【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】

本発明は一般的にローカルエリアネットワークに関し、特に分散型無線ローカルエリアネットワークを実施する方法および装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】

家庭やオフィスの限られた範囲内で非常に多様な電子情報が流れることは、今日の社会の現実となった。 おそらく外の世界への単純な音声電話回線での接続で始まったものが、ケーブルテレビや、デジタルテレビ、電話モデム、衛星リンク、ケーブルモデム、ＩＳＤＮ（総合デジタル通信網）接続、ＤＳＬ（デジタル加入者線）接続、ローカルエリアネットワーク、高度セキュリティシステム、インターフォンシステム、マルチスピーカ「サラウンド・サウンド」エンターテイメント、スマート家電、スマート「ハウス」などを含むまでに拡大した。 新技術は、家庭やオフィスという限られた範囲内での情報の分配に関する将来の用途をほぼ確実に拡大するであろう。

【０００３】 近い将来、新しい家庭やオフィスは、以上のような形態の情報のいくつか（または、おそらく全て）を受信し分配するための家庭やオフィスの柔軟な構成を可能にする文字通り数マイルにもなる配線を備えることができるであろう。 しかし、一旦壁が設置されると、新技術用の配線を付加したり、既に設けられている配線を修繕することは（あるいは既存の設備を「アウトレット」のない新たな所望の機器に移行したりすることさえも）、費用がかかる再設計か幅木や窓の下枠に沿って這う目障りな配線の何れかを選択することを余儀なくさせるに。 さらに、
これらの技術のほとんどは、それら独自の特別な配線および信号の要件を満たすことを求めるので、様々な壁ソケットや配線が必要になり、これらの全てが建設費用を増加させたり空間の美観を損なったりすることになる。

【０００４】 有線ネットワークには他の問題も存在する。 たとえば、中央制御用に多数の異なるネットワークなどを統合することは、高価なブリッジングを必要とし、あるいはブリッジが全く利用できなくなる場合もある。

【０００５】 これらの問題に対処するために、現在、無線ネットワークが家庭用に設計されている。 これらのネットワークの多くは、２．４００〜２．４８３５ＧＨｚの産業、科学、医療（ＩＳＭ）用の帯域で機能する。 第２の可能なＩＳＭ帯域は、５
． ７２５〜５．８５０ＧＨｚに存在する。 これらの帯域は無免許の運営を許容するが、それはこれらが商業放送の用途には一般的に適さない「ゴミ」帯域であるからである（電子レンジは、たとえば２．４ＧＨｚ帯域で動作する）。 低出力の狭帯域信号は、これらの帯域で発生するノイズによって妨害される場合があるが、有用な帯域幅を達成するためにデジタル拡散スペクトル技術を用いることができる。

【０００６】 連邦通信委員会は最近、無線デジタルデータ通信、特にマルチメディアを支援できる速度での無線送信に対する必要性にさらに取り組むために、無免許全国情報インフラストラクチャ（Unlicensed National Information Infrastructure）
（Ｕ−ＮＩＩ）を編成した。 Ｕ−ＮＩＩは３つの１００ＭＨｚ帯域を利用できるように開放した。 すなわち、部屋の中などの短距離に適した屋内用途のみの低出力の５．１５〜５．２５ＧＨｚ、中距離途用の中間出力の５．２５〜５．３５Ｇ
Ｈｚおよび、数マイルまでの用途向けの高出力の５．７２５〜５．８２５ＧＨｚ
（５．７ＧＨｚ ＩＳＭ帯域に重なる）である。 信号帯域幅が削減されると最大出力を対数的に削減する許容可能な送信出力方式を特定することにより、狭帯域の用途よりも広帯域の用途を奨励するためにＵ−ＮＩＩ出力要件が立案された。

【０００７】 ＩＳＭおよびＵ−ＮＩＩ帯域幅の制約の中で、いくつかのネットワークコンセプトが設計されたが、最も注目すべきはＩＥＥＥ８０２．１１フォーマット、Ｂ
ｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルーツース：商標名）フォーマットおよび、ＨｏｍｅＲＦ
Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｇｒｏｕｐによって開発されたシェアードワイアレスアクセスプロトコル（Shared Wireless Access Protocol）（ＳＷＡＰ）である。 これらのフォーマットのそれぞれは、２．４ＧＨｚ ＩＳＭ帯域で使用するために設計されている。 ＩＥＥＥ８０２．１１フォーマットは、１００万ビット／秒（Ｍｂ
ｐｓ）、２Ｍｂｐｓおよび１１Ｍｂｐｓのデータレートを許容し、ノイズを克服するために周波数ホッピング・スペクトル拡散（Frequency Hopped Spread Spec
trum）（ＦＨＳＳ）または直接シーケンス・スペクトル拡散（Direct Sequence
Spread Spectrum）（ＤＳＳＳ）の何れかを用い、約４０ｍの動作範囲を有している。 ＳＷＡＰは、１または２Ｍｂｐｓのデータレートを許容し、ＦＨＳＳを用い、約５０ｍの動作範囲を有する。 ブルーツースフォーマットは、１Ｍｂｐｓのデータレートを許容し、ＦＨＳＳを用い、トランシーバの出力「クラス」に応じていくつかの動作範囲を許容するが、ブルーツースの主要アプリケーションは、
約１０ｍ範囲を有する最低出力クラスのトランシーバを想定している。

