JP3157200B2

JP3157200B2 - 無線情報通信端末

Info

Publication number: JP3157200B2
Application number: JP21188791A
Authority: JP
Inventors: 浩小林; 秀朗春山; 基光矢野; 幸一郎嘉村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-08-23
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH0556045A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はローカルエリアネットワ
ークに代表される高速データ伝送を対象とした情報通信
システムにおける無線情報通信端末に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】コードレス電話に代表されるように各種
情報通信機器の無線化が各所で進められ、その利便性か
ら大きな市場を形成しつつある。オフィスあるいは工
場、更には大学などのキャンパスにおいて各種情報通信
機器間を高速の有線伝送路で結ぶ、いわゆるローカルエ
リアネットワーク（ＬＡＮ）においても、その無線化が
強く望まれている。米国では１９８５年にＩＳＭ（Indu
strial，Scientific & Medical）バンドにて、スペクト
ル拡散技術の適用を前提に高速データの無線伝送が認め
られ、これを契機に各種無線ＬＡＮが商品化され、新し
い市場を形成し始めている。これらの製品はいずれも数
１００Ｋｂｐｓから２Ｍｂｐｓ程度の速度までのもの
で、有線系のＬＡＮとして広く使われているＩＥＥＥ８
０３．３標準の１０ＭｂｐｓＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrie
r Sense Multiple Access With Collision Detection）
方式などと互換性を有するものではなかった。

【０００３】この互換性の要望に応えるべく１９８７年
よりＩＥＥＥとして有線系のＬＡＮの無線化の検討が始
まり、検討が続いている。一方、ＩＥＥＥなどの働きか
けにより米国ＦＣＣにおいてはパーソナル・コミュニケ
ーションのための周波数割り当ての検討を開始すること
になった。このような背景のもと、無線ＬＡＮシステム
としてはＣＳＭＡ／ＣＤ方式などの既存のアクセスプロ
トコルに必ずしも拘束される必要はないものの、既存Ｌ
ＡＮと同等のスループット特性の実現はもとより既存の
アクセスプロトコルとの互換性を確保することが要望さ
れてきている。互換性が確保できれば、各種情報通信機
器のソフトウェアを一切変更せずにそのまま使用できる
ため、ユーザにとって大きな利便性をもたらすことにな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、既存の有
線系ＬＡＮとの互換性を有し得る無線ＬＡＮを実現でき
ないという問題点が従来解決できなかった。

【０００５】本発明は、この問題点を除去し、低廉かつ
簡単構成にて既存の有線系ＬＡＮとの互換性を有し得る
無線ＬＡＮを実現できる無線情報通信端末を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、送信データ系
列に対してこのデータ系列の少なくとも一部を複数のビ
ット列に分割する分割手段と、分割されたビット列毎に
異なるキャリア周波数にて１次変調を施す１次変調手段
と、この１次変調手段の出力に対してスペクトル拡散方
式による２次変調を施す２次変調手段とを備えたことを
特徴としている。

【０００７】

【作用】本発明では、周波数選択性フェージング並びに
ディレイスプレッドによる通信品質の劣化を低減するよ
うデータ系列の少なくとも一部を分割手段にて複数のビ
ット列に分け、各ビット列毎に異なるキャリア周波数に
て１次変調を１次変調手段にて施し、更にスペクトル拡
散方式による２次変調を２次変調手段にて施すことによ
り、通信品質劣化を確実に低減することができる。

【０００８】

【実施例】まず最初に無線ＬＡＮ実現に当たって考慮し
なければならない点を整理してみる。無線伝送媒体とし
ての特性を整理すると、 (1) 狭い周波数帯域 (2) マルチパス（符号間干渉） (3) 周波数選択性フェージング (4) ポータビリティ性 (5) 周波数共用などの点がある。

【０００９】自動車通信などのセルラシステムに見られ
るように、一般に無線系のシステムでは半径数１０メー
トルから数キロメートル程度のゾーン（セルまたはＢＳ
Ａ(Basic Service Area)とも呼ぶ）を複数個設けること
によって、送信電力の低減、トラヒックの分散化を実現
しつつサービスエリアの拡大を行っている。無線ＬＡＮ
も同様の思想にてサービスエリアの拡大を行うことにな
るが、ゾーン間の相互干渉を防ぐためには複数の周波数
帯域を設け、ゾーン毎に異なる周波数帯域にて運用する
方法が考えられている。相互干渉を所定の干渉比以下に
抑えるためには、一般的に７ゾーン必要とされ、また通
常の移動体通信に見られるように集中局を設け同局にて
折り返しを行う場合には、合計１４の周波数帯域が必要
となる。１０Ｍｂｐｓの情報伝送速度に対して、例えば
移動体通信で用いられている(43,31) ＢＣＨ符号相当の
誤り訂正を施し、かつＱＰＳＫ変調を行うとゾーン当り
１０ＭＨｚ、合計１４０ＭＨｚの周波数帯域が必要とな
る。ところで、アンテナ利得（指向性）を同じと仮定す
ると周波数の二乗で送信電力を高めなければならない
が、いわゆるラップトップコンピュータなどのポータビ
リティ性のある情報通信機器では機器から無線系ユニッ
トに供給できる電力は５００ｍＷ以下が一般的で、従っ
て準マイクロ波帯などのできる限り周波数の低い帯域で
の運用が必須となる。準マイクロ波帯では既にレーダ
（無線標定）や移動体通信での使用が既に行われ、また
は予定されており、同帯域で１４０ＭＨｚもの帯域を確
保することは非現実的と言っても過言ではなく、４０Ｍ
Ｈｚ程度の帯域割り当てが現実的と考えられる。４０Ｍ
Ｈｚ程度の極めて狭い周波数帯域での実現が課題の第一
である。

