JP3806763B2 - 基地局および通信方法 - Google Patents

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この発明は、例えばマルチメディアデータを基地局から車両に対して伝送すると共に、車両から基地局に対してデータを伝送する路車間通信システムに対して適用可能な基地局および通信方法に関する。
路車間通信システムに対する要求としてマルチメディア通信の実現がある。マルチメディア通信では、移動局（ＭＳ（Mobile Station）から情報の要求を行い、画像や音楽データ等のマルチメディアデータをダウンロードする場合が多く、移動局からの送信（上り）データ量に比して受信（下り）データ量が多いという特徴がある。したがって、路車間通信システムによってマルチメディア通信を実現するためには、バースト的に発生する大量のデータを効率良く移動局に伝送する無線通信方式が必要である。また、移動局からの送信データのデータ量も、車両にて撮影した画像データを伝送するような場合には、必ずしも少ないとは言えず、効率良くデータを伝送することが望まれる。
このような路車間のマルチメディア無線通信に適したものとして、上りフレームと下りフレームをＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access) フレームで構成した通信方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−３２１７１号公報
特許文献１に記載の通信方法によれば、ダウンロード時に１フレーム内の１以上のデータスロットをある移動局に対して割り当てることができるので、１フレーム内で、１つのデータスロットを一つの移動局に対して割り当てる方法と比較して、スループットを高くすることができる。また、アップロード時でも同様に、１つの移動局に対して１以上のデータスロットを割り当てることができ、移動局から基地局（ＢＳ(Base Station)またはＡＰ（Access Point) ）へ比較的大量のデータを短時間でアップロードすることができる利
点がある。
しかしながら、この特許文献１に係る通信方法では、上り回線（アップリンク）の各フレーム内にアクノリッジ伝送用のＡＣＫ（Acknowledgement ）スロットが配置されており、下りフレームのデータパケットの受信を完了すると、ＡＣＫパケットを送信するようになっている。この方式は、安定な通信を確保する面では利点があるが、そのフレームのデータパケットを蓄えておくために移動局側に大きな容量のバッファを用意しなければならず、さらに、ＡＣＫパケットを送信するための処理が複雑になるという問題があった。
このような問題を解決するには、ＡＣＫスロットをフレーム毎に挿入せず、一連のダウンリンクデータの終わりを示す、ＥＯＤ(End Of Data) のようなデータを受信した際に、ＡＣＫを（データスロットを利用して）基地局に返すようにすれば良く、こうした通信方法が、特許文献２において提案されている。
特開２００３−２３４６８８号公報
上記特許文献２の通信方法によって、比較的短時間で大量のデータを通信できる、上記特許文献１の利点を有しながら、移動局側の通信処理および回路規模を単純化できる通信方法が提供される。この通信方法では、ひとかたまりのデータを単位として応答信号を返すようにしているので、通常送信と再送処理とが同じものとなり、移動局側でのバッファの容量を小さくでき、また、処理を簡単化できる。ひとかたまりのデータとは、例えば、インターネット等で伝送されるＩＰパケットを指しており、基本的な通信は、ＴＣＰ／ＩＰベースで行われる。
上述のような、いわばＭＡＣ層プロトコルの改良によって、路車間のマルチメディア無線通信は、より効率的なものとなった。しかしながら、このような通信は、マルチメディアデータの送受信という観点からは未だ十分なものということはできず、利用する周波数帯域を拡大することなく伝送レートおよび伝送品質をさらに向上させることが不可欠である。
例えば、路車間のマルチメディア無線通信において求められる伝送レートは１００Ｍｂｐｓ以上であるため、１００ＭＨｚ程度の周波数帯域を確保する必要があり、できるだけ大きなセル半径を確保することも勘案すると、利用する周波数帯は３ないし１０ＧＨｚのマイクロ波帯が主となる。ところが、当該周波数帯は現在逼迫しており、通信エリアを拡大するためには、有効な干渉対策とともに、利用周波数帯域をできるだけ抑える必要がある。
また、移動通信システムにおいてはマルチパスの問題に対して有効な方法を提供する必要があり、このことは結果的に、伝送レートおよび伝送品質の向上につながる。その他、ＩＰネットワークとの接続性等も考慮すれば、１つの解決策として、上記特許文献２で記載されたＭＡＣ層プロトコルをＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）ベースで実現するような通信システムの構築が考えられる。
ＯＦＤＭを利用する場合に、さらに、ＯＦＤＭサブキャリアを複数のサブキャリア毎にブロック化することによって、複数のサブチャンネルを形成し、サブキャリアを複数のユーザで共有して通信を行うことが考えられる。アップリンクでは、移動局毎に異なる伝送時間をかけて到達した信号を基地局が一括して受信・復調することになる。この場合、基地局の受信機でＦＦＴをかける際のタイミング同期が非常に重要となる。
したがって、この発明の目的は、ＯＦＤＭ伝送方法によって複数の並列的なサブチャンネルを設定する通信システムにおいて、複数のサブチャンネルの信号に対するＦＦＴの処理のタイミングを適切に制御できる基地局および通信方法を提供することにある。
上述した課題を解決するために、この発明は、基地局と移動局との間で、アップリンクとダウンリンクとが同時に利用可能とされ、アップリンクおよびダウンリンクを通じ、その内部が複数の時間的に分割された複数のスロットからなるフレームを、所定の分割方法により周波数軸上で分割したＯＦＤＭ伝送方式で用いられるＯＦＤＭサブキャリアに、アップリンクまたはダウンリンクのフレームを割り当て、これをサブチャンネルとして、このサブチャンネルを通じた無線通信を行うことによって、１つの基地局と複数の移動局との間で複数のアップリンクおよびダウンリンクのフレームによる無線通信を実現する通信システムの基地局において、
複数の時間非同期で基地局に到来する複数の移動局からの各スロットの送信ＯＦＤＭ信号に対して、一括で受信したＯＦＤＭ信号をサブチャンネルの数に等しい複数の相関検出器に供給し、相関検出器において、受信ＯＦＤＭ信号と移動局から送信時にサブチャンネル毎そしてスロットごとに付加されている既知シンボルとの相関検出を行い、複数の相関検出器の絶対値信号のピーク値の中で、最も早くピーク値が得られるタイミングを検出し、検出されたタイミングに全サブチャネルを受信できるＦＦＴのスタートタイミングを同期させ、
複数の時間非同期で基地局に到来する移動局からの各スロットの送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより一括で受信することを特徴とする基地局である。
また、この発明は、上述したように、ピーク値によってタイミングを同期させ、複数の時間非同期で基地局に到来する移動局からの各スロットの送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより基地局で一括で受信することを特徴とする通信方法である。
また、この発明は、基地局と移動局との間で、アップリンクとダウンリンクとが同時に利用可能とされ、アップリンクおよびダウンリンクを通じ、その内部が複数の時間的に分割された複数のスロットからなるフレームを、所定の分割方法により周波数軸上で分割したＯＦＤＭ伝送方式で用いられるＯＦＤＭサブキャリアに、アップリンクまたはダウンリンクのフレームを割り当て、これをサブチャンネルとして、このサブチャンネルを通じた無線通信を行うことによって、１つの基地局と複数の移動局との間で複数のアップリンクおよびダウンリンクのフレームによる無線通信を実現する通信システムの基地局において、
複数の時間非同期で基地局に到来する複数移動局からの各スロットの送信ＯＦＤＭ信号に対して、一括で受信したＯＦＤＭ信号をサブチャンネルの数に等しい複数の相関検出器に供給し、相関検出器において、受信ＯＦＤＭ信号と移動局から送信時にサブチャンネル毎そしてスロットごとに付加されている既知シンボルとの相関検出を行い、複数の既知シンボルがある場合には、複数のＯＦＤＭシンボル伝送期間で平均をとり、その平均ピーク値の中で、最も早くピーク値が得られるタイミングを検出し、検出されたタイミングに全サブチャネルを受信できるＦＦＴのスタートタイミングを同期させ、
複数の時間非同期で基地局に到来する移動局からの各スロットの送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより一括で受信することを特徴とする基地局である。
また、この発明は、上述したように、平均ピーク値によってタイミングを同期させ、複数の時間非同期で基地局に到来する移動局からの各スロットの送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより基地局で一括で受信することを特徴とする通信方法である。
この発明によれば、送出時間が互いに異なる複数の移動局からの信号を受信し、受信した信号にＦＦＴをかけるために同期をとる場合に、適切な同期のタイミングを設定することができ、高品質のデータ通信を行うことが可能となる。
この発明は、上述したように、上記特許文献２に係る改良型ＭＡＣ層プロトコルをＯＦＤＭで実現する通信システム、通信方法、基地局および移動局であるため、ＭＡＣ層プロトコルについては、特許文献２に記載したものとほぼ同様のものである。そこで、最初に、当該プロトコルの内容について説明する。
この発明のプロトコルに関する回線構成は、ＯＦＤＭ伝送により同時に通信可能な上り回線（以下では、アップリンクと称する）および下り回線（以下では、ダウンリンクと称する）からなる。ここでは、一例として、ダウンリンク（基地局から移動局へのリンク）とアップリンク（移動局から基地局へのリンク）とで別の周波数を使用するＦＤＤ(Frequency division duplexing:周波数分割複信) 方式を採用する。
図１において、基地局１は、ネットワークと接続されたネットワーク制御部２と、メッセージデータパケット(Message Data Packet：MDP) 生成部３と、フレームコントロールメッセージパケット (Frame Control Message Packet：FCMP) 生成部４と、ＭＤＰおよびＦＣＭＰを選択的に出力するセレクタ５と、セレクタ５の出力が供給され、無線装置６に含まれる送信部７と、送信部７からの無線信号を移動局に向かって放射するアンテナ８と、アンテナ８の移動局からの受信信号が供給される受信部９と、受信パケット判定部１０とから構成されている。ＭＤＰは、特許文献１のデータパケットに相当し、ＦＣＭＰが通知パケットに相当するもので、そのフレームの制御用のデータが含まれている。なお、MDP はダウンリンクのメッセージデータスロット（Message Data Slot : MDS ）を介して送信され、また、FCMPはダウンリンクのメッセージデータスロット(Frame Control Message Slot ：FCMS) を介して送信される。
ネットワーク制御部２を介してマルチメディアデータがネットワークからＭＤＰ生成部３に供給され、ＭＤＰ生成部３によって、ＭＤＰが生成される。ＦＣＭＰ生成部４によって、ＦＣＭＰが生成される。受信パケット判定部１０によって判定された受信パケットがネットワーク制御部２を介してネットワークに送信される。ネットワークとしては、携帯電話ネットワーク、放送ネットワーク、インターネット等が可能である。