【０００８】 ＩＥＥＥ８０２．１１フォーマットにおいては、「アドホック／"ad-hoc"」ネットワーク構造が想定されている。 各トランシーバは、搬送波感知多重アクセス衝突回避（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）を用いている。 すなわち、送信する前にチャネル上で問題がないかどうか調べるようになっている。 図１は、トランシーバ２０、２２、２４および２６で構成されたＣＳＭ
Ａ／ＣＡ「アドホック」ネットワークを示している。 各トランシーバは、チャネルが既に使用されているときには常に、その範囲内にあるトランシーバと互いに通信できる。 それぞれの範囲の外にある２台のトランシーバ（たとえば、図１の２０および２６）が互いの送信を検出できずに、チャネルを用いて同時に通信を試みるときに問題が生じる。 このシステムは、マルチメディアや音声などのタイムクリティカルな情報でも十分に機能しない。

【０００９】 ＳＷＡＰは多くの点でＩＥＥＥ８０２．１１に類似している。 しかし、タイムクリティカルなデータ(time-critical data)用の時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ
）サービスおよび非同期データ配信用のＣＳＭＡ／ＣＡサービスの２つのアクセスモデルを提供する。 図１に示すように、ＳＷＡＰはアドホックネットワークとして機能できる。 しかし、タイムクリティカルなサービスが使用されているときには、コネクションポイントが必要になる。 コネクションポイントは、タイムクリティカルなサービスのために十分な帯域幅が確保されるように、ＴＤＭＡサービスを調整する。 このシステムのＴＤＭＡモードは、ＩＥＥＥ８０２．１１の問題のいくつかを克服するが、帯域幅はさらに限定されてしまう。

【００１０】 図２は、Bluetooth Specification Version 1.0B, Vol. 29, 1999に記載されているように、ブルーツース（商標名）によって採用されているさらに体系化された無線コンセプトを示している。 ネットワークサービスのブルーツースユニットは、ピコネット（ｐｉｃｏｎｅｔ）と呼ばれ（たとえば、４６、４８、５０）
、それらの各々は１つのマスタトランシーバ（それぞれ２８、３４、４０）および７個までのスレーブ（従属）トランシーバを含む。 各ピコネット内では、そのマスタに独特な、ＦＨＳＳチャネルおよびフェーズがマスタによって確立されている。 ＴＤＭＡは、マスタが偶数のタイムスロットで通信している状態で、６２
５マイクロ秒のタイムスロットと共に用いられる。 奇数のタイムスロットにおいては、マスタによって最後にアドレスされたスレーブが通信することを許可される。 ピコネット用の周波数である各タイムスロットは、マスタによって確立されたホッピングシーケンスにおける次のタイムスロットにホップされる。 スレーブトランシーバは、そのピコネット用のホップシーケンスに従い、マスタによって許可されたときにマスタと通信する。

【００１１】 ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ５２は、重複する通達範囲を有するピコネットのグループである。 各ピコネットは異なるＦＨＳＳチャネル上で動作するので、周波数コンフリクトは希である。 コンフリクトが実際に生じたときには、各ピコネットは１つのパケットを失う場合がある。 １台のトランシーバは、１つのピコネットにおいてはマスタになり別のピコネットにおいてはスレーブになること（たとえば、トランシーバ３４）、あるいは２つのピコネットにおいてスレーブになること（たとえば、トランシーバ３８）を許容されるが、重複するピコネットは時間同期または周波数同期されないものとすることが仕様で定められているので、有効なデュアルピコネット動作を確立して維持することは困難になる。 さらに、トランシーバは２つのピコネットで可視性(visibility)を有することができるが、重複したピコネットにおける他のトランシーバとの間で可視性を確立するわけではない。 各ピコネットにおける各接続は、そのピコネットのマスタとそのスレーブのうち１つとの間の通信についてのみ許容される。

【００１２】 この体系化された設計は、ここに記載した他のフォーマットに比べて、利点および欠点を有している。 これは、タイムクリティカルなアプリケーションおよび「プラグアンドプレー」動作に有用な厳格な制御(rigid control)を提供し、装置が多数のピコネットに存在することを許容する。 より低い出力要件は、重複するピコネット間の干渉を減少させて、各ピコネットがその潜在的な１Ｍｂｐｓのスループットを享受することを可能にする。 しかし、範囲が典型的な家庭内の寸法未満に限定され、帯域幅はマルチメディアには不適切である。 また、この構造はマスタのみとの通信を強制し（スレーブは、それらのタイムスロット中で互いに通信できない）、ピコネットにおける動作中の装置の数は著しく限定され、マスタは送信の許可を与えるたびにタイムスロット全体を使用しなければならない。 そのため、この構造は帯域幅を無駄にする場合がある。

【００１３】 以下で説明する実施形態は、図面を参照すると最もよく理解することができる。

【００１４】

【実施形態の詳細な説明】

現在、分散型無線ローカルエリアネットワークは、従来技術に固有の問題を克服するように設計できることが認識されている。 この解決策は、いくつかの重要な原理、すなわち互換性がないと思われる原理を認識して組み合わせている。 第１に、ローカライズされた無線ネットワークにおいては、より低出力で短い範囲が望ましい属性となり得るが、これは、隣人および意図しない受信者との有害な干渉を減少させ、セキュリティと分離を高め、より小さく簡単なトランシーバ設計を可能にするためである。 第２に、強固で高速な動作は、ネットワークの柔軟性を最大化する強い直通路信号で最も良好に達成され、干渉を最も良好に克服することができる。