【００１０】次にマルチパスであるが、これはビル内な
どの閉じた環境あるいはビルが林立する都市では電波が
壁や天井、各種什器類あるいは建物などで反射し複数の
経路を経て遅延をもった複数の電波が到来する現象で、
ビル内では通信に支障を来す範囲として最大２７０ｎｓ
ｅｃものディレイスプレッド（遅延分散）が存在するこ
とが観測されている。換言すれば、２７０ｎｓｅｃまで
は複数の電波が重なり合い、互いに干渉し合うことにな
る。上述の１０Ｍｂｐｓについて上述の誤り訂正とＱＰ
ＳＫ変調を行った場合の１シンボル時間は１４４ｎｓｅ
ｃであるため、この影響（符号間干渉）をまともに受
け、波形等化などの復調系での信号処理が必要になる。

【００１１】一方、周波数選択性フェージングも基本的
にはマルチパスと同じ原因であるが、経路が異なって到
来した電波の位相関係によって信号レベルが５０ｄＢも
の幅で変動する現象で、波形等化により通信品質の劣化
をある程度抑圧できたとしても最悪２〜５ＭＨｚの幅で
フェージングが起き、通信不能に陥い得ることが観測さ
れている。

【００１２】無線化による効用の一つにポータビリティ
性がある。ラップトップコンピュータはもとより最近で
はブック形のコンピュータが広く使われており、端末を
自由に持ち運ぶことも可能になってきた。こうした使用
では、電波の伝達関数が刻々変化することになり波形等
化などによる上述のマルチパスあるいは周波数フェージ
ングなど影響を抑圧することが難しく、たとえ実現でき
たとしても極めて高価なものになる。

【００１３】最後の周波数共用は、特に４０ＭＨｚの広
い帯域を準マイクロ波帯で確保するには、前述のＩＳＭ
バンドの一つである２．４ＧＨｚ帯が有力候補と考えら
れているが、同帯域は電子レンジなどからの強い干渉電
波が存在するため、同干渉電波があっても確実な通信が
行えることが必要となる。次に、無線ＬＡＮのアーキテ
クチャ上からの課題について整理すると、 (6) 対等分散が挙げられる。これは、前述したように所要周波数帯域
幅を集中方式に比べ半分にできるメリットの他にも、集
中局がないことによるシステム全体の信頼性の向上と初
期導入コストの低減をもたらすことになり、ＩＥＥＥ８
０２の思想である" 高スループット" 、" 公平性" 並び
に" パケット廃棄なし" と同列で重要視されている。

【００１４】図１は、無線ＬＡＮシステムの構成例を示
すもので、ＢＳＡ（ゾーン）内は対等分散、すなわち任
意の無線情報通信ステーション（ＳＴＮ）間で直接電波
により通信できる。ＢＳＡ間はブリッジまたはルータ機
能をもつステーション（ＳＴＮbr）を介して分配システ
ム（ＤＳＭ）に接続され、ＢＳＡ間を跨って任意のユー
ザステーション（ＳＴＮus）間で通信を行うことができ
る。各ＢＳＡは例えば半径２０ないし５０ｍ程度の大き
さをもち、分配システムを介することにより、より大規
模なエリアもサービスすることができる。

【００１５】図２は互いに干渉し合わない４つのＢＳＡ
を形成した場合のオフィスビルへの適用例を示すもの
で、同図（Ａ）は２次元配列を、（Ｂ）は周波数再利用
を行った場合の１次元配列を、更に（Ｃ）は垂直配列を
示している。また、小規模なエリアであればＢＳＡ単独
で運用することになり、この場合にはＳＴＮbrは不要と
なる。こうした適用に対しても (7) ＢＳＡ間で干渉し合うことなく確実に通信できることがもう一つの課題である。

【００１６】前述の１０ＭｂｐｓＣＳＭＡ／ＣＤ方式
の実現に当たっては、上位レイヤ（例えばＡＵＩ:Attac
hment Unit Interface) との互換性を確保することが重
要であり、これによって情報通信機器に既にインプリメ
ントされている上位通信ソフトウェアを一切変更せずに
そのまま使用できることになる。このためには、ＣＳＭ
Ａ／ＣＤ方式のポイントである対等分散を前提とする確
実かつ公平な衝突検出が必要になる。これに対してはパ
ケットを送出する前にランダムな間隔で所定の個数のパ
ルスを送出し所定個数より多いパルスが無線伝送媒体上
に存在した時、衝突が起きたと見なすことにより衝突を
検出する方式がある。（特願平３−１５１８７６号）図
３には送信データの送信前に衝突検出ウィンドウを設
け、衝突検出を行う原理が示されている。このような衝
突検出方式の実現に当たっては上述の無線伝送媒体特性
下での (8) 衝突検出用パルスの確実な伝達が前提であり、これも本発明が対象とする技術課題の一
つである。

