JP2010226724A

JP2010226724A - 無線通信システムの加入者局

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Publication number: JP2010226724A
Application number: JP2010075804A
Authority: JP
Inventors: Kenneth L Stanwood; ケネス、エル．スタンウッド; Gary Lee Samad Jr; ゲイリー、リー、サマド、ジュニア; Jacques Behar; ジャック、ビハー
Original assignee: WiLAN Inc
Current assignee: Quarterhill Inc
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: KR20020040897A; BR0015032A; US6683866B1; CA2569688C; JP5066213B2; CA2879747A1; KR20060130786A; CA2759770A1; CA2847074C; JP5736353B2; CA2897202C; KR100675236B1; AU1349701A; EP1226685A1; JP2010239618A; CN1387715A; USRE42788E1; KR100675235B1; CA2759770C; CA2727829C

Abstract

【課題】無線通信システムの加入者局においてＭＡＣと物理的通信プロトコル層の間のデータを伝送および同期する装置を得る。
【解決手段】加入者局においてメディア・アクセス制御（ＭＡＣ）と物理的通信プロトコル層の間のデータの伝送および同期を行う。送るべきＭＡＣパケットの長さに依存して、物理的層へマッピングする際にＭＡＣパケットをばらばらにしまたは連結する。ＭＡＣパケットが長すぎる時は、ＭＡＣパケットはばらばらにされ、多数のＴＣ／ＰＨＹパケットが同じＴＤＤフレーム内で送られる。ＭＡＣパケットが短い時は、次のＭＡＣパケットは現在のＭＡＣパケットに連結されて単一のＴＣ／ＰＨＹパケットにされる。例外が適用されたならば、次のＭＡＣパケットはＣＴＧまたはＭＴＧは後に続いている新しいＴＣ／ＰＨＹパケットで開始される。
【選択図】図１１

Description

本発明は無線通信システムの加入者局に関するものであり、更に詳しくいえば、ＭＡＣおよび無線通信システムの物理的通信プロトコル層を効率的に同期するものに関する。

本願出願人に譲渡された未決の米国特許出願第08/974376号に記述されているように、無線通信システムは複数の加入者無線局または加入者装置（固定または移動）と固定ネットワーク・インフラストラクチャとの間の双方向通信を容易にする。通信システムの例には、移動セルラー電話システム、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）、およびコードレス電話が含まれる。それらの無線通信システムの重要な目的は、加入者装置の利用者を固定ネットワーク・インフラストラクチャ（通常は有線システム）に接続するために、複数の加入者装置とそれらの装置のそれぞれの基地局の間に通信チャネルを要求に応じて設けることである。多数のアクセス法を有する無線システムでは、基本的な情報伝送単位として時間「フレーム」が用いられる。各フレームは、複数の時間スロットに細分される。

ある時間スロットが制御目的のために使用され、またある時間スロットが情報伝達のために用いられる。加入者装置は、選択された基地局と「多重化」技術を用いて通常交信して、接続の両方向に情報の交換を行えるようにしている。

基地局から加入者装置への伝送は、「ダウンリンク」伝送と一般に呼ばれている。加入者装置から基地局への伝送は、「アップリンク」伝送と一般に呼ばれている。所与のシステムの設計基準に依存して、先行技術の無線通信システムは時分割多重化（ＴＤＤ）法または周波数分割多重化（ＦＤＤ）法を通常用いて、基地局と加入者装置との間の情報交換を容易にしている。ＴＤＤ多重化技術とＦＤＤ多重化技術は、この分野で周知である。

最近、音声、データおよび画像などの特に広い帯域のサービスを提供するために、広帯域すなわち「ブロードバンド」無線通信ネットワークが提案された。ブロードバンド無線通信システムは、複数の基地局と複数の固定加入者局すなわち顧客構内機器（ＣＰＥ）との間の双方向通信を容易にする。ブロードバンド無線通信システムの１つの例が、未決の米国特許出願第08/974376号に記述されており、かつ図１のブロック線図に示されている。図１に示されているように、ブロードバンド無線通信システムの１つの例１００が、複数のセル１０２を含んでいる。各セル１０２は関連するセル場所１０４を含み、そのセル場所は、基地局１０６と能動アンテナアレイ１０８を主として含んでいる。各セル１０２は、セルの基地局１０６と、セル１０２の有効範囲全体にわたって固定顧客場所１１２に配置されている複数の顧客構内機器（ＣＰＥ）１１０との間の無線接続を行う。無線通信システム１００の利用者には、住宅用の顧客と業務用の顧客とが含まれることがある。したがって、この無線通信システムの利用者のシステムの取扱い方についての要求や帯域幅に対する要求には種々のものがある。各セルは、数百またはそれ以上もの住宅用ＣＰＥまたは業務用ＣＰＥを取扱うことができる。

図１のブロードバンド無線通信システム１００は、複数のＣＰＥ１１０に真の「需要に応じた帯域幅」を提供する。ＣＰＥ１１０は、ＣＰＥを利用している顧客により求められるサービスの種類および質を基にして、ＣＰＥのそれぞれの基地局１０６からの帯域幅割当てを要求する。種々のブロードバンドサービスが、種々の帯域幅要求および種々の待ち時間要求を有する。顧客が利用できるサービスの種類と質は、変更および選択ができる。所与のサービスに専用される帯域幅の広さは、そのサービスにより求められるサービスの質と情報速度（および帯域幅の利用可能性その他のシステム・パラメータも考慮して）により決定される。
例えば、Ｔ１型連続データサービスは、良く制御された配信待ち時間を持つ多数の帯域幅を通常求める。終了させられるまで、それらのサービスは各フレーム毎に一定の帯域幅割当てを求める。対照的に、インターネット・プロトコル・データサービス（ＴＣＰ／ＩＰ）などのある種のデータサービスは帯域幅要求が急変し、しばしば休止し（休止の場合には、ある任意の時刻には必要とする帯域幅は零であることがある）、動作時には遅延の変化にかなり鈍感である。基地局メディア・アクセス制御（「ＭＡＣ」）は、利用可能な帯域幅をアップリンクおよびダウンリンクにおける物理的チャネルに割当てる。アップリンク・サブフレームとダウンリンク・サブフレーム内では、基地局ＭＡＣは、種々のサービスの質（ＱｏＳ）により課される優先順位および規則に依存して、種々のサービスの間に利用可能な帯域幅を割当てる。ＭＡＣは、ＭＡＣ「層」（ＴＣＰ／ＩＰなどの情報上部層）と「物理的層」（物理的チャネルにおける情報）の間でデータを伝送する。

ＣＰＥサービス要求は多種多様であり、かつ任意の１つの基地局によりサービスされるＣＰＥの数は多いので、図１に示されているブロードバンド無線通信システムなどの無線通信システムにおける帯域幅割当て過程は、厄介で複雑なものになることがある。これは、ＭＡＣと物理的通信プロトコル層の間の同期を維持しつつ、データを迅速に伝送することに関しては特にそうである。基地局は、多様なデータ（例えば、Ｔ１およびＴＣＰ／ＩＰ）を、データプロトコルを用いてＭＡＣと物理的層との間で伝送する。通信プロトコルの１つの目的は、ＭＡＣと物理的層との間で伝送することである。通信プロトコルは、所与の任意の時刻に最大帯域幅でデータを伝送する必要性と、送っている間にデータが失われた時にＭＡＣと物理的層との間の同期を維持する必要性とを釣り合わせなければならない。

先行技術の通信プロトコルは、無線通信システムでデータを伝送するために提案されていた。先行技術の１つの通信プロトコルは、ヘッダとペイロードを含んでいる可変長データパケットを用いて、ＭＡＣメッセージを物理的層へ伝送するシステムを教示している。ペイロードは、ＭＡＣメッセージ・データタイプ（例えば、Ｔ１およびＴＣＰ／ＩＰ）のためのデータを含んでいる。先行技術では、ヘッダは物理的層境界でスタートし、ペイロードの長さおよび次のデータパケットの場所などの情報を無線通信システムに提供する。通常、通信プロトコルは、可変長データパケットを介して適切な帯域幅使用法を提供する。しかし、この種のプロトコルにより行われるＭＡＣと物理的層との間の同期は完全ではない。
その理由は、システムがヘッダを失うと、プロトコルは物理的層境界の初めにおいて次のヘッダを見付けるまで以後のデータの全てを見落とすからである。その後でシステムは、その物理的層境界からデータを使用することを始める。そうすると、可変長さデータパケット・プロトコルは、受けたデータ（すなわち、失われたヘッダと次の物理的境界の間で受けたデータ）をかなり大量に失う。したがって、それは無線通信システムで使用するためには効率の低い通信プロトコルである。