基地局１は、ダウンリンクの各フレームの先頭のＦＣＭＰによって、ダウンリンクおよびアップリンクのスロット割り当て状況を移動局に対して通知する。各移動局は、ＦＣＭＰの内容から自分がどのデータスロットのデータを受信すべきかを判断できる。また、ＦＣＭＰには、上りフレーム内の各データスロットの割り当て状況から各移動局は、ＦＣＭＰの内容から自分がどのデータスロットを使用してデータを送信すべきかを判断できる。さらに、ＦＣＭＰには、アップリンクデータに対する基地局での受信状況の情報が含まれる。すなわち、アップロードパケットが基地局に正常に受信されたか否かの情報がＦＣＭＰに含まれる。
次に、図２を参照して移動局の構成例を説明する。移動局２１は、特許文献１の端末に相当する。図２において、ネットワーク制御部２２に対してデータ機器が接続される。データ機器は、受信データを利用し、または送信データを発生するものである。データ機器としては、携帯電話端末、パーソナルコンピュータ、ディジタル放送受信機、ディジタルカメラ、カーナビゲーション装置、ＧＰＳ(Global Positioning System) 、ディスプレイ、オーディオシステム等が使用可能である。
ネットワーク制御部２２には、アクチベーションパケット (ACTivation Packet ：ACTP) 生成部２３およびＭＤＰ生成部２４が接続される。ＡＣＴＰ生成部２３およびＭＤＰ２４と、無線装置２７に含まれる送信部２８との間には、セレクタ２６が設けられている。セレクタ２６で選択されたデータが送信部２８に供給される。送信部２８からの無線信号がアンテナ２９から放射され、基地局１へアップロードされる。なお、MDP はアップリンクのメッセージデータスロット（Message Data Slot : MDS ）を介して送信され、また、ACTPはアップリンクのアクチベーションスロット(ACTivation Slot：ACTS) を介して送信される。
移動局２１が通信可能な基地局１の通信エリアに入った場合、ＡＣＴＰ生成部２３によってＡＣＴＰが生成され、アップリンクのACTSを介して基地局に伝送される。そして、基地局１で登録が認められ、アップリンクでの通信が可能になりアップリンク用のスロットが割り当てられた場合、ＭＤＰがＭＤＰ生成部２４で生成される。
ここで、移動局２１のアップロード要求、ダウンロード要求、ユーザ・データ、およびダウンリンクを通じて送信されたデータに対する応答情報はすべてＭＤＰを用いて、基地局１が決め、ＦＣＭＳで送信されたＦＣＭＰによって送信されたアップリンク、およびダウンリンクフレーム内のスロットを用いてやりとりがされる。ＡＣＴＰには、基地局登録に必要となる情報が含まれる。
ダウンロードの際、移動局２１は、基地局１がFCMSおよびMDS を介して送信したＦＣＭＰおよびＭＤＰをアンテナ２９を介して受信する。アンテナ２９によって受信された受信信号が無線装置２７の受信部３０に供給される。受信部３０からの受信信号が受信パケット判定部３１に供給される。受信パケット判定部３１は、受信パケットがＦＣＭＰかＭＤＰかを判別する。また、ＭＤＰの中でも受信した移動局２１のものであるか、他の移動局のものであるかを判別する。そして受信パケット判定部３１からの受信パケットがネットワーク制御部２２を介してデータ機器に供給される。
上述した基地局１（図１）および移動局２１（図２）は、例えば、路車間通信システムにおける基地局および車両に搭載されている移動局に相当するものである。より具体的には、図３に示すような路車間通信システムに対してこの発明を適用することができる。図３のシステムは、統合基地局４１と、光ファイバ４２1 、４２2 、・・・と、統合基地局４１と光ファイバ４２1 、４２2 、・・・で接続された複数の局地基地局４３1 、４３2
・・・とによって構成される。局地基地局４３1 、４３2 、・・・が例えば道路に沿って所定の間隔で設置され、車両４４に搭載されている移動局との路車間通信が可能とされている。アンテナ以外の部分は、統合基地局４１に設置され、アンテナが局地基地局４３1
、４３2 、・・・にそれぞれ設置される。
かかる路車間通信システムにおいて、統合基地局４１は、所定の無線変調方式によって変調された、ＭＤＰ、ＦＣＭＰを生成し、その無線信号を無線光変換装置によって光信号に変換する。無線光変換装置は、例えばレーザダイオードからの光信号を直接若しくは光変調器によって光信号に変換する構成とされている。この光信号が光ファイバ４２1 、４２2 、・・・を介して１以上の局地基地局４３1 、４３2 、・・・に送信される。局地基地局４３1 、４３2 、・・・においては、ホトダイオードに代表される光無線変換装置によって光信号を無線周波数帯の信号へ変換し、無線信号を路側アンテナから移動局にＭＤＰおよびＦＣＭＰを伝送する。
車両４４に搭載された移動局は、路側アンテナから放射された無線信号を受信するアンテナと、アンテナにて受信された無線信号をそれぞれ対応する携帯電話機や放送受信機に送る接続部とを備えている。また、アップリンクにおいては、移動局からの所定の無線変調方式によって変調されたＡＣＴＰ、ＭＤＰを局地基地局４３1 、４３2 、・・・で受信し、上述した無線光変換装置と同様の原理を持つ、無線光変換装置によって光信号へ変換し、光ファイバ４２1 、４２2 、・・・を介して統合基地局４１へ伝送する。統合基地局４１においては、上述した光無線変換装置と同様の原理を持つ光無線変換装置によって無線周波数帯の信号に変換し、移動局から送信されてきたＡＣＴＰおよびＭＤＰを受信する。
なお、統合基地局４１に設けた、周波数変換統合分配装置によって携帯電話や放送等の変調された個別の無線周波数または中間周波数を、ある特定の周波数帯例えばミリ波帯に含まれるように、統合変換し共用周波数帯の無線信号を路側アンテナから放射しても良い。この場合には、車両４４に搭載された移動局は、共用周波数帯に感度を有するアンテナと、アンテナにて受信された無線信号を個別の無線周波数や中間周波数の無線信号に変換し、分配する周波数変換分配装置と、周波数変換分配装置からの個別の無線周波数や中間周波数の無線信号をそれぞれ対応する携帯電話機や放送受信機に送る接続部とを備えている。
図１に示される基地局１は、図３のシステムにおける統合基地局４１および局地基地局４３1 、４３2 、・・・の全体に対応したものである。図２に示される移動局２１は、車両４４に搭載されている移動局に対応するものである。ここでは、基地局１から移動局２１に対するダウンリンクと、その逆の移動局２１から基地局１に対するアップリンクとが同時に通信可能なように構成されている。
この発明のプロトコルは、ＯＳＩ参照モデルの第２層（データリンク層）に対応する。データリンク層は、さらに、ＭＡＣ(Media Access Control)層とその上位のＬＬＣ(Logical Link Control)層に分けられる。図４Ａには、ＴＤＭＡフレームの構成の一例が示されている。ダウンリンクのＴＤＭＡの１フレームが１個のＦＣＭＳと複数個）のＭＤＳで構成される。
アップリンクのＴＤＭＡの１フレームはＡＣＴＳと複数個のＭＤＳとで構成される。ここで、ＡＣＴＳは複数のミニスロットからなり、ダウンリンクとアップリンクとでは、フレーム周期が等しく、スロット周期が異なる。以下、各スロットについて説明する。
スロットＦＣＭＳは、１ＴＤＭＡフレームに必ず１個あり、ＴＤＭＡフレームの先頭に配置される。ＦＣＭＳは、ダウンリンク専用のスロットであり、基地局情報、ダウンリンク・アップリンクのスロット割り当て情報、アップリンクデータ（ユーザ・データ）に対するＡＣＫ(ACKnowledgment ：肯定応答) 情報などがＦＣＭＳに含まれる。一方、誤りが検出されると、ＮＡＣＫ(Negative ACKnowledgment：否定応答) がこのＦＣＭＳを用いて移動局に返される。この場合、移動局は、誤りとされたデータを再送信する。
スロットＭＤＳは、アップリンクおよびダウンリンクの１ＴＤＭＡフレームに対してそれぞれ１個以上割り当てられる。ダウンリンクでは、基地局が多重化を行い、アップリンクでは、複数の移動局ＭＳ(Mobile Station)が多重化を行う。ＭＤＳは、通常のデータ通信に使用される。また、ダウンリンクでは、基地局からの登録・登録削除応答（通知）、コネクション設定・コネクション解放応答（通知）の送信にＭＤＳが使用され、アップリンクでは、ダウンリンクデータ（ユーザ・データ）に対するＡＣＫの送信にＭＤＳが使用される。
スロットＡＣＴＳは、アップリンクの１ＴＤＭＡフレームに割り当てられ、移動局からの登録・登録削除要求、の送信に使用されるランダムアクセス可能なスロットである。また、コネクション設定・コネクション解放要求等に用いられる場合もある。ＡＣＴＳは、複数のミニスロットからなり、移動局は、基地局に対して要求を行う場合、このミニスロットの中から１つのスロットをランダムに選択し、その選択された時間のなかで要求パケットＡＣＴＰを送信する。
ダウンリンクのフレーム構成は、上記特許文献１で提案されたものと同様に、先頭にスロット割り当て情報を含むＦＣＭＳが配置され、その後にデータスロットＭＤＳが続いている。一方、アップリンクのフレーム構成は、特許文献１とは相違している。すなわち、ＡＣＫ用のスロットが設けられず、データスロットＭＤＳを使用してダウンリンクデータに対するＡＣＫが送信される。また、固定のダウンロード要求スロットおよびアップロード要求スロットが設けられず、フレームの先頭のＡＣＴＳによって要求を送信するようにしている。
図４Ｂには、ＦＣＭＰ、ＭＤＰ、ＡＣＴＰを構築する基本的なパケットフォーマットが示されている。１スロットは、先頭にプリアンブルＰＲ、その後にユニークワードＵＷが続き、さらに、パケットが続き、最後にガードタイムＧＴが位置する構成とされている。このプリアンブルとユニークワードを用いてヘッダ部という場合もある。またパケットは、各スロットにおけるプリアンブル、ユニークワード、ガードタイムを除いた部分であり、図４Ｃに示すように、固定長のヘッダと可変長のペイロードとで構成される。
ガードタイムは、端末間の伝搬遅延差に起因するバーストの衝突をさけるために設けられている。アップリンクとダウンリンクとでは、スロット周期が異なるために、ガードタイム長が異なる場合もある。但し、アップリンクでの各スロットのガードタイムが同等の長さとされ、同様に、ダウンリンクでの各スロットのガードタイムが同等の長さとされる。
プリアンブルおよびユニークワードからなるヘッダ部の長さは、ＦＣＭＳ、ＭＤＳ、ＡＣＴＳともに必要とされる信頼性にあわせて決定される。
ここで、ダウンリンクにおけるスロットの割り当て方式とＡＣＫの送信について説明する。図５は、基地局の送信バッファの内容の一例である。宛先アドレス（移動局のアドレス）として、Ａ、Ｂ、Ｃ、・・・が示されている。送信バッファの最初の１行に格納されている、データ（1-1 、1-2 、1-3 、・・・、1-6 ）が宛先アドレスＡに対して送信されるひとまとまり（以下、シーケンスと称する）のデータであり、最後のパケット1-6 にデータの最後を示すＥＯＤ(End Of Data) が含まれている。通常このシーケンスは上位層ＰＤＵ（Protocol Data Unit）とも呼ばれ、各移動局に対する１イーサネットパケットもしくはＩＰパケットに相当する。同様、（2-1 、2-2 、・・・、2-5 ）が宛先アドレスＢに対して送信されるシーケンス番号２のデータである。以下、同様に、宛先アドレスＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれに対する送信データの例が示されている。なお、1-1 等は、ＭＤＳに配置されるパケット（ＭＤＰ）を示している。