【００１７】更に、前述したようにＩＥＥＥ８０２の思
想であるパケット廃棄なし（ＩＥＥＥ８０２．１１では
無線系伝送路の不安定さからパケット廃棄率を５＊Ｅ−
５以下に目標設定している）の実現が必要である。これ
は、たとえば誤り訂正符号にて訂正できないほどの重大
なビット誤りあるいはバースト誤りに遭遇し、アドレス
情報が破壊された場合には、どのステーション宛に送っ
たのか、あるいはどのステーションが送ったのかが判別
できなくなるため、送信側では上位レイヤにて再送の要
否を判別しなければならずステーションでのスループッ
トの極端な劣化をもたらす。これは、ホストコンピュー
タのようにトラヒックが集中するステーションにて、こ
うした状況を来すとシステム全体に多大な影響をもたら
すことになる。本発明の更なる技術課題である (9) アドレス情報の確実な伝達が実現できれば、たとえユーザ情報に大きなビット誤り
などが発生しても、下位レイヤにて送信側に対してすみ
やかに再送要求できることになり、スループットの極端
な劣化を防ぐことができる。

【００１８】また、前述の周波数選択性フェージングな
どにより特定のステーション間で通信不能に陥る可能性
があるが、ＩＥＥＥ８０２．１１では (10)通信不能率(outage)の低減を課題として挙げており、具体的数値としてサービスエ
リア内にて０．１％以下、１日当り０．１％以下の目標
を掲げている。

【００１９】以上が無線ＬＡＮに課せられた主な技術課
題であるが、これらを解決し得る具体的技術提案が未だ
行われていないのが現状であり、本発明によってその解
決が図られる。

【００２０】図４は、本発明の一実施例であるマルチキ
ャリア周波数ホッピング（ＭＣＦＨ）方式について互い
に干渉し合わない４つのＢＳＡでのキャリア構成例を示
すものである。同図において、ＢＳＡ内でのパケット伝
送は４つのビット列に分けて並列伝送される。情報伝送
速度が１０Ｍｂｐｓの場合、例えば誤り訂正符号として
前述の(43,31) ＢＣＨ相当のものを使用するとすると、
各ビット列の物理伝送速度は、１０Ｍｂｐｓ×（４３／３１）／４＝３．４７Ｍｂｐｓとなる。これを例えばＱＰＳＫあるいは４値ＦＳＫ変調
した場合には、１シンボル時間は５７７ｎｓｅｃとな
り、前述の最大ディレィスプレッド：２７０ｎｓｅｃよ
り十分長い時間となり、受信側ではマルチパスの影響を
受けない信頼性の高い復調が可能になる。また各キャリ
アの周波数帯域幅はＱＰＳＫ変調を施した場合、ロール
オフ係数を０．４５とすると、２．５ＭＨｚとなる。更
に、同図では４系統のキャリア周波数は１０ＭＨｚ間隔
で配列されており、これは前述の最悪周波数選択フェー
ジング幅２〜５ＭＨｚより十分広いため、複数のキャリ
アが同時にフェージグを受ける確率は極めて低くなり、
せいぜい一つのキャリアのみフェージングを受けること
になる。従って、１つのビット列のみで激しいランダム
またはバースト誤りが生じることを想定した誤り訂正符
号の適用、すなわち他の正常なビット列を使用してラン
ダムまたはバースト誤りを来したビット列の訂正、具体
的には例えばデータ系列をブロック化しこれにリードソ
ロモン符号による訂正符号を付加し更に深さ４のインタ
リーブにて並列伝送するなどを行うことにより、パケッ
トを高い信頼性をもって伝送できることになる。また、
４つのビット列並列伝送にともなって、ビット列間でビ
ット同期が取れていることが前提となるが、電波の空間
伝搬速度は周波数によらず一定であることから送信系お
よび受信系の設計に当たり、ビット列間の遅延が一定と
なるよう配慮すれば容易にビット同期を取ることが可能
である。

【００２１】次にＢＳＡ間について述べると、４つのＢ
ＳＡから構成される場合、合計１６波のキャリアが存在
することになり、キャリアは２．５ＭＨｚの間隔で配列
されている。従って全体として４０ＭＨｚの帯域幅があ
れば４つのＢＳＡをサポートできることになる。この帯
域幅は前述したように例えば準マイクロ波帯の２．４Ｇ
Ｈｚ帯ＩＳＭバンドなどに割り当て得る可能性があ
り、その結果前述した理由から送信電力の少ない、すな
わちラップトップコンピュータなどから無線系に電力供
給し得るコンパクトな無線ステーションを実現すること
ができる。