他の先行技術プロトコルは、固定長データパケットを用いてＭＡＣメッセージを伝送するシステムを教示している。それらのシステムに従って、メッセージは他のメッセージに対して一定の位置で常に始まる。そのシステムがメッセージの一部を失うと、プロトコルは次のメッセージを次の固定されている位置で見付けることができるので、プロトコルはその１つのメッセージを失うだけである。したがって、固定長データパケット・プロトコルは、物理的層同期のために適切なＭＡＣを提供する。しかし、固定長データパケットは、所与の任意のデータタイプから最大のメッセージを受けるために、固定長データパケット・プロトコルは帯域幅の使用が不得手である。殆どのメッセージは最大のメッセージよりもはるかに小さいので、固定長データパケット・プロトコルは広い帯域幅を一定の基準で通常無駄にする。

したがって、無線通信システムにおいてＭＡＣと物理的層との間でデータを効率的に伝送するデータを伝送ならびに同期する方法および装置の需要が存在する。データの伝送ならびに同期のためのこの技術は、無線通信システムのアップリンクで頻繁に変化する帯域幅割当て要求を出す任意の多数のＣＰＥを取り扱えなければならない。そのようなデータの伝送および同期のための方法および装置は、アップリンクとダウンリンクの両方での複数の基地局と複数のＣＰＥとの間のメッセージ交換により使用される帯域幅の広さの点で効率的でなければならない。また、データの伝送および同期のためのこの方法および装置は、メッセージの一部が失われた時に大量のデータの喪失を防ぐために、次のデータメッセージに迅速に同期しなければならない。本発明は、そのようなデータ伝送および同期法および装置を提供するものである。

本発明は、無線通信システムの加入者局においてＭＡＣと物理的層の間でデータを効率的に伝送する新規な加入者局である。この加入者局は、無線通信システムにおいて使用されない帯域幅の量を減少する。本発明は、データメッセージ・ヘッダがデータリンクまたは無線リンクで失われた時に、次のデータメッセージに迅速に同期するので有利である。本発明は、データフォーマットとデータ伝送技術の組合わせを利用して、通信システムでデータを効率的に伝送する。

本発明の好適な実施例では、ＭＡＣパケットのデータフォーマットは可変長であることが好ましい。伝送すべきＭＡＣパケットの長さに依存して、本発明は物理的層へのマッピング中のＭＡＣパケットをばらばらにし、または連結する。物理的層は、固定長ペイロードを持つ伝送集中／物理的（Transmission Convergence/Physical）（ＴＣ／ＰＨＹ）パケットを含んでいる。本発明は、可変長ＭＡＣパケットを伝送し、かつＴＣ／ＰＨＹパケットにマッピングする新規な技術を含む。

本発明が用いる方法によれば、ＭＡＣパケットを得ることによりデータ伝送および同期技術を開始する。これは、ＭＡＣパケットが現在のＴＣ／ＰＨＹパケットのペイロード中の利用可能なビットよりも長いかどうかを判定する。もし長ければ、この方法はＭＡＣパケットをばらばらにし、断片を引き続くＴＣ／ＰＨＹパケットにマップする段階へ進む。この方法および装置は、ＦＤＤ通信システムまたはＴＤＤ通信システムを使用するようにできる。ＴＤＤシステムに使用される場合には、引き続くＴＣ／ＰＨＹパケットは同じＴＤＤフレーム内で連続して伝送されることが好ましい。

ＭＡＣパケットが現在のＴＣ／ＰＨＹパケットのペイロード内の利用可能なビットより短いとこの方法が判定したとすると、この方法はＭＡＣパケットをマップする段階へ進む。ＭＡＣパケットをＴＣ／ＰＨＹパケットにマッピングした後で、この方法は、次のＭＡＣパケットをＴＣ／ＰＨＹパケット内の前のＭＡＣパケットにマップすべきかどうかを判定する。引き続く２つの条件のいずれかが満たされないと、この方法は次のＭＡＣパケットと前のＭＡＣパケットを連結する。

第１の条件は、ダウンリンクにおける変調の変化である。そのような変化があると、新たな変調における第１のパケットが、変調遷移ギャップ（ＭＴＧ）を伴う新しいＴＣ／ＰＨＹパケットでスタートする。第２の条件は、アップリンクにおけるＣＰＥでの変化である。その変化が起きると、次のＣＰＥからの第１のパケットがＣＰＥ遷移ギャップ（ＣＴＧ）を伴う新しいＴＣ／ＰＨＹパケットでスタートする。いずれの条件も満たされないとすると、この方法は同じＴＣ／ＰＨＹパケット内の次のＭＡＣパケットと前のＭＡＣパケットを上記のやり方でマップする。

本発明に使用するようにされているブロードバンド無線通信システムの簡略化したブロック線図である。本発明の実施例における、図１の通信システムにより使用できるＴＤＤフレームおよびマルチフレーム構造を示す。図１の無線通信システムにおいて、複数のＣＰＥへ情報を送るために基地局により使用できるダウンリンク・サブフレームの例を示す。本発明のデータ伝送および同期に使用するようにされているアップリンク・サブフレームの例を示す。本発明の実施例における、図１の通信システムにより使用するためのデータ送りアーキテクチャの例を示す。本発明の実施例における、図１の通信システムにより使用するための可変長ＭＡＣダウンリンク・パケット・フォーマットの例を示す。本発明の実施例における、図１の通信システムにより使用するための固定長ＭＡＣダウンリンク・パケット・フォーマットの例を示す。本発明の実施例における、図１の通信システムにより使用するための可変長ＭＡＣアップリンク・パケット・フォーマットの例を示す。本発明の実施例における、図１の通信システムにより使用するための固定長ＭＡＣアップリンク・パケット・フォーマットの例を示す。本発明に使用されるようにされているＴＣ／ＰＨＹパケットの例を示す。本発明によるＰＨＹ層へのＭＡＣパケットの４段マッピングの例を示す。本発明によるＰＨＹ要素へのＭＡＣメッセージのダウンリンク・マッピングの例を示す。本発明によるＰＨＹ要素へのＭＡＣメッセージのアップリンク・マッピングの例を示す。本発明の好適なデータ伝送および同期法を示す流れ図である。

この説明全体を通じて、示されている好適な実施例は本発明を限定するものではなくて代表例と考えるべきである。
本発明の好適な実施例は、ブロードバンド無線通信システムにおいてデータを伝送および同期する方法および装置である。ブロードバンド無線通信システム、および複数のユーザーにより共用される物理的通信媒体を有する同様な種類の何らかの通信システム、の重要な性能基準は、システムが物理的媒体をいかに効率よく使用するかである。無線通信システムは媒体共用通信システムであるので、加入者によるアクセスおよびネットワークへの伝送は制御せねばならない。無線通信システムにおいては、媒体アクセス制御（「ＭＡＣ」）通信プロトコルが物理的媒体へのユーザーアクセスを通常制御する。ＭＡＣは、加入者が物理的媒体での伝送を許される時を決定する。また、競合が許されるならば、ＭＡＣは競合過程を制御して、起き得るいかなる衝突も解消する。

図１に示されているシステムでは、ＭＡＣは基地局１０６により処理されるソフトウエアにより通常実行される（ある実施例では、ソフトウエアは基地局とＣＰＥでプロセッサにより実行できる）。基地局１０６は、権利を伝送する要求を受け、優先順位、サービスの種類、サービスの質およびＣＰＥ１１０に関連するその他の要因を考慮に入れて、利用できる時間内にそれらの要求を認める。ＣＰＥ１１０により提供されるサービスは変化するものであり、ＰＢＸからの音声トランクなどのＴＤＭ情報を含んでいる。サービススペクトラムの他の端では、ＣＰＥは、周知のワールドワイドウエブすなわちインターネットと通信するために突然現れるが、しかも遅延を許容するコンピュータデータをアップリンクできる。

基地局ＭＡＣは、アップリンク通信リンクとダウンリンク通信リンクに対して帯域幅をマップし、割当てる。それらのマップは、基地局により発生されて維持され、アップリンク・サブフレーム・マップおよびダウンリンク・サブフレーム・マップと呼ばれている。ＭＡＣは、Ｔ１，Ｅ１などの高い優先順位の一定ビット伝送速度（ＣＢＲ）サービスおよび類似の一定ビット伝送速度サービスにより課される帯域幅要求を満たすために、十分な帯域幅を割当てねばならない。
また、ＭＡＣは、インターネット・プロトコル（ＩＰ）データサービスなどの低い優先順位のサービスにわたって残りのシステム帯域幅を割当てなければならない。ＭＡＣは、公平に重み付けられた待ち合わせまたはラウンドロビン待ち合わせなどのＱｏＳに依存する種々の技術を用いて、それらの低い優先順位のサービスの間で帯域幅を分配する。