【００１５】 本発明の様々な実施形態によれば、低出力トランシーバを用いて、各トランシーバの有用な範囲を越えて拡張できるロバストな（強固な）ネットワークを構成することができる。 これは、チャネルシフトＲＦ中継器を用いることによって、
所望の受信可能領域でより均一な無線通達範囲を好適に提供することにより達成される。 本発明の実施形態によるシステムの典型的な設置は、多数の送信機および受信機（通常、受信および送信の機能が組み合わされてトランシーバになる）
と多数のチャネルシフト中継器とを含む。 基地局は、競合する送信機の間の１つまたは複数の利用可能なチャネル上で時間の割り当てを制御し、またチャネルシフト中継器の機能を制御する場合もある。 所与の送信機が信号を送信しているときに、その送信機の範囲にある中継器が信号を受信し、信号をチャネルシフトし、それを再送信（転送）する。 ネットワークが十分に大きい場合には、他の中継器が第１の中継器からのチャネルシフトされた信号をピックアップして、それをさらに別のチャネルにシフトし、再度それを送信する場合もある。 送信先の受信機は、ネットワークにおける受信機の相対的な場所に応じて、元々送信された信号およびその中継信号の１つまたは複数を受信する。

【００１６】 中継器は非常に単純な規則の下で、または基地局からの単純な制御の下で動作できる。 比較的「愚鈍な("dumb")」中継器が用いられているときでも、ネットワークシステムは次のような利点を提供できる。 すなわち、新しい構成または既存の構成の何れかに配置されたときの、速やかなセットアップおよび再構成（文字通りには「プラグアンドプレー」）；費用を増大させ、隣人と干渉し、かつ／または有害な放射線レベルを放出する場合がある高出力送信機を有さない、ネットワーク範囲全体にわたる良好な直通路または略直通路；ネットワークを美的に「
不可視」にする能力；高データレートチャネル；低コスト；ローカライズされたＲＦ干渉を回避する能力；及び相互接続および／または制御できる装置の種類に関するほぼ無限の可能性である。

【００１７】 以下の説明に従って実施されると、好適な実施形態は、本発明の背景において特定された種類を含む、ほぼあらゆる種類のデジタルデータについて高データレートの汎用無線インターフェイスを支援するインフラストラクチャのバックボーンを提供できる。 以下の実施形態は、中継器を含む分散型無線ローカルエリアネットワークシステム、かかるシステム用のネットワークコンポーネントおよび、
対応する動作方法を説明している。 システムは家庭での使用、オフィスでの使用および同様に限定されたネットワーク範囲を有する他の環境に適している。 これらの実施形態の他の様々な利点を以下に詳述する。

【００１８】 以下の説明を通して、いくつかの用語は定義された意味を有する。 帯域とは利用可能なＲＦ周波数の範囲であるが、その範囲は周波数が連続的でなくてもよい。 本明細書中で用いているように、チャネルとは、デジタル情報を搬送するためにＲＦ送信方法を用いる通信チャネルまたはサブチャネルである。 チャネルはどの特定の変調スキームにも限定されない。 ２つのチャネルは、それらを別々に、
ほぼ重複しない周波数の範囲（たとえば、２つの狭帯域チャネルあるいは、オフセットまたは異なった疑似ランダムなホッピングシーケンスまたはフェーズ／位相(offset or different pseudorandom hopping sequences or phases)を用いた２つのＦＨＳＳチャネル）に配列することによりほぼ非干渉にすることができるが、当業者は、時分割多重、符号分割多重（たとえばＤＳＳＳ）またはこれらの技術のいくつかまたは全ての組み合わせによるなど他の多くの方法で、実質的な非干渉を達成できることを理解するであろう。 中継器("repeater")は、中継器自体用には向けられていないデジタルデータを含むＲＦ信号を受信し、そのデジタルデータを第２のＲＦ信号として再送信することができる。 本明細書中で説明する実施形態においては、中継("repeating")とは別のチャネル上でのアナログＲ
Ｆ信号の単純な複製を伴う場合もあれば、受信信号内のデジタルデータを復調してそれを再変調することを伴う場合もある。

【００１９】 図３は、建物の間取り図に重ね合わされた分散型無線ネットワークとして示された本発明の一般的な実施形態を示している。 無線ローカルエリアネットワーク５８（この場合には建物と同一の広がりを持つ）は、多数の送信／受信（Ｔ／Ｒ
）モジュール６２、６４、７０、７４および８０、基地局６０ならびに中継器６
８および７８を含む。 各Ｔ／Ｒモジュールは、少なくとも１つのデジタルデータデバイス６０、６６、７２、７６、８２（各装置はデジタルデータのデータ源および／またはデータ受信装置(sink of digital data)である）に接続されている。 Ｔ／Ｒモジュールとそれにつながれたデジタルデータデバイスとの接続は、たとえば、適切な配線接続、赤外線接続、ほぼ非干渉な無線接続またはデジタルデータデバイスの一体的な部分としてのＴ／Ｒモジュールを組み込むことなどを用いることができる。

【００２０】 ネットワーク５８について選択された動作の方法に応じて、Ｔ／Ｒモジュールの異なった組み合わせの間の接続が変わってくる。 図４〜７は、２組の可能な動作規則に関する異なった送信シナリオを示している。 図３の建物の仕切りおよびデジタルデータデバイスは、図４〜７では明確にするために取り除いてある。 ２
つのネットワーク構成要素であって、そのうち第１のものは、送信を行っている構成要素の間に信号線が示されていない場合には、２つの構成要素は直接的な通信の範囲外にあることを示している。

