JP2002027536A - 移動通信システム、端末及び基地局 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】予約用制御パケットの衝突によるスループット
低下のない移動通信システムを提供する。 【解決手段】基地局は，サービスエリア内のトラフィッ
クの状況に応じたビジートーン情報を応答用制御チャネ
ルまたはビジートーン専用のチャネルを通して定期的に
送信し、データ送信要求をもつ各移動端末が、上記ビジ
ートーン情報に基づいて予約用制御パケットの送信を制
御する。 【効果】同時に発生する予約用制御パケットの送出制御
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動通信システム
および移動端末装置に関し、更に詳しくは、符号分割多
元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access）
方式を適用した予約方式の移動通信システムおよび移動
端末装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばアイ・イー・イー・イー
トランザクションズ オン コミュニケーションズ、パ
ケット スイッチング イン ラジオ チャネルズ：パ
ート３−ポーリング アンド （ダイナミック） スプ
リット−チャネルズ リザーベーション マルチプル
アクセス、ＣＯＭ−２４、８（１９７６年）第８３２頁
〜第８４５頁（IEEE Transactions on Communications、
Packet Switching in Radio Channels:Part3-Polling a
nd (Dynamic) Split-Channel Reservation Multiple Ac
cess、ＣＯＭ−２４、８（１９７６）ｐｐ．８３２−８
４５）（以下、従来技術１という）に述べられているよ
うに、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ：Frequency Divi
sion Multiple Access）方式で予約型アクセス制御を行
ったいどう通信システムが知られている。

【０００３】予約型アクセス方式では、データ送信要求
をもつ移動端末が、予約用制御パケットで基地局に伝送
チャネルの予約を行い、基地局が、端末に割り当てるべ
き伝送チャネルと送信タイミング（タイムスロット）を
スケジューリングし、各端末に対して、応答用制御パケ
ットによって使用すべき伝送チャネルとタイムスロット
を通知する。この方式によれば、基本的に伝送チャネル
ではパケットの衝突は発生しない。予約型アクセス制御
の通信システムの他の例としては、例えば、特開平６−
３１１１６０号公報（以下、従来技術２という）に、時
間分割多元接続（ＴＤＭＡ：Time Division Multiple A
ccess）方式によるものが提案されている。

【０００４】一方、ＦＰＬＭＴＳ（Future Public Land
Mobile Telecommunication Systems）の標準方式とし
て、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：Code Division Mult
ipleAccess）方式が有望となっている。ＣＤＭＡ方式の
移動通信システムは、例えば特開平７−３８４９６号公
報（以下、従来技術３という）で提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１および２で提案されたＦＤＭＡおよびＴＤＭＡによ
る予約型アクセス方式の移動通信システムでは、各移動
端末は、予約用制御チャネルで互いに非同期で予約用制
御パケットを送出するため、複数の予約用制御パケット
が衝突する可能性が高く、衝突に伴う予約用制御パケッ
トの再送信が繰り返されてシステム全体のスループット
を劣化させる要因となっている。一方、ＣＤＭＡを採用
した従来技術３は、予約型アクセス制御における上記問
題に関して特に有効な情報を与えていない。

【０００６】本発明の目的は、予約型アクセス制御方式
の移動通信システムにおける予約用制御パケットの衝突
の問題を解決し、スループットの高い移動通信システム
および移動端末装置を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、予約型アクセス制御
方式の移動通信システムにおける予約用制御パケットの
衝突の問題を解決し、スループットの高い移動通信シス
テムおよび移動端末装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の移動通信システムでは、基地局と移動端末
との間の無線通信区間に、移動端末から基地局へ向かう
上り方向のデータパケットおよび基地局から移動端末へ
向かう下り方向のデータパケットの送信に使用する複数
の伝送チャネルと、移動端末から基地局に伝送チャネル
割当て要求を示す予約用制御パケットを送信するために
使用される予約チャネルと、基地局から移動端末に対し
てデータ送受信すべき伝送チャネルを示す応答用制御パ
ケットを送信するために使用される応答チャネルとを設
け、上記予約、応答および伝送の各チャネルにはＣＤＭ
Ａ方式によるスペクトラム拡散を適用し、データ送信要
求をもつ移動端末が、任意のタイミングで上記予約チャ
ネルに予約用制御パケットを送信し、基地局から上記応
答チャネルに送信した応答用制御パケットによって、各
移動端末に使用すべき伝送チャネルとタイムスロットと
を指定し、各移動端末が、上記応答用制御パケットで指
定された伝送チャネル上の指定されたタイムスロットで
データパケットの送受信を行うようにしたことを特徴と
する。

【０００９】更に詳述すると、上記予約、応答および伝
送の各チャネルには、それぞれ固有の拡散符号、例えば
疑似雑音（ＰＮ：Pseudo Noise）を割り当て、特に、予
約チャネルには、他の応答用および伝送用のチャネルよ
りも短い拡散符号を割り当てる。基地局は、複数の移動
端末から時間的に互いに重なりをもって送信された複数
の予約用制御パケットの信号をマッチドフィルタによっ
て識別し、各パケット対応にビット信号の受信処理を行
う。

【００１０】本発明の好ましい実施例によれば、移動端
末から予約パケットを受信すると、基地局は、スケジュ
ール制御によって各伝送チャネルにおけるタイムスロッ
トの割当てを行い、その結果を応答用制御パケットで各
移動端末宛に通知する。また、同時通信されるパケット
の総量を規制するために、基地局が、トラフィックの状
況に応じたビジートーン信号を周期的に送信し、データ
送信要求をもつ各移動端末が、上記ビジートーン信号に
応じた予約パケット送信制御を行うようにする。尚、無
線区間に応答チャネルを複数用意しておき、移動端末毎
の受信すべき応答チャネルを指定するようにしてもよ
い。

【００１１】本発明によれば、伝送チャネルにはタイム
スロットを定義し、各移動端末が、基地局から指定され
た特定のタイムスロットでデータの送受信を行うように
し、予約チャネルに対しては、タイムスロットは設けず
に、データ送信要求をもつ各移動端末が任意のタイミン
グで予約用制御パケットを送信するようにしているた
め、各移動端末における予約用制御パケットの送信動作
が容易となる。

