(57)【要約】【課題】最適な通信プロトコルを実装し、近距離無線通信網やユビキタス・モバイル・システムに有効に適用可能な近似同期ＣＤＭＡ通信方式を提供する。【解決手段】送信データに送信符号による拡散処理を施して送信する送信部と、受信符号による相関処理を行って復調する受信部とを有し、受信符号および送信符号はＺＣＺ符号である近似同期ＣＤＭＡ通信方式あって、送信部は、他の端末にデータを送信する場合に、同期制御信号に基づいて割り当てられた自端末固有の時間スロットにおいて送信要求信号を送出するものであり、受信部が自端末に対する送信要求信号を受信した場合には、送信要求信号を送信した端末に対して、同期制御信号に基づいて割り当てられた自端末固有の時間スロットにおいて送信可信号を送出するものであり、さらに、受信部が自端末に対する送信可信号を受信した場合には、送信可信号を送出した端末にデータを送信するものである。【選択図】図１０
2011114636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信データの各情報ビットに送信符号｛ｂj，ｃj｝による拡散処理を施した送信系列により搬送波を変調して送信する送信部（１）と、
受信信号の検波出力に対して、受信符号ａjによる相関処理を行って復調する受信部（２）とを有し、
前記受信符号および前記送信符号｛ａj，ｂj，ｃj｝は、同一添字の符号同士の相関関数が同期点において正または負のピーク値となるとともに同期点の近傍の零相関領域における同期点以外では０値となり、異なる添字の符号同士の相関関数は同期点を含む零相関領域で０値となるＺＣＺ符号である近似同期ＣＤＭＡ通信方式あって、
前記送信部（１）は、
他の個別の端末にデータを送信する場合に、同期制御信号に基づいて割り当てられた自端末固有のＲＴＳ用時間スロットにおいて送信要求信号（ＲＴＳ）をその端末に対して送出するものであり、
前記受信部（２）が自端末に対する送信要求信号（ＲＴＳ）を受信した場合には、送信要求信号（ＲＴＳ）を送信した端末に対して、同期制御信号に基づいて割り当てられた自端末固有のＣＴＳ用時間スロットにおいて送信可信号（ＣＴＳ）を送出するものであり、さらに、
前記受信部（２）が自端末に対する送信可信号（ＣＴＳ）を受信した場合には、送信可信号（ＣＴＳ）を送出した端末にデータを送信するものである近似同期ＣＤＭＡ通信方式。
【請求項２】
請求項１に記載した近似同期ＣＤＭＡ通信方式であって、
前記送信部（１）は、前記送信符号｛ｂj，ｃj｝の中から共用に割り当てられた送信符号によって前記送信要求信号（ＲＴＳ）および前記送信可信号（ＣＴＳ）に拡散処理を施して送出するものであり、
前記受信部（２）は、前記受信符号ａjの中から共用に割り当てられた受信符号によって前記送信要求信号（ＲＴＳ）および前記送信可信号（ＣＴＳ）を復調するものである近似同期ＣＤＭＡ通信方式。
【請求項３】
請求項１，２のいずれか１項に記載した近似同期ＣＤＭＡ通信方式であって、
前記送信部（１）は、他の個別の端末にデータを送信する場合に、前記送信符号｛ｂj，ｃj｝の中から目的の端末に割り当てられた送信符号によってデータに拡散処理を施して送出するものであり、
前記受信部（２）は、自端末に対するデータを受信する場合に、前記受信符号ａjの中から自端末に割り当てられた受信符号によってデータを復調するものである近似同期ＣＤＭＡ通信方式。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載した近似同期ＣＤＭＡ通信方式であって、
前記送信部（１）は、他の全ての端末にデータを同報送信する場合に、前記送信符号｛ｂj，ｃj｝の中から同報通信用に割り当てられた送信符号によってデータに拡散処理を施して送出するものであり、
前記受信部（２）は、同報送信データを受信する場合に、前記受信符号ａjの中から同報通信用に割り当てられた受信符号によってデータを復調するものである近似同期ＣＤＭＡ通信方式。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載した近似同期ＣＤＭＡ通信方式であって、
前記同期制御信号を送信する基地局が、隣接する基地局同士の間隔が通信可能な距離となるように複数配置されている近似同期ＣＤＭＡ通信方式。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載した近似同期ＣＤＭＡ通信方式であって、
前記基地局は、自基地局と通信可能な領域内の端末から、他の基地局と通信可能な領域内の端末に向けて送出されたデータを他の基地局に転送するものである近似同期ＣＤＭＡ通信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、他局間干渉を除去して伝送効率を向上させることができる近似同期ＣＤＭＡ通信方式に関する。さらに詳しくは、ＺＣＺ符号を使用して同期点に許容範囲を設けることができ、厳密な送信電力制御や同期制御を行うことなく低コストかつ高効率の符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を実施することのできる近似同期ＣＤＭＡ通信方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
