JP4241272B2 - 送信タイミング制御システム及びノード装置 - Google Patents

Description

本発明は、送信タイミング制御システム及びノード装置に関し、例えば、符号分割多重方式を採用する光通信システムやＬＡＮシステムにおいて、帯域保証を制御して、Ｐ２Ｐ（ピア・ツゥー・ピア）のデータ通信を実現する装置及びシステムに適用し得る。

近年、インターネットの普及により、大容量の接続回線を利用して高速なアクセス通信が可能となっている。

この高速アクセス通信は、例えば、電気信号による場合は、メタル回線を利用したＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ＤＳＬ）がある（非特許文献１参照）。

また例えば、光信号による場合は、低コストでユーザのニーズに合わせた品質サービスを提供できるＡＴＭ−ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等がある（非特許文献２）。

また、ＬＡＮにおいては、１０／１００Ｂａｓｅ−ｔ、さらにギガｂｉｔのインタフェースを持ち、スイッチングハブにより、バス接続からスター接続に変更されつつある（非特許文献３）。
「ｘＤＳＬ／ＦＴＴＨ教科書」，株式会社アスキー，ｐ．４２−ｐ．４５ 横田 潔他，「光アクセスシステム」，沖電気研究開発，第１８２号， Ｖｏｌ．６７， Ｎｏ１，２０００年４月，ｐ．１９−ｐ．２２ 瀬戸康一郎他監修，「ポイント図解式 ギガビツトＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）教科書」，第１版第２刷発行，株式会社アスキー，２０００年５月１日，ｐ．５３−ｐ．１０７

しかしながら、Ｐ２Ｐの接続を行うには、上位のＬ２／Ｌ３スイッチによりパケット制御を行うことにより実現できるが、上述したＰＯＮ技術を採用したシステムやＬＡＮネットワークでは、１つの回線をシェアしているため、大容量回線のＰ２Ｐを実現できないという問題がある。

このように大容量回線を利用してＰ２Ｐを実現するためには、データ通信を行なう装置間で使用するチャネルを確保する帯域保証を行なう必要があるが、この帯域保証を行うためには、帯域保証制御装置を新たに追加したり、又は、伝送容量を大きくするなどのシステム投資が必要となり設備コストが高くなってしまう。

また、光信号を利用するネットワーク場合には、光波長多重技術を採用することで、１つの共有する回線であってもＰ２Ｐを実現することができるが、光波長多重技術に係る光部品が高価であるため容易に設備を構築することが困難である。

一方、符号多重技術を採用すると、光波長多重技術と同じように、１つの共有する回線であってもＰ２Ｐを低コストで実現することができるが、Ｐ２Ｐを行う装置間で同期の問題で帯域効率が悪く、十分なチャネル数を確保できないという問題がある。チャネル数を十分に確保するためにはシステムコストが高くなってしまう。

そのため、本発明は、大容量回線を使用したシステムにおいて、符号分割多重方式を利用して、各チャネルのタイムスロットのタイミングにあうように、ノード装置の送信タイミングを制御して容易に同期化を図り、Ｐ２Ｐを実現させることが可能な送信タイミング制御システム及びノード装置を提供する。

かかる課題を解決するために、第１の本発明の送信タイミング制御システムは、符号分割多重方式を採用する共有回線のネットワークを通じてピア・ツゥー・ピアでデータ通信する複数のノード装置の送信タイミングを、それぞれに割り当てた位相位置になるように制御する送信タイミング制御システムであって、チャネル毎に割り当てられたデータ信号用の第１の拡散符号と第２の拡散符号とを掛け合わせて上記第１の拡散符号よりも符号長が長い制御信号用拡散符号で、制御データを拡散した拡散制御データを、各チャネルに対応するタイムスロットに時分割で挿入した制御信号を送出する送信タイミング管理装置を備え、各ノード装置が、自身が持つデータ信号用の拡散符号と第２の拡散符号とを掛け合わせた拡散符号を用いて、送信タイミング管理装置から受信した制御信号から検出した同期位置のタイミングを、送信タイミングとして送信制御する送信タイミング制御手段を有することを特徴とする。

第２の本発明のノード装置は、符号分割多重方式を採用する共有回線のネットワークを通じてピア・ツゥー・ピアでデータ通信する複数のノード装置の送信タイミングを、それぞれに割り当てたチャネルに対応する位相位置になるように制御する送信タイミング制御システムの構成要素であるノード装置であって、（１）チャネル毎に割り当てられたデータ信号用の第１の拡散符号と第２の拡散符号とを掛け合わせて第１の拡散符号よりも符号長が長い制御信号用拡散符号で、制御データを拡散した拡散制御データを、各チャネルに対応するタイムスロットに時分割で挿入した制御信号を送出する送信タイミング管理装置から受信した制御信号を、自身が持つデータ信号用の第１の拡散符号と第２の拡散符号とを掛け合わせた拡散符号で逆拡散を行う逆拡散処理手段と、（２）逆拡散処理手段による相関関係から、自身に割り当てられたチャネルに対応するタイムスロット周期を抽出する同期信号抽出手段と、（３）同期信号抽出手段により抽出されたタイムスロット周期を自身に割り当てられたチャネルの送信タイミングとして設定する送信タイミング設定手段と、（４）自身が持つ第１の拡散符号で拡散した拡散データ信号を、送信タイミングで送信する送信処理手段と、（５）拡散データ信号と第１の拡散符号と第２の拡散符号とを掛け合わせた拡散符号で拡散した拡散制御信号との送信パワー比を制御する送信パワー制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、大容量回線を利用して符号分割多重方式を採用するネットワークに接続する通信装置及び管理装置が、簡単な構成を持つ拡散処理部及び逆拡散処理部を備えることで、容易に同期を確立させてＰ２Ｐを実現させることができる。

以下では、本発明の送信タイミング制御システム及びノード装置の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

