JP4536771B2 - 第１の送信又は受信デバイスを第２の送信又は受信デバイスへ同期させる装置 - Google Patents

Description

本発明はネットワーク同期の分野に関し、具体的には、無線ネットワークの自己組織化タイミング同期の分野に関する。

ネットワーク同期は、ＴＤＤシステムのイネーブラ（enabler）である。ネットワーク内の全てのノードは、共通のタイムスロット構造の上で一致する必要がある。その場合、タイムスロットの開始はフレームの開始に対応する。更に、同期ネットワークの配置は、ＦＤＤシステムでの利益、例えば、改善された干渉管理及びマルチユーザ・スループットの向上を提供する。

公知の同期戦略の幾つかは、自然界で観察される自発的な同期現象に基づく。例えば、東南アジアでは、蛍の巨大な沼地が完全に同期して明滅している。特許文献１において、このモデルは無線ネットワークへ適応され、伝送遅延を考慮するときの達成可能な精度を改善した。タイム・アドバンス・ストラテジとして既知の本発明は、ノードを２つのグループに分割することによって精度を改善した。このスキームの典型的な応用は、各ノードが類似の役割を演じる暫定ネットワークを含む。このアルゴリズムを使用するとき、これら２つのグループの形成はランダムであり、制御することはできない。

ノードが基地局（ＢＳ）又はユーザ端末（ＵＴ）のいずれかであるセルラ・ネットワークにおいて、タイム・アドバンス同期ストラテジが直接応用されるならば、全ての基地局が１つのグループを形成し、ユーザ端末が第２のグループを形成することを確実にするため、あるプロセスを実行する必要がある。

更に、特許文献２は、発振器の２つのグループに関する。１つのグループは、タイミング参照を他の全ノードの上に課そうと試みた。特許文献１で呈示されたスキームとの大きな差異は、参照グループが同期することである。

したがって、グローバル参照時間が提供されるならば、中央化されたやり方で同期したネットワークを取得することができる。これは幾つかの手段、例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）又は欧州衛星操縦システム（ガリレオ）に依存して行うことができる。以下で［１］として参照される非特許文献１で説明されているように、これらのシステムを使用すると、１つの衛星が見通し線（line-of-sight）の中にあるとき、１００ｎｓの精度を達成することができ、４つの衛星が見えるとき、数ナノ秒の精度を達成することができる。

他の手段は、例えば、ネットワーク同期プロトコル（ＮＴＰ）に依存することである。このプロトコルを配置するため、以下で［２］として参照される非特許文献２で説明されているように、バックボーン・ネットワークの中にＮＴＰサーバが分散され、時間情報を定期的に送る。受信すると、基地局は時間参照を更新する。このプロトコルも高い精度をもたらす。

しかし、これらの同期手法は、全て中央化された解決法である。
欧州特許出願公開第０５０１５２５０号 欧州特許出願公開第０５０２７９１１号 Ｗ．Ｌｅｗａｎｄｏｗｓｋｉ ａｎｄ Ｃ．Ｔｈｏｍａｓ，「ＧＰＳ ｔｕｎｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ」，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ｔｈｅ ＴＥＥＥ，ｖｏｌ．７９，ｎｏ．７，ｗ ９９１−９９９，Ｊｕｌ．１９９１ Ｄ．Ｍｉｌｌｓ，「Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ：ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｉｍｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ａｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ｖｏｌ．３９，ｐｐ．１４８２−１４９３，Ｏｃｔ．１９９１ Ａ．Ｔｙｒｒｅｌｌ，Ｇ．Ａｕｅｒ，ａｎｄ Ｃ．Ｂｅｔｔｓｔｅｔｔｅｒ，「Ｆｉｒｅｆｌｙ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ａｄ ｈｏｃ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」，ｉｎ Ｐｒｏｃ．ｏｆ ３rd ＭｉＮＥＭＡ ｗｏｒｋｓｈｏｐ，Ｆｅｂ．２００６ ＩＳＴ−２００３−５０７５８１，「Ｄ７．１ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ」，ＷＩＮＮＥＲ，Ｔｅｃｈ．Ｒｅｐ．，２００４ ＩＳＴ−２００３−５０７５８１，「Ｄ２．１０ ｆｉｎａｌ ｒｅｐｏｒｔ ａｎ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ＲＩ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｎｃｅｐｔ，ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ」，ＷＩＮＮＥＲ，Ｔｅｃｈ．Ｒｅｐ．，２００５

本発明の目的は、２つの既定のグループを、自己組織化又は非中央化されたやり方で同期させるデバイス及び方法を提供することである。

この目的は、請求項１に従って、第１の送信又は受信デバイスを第２の送信又は受信デバイスに同期させる装置、及び請求項１４に従って、第１の送信又は受信デバイスを第２の送信又は受信デバイスに同期させる方法によって達成される。

本発明は、第１の送信又は受信デバイスを第２の送信又は受信デバイスへ同期させる装置を提供する。この装置は、前記第１の送信又は受信デバイスの中に配置され、
前記第２の送信又は受信デバイスから第１の同期信号を受信するように実現された受信機であって、前記第１の同期信号は第１の所定のグループに対応し、前記第１の送信又は受信デバイスは前記第１の所定のグループに属していない、受信機と
第２の同期信号を送信するように構成された送信機であって、第２の同期信号は、前記第１の同期信号と異なり、第２の所定のグループに対応し、第１の送信又は受信デバイスは前記第２の所定のグループに属し、前記第２の同期信号は、同期時間の後、第２の送信又は受信デバイスからの第１の同期信号と同期する、送信機と、
時間と共に所与の第１の関数に従って内部信号値を増加し、前記第１の同期信号を受信すると第２の関数に従って前記内部信号値を修正し、当該装置が受話状態にあるときに前記内部信号値を所与の閾値と比較するように構成された処理ユニットと
を含み、
ここで前記処理ユニットは、更に、
前記受信機を制御して、前記第２の送信又は受信デバイスからの前記第１の同期信号を受話状態で受信する用意をさせ、
前記送信機を制御して、前記内部信号値が前記閾値に達した後に始まる送信状態で前記第２の同期信号を送信させる、
ように構成されている。

本発明は、更に、第１の送信又は受信デバイスを第２の送信又は受信デバイスへ同期させる方法を提供する。当該方法は、
受話状態で前記第２の送信又は受信デバイスからの第１の同期信号を受信するステップであって、前記第１の同期信号は第１の所定のグループに対応し、前記第１の送信又は受信デバイスは前記第１の所定のグループに属していない、ステップと、
所与の第１の関数に従って、受話状態で時間と共に内部信号値を増加するステップと、
第１の同期信号を受信すると、受話状態で第２の関数に従って前記内部信号値を修正するステップと、
受話状態で前記内部信号値を所与の閾値と比較するステップと、
前記内部信号値が前記閾値に達した後、最も早く始まるように第２の同期信号を送信するステップであって、前記第２の同期信号は、前記第１の同期信号とは異なり、第２の所定のグループに対応しており、前記第１の送信又は受信デバイスは第２の所定のグループに属し、前記第２の同期信号は、同期時間の後、前記第２の送信又は受信デバイスからの前記第１の同期信号と同期する、ステップと
を含む。

本発明は、２つの異なる同期信号を使用することによって、及び２つのタイプのノード、即ち、「第１の」同期信号を送信して「第２の」同期信号を受信したとき内部信号値を適応させる第１のタイプのノード、及び「第２の」同期信号を送信して「第１の」同期信号を受信したとき内部信号値を適応させる第２のタイプのノードを定義することによって、同じタイプのノードを同じ既定のグループへ強制しながら、全てのノードの同期を達成することができるという知見に基づく。

ＢＳ及びＵＴを正しく分割するため、２つのグループへの分離を利用する解決法が提供される。

更に、適切な時間設定を選択することによって、２つのグループのノードが同期信号を送信する時点に関して、これら２つのグループ間で所定の時間偏差を達成することができる。

勝利者（ＷＩＮＮＥＲ）システムに関しては、本発明の実施形態に基づいて、セル内（ｉｎｔｒａ−ｃｅｌｌ）同期、即ち、サービスする基地局（ＢＳ）に対するユーザ端末（ＵＴ）の同期、及びセル間（ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ）同期、即ち、基地局間の同期を達成することができる。

勝利者システムの技術要件は、以下により詳細に説明される。

更なる実施形態において、ノード、例えば、ユーザ端末は、他のユーザ端末から送信された同期信号を受信したとき、内部信号値を追加的に適応させるように実装される。以下に示されるように、これは高い同期率を達成する助けとなる。

他の実施形態は、高い同期率及び安定な同期を達成するため、待機状態及び／又は不応状態を追加的に含む。

本発明の実施形態は、タイミングを調整することによって、スーパーフレーム及び勝利者システムの各プリアンブルの任意の実装に順応するように適応可能である。本発明の実施形態を使用することによって、プリアンブル、ミドアンブル、又はポストアンブル・スキームの使用を含む多くの他のフレーム構造を実現できることが、当業者に明らかである。

したがって、本発明の実施形態は、積分発火型発振器（integrate-and-fire oscillator）の原初の単純性を維持しながら、非常に柔軟な同期スキームを提供する。

