろ、動作中のポータブルコンピュータの一般ユーザーは、通常時速約４．５マイル（ＭＰＨ）で歩いて移動する。４．５（ＭＰＨ）は、１秒当り６．６フィートに相当し、ユーザーは１／１．２２８８ＭＨｚチップ時間（Ｔｃ）の１／８中に１０１フィート移動する。したがって、コードの位相の同期ループがロックを維持するのを保証されない遠方の地点にまでユーザーが移動するには、約１０１フィートを６．６フィートで割算した値、つまり約１５秒を要する。したがって、完全な同期信号を所定のリバースリンクチャネルに対して１５秒毎に送出する限り、リバースリンクループはロックを維持する。
【００４４】
図４は加入者装置のリバースリンク帯域幅管理機能の状態図である。アイドルモード４００では、第１状態４０１に入り、加入者装置がそのコードの位相のリバースチャネルに対するタイムスロット割当てを受取る。このタイムスロットはアイドルモードにおいてのみ使用される。同一ロングコードの位相は予め割当てられ、加入者装置に固定される。
【００４５】
次の状態４０２では、ハートビート信号は割当てられたタイムスロット内に送られる。その後状態４０３に入り、加入者装置がその内部データバッフアを監視して、追加のコードの位相のチャネルが、トラフィックチャネルをサポートして動作させるに十分な帯域幅を持つリバースリンクの確立をサポートする必要があるかどうかを決定する。その必要のない場合は、加入者は状態４０２に戻り、アイドルモード４００を維持する。
【００４６】
アイドルモード４００から動作状態４５０に入る前に、加入者装置は基地局に要求を出す必要がある。許可された場合は（ステップ４０３−ｂ）、処理はステップ４５１に進行し、許可されない場合は、ステップ４０３に進行する。しかし、加入者装置が伝送するデータを持たない場合は、動作モード４５０に入る。このモードの第１状態４５１では、新しいコード位相チャネルが必要な場合は、新しいコードの位相を状態４５２で計算する。特に、加入者装置は、基本チャネルのコードの位相のチャネルに対して予め決められた関係においてコードの位相のチャネルが割当てられていることを認識する。すなわち次式で表される。
［数２］
Ｐn+1＝Ｆ｛Ｐo｝
【００４７】
ここで、Ｐn+1は新しいチャネル(n+1)に対するコードの位相、Ｐoは特定の加入者に対する基本チャネルに割当てられたコードの位相である。この位相関係Ｆは、例えば、利用可能な２42コードから、単一加入者に対して１０２４（２10）リバースリンクをサポートするシステム内の各２42／２10番目または各２32番目のコードの位相を一様に選択してもよい。
【００４８】
これら新しいコードの位相の数Ｃを、単に追加のコードの位相チャネル数に基づいて瞬時に計算する。このとき各新チャネルに対するコードの位相同期を要求する必要はない。
【００４９】
ステップ４５２を処理後、コードの位相チャネルに対し要求がなされる。それが許可されると（ステップ４５２−ｂ）、処理はステップ４５３に進行する。許可されない場合は、処理はステップ４５１に進行し、追加チャネル要求を処理する。次の状態４５３では、加入者装置は割当てられたコードの位相チャネル上にそのデータの伝送を開始する。状態４５４では、内部データバッファおよび割当てられたフォワードアクセスチャネルを連続監視して、新しいコードの位相チャネルを割当てる必要があるかどうかを決定するために、アイドルモード４００や状態４５１へ戻る時、または割当を解除する状態４５５へ進む時を決定する。
【００５０】
図５は、基地局１０４のリバースリンク管理機能におけるアイドルモード処理の状態図である。第１状態５０１では、各アイドル加入者装置１０１に対し、状態５０２に入り、前の同期セッションから現在のタイムスロット（ｐ，ｓ）に対する相関器の格納状態を読み込む。次の状態５０３では、タイムスロット期間中にＥ(Early)−Ｌ(late)相関器を再設定する。次の状態５０４では相関器状態を格納する。状態５０５では、ループは各加入者に対して連続して実行する。
【００５１】
本発明を好ましい実施形態により具体的に示しまた説明してきたが、当業者には、請求の範囲に限定する本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および細部の各種変更が可能なことは理解されるであろう。
【００５２】
例えばＩＳＤＮの代わりに、ｘＤＳＬ、イーサネット（登録商標）、およびＸ．２５など、他の有線およびネットワークプロトコルを採用できる。したがって、本明細書で述べた動的無線サブチャネル割当て方式を有効に使用することもできる。
【００５３】
当業者は、必要以上の実験をすることなく、本明細書で特に述べる本発明の特定の実施形態の多くの均等物を認識しまたは確認できるであろう。このような均等物は請求の範囲に包含されるものとする。
【符号の説明】
【００５４】
１０１…加入者装置
