JP2000504192A - Ｐａｃｓ無線技術を特徴とする無線および有線アクセスのための統合電気通信システム・アーキテクチャ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バックプレーン・バス（６８）経由の、現場でアップグレード拡張が可能な小規模用途（たとえば８０回線以下）からさらに多数の回線（たとえば３０，０００回線）を有する用途のどちらでも非常にコスト的に有利な電気通信システム（５２〜８２）を開示する。低バンド幅（たとえば６４ｋｂｐｓｍｕ−ｌａｗ）の会話ならびに高バンド幅マルチメディア・データ・スイッチングを取り扱うのに充分な柔軟性がある統合音声／データ電気通信システムを使用する。本システムは適当な無線ネットワーク設備が利用できない場合にＰＡＣＳインフラストラクチャの条件の代替として、「共同電話」または「ＰＡＣＳ−ｏｎ−ＰＯＴＳ」のための低コスト独立ＰＡＣＳシステムとして構成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ＰＡＣＳ無線技術を特徴とする無線および有線アクセスのための統合電気通信シ ステム・アーキテクチャ 発明の分野 本発明は無線および有線アクセスの両方を提供する統合電気通信システムに関 する。さらに詳しくは、本発明はコスト面で有利な、アップグレード可能な、ま た有線および無線環境の両方で使用可能な、音声とデータの電気通信両方を提供 するためのシステムに関する。 発明の背景 高品質無線通信の爆発的要求に適合するように各種のシステムが開発され実現 されてきた。さらに、広域ネットワーク（たとえばインターネット）の使用が増 加し、データ通信をサポートするシステムに対しての要求は巨大になった。 パーソナル通信システム（ＰＣＳ）はこうした要求に適合するように現在開発 されつつある。ＰＡＣＳ（パーソナル・アクセス通信システム）はＰＣＳの一つ で、屋内およびマイクロセルで使用する音声、データ、ビデオ画像をサポートす るように開発された。ＰＡＣＳではデジタル音声符号化およびデジタル変調を使 用しており、低速・ポータブルの使用をサポートするように設計されている。 図１に図示したように、ＰＡＣＳアーキテクチャは４つの主な構成要素からな る。すなわち、加入者ユニット（ＳＵ）として知られる設置型トランシーバ４ま たは携帯型トランシーバ２、ラジオ・ポート（ＲＰ）として知られる親機ユニッ ト（ｆｉｘｅｄ ｂａｓｅ ｕｎｉｔ）６、ラジオポート制御ユニット（ＲＰＣ Ｕ）８、およびアクセス・マネージャ（ＡＭ）１０である。各々の設置型ＲＰ６ は各々のＳＵが多重方式でそのポートに同時アクセスできるような方法でインタ フェースＡ（エア・インタフェースー（ａｉｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ））経由で 多数のＳＵ２および４と通信する。 ＰＡＣＳでは、低出力多重無線リンクが多数の分割された全二重デマンド割り 当てデジタル・チャンネルをＲＰと関連ＳＵの各々の間に提供する。各々のＲＰ は所定のキャリア周波数でビットストリームを送信する。次に、ＲＰにアクセス する各々のＳＵは共通の所定キャリア周波数にバーストを送信することで応答す る。認可を要するＰＡＣＳでは、大多数の無線周波数（ＲＦ）チャンネルが８０ ＭＨｚ間隔で周波数分割多重化される。ＰＡＣＳの変形であるＰＡＣＳ−ＵＢは １９２０および１９３０ＭＨｚ以内の未認可ＰＣＳバンドについて米国内で開発 されたものである。ＰＡＣＳ−ＵＢは本来のＰＡＣＳ規格で使用している周波数 分割多重化の代わりとして時分割多重化を使用している。 ＰＡＣＳの利点の幾つかは比較的小規模の基地局（ＲＰ）への依存により生じ る。小型かつ比較的廉価なため、ＲＰは電柱、建造物、トンネル、屋内または屋 外に広く配置でき、無線アクセスサービスについてきめ細かいサポートを提供で きる。比較的電力要求が小さいので、ＲＰは電力線または電池で駆動できる。 ＰＡＣＳとＰＡＣＳ−ＵＢはどちらも有線技術に近い価格および容量で有線同 様の品質の音声およびデータ通信サービスを行なえる。これらの規格は（１）無 線ローカル・ループ環境、（２）低移動性／高密度公衆アクセスＰＣＳ環境、（ ３）構内（住宅内または事務所用）電話およびデータ環境を含む幾つかの環境で の使用に特に適している。 無線ローカル・ループ環境と低移動性／高密度公衆アクセスＰＣＳ環境では、 ＰＡＣＳは高度インテリジェント通信網（ＡＩＮ：Advanced Intelligent Netwo rk）および統合サービス・デジタル通信網（ＩＳＤＮ：Integrated Services Di gital Network）有線ネットワークの原理に基づいたシステム・アーキテクチャ に依存している。ＡＩＮはユーザが有線サービスと無線サービスに対して１本づ つ回線を保有して加入者が一つの場所から別の場所へ移動する際に途切れずに受 渡しできるようにすることを意図している。あるＡＩＮアーキテクチャは３レベ ルから構成される：インテリジェント・レベル、トランスポート・レベル、アク セス・レベルの３つである。インテリジェント・レベルはネットワー ク利用者に関する情報を格納するためのデータベースを含む。トランスポート・ レベルは情報の伝送を取り扱う。アクセス・レベルはネットワーク内の各利用者 にアクセスを提供しネットワーク内の各利用者の所在地を更新するデータベース を含む。 