このように送信バッファに送信すべきデータが格納されている場合、ダウンリンクのスロット割り当ての方法として、３通りの方法が可能である。第１の方法がＦＩＦＯ(First-In First-Out)方式であり、第２の方法がラウンドロビン方式であり、第３の方法が変形ＦＩＦＯ方式である。これらについて順に説明する。
図６がＦＩＦＯ方式を示す。ダウンリンクでは、ＴＤＭＡフレームの各スロットに対して、送信バッファに格納された順にパケットが配置される。この例では、ダウンリンクの１ＴＤＭＡフレームが一つのＦＣＭＳと８個のＭＤＳとからなる例である。宛先アドレスＡの移動局は、１シーケンスのデータを正常に受信すると、アップリンクのＭＤＳを使用してＡＣＫを基地局に返す。例えばシーケンス番号１のデータ（1-1 、・・・、1-6 ）を受信すると、1-ＡＣＫを基地局にＭＤＳを利用して返す。以下、同様に、各基地局は、各シーケンスのデータを受信する毎に、ＡＣＫを基地局に返す。
図７は、ラウンドロビン方式を示す。ラウンドロビン方式は、送信バッファにデータが格納されている宛先アドレス（移動局）に対して順に送信すべきデータの有無を問い合わせ、データがあれば、ダウンリンクのスロットにそのデータを配置する方法である。この例では、宛先アドレスとして、Ａ、Ｂ、Ｃがあるので、（Ａ→Ｂ→Ｃ）の問い合わせが繰り返してなされる。図５の例では、最初に宛先アドレスＣのシーケンス番号５のデータの送信が終了するので、その後は、Ａ→Ｂの問い合わせがなされ、さらに、宛先アドレスＢのシーケンス番号２のデータが終了すると、Ａの宛先アドレスのデータのみがスロットに割り当てられる。アップリンクを介して移動局がＡＣＫを返す方法は、上述したのと同様に、１シーケンスのデータの受信がされた場合にＡＣＫを返すものである。
図８は、変形ＦＩＦＯ方式を示す。この方式は、入力した順にデータをダウンリンクの各スロットに配置する点では、ＦＩＦＯ方式と同様である。但し、１シーケンスのデータが所定の個数のパケット（ここでは、６個のパケット）に満たない長さの場合では、残ったスロットを空きスロットのままとし、ＡＣＫを１シーケンスのデータを受信する毎に返す。
このように、この発明のプロトコルでは、１シーケンスのデータ単位で応答信号を返すようにしている。若し、正常に受信できない場合には、ＮＡＣＫが返される。１シーケンスのデータの受信を完了するのは、上述した３つの方法の何れにおいても、固定されず、したがって、アップリンクのＭＤＳを使用してＡＣＫを返すようにしている。また、正常にデータが受信できなかった場合には、再送が必要である。再送制御の方法については後述する。
図９は、ＦＣＭＳのパケットフォーマットの一例である。図９中の各行が１６ビット（２オクテット）の長さであり、パケットの先頭部分（図の上側）にヘッダが位置し、その後にペイロードが位置し、さらに、ペイロードがダウンリンクに関する情報ＤＬと、アップリンクに関する情報ＵＬとに分割して配されている。ＦＣＭＳのパケットに配される各データについて以下に順番に説明する。
ＦＣＭＳでは、ヘッダが１６バイトの長さとされ、ペイロードが６４バイトの長さとされている。ヘッダの先頭のスロットタイプ（２ビット）は、スロットの種別を示す。（００ｂ）がＦＣＭＳであり、（０１ｂ）がＭＤＳであり、（１０ｂ）がＡＣＴＳである。図９は、ＦＣＭＳであるので、（００ｂ）が設定される。ｂは、ビット表記であることを示す。
モード（２ビット）は、通信システムの動作モードを示す。動作モードは、以下のものが可能とされている。
（００ｂ）：マルチメディアステーション（単数ＢＳ単数ＡＰ）（点型）
（０１ｂ）：マルチメディアレーン（単数ＢＳ複数ＡＰ）（短距離線型）
（１０ｂ）：アドバンスドマルチメディアレーン（複数ＢＳ複数ＡＰ）（長距離線型）
（１１ｂ）：マルチメディアウェイ（複数ＢＳ複数ＡＰ）（面型）
バージョン（２ビット）は、各動作モードに対するバージョンを示し、
（００ｂ）：バージョン１、（０１ｂ）：バージョン２、（１０ｂ）：バージョン３、（１１ｂ）：バージョン４とされる。
スロットカウント（６ビット）は、ダウンリンクのＭＤＳの個数およびアップリンクのＡＣＴＳとＭＤＳの合計個数を示す。（００００００ｂ）の１個から（１１１１１１ｂ）の６４個までの値をとりうる。ダウンリンクのＭＤＳの個数のデフォルト値が８スロットであるので、スロットカウントが７（０００１１１ｂ）に設定される。
サブスロットカウント（４ビット）は、アップリンクのＡＣＴＳ内のサブスロットの個数を示す。（００００ｂ）の１個から（１１１１ｂ）の１６個までの値をとりうる。ＡＣＴＳ内のサブスロット個数のデフォルト値が３スロットであるので、サブスロットカウントが２（００１０ｂ）に設定される。
ソースＭＡＣ(Media Access Control)アドレス（８ビット）は、発信元のＭＡＣアドレスを示す。ＦＣＭＳの発信元ノードは、基地局であるので、基地局の論理チャンネルＩＤ（０００００００１ｂ）が設定される。
ディスティネーションＭＡＣアドレス（８ビット）は、宛先ノードのＭＡＣアドレスを示す。ＦＣＭＳは、全て移動局が宛先ノードとなるため、不定の論理チャンネルＩＤ（１１１１１１１１ｂ）が設定される。
チャンネルカウント（８ビット）は、コネクションを設定している論理チャンネル数を示す。優先度が１の場合の論理チャンネル個数を１として、現在コネクションを設定している全論理チャンネル個数を設定する。（００００００００ｂ）の０チャンネルから（１１１１１１１１ｂ）の２５５チャンネルまでがある。
スロットアサインメントターム（８ビット）は、次スロットの割当周期を示す。移動局に対してアップリンク用にスロット（ＭＤＳ）を割り当てたにもかかわらず、有効データが送信されなかった場合に、その移動局に対して次のスロットを割り当てる周期をＴＤＭＡフレーム単位で示す。（００００００００ｂ）の１周期から（１１１１１１１１ｂ）の２５６周期までがある。割当周期の最大値のデフォルト値を５周期としているので、この８ビットが５（０００００１００ｂ）に設定される。
プロパゲーションディレイ（１０ビット）は、光ファイバ部分に代表されるあらかじめ許容される伝播遅延を示す。光ファイバ長を５０ｍ単位で指定する。（００００００００００ｂ）の０ｍから（１１１１１１１１１１ｂ）の５１１５０ｍまで５０ｍ刻みで指定される。例えば上述した図３に示す路車間通信システムの例では、光ファイバ４２1 、４２2 、４２3 の長さが示される。
トランスミッションコントロール（６ビット）は、スロット割当制御方式、再送制御方式に関する制御情報を示す。この６ビットを（ｂ1 、ｂ2 、ｂ3 、ｂ4 、ｂ5 、ｂ6 ）と表記すると、各ビットの意味が以下のように規定されている。なお、ビットｂ4 、ｂ5 およびｂ6 は、未使用である。なお、種別が３種類以上の場合には、２ビット以上を割り当てるようにしても良い。
ｂ1 ：ダウンリンクスロットの割当制御方式の種別を示し、
ｂ1 ＝０（０ｂ）：ＦＩＦＯ方式
ｂ1 ＝１（１ｂ）：ラウンドロビン方式
とされる。
ｂ2 ：再送制御方式の再送データ単位の種別を示し、
ｂ2 ＝０（０ｂ）：セグメント単位
ｂ2 ＝１（１ｂ）：上位層ＰＤＵ方式
とされる。
ｂ3 ：上位層とのデータ受け渡し方式の種別を示し、
ｂ3 ＝０（０ｂ）：ランダム方式
ｂ3 ＝１（１ｂ）：シーケンシャル方式
とされる。
ベースステーションＩＤ（４８ビット）は、基地局のＩＤを示す。基地局を一意に識別するためのユニークなＩＤ（Ethernetアドレス等）が設定される。
１６ビットのヘッダＣＲＣ(cyclic redundancy code)が配置される。例えば１＋ｘ5 ＋ｘ12＋ｘ16が生成多項式として使用される。ＣＲＣは、エラー検出符号である。
次に、ペイロードに配置されるデータについて説明する。図１０Ａに示すように、ＤＬで示すダウンリンクのスロット割当情報は、２オクテット（１スロット当り）毎に区切られ、ディスティネーションＭＡＣアドレス（８ビット）、割当スロットタイプ（２ビット）およびリザーブドエリア（６ビット）によって構成される。
ディスティネーションＭＡＣアドレスは、各スロットを利用する移動局のＭＡＣアドレス（論理チャンネルＩＤ）を示す。スロットタイプが（０１ｂ）であって、ＭＤＳを指定し、且つパケットタイプが制御パケットの登録応答の時は、不定の論理チャンネルＩＤ（１１１１１１１１ｂ）が設定される。また、送信データが無い場合には、不能の論理チャンネルＩＤ（００００００００ｂ）が設定される。その他の場合は宛先となる移動局の論理チャンネルＩＤが設定される。割当スロットタイプ（２ビット）は、各スロットの種別を示し、ダウンリンクで指定するスロットタイプは、（ＭＤＳ：０１ｂ）である。
ＵＬで示すアップリンクのスロット割当情報は、２オクテット（１スロット当り）毎に区切られている。図１０Ｂに示すように、アップリンクのスロット割当情報は、ソースＭＡＣアドレス（８ビット）、割当スロットタイプ（２ビット）、リザーブドエリア（６ビット）から構成される。
ソースＭＡＣアドレスは、各スロットを利用する移動局のＭＡＣアドレス（論理チャンネルＩＤ）を示す。スロットタイプが（１０ｂ）でＡＣＴＳを示す場合では、ソースＭＡＣアドレスとして不定の論理チャンネルＩＤ（１１１１１１１１ｂ）が設定される。その他の場合は、発信元となる移動局の論理チャンネルＩＤが設定される。
割当スロットタイプは、各スロットの種別を示す。アップリンクでは、（０１ｂ）：ＭＤＳと、（１０ｂ）：ＡＣＴＳが設定される。
アップリンクデータに対するＡＣＫ情報は、図１０Ｃに示すように、４オクテット（１スロット当り）毎に区切られている。ソースＭＡＣアドレス（８ビット）、コントロール（２ビット）、リザーブドエリア（６ビット）、ＡＣＫシーケンスナンバー、またはコリジョンディテクション（１６ビット）から構成される。
ソースＭＡＣアドレスは、ＡＣＫ情報に対する移動局のＭＡＣアドレス（論理チャンネルＩＤ）を示す。アップリンクスロットがＭＤＳではなくＡＣＴＳとして使用された場合、ソースＭＡＣアドレスとして不定の論理チャンネルＩＤ（１１１１１１１１ｂ）が設定される。その他の場合は、ＡＣＫ情報に対する移動局の論理チャンネルＩＤが設定される。
コントロールは、本割当に対する制御情報を示す。コントロールの２ビットを（ｂ1 、ｂ2 ）とすると、ビットｂ1 がＡＣＫシーケンスナンバーが有効か否かを示す。（ｂ1 ＝０ｂ）が無効を示し、（ｂ1 ＝１ｂ）が有効を示す。ビットｂ2 は、ＡＣＫシーケンスナンバーがＡＣＫかＮＡＣＫかを示す。（ｂ2 ＝０ｂ）がＮＡＣＫを示し、（ｂ2 ＝１ｂ）がＡＣＫを示す。
ＡＣＫシーケンスナンバー（１６ビット）は、ＡＣＫのシーケンス番号を示す。アップリンクデータに対して正確に受信できたデータのシーケンス番号が設定される。
アップリンクスロットがＭＤＳではなくＡＣＴＳとして使用された場合（ソースＭＡＣアドレスとして不定の論理チャンネルＩＤが設定された場合）、ＡＣＫシーケンスナンバーフィールドは、コリジョンディテクションフィールドとして使用される。コリジョンディテクションは、前回のＡＣＴＳで衝突があったか否かを示す。サブスロットの個数が１〜１６個の範囲であるので、各サブスロットに対応するビットにて衝突の有無を設定する。（０ｂ）が衝突なし、（１ｂ）が衝突ありと規定される。
ペイロードの最後に、１６ビットのペイロードＣＲＣが配されている。例えば１＋ｘ5
＋ｘ12＋ｘ16が生成多項式として使用される。以上のデータがペイロードに配置されるものである。
図１１は、ＭＤＰ(Message Data Packet) のパケットフォーマットの一例である。図１１中の各行が２オクテットの長さであり、パケットの先頭部分（図の上側）にヘッダが位置し、その後にペイロードが位置する。ＭＤＳでは、ヘッダが１２バイトの長さとされ、ペイロードが１２８／２５６／３８４バイトの長さとされている。ヘッダの最後にヘッダＣＲＣ（１６ビット）が付加され、ペイロードの最後にペイロードＣＲＣ（１６ビット）が付加されている。