１１０…ポータブルコンピュータ
１６０…ＣＤＭＡ無線リンク
１７０…基地局
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インターネットのようなネットワークにおいて、ディジタル信号の無線通信を提供する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線電話とパーソナルコンピュータの使用の増加は、以前は特定用途だけに使用すると考えられていた、高度な通信サービスに対する需要を招いている。１９８０年代には、セルラーネットワークによる無線音声通信が広く利用された。当初このサービスは、加入者コストが高いために、一般にビジネスマンの特権と考えられていた。遠隔分散型コンピュータネットワークにアクセスする場合には、実際にその通りであった、したがって、最近までは、ビジネス関係者や大きな機関だけが必要なコンピュータと有線アクセス装置を購入できた。両方の技術の普及利用の結果、今日では多数の一般の人々が、インターネットおよび専用のイントラネットなどのネットワークにアクセスするだけでなく、無線方式のネットワークにも同様にアクセスするのを望むようになっている。これは特にポータブルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ハンディタイプの個人用情報端末機器等のユーザーに特に重要なことである。これらのユーザーは、電話線に接続することなく、このようなネットワークにアクセスすることを望んでいる。
【０００３】
既存の無線インフラを利用して、インターネット、専用イントラネット、およびその他のネットワークに対して、低コスト、広い受信可能範囲で、高速アクセスが可能な、広範に利用できる満足な解決手段はまだ存在していない。この状況はいくつかの不利な環境の産物に他ならない。例えば、有線ネットワーク上でビジネス環境における高速データサービスを提供する一般的方法は、大部分の家庭や事務所で利用できる音声グレードサービスに容易に適合できないものである。また、このような標準高速データサービスは、セルラー方式の無線送受信器での効率的伝送には不向きである。さらに、既存のセルラーネットワークは、本来音声サービス配送用としてだけに設計されていた。結果的に、ＣＤＭＡのような特定方式はデータ伝送への適応に対しては、ある程度の非対称特性を持っているが、今日のディジタル無線通信方式で重要なのは音声である。例えば、ＩＳ−９５フォワードトラフィックチャネル上のデータ転送速度は、いわゆるレートセット１に対して１．２ｋｂｐｓから９．６ｋｂｐｓまでの増分で、また、レートセット２に対して１．８ｋｂｐｓから１４．４ｋｂｐｓまでの増分で調整できる。
【０００４】
既存のシステムは、一般に、最高データ転送速度がフォワードで１４．４ｋｂｐｓの範囲だけに適応できる無線チャネルしか備えていない。このような低速データ速度チャネルは、総合サービス・ディジタル・ネットワーク（ＩＳＤＮ）タイプの装置で利用できる１２８ｋｂｐｓのような高速転送速度はもとより、２８．８ｋｂｐｓの速度、または今日では低コスト有線モデムを使用して通常利用する５６．６ｋｂｐｓにおいてさえ、直接データを伝送するのに不向きである。これらのレベルのデータ転送速度はウェブ（Ｗｅｂ）ページのブラウジングのような使用には最低限の許容速度になりつつある。米国では現在、ディジタル加入者線（ｘＤＳＬ）サービスのような高速のビルディング・ブロック方式を使用するデータネットワークのタイプが使用されるようになってきている。しかも、その料金は最近になってようやく一般家庭ユーザーにも魅力あるものにまで低減されてきた。
【０００５】
このようなネットワークは、セルラーシステムが当初採用された時点で既に大部分知られていたが、セルラーネットワーク接続形態（トポロジー）を介して高速ＩＳＤＮまたはｘＤＳＬグレードのデータサービスを提供する設備がなかった。不利なことには、無線環境では、複数加入者によるチャネルへのアクセスに費用がかかり、かつそれらに対する競争があることである。複数アクセスが、無線搬送波グループ上のアナログ変調を使用する従来の周波数分割多元接続方式（ＦＤＭＡ）によるか、もしくは時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）または符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ）を使用する無線搬送波の共有可能な新しいディジタル変調方式により提供されるかのいずれかであっても、無線スペクトルは本質的には共有が期待される媒体である。これはデータ伝送のための従来環境と全く異なる。従来は、有線媒体が比較的廉価で得られ、そして一般に共有を意図しない。
【０００６】