ＩＳＤＮは、完全にネットワーク・フレーム・ワークであり、このネットワー クフ・レーム・ワークは共通チャンネル・シグナリング（ＣＣＳ）と、ユーザ・ データの同時通信を提供するデジタル通信技術と、ネットワークを通じた他の関 連トラフィックとを使用する。ＩＳＤＮは公衆電話回線網ＰＳＴＮを補完する専 用のシグナリング・ネットワークを提供する。また、ネットワーク、すなわち、 ＰＳＴＮ上に音声トラフィックを転送するためまたはネットワークノードとエン ド・ユーザの間で新規データ・サービスを提供するためのどちらかに使用できる トラフィックをシグナリングするためのネットワークを提供する。 ＰＡＣＳアーキテクチャは、ＡＩＮやＩＳＤＮ機能を含む前述の環境で有用な 一方で、既存の有線ＡＩＮまたはＩＳＤＮインフラストラクチャが存在しないよ うな無線ループまたは移動体ＰＣＳ用途には適していない。さらに、ＰＡＣＳは 構内無線システム、特に小規模ビジネス設置では用途がきわめて限定されるよう に思われる。 小規模ビジネス環境内では、スモール・コンピュータ・システム・アーキテク チャ（ＳＣＳＡ）が用いられる。ＳＣＳＡはコンピュータを用いた電話システム のオープン・インダストリ仕様である。ＳＣＳＡアーキテクチャはＳＣｘバス経 由で１６ノード・システムまで階層的に接続されるローカルな非競合時間スロッ ト交換機ＳＣバス・バックプレーンによる３２枚のカード・ノードから構成され る。非競合ＳＣバスはシステム設定で送信スロットをあらかじめ割り当てている ので、１６．３８４Ｍｂｐｓ（４０４８オクテット／フレーム）ＳＣバスの動的 設定能力を制限してしまう。 動的設定能力を制限することに加えて、ＳＣＳＡシステム内のノード間データ ・トラフィックは３つのバス上の転送を必要とする。すなわち、２つのノードで の２本のＳＣバスと相互接続するＳＣｘバスである。制御メッセージは独立し たマルチマスタ接続バス上で転送される。つまりハードウェア接続を提供するに は比較的高度な交換が要求される。 ＳＣＳＡシステム以外で、小規模ビジネス環境で頻繁に使用される他の従来の アーキテクチャとしては、電気通信機器メーカーから市販されている各種のキー ・システムやＰＢＸアーキテクチャが挙げられる。キー・システムは代表的には １２５回線以下のサービスを行ない、小型ＰＢＸは代表的には１２５回線から１ ０００回線、中規模ＰＢＸは１０００回線から１０，０００回線、大規模ＰＢＸ は１０，０００回線以上のサービスを提供する。しばしばこれらのグループの各 々で製品に異なるシステムアーキテクチャが適用される。つまり、既存のシステ ムを変更してユーザ数の増加に合わせた回線の追加を提供するのは非常に困難で ある。その結果、このようなシステムでのスケーラビリティ（拡張性）は比較的 限定されたものである。 上記に鑑みると、（ＰＡＣＳについて）「共同電話（ｖｉｌｌａｇｅ ｔｅｌ ｅｐｈｏｎｙ）」環境（つまり移動性が低い高密度のユーザで特徴付けられる環 境）および（ＰＡＣＳ−ＵＢについて）構内電話およびデータ環境でのＰＡＣＳ およびＰＡＣＳ−ＵＢ無線アクセス技術の利点を提供することができるような、 特に低コスト、モジュラー方式でのアーキテクチャの必要性がある。何らかの詳 細な配線インフラストラクチャの前提を回避するため、「スタンドアロン」ＰＡ ＣＳ能力を提供でき、すなわち、既存のＡＩＮまたはＩＳＤＮアーキテクチャな しに存在できるアーキテクチャがこれに関連して必要とされている。 発明の要約 上記の必要性およびその他の必要性に対処する上で、本願発明者は広範囲の電 気通信サービスのモジュール化および統合サポートの重要性を認識した開発設計 を行った。共同電話システムまたは構内音声／データシステムがサポートする端 末数で３桁にわたることがあることから、システム・コストとシステム・ハード ウェア量の両面で、モジュール化は重要な特性である。さらに、データ接続の爆 発的な成長（主としてインターネット・アクセスが加速している）に鑑みて、シ ステムが広範囲な電気通信サービスをサポートできるようにするのが望ましい。 有線アクセスならびに無線アクセスの統合的なサポートは、ビジネス通信環境に おける有線音声端末を提供するかまたはＰＡＣＳ無線技術で可能な究めて高いデ ータ通信速度を実現するかのいずれかで究めて望ましいことである。 したがって本発明の目的は小規模用途ではコスト的に非常に有利（たとえば８ ０回線以下の環境）また、究めて多数の追加回線（たとえば３０，０００回線） を有するような用途に現場でアップグレード／拡張可能な電気通信システムを提 供することにある。本発明のさらなる目的は低バンド幅（たとえば６４ｋｂｐｓ ｍｕ−ｌａｗ）の音声並びに高バンド幅マルチメディア・データ交換を処理でき るほど柔軟な統合音声／データ電気通信システムを提供することである。さらに 本発明の別の目的は、「共同電話」または「ＰＡＣＳ−ｏｎ−ＰＯＴＳ」の用途 において適当な無線ネットワーク機能が利用できない場合にＰＡＣＳインフラス トラクチャの要求に代わるものとして、低コストでスタンドアロンのＰＡＣＳシ ステムを提供することにある。 以下でさらに詳細に説明するように、本発明は動的に割り当てられる非常に高 いバス・バンド幅(１．０４８６Ｇｂｐｓ）を提供することでシステムが使用統 計を利用できるようにする。さらに、本発明によれば、全てのデータおよび制御 トラフィックが共通の３２ビット幅バックプレーンを使用する。小規模システム では単一カード・ケ−ジで実現できる。大規模システムでは単一の高バンド幅シ リアル・ファイバー・リンクを介してリング構造に相互接続した多数のカード・ ケ−ジを使用する。ケ−ジ間の接続を提供するハードウェアには交換は必要とし ない。 