最初にヘッダに含まれるデータについて説明する。ヘッダの先頭のスロットタイプ（２ビット）は、スロットの種別を示す。（００ｂ）がＦＣＭＳであり、（０１ｂ）がＭＤＳであり、（１０ｂ）がＡＣＴＳである。図１１は、ＭＤＳであるので、（０１ｂ）が設定される。
パケットタイプ（２ビット）がパケットの種別を示す。（００ｂ）がデータパケットを示し、（０１ｂ）が制御パケットを示す。使用状況に応じて何れかの値が設定される。
コントロール（４ビット）がパケットの制御情報を示す。４ビットを（ｂ1 ｂ2 ｂ3 ｂ4 ）と表記する。ビットｂ1 は、本パケットのペイロード部分およびデータシーケンスナンバーが有効か否かを示す。（ｂ1 ＝０ｂ）は、無効（ペイロードなし、データシーケンス無効）を示し、（ｂ1 ＝１ｂ）は、有効（ペイロードあり、データシーケンス有効）を示す。
ビットｂ2 は、本パケットが上位層ＰＤＵの最後か否かを示す。（ｂ2 ＝０ｂ）は、上位層ＰＤＵの先頭、または途中を示し、（ｂ2 ＝１ｂ）は、上位層ＰＤＵの最後を示す。ビットｂ3 は、本パケットのＡＣＫシーケンスナンバーが有効か否かを示す。（ｂ3 ＝０ｂ）は、無効を示し、（ｂ3 ＝１ｂ）は、有効を示す。ビットｂ4
は、ＡＣＫシーケンスナンバーがＡＣＫかＮＡＣＫかを示す。（ｂ4 ＝０ｂ）がＮＡＣＫを示し、（ｂ4 ＝１ｂ）がＡＣＫを示す。
バッファカウント（８ビット）が送信バッファ内のデータ数を示す。ＭＡＣ層における送信バッファに残っているデータパケットの個数が設定される。２５６個以上の場合は、（１１１１１１１１ｂ）が設定される。
ソースＭＡＣアドレス（８ビット）は、発信元ノードのＭＡＣアドレスを示す。ダウンリンクの場合、発信元基地局の論理チャンネルＩＤ（０００００００１ｂ）が設定される。アップリンクの場合、発信元移動局の論理チャンネルＩＤが設定される。
ディスティネーションＭＡＣアドレス（８ビット）は、宛先ノードのＭＡＣアドレスを示す。ダウンリンクの場合、パケットの種別がデータパケットの時は、宛先移動局の論理チャンネルＩＤが設定される。パケット種別が制御パケットの場合で、登録応答の時は不定の論理チャンネルＩＤ（１１１１１１１１ｂ）が設定される。その他（登録削除応答、コネクション設定応答、コネクション解放応答）の時は、宛先移動局の論理チャンネルＩＤが設定される。アップリンクの場合は、宛先基地局の論理チャンネルＩＤ（０００００００１ｂ）が設定される。
データ長（１６ビット）は、本パケットのペイロード長をオクテット（８ビット）単位で示す。１６ビットが全て０の場合が１オクテットのデータ長であり、１６ビットが全て１の場合は、６５５３６オクテットである。ここでは、例えばペイロード長が２５６オクテットであるので、（００００００００１１１１１１１１ｂ）がデータ長として設定される。
データシーケンスナンバー（１６ビット）は、２５６オクテットのデータのシーケンス番号を示す。再送制御のためのデータのシーケンス番号を示す。データ長は、ＩＰパケットの最大長より短いものであれば良く、２５６オクテットの値は、一例である。
ＡＣＫシーケンスナンバー（１６ビット）は、ＡＣＫのシーケンス番号を示す。正確に受信できたデータのシーケンス番号を指定する。なお、ダウンリンクでは、ＡＣＫシーケンスナンバーのフィールドを使用しない。
１６ビットのヘッダＣＲＣが位置する。生成多項式として、例えば１＋ｘ5 ＋ｘ12＋ｘ16が使用される。以上のデータがヘッダに配置されるものである。
ペイロード本体には、ＬＬＣのＰＤＵが設定される。ペイロードの後にペイロードＣＲＣ（１６ビット）が付加される。生成多項式として、ヘッダＣＲＣと同一のものが使用される。
図１２は、ＡＣＴＳに配されるＡＣＴＰ(ACTivation Packet) のパケットフォーマットの一例である。図１２中の各行が２オクテットの長さであり、パケットの先頭部分（図の上側）にヘッダが位置し、その後にペイロードが位置する。ＡＣＴＳでは、ヘッダが６バイトの長さとされ、ペイロードが３２バイトの長さとされている。ヘッダの最後にヘッダＣＲＣ（１６ビット）が付加され、ペイロードの最後にペイロードＣＲＣ（１６ビット）が付加されている。
ヘッダの先頭のスロットタイプ（２ビット）は、スロットの種別を示す。（００ｂ）がＦＣＭＳであり、（０１ｂ）がＭＤＳであり、（１０ｂ）がＡＣＴＳである。本スロットは、ＡＣＴＳであるので、（１０ｂ）が設定される。
パケットタイプ（２ビット）がパケットの種別を示す。本スロットでは、制御パケットのみが使用されるので、（０１ｂ）が設定される。
コントロール（４ビット）がパケットの制御情報を示す。４ビットを（ｂ1 ｂ2 ｂ3 ｂ4 ）と表記する。ビットｂ1 〜ｂ4 は、未使用（未定義）である。
データ長（８ビット）は、パケットのペイロード長をオクテット（８ビット）単位で示す。８ビットが全て０の場合が１オクテットのデータ長であり、８ビットが全て１の場合は、２５６オクテットである。
ソースＭＡＣアドレス（８ビット）は、発信元ノードのＭＡＣアドレスを示す。登録要求の場合は、不能の論理チャンネルＩＤ（００００００００ｂ）が設定される。その他（登録削除要求、コネクション設定要求、コネクション解放要求）の場合は、発信元移動局の論理チャンネルＩＤが設定される。
ディスティネーションＭＡＣアドレス（８ビット）は、宛先ノードのＭＡＣアドレスを示す。登録要求の場合は、不定の論理チャンネルＩＤ（１１１１１１１１ｂ）が設定される。その他（登録削除要求、コネクション設定要求、コネクション解放要求）の場合は、宛先基地局の論理チャンネルＩＤ（０００００００１ｂ）が設定される。
１６ビットのヘッダＣＲＣが位置する。生成多項式として、例えば１＋ｘ5 ＋ｘ12＋ｘ16が使用される。以上のデータがヘッダに配置されるものである。
ペイロード本体にＬＬＣのＰＤＵが設定される。ペイロード本体の後にペイロードＣＲＣ（１６ビット）が付加される。生成多項式として、ヘッダＣＲＣと同一のものが使用される。
次に、スロット割当制御方式について説明する。ダウンリンクで用いるＴＤＭＡフレーム内には、ＦＣＭＳとＭＤＳのスロットがあり、ＦＣＭＳは、必ずフレームの先頭に１スロット割り当てられる。ＭＤＳには、移動局のデータ伝送用ＭＤＳと、呼制御に必要なＭＤＳとがある。すなわち、ダウンリンクにおけるＭＤＳは、ユーザのデータを送信するために使用されるＭＤＳと、無線ゾーンに入った場合の登録等の呼制御に関するデータ（登録・登録削除応答（通知）、コネクション設定・解放応答（通知））を送信するためのＭＤＳとに分類される。呼制御データは、ユーザデータに比して重要度が高いので、送信すべき呼制御データがある場合は、ユーザデータよりも優先的にフレームの先頭からスロットを割り当てる。
すなわち、
高優先：呼制御データ用ＭＤＳ（登録・登録削除応答、コネクション設定・解放応答）
低優先：ユーザデータ用ＭＤＳ（データ・再送データ）
とされる。
ユーザデータに関するスロット割当は、呼制御データへの割当で使用した残りのスロットに関して行う。ユーザデータへスロットを割り当てる場合、スロット割当管理テーブルを参照して行う。図１３Ａは、スロット割当管理テーブルの一例を示す。
コネクション設定ＭＡＣアドレスは、コネクションを確立している移動局のＭＡＣアドレス（論理チャンネルＩＤ）を示す。コネクション優先度は、ラウンドロビン時に割り当てるスロット数に対応する。なお、コネクション設定ＭＡＣアップロードは、ＬＬＣ部が管理するコネクション管理テーブルと同等の設定値を用いる。ダウンリンク送信バッファ状態とは、基地局の送信バッファに存在するデータ（パケット数）を示す。アップリンク送信バッファ状態は、移動局から送信されるＭＤＰに含まれるバッファカウントフィールドの設定値に対応する。基地局は、移動局からのＭＤＰを受信するたびに、アップリンク送信バッファ状態を更新する。
コネクションを設定している移動局に対して例えばラウンドロビン方式により均等にスロットを割り当てる。但し、コネクション優先度により、ラウンドロビン時に割り当てるスロット数が異なる。なお、ダウンリンクバッファ状態が０（すなわち、送信すべきデータがない）移動局に対しては、スロットを割り当てない。また、送信バッファに全スロット数分のデータ（パケット）数がないバッファは、残りのスロットについては割り当てない。データ送信を行なわないスロットでは、（１０１０ｂ）のパケットを送信することも可能とする。
スロット割当管理テーブルが図１３Ａに示す場合において、送信すべき呼制御データがないとき、ダウンリンクの１ＴＤＭＡフレームにおけるスロット割当は、図１３Ｂに示すものとなる。移動局（Ａ）は、送信すべきデータがないので、１フレームの最初のデータスロットが移動局（Ｂ）に割り当てられる。次に、移動局（Ｃ）に対してスロットが割り当てられるが、コネクション優先度が「２」であるので、二つのスロットが移動局「Ｃ」に対して割り当てられる。次に、移動局「Ｄ」に対してスロットが割り当てられる。以下、順にダウンリンク送信バッファに入っているデータがなくなるまで、スロット割当がなされる。図１３Ａの場合では、データ個数が７個であるので、ダウンリンクの１ＴＤＭＡフレームの最後のスロットが空きスロットとなる。次回のラウンドロビン割当の始まりは、ＭＡＣアドレスが「Ａ」の移動局からである。
次に、アップリンクにおけるスロット割り当て処理について説明する。ダウンリンクのスロット割当処理と同様に、割当処理としては、例えばラウンドロビン方式が使用されるが、それ以外のＦＩＦＯ方式（図６）または変形ＦＩＦＯ方式（図８）を使用しても良い。
アップリンクで用いるＴＤＭＡフレーム内には、ＡＣＴＳとＭＤＳのスロットがある。ＭＤＳは、移動局のデータ伝送用のＭＤＳと、ダウンリンクデータに対するＡＣＫを送信するために使用されるＭＤＳ（ＡＣＫデータ用ＭＤＳ）とがある。ＡＣＴＳに関しては、１ＴＤＭＡフレームの先頭に必ず１スロットが割り当てられるものとする。ＭＤＳに関しては、ダウンリンクデータに対するＡＣＫ用として強制的に割り当てられるものと、通常のアップリンクデータ用として割り当てられるものがある。但し、アップリンクデータ用の場合でも、ＭＤＰのＡＣＫシーケンスナンバーフィールドを使用してＡＣＫを送信することが可能である。また、ダウンリンクデータに対するＡＣＫ用の場合でも、ペイロードフィールドに通常のアップリンクデータを含めて送信することが可能である。
ダウンリンクデータに対するＡＣＫ用として割当が必要な場合は、通常のアップリンクデータ用よりも優先的にスロットを割り当てる。すなわち、
高優先：ダウンリンクデータに対するＡＣＫ用ＭＤＳ
低優先：アップリンクデータ用ＭＤＳ
とされる。
ダウンリンクデータに対するＡＣＫ用のスロットは、ＭＤＰのコントロールフィールドの上位層ＰＤＵの最後のフラグメントか否かを示す２ビットが１（有効）の場合、必ず割り当てるようにする。
アップリンクデータ用のＭＤＳを割り当てる場合は、ダウンリンクの場合と同様にスロット割当管理テーブル（図１３Ａ）を参照し、コネクションを設定している移動局に対して、ラウンドロビン方式により均等にスロットを割り当てる。コネクション優先度の値により、ラウンドロビン時に割り当てるスロット数は異なる。アップリンク送信バッファ状態が０（すなわち、送信バッファにデータがない）の移動局に対してもラウンドロビン割当時に必ず１つのスロットを割り当てるようにする。但し、その場合は、１ＴＤＭＡフレーム内では１つのみの割当とする。
