JP2007503140A - レート分割多元接続（ｒｄｍａ）方式 - Google Patents

Abstract

【課題】 レート分割多元接続（ＲＤＭＡ）方式を提供すること。
【解決手段】 本発明は、複数のユーザ装置および単一のアクセス・ポイント装置を有するマルチユーザ通信システムでの伝送信号による通信方法および通信システムに関する。伝送信号、あるいはレート分割多元接続（ＲＤＭＡ）信号と称される信号は、マルチユーザ通信、識別、センサまたはローカライズのための効率的なシステムおよびネットワークを実現可能にする。伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を使用して通信するマルチユーザ通信システムは、複数のユーザ装置から伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を受信するアクセス・ポイント装置を有し、各伝送信号は、Ｔ_ｍをパルス周期とし、ｍ＝１，２，３，．．．Ｍとして、定められたパルスレート１／Ｔ_ｍを有する。このマルチユーザ通信システムは、第１のパルスレート１／Ｔ_１を使用してアクセス・ポイント装置との通信を行う第１のユーザ装置と、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍおよびｍ≠ｉとして、使用する互いのパルスレート１／Ｔ_ｍとは異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉを使用してアクセス・ポイント装置との通信を行う別の各ユーザ装置とを更に有する。ここで、アクセス・ポイント装置は、受信済み伝送信号ｓ_ｉ（ｔ）のパルスレート１／Ｔ_ｉに基づいて、複数のユーザ装置を識別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数のユーザ装置および単一のアクセス・ポイント装置を有するマルチユーザ通信システムでの伝送信号による通信方法および通信システムに関する。伝送信号、あるいはレート分割多元接続（ＲＤＭＡ）信号と称される信号は、マルチユーザ通信、識別、センサまたはローカライズのための効率的なシステムおよびネットワークを実現可能にする。更に、マルチユーザ通信用の伝送信号の生成方法を提供する。ＲＤＭＡ信号の特定の組によって、例えば帯域が３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚまでの超広帯域（ＵＷＢ）無線チャネルを利用する新規なマルチユーザ・システムおよびネットワークの構築が可能である。

無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）スペース、無線パーソナル・エリア・ネットワークおよび無線ボディ・エリア・ネットワーク（ＷＰＡＮおよびＷＢＡＮ）において、短距離無線技術が急増し続けている。同様に、様々なセンサおよび／または識別タグを接続する有線および無線、更にそれらの混合ネットワークが、かつてない将来的な市場の潜在力を見込まれて展開され始めている。これら従来のシステムは、一般的に、狭い指定された無線周波数帯域内においてライセンス・フリーで動作している。近年米国では、急速なユーザ数および装置数の増加による将来の帯域不足の恐れを軽減するため、並びに、無線データ伝送や資産のローカライズおよび追跡機能を導入した新たなアプリケーションを有効化するために、追加の無線帯域として超広帯域（ＵＷＢ）無線チャネルが３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚまでの範囲で利用可能となった。

同様に、光通信およびセンサ・ネットワークが更に増加し続けており、高度道路交通システムといった新たなアプリケーションの領域へと移行している。通常、光チャネルは非常に広帯域であり、また、光通信システムは何らかのパルス変調を用いて情報を伝送する。したがって、パルス変調された光信号もまた、マルチユーザ・アクセス機構や、センシングおよびローカライズ機能を提供するために潜在的に利用可能である。

超広帯域の無線または光周波数チャネルで動作する次世代の無線周波数または光通信システムの開発における重要な側面は、同時に動作中である非常に多数の装置をサポートするチャネル固有の機能である。したがって、マルチユーザ通信は、両方のタイプのチャネルにとって極めて重要であり、現在知られているものより効率的なマルチユーザ・チャネル・アクセス方法に対する必要性が生じている。

従来技術及び問題の説明
超広帯域無線技術（ＵＷＢ−ＲＴ）を導入した通信、認証またはローカライズシステムおよびネットワークの設計者は、ＵＷＢ−ＲＴの利点を活用するだけでなく、規定条件を満たしうる最良のマルチユーザ・アクセス方式を選択しなければならないという問題に直面している。マルチユーザ問題が発生するシナリオは２種類あり、それぞれ、ａ）（部分的に）共在する類似ネットワーク（例えば、ピコネットと呼ばれるネットワーク）への、あるいはその間におけるユーザアクセス、ｂ）シングルセル・ネットワーク（例えば、パーソナル・エリア・ネットワーク）内におけるマルチユーザまたは装置アクセスが挙げられる。これらすべてのシナリオにおいて、効率的なチャネル・アクセス方法が必要とされている。一般的に、システム設計者は、４種類の既知の多元接続（ＭＡ）方法のうち、一つあるいは二つの組み合わせを使用している。これら既知の方法について、以下に、知られている特徴、およびＵＷＢ−ＲＴを導入した端末を有するネットワークに応用された場合の適合性について簡潔に説明する。

周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）
ＦＤＭＡは、参加ユーザまたは端末に対して異なるスペクトル帯域を割り当て、それぞれ対応する無線信号を送受信できるようにする。ＦＤＭＡは、端末が重複した異なるピコネットにアクセスする必要がある（例えば、各端末において複数のパルス発生器およびフィルタが必要になるといった）場合、非常に複雑な実装を要求する。また、チャネル分離性が低いため、隣接する帯域間においてスペクトル・サイドローブの重複が起き、場合によってはシステム性能を低下させてしまう。更に、複数の帯域を導入することで、連邦通信委員会によって当初推進された単一の帯域を使用する手法と比較して電力減少を余儀なくされ（例えば、７．５ＧＨｚの帯域幅まで利用可能な場合、３つの帯域を使用することで、単一の帯域を使用するシステムと比較して送信電力を５ｄＢほど低減させてしまうように）、この電力減少により、マルチパス状況下での頑強性などの、ＵＷＢ−ＲＴの主たる利点が損なわれてしまう。

時分割多元接続（ＴＤＭＡ）
ＴＤＭＡは、参加ユーザまたは端末に対して異なるタイムスロットを割り当て、それぞれ対応する無線信号を送受信できるようにし、この時分割は、パケットレベルで（すなわち、連続する予約タイムスロットが全データパケットを保持するように）、あるいは、シンボルレベルで（例えば、交互配置された予約タイムスロットが全パルスのみ保持するように）行うことが可能である。パケットレベルでは、非競合または競合（すなわち、ＣＳＭＡ、キャリア検知多重アクセス）方式を実装可能であり、同様に、インターリーブＴＤＭＡでは、タイムスロットを同期的または非同期的に割り当てるという選択肢がある。同期または競合システム内で動作する端末が共通の時間基準を必要とする一方で、非同期および非競合システム内の端末は、信号衝突オーバーヘッドの増大により障害を受ける可能性がある。ＴＤＭＡは、単一のピコネット内で動作する端末を比較的容易に調整できるが、複数種のピコネットに適用される場合には、これらのネットワーク間において付加的な調整が必要になるので、複数種のピコネットに対して好適な選択肢とは考え難い。最後に、ＴＤＭＡは、端末数が多いほど対応し難くなるという欠点がある。

符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）
ＣＤＭＡは、符号系列に基づいており、ネットワーク内またはピコネット間における複数ユーザの同時アクセスを可能にする。符号系列は、通常、相互相関および自己相関が最良になるように、加えて、放射された信号スペクトルの形状を制御できるように設計される。ＣＤＭＡは、比較的高い負荷サイクルの信号を使用するときには、低電圧集積回路（ＩＣ）プロセス技術に準拠している（すなわち、得られる平均電力と瞬時最大電力との比が小さい）ので、ＵＷＢ−ＲＴを導入した装置に対しては一般的に好適な選択肢と言える。また、ＣＤＭＡは、マルチアクセス干渉（ＭＡＩ）またはチャネル間干渉（ＩＣＩ）のいずれかの存在下において同等に優れた性能を発揮する。更に、ＣＤＭＡは、高い総合データ転送速度に対応しており、高いチップ速度で動作する傾向があるので、データシンボル毎に複数のパルス（別名「チップ」）を使用することにより効果を発揮する。しかし、処理の増加を実現するためにはシンボル毎に非常に多くのパルスを伝送する必要性があり、それが、高いデータ速度を得る場合に不利に働いてしまう。ＣＤＭＡは、ＩＣＩが十分長い符号においてガウスプロセスとして現れ、インターリーブＴＤＭＡ信号に基づくＩＣＩが高いデータ速度においてガウス分布とならないので、優れた総合データ転送速度の拡張性を提供可能である。