他の考慮すべき事項は、データ自体の特性である。例えば、一般にウェブページへのアクセスは非対称データ転送速度の伝送を必要とするバースト指向である。特に遠隔クライアントコンピュータは、ブラウザソフトウェアに対して最初にウェブページアドレスを指定する。その時、ブラウザソフトウェアはこのウェブページアドレスデータ（通常１００バイト以下の長さ）を、ネットワークを介してサーバーコンピュータへ送る。サーバーコンピュータは要求されたウェブページの内容に応答する。ウェブページの内容は、１０ｋバイトから数Ｍバイトのテキスト、画像、オーディオ、またはビデオデータを含むことがある。この時ユーザーはページの内容を読み、その後別のページのダウンロードを要求するのに少なくとも数秒または数分を費やすことがある。したがって、基地局から加入者への必要なフォワードチャネルデータ転送速度は、通常必要なリバースチャネルデータ転送速度の数倍速い。
【０００７】
オフィス環境においては、大部分の従業員の日常のコンピュータワークとしては、一般に２〜３のウェブページをチェックし、その延長時間として他にローカルに格納されたデータにアクセスしたり、コンピュータの使用を全く止めるなどを行う。したがって、このようなユーザーがインターネットまたは専用イントラネットに１日中連続して接続を維持することを望む場合でも、実際の全体特性として特定の加入者との間の必要なデータ伝送をサポートするのに要求されるのは、現実的には散発的なものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に利用できるインフラを使用して、インターネットと専用イントラネットなどのポータブルコンピュータからコンピュータネットワークへのような無線データ通信をサポートするに十分な方式が必要とされる。不利なことには、ＣＤＭＡなどの広範囲に使用されている最近の無線標準規格のほとんどは、ウェブページのブラウジングのような最も一般的機能をサポートする適正な構造を備えていないことである。フォワードおよびリバースリンク方向において、ＩＳ−９５タイプのＣＤＭＡシステムの最大利用可能なチャネル帯域幅はわずか１４．４ｋｂｐｓである。回線交換されるＩＳ−９５のために、最大でも６４の回線交換ユーザーだけが同時に使用できるだけである。実際にはこの最大限度は実現が困難であり、通常２０または３０のユーザーが同時に使用できるのみである。
【０００９】
さらに、既存のＣＤＭＡシステムは、チャネルが使用可能になる前に特定の操作を必要とする。アクセスとトラフィックチャネルの両方は、ロングコード疑似雑音（ＰＮ）シーケンスと呼ばれるもので変調される。したがって、受信者が正しく操作するには、最初に送信機と同期を取る必要がある。したがって、チャネルの設定と解除はこの同期化を実行するオーバーヘッドを必要とする。このオーバーヘッドは加入者装置のユーザーに対して明らかな遅延を招く。
【００１０】
所定のユーザーに対するデータ転送速度を増加させる有効な方法は、フォワードおよびリバースリンク方向の両方におけるチャネルの共有である。これは、特にＣＤＭＡを用いて多重アクセスを容易に得る有効なオプションであり、さらにＩＳ−９５システムにおいて、フォワードリンクに対しては追加コードを、リバースリンクにはコードの位相を簡単に追加することにより追加のユーザをサポートできる。このサブチャネルオーバーヘッドを最小にするには、理論的には、追加サブチャネルを接続に対して割当てる必要があるときに、それらをできる限り速く利用可能にすることにより可能となる。
【００１１】
したがって、同期を維持するには、オンデマンドで追加のコードの位相のチャネルの効率的かつ高速立ち上げを同時に維持しながら、最低可能速度接続がリバースリンク上で提供されるように、サブチャネルを用意することが有効である。さらにこれは、全体システム容量における影響を最小にする一方で、利用可能な接続数を最大化する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、ＩＳ−９５に基づくＣＤＭＡ無線通信システムに対するサービスオプションオーバーレイであり、上述した要求を達成するものである。特に、各サブチャネルに対して異なる直交コードを割当てることなどにより、フォワードリンクに対する多数のサブチャネルを単一ＣＤＭＡ無線チャネル帯域幅内に規定する。各サブチャネルに対し所定のロング疑似雑音（ＰＮ）コードの中の相違するコードの位相を割当てることにより、複数サブチャネルをリバースリンク上に規定する。その時、各オンライン加入者装置の必要瞬時帯域幅は、必要に応じて各ネットワーク層接続に基づいて、1つまたは複数のサブチャネルに動的に割当て（または割当てない場合もある）ることにより適合させる。
【００１３】