【００１２】また、各移動端末が、予約用制御パケット
を伝送チャネルで送信されるデータパケットよりも短い
周期を持つ拡散符号によってスペクトル拡散し、基地局
側では、予約チャネルの信号をマッチドフィルタにより
受信する。この場合、同一拡散符号でスペクトル拡散さ
れた２以上の制御パケットが時間軸上で部分的に重なっ
ていても、各パケット間に拡散符号上の１チップ以上の
タイミングずれがあれば、マッチドフィルタは、受信パ
ケットを識別できるため、複数の移動端末がそれぞれ任
意のタイミングで予約用制御パケットを発生しても、そ
れらが衝突によって受信不能となる可能性は極めて低
い。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用する移動通
信ネットワークの構成の１例を示す。

【００１４】１は電話機等の固定端末３を収容した公衆
網、２は、複数の基地局４（４ａ、４ｂ、…）を収容
し、上記公衆網に接続された移動通信網であり、各基地
局４は、それぞれのサービスエリア（セル）内に位置す
る移動端末５（５ａ、５ｂ、…）と無線チャネル６で通
信する。尚、無線チャネル上では、データ・音・画像が
混在したマルチメディア情報の通信に適したＣＤＭＡ方
式のパケット伝送が適用される。

【００１５】図２は、本発明による無線通信システムの
送受信プロトコルを示す。

【００１６】図２の（Ａ）は、コールセットアップ処理
のプロトコルを示す。コールセットアップ処理には２種
類あり、１つは、無線端末に対してサービスエリア内の
ローカルＩＤ（ローカルアドレス）を最初に付与する処
理であり、もう１つは、無線端末に他の送信先端末と通
信するためのリンク番号を付与するための処理である。
上記ローカルＩＤは、各無線端末に予め与えてある固有
のアドレス番号よりも短縮されたアドレス番号であり、
このローカルＩＤを使用することによって，パケット長
の短縮が図られる。リンク番号もこれと同様の効果を持
つ。

【００１７】コールセットアップ処理の手順は、上述し
たローカルＩＤの付与、リンク番号付与のどちらにも共
通であり、送信端末が、予約チャネル７を利用して、基
地局にコールセットアップ予約用の制御パケット１０ａ
を送信し、基地局が、応答チャネル８を利用して、送信
端末にコールセットアップ応答用の制御パケット１１ａ
を送信する。上記予約用制御パケット１０ａには、送信
元を示すアドレス情報が設定されている。また、上記応
答用の制御パケットには、受信動作すべき送信端末アド
レスと、受信動作すべき伝送チャネル９上のタイムスロ
ットが指定されている。これによって、上記応答用制御
パケットで指定された送信端末が、伝送チャネル９上の
指定されたタイムスロットで、基地局が送信した位置登
録情報（ローカルＩＤ番号）あるいはリンク情報（リン
ク番号）を含むコールセットアップ用のデータパケット
１２ａを受信する。なお、制御用パケットに余裕があれ
ば、コールセットアップ用データパケット１２ａを利用
することなく、コールセットアップ応答用の制御パケッ
ト１１ａで上記位置登録情報あるいはリンク情報を伝送
することも処理も可能である。

【００１８】上記予約、応答、伝送チャネルは、適用す
るＰＮ符号によって選択される。また、基地局による各
伝送チャネル上でのタイムスロットの割当ては、例え
ば、管理テーブルを参照して、空きチャネルの中から、
応答用制御パケットの送出スロット以降で時間的に最も
近い空きスロットを割り当てるように、スケジューリン
グされる。

【００１９】図２の（Ｂ）は、情報伝送のためのプロト
コルを示す。

【００２０】データ送信要求をもつ各送信端末は、予約
用チャネル７を利用して、基地局に予約用制御パケット
１０ｂを送信する。これに応答して、基地局が、応答制
御用チャネル８を利用して送信端末に応答用制御パケッ
ト８ｂを送信し、送信端末が送信動作に使用すべき伝送
チャネル９とタイムスロットを指定する。予約パケット
を送信した各伝送端末は、自局宛の応答用制御パケット
１１ｂを受信すると、そこで指定された伝送チャネル９
中の特定のタイムスロットを利用して、基地局に情報伝
送用のデータパケット１２ｂを送出する。

【００２１】上記データパケット１２ｂは、一旦、基地
局によって受信される。基地局は、上記データパケット
の宛先アドレスを確認し、宛先端末（受信端末）がサー
ビスエリア内に位置する移動端末の場合は、応答チャネ
ル８を利用して、受信端末と受信動作すべき伝送チャネ
ルおよびタイムスロットを指定した制御パケット１３を
送信した後、上記指定したタイムスロットで、上記送信
端末からの受信パケット１２ｂを転送動作する。受信端
末は、上記制御パケット１３で指定された伝送チャネル
９のタイムスロットで、基地局が転送したデータパケッ
ト１４を受信する。

【００２２】上述した情報伝送プロトコルによれば、移
動端末から基地局へ向かう上り方向のデータ転送には予
約用の制御パケットを必要としているが、基地局から移
動端末へ向かう下り方向のデータ転送には、予約用の制
御パケットは不要である。基地局は、パイロット信号に
よって、各移動端末に送受信動作における基準タイミン
グを与えており、各移動端末は、基地局からの情報伝送
用のデータパケット１４とパイロット信号とを同一の遅
延時間で受信できるため、パイロット信号を参照してい
れば、データパケットの同期捕捉は容易に行える。

【００２３】図３は、従来の予約方式の無線通信システ
ムにおけるアクセス制御方式を示す。

【００２４】予約方式は、図２で説明したように、情報
伝送用のデータパケットの送信に先立って、予約パケッ
トを送出し、予約が成立してからデータパケットを送信
する方式であり、伝送チャネル９の他に、予約チャネル
７と応答チャネル８とが用意される。チャネルの分割
は、周波数分割（従来技術１参照）あるいは時分割（従
来技術２参照）によって行われる。

