JP2685760B2 - 多元接続選択通信方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、衛星通信、移動通信、加入者固定無線、
ブロードバンドLAN等で広く用いられる周波数多重方式
利用の多元接続選択通信方式に関する。 （従来の技術） 周波数やタイムスロットを複数の通信装置で共同利用
して相互に通信する多元接続選択通信方式として、SCPC
−FDMA方式、TDMA方式が知られている。SCPC−FDMA方式
は、１つの搬送周波数毎に１チャネルを割当て、複数の
搬送周波数の中から空き搬送周波数を選択して、通話チ
ャネルを設定する。TDMA方式は、１つの搬送周波数上に
複数のタイムスロットを多重化して、複数のタイムスロ
ットの中から空きタイムスロットを選択して、通話チャ
ネルを設定する。以上の周波数やタイムスロット各々を
利用した通話チャネルの設定と解除は、通話チャネルと
は別の共通チャネルを用いて行われる。SCPC−FDMA方式
では特定の周波数を、TDMA方式では特定のタイムスロッ
トを共通信号チャネルとして設け、これを用いて通話チ
ャネルの設定、解除が行われる。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら以上の従来方式には、以下に示すような
問題点が存在する。 SCPC−FDMA方式では、１つの搬送周波数に割当てられ
る１チャネルの伝送速度は固定されているため、決めら
れた伝送速度以上での通信や複数の通信装置との同時双
方向通信の要求には、複数の搬送周波数を使わねばなら
ない。一般に複数搬送周波数を同時送信するには、送信
増幅機での相互変調積ひずみを避けて送信増幅機が飽和
しないように十分大きな動作マージンを持たせる必要が
ある。すなわち、送信増幅機の効率は低く、回線設計上
の所定の送信電力を確保するには、大電力送信機が必要
となり、ユーザ通信装置が高価になる欠点があった。 一方TDMA方式は、多重化タイムスロットの中から複数
タイムスロットを使えるため、複数の通信装置との同時
双方向通信や種々の速度での通信が可能である反面、低
速の通信でよいユーザ通信装置にとっては不経済な方式
となっている。すなわちTDMA方式では、１つの搬送周波
数上に通話チャネルタイムスロットを数多く固定的に多
重化するために、SCPC−FDMA方式に比べ遥かに伝送速度
が高速になる。伝送速度が速くなると、受信雑音帯域が
広がって受信回線品質も劣化するため送信電力を大きく
したり大口径アンテナを採用する等の必要があり、また
TDMA制御が複雑化するなど、ユーザ通信装置が高価にな
る欠点があった。 以上のように、SCPC−FDMA方式は、決められた速度の
通話チャネルを１つだけ扱うユーザには経済的である
が、複数の通信装置との同時双方向通信やユーザが要求
しつつあるマルチメディア対応の種々の速度での通信に
は適さず、TDMA方式は、反対に複数の通信装置との同時
双方向通信や種々の速度での通信は容易であるものの、
ユーザ通信装置は高価となり、特に低速で複数の通信装
置との同時双方向通信を必要としないユーザにとって
は、通信装置が極めて不経済であるという欠点があっ
た。しかも、TDMA方式では、システムに収容される通信
装置が多く、トラヒック量が多くなる程多重度が上昇し
て、個々のユーザ要求に関係ない所でユーザ通信装置が
高価になるという欠点があった。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明は、以上のような従来方式に見られる欠点に鑑
みてなされたものであり、その構成は、共通信号チャネ
ルに少なくとも一つの搬送周波数を割当て、複数の単位
パケットを含む複数の時間フレームから構成される通話
チャネルに前記共通信号チャネルに割り当てた搬送周波
数と異なる複数の搬送周波数を割り当て、前記共通信号
チャネルを用いて通話チャネルの設定を行ない、設定さ
れた通話チャネルを用いて複数の通信装置間で通信を行
なう多元接続通信方式において、通信装置からの発呼要
求に基づき、少なくとも利用可能なパケットの数または
利用可能なパケットの位置の情報を含む通話チャネルの
伝送パラメータを決定し、通話チャネルの設定制御を行
うことを特徴とする。 （作用） 本発明では、一つの搬送周波数当たりの通話チャネル