さらに特徴とすることは、本発明は、データの送受信動作をすることなく、加入者装置に接続されたコンピュータがパワーオンされている長いアイドル時間中に、リバースリンク上の基地局と加入者装置間に比較的多数の仮想物理接続を効率的に提供することである。これらの維持サブチャネルにより、基地局と加入者装置は位相と時間の同期性を維持できる。これにより、新しいコードの位相のサブチャネルを割当てることによって、必要とされる追加サブチャネルを高速に取得することができる。好ましくは、新しいチャネルのコードの位相を、対応する維持サブチャネルのコードの位相に対して予め決められたコード位相関係に従って割当てる。
【００１４】
アイドルモードでは、加入者装置は、加入者装置が基地局と同期を維持するのに十分必要なだけのデータ転送速度で、維持サブチャネル上に同期または“ハートビート(heartbeat)”メッセージを送る。ハートビート信号の持続時間は、基地局の受信機内のコードの位相のロック回路のキャプチャまたはロックレンジを考慮して決定される。
【００１５】
例えば、一般に受信機は、コードチップ速度で動作するＰＮコード相関器を有している。このようなコード相関器の一例は、前−後検出器から構成される遅延ロックループを使用する。ループフィルタは、位相ロックを確立する前に、結果的にコード相関器をどのくらい長い時間作動させる必要があるかを決定するループの帯域幅を制御する。このループ時定数は許容できる“ジッタ”の量を決定し、位相ロックは、通常チップ時間の約１／８のようなチップ時間の一部分で得られるように考慮されている。
【００１６】
好ましくは、ハートビートメッセージは、コードの位相により規定されたサブチャネル上に形成されたタイムスロット内に送られる。タイムスロットの使用により、アイドル状態のリバースリンクを維持するのに専用の基地局受信機の数を最小にする。特に、リバース維持チャネルリンクは、同一ロングコードを使用することの外に、各加入者装置にこのようなコード上にタイムスロットを割当てることにより提供される。これにより、基地局における多数の接続を維持するオーバーヘッドが減少する。
【００１７】
リバース維持チャネルのタイムスロット特性のために、基地局受信機を複数のリバースリンク間で時間分割することも可能になる。これを可能にするために、各タイムスロットを特定の加入者装置に割当てる間に、基地局受信機が最終に認識したＥ(Early)−Ｌ(Late)相関器の状態などの最終に認識した位相ロック状態に関する情報を最初に読み込む。その後Ｅ−Ｌ相関器に、位相ロックが有効に機能して、タイムスロットの終端に相関器状態の格納を確実にする必要時間を知らせる。
【００１８】
帯域幅要求を満たすために追加サブチャネルを必要とするときは、ロックしたコードに対して予め決められた位相関係で追加のコードの位相を割当て、基地局トラフィックチャネルプロセッサが必要とするオーバーヘッド伝送を最小にする。その結果、数千のアイドル加入者装置を単一ＣＤＭＡリバースリンク無線チャネル上でサポートし、一方で同時にチャネルを割当てる必要のあるときの立上がり遅延を最小にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による帯域幅管理方式を使用する無線通信システムのブロック図である。
【図２】所定のフォワードリンク無線周波数（ＲＦ）チャネル内でサブチャネルを割当てる方法を示す図である。
【図３】所定のフォワードリンク無線周波数（ＲＦ）チャネル内でサブチャネルを割当てる方法を示す図である。
【図４】加入者装置におけるリバースリンク帯域幅管理機能の状態図である。
【図５】基地局におけるリバースリンク帯域幅管理機能の状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
さらに図面により具体的に説明する。図１はシステム１００のブロック図であり、例えば符号分割多元接続方式（ＣＤＭＡ）のようなディジタル変調無線サービスを用いる総合サービス・ディジタル・ネットワーク（ＩＳＤＮ）などのディジタルデータプロトコルをシームレスに統合することにより、無線接続を介して高速転送データおよび音声サービスを提供するものである。
【００２１】
システム１００は異なる２種類の構成要素から構成されており、加入者装置１０１−１、１０１−２、．．．、１０１−ｕ（ここでは、まとめて加入者装置１０１と称する）および１つまたは複数の基地局１７０を含む。加入者装置１０１と基地局１７０は協働して必要な機能を備え、ラップトップコンピュータ、ポータブルコンピュータ、個人用情報端末機器（ＰＤＡ）その他などのポータブルコンピュータ装置１１０に無線データサービスを提供する。基地局１７０は加入者装置１０１と協働して、加入者装置および公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１８０間との最終的データ伝送を可能にする。
【００２２】