【００２５】図３では、横軸に時間２１を示す。無線端
末が、予約チャネル７で基地局に予約用制御パケットを
送信すると、基地局が、伝送チャネル上でのタイムスロ
ットのスケジューリング２４を行い、応答チャネル８を
利用して無線端末に予約結果を示す制御パケットを送信
する。従来の方式によれば、２２ａ、２２ｂで示すよう
に、予約チャネル上で複数の移動端末からの予約パケッ
トが衝突する可能性がある。各位相端末は、予約用制御
用パケットを送出した後、一定時間待っても自分宛の応
答用制御パケットが返って来ない場合、予約チャネル上
で衝突が発生したものと判断し、予約用の制御用パケッ
トを再送動作（２３ａ、２３ｂ）する。予約方式のスル
ープットは、上述した予約パケットの衝突に依存して制
限されてしまう。

【００２６】図４は、本発明による予約チャネルにＣＤ
ＭＡ（Code Division Multiple Access、符号分割多元
接続）によるアクセス制御方式を適用した示す。

【００２７】本発明は、予約制御用チャネルをＣＤＭＡ
方式によってアクセス制御（従来技術３参照）する点
で、従来の予約方式と異なる。図３に示した予約チャネ
ル７において、横軸は時間２１、縦軸は送信端末２５を
示し、複数の端末からの予約パケットが時間軸上で部分
的に重なって送出された状況を表現している。

【００２８】ＣＤＭＡ方式では、送信データの各シンボ
ル（「１」、「０」）を、チャネルに固有のパターンを
もつ複数チップの拡散符号（直交符号またはＰＮ符号）
に置換することによって、スペクトル拡散している。例
えば、直接拡散方式において、複数の送信端末が、同一
のＰＮ（Pseudo Noise、疑似雑音）系列を使用してデー
タをスペクトル拡散し、同一のキャリア周波数でデータ
送信した場合、データの送信タイミングに１チップ以上
の時間的なずれがあれば、受信側では、各送信データを
独立に識別することが可能である。

【００２９】本発明では、予約チャネルにＣＤＭＡ方式
のパケット通信を適用し、複数の移動端末に対して、予
約用の制御パケットを任意のタイミングで送信させる。
複数の端末からの予約制御パケットの送信タイミングが
完全に一致した場合は、パケットが衝突したことになる
が、通常、このような完全一致は稀であり、２６（２６
ａ、２６ｂ）で示すように、時間的に重なっても、２つ
のパケットに１チップ以上のタイミングのずれがあれ
ば、衝突は回避されたことになり、再送の必要はない。
従って、本発明の方式によれば、従来の予約方式と比較
して、スループットが著しく改善される。

【００３０】本発明では、データ送信要求をもつ各移動
端末は、予約チャネルにおいて、任意のタイミングで伝
送チャネルタイムスロットの予約用制御パケットを送信
し、応答チャネルで基地局が送信する応答用制御パケッ
トによって指定された伝送チャネルの指定されたタイム
スロットで、送信データを送出する。データ伝送は、原
則としてタイムスロット単位で行い、送信データが複数
タイムスロットに及ぶ場合は、各タイムスロット毎に予
約を行うが、予約処理を効率課するために、１個の予約
用制御パケットで複数タイムスロットの伝送チャネルを
予約可能にしておき、１個の予約用制御パケットに対し
て、基地局が、１つの応答用制御パケット、またはタイ
ムスロット毎の複数の応答用制御パケットで、複数のタ
イムスロットを割り当てるようにしてもよい。

【００３１】本発明において、予約パケットは任意のタ
イミングでの送信を許容するが、応答用の制御パケット
と情報伝送用のデータパケットの送受信は、予め決めら
れた一定長のタイムスロットに同期して行う。応答チャ
ネルと各伝送チャネルを固定長をもつタイムスロットに
分割することにより、各無線端末と基地局での高速同期
を容易にする。すなわち、基地局が、適切な周期をもつ
ＰＮ系列を用いたスペクトル拡散によって生成したパイ
ロット信号を共通チャネル（パイロットチャネル）で送
信し続け、各無線端末が、上記パイロット信号をモニタ
ーすることによって同期信号（基準信号）を抽出し、応
答チャネルおよび各伝送チャネルに基地局と同期したタ
イムスロットを設定する。尚、パイロット信号は拡散符
号の同期を目的としているため、伝送情報の内容は何で
も良い。従って、パイロット信号は、専用のパイロット
チャネルを使用する代わりに、例えば、応答用の制御チ
ャネルを利用することも可能である。

【００３２】図５は、本発明の移動通信システムで使用
するパケットのフォーマットを示す。

【００３３】予約用制御パケットは、図５の（Ａ）に示
すように、先頭から順に、同期獲得のためのプリアンブ
ル３１ａ、パケットの種別（位置登録用、リンク確保
用、情報伝送用）を表す予約種別４３２ｂ、送信元アド
レス３３（位置登録済ならローカルＩＤを使用）、送信
先アドレス３４（リンク確保済ならリンク番号を使
用）、予約したい送信パケット数（タイムスロット数）
３５、誤り検出符号であるＣＲＣ（Cyclic Redundancy
Check）３６ａから構成される。なお、送信パケット数
は、位置登録あるいはリンク確保のためのコールセット
アップ処理では不要である。

【００３４】応答用制御パケットは、図５の（Ｂ）に示
すように、先頭から順に、送信先アドレス３４、パケッ
トの種別（位置登録用、リンク確保用、上り情報伝送
用、下り情報伝送用）を表す応答種別３２ｂ、割当てた
チャネルの拡散符号を表すＰＮ種別３７、割当てた送信
タイミングを表すタイミング情報３８、ＣＲＣ３６ｂか
ら構成される。本発明において、応答用制御パケットで
は、プリアンブルが不要である。これは、各移動端末
（無線端末）が常にパイロット信号をモニターしてお
り、該パイロット信号に基づいて、応答チャネルにおけ
る各タイムスロットの同期をとり、各応答用パケットを
捕捉処理できるからである。情報伝送用のデータパケッ
トは、図５の（Ｃ）に示すように、先頭から順に、プリ
アンブル３１ｂ、パケット種別（位置登録用、リンク確
保用、上り情報伝送用、下り情報伝送用）３２ｃ、送信
元アドレス３３（位置登録済ならローカルＩＤを使
用）、送信先アドレス３４（リンク確保済ならリンク番
号を使用）、データ３９（情報伝送用チャネルあるいは
応答制御用チャネルのＰＮ符号、送信あるいは受信のタ
イミング、伝送情報）、ＣＲＣ３６ｃから構成される。
応答用の制御チャネルと情報伝送用のチャネルでは、タ
イムスロット化されているため、パケット種別が異なっ
ても、パケットサイズを固定長に統一しておく必要があ
る。このため、例えば、各パケットの前方部に位置した
アドレス部にダミービットを挿入し、それ以降の各フィ
ールドの開始位置を調節する。なお、下り方向の通信で
は、応答用制御パケットの場合と同様に、プリアンブル
を省略することも可能である。