本発明の実施形態は、下記の図面に関連づけて詳細に説明される。

本発明の実施形態を詳細に説明する前に、下記の用語及びそれらの関係を紹介する。本発明の装置は、パルス結合発振器又は積分発火型発振器とも呼ばれてよい。幾つかの実施形態において、内部信号値は位相Φとも称され、閾値はΦ閾値とも称され、第１の関数は位相関数、積分関数、又は増分関数とも称され、第２の関数は位相応答曲線Δ（Φ）とも称されてよい。

ノードの用語は、本発明の装置の実施形態、又は一般的に、本発明の送信デバイス又は受信デバイスと称されてよい。同期信号は、パルス、メッセージ、又は同期バーストとも称されてよい。第２の関数は、結合関数と称されてよい。

勝利者スーパーフレーム（WINNER super frame）の具体的実施形態を説明する前に、本発明の実施形態について一般的に良好な理解を提供するため、積分発火型発振器の基礎概念を説明する。

自己組織化システムの興味深い例は、東南アジアの川岸で見ることができる。明け方に蛍が木の上に集まり、明滅を同期させて、木の全体が完全に同期して点滅するように見える。そのような同期を説明する数学的アプローチは、「パルス結合発振器」の概念に基づく。これは、蛍が完全に網状のネットワークを形成し、パルスを介して通信することを仮定する。「パルス結合発振器」の用語は、定期的に発振し、発振を完了する度に交信するシステムを意味する。

この交信は、隣接した発振器によって感知されるパルスの形式を取る。これらのシステムは、完全な同期からパターン形成までの異なる振る舞いを示すことが既知である。

下記では、パルス結合発振器の間で、時間同期がどのように達成されるかを説明する。最初に、数学モデルがこれらの発振器に関連づけられる。次に、２つ以上のパルス結合発振器がどのように同期して、１つの発振器のようにパルスを出すことができるかが検証される。

簡単な数学モデル又は表現として、パルス結合発振器は、その位相関数Φ（ｔ）によってのみ記述される。この関数は、閾値Φ閾値に達するまで、時間と共に線形に展開する。閾値Φ閾値に達すると、発振器はファイヤ(発火)して位相をリセットする。このようにして、任意の他の発振器に結合されていなければ、それはＴに等しい期間でファイヤする。したがって、下記では、この期間は位相関数期間Ｔ又は発振器期間Ｔと呼ばれる。

この関数の展開に起因して、これらの発振器も積分発火型発振器と呼ばれる。図１Ａは、単独の発振器の位相関数の展開を示している。

図１Ｂは、積分発火型発振器の第２の表現としてのパイチャートを示している。図１Ｂで示されるように、発振器は、円の上を反時計回りに回転していると考えることができ、前記円の上の各位置は、受話状態（listen state）の間の位相Φ（ｔ）を表し、円の完了後にファイヤする。位相は内部クロックとも考えることができる。

このモデルは、生物学的パルス結合発振器の振る舞いを近似する。ファイヤリング時点は、蛍では光の発射、ニューロンでは電気インパルス、ノードでは同期信号の送信に対応する。そのような発振器がパルスを受け取るとき、どのように位相関数を修正することによって同期し得るかを、下記によって理解できる。

位相関数のみに基づいて、２つの同じ発振器は、わずかな期間内にファイヤリング時点を同期させることができる。これを達成するため、発振器は他の積分発火型発振器からパルスを受け取るときに位相を修正する。

図２Ａは、２つの発振器がこのスキームを使用して、どのように同期できるかを示している。時点０において、発振器は同期していない。それらの初期位相Φ₁及びΦ₂は、０とΦ閾値との間でランダムに分布している。このとき、各々の発振器は、それらの１つがΦ閾値に達するまで、時間と共に位相を線形に増分する。ｔ₁では発振器１が最初に閾値に達する。それはパルスをファイヤして位相をリセットする。発振器は結合されているから、発振器２はそれ自体の位相を増分する。増分は、位相戻り曲線（ＰＲＣ）Δ（Φ）によって決定される。この関数については後で解説する。ｔ₂では発振器２がファイヤし、したがって発振器１が位相を増分する。このスキームはｔ₅まで進む。ｔ₅では、発振器１のファイヤリングによって、発振器２が同じ時点でファイヤする。このとき、双方の発振器は同期する。ｔ₆＝ｔ₅＋Ｔにおいて、それらは同じ時点でファイヤする。

図２Ｂは、２つの積分発火型発振器がそれぞれの位相Φ₁及びΦ₂を有する場合のシナリオのパイチャートを示している。発振器がファイヤするとき、それは即時にパルスを送信する。

最初、双方の発振器は、独立又は隔離され、それらの位相Φは時間と共に線形に増分する。相互に結合されていれば、１つの発振器のファイヤリングによって、他の発振器は現在の位相に依存する量だけ位相を即時に増分する。Δ（Φ）は位相増分である。
Φ→Φ＋Δ（Φ）

例示的な位相増分は、参照符号２１０、２２０、及び２３０によって、図２Ｂで示されている。位相増分２３０は図２Ａの時点ｔ₅で示される状況を示し、第１の発振器がファイヤし（Φ₁（ｔ₅）＝Φ閾値）、したがって第２の発振器は、第１の発振器のパルスを受信すると（Φ₂（ｔ₅）＜Φ閾値）、位相を増分する。位相は、増分を実行した後でΦ閾値に等しくなる。

この単純なタイプの交信は、初期状態がどのようなものであっても同期を導くことができる。しかし、そのためには、関数ｆ（Φ）に基づいて増分Δ（Φ）を選択する必要がある。ここで、発振器が同期するためには、ｆ（Φ）は下に凹でなければならない。選択される関数は、次のとおりである。

各々の発振器について、関数ｆは振幅の役割をする。発振器がパルスを受信するとき、それは量ε、ε＞０だけ振幅を上げる。これは、位相Δ（Φ）の増加に等しい。図２Ｃは、ｂ＝３及びε＝０．１について、位相増分Δ（Φ）がどのように位相応答曲線から取得されるかを示している（正規化された位相Φ及びΦ閾値＝１のために）。

図２Ｄは、積分発火型発振器の振る舞いを記述する２つの関数の例を示している。参照符号２５０は位相Φ（ｔ）の積分又は増分関数を示し、参照符号２６０は線形位相応答曲線ΔΦ（Φ）を示している。したがって、この簡単なモデルのみに基づいて、２つ以上の同じ発振器が、わずかな期間内でファイヤリング時点を同期させることができる。

Δφは、位相応答曲線（ＰＲＣ）によって決定される。位相応答曲線は、例えば、次のように線形であるように選択可能である。
φ＋Δφ＝ｍｉｎ（α・φ＋β，１）

ここで、ｂは放熱係数（dissipation factor）であり、εは振幅増分である。双方の因子は発振器間の結合を決定する。閾値φ閾値は１へ正規化される。

ネットワークが完全に網状であれば、システムは常に収束する。即ち、ｂ＞０及びε＞０について、全ての発振器は１つの発振器のようにファイヤする。同期までの時間は積ｂ・εに反比例する。

上記で説明されたこのモデルは、同期を導くパルス結合発振器の最も簡単な数学的解釈を呈示する。

無線環境において、パルスは通信のためにはほとんど考慮されない。なぜなら、パルスは検波するのに困難だからである。この原初のフレームワークは、以下で［４］として参照される非特許文献３で説明されるように、ある持続時間のパルスのバースト又は系列を介する通信に当てはまるように適応された。このスキームは時間前進同期スキームと呼ばれる。時間前進同期戦略は、完全に網状のネットワークを考慮するとき、分散した仕方で時間同期をどのように取得できるかを説明する。時間同期は、地方時ユニットを整列させて、全てのノード間の共通スロット構造を定めることと定義される。時間前進同期スキームは、以下により詳細に説明される。

上記の労作は、伝送遅延、例えば、同期語の持続時間（Ｔ_Tx）、及び受信機が受信メッセージを処理するために必要な復号遅延（Ｔ復号）は、原初の蛍同期スキームの取得可能な精度（accuracy）に影響を与えることを示した［４］。この負の効果と戦うため、ノードの有限状態機械（finite state machine）へ待機状態が加えられた。時間前進同期スキームに従った１つのノードを記述する状態機械は、図３Ａに示されている。

状態機械は、４つの状態、即ち、受話（LISTEN）と、待機と、送信と、不応（REFRACTORY）とを含む。受話状態ＬＩＳＴＥＮの間、ノードは積分関数に従って位相Φを増分し、受話時間Ｔ受話の間、他のノードのパルスを受話する。パルスを受信すると、ノードは位相応答曲線に従って位相を増加する。位相Φが閾値に達すると、即ち、Φ＝Φ閾値になると、ノードはファイヤし、又は言い換えれば、ファイヤリング状態に達する。この事象（ファイヤ）において、ノードは位相をゼロへリセットし、待機状態ＷＡＩＴへ変化し、待機状態に関連づけられた待機時間Ｔ待機の間、待機する。待機状態の間、ノードは他のノードのパルスを受話せず、それ自体パルスを送信しない。

待機時間が終わると（事象：待機終了）、ノードは送信状態ＴＲＡＮＳＭＩＴへ変化し、同期信号長Ｔ_Txを有するパルス又は同期信号の送信をそれ自体開始する。同期信号の送信の後（事象：送信終了）、ノードは不応状態ＲＥＦＲへ変化する。ノードは、不応時間Ｔ不応の間、不応状態に維持される。不応時間が終わった後（事象：不応期間終了）、ノードは再び受話状態へ変化する。