の時間フレームは複数の単位パケットで構成され、通話
チャネルの設定に当たり、通信装置からの要求に基づい
てユーザが利用可能なパケットの数または利用可能なパ
ケットの位置等の伝送パラメータを決定して通話チャネ
ルを確立するため、複数種類の通信装置との同時双方向
通信が可能となる。 （実施例） 以下に、実施例に基づき、図面を用いて本発明を詳細
に説明する。 第１図（ａ）は、本発明が適用されたスター形通信網
を示す。 ユーザ通信装置Ａ〜Ｈは、発呼要求と共に通話チャネ
ルの伝送速度とパケット長とを、共通信号チャネルを介
して回線制御装置LCUに要求する。回線制御装置LCUはユ
ーザ通信装置からの要求に基き、通話チャネルに用いる
搬送周波数と、搬送周波数当りの伝送速度、パケット
長、パケット位置とを共通信号チャネルを介してユーザ
通信装置に割当て、通話チャネルを設定する。ユーザ通
信装置は割当てられた通話チャネルにより他のユーザ通
信装置との間で通信し、通話が終了すると回線制御装置
に共通信号チャネルを介して終了を通知し、回線制御装
置LCUに共通信号チャネルを介して通話チャネルを解除
する。 第２図は、搬送周波数当りの通話チャネルにおいて、
選択可能な伝送速度とパケット長との関係を示してい
る。 同図（ａ）は伝送速度（伝送帯域幅）Fw、パケット長
Ｌの１つの単位パケット（情報伝送の単位をＰ＝Fw×Ｌ
で表す。）で通話チャネルフレームが構成されている
（モード１）。 同図（ｂ）は、伝送速度2Fw、パケット長L/2の単位パ
ケット（情報伝送単位Ｐ）２つに分割でき（モード
２）、同図（ｃ）は、伝送速度4Fw、パケット長L/4の単
位パケット（情報伝送単位Ｐ）４つに分割できる（モー
ド３）。 第１図（ａ）のユーザ通信装置は、第２図に示される
様な、予め用意された複数個の伝送速度とパケット長の
通話チャネル伝送パラメータを選択し、共通信号チャネ
ルを介して回線制御装置LCUに回線割当てを要求する。 例えば、第１図（ａ）のユーザ通信装置ＡがＰ（例え
ば64Kb/s等）の速度でユーザ通信装置Ｂと通信したいと
き、第２図（ａ）のモード１を要求する。ユーザ通信装
置ＡがＰの速度でユーザ通信装置C,Dと同時通信したい
とき、第２図（ｂ）のモード２を要求する。また、ユー
ザ通信装置ＡがＰの速度でユーザ通信装置Ｅ、Ｆ、Ｇ、
Ｈと同時通信したいとき、第２図（ｃ）のモード３を要
求する。更に、ユーザ通信装置Ａが2Pでユーザ通信装置
Ｂと通信したいときは、第２図（ｂ）のモード２を要求
し、A,B間で２つのパケットを使用する。ユーザ通信装
置Ａが4Pの速度でユーザ通信装置Ｂと通信したいとき
は、第２図（ｃ）のモード３を要求し、A,B間で４つの
パケットを使用する。また、第２図（ｃ）のモード３を
要求すれば、ユーザ通信装置Ａは2Pの速度でユーザ通信
装置Ｂと、Ｐの速度でユーザ通信装置C,Dと各々同時通
信もできる。ユーザ通信装置A,Bの交信中に他のユーザ
通信装置間で通信するときは、A,Bで使用しているのと
は異なる搬送周波数が割当てられる。 この様に、ユーザ通信装置が少なくとも予め用意され
た複数個の伝送速度、パケット長の通話チャネル伝送パ
ラメータを選択し要求する事によって複数の通信装置と
の同時双方向通信や多元速度での通信が可能となり、ま
たユーザ通信装置数やトラヒック量の増加にも多重度の
増加無しに容意に対応できる。 ここで、伝送パラメータはユーザ通信装置が選択し要
求するとして説明したが、回線制御装置LCUが個々のユ
ーザ通信装置の平均的なトラヒックや時刻別のトラヒッ
ク状況を把握していれば、ユーザ通信装置は必要な情報
伝送単位nP（ｎ＝整数、２のべき乗の整数等）を要求
し、回線制御装置LCUが伝送速度、パケット長、パケッ
ト位置を予め用意されている複数個の伝送パラメータの
中から選択し、共通信号チャネルを介して割当ててもよ
い。また、ユーザ通信装置が伝送パラメータを選択し要
求するが、回線制御装置LCUは搬送周波数やパケットの
使用効率から要求情報伝送単位を保存し、ユーザ通信装
置要求と異なる伝送速度とパケット長とを選択し割当て
る場合もある。 更にここでは、共通信号チャネルによる回線制御は、
第１図（ａ）のスター形で行われるとして説明したが、
ユーザ通信装置各々がシステムで使用中の搬送周波数、
伝送速度、パケット長及びパケット位置を記憶し、状況
変化に応じてその内容を更新する制御テーブルを保有し