図１に示されている通信システムのダウンリンクは、１点−多点基準（すなわち、基地局１０６から複数のＣＰＥ１１０へ）で動作する。未決の関連する米国特許出願第08/974376号に記述されているように、中央基地局１０６は、いくつかの区画へ同時に送信できる区画されたアクティブなアンテナアレイ１０８を含んでいる。無線通信システム１００の一実施例では、アクティブなアンテナアレイ１０８は６つの独立した区画へ同時に送信する。所与の周波数チャネルおよびアンテナ区画内では、全ての局は同じ送信を受ける。基地局は、ダウンリンク方向で動作する送信機にすぎないから、時間を上流側（アップリンク）送信期間と下流側（ダウンリンク）送信期間に分割する全体の時分割多重化を除き、他の基地局との調整を行うことなしに送信する。基地局は、区画（および周波数）内の全てのＣＰＥに放送する。ＣＰＥは、受信されたメッセージ中のアドレスをモニタし、自己に宛てられたアドレスのみを保持する。

ＣＰＥ１１０は、基地局ＭＡＣにより制御される要求を基準としてアップリンクを共用する。ＣＰＥにより利用されるサービスのクラスに依存して、基地局は選択されたＣＰＥにアップリンクに送信する権利を継続して与えることができ、またはＣＰＥからの要求を受けた後で、送信権を基地局により与えられる。個々にアドレスされるメッセージに加えて、メッセージは基地局によりマルチキャスト・グループへ送ることができ（制御メッセージおよびビデオ配布がマルチキャスト応用の例である）、かつ全てのＣＰＥへ放送できる。

フレームマップ−アップリンク・サブフレーム・マッピングおよびダウンリンク・サブフレーム・マッピング
本発明の好適な実施例では、基地局１０６は、アップリンク通信リンクおよびダウンリンク通信リンクに割当てられた帯域幅のサブフレーム・マップを維持する。未決の関連する米国特許出願第08/974376号に詳細に記述されているように、アップリンクとダウンリンクは、時分割多重化（すなわち「ＴＤＤ」）式に多重化することが好ましい。本発明は、ＴＤＤ方式での応用に関して説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。通信技術の当業者は、本発明の方法および装置をＦＤＤ方式に容易に適合できることを認識できる筈である。

ＴＤＤ方式に使用するようにされている一実施例では、フレームとはＮ個（Ｎは一定なままである）の連続する時間期間すなわち時間スロットを含むものとして定義される。この「フレームを基準とする」手法に従って、この通信システムは、ダウンリンク送信のためにのみ最初のＮ１時間スロット（ＮはＮ１より大きいかＮ１に等しい）を動的に構成する。残りのＮ２時間スロット（Ｎ２はＮ−Ｎ１に等しい）は、アップリンク送信のみのために動的に構成される。このＴＤＤフレームを基準とするやり方の下では、ダウンリンク・サブフレームは最初に送信されることが好ましく、かつフレーム同期のために必要な情報が前に付けられる。

図２は、本発明の実施例における通信システム（図１に示されているものなど）が使用できるＴＤＤフレームおよびマルチフレーム構造２００を示す。図２に示されているように、ＴＤＤフレーム２００は、複数の物理的スロット（ＰＳ）２０４、２０４′に細分される。図２に示されている実施例では、フレームは持続時間が１ミリ秒であって、物理的スロットを８００個含んでいる。あるいは、本発明は持続時間がそれより短いか、長く、かつＰＳをそれより多くまたは少なく有するフレームを使用できる。利用可能な帯域幅は、基地局によりある所定数のＰＳの単位で割当てられる。周知のリード‐ソロモン符号化法などのある形式のデジタル符号化が、情報要素（ＰＩ）と呼ばれる所定数のビット単位にわたってデジタル情報に対して行われる。変調はフレーム内で変わることがあり、選択されたＰＩを送信するために求められるＰＳの数（したがって、時間の長さ）を決定する。

未決の米国特許出願第08/974376号により詳しく記述されているように、図１に示されているブロードバンド無線通信システムの一実施例では、ＴＤＤフレーミングは適応性のあることが好ましい。すなわち、ダウンリンクに割当てられたＰＳの数対アップリンクに割当てられたＰＳの数が時間と共に変化する。本発明のデータを伝送および同期する方法および装置はＦＤＤ通信システムとＴＤＤ通信システムで使用できる。更に、本発明は、図２に示されているフレームおよびマルチフレーム構造に類似するフレーム、ならびにマルチフレーム構造を用いる適応ＴＤＤシステムおよび固定ＴＤＤシステムに使用できる。図２に示されているように、周期的な機能を支援するために、多数のフレーム２０２がマルチフレーム２０６に纏められ、多数のマルチフレーム２０６がハイパーフレーム２０８に纏められる。一実施例では、各マルチフレーム２０６は２つのフレーム２０２を含み、各ハイパーフレーム２０８は２２のマルチフレーム２０６を含んでいる。フレームの他の構造と、マルチフレームの他の構造およびハイパーフレームの他の構造を本発明で使用できる。例えば、本発明の他の実施例では、各マルチフレーム２０６は１６のフレーム２０２を含み、各ハイパーフレーム２０８は３２のマルチフレーム２０６を含む。本発明の実施例に使用されるダウンリンク・サブフレームおよびアップリンク・サブフレームそれぞれの例が、図３と図４にそれぞれ示されている。

ダウンリンク・サブフレーム・マップ
図３は、情報を複数のＣＰＥ１１０へ送るために基地局１０６により使用できるダウンリンク・サブフレーム３００の１つの例を示す。基地局は、ダウンリンク帯域幅割当てを反映するダウンリンク・サブフレーム・マップを保持することが好ましい。ダウンリンク・サブフレーム３００はフレーム制御ヘッダ３０２と、変調の形式によってグループに纏められて、異なる形式で変調されているデータを分離するために用いられる組み合わされた変調遷移間隙（ＭＴＧ）３０６により分離される複数のダウンリンクデータＰＳ３０４（例えば、ＰＳ３０４データはＱＡＭ‐４を用いて変調され、ＰＳ３０４′データはＱＡＭ‐１６を用いて変調されている、等）と、送信／受信遷移間隙３０８とを含むことが好ましい。選択された任意のダウンリンク・サブフレームには、異なる変調形式で変調されたデータブロックの任意の１つまたは複数のものがなくてもよい。一実施例では、変調遷移間隙（ＭＴＧ）３０６の持続時間は０ＰＳである。図３に示されているように、フレーム制御ヘッダ３０２は、同期および等化のために物理的制御層（またはＰＨＹ）により使用されるプリアンブル３１０を含んでいる。フレーム制御ヘッダ３０２は、ＰＨＹ（３１２）とＭＡＣ（３１４）のための制御セクションも含んでいる。

ダウンリンクデータＰＳはデータとメッセージをＣＰＥ１１０へ送るために使用される。このデータは符号化し（例えば、リードソロモン符号化法を用いて）、選択されたＣＰＥにより用いられる現在の動作変調で送信することが好ましい。データは、ＱＡＭ‐４、それに続いてＱＡＭ‐１６、その後にＱＡＭ‐６４などの所定の変調順序で送ることが好ましい。変調遷移間隙３０６は、もし存在するならば、データを伝送するために用いられる異なる形式で変調されたセクションを分離するために用いられる。フレーム制御ヘッダ３０２のＰＨＹ制御部３１２は、変調形式が変化するＰＳ３０４の同一性を示す放送メッセージを含むことが好ましい。最後に、図３に示されているように、Ｔｘ／Ｒｘ遷移間隙３０８はダウンリンク・サブフレームをアップリンク・サブフレームから分離する。

アップリンク・サブフレーム・マップ
図４は、データを伝送し、同期する本発明に使用するようにされているアップリンク・サブフレーム４００の一例を示す。このデータを伝送し、同期する方法および装置に従って、ＣＰＥ１１０（図１）は、アップリンク・サブフレーム４００を用いて情報（帯域幅要求を含んでいる）をそれに関連する基地局１０６に送る。図４に示されているように、アップリンク・フレーム中にＣＰＥ１１０により送られる３つの主なクラスのＭＡＣ制御メッセージ、（１）ＣＰＥ位置決めのために保留されている競合スロット（位置決め競合スロット４０２）内で送られるＭＡＣ制御メッセージ、（２）帯域幅割当てのためにマルチキャスト・ポールおよび放送ポールに応答するために保留されている競合スロット（帯域幅要求競合スロット４０４）内で送られるＭＡＣ制御メッセージ、（３）個々のＣＰＥに特に割当てられた帯域幅で送られるＭＡＣ制御メッセージ（ＣＰＥがスケジュールしたデータスロット４０６）、がある。