スロット管理テーブルが前述した図１３Ａに示すものである場合において、送信すべきダウンリンクデータに対するＡＣＫがないとき、アップリンクのスロット割当は、図１４に示すものとなる。１フレームのＡＣＴＳを除いた最初のデータスロットが移動局（Ａ）に割り当てられる。次に、移動局（Ｂ）に対してスロットが割り当てられる。さらに、移動局（Ｃ）に対してスロットが割り当てられるが、コネクション優先度が「２」であるので、二つのスロットが移動局「Ｃ」に対して割り当てられる。以下、順にスロット割当がなされる。次回のラウンドロビン割当の始まりは、「Ｃ」の移動局からである。なお、スロットを割り当てたにもかかわらず、有効データが送信されない移動局に対しては、設定されたＴＤＭＡ周期の間スロットを割り当てない。有効データが送信された時点で通常のラウンドロビン方式で割り当てるようになされる。
次に、この発明のプロトコルにおける再送制御方式について説明する。ここでは、再送制御方式としてＧＢＮ(Go-Back-N) 方式を使用している。ＧＢＮ方式は、ＡＣＫまたはＮＡＣＫの折り返し動作の間にも引き続き次のパケットの送信を行い、ＡＣＫまたはＮＡＣＫが返った時点で、次のパケットを送信すべきか否かを決定する方式である。但し、以下のデータ（パケット）に関しては、再送を行なわない。
ＭＤＰ：ブロードキャストデータ（ディスティネーションＭＡＣアドレス：０ｘ１１１１１１１１）→ユーザデータおよび呼制御データのどちらの場合も再送しない
ＭＤＰ：アップリンクにおけるＡＣＫ・ＮＡＣＫ情報のみのデータ（コントロール：０ｘ０＊１＊）→有効データが含まれない場合。
データ送信側は、通常のＧＢＮ方式の再送制御を行う。送信側は、送信したデータを受信側からのＡＣＫが返ってくるまで、送信バッファに残しておく。アップリンクデータに対するＡＣＫは、ＦＣＭＳのＡＣＫシーケンスナンバーフィールドを使用し、ダウンリンクデータに対するＡＣＫは、ＭＤＳのＡＣＫシーケンスナンバーフィールドを使用する。ＡＣＫを受信すると、そのＡＣＫシーケンス番号より以前のデータをバッファから削除し、通常のデータ送信を継続する。ＮＡＣＫを受信すると、そのＮＡＣＫシーケンス番号より以前のデータをバッファから削除し、次のシーケンス番号のデータ（パケット）から順次再送を行う。再送処理開始のトリガーは、以下の通りである。
（１）ＮＡＣＫを受信した場合（データエラー）
ＮＡＣＫシーケンスナンバーより以前のデータを送信バッファから削除し、次のシーケンス番号のデータから順次再送する。
（２）重複するＡＣＫを受信した場合（データ送信リンクにおける通信品質の劣化）
同じシーケンスナンバーのＡＣＫを複数回継続して受信した場合は、バッファに残っているデータから順次再送する。なお、ＡＣＫの重複受信回数は、スタティックに（外部から）設定可能とする。
（３）ＡＣＫが返ってこない場合（ＡＣＫ送信における通信品質の劣化）
ＡＣＫがタイムアウトになった場合には、バッファに残っているデータから順次再送する。なお、タイムアウト値は、スタティックに（外部から）設定可能とする。
データ受信側は、通常のＧＢＮ方式の再送制御を行う。受信側は、データ（パケット）エラー検出以降に受信したデータを全て破棄する。そして、正常に受信できたデータのシーケンス番号をＡＣＫシーケンスナンバーフィールドに設定し、ダウンリンクの場合は、コントロールフィールドの第１ビットを有効（１ｂ）に設定し、その第２ビットをＮＡＣＫ（０ｂ）と設定し、アップリンクの場合は、コントロールフィールドの第３ビットを有効（１ｂ）に設定し、その第４ビットをＮＡＣＫ（０ｂ）と設定して、ＡＣＫを返す。ＡＣＫは、ダウンリンクでは、ＦＣＭＰ(Frame Control Message Packet)を利用して送信し、アップリンクでは、ＭＤＰを利用して送信する。なお、ＡＣＫ・ＮＡＣＫを返すタイミングは、以下の通りである。
（１）ダウンリンクの場合（アップリンクデータに対するＡＣＫ・ＮＡＣＫ）
ＦＣＭＳを送出する直前に、それまでに正常に受信したＭＤＰに対してＦＣＭＰを利用してＡＣＫを返す。コントロールフィールドの第１ビットを「１」（有効）とし、その第２ビットを「１」（ＡＣＫ）とし、現在のデータ番号をＡＣＫシーケンスナンバーに設定する。一方、データエラーを検出した場合は、コントロールフィールドの第１ビットを「１」（有効）とし、その第２ビットを「０」（ＮＡＣＫ）とし、正常に受信できたデータ番号をＡＣＫシーケンスナンバーに設定する。
（２）アップリンクの場合（ダウンリンクデータに対するＡＣＫ・ＮＡＣＫ）
ＦＣＭＳに含まれるアップリンクのＭＤＳのスロット位置情報を参照し、それまでに正常に受信したＭＤＰに対してＭＤＰを利用してＡＣＫを返す。コントロールフィールドの第３ビットを「１」（有効）とし、その第４ビットを「１」（ＡＣＫ）とし、現在のデータ番号をＡＣＫシーケンスナンバーに設定する。一方、データエラーを検出した場合は、コントロールフィールドの第３ビットを「１」（有効）とし、その第４ビットを「０」（ＮＡＣＫ）とし、正常に受信できたデータ番号をＡＣＫシーケンスナンバーに設定する。
次に、ここまで説明してきたこの発明のプロトコルに基づくＴＤＭＡフレームのデータを、ＯＦＤＭを用いて送受信する態様について説明する。最初に、図１５および図１６を参照して、ＯＦＤＭ伝送されるＴＤＭＡフレームについて説明する。図１５および図１６において、縦軸が周波数軸であり、横軸が時間軸である。所定のサブキャリア間隔で複数本例えば（６４×１２＝７６８）本のサブキャリアが設定され、所定のサブキャリアの所定の時間幅の信号がＯＦＤＭシンボルと称される。
図１５に示すＴＤＭＡフレームは、ダウンリンクに係るＴＤＭＡフレーム５０である。基地局から各移動局に向けて伝送されるＯＦＤＭサブキャリア５１は、この例では１２のサブチャネル５２から構成される。各サブチャネル５２は時間軸上で所定時間長でブロック化され、このようにブロック化されたサブチャネル５２のそれぞれは、スロットと呼ばれる。スロットには、前述したＦＣＭＳ５３とＭＤＳ５４を割り当てる。図１５に示す例では、１つのサブチャネル５２について見ると、１つのＴＤＭＡフレーム５０に対して１つのＦＣＭＳ５３と８つのＭＤＳ５４が含まれる。
ＯＦＤＭサブキャリア５１の全キャリア数は、例えば７６８本であり、各サブチャネル５２のＯＦＤＭサブキャリア数は６４本である。この６４本のサブキャリアを用いて１つのプロトコルのＦＣＭＰおよびＭＤＰの送信が行われる。ＦＣＭＳ５３は、図９を参照して説明したように、１６バイトのヘッダ部５５と、６６バイト（内２バイトはＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check ）用）のペイロード部５６からなる。ＭＤＳ５４は、図１１を参照して説明したように、１２バイトのヘッダ部５７と、１３０、２５８、または３８６バイト（いずれも、うち２バイトはＣＲＣ用）のペイロード部５８からなる。
ここで、ＦＣＭＳ５３は、図４に示すＦＣＭＳに対応し、ＦＣＭＳ５３の後に続く、同じサブチャネル５２内のＭＤＳ５４（すなわち、１つのＴＤＭＡフレーム５０に含まれるＭＤＳ５４）は、図４に示すＭＤＳに対応する。このように、図４に示した一連のＴＤＭＡフレームは、全てのＯＦＤＭサブキャリア、すなわち７６８本のキャリアを使用して伝送されるのではなく、１つのサブチャネル５２に割り当てられた６４本のキャリアを用いて伝送される。
図１６に示すＴＤＭＡフレームは、アップリンクに係るＴＤＭＡフレーム６０である。各移動局から基地局に向けてＯＦＤＭ伝送されるＯＦＤＭサブキャリア６１は、この例では１２のサブチャネル６２から構成される。各サブチャネル６２は時間軸上でブロック化され、このようにブロック化されたサブチャネル６２のそれぞれは、スロットと呼ばれる。スロットには、ＡＣＴＳ６３とＭＤＳ６４がある。図１６に示す例では、１つのサブチャネル６２について見ると、１つのＴＤＭＡフレーム６０に対して４つのＡＣＴＳ６３と７つのＭＤＳ６４が含まれる。この例では、４つのＡＣＴＳ６３が設けられているが、４つに限られるわけではなく、他の固定的な数が選択されうる。
サブキャリア６１のＯＦＤＭサブキャリア数は例えば、７６８本であり、各サブチャネル６２のキャリア数は６４本である。この６４本のキャリアを用いてＡＣＴＳ６３およびＭＤＳ６４の送信が行われる。ＡＣＴＳ６３は、図１２を参照して説明したように、６バイトのヘッダ部６５と、３４バイト（うち２バイトはＣＲＣ用）のペイロード部６６からなる。ＭＤＳ６４は、図１５に示したＭＤＳ５４と同様の構成である。
ここで、ＡＣＴＳ６３は、図４に示すＡＣＴＳに対応し、ＡＣＴＳ６３に隣接する同じサブチャネル６２内のＭＤＳ６４（すなわち、１つのＴＤＭＡフレーム６０に含まれるスロット）は、図４に示すＭＤＳに対応する。
上記のような構成に基づくＯＦＤＭ伝送によって、１２のプロトコルが独立して存在する無線通信システムが構築可能となる。言い換えると、１つの基地局と複数の移動局との間の無線通信が同時に複数（ここでは、１２個のサブチャンネル）設定されることになる。したがって、上述したＭＡＣ層プロトコルのスロット割り当てや再送制御が、これらのサブチャネル毎に並行して行われうる。
図１５および図１６に示す例では、サブチャネル５２、６２の数を１２とし、ダウンリンクＴＤＭＡフレーム５０内のＭＤＳ５４の数を８とし、アップリンクＴＤＭＡフレーム６０内のＭＤＳ６４の数を７としているが、これらの数は単なる例示に過ぎず、他の好適な数を採用することができる。
図１７には、ＴＤＭＡフレームの構成例が示されている。図１７Ａは、ＦＣＭＳ、ＭＤＳおよびＡＣＴＳに関して共通項目について示されている。上述の通り、ＯＦＤＭサブキャリア数の全ての本数が７６８に設定され、サブチャネル数が１２、サブチャネル内のＯＦＤＭサブキャリア数は６４本に設定されている。１ＯＦＤＭシンボル伝送時間が８μｓに設定され、ガードインターバル長が２μｓに設定されている。
図１７Ｂは、ＦＣＭＳ５３についての数値例が示されている。変調方式にはＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying ）が採用され、ＦＥＣ（Forward Error Correction）には畳み込み符号が採用されている。ＯＦＤＭ伝送時のプリアンブルＯＦＤＭシンボル数が３とされ、その後に続くＯＦＤＭデータシンボル数が２１とされている。プリアンブルＯＦＤＭシンボル数の内の２シンボルがチャンネルエスティメーション用とされている。合計２４ＯＦＤＭシンボルが存在するので、ＦＣＭＳの伝送時間が２４×１０μｓ＝２４０μｓとなる。ＯＦＤＭデータシンボルは、時間方向または周波数方向、もしくはその両方でインターリーブ（ランダム化）され、ＢＰＳＫ変調されたデータである。
図１８Ａには、ＭＤＳ５４、６４についての数値例が示されている。変調方式はＱＰＳＫ（Quaternary Phase Shift Keying ）、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation ）、６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation ）のいずれかである。変調方式によって割り当てビット数が変化するので、ペイロードのバイト数が変化する。ＦＥＣには畳み込み符号が採用されている。ＯＦＤＭ伝送時のプリアンブルＯＦＤＭシンボル数が５とされ、その後に続くＯＦＤＭデータシンボル数が１９とされている。合計２４ＯＦＤＭシンボルが存在するので、ＦＣＭＳの伝送時間が２４×１０μｓ＝２４０μｓとなる。プリアンブルＯＦＤＭシンボル数の内の２シンボルがチャンネルエスティメーション用とされている。ＯＦＤＭデータシンボルは、時間方向または周波数方向、もしくはその両方でインターリーブ（ランダム化）され、変調されたデータである。