ていれば、第１図（ｂ）のメッシュ形の回線制御にも本
発明を適用できる。この場合、ユーザ通信装置各々が四
線制御機能を有し、伝送パラメータを選択し、共通信号
チャネルを介して相手方のユーザ通信装置に直接割当て
ることができる。また通話チャネルのトロロジー構成
も、第１図（ａ）のスター形、第１図（ｂ）のメッシュ
形いずれであってもよい。 第３図（ａ）〜（ｂ）は、第２図（ａ）〜（ｂ）の通
話チャネルフレームのパケット分割を、より詳細に説明
するビット構成図である。 第３図（ａ）に示すように、通話チャネルフレームが
ｋ＋ｊビット（ｊビットはガードビット）で構成され、
１ビット時間長が４τとすると、パケット長はＬ＝４τ
×（ｋ＋ｊ）となる。今、伝送速度が２倍とすると、第
３図（ｂ）に示すように、１ビット時間長を２τとし
て、通話チャネルフレームはL/2＝２τ×（ｋ＋ｊ）長
のパケット２つに分離できる。更に伝送速度４倍とする
と、第３図（ｄ）に示すように、１ビット時間長をτと
して、通話チャネルフレームはL/4＝τ×（ｋ＋ｊ）長
のパケット４つに分離できる。ここで、予め決めた最大
伝送速度でのガードビット長（ここでは第３図（ｃ）の
τ×ｊ）を同期制御可能な値に選べば、通話チャネルフ
レームのパケット分割は矛盾無く実施できる。 第３図（ｄ）にはパケット構成の典型的な一例も合せ
て示してある。すなわち、搬送周波数やビットタイミン
グ、誤り訂正符号同期のためのプリアンブル、発呼、着
呼通信装置を示すヘッダ、送受信データ等の符号誤り検
出のパケットチェック符号誤り訂正符号のためのポスト
アンプルで構成されている。 第４図は、多元伝送速度パケットに対する搬送周波数
の予め用意した割当て実例を示した説明図である。 第２図（ａ）の通話チャネル伝送速度に対応して、同
図（ｂ）の伝送帯域幅は２倍、同図（ｃ）では４倍とな
る。このため、搬送周波数間隔を△ｆとしてfi＝f0＋ｉ
×△ｆ（ｉ＝整数）とすると、第２図（ａ）の通話チャ
ネル用には第４図（ａ）のように、搬送周波数f0,f2,f
4、…（f2i）、第２図（ｂ）の通話チャネル用には第４
図（ｂ）のように、搬送周波数f1、f5、f9、…（f1＋4
i）、第２図（ｃ）の通話チャネル用には第４図（ｃ）
のように、搬送周波数f3、f11、f19、…（f3＋8i）のよ
うに搬送周波数を割当てる。 また、第４図（ｂ）の搬送周波数f1＋4iが割当てられ
るときには、第４図（ａ）の搬送周波数f1＋3iとf1＋5i
は使用を禁止し、第４図（ｃ）搬送周波数f3＋8iが割当
てられるときには、第４図（ｂ）の搬送周波数f3＋6iと
f3＋10i、及び第４図（ａ）の搬送周波数f3＋5i、f3＋7
i、f3＋9i、f3＋11iは使用禁止となる。 第５図は、第１図（ａ）に従う衛星通信でのユーザ通
信装置の一構成例である。送信機は、送信制御部51、符
号化部52、変調部53、送信中間周波部54、高周波送信部
55から構成され、送受合成分離部56を介して空中線57か
ら高周波信号が衛星に向けて送出される。一方、衛星か
らの高周波信号は空中線57で受け、送受合成分離部56を
介して受信機で受信データに戻される。受信機は、高周
波受信部58、受信中間周波部59、復調部60、復号部61、
受信制御部62とから構成される。第５図の破線内の変復
調部・符号化復合部、例えば昭和62年電子情報通信学会
総合全国大会No.〜に示されるような、外部制御で速度
が変えられるディジタル形が採用される。 発呼要求信号は、予め決められている伝送速度で、共
通信号チャネル構成に従って必要情報が送信制御部51か
ら出力され、送信中間周波部54で共通信号チャネル用の
搬送中間周波数に設定されて送り出される。回線制御装
置LCU（例えば地上層として分けられる）で割当てられ
た通話チャネルの伝送パラメータは、共通信号チャネル
用の搬送中間周波数に設定された受信中間周波部59を介
して受信制御部で解読、記憶され、送信及び受信中間周
波部を割当てられた通話チャネル用の搬送中間周波数
に、また、第５図の破線内を割当てられた伝送速度、パ
ケット長、パケット位置に設定する。ここで、変復調部
は外部制御で帯域が変えられるアナログフィルタを有し
ており、割当てられた伝送速度に従い送信信号帯域幅、
受信信号帯域幅も設定される（このようなアナログフィ
ルタは市販されている。） 従って、第２図（ｂ）のモード２は同図（ｃ）のモー