従来技術のキー・システムとは対照的に、本発明では非常に少ない回線（たと えば１０回線以下）しか必要としないような用途から、３０，０００回線を擁す るシステムまで悠々と包含する。最後に、システム・バックプレーンはデスクト ップおよび無線音声およびデータ端末機器への音声帯域レートの音声およびデー タ接続に加えて、デスクトップ・コンピューティング・ステーションへの高速有 線接続をサポートできる充分に広いバンド幅を有する。 本発明のその他の利点は後述の本発明の詳細な説明を参照すれば当業者には明 らかであろう。 図面の簡単な説明 図面において、 図１は従来のＰＡＣＳアーキテクチャのブロック図である。 図２は本発明の実施例による電気通信システムのブロック図である。 図３は本発明によるバックプレーン・フレーム構造の構成図である。 図４は本発明による制御チャンネルの構成図である。 図５は本発明によるアドレス・ワードビット割り当ての説明図である。 図６は本発明によるアドレス・データワードの説明図である。 図７は本発明によるマルチケ−ジ・システムを示すブロック図である。 好適実施例の詳細な説明 以下は本発明の好適な実施形態の説明である。第一に、本発明のシングル・ケ ージの実施形態を説明する。後述するように、このシステムは無線ローカル・ル ープ環境、「共同電話」環境、および／または構内環境に特に適している。本発 明によって提供される拡張性を示すマルチ・ケ−ジの実施形態についても説明す る。 図２は本発明によるシングル・ケ−ジ実施例を示すブロック図である。電気通 信システム５０は各種通信装置への音声およびデータのアクセスを提供するユニ ット７５を含む。後述するように、本システムは別のネットワークに構成した各 種の端末の間で有線および無線の音声およびデータ通信を提供する。本実施形態 において、システムは「スタンドアロン」の端末の間のアクセスを提供し、また ＰＳＴＮの端末、ＰＡＣＳによる無線ネットワークの端末、広域ネットワーク（ ＷＡＮ）端末、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）端末の間でアクセス を提供する。 図示したように、ＰＳＴＮの一部を構成する中央局（ＣＯ）交換機へ幹線６６ が接続する。シリアル・インタフェース６４はＬＡＮ６２へ接続できるＰＰＰサ ーバ６０へのアクセスを提供する。このアーキテクチャはＷＡＮ（たとえば全地 球的なインターネット等）とリンクするルータ（たとえばＩＰ（Internet Proto col：インターネット・プロトコル）ルータ）も同様にサポートできる。 １台または２台以上のスタンドアロン端末、たとえばパーソナル・コンピュー タ５８もデータ（または音声）伝送のためにシステム５０にアクセスできる。同 様に１台または２台以上の音声端末、たとえば有線電話機５６が有線での音声ア クセスを提供する。 図示したように、システム５０はＰＡＣＳまたはＰＡＣＳ−ＵＢアーキテクチ ャをサポートする。１台または２台以上のＲＰ５４はその各々が複数の端末、た とえば携帯端末５２にサービスを提供でき、ユニット７５を介してＰＳＴＮや図 示した他の端末に接続される。このアーキテクチャは比較的高密度で移動性の低 い無線ユーザに特に適している。 これらの相互接続を行なうカード・ケ−ジ７５は制御プロセッサ・カード７２ と数枚の周辺機器カード７０，７４，７６，７８，８０，８２を接続するバック プレーン・バス６８を主に含んでいる。バックプレーン・バス６８は各種周辺装 置とユニット７５に接続されたネットワークの間の高速通信を提供する。以下で さらに詳細に説明するアドレシング方式を用いると、バックプレーン・バス６８ は、本明細書では制御プロセッサ・カード７２の制御下で、以下制御ユニット（ ＣＵ）と呼ぶことにするが、いずれか２台のシステム・エンティティ間のメッセ ージ・ストリームまたは情報ストリーム通信パスを提供する。 この例では、周辺機器カードがＰＳＴＮインタフェース・カード７０、複数の ＲＰＣＵカード１〜Ｎ（カード７４およびカード８０で表わされる）、有線子局 制御ユニット（ｗｉｒｅｄ ｓｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）・カ ード（ＷＳＣＵ）７８、ハブ・コントローラ・カード７８、フィーチャ・カード ８２およびデータ・インターワーキング周辺カード８４を含む。これらの周辺装 置カード各々の一般的説明を以下で述べる。 ＰＳＴＮインタフェース・カード７０は電話サービスをサポートする主ネット ワーク・インタフェース周辺装置として機能する。デジタルまたはアナログ回線 どちらかからなる幹線６６はローカル交換機中央局からの回線インタフェースを 提供する。アナログＰＯＴＳまたはＩＳＤＮインタフェースのどちらかに加えて 、ＰＳＴＮインタフェース・カードは３２Ｋｂ／秒ＡＤＰＣＭ（空中およびバッ クプレーンで使用する）とアナログ波形または６４Ｋｂ／秒ＰＣＭのいずれかと の間で音声を相互変換する。数個のワイヤ・ドロップがＰＳＴＮインタフェース ７０とインタフェースする。しかし、２個のワイヤ・ドロップしか与えられない 場合、および２対４ワイヤ・ハイブリッドが設備内または中央局内に配置されて いない場合、この周辺装置はエコー制御制限を実装する必要がある。 単一カード・ケ−ジ・システムの場合（または連鎖するカード・ケ−ジ制御ユ ニットが後述する実施形態にしたがって使用されている場合）、最初のＰＳＴＮ インタフェース・カードはアナログＰＯＴＳ回線と接続し音声端末に対する外線 として利用できるようにする。