図１８Ｂには、ＡＣＴＳについての数値例が示されており、変調方式にはＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying ）が採用され、ＦＥＣには畳み込み符号が採用されている。ＯＦＤＭ伝送時のプリアンブルＯＦＤＭシンボル数が２とされ、その後に続くＯＦＤＭデータシンボル数が１０とされている。プリアンブルＯＦＤＭシンボル数の内の２シンボルがチャンネルエスティメーション用とされている。合計１２ＯＦＤＭシンボルが存在するので、ＦＣＭＳの伝送時間が１２×１０μｓ＝１２０μｓとなる。ＯＦＤＭデータシンボルは、時間方向または周波数方向、もしくはその両方でインターリーブ（ランダム化）され、変調されたデータである。ＡＣＴＳの場合は、ＦＣＭＳおよびＭＤＳの半分の伝送時間である。図１６に示すように、ＡＣＴＳは、アップリンクでは、４スロット存在し、ＭＤＳが７個存在している。図１５に示すように、ダウンリンクでは、ＦＣＭＳが１個存在し、ＭＤＳが８個存在している。したがって、１ＴＤＭＡフレームの時間的な長さがアップリンクとダウンリンクとで等しい長さとなる。
この発明のＯＦＤＭ伝送において、移動局は、全てのサブチャネルにアクセスする機能を有する必要は必ずしもなく、移動局の機器の規模、消費電力、使用可能な料金等にあわせてアクセスするサブチャネル数を決定することができる。また、移動局が、全てのサブチャネルにアクセスできる場合においても、移動局の機器の消費電力や使用可能な料金等に基づき、使用するサブチャネル数をパラメータ等によって柔軟に設定することができる。また、各スロットの変調方式等もパラメータによって設定することができる。
しかしながら、各移動局の受信側は、スロットが空いているサブチャネルを全サブチャネルの中から効率的に見つけるために、全サブチャネルを受信するよう構成されていることが望ましい。そして、各移動局は基地局からダウンリンクを通じてＯＦＤＭ伝送により送信されたＯＦＤＭサブキャリアをすべて受信し、受信したすべてのサブキャリア内に割り当てられているＦＣＭＳを受信し、各サブキャリアに割り当てられるすべてのアップリンク、ダウンリンクのフレーム内の割り当て情報を受信し、その割り当て情報をもとに、必要とされるサブキャリアのアップリンクのフレームに割り当てられるＡＣＴＳに対し登録要求を行い、登録が認められたサブキャリアに割り当てられたアップリンクおよびダウンリンクのフレームを用いて通信を行うことができる。
また、隣接セルで同一周波数を用いた場合の干渉回避策としては、T.Nakanishi et. Al., Proc. WPMC'03,pp. V3-188-192, Oct. 2003. で提案されている遅延プロファイル推定および通知方法、適応変調（Adaptive Modulation ）およびマルチレベルの送信電力制御（MTPC(Multi-level Transmit Power Control)）を採用することが可能である。すなわち基地局および移動局がデータを送信する際に、アップリンク、およびダウンリンクのスロットごとに変調方式、および送信電力を選択可能である。また、各スロットで用いる符号の符号化率を可変とすることにより、マルチレート化にも対応可能である。
次に、この発明の通信システムおよび通信方法の利用イメージを、図１９を参照して説明する。図１９Ａは、１つの基地局７０と、移動局Ａ７１、移動局Ｂ７２、移動局Ｃ７３および移動局Ｄ７４の間で無線通信が行われている状況を概略的に示したものである。図から分かるように、移動局Ａ７１および移動局Ｃ７３は、車載の無線通信機器を使用するものであり、移動局Ｂ７２および移動局Ｄ７４は携帯電話のような可搬型の移動無線機器を使用している。
図１９Ｂは、図１９Ａに示すような状況における、基地局７０からのダウンリンクＴＤＭＡフレームのＭＤＳを示したものであり、これらのＭＤＳは図１５と同様の表記によって示されている。各ＭＤＳのＡないしＤの記号は、移動局Ａないし移動局Ｄに対応するものであり、例えば、Ａと記載されたＭＤＳは、移動局Ａに提供されるデータ等を含む。
ここで、移動局Ａ７１ないし移動局Ｄ７４は、基地局７０から送信される全ての（ここでは１２の）サブチャネルのスロットを受信可能であり、自身がどのサブチャネルを利用できるかを全てのサブチャネルを対象に判断することができる。また、移動局Ａ７１は、１２のサブチャネル全てについて同時にアクセスすることができる。すなわち、全てのサブチャネルを使用して、自局の登録を行ったり、ダウンロード要求やデータのアップロード等を行うことができる。これに対し、移動局Ｂ７２は、同時に２つのサブチャネルへのアクセスが可能で、移動局Ｃ７３は、同時に６つのサブチャネルへのアクセスが可能で、移動局Ｄ７４は、１つのサブチャネルへのアクセスが可能である。
このような各移動局の設定の結果、基地局７０から各移動局へのデータの提供は、例えば、図１９Ｂに示すように（ダウンリンクＭＤＳを介して）行われる。図１９Ｂの例では、時間Ｔ１において、全てのＭＤＳ（全てのサブチャネル（＃１〜＃１２））を利用して移動局Ａ７１へのダウンロード等が行われる。一方、移動局Ｃ７３は、同時にアクセスできるサブチャネルの数が６であるため、これを越えて基地局７０からデータが送信されてくることはない（これは、移動局Ｃ７３が、そのようなダウンロード要求等を発行しないためである）。例えば、図１９Ｂでは、時間Ｔ２、Ｔ３のときに、移動局Ｃ７３は６つのサブチャネル（＃７〜＃１２）にアクセスしている。
同様に、移動局Ｄ７４は、同時にアクセスできるサブチャネルの数が１であるため、これを越えて基地局７０からデータが送信されてくることはない。例えば、図１９Ｂでは、時間Ｔ２ないしＴ４およびＴ６のときに、移動局Ｄ７４は１つのサブチャネル（＃６）にアクセスしている。
次に、図２０を参照して、この発明の一実施形態に係る基地局の物理層に関連した送信機能について説明する。図２０は、基地局の送信部８０の構成を表すブロック図である。送信部８０は、ＴＤＭＡフレームの送信を行うために、誤り訂正符号化器８１、インターリーバ８２、プリアンブルデータ挿入器８３、マッパ８４、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transformation ：逆高速フーリエ変換）８５、ＧＩ（ガードインターバル）挿入器８６、Ｄ／Ａ（ディジタル−アナログ）変換器８７、直交モジュレータ８８およびアップコンバータ８９を備えている。送信部８０は、図１に示す送信部７に対応するものである。
誤り訂正符号化器８１は、ＭＡＣ層から各サブチャネルのＴＤＭＡフレームを受け取り、移動局で受信する際の誤り検出のために冗長データ（ＣＲＣ符号）が付加され、さらに誤り訂正符号化が施される。この場合の誤り訂正方式は、例えば、内符号としてビタビ復号を使用し、外符号としてブロック符号であるリードソロモン符号を使用する。
誤り訂正符号化器８１からの出力は次に、インターリーバ８２に入力され、そこでインターリーブ処理が施される。インターリーブ処理は、移動局で受信する際に逆操作を行うことによってバースト誤りをランダム誤りに変換できるように、符号化されたビット列を所定の規則にしたがって並べ替えることである。
データは、次にプリアンブルデータ挿入器８３に入力され、そこで、電波伝搬路特性推定用パイロット信号および変調方式を示すプリアンブル信号等が挿入される。その後、マッパ８４において、ＢＰＳＫやＱＰＳＫ等の変調処理が行われ、同相成分（Ｉｃｈ）と直交成分（Ｑｃｈ）が出力される。変調方式は、上述したようにパラメータ等で指示することができ、それが変調情報としてマッパ８４に提供される。また、この例では、マッパ８４は、サブチャネル毎に設けられ、出力をＩＦＦＴ８５に提供する。
次に、ＩＦＦＴ８５によって、逆高速フーリエ変換処理が施され、ＯＦＤＭ変調が行われる。ＯＦＤＭ変調された信号は、ＧＩ挿入器８６において、設定されたガードタイムに基づいて、ＯＦＤＭ変調シンボルの立ち上がりと立ち下がりが滑らかになるようなウインドウイング処理が施される。ＧＩ挿入器８６の出力は、同相成分（Ｉｃｈ）、直交成分（Ｑｃｈ）それぞれに、Ｄ／Ａ変換器８７に入力され、そこで、ディジタル波形からアナログ波形に変換される。
その後、直交モジュレータ８８およびアップコンバータ８９によって、フィルタリング、同相成分（Ｉｃｈ）と直交成分（Ｑｃｈ）によるベクトル変調、周波数変換、送信電力制御、増幅等が行われ、最終的には、アンテナ９０から電磁波として送信される。
次に、図２１を参照して、この発明の一実施形態に係る基地局の物理層に関連した受信機能について説明する。図２１は、基地局の受信部１００の構成を表すブロック図である。受信部１００は、受信アンテナ１０１、ダウンコンバータ１０２、直交デモジュレータ１０３、同期化部１１４、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器１０４、ＧＩ（ガードインターバル）除去器１０５、ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation ：高速フーリエ変換）１０６、プリアンブルセパレータ１０７、補償器１０８、デマッパ１０９、デインターリーバ１１０、誤り訂正復号器１１１、チャネル評価器１１２および変調レベル検出器１１３を備える。受信部１００は、図１に示す受信部９に対応するものである。
ＯＦＤＭ変調信号の受信は、基本的に、図２０に示した送信部８０の送信手順と逆の手順で行われる。最初に、アンテナ１０１で受信した信号を、ダウンコンバータ１０２でベースバンド帯にダウンコンバートし、直交デモジュレータ１０３で復調する。Ａ／Ｄ変換器１０４でディジタル化した後、ＧＩ除去器１０５によってガードインターバルが除去される。この場合、、同期化部１１４にて複数の移動局からの同期点の選択がなされ、選択されたタイミングでＧＩ除去器１０５およびＦＦＴ１０６のタイミングが制御される。
一実施形態においては、移動局毎に異なる伝送時間をかけて到達した信号を基地局で一括して受信・復調することになる。この場合に、ＦＦＴをかける際のタイミングが重要となる。一実施形態の同期化部１１４では、各サブチャネルのスロット先頭に付加される既知シンボルが他のサブチャンネルのスロットのシンボルと直交性をもつことを利用してタイミング同期を行う。既知シンボルは、各スロット毎に付加される。各プリアンブルＯＦＤＭシンボルが例えば３ＯＦＤＭシンボルであるなら３つの既知信号があるので、１２サブチャンネル毎に３回の相関値を得ることができる。これらをすべて加算して平均化したものを用意する。
受信信号ｒ(k) と第ｉサブチャネルの既知シンボルｃi(k)( シンボル長Ｎl)の相互相関値Ｐi(k)は、下記の式(1) で計算される。
Figure 0003806763
この式では、相互相関値をシンボル長Ｎl で加算している。Ｐi(k)は、第i サブチャネルのスロットが通過した伝搬路のマルチパスと等価のタイミングでピーク値を有し、このピーク値に基づくタイミングから同期点を選択する。
一例として、同期化部１１４は、図２２に示す構成とされている。Ａ／Ｄ変換器１０４からの受信信号（同相成分（Ｉｃｈ）と直交成分（Ｑｃｈ））が入力されるサブチャンネル数Ｎ1に等しい個数の相関検出器２０１1，２０１2，・・・，２０１N1を有する。各相
関検出器は、相関値計算部２１１、絶対値計算部２１２および平均化部２１３からなる。サブチャンネル分の相関検出器の出力に相互相関値Ｐi(k)がそれぞれ得られ、相互相関値Ｐi(k)がタイミングサーチ部２１４に供給される。タイミングサーチ部２１４の出力に得られるタイミング制御信号がＧＩ除去器１０５およびＦＦＴ１０６に供給される。
相関検出器２０１1，２０１2，・・・，２０１N1では、既知シンボルをＩＦＦＴ（すなわち、ＯＦＤＭ変調）した信号（同相成分（Ｉｃｈ）と直交成分（Ｑｃｈ））を入力する。各相関検出器は、複素相関を検出する。上式のｃ* は、複素相関をとることを示している。その後、その複素相関値の絶対値をとり、その後、式（１）を使ってシンボル長Ｎl