このところ、無線ＩＣタグ、微弱無線利用機器、無線ＰＡＮ（パーソナル・エリア・ネットワーク）などに代表される近距離無線通信網がさまざまな分野で利用されてきており、さらに新たな応用も期待されている。このような近距離無線通信網において、端末数が多数存在するようなネットワークでは、多元接続が可能な通信方式が有利である。
【０００３】
このような多元接続の通信方式としては、ＺＣＺ符号を使用した近似同期ＣＤＭＡ通信方式が提案されている。光通信の分野では、下記の特許文献１により、ＺＣＺ符号を使用して高効率の符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）を実施することのできる光近似同期ＣＤＭＡ方式が提案されている。また、電波領域の無線通信においても、下記の特許文献２により、同様の近似同期ＣＤＭＡ通信方式が提案されている。これらの特許文献１および特許文献２は本発明の発明者等によって提案されたものである。
【０００４】
これらのＺＣＺ符号を使用した近似同期ＣＤＭＡ通信方式では、他局間干渉の完全除去が可能であり、高効率の多元接続通信が可能となっている。また、ＺＣＺ符号はその相関関数が零相関領域（Zero Correlation Zone）を持つため、このＺＣＺ符号を利用したＣＤＭＡ通信方式では、厳密な同期制御が不要となり、近似的な同期制御で済むという利点がある。すなわち、他局間の同期のずれが零相関領域内であれば、他局間の干渉が完全に除去できる。さらに、同一局からのマルチパスによる干渉に関しても、マルチパスによる信号時間差が零相関領域内であれば、マルチパスによる影響を受けなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７５８４９号公報
【特許文献２】特開２００７−４９６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、ＺＣＺ符号を使用した近似同期ＣＤＭＡ通信方式は、近距離無線通信網に有効に適用できる。また、あらゆるところに同時に数多くのコンピュータ、移動端末、センサーなどを配置してそれらを互いにネットワークで接続したユビキタス・モバイル・システムにも、近似同期ＣＤＭＡ通信方式は有効に適用できる。ところが、ＣＤＭＡ通信方式は単一接続の通信方式に比較して送受信回路や通信システムが複雑となるため、近距離無線通信においてはＣＤＭＡ通信方式が採用されている実例がなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、近似同期ＣＤＭＡ通信に最適な通信プロトコルを実装し、近距離無線通信網やユビキタス・モバイル・システムに有効に適用可能な近似同期ＣＤＭＡ通信方式を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式は、送信データの各情報ビットに送信符号｛ｂj，ｃj｝による拡散処理を施した送信系列により搬送波を変調して送信する送信部と、受信信号の検波出力に対して、受信符号ａjによる相関処理を行って復調する受信部とを有し、前記受信符号および前記送信符号｛ａj，ｂj，ｃj｝は、同一添字の符号同士の相関関数が同期点において正または負のピーク値となるとともに同期点の近傍の零相関領域における同期点以外では０値となり、異なる添字の符号同士の相関関数は同期点を含む零相関領域で０値となるＺＣＺ符号である近似同期ＣＤＭＡ通信方式あって、前記送信部は、他の個別の端末にデータを送信する場合に、同期制御信号に基づいて割り当てられた自端末固有のＲＴＳ用時間スロットにおいて送信要求信号をその端末に対して送出するものであり、前記受信部が自端末に対する送信要求信号を受信した場合には、送信要求信号を送信した端末に対して、同期制御信号に基づいて割り当てられた自端末固有のＣＴＳ用時間スロットにおいて送信可信号を送出するものであり、さらに、前記受信部が自端末に対する送信可信号を受信した場合には、送信可信号を送出した端末にデータを送信するものである。
【０００９】
また、上記の近似同期ＣＤＭＡ通信方式において、前記送信部は、前記送信符号｛ｂj，ｃj｝の中から共用に割り当てられた送信符号によって前記送信要求信号および前記送信可信号に拡散処理を施して送出するものであり、前記受信部は、前記受信符号ａjの中から共用に割り当てられた受信符号によって前記送信要求信号および前記送信可信号を復調するものであることが好ましい。
【００１０】
また、上記の近似同期ＣＤＭＡ通信方式において、前記送信部は、他の個別の端末にデータを送信する場合に、前記送信符号｛ｂj，ｃj｝の中から目的の端末に割り当てられた送信符号によってデータに拡散処理を施して送出するものであり、前記受信部は、自端末に対するデータを受信する場合に、前記受信符号ａjの中から自端末に割り当てられた受信符号によってデータを復調するものであることが好ましい。