さらに、データおよび／または音声サービスも加入者装置１０１により、ポータブルコンピュータ１１０、および電話器１１２−１、１１２−２（ここでは、まとめて電話器１１２と称する）のような１つまたは複数のその他の装置に対して提供される。その結果、電話器１１２自身は図示しない他のモデムおよびコンピュータに接続される。ＩＳＤＮの通常用語では、ポータブルコンピュータ１１０と電話器１１２は端末装置（ＴＥ）と呼ばれる。加入者装置１０１はネットワーク端末タイプ１（ＮＴ＝１）と呼ばれる機能を備える。図示する加入者装置１０１は、特にいわゆる基本速度インタフェース（ＢＲＩ）タイプＩＳＤＮ接続で動作し、通常２Ｂ＋Ｄと呼ばれる、２つの搬送すなわち“Ｂ”チャネルと単一データすなわち“Ｄ”チャネルを備える。
【００２３】
加入者装置１０１は、ＩＳＤＮモデム１２０、スプーフィング(Spoofing)１３２と帯域幅管理１３４を含む本発明による各種機能を実行するプロトコル変換器１３０と呼ぶ装置、ＣＤＭＡトランシーバ１４０、および加入者装置アンテナ１５０から構成される。加入者装置１０１の各種構成要素は別々の装置または一体化した装置として実現される。例えば、多くのメーカから販売されている既存の従来のＩＳＤＮモデム１２０を、既存のＣＤＭＡトランシーバ１４０と組合せて使用できる。この場合、別個の装置として販売されるプロトコル変換器１３０により、固有の機能全体が提供される。一方、ＩＳＤＮモデム１２０、プロトコル変換器１３０、およびＣＤＭＡトランシーバ１４０は、完成装置として統合され、単独の加入者装置１０１として販売できる。イーサネット（登録商標）またはＰＣＭＣＩＡなどのその他のタイプのインタフェース接続を使用して、コンピュータ装置をプロトコル変換器１３０に接続できる。この装置はまたＩＳＤＮ“Ｕ”インターフェース以外にイーサネット（登録商標）インタフェースにも接続できる。
【００２４】
ＩＳＤＮモデム１２０は、端末装置１１０と１１２間のデータおよび音声信号を、標準ＩＳＤＮ“Ｕ”インタフェースで要求されるフォーマットに変換する。ＵインタフェースはＩＳＤＮシステムの基準点であり、ネットワーク端末（ＮＴ）と電話会社間の接続点を指定する。
【００２５】
プロトコル変換器１３０は、スプーフィング１３２および基本帯域幅管理機能１３４を実行する。一般に、スプーフィング１３２は、加入者装置１０１が、基地局１７０の反対側の公衆交換電話網１８０に常に接続されているかのように、端末装置１１０、１１２に対して見せることを確実にするものである。帯域幅管理機能１３４は、必要に応じてＣＤＭＡ無線チャネル１６０の割当てと割当て解除とを実行する。また帯域幅管理機能１３４は、ＣＤＭＡ無線チャネル１６０のサブ部分を動的に割当てて、所定のセッションに割当てられる帯域幅を動的に管理する機能を含む。この方法は後で詳しく説明する。
【００２６】
ＣＤＭＡトランシーバ１４０は、プロトコル変換器１３０からデータを受取り、このデータをＣＤＭＡ無線リンク１６０−１上で加入者装置アンテナ１５０を通して伝送するのに適した形式に再フォーマットする。ＣＤＭＡトランシーバ１４０は、単一の１．２５ＭＨｚ無線周波数チャネルだけで動作するか、または別の好ましい実施形態では、多重割当て無線周波数チャネルに同調してもよい。
【００２７】
この時ＣＤＭＡ信号伝送は基地局１７０で受信され、処理される。基地局１７０は、通常多重チャネルアンテナ１７１、多重ＣＤＭＡトランシーバ１７２、および帯域幅管理機能１７４から構成される。帯域幅管理は、加入者装置１０１と類似の方法でＣＤＭＡ無線チャネル１６０とサブチャネルの割当てを制御する。つぎに、基地局１７０が復調した無線信号を、従来から既知の方法を用いて公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）１８０に結合する。例えば基地局１７０は、１次群速度ＩＳＤＮ、またはＩＳ−６３４やＶ５．２のようなその他のＬＡＰＤベースプロトコルなどの、多数の異なる効率的通信プログラムを介して、ＰＳＴＮ１８０と通信できる。
【００２８】
データ信号はＣＤＭＡ無線チャネル１６０で双方向に伝送される。つまり、ＰＳＴＮ１８０から受信されたデータ信号は、フォワードリンクでポータブルコンピュータ１１０に結合され、ポータブルコンピュータ１１０で発生したデータ信号はリバースリンクでＰＳＴＮ１８０に結合される。特に、本発明はリバースリンクチャネルを実現する方法を含む。
【００２９】
図１のスプーフィング１３２は、ＩＳＤＮ通信経路上でこれらの同期データをループバックし、端末装置１１０、１１２をスプーフ（送信欺瞞）して十分広い無線通信リンク１６０が連続して利用できるように信じさせるＣＤＭＡトランシーバ１４０を含む。しかし、実際に端末装置から無線トランシーバ１４０へのデータが存在するときは、無線帯域幅を割当てる。データがネットワーク装置に対する端末装置に存在しない場合は、帯域幅管理機能１３４は最初に割当てた無線チャネル帯域幅１６０の割当てを解除し、別のトランシーバおよび別の加入者装置１０１が利用できるようにする。