ダイアル情報はシステム制御ユニット・カード７ ２からＰＳＴＮインタフェース・カード７０へバックプレーン仮想制御チャンネ ル経由で通信される。コール・プロセス・トーンはデジタル化されクライアント 音声端末へ戻る割り当て可能なバックプレーン時間スロットの一つを経由してバ ンド内に渡される。 ＲＰＣＵカード７６および８２は図１を参照して一般的に説明する無線特有の 機能をサポートする集中アーキテクチャを提供する。ＰＡＣＳおよびＰＡＣＳ− ＵＢのアーキテクチャの概念によれば、各ＲＰＣＵは複数のＲＰ５４にサービス し、ＲＰ５４は代わりに数台のＳＵ５２に無線アクセスを提供する。従来技術で 知られているように、ＲＰ５４は最少コストでサービス地域を高密度でカバーで きるようにするために限られた機能しか備えていない。ＲＰ５４は高性能モデム 機能を提供し、ダウンリンク（ＲＰＣＵからＳＵへ）の情報ストリームをベース バンドからＲＦ帯へ変換し、逆にアップリンク（ＳＵからＲＰＣＵへ）情報スト リームをＲＦ帯からベースバンドへエラー検出付きで変換する。図示したように 、ＲＰ５４はＲＰＣＵ周辺装置（この実施例ではカード７６および８０）に標準 的なツイスト・ぺア線分配配線を介してインタフェースしている。 リモート・ラジオ・ポート電子装置へのツイスト・ペア線インタフェースは全 二重デジタル・リンクとＤＣ電力の両方を供給する。大規模ＰＡＣＳ−ＵＢシス テムでは、リモート・ポート電子機器はシステム・コントローラから相当離れた 距離に配置されることがある。リンクの信頼性を向上するためには、端末間の伝 送レートを最小限に押えるのが望ましい。たとえば、エア・インタフェース・レ ート３８４Ｋｂ／秒は時分割方式で共有するので、各々の半二重方向では１９２ Ｋｂ／秒の回線インタフェースに適応したレートでＦＩＦＯバッファを使用でき る。 ＲＰＣＵ周辺装置７６および８０は無線特有のＰＡＣＳプロトコルの多くと接 続する。各々がエア・インタフェース資源のＳＵ要求を処理し、バスおよびその 他の周辺装置資源、たとえば要素６４，６０，６２を介したネットワーク・イン タフェース等のための要求を行なう。さらに、ＲＰＣＵはサービスを行なってい るＲＰで全ての時間スロットについての接続状態に関する情報を保持しているた め、高レベルの情報および指示をＲＰに提供して、ＲＰをスペクトル使用規則に 適合させることができる。この例では、単一のＲＰＣＵ周辺装置カード、たとえ ばカード７６または８０が、全二重音声品質（３２Ｋｂ／秒）合計８チャンネル 分について２台のシングル・キャリアＲＰまたは１台の２重キャリアＲＰにサー ビスすることができる。 ツイスト・ペア線およびバックプレーン・インタフェースを含む以外にもRPＣ Ｕ周辺装置は小規模なリアルタイム・カーネルを実行する専用マイクロコントロ ーラを含むのが望ましい。プロセッサは周辺装置に対して制御ユニット７２と通 信し、サービスされるＲＰを管理および通信し、リンク保守および呼制御アルゴ リズムで使用される高次プロトコルと接続させるために必要なインテリジェンス を提供する。 １台または２台以上のＷＳＣＵカード７８は１台の有線子局５６で図示してあ る有線子局の使用をサポートする。このような有線子局は１台だけが図２に図示 してあるが、各々のＷＳＣＵカード７８はＲＰＣＵ周辺装置カードがサポートで きる全二重３２Ｋｂ／秒８チャンネルと同様の方法で８台までの子局をサポート することができる。 本実施形態では、有線子局は有線端末にファントム電力とバンド内高速チャン ネル（たとえば６４Ｋｂ／秒ｍｕ−ｌａｗＰＣＭ）およびバンド外低速制御チャ ンネル（呼処理のためのキー押し下げ）両方での時分割多重ＴＤＤデジタル・デ ータを伝送する１本のツイスト・ぺア線経由でＷＳＣＵカード７８とインタフェ ースする。ＷＳＣＵカード７８は、たとえば、ＰＡＣＳレイヤ３プロトコル・メ ッセージ（種別ＩＮＦＯ）を使用してキー押し下げおよびフック状態メッセージ を（アップリンク方向に）通信し、子局ディスプレイを制御してユーザ・シグナ リングまたはキーパッド入力を（ダウンリンク方向で）要求する。周辺装置はＲ ＰＣＵカード７４および８０と同じ実装内容を用いて、たとえばボイスメール・ システムとの通信のような発呼後ダイアリング用途のためにキー押下制御チャン ネル・メッセージをオーディオ・チャンネルのＤＴＭＦに変換する。 データ・インターワーキング周辺装置８４もＰＡＣＳにおけるデータ・サービ ス用に従来のアーキテクチャ定義に適合している。機能的には、データ・インタ ーワーキング周辺装置８４は回線インタフェース周辺装置７０と同様であるが、 音声サービスの代わりに非音声サービスに使用する、もう一つのネットワーク・ インタフェース周辺機器と見なすことができる。たとえば、ＳＵがサービスする ＲＰＣＵに対してデータ発呼をセットアップするように信号する場合、ＲＰＣＵ はバックプレーン資源を要求して、データ・インターワーキング周辺装置８４か らのサービスを要求しこれとの間で情報ストリームを通信する。データ・インタ ーワーキング周辺装置は周知のデータ線用プロトコルを介してデータ・インター ワーキング機能（ＩＷＦ）と通信する。ＩＷＦはサービスで要求された特定のネ ットワーク・インタフェース・プロトコルを処理する。望ましくは、ＩＷＦはＩ Ｐインターワーキングをサポートして、ローカルなＩＰを用いた企業体データ・ ネットワークおよび世界的なインターネットの両方へのアクセスが行なえるよう にすべきである。 コントローラ・カード７８： パワフルなデスクトップ・コンピュータとこれらを接続する必要性が増加した ので、コンピュータ・ネットワーク・ハードウェアに対する相当な要求が発生し ている。