【００１１】
また、上記の近似同期ＣＤＭＡ通信方式において、前記送信部は、他の全ての端末にデータを同報送信する場合に、前記送信符号｛ｂj，ｃj｝の中から同報通信用に割り当てられた送信符号によってデータに拡散処理を施して送出するものであり、前記受信部は、同報送信データを受信する場合に、前記受信符号ａjの中から同報通信用に割り当てられた受信符号によってデータを復調するものであることが好ましい。
【００１２】
また、上記の近似同期ＣＤＭＡ通信方式において、前記同期制御信号を送信する基地局が、隣接する基地局同士の間隔が通信可能な距離となるように複数配置されていることが好ましい。
【００１３】
また、上記の近似同期ＣＤＭＡ通信方式において、前記基地局は、自基地局と通信可能な領域内の端末から、他の基地局と通信可能な領域内の端末に向けて送出されたデータを他の基地局に転送するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。
【００１５】
本発明によれば、同じ通信領域内で受信局が異なる複数の通信を同時に行うことが可能である。それぞれの通信は互いに干渉することがなく、独立して行うことができる。独自のＭＡＣプロトコルにより、隠れ端末問題やさらし端末問題も解決され、１局から多局への同報送信（ブロードキャスト）も可能である。
【００１６】
また、アドホックモード（端末同士）とインフラストラクチャモード（端末と基地局）の通信を併用することにより、通信システムの多様性および柔軟性を向上させることができる。例えば、直接通信可能な領域にない端末同士でも、基地局を介して間接的な通信（マルチホップ通信）が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、従来のＣＤＭＡ通信方式の全体構成を示す概略図である。
【図２】図２は、ＣＤＭＡ通信方式での同期方式を示す図である。
【図３】図３は、ＣＤＭＡ通信方式での非同期方式を示す図である。
【図４】図４は、ＣＤＭＡ通信方式での相関特性を示す図である。
【図５】図５は、ＣＤＭＡ通信方式でのＺＣＺ符号における相関関数を示す図である。
【図６】図６は、ＺＣＺ符号を使用したＣＤＭＡ通信方式の全体構成を示す概略図である。
【図７】図７は、ＺＣＺ符号を使用した近似同期方式を示す図である。
【図８】図８は、情報フレーム中のガードビットを示す図である。
【図９】図９は、近似同期ＣＤＭＡ通信方式を利用した通信システムの構成を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明におけるＭＡＣプロトコルを示すタイミングチャートである。
【図１１】図１１は、各信号とデータフレームのフレーム構造の実例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、従来の一般的なＣＤＭＡ通信方式の全体構成を示す概略図である。なお、図１では簡単化のために送信側を１つだけ示しているが、実際には複数の送信局が多元接続を行うものである。この方式は、送信側でユーザ毎に割り当てられた拡散符号を用いて情報信号に拡散処理を行い、拡散処理後の情報フレームにより搬送波を変調する。搬送波はＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）などの電波が使用され、変調はＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＦＳＫ（Frequency Shift
Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）などがよく利用される。受信側では、受信波と参照搬送波とにより検波を行い、その検波出力に送信側と対応する逆拡散符号を用いて逆拡散処理（相関処理）を行うことにより情報信号を復調する。逆拡散符号は、通常、送信側が使用した拡散符号と同じ符号が用いられる。
【００１９】
ＣＤＭＡ通信方式は、スペクトル拡散技術を応用した通信方式であり、ユーザごとに異なる拡散符号を使用することにより、多元接続が可能となる。次に、ＣＤＭＡ通信方式の特徴を述べる。
【００２０】
送信側での拡散変調より、情報信号は広い周波数帯域に分散した電力密度の小さい電波信号となり伝送路に送られるので、他の狭帯域通信に対して妨害を与えにくい。伝送路では、目的の電波信号に他局からの信号や局所的な雑音（有色雑音）が加わるが、受信側での逆拡散により、希望信号に対しては拡散符号長に相当する処理利得を得ることができ、雑音に対しては白色雑音化されるため情報信号の復調が容易に行える。すなわち、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）などの他の多元接続方式に比べて有色雑音に対する耐性が強い。
【００２１】