特許文献１には、第１の入力信号を対応する相互相関が弱い第１の符号で変調して、第１のチップ速度において変調信号の第１の組を取得することにより、共通通信リンクを介して多重信号を通信する方法が記載されている。第２の入力信号は、第１の入力信号より速いデータ速度であり、第２の符号は、第１の符号より高次元である。単一または複数の第２の入力信号は、互いに対して、あるいは第１の符号に対して相互相関が弱い第２の符号でそれぞれ変調され、その結果、第２のチップ速度において、変調信号の第１の組および第２の組間でスペクトルの重複が存在するような変調信号の第２の組が得られる。変調信号の第１および第２の組は、それぞれのスペクトルを拡散するために異なる雑音信号で変調されることが好ましい。実施形態では、第１および第２の符号は、異なる次元のウォルシュ符号である。特許文献１には、自由に使用できる直交性の高い符号をごく限られた数しか持たない従来のＣＤＭＡシステムの欠点を低減する改良型のＣＤＭＡシステムが記載されている。しかし、特許文献１に記載された方法は、通常のＣＤＭＡと同じ基本的な欠点、例えば、処理の増加を実現するためにシンボル毎に複数のパルスを伝送する必要があり、それが、高いデータ速度を得る場合に不利に働くといった欠点を有する。

光符号分割多元接続（ＯＣＤＭＡ）
非特許文献１に記載されているように、ＯＣＤＭＡは、ローカル・アクセス・ネットワークにおいて光通信接続を提供するのに最適な技術である。しかし、ＯＣＤＭＡの原理は長年知られているにも関わらず、未だにその潜在力は発揮されていない。非特許文献１には、ＯＣＤＭＡの成功の妨げとなる主な問題点と障害が記載されている。著者は、多数のユーザが大きな総容量で動作する高性能ＯＣＤＭＡシステムの構築を可能にするため、差動検波と組み合わせた２次元の波長−時間符号などの、多次元符号の使用を含む解決策を提案している。しかし、これらの解決策によって所望の性能向上を提供できる一方で、光アクセス・ネットワークはより複雑で高コストになってしまう。実際、ＯＣＤＭＡシステムの設計者は、ＣＤＭＡ無線システムを設計する際に直面する問題と同様の問題に対処しなければならない。

概要を上述した４種類の多元接続技術のうち、ＣＤＭＡに基づく方法は、ＵＷＢ−ＲＴを導入したシステムにとって好ましい場合が多い。例えば、ＣＤＭＡ形態では、複数のピコネットが比較的独立して動作可能である。文献において盛んに論じられているマルチユーザ通信を可能にするＵＷＢインパルス無線（ＵＷＢ−ＩＲ）の変調方式は、時間ホッピング（ＴＨ）パルス位置変調（ＰＰＭ）であり、以下ＴＨ−ＰＰＭと略す。これらの信号は時間軸上の特定の位置に配置されたパルスから成り、特定のパルス位置は、ユーザのペイロード・データおよびユーザ固有の擬似乱数列（ＰＲＳ）に依存する。ＰＲＳは、ユーザを識別可能にすること、および、放射された信号スペクトルを白色化することを目的としている。ＴＨ−ＰＰＭの追加の特徴として、連続するＮ個のパルスの位置は単一のデータシンボルによって決定可能なので、Ｎ回の繰り返し符号化の一種を導入することになる。この手法は、誤り率の算出性能の向上を図るため、受信側が対応する受信信号の電力をデータシンボル毎に増大可能であるという利点を提供するものであり、通常、Ｎの値として１千かそれ以上の値までが提案されている。しかし、達成可能なデータ速度が低減されることが、このバージョンのＴＨ−ＰＰＭにおいて認識されている欠点である。

従来のＴＨ−ＰＰＭ技術について、ここ最近多くの説明および分析がなされており、例えば、非特許文献２が挙げられる。このいわゆるディザＴＨ−ＰＰＭ方法は、ユーザ固有の擬似乱数ＴＨ列（ＰＲ−ＴＨＳ）を割り当てることにより、受信側において異なる送信ユーザの識別を可能にする。その結果、対応する受信側における送信側データの正確な検出は、受信側回路が対応するＰＲ−ＴＨＳに固定されている場合のみ遂行可能になる。したがって、ＴＨ−ＰＲＳの同期化の取得およびその維持は、本質的に複雑な処理となり、高速な同期化手順を実施した場合、重大な処理の遅延および／または過度のハードウェア要件を招く可能性がある。更に、上述のディザＴＨ−ＰＰＭ信号の時間位相の取得にはロング・プリアンブルが必要となり、大きなパルスレートを使用する場合、データを検出する間の時間位相の追跡が困難または不確かになる可能性がある。

一方、長い極性ランダム化符号を使用することで、ディザＴＨ−ＰＰＭのスペクトル線が除去されるとともに、複合信号のスペクトルと基本パルスのスペクトルとの同等性が保証される。しかし、マルチアクセスを目的としてＵＷＢ無線信号を設計する場合、伝送信号のスペクトル特性のみが基準となるわけではない。長い符号語または拡散シーケンスの使用により、スペクトル設計を簡略化できる一方で、ＣＤＭＡに基づくシステムにおける多数の構成要素、２、３例を挙げれば、イコライザ、符号取得および追跡、マルチユーザ検出などの設計を複雑化してしまう。

米国特許第６，０８８，３４７号 Ｌ．Ｒ．Ｃｈｅｎ著、「Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｃｃｅｓｓ：ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ａｎｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ」、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ−Ｉｎｔ．Ｓｏｃ．Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．（米国）（カナダ・ケベック州ケベック市において２００２年６月１〜６日に開催されたＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ国際会議の会報）、２００２年、Ｖｏｌ．４８３３、ｐ１１５９〜６８ Ｍ．Ｚ．ＷｉｎおよびＲ．Ａ．Ｓｃｈｏｌｔｚ著、「Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｔｉｍｅ−Ｈｏｐｐｉｎｇ Ｓｐｒｅａｄ−Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒａｄｉｏ ｆｏｒ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２０００年４月

上述したことから、当該技術分野ではマルチユーザ通信の改良が依然として必要であるということになる。また、信号方式によって、効率的なマルチユーザ・アクセスまたは通信システムを実装可能にする必要性がある。

以下に、ここではレート分割多元接続（ＲＤＭＡ）信号とも称される伝送信号を使用して、マルチユーザ通信を改良するマルチユーザ・アクセス方法およびシステムについて記載する。また、これより、レート領域に基づく一般的な多元接続方式をレート分割多元接続（ＲＤＭＡ）として表す。

本発明によれば、複数のユーザ装置およびアクセス・ポイント装置を有するマルチユーザ通信システムにおいて伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を使用する通信方法が提供される。各伝送信号は、Ｔ_ｍをパルス周期とし、ｍ＝１，２，３，．．．Ｍとして、定められたパルスレート１／Ｔ_ｍを有する。この通信方法は、第１のユーザ装置に対して第１のパルスレート１／Ｔ_１を使用してアクセス・ポイント装置と通信を行うステップと、別のユーザ装置の各々に対して、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍとし、ｍ≠ｉとして、使用されるパルスレート１／Ｔ_ｍが互いに異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉを使用してアクセス・ポイント装置と通信を行うステップとを含む。Ｍは、ユーザ装置の最大数に相当する。

実施形態では、少なくとも３つのユーザ装置間において伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を使用するマルチユーザ通信は、第１のユーザ装置に対して第１のパルスレート１／Ｔ_１を選択するステップと、第２のユーザ装置に対して第１のパルスレート１／Ｔ_１とは異なる第２のパルスレート１／Ｔ_２を選択するステップと、別のユーザ装置の各々に対して、すでに選択されたパルスレートとは異なる別のパルスレートを選択するステップとを含むことができる。