【００３５】図６は、基地局４の概略的な構成を示すブ
ロック図である。

【００３６】基地局は、アンテナ４１と、ＣＤＭＡ送受
信部５０と、パケット制御部９０と、基地局と移動通信
網との間に介在する制御装置（ＢＳＣ４３）に接続され
たＢＳＣインターフェース４２とからなる。

【００３７】図７は、基地局のＣＤＭＡ送受信部５０の
詳細構成を示すブロック図である。

【００３８】５２、５３はそれぞれ受信用、送信用の無
線モジュールであり、ベースバンド信号の変復調と、高
／中間周波での送受信処理を行う。

【００３９】基地局が送信する応答用の制御パケット
は、応答チャネル信号線４５ａを介して符号化回路５８
ａに入力され、例えば、畳み込み符号等を用いた誤り訂
正のための符号化をした後、乗算器５６ａにおいて、直
交符号発生器５９から出力される応答チャネル用の直交
符号によってスペクトル拡散され、加算器６０に入力さ
れる。これと同様に、伝送チャネル対応の複数の信号線
４５ｂに出力された送信データは、符号化回路５８ｂで
符号化され、乗算器５６ｂにおいて各伝送チャネル対応
の直交符号でスペクトル拡散された後、加算器６０に供
給される。信号線４５ｃに出力されたパイロット信号
も、符号化回路５８ｃで符号化され、乗算器５６ｃにお
いてパイロットチャネルに固有の直交符号でスペクトル
拡散された後、上記加算器６０に供給される。

【００４０】上記加算器６０の出力は、乗算器５６にお
いて、ＰＮ発生器５７ａから出力される各基地局に固有
のＰＮ（ロングコード）でスペクトル拡散された後、上
記送信用の無線モジュール５３に供給される。

【００４１】一方、受信用の無線モジュール５２で受信
処理された信号は、予約チャネル用のマッチドフィルタ
７０ａと、伝送チャネル用の複数のマッチドフィルタ７
０ｂ〜７０ｂ’に入力される。

【００４２】予約チャネルの受信パケットは、マッチド
フィルタ７０ａにおいて、受信信号を予約チャネルに固
有のＰＮによって逆拡散処理し、パケット分離回路８０
において、時間的に重なりのあるパケット同士を分離す
ることによって受信処理される。この場合、図８、図９
で後述するように、逆拡散に適用するＰＮ系列の周期を
マッチドフィルタのタップ数と等しくしておくと、マッ
チドフィルタの出力がそのまま逆拡散処理結果となるた
め、高速同期が可能となる。互いに分離された予約パケ
ットは、復号化回路５５ａにおいて、例えばビタビ復号
等の誤り訂正を伴った復号処理の後、パケット制御部９
０に供給される。

【００４３】伝送チャネルの受信信号は、マッチドフィ
ルタ７０ｂ〜７０ｂ’において最初の同期捕捉を行な
い、その後は、上記捕捉されたタイミングを起点とし
て、ＰＮ発生器５７ｂから各チャネル対応のＰＮ系列を
発生させ、乗算器５６〜５６’において、受信信号と上
記ＰＮ発生器５７ｂから発生させた各チャネル対応のＰ
Ｎ系列と乗算することによって逆拡散を行い、アキュム
レータ５４〜５４’で１シンボル分の逆拡散結果を累積
し、累積結果を復号化回路５５〜５５’を介してパケッ
ト制御部９０に供給する。

【００４４】図８は、マッチドフィルタ７０ａによる予
約用制御パケットの受信処理を示す。

【００４５】図の（Ａ）は、マッチドフィルタの原理図
である。マッチドフィルタは、ＰＮ系列のチップ幅に等
しい遅延時間Ｔをもつ多段接続された複数の遅延素子７
１と、初段の入力タップと各遅延素子の出力タップ毎に
設けられた複数の係数乗算器７２とからなり、チップ時
間毎に入力された受信信号が上記各タップ間を遅延時間
Ｔ７１で伝搬する。そこで、各遅延素子の遅延時間を予
約チャネル用のＰＮ系列のチップ幅と等しくし、ＰＮ系
列の周期長（チップ数）とマッチドフィルタのタップ数
とを等しくすれば、入力信号の先頭チップが右端の出力
タップに到達した時点で、タップ出力に１周期分のＰＮ
系列が同時に見えることになる。各タップ出力と、各係
数乗算器７２に設定された予約チャネル用の２値のＰＮ
符号（「１」または「−１」）とを乗算し、その総和を
累算器７３で求めて相関値として出力すれば、チップ時
間後とに変化する相関値がピーク値になった時点が同期
捕捉時となる。また、この時の出力値が、受信信号を逆
クペクトル拡散して得られる復調値を示している。本発
明では、拡散符号長とマッチドフィルタのタップ数とを
等しくして、マッチドフィルタの出力値が、予約パケッ
トの１ビット分の情報（シンボル符号）となるようにし
ている。また、予約チャネル用のＰＮ系列としショート
コードを適用することによって、マッチドフィルタのタ
ップ数を少なくし、同期補足を容易にしている。