実施例１では、本発明の送信タイミング制御システム及びノード装置を、光信号による光符号多重方式を採用したＬＡＮネットワークに適用した場合について説明する。

（１） 実施例１の構成
図２は、本実施例に係るＬＡＮネットワークの概略を示す構成図である。

図２に示すように、本実施例のＬＡＮネットワークは、１個の管理装置（サーバ）２と、ｎ個のユーザ端末装置１−１〜１−ｎとを備え、それぞれの構成要素はスターカプラ３（集線回路）を介して接続可能な構成とする。

各ユーザ端末装置１−１〜１−ｎは、例えばパソコン等が該当し、ユーザにより操作される端末装置である。以下では、各ユーザ端末装置１−１〜１−ｎの共通した構成及び機能を説明する場合には、ユーザ端末装置１のように表現して説明する。

管理装置２は、各ユーザ端末装置１がスターカプラ３に送信信号（データ信号及び制御信号を含む）を送出するタイミングを制御するためのサーバであり、各ユーザ端末装置１のチャネルのタイムスロット毎に時分割した制御信号を常時送出しているものである。

つまり、各ユーザ端末装置１は、管理装置２からの制御信号に基づき、スターカプラ３に送出する送信タイミングを制御し、自身に割り当てられたチャネルに対応する位相位置に同期化させることができる。

図１は、本実施例のユーザ端末装置１のネットワークと接続するインターフェース部の内部構成を示したブロック図である。

なお、本実施例では、ユーザ端末装置１が、このインターフェース部を内蔵するものとして説明するが、このインターフェース部が例えば別個の装置として機能させるようにしてもよい。また、ユーザ端末装置１は、一般的なパソコン等が適用できるため、その他の内部構成についての説明は省略する。

図１に示すように、ユーザ端末装置１のインターフェース部は、ユーザインタフェース部１０、符号部１１、送信タイミング制御部１２、送信電力（パワー）制御部１３、制御部１４、復号部１５、同期信号抽出部１６、フレーム判定回路部１７、同期制御部１８、判定回路部１９、光モジュール２０を備える。

制御部１４は、ユーザ端末装置１の各構成要素を制御するものである。制御部１４は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ等が該当し、設定されているプログラムを実行し、各構成要素を制御するものである。

ユーザインターフェース１０は、ユーザ端末装置１の本体部分とのインターフェース部であって、ユーザ端末装置１本体との間でデータの授受を行なうものである。ユーザインターフェース１０は、例えば、１０／１００Ｂａｓｅ−Ｔを適用できる。

符号部１１は、ユーザインターフェース１０からのデータや制御信号を、符号（拡散符号系列）で拡散処理するするものである。符号部１１は、ネットワーク上で通信相手と授受する制御信号に対して拡散符号系列Ｋ（以下では符号Ｋ）で拡散処理を行なう符号器Ｋと、制御信号とデータ信号とを判断して接続を切替えるセレクタ１１１と、与えられた信号（制御信号又はデータ信号）に対して拡散符号系列Ｎ（以下では符号Ｎ）で拡散処理を行なう符号器Ｎとを有する。この符号器Ｎは、それぞれのユーザ端末装置１に割り当てられたチャネルに対応する符号を備える。

符号部１１は、ユーザインターフェース１０から与えられたデータ信号を送信する場合には、セレクタ１１１を介して符号Ｎで拡散したデータ信号を送出し、制御信号を送信する場合には、符号Ｋで拡散した後に、更に符号Ｎで拡散した制御信号を送出するものである。

つまり、符号部１１は、データ信号については、（データ）×（符号Ｎ）で送信し、制御信号については、（データ）×（符号Ｋ）×（符号Ｎ）で送信するため、結果として、データ信号に比べて十分長い符号により、制御信号を拡散して送信する。これにより、制御信号の送信パワーは、データ信号の送信パワーに比べて十分小さくして送信することができ、受信側でのデータ信号の復元に影響を与えずにすむ。

すなわち、符号部１１は、２種類の符号を備え、そのうちの一方を、データ信号に使用し、制御信号に関しては、それら２種類の符号を掛け合わせることで、結果的に、データ信号に使用する符号よりも符号長が長い符号を制御信号に使用するようにする。

送信タイミング制御部１２は、ユーザ端末装置１のイニシャライズモード時に、管理装置２との間の遅延測定結果に基づいて、制御部１４により設定された送信タイミングの設定値で送信信号の送信タイミングを制御するものである。つまり、送信タイミング制御部１２は、イニシャライズモード時に管理装置２との間での制御信号の授受による遅延時間結果から、ユーザ端末装置１からの送信データがスターカプラ３に辿り着くまでの時間を考慮した送信タイミングで送信し、送信データがユーザチャネルに割り当てられている位相位置に同期できるようにするものである。

送信パワー制御部１３は、受信側装置でのデータ信号の復元時に、データ信号の復元に影響を与えないように、データ信号の送信パワーと制御信号の送信パワーとの比を制御するものである。

光モジュール２０は、光通信を行うための光送受信モジュールが該当し、電気／光変換又は光／電気変換するものである。

復号部１５は、光モジュール２０により光／電気変換された電気信号を受け取り復号するものである。復号部１５は、ユーザチャネルに使用する復号器Ｎと、制御信号を復元する復号器Ｋとを構える。

復号部１５は、復号器Ｎ及び復号器Ｋを使用することで制御信号を復元することができ、復号器Ｎを使用することでデータ信号を復元することができる。また、復号部１５は、復号器Ｋで相関した結果を同期信号抽出部１６及びフレーム判定回路部１７に与えるものである。なお、復号器Ｎをユーザチャネルの符号を有する固定的な復号器として説明したが、可変復号器であっても構わない。

図３は、復号部１５がデータ信号及び制御信号を相関した結果を示す。図３（Ａ）は、復号器Ｎによる相関結果であり、図３（Ｂ）は、復号器Ｎと復号器Ｋとによる相関結果である。

図３（Ａ）に示すように、復号器Ｎにより、ユーザチャネルに対応する符号を使用して相関された制御信号の相関ピークは、データ信号の相関ピークよりも小さく、データ信号は、制御信号の存在に拘わらず、データ信号のデータレートを検出させることが可能である。つまり、制御信号は、データ信号の復元に影響を与えていないことが分かる。