で加算し、その後このN1で平均化する。この場合、第１のサブチャンネルのみに、既知シンボルをＯＦＤＭ変調した信号が存在し、他のサブチャンネルについては、データが存在しない信号を生成し、生成した信号を第１の相関検出器２０１1に供給する。
第２の相関検出器２０１2には、第２のサブチャンネルのみに、既知シンボルをＯＦＤ
Ｍ変調した信号が存在し、他のサブチャンネルについては、データが存在しない信号を供給する。以下、第３の相関検出器から第Ｎ1（第１２）の相関検出器に対してそれぞれ対
応するサブチャンネルにのみ既知シンボルのＯＦＤＭ変調信号が存在する信号を供給する。既知シンボルは、サブチャンネル間で同一のデータとされている。但し、サブチャンネル間で異なるデータとしても良い。
１２個の相関検出器の出力には、上式が表される相関値Ｐi(k)（ｉ＝１〜１２）もしくはそのN1で平均化したものが発生する。同期化部１１４では、相関値Ｐi(k) もしくはそのN1で平均化したものを求め、相関値Ｐi(k)からＦＦＴ１０６のスタートタイミングを規定する同期点が検出される。相関検出動作は、基本的には、既知シンボルが挿入されている単位で常になされるが、複数の既知シンボルが挿入される単位毎に相関検出を行うようにしても良い。
このように、１２個のサブチャンネル毎に検出された相関値Ｐi(k)の中で、どのサブチャンネルを同期点として選択するかについては、下記のような選択方法（ａ）および（ｂ）の何れかが採用される。タイミングサーチ部２１４が選択処理を行う。
(a) 全サブチャネルを通じて、最も早いタイミングのパス( 先行パス) に同期を合わせる。
(b) サブチャネル毎にＰi(k)もしくはこれをN1で平均化したものの最大値を検出し、その中で最も早いタイミングのパスに同期を合わせる。
このように、タイミング同期を取った後、そのタイミングに従ってＧＩ除去器１０５でＧＩの除去がなされ、さらに、ＦＦＴ１０６で高速フーリエ変換が施され、サブチャンネル毎の信号が得られる。その後、プリアンブルセパレータ１０７によって、ＦＦＴ１０６から出力された信号から、スロット先頭に挿入されている伝搬路推定用既知シンボルを用いて後続データに対してチャネル補償がなされる。既知シンボルは、チャネル評価器１１２に供給される。チャネル評価器１１２では、上記既知シンボル等を用いて伝搬路特性を推定し、その推定結果は、補償器１０８、変調レベル検出器１１３およびデマッパ１０９による処理に関連して使用され、これらによって伝送信号の補正が行われる。
デマッパ１０９から出力された信号は、サブチャネル毎に、デインターリーバ１１０、誤り訂正復号器１１１によって、デインターリーブおよびビタビ復号がなされ、サブチャネルごとのデータ（ＴＤＭＡフレーム）に変換されＭＡＣ層に渡される。
一実施形態によるタイミング同期の方法（ａ）および方法（ｂ）について、計算機シミュレーションを行った結果について説明する。
すなわち、その中心にアンテナ高４０ｍの基地局を有する半径５００ｍのセル内に、１２機の移動局がランダムに点在する環境を想定した計算機シミュレーションを行った。また、移動局の送信電力制御を行うことで距離減衰は理想的に補償されることとし、他セルからの干渉波は考慮していない。
図２３の表は、シミュレーションパラメータを示す。このパラメータは、上述した一実施形態のパラメータと基本的には同一である。ＩＦＦＴ／ＦＦＴサイズが１０２４とされているが、その内の７６８を使用している。
図２４に、各移動局の位置による伝送遅延がある場合に上記(a) 法および(b) 法を用いてＭＤＳデータを伝送した場合の雑音電力比（Ｅb ／Ｎ0 ）対スロット誤り率特性（ＳＥＲ）を示す。ここでスロットエラーレート（SER ）とは、ＭＤＳのデータを各ユーザーが各サブチャネルを用いて伝送し、その伝送した各ＭＤＳのなかでビットが1 つでも誤った場合はスロットエラーと呼んでいる。例えば、SER=1e-3とは、１０００個のＭＤＳを各ユーザーがバラバラに送ってもそのＭＤＳ内のデータが1 つでも誤る確率は１個しかないことを意味する。
（ａ）法は、図２４中の丸いマークを連結した特性であり、（ｂ）法は、図２４中の三角形のマークを連結した特性である。また、図２４には、理想特性として、伝送遅延がない場合の(a) 法による特性（四角形を連結した特性）もともに示す。横軸のＥb ／Ｎ0 が大きな値となるほど、雑音の影響が少なくなることを表している。
伝送遅延がある場合、(a) 法ではＳＥＲ＝5e-3程度からエラーフロアが生じ始めている。ここでエラーフロアとはいくら電力を挙げてもエラーが改善されない状況をいう。これに対して、(b) 法ではエラーフロアの発生がＳＥＲ＝1e-3程度まで軽減されていることが分かる。また(b) 法の特性を理想特性と比較すると、高品質なデータ通信を行うのに必要と考えられるＳＥＲ＝1e-3において（Ｅb ／Ｎ0 ）の劣化が約３dBに抑えられてい
る。以上のシミュレーション結果から、相互相関値の最大値を示すパスを選択したタイミング同期法、すなわち、（ｂ）法が有効な方法である。
図２５は、この発明の一実施形態に係る基地局の送受信機能をＭＡＣ層について表したブロック図である。送受信部１２０は、セグメント分離部１２１、再送制御部１２２、送信バッファ１２３、スロット割り当て部１２４、制御データ構築部１２５、移動局登録部１２６、スロット抽出部１２７、受信データ確認部１２８、受信バッファ１２９およびＩＰデータ構築部１３０を含む。送受信部１２０は、図１に示すＭＤＰ生成部３、ＦＣＭＰ生成部４および受信パケット判定部１０の各機能に対応するものである。
セグメント分離部１２１は、送信すべきＩＰデータをスロットの長さに準じた所定の長さにセグメント化し、それらを送信バッファ１２３に格納する。送信バッファ１２３は、登録済みの移動局毎に管理されており、セグメント分離部１２１は、セグメント化されたＩＰデータを、送信先の移動局に応じて、対応する送信バッファ１２３の領域に格納する。その後、スロット割り当て部１２４が、送信バッファ１２３に格納されたＩＰデータを、ＭＤＳのデータとして生成し、さらに、制御データ構築部１２５から生成されたＦＣＭＳフレームとともにＴＤＭＡフレームを構築する。スロットの割り当てについては、上述のスロット割り当て方式のうち何れかが採用されうる。
スロット割り当て部１２４は、ＴＤＭＡフレームを構築すると、ＴＤＭＡフレームを物理層に送信するとともに、各スロットの変調方式が物理層に渡される。変調方式は、例えば、ＦＣＭＳではＢＰＳＫであり、ＭＤＳではＱＰＳＫである。ＴＤＭＡフレームはその後、各移動局に送信される。
スロット抽出部１２７は、各移動局からＴＤＭＡフレームを受信すると、ＡＣＴＳを移動局登録部１２６に送信し、ＭＤＳを受信データ確認部１２８に送信する。受信データ確認部１２８は、ＭＤＳの内容を判断し、ＡＣＫであれば制御データ構築部１２５にその旨を伝達し、ＮＡＣＫであれば再送制御部１２２にダウンリンクデータの再送を指示する。ＭＤＳの内容が移動局からのアップリンクデータである場合、そのデータは受信バッファ１２９の対応する移動局の領域に格納され、ＩＰデータ構築部１３０でＩＰデータとして組み立てられた後、上位層に渡される。
次に、図２６を参照して、この発明の一実施形態に係る移動局の物理層に関連した送信機能について説明する。図２６は、移動局の送信部１４０の構成を表すブロック図である。送信部１４０は、ＴＤＭＡフレームの送信を行うために、誤り訂正符号化器１４１、インターリーバ１４２、プリアンブルデータ挿入器１４３、マッパ１４４、ＩＦＦＴ１４５、ＧＩ挿入器１４６、Ｄ／Ａ変換器１４７、直交モジュレータ１４８およびアップコンバータ１４９を備える。送信部１４０は、図２に示す送信部２８に対応するものである。
移動局は、ダウンリンクの各サブチャネルのスロット割り当て方法に基づいて各移動局が所定の時間内にＴＤＭＡ伝送を行う。各移動局においては、ＭＡＣ層から各サブチャネルのＴＤＭＡフレームを受け取ると、それをそのままサブチャネルに割り振り、この情報にパイロット信号、変調情報からなるプリアンブル信号を付加した後、ＭＡＣ層からの指令により、サブキャリアごとに変調が行われ、その後、ＩＦＦＴ処理を行うことによってＯＦＤＭの変調信号が作られる。
このとき、各移動局が用いるサブチャネル数およびＩＦＦＴの数は、移動局の機器の規模、消費電力、使用可能な料金等に合わせて選択することが可能である。よって、送信側（基地局）と同じサイズのＩＦＦＴの数を選択することもできる。
送信部１４０の構成については、図２０に示す基地局の送信部８０とほぼ同様のものとなる。ＩＦＦＴ１４５には、チャネル選択情報が提供される。
図２７は、この発明の一実施形態に係る移動局の受信部１６０の構成を表すブロック図である。受信部１６０は、基地局からＴＤＭＡフレームを受信するため、ダウンコンバータ１６２、直交デモジュレータ１６３、Ａ／Ｄ変換器１６４、ＧＩ除去器１６５、ＦＦＴ１６６、プリアンブルセパレータ１６７、補償器１６８、デマッパ１６９、デインターリーバ１７０、誤り訂正復号器１７１、チャネル評価器１７２および変調レベル検出器１７３を備える。この受信部１６０は、図２に示す受信部３０に対応するものである。
受信部１６０の構成は、図２１に示す基地局の受信部１００とほぼ同様のものとなる。
図２８は、この発明の一実施形態に係る移動局の送受信機能をＭＡＣ層について表したブロック図である。送受信部１８０は、スロット抽出部１８１、受信データ１８２、ＩＰデータ構築部１８３、チャネル選択部１８４、割り当て情報取得部１８５、再送制御部１８６、ＡＣＫ送信部１８７、スロット割り当て部１８８、送信バッファ１８９、セグメント分離部１９０および移動局登録信号生成部１９１を含む。また、送受信部１８０は、図２に示すＡＣＴＰ生成部２３、ＭＤＰ生成部２４および受信パケット判定部３１の各機能に対応するものである。
基地局から送信されたＴＤＭＡフレームのうち、ＦＣＭＳがスロット抽出部１８１で抽出され、各サブチャネルのダウンリンクおよびアップリンクが混雑しているかどうか判断する。ダウンリンクまたはアップリンクを使用する場合、チャネル選択部１８４は、物理層に対して、所定のサブチャネルを使用する旨を伝える。さらに、移動局登録信号生成部１９１によって生成された移動局登録信号（登録要求）が、スロット割り当て部１８８によって物理層に送信され、基地局に伝えられる。ここで、移動局登録信号には、例えば、移動局のＭＡＣアドレスが含まれる。
基地局から送信されたＴＤＭＡフレームのうち、ＭＤＳは、スロット抽出部１８１によって受信データ確認部１８２に送られ、そこで受信データが正常かどうかが判断される。正常であれば、ＡＣＫ送信部１８７によってＡＣＫが送信されるよう制御されるとともに、ＩＰデータ構築部１８３で受信データがＩＰデータとして生成され、上位層に渡される。受信データが正常でなければ、再送制御部１８６によって、当該受信データを再送するよう制御される。
上位層からＩＰデータを受信した場合、セグメント分離部１９０において、ＩＰデータがセグメント化され、当該セグメント化されたＩＰデータが、送信バッファ１８９およびスロット割り当て部１８８を介してＭＤＳとして物理層に送信される。
移動局からのサブチャネル使用要求を受けた基地局は、ＡＣＴＳの情報を受けることができた場合、ダウンリンクのＭＤＳを用いてすべての移動局に使用を許可した移動局名と、そのテンポラリアドレスを通知する。当該移動局は、そのアドレスを用いて基地局との間で通信を開始する。