ド３よりも受信雑音帯域が半分になり、受信回線品質が
3dB向上する。同様に、第２図（ａ）のモード１は同図
（ｂ）のモード２よりも受信回線品質は3dB向上させる
事ができる。これを利用すると、伝送パラメータの選択
と設定は、トラヒックや伝送情報に応じて行うだけで無
く、降雨減衰の状況に合せても選択でき、回線品質を選
ぶ事もできる。 第６図は、本発明を周波数資源の有効利用化に適用し
た他の一実施例である。 今、ユーザ通信装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆが〔１〕
〜〔４〕のパケットを用いて第６図に示すように互いに
交信している途中で、パケット〔１〕と〔４〕が通信を
終了したとする。このとき、パケット〔３〕をパケット
位置〔１〕、もしくはパケット〔２〕をパケット位置
〔１〕に設定しなおす事によって各々パケット〔３〕＋
〔４〕、〔２〕＋〔４〕位置が解放され、新たに搬送周
波数を割当てる事なく情報伝送単位:2P＝2Fw・Ｌの要求
に対応できるようになる。 第６図のような通話中の伝送パラメータの再設定は、
第７図に示すように共通信号チャネルと通話チャネルを
構成すれば、２つの搬送周波数を使わずに共通信号チャ
ネルを用いて容易に実現可能である。第７図において、
時間フレームはT1とT2とから成り、T1時間は全てのユー
ザ通信装置は搬送周波数Ｆ（０）に切替えて共通信号チ
ャネルを送受信できるようにしている。 第６図でパケット〔１〕と〔４〕が通信を終了したと
き、回線制御装置LCUはT1時間の共通信号チャネルを用
いてユーザ通信装置Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｆに対し、一定時間フ
レームの後にパケット位置を変更する指示を出す。ユー
ザ通信装置Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｆはこの指示を第５図の受信制
御部に記憶し、カウンタを動作させて一定時間フレーム
の後に送受パケット位置に変更する。 第８図、第９図は、伝送帯域幅4Fwを例として、予め
用意しうるパケット分割法と、そのときの複数の同時通
信可能な形態、通話チャネルの受信回線品質（受信帯域
幅）を説明するための図、である。伝送帯域幅4Fwと通
話チャネルのパケット分割は第８図の〔１〕〜〔16〕を
隣接して４、８、16個纏めることによってなされる。第
９図（ａ）はその分割法を、第９図（ｂ）は、第９図
（ａ）の分割て得られるパケットの受信帯域幅と、１つ
の搬送周波数だけで扱うユーザ通信装置が利用できる情
報伝送単位:P、2P、4Pとの関係を表す図、第９図（ｅ）
は、個々の分割に対応したパケットの受信帯域幅と情報
伝送単位、および収容できる複数同時通信の形態を表す
図である。 第９図（ｂ）と第９図（ｅ）とから、周波数分割によ
る8,4,2,1は、最も良い受信回線品質が良い反面、通信
形態は1:1に限定され、一方、時間分割による12,7,3
は、受信回線品質は前者に劣るが、種々の通信形態に対
応できる。以上の結果から、通話チャネルの少なくとも
伝送速度、パケット長、パケット位置とを含む通話チャ
ネルの伝送パラメータを、予め用意した複数個の中から
選択的に選び、共通信号チャネルを介して設定すること
によって、種々の形態、マルチメディア対応の種々の伝
送速度、降雨減衰等の種々の回線状況等に、最小の多重
度で自由に対応できることがわかる。 更に伝送パラメータは、伝送速度、パケット長、パケ
ット位置だけでなく、誤り訂正等の伝送符号構成を含ま
せることができる。衛星通信では回線品質を向上させ、
空中線を小形化して経済化を図るため、誤り訂正符号化
利得の高いビタビ誤り訂正符号が良く利用される。今、
共通信号チャネルを介して、伝送速度一定の下に符号化
率を設定、変更すると、１パケット当り伝送可能な情報
量を変更することができる。 情報量１ビットが符号化率αで符号化され、Ｋ＝I/α
ビットに変換されて、時間長Ｓのタイムスロット長に収
容されて伝送されるとする。このときの情報伝送速度は
K/S b/sである。 今、Ｋを保存したとすると、符号化率をβに変え情報
量Ｊが伝送できるとする。第１表は、Ｋを縦軸にとり、
符号化率α，βを横軸として、伝送できる情報I,Jを計