【００３０】
図２によって帯域幅管理１３４と１７４が無線チャネルの動的割当てを実現する方法を理解できるであろう。この図は、本発明による無線リンク１６０用の１つの可能な周波数案を示す。具体的には通常のトランシーバは、最大３０ＭＨｚのような極めて広い帯域幅内の任意の１．２５ＭＨｚチャネルに対する命令に同調される。既存のセルラー無線周波数帯域内の周波数設定は、これらの帯域幅は通常８００〜９００ＭＨｚの範囲内で利用できる。個人用通信システム（ＰＣＳ）タイプの無線システムに対しては、帯域幅は通常約１．８〜２．０ＧＨｚの範囲に割当てられる。さらに、一般的には８０ＭＨｚのようなガード帯域で分離されている２つのマッチング帯域が同時に動作する。２つのマッチング帯域はフォワードおよびリバースの全二重リンクを形成する。
【００３１】
加入者装置１０１内のトランシーバ１４０や基地局１７０内のトランシーバ１７２などのＣＤＭＡトランシーバの各々は、所定の１．２５ＭＨｚ無線周波数チャネルに任意の時間点で同調可能である。このような１．２５ＭＨｚ無線周波数搬送波は、許容ビットエラー限界内で、最高でも約５００〜６００ｋｂｐｓの最大データ速度伝送程度であると、一般に理解されている。
【００３２】
これに対して、本発明では、利用可能な約５００〜６００ｋｂｐｓデータ転送速度を比較的多数のサブチャネルに細分する。図示した例では、帯域幅を６４のサブチャネル３００に分割し、各々は８ｋｂｐｓのデータ転送速度を有する。所定のサブチャネル３００では、複数の異なる指定可能な疑似ランダムコードの１つで伝送を符号化して、物理的に実現される。例えば、６４のサブチャネル３００は、フォワードリンクに対して、各々規定されたサブチャネル３００に対して別々の直交ウォルシュコードを使用して、単一のＣＤＭＡ無線周波数（ＲＦ）搬送波内で定義できる。
【００３３】
上述のように、サブチャネル３００は必要な場合だけ割当てされる。例えば、特定のＩＳＤＮ加入者装置１０１が多量のデータを伝送するよう要求する時間中に、複数のサブチャネル３００が許可される。加入者装置１０１が比較的軽負荷の時間中は、これらのサブチャネル３００は即座に開放される。
【００３４】
特に本発明はリバースリンクを維持しており、その結果チャネルを開放しその後再度付与する毎に、サブチャネルの同期を再確立する必要がない。
【００３５】
図３はサブチャネルをリバースリンク上に割当てる方法を示す図である。基地局で利用する必要のある電力の節約および受信機資源の節約に可能な範囲で、リバースリンク上の単一無線搬送波信号を使用するのが望ましい。したがって、単一の１．２２８８ＭＨｚ帯域３５０を利用可能な無線スペクトルから選択する。
【００３６】
この時は、単一のロング疑似雑音（ＰＮ）コードを特定の方法で使用して、比較的大きいＮ個、例えば１０００の個々の加入者装置をサポートする。最初に、ｐ個のコードの位相を利用可能な２42−１の相違するロングコードの位相から選択する。所定のロングコードの位相は特定の加入者装置に固有であり、変化しない。次に説明するように、これは追加のコードの位相に対しても同様である。ｐ個のコードの位相のシフトを使用して、ｐ個のサブチャネルを準備する。次に、ｐ個のサブチャネルの各々をｓ個のタイムスロットに分割する。タイムスロットはアイドルモードの間だけ使用され、２つの利点を備える。１つは基地局の“メンテナンス”受信機の数を減少させ、もう１つは伝送電力および干渉を減少させてリバースチャネル容量への影響を減少させる。したがって、加入者装置の最大サポート可能数Ｎは、ｐ×ｓになる。アイドルモードの間、異なる位相とタイムスロットを持つ同一ＰＮコードの使用は、基地局１０４の単一レイク（ＲＡＫＥ）受信機の使用を可能にして多数の異なるサブチャネルを提供する。
【００３７】
上述のチャネル割当て方式では、無線資源は基本的に必要な場合にだけ配分される。しかし、通常は新しいＣＤＭＡチャネルを設定するために、所定のリバースリンクチャネルは受信機にコードの位相がロックされる時間を与える必要があることも考慮しなければならない。本発明では、以下に詳しく述べるいくつかのメカニズムによって設定する毎に、各チャネルがコードの位相がロックされるのを待つ必要がない。一般にこの方法は、データのない場合にも各サブチャネルに対してコードの位相のロックを維持するのに十分な速度でメンテナンス信号を送出する。
【００３８】