一方、図３（Ｂ）に示すように、復号器Ｎにより、ユーザチャネルに対応する復号を使用して相関された結果の後に、更に復号器Ｋにより相関された制御信号の相関ピークは、データ信号の相関ピークよりも大きく、制御信号の制御信号レートを検出させることが可能である。

ここで、管理装置２から各ユーザ端末装置１に送信される制御信号フォーマットは、図４に示すような形式である。管理装置２から送信される制御信号には同期位置を探索／設定するための情報、同期信号（同期クロック）を分配するための情報が含まれており、この同期信号を後述する同期信号抽出部１６により抽出されることにより同期が確立される。

管理装置２から送信される制御信号は、図４に示すように、時分割多重（ＴＤＭ）で構成されており、１チャネルの制御パケットはＭビットでなり、各ビットが、符号Ｋに相当するＣ０（符号）及びユーザチャネルに対応する符号Ｎに相当するＣ１〜Ｃｎ（符号）を使用してスロット毎で拡散されるものである。

例えば、図４では、制御データがｍビットとした場合を示し、その制御データが、Ｃ０（符号Ｋに相当）により拡散された後に、Ｃｘ（ＣｘはＣ１〜Ｃｎのいずれか）により拡散されることを示す。したがって、送信される制御信号は、Ｃ０×｛（Ｄ１×Ｃ１）＋（Ｄ２×Ｃ２）＋…＋（Ｄｎ×Ｃｎ）｝となる。なお本実施例では、このようにＭビットの制御パケットを各チャネル数だけまとめたものを１フレームとして示す。

また、ユーザ端末装置１から管理装置２に送信される制御信号は、それぞれ割り当てられたチャネルに対応する符号の１スロットのみが送信される。

復号部１５の機能説明に戻るが、復号部１５は、ユーザチャネルに対応する符号Ｃ１〜Ｃｎが設定された復号器Ｎを持ち、Ｃ０の復号器Ｋを持つので、管理装置２からの制御信号と相関を採ると、フレーム中の自己に割り当てられたチャネルのスロット位置に相関ピークが発生する。

同期信号抽出部１６は、復号部１５により相関した結果を受け取り、その相関結果に基づいて、同期信号を抽出するものである。また、同期信号抽出部１６は、抽出した同期信号を、制御部１４、同期制御部１８及び判定回路部１９に与えるものである。

また、同期信号抽出部１６は、図１に示すように、信号合成部１６１、ＬＰＦ（ローパスフィルター）１６２、ＣＬＫ（クロック）再生器１６３を備える。

信号合成部１６１は、復号部１５による相関した結果を受け取り、復号器Ｋの相関により自己のチャネルに対応するスロット位置でのみ発生したピークを受け取り、そのピークを形成合成するものである。

ここで、信号形成部１６１によるピークの合成について図５を参照して説明する。

図５（Ａ）は、管理装置２から送信される制御信号を示し、図５（Ｂ）は、復号部１５による制御信号の相関関係の結果を示す。

信号形成部１６１は、図５（Ｂ）に示すように、復号部１５からの相関した結果を受け取るが、この復号部１５からのピークは、「＋」側で発生したピークと「−」側で発生したピークとでなる。

そのため、信号形成部１６１は、図５（Ｃ）に示すように、「−」側に発生したピークを反転させて、その反転させたピークと「＋」側に発生したピークとを合成することで連続ピークを形成する。

ＬＰＦ１６２は、信号形成部１６１により形成されたピークを受け取り、高周波成分を除去した信号をＣＬＫ再生器１６３に与えるものである。ＬＰＦ１６２を通過させることにより、信号は、複数のピークで形成される方形波の信号として整形することができる。

ＣＬＫ再生器１６３は、ＬＰＦ１６２からの方形波の信号を各フレーム毎で連続して受信することで、この方形波に基づいて同期のための基準クロックを再生するものである。ＣＬＫ再生器１６３は、この基準クロックを用いて、例えばＶＣＯとＰＬＬ回路により必要なクロック（例えばチップレートやデータクロック等）を再生する。

図５（Ｄ）は、ＣＬＫ再生器１６３による基準クロックの再生の様子を示すものである。図５（Ｄ）に示すように、ＣＬＫ再生器１６３が再生する基準クロックの周波数は、チップレート（拡散ＣＬＫ）／Ｎ（チャネル数）／Ｋ／ｍ（ビット）[Ｈｚ]となる。

フレーム判定回路部１７は、復号器Ｋからの相関結果を受け取り、そのフレームを抽出して制御部１４に与えるものである。

同期制御部１８は、同期信号抽出部１６により抽出された同期信号を受け取り、その同期信号に基づいて、復号部１５からの信号を同期制御するものである。同期制御部１８は、同期した信号を判定回路部１９に与えるものである。

判定回路部１９は、同期制御により同期された信号を受け取り、データを判定するものである。判定回路部１９は、判定したデータをユーザインターフェース１０に与えるものである。

次に、管理装置２の内部構成について図６を参照して説明する。

管理装置２は、光モジュール２１、復号部２２、判定回路部２３−１〜２３−ｎ、制御部２４、符号部２５、パワー制御部２６を備えるものである。

光モジュール２１は、光通信を行うための光送受信モジュールが該当し、電気／光変換又は光／電気変換するものである。

符号部２５は、制御部２４からの情報（制御データ）を符号（拡散符号）で拡散するものである。符号部２５は、１個の符号器Ｋと、各チャネル毎の符号で信号を拡散する符号器Ｎと、セレクタ２５１とを有する。

なお、符号部２５の機能原理は、上述したユーザ端末装置１の符号部１１と同様であるが、符号部２５が符号部１１と異なる点は、符号部２５は、全てのチャネルに対応する符号Ｃ１〜Ｃｎ（符号Ｎに相当するもの）をもつ符号器Ｎ１〜Ｎｎを有する点である。

パワー制御部２６は、符号部２５から受け取った制御信号のパワー比を制御して、光モジュール２１に与えるものである。パワー制御部２６の機能原理は、上述したユーザ端末装置１の送信パワー制御部１３の原理と同様であるので詳細は省略する。