算したものである。 から、符号化率1/2で情報量256kb/sを伝送する場合と、
符号化率3/4で情報量384kb/sを伝送するのとは情報伝送
速度が同じであり、従って符号化率１×２で情報量256k
b/sを伝送できるパケットで国際標準による384kb/sの速
度でテレビ会議を行うことができる。また、符号化率7/
8に変更すると、384kb/sのテレビ会議と同時に64kb/sで
会議に必要な静止画像を伝送する事ができる（第１表−
１）、同様に第１表−７を使えば、64kb/s＝192kb/sを
符号化率1/2で伝送できるパケットを用いると、符号化
率3/4に変更することによって、ISDNベーシックアクセ
ス速度の144kb/sで情報を送ることができる。衛星通信
において符号化率2/3以上の誤り訂正複号には、通常、
符号化率1/2のビタビ復号器ベースのバンクチャド方式
が良く使われる。 この様に符号化率を共通信号チャネルや通話チャネル
の第４図に示すパケットヘッダを用いて設定、変更する
事で、ユーザの利便性は格段に向上する。また、情報伝
送速度はこれにより変化しないから、他の通話チャネル
への影響は全く無く、システム内のベアラレートもシン
プルに統一できる（第１表の全てを使う場合でも、基本
速度を32kb/s系と48kb/s系の２つに統一できる）。 以上、第１図〜第９図と第１表を用いて本発明の実施
例について説明したが、本発明はこれらに限定されるも
のでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、
種々の変形が可能であることは明白である。 〔発明の効果〕 以上詳細に説明した如く、本発明によれば、 （１）複数の通信相手との同時双方通信やマルチメディ
ア対応の種々の伝送速度による通信が、経済的なユーザ
通信装置で容易に実現できる。 （２）ユーザ通信装置はユーザ自身に関連する通話チャ
ネルのみを扱うため、ユーザ通信装置の処理速度を低減
でき、通信装置の経済化と受信回線品質の向上が図れ
る。 （３）システム加入者やシステムのトラヒック増大に
も、ユーザ通信装置の処理速度、伝送帯域、回線品質を
変更することなく対応でき、システム構成が極めて柔軟
になる。 （４）ユーザ通信装置から、ユーザ要求に合った伝送速
度、通信形態、回線品質を選択できる。 （５）降雨減衰による回線状況の変化に合せて回線品質
を選択できる。 （６）周波数やタイムスロットの資源を有効活用でき
る。 （７）伝送速度を変更することなく、パケット当り伝送
できる情報の量をユーザ要求に合せて設定、変更でき
る。 （８）システム内での伝送速度の種類をシンプルに統一
できる。 （９）スター形、メッシュ形のいずれの通信トボロジー
にも適用できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明を適用した通信形態を表す一実施例を
示す図、第２図は、搬送周波数当りの通話チャネルの伝
送速度とパケット長との関係図、第３図は、通話チャネ
ルのパケット分割を示す詳細構成図を示す図、第４図
は、多元伝送速度パケットに対する搬送周波数割当ての
一例を示す図、第５図は、ユーザ通信装置の一構成例を
示す図、第６図は、周波数資源の有効活用に対する本発
明の一適用例を示す図、第７図は、共通信号チャネルの
一構成例を示す図、第８図は、通話チャネルのパケット
分割説明図、第９図は、通話チャネルパケットの分割可
能な形態と対応する通信形態、回線品質の説明図であ
る。 Ａ〜Ｈ……ユーザ通信装置、LCU……回線制御装置。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．共通信号チャネルに少なくとも一つの搬送周波数を
   割当て、複数の単位パケットを含む複数の時間フレーム
   から構成される通話チャネルに前記共通信号チャネルに
   割り当てた搬送周波数と異なる複数の搬送周波数を割り
   当て、前記共通信号チャネルを用いて通話チャネルの設
   定を行ない、設定された通話チャネルを用いて複数の通
   信装置間で通信を行なう多元接続通信方式において、 通信装置からの発呼要求に基づき、少なくとも利用可能
   なパケットの数または利用可能なパケットの位置の情報
   を含む通話チャネルの伝送パラメータを決定し、通話チ
   ャネルの設定制御を行うことを特徴とする多元接続通信
   方式。