また、ユーザ数の増加に対して通信情報の誤り率が緩やかに増大するため、回線数の制限が緩やかである。さらに、拡散符号が分からなければ復調できない、あるいは、周波数に対する電力密度が小さいことよりどの周波数帯が使用されているのか分かりにくいので、秘匿性・秘話性に優れている。
【００２２】
ＣＤＭＡ通信方式での同期制御は、同期方式と非同期方式に大別できる。同期方式は、図２に示すように、各局の情報フレームの先頭チップを同じタイミングで受信する方式である。この方式では、同期点での相関値が自己相関はピークをとり、相互相関は０値となるような符号が用いられるため高い処理利得を得ることができる。しかし、この同期方式は、１つの送信局（例えば、基地局）から複数の受信局に一斉に送信する場合は使用可能であるが、その逆方向の通信に対しては使用が難しい。なぜならば、各送信局からの情報フレームの先頭チップが受信局に同時に到達するように同期制御を行うことは困難であるからである。
【００２３】
上記のような厳密な同期制御が困難な場合には非同期方式が用いられる。非同期方式は、図３に示すように、同期制御を特に行わず各送信局からの情報フレームの先頭チップがばらばらに受信される方式である。複数局からの信号到達時が不定であるため、拡散符号にも制限を受け、多重数（回線数）が減少したり、他局間干渉が増大するという問題点がある。また、他局間干渉を減少させるためには、基地局での受信強度をほぼ一定にするために、基地局への距離に応じて送信電力を調整する電力制御を行う必要が出てくる。
【００２４】
本発明は、厳密な同期制御を行う必要もなく、上記のような非同期方式における種々の問題点も解決することのできる、近似同期方式を適用したＣＤＭＡ通信方式に基づいている。近似同期方式では、各送信局からの情報フレームの先頭チップが所定の時間幅領域に収まるように受信できれば、上記の同期方式と同様の利点を得ることができる。
【００２５】
本発明では、拡散符号および逆拡散符号としてＺＣＺ（Zero Correlation Zone：零相関領域）符号を利用しており、他局間干渉の無い近似同期ＣＤＭＡ方式となっている。すなわち、他局間干渉の除去により高い伝送効率を実現している。まず、ＺＣＺ符号の定義を示す。ＺＣＺ符号は、数値１，０の並びからなる２値系列の第１符号（拡散符号）と数値１，−１からなる２相系列の第２符号（逆拡散符号）の符号対の集合からなる新しい符号である。
【００２６】
第１符号および第２符号の相関関数とは、第１符号と第２符号の対応する成分同士（同期点シフトに相当するインデックスずれも考慮する）の積をすべて加算したものである。第１符号と第２符号をベクトルと考えれば、第１符号と第２符号の内積である。ここでは、互いに対をなす第１符号および第２符号の相関関数を便宜的に自己相関関数と呼び、対をなさない第１符号および第２符号の相関関数を相互相関関数と呼ぶ。ＺＣＺ符号においては、自己相関関数が、同期点でピーク値をとり、その両側の所定幅の領域で０値をとる。その所定幅の領域を零相関領域と言う。相互相関関数は、同期点とその両側の零相関領域で０値をとる。
【００２７】
送信側から送られた情報フレームの先頭チップが同期点シフト分だけずれるので、受信側における逆拡散処理（相関処理）の出力（相関出力）は、拡散符号の成分を同期点シフト分だけシフトさせて逆拡散符号と内積を求めることで得られる。理想的な相関出力の特性は図４のようになる。希望局との相関出力（自己相関）は、同期点（同期点シフト０）で大きなピーク値をとり、その他ではピーク値に比べて十分小さい値をとる。一方、他局との相関出力（相互相関）は、同期点を含めた全ての同期点シフトで十分小さい値をとる。このような相関出力特性により、他局間干渉やマルチパス波の影響を除去することができ、情報を正確に復調できる。
【００２８】
相関の定式について以下に記載する。長さＮの符号ｘをｘ＝（ｘ０，…，ｘｉ，…，ｘＮ−１）と表す。ただし、符号ｘの各要素ｘｉは数値である。符号ｙも同様であるとする。相関関数Ｒｘｙ（τ）は、２つの符号ｘ，ｙを同期点シフトに対応する要素数τだけシフトさせた内積である。符号を周期的なものとするか否かで、相関関数も周期相関関数と非周期相関関数とが考えられる。これらの相関関数において、一般的には、ｘ＝ｙの場合を自己相関関数、ｘ≠ｙの場合を相互相関関数とする。そして自己相関関数は同じ符号の内積で表せるので、同期点τ＝０で最大値を得る。また、相互相関関数が大きな値とならないように符号の集合が選択される。
【００２９】
ＺＣＺ符号の定義を以下に説明する。長さＮの符号からなる系列対（ａｊ，ｂj）のＭ個の集合を下記の数１とする。ただし、符号ａｊは数値１，−１のＮ個の並びからなる２相系列、符号ｂjは数値１，０のＮ個の並びからなる２値系列とする。なお、以下の説明では、符号ｂjは数値１，０の並びとしているが、符号ｂjは数値１，−１の並びとしてもよい。
【数１】
2011114636.tif 000003
【００３０】
ここで、符号ａｊと符号ｂjの周期相関関数を下記の数２により定義する。数２は、符号ａｊと符号ｂjとがチップ数τだけシフトした場合の相関関数を示している。ただし、数２において、（ｎ  ｍｏｄ  Ｎ）は整数ｎをＮで割った余り（剰余）を表す。