【００２２】また、周波数ホッピング方式としては、例
えば２〜５０ホップ／秒の低速度で２．５ＭＨｚを単位
にホッピングを行う。これによって、万が一特定のステ
ーション間で複数のビット列で激しいフェージングに遭
遇し通信不能に陥った場合であっても次ホッピング周期
において、正常な通信を行える可能性が高くなる。これ
は、ある意味においてスペクトル拡散方式のもつ周波数
ダイバシティ効果によるもので、高度な波形等化技術の
適用あるいはマルチビームアンテナなどの適用なしに低
廉にステーションのポータビリティ性あるいは高速移動
体上のステーションとの通信も可能とするものである。
更に低速度周波数ホッピング方式は、直接拡散方式など
にみられるような広い帯域を必要としないことから所要
帯域幅を上述の４０ＭＨｚに抑える上でも効果的であ
る。また、前述の電子レンジなどからの妨害波つにいて
も妨害波により特定のビット列が通信不能に陥っても次
ホッピング周期で通信可能になる。更に積極的な妨害波
対策としては、妨害波が検出された周波数を避けたキャ
リア周波数を選択することにより、高品質な通信を提供
することができる。

【００２３】図５はパケット構成例を示すもので、誤り
訂正符号を施した標準パケットの前に前述の衝突検出用
ランダムパルスを送出するための衝突検出用ウィンドウ
が設けられているだけである。なお、前述したようにパ
ケット廃棄率の低減のためにはアドレス情報の確実な伝
達が必要であるが、上述したようにマルチキャリアによ
る並列伝送と、並列伝送を踏まえた誤り訂正符号の適用
により、高い信頼性でアドレス情報を伝達できるが、更
に高い信頼性が要求される場合には、例えばプリアンブ
ルとアドレス情報は４つのキャリア各々にて全情報を伝
送（４倍の時間をかけて）するなどの冗長もしくは高度
な誤り訂正符号を採用すればよい。

【００２４】図６は周波数ホッピングの同期方式とホッ
ピング点におけるパケット伝送制御の例を示すものであ
る。ＤＳＭ（分配システム）に接続されたＳＴＮbr間で
同期を取り、ＢＳＡ内のＳＴＮusに対しては例えばＢＳ
Ａ識別情報とともにホッピング同期信号、ホッピング周
波数などの情報（以後、これらをホッピング同期信号と
総称する）をホッピング点の前後、すなわち異なるキャ
リア周波数にて２回通知する。各ＳＴＮusでは自己の所
属するＢＳＡ識別情報を検出することにより、ホッピン
グ同期信号に同期して新たな周波数へホッピングすべく
ＳＴＮus内の周波数シンセサイザを変更し、送信あるい
は受信時の局発信号として使用する。また、パケット送
出がホッピングと重なり合わないようにするためには、
同図に示すようにホッピング点の前後にホッピング（Ｆ
Ｈ）ウィンドウを設け、同ウィンドウ内は上位レイヤに
対して前述のＡＵＩとして定義されている衝突表示線を
活性化することにより、パケットの送出を禁止すればよ
い。なお、同図に示されているように同ウィンドウの前
半部は少なくとも最大パケット長を送出する時間よりも
長く設定しておく必要がある。また、ホッピング点の近
傍に設けられたガード時間はホッピング同期信号の各Ｓ
ＴＮusあるいはＳＴＮbr間での伝幡遅延時間などを吸収
するためのもので、ホッピング周期に対して無視し得る
ほどの短い時間である。なお、ホッピング同期信号は全
てのステーションに確実に伝達される必要があるが、こ
のためには前述したようにマルチキャリアによる冗長な
伝送手段を用いればよい。

【００２５】なお、ホッピング同期信号にＢＳＡ識別情
報を含ませることによって、各ステーションではどのＢ
ＳＡに属しているか、あるいはどのＢＳＡに属すべきか
の判断が可能になる。すなわち、例えば無線ユニットに
設けられたＢＳＡ識別スイッチの操作あるいはステーシ
ョンからのソフトウェア操作（遠隔指示）によりユーザ
の判断で属するべきＢＳＡを選択したり、または各ステ
ーションにて複数のＳＴＮbrからのホッピング同期信号
を順番に受信し、その中から最も受信レベルが高いＳＴ
Ｎbrを自己ステーションが属するべきＢＳＡとして自動
的に選択し、属したＢＳＡをユーザに知らせることが可
能となる。

【００２６】また、ＢＳＡ単独運用の場合には、所定の
ルールに従ってＳＴＮus内のＦＨ同期検出／発生回路
（図７参照）からホッピング同期信号を他のＳＴＮusに
対して自律的に生成し送出すればよい。ここに所定のル
ールとは、例えば一定時間ホッピング同期信号が検出さ
れなかったとき各ＳＴＮusはランダムな時間後にホッピ
ング同期信号を生成・送出し、他のＳＴＮusは同ホッピ
ング同期信号を検出後はこれに同期する。ホッピング同
期信号を最初に送出したＳＴＮusは、以後所定の周期毎
にホッピング同期信号を送出することになる。同ＳＴＮ
usに障害が発生しホッピング同期信号を送出しなくなっ
た時は、上述のルールに従って新たなＳＴＮusがホッピ
ング同期信号を送出することになる。以上によりＢＳＡ
単独運用の場合においてもＩＥＥＥ８０２の思想に基づ
いた対等分散による高い信頼性と初期導入コストの低減
を実現することができる。