複数のユーザ装置の伝送信号は、アクセス・ポイント装置において、受信済み伝送信号ｓ_ｉ（ｔ）のパルスレート１／Ｔ_ｉに基づいて識別可能である。これにより、装置アドレスを受信または認識する以前に、多種のユーザ装置を検出および識別できる効果を奏する。

ｉ≠ｍであり、整数値Ｎ_ｍが他の周期数Ｎ_ｉの素因数の組においてユニークである少なくとも１つの素因数を有するように、基準周期Ｔと周期数Ｎ_ｍとも称される整数値Ｎ_ｍとの積となるパルス周期Ｔ_ｍを選択することは、いずれかの伝送信号と目的とする別の伝送信号との最大衝突確率を限定することを保証するので効果的である。

また、各整数値Ｎ_ｍが素因数（ＰＦ）の組を有し、少なくとも２つの素因数の組同士が共通の素因数を持たないようにすることができる。これにより、目的とする信号間の最大衝突確率を更に低減することが可能である。

別の実施形態では、新規整数値Ｎ_ｍの素因数は、当該素因数を更新された素因数リスト（ＬＰＦ）内の素因数と異なるように選択することにより生成可能である。これは、互いに素である素数Ｎ_ｍを生成する、つまり、適当なパルス周期Ｔ_ｍ＝Ｎ_ｍＴを生成するアルゴリズムによって実装することができ、効果的なレート分割多元接続システム（ＲＤＭＡ）の設計を可能にする。

本発明の別の態様によれば、マルチユーザ通信用の伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を生成する方法が提供される。伝送信号は、Ｔ_ｍをパルス周期とし、ｍ＝１，２，３，．．．Ｍとして、定められたパルスレート１／Ｔ_ｍをそれぞれ有する。この伝送信号を生成する方法は、第１のユーザ装置に対して第１のパルスレート１／Ｔ_１を有する第１の伝送信号ｕ_１（ｔ）を生成するステップと、別のユーザ装置の各々に対して、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍとし、ｍ≠ｉとして、使用されるパルスレート１／Ｔ_ｍが互いに異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉを有する伝送信号ｕ_ｉ（ｔ）を更に生成するステップとを含む。

ここで、各ユーザ装置に対して、少なくとも２つの異なるパルスレート、例えば１／Ｔ_ｍ，１および１／Ｔ_ｍ，２を有する伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を生成することは更に効果的である。したがって、同等性の理由から、各ユーザ装置毎の平均データ速度または処理能力はほぼ同一となる。

本発明の更に別の態様によれば、Ｔ_ｍをパルス周期とし、ｍ＝１，２，３，．．．Ｍとして、各々が、定められたパルスレート１／Ｔ_ｍをそれぞれ有する伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を複数のユーザ装置から受信するアクセス・ポイント装置が提供される。このアクセス・ポイント（ＡＰ）装置は、第１のパルスレート１／Ｔ_１を使用する第１のユーザ装置と、各々が、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍとし、ｍ≠ｉとして、使用されるパルスレート１／Ｔ_ｍが互いに異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉ、を使用する別のユーザ装置とを、受信済み伝送信号ｓ_ｍ（ｔ）から検出する受信機を有する。更に、このアクセス・ポイント（ＡＰ）装置は、各ユーザ装置と通信を行うために、個別のパルスレート１／Ｔ_ｍを生成する送信機を有することができる。これにより、ユーザ装置固有のパルスレートを使用して、アクセス・ポイント（ＡＰ）装置および各ユーザ装置間において双方向通信が可能になる。

更に、送信機は、受信手段が実装された複数のユーザ装置のそれぞれによって受信可能な共通のパルスレート１／Ｔ_ＡＰを有する伝送信号を生成することができる。その結果、すべてのユーザ装置が到達可能な放送モードの構築が可能になる。

また、別の態様によれば、ユーザ装置Ｕ_ｍは、伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を生成して送信する。
伝送信号は、Ｔ_ｍを特定のパルス周期とし、ｍを１，２，３，．．．Ｍの要素として、特定のパルスレート１／Ｔ_ｍを有する。このユーザ装置は、アクセス・ポイント（ＡＰ）装置と通信を行うために、特定のパルスレート１／Ｔ_ｍを生成する送信機を有する。アクセス・ポイント（ＡＰ）装置は、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍとし、ｍ≠ｉとして、特定のパルスレート１／Ｔ_ｍを使用するユーザ装置Ｕ_ｍと、使用されるパルスレート１／Ｔ_ｍが互いに異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉを使用する別の各ユーザ装置Ｕ_ｉとを、受信済み伝送信号ｓ_ｍ（ｔ）から検出するようにされる。

更に、本発明の別の態様によれば、伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を使用して通信するマルチユーザ通信システムが提供される。このマルチユーザ通信システムは、Ｔ_ｍをパルス周期とし、ｍ＝１，２，３，．．．Ｍとして、定められたパルスレート１／Ｔ_ｍをそれぞれ有する伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を複数のユーザ装置から受信するアクセス・ポイント装置を有する。また、このマルチユーザ通信システムは、第１のパルスレート１／Ｔ_１を使用してアクセス・ポイント装置と通信を行う第１のユーザ装置と、各々が、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍとし、ｍ≠ｉとして、使用されるパルスレート１／Ｔ_ｍが互いに異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉを使用してアクセス・ポイント装置と通信を行う別のユーザ装置とを更に有する。アクセス・ポイント装置は、受信済み伝送信号ｓ_ｉ（ｔ）のパルスレート１／Ｔ_ｉに基づいて、ｉ番目のユーザ装置を識別する。

マルチユーザ通信システムは、通信、識別またはローカライズに使用でき、特に、ＵＷＢ‐ＲＴの原理を利用する超広帯域（ＵＷＢ）無線システムまたは赤外線技術の原理を利用する赤外線（ＩＲ）通信システムと共に使用することができる。

このマルチユーザ通信システムは、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡおよびＣＤＭＡ方式に基づく既知のシステムにおける主な欠点を軽減する改良型の機能を提供する。ＲＤＭＡ信号を通信しおよび生成する本発明に係る方法およびシステムは、ＵＷＢ無線チャネルでのＲＤＭＡ信号の送受信に適している。例えば、この種のＲＤＭＡ信号に基づいて、各ユーザ装置は、好ましくは低い負荷サイクルでバイナリ対蹠信号を送信し、この信号は、適切でユニークなユーザ固有のパルスレートの選択または少なくとも２つのユーザ固有のパルスレートの組み合わせにより、目的とする受信機において識別される。

特定のアプリケーションでは、１つ以上の上述した既知のマルチアクセス方法と、ＲＤＭＡの機能および利点とを組み合わせることが効果的な場合がある。

ある一定レベルのマルチアクセス干渉（ＭＡＩ）、すなわち、チャネル間干渉（ＩＣＩ）が存在し、ＲＤＭＡパルスレートがそれに応じて選択されている場合、異なるユーザにより放射されたＲＤＭＡ信号が衝突することで特定の受信位置において互いに干渉しあう平均確率は、同じ条件下で放射および受信される従来のＴＨ−ＰＰＭ信号の衝突確率と数値的に同一とすることができる。所定のユーザ固有のパルスレートからの偏差に対するこれらの衝突確率の感度に基づけば、ＲＤＭＡは十分に頑強であることが分かる。更に、ＲＤＭＡ方式に基づくマルチユーザ無線システムは、特定のアプリケーションまたは規制基準に応じて、電力制御有り、または無しで実装することが可能である。

提示されたＲＤＭＡの原理に基づいて設計され、各非同期ユーザがユーザ固有のパルスレートを有するバイナリ対蹠パルス変調信号を送信するマルチユーザ、あるいは複数ユーザ通信システムおよびネットワークに関して、これより特に着目する。提示されたＲＤＭＡに応じて各ユーザ装置のパルスレートが選択された場合、異なるユーザ装置により放射されたＲＤＭＡ信号が特定の受信位置において衝突する確率は、ユーザ装置間の同期状況に関わらず、最小限になるのが理想的である。単一ユーザまでのＲＤＭＡ原理の引き下げは、２相位相変調（ＢＰＳＫ）としても知られるバイナリ対蹠信号伝達に基づく２地点間通信リンクを生み出す。そのような信号の電力スペクトル密度（ＰＳＤ）は、変調データ・シーケンスが無相関である限りスペクトル線を含まず、この条件は、適当なデータ・スクランブラまたはランダマイザを使用することで実際に常時任意の程度まで達成できる。