復号部２２は、光モジュール２１から受信信号（電気信号）を受け取り、各チャネル毎に復元するものである。復号部２２は、異なるユーザ端末装置１から同時に信号を受信するため、各チャネル毎の符号Ｎ（Ｃ１〜Ｃｎ）を持つ復号器Ｎ１〜Ｎｎと、各復号器Ｎ１〜Ｎｎに対応するｎ個の復号器Ｋとを有する。

判定回路部２３−１〜２３−ｎは、復号部２２により復元された信号を受け取り、各チャネル毎にデータを判定するものである。

（２）実施例１の動作
（２−１）同期手順
図７は、本実施例のアクセスシステムの同期手順を示すと共に、ユーザ端末装置１−１とユーザ端末装置１−２との間でデータ通信を行なうシーケンス図である。

管理装置２から制御信号（図３参照）が常時出力されており、ユーザ端末装置１の電源がＯＮになると、ユーザ端末装置１−１はイニシャライズモードになり、管理装置２からの制御信号がユーザ端末装置１−１により受信される（Ｓ１及びＳ２）。

このとき、ユーザ端末装置１では、光モジュール２０で受信された制御信号（光信号）は、光モジュール１０により、光電気変換により電気信号に変換され、復号部１５に与えられる。

光モジュール２０からの電気信号は、復号器Ｎにより、符号Ｎ（ユーザチャネルに対応する符号Ｃ１〜Ｃｎ）で相関され、その相関結果が、同期制御部１８と復号器Ｋに与えられる。

復号器Ｎから復号器Ｋに与えられた相関結果は、復号器Ｋは符号Ｋ（Ｃ０）で相関され、その相関結果が、フレーム判定回路部１７及び同期信号抽出部１６に与えられる。

復号器Ｋからフレーム判定回路部１７に与えられた相関結果は、フレーム判定回路部１７により、フレームが抽出されて制御部１４に与えられる。

また、復号器Ｋから同期信号抽出部１６に与えられた相関結果は、各フレーム中の対応するチャネルのスロット位置に発生するピークであり、信号合成部１６１により、発生した相関ピークのうち「−」側に発生したピークが反転されて、その反転されたピークと「＋」側に発生したピークとが合成されて、連続ピークパルスが形成される。

信号合成部１６１により形成された連続ピークパルスは、ＬＰＦ１６２に与えられて高周波成分が除去され、連続する複数のピークでなる方形波が抽出されて、ＣＬＫ再生部１６３に与えられる。

ＣＬＫ再生部１６３に与えられる方形波は、各フレームの同じスロット位置に発生するものであるため、ＣＬＫ再生部１６３により、そのタイミングの基準クロックが生成される。また、ＣＬＫ再生部１６３は、生成された基準クロックを用いて、例えば、ＶＣＯとＰＬＬ回路等により必要なクロック（例えば、チップレートやデータクロック等）が再生され、制御部１４、同期制御部１８及び判定回路１９に与えられる。

一方、復号器Ｎから同期制御部１８に与えられた相関結果は、同期制御部１８により、同期信号抽出部１６により抽出された同期信号に基づくタイミングで同期を行ない、その同期制御により得た信号が判定回路部１９に与えられる。

同期制御部１８から出力された出力信号は、判定回路部１９により、データ判定されて、このデータはユーザインタフェース１０でユーザ端末装置１のインタフェースに変換されユーザ端末装置１の本体に与えられる。

このようにして、ユーザ端末装置１−１において、制御信号のフレームのうち自己のチャネルに対応するスロット位置の情報フィールドに含まれているデータを検出して、ユーザ端末装置１−１は送信権を獲得する（Ｓ３）。

送信権を獲得すると、ユーザ端末装置１−１から管理装置２に対して制御信号が送信される（Ｓ４）。

このとき、ユーザ端末装置１−１では、制御部１４からの制御データが、符号部１１に与えられ、符号器Ｋにより符号Ｋ（Ｃ０）で拡散される。符号器Ｋにより拡散された制御信号は、セレクタ１１１を介して、符号器Ｎに与えられ、符号器Ｎにより符号Ｎ（ユーザチャネルに対応する符号Ｃ１〜Ｃｎ）で拡散されて送信タイミング制御部１２に与えられる。

送信タイミング制御部１２では、制御部１４により制御されたタイミングで、符号器Ｎからのデータ信号が送信パワー制御部１３に与えられる。

送信タイミング制御部１２からのデータ信号は、送信パワー制御部１３により所定のパワーに制御されて、光モジュール２０に与えられる。

送信パワー制御部１３によりパワーが制御されたデータ信号は、光モジュール２０により電気／光変換されて、変換された光信号が送信される。

管理装置２は、ユーザ端末装置１−１からの制御信号を受信すると、その制御信号の受信に基づいて遅延測定を開始し、ユーザ端末装置１−１との間の時間遅延を測定する（Ｓ５）。

管理装置２による遅延測定の結果、当該ユーザ端末装置１−１の送信タイミングの設定値が各チャネルの情報フィールドに記載された制御信号がユーザ端末装置１−１に与えられ、スターカプラ３に送出するまでの送信タイミングの設定値がユーザ端末装置１−１の送信タイミング制御部１２に設定される（Ｓ６）。

送信タイミングの設定値が送信タイミング制御部１２に設定されると、データ通信を行なうためにデータ信号を送出する送信タイミングが確定する。

同期が確立すると、ユーザ端末装置１−１は、データ通信モードになり、設定された送信タイミングでデータ信号を送出し、ユーザ端末装置１−２との間でデータ通信が行われる（Ｓ７）。

このように、電源ＯＮしたユーザ端末装置１は、管理装置２との制御信号の授受により、スターカプラ３にデータを送出するまでの遅延時間が測定され、その遅延時間を考慮した送信タイミングを設定することで、ユーザ端末装置１−１からスターカプラ３に辿り着いた送信データを、ユーザ端末装置１のチャネルの位相位置に同期化させることができる。