【００２７】なお、前述した図２（Ｂ），（Ｃ）のよう
に周波数再利用を行う大規模なシステム構成では、複数
のＢＳＡにて同じキャリア周波数を使用するため、電波
遮蔽などの手段を講じない限り、何等かの干渉をもつこ
とになる。例えば同図（Ｂ）に示された例では、２つの
ＢＳＡ−Ｂの中に最悪干渉（Ｃ／Ｉ）比６．５ｄＢの干
渉を受けるステーションが存在することになる。すなわ
ち、ほぼ同じタイミングで周波数再利用を行っている２
つのＢＳＡでパケットを送出した場合には、送出したス
テーションでは衝突検出できないものの、特定の受信ス
テーションでは相互干渉にともなうビット誤りが生じ得
ることになる。これに対しては、例えばステーションの
衝突検出用パルスの検知感度を適切に設定し、かつ衝突
検出したにも拘らず所定時間以上パケットを受信し続け
た場合には、当該受信ステーションより衝突発生通知信
号としてランダムパルスを一定時間送信することによっ
て、送信ステーションに衝突した旨を知らせ、所定のバ
ックオフ処理後にパケットの再送を促せばよい。換言す
れば、本発明では周波数再利用を行っている他のＢＳＡ
からのパケット流入にともなう若干のスループット低下
を許容するならば、必ずしも十分な干渉比をもってＢＳ
Ａ間を隔離したり、あるいは前述したように必ずしも互
いに干渉し合わない７つのＢＳＡ（所要帯域幅７０ＭＨ
ｚ）を用意する必要はない。

【００２８】図７はＳＴＮusの内部構成例を示すもの
で、上位レイヤから送られた送信データ７１はインタフ
ェース／バッファメモリ７２にて一時的に蓄積され、こ
のバッファメモリ７２は衝突検出回路８８にパケット送
出に当たっての衝突検出を要求する。同回路８８の制御
のもと衝突検出用送信パルスとしてのランダムパルスが
１次変調器７５ａ〜７５ｄ、ミクサ７６などから構成さ
れる２次変調器などを経てアンテナ７９から空中線８０
として放射される。一方、受信系では１次復調器８３ａ
〜８３ｄからの出力信号（衝突検出用受信パルス）をモ
ニタしている衝突検出回路８８にて自己が送出したパル
ス以外のパルスが受信されなかったかを判別し、受信さ
れなかったときは衝突がなかったものと見なしバッファ
メモリ７２に蓄積していたパケット情報を誤り訂正符号
器７３に送り、この訂正符号器７３にて誤り訂正符号の
付加を行うとともにアドレス情報のマルチキャリア冗長
伝送などの無線伝送に適した所定のフォーマットに変換
する。誤り訂正符号器７３の出力はシリアル／パラレル
変換回路７４にて４系統のビット列に分解され、各ビッ
ト列はＱＰＳＫなどの１次変調器７５ａ〜７５ｄにて各
々のＩＦ周波数が１０ＭＨｚ隔てられるよう１次変調が
施される。バッファメモリ７２からのパケット情報より
ＦＨ同期を検出するＦＨ同期検出／発生回路９１の制御
のもとに周波数シンセサイザ９２はホッピング周波数を
発生し、このポッピング周波数によりミクサ７６にて１
次変調器の出力信号を所定の周波数に変換する２次変調
が施され、増幅器７７、サーキュレータ７８、アンテナ
７９を介して空中に放射される。なお、周波数シンセサ
イザ９２は、データ送信／受信時、一次変調器、一次復
調器に対してＩＦ用局発信号を記を要求している。

【００２９】一方、アンテナ７９、サーキュレータ７８
を介して受信した信号はミクサ８２にて所定のＩＦ周波
数に変換する２次復調後、１次復調器８３ａ〜８３ｄに
入力され、所定のビット列に復調される。更にパラレル
／シリアル変換器８４にてシリアル信号に変換され、誤
り訂正復号器８５にて所定の誤り訂正が施された後、イ
ンタフェースバッファ回路８６にてＡＵＩとして規定さ
れている所定のフォーマットに変換された後、受信デー
タ８７として上位レイヤに出力される。

【００３０】また、上述の衝突検出の結果、衝突ありと
判定された場合には、インタフェース８９を介して上位
レイヤに対して衝突表示信号９０を活性化し衝突が起き
ている旨を通知する。この衝突検出は自ステーションが
送信状態にある場合だけでなく、受信状態にある時も常
時モニタしており、受信したランダムパルスの数が所定
の個数より多い場合には伝送路上で衝突が起きているも
のと見なし、同様に上位レイヤに対して衝突が起きてい
る旨を知らせる。ＦＨ同期検出／発生回路９１では常時
ホッピング同期信号の検出を行っており、検出された時
にはＦＨウィンドウ設定回路９３にてホッピング・ウィ
ンドウを設定させ、衝突検出回路８８に対して衝突表示
線を活性化するよう要求するとともに、受信したホッピ
ング同期信号に同期して自己の所属するＢＳＡ内の次周
期のホッピング周波数に変更するよう周波数シンセサイ
ザ９２に支持を出す。

【００３１】なお、ＦＨ同期検出／発生回路にて所定の
時間ホッピング同期信号が受信されなかった場合には、
ランダムな時間後に自らホッピング同期信号を生成の
上、上述の送信系を介して他のステーションに送り、以
後他のステーション（例えばＳＴＮbr）から同同期信号
が送信されるまで所定の周期毎にホッピング同期信号を
生成し送信を行う。