競合スロット（すなわち、競合スロット４０２と４０４）のために保留されている帯域幅は一緒にグループに纏められ、所定の変調形式を用いて送られる。

例えば、図４に示されている実施例では、競合スロット４０２と４０４はＱＡＭ‐４変調を用いて送られる。残りの帯域幅は、ＣＰＥによってグループに纏められる。それのスケジュールされた帯域幅の間、ＣＰＥ１１０は、ＣＰＥとそれに関連する基地局１０６の間の伝送における環境要因の影響により決定される固定された変調で送る。アップリンク・サブフレーム４００は、図３を参照して上で説明した変調遷移間隙（ＭＴＧ）３０６の機能に類似する機能を実行する複数のＣＰＥ遷移間隙（ＣＴＧ）４０８を含んでいる。すなわち、ＣＴＧ４０８は、アップリンク・サブフレーム４００の間は種々のＣＰＥ１１０からの送信を分離する。一実施例では、ＣＴＧ４０８の持続時間は物理的層２つ分である。送信ＣＰＥは、ＣＴＧ４０８の第２のＰＳ中に１ＰＳプリアンブルを送ることにより、基地局が新しいＣＰＥ１１０に同期できるようにすることが好ましい。多数のＣＰＥ１１０が位置決め競合期間中に同時に送信して衝突が起きる結果となることがある。衝突が起きると基地局は応答しないことがある。ダウンリンク・サブフレームとアップリンク・サブフレームは、無線通信システムにおいて層状にされているデータ伝送のためのメカニズムを提供する。

ブロードバンド無線通信システムにおける層状のデータ伝送アーキテクチャ
本発明の重要な特徴は、より高い通信プロトコル層（連続許可（「ＣＧ」）および需要を割当てられた多重アクセス（「ＤＡＭＡ」））を要約できることである。本発明の一実施例では、基地局１０６はＭＡＣを介するサービス・アクセスポイント（ＳＡＰ）と物理的データの間の層状伝送アーキテクチャを保持する。
種々のＳＡＰが、種々の通信プロトコルと待ち時間要求を有する。要約の最高レベルにおいては、Ｔ１などのＣＧデータサービスが良く制御された配信待ち時間を持つ非常に広い帯域幅を通常要求する。対照的に、インターネット・プロトコル・データサービス（ＴＣＰ／ＩＰ）などのＤＡＭＡデータサービスは突発的(bursty)で、しばしば無通話（これは１つの任意の時刻には零帯域幅である）で、かつ動作している時も遅延の変化にかなり鈍感である、層状データ伝送アーキテクチャはブロードバンド無線通信システムにおいて種々のＳＡＰとインタフェースするためのメカニズムを提供する。

図５は、本発明に使用するデータ送りアーキテクチャの好適な実施例を示す。図５に示されているように、収束サブプロセス（ＣＳ）層５０２とＭＡＣ層５０４が、ブロードバンド無線通信システムにおいてデータを送るためにインタフェースする。収束サブプロセスとそれのアクセスポイントが、サービスに特化した接続の設定および保守とデータ伝送のためにより高い通信プロトコル層に対するインタフェースを行う。データの収束サブプロセスは、この技術において周知である。１つのそのような収束サブプロセスが、Harry J.R.DuttonおよびPeter Lenhard著「同期転送モード（ＡＴＭ）、技術的概観(A Synchronous Transfer Mode（ＡＴＭ），Technical Overview）」第２版、3-21〜3-24ページ、Prentice Hall、1995年10月、に記載されている。ＭＡＣは、時分割多重化（ＴＤＭ）、高次層制御メッセージ（ＨＬＣＭ）、連続許可（ＣＧ）および需要割当てマルチアクセス（ＤＡＭＡ）などの通信プロトコルの高次層にＳＡＰを提供する。図５に示されているように、ＭＡＣは、高レベルメディア・アクセス仲裁（ＨＬ‐ＭＡＡ）層５０２と低レベルメディア・アクセス仲裁（ＬＬ‐ＭＡＡ）層５０４との２つの層を有することが好ましい。

一実施例では、ＨＬ‐ＭＡＡ５０２は多数の機能を行う。ＨＬ‐ＭＡＡ５０２は、基地局（ＢＳ）制御機能、ＣＰＥ位置決めデータ接続の設定および保守機能、および負荷平準化機能のために、高次プロトコル層とインタフェースすることが好ましい。収束サブ層を介して、ＢＳＨＬ‐ＭＡＡはＢＳ中の高次層とインタフェースし、帯域幅の利用可能性と、接続に特有の帯域幅限界とを基にして、レベルが変化するサービスで提供される接続に対する要求を受け、または受けない。ＨＬ‐ＭＡＡ５０２は、データの物理的チャネルに提供する負荷のレベルを平準化することが好ましい。ＭＡＣのＢＳＨＬ‐ＭＡＡサブ層は、帯域幅割当ておよび物理的チャネルにおける負荷レベルの平準化を制御することも好ましい。ＢＳＨＬ‐ＭＡＡは、このＭＡＣドメイン内の全ての物理的チャネルに付加することに気付いている。既存の接続を、別の物理的チャネルへ移動させてセクタ内の帯域幅の使用を一層良く平衡させることができる。

好適な実施例では、ＬＬ‐ＭＡＡ５０４はＣＰＥとＢＳＭＡＣの間のインタフェースを行う。ＬＬ‐ＭＡＡ５０４は、個々の物理的チャネルに対する帯域幅割当てを行うことが好ましい。各物理的チャネルは、ＢＳＬＬ‐ＭＡＡの対応する例を有する。同様に、各ＣＰＥは、ＣＰＥＬＬ‐ＭＡＡの対応する例を有する。

したがって、ＬＬ‐ＭＡＡは、伝送収束（ＴＣ）層５０６と物理的（ＰＨＹ）層５０８に、ＨＬ‐ＭＡＡがそれらの層に結合されているよりも一層緊密に結合されている。ＢＳＬＬ‐ＭＡＡは、帯域幅要求と、制御メッセージの需要と、各ＣＰＥと通信するために使用される特定の変調とを基にして行われる、所与の任意の時刻に利用できる実際の帯域幅量の決定において、ＢＳＨＬ‐ＭＡＡと協働することが好ましい。ＢＳＬＬ‐ＭＡＡは、ＣＰＥに送るダウンリンクデータをパケットにすることが好ましい。ＣＰＥＬＬ‐ＭＡＡはＢＳＬＬ‐ＭＡＡをパケットにする際に使用する帯域幅割当てアルゴリズムと同じアルゴリズムを用いてアップリンクデータをパケットにすることが好ましいが、範囲はＣＰＥの割当てられた帯域幅に限られる。ＬＬ‐ＭＡＡ５０４は、メッセージを多数の時分割多重化（ＴＤＤ）フレームにわたって断片にできる。

データを送りかつ同期する本発明は、物理的（ＰＨＹ）層５０８から相対的に切り離されている可変長ＭＡＣパケットを送るために、固定長伝送収束／物理的ＴＣ／ＰＨＹパケットに依存する。伝送収束（ＴＣ）層５０６は、ＭＡＣ層５０２、５０４とＰＨＹ層５０８を結合させない手段を提供する。ＴＣ／ＰＨＹパケット・フォーマットの部とＭＡＣパケットおよびヘッダ・フォーマットの部で詳しく説明するように、本発明の好適な実施例は可変長ＭＡＣパケットと固定長ＴＣ／ＰＨＹパケットを使用する。本発明の好適な実施例は、ＢＳから種々のＣＰＥの１つへデータを送る際にダウンリンク・サブフレームマップとアップリンク・サブフレームマップとを使用することも好ましい。好適な実施例では、ＭＡＣは上で説明し、かつ未決の米国特許第09/316518号に記載されているように、データを転送するために適応フレーム構造を使用することが好ましい。適応フレーム構造により送られるデータはフォーマットされたデータのセット、すなわち「パケット」を含む。本発明に使用するのに適する１つのパケット・フォーマットが、以下に述べられている。この分野の当業者は、本発明の要旨を逸脱することなく代わりのＭＡＣフォーマットを使用できることを理解されるであろう。

ＭＡＣパケット・フォーマット‐ヘッダおよびペイロード
ＭＡＣパケットデータは、無線通信システムにおける高次通信プロトコル層（例えば、ＣＧとＤＡＭＡ）と低次通信プロトコル層（例えば、ＴＣとＰＨＹ）の間で交換されたデータを表す。本発明の好適な実施例では、全ての用途のためのデータは、接続ＩＤと各種の状態ビットを含んでいるヘッダが前に付されているパケットで送られる。接続ＩＤは、基地局により加入者局へ送られるデータを認識するためのメカニズムを、加入者局に提供する。加入者局は、接続ＩＤにより参照される情報を基にして、パケットを適切に処理する。

ＭＡＣデータは、ＴＤＤフレーム２００を通じてばらばらにできる。好適な実施例では、この断片化はＭＡＣヘッダを用いて行われる。ＭＡＣヘッダは、ＴＤＤフレーム２００を通じる断片化の制御と制御問題および経路指定問題を取扱うために用いられる。好適な最小断片サイズと断片化ステップサイズは、「位置決め結果」メッセージ中のＣＰＥに与えられる。「開始」断片と「継続」断片は、少なくとも最小断片サイズにすべきことが好ましい。もしそれより大きいとすると、付加サイズは、断片ステップサイズの倍数にすべきことが好ましい。終了断片とばらばらにされていないＭＡＣパケットは、断片化最小サイズ要求と断片化ステップサイズ要求を免れることが好ましい。