【００２１】 図４および５は、２つのほぼ非干渉なチャネルが利用可能であると仮定している。 中継器６８および７８は、遂行すべき１つのタスクを有している。 すなわち、第１のチャネル（ＣＨ１）で信号を受信し、第２のチャネル（ＣＨ２）でこれらの信号を再送信する。 Ｔ／Ｒモジュール６２、６４、７０、７４および８０は、ＣＨ１で送信しＣＨ２で受信する。 より複雑になったシステムにおいては、Ｔ
／ＲモジュールはＣＨ１かＣＨ２の何れかで選択的に受信することができる。

【００２２】 図４において、Ｔ／Ｒモジュール６２はＣＨ１で送信する。 中継器６８および７８は、Ｔ／Ｒモジュール６２の信号をＣＨ２で他のＴ／Ｒモジュールに再送信する。 Ｔ／Ｒモジュールは、ＣＨ１上の元の信号と中継器６８からのＣＨ２上の中継された信号の両方を受信する範囲にあることに留意されたい。 そのように構成されていれば、モジュール６４は、それが最も強いと思う信号を選択するか、
あるいは、おそらく復調におけるある時点で信号を結合することさえできる。 他のＴ／ＲモジュールはＣＨ２で受信する。

【００２３】 図５は、ＣＨ１で送信するＴ／Ｒモジュール８０を示している。 中継器７８およびＴ／Ｒモジュール７４はこの信号をピックアップし、中継器７８はＣＨ２でそれを再送信する。 中継器６８は、再送信された信号を受信する範囲にあるが、
これらの規則の下では、さらに再送信は行わない。 このように、Ｔ／Ｒモジュール６２は、再送信された信号を受信する唯一のモジュールである。 これらの規則およびこの構成のもとでは、Ｔ／Ｒモジュール６２と他のＴ／Ｒモジュールとの間で２方向通信が生じる。 しかし、図５の例で通信できないモジュールのようなＴ／Ｒモジュールの特定の組み合わせは、通信を行うことができない。 これが受け入れられない場合には、この状況を扱うために他の実施形態を利用可能である。

【００２４】 図６および７は、３つのほぼ非干渉なチャネルＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３が利用可能であると仮定している。 中継器６８および７８は、ＣＨ１およびＣＨ２
の両方で信号を受信でき、ＣＨ１で受信した信号をＣＨ２で再送信し、ＣＨ２で受信した信号をＣＨ３で再送信する能力を有している。 いくつかの実施形態においては、中継器は前もってこれら２つの中継モードの１つに設定されている。 他の実施形態においては、中継器は信号強度を計測して、各信号について、ＣＨ１
信号をＣＨ２で中継するか、ＣＨ２再送信をＣＨ３で中継するかを決定することができる。 他の可能性は、信号の発生源（送信元）および／または送信先を検出することおよび、適切な中継を遂行することを含む。 受信Ｔ／Ｒモジュールは、
復調のためにＣＨ２信号またはＣＨ３信号の何れかを選択することができる。 いくつかの実施形態においては、この選択はＣＨ１信号を含むように拡張される。

【００２５】 図６において、Ｔ／Ｒモジュール６２はＣＨ１で送信する。 中継器６８は、Ｔ
／Ｒモジュール６２の信号をＣＨ２でその範囲にある他のＴ／Ｒモジュールに再送信する。 ３つのＴ／Ｒモジュールに到達することに加えて、ＣＨ２信号は中継器７８にも到達する。 このＣＨ２信号は、ＣＨ１から受信されたより離れた信号よりもよい信号である。 そのため、中継器７８はＣＨ３でＣＨ２信号を中継する。

【００２６】 図７は、ＣＨ１で送信するＴ／Ｒモジュール８０を示している。 中継器７８およびＴ／Ｒモジュール７４はこの信号をピックアップし、中継器７８はそれをＣ
Ｈ２で再送信する。 中継器６８は再送信信号を受信する範囲にあり、この信号をＣＨ３で再送信する。 Ｔ／Ｒモジュール６２は、再送信信号をＣＨ２で受信する唯一のモジュールである。 これらの規則およびこの構成のもとで、Ｔ／Ｒモジュールの何れかの間で２方向通信が生じる。 当業者は、より大きい物理的なネットワークについて、より多くのチャネルシフト中継器およびチャネルを用いて同様の接続性を提供できることを理解するであろう。

【００２７】 いくつかのネットワークにおいては、中継器にチャネル、たとえばＣＨ１を「
再使用」させることが望ましいことがあるが、これは、その中継器が通達範囲をＣＨ１の元の使用者およびその受信者と重複させない場合である。 再使用はフィードバックを作り出す場合があるので、この動作の方法は、慎重に、好ましくは構成中にフィードバックがあるか試験するために基地局と通信できる「スマート」中継器を備えて配置すべきである。 開示されたものに類似の規則も可能であり、たとえば、Ｔ／Ｒモジュールは、受信するのと同じチャネルで送信してもよい。 たとえば、各中継器は、その中継器によって信号提供を受けるＴ／Ｒモジュールとの通信に用いられる１つのチャネルと、その中継器をネットワークの残りの中継器とリンクするのに用いられる別のチャネルとを備えてセットアップすることができる。

【００２８】 図８は、信号エネルギーがネットワークに集中されてネットワーク外で最小化されることを可能にする本発明のさらに別の構成要素を示している。 各Ｔ／Ｒモジュールおよび中継器には、建物内におけるその物理的な場所に適したビームパターンを有するアンテナを取り付けることができる。 外部壁付近に設けられたこれらのユニット（たとえば、Ｔ／Ｒモジュール９０および中継器９２）には、半扇型アンテナ("half-sector antenna") を取り付ける。 ユニットが所望の通達範囲の隅付近にある場合には（たとえば、Ｔ／Ｒモジュール９８）、四分円アンテナ("quadrant antenna")を取り付けることができる。 建物の内部に設けられたこれらのユニット（たとえば、Ｔ／Ｒモジュール９６および中継器９４）については、全方向または長円形パターンアンテナ("omni-directional or elliptical p
attern antenna")を用いることができる。Ｔ／Ｒモジュールおよび中継器は、モジュラアンテナ取り付けポートを有していて、装置の場所に適したアンテナを使用者が取り付けることができるようにすることが好ましい。