現代のビジネス通信システムではコンピューティングと電話ハードウェ アを統合し新機能（たとえばコンピュータ／電話の統合化）に重点を置く動きが 盛んである。特に小規模なビジネスでは、音声および基本的高速データ接続の各 々のために物理的に別々のネットワーク・ハードウェアを使用しなければならな い代わりとして、同じシステム・アーキテクチャで音声並びに基本的高速データ 接続の双方を提供することは有利であろう。システム・バックプレーンはこうし た有意な容量を保有しているので、多数の時間スロットを用意して高速共有メデ ィアデータ接続をサポートし、またバックプレーン周辺装置を用いて接続されて いるデスクトップ・コンピュータ間での資源利用を調停することが容易である。 この周辺装置はスタンドアロンのイーサネット・ハブ・コントローラと極めて類 似した動作を行なうので、図２にはそのようにラベルをつけてある。 フィーチャ・カード８２： 付加したフィーチャ機能はシステム・ソフトウェアかまたはハードウェアで「 フィーチャ・カード」として提供される。たとえば、一組のカンファレンス・ブ リッジを周辺機器カードに実装してバックプレーンから低速３者間通話およびそ の他複数間通話へのインタフェースを設定できる。 フルに搭載されるカード・ケ−ジは１０ないし１６枚のカードを含む。たとえ ば、各々のカードは有線端末８本またはＰＡＣＳ−ＵＢのRＰ２台のいずれかを サポートできる。これにより物理的なカード・スロットの幾つかがネットワーク ・インタフェース機能に割かれていると仮定して、ケ−ジあたり（同時）８０回 線の近似容量が得られる。 端末にサービスを提供する周辺装置は前述の高速バックプレーン・バス６８と 各ユニット７５に提供されている固定ＣＵ７２でサポートされる。ＣＵ７２は音 声およびデータの回路の切り替え接続を行う。高速デジタル・バックプレーン・ バス６８は時間スロット交換をデータ交換のために行う。この特定の例では、固 定ＣＵおよび高速バックプレーンを有するカード・ケ−ジに３１台までのスレー ブ周辺カードを挿入することができる。このアーキテクチャは比較的小規模の企 業（たとえば８０回線以下を使用する企業等）で特に有用な低コストのシステム を提供する。同時に、このアーキテクチャによってもっと大型の、２０，０００ 回線以上を使用するシステムへのエレガントな増加移行パスが得られる。 図３に示すように、バックプレーンは３２ビット幅でフレームあたり４０９６ 時間スロットを有している。各々の３２ビット時間スロットは８ビット×４オク テットに分割され、各々が４つの物理チャンネル０，１，２，３（各々ビット０ 〜７，８〜１５，１６〜２３，２４〜３１）を形成する。フレームは１２５μ秒 ごとに反復するので８ｋＨｚ音声サンプリング・レートに対応するレートとなる 。１，０４８６Ｇｂｐｓでは、バックプレーンはフレームあたり１６，３８４（ １６ｋ）オクテット・スロットをデータおよび音声通信に提供し、フレーム内の 各オクテットは単方向６４ｋｂｐｓチャンネルを提供する。 フレームの最後の２５６時間スロットでは４オクテット全部（チャンネル０〜 ３）がシステム制御データ（符号１０４）に割り当てられ、最初の２５６時間ス ロットでは（符号１０２）、各々最下位オクテット（チャンネルＯ）がシステム 制御データに割り当てられている。つまり、回路交換データには１５，０００以 上の割り当て可能なオクテットが利用できる状態で残っている。これにより、た とえば単純に全二重音声通信を同時に７，５００回線サポートできることになり 、稼動率が２５％以下と仮定すれば音声端末３０，０００台をサポートできる。 図４は各フレームの最後の２５６時間スロットに提供される制御チャンネル（ 図３で符号１０４で図示したもの）を示す。フレームＮの最後の２５６時間スロ ットの各々はフレームＮ＋２の最初の２５６時間スロットの一つと対になってお り特定の一つのカード・ケ−ジに割り当てられている。上位オクテット１０６（ データ・ビット２４〜３１とデータ・ビット１６〜２３）は特定カード上の特定 レジスタを選択するアドレス・バイトとして定義される。アドレス・バイトの構 造を図５に示す。 各時間スロットの次のオクテット（データ・ビット８〜１５）はＣＵからスレ ーブ側カードへ書き込まれるデータ・バイト１０８を含む。最後のオクテット１ １０（データ・ビット０７）はスレーブ・カードからコントローラＣＵへ要求さ れていないサービス要求のためにリザーブされる。フレームの最初の２５６時間 スロット（図３では符号１０２）では、最下位オクテット（データ・ビット０〜 ７）だけが制御チャンネルに割り当てられる。これはスレーブ・カードからシス テムＣＵへの応答データ・バイト（図４の１１２）を含む。全体として、ＣＵと の双方向通信のために各ケ−ジには５オクテットが割り当てられている。たとえ ば、時間スロット０の物理チャンネル０(第１のオクテット）と時間スロット３ ８４０（最後の３５６スロット・ブロックのスロット０)の物理チャンネル０〜 ３（４つ全部のオクテット）はケ−ジ０に割り当てられる。同様に、物理チャン ネル１と３８４１はケ−ジ１に割り当てられ、以下同様である。 図４に示しているように、最終ケ−ジＮ（１６進ＦＦ）の出力からケ−ジ０（ １６進００）の入力へ１フレームまでの遅延がある。この遅延はＮ回行なわれる パラレル−シリアル−パラレル変換（カスケードあたり一つの変換セット）から の予測できない集合遅延を保証するために含まれるもので、つまり、最大限に構 成したシステムは２５５個のカード・ケ−ジを有する。 