ＴＤＤフレーム２００内では、ＭＡＣにより接続へ送られたデータは断片化しないことができ（単一のＴＤＤフレームで送られる）、またはある数の継続パケットにより分離されている開始パケットと終了パケットを含むことができる。本発明の好適な実施例では、ＭＡＣパケットのフォーマットはヘッダとペイロードを有する。ＭＡＣヘッダは、標準ＭＡＣヘッダと短縮ＭＡＣヘッダとの２つの異なるフォーマットを有することが好ましい。基地局とＣＰＥとの特定のネットワークは、標準ＭＡＣヘッダのみまたは短縮ＭＡＣヘッダのみを使用することが好ましいので、それら２つのヘッダ・フォーマットは単独で使用することが好ましい。標準ＭＡＣヘッダは、データまたは無線インタフェースにおいて固定長データパケットを支持する。好適なダウンリンクＭＡＣは、好適なアップリンクＭＡＣヘッダから僅かに変化する。

図６ａは、本発明に使用するようにされている標準ＭＡＣダウンリンク・パケット・フォーマット６００ａの好適な実施例のフォーマットを示す。特定のフィールド、特定のフィールド長、および特定のフィールド構成について図６ａを参照して説明するが、通信技術の当業者は本発明の実施に際して代わりの構成を使用できることを理解する筈である。標準ＭＡＣダウンリンク・パケット・フォーマット６００ａは、標準ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６４０と可変長ペイロード６２２を含むことが好ましい。標準ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６４０は、全体の長さが６バイトになる９つの異なるフィールドを含むことが好ましい。標準ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６４０は、長さが１ビットであることが好ましいヘッダ・フラッグ・フィールド６０４で始まる。図示の実施例では、ヘッダ・フラッグ・フィールド６０４は、可変長パケットを許すのみであるシステムでは論理１にセットされる。したがって、標準ＭＡＣヘッダは可変長データパケットをサポートするので、ヘッダ・フラッグ・フィールド６０４は標準ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６４０に対しては論理１に常にセットされる。ヘッダ・フラッグ・フィールド６０４の後にパワー制御（ＰＣ）フィールド６０６が続く。

パワー制御フィールド６０６は、ＣＰＥのパワーを迅速に微調整するものであって、長さは２ビットが好ましい。パワー制御フィールド６０６はＣＰＥのパワーを絶対量ではなくて相対的に調整することが好ましい。好適な実施例では、パワー制御フィールド６０６の２ビットには、００「パワーを変化しない」、０１「パワーを少し増加する」、１１「パワーを少し減少する」、１０「将来の使用のために保留する」、ということを表す論理値が割当てられる。暗号（Ｅ）ビットフィールド６０８は、パワー制御フィールド６０６に続くことが好ましい。暗号ビットフィールド６０８はペイロードについての情報を提供し、長さは１ビットである。ペイロードが暗号化されると、暗号ビットフィールド６０８は論理１にセットされ、さもなければ論理０にセットされる。ＭＡＣヘッダは、暗号化されないで常に送信される。暗号ビットフィールド６０８の後には、接続ＩＤ保留フィールド６１０が続く。接続ＩＤ保留フィールド６１０は、接続ＩＤ（ＣＩＤ）フィールド６１２（後で説明する）の将来の拡張のための手段を提供するもので、長さは８ビットである。接続ＩＤフィールド６１２は、接続ＩＤ保留フィールド６１０の後に続き、識別情報をＣＰＥに提供する。接続ＩＤフィールド６１２の長さは、１６ビットである。接続ＩＤは、基地局とＣＰＥの間の接続時に設定される宛先識別子であって、ＣＰＥを一意に特定するものである。断片化制御フィールド６１４は、接続ＩＤフィールド６１２の後に続く。

断片化制御（フラッグ）フィールド６１４は、断片化情報を提供するものであって、長さは３ビットである。あるシステムが可変長パケット（すなわち、標準ＭＡＣダウンリンク・フォーマット）をサポートすると、ＭＡＣは断片化を実行して無線リンク帯域幅を効率的に使用する。好適な実施例では、断片化制御フィールド６１４の３ビットには、０１０「断片化されるメッセージの断片化を開始する」、０００「断片化されるメッセージの断片化を継続する」、１００「断片化されるメッセージの断片化を終了する」、１１０「断片化されないメッセージ」、ということを表す値を割当てることが好ましい。パケット喪失優先順位（ＰＬＰ）フィールド６１６が、断片化制御フィールド６１４の後に続く。パケット喪失優先順位フィールド６１６は混雑に関する情報を提供し、長さが１ビットである。混雑状況では、無線通信システムは低い優先順位のパケットを最初に捨てる。無線通信システムは、パケット喪失優先順位フィールド６１６を低い優先順位のパケットに対して論理１にセットする。逆に、高い優先順位のパケットに対してはパケット喪失優先順位フィールド６１６は論理０にセットされる。長さを保留された（Len）フィールド６１８はパケット喪失優先順位フィールドの後に続く。

長さを保留されたフィールド６１８は長さが５ビットであることが好ましく、長さフィールド６２０（下でより詳しく説明する）の将来の拡張の手段を提供する。長さフィールド６２０は長さを保留されたフィールド６１８の後に続き、ＭＡＣパケット・ペイロードについての情報を提供する。長さフィールド６２０は長さが１１ビットで、ＭＡＣパケット・ペイロードにおけるバイトの数を指示する。長さフィールド６２０の後にペイロードフィールド６２２が続く。ペイロードフィールド６２２は、長さフィールド６２０により決定される可変長フィールドである。ペイロードフィールド６２２は、データ・サービスタイプ特定（例えば、Ｔ１，ＴＣＰ／ＩＰ）からのデータ要素の一部を含む。それらのデータ要素は、接続ＩＤフィールド６１２により特定されたＣＰＥへ送られる。短縮ＭＡＣダウンリンク・パケット・フォーマット６００ｂは、標準ＭＡＣダウンリンク・パケット・フォーマット６００ａに類似する。

図６ｂは、本発明に使用するようにされている短縮ＭＡＣダウンリンク・パケット・フォーマット６００ｂの好適な実施例のフォーマットを示す。通信技術の当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく代わりの構成を使用できることを理解できる筈である。短縮ＭＡＣダウンリンク・パケット・フォーマット６００ｂは、短縮ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６５０と、固定長ペイロード６２３とを含むことが好ましい。短縮ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６５０は、全長が４バイトになる７つの異なるフィールドを含むことが好ましい。短縮ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６５０は、長さが１バイトであるヘッダ・フラッグ・フィールド６０４で始まる。ヘッダ・フラッグ・フィールド６０４はシステムにおいて論理０にセットされる。それは、固定長パケットを許すだけである。したがって、図示の実施例においては、短縮ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６５０は固定長データパケットをサポートするので、ヘッダ・フラッグ・フィールド６０４は短縮ＭＡＣヘッダに対して論理０に常にセットされる。ヘッダ・フラッグ・フィールド６０４の後に、パワー制御フィールド６０６と、暗号化ビットフィールド６０８と、保留接続ＩＤフィールド６１０と、接続ＩＤフィールド６１２とが続く。それらのフィールドは、図６ａの標準ＭＡＣダウンリンク・パケットおよびヘッダ・フォーマット６００ａの説明において上で説明したものと同じである。接続ＩＤフィールド６１２の後に、帰路（backhaul）保留断片化（ＢＲＦ）フィールド６１５が続き、長さは３ビットが好ましい。ＢＲＦフィールド６１５は帰路断片化のために保留され、帰路に特有の断片化情報を送るために使用することが好ましい。上記ＰＬＰフィールド６１６は、ＢＲＦフィールド６１５の後に続く。
標準ＭＡＣアップリンク・パケット・フォーマット６００ｃは、標準ＭＡＣダウリンク・パケット・フォーマット６００ａに類似している。それについては、以下で説明する。

図６ｃは、本発明に使用されるようにされている標準ＭＡＣアップリンク・パケット・フォーマット６００ｃの好適な実施例のフォーマットを示す。通信技術の当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく代わりの構成を使用できることを理解できる筈である。図６ｃの標準ＭＡＣアップリンク・パケット・フォーマット６００ｃは標準ＭＡＣアップリンク・ヘッダ６６０と、可変長ペイロード６２２とを含むことが好ましい。標準ＭＡＣアップリンク・ヘッダ６６０のフォーマット（図６ｃ）は、１つの例外を除き、標準ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６４０のフォーマット（図６ａ）と同じである。すなわち、標準ＭＡＣアップリンク・ヘッダ６６０では、ヘッダ・フラッグ６０４の後に、パワー制御フィールド６０６（図６ａ）ではなくて、ポール・ミー（ＰＭ）フィールド６０５が続く。ポール・ミーフィールド６０５は長さが３ビットで、帯域幅のために要求をポールすべきである時を示す。ポール・ミーフィールド６０５は、パケットに関連するＣＰＥから接続要求が受けられた時も示す。好適な実施例では、ポール・ミーフィールド６０５には、第１の選択されたレベルと２５５の間のサービスの質（ＱｏＳ）を持つ接続に対してポールすべき要求を表す、０１と、１と第２の選択されたレベルの間のＱｏＳを持つ接続に対してポールすべき要求を表す、１０と、の論理値が割当てられる。図６ｄに示されている短縮ＭＡＣアップリンク・パケット・フォーマット６００ｄは図６ｂの短縮ＭＡＣダウンリンク・パケット・フォーマット６００ｂに類似する。