通常、共在する類似ネットワーク（例えば、ピコネットと呼ばれるネットワーク）またはシングルセル・ネットワーク（例えば、パーソナル・エリア・ネットワーク）内のマルチユーザ・アクセスに関する問題を解決する場合、提示されたＲＤＭＡにより、従来技術と比較して以下の特性および利点が提供される。

特にユーザ端末が異なるピコネットへのアクセスを必要とする場合、（例えば、各端末が複数のパルス発生器およびフィルタを必要とする）既知のＦＤＭＡ方式とは対照的に、ＲＤＭＡ方式は実装の複雑性を低減する。

ＲＤＭＡシステム用に設計された単一帯域ＵＷＢ送信機は、連邦通信委員会によって推進された送信電力レベルを潜在的により活用することができる（一方ＦＤＭＡ方式では、例えば、７．５ＧＨｚの帯域幅まで利用可能な場合、３つの帯域を使用することで、単一の帯域を使用するシステムと比較して送信電力を５ｄＢほど低減させてしまう）。

ＴＤＭＡシステムが、共通の時間基準を使用する厳密に同期の、あるいは競合ベースのアクセス機構においてのみ最適に機能するのに対して、ＲＤＭＡシステムは、共通の時間基準が不必要であるとともにユーザ間の同期状況に関わらず、最良の衝突確率算出機能を提供する。

また、ＴＤＭＡシステムとは対照的に、ＲＤＭＡ方式は、シングルセル・ネットワークおよび複数の重複するピコネットに基づくアプリケーションに対しても同等に適している。

ＲＤＭＡ方式もまたＣＤＭＡシステムと同様に、シングルセル・ネットワーク内のマルチユーザ・アクセスまたは重複するピコネット間のマルチユーザ・アクセスをサポートするのに適している。しかし、ＲＤＭＡシステムは、特に受信信号の取得、同期化および追跡において、潜在的により簡略な回路実装でこの機能を実現することができる。

ＲＤＭＡを導入した装置もまたＣＤＭＡ装置と同様に、比較的高い負荷サイクルの信号を使用する場合、（例えば、低い平均電力と瞬時最大電力との比を取得する）低電圧集積回路（ＩＣ）処理技術に準拠している。しかし、ＣＤＭＡとは対照的に、ＲＤＭＡは、シンボル毎に複数のパルスを送信する必要性がないので、対応するＣＤＭＡのチップ速度と比較してより少ないパルスレートでより高いデータ速度を提供することができる。

全面的に改良されたマルチアクセス（ＭＡ）方式を獲得するためにＲＤＭＡ信号の組を使用する概念は、上記に概略を述べたＭＡ技術のいずれとも組み合わせることができる。ＵＷＢ‐ＲＴを導入したＭＡシステムおよび装置では、基本的なＲＤＭＡの原理をＰＲＳまたはＣＤＭＡ型のシーケンスの原理と組み合わせることが特に有効である。例えば、アプリケーションをサポートするのに比較的遅いデータ速度で足りる場合、ＲＤＭＡ信号により基本的なＭＡ機構を提供できる一方で、重ね合わせＰＲＳまたはＣＤＭＡ型のシーケンスを活用することにより、ＭＡＩまたはＩＣＩに対する頑強性の分野において更なる改良を追加可能である。

ＴＨ‐ＰＲＳの取得および時間同期化が本質的に複雑である（例えば、大規模な回路およびそれに伴う多大な電力消費を必要とする）ＴＨ‐ＰＰＭ方式と比較して、ＲＤＭＡに基づくＭＡ方式では、大きなパルスレートに対して、より簡略で高い性能を実現可能である。

伝送されるＲＤＭＡ信号のスペクトル特性は、ＣＤＭＡ信号の特性と原理上同一にすることが可能であるが、ＲＤＭＡシステム内の多数の構成要素の設計は、ＣＤＭＡシステム内の構成要素よりも非常に簡略である。

ＲＤＭＡ方式を導入したマルチユーザ無線システムは、特定のアプリケーションの必要条件に応じて、電力制御有り、または無しで実装することが可能である。

これより、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態の詳細を一例として説明する。

以下、無線周波数と共に使用するレート分割多元接続（ＲＤＭＡ）信号を用いたマルチユーザ・アクセス・システムについて説明する。便宜上、ＵＷＢ無線チャネルを利用するシステムについてのみ述べるが、光（赤外線）信号に対しても適用可能である。

第１の例として、図１に示すマルチユーザ通信システム１について考察するが、このマルチユーザ通信システム１は、本願において「ユーザ」またはユーザ装置１０とも称されるＭ個の送信機１０、および、以下「受信機」または単一アクセス・ポイント受信機１６とも称されるＭ個の異なるユーザのいずれでも受信可能な単一アクセス・ポイント装置１６を有する。各ユーザの伝送開始時刻は、任意に選択され、何ら調整されておらず、この動作モードは「非同期」動作とも称される。Ｍ個の異なるユーザによって送信されたデータ・シーケンスは、確率論的に独立とされる。ユーザは、数値ｍ∈Ｍ＝｛１，２，．．．，Ｍ｝で索引付けされ、目的とするユーザは索引ｍ＝ｉにより識別される。異なるユーザによって放射された信号は、独立したデータ・シーケンスを有し、ユーザの送信機アンテナ１３（給電点）および受信機アンテナ１４の（給電点）間に定められた個別の無線インターフェース・チャネル１２を伝播し、受信機では受信信号が全て重畳される（加算される）。受信機のタスクは、図１に示すユーザｉによって送信されたデータなど、目的とするユーザによって送信されたデータ・シーケンスを検出し複製することである。残りは、単一の通信セル４内で動作し、Ｍ個のユーザ（送信機）と、ＡＰと付された、Ｍ個のユーザのいずれでも受信可能なアクセス・ポイント受信機１６とを有する典型的なマルチユーザ通信ネットワーク２を示す。

説明の中で、同一参照番号または記号は、同一部分や同様な箇所を示すために使用される。

図２は、マルチユーザ通信システム１のより正式なブロック図モデルであり、以下ＲＤＭＡ方式について説明するために使用する。

ユーザｍは、データ・シーケンスａ_ｍ，ｋ∈｛−１，＋１｝を、信号

を生成する差分パルスのシーケンスへ変調し、Ｔ_ｍは、ｍ番目のユーザのパルス周期であるとともにパルスレート１／Ｔ_ｍを決定し、ユーザｍによって送信されたデータ・シーケンスを受信機が識別できるようにする。ユーザ固有のパルス周期の順序は、一般性を喪失することなくＴ_１≦Ｔ_２≦．．．≦Ｔ_Ｍと定義される。時間シフトτ_ｍは非同期遅延とも称され、ユーザｍの伝送開始時刻とユーザｉの伝送開始時刻との間の相対遅延時間の要因であるので、τ_ｉ＝０となる。最悪の状態を考慮するとともに簡略化の目的で、ｍ≠ｉである非同期遅延τ_ｍは間隔［０，Ｔ_ｍ］において均等に分布した確率変数であると仮定し、相対信号伝搬遅延は暗に各τ_ｍに含まれるものと仮定する。信号ｕ_ｍ（ｔ）は、パルス波形ｇ（ｔ）で送信フィルタを通過し、対応する送信機アンテナ１３へ送られ、そこからインパルス応答が｛ｂ_ｍ（ｔ），ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝である個別のチャネル１２を伝播する。また、バイナリ対蹠変調パルスの場合に