【００３２】次に本発明の別の実施例について説明す
る。本発明はマルチキャリア・チャープ（ＭＣＣＰ）方
式と呼ばれるもので、図８は、同方式について互いに干
渉し合わない４つのＢＳＡでのキャリア構成例を示すも
のである。同図において、ＢＳＡ内でのパケット伝送は
先の実施例と同様に４つのビット列に分けて並列伝送さ
れる。４系統のキャリア周波数は２．５ＭＨｚ間隔で配
列され、かつキャリア周波数は４０ＭＨｚの掃引幅で例
えば２０ないし５００ｍｓｅｃの低周期にて掃引されて
いる。従って所要帯域幅は５０ＭＨｚ必要になる。

【００３３】次にＢＳＡ間について述べると、４ＢＳＡ
の場合、合計１６のキャリアが存在することになり、Ｂ
ＳＡ間のキャリアは上記周期に対して１／４位相ずつず
れて、すなわち１０ＭＨｚ隔てて掃引されており、所要
帯域幅は１つのＢＳＡのみで運用した場合と同じ５０Ｍ
Ｈｚあればよい。

【００３４】チャープ方式によるスペクトル拡散方式に
おいても周波数ダイバシティ効果は同じで、高度な波形
等化技術の適用あるいはマルチビームアンテナの適用な
しに低廉にステーションのポータビリティ性あるいは高
速移動体上のステーションとの通信を可能にする。また
低速度チャーブ方式は、低速度周波数ホッピング方式と
同様に広い帯域幅を必要としないことから、４ＢＳＡ構
成の場合、所要帯域幅を上述の５０ＭＨｚに抑える上で
も効果的である。また、前述の電子レンジなどからの妨
害波つにいては、例えば妨害波を検出したステーション
では妨害波の周波数近傍にてパケット送出を禁止するウ
ィンドウを設けることによって、品質の高い無線通信環
境の提供と効率の良い周波数資源の利用が可能になる。

【００３５】図９はパケット構成例を示すもので、誤り
訂正符号を施した標準パケットの前に前述の衝突検出用
ランダムパルスを送出するための衝突検出用ウィンドウ
が設けられており、更にアドレス情報を異なるキャリア
周波数にて冗長に送信するために、パケットの最後部に
アドレス情報を付加しており、これによって同情報をよ
り確実に伝達することが可能となる。

【００３６】図１０は掃引（チャープ）信号の同期方式
と掃引折り返し点におけるパケット伝送制御の例を示す
ものである。ＤＳＭ（分配システム）に接続されたＳＴ
Ｎbr間で同期を取り、ＢＳＡ内のＳＴＮusに対しては例
えばＢＳＡ識別情報とともに掃引同期信号および位相な
どの情報（以後、これらを掃引同期信号と総称する）を
折り返し点の前後、すなわち最大キャリア周波数と最低
キャリア周波数にて２回通知する。各ＳＴＮusでは自己
の所属するＢＳＡ識別情報を検出することにより、掃引
同期信号に同期して掃引すべくＳＴＮus内の周波数シン
セサイザ（または電圧制御発振器：ＶＣＯ）を制御し、
送信あるいは受信時の局発信号として使用する。また、
パケット送出が折り返し点と重なり合わないようにする
ためには、同図に示すように折り返し点の前後にチャー
プウィンドウを設け、同ウィンドウ内は上位レイヤに対
して前述のＡＵＩとして定義されている衝突表示線を活
性化することにより、パケットの送出を禁止すればよ
い。なお、同図に示されているように同ウィンドウの前
半部は少なくとも最大パケット長を送出する時間よりも
長く設定しておく必要がある。また、折り返し点の近傍
に設けられたガード時間は掃引同期信号の各ＳＴＮusあ
るいはＳＴＮbr間での伝達遅延時間などを吸収するため
のもので、掃引周期に対して無視し得るほどの短い時間
である。

【００３７】また、ＢＳＡ単独運用の場合には、先の実
施例と同様に所定のルールに従ってＳＴＮus内の掃引同
期検出／発生回路から掃引同期信号を他のＳＴＮusに対
して送出すればよい。

【００３８】本実施例についてのステーション内の構成
は先の実施例と大略同じであるので詳しい説明は省略す
るが、ＦＨ同期検出／発生回路などを掃引同期検出／発
生回路にする程度の違いである。

【００３９】以上、マルチキャリア周波数ホッピング方
式とマルチキャリア・チャープ方式を例に本発明の実施
例について詳しく述べたが、スペクトル拡散方式とし
て、直接拡散方式あるいは本実施例より高速の周波数ホ
ッピング方式などを適用することも可能で、各方式にお
いて所要帯域幅あるいは相互干渉にともなう対応策、更
には同期方式が異なるだけで、本発明が目的としている
周波数ダイバシティ効果などを効果的に利用することは
可能である。そして、これまでの説明では、複数のビッ
ト列をまずＱＰＳＫなどの１次変調を施してからスペク
トル拡散による２次変調を施すものとしていたが、たと
えば直接拡散方式にてビット列を１次変調し、その後Ｑ
ＰＳＫなどによって２次変調を行っても全く同じ効果が
得られることは、スペクトル拡散方式の原理から明かで
ある。