図６ｄは、本発明に使用されるようにされている短縮ＭＡＣアップリンク・パケット・フォーマット６００ｄの好適な実施例のフォーマットを示す。短縮ＭＡＣアップリンク・パケット・フォーマット６００ｄは、短縮ＭＡＣアップリンク・ヘッダ６７０と、固定長ペイロード６２３とを含むことが好ましい。短縮ＭＡＣアップリンク・ヘッダ６７０のフォーマットは、１つの例外を除き、図６ｂの短縮ＭＡＣアップリンク・ヘッダ６５０のフォーマットと同じである。とくに、図６ｄの短縮準ＭＡＣアップリンク・ヘッダ６７０では、短縮ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ６５０のフォーマット（図６ｂ）のパワー制御フィールド６０６の代わりにポール・ミー（ＰＭ）フィールド６０５が用いられる。図６ｄに示されているように、ポール・ミーフィールド６０５はヘッダフラッグ６０４の後に続く。ポール・ミーフィールド６０５は、図６ｃの標準ＭＡＣアップリンク・パケット６００ｃのフォーマットを参照して上で説明した。

図６ａ〜図６ｄを参照して、上で説明したアップリンク・パケット６００ａ、６００ｃと、ダウンリンク・パケット６００ｂ、６００ｄとのフォーマットは、本発明に使用するようにされている無線通信システムにおいてＣＰＥと基地局の間でデータを伝送するための好適なメカニズムである。しかし、これは本発明を限定することを意味しない。この技術の当業者は、ＭＡＣパケット６００ａ、６００ｃ、６００ｂ、６００ｄのフォーマットの他の種類を本発明の範囲を逸脱することなく使用できることを理解できる筈である。

本発明の好適な実施例では、ＭＡＣアップリンク・パケットとＭＡＣダウンリンク・パケットは、ＴＣ層５０６（図５）を介して物理的層５０８（図５）とインタフェースする。ＴＣ層５０６は、ＭＡＣメッセージを無線インタフェースに適合できるパケットに纏める。ＴＣ層５５０６は、要求に応じてＭＡＣメッセージをＴＣ／ＰＨＹパケットの間に分配できる。通信技術の当業者は、データをＴＣ／ＰＨＹパケットで送るために非常に多数のフォーマットが存在することを理解される筈である。次に、本発明に使用されるようにされている１つのＴＣ／ＰＨＹパケット・フォーマットを、図７を参照して説明する。

ＴＣ／ＰＨＹパケット・フォーマット
図７は、本発明に使用するようにされているＴＣ／ＰＨＹパケット７００の好適な実施例のフォーマットを示す。ＴＣ／ＰＨＹパケット７００のフォーマットは、全長が２２８ビットである５つの異なるフィールドを有することが好ましい。
ＴＣ／ＰＨＹパケット７００は、「ＴＣデータユニット」（ＴＤＵ）とも呼ばれる。図７に示されているように、ＴＣ／ＰＨＹパケット７００は、８ビットヘッダ７０２と、２０８ビット・ペイロード・フィールド７１２と、１２ビットＣＲＣフィールド７１２とを有する。ヘッダ７０２は、ヘッダ存在（ＨＰ）フィールド７０４と、ヘッダ保留（Ｒ）フィールド７０６と、位置フィールド（Ｐｏｓ）フィールド７０８とを有することも好ましい。ヘッダ存在フィールド７０４の長さは１ビットであって、ＴＣ／ＰＨＹパケット７００内に存在するＭＡＣヘッダのスタートの存在（または不存在）についての情報を提供する。ＭＡＣヘッダはＴＣ／ＰＨＹパケット７００内のどこかでスタートすると、ヘッダ存在フィールド７０４は論理１にセットされ、さもなければ論理０にセットされる。保留フィールド７０６はヘッダ存在フィールド７０４の後に続く。保留フィールド７０６は長さが２ビットであって、将来の使用のために選択により保留される。位置フィールド７０８は保留フィールド７０６の後に続く。位置フィールド７０８は長さが５ビットであって、ペイロード内のＭＡＣヘッダ、がスタートするバイト位置を示すことが好ましい。ＴＣ／ＰＨＹパケット７００は、２０８ビット（すなわち、２６バイト）のペイロードを有することが好ましい。ペイロード７１２は、以下で詳細に説明するＭＡＣパケット情報を含む。図７に示されているＣＲＣフィールド７１０は、ペイロード７１２の後に続く。ＣＲＣフィールド７１０の長さは、１２ビットである。ＣＲＣフィールド７１０は、周知の周期的冗長性検査技術を用いて誤り訂正機能を行う。ＴＣ／ＰＨＹパケット・フォーマット７００（ＴＤＵ）は、ＭＡＣ実体（パケット）をＰＨＹ要素へマッピングするために機構を提供する。以下に、この機構について詳しく説明する。

ＰＨＹ要素へのＭＡＣ実体のマッピング
本発明の一実施例では、ＢＳＬＬ‐ＭＡＡは、物理的チャネルの利用可能な帯域幅の割当てとマッピングの全てを、高次通信プロトコル層から受けた要求のサービス要求の優先順位および質を基にして行う。また、帯域幅の利用可能性は、ＢＳと個々のＣＰＥの間の許容ビット誤り率（ＢＥＲ）を達成するために求められる変調を基にすることが好ましい。ＢＳＭＡＣは、ＰＨＹからの、特定のＣＰＥに対して求められる変調を決定するための信号の質、すなわち、利用できる帯域幅、についての情報を使用することが好ましい。ＢＳＬＬ‐ＭＡＡがアップリンク帯域幅をＣＰＥにひとたび割当てると、各ＣＰＥのＬＬ‐ＭＡＡはそれが突出しているアップリンク要求にその帯域幅を割当てる。

図８は、可変長ＭＡＣメッセージの流れから２２８ビットＴＣデータユニット（ＴＤＵ）、ＴＣ／ＰＨＹパケットとしても知られている、７００と、３００ビットＰｌと、最後に２５記号ＰＳ（ＰｌとＰＳは図２を参照して先に説明した）と、への４段マッピングの好適な実施例を示す。図８に示されており、かつ以下に説明するように、本発明はＰＳ通信プロトコルレベルからＭＡＣ通信プロトコルレベルへ、およびＭＡＣ通信プロトコルレベルからＰＳ通信プロトコルレベルへ、マップすることが好ましい。ＬＬ‐ＭＡＡが割当てる好適な最小の物理的ユニットは２５記号ＰＳ８０２である。ＬＬ‐ＭＡＡが割当てる好適な最小の論理的ユニットは、２２８ビットＴＣデータユニット（ＴＤＵ）７００の２０８ビット（２６バイト）ペイロード７１２である。通信技術の当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく、物理的ユニットと論理的ユニットの別の最小を使用できることを理解できるであろう。２２８ビットのＴＤＵは３００ビットＰｌ８０４を作成するために周知のリード‐ソロモン符号化技術を用いて符号化することが好ましい。種々の遷移間隙などの、符号化を要しない帯域幅需要は１ＰＳの単位で割当てることが好ましい。符号化（例えば、リード‐ソロモン符号化技術を用いて）を要する帯域幅需要はＴＤＵ７００で割当てることが好ましく、各変調（ダウンリンクの場合）と、各ＣＰＥ（送信アップリンクの場合）、がＴＤＵ７００の整数倍に付加されてＰｌ８０４の整数倍を作成する。好適な実施例におけるこの付加については以下に詳しく説明する。Ｐｌを送信するために要するＰＳ８０２の数は、使用される変調形式で変化する。

ＭＡＣからＰＨＹへのダウンリンク・マッピング
上で説明し、かつ未決の米国特許出願第09/316518号に記載されているように、本発明に使用されるようにされているダウンリンク・サブフレーム３００の好適な実施例（図３）は、固定長のプリアンブル３１０と、ＰＨＹ制御部３１２と、ＭＡＣ制御部３１４とを含んでいるフレーム制御ヘッダ３０２でスタートする。このフレーム制御ヘッダ３０２によってＣＰＥをダウンリンクに同期させること、およびアップリンクとダウンリンクとのマッピングを決定することを許す。