ユーザ端末装置１−１が、ネットワークから外れる場合には、シャットダウンモードに切替えられ、その旨の制御信号がネットワーク上に送出されて、ユーザ端末装置１−１の電源がＯＦＦにされることで、管理装置２はユーザ１がネットワークから外されたことを確認する（Ｓ８〜Ｓ１０）。

（２−２）次に、管理装置２とユーザ端末装置１との間で送受信される制御信号が、データ信号の送受信に影響を与えないことについて説明する。

符号器Ｎで拡散されたデータ信号について、例えば、データレートがＤＯＲ［Ｍｂｐｓ］、チップレートがＣＤＲ［Ｍｂｐｓ］、パワーがＰＤであるものとし、又符号器Ｎ及び符号器Ｋで拡散された制御信号について、例えば、データレートがＤＣＲ［Ｍｂｐｓ］とし、符号器ＫでのチップレートがＣＣＫＲ［Ｍｂｐｓ］、符号器ＮでのチップレートがＣＣＮＲ［Ｍｂｐｓ］、パワーがＰＣとした場合、データ信号と制御信号とは、次のような関係がある。

ＣＤＲ＝ＣＣＮＲ…（１）
ＤＤＲ＝ＣＣＫＲ…（２）
ＰＣ＝ＰＤ／Ｋ…（３）
上記式（１）より、データ信号が送信されるチップレートと制御信号が送信されるチップレートは同じとなり、上記式（２）より、データ信号のデータレートと制御信号の符号器Ｋによるチップレートは同じであり、上記式（３）より、制御信号が送信されるパワーは、データ信号の送信パワーの１／Ｋのパワーで送信される。

このように、データ信号は（データ）×（符号Ｎ）で送信され、制御信号は（データ）×（符号Ｎ）×（符号Ｋ）で送信されるので、制御信号は、データ信号に比べて十分長い符号により拡散された信号となり、データ信号よりも送信パワーを小さくして送信することができ、データ信号の復元に影響を与えずに送信することができる（図３参照）。

次に、ユーザ端末装置１の送信パワー制御部１３及び管理装置２のパワー制御部２６の動作について説明する。

送信パワー制御部１３及び２６は、例えば、データ信号を信号Ｓとし、制御信号をノイズＮとする場合、そのＳＮ比が２０ｄＢ以上（このＳＮ比は仮定値）となるように、データ信号及び制御信号の送信パワーを制御する場合について説明する。

例えば、「Ｐｄ」をデータ信号の自己相関ピークとし、「Ｎ」をデータ信号の符号生成シフトレジスタ段数とし、「Ｐｃ」を制御信号の符号Ｎによる相互相関ピークとし、「１／Ｍ」を制御信号のデータ信号に対する送信パワー比とする場合、「Ｐｄ」と「Ｐｃ」とは下記式（４）のような関係がある。

Ｐｄ／Ｐｃ／Ｍ＞１００…（４）
この場合、例えば、データ信号の送信パワーを「１」とすると、制御信号のパワーと各符号の符号長は次のようになる。

Ｐｄ＝符号長＝２^Ｎ−１…（５）
Ｐｃ＝２^{（（Ｎ＋１）／２）}＋１（なおＮが奇数の場合とする）…（５）
となる。

例えば、データ信号の符号生成シフトレジスタの段数Ｎ＝７とすると、データ信号の符号長は１２７となり、制御信号の送信パワーは１／１６とすると、ＳＮ＝２０ｄＢとなる。

この時、制御信号を受信するには、１２７×３１チップの符号で拡散しなければならない。

したがって、送信パワー制御部１３及び２６がＳＮ比を２０ｄＢとして制御する場合、送信制御部１３及び２６は、データ信号の送信パワーを「１」とし、制御信号の送信パワーを「１／１６」で送信できるように制御する。なお、このパワー制御部１３及び１６が制御する制御値は使用する符号によって異なる。

（２−３）ユーザ端末装置１の送受信動作
次に、上述した（２−１）により送信タイミングが設定されたユーザ端末装置１の送受信動作について説明する。

まず、ユーザ端末装置１の受信動作について説明する。

光モジュール２０で受信された光信号は、光モジュール１０により、光電気変換により電気信号に変換され、復号部１５に与えられる。

光モジュール２０からの電気信号は、復号器Ｎにより、符号Ｎ（ユーザチャネルに対応する符号Ｃ１〜Ｃｎ）で相関され、その相関結果が、同期制御部１８と復号器Ｋに分配される。

復号器Ｎから同期制御部１８に与えられた相関結果は、同期制御部１８により、同期信号抽出部１６により抽出された同期信号に基づくタイミングで同期を行ない、その同期制御により得た信号が判定回路部１９に与えられる。

同期制御部１８から出力された出力信号は、判定回路部１９により、データ判定されて、このデータはユーザインタフェース１０でユーザ端末装置１のインタフェースに変換されユーザ端末装置１の本体に与えられる。

以上のようにして、ユーザ端末装置１は、管理装置２からの受信信号を受信することができる。

次に、ユーザ端末装置１の送信動作について説明する。

ユーザインタフェース１０からの送信データは、符号部１１に与えられ、セレクタ１１１を介して符号器Ｎに与えられる。

符号器Ｎにおいて、送信データは、符号Ｎ（ユーザチャネルに対応する符号Ｃ１〜Ｃｎ）で拡散されて送信タイミング制御部１２に与えられる。

送信タイミング制御部１２では、制御部１４により送信タイミングの設定値が設定されているので、符号器Ｎからのデータ信号は、設定されている送信タイミングに調整されて送信パワー制御部１３に与えられる。

送信タイミング制御部１２からのデータ信号は、送信パワー制御部１３により所定のパワーに制御されて、光モジュール２０に与えられる。

送信パワー制御部１３によりパワーが制御されたデータ信号は、光モジュール２０により電気／光変換されて、変換された光信号が送信される。

以上のようにして、ユーザ端末装置１の送信動作が行われる。

（２−４）管理装置２の送受信動作
次に、管理装置２が送出する制御信号の送信動作及びユーザ端末装置１との受信動作について説明する。まず、管理装置２の送信動作について説明する。