【００４６】図１２の（Ｂ）は、２つの予約パケット
Ａ、Ｂが時間軸上で部分的に重なって発行された場合を
例にとって、マッチドフィルタ７０ａによる予約パケッ
トの識別動作を示した図である。累算器７３の出力がピ
ーク値を示した時点（同期補足時点）を起点として、Ｐ
Ｎ周期（シンボル周期）で累算器７３に現われるその後
のフィルタ出力信号をグルーピングすると、同一の予約
パケットに属したビットデータ列を再現できる。

【００４７】図示した例では、最初に現われたピーク値
７５−１を起点として、その後にＰＮ周期７５毎に現わ
れる信号値（「１」または「−１」）７６−２、７６−
３、７６−４、……を１つのビットデータグループとし
て集めると、予約パケット（Ａ）７６を再現できる。ま
た、上記ビットデータグループと非同期で現われたピー
ク値７７−１を起点として、ＰＮ周期７５毎に現われる
信号値（「１」または「−１」）７７−２、７７−３、
７７−４、……を１つのビットデータグループとして集
めると、予約パケット（Ｂ）７７を再現できる。これに
よって、時間的に重なったパケットであっても、原理的
には、１チップ以上の位相のずれがあれば、別々のパケ
ットとして識別することが可能となる。

【００４８】図９は、パケット分離回路８０の構成の１
例を示す。

【００４９】マッチドフィルタ７０ａの出力信号７９ａ
を絶対値回路（ＡＢＳ）８１に入力し、比較器８３ａ
で、上記マッチドフィルタ出力信号７９ａの絶対値と、
閾値回路８２から出力される所定の閾値とを比較する。
絶対値が閾値よりも大きい時、比較器８２の出力がオン
（「１」状態）となり、ＡＮＤ回路８４ａに入力され
る。上記ＡＮＤ回路８４ａの他の入力信号は、初期状態
においてオフ状態であり、これらが反転して入力されて
いるため、ＡＮＤ回路８４ａは、上記比較器出力によっ
て開かれ、その出力信号がオン状態（「１」状態）とな
る。ＡＮＤ回路８４ａのオン出力は、ＡＮＤ回路８４ｂ
と８４ｄに入力される。

【００５０】上記ＡＮＤ回路８４ｂは、他方の入力端子
にタイマ８５ａの出力の否定信号が入力される。初期状
態において、上記タイマ８５ａの出力はオフ（「０」）
状態となっているため、ＡＮＤ回路８４ａの出力がオン
となった時点で、ＡＮＤ回路８４ｂの出力もオン状態と
なる。上記ＡＮＤ回路８４ｂのオン出力は、タイミング
レジスタ８６ａにイネーブル信号として入力され、この
とき、ＰＮ符号のチップ周期でカウント動作しシンボル
周期で初期値に戻るカウンタ８７の値が、上記レジスタ
８６ａに設定される。尚、カウンタ８７の出力値は、図
８の（Ｂ）で説明した同期補足時のチップ位置（同期捕
捉タイミング）を示している。

【００５１】上記ＡＮＤ回路８４ｂのオン出力は、ＡＮ
Ｄ回路８４ｂと８４ｄの他方の入力を制御するタイマー
８５ａを起動させる。上記タイマー８５ａは、予約パケ
ットの１パケット期間が経過する迄の間、出力をオン状
態に維持し、この期間が経過するまで、上記ＡＮＤ回路
８４ｂを閉じて、上記タイミングレジスタ８６ａに他の
カウンタ値が設定されるのを防止する。

【００５２】タイマー８５がタイムアウトする前に、マ
ッチドフィルタから次のピーク値が出力されると、ＡＮ
Ｄ回路８４ａから出力されたオン出力は、タイマー８５
ａの出力で開かれた状態にあるＡＮＤ回路８４ｄと、次
のタイミングレジスタ８６ｂと対をなすＡＮＤ回路８４
ｂ’を介して、次のタイミングレジスタ８６ｂのイネー
ブル端子に入力される。この結果、タイミングレジスタ
８６ｂにカウンタ８７の出力値が設定される。この時、
レジスタ８６ｂと対をなすタイマー８５ｂが起動され、
上述したタイマー８５ａと同様の動作によって、１パケ
ット期間が経過するまでの間、レジスタ８６ｂへの他の
値の設定を禁止すると共に、次回発生したイネーブル信
号を更に次のレジスタ８６ｃへ入力するよう動作する。

【００５３】この実施例では、４つのタイミングレジス
タ８６ａ〜８６ｄを備えているため、以下、同様の動作
の繰返しによって、時間的に重複して発生する複数の予
約パケットのうち、発生順に４個のパケットについて、
同期捕捉タイミングが記憶される。

【００５４】タイミングレジスタ８６ａに設定された同
期捕捉タイミングの値は、比較器８３ｂにおいて、カウ
ンタ８７の出力値と比較され、カウンタ値が上記タイミ
ングレジスタ８６ａに設定された同期捕捉タイミングと
一致する度に、比較器８３ｂの出力がオン状態となる。
上記比較器のオン出力は、タイマ８５ａがオン状態にあ
る間は開かれた状態にあるＡＮＤ回路８４ｃを介して、
データレジスタ８７ａのイネーブル端子に入力される。
この結果、データレジスタ８７ａには、上記同期捕捉タ
イミングにおけるマッチドフィルタの出力が入力され
る。他のタイミングレジスタ８６ｂ〜８６ｄも、上記と
同様に動作し、データレジスタ８７ｂ〜８７ｄに予約パ
ケット毎のマッチドフィルタの出力が記憶される。

【００５５】上記データレジスタ８７ａ〜８７ｄには、
各予約パケット毎の同期捕捉タイミングに従ってデータ
が入力されるため、クロック発生回路８８で生成したビ
ット周期のクロックに同期して、これらのデータレジス
タ８７ａ〜８７ｄの内容を出力レジスタ８８ａ〜８８ｄ
に転送し、出力レジスタ８８ａ〜８８ｄから図７に示し
た復号化回路５５ａに各予約パケットの受信データを転
送する。