ここで、この目的は各タイムスロットのサイズを最小化することであり、その結果、アイドルモード内に維持できる加入者数を最大にする。各タイムスロットのサイズｔは、加入者装置の送信機と基地局の受信機間の位相ロックを保証するのに要する最小時間で決定される。特に受信機内のコード相関器が、一定の時間単位で少なくとも一定数のメンテナンスビットから構成されるメンテナンスまたは“ハートビート”信号を受取る必要がある。このハートビート信号は、各リバースリンク上の各加入者装置から予め決められた時間内、例えば予め決められたＮサブチャネルの１つ上で指定されたタイムスロットの制限内において、最低限１ビットを送ることにより、送出される。
【００３９】
最小タイムスロット時間ｔは、信号対雑音比およびセル内の加入者装置の予測される最高速度を含む要素の数に依存する。信号対雑音比については次式に依存する。
［数１］
Ｅb／Ｎo＋Ｉo
【００４０】
ここで、Ｅbはビット当りのエネルギー、Ｎoは周囲雑音下限、Ｉoは同一スペクトルを共有するリバースリンク上のサブチャネルの他のコード化伝送からの相互干渉である。一般に、リンクを閉じるには受信機に８チップ時間以上の持続を必要とし、検出を保証するのに２０回の多重化を必要とする。したがって、リバースリンク上のコード化信号を正確に受信するためには、通常約１６０チップ時間が必要である。１．２２８８ＭＨｚコードでは、チップ時間Ｔｃは８１３．３３ｎｓであり、この最小持続時間は約１３０μｓである。その結果、これはデータビットの絶対最小持続時間、つまりスロットタイムｔの最小持続時間を設定する。最小スロット時間１３０μｓは、各位相コード化信号に対して１秒当り、最大で７６９２タイムスロットを利用できることを意味する。
【００４１】
所定のパワー制御グループタイミング条件に一致させることにより、タイムスロット時間を多少緩和できる。例えば、ＩＳ−９５標準規格では、パワー制御グループタイミング条件は、１．２５ｍｓ毎に各加入者装置からパワー出力サンプルを必要とする。
【００４２】
コードの位相のロックを受取ると、基地局の受信機内のコードの位相のロック回路のキャプチャおよびロックレンジを考慮して、ハートビート信号の持続時間が決定される。例えば、受信機は通常コードチップ速度で作動するＰＮコード相関器を持つ。このコード相関器の一例は、Ｅ(Early)−Ｌ(late)検出器から構成される遅延ロックループを使用している。ループフィルタはこのループの帯域幅を制御し、コード相関器が作動するのに必要な長さを決定した後に位相ロックを保証できる。このループ時定数は、チップ時間Ｔｃの約１／８のようなコード相関器内で許容できる時間オフセット量を決定する。
【００４３】
好ましい実施形態では、システム１００は移動性をサポートすることを意図している。つまり、セルラー方式電話で通常の移動中の自動車内での高度の移動性操作は必要がないと予測される。むしろ、動作中のポータブルコンピュータの一般ユーザーは、通常時速約４．５マイル（ＭＰＨ）で歩いて移動する。４．５（ＭＰＨ）は、１秒当り６．６フィートに相当し、ユーザーは１／１．２２８８ＭＨｚチップ時間（Ｔｃ）の１／８中に１０１フィート移動する。したがって、コードの位相の同期ループがロックを維持するのを保証されない遠方の地点にまでユーザーが移動するには、約１０１フィートを６．６フィートで割算した値、つまり約１５秒を要する。したがって、完全な同期信号を所定のリバースリンクチャネルに対して１５秒毎に送出する限り、リバースリンクループはロックを維持する。
【００４４】
図４は加入者装置のリバースリンク帯域幅管理機能の状態図である。アイドルモード４００では、第１状態４０１に入り、加入者装置がそのコードの位相のリバースチャネルに対するタイムスロット割当てを受取る。このタイムスロットはアイドルモードにおいてのみ使用される。同一ロングコードの位相は予め割当てられ、加入者装置に固定される。
【００４５】
次の状態４０２では、ハートビート信号は割当てられたタイムスロット内に送られる。その後状態４０３に入り、加入者装置がその内部データバッフアを監視して、追加のコードの位相のチャネルが、トラフィックチャネルをサポートして動作させるに十分な帯域幅を持つリバースリンクの確立をサポートする必要があるかどうかを決定する。その必要のない場合は、加入者は状態４０２に戻り、アイドルモード４００を維持する。
【００４６】
アイドルモード４００から動作状態４５０に入る前に、加入者装置は基地局に要求を出す必要がある。許可された場合は（ステップ４０３−ｂ）、処理はステップ４５１に進行し、許可されない場合は、ステップ４０３に進行する。しかし、加入者装置が伝送するデータを持たない場合は、動作モード４５０に入る。このモードの第１状態４５１では、新しいコード位相チャネルが必要な場合は、新しいコードの位相を状態４５２で計算する。特に、加入者装置は、基本チャネルのコードの位相のチャネルに対して予め決められた関係においてコードの位相のチャネルが割当てられていることを認識する。すなわち次式で表される。
［数２］
Ｐn+1＝Ｆ｛Ｐo｝
【００４７】