図３Ｂは、時間ｔにわたる位相Φ（ｔ）の例示的な図を示している。ノードは、最初、他のノードの同期信号を受話し（ｌｉｓｔｅｎ）、位相を増分し、閾値に達した後、ノードはファイヤし（ｆｉｒｅ）、同期信号を送信する（Ｔｘ）前に待機時間で待機する（ｗａｉｔ）。送信の後、ノードは不応状態（ｒｅｆｒ）へ変化し、その後で再び受話状態（ｌｉｓｔｅｎ）へ変化する。図３Ｂは、伝搬遅延Ｔ₀を無視できるシナリオを示している。待機時間Ｔ待機は次のように定義される。
Ｔ待機＝Ｔ−（Ｔ_Tx＋Ｔ復号）
ここで、Ｔ復号は復号時間である。

同期信号を受信する他のノードは、同期信号を完全に受信した後に同期信号の復号を開始する。復号に必要な時間は前記復号時間Ｔ復号である。前記他のノードは、第１のノードがファイヤしてから正確にＴ秒後に（３１０）位相を増分する。

図３Ｃの上方部分は、送信機Ｔｘが通信路関数ｈ（ｔ）を有する通信路の上で信号ｘ（ｔ）を受信機Ｒｘへ送信する例示的な伝送モデルを示している。受信機Ｒｘによって受信された信号ｙ（ｔ）は、次のように書くことができる。
ｙ（ｔ）＝ｈ（ｔ）＊ｘ（ｔ＋Ｔ₀）
Ｔ₀は、通信路によって生じた伝搬遅延である。受信信号へ適用される照合フィルタ（matched filter）の出力は、次のように記述される。
Λ（ｔ）＝ｘ（−ｔ）＊ｙ（ｔ）

図３Ｃの下方左側は、時間的な状態系列を示している。系列は、送信Ｔ_xから始まり送信時間Ｔ_Txの間続き、不応状態及び受話状態がその後に続いている。図３Ｃの下方右側は、ノード送信の実際の開始と他のノードのそれぞれの位相増加との間の全遅延Ｔ全を示している。この場合、伝搬遅延Ｔ₀、同期信号長又は送信時間Ｔ_Tx、及び復号時間Ｔ復号が考慮に入れられる。上記の遅延を考慮に入れることは、同期信号の受信が次の時間に起こることを意味する。
Ｔ全＝Ｔ₀＋Ｔ_Tx＋Ｔ復号

図３Ａ及び積分発火型発振器の前記の説明を再び参照すると、タイム・アドバンス同期スキームを使用する同期原理は、次のように要約される。

受話の間、メッセージが時間ｔ＝ｔ_jで受信及び復号を終了されると、時間と共に０から閾値Φ閾値へ線形に増分するノードｉの位相関数Φ_iは、現在の位相値に依存するオフセット値だけ増分される［４］。
φ_i（τ_j）＋Δφ（φ_i）＝ｍｉｎ（α・φ_i（τ_j）＋β，１） （１）
ここで、因子α及びβの双方は、発振器の間の結合を決定し、全ての発振器について同じである。閾値Φ閾値は１へ正規化される。この位相調整は、ノード間の交信が行われる唯一の瞬間であり、他のグループよりもＴ秒遅れてファイヤする２つのグループを作り出す［４］。

図３Ａに示されているように、タイム・アドバンス・スケジューリングに従ったノードを参照すると、各々の状態の持続時間を可視化するため、Ｎ個のノードからなるシステムは、パイチャートの周囲を回るマーカとして表現可能である。タイム・アドバンス・スキームに従った１つの発振器の自然発振期間は２・Ｔに等しい。

したがって、このパイチャートの周囲を回る１つの完全な回転は２・Ｔに等しい。各々の状態のサイズは、Ｔ待機、Ｔ_Tx、Ｔ不応、及びＴ_Rxに比例する。そのような表現は図４Ａ及び図４Ｂに示されており、Ｔ_Rx＝０．８・Ｔ、Ｔ待機＝０．７５・Ｔ、Ｔ_Tx＝０．２・Ｔ、及びＴ不応＝０．２５・Ｔである。ここで、Ｔ待機は待機状態に関連づけられた待機時間であり、Ｔ_Txは送信状態に関連づけられた同期信号長又は送信時間であり、Ｔ_Rxは受話状態に関連づけられた受話時間であり、Ｔ不応は不応状態に関連づけられた不応時間である。

最初は同期していなかったＮ個のノードからなるそのようなシステムが、ある時間の後に正確にＴ秒離れてファイヤする２つのグループをどのようにして形成できるかを理解するため、１つのノードＡの展開を研究する。ノードは交互に送信機及び受信機となるので、最初にノードＡが送信し、次に受信する場合を検討する。

図４Ａは、ノードＡが待機状態を離れた後に送信を開始するときのタイム・アドバンス・システムに基づくシステムを表している。図４Ａは、図３Ａに従った４つの制御状態、即ち、ＷＡＩＴ、ＴＲＡＮＳＭＩＴ、ＲＥＦＲ、及びＬＩＳＴＥＮを示している。

この時点で、送信している全てのノードは受信機をオフに切り換えられ、ノードＡのメッセージの始まりを受信することはできない。このグループはＲ１と名前を付けられる。受話しているがＴ_Tx＋Ｔ復号内でファイヤするノード、及び待機しているノードも、ノードＡの同期メッセージを完全に受信及び復号することはできない。この領域はＲ２と名前を付けられる。

したがって、Ｒ３の名前を付けられた領域のノードのみが、送信された同期メッセージを完全に解釈することができる。それらのノードは、ノードＡが送信を開始した後のＴ_Tx＋Ｔ復号でメッセージを受信及び復号している。この時点は図４Ｂで表されている。ノードＢはＲ３の一部分であり、この時点で位相をΔΦ（Φ_R）だけ増分する。これはノードＢを即時にファイヤさせる。このようにして、ノードＢのマーカはノードＡのマーカと直径的に反対にある。したがって、２つのノードは相互から正確にＴ秒離れてファイヤする。言い換えれば、これらの２つのノードは同期する。

図４Ｃは、ノードＡが受信機をオンに切り換えたときのシステムを表している。ノードＡは受信を開始するので、それが送信していて不応状態にあった間に送信されていたメッセージを逸失することになる。したがって、ノードＡは、状態が領域Ｒ４内にあるノードのメッセージを受け入れようとしない。

ノードＡは、受話状態、又は、他の実施形態では不応又は受話状態にあるときに送信されている任意のメッセージを受信することができる。

しかし、メッセージが、ファイヤする前のＴ_Tx＋Ｔ復号以内に送信を開始するならば、そのメッセージは完全には受信及び復号されない。この領域はＲ５と名前を付けられる。

したがって、ノードＡは、状態が領域Ｒ６内にある送信機から同期メッセージを完全に受信及び復号することができる。ノードＡが領域Ｒ６の中の送信機からメッセージを受信するとき、ノードＡは直径的に反対の状態へ向かって状態を累進的にシフトする。

ノードＡの状態の展開を要約すると、ノードＡがファイヤするときの重要な領域が図４Ｄに集められている。

図４Ｄは、パイチャートに基づいて、タイム・アドバンス・ストラテジを有する受信機及び送信機の分解を示している。

領域Ｒ３の中のノードは、ノードＡのメッセージを聞くことができ、ノードＡに対して直径的に反対の点へ向かって状態を累進的にシフトする。逆に、領域Ｒ６のノードのメッセージはノードＡによって聞かれ、ノードＡに対して直径的に反対の状態へ累進的にシフトする。２つのグループがパイチャートの表現形態の上で直径的に反対となり、それらのファイヤリング時点がＴ秒離れた間隔であるとき、タイム・アドバンス・スキームでの同期が宣言される。

システムが同期するとき、全てのノードは安定な平衡状態にある。なぜなら、１つのグループからのノードが同期状態から少し移動するならば、直径的に反対のグループは新しい状態に加わるか、ずれたノードが平衡位置へ戻るように強制するからである。

他方、ノードＡは、状態が領域Ｒ１又はＲ４にあるノードから受信することも、それらのノードに影響を与えることもできない。これらのノードが同期するためには、領域Ｒ３又はＲ６からのある外部ノードが、それらのノードが外部ノードのメッセージを受信するとき１つのグループへ併合することによって、それらのノードが同期することを強制する。全てのノードが領域Ｒ１又はＲ４の中にあるシステムは、決して成功裏に同期することはできない。

言い換えれば、それらのノードは相互の同期信号に対して受け入れる状態でない。したがって、領域Ｒ１及びＲ４は、難聴領域（deafness region）、難聴スポット難聴錐面（deaf spot deafness cone）と呼ばれる。

下記では、勝利者システムにおけるネットワーク同期の実施形態を説明する。

前述したように、特許文献１は、更に、発振器の２つのグループに関係し、１つのグループがタイミング参照を他の全ノードに課そうと試みた。特許文献２で呈示されたスキームとの大きな差異は、参照グループは同期していたが、「勝利者システム」において基地局は最初相互に同期していないことである。勝利者プロジェクト及びシステムの目的は、将来のブロードバンド無線インタフェースの重要な技術を識別し、これらの技術に基づいてユビキタス無線システムの概念へ導く基本概念を開発し、それらの評価を実行することである。