この通信システム（通信方法）は、まずアップリンク送信バッファの有無にかかわらず、登録設定が行われている移動局に対して、例えば、ラウンドロビン的に１個のＭＤＳを割り当てるようにする。ここで、アップリンク送信バッファ状態がゼロで、かつスロットを割り当てたにもかかわらず有効データが送信されない移動局に対しては、ある設定されたフレーム時間の後はスロットを割り当てない。移動局は、この割り振られたアップリンクのＭＤＳを用いて情報の要求、自身からの情報の発信等を行う。
この発明は、上述したように、特許文献２で記載された高速移動通信における改良型ＭＡＣ層プロトコルをＯＦＤＭベースで実現するようにしたものであるが、上記プロトコルを単に、ＯＦＤＭ伝送できるように変更したものではないことに注意すべきである。この発明では、例えば、１２の独立したサブチャネルを設け、それぞれのサブチャネルで１つのプロトコルに基づく通信を実現するようにしている。
また、これまでの説明の中で、基地局との通信対象を「移動局」と称してきたが、これは、単に基地局と無線通信を行う機器を指しているに過ぎず、固定的に配置された、または一時的に固定された機器を除外することを意図したものではない。
基地局の構成例を示すブロック図である。 移動局の構成例を示すブロック図である。 路車間通信システムの概要を表す略線図である。 ダウンリンクおよびアップロードのそれぞれのデータ構成および１スロットのデータの構成を示す略線図である。 送信バッファに格納されているデータの一例を示す略線図である。 スロット割当方式の一例を示す略線図である。 スロット割当方式の他の例を示す略線図である。 スロット割当方式のさらに他の例を示す略線図である。 パケットＦＣＭＰのフォーマットを示す略線図である。 パケットＦＣＭＰのフォーマットのペイロードをより詳細に示す略線図である。 パケットＭＤＰのフォーマットを示す略線図である。 パケットＡＣＴＰのフォーマットを示す略線図である。 スロット割当管理テーブルおよびダウンリンクのスロット割当の一例を示す略線図である。 アップリンクのスロット割り当ての一例を示す略線図である。 この発明におけるダウンリンクのＴＤＭＡフレームをサブチャネル毎にあらわした略線図である。 この発明におけるアップリンクのＴＤＭＡフレームをサブチャネル毎にあらわした略線図である。 ＴＤＭＡフレームの構成例のうち、共通項目とＦＣＭＳに関するものを示す略線図である。 ＴＤＭＡフレームの構成例のうち、ＭＤＳとＡＣＴＳに関するものを示す略線図である。 この発明による無線通信のイメージおよびダウンリンクのＭＤＳを表した略線図である。 この発明の一実施形態に係る基地局の送信部の構成を示したブロック図である。 この発明の一実施形態に係る基地局の受信部の構成を示したブロック図である。 この発明の一実施形態に係る基地局の受信部における同期化部の構成の一例を示したブロック図である。 計算機シミュレーションに使用したパラメータを示す略線図である。 計算機シミュレーション結果を示す略線図である。 この発明の一実施形態に係る基地局の送受信機能をＭＡＣ層に関連して示したブロック図である。 この発明の一実施形態に係る移動局の送信部の構成を示したブロック図である。 この発明の一実施形態に係る移動局の受信部の構成を示したブロック図である。 この発明の一実施形態に係る移動局の送受信機能をＭＡＣ層に関連して示したブロック図である。
符号の説明
１・・・基地局
２，２２・・・ネットワーク制御部
３，２４・・・ＭＤＰ生成部
４・・・ＦＣＭＰ生成部
５，２６・・・セレクタ
６，２７・・・無線装置
７，２８・・・送信部
８，２９・・・アンテナ
９，３０・・・受信部
１０，３１・・・受信パケット判定部
２１・・・移動局
２３・・・ＡＣＴＰ生成部
８０・・・基地局の送信部
８１・・・誤り訂正符号化器
８２・・・インターリーバ
８３・・・プリアンブルデータ挿入器
８５・・・ＩＦＦＴ
１００・・・基地局の受信部
１０５・・・ＧＩ（ガードインターバル）除去器
１０６・・・ＦＦＴ
１０７・・・プリアンブルセパレータ
１１１・・・誤り訂正復号器
１１４・・・同期化部
１４０・・・移動局の送信部
１４１・・・誤り訂正符号化器
１４２・・・インターリーバ
１４３・・・プリアンブルデータ挿入器
１６０・・・移動局の送信部
１６５・・・ＧＩ除去器
１６６・・・ＦＦＴ
１６７・・・プリアンブルセパレータ
１７１・・・誤り訂正復号器
１７４・・・干渉量推定部

Claims (6)

  1. 基地局と移動局との間で、アップリンクとダウンリンクとが同時に利用可能とされ、前記アップリンクおよび前記ダウンリンクを通じ、その内部が複数の時間的に分割された複数のスロットからなるフレームを、所定の分割方法により周波数軸上で分割したＯＦＤＭ伝送方式で用いられるＯＦＤＭサブキャリアに、前記アップリンクまたは前記ダウンリンクの前記フレームを割り当て、これをサブチャンネルとして、この前記サブチャンネルを通じた無線通信を行うことによって、１つの前記基地局と複数の前記移動局との間で複数の前記アップリンクおよび前記ダウンリンクの前記フレームによる無線通信を実現する通信システムの基地局において、
    複数の時間非同期で前記基地局に到来する複数の前記移動局からの各前記スロットの送信ＯＦＤＭ信号に対して、一括で受信したＯＦＤＭ信号を前記サブチャンネルの数に等しい複数の相関検出器に供給し、前記相関検出器において、前記受信ＯＦＤＭ信号と前記移動局から送信時に前記サブチャンネル毎そして前記スロットごとに付加されている既知シンボルとの相関検出を行い、前記複数の相関検出器の絶対値信号のピーク値の中で、最も早くピーク値が得られるタイミングを検出し、検出された前記タイミングに全サブチャネルを受信できるＦＦＴのスタートタイミングを同期させ、
    複数の時間非同期で前記基地局に到来する前記移動局からの各前記スロットの前記送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより一括で受信することを特徴とする基地局。
  2. 請求項１に記載の基地局において、
    前記複数の相関検出器毎に最大値を検出し、その最大値の中で、最も早く最大値が得られるタイミングを検出し、全サブチャネルを受信できるＦＦＴのスタートタイミングを同期させ、複数の時間非同期で前記基地局に到来する前記移動局からの各前記スロットの前記送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより一括で受信することを特徴とする基地局。
  3. 基地局と移動局との間で、アップリンクとダウンリンクとが同時に利用可能とされ、前記アップリンクおよび前記ダウンリンクを通じ、その内部が複数の時間的に分割された複数のスロットからなるフレームを、所定の分割方法により周波数軸上で分割したＯＦＤＭ伝送方式で用いられるＯＦＤＭサブキャリアに、前記アップリンクまたは前記ダウンリンクの前記フレームを割り当て、これをサブチャンネルとして、この前記サブチャンネルを通じた無線通信を行うことによって、１つの前記基地局と複数の前記移動局との間で複数の前記アップリンクおよび前記ダウンリンクの前記フレームによる無線通信を実現する通信システムの基地局において、
    複数の時間非同期で前記基地局に到来する複数前記移動局からの各前記スロットの送信ＯＦＤＭ信号に対して、一括で受信したＯＦＤＭ信号を前記サブチャンネルの数に等しい複数の相関検出器に供給し、前記相関検出器において、前記受信ＯＦＤＭ信号と前記移動局から送信時に前記サブチャンネル毎そして前記スロットごとに付加されている既知シンボルとの相関検出を行い、複数の前記既知シンボルがある場合には、複数のＯＦＤＭシンボル伝送期間で平均をとり、その平均ピーク値の中で、最も早くピーク値が得られるタイミングを検出し、検出された前記タイミングに全サブチャネルを受信できるＦＦＴのスタートタイミングを同期させ、
    複数の時間非同期で前記基地局に到来する前記移動局からの各前記スロットの前記送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより一括で受信することを特徴とする基地局。
  4. 請求項１に記載の基地局において、
    前記複数の相関検出器毎に前記平均ピーク値の最大値を検出し、その最大値の中で、最も早く最大値が得られるタイミングを検出し、全サブチャネルを受信できるＦＦＴのスタートタイミングを同期させ、複数の時間非同期で前記基地局に到来する前記移動局からの各前記スロットの前記送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより一括で受信することを特徴とする基地局。
  5. 基地局と移動局との間で、アップリンクとダウンリンクとが同時に利用可能とされ、前記アップリンクおよび前記ダウンリンクを通じ、その内部が複数の時間的に分割された複数のスロットからなるフレームを、所定の分割方法により周波数軸上で分割したＯＦＤＭ伝送方式で用いられるＯＦＤＭサブキャリアに、前記アップリンクまたは前記ダウンリンクの前記フレームを割り当て、これをサブチャンネルとして、この前記サブチャンネルを通じた無線通信を行うことによって、１つの前記基地局と複数の前記移動局との間で複数の前記アップリンクおよび前記ダウンリンクの前記フレームによる無線通信を実現する通信方法において、
    複数の時間非同期で前記基地局に到来する複数の前記移動局からの各前記スロットの送信ＯＦＤＭ信号に対して、一括で受信したＯＦＤＭ信号を前記サブチャンネルの数に等しい複数の相関検出器に供給し、前記相関検出器において、前記受信ＯＦＤＭ信号と前記移動局から送信時に前記サブチャンネル毎そして前記スロットごとに付加されている既知シンボルとの相関検出を行い、前記複数の相関検出器の絶対値信号のピーク値の中で、最も早くピーク値が得られるタイミングを検出し、検出された前記タイミングに全サブチャネルを受信できるＦＦＴのスタートタイミングを同期させ、
    複数の時間非同期で前記基地局に到来する前記移動局からの各前記スロットの前記送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより基地局で一括で受信することを特徴とする通信方法。
  6. 基地局と移動局との間で、アップリンクとダウンリンクとが同時に利用可能とされ、前記アップリンクおよび前記ダウンリンクを通じ、その内部が複数の時間的に分割された複数のスロットからなるフレームを、所定の分割方法により周波数軸上で分割したＯＦＤＭ伝送方式で用いられるＯＦＤＭサブキャリアに、前記アップリンクまたは前記ダウンリンクの前記フレームを割り当て、これをサブチャンネルとして、この前記サブチャンネルを通じた無線通信を行うことによって、１つの前記基地局と複数の前記移動局との間で複数の前記アップリンクおよび前記ダウンリンクの前記フレームによる無線通信を実現する通信方法において、
    複数の時間非同期で前記基地局に到来する複数前記移動局からの各前記スロットの送信ＯＦＤＭ信号に対して、一括で受信したＯＦＤＭ信号を前記サブチャンネルの数に等しい複数の相関検出器に供給し、前記相関検出器において、前記受信ＯＦＤＭ信号と前記移動局から送信時に前記サブチャンネル毎そして前記スロットごとに付加されている既知シンボルとの相関検出を行い、複数の前記既知シンボルがある場合には、複数のＯＦＤＭシンボル伝送期間で平均をとり、その平均ピーク値の中で、最も早くピーク値が得られるタイミングを検出し、検出された前記タイミングに全サブチャネルを受信できるＦＦＴのスタートタイミングを同期させ、
    複数の時間非同期で前記基地局に到来する前記移動局からの各前記スロットの前記送信ＯＦＤＭ信号を一つの全サブチャネルを受信できるＦＦＴにより基地局で一括で受信することを特徴とする通信方法。
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