ここで、Ｐn+1は新しいチャネル(n+1)に対するコードの位相、Ｐoは特定の加入者に対する基本チャネルに割当てられたコードの位相である。この位相関係Ｆは、例えば、利用可能な２42コードから、単一加入者に対して１０２４（２10）リバースリンクをサポートするシステム内の各２42／２10番目または各２32番目のコードの位相を一様に選択してもよい。
【００４８】
これら新しいコードの位相の数Ｃを、単に追加のコードの位相チャネル数に基づいて瞬時に計算する。このとき各新チャネルに対するコードの位相同期を要求する必要はない。
【００４９】
ステップ４５２を処理後、コードの位相チャネルに対し要求がなされる。それが許可されると（ステップ４５２−ｂ）、処理はステップ４５３に進行する。許可されない場合は、処理はステップ４５１に進行し、追加チャネル要求を処理する。次の状態４５３では、加入者装置は割当てられたコードの位相チャネル上にそのデータの伝送を開始する。状態４５４では、内部データバッファおよび割当てられたフォワードアクセスチャネルを連続監視して、新しいコードの位相チャネルを割当てる必要があるかどうかを決定するために、アイドルモード４００や状態４５１へ戻る時、または割当を解除する状態４５５へ進む時を決定する。
【００５０】
図５は、基地局１０４のリバースリンク管理機能におけるアイドルモード処理の状態図である。第１状態５０１では、各アイドル加入者装置１０１に対し、状態５０２に入り、前の同期セッションから現在のタイムスロット（ｐ，ｓ）に対する相関器の格納状態を読み込む。次の状態５０３では、タイムスロット期間中にＥ(Early)−Ｌ(late)相関器を再設定する。次の状態５０４では相関器状態を格納する。状態５０５では、ループは各加入者に対して連続して実行する。
【００５１】
本発明を好ましい実施形態により具体的に示しまた説明してきたが、当業者には、請求の範囲に限定する本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および細部の各種変更が可能なことは理解されるであろう。
【００５２】
例えばＩＳＤＮの代わりに、ｘＤＳＬ、イーサネット（登録商標）、およびＸ．２５など、他の有線およびネットワークプロトコルを採用できる。したがって、本明細書で述べた動的無線サブチャネル割当て方式を有効に使用することもできる。
【００５３】
当業者は、必要以上の実験をすることなく、本明細書で特に述べる本発明の特定の実施形態の多くの均等物を認識しまたは確認できるであろう。このような均等物は請求の範囲に包含されるものとする。
【符号の説明】
【００５４】
１０１…加入者装置
１１０…ポータブルコンピュータ
１６０…ＣＤＭＡ無線リンク
１７０…基地局
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信ユニットであって、
所定の数のタイムスロットを有する無線フレームにて送信されるＣＤＭＡ送信を受信する手段と、
タイムスロット内においてトラフィックデータなしのビットを受信する手段と
を備え、
前記受信されるビットは、受信機の時間同期を維持するために使用されることを特徴と
するＣＤＭＡ通信ユニット。
【請求項１】
符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信ユニットであって、
所定の数のタイムスロットを有する無線フレームにて送信されるＣＤＭＡ送信を受信する手段と、
タイムスロット内においてトラフィックデータなしのビットを受信する手段と
を備え、
前記受信されるビットは、受信機の時間同期を維持するために使用されることを特徴と
するＣＤＭＡ通信ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−８１２５４（Ｐ２０１３−８１２５４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−２９１６（Ｐ２０１３−２９１６）
【出願日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【分割の表示】特願２００９−１５７９１０（Ｐ２００９−１５７９１０）の分割
【原出願日】平成１１年５月２６日（１９９９．５．２６）
【出願人】（５９３０９６７１２）インテル コーポレイション (931)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【分割の表示】特願２００９−１５７９１０（Ｐ２００９−１５７９１０）の分割
【原出願日】平成１１年５月２６日（１９９９．５．２６）
【出願人】（５９３０９６７１２）インテル コーポレイション (931)
【Ｆターム（参考）】
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