【００２９】 図９は、２つのほぼ非干渉のチャネルＣＨ１およびＣＨ２を提供するための周波数空間の分割を示している。 利用可能な帯域は、チャネルＣＨ１およびＣＨ２
に分割され、ガード帯域によって分離されている。 ＩＳＭおよびＵ−ＮＩＩ周波数で、数メートルの通路（パス）における通路損失(path loss)は５０ｄＢ以上になる。 ガード帯域は、中継器（またはＴ／Ｒモジュール）が他のチャネル上で動作する受信増幅器を飽和させずに１つのチャネル上で送信することを許容し、
それによって同時の受信と送信とを可能にする。 図１０は、３つのほぼ非干渉なチャネルＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３を提供する周波数空間の同様の分割を示している。 ３つ以上のチャネルを提供する１つの可能性は、２つの周波数帯域を有するとともにこれらの帯域のそれぞれを符号多重化して付加的なチャネルを作り出すことである点に留意されたい。

【００３０】 より多くのチャネルが付加されると、ガード帯域を減少または抹消させることが可能になる場合がある。 送信チャネルは、その中継器またはＴ／Ｒモジュールによって使用されていないチャネルによって受信チャネルから分離できるので、
このようにすることができる。 たとえば、図１１は２つのチャネルＣＨ１およびＣＨ２を備えた１つの周波数プランを示している。 各チャネルはｎ個のサブチャネルにさらに分割されている。 特定の中継器は、ｎ個のＣＨ１サブチャネルＲ１
、Ｒ２、． ． ． 、Ｒｎの１つで受信することができ、対応するＣＨ２サブチャネルＴ１、Ｔ２、． ． ． 、Ｔｎで再送信する（ＣＨ２サブチャネルで受信してＣＨ
１サブチャネルで再送信するために、他の中継器を構成することができる）。 受信および送信チャネルに選ばれる組み合わせは、実質的な非干渉を提供するのに必要な分離を提供する。 サブチャネルの再使用なしに、全部で（２ｎ−１）個の中継器をかかるネットワークで用いることができる。

【００３１】 図１２は、図１１に示されたアイディアを、ＦＨＳＳを用いているシステムに拡張している。 全部で１２個のホッピング周波数が図１２の利用可能な帯域に割り当てられている。 たとえば、Ｔ／Ｒモジュールおよび中継器によって３つのチャネルが用いられる場合には、これらのチャネルは１つのホッピングシーケンスに基づくことができる。 つまり、チャネルＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３は、何れか２つの動作中のチャネルの間で分離されている３つのホッピング周波数を維持する方法でホップすることができる。 図１１に太い外郭線で示したように、ＣＨ
１ａ、ＣＨ２ａおよびＣＨ３ａは、同時に動作することができる３つのチャネルを示している。 共通の接尾辞を有する他のグループのチャネルも同様に同時に動作中になって、ネットワークにおける良好な分離と明らかな周波数ホップの任意性を維持することができる。

【００３２】 図１３は、時分割多重化を介してほぼ非干渉なチャネルを提供する考え方を示している。 ＣＨ１はタイムスロット０で動作中である。 この信号を受信する中継器は、タイムスロット１の間にＣＨ２でそれを中継する。 第２の信号を受信する中継器は、タイムスロット２の間にそれを中継する。 Ｔ／Ｒモジュールは、タイムスロット３で新しいデータのパケットをＣＨ１で送信することができ、この工程は反復する。

【００３３】 符号分割多重化の概念は本発明にも同様に適用可能であるが、説明が困難である。 一般的に、各記号について直交性が保証され、そのとき受信信号はその再送信されるものと比較されるように、別々のチャネルに関する符号チッピングシーケンスを関連づけることができる。 この概念は、符号分割多重中継器の実施形態の説明の中で、後にさらに詳細に説明する。

【００３４】 図１４は、本発明の一実施形態による中継器１００に関するブロック図を示している。 受信アンテナ１０２は、サーキュレータ１２８を介して２つの帯域フィルタ１０４および１０６に連結されている。 帯域フィルタ１０４は、ＣＨ１を介してＣＨ２を介さないように設計されている。 帯域フィルタ１０６は、ＣＨ２を介してＣＨ３を介さないように設計されている。 ＲＦスイッチ１０８は、フィルタ１０４および１０６の一方からのフィルタリングされた信号をミキサ１１０への入力として選択する。 ミキサ１１０への第２の入力は、第２のＲＦスイッチ１
１２の出力から提供され、このＲＦスイッチ１１２は３つの発振器１１４、１１
６および１１８のうち１つからの出力を選択できる。 発振器１１４は、ＣＨ１の中央周波数マイナス中間周波数（ＩＦ）で発信する。 発振器１１６および１１８
はそれぞれ、ＣＨ２とＩＦとの差およびＣＨ３とＩＦとの差で発信する。