【数２】
2011114636.tif 000004
【００３１】
このとき、周期相関関数が次の数３を満たすならば、集合Ｓを零相関領域Ｚｃｚを有するＺＣＺ符号と呼び、Ｓ（Ｎ，Ｍ，ω，Ｚｃｚ）と表す。ただし、｜ω｜は系列ｂjの要素１の数に等しく、｜ω｜＜Ｎである。
【数３】
2011114636.tif 000005
【００３２】
また、この明細書においては、数２、数３の相関関数を、同じ系列対すなわちｊ＝ｋの場合を自己相関関数と定義し、異なる系列対すなわちｊ≠ｋの場合を相互相関関数と定義する。数３を図に表すと図５のようになる。零相関領域は１≦｜τ｜≦Ｚｃｚの領域で示される。自己相関関数は、同期点τ＝０で最大値となり、零相関領域で０となる。相互相関関数は同期点および零相関領域で０となる。
【００３３】
また、数２の周期相関関数と類似しているが、非周期相関関数を次の数４として定義する。数４の非周期相関関数においても、ｊ＝ｋの場合を自己相関関数と定義し、ｊ≠ｋの場合を相互相関関数と定義する。
【数４】
2011114636.tif 000006
【００３４】
数４は、受信符号と送信符号とがチップ数τだけシフトした場合の相関関数を示している。ただし、数４におけるｂｋの各成分ｂｋｉ＋τは、ｉ＋τ＜０およびｉ＋τ≧Ｎの範囲では０となるものとする。
【００３５】
次に、他局間干渉の除去の原理を説明する。上記のＺＣＺ符号において、２値系列ｂjを拡散符号として送信系列を送ることを考える。また、それに対応する２相系列ａｊを逆拡散符号として相関処理を行い復調を行うものとする。図６は、ＺＣＺ符号を用いたＣＤＭＡ通信システムの全体構成を示す概略図である。
【００３６】
ＣＤＭＡ通信システム１０は、送信部１と受信部２と空間伝送路３とからなる。送信部１では、数値０，１からなる情報信号に対して２値系列の拡散符号による拡散処理を施して送信系列とし、さらにその送信系列により搬送波を変調して空間伝送路３に送信する。搬送波の変調方式は、ＡＳＫ（振幅）、ＦＳＫ（周波数）、ＰＳＫ（位相）などが使用できる。ここで、ＡＳＫ、ＦＳＫの場合は送信符号は数値０，１からなる系列とし、ＰＳＫの場合は送信符号は数値１，−１からなる系列とする。
【００３７】
受信部２では、受信電波と参照搬送波とにより検波を行い、受信信号の検波出力に対して２相系列の逆拡散符号による相関処理を行って情報信号を復調する。なお、ここでは受信部２が参照搬送波を使用した同期検波（コヒーレント検波）を行うように説明したが、必ずしも同期検波による必要はない。送信部１がＡＳＫ変調によって変調送信している場合は、受信部２は包絡線検波等の非同期検波（ノンコヒーレント検波）によって検波することができる。その場合には参照搬送波は不要である。
【００３８】
図７は、ＣＤＭＡ通信方式において、ＺＣＺ符号を利用した近似同期方式を示す図である。図７において、零相関領域Ｚｃｚが同期点の前後両側に配置され、この零相関領域Ｚｃｚが許容時間に相当している。複数の送信局からの信号Ａ，Ｂ，Ｃには、それぞれハッチングで示したガードチップ区間が配置されている。図７に示すように、全ての送信信号が零相関領域（許容時間）の区間内で受信できるように同期制御ができるのであれば、すなわち、各送信局からの信号Ａ，Ｂ，Ｃの情報フレームの先頭チップが許容時間内に受信されるならば、他局間干渉を完全に除去できることになる。
【００３９】
図８は、情報フレームにおけるガードチップの配置を示す図である。図８に示すように、ユーザｊに割り当てられた長さＮの拡散符号ｂjの前後に、零相関領域Ｚｃｚに対応するチップ数のガードチップを配置して、長さＬ＝Ｎ＋２Ｚｃｚの拡張拡散符号Ｂｊとする。すなわち、原符号ｂjの末尾のＺｃｚチップ分の部分を原符号の先頭部の前に配置し、原符号ｂjの先頭のＺｃｚチップ分の部分を原符号の末尾部の後に配置する。拡張拡散符号Ｂｊは次の数５で表される。
【００４０】
【数５】
2011114636.tif 000007
このように拡張した拡張拡散符号Ｂｊでは循環性を持つため、同期点がシフトしても数２で示した周期相関関数が正常に計算できる。
【００４１】
実際には、情報信号の各情報ビット１，０の２値情報に対応して、拡散符号ｂjと反転拡散符号ｃｊとを作ることができる。つまり、符号ｃｊは符号ｂjの中の各成分の「１」と「０」とを反転させたものである。反転拡散符号ｃｊは、逆拡散符号ａｊとの相関関数が同期点τ＝０において負のピーク値を持つ。
【００４２】
送信部１では、送信情報の２値情報（１，０）の一方（例えば、１）に対して、符号ｂjに基づく拡張符号Ｂｊを送信し、他方（例えば、０）に対して、符号ｃｊに基づく拡張符号Ｃｊを送信する。受信部２では、受信信号の検波出力に対して、各送信局に割り当てられた拡散符号ｂjに対応する逆拡散符号ａｊによる相関処理により情報信号を復調する。このとき、零相関領域Ｚｃｚの大きさは同期点のばらつきを吸収可能であるように設定されているので、理論上は他局間干渉を完全に除去できる。
【００４３】