制御部２４から情報データは、符号部２５に与えられ、符号器Ｋにより符号Ｋ（Ｃ０）で拡散される。符号器Ｋにより拡散された情報信号は、セレクタ２５１を介して、符号器Ｎ１〜Ｎｎに与えられ、符号器Ｎ１〜Ｎｎにより、符号Ｎ（Ｃ１〜Ｃｎ）で各チャネル毎に拡散される。なお、セレクタ２５１は、各チャネルのタイムスロットを分割する。

符号器Ｎ１〜Ｎｎで拡散された情報信号は、パワー制御部２６により、パワー制御されたのち、光モジュール２１により電気／光変換された光信号が送信される。

次に、管理装置２の受信動作について説明する。

光モジュール２１で受信された光信号は、光モジュール２１により光／電気変換され、変換された電気信号が復号部２２に与えられる。

復号部２２に与えられた電気信号は、それぞれ割り当てられたチャネルに対応する復号器Ｎ１〜Ｎｎに分配され、各復号器Ｎｌ〜Ｎｎによりそれぞれが持つ符号Ｎ（Ｃ１〜Ｃｎ）で相関される。

各復号器Ｎ１〜Ｎｎにより相関された結果は、それぞれの復号器Ｎ１〜Ｎｎに対応する復号器Ｋ与えられ、復号器Ｋにより符号Ｋ（Ｃ０）で相関されて、各判定回路部２３−１〜２３−ｎに与えられる。

復号部２２からの相関結果は、判定回路部２３−１〜２３−ｎにより、データ判定されて制御部２４に与えられる。

このような制御信号の授受により、管理装置２は、ユーザ端末装置１からの信号の授受により、遅延時間を測定し、上述の（２−１）で説明したユーザ端末装置１の送信タイミングの設定値を通知することができる。

（３）実施例１の効果
以上のように、本実施例によれば、各チャネル毎にデータ信号の送信タイミング（同期信号）を時分割の制御信号を送出する管理装置２を備え、制御信号に対しては、データ信号に使用する符号（拡散符号）の符号長よりも長い符号（拡散符号）で拡散して送信することで、データ信号の授受には影響を与えることなく、各ユーザ端末装置が送出するデータ信号の送信タイミングを制御させることを、符号器及び復号器を簡略化することができ、Ｐ２Ｐの大容量アクセスシステムを低コストで実現できる。

（１）実施例２の構成
図８は、実施例２に係るＬＡＮネットワークの概略を示す構成図である。

図８に示すように、本実施例のネットワークは、ｎ個のユーザ端末装置４００（４００−１〜４００−ｎ）がスターカプラ３を介して接続している。以下では、ユーザ端末装置４００−１〜４００−ｎの共通する機能を説明する場合にはユーザ端末装置４００と表現して説明する。

本実施例は、ユーザ端末装置４００が、ブロードキャスト用の符号とユーザチャネルに対応する符号とを持つ符号器及び復号器を備えることで、実施例１の管理装置を備えることなく、各ユーザ端末装置自身が送信データの同期化を図ることができることを特徴とする。

すなわち、本実施例では、ユーザ端末装置４００が他のユーザ端末装置４００とのデータ通信を行なう場合に、ブロードキャスト用の符号で拡散した接続要求情報を、ブロードキャストで全ての他のユーザ端末装置４００に送信し、他のユーザ端末装置４００が、受信した接続要求情報をブロードキャスト用の符号で復元するようにする。

そして、接続可能である場合に、接続要求したユーザ端末装置４００及び接続要求されたユーザ端末装置４００が、相互の接続相手のユーザチャネル対応の符号を設定することで、個別のチャネルでデータ通信を行ない、Ｐ２Ｐの大容量アクセスを実現するものである。

このような本実施例のユーザ端末装置４００の内部構成について図９を参照して説明する。なお、以下で説明するユーザ端末装置４００は、実施例１の場合と同様に、例えばパソコンなどの端末に内蔵されるものとして説明するが、例えば別個の装置として機能させるようにしてもよい。

図９に示すように、ユーザ端末装置４００は、光モジュール２０、復号器Ｂ、同期制御部Ｂ、判定回路部Ｂ、復号器Ｎ、同期制御部Ｎ、判定回路部Ｎ、パケット制御部４１０、可変符号器Ｎ／Ｂ、ユーザインタフェースとを少なくとも備える。

なお、図９において、ユーザ端末装置４００は、上記構成要素のほかに、同期信号を抽出する同期抽出部、フレーム判定回路部等を備えるが、これら構成要素は、実施例１で説明したものと対応できるので、本実施例ではこれら構成要素については省略している。

また、ユーザインタフェース１０及び光モジュール２０は、実施例１で説明した構成要素に対応するものであり、これらの機能説明は省略する。

復号器Ｂは、ブロードキャスト用の符号を持つ復号器であり、光モジュール２０からの受信信号（電気信号）をブロードキャスト用の符号で相関するものである。また、復号器Ｂは、ブロードキャスト用の符号で相関した相関結果を、同期制御部Ｂに与えるものである。

また、復号器Ｎは、それぞれのユーザ端末装置４００に割り当てられたチャネルに対応する符号を持つ復号器であり、光モジュール２０からの受信信号（電気信号）をそれぞれの符号で相関するものである。また、復号器Ｎは、それぞれが持つ符号で相関した相関結果を同期制御部Ｎに与えるものである。

同期制御部Ｂは、復号器Ｂから相関結果を受け取り、同期信号のタイミングで同期を制御し、その同期制御した信号を判定回路部Ｂに与えるものである。

また、同期制御部Ｎは、復号器Ｎから相関結果を受け取り、同期信号のタイミングで同期を制御し、その同期制御した信号を判定回路部Ｎに与えるものである。

判定回路部Ｂは、同期制御部Ｂからの出力信号からデータ判定をしてパケット制御部４１０に与えるものである。

また、判定回路部Ｎは、同期制御部Ｎからの出力信号からデータ判定をしてパケット制御部４１０に与えるものである。

パケット制御部４１０は、判定回路部Ｂから受信データを受け取り、その受信データが自身への接続要求情報である場合、接続可能であるときに、応答パケットを作成して、可変符号器Ｎ／Ｂに与えると共に、その接続要求情報に含まれる送信元のユーザ端末装置４００のユーザチャネルに対応する符号を、可変符号器Ｎ／Ｂに設定させるものである。また、パケット制御部４１０は、判定回路部Ｎから受信データを受け取ると、その受信データをユーザインターフェース１０に与えるものである。