【００３５】 ミキサ１１０の出力は、ＩＦに中心があるチャネル幅を通しそれよりも高い周波数を通さないフィルタ１２０に連結されている。 フィルタ１２０の出力は、第２のミキサ１２２に連結され、このミキサ１２２は、第３のＲＦスイッチ１２４
の出力に連結されたその第２の入力を有する。 ＲＦスイッチ１２４は、ＲＦスイッチ１０８と同じ入力を有する（いくつかの実施形態においては、ＲＦスイッチ１０８は１１４および１１６の出力のみを切り替える必要があり、ＲＦスイッチ１２４は１１６および１１８の出力のみを切り替える必要がある点に留意されたい）。 これは、ＩＦ信号を再送信周波数にアップコンバートし、この再送信周波数は増幅器１２６によって増幅されて送信アンテナ１２８で送信される。

【００３６】 制御回路１３０は、ＲＦスイッチ１０８、１１２および１２４を制御する。 本実施形態においては、ダイオード検出器のように簡単な場合がある出力検出器１
３２が、制御回路１３０への受信出力の示唆を提供する。 制御回路１３０は、スイッチ１０８および１１２を動作させて、ＣＨ１およびＣＨ２で受信された信号の相対的な強さを試験し、それから最も強い受信信号に対応する中継モードのスイッチ構成を選択する。 たとえば、ＣＨ１が最も強い場合には、スイッチ１０８
はフィルタ１０４の出力を選択し、スイッチ１１２は発振器１１４の出力を選択し、スイッチ１２４は発振器１１６の出力を選択する。 ＣＨ２が最も強い場合には、スイッチ１０８はフィルタ１０６の出力を選択し、スイッチ１１２は発振器１１６の出力を選択し、スイッチ１２４は発振器１１８の出力を選択する。

【００３７】 制御回路１３０は、その機能をいくつかの方法で行うように実施できる。 １つの方法は、希な構成試験を、たとえば電源投入時あるいは任意の間隔または事前設定の間隔で、制御回路に行わせることである。 この試験の結果は、最も強い信号を中継する中継機能を設定するのに用いられる。 別の方法は、中継を保証するのに十分な出力を有する信号を探して、制御回路にＣＨ１およびＣＨ２を走査させて、その信号を中継することである。 これらは例に過ぎないが、これは他の選択方法および基準が存在するからであり、そのうちのいくつかを後の実施形態の説明と共に解説する。

【００３８】 図１５は、中継器１００と同じ方法で機能できる第２の中継器の実施形態１４
０を示しているが、中継器１４０は本発明の別の態様を示している。 中継器１４
０は、同時の送信および受信を許容する送受切替器１４４に連結されたアンテナ１４２を組み込んでいる。 送受切替器１４４は、図１３のフィルタ１０４および１０６に類似の帯域フィルタ１４６および１４８を含んでいる。 デュアルスイッチ１５０は、フィルタの一方を回路の入力側（増幅器１５２の入力）に接続し、
フィルタの他方を回路の出力側（増幅器１６４の出力）に接続している。

【００３９】 残りの機能の多くは図１４からの複製である。 しかし、３つの切り替えられる発振器の代わりに、ＩＦダウンコンバージョンおよびアップコンバージョンが２
つの周波数合成器１５６および１６２によって提供される。 それぞれが制御回路１６６によって制御されて、より広い範囲の周波数がチャネルシフトされることを可能にする。 これは、異なった数のネットワークチャネル用のシステム（図１
１を参照）を再構成すると共に、フリークエンシーホップトスプレッドスペクトルチャネル（図１２を参照）で動作する柔軟性を付加する。 ＦＨＳＳと共に用いられると、制御回路１６６は、ホッピングシーケンスに従って、周波数合成器１
５６および１６２を適切に制御することができる。

【００４０】 中継器１４０における別の相違点は、制御回路１６６がネットワーク基地局との制御リンク１７０を維持することである。 これは基地局が、中継ネットワークを構成すること、たとえば、各中継器用の受信および送信チャネルを定めることを可能にする。 出力増幅器１６４も制御可能な出力を有しており、制御回路１６
６は基地局からの命令に応じてこれを調節できる。 中継器によって信号提供を受けるＴ／Ｒモジュールが正確な信号を受信する完全な中継器出力を必要としない場合には、制御回路１６６は、送信出力を削減することによって干渉の潜在性を削減し、ネットワークの他の場所でのチャネル再使用を可能にすることができる。

【００４１】 制御リンク１７０は、単に受信および送信チャネルを設定する以外に多くの機能を有することができる。 これは、いつ中継器が干渉源を探して受信チャネルを走査すべきかのスケジュールを立てるために、基地局が用いることができる。 基地局は、構成試験も始めることができ、異なったＴ／Ｒモジュールおよび中継器が異なったチャネルで順次動作される。 制御回路１６６は、各試験ポイントで順次受信されるチャネル出力およびあらゆる干渉源を基地局に報告して、有効な受信領域を提供するネットワークに関する中継プランを基地局が開発することを可能にする。 チャネルリンク１７０も高ビットレートチャネルに関する同期化およびタイミングのキューを提供するために用いることができ、ネットワークに入ってくる装置が速やかに同期することを可能にする。

【００４２】 制御リンク１７０は比較的低いビットレート要件を有するが、ロバスト（強固）であることが必要であり、好ましくは中継なしにネットワーク全体に到達できるようにすべきである。 したがって、制御リンク１７０を提供するために高ビットレートの主チャネルを用いることはできるが、制御リンク１７０は別個の低ビットレートチャネルで実施することが好ましい。 制御リンク１７０は、高ビットレートチャネルと同じ周波数帯域を占有する高工程利得ＤＳＳＳチャネルで実施することができ、このチャネルが中継なしにネットワーク全体によって受信されることを可能にする。 あるいは、より低い周波数のチャネル、たとえば９００Ｍ
Ｈｚチャネルまたは免許帯域におけるチャネルを選択することもできる。 第３の代替策は、ＡＣ出力配線、電話回線または他のあらゆる利用可能な配線を使用して、基地局と中継器との間に制御リンクを提供することである。