以上のような近似同期ＣＤＭＡ通信方式では、他局間干渉の完全除去が可能であり、高効率の多元接続通信が可能となっている。また、ＺＣＺ符号を利用しているため、厳密な同期制御が不要となり、近似的な同期制御で済むという利点がある。すなわち、他局間の同期のずれが零相関領域内であれば、他局間の干渉が完全に除去できる。さらに、同一局からのマルチパスによる干渉に関しても、マルチパスによる信号時間差が零相関領域内であれば、マルチパスによる影響を受けなくなる。
【００４４】
次に、以上のような近似同期ＣＤＭＡ通信方式を利用した本発明の通信システムについて説明する。図９は、本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式を利用した通信システムの構成を示す概略図である。通信領域内には基地局（固定局）が複数配置されている。図９では、複数の基地局を固定Ａ、固定Ｂ、固定Ｃで表している。また、通信領域内には、複数の移動局も配置されている。図９では、複数の移動局を移動ｄ、移動ｅ、移動ｆ、移動ｇで表している。
【００４５】
複数の基地局は、それぞれ自局から通信可能な領域を持っている。固定Ａからの通信可能領域は細実線で表され、固定Ｂからの通信可能領域は細点線で表され、固定Ｃからの通信可能領域は細破線で表されている。これらの基地局は、隣接する基地局同士の間隔が通信可能な距離となるように配置されている。すなわち、固定Ａと固定Ｂは互いに一方が他方の通信可能領域内に入っており、固定Ａと固定Ｂは互いに通信可能となっている。固定Ｂと固定Ｃに関しても同様であり、固定Ｂと固定Ｃは互いに通信可能となっている。
【００４６】
また、これらの基地局はそれぞれ同期制御信号を一定時間間隔で発信している。固定Ａ、固定Ｂ、固定Ｃは、それぞれの通信可能領域に同期制御信号を発信しており、これによって全通信領域に同期制御信号が行き渡ることになる。そして、それぞれの固定Ａ、固定Ｂ、固定Ｃの基地局同士でも、同期制御信号を同一タイミングで送信するように互いに同期が取られている。全通信領域に含まれる全ての基地局および移動局は、この同期制御信号に基づいて信号を送信したり、受信信号を復調したりする。
【００４７】
同期制御信号には、非周期自己相関性の鋭いＺＣＺ符号が使用される。このため、ハードウエアコストを低減することができる。ＺＣＺ符号を同期信号として使用したので、基地局の通常の送信回路により同期制御信号を送信することができ、また、受信局においても通常の復調回路で同期制御信号の受信を行なえるからである。
【００４８】
それぞれの基地局および移動局には、互いに異なる送受信符号セット（送信符号および受信符号）が割り当てられている。この送受信符号セットはＺＣＺ符号を構成するものであり、近似同期制御によって他局間干渉することなくＣＤＭＡ通信を行うことが可能である。そして、このＺＣＺ符号の送受信符号セットの中から、１つが同期制御信号に割り当てられ、さらにもう１つが共用の送受信符号として割り当てられている。共用の送受信符号は全ての基地局および移動局が共通して使用する信号の送受信に利用される。
【００４９】
そして、送信局はデータを受信局に割り当てられた符号セットの送信符号により拡散処理を行って送信する。受信局は自局に割り当てられた符号セットの受信符号により受信信号に逆拡散処理を行ってデータを復調する。したがって、通信領域内では、受信局の異なる複数の通信を干渉することなく同時に行うことができる。
【００５０】
図１０は、本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式における媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）プロトコルを示すタイミングチャートである。この通信方式においては、基地局が発信する同期制御信号に基づいて、信号の送受信（応答）を行うための時間ウィンドウが決められている。すなわち、１つの同期制御信号の終了から次の同期制御信号の開始までの時間が１つの時間ウィンドウとなる。各種の信号やデータは１つの時間ウィンドウ内に収まるようにフレーム化される。
【００５１】
データを送信しようとする送信局（基地局または移動局）は、まず相手局に向けて送信要求（ＲＴＳ:Request To Send）信号を送信する。ＲＴＳ信号を受信した受信局は、自局が受信可能であれば送信局に向けて送信可（ＣＴＳ:Clear To Send）信号を送り返す。送信局はＣＴＳ信号を受け取ると、次の時間ウィンドウからデータフレームを送信する。
【００５２】
ＲＴＳ信号は送信局に固有に割り当てられている時間スロットを使用して送信される。図１０の最上段に示されるように、１つの時間ウィンドウは、ＲＴＳ用の時間スロットとＣＴＳ用の時間スロットに分けられている。それぞれの時間スロットは、各基地局および移動局に固有に割り当てられている。ＲＴＳ用時間スロットはここでは７個示されているが、それらの７個の時間スロットが固定Ａ〜固定Ｃ，移動ｄ〜移動ｇの７局に順番に割り当てられている。
【００５３】