また、パケット制御部４１０は、ユーザが他のユーザ端末装置４００と接続要求しようとする場合に、ユーザインターフェース１０からユーザ情報を受け取り、そのユーザ情報に自身のユーザチャネルに対応する符号情報を含ませた接続要求情報（パケット）を可変符号器Ｎ／Ｂに与えるものである。このとき、パケット制御部４１０は、可変符号器Ｎ／Ｂに対して、ブロードキャスト用の符号に切替えるように指示する。

可変符号器Ｎ／Ｂは、送信信号に対して使用する符号を切り替えて、パケット制御部４１０からの送信信号を切替えた符号で拡散する符号器であり、パケット制御部４１０の制御により、掛け合わせる符号を切替えるものである。

なお、可変符号器Ｎ／Ｂは、ブロードキャスト用の符号と、ネットワークに接続する全てのユーザチャネルに対応する符号とを切替えることができれば、広く適用することができ、例えば、これらすべての符号をそれぞれ持つ複数の符号器としてもよい。

（２）実施例２の動作
以下では、図８におけるユーザ端末装置４００−１とユーザ端末装置４００−４との接続手順について、図１０を参照して説明する。

図１０では、ユーザ端末装置４００−１が、ユーザ端末装置４００−４に対して接続要求を行なう場合の接続手順を示す。

ユーザ端末装置４００−１のユーザがユーザ端末装置４００−４との接続を要求する（Ｓ１１）と、ユーザ情報が、ユーザインターフェース１０を介してパケット制御部４１０に与えられる。

パケット制御部４１０にユーザ情報が与えられると、パケット制御部４１０によりそのユーザ情報に含まれている接続要求情報が判断され、可変符号器Ｎ／Ｂに対してブロードキャスト用の符号に切替えられる。

パケット制御部４１０により可変符号器Ｎ／Ｂがブロードキャスト用の符号に設定されると、パケット制御部４１０から接続要求情報（パケット）が可変符号器Ｎ／Ｂに与えられ、接続要求情報が、可変符号器Ｎ／Ｂにより、ブロードキャスト用の符号で拡散され、光モジュール２０に与えられる。

可変符号器Ｎ／Ｂにより拡散された接続要求情報は、光モジュール２０により、電気／光変換され、接続要求情報が、光信号としてブロードキャストで他の全てのユーザ端末装置４００−２〜４００−ｎに与えられる（Ｓ１２）。

ユーザ端末装置４００−１からの接続要求情報は、他のすべてのユーザ端末装置４００−２〜４００−ｎに与えられ、各他のユーザ端末装置４００−２〜４００−ｎにおいて自身に対する接続要求であるか否かが判断される。なお、自身への接続要求でないと判断したユーザ端末装置は、その接続要求情報を廃棄する。

ユーザ端末装置４００−４に与えられた接続要求情報は、光モジュール２０により、光／電気変換されて復号器Ｂ及び復号器Ｎに分配される。

復号器Ｂにおいて、受信した接続要求情報は、ブロードキャスト用の符号で相関され、その相関結果が同期制御部Ｂに与えられる。また、同期制御部Ｂからの出力信号が判定回路部Ｂに与えられ、同期判定部Ｂによりデータ判定されてパケット制御部４１０に与えられる。

パケット制御部４１０において、同期判定部Ｂからのデータを受け取り、その受信データが接続要求情報であるか否かが判断され、受信データが接続要求情報であり接続可能である場合に、接続要求情報に含まれる送信元のユーザチャネルに対応する符号が、可変符号器Ｎ／Ｂに設定される（Ｓ１３）。

また、パケット制御部４１０では、接続要求に対する応答パケットが生成され、その応答パケットが可変符号器Ｎ／Ｂに与えられる。なお、応答パケットには、ユーザ端末装置４００−４に割り当てられているチャネルの符号が含まれている（Ｓ１４）。

可変符号器Ｎ／Ｂでは、パケット制御部４１０からの応答パケットが、設定された符号で拡散されて、光モジュール２０に与えられて光信号として送信される（Ｓ１５）。

このとき、応答パケットは、ユーザ端末装置４００−１に割り当てられた個別のチャネルで送信され、ユーザ端末装置４００−１で使用する符号で拡散されているために、ユーザ端末装置４００−１での復元が可能となる。

ユーザ端末装置４００−１からの応答パケットがユーザ端末装置４００−１に与えられると、応答パケットは、光モジュール２０により光／電気変換されて、復号器Ｂ及びＮに分配される。

応答パケットは、復号器Ｎにより、ユーザチャネルに対応する符号で相関され、その相関結果が、同期制御部Ｎに与えられる。同期制御部Ｎにより同期制御された出力信号は、判定回路部Ｎに与えられ、受信データがパケット制御部４１０に与えられる。

パケット制御部４１０では、受信データに含まれるユーザ端末装置４００−４のユーザチャネルに対応する符号が読み取られ（Ｓ１６）、ユーザ端末装置４００−４の符号が可変符号器Ｎ／Ｂに設定される（Ｓ１７）。

このようにして、ユーザ端末装置４００−１とユーザ端末装置４００−４との間で接続が確立し、両者の間でのデータ通信を行うことが可能となる（Ｓ１８）。

なお、接続確立後、他のユーザ端末装置から、ユーザ端末装置４００−１又は４００−４に対して接続要求があった場合、ユーザ端末装置４００−１と４００−４は、その接続要求に対して応答しない（Ｓ１９）。