がパルス毎の送信エネルギーになるように、パルス・エネルギー‖ｇ（ｔ）‖^２は単一であると仮定する。同様に、パルス毎の受信エネルギーは、

と定義され、α_ｍ＝‖ｂ_ｍ（ｔ）‖はｍ番目のチャネルのゲインである。

受信機アンテナの給電点において、ｍ＝１，２，．．．，Ｍである信号ｓ_ｍ（ｔ）＝ｈ_ｍ（ｔ）＊ｕ_ｍ（ｔ）が重畳され、両側電力スペクトル密度Ｎ_０／２を有する白色ガウス雑音信号ｎ（ｔ）が加算されるが、ここでｈ_ｍ（ｔ）は受信パルス波形ｈ_ｍ（ｔ）＝ｂ_ｍ（ｔ）＊ｇ（ｔ）であり、「＊」は畳み込み演算子である。したがって、雑音を伴う受信信号は下式のとおりである。

受信機は、単位エネルギーを含むインパルス応答がｆ_ｉ（ｔ）である受信フィルタを有し、この受信フィルタの出力信号ｑ_ｉ（ｔ）＝ｆ_ｉ（ｔ）＊ｙ（ｔ）は、ｋ_ｉが整数であるところの時刻ｔ＝ｋ_ｉＴ_ｉ（τ_ｉ＝０と仮定）において、パルスレート１／Ｔ_ｉでサンプリングされる。また、サンプリング・ユニットは、対応するユーザ信号と完全に同期していると仮定する。便宜上、簡略式

を定義するが、この式は、和

として表され、サンプリングされた目的の信号

、ｑ_ｉ，ｍ（ｔ）＝ｆ_ｉ（ｔ）＊ｓ_ｍ（ｔ）である競合ユーザ干渉項

、および加法性雑音項

から構成される。シーケンス項

は、受信フィルタのインパルス応答ｆ_ｉ（ｔ）のサポートがＴ_ｉより小さい場合は無相関になる。サンプリングされた信号

は、２分決定式

を生成する「スライサ」とも称される閾値検出器へ送られる。ここで、最適な受信フィルタｆ_ｉ（ｔ）は、競合ユーザ干渉項

が無相関でガウス分布した場合のみ、整合フィルタｈ_ｉ（−ｔ）と等価になることに留意されたい。特に電力制御がない状況では、通常このことが当てはまらないことは明白である。

前提としてユーザ数Ｍが与えられた場合、対応するＲＤＭＡシステムの演算を定義する際の関連因子は、受信機がユーザｉを検出した場合にできるだけ低いビット誤り率（ＢＥＰ）でマルチユーザ通信を可能にするパルスレート｛１／Ｔ_ｍ，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝、あるいはパルスレートに同等なパルス周期｛Ｔ_ｍ，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝の最適の組の生成である。ＢＥＰは、サンプリング時刻ｔ＝ｋ_ｉＴ_ｉにおける競合ユーザ干渉項

の統計によって決定される。競合ユーザ項の統計は、多数のシステム変数、中でも受信パルス波形ｈ_ｍ（ｔ）に依存することが式（１）および（５）から推定される。また、受信機から送信機（ユーザ）へのフィードバック・チャネルがない可能性があるので、先験的に知られているシステム特性のみがパルスレートの最適の組を決定する方法に影響を与えることができる、と仮定する。つまり、受信パルス波形｛ｈ_ｍ（ｔ）｝および現存の受信パルス波形に適合しうる受信フィルタのインパルス応答ｆ_ｉ（ｔ）は、ユーザ固有のパルスレートの最適化に直接考慮され得ないということである。

単一ユーザによる衝突
ユーザ固有のパルスレートの最適値を求めるのに適した方法は、１）パルス

が

において

となり、ｔの値がそれ以外の場合は０となるような固定支援Δ_ｍを有すると仮定し、２）時刻ｔ＝ｋ_ｉＴ_ｉにおける目的ユーザｉの信号および少なくとも１つの干渉ユーザｊ≠ｉの信号間における衝突確率Ｐ_ｃ（ｉ）を最小化するが、この衝突は、時刻ｋ_ｉＴ_ｉにおけるユーザｊの信号が０でない場合に限り発生する。時刻ｋ_ｉＴ_ｉにおいて最小の衝突確率を有することに加えて、後続のサンプリング時刻（ｋ_ｉ＋１）Ｔ_ｉにおいてユーザｊがユーザｉと衝突しないこと、例えばクラスタ内で衝突が発生しないことが望ましく、すなわち、以下の条件

を満たす必要があることを示しており、ここで、Ｍは整数｛１，２，３，．．．，Ｍ｝を表す。これらの条件に基づいて確率分析法を使用することで、パルス周期｛Ｔ_ｊ｝を決定する以下の設計ステップが導出される。

ステップ１：時間ベースの周期Ｔとしてできる限り短い実数値を選択するが、実際には、Ｔの最小値は（例えば、利用可能なクロック周期の最小値などの）利用可能な技術によって制約を受ける。
ステップ２：整数値Ｎ_ｉが与えられている場合、Ｎ_ｉおよびＮ_ｊが互いに素で、｜Ｎ_ｊ−Ｎ_ｉ｜≧Δ_ｊ／Ｔとなり、ｉ≠ｊ、ｉ，ｊ∈Ｍとなるような整数値Ｎ_ｊを選択する。
ステップ３：｛Ｔ_ｊ＝Ｎ_ｊＴ，ｊ∈Ｍ｝となるパルス周期の組を決定する。

これらの設計ルールにより、以下のシステム特性が導出される。
１）衝突確率の最大値

が最小化される。
２）衝突確率は、非同期遅延τ_ｍおよびパルス支援幅Δ_ｍのバリエーション（トレランス）に対して頑強である。
３）衝突クラスタは発生しない。

与えられたＲＤＭＡシステムのユーザ固有のパルスレートの組、例えば、｛１／Ｔ_ｍ，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝が任意要素ｘですべてのパルスレートに対して拡張可能でなければならない場合、以前は周期数とも呼ばれていた相対素数｛Ｎ_ｍ｝の新規の組が与えられた倍率ｘに対して通常必要になる。この条件は、すでにＴが設計ルールのステップ１に従って可能な限り小さく設計され、通常はそれ以上小さくできないという理由で生じる。したがって、パルスレートを調整するために通常使用できる変数は、相対素数｛Ｎ_ｍ｝のみである。しかし、ｘが実数でｘ＞１であれば、相対素数｛Ｎ_ｍ｝の新規の組を提供するよりも的確な解決策によって、時間基準Ｔはスケール調整された時間基準Ｔ’＝ｘＴに置き換えられる。その際、Ｔの最小値を要求する第１の設計ルールは維持されない。したがって、結果として生じる相対衝突確率の最大値は、

によって上に有界となり、

は、すべての非同期遅延に対して平均化された衝突確率、および

は、すべての非同期遅延に対して最大化された衝突確率である。更に、衝突確率が非同期遅延τ_ｊに依存すればするほど、パルスレートが小さくなり、すなわちｘが大きくなるが、ｘがＤ_ｊより小さい限りこの影響は無視できるものである。

マルチユーザによる衝突
前項では、２ユーザのみのＭＡシステムから導出され、Ｐ_ｃ（ｉ，ｊ）で示す衝突確率について述べた。以下では、一般的なＭＡシステムの衝突確率Ｐ_ｃ（ｉ）が与えられ、少なくとも１つのユーザｊ（ｊ∈Ｍ、ｊ≠ｉ）の信号が目的ユーザｉの信号と衝突することとする。ｊ≠ｊ’、ｊ，ｊ’∈Ｍ、およびｊ，ｊ’≠ｉの関係を有するユーザｊおよびユーザｊ’がユーザｉと衝突するイベントは統計的に独立しているという事実によって、分析は簡略化される。この特性に基づき更なる分析を行うことにより、衝突の平均確率