【００４０】また、上記説明では複数のキャリアにて激
しいランダムまたはバースト誤りが生じた場合には次ホ
ッピング同期にて再送すればよいとしたが、この方法で
は当然のことながら特定のステーションにて極端なスル
ープットの劣化をもたらすことになる。また、誤り訂正
符号の選択によっては一つのキャリアの激しいランダム
またはバースト誤りを完全には訂正できないことがあ
る。この対策としては、例えば受信ステーション側よ
り、バースト誤りを生じているキャリアまたは正常なキ
ャリア（チャネル番号）を送信側ステーションに通知
し、送信側から正常なキャリアまたは別の飽きキャリア
を用いて再送するなどの方策が考えられる。なお、同じ
ステーション間でかつ同じホッピング周期にて複数のパ
ケットの伝送を行う場合には、上述による正常なキャリ
アを用いた送信あるいは誤り訂正符号を強化した送信を
続け次周期以降はこれを解除することによって、一時的
なスループットの低下が持続するようなことがなくな
る。

【００４１】また、上記説明では所要帯域幅を準マイク
ロ波帯の事情から４０ＭＨｚ程度ととし、これにともな
って互いに干渉し合わないＢＳＡ数を４としたが、ＩＥ
ＥＥ８０２標準委員会が各国の周波数許認可機関に働き
かけているように、７０ＭＨｚあるいは１４０ＭＨｚと
いった広い帯域が確保されれば、より多くのＢＳＡを互
いに干渉し合うことなく収容することができることは付
言するまでもない。

【００４２】また、上記説明でマルチキャリア数を４と
して説明したが、キャリア数を増やすことににより、周
波数選択性フェージングによる通信不能キャリア（チャ
ネル）の割合を低減でき、その結果訂正符号を簡素化す
るあるいはより高速のデータ伝送を行うことができる。

【００４３】更に、本発明では対等分散、ＣＳＭＡ／Ｃ
Ｄ方式、ベースバンドの伝送速度：１０Ｍｂｐｓなどを
対象に具体的な実施例を示したが、集中方式への適用は
もとよりトークンパッシング方式、更には全く異なるア
クセスプロトコルにてより高速の伝送を行おうとするも
の、あるいは音声、動画像のように必ずしもパケット化
して伝送する必要のない情報についても適用することが
できる。すなわち、本発明の主旨は、高速データを複数
のビット列に分けスペクトル拡散方式にて並列伝送する
ことにあり、これによってマルチパス（ディレイスプレ
ッド）などの高速伝送にともなって生じる無線伝送媒体
固有の問題を克服しようとするもので、上記主旨に沿っ
て多くの応用あるいは変形が考えられるが、これらも本
発明の内である。

【００４４】このようにマルチキャリアによる複数ビッ
ト列の並列伝送及びスペクトル拡散技術を適用した本実
施例によれば、前者（マルチキャリア伝送）により、１
シンボル長を最大ディレィスプレッドより長くできるこ
とになり、課題(2) の解決が図られる。更に前述したよ
うに周波数選択性フェージングの特性から複数のキャリ
アにてバースト的な誤りを来す確率は低く、従って一つ
のビット列の激しいランダムまたはバースト誤りを訂正
する誤り訂正符号の適用により品質の高い通信が可能に
なる。すなわち、課題(3) の解決が可能となる。また、
マルチキャリアにて衝突検出用ランダムパルスを冗長に
送出できるため、課題(8) ひいては課題(6) の解決が図
られ、更にアドレス情報についても複数のビット列に分
けることなく全情報をマルチキャリアにて冗長に送信す
ることによって課題(9) の解決が可能になる。一方、後
者（スペクトル拡散）により、ダイナミックな周波数ダ
イバシティ効果が可能となり、課題(3),(4),(5),(10)の
解決が可能となり、更にスペクトル拡散方式として低速
度の周波数ホッピング方式あるいはチャープ方式を適用
することにより、課題(1) の解決が可能となる。また、
これらの方式を適用した場合にはＢＳＡ内並びに複数の
ＢＳＡに跨って多数のキャリアが送信されることになる
が、各キャリア周波数をナイキスト帯域幅より広く隔て
る、すなわち互いに干渉し合わないような間隔で周波数
多重を行うことにより、課題(7) の解決が可能となる。

【００４５】

【発明の効果】このように本発明によれば、マルチキャ
リアによる複数ビット列の並列伝送及びスペクトル拡散
技術の適用により、通信品質の劣化を低減しつつ既存の
有線系ＬＡＮと互換性を有し得る無線ＬＡＮが低廉かつ
容易に実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】対等分散ベースの無線ＬＡＮシステムの構成を
示す図。