特定ケ−ジの特定カードにある特定レジスタにアドレスするには、制御チャン ネル・スロットのロケーションと１６ビット・アドレスの組み合わせを用いる。 たとえば、システムの第１のケ−ジ（ケ−ジ０)では、時間スロット３８４０の 物理チャンネル２と３が連結されてデータ・メッセージ通信のためのアドレス１ ６ビットを提供する。ビット１５（最上位ビット）はリード／ライト・ビットで 、ビット１０〜１４はケ−ジ内で考えられる３２のカードロケーションの一つに アドレスするために使用する。残りの１０ビット（０〜９）は周辺カード・レジ スタのアドレシングに利用できる（図５参照）。 各ケ−ジは最後の２５６時間スロットの一つをそのケ−ジのスレーブ・カード からシステムＣＵへの制御チャンネルとして割り当ててある。その時間スロット で下位のオクテット１１０はスレーブ・カードから呼処理ＣＵへ要求されなかっ たサービス要求のためにリザーブされる。このオクテットはケ−ジ内のカードで 共有する資源である。有線ＡＮＤ制御線が自己調停のためにも提供される。各カ ードは特定の物理スロットへキーされる。たとえば、物理ケ−ジ・スロット番号 ３のカードはバックプレーン・コネクタ経由でこれに渡される５本の結線済みア ドレス線を調べることによってスロット３にあることが分かる。スロット１のカ ードがサービス要求オクテットをアクセスしたい場合、フレームの第１の６４時 間スロットのどこかでサービス要求調停制御線をローに引き下げる（ｐｕｌｌ） 必要がある。スロット２のカードがサービス要求オクテットを希望する場合、最 初に制御線を調べてカード１がオクテットの制御を掌握したか判定し、違う場合 にはフレームの第２の６４時間スロットのどこかで制御線をローに引き下げる。 最初の３２個の時間スロット・グループでこれが続き、制御チャンネルが到着し た地点で一つだけのカードがサービス要求オクテットへのアクセスを許可される 。 このアーキテクチャによると、スレーブ・カードのレジスタからＣＵへのデー タパスは時間スロット０の物理チャンネル０で提供される。ケ−ジ１〜２５４か らケ−ジ０への逆方向通信に固有の１フレーム分の時間的遅延のため、ケ−ジ０ にあるカードは図４を参照して前述したように、１フレーム分データ読み込みの ための応答データを遅延させる必要がある。つまり、ケ−ジ１は時間スロット１ と３８４１、ケ−ジ２は時間スロット２と３８４１を使用し、以下同様である。 本発明で用いるブロードキャスト・チャンネルは高次レイヤＰＡＣＳプロトコ ルの機能にとって必須である。ＰＡＣＳ−ＵＢは認可および未認可システムの間 の相互運用性を拡張するため、ＰＡＣＳと共通のレイヤ２およびレイヤ３プロト コルを指定している。様々な時間に、固定システム・インフラストラクチャは空 中で移動局への各種情報をストリームしなければならない。この情報には、ポー トＩＤ、システムＩＤ、アクセス権、登録地域ＩＤ、暗号化モジュール、または 移動局パラメータを変更するためのメッセージ等の項目があるシステム情報チャ ンネル、登録非活動移動局に対して着呼を受信したことを知らせるために警報ま たは「鳴動」メッセージが送出される警報チャンネルを含む。これらの項目の多 くはシステム起動時にシステム・コントローラからＲＰＣＵ周辺装置へ１回ダウ ンロードされ、適切な時間に適切なメッセージに対してこの情報のフォーマット をＲＰＣＵによって行なう。しかし、コントローラは着呼要求を処理して警報メ ッセージを作成し、警報区域へブロードキャストされるようにする（この例では システム全体）するためにリアルタイムで介在しなければならない。前述のよう に、システム・コントローラがブロードキャスト機能を実現する本発明の方法で は、制御チャンネル時間スロット（スロット番号２５５）を全ブロードキャスト ・メッセージについて使用する（図４参照）。これにより大規模システムで一つ だけのケ−ジでサポートできるケ−ジの最大個数が２５５に減少するが、システ ムのケ−ジ全部にある全ての周辺装置カードに一つのメッセージを到達させるこ とができるようになる。周辺装置バックプレーン・インタフェースについての制 約は、そのケ−ジについてのブロードキャスト時間スロットと制御時間スロット が隣接しているためバックプレーン上の２つの連続した時間スロットをケ−ジ２ ５４の任意の周辺装置が読み取れなければならないということである。 単一のケ−ジ・アーキテクチャにシステムが限定されないことが本発明の特徴 である。たとえば、図７に示した実施形態において、本システムはシリアル高速 ファイバー・リンク１５０でカスケード接続される２５５台までのケ−ジをサポ ートできる。これはシステムの最大設定で２０，０００回線以上を提供すると同 時に、最小限のシステム設定では、第２のケ−ジやカスケード接続ハードウェア を必要とする前に８０回線までをサポートできるようにしている。システム・キ ャパシティの要求が増大したら、追加のケ−ジを高速（１．０４８６Ｇｂ／秒） シリアル・リンク経由でカスケード接続することができる。追加の各ケ−ジはリ ング状に順番に接続される。 マルチ−ケ−ジ・システムの好適実施形態において、ケ−ジ・コントローラ・ カードは各ケ−ジのカード・スロット・アドレス０に装着する。カードはバック プレーンの３２，７６８ＭＨｚクロックおよび独立したフレーム・スタート・パ ルスを提供してスレーブ・カードがバックプレーン・タイミングに同期できるよ うにする。フレーム・スタート線はフレームのスロット０の間は高い値でそれ以 外では低い値になる。