は、式

によって与えられることが推定できる。

ユーザ独立型処理能力を有するＲＤＭＡ
上述したＲＤＭＡ固有の特性は、ｍ∈Ｍであるｍ個の各ユーザが、それぞれの信号を受信機において識別するために、異なるパルスレート１／Ｔ_ｍ、ｍ＝１，２，．．．，Ｍ、すなわちパルス周期Ｔ_ｍ、ｍ＝１，２，．．．，Ｍで送信することである。したがって、ユーザ同士は同一のパルスレートで動作できないという制約の下で、処理能力に対するユーザの要求に応じて、合致するパルスレートが各ユーザに割り当てられる。しかし、一部のアプリケーションでは、全ユーザに対して同一の、または、少なくともほぼ同一の平均パルスレートを取得することが望ましい場合がある。以下では、各ユーザｍに対して同一、または、ほぼ同一の平均処理能力を取得する方法を開示する。
各ユーザの平均処理能力をほぼ同一にする１つの方法として、（パケットとも呼ばれる）データ・シーケンスをブロックとして分割した後、奇数ブロックを小さなパルスレートで送信し、偶数ブロックを大きなパルスレートで送信することで、結果として導出される各ユーザに対する平均パルスレートが同一またはほぼ同一になるようにすることが挙げられる。ここで、Ｎ_ｍ，２＞Ｎ_ｍ，１の関係で、小さなパルスレートは数値Ｎ_ｍ，１を使用し、大きなパルスレートは数値Ｎ_ｍ，２を使用することで取得できる。数値Ｎ_ｍ，１および数値Ｎ_ｍ，２は特定の制約を受けるので、ユーザｍに対する平均パルスレート

が

となるように、奇数ブロックに対する同一の平均パルスレートは、対応するブロック・サイズＢ_ｍ，１を選択し、偶数ブロックに対する同一の平均パルスレートは、対応するブロック・サイズＢ_ｍ，２を選択することにより取得される。

受信機は、受信機の同期化ユニットが正確なサンプリング時刻を追跡できるように、適当なパケットのヘッダに含有されて送信される情報に基づいて、周期数Ｎ_ｍ，１、Ｎ_ｍ，２、および対応するブロック・サイズＢ_ｍ，１、Ｂ_ｍ，２を推測的に識別する。衝突確率に対する効果の１つとして、多数のユーザが大きなパルスレートで送信する場合は衝突確率が高くなり、小さなパルスレートで送信する場合は衝突確率が低くなることが挙げられ、衝突確率は時間と共に変化する。一方で、多数のユーザが動作中であるが同期化されていない場合、平均化効果が生じて衝突確率が時間と共にほぼ一定になる。短いブロック長を使用すれば、あるパルスレートから他のパルスレートへの切り替えがより頻繁に生じ、パルスレートの遷移中に生じる効果が問題となる場合がある。例えば、データ・ブロックがシングルビットのみで構成されている極端な場合、奇数または偶数で索引されているパルス間の距離は、全ユーザがほぼ同一の平均パルスレートを有するのと同様に、全ユーザにわたってほぼ同じである。この極端な状況では、適当なＲＤＭＡ信号の組が生成されないので、実用的なシステム設計において回避すべきである。長いブロック長または大きなブロック・サイズを使用すれば、パルスレートの遷移頻度が低いので望ましく、過度の衝突を回避することが可能である。ユーザ固有の周期数Ｎ_ｍ，１およびＮ_ｍ，２は、（例えば、周期数の組における多重度が１になるように）排他的に使用されるので、任意の最大公約数を持つことができる一方で、他のユーザの周期数Ｎ_ｍ，ｘと公約数を共有してはならないことに留意されたい。第２の極端な場合では、例えば、奇数パケットが周期数Ｎ_ｍ，１を用いて送信され、偶数パケットが周期数Ｎ_ｍ，２を用いて送信されるように、ユーザｍによって連続的に送信されるパケットに対して異なる周期数の選択的使用を伴う。

図３は、アクセス・ポイント受信機１６においてサンプリングされる直前に取得される、ユーザ２と関連付けられた信号ｑ_２（ｔ）の構成要素として理想的な３つのパルス化されたＲＤＭＡ信号ｑ_２，１（ｔ）、ｑ_２，２（ｔ）およびｑ_２，３（ｔ）の一例を示すものであり、この例（τ_２＝０）では、第２のユーザからの信号を基準信号と見なす。

図４は、図３に示した対応する受信信号を導く種類の伝送信号を生成する装置４０の好適な実施形態を示し、装置４０は、ユーザ固有の周期数（相対素数）Ｎ_ｍのソースを有する。装置４０は、マルチプレクサ４４、プリアンブル／フレーム・データ・ソース部４３および周期数ソース部４５に接続されるコントローラ４１を有する。ペイロード・データ・ソース部４２は、ユーザデータ｛ａ_ｍ｝を入力として受け取る。マルチプレクサ４４は、プリアンブル／フレーム・データ・ソース部４３からの入力またはペイロード・データ・ソース部４２からの入力のいずれかを、コントローラ４１の制御により切り替えて出力し、マルチプレクサ４４からの出力はパルス発生器・変調器５０へ送られる。発振器４９は、周波数ｆ＝１／Ｔをコントローラ４１およびサイクル・カウンタ４８へ提供する。周期数ソース部４５は、ユーザ固有の周期数（相対素数）Ｎ_ｍを選択する選択部４６に接続される。固有の周期数（相対素数）Ｎ_ｍは、図示されるとおり、サイクル・カウンタ４８からの入力を受け取ってＮ_ｍの対数係数を算出する対数係数計算器４７へ送られる。対数係数計算器４７の出力信号は、サイクル・カウンタ４８へフィードバックされるとともに、パルス発生器・変調器５０により伝送信号ｕ_ｍ（ｔ）を生成するために使用される。

図５は、一定またはほぼ一定の平均レートのＲＤＭＡ信号を取得するために、どのようにＲＤＭＡ信号を合成可能であるかを示す図である。図示された例は２つのユーザ信号ｕ_１（ｔ）およびｕ_２（ｔ）に適用されるが、説明のため、各データ・ブロックはＢ_１，１＝Ｂ_２，１＝Ｂ_１，２＝Ｂ_２，２＝７のように７つのパルスを有し、例えば、バイナリ変調パルスでは７ビットに対応する。第１のユーザｕ_１の２つの周期数は、｛Ｎ_１，１，Ｎ_２，１｝＝｛１０，２０｝であり、第２のユーザｕ_２の２つの周期数は、｛Ｎ_１，２，Ｎ_２，２｝＝｛１３，１７｝である。この例では、両ユーザは、ブロック長またはブロック・サイズが同じであり、例えば、Ｎ_１，１＋Ｎ_２，１＝Ｎ_１，２＋Ｎ_２，２＝３０のように、それぞれに対応する周期数の和が互いに等しいので、例えば、

のように、同一の平均パルスレートを取得することができる。

図６は、図５に示す種類の信号を生成する装置６０の好適な実施形態を示し、装置６０は、ユーザ固有の周期数の適合ペア｛Ｎ_ｍ，１；Ｎ_ｍ，２｝を生成するためのソースを有する。装置６０の構成は、供給されるブロック・サイズ（Ｂ_ｍ，１；Ｂ_ｍ，２）に基づいてユーザ固有の周期数の適合ペア｛Ｎ_ｍ，１；Ｎ_ｍ，２｝を修正係数計算器６７へ出力する変更選択部６６以外は、図４を参照して説明した装置４０と同一である。修正係数計算器６７は、ｘ＝１，２であるｍｏｄ Ｎ_ｍ，ｘを算出する。

ＲＤＭＡシステムに対する相対素数の生成方法
ＲＤＭＡシステムが正常に動作するためには、例えばＭ個までのユーザをサポートするの組｛Ｎ_ｍ，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝のような、適当な周期数の組が最小限使用できなければならない。