【００５６】図１０は、基地局４のパケット制御部９０
の詳細構成を示す。

【００５７】パケット制御部９０は、ディジタル信号処
理装置（ＤＳＰ）９１を有し、予約チャネルの受信デー
タ（予約パケットの内容）は、上記ＤＳＰ９１の解読ル
ーチン９２によって解読された後、上り方向スケジュー
ル制御ルーチン９３によって、伝送チャネルとタイムス
ロットの割当て処理（スケジューリング）が行なわれ
る。上記上り方向スケジュール制御ルーチン９３で決定
した伝送チャネルとタイムスロットを応答パケット作成
回路９７に伝え、応答パケット作成回路９７で生成し各
端末宛の応答パケットを応答チャネルで送信することに
よって、各移動端末から基地局への上り方向の伝送パケ
ットを基地局のスケジューリングに従って行わせること
が可能となる。

【００５８】各伝送チャネルからの受信データは、信号
線４４ｂ〜４４ｂ’を介して、各伝送チャネル対応に設
けた受信処理回路９６ｂ〜９６ｂ’に入力され、データ
パケットとしてＢＳＣインターフェイスに転送される。
一方、下り方向のデータパケットは、一端送信バッファ
９９に蓄積された後、ＤＳＰの下り方向スケジュール制
御ルーチン９５で行ったスケジュールに従って、送信制
御される。すなわち、下り方向スケジュールに応じて、
先ず、応答パケット構造作成回路９７で作成した応答パ
ケットを応答チャネルから送出し、その後、上記下り方
向スケジュールで決めた伝送チャネルの所定のタイムス
ロットで、伝送パケット構造作成回路９８ａ〜９８ａ’
で生成したデータパケットを送出する。

【００５９】なお、本実施例では、伝送チャネルがビジ
ー状態にあるときに移動端末からの予約パケットの発行
を抑制するために、予約チャネルで受信された予約パケ
ットの数と、上り方向スケジュール制御ルーチン９３が
把握している伝送チャネルの利用状態情報とに応じて、
ＤＳＰ９１のビジートーン値計算ルーチン９４がビジー
トーン情報を生成し、これを応答チャネル４５ａで各移
動端末に通知する。

【００６０】図１１は、移動端末（無線端末）５の構成
を示すブロック図である。

【００６１】移動端末は、アンテナ１００と、上記アン
テナに接続されたＣＤＭＡ送受信部１１０と、上記ＣＤ
ＭＡ送受信部１１０に接続されたパケット制御部１３０
と、上記パケット制御部１３０に接続されたデータ処理
装置とからなる。データ処理装置は、マイクロプロセッ
サ（ＭＰＵ）１０１と、データ及びプログラムを貯蔵す
るためのメモリ１０２と、内部バスにＩ／Ｏインターフ
ェイス１０３を介して接続された複数の入出力装置から
なる。入出力装置としては、例えば、カメラ１０４ａ、
スピーカ１０４ｂ、ディスプレイ１０４ｃ、キーボード
１０４ｄ等がある。

【００６２】図１２は、移動端末のＣＤＭＡ送受信部１
１０の詳細構成を示す。

【００６３】１１２、１１３は、ベースバンド信号の変
復調と高／中間周波での受信処理および送信処理を行う
無線モジュールである。

【００６４】送信回路では、予約チャネルと伝送チャネ
ルの各々において、符号化回路１２０ａ、１２０ｂで送
信パケットの誤り訂正の符号化を行なった後、ＰＮ発生
器１２１ａ、１２１ｂで発生させた各チャネルに固有の
ＰＮ系列を用いて、乗算器１１４ａ、１１４ｂで送信パ
ケットを拡散処理し、送信用無線モジュール１１３に送
りこむ。このとき、伝送チャネルでの拡散処理は、ＰＮ
発生器１１９から発生させた基準タイミング１０５ｃに
同期して行う。

【００６５】一方、受信回路では、受信用無線モジュー
ル１１２から出力された受信信号を乗算器１１４ｃに入
力し、ＰＮ発生器１１９で発生させた基地局に固有のＰ
Ｎ符号を用いてスペクトル逆拡散する。乗算器１１４ｃ
の出力は、応答チャネル、伝送チャネル、パイロットチ
ャネル対応の設けた乗算器１１４ｄ、１１４ｅ、１１４
ｆに入力され、直交符号発生器１１７で発生させた各チ
ャネルに固有の直交符号によって逆拡散される。応答チ
ャネルと伝送チャネルでは、直交符号で逆拡散した信号
を、それぞれ累算器１１５ｄ、１１５ｅを介して、復号
化回路１１６ｄ、１１６ｅに入力し、誤り訂正の復号化
された信号を信号線１０５ｄ、１０５ｅを介してパケッ
ト制御部１３０に転送する。パイロットチャネルでは、
直交符号で逆拡散したパイロット信号を累算器１１５ｆ
を介してＤＬＬ（Delay LockedLoop）回路１１８に入力
し、同期追跡する。ＰＮ発生器１１９は、上記ＤＤＬ回
路１１８の出力に同期してＰＮ系列を発生させる。ま
た、復号化回路１１６ｄ、１１６ｅは、累算器１１５ｆ
から出力されるパイロット信号に同期して動作させる。

【００６６】図１３は、移動端末のパケット制御部１３
０の構成の１例を示す。

【００６７】応答チャネルの復号データは、ＤＳＰ１３
１のモニタリングルーチン１３２で解読され、応答パケ
ットの内容は、上り方向スケジュール制御ルーチン１３
４と下り方向スケジュール制御ルーチン１３５に供給さ
れ、応答チャネルで受信されたビジートーン信号は、ビ
ジートーン計算ルーチン１３３に供給される。

【００６８】下り方向の伝送チャネルでのパケット受信
処理回路１３６は、下り方向スケジュール制御ルーチン
１３５の出力と基準タイミング信号１０５ｃによって制
御される。送信データは、送信バッファ１３８に一時的
に蓄積され、上り方向スケジュール制御ルーチン１３４
からの制御信号に従って、伝送パケット構造作成回路１
３９に入力され、伝送チャネルへのデータパケットの送
出が行なわれる。