ＴＤＤ及びＦＤＤをサポートする勝利者システムの中で、ＴＤＤについては、ネットワーク内の全てのノードが、共通タイムスロット構造の上で一致する必要がある。その場合、タイムスロットの開始はスーパーフレームの開始に対応する。更に、同期したネットワークの配置は、ＦＤＤベース勝利者システムにおける利点、例えば、改善された干渉管理及びマルチユーザ・スループットの向上を提供する。

このようにして、勝利者システムの内部で、ネットワーク内のノードは、スーパーフレームの始まりを示す共通の伝送時間参照で一致する必要がある。セルラ・ネットワークの内部で、基地局はユーザ同期を維持する責任があり、セル間（ｉｎｔｅｒ−ｃｅｌｌ）同期が必要である。基地局が存在しない可能性があるピアツーピア・モードにおいて、参加者間の同期は、中央化されないやり方で達成される必要がある。

グローバル参照時間が提供されるならば、中央化されたやり方で、同期したネットワークを取得できる。これは、最初に説明したように、幾つかの手段、例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）又は欧州衛星操縦システム（ガリレオ）に依存することによって、又はＮＴＰに基づいて行われ得る。

しかし、これらの同期手法は、勝利者システムに十分適しているとは言えない。これには幾つかの理由がある。例えば、ＧＰＳ／ガリレオ方法はコスト及びサイズに制約を課し、ＮＴＰはＮＴＰサーバが基地局に接続されることを課す。

更に、勝利者１のシステム要件から、サイト間（ｉｎｔｅｒ−ｓｉｔｅ）時間同期は要件ではなく、以下で［３］として参照される非特許文献４で説明されるように、サイト間時間同期を有しない動作が可能である。したがって、ネットワークの所有者又は配置者は、ネットワークの同期を積極的に作り出すことを強制されない。これは、ネットワークの管理されない自己同期が、システム概念の構成部分であることを意味する。

勝利者プロジェクトの最初の段階では、以下で［５］として参照される非特許文献５で説明されるように、ネットワーク同期がシステムの中へ組み込まれた。最も注目すべき貢献は、図５で示されているように、勝利者スーパーフレームのプリアンブルの中に、２つの同期語（synchronization word）が含まれることである。

ネットワーク同期の手続きは、次のように２つの同期語を使用する。「ＵＬ，同期」の名前を付けられた第１の同期語は、ユーザ端末（ＵＴ）によって使用され、同期するため無線アクセスポイント（ＲＡＰ）によって受け取られる同期語を送信する。同じように、「ＤＬ同期」の名前を付けられた第２の同期語は、ＲＡＰによって使用され、同期するためＵＴによって使用される同期語をブロードキャストする。無線アクセスポイント及び基地局（ＢＳ）の用語は、本明細書の文脈では同義語として使用される。

一見したところ、これは前に呈示された同期スキームへ良好に当てはまる。即ち、２つのグループが作り出され、各グループが交互に送信する。しかし、大きな問題は、ノードが同じと考えられるため、２つのグループの形成がランダムであり、２つのグループへの分離を制御するやり方が存在しないことである。

第２の問題は、各グループのファイヤリング間の時間差が同じでないことである。原初のアルゴリズムでは、同期したノードは、他のノードのＴ秒後にファイヤした。この対称性は、全てのノードが同じ規則に従うことを可能にするために必要であった。しかし、勝利者スーパーフレームの中では、この対称性は保証されない。なぜなら、各々の送信長の持続時間はまだ固定されていないからである。したがって、「ＤＬ同期」の送信が、スーパーフレーム・プリアンブルの正確な半分で行われることを想定することはできない。

本発明の実施形態は上記の問題に解決法を提供する。これについて下記で説明する。

勝利者システムのスーパーフレーム・プリアンブルは、５つのタイムスロットからなる。即ち、ＵＴによって送信される持続時間Ｔ_UL,同期のアップリンク同期語「ＵＬ同期」のための送信タイムスロットと、持続時間Ｔ_RACのランダム・アクセス通信路タイムスロット「ＲＡＣ」と、持続時間Ｔ_GIの保護区間タイムスロット「ＧＩ」と、ＢＳによって送信される持続時間Ｔ_DL,同期のダウンリンク同期語「ＤＬ同期」のための送信タイムスロットと、情報をセルの構成員へ転送するためＢＳによって使用される持続時間Ｔ_BCHのブロードキャスト通信路タイムスロット「ＢＣＨ」とである。

これらタイムスロットの合計はプリアンブルの長さに対応する。
Ｔフ゜リアンフ゛ル＝Ｔ_UL,同期＋Ｔ_RAC＋Ｔ_GI＋Ｔ_DL,同期＋Ｔ_BCH （２）

２つのグループ、即ち、ＢＳによって形成されるグループ及びＵＴによって形成されるグループの形成を強制するため、ＢＳの位相関数は、ＵＴからの送信を検波するときに調整される。この逆も同様である。したがって、２つの同期語又は信号が使用される。図６は、ノードが同期するとき、ＢＳ及びＵＴについて定義される２つの状態機械（state machine）、並びにスーパーフレーム・プリアンブル構造を示している。

図５は、スーパーフレーム５００のプリアンブル５１０とペイロード部分５２０とを有する勝利者スーパーフレームを示している。プリアンブル５１０は、アップリンク同期信号（ＵＬ同期）タイムスロット５３０と、ランダム・アクセス通信路（ＲＡＣ）タイムスロット５４０と、保護区間（ＧＩ）タイムスロット５５０と、ダウンリンク同期信号（ＤＬ同期）タイムスロット５６０と、ブロードキャスト通信路（ＢＣＨ）タイムスロット５７０とを含む。

図６は、図５のスーパーフレーム・プリアンブル５１０、並びにユーザ端末状態機械６１０及び基地局状態機械６３０のそれぞれの実施形態を示している。スーパーフレーム・プリアンブルは、各持続時間Ｔ_UL,同期を有するアップリンク同期語タイムスロット５３０と、各持続時間Ｔ_RACを有するランダム・アクセス通信路タイムスロット５４０と、各持続時間Ｔ_GIを有する保護区間タイムスロット５５０と、各持続時間Ｔ_DL,同期を有するダウンリンク同期語５６０と、各持続時間Ｔ_BCHを有するブロードキャスト通信路タイムスロット５７０とを示している。アップリンク同期語の持続時間とランダム・アクセス通信路タイムスロットの持続時間との合計は、アップリンク持続時間Ｔ_ULとして、Ｔ_UL＝Ｔ_UL,同期＋Ｔ_RACで定義される。保護区間タイムスロットの持続時間と、ダウンリンク同期語タイムスロットの持続時間と、ブロードキャスト通信路タイムスロットの持続時間との合計は、ダウンリンク持続時間Ｔ_DLとして、Ｔ_DL＝Ｔ_GI＋Ｔ_DL,同期＋Ｔ_BCHで定義される。

ユーザ端末状態機械６１０は、３つの状態、即ち、受話状態６１２（受話，ＵＬ）と、送信状態６１６（送信ＵＬ，同期）と、不応状態６１８（不応，ＵＬ）とを含む。

基地局状態機械６３０は、４つの状態、即ち、受話状態６３２（受話，ＤＬ）と、待機状態６３４（待機，ＤＬ）と、送信状態６３６（送信ＤＬ同期）と、不応状態６３８（不応，ＤＬ）とを含む。

同期した状態において、スーパーフレーム・プリアンブルの始まりで、ユーザ端末は送信状態６１６にあり、アップリンク同期語を送信する。ここで、送信状態６１６の持続時間はアップリンク同期語の持続時間Ｔ_UL,同期に対応する。送信後、ユーザ端末は不応状態６１８へ変化する。ここで、不応状態６１８の持続時間はランダム・アクセス通信路タイムスロットの持続時間Ｔ_RACよりも長い。基地局はスーパーフレームの始まりでは受話状態６３２にあり、ユーザ端末によって送信されたアップリンク同期語を受信し、ダウンリンク復号時間Ｔ_DL,復号を使用してアップリンク同期語を復号する。アップリンク同期語の復号が成功した後、即ち、ダウンリンク復号時間の後、基地局は６４０で「ファイヤ」し（ファイヤ，ＤＬ）、待機状態６３４へ変化する。保護区間タイムスロットの持続時間Ｔ_GIに対応する、待機状態６３４に関連づけられた待機時間の後、基地局は送信状態６３６へ変化し、ダウンリンク同期語の送信を開始する。送信状態６３６の持続時間は、ダウンリンク同期語タイムスロット５６０の持続時間Ｔ_DL,同期に対応する。不応状態６１８に関連づけられた不応時間の後、ユーザ端末は受話状態６１２へ入り、基地局によって送信されたダウンリンク同期語を受信する。ダウンリンク同期語を完全に受信した後、ユーザ端末はアップリンク復号時間Ｔ_UL,復号を使用してダウンリンク同期語を復号する。アップリンク復号時間の後、ユーザ端末は６２０で「ファイヤ」する（ファイヤ，ＵＬ）。ユーザ端末のアップリンク復号時間は、ブロードキャスト通信路タイムスロット５７０の持続時間Ｔ_BCHに対応する。