各局がＲＴＳ信号を送信する場合、それぞれの局に割り当てられたＲＴＳ用時間スロットにおいてＲＴＳ信号を送信する。ＣＴＳ信号についても同様である。このため、複数の端末からＲＴＳ信号およびＣＴＳ信号が同じ時間ウィンドウで送信されても、これらの信号が互いに干渉することはなく、それらの信号をそれぞれ独立して正常に処理することが可能である。また、ＲＴＳ信号およびＣＴＳ信号は、前述の共用の送信符号によって拡散処理されて送信される。したがって、これらの信号を受信する局では共用の受信符号によって逆拡散処理を行って信号に含まれる情報を復調する。
【００５４】
ＲＴＳ信号およびＣＴＳ信号は、共用の送受信符号を使用しているので、複数の信号が重なってしまうと干渉することになる。しかし、ＲＴＳ信号およびＣＴＳ信号は、各送信局に割り当てられた固有の時間スロットを使用して送出されるため、互いに重なり合うことがない。共用の送受信符号を使用しているので、ブロードキャストのような複数の受信局に対する同報送信も可能となる。
【００５５】
図１０の上から２段目、３段目は、固定Ａから移動ｅにデータを送る場合の、信号のやりとりを示している。まず、固定Ａから移動ｅに向けてＲＴＳ信号が送信される。ＲＴＳ信号の送信は固定Ａに割り当てられたＲＴＳ用時間スロットを使用して行われる。移動ｅは、自局が受信可能であれば、ＣＴＳ信号を固定Ａに向けて送信する。ＣＴＳ信号の送信は移動ｅに割り当てられたＣＴＳ用時間スロットを使用して行われる。固定ＡがＣＴＳ信号を受信すると、次の時間ウィンドウからデータフレームの送信を開始する。
【００５６】
このとき、もし移動ｅがデータ受信中などの理由により固定Ａからのデータを受信できない場合、ＣＴＳ信号を送信しない。固定Ａは、ＣＴＳ信号が送られてこないので、送信不可であると判断してデータフレームの送信は中止する。その場合、また改めてＲＴＳ信号の送出からやり直す。
【００５７】
固定Ａは、受信局（移動ｅ）に割り当てられた送信符号によりデータフレームの拡散処理を行って送信する。そして、移動ｅは、自局に割り当てられた受信符号によりデータフレームの逆拡散処理を行ってデータを復調する。このようにデータフレームは、そのデータフレームを受信する局に割り当てられた送受信符号によって拡散処理および逆拡散処理が行われる。
【００５８】
固定Ａがデータフレームを送信する際に、データが複数フレームにわたる場合はフレームに番号を付けてフレームＡ１、フレームＡ２、フレームＡ３、・・・のように順番に送信する。受信局である移動ｅは、データフレームを誤りなく完全に受信した場合、受信確認（ＡＣＫ:Acknowledgement）信号を固定Ａに向けて送信する。固定Ａは、ＡＣＫ信号を受け取ると、次の時間ウィンドウで次のデータフレームを送信する。ＡＣＫ信号がない場合には、受信エラーが起きたものとして、次の時間ウィンドウでそのデータフレームを再送信する。
【００５９】
移動ｅは、送信局（固定Ａ）に割り当てられた送信符号によりＡＣＫ信号フレームの拡散処理を行って送信する。そして、固定Ａは、自局に割り当てられた受信符号によりＡＣＫ信号フレームの逆拡散処理を行ってＡＣＫ信号を復調する。このようにＡＣＫ信号は、そのＡＣＫ信号を受信する局に割り当てられた送受信符号によって拡散処理および逆拡散処理が行われる。
【００６０】
図１０の上から４段目、５段目は、移動ｄから固定Ｂにデータを送る場合の、信号のやりとりを示している。まず、移動ｄから固定Ｂに向けてＲＴＳ信号が送信される。ＲＴＳ信号の送信は移動ｄに割り当てられたＲＴＳ用時間スロットを使用して行われる。固定Ｂは、自局が受信可能であれば、ＣＴＳ信号を移動ｄに向けて送信する。ＣＴＳ信号の送信は固定Ｂに割り当てられたＣＴＳ用時間スロットを使用して行われる。移動ｄがＣＴＳ信号を受信すると、次の時間ウィンドウからデータフレームの送信を開始する。
【００６１】
まず、移動ｄからフレームｄ１が送信されるが、このときは固定ＢからＡＣＫ信号が送出されていない。すなわち、受信エラーが生じた場合である。移動ｄは、ＡＣＫ信号が送られてこないので、次の時間ウィンドウでデータフレームｄ１を再送信する。再送信ではＡＣＫ信号が送られてきたので、移動ｄは次の時間ウィンドウで次のデータフレームｄ２を送信する。
【００６２】
図１０の最下段は、移動ｇから固定Ｃに複数のデータフレームを継続して送信している場合を示している。このように、本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式では、同じ通信領域内で、固定Ａから移動ｅ、移動ｄから固定Ｂ、移動ｇから固定Ｃのように、複数の通信を同時に行うことが可能である。それぞれの通信は互いに干渉することがなく、独立して行うことができる。
【００６３】
図１１は、各信号とデータフレームのフレーム構造の実例を示す図である。各フレームの最初の１バイトはＳＯＰ（Start Of Packet ）であり、フレームの開始を示すデータである。また、各フレームの最後の１バイトはＦＣＳ（Frame Check Sequence）であり、フレームデータの正当性をチェックするための誤り検出符号である。