【００４３】 図１６は、符号分割多重チャネルシフト中継器ネットワークとともに使用することに適した第３の中継器の実施形態１８０を示している。 アンテナ１８２、サーキュレータ１８４、入力増幅器１８６および出力増幅器２１４は、前述の実施形態に類似である。 しかし、ＤＳＳＳは逆拡散のないあらゆる特定のチャネル上での信号出力検出を困難にするので、かかる信号の中継は一般的にデータ復調および再変調を必要とする。 さらに、中継チャネル上で別の符号シーケンスが用いられるとすると、逆拡散が必要である（あるいは、再送信された信号を、入力信号との相関を解除するに十分なほどに遅らせることにより、同じ符号シーケンスを用いることもできる）。

【００４４】 発振器１９８は、検出されたキャリアに同期する。 発振器１９８の出力は、入力増幅器１８６の前で、ミキサ２００で入力信号と混合される。 図１６は、Ａ／
Ｄ変換器によって処理され、分割され、２つの逆拡散シーケンスをデータに適用しようと試みる２つの乗算器１８８および１９０に適用された入力増幅器１８６
の出力を示している。 これは、中継器がＣＨ１信号およびＣＨ２信号の存在を同時に探すことを可能にする。 拡散符号生成器２０４は、ＣＨ１信号チップに対応する第１の符号および、ＣＨ２信号チップに対応する第２の符号を供給する。 これらの符号は乗算器１８８および１９０にそれぞれ適用される。

【００４５】 乗算器１８８および１９０によって出力された逆拡散信号はフィルタ１９２および１９４を通されて、それからデータ復調器１９６によって復調が試みられる。 一般的に、ＣＨ１またはＣＨ２の何れかで成功するが、両方では成功しない。
そのため、代替策は、制御回路２０６が生成器２０４に、ＣＨ１符号またはＣＨ
２符号を出力するかどうかを指示している状態で、拡散符号生成器に拡散符号を１つだけ出力させることである。 これは一般的に、通常の動作に用いるために一定のチャネルが選択されることを必要とする。 しかし、それは２つの入力処理の流れを有することは回避する。

【００４６】 制御回路２０６は、復調器１９６からデータを受信し、適切な出力拡散符号での乗算のためにそれを乗算器２１０に渡し、それから、再変調のためにデータ変調器２０８に渡す。 制御回路２０６は、データの発生源および／または送信先を吟味し、対応する出力チャネルを選択する能力などの付加的な高度化を含む場合がある。 制御回路２０６は、データ変調器に送る前に、データの誤り検出および／または修正を試みてもよい。

【００４７】 最後に、変調され拡散されたＩＦ信号は、ミキサ２１２において発振器１９８
によって出力された信号の移相されたもの("phase-sifted version")と混合される。 サーキュレータ１８４および移相器２０２が入力信号と出力信号を十分に分離できなければ、上記の２周波数または時間多重の実施形態を組み合わせることができ、この場合に、各中継器およびＴ／Ｒモジュールは、入力増幅器の飽和を回避するために、非干渉に送信および受信を行う。 たとえば、奇数のＤＳＳＳチャネルは第１の周波数帯域を用いることができ、偶数のＤＳＳＳチャネルは第２
の重複しない周波数帯域を用いることができる。

【００４８】 図１７は時分割多重化と共に用いるのに適した実施形態を示している。 付加された重大な特徴は、遅延素子２３８、たとえば次のタイムスロットの間に再送信するために１つのタイムスロットで受信されたデータを記憶するバッファである。 ２つの周波数、ＦＨＳＳまたはＤＳＳＳを用いた受信中送信("transmit-while
-receive")など上述した様々な特徴をこの実施形態に組み込むこともできる。

【００４９】 基地局は、所与の時間間隔の間にどのＴ／Ｒモジュールが送信することを許可されるかを制御することを理解されたい。 Ｔ／Ｒモジュール間で帯域幅を割り振る正確な方法は、一般的に、アプリケーションおよびより高い層のプロトコルに左右され、分散型ネットワーク用の低層フレームワークを提供する本発明の範囲を超えるものである。

【００５０】 Ｔ／Ｒモジュールは、ブロック図形式では説明していないが、これはそれらの構造が上記の中継器の構造とほぼ同一になり得るからである。 主たる相違点は、
Ｔ／Ｒモジュールがデータ自体を「中継」せず、Ｔ／Ｒモジュールと遠隔Ｔ／Ｒ
モジュールとの間にセットアップされた送信路に応じて、あるデータを受信して異なったデータを送信することである。 別の相違点は、Ｔ／Ｒモジュールが、デジタルデータを受信するために、信号を受信してそれらを復調する復調器を必ず含むことである。