ユーザ端末及び基地局の状態機械並びにそれらの交信は、図１０Ａ及び１０Ｂに基づいて、以下により詳細に説明される。

交信は基地局とユーザ端末との間でのみ許され、ノードを２つの既定のグループへ分離する解法は、２つの部分で行われる。

基地局での結合（部分１）：時点τ_jで、位相関数Φ_iが時間と共に線形に増分する「受話」モードにＢＳノードｉが置かれ、ｉと通信できるＵＴノードｊがＴ_UL,同期＋Ｔ_DL,復号前に送信を開始したのであれば、受信するＢＳノードｉはＴ_UL,同期＋Ｔ_DL,復号前に現在の位相を増分する。受信するＢＳノードｉは、次のように現在の位相Φ_iを増分する。
φ_i（τ_j）→φ_i（τ_j）＋Δφ_BS（φ_i（τ_j））ここで、Δφ_BS（φ）＝α_BS・φ＋β_BS （３）

ユーザ端末での結合（部分２）：時点τ_iで、位相関数Φ_jが時間と共に線形に増分する「受話」モードにＵＴノードｊが置かれ、ｊと通信できるＢＳノードｉがＴ_UL,同期＋Ｔ_UL,復号前に送信を開始したのであれば、受信するＵＴノードｊは現在の位相Φ_jを増分する。即ち、
φ_j（τ_i）→φ_j（τ_i）＋Δφ_UT（φ_j（τ_i））ここで、Δφ_UT（φ）＝α_UT・φ＋β_UT （４）

各ノードの難聴に起因して、ＵＴとＢＳ間でのみ通信を許可することは、システムを同期させない可能性がある。これを解決するため、ＵＴ間の交信が許可される。次のように追加される。

ユーザ端末間の結合：時点τ_kで、ＵＴノードｊが「受話」モードに置かれ、ｊと通信できる他のＵＴノードｋがＴ_UL,同期＋Ｔ_UL-UL,復号前に送信を開始したのであれば、受信するＵＴノードｊは次のように現在の位相Φ_jを増分する。
φ_j（τ_k）→φ_j（τ_k）＋Δφ_UT-UT（φ_j（τ_k））ここで、Δφ_UT-UT（φ）＝α_UT-UT・φ＋β_UT-UT （５）

この戦略のおかげで、前に要約された戦略ではランダムに行われた２つのグループの形成を、今では制御することができる。即ち、全てのノードがランダムにファイヤするランダム初期化状態から開始して、簡単な結合規則に従った後に、ＵＴ及びＢＳは時間と共に２つの所定のグループへ分離し、ＢＳグループはＢＳのみを含み、ＵＴグループはＵＴのみを含み、全てのＢＳはＵＴの後のＴ_ULでファイヤし、全てのＵＴはＢＳの後のＴ_DLでファイヤする。この状態は同期した状態に対応する。

提案された解決法を、前述したタイム・アドバンス・スキームと比較するとき、幾つかの利点を指摘することができる。

提案されたスキームは、２つの所定のグループ、即ち、ユーザ端末及び基地局が２つのグループを形成することを確実にする。

各グループのファイヤリング時点の時間差は、全期間の半分の時間である必要はない。

なぜＵＴ間の結合が好ましいかを理解するため、同期していない安定状態が呈示される。各ノードが送信しているときの難聴（メッセージを受け入れないこと）に起因して、図４で示されるように、ＢＳでは幅２・Ｔ_DL,同期、ＵＴでは２・Ｔ_UL,同期の難聴錐面（deafness cone）が依然として存在する。これはノードが２つの集団を形成することになる可能性がある。集団の各々は２つのノード・グループを含み、絡まっている。即ち、２つのグループが２回形成され、通信することができない。この状況は図７で表される。

図７Ａ及び図７Ｂでは、２つの状況が示されている。

図７Ａでは、グループ１のＢＳ及びＵＴ並びにグループ２の構成員が同期する。しかし、２つの集団が形成される。なぜなら、グループ２のＵＴはグループ１のＢＳと通信することができないからである。これは、これら２つのグループ間で接続を欠いているからである。したがって、安定な最終状態は同期しない。この場合は、疎のネットワーク、即ち、ＢＳ及びＵＴが少数の隣接ノードを有するネットワークで最も多く現れる。

図７Ｂにおいて、１及び２の名前を付けられたＢＳ及びＵＴの２つの集団は同期しない。なぜなら、ＢＳはＵＴの難聴錐面の中にあり、逆もそうだからである。この状況は、伝送遅延が大きいときに現れ得る。

双方の場合、安定な最終状態は同期しない。この状況を回避するため、ユーザ端末の間で結合を可能にすることによって、更なる交信が許可される。

このユーザ端末とユーザ端末の（ＵＴ−ＵＴ）結合のおかげで、ネットワークが疎であって、２つの集団が図７Ａのように絡まっているときでも、ユーザ端末は基地局よりも多くの隣接ノードを有するのが通常であるから、難聴は回避される。

Ｔ_UL-UL,復号は、ＢＳ−ＵＴ及びＵＴ−ＵＴの結合が同じ遅延で行われないように選択すべきである。図７の事例が迅速に回避されるように、Ｔ_UL-UL,復号を選択する規則は、この遅延をＴ_UL,復号よりもずっと短くすることである。

ＵＴ間の結合の有効性を確認するため、２つのネットワーク・トポロジについてシミュレーションが行われた。それぞれ２０個及び１２個のノードから構成される２つのトポロジＮＷ１及びＮＷ２が、図８に示されている。

双方のネットワークは同数のＢＳを有する。それは４に等しい。図８のリンクは、ＵＴが２つの基地局及び２つのピアと通信するように定義される。ＢＳ間の通信は可能でない。

遅延は、Ｔ_UL,同期＝０．１・Ｔ、Ｔ不応_,UL＝０．２５・Ｔ、Ｔ_RAC＝０．９・Ｔ、Ｔ_GI＝０．０４・Ｔ、Ｔ_DL,同期＝０．１２・Ｔ、Ｔ不応_,DL＝０．２５・Ｔ、Ｔ_BCH＝０．８４・Ｔ、Ｔ_UL,復号＝０．８４・Ｔ、Ｔ_DL,復号＝０．９・Ｔ、及びＴ_UL-UL,復号＝０．０４・Ｔに設定される。言い換えれば、上記のシミュレーションの場合、図６で示されているように、Ｔ_DL,復号はＴ_RACに等しく、Ｔ_RAC＋Ｔ_UL,同期＝Ｔ、Ｔ_DL,同期＋Ｔ_GI＋Ｔ_RAC＝Ｔ、即ち、Ｔ_DL＝Ｔ_UL＝Ｔである。前述したように、本発明の実施形態は、Ｔ_DLとＴ_ULを等しくするこの特別の選択に限定されない。

シミュレーションのために、各々の期間Ｔは、１５００のステップへ分解され、各ステップにおいて、各ノードの状態及び交信が評価される。ノードは、例えば、長いゴールドシーケンス（Gold sequence）を同期語として使用することによって、各々の送信された同期語を完全に区別することができる。初期条件は、全てのノードがランダム分散状態変数を有する場合に対応する。即ち、各ノードはランダムな位相Φ_i（０）から開始して活性であると仮定される。これは、最初に全ての状態変数が相図の周りでランダムに分布する最悪の場合のシナリオに対応する。全てのＢＳが１つのグループを形成し、全てのＵＴが他のグループを形成し、第１のグループが最初のものからＴ_UL後にファイヤする場合、成功した同期が宣言される。同期率は、１０００へ設定される初期条件実現数に対する９０・Ｔ後の成功同期数として定義される。

図８から予想されるように、より疎のネットワークＮＷ２は、同期するのが困難になる。したがって、アルゴリズムの性能はＮＷ１が良好である。即ち、同期率が高く、同期までの時間が短い。

図９の表は、ＵＴ−ＵＴ結合がない場合、及び２つの異なるパラメータ設定についてＵＴ−ＵＴ結合がある場合について、同期率及び同期までの平均時間を示している。図９における表の最初の行は、ユーザ端末間で結合を使用しないことに対応する。

図１０Ａは、例えば、基地局又はユーザ端末の中に置かれる本発明の装置の例示的な実施形態を示している。装置１０００は、受信機１０１０と、処理ユニット１０２０と、送信機１０３０とを含む。処理ユニット１０２０は、例えば、受信機１０１０及び送信機１０３０を制御して、１つの制御状態から他の制御状態へ変化させるように実装される。処理ユニット１０２０は、短縮して受話状態と呼ばれる受話制御状態にあるとき、第１の関数又は位相関数に従って内部信号値、例えば、位相Φを増加する。受話状態にあるとき、受信機１０１０は、他のデバイスから第１の同期信号１０４０を受信し、第１の同期信号１０４０を復号し、同期信号の成功した受信又は検波の後、検波信号１０５０を処理ユニット１０２０へ送信する用意ができている。同期信号の検波は、例えば、マッチドフィルタ又は相関検出器によって実行可能である。相関検出器は、例えば、検波信号１０５０である相関ピークを有する。処理ユニット１０２０は、更に、受話状態にあるとき、検波信号１０５０を受信すると第２の関数に従って内部信号値を修正するように実装される。第２の関数は、例えば、位相応答曲線又は結合関数である。処理ユニットは、更に、内部信号値を所与の閾値、例えば、Φ閾値と比較し、内部信号値が閾値と等しくなるや否や、次の制御状態へ変化するように実装される。内部信号値が閾値に達する時点は、ファイヤリング時点又は短く「ファイヤ」とも呼ばれる。原初の蛍の概念において、ファイヤリングは同期パルスの即時の送信に対応する。本発明の実施形態の中で、「ファイヤ」とは、閾値に達したことと理解すべきである。装置の状態機械が待機状態を含むか含まないかに依存して、送信状態へ変化し、ファイヤリングの後で即時に送信を開始するか、又は待機状態へ変化し、送信状態へ変化する前に所与の待機時間だけ待機し、それから第２の同期信号の送信を開始するように、装置を実装することができる。本発明の装置の状態機械の異なる実施形態は、図１０Ｂに基づいて詳細に説明される。