【００６９】上り方向スケジュール制御ルーチン１３４
は、応答パケットの内容に従って、伝送パケットを送出
すべき伝送チャネルの指定信号１０６を発生し、基地局
が指定したタイムスロットのタイミングで、伝送パケッ
ト構造作成回路１３９を起動する。ＰＮ発生器１２１ｂ
は、上記伝送チャネルの指定信号１０６で指定されたチ
ャネルのＰＮ符号を発生する。

【００７０】また、ビジートーン値計算ルーチン１３３
は、応答チャネルで受信されるビジートーン信号からビ
ジートーンの値を計算し、トラフィックの状況情報を上
り方向スケジュール制御ルーチン１３４に通知する。上
り方向スケジュール制御ルーチン１３４は、トラフィッ
クの状況に応じて予約パケットの発生を制御し、送信バ
ッファに送信データがある時、基地局から予約パケット
の抑制指示がなければ、任意のタイミングで予約パケッ
ト構造作成回路１３７を起動し、予約パケットの送信を
指示する。伝送パケットの送信処理も、基準タイミング
１０５ｃに同期したタイムスロットで行なわれる。

【００７１】上述したように、本発明では、予約チャネ
ルにＣＤＭＡ方式を適用することによって、各移動端末
に予約用制御パケットの送信を任意のタイミングで行わ
せた場合でも、パケット衝突による再送の可能性を低減
できるようになった。しかしながら、時間的な重なりを
もって複数のパケットが発生されると、パケット信号は
互いに雑音として影響し合うため、同時に発生するパケ
ットの量が多くなると、パケット信号の全てが雑音に埋
もれてしまい、受信側で識別できなくなるという問題が
ある。

【００７２】予約用制御チャネル、応答用制御チャネ
ル、および複数の情報伝送用チャネルからなる本発明の
移動通信システムにおいて、応答用の制御パケットとデ
ータパケットの総量は基地局で制御することができる
が、予約用制御パケットは、各移動端末が自律的に発行
するため、基地局で直接的に制御することはできない。
このパケット総量規制の問題を解決するため、本発明の
１実施例では、基地局がトラフィックの状況を示すビジ
ートーン信号を発生し、各移動端末が、上記ビジートー
ン信号を参照して予約用制御パケットの送出を制御する
ようにしている。ビジートーン信号は、ビジートーン専
用のチャネルで送信してもよいが、下り方向の制御チャ
ネルである応答用制御チャネルにおいて周期的に現われ
る空き時間帯を利用してもよい。

【００７３】図１４は、応答用制御チャネルの空き時間
帯を利用してビジートーン信号を送信する制御方式を示
した図である。

【００７４】図において、「ｔ−１」、「ｔ」、「ｔ＋
１」は応答用制御チャネルにおけるタイムスロット番号
であり、１４３は上記応答用制御チャネルにおける空き
時間帯で送信されるビジートーン信号を示す。また、１
４８は予約用制御パケット、Ｒ（ｔ）はタイムスロット
ｔで移動端末が送信した予約用制御パケットの個数、Ｒ
（ｔ）’はタイムスロットｔにおける予約用制御パケッ
トの送信要求個数、１４９は情報伝送用のデータパケッ
ト、Ｉ（ｔ）はタイムスロットｔで発生したデータパケ
ットの個数、Ｔは同時送信を許容できる局の数（同時許
容パケット数）、Ｐ（ｔ）は予約用制御パケットの送出
確率を示す。ここで、Ｒ（ｔ）’とＲ（ｔ）は、情報伝
送用のデータパケットの長さで規格化した個数とする。

【００７５】最初に、次式（１）を仮定する。

【００７６】

【数１】

【００７７】この式は、以下のように導出される。先
ず、タイムスロット「ｔ」におけるサービスエリア内の
全移動端末の予約用制御パケットの数Ｒ（ｔ）’と、１
つ前のタイムスロット「ｔ−１」における予約制御用パ
ケットの数Ｒ（ｔ−１）’とが等しいと見積る。

【００７８】Ｒ（ｔ−１）’を基地局が把握している予
約制御用パケット数Ｒ（ｔ−１）を用いて書き直せば、
式（１）の右辺に等しくなる。以下、Ｒ（ｔ）’を式
（１）から推定し、もし、通信パケットの総量が、許容
値Ｔを越え、式（２）

【００７９】

【数２】

【００８０】と推定された場合、送出確率Ｐ（ｔ）が式
（３）に従うようにビジートーン制御し、各移動端末か
ら実際に送出される予約用制御パケットの量を抑制する
ことによって、予約用制御パケット数と情報伝送用のデ
ータパケット数との和を許容値Ｔと同程度にする。

【００８１】

【数３】

【００８２】ここで、送出する予約制御用パケット数は
確率的に決まるため、マージンを見込んでＴを少なめに
設定しておくことを考慮する必要がある。一方、式
（４）

【００８３】

【数４】

【００８４】の関係にある場合は、送出確率Ｐ（ｔ）
は、式（５）に従うものとする。

【００８５】

【数５】

【００８６】つまり、送出要求した予約制御用パケット
を全部送出する。式（３）あるいは式（４）の送出確率
が、ビジートーン情報となる。

【００８７】応答用制御チャネルは、図２で示したよう
に、パイロット信号に基づいて、情報伝送チャネルにお
けるデータパケット長に対応させたタイムスロット化を
行っている。ここで、応答用制御パケット長は、データ
パケット長よりも短く設定するものとし、パイロット信
号に基づいて設定した各タイムスロットを応答パケット
長に合わせて更に細分化すると、例えば、タイムスロッ
ト長（データパケット長）を５１２ビット、応答パケッ
ト長を４２ビットとした場合、１タイムスロット中に応
答パケット用のサブスロットを１２個設定でき、最後に
８ビット分の空き時間帯ができる。図１４のビジートー
ン１４３は、このようにして得られる空き時間帯を利用
し、情報伝送用チャネルの１スロット分の間隔で周期的
に送信される。

【００８８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、予約型パケットアクセス制御方式の移動通信システ
ムにＣＤＭＡを適用することによって、各移動端末に予
約用制御パケットを任意のタイミングで送信させた場合
でも、衝突による再送信発生の可能性を低減し、スルー
プットの向上を図ったものである。