【００６４】
ＲＴＳの２バイト目は「ＲＴＳ」を示すコマンドバイトである。ＲＴＳの送信局アドレスはＲＴＳを送信する端末の識別番号となっており、受信局アドレスはＲＴＳを受信する端末の識別番号となっている。ＲＴＳのデータ長は、送信する全データの長さである。なお、同報送信（ブロードキャスト）を行う場合は、受信局アドレスとして例えば２５５などの特別の番号を使用する。同報送信の場合にはＣＴＳは返さない。
【００６５】
なお、同報送信におけるデータフレームは共用の送信符号によって拡散処理されて送信される。同報送信のデータフレームを受信する局では共用の受信符号によって逆拡散処理を行ってデータフレームに含まれるデータを復調する。また、データフレームを処理する送受信符号は、ＲＴＳおよびＣＴＳ用の送受信符号と同じものでもよいが、同報通信用の別の符号を割り当ててもよい。
【００６６】
ＣＴＳのフレーム構造もＲＴＳとほぼ同様である。ＣＴＳの２バイト目は「ＣＴＳ」を示すコマンドバイトである。ＣＴＳの送信局アドレスはＣＴＳを送信する端末の識別番号となっており、受信局アドレスはＣＴＳを受信する端末の識別番号となっている。ＣＴＳの符号確認は、自局（ＣＴＳを送信する端末）に割り当てられた符号セットを示す識別番号である。
【００６７】
データフレームの２バイト目は「データフレーム」を示すコマンドバイトである。送信局アドレスはデータフレームを送信する端末の識別番号となっており、受信局アドレスはデータフレームを受信する端末の識別番号となっている。フレーム長は、このデータフレームに含まれるデータの長さである。フレーム番号は、フレームの順番を示す番号である。送信データが複数フレームにわたる場合は、フレーム番号に連続番号が付与された複数のフレームが順次送信される。
【００６８】
ＡＣＫの２バイト目は「ＡＣＫ」を示すコマンドバイトである。ＡＣＫの送信局アドレスはＡＣＫを送信する端末の識別番号となっており、受信局アドレスはＡＣＫを受信する端末の識別番号となっている。フレーム番号は、ＡＣＫの対象となる完全に受信したフレームのフレーム番号となる。
【００６９】
以上のような近似同期ＣＤＭＡ通信方式では、同じ通信領域内で受信局が異なる複数の通信を同時に行うことが可能である。それぞれの通信は互いに干渉することがなく、独立して行うことができる。また、図９の移動ｄと移動ｅのような、直接通信可能な領域にある端末同士では、図の実線矢印で示すように直接（アドホックモード）通信することができる。図９の移動ｆから移動ｇのような、直接通信可能な領域にない端末同士では、点線矢印で示すように基地局を介して間接的な通信（マルチホップ通信）が可能である。
【００７０】
各基地局は、自局と通信可能な移動局のリストを常時更新して保持している。また、そのリストを適時に他の基地局に送信しており、各移動局がどの基地局の通信可能領域にいるのかが分かるようになっている。移動ｆから移動ｇに向けた信号やデータフレームが送信されると、それを受信した基地局である固定Ａは、移動ｆと移動ｇが直接通信可能でないと判断して、移動ｇに代わって自局が応答する。そして、その信号やデータフレームを他の基地局に転送し、転送された基地局も同様に他の基地局に転送する。最後に移動ｇと通信可能な基地局は移動ｇに転送する。すなわち固定Ａ→固定Ｂ→固定Ｃ→移動ｇのように次々に転送される。このようにして直接通信可能でない端末同士でもマルチホップ通信による通信が可能となる。
【００７１】
以上のように、本発明によれば、同じ通信領域内で受信局が異なる複数の通信を同時に行うことが可能である。それぞれの通信は互いに干渉することがなく、独立して行うことができる。独自のＭＡＣプロトコルにより、隠れ端末問題やさらし端末問題も解決され、１局から多局への同報送信（ブロードキャスト）も可能である。
【００７２】
また、アドホックモード（端末同士）とインフラストラクチャモード（端末と基地局）の通信を併用することにより、通信システムの多様性および柔軟性を向上させることができる。例えば、直接通信可能な領域にない端末同士でも、基地局を介して間接的な通信（マルチホップ通信）が可能となる。本発明は、近距離無線通信網やユビキタス・モバイル・システムに有効に適用可能である。
【００７３】
なお、本発明においては、搬送波は光や電波領域の電磁波が使用できる。また、本発明はＡＳＫ，ＰＳＫ，ＦＳＫのいずれの変調方式であっても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の近似同期ＣＤＭＡ通信方式は、近距離無線通信網やユビキタス・モバイル・システムに有効に適用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  送信部
２  受信部
３  空間伝送路
１０  ＣＤＭＡ通信システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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