更に、処理ユニット１０２０は、送信状態へ直接変化するか、待機時間の後に変化するように実装され、また、例えば、生成信号１０６０を送信機１０３０へ送信することによって、送信機１０３０を制御して送信状態へ変化するように実装される。生成信号１０６０を受信すると、送信機１０３０は送信状態へ変化して第２の同期信号１０７０の送信を開始する。第２の同期信号１０７０は第１の同期信号１０４０とは異なる。図１０Ａは本発明の装置の１つの可能な実施形態を示すだけで、例えば、受信機１０１０、処理ユニット１０２０、及び送信機１０３０の全部又は一部を単一のユニットへ統合するように、装置を実装できることは当然である。

図１０Ｂは、本発明の実施形態を説明する例示的な状態機械を示している。状態機械１０８０は、４つの制御状態、即ち、受話時間Ｔ受話を関連づけられた受話状態１０８２と、待機時間Ｔ待機を関連づけられた待機状態１０８６と、関連づけられた第２の同期信号Ｔ_Tx2の持続時間に対応する送信持続時間を有する送信状態１０９２と、不応時間Ｔ不応を関連づけられた不応状態１０９６とを含む。本発明の実施形態において、装置が受話状態１０８２にあるとき、処理ユニットは第１の関数に従って内部信号値Φを増加し、同時に他のノードによって送信された第１の同期信号を受話する。持続時間Ｔ_Tx1の第１の同期信号を受信すると、受信機１０１０は第１の同期信号を復号する。復号するためには、受信機は追加の復号時間Ｔ復号を必要とするか使用する。

受話状態１０８２にあるとき、処理ユニット１０２０は、第１の同期信号が受信され受信機１０１０によって成功裏に復号された場合に、第２の関数に従って内部信号値Φを修正するように実装される。内部信号値Φが閾値に達したとき、言い換えれば、事象１０８４（Φ＝Φ閾値）が起こったとき、装置は待機状態１０８６へ変化するように実装されてよい。待機状態で待機時間Ｔ待機を待機した後、言い換えれば、事象１０８８（待機終了）が起こったとき、処理ユニットは送信状態１０９２へ変化するように実装されてよい。送信状態１０９２にあるとき、処理ユニットは送信機を制御して第２の同期信号１０７０を送信する。第２の同期信号を送信した後、言い換えれば、事象１０９４（送信終了）が起こったとき、処理ユニットは不応状態１０９６へ変化するように実装されてよい。不応時間Ｔ不応の後、言い換えれば、事象１０９８（不応期間終了）で、処理ユニットは受話状態１０８２へ戻るように実装されてよい。

装置１０００は、送信又は受信するように実現されるが、双方を同時に行うことはない。

装置によって受信された第１の同期信号１０４０は第１の所定のグループに対応し、装置が属する送信又は受信デバイスは第１の所定のグループに属しない。言い換えれば、勝利者システムに関して、装置がユーザ端末に属する場合、装置は基地局からダウンリンク同期語６３６（図６）を受信する。ダウンリンク同期語は、（この場合）第１の同期信号１０４０に対応し、基地局は第１の所定のグループを形成し、ユーザ端末は第１の所定のグループに属しない。装置は第２の同期信号１０７０に対応するアップリンク同期語を送信する。ユーザ端末は第２の所定のグループを形成し、ユーザ端末は第２の所定のグループに属する。

装置が基地局に属する場合、反対のことが当てはまる。言い換えれば、受信機はユーザ端末からアップリンク同期語６１６を受信するように実装され、アップリンク同期語は第１の同期信号に対応する。更に、ここでユーザ端末は第１の所定のグループを形成する。この場合、装置はダウンリンク同期信号６３６をユーザ端末へ送信するように動作する。ダウンリンク同期語は第２の同期信号に対応し、基地局は第２のグループを形成する。

受信機、処理ユニット、及び送信機による制御状態での機能に関して、異なる実施形態が可能である。１つの実施形態において、受信機は受話状態でのみ受信及び復号の動作が可能であり、待機状態１０８６又は不応状態１０９６では受信又は復号することができない。他の実施形態において、受信機は、既に不応状態１０９６にあるときに、第１又は第２の同期信号を受信、即ち、「受話」できるように実装されてよい。他の実施形態において、処理ユニットは不応状態にあるときに復号し、又は復号を開始するように動作可能である。したがって、この実施形態では、受話状態にある受信機が、先行する不応状態１０９６で開始する受信及び／又は復号を受話状態で継続するように動作可能である。典型的には、第１の関数に基づく内部信号値の増加は受話状態でのみ実行される。他方では、第２の関数に従った修正も、前述したように、例えば、待機状態又は不応状態で実行されてよい。

代替の実施形態において、状態機械は、受話状態１０８２及び送信状態１０９２のみ、受話状態１０８２、待機状態１０８６、及び送信状態１０９２のみ、又は受話状態１０８２、送信状態１０９２、及び不応状態１０９６のみを含むことができる。これらの可能性は、図１０Ｂで示される破線によって示されている。次の状態へ変化する事象は同じである。例えば、受話状態１０８２及び送信状態１０９２のみを含む状態機械では、処理ユニットは事象１０８４（Φ＝Φ閾値）で、即ち、内部信号値が閾値へ達するとき、受話状態から送信状態へ直接変化するように実装される。これに対応して、この場合、第２の同期信号の送信が完了した後に、即ち、事象１０９４（送信終了）で、処理ユニットは送信状態１０９２から受話状態１０８２へ直接変化するように動作する。

幾つかの実施形態において、例えば、勝利者システムのユーザ端末において、ユーザ端末に属する装置は、第１の同期信号に加えて第２の同期信号を追加的に受信するように動作することが好ましい。言い換えれば、第２の同期信号は、ユーザ端末自体が属するグループに対応するので、装置は基地局からのダウンリンク同期語及び他のユーザ端末からのアップリンク同期語を使用して、基地局及びユーザ端末と同期するように動作する。これは、前述したユーザ端末からユーザ端末への同期（ＵＴ−ＵＴ同期）に対応し、基地局間の直接通信を必要とすることなくセル間同期を可能にする。

ある更なる他の実施形態において、受信機（１０１０）は、第１又は第２の同期信号が受信されたかどうかを検出するように動作する。双方の同期語を区別する能力に基づいて、処理ユニット（１０２０）は、同期信号を復号する第１の復号時間及び第２の同期信号を復号する第２の同期時間を使用するように動作可能である。ここで、第１の復号時間は第２の復号時間とは異なる。第２の復号時間は、勝利者システム方程式（５）について述べたように、第１の復号時間よりも短くてよい。

双方の同期語間の区別に基づいて、処理ユニットは、代替的に、同じ第２の所定のグループに属する第３の送信又は受信デバイスから第２の同期信号を受信すると、第３の関数に従って内部信号値を修正するように実現可能である。ここで、第３の関数は第２の関数とは異なる。

いずれの場合にも、第２又は第３の関数に基づく修正は、次の時間区間について第１の関数に基づく場合よりも、内部信号値が高くなるように増加又は「ジャンプ」を導くことに言及しなければならない。

スーパーフレーム・プリアンブルへ順応するように適応された装置の実施形態を示す図６に戻って、ユーザ端末６１０及び基地局６３０の状態機械を図１０Ｂとの関連で詳細に説明する。

前述したように、ユーザ端末の状態機械６１０は、３つの制御状態、即ち、受話状態１０８２に対応する受話状態６１２（受話ＵＬ）と、送信状態１０９２（送信第２同期信号）に対応する送信状態６１６（送信ＵＬ同期）と、不応状態１０９６（不応）に対応する不応状態６１８（不応ＵＬ）とを含む。ユーザ端末の見地からは、ダウンリンク同期信号語は第１の同期信号に対応し、アップリンク同期信号語は第２の同期信号に対応する。

基地局の状態機械６３０は、４つの制御状態、即ち、受話状態１０８２（第１同期信号のＬＩＳＴＥＮ）に対応する受話状態６３２（受話，ＤＬ）と、待機状態１０８６（ＷＡＩＴ）に対応する待機状態６３４（待機，ＤＬ）と、送信状態１０９２（ＴＲＡＮＳＭＩＴ第２同期信号）に対応する送信状態６３６（送信，ＤＬ同期）と、不応状態１０９６（ＲＥＦＲ）に対応する不応状態６３８（不応，ＤＬ）とを含む。基地局の見地からは、アップリンク同期語は第１の同期信号に対応し、ダウンリンク同期語は第２の同期信号に対応する。