【００５１】 好適ではないが、本発明の一実施形態は、ブルーツース環境などにおいて実施できる。 一般的に、一実施形態によれば、これは図１８に示したように基地局２
６０がマスタＴ／ＲモジュールＭ１に接続されることを要求する。 Ｍ１は、第１
レベルの中継器Ｍ２およびＭ３ならびにおそらくＳ９のようなＴ／Ｒモジュールを含む７個までのスレーブの第１のピコネットのマスタになる。 第１レベルの中継器Ｍ２およびＭ３は、一方で、それら自体のピコネットのマスタであり、これらのピコネットは、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４およびＳ５のようなスレーブＴ／Ｒ
モジュールならびにＭ４のようなあらゆる第２レベルの中継器を含むことができる。 第２レベルの中継器Ｍ４は、一方で、スレーブのそれ自体のピコネットのマスタである。 この構成は必要に応じて付加的なレベルにも複製することができる。 個々のＴ／Ｒモジュールに対して、Ｍ１の存在は本質的に、それらの個々のマスタ中継器にまで「投影」され、これらのマスタ中継器は、上から受信したパケットを適切なスレーブに送出する能力を有する。 しかし、ブルーツースピコネットは、同期的にはなり得ず、スレーブは送信する前にそれらのマスタによって許可を与えられなければならないので、各中継器は、アップストリームのマスタがパケットを扱えるようになるまでパケットを保持する能力を必要とする。

【００５２】 この実施形態をブルーツース環境に配置することに伴う別の困難な点は、個々のパケットのアドレシングが、１ピコネット当たり２個の動作中のスレーブのうち１つに限定されることである。 そのため、より多くの動作中のスレーブがなければ、各中継器は１回に１つの動作中のスレーブＴ／Ｒモジュールを上のレベルにリンクできるだけである。 全体で７個を超えるスレーブが存在するか、中継ブランチにおける２個以上のスレーブが動作中になることを望むのであれば、中継器は少なくともある種の仮想待機を実施しなければならない。 ７個を超えるスレーブがＭ１には「動作中」であるように見えることを望むのであれば、待機と動作状態にすることとの調整は、帯域幅リソースを急速に激減させる。 したがって、より広い実現のためには、ブルーツースデータパケット自体から離れたまたはそれらの中に潜り込んだＭ１や中継器が、適切な送信先にパケットを送る何らかのスキームを提供することを要求してもよい。 このレベルで、中継器は、単純な中継器ではなく、ルータの高度化を持ち始める。

【００５３】 当業者は、上記の実施形態の様々な態様は、非常に多くの変形において組み合わせることができることを理解するであろう。 さらに、本明細書に記載したものと機能的に均等な多数の代替的な実施が、この開示を読んだ時点で当業者に明らかになるであろう。 かかる変形や代替的な実施は、特許請求しているように本発明の範囲に入ることを意図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 先行技術の無線ネットワークのコンセプトを示している。

【図２】 先行技術の無線ネットワークのコンセプトを示している。

【図３】 本発明の一実施形態による、建物の間取り図に関連して無線ネットワークコンポーネントの例示的な配置を示している。

【図４】 本発明の実施形態による無線ネットワーク通信を示している。

【図５】 本発明の実施形態による無線ネットワーク通信を示している。

【図６】 本発明の実施形態による無線ネットワーク通信を示している。

【図７】 本発明の実施形態による無線ネットワーク通信を示している。

【図８】 ネットワーク内の良好な無線通達範囲に影響を与え、ネットワーク外のＲＦ放出を最小にするための、無線ネットワーク内における異なったアンテナパターンの使用を示している。

【図９】 本発明の実施形態による無線ネットワークを実施するための、周波数分割多重化の使用を示している。

【図１０】 本発明の実施形態による無線ネットワークを実施するための、周波数分割多重化の使用を示している。

【図１１】 本発明の実施形態による無線ネットワークを実施するための、周波数分割多重化の使用を示している。

【図１２】 本発明の実施形態による無線ネットワークを実施するための、周波数分割多重化の使用を示している。

【図１３】 本発明の実施形態による無線ネットワークを実施するための、時分割多重化の使用を示している。

【図１４】 本発明の実施形態によるチャネルシフト中継器に関するブロック図を示している。

【図１５】 本発明の実施形態によるチャネルシフト中継器に関するブロック図を示している。

【図１６】 本発明の実施形態によるチャネルシフト中継器に関するブロック図を示している。

【図１７】 本発明の実施形態によるチャネルシフト中継器に関するブロック図を示している。

【図１８】 ブルーツース準拠コンポーネントについて指定されたフレームワーク内で動作する本発明の実施形態による無線ネットワークを示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／１４７，６１７ (32)優先日 平成11年８月６日(1999．8．6) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＩＬ，ＪＰ，Ｋ Ｒ (71)出願人 ｃ／ｏ Ｋａｗａｓａｋｉ ＬＳＩ2570 Ｎ． Ｆｉｒｓｔ Ｓｔｒｅｅｔ，Ｓｕｉｔ ｅ 301，Ｓａｎ Ｊｏｓｅ，ＣＡ95131 Ｕ． Ｓ． Ａ． (72)発明者 ラウ カム ワイ． アメリカ合衆国 94506 カリフォルニア 州 ダンヴィレ、ブラックホーク ドライ ブ 5204 (72)発明者 ヴァシリオウ イアソン アメリカ合衆国 94705 カリフォルニア 州 バークレー、ロブル ロード 58 (72)発明者 ヴェンカトゥラマン マヘッシュ アメリカ合衆国 94065 カリフォルニア 州 レッドウッド シティー、アヴォセッ ト ドライブ 590 ＃7112 Ｆターム(参考） 5K033 AA05 BA01 BA02 CB01 CC01 DA01 DA17 DB18 5K072 AA04 AA29 BB02 BB27 CC04 CC13 CC15 CC18 CC32 DD16 DD17 【要約の続き】 であろうと最良の使用可能なチャネルで信号を受信する ことができる。 チャネルを実質的に非干渉にするために は様々な方法が用いられ、周波数分割多重方式、時分割 多重方式、符号分割多重方式およびこれらの技術を組み 合わせた方式がある。