図９は、本発明の好適な実施例における利用者のダウンリンク需要への好適なダウンリンク・サブフレーム３００のボデーのマッピングを示す。変調遷移間隙（ＭＴＧ）３０６は、変化する変調技術との同期を確実に行うための１ＰＳプリアンブルの目的を果たす。ダウンリンク・サブフレーム３００内では変調（例えば、ＱＡＭ‐４、ＱＡＭ‐１６、およびＱＡＭ‐６４）によりグループに纏めることが好ましい。変調ブロック内では、パケットをＣＰＥによってグループに纏めることができるが、そのように纏める必要はない。個々のＣＰＥのための全てのメッセージ（フレーム・ヘッダ内のもの以外の）は、同じ変調形式を用いて送信することが好ましい。好適な実施例のマッピング法では、特定の変調での各ＭＡＣパケット列をＴＤＵ７００の整数倍であるように付加すべきである。この付加は、符号化の後でＰｌの整数倍を得るために使用される。付加は、充填バイト０ｘ５５を使用することが好ましい。アップリンク・マッピングの構造は、ダウンリンク・マッピングの構造とは僅かに異なる。以下に、この構造を図４と図１０を参照して説明する。

ＭＡＣからＰＨＹへのアップリンク・マッピング
本発明に使用するようにされているアップリンク・サブフレーム４００（図４）は、図４を参照して上で説明したように、アップリンク競合アクセス・スロットを有することが好ましい。アップリンク・サブフレーム４００は、選択により使用できる位置決め競合スロット４０２で始まることが好ましい。局の位置決め中に使用するために、いくつかの位置決め競合スロット４０２がＰＨＹに定期的に割当てられることが好ましい。好適な一実施例では、位置決めメッセージは１ＰＳプリアンブルの後に続き、単独で送られることが好ましい。また、他のＭＡＣ制御メッセージは同じＭＡＣパケットにパックしないことが好ましい。帯域幅要求競合スロット４０４は、帯域幅要求のためのマルチキャスト・ポールおよび放送ポールに応答するために割当てることが好ましい。好適な一実施例では、帯域幅要求メッセージは、帯域幅要求競合期間中に送られる時は、１ＰＳプリアンブルを先行させて、全ＴＤＵに付加することが好ましい。ＣＰＥは他の接続に対する付加帯域幅要求を同じＭＡＣパケットに全ＴＤＵへのパディングの一部としてパックできる。次に、アップリンク・マッピングについて説明する。

図１０は、本発明に使用するようにされているアップリンク・サブフレーム４００の計画された部分の、本発明の一実施例における加入者のアップリンク需要へのマッピングを示す。図９のＭＴＧ３０６と同様に、ＣＰＥ遷移間隙（ＣＴＧ）４０８は、新しいＣＰＥとの同期を確実に行うようにする１ＰＳプリアンブルを含むことが好ましい。サブフレーム４００内では、ＴＣ／ＰＨＹパケット７００は、ＣＰＥによりグループに纏めることが好ましい。個々のＣＰＥからの、帯域幅要求競合スロットで送られる帯域幅要求以外の、全てのメッセージは同じ変調形式を用いて送ることが好ましい。好適な実施例では、符号化の後でＰｌの整数倍を提供するために、ＣＰＥの送信はＴＤＵの整数倍であるようにパッドされることが好ましい。パディングは、充填タイプ０ｘ５５を使用することが好ましい。

アップリンク・マッピングとダウンリンク・マッピングは、データをＰＨＹ層５０８に送るために高次通信プロトコル層（ＣＧとＤＡＭＡ）にある機構を提供する。

本発明のデータを伝送し、同期する技術を使用することにより、計画されたアップリンクデータとダウンリンクデータはＭＡＣ層５０２、５０４（図５）と物理的層５０８（図５）の間で伝送および同期される。計画されたアップリンクデータとダウンリンクデータは、ＣＰＥ１１０により使用される変調形式を基にして、アップリンク・サブフレーム４００とダウンリンク・サブフレーム３００内でそれぞれ送られることが好ましい。本発明は、アップリンクデータとダウンリンクデータをＭＡＣ層５０２、５０４と物理的層５０８の間で送るために、ＭＡＣパケット６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ（それぞれ図６ａ〜６ｄ）のフォーマットとＴＣ／ＰＨＹパケット・フォーマット７００（図７）を使用することが好ましい。ＰＨＹ要素へのＭＡＣ実体のマッピングは、上で説明した（図８〜図１０）４段階のアップリンク・マッピングおよびダウンリンク・マッピングに従って行うことが好ましい。本発明および以下でより詳細に説明するやり方に従って、ＭＡＣパケットデータは可変長のようにしてＴＣ／ＰＨＹパケット・フォーマット７００へマップされる。したがって、ＴＣ／ＰＨＹパケット７００より大きいＭＡＣパケットはばらばらにされる。ＴＣ／ＰＨＹパケット７００より小さいＭＡＣパケットは、２つの条件の１つが適用されなければ、１つのＴＣ／ＰＨＹパケット７００内の次のＭＡＣパケットに連結される。それらの条件については、以下で詳細に説明する。

本発明の方法は、無線通信システムにおいてＭＡＣと物理的通信プロトコル層との間でデータを効率的に送る。本発明に従って帯域幅は効率的に使用される。その理由は、多数の可変長メッセージが多数のＴＣ／ＰＨＹパケット７００にわたって連結される。本発明は、データメッセージ・ヘッダがデータまたは無線リンクにわたって失われた時に、次のデータメッセージに迅速に同期するので有利である。失われたデータまたは無線リンクが再設定された後で、本発明は迅速な同期を行えるようにする。その理由は、次のＭＡＣヘッダ６４０、６５０、６６０、または６７０（図６ａ〜６ｄ）を見出すために、無線通信システムは、受けられたＴＣ／ＰＨＹパケット７００のヘッダ存在フィールド７０４を走査する必要があるのみだからである。したがって、データまたは無線リンクが再設定された時に、ほんの僅かな情報（１ＭＡＣメッセージより少ない）が失われる。この技術を、図１１を参照して以下に詳細に説明する。

データ伝送および同期技術
本発明の好適な実施例では、図６ａ〜６ｄを参照して説明したように、ペイロードは可変長ＭＡＣパケット６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄのフォーマットを送ることが好ましい。ＭＡＣパケット６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄの長さに依存して、本発明は、物理的層５０８（図５）にマッピングした時にＭＡＣパケット６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄをばらばらにし、または連結する。本発明の好適な実施例では、ＴＣ／ＰＨＹパケット７００は、最大容量が２０８ビットであるペイロード７１２（図７）を有する。好適な最大である２０８ビットは単なる例であって、他のＴＣ／ＰＨＹパケット・フォーマットを使用できること、および種々の最大ペイロードを持つことができることをこの分野の当業者は理解されるであろう。時にはＴＣ／ＰＨＹ７００は、ＭＡＣパケット６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄをマッピングするために利用できる最大容量より小さい容量を持つことができる。この状況は、以前のＭＡＣパケットまたはＭＡＣパケットの断片が現在のＴＣ／ＰＨＹパケット７００に既にマップされている時に起きる。例えば、好適な実施例では、９６ビットのＭＡＣパケットがＴＣ／ＰＨＹパケット７００にマップされたとすると、次のＭＡＣパケット６００を連結技術を用いてマッピングするために、１１２ビットをＴＣ／ＰＨＹパケット７００のペイロード７１２において利用できる。可変長ＭＡＣパケットを送り、かつこのようにしてＴＣ／ＰＨＹパケット７００にマッピングする手順が図１１に示されており、以下に詳細に説明する。

図１１に示されているように、本発明の方法はステップ１５０においてＭＡＣパケット６００をまず得ることにより、データ送りおよび同期技術を開始する。
この方法は、ＭＡＣパケット６００が現在のＴＣ／ＰＨＹパケット７００のペイロード７１２より長いかどうかを判定するステップ１５２へ進む。もし長ければ、この方法はステップ１５４へ進み、そのステップではＭＡＣパケット６００をばらばらにし、長くなければこの方法はステップ１６０へ進み、そのステップではＭＡＣパケット６００をＴＣ／ＰＨＹパケットにマップする。

ステップ１５４では、この方法はＭＡＣパケット６００を「断片ＭＡＣパケット」と呼ばれる小ビット長パケットにばらばらにする。ばらばらにされたＭＡＣパケット６００は第１の断片ＭＡＣパケットと第２の断片ＭＡＣパケットを少なくとも有する。その第１の断片ＭＡＣパケットは、現在のＴＣ／ＰＨＹパケット７００の残りの利用可能なビットを充たすために構成されることが好ましい。この方法は、ステップ１５４で第１の断片ＭＡＣパケットを上記のように現在のＴＣ／ＰＨＹパケット７００にマップする。その後で、この方法は、ステップ１５６へ進む。ステップ１５６では、この方法は、全ての断片がマップされるまで、残りの断片を次の引き続くＴＣ／ＰＨＹパケットへマップする。本発明の好適な実施例に従って、この方法は、同じＴＤＤフレーム２００におけるＭＡＣパケットから全ての断片を送ることが好ましい。その後で、この方法は、ステップ１５０へ戻って他のＭＡＣパケットを得る。