【図２】互いに干渉し合わない４つのＢＳＡを形成した
場合のオフィスビルへの適用例を示す図。

【図３】ランダムパルス送出方式の原理を示す図。

【図４】本発明の一実施例であるマルチキャリア周波数
ホッピング（ＭＣＦＨ）方式について互いに干渉し合わ
ない４つのＢＳＡでのキャリア構成を示す図。

【図５】マルチキャリア周波数ホッピング（ＭＣＦＨ）
方式のパケット構成を示す図。

【図６】マルチキャリア周波数ホッピング（ＭＣＦＨ）
方式におけるウィンドウの例を示す図。

【図７】マルチキャリア周波数ホッピング（ＭＣＦＨ）
方式における本発明に適用される無線ステーション（Ｓ
ＴＮus）の一実施例を示す構成図。

【図８】本発明の他の実施例であるマルチキャリア・チ
ャープ（ＭＣＣＰ）方式について互いに干渉し合わない
４つのＢＳＡでのキャリア構成を示す図。

【図９】マルチキャリア・チャープ（ＭＣＣＰ）方式の
パケット構成を示す図。

【図１０】マルチキャリア・チャープ（ＭＣＣＰ）方式
におけるウィンドウの例を示す図。

【符号の説明】

７１送信データ７２インタフェース／バッファメモリ７３誤り訂正符号器７４シリアル／パラレル変換回路７５ａ〜７５ｄ１次変調器７６、８２ミクサ７７、８１増幅器７８サーキュレータ７９アンテナ８０空中線８３ａ〜８３ｄ１次復調器８４パラレル／シリアル変換器８５誤り訂正復号器８６インタフェースバッファ回路８７受信データ８８衝突検出回路８９インタフェース９０衝突表示信号９１ＦＨ同期検出／発生回路９２周波数シンセサイザ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者嘉村幸一郎神奈川県川崎市幸区柳町70番地株式会社東芝柳町工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04L 12/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空中放射された電磁波が各種物体に反射
され周波数選択性フエージング並びにディレイスプレッ
ドを有する無線伝送環境下に適用される無線情報通信端
末において、送信データ系列に対してこのデータ系列の少なくとも一
部を複数のビット列に分割する分割手段と、分割されたビット列毎に異なるキャリア周波数にて１次
変調を施す１次変調手段と、この１次変調手段の出力に対してスペクトル拡散方式に
よる２次変調を施す２次変調手段とを備えたことを特徴
とする無線情報通信端末。
【請求項２】前記１次変調手段の変調速度はディレイ
スプレッドによる通信品質の劣化を低減できるよう十分
な低速度化が図られていることを特徴とする請求項１に
記載の無線情報通信端末。
【請求項３】前記２次変調手段は、周波数ホッピング
方式またはチャープ方式によるスペクトル拡散方式に基
く変調手段であることを特徴とする請求項１に記載の無
線情報通信端末。
【請求項４】前記分割手段は、パケット形態のデータ
系列を分割することを特徴とする請求項１に記載の無線
情報通信端末。
【請求項５】前記２次変調手段による周波数ホッピン
グ方式におけるホッピング周期またはチャープ方式にお
ける掃引周期は、前記パケット形態によるデータ系列を
複数個収容し得ることを特徴とする請求項４に記載の無
線情報通信端末。
【請求項６】前記１次変調手段は、前記データ系列の
一部に対して異なるキャリア周波数にて冗長に１次変調
を施すことを特徴とする請求項１に記載の無線情報通信
端末。
【請求項７】前記異なるキャリア周波数にて冗長に１
次変調される前記データ系列の一部には、前記無線伝送
環境下にてパケット形態をなす前記データ系列の衝突の
有無を検出するためのパルスが含まれることを特徴とす
る請求項４に記載の無線情報通信端末。
【請求項８】前記パケット形態のデータ系列の受信の
際に衝突を検出した場合、所定時間以上前記パケット形
態のデータ系列の受信が継続されていると判断した場合
に受信側から送信された衝突発生通知信号を検出する手
段をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載
の無線情報通信端末。
【請求項９】前記衝突発生通知信号は所定時間連続す
るランダムパルス信号であることを特徴とする請求項８
に記載の無線情報通信端末。
【請求項１０】前記周波数ホッピング方式あるいはチ
ャープ方式に係わる同期信号の一部または全ては、前記
１次変調手段にて異なるキャリア周波数にて冗長に１次
変調されることを特徴とする請求項３に記載の無線情報
通信端末。
【請求項１１】前記２次変調手段における周波数ホッ
ピング方式あるいはチャープ方式において、周波数ホッ
ピング時あるいは掃引折り返し時の前後に、前記データ
系列の送信を禁止するウィンドを設けることを特徴とす
る請求項５に記載の無線情報通信端末。
【請求項１２】前記２次変調手段における前記周波数
ホッピング方式あるいはチャープ方式に係わる前記同期
信号が、所定の時間検出されなかった時、自律的に前記
同期信号を生成し、他の端末に通知する手段をさらに備
えていることを特徴とする請求項３に記載の無線情報通
信端末。
【請求項１３】前記データ系列あるいは前記複数のビ
ット列に、任意のビット列にランダムまたはバースト誤
りが生じた場合に該ビット列および他のビット列から前
記ランダムまたはバースト誤りを訂正できるような誤り
訂正符号処理を施す誤り訂正符号手段をさらに備えてい
ることを特徴とする請求項１に記載の無線情報通信端
末。
【請求項１４】空中放射された電磁波が各種物体に反
射され周波数選択性フエージング並びにディレイスプレ
ッドを有する無線伝送環境下に適用される無線情報通信
端末おいて、受信した無線信号に対してスペクトル拡散方式による２
次復調処理を施す２次復調手段と、この２次復調手段の出力による各所定のビット列に対し
１次復調処理を施す１次復調手段と、この１次復調手段にて１次復調処理が施された各ビット
列より一連のデータ系列を再生する手段とを備えたこと
を特徴とする無線情報通信端末。