スロット０の間ケ−ジ・コントローラはチャンネル１にケ −ジ番号を流して、スレーブ・カードにどのケ−ジへ接続されているのか、また どの制御チャンネルをモニタすべきかが分かるようにしなければならない。同期 ビット・パターンは時間スロット０のチャンネル２と３に置かれ、カスケード接 続カードがフレーム・タイミングを復元できるようにする。ケ−ジ・コントロー ラ・カードはケ−ジ０のシステムＣＵまたはカスケード・カードのどちらかであ る。 カードの物理アドレスは各カード・スロットに適当なレベルで結成された５本 のバックプレーン線でハードウェア的に符号化される。このようにすると、カー ドは「ホット」プラグインが可能であり２フレーム期間（２５０マイクロ秒）以 内にどのケ−ジにはいっているかまたどの物理スロットに差し込まれているかを 知ることができる。このようにすると、カードはどの制御チャンネル時間スロッ トをモニタするかとどのアドレス範囲に応答するかが分かる。つまり、カードは オペレーティングシステムに接続でき、システム内のアドレスを自動的に決定で き、設定のために主制御ユニットへサービス要求を送信できる。 シンプレックス時間／チャンネル割り当ては２データ・オクテットに含まれる １４ビットで通信する。２個のＭＳＢが物理チャンネルを定義し１２個のＭＳＢ が時間スロットを定義する（図４参照）。カードあたり８回線の容量を持つ１６ 枚のカードを各々が含む２５５台のケ−ジでは、３２６４０回線の容量を提供す る。制御チャンネル５チャンネルだけ２５６時間スロット少ない４物理チャンネ ル４０９６時間スロットでは１４，１０４シンプレックス・チャンネルまたは７ ，５５２全二重呼となる。前述したように、稼動率２５％と仮定すると３０，２ ０８回線が得られる。 シングルケ−ジ・システムでは、スロット割り当ては呼処理によって行なわれ るので一つだけの装置が任意の時間／チャンネル・オクテットへ書き込みアクセ スを許容される。一方、マルチケ−ジ・システムでは、先行ケ−ジにリンクされ たカスケード接続カードと同一ケ−ジにある他のスレーブ・カードの間に競合が 存在する。時間／チャンネル・オクテットはケ−ジ内の一つのＣＵによって未だ 割り当てられているが、カスケード接続カードは先行ケ−ジのバックプレーンに 見付かったデータを呼処理の知識なしで盲目的に反復する。 さらに、Ｎ台のケ−ジを有するシステムでは可変遅延線をケ−ジＮ−１の出力 とケ−ジ０の入力の間に挿入することになり、結果として最大数のケ−ジが使用 されているケ−ジ０へ正確に１フレームの遅延をフィードバックする。これはル ープが閉じている時にフレーム・スロット構造を保持する。これはまたデータ読 み取りコマンドへの応答データについてケ−ジ１からケ−ジＮ−１までのカード に１フレームの遅延を挿入する。したがって、ケ−ジ０のカードはそれらのロケ ーションを認識して自分自身で１フレームの遅延を挿入し、システムの残りの部 分と整列するようにしなければならない。 フレームの第１の時間スロットの上位２オクテットに位置するフレーム同期ワ ード（frame sync word）はフレームおよび時間スロット同期を提供する。各ケ −ジは１．０４８６Ｇｂ／秒シリアル・リンクの使用で必要とされるパラレル− シリアル−パラレル変換に起因して直前のケ−ジのタイミングに参照されるＭ個 の時間スロット遅延を提供する。カード・アドレス復号のためにケ−ジ番号は各 ケ−ジの第１の時間スロットの第２のオクテットに表示されるので、ケ−ジＮ− １のカードはシステムのケ−ジ０フレームタイミングに対するそれらのローカル なケ−ジ・タイミングで（Ｎ−１）Ｍ時間スロット遅延を認識できることになる 。この相対タイミング情報はフレーム開始タイミングから整数スロット時間を減 算するためにＲＰＣＵカードでも使用されて、ＰＡＣＳ−ＵＢプロトコルで要求 されるような全無線ポートでのスーパーフレームおよびハイパーフレーム同期が システム全体で行なえる。結果として得られる時間精度は優に１マイクロ秒以内 である。 フレーム同期ワードは１６フレーム・スーパーフレームの第１フレームに非反 転送信される。スーパーフレーム構造では長さ１６フレームのｐｎシーケンスに 基づくビット・スクランブルが行なえる。これによりユーザ・データに埋め込む ことのできるフレーム同期ワードの一貫した出現を阻止する。 ケ−ジ１からケ−ジＮ−１で、高速シリアル受信器はバスクロック信号を生成 しフレーム同期は直前のケ−ジからのフレーム・データをプルし、コピーする。 この受信器は呼処理状態の知識を保持する必要がない点でかなりシンプルである 。たとえば、４本の結線ＡＮＤ制御線を用いてフレーム内の特定オクテットに書 き込むべきかまたは３状態とすべきかを受信器カードに示すことができ、ローカ ル・カードの１枚をスロットに埋めることができる。スレーブ・カードがバック プレーンに書き込むスロットに先行して時間スロットでは、スレーブ・カードは 適当な制御線をローに引き下げて受信器カードに対し次の時間スロットのそのオ クテットを３状態とすべきことを示す。これで同一ケ−ジ内のカスケード接続カ ードと他のスレーブ・カードの間に前述したように起こり得る衝突を解決する。 前述のＣＵの機能は、たとえばインテル社製ｘ８６プロセッサ・ファミリー上 の市販カーネルで呼制御ソフトウェアを実行することで実現できる。本発明によ る他の設定を用いることも当然のことながら可能である。 バックプレーン交換ファブリックは１つまたは２つ以上の６４ｋｂｐｓデータ ・ストリームのグループを交換するのでシステムはケ−ジに接続したカードの性 質に関して非常に柔軟性が高い。