ステップ１６０では、この方法は、ＭＡＣパケットを上記のようにＴＣ／ＰＨＹパケットにマップする。その後で、この方法は、判定ステップ１６２へ進んで、ＴＣ／ＰＨＹパケット７００のペイロードに利用できるビットが存在するかどうかを判定する。マップされたＭＡＣパケットが、ＴＣ／ＰＨＹパケット７００の中間で（すなわち、ペイロード全体を充たす前）終らされたとすると、ビットは利用可能なままである。ペイロード内のビットが利用可能なままであるとすると、この方法は判定ステップ１６６へ進み、利用可能でなければ、ステップ１６４へ進み、そこからステップ１５０へ戻って上記のように別のＭＡＣパケットを得る。判定ステップ１６６では、この方法はダウンリンクで変調の変化があったかどうかを判定する。もしあったならば、この方法はステップ１６８へ進んで、ＭＴＧ３０６、３０６′が後に続く新しいＴＣ／ＰＨＹパケット７００を得、もしなかったならば、この方法は判定ステップ１７０へ進む。したがって、ステップ１６８の後で新しい変調の第１のＭＡＣパケットが、ＭＴＧ３０６、３０６′が後に続く新しいＴＣ／ＰＨＹパケット７００にマップされる。ステップ１６８の後では、この方法はステップ１６４へ進み、そのステップでこの方法はステップ１５０へ戻って上記のように別のＭＡＣパケットを得る。次のＭＡＣパケットは新しい変調形式を用いて送られる。

判定ステップ１７０では、この方法は、アップリンクでＣＰＥの変化があったかどうかを判定する。もしあったならば、この方法はステップ１７２へ進んで、ＣＴＧ４０８，４０８′，４０８″が後に続く新しいＴＣ／ＰＨＹパケット７００を得、もしなかったならば、この方法は判定ステップ１７４へ進む。したがって、ステップ１７２では、次のＣＰＥの第１のＭＡＣパケットが、ＣＴＧ４０８，４０８′，４０８″が後に続く新しいＴＣ／ＰＨＹパケット７００にマップされる。ステップ１７２の後では、この方法はステップ１６４へ進み、そのステップでこの方法はステップ１５０へ戻って、新しいＣＰＥになるであろう別のＭＡＣパケットを得る。ステップ１７４では、この方法は、もしあれば次のＭＡＣパケット、を現在のＴＣ／ＰＨＹパケット７００にマップする。その後で、この方法は、ステップ１５２へ戻って上記のように機能する。

まとめ
要約すれば、データを伝送および同期する本発明の方法および装置は無線通信システムでデータを伝送および同期する強力で、非常に効率的な手段を含む。データを伝送および同期するこの方法および装置はデータフォーマットとデータ伝送技術の組合わせを用いて、通信システムにおいてデータを効率的に伝送する。
有利なことに、本発明は、データの喪失が起きた時に層を迅速に同期する。この迅速な同期は、データまたは無線リンクの再設定時に２つ以上のＭＡＣメッセージのデータ喪失を阻止する。また、多数のＭＡＣパケットは本発明の技術を用いて多数のＴＣ／ＰＨＹパケット７００にマップすることが好ましい。

本発明のいくつかの実施例を説明した。しかし、本発明の要旨および範囲を逸脱することなく種々の変更を行うことができることを理解されるであろう。例えば、本発明の装置をＴＤＤ無線通信システムで使用されるものとして上で説明したが、ＦＤＤ無線通信システムにも全く同様に容易に使用される。
更に、本発明の装置は、ほぼいかなる種類の通信システムにも使用できる。それの用途は、無線通信システムに限定されるものではない。１つのそのような例は、衛星通信システムに本発明を使用することである。そのような通信システムでは、衛星は上記基地局の代わりをする。また、ＣＰＥは、衛星から一定の距離にもはや配置されていない。あるいは、本発明は、有線通信システムに使用できる。有線システムと無線システムとの唯一の違いは、チャネル特性が両者の間で異なることである。しかし、データの伝送および同期は、２つの種類のシステムの間で変化はない。したがって、本発明は、説明した特定の実施例によって限定されるのではなく、添付した特許請求の範囲によってのみ限定される。

１０６基地局
１０８アンテナアレイ
１１０ＣＰＥ
２００ＴＤＤフレーム
２０２フレーム
２０４，２０４′ 物理的スロット
３０４ダウンリンク・サブフレーム
３０６変調遷移間隙
３０８送信／受信遷移間隙
３１０プリアンブル
３１２ＰＨＹ制御部
４００アップリンク・サブフレーム
４０２位置決め競合スロット
４０４帯域幅要求競合スロット
４０６ＣＰＥ予定されたデータスロット
４０８ＣＰＥ遷移間隙
５０２，５０４ＭＡＣ層
５０６伝送収束層
５０８物理的（ＰＨＹ）層
６００可変長ＭＡＣパケット
６０４ヘッダ・フラッグ・フィールド
６０５ポール・ミーフィールド
６０６パワー制御フィールド
６０８暗号化ビットフィールド
６１０ＩＤ保留フィールド
６１２接続ＩＤフィールド
６１４断片化制御フィールド
６１６パケット喪失優先順位フィールド
６１８長さ保留フィールド
６２０長さフィールド
６２２ぺイロード・フィールド
６２３固定長ペイロード
６４０，６５０，６６０，６７０ＭＡＣダウンリンク・ヘッダ
７００ＴＣ／ＰＨＹパケット

Claims

他の加入者局と共有する無線通信リンクに沿ってアップリンクデータを送信し得る広帯域無線通信システムの加入者局において、
アップリンクデータを送信しダウンリンクデータを受信する送受回路と、
アップリンク送信用の制御メッセージを提供するように構成され、前記加入者局において確立された接続用のアップリンク帯域幅許可を受信し、前記加入者局で確立された少なくとも複数の接続へのアップリンク帯域幅許可を割り当てるメディア・アクセス・コントロール（MAC）モジュールと、
をそなえた加入者局。
請求項1記載の加入者局において、
前記制御メッセージは、前記接続を保持する帯域幅請求を有する加入者局。
請求項1記載の加入者局において、
前記アップリンク帯域幅許可は、アップリンクフレームマップ内で特定される加入者局。
請求項1記載の加入者局において、
前記アップリンク帯域幅許可は、前記帯域幅の利用可能性に基づいて割り当てられる加入者局。
請求項1記載の加入者局において、
前記アップリンク帯域幅許可は、前記通信リンク全体に亘って受容可能なBERを達成するのに必要な変調に基づいて割り当てられる加入者局。
請求項２記載の加入者局において、
前記アップリンク帯域幅許可は、前記帯域幅許可で特定された接続用に確立されたサービスの一類型を基にするものである加入者局。
請求項２記載の加入者局において、
前記アップリンク帯域幅許可は、前記加入者局に関連した通信パラメータに基づき提供される加入者局。
請求項７記載の加入者局において、
前記通信パラメータは、前記接続により要求されたサービスの質を含む加入者局。
請求項７記載の加入者局において、
前記アップリンク帯域幅許可は、さらに前記帯域幅請求内で特定された前記接続の優先度に基づいて割り当てられた加入者局。
請求項２記載の加入者局において、
前記帯域幅請求は、前記帯域幅請求を送信する他の加入者局と競合する加入者局を作動させるアップリンク競合帯域幅割り当て内で送信される加入者局。
請求項1０記載の加入者局において、
アップリンク競合帯域幅割り当てへのアクセスは、前記加入者局により発せられたポール・ミーメッセージに応じて許可される加入者局。
請求項1１記載の加入者局において、
前記ポール・ミーメッセージは、パケットのヘッド中における予約フィールド内に設けられたポール・ミービットである加入者局。
請求項1０記載の加入者局において、
前記帯域幅請求は、多重化アドレスを用いたアップリンク競合帯域幅割り当て内に設けられた加入者局。
請求項1０記載の加入者局において、
前記帯域幅請求は、帯域幅アドレスを用いる前記アップリンク競合帯域幅割り当て内に設けられる加入者局。
（ｃ）ＭＡＣデータパケットをばらばらにする手段と、
（ｄ）ＭＡＣデータパケットをＴＣ／ＰＨＹパケットにマッピングする手段と、
（ｅ）ＴＣ／ＰＨＹパケット中に利用可能なビットが残っているかどうかを判定する手段と、
（ｆ）ダウンリンクに変調の変化が存在するかどうかを判定する手段と、
（ｇ）新しい変調の第１のＭＡＣパケットを、ＭＴＧを従えている新たなＴＣ／ＰＨＹパケットにマッピングする手段と、
（ｈ）アップリンクにＣＰＥの変化が存在するかどうかを判定する手段と、
（ｉ）次のＣＰＥの第１のＭＡＣパケットを、ＣＴＧを従えている新たなＴＣ／ＰＨＹパケットにマッピングする手段と、
を備えている無線通信システムにおいてデータを同期し、伝送する装置。