図６は、同期した状況について、状態機械及び異なる状態に関連づけられた持続時間を示している。ユーザ端末は、受話状態６１２にある間、６５０でダウンリンク同期語６３６を受信し、更に、依然として受話状態６１２にある間、６５２で復号する（Ｔ_UL,復号）。

幾つかの実施形態において、復号時間６５２（Ｔ_UL,復号）は、内部信号値が第１の関数に従って閾値に達すると同時にユーザ端末が復号を終了するように選択される。言い換えれば、閾値に達する時点及び処理ユニットが通常第２の関数に従って内部信号値を修正する時点が一致するので、即ち、双方が同時に起こるので、安定な同期状態が達成される。これは、図１０Ｂの復号時間Ｔ復号に対応する復号時間Ｔ_UL,復号が、話中通信路タイムスロットＴ_BCHの持続時間に対応するように選択されることを意味する。しかし、注意すべきは、前述したシミュレーションから分かるように、復号時間６５２がブロードキャスト通信路タイムスロットの持続時間Ｔ_BCHに等しくないときでも、安定な同期を達成できることである。

これに対応して、基地局の幾つかの実施形態では、内部値が第１の関数に従って閾値に達する時点が、処理ユニットが第２の関数に基づいて内部信号値を修正する時点と一致するように、異なる状態の持続時間が選択された。基地局の受信時間６６０はアップリンク同期語タイムスロット６１６（Ｔ_UL,同期）の持続時間に対応し、図１０Ｂの復号時間Ｔ復号に対応してアップリンク同期語を復号する復号時間６６２（Ｔ_DL,復号）は、ランダム・アクセス通信路タイムスロットの持続時間Ｔ_RACに対応する。

ユーザ端末及び基地局のために、スーパーフレーム・プリアンブル構造に順応する本発明の装置の他の実施形態が可能である。例えば、ユーザ端末状態機械の他の実施形態は、受話状態６１２及び送信状態６１６のみを含み、受話状態６１２は送信状態６１６の直後に開始する。これに対応して、基地局の状態機械の他の実施形態は、受話状態６３２及び送信状態６３６のみを含むか、又は追加的に待機状態６３４又は不応状態６３８のいずれかを含むように実現可能である。

不応状態はエコー問題の低減に有利であり、待機状態は同期精度の改善を助けるので、好ましい実施形態は少なくとも１つか双方を含み、同期率及び安定性を増加し、同期までの平均時間を縮小する。

図１１は、勝利者スーパーフレーム５１０’、並びにユーザ端末状態機械６１０’及び基地局状態機械６３０’の実施形態を示している。図６と比較すると、スーパーフレーム・プリアンブル５１０だけでなく、ペイロード部分５２０も、例えば、図５で示されるようにアップリンク（ＵＬ）及びダウンリンク（ＤＬ）区画を有する８つのフレームを含む。図６で示された状態機械と比較して、唯一の修正は、ユーザ端末の受話状態６１２’の持続時間、及び基地局の受話状態６３２’の持続時間を適応させたことである。

これに対応して、再び、例えば、内部信号値が第１の関数に従って閾値に達する時点が、ユーザ端末がダウンリンク同期語を成功裏に受信及び復号し、第２の関数に従って内部信号値を修正する時点と一致するように、ユーザ端末の復号時間６５２’（Ｔ_UL,復号）が増加された。

２つの異なった所定のグループ、例えば、ユーザ端末及び基地局を同期させるため、プリアンブル（５１０）について示された構造と同一又は類似の構造を、例えば、フレームの中間又は終わりに配置することができる。言い換えれば、第１及び第２の同期語を、フレームのプリアンブル、ミドアンブル、又はポストアンブルの中に配置することができ、フレームに関して双方の同期語を同じ部分に一緒に配置するか、異なる位置に配置することができる。

上記の説明から、本発明の実施形態は、多くの他のフレーム構造をサポートし、２つの異なる同期信号を使用する簡単で効率的な積分発火モデルに基づいて、２つの所定のグループを効率的に同期させる手段を提供することが、当業者に明らかである。

本発明の更なる実施形態において、例えば、ユーザ端末及び基地局に加えて、中継器を導入することができる。中継器は基地局（ＢＳ）及びユーザ端末（ＵＴ）の双方と通信し、ノードの第３のグループを構成する。しかし、中継器は必ずしもシステム内に存在しないので、同期は中継器に依存することができない。それらが同期プロセスに参加する簡単なやり方は、ＢＳの振る舞い（「ＵＴ同期」系列の受話）及びＵＴの振る舞い（「ＢＳ同期」系列の受話）を追尾することである。これは、スーパーフレームの終わりに、中継器が、ＵＴによって使用された状態機械又はＢＳによって使用された状態機械を追尾することを意味する。

この選択が行われるやり方は、シナリオに依存する。ネットワークが「空」であれば（ＵＴが区域の中に存在しない）、中継器は、例えば、常にＵＴの状態機械を追尾することができる。ネットワークが空でなければ、中継器は代替的にＵＴ状態機械からＢＳ状態機械へ変化する。

公知の同期方法を直接応用することの欠点が説明され、２つのグループへの分離を利用してＢＳ及びＵＴを正しく分割する解決法が紹介された。

本発明の方法のある一定の実現要件に依存して、発明的方法はハードウェア又はソフトウェアで実現可能である。実現は、ディジタル記憶メディア、特に、電子的に読み取り可能な制御信号を記憶されたディスク、ＤＶＤ、又はＣＤを使用して達成することができる。ディジタル記憶メディアは、発明的方法が達成されるように、プログラム可能コンピュータ・システムと協働する。したがって、一般的に、本発明は機械読み取り可能キャリヤの上に記憶されたプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラムプロダクトである。プログラム・コードは、コンピュータ・プログラムプロダクトがコンピュータ上で実行されるとき、発明的方法を達成するように動作する。したがって、言い換えれば、発明的方法は、コンピュータ・プログラムがコンピュータ上で実行されるとき、発明的方法の少なくとも１つを達成するプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラムである。

積分発火型発振器の例示的相図を示している。 図１Ａに従った積分発火型発振器のパイチャートを示している。 ２つの積分発火型発振器の同期を示している。 パイチャート表現に基づいて２つの積分発火型発振器の例示的な同期を示している。 位相増分がどのようにして位相応答曲線から取得されるかを示している。 例示的な積分関数及び例示的な位相応答曲線を描いた図を示している。 タイム・アドバンス・ソトラテジを使用するノードの状態機械を示している。 図３Ａに従った状態機械を使用するノードについて、時間の経過と共に位相を描いた図を示している。 伝搬遅延を有する例示的な通信路モデルを示している。 ノードＡが送信を開始するときのタイム・アドバンス・システム状態の例示的パイチャートを示している。 ノードＡの受信機が同期信号を成功裏に受信及び復号したときの例示的なタイム・アドバンス・システム状態を示している。 ノードＡが受信機をオンに切り換えるときのタイム・アドバンス・システム状態の例示的パイチャートを示している。 タイム・アドバンス・ソトラテジを使用した受信機及び送信機の分解を例示する例示的パイチャートを示している。 勝利者スーパーフレーム構造を示している。 勝利者スーパーフレーム・プリアンブルに適応した本発明の実施形態を示している。 図７Ａは、疎のネットワークで最も多く現れるように、２つのグループが２回形成されて通信することができない可能なシナリオを説明するパイチャートを示している。図７Ｂは、伝送遅延が大きいときに見られるように、２つのグループが２回形成されて通信することができないシナリオを説明するパイチャートを示している。 それぞれ２０個及び１２個のノードで構成された、２つの可能なネットワーク・トポロジＮＷ１（左側）及びＮＷ２（右側）を示している。 図８で示される２つのネットワークについて、異なるユーザ端末間結合の同期率及び同期平均時間を含む表を示している。 本発明の装置の実施形態の例示的ブロック図を示している。 本発明の装置の実施形態の状態を記述する状態機械を示している。 勝利者スーパーフレームに適応した本発明の装置の実施形態を示している。

符号の説明

２１０、２２０、２３０ 位相増分
２５０ 位相Φ（ｔ）の積分又は増分関数
２６０ 線形位相応答曲線ΔΦ（Φ）
３１０ ノードがファイヤしてからＴ秒後
５００ スーパーフレーム
５１０ プリアンブル
５１０’ 勝利者スーパーフレーム
５２０ ペイロード部分
５３０ アップリンク同期信号（ＵＬ同期）タイムスロット
５４０ ランダム・アクセス通信路（ＲＡＣ）タイムスロット
５５０ 保護区間（ＧＩ）タイムスロット
５６０ ダウンリンク同期信号（ＤＬ同期）タイムスロット
５７０ ブロードキャスト通信路（ＢＣＨ）タイムスロット
６１０，６１０’ ユーザ端末の状態機械
６１２，６３２，１０８２ 受話状態
６１２’ ユーザ端末の受話状態
６１６，６３６，１０９２ 送信状態
６１８，６３８，１０９６ 不応状態
６２０ ユーザ端末のファイヤリング
６３０，６３０’ 基地局の状態機械
６３２’ 基地局の受話状態
６３４，１０８６ 待機状態
６４０ 基地局のファイヤリング
６５０，６６０ 受信時間
６５２，６６２ 復号時間
６５２’ ユーザ端末の復号時間
１０００ 装置
１０１０ 受信機
１０２０ 処理ユニット
１０３０ 送信機
１０４０ 第１の同期信号
１０５０ 検波信号
１０６０ 生成信号
１０７０ 第２の同期信号
１０８０ 状態機械
１０８４ 事象（閾値への到達）
１０８８ 事象（待機時間の終了）
１０９４ 事象（送信終了）
１０９８ 事象（不応期間の終了）