相対素数Ｎ_ｍの基本の組を生成する好適なアルゴリズム的方法を図７のフロー図に示す。ボックス７０に示すように、第１の（最小の）周期数Ｎ_１、最短距離Ｄ_ｍｉｎおよび数値Ｍが選択される。また、ｍ＝１が初期化されるとともに、第１の周期数Ｎ_１が素因数（ＰＦ）へ分解される。素因数（ＰＦ）は、単位多重度で素因数リスト（ＬＰＦ）に記載される。ボックス７１には、１）ｍ←ｍ＋１、２）Ｎ_ｍ←Ｎ_ｍ−１＋Ｄ_ｍｉｎという更新を行うことが示されている。次に、ボックス７２に示すようにＮ_ｍの素因数（ＰＦ）が決定され、現在の素因数リスト（ＬＰＦ）内に存在する素因数と比較される。続く判断記号７３に示すように、比較結果はＹＥＳまたはＮＯのいずれかである。比較結果がＹＥＳである場合、Ｎ_ｍがボックス７４において１だけ増加された後、アルゴリズムはボックス７２に戻る。ここで、比較結果がＮＯである場合、ボックス７５に示すように、素因数（ＰＦ）は、単位多重度で現在の素因数リスト（ＬＰＦ）に記載される。更に、判断記号７６に示すように数値ｍおよびＭが比較され、アルゴリズムは、ｍ＝Ｍの場合は終了し、ｍ≠Ｍの場合はボックス７１に戻る。このアルゴリズム的方法により、Ｎ_１＜Ｎ_２＜．．．＜Ｎ_ｍ＜Ｎ_ｍ＋１＜．．．＜Ｎ_ＭおよびＮ_ｍ＋Ｄ_ｍｉｎ≦Ｎ_ｍ＋１となるようにＭ個の相対素数Ｎ_ｍが昇順で生成され、連続する数値間の差異（距離）Ｎ_ｍ＋１−Ｎ_ｍは、すべてのｍに対してＮ_ｍ＋１−Ｎ_ｍ≧Ｄ_ｍｉｎという制約の下、最小化される。最小の周期数Ｎ_１および最短距離Ｄ_ｍｉｎは、図７に示すアルゴリズムへの入力変数である。

一定またはほぼ一定の平均レートを有するＲＤＭＡシステムの相対変数の生成方法
一定またはほぼ一定の平均レートを有するＲＤＭＡシステムが正常に動作するためには、相互に関連する周期数の２の組、例えば｛Ｎ_ｍ，１，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝および｛Ｎ_ｍ，２，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝が使用される。

適当な周期数の組を生成する好適なアルゴリズム的方法を図８のフロー図に示す。ボックス８０に示すように、平均周期数Ｎ、最短距離Ｄ_ｍｉｎおよびユーザ数Ｍは、アルゴリズムの入力変数である。更に、ｍ＝１およびＮ_ｍ，１＝Ｎ_ｍ，２＝Ｎが初期化されるとともに、Ｎ_ｍ，１が素因数（ＰＦ）へ分解される。素因数（ＰＦ）は、単位多重度で素因数リスト（ＬＰＦ）に記載される。ボックス８１には、１）ｍ←ｍ＋１、２）Ｎ_ｍ，１←Ｎ_{ｍ−１，１}−Ｄ_ｍｉｎおよび３）Ｎ_ｍ，２←Ｎ_{ｍ−１，２}＋Ｄ_ｍｉｎという更新を行うことが示されている。次に、ボックス８２に示すようにＮ_ｍ，１の素因数（ＰＦ）が決定され、現在の素因数リスト（ＬＰＦ）内に存在する素因数と比較される。続く判断記号８３に示すように、比較結果はＹＥＳまたはＮＯのいずれかである。比較結果がＹＥＳである場合、ボックス８４に示すようにＮ_ｍ，１がＮ_ｍ，１←Ｎ_ｍ，１−１のように更新された後、アルゴリズムはボックス８２に戻る。ここで、比較結果がＮＯである場合、ボックス８５に示すように、Ｎ_ｍ，２の素因数（ＰＦ）が決定され、現在の素因数リスト（ＬＰＦ）内に存在する素因数と比較される。続く判断記号８６に示すように、この比較結果はＹＥＳまたはＮＯのいずれかである。比較結果がＹＥＳである場合、ボックス８７に示すようにＮ_ｍ，２がＮ_ｍ，２←Ｎ_ｍ，２＋１のように更新された後、アルゴリズムはボックス８５に戻る。ここで、比較結果がＮＯである場合、ボックス８８に示すように、Ｎ_ｍ，１およびＮ_ｍ，２の素因数（ＰＦ）は、単位多重度で現在の素因数リスト（ＬＰＦ）に記載される。更に、判断記号８９に示すように数値ｍおよびＭが比較され、アルゴリズムは、ｍ＝Ｍの場合は終了し、ｍ≠Ｍの場合はボックス８１に戻る。ここでは、アルゴリズムにより、各数列がＭ個の相対素数で構成され、初期値がＮ_１，１＝Ｎ_１，２＝Ｎとなるように、数列｛Ｎ_ｍ，１，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝が降順で、また、数列｛Ｎ_ｍ，２，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝が昇順で生成され、Ｎは、平均周期数に（ほぼ）一致する。このアルゴリズムにより生成された昇順数列および降順数列の双方の要素は、同一の索引ｍを持つ要素以外は共通の素数を持たない。同一の索引ｍを有するパルスレートは異なる時刻において交互に使用されるので、このことは、周期数を決定する設計ルールに準拠している。周期数列において、連続する２つの要素間の距離は少なくともＤ_ｍｉｎである。理想的には、和Ｎ_ｍ，１＋Ｎ_ｍ，２≒２Ｎがｍに依存しないことであり、この特性により、例えばＤ_ｍ，１＝Ｄ_ｍ，２の場合、平均化されたデータ・ブロック・サイズに対して一定の平均パルスレートが保証される。平均周期数Ｎ、最短距離Ｄ_ｍｉｎおよびユーザ数Ｍは、図８に示すアルゴリズムへの入力変数である。

図９は、図１を参照して説明したシステムと同様のマルチユーザ通信システムを示す。図示するように、アクセス・ポイント（ＡＰ）装置１６は、ＲＸと付される受信機１７に加えて、ＴＸと付される送信機１８を有し、両方で送受信機を形成する。受信機１７は、Ｍ個のユーザのいずれでも受信および識別可能である。送信機１８は、各ユーザＭと個別に通信するため、個々のパルスレート１／Ｔｍを生成可能である。つまり、各ユーザ装置１０は、アクセス・ポイント（ＡＰ）装置１６によりユーザ固有のパルスレートを使用して個別にアドレス指定または到達されるので、ユーザ固有のパルスレートを有する伝送信号を使用した双方向性オペレーションまたは通信が可能になる。別の実施形態では、送信機１８は、複数のユーザ装置１０によって受信可能な共通のパルスレート１／Ｔ_ＡＰを有する伝送信号を生成する。ユーザ装置１０には、例えば、共通のパルスレート１／Ｔ_ＡＰを有する信号を受信および解釈するために、ユーザ装置受信機などの受信手段が実装されているものとする。これにより、チャネル１２を介してすべての個別ユーザ装置１０への放送が可能になり、各ユーザ装置１０は、アクセス・ポイント（ＡＰ）装置１６によって、ユーザ固有のパルスレートを有する伝送信号を介して到達可能になる。また、別の実施形態では、個々のユーザ装置１０は、固有のパルスレートで相互に通信する。更に別の実施形態では、アクセス・ポイント（ＡＰ）装置１６は、ユーザ固有のパルスレートを制御するとともに、個々のユーザ装置１０に対して割り当てる。

以下の表１に、Ａ）異なるユーザ・パルスレート、Ｂ）ほぼ一定の（平均）パルスレートを有するＲＤＭＡシステムに関して、以下の設計変数の数値の一例を提供する。
ユーザ数：Ｍ＝３２、時間基準：Ｔ＝１ｎｓ、受信およびフィルタされたパルス支援：全てのｍに対してΔ_ｍ＝Δ＝５０ｎｓ、最短距離：Ｄ_ｍｉｎ＝Δ／Ｔ＝５０、１／Ｔ_１＝２００’０００パルス／秒、Ｎ_１＝Ｔ_１／Ｔ＝５’０００。

開示された実施形態は、いずれも図示および／または記載した１つ、あるいは複数の別の実施形態と組み合わせることができる。これは、実施形態の１つ以上の特性に関しても可能である。本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、あるいはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって実現可能である。

