JP3584914B2

JP3584914B2 - 移動通信システムおよび移動端末装置

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Publication number: JP3584914B2
Application number: JP2001290410A
Authority: JP
Inventors: 裕也増井; 康雄大越; 隆矢野; 信数土居
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2015-08-10
Also published as: JP2002171573A

Description

【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：ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）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（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、ＰａｃｋｅｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇｉｎＲａｄｉｏＣｈａｎｎｅｌｓ：Ｐａｒｔ３−Ｐｏｌｌｉｎｇａｎｄ（Ｄｙｎａｍｉｃ）Ｓｐｌｉｔ−ＣｈａｎｎｅｌＲｅｓｅｒｖａｔｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ、ＣＯＭ−２４、８（１９７６）ｐｐ．８３２−８４５）（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：ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）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：ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式によるものが提案されている。
一方、ＦＰＬＭＴＳ（ＦｕｔｕｒｅＰｕｂｌｉｃＬａｎｄＭｏｂｉｌｅＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ）の標準方式として、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ：ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）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。
【０００４】
【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。
【０００５】
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。
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。
【０００６】
【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ＣＤＭＡ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。
【０００７】
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：ＰｓｅｕｄｏＮｏｉｓｅ）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。
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。
【０００８】
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。
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。
【０００９】
【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。
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。
【００１０】
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。
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
図２の（Ｂ）は、情報伝送のためのプロトコルを示す。
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
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。
【００１７】
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。
【００１８】
図４は、本発明による予約チャネルにＣＤＭＡ（ＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ、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。
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。
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（ＰｓｅｕｄｏＮｏｉｓｅ、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。
【００１９】
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（２６ａ、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
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（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
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。
【００２５】
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。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。
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５８ａ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。
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。
【００２６】
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７０ｂ〜７０ｂ’に入力される。
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９０に供給される。
【００２７】
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ＰＮ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。
【００２８】
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。
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７１と、初段の入力タップと各遅延素子の出力タップ毎に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。
【００２９】
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、ＰＮ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。
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。
【００３０】
図９は、パケット分離回路８０の構成の１例を示す。
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。
【００３１】
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いる。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。
【００３２】
上記ＡＮＤ回路８４ｂのオン出力は、ＡＮＤ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。
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、ＡＮＤ回路８４ａから出力されたオン出力は、タイマー８５ａ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８４ｂ’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。
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。
【００３３】
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。
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。
【００３４】
図１０は、基地局４のパケット制御部９０の詳細構成を示す。
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。
【００３５】
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。
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。
【００３６】
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。
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ＣＤＭＡ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。
【００３７】
図１２は、移動端末のＣＤＭＡ送受信部１１０の詳細構成を示す。
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。
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。
【００３８】
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ＰＮ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、１１４ｆ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（ＤｅｌａｙＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）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。
【００３９】
図１３は、移動端末のパケット制御部１３０の構成の１例を示す。
応答チャネルの復号データは、ＤＳＰ１３１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１３４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。
【００４０】
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１３９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。
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
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、１４８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。
【００４５】
最初に、次式（１）を仮定する。
【００４６】
【数１】

【００４７】
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。
【００４８】
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）
【００４９】
【数２】

【００５０】
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。
【００５１】
【数３】

【００５２】
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）
【００５３】
【数４】

【００５４】
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。
【００５５】
【数５】

【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
【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。
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…ＣＤＭＡ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、５８、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。

Claims

基地局と、該基地局との間に設けられる複数の伝送チャネルのいずれかを用いて該基地局へのデータ送信を行う複数の端末とを有する通信システムであって、
データ送信要求をもつ端末は、上記基地局へ予約パケットを送信し、
上記基地局は、予約パケットを受信に応答して、上記予約パケットを送信した端末のための応答パケットを送信し、
上記基地局はさらに上記伝送チャネルの状態に応じて上記複数の端末からの予約パケットの送信を制御するビジートーン信号を生成し、該ビジートーン信号を上記応答パケットと同じ拡散符号で拡散し、該拡散符号によるＣＤＭＡチャネルであって、上記複数の伝送チャネルのための制御に用いられる制御チャネル上に設定されるスロット中でそれぞれに割り当てられる所定のタイミングで送信することを特徴とする通信システム。
請求項１記載の通信システムであって、上記複数の伝送チャネル及び予約パケットを送信するためのチャネルはＣＤＭＡ方式により構成されるチャネルであることを特徴とする通信システム。
基地局と、該基地局との間に設けられる複数の伝送チャネルのいずれかを用いて該基地局へのデータ送信を行う複数の端末とを有し、データ送信要求をもつ端末が上記基地局へ予約パケットを送信する通信システムにおける基地局であって、
端末からの予約パケットの受信に応答して、上記予約パケットを送信した端末に応答パケットを生成して送信する応答パケット作成部と、
上記伝送チャネルの状態に応じて上記複数の端末からの予約パケットの送信を制御するビジートーン信号を発生し、上記複数の端末に通知するビジートーン値計算部とを有し、
上記応答パケットと上記ビジートーン信号とを、同じ拡散符号で拡散し、該拡散符号によるＣＤＭＡチャネルであって、上記複数の伝送チャネルのための制御に用いられる制御チャネル上に設定されるスロット中でそれぞれに割り当てられる所定のタイミングで送信することを特徴とする基地局。
請求項３記載の基地局であって、上記複数の伝送チャネル及び予約パケットを送信するためのチャネルはＣＤＭＡ方式により構成されるチャネルであることを特徴とする基地局。
基地局と複数の端末装置とを有する通信システムにおいて、該基地局との間に設けられる複数の伝送チャネルのいずれかを用いて該基地局へのデータ送信を行う端末装置であって、
データ送信要求をもつ場合に、上記基地局へ送信する予約パケットを生成する予約パケット作成部と、
基地局から受信される、上記伝送チャネルの状態に応じて予約パケットの送信を制御するビジートーン信号に応じて上記予約パケットの発生を制御する上り方向スケジュール制御部と、
上記予約パケットに応答して上記基地局から送信される応答パケットを受信する手段とを有し、
上記複数の伝送チャネルのための制御に用いられるＣＤＭＡ制御チャネル上に設定されるスロット中のそれぞれに割り当てられる所定のタイミングにより受信される上記ビジートーン信号と上記応答パケットを、同じ拡散符号によって逆拡散することを特徴とする端末装置。
請求項５記載の基地局であって、上記複数の伝送チャネル及び予約パケットを送信するためのチャネルはＣＤＭＡ方式により構成されるチャネルであることを特徴とする端末装置。