Claims (15)

1. 第１の送信又は受信デバイスの中に配置され、該第１の送信又は受信デバイスを第２の送信又は受信デバイスへ同期させる装置（１０００）であって、
   受信機（１０１０）と、送信機（１０３０）と、処理ユニット（１０２０）とを含み、
   前記受信機（１０１０）が前記第２の送信又は受信デバイスから第１の同期信号（１０４０）を受信するように構成され、前記第１の同期信号が第１の所定のグループに対応し、前記第１の送信又は受信デバイスが前記第１の所定のグループに属せず、
   前記送信機（１０３０）が、前記第１の同期信号（１０４０）とは異なる第２の同期信号（１０７０）を送信するように構成され、前記第２の同期信号が第２の所定のグループに対応し、前記第１の送信又は受信デバイスが前記第２の所定のグループに属し、前記第２の同期信号（１０７０）が、同期時間の後、前記第２の送信又は受信デバイスからの前記第１の同期信号（１０４０）と同期し、
   前記処理ユニット（１０２０）が、所与の第１の関数に従って時間と共に内部信号値（Φ）を増加し、前記第１の同期信号を受信すると、第２の関数に従って前記内部信号値を修正し、当該装置が受話状態（１０８２）にあるとき、前記内部信号値（Φ）を所与の閾値（Φ閾値）と比較するように構成され、
   更に、前記処理ユニットが、
   前記受信機（１０１０）を制御して、前記受話状態（１０８２）において前記第２の送信又は受信デバイスから前記第１の同期信号（１０４０）を受信する用意をさせて、
   前記送信機（１０３０）を制御して、前記内部信号値が閾値（１０８４）に達した後に始まる送信状態（１０９２）において前記第２の同期信号（１０７０）を送信させるように構成されている、
   装置。
2. 前記受信機（１０１０）が、更に、第３の送信又は受信デバイスから前記第１の同期信号（１０７０）を受信するように構成され、前記第３の送信又は受信デバイスが前記第２の所定のグループに属し、
   前記処理ユニット（１０２０）が、更に、前記第２の同期信号（１０７０）を受信すると、前記第２の関数に従って前記内部信号値を修正するように構成されている、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記受信機（１０１０）が、更に、前記第１の同期信号（１０４０）又は前記第２の同期信号（１０７０）が受信されたかどうかを検出するように構成されている、請求項１に記載の装置。
4. 前記受信機が、第１の復号時間を使用して前記第１の同期信号（１０４０）を復号し、第２の復号時間を使用して前記第２の同期信号（１０７０）を復号するように構成され、前記第１の復号時間が前記第２の復号時間とは異なる、請求項３に記載の装置。
5. 前記処理ユニット（１０２０）が、前記第２の同期信号を受信すると、第３の関数に従って前記内部信号値を修正するように構成され、前記第３の関数が前記第２の関数とは異なる、請求項３又は４に記載の装置。
6. 前記処理ユニット（１０２０）が、前記送信機（１０３０）を制御して、
   待機状態（１０８６）で待機時間（Ｔ待機）を待機させ、待機時間が０より大きいが発振期間よりも小さく、発振期間が、当該装置がどの送信又は受信デバイスからも同期信号を受信しないときに前記内部信号値が再び前記閾値に達する時間区間であり、前記内部信号値が前記閾値（１０８４）に達したとき待機状態（１０８２）になり、
   前記送信状態（１０９２）で前記第２の同期信号（１０７０）を送信させ、前記待機時間（Ｔ待機）が終了したときに（１０８８）前記送信状態が開始する、
   ように構成されている、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記処理ユニット（１０２０）が、前記送信状態（１０９２）で前記第２の同期信号（１０７０）が送信された後に、前記受話状態（１０８２）へ入る前に不応時間（Ｔ不応）の間不応状態（１０９６）になり、前記不応時間が０より大きいが発振期間よりも小さく、前記発振期間が、当該装置がどの送信又は受信デバイスからも同期信号を受信しないときに前記内部信号値が再び前記閾値に達する時間区間であるように構成されている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記処理ユニット（１０２０）は、発振期間がフレームの持続時間（５５０）又はフレームの一部分（５１０）に対応するように構成されており、
   前記発振期間が、当該装置がどの送信又は受信デバイスからも同期信号を受信しないときに前記内部信号値が再び前記閾値に達する時間区間である、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記処理ユニット（１０２０）は、前記送信機（１０３０）を制御して、前記送信機がフレーム（５００）のプリアンブル（５１０）、ミドアンブル、又はポストアンブル部分で前記第２の同期信号（１０７０）を送信するように構成されている、請求項８に記載の装置。
10. 前記プリアンブル（５１０）が、次の５つのタイムスロット、即ち、
    アップリンク同期語を送信するための第１のタイムスロット（５３０）と、ランダム・アクセス通信路のための第２のタイムスロット（５４０）と、保護区間のための第３のタイムスロット（５５０）と、ダウンリンク同期語のための第４のタイムスロット（５６０）と、ブロードキャスト通信路のための第５のタイムスロット（５７０）とを含み、
    前記第１の送信又は受信デバイスが基地局であり、前記第１の同期信号（１０４０）が前記アップリンク同期語（ＵＬ同期）に対応し、前記第１の同期語の持続時間（Ｔ_Tx1）が前記第１のタイムスロットの持続時間（Ｔ_UL,同期）に対応し、前記第２の同期信号（１０７０）が前記ダウンリンク同期語（ＤＬ同期）に対応し、前記第２の同期信号の持続時間（Ｔ_Tx2）が前記第４のタイムスロットの持続時間（Ｔ_DL,同期）に対応し、待機状態（１０８６）に関連づけられた待機時間（Ｔ待機）が前記第３のタイムスロットの持続時間（Ｔ_GI）に対応する、
    請求項９に記載の装置。
11. 前記プリアンブル（５１０）が５つの次のタイムスロット、即ち、
    アップリンク同期語を送信するための第１のタイムスロット（５３０）と、ランダム・アクセス通信路のための第２のタイムスロット（５４０）と、保護区間のための第３のタイムスロット（５５０）と、ダウンリンク同期のための第４のタイムスロット（５６０）と、ブロードキャスト通信路のための第５のタイムスロット（５７０）とを含み、
    前記第１の送信又は受信デバイスがユーザ端末であり、前記第１の同期信号（１０４０）が前記ダウンリンク同期語（ＤＬ同期）に対応し、前記第１の同期信号の持続時間（Ｔ_Tx1）が前記第４のタイムスロットの持続時間（Ｔ_DL,同期）に対応し、前記第２の同期信号（１０７０）が前記アップリンク同期語（ＵＬ同期）に対応し、前記第２の同期信号の持続時間（Ｔ_Tx2）が前記第１のタイムスロットの持続時間（Ｔ_UL,同期）に対応する、
    請求項９に記載の装置。
12. 前記第１の同期信号（１０４０）を復号するために前記受信機（１０１０）によって使用される復号時間（Ｔ復号，Ｔ_UL,復号）が、前記第５のタイムスロットの持続時間（Ｔ_BCH）に対応する、請求項１１に記載の装置。
13. 前記第１の同期信号（１０４０）を復号するために前記受信機（１０１０）によって使用される復号時間の持続時間（Ｔ復号，Ｔ_UL,復号）が、前記第５のタイムスロットの持続時間（Ｔ_BCH）及びペイロード・データ部分（５２０）の持続時間の合計に対応する、請求項１１に記載の装置。
14. 第１の送信又は受信デバイスを第２の送信又は受信デバイスへ同期させる方法であって、
    受話状態（１０８２）で前記第２の送信又は受信デバイスから第１の同期信号（１０４０）を受信するステップであって、前記第１の同期信号が第１の所定のグループに対応し、前記第１の送信又は受信デバイスが前記第１の所定のグループに属していない、ステップと、
    前記受話状態（１０８２）で所与の第１の関数に従って時間と共に内部信号値（Φ）を増加させるステップと、
    前記受話状態（１０８２）で、前記第１の同期信号を受信すると第２の関数に従って前記内部信号値を修正するステップと、
    前記受話状態（１０８２）で前記内部信号値（Φ）を所与の閾値（Φ閾値）と比較するステップと、
    前記内部信号値（Φ）が前記閾値（Φ閾値）に達した後に第２の同期信号を送信するステップであって、前記第２の同期信号（１０７０）が前記第１の同期信号（１０４０）とは異なるものであって第２の所定のグループに対応しており、前記第１の送信又は受信デバイスが前記第２の所定のグループに属し、前記第２の同期信号（１０７０）が、同期時間の後に前記第２の送信又は受信デバイスからの前記第１の同期信号（１０４０）と同期する、ステップと
    を含む方法。
15. プログラムがコンピュータ上で実行する際に、請求項１４に記載の方法を実行するプログラム・コードを有する、コンピュータ・プログラム。

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