【００８９】本発明によれば、例えば、予約用制御パケ
ットに短い拡散符号を適用し、基地局側にマッチドフィ
ルタにより同期捕捉を行わせることによって、複数の移
動端末が互いに非同期で予約用制御パケットを送信した
場合でも、基地局側で各予約パケットを高速に識別可能
としている。また、各パケットに設定する端末アドレス
情報に、本来のアドレス番号よりも短縮されたローカル
アドレス（自アドレス）、またはリンク番号（送信先ア
ドレス）を使用することによって伝送効率を向上でき
る。さらに、各端末装置に、基地局からのビジートーン
信号に応じて予約用制御パケットの送信を制御させた場
合、同時通信パケット量が過多になるのを回避し、良好
な通信を保証することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する移動通信ネットワークの構成
の１例を示す図。

【図２】本発明の無線通信システムにおける送受信プロ
トコルを説明するための図。

【図３】従来の無線通信システムにおけるチャネルアク
セス制御方式を説明するための図。

【図４】ＣＤＭＡ方式を適用した本発明の無線通信シス
テムにおけるチャネルアクセス制御方式を説明するため
の図。

【図５】本発明の移動通信システムで使用するパケット
フォーマットを示す図。

【図６】基地局の構成を示すブロック図。

【図７】基地局のＣＤＭＡ送受信部５０の構成を示すブ
ロック図。

【図８】マッチドフィルタ７０の構成と予約用制御パケ
ットの受信処理を示す図。

【図９】パケット分離回路８０の構成を示す図。

【図１０】基地局のパケット制御部９０の構成を示す
図。

【図１１】移動端末の構成を示すブロック図。

【図１２】移動端末のＣＤＭＡ送受信部１１０の構成を
示す図。

【図１３】移動端末のパケット制御部１３０の構成を示
す図。

【図１４】ビジートーン制御を説明するための図。

【符号の説明】

１…公衆網、２…移動通信網、４…基地局、５…移動端
末、７…予約チャネル、８…応答チャネル、９…伝送チ
ャネル、４１、１００…アンテナ、５０、１１０…ＣＤ
ＭＡ送受信部、９０、１３０…パケット制御部、４２…
ＢＳＣインタフェース、１０１…ＭＰＵ、１０２…メモ
リ、１０３…入出力インタフェース、５５、１１６…復
号器、５７、１２１…ＰＮ発生器、１１８…ＤＬＬ、５
８、１２０…符号化器、７０…マッチドフィルタ、８３
…比較器、８４…ＡＮＤ回路、８５…タイマー、８６…
レジスタ、８７…カウンタ、８８…クロック。

フロントページの続き (72)発明者 矢野 隆 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 土居 信数 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5K022 EE02 EE11 EE21 5K028 AA11 BB06 CC05 DD01 DD02 HH02 LL45 RR01 5K067 BB21 CC10 DD23 DD24 EE02 EE10 EE64 EE71 GG01 GG11 JJ13 JJ18 JJ73

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基地局と複数の移動端末との間の無線通信
   区間に、移動端末から基地局へ向かう上り方向のデータ
   パケットおよび基地局から移動端末へ向かう下り方向の
   データパケットの送信に使用する複数の伝送チャネル
   と、移動端末から基地局に伝送チャネル割当て要求を示
   す予約用制御パケットを送信するために使用される予約
   チャネルと、基地局から移動端末に対してデータ送受信
   すべき伝送チャネルを示す応答用制御パケットを送信す
   るために使用される応答チャネルとを設け、上記予約、
   応答および伝送の各チャネルにそれぞれ固有の拡散符号
   による符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式を適用した移
   動通信システムであって、 データ送信要求をもつ移動端末が、任意のタイミングで
   上記予約チャネルに予約用制御パケットを送信すること
   により，伝送チャネル上のタイムスロットの割り当てを
   要求し，基地局から上記応答チャネルに送信した応答用
   制御パケットによって、上記タイムスロットの割り当て
   を許可し、 各移動端末が、割り当てられたタイムスロットでデータ
   パケットの送受信を行い，上記基地局が、サービスエリ
   ア内のトラフィックの状況に応じたビジートーン情報を
   上記応答用制御チャネルまたはビジートーン専用のチャ
   ネルを通して定期的に送信するための手段を有し、デー
   タ送信要求をもつ各移動端末が、上記ビジートーン情報
   に基づいて予約用制御パケットの送信を制御することを
   特徴とする移動通信システム。
2. 【請求項２】上記基地局が、過去一定期間に受信した予
   約用制御パケットの数に基づいて、次の一定期間に発生
   する予約用制御パケット数を推定するための手段を有
   し、上記推定値と次の一定期間に伝送が予定されている
   パケット数とに基づいて上記ビジートーン情報を生成す
   ることを特徴とする請求項１に記載の移動通信システ
   ム。
3. 【請求項３】拡散符号による符号分割多元接続（ＣＤＭ
   Ａ）方式が適用される予約チャネルにより予約パケット
   を基地局へ送信することにより、上記基地局との間に設
   けられた，拡散符号によるＣＤＭＡ方式が適用される伝
   送チャネルに定義されているタイムスロットの割り当て
   を要求し，割り当てられた上記伝送チャネル上のタイム
   スロットによりパケット通信を行い，上記基地局が作成
   するサービスエリア内のトラフィックの状況に応じたビ
   ジートーン情報を，上記基地局より受信し、上記ビジー
   トーン情報に基づいて予約用制御パケットの送信を制御
   する端末。
4. 【請求項４】拡散符号による符号分割多元接続（ＣＤＭ
   Ａ）方式が適用される予約チャネルにおいて端末から送
   信される予約パケットにより，該端末から拡散符号によ
   るＣＤＭＡ方式が適用される伝送チャネルに定義されて
   いるタイムスロットの割り当ての要求を受け付け，上記
   予約パケットに対する応答を端末に送信し，その後，上
   記伝送チャネル上に割り当てたタイムスロットにより，
   上記端末とデータパケット通信を行い，サービスエリア
   内のトラフィックの状況に応じたビジートーン情報を作
   成し，上記端末に送信する基地局。