なお、接続確立後、ユーザ端末装置４００−１と４００−４との間でのデータ通信は、各個別チャネルを使用して行うが、符号分割多重されたチャネルで行なう場合には、他のユーザ端末装置とのデータ通信を同時通信を行うようにしてもよい。

（３）実施例２の効果
以上のように、実施例２によれば、ネットワークに接続する各ユーザ端末装置４００が、ブロードキャスト用の符号と、ユーザチャネルに対応する符号とを持つ、符号器及び復号器を備えることにより、Ｐ２Ｐの大容量アクセスシステムを低コストで実現できる。

上述した実施例１及び実施例２では、光信号を利用したＬＡＮネットワークを適用した場合について説明したが、符号分割多重方式を採用できるのであれば、光信号を利用する場合に限らず、電気信号を利用したネットワークにも適用できる。また、ＬＡＮネットワークとして説明したが、複数の通信端末が接続回線を共有するネットワークであれば広く適用できる。

また、上述した実施例１では、符号部１１が、２種類の符号を有することとして説明したが、３種類以上の符号を有するようにしてもよい。

実施例１に係るユーザ端末装置１の内部構成を示すブロック図である。 実施例１に係るネットワークの概念を示す構成図である。 実施例１に係るデータ信号と制御信号との相関結果を説明する説明図である。 実施例１に係る制御信号のフレームフォーマットを説明する説明図である。 実施例１に係る同期信号抽出動作を説明する説明図である。 実施例１に係る管理装置２の内部構成を示すブロック図である。 実施例１に係る通信手順（同期手順）を説明するシーケンス図である。 実施例２に係るネットワークの概念を示す構成図である。 実施例２に係るユーザ端末装置１の内部構成を示すブロックである。 実施例２に係る接続手順を説明するシーケンス図である。

符号の説明

１、４００…ノード端末装置、２…管理装置、１１符号部、
１２…送信タイミング制御部、１３…送信パワー制御部、１４…制御部、
１５…復号部、１６…同期信号抽出部、１８…同期制御部、１９…判定回路部、
復号器Ｂ、風豪気Ｎ、同期制御部Ｂ、同期制御部Ｎ、判定回路部Ｂ、
判定回路部Ｎ、４１０…パケット制御部。

Claims (5)

1. 符号分割多重方式を採用する共有回線のネットワークを通じてピア・ツゥー・ピアでデータ通信する複数のノード装置の送信タイミングを、それぞれに割り当てた位相位置になるように制御する送信タイミング制御システムであって、
   チャネル毎に割り当てられたデータ信号用の第１の拡散符号と第２の拡散符号とを掛け合わせて上記第１の拡散符号よりも符号長が長い制御信号用拡散符号で、制御データを拡散した拡散制御データを、各チャネルに対応するタイムスロットに時分割で挿入した制御信号を送出する送信タイミング管理装置を備え、
   上記各ノード装置が、自身が持つデータ信号用の第１の拡散符号と上記第２の拡散符号とを掛け合わせた拡散符号を用いて、上記送信タイミング管理装置から受信した上記制御信号から検出した同期位置のタイミングを、送信タイミングとして送信制御する送信タイミング制御手段を有することを特徴とする送信タイミング制御システム。
2. 上記各ノード装置が、
   上記送信タイミング管理装置から受信した上記制御信号を、自身が持つデータ信号用の上記第１の拡散符号と上記第２の拡散符号とを掛け合わせた拡散符号で逆拡散を行う逆拡散処理手段と、
   上記逆拡散処理手段による相関関係から、自身に割り当てられたチャネルに対応するタイムスロット周期を抽出する同期信号抽出手段と
   を有し、
   上記送信タイミング制御手段が、
   上記同期信号抽出手段により抽出されたタイムスロット周期を、自身に割り当てられたチャネルの送信タイミングとして設定する送信タイミング設定部と、
   自身が持つ上記第１の拡散符号で拡散した拡散データ信号を、上記送信タイミングで送信する送信処理部と、
   上記拡散データ信号と上記第１の拡散符号と上記第２の拡散符号とを掛け合わせた拡散符号で拡散した拡散制御信号との送信パワー比を制御する送信パワー制御部と
   を有することを特徴とする請求項１に記載の送信タイミング制御システム。
3. 上記各ノード装置が、第１の拡散符号を生成する第１の符号生成手段と、第２の拡散符号を生成する第２の符号生成手段とを有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の送信タイミング制御システム。
4. 上記各ノード装置が、送信する送信データを判別して、その送信データに掛け合わせるため拡散符号を決定する拡散符号決定手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の送信タイミング制御システム。
5. 符号分割多重方式を採用する共有回線のネットワークを通じてピア・ツゥー・ピアでデータ通信する複数のノード装置の送信タイミングを、それぞれに割り当てたチャネルに対応する位相位置になるように制御する送信タイミング制御システムの構成要素であるノード装置であって、
   チャネル毎に割り当てられたデータ信号用の第１の拡散符号と第２の拡散符号とを掛け合わせて上記第１の拡散符号よりも符号長が長い制御信号用拡散符号で、制御データを拡散した拡散制御データを、各チャネルに対応するタイムスロットに時分割で挿入した制御信号を送出する送信タイミング管理装置から受信した上記制御信号を、自身が持つデータ信号用の上記第１の拡散符号と上記第２の拡散符号とを掛け合わせた拡散符号で逆拡散を行う逆拡散処理手段と、
   上記逆拡散処理手段による相関関係から、自身に割り当てられたチャネルに対応するタイムスロット周期を抽出する同期信号抽出手段と、
   上記同期信号抽出手段により抽出された上記タイムスロット周期を自身に割り当てられたチャネルの送信タイミングとして設定する送信タイミング設定手段と、
   自身が持つ上記第１の拡散符号で拡散した拡散データ信号を、上記送信タイミングで送信する送信処理手段と、
   上記拡散データ信号と上記第１の拡散符号と上記第２の拡散符号とを掛け合わせた拡散符号で拡散した拡散制御信号との送信パワー比を制御する送信パワー制御手段と
   を備えることを特徴とするノード装置。

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