たとえば、データ・インターワーキング・カー ドを用いてＰＡＣＳデータ・アーキテクチャあたりで無線データをサポートする ことができる。音声パス・ブリッジング（たとえば電話会議または３者間通話用 ）、音声メッセージその他のための追加カードも使用できる。 大規模システムにアクセス管理カードを迫加してアクセス認証やリンク暗号化 のためのキー管理等のタスクから主ＣＵを開放することができる。この点に関し て、ＰＡＣＳの仕様では無線システムに多数のサービスを提供するＡＭ機能を記 載している。プロトタイプのＰＡＣＳ−ＵＢシステムは呼制御ソフトウェアの統 合コンポーネントとしてこれらの機能の一部を実装している。これらの機能は、 ＳＵ登録レコードの設定、保守、クリアランス、並びに関連無線システムの割り 当て、恐らくＳＵ認定の解読を含むＳＵ登録要求の認証と有効化、回線インタフ ェース周辺機器からの着呼サービス要求に応答した呼の配給に関するＳＵ警告の 開始、登録レコード経由のＳＵ発呼試行のレギュレーションが含まれる。ＰＡＣ Ｓ仕様では標準の国内ＩＳＤＮ−１メッセージ（standard National ISDN-lmess age）の使用によるＩＳＤＮチャンネル上のＲＰＣＵからＡＭへの通信を必要と している。プライベート・アクセス電話／データシステムでは、プライベート・ ユーザグループを管理するためにローカルなＡＭ機能を提供するのが望ましい。 システムに対して他の変更を加えることも可能である。たとえば、異なるエア ・インタフエース・プロトコルのために異なるＲＰＣＵ周辺機器を規定し、バッ クプレーン構造および呼処理ソフトウェアの機能に相対的な一般性を付与するこ とが考えられる。 本発明の前述の目的実現に関して本発明の好適実施例の詳細を説明した。この 説明が単なる例であることは理解されるべきである。本発明の趣旨と範囲内にあ るさらに多くの変形および変更が当業者には明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｑ 7/24 7/26 7/30 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＣＮ，Ｊ Ｐ，ＫＲ，ＭＸ，ＳＧ (72)発明者 レランド，ケネス，ダブリュー. アメリカ合衆国 07701 ニュージャージ ー州 ミドルタウン ウエランド ロード 149

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ユーザ通信信号を交換するように設定された複数の端末を有する通信シス テムにおいて、前記端末間で前記ユーザ通信信号を転送するための装置であって 多数のモジュラー接続手段を有するバックプレーン・バスと、 前記モジュラー接続手段の少なくとも一つを介して前記バックプレーン・バス に接続されたコントローラ装置と、 各々が前記多数のモジュラー接続手段の少なくとも一つを介して前記バックプ レーン・バスに接続され、前記コントローラ装置によって決定されたフォーマッ ト並びに速度で前記バックプレーン・バス経由で前記ユーザ通信信号を提供する ように構成された複数のインタフェース装置と を有し、 前記フォーマットは複数フレーム間で前記ユーザ通信信号が分割され、各フレ ームは所定数の時間スロットを有し、第１の個数の前記時間スロットはシステム 制御データを提供し第２の個数の前記時間スロットは前記ユーザ通信信号に対応 するユーザ・データを提供することを特徴とする装置。 ２． 前記インタフェース装置の少なくとも１台は無線送受信機との間で時分割 ベースバンド・フォーマットでユーザ通信信号を通信する無線制御ユニットを含 み、前記無線送受信機は１台または２台以上の無線端末に無線アクセスを提供す ることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３． 前記時分割ベースバンド・フォーマットはパーソナル・アクセス通信シス テム・プロトコルで規定されたフォーマットであることを特徴とする請求項１に 記載の装置。 ４． 前記システム制御データの一部は前記複数のインタフェース装置の１台に 常駐する宛先を表わすアドレシング・データを含むことを特徴とする請求項１に 記載の装置。 ５． 前記アドレシング・データは前記多数のモジュラー接続手段の選択した１ 台のロケーションを表わすカード・アドレス・データと、前記多数のモジュラー 接続手段の前記選択した１台に関連するレジスタ・アドレスを表わすレジスタ・ アドレス・データとを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ６． 前記バックプレーンと、前記コントローラ装置と、前記複数のインタフェ ース装置はモジュラーカード・ケ−ジ・アセンブリに提供されることを特徴とす る請求項１に記載の装置。 ７． 所定数までの前記インタフェース装置が前記コントローラ装置のスレーブ として前記カード・ケ−ジ・アセンブリに提供されることを特徴とする請求項６ に記載の装置。 ８． 各々がバックプレーン・バスと、コントローラ装置と、１台または２台以 上の周辺装置とを含む複数のモジュラーカード・ケ−ジ・アセンブリをさらに含 み、各々のモジュラーカード・ケ−ジ・アセンブリの各々のコントローラ装置は シリアル通信インタフェースによるデイジーチェーン構造でリンクされることを 特徴とする請求項６に記載の装置。 ９． 前記シリアル通信インタフェースは前記バックプレーン・バス経由でデー タが送信されるレートに等しいレートでデータを送信することを特徴とする請求 項６に記載の装置。