図１は、Ｍ個のユーザのいずれでも、例えば、ユーザｉ（Ｕ_ｉ）を受信および識別可能な受信機を持つ単一のアクセス・ポイント（ＡＰ）へ信号を送信する送信機を持つＭ個のユーザ端末を有し、単一の通信セル内で動作する典型的なマルチユーザ通信ネットワークを示すものである。 図２は、Ｍ個のユーザ端末（送信機）と、Ｍ個のユーザのいずれでも、例えば、ユーザｉを受信および識別可能な単一のアクセス・ポイント（受信機）とを有する図１に示す典型的なマルチユーザ通信セルにおけるユーザからＡＰへの（上流への）伝送を示すブロック図モデルである。 図３は、ユーザ１、２および３に由来する理想的な３つのパルス化ＲＤＭＡ信号の、目的とするユーザ２の受信機フィルタの出力における一例を示すものである。 図４は、一般的なユーザｍ用にパルス化ＲＤＭＡ信号、ユーザ固有の周期数（相対素数）Ｎ_ｍを生成する装置の好適な実施形態を示すブロック図である。 図５は、ユーザ１および２に由来し、図６に示す装置により生成される一定またはほぼ一定の平均速度を有する２つのＲＤＭＡ信号であって、それぞれが所定数のパルス（この例では７つのパルス）の後に交互に変更される２つの対応する周期数に基づいた信号の一例を示すものである。 図６は、一般的なユーザｍ用に一定またはほぼ一定の平均速度を有するＲＤＭＡ信号、ユーザ固有の周期数の適合ペア｛Ｎ_ｍ，１；Ｎ_ｍ，２｝を生成する装置の好適な実施形態を示すブロック図である。 図７は、周期数とも称される相対素数の基本の組｛Ｎ_ｍ，ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝を生成する方法（アルゴリズム）を定義する論理フロー図である。 図８は、周期数とも称される相対素数の適合ペアの組｛（Ｎ_ｍ，１；Ｎ_ｍ，２），ｍ＝１，２，．．．，Ｍ｝を生成する方法（アルゴリズム）を定義する別の論理フロー図である。 図９は、１）Ｍ個のユーザのいずれでも受信および識別し、２）Ｍ個のユーザのいずれか、または個別のユーザに対して送信する送受信機を有するアクセス・ポイント（ＡＰ）装置を有し、双方向に動作する典型的なマルチユーザ通信ネットワークを示すものである。

Claims (15)

1. 複数のユーザ装置（１０）と、アクセス・ポイント装置（１６）とを有するマルチユーザ通信システム（１）において、Ｔ_ｍをパルス周期とし、ｍ＝１，２，３，．．．Ｍとして、定められたパルスレート１／Ｔ_ｍをそれぞれ有する伝送信号（ｕ_ｍ（ｔ））を介して通信する方法であって、
   第１のユーザ装置（Ｕ_１）に対して第１のパルスレート１／Ｔ_１を使用して前記アクセス・ポイント装置（１６）と通信を行うステップと、
   別のユーザ装置（Ｕ_ｉ）の各々に対して、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍとし、ｍ≠ｉとして、使用されるパルスレート１／Ｔ_ｍが互いに異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉを使用して前記アクセス・ポイント装置（１６）と通信を行うステップと、
   を含む通信方法。
2. 前記アクセス・ポイント装置（１６）において、受信済み伝送信号（ｓ_ｉ（ｔ））のパルスレート（１／Ｔ_ｉ）に基づき、前記複数のユーザ装置（１０）の伝送信号を識別するステップを更に含む、請求項１に記載の通信方法。
3. 整数値Ｎ_ｍが他の整数値Ｎ_ｍの素因数の組の中でユニークである少なくとも１つの素因数を有するように、基準周期Ｔと前記整数値Ｎ_ｍとの積となるパルス周期Ｔ_ｍを選択するステップを更に含む、請求項１または２に記載の通信方法。
4. 整数値Ｎ_ｍがそれぞれ素因数（ＰＦ）の組を有し、少なくとも２つの素因数の組同士は共通の素因数を持たない、請求項３に記載の通信方法。
5. 新規整数値Ｎ_ｍの素因数は、更新された素因数リスト（ＬＰＦ）内の素因数と異なるように選択することにより生成される、請求項３または４に記載の通信方法。
6. Ｔ_ｍをパルス周期とし、ｍ＝１，２，３，．．．Ｍとして、定められたパルスレート１／Ｔ_ｍをそれぞれ有するマルチユーザ通信用の伝送信号（ｕ_ｍ（ｔ））を生成する方法であって、
   第１のユーザ装置（Ｕ_１）に対して第１のパルスレート（１／Ｔ_１）を有する第１の伝送信号（ｕ_１（ｔ））を生成するステップと、
   別のユーザ装置（Ｕ_ｉ）の各々に対して、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍとし、ｍ≠ｉとして、使用されるパルスレート１／Ｔ_ｍが互いに異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉを有する伝送信号（ｕ_ｉ（ｔ））を更に生成するステップと、
   を含む、伝送信号を生成する方法。
7. 整数値Ｎ_ｍが他の整数値Ｎ_ｍの素因数の組においてユニークである少なくとも１つの素因数を有するように、基準周期Ｔと前記整数値Ｎ_ｍとの積となるパルス周期Ｔ_ｍを選択するステップを更に含む、請求項６に記載の伝送信号の生成方法。
8. 整数値Ｎ_ｍはそれぞれ素因数（ＰＦ）の組を有し、少なくとも２つの素因数の組同士は共通の素因数を持たない、請求項７に記載の伝送信号の生成方法。
9. 各ユーザ装置（Ｕ_ｍ）に対して、少なくとも２つの異なるパルスレート（１／Ｔ_ｍ，１、１／Ｔ_ｍ，２）を有する伝送信号（ｕ_ｍ（ｔ））を生成するステップを更に含む、請求項６から８のいずれかに記載の伝送信号の生成方法。
10. 伝送信号（ｕ_ｍ（ｔ））を使用して通信するマルチユーザ通信システム（１）であって、
    Ｔ_ｍをパルス周期とし、ｍ＝１，２，３，．．．Ｍとして、各々が、定められたパルスレート１／Ｔ_ｍをそれぞれ有し、伝送信号（ｕ_ｍ（ｔ））を複数のユーザ装置（１０）から受信するアクセス・ポイント装置（１６）と、
    第１のパルスレート１／Ｔ_１を使用して前記アクセス・ポイント装置（１６）と通信を行う第１のユーザ装置（Ｕ_１）と、
    各々が、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍとし、ｍ≠ｉとして、使用されるパルスレート１／Ｔ_ｍが互いに異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉを使用して前記アクセス・ポイント装置（１６）と通信を行う別のユーザ装置（Ｕ_ｉ）と、
    を有し、
    前記アクセス・ポイント装置（１６）は、受信済み伝送信号（ｓ_ｉ（ｔ））のパルスレート１／Ｔ_ｉに基づいて前記複数のユーザ装置（１０）を識別する、マルチユーザ通信システム。
11. 請求項１０に記載のマルチユーザ通信システムを含む超広帯域（ＵＷＢ）無線システム。
12. 請求項１０に記載のマルチユーザ通信システムを含む赤外線（ＩＲ）通信システム。
13. Ｔ_ｍをパルス周期とし、ｍ＝１，２，３，．．．Ｍとして、各々が、定められたパルスレート１／Ｔ_ｍをそれぞれ有し、伝送信号（ｕ_ｍ（ｔ））を複数のユーザ装置（１０）から受信するアクセス・ポイント装置（１６）であって、
    第１のパルスレート１／Ｔ_１を使用する第１のユーザ装置（Ｕ_１）と、各々が、ｉ＝１，２，３，．．．Ｍとし、ｍ≠ｉとして、使用されるパルスレート１／Ｔ_ｍが互いに異なる別のパルスレート１／Ｔ_ｉを使用する別のユーザ装置（Ｕ_ｉ）とを、受信済み伝送信号（ｓ_ｍ（ｔ））から検出する受信機（１７）を有する、アクセス・ポイント装置（１６）。
14. 前記ユーザ装置（１０）のそれぞれと通信を行うために、個別のパルスレート１／Ｔ_ｍを生成する送信機（１８）を更に有する、請求項１３に記載のアクセス・ポイント装置（１６）。
15. 前記送信機（１８）は、受信手段が実装された前記複数のユーザ装置（１０）によって受信可能な共通のパルスレート（１／Ｔ_ＡＰ）を有する伝送信号を生成する、請求項１４に記載のアクセス・ポイント装置（１６）。

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