(57)【要約】【課題】複数の端末に同一の拡散符号が割り当てられる状況が想定される場合であっても、精度よく所望の信号を抽出でき、さらなるスループットの向上を実現可能なスペクトル拡散通信装置を得ること。【解決手段】本発明にかかるスペクトル拡散通信装置（端末の送信機１−１）は、ＣＤＭＡ方式を利用してランダムアクセス制御を行うスペクトル拡散通信装置であって、たとえば、相関特性に優れた基本系列を生成し、当該基本系列に基づいて生成された拡散符号を用いて送信データを拡散することにより、拡散信号を生成する拡散部１１−１と、単一または複数のスペクトル拡散通信装置（端末の送信機１−１〜１−Ｎ）を収容する特定の通信装置（基地局の受信機２）から通知される送信タイミング情報に基づいて、前記拡散信号の送信タイミングをチップ単位に制御する送信タイミング制御手段１２−１と、を備える。【選択図】        図１
2005318090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を利用してランダムアクセス制御を行うスペクトル拡散通信装置において、
相関特性に優れた基本系列を生成し、当該基本系列に基づいて生成された拡散符号を用いて送信データを拡散することにより、拡散信号を生成する拡散手段と、
単一または複数のスペクトル拡散通信装置（自装置を含む）を収容する特定の通信装置から通知される送信タイミング情報に基づいて、前記拡散信号の送信タイミングをチップ単位に制御する送信タイミング制御手段と、
を備えることを特徴とするスペクトル拡散通信装置。
【請求項２】
Ｍ系列の先頭または末尾に０を付加し、０と１が同数の系列を生成可能とし、当該生成された系列を、前記拡散手段で用いる基本系列とすることを特徴とする請求項１に記載のスペクトル拡散通信装置。
【請求項３】
前記拡散手段は、
前記基本系列における末尾部分の一部の系列を当該基本系列の先頭に付加し、当該系列付加後の系列を拡散符号とすることを特徴とする請求項１または２に記載のスペクトル拡散通信装置。
【請求項４】
前記拡散手段は、
前記基本系列における先頭部分の一部の系列を当該基本系列の末尾に付加し、当該系列付加後の系列を拡散符号とすることを特徴とする請求項１または２に記載のスペクトル拡散通信装置。
【請求項５】
前記拡散手段は、
前記基本系列における末尾部分の一部の系列を当該基本系列の先頭に付加し、さらに前記基本系列における先頭部分の一部の系列を当該基本系列の末尾に付加し、各系列付加後の系列を拡散符号とすることを特徴とする請求項１または２に記載のスペクトル拡散通信装置。
【請求項６】
前記拡散手段は、
前記基本系列に対して所定の直交符号を乗算し、当該乗算後の系列に基づいて前記拡散符号を生成することを特徴とする請求項１または２に記載のスペクトル拡散通信装置。
【請求項７】
前記拡散手段は、
前記乗算後の系列における末尾部分の一部の系列を当該乗算後の系列の先頭に付加し、当該系列付加後の系列を拡散符号とすることを特徴とする請求項６に記載のスペクトル拡散通信装置。
【請求項８】
前記拡散手段は、
前記乗算後の系列における先頭部分の一部の系列を当該乗算後の系列の末尾に付加し、当該系列付加後の系列を拡散符号とすることを特徴とする請求項６に記載のスペクトル拡散通信装置。
【請求項９】
前記拡散手段は、
前記乗算後の系列における末尾部分の一部の系列を当該乗算後の系列の先頭に付加し、さらに前記乗算後の系列における先頭部分の一部の系列を当該乗算後の系列の末尾に付加し、各系列付加後の系列を拡散符号とすることを特徴とする請求項６に記載のスペクトル拡散通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を利用してランダムアクセス制御を行うスペクトル拡散通信装置に関するものであり、特に、複数の端末が同一の拡散符号を用いて基地局と通信を行うことを想定した通信システムで使用されるスペクトル拡散通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の通信システムにおけるランダムアクセス制御方法について説明する。たとえば、無線チャネルを端末（移動局）毎に固定的に割り当てずに、端末がランダムにパケットを送出する基本的なランダムアクセス制御方式として、スロットアロハ（Slotted-ALOHA）方式がある（非特許文献１参照）。このスロットアロハ方式では、時間軸をスロットと呼ばれる一定の時間間隔に区切り、このスロットを用いてパケットを送信する。時間軸をスロット化するので、各端末は同期を確立する必要がある。また、スロットアロハ方式は、最も基本的なピュアアロハ（Pure-ALOHA）方式のように、パケットが部分的に重なることはなく、パケットが完全に重なるか（衝突）、またはまったく重ならないかのどちらかとなる。
【０００３】
一方、多数の端末が同一の基地局と通信を行う通信システムでは、収容可能な端末数を増やすために、たとえば、スループット性能が優れたＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）を採用している。
【０００４】
ここで、上記スロットアロハ方式に優れたスループット特性を有するＣＤＭＡ方式を適用した従来のランダムアクセス制御方式を簡単に説明する。たとえば、送信側の各端末では、個別に割り当てられた拡散符号により送信データを拡散する。そして、拡散信号をスロットアロハ方式によりスロット時間に同期させて送信する。一方、受信側の基地局では、スロットアロハ方式によって送信された信号を個別の拡散符号で逆拡散し、所望の信号を抽出する。これにより、衝突時においても所望の信号を抽出できるので、パケットの再送が減り、結果的にスループット特性が向上する。
【０００５】
【非特許文献１】電子情報通信学会  信学技法  DSP99-65，SST99-21，CS99-67(1999-07)  図１，図２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記スロットアロハ方式にＣＤＭＡ方式を適用した従来のランダムアクセス制御方式を、たとえば、複数の端末に同一の拡散符号が割り当てられる状況が想定されるシステムに適用した場合は、パケットの衝突により、所望の信号が抽出できないことがある、という問題があった。特に、上記従来のランダムアクセス制御方式を、衛星との距離が各端末間でほぼ等しくなるような衛星通信システム（複数の端末が同一の拡散符号を使用する状況が想定されるシステム）に適用した場合には、スロットの受信タイミングが一致する確率が非常に高くなり（チップずれがない）、これにより、所望の信号が抽出できなくなる、という問題があった。
【０００７】
さらに、上記従来ランダムアクセス制御方式においては、たとえば、複数の端末が同一の拡散符号を使用し、かつ基地局との距離が各端末間で異なりチップずれが存在する場合、チップずれによる符号間の干渉が生じ、ランダムアクセス時の信号電力対干渉電力比が増大し、スループットが低下する、という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の端末に同一の拡散符号が割り当てられる状況が想定される場合であっても、精度よく所望の信号を抽出でき、さらなるスループットの向上を実現可能なスペクトル拡散通信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるスペクトル拡散通信装置は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を利用してランダムアクセス制御を行うスペクトル拡散通信装置であって、たとえば、相関特性に優れた基本系列を生成し、当該基本系列に基づいて生成された拡散符号を用いて送信データを拡散することにより、拡散信号を生成する拡散手段（後述する実施の形態の拡散部１１−１，１１−２，…，１１−Ｎに相当）と、単一または複数のスペクトル拡散通信装置（自装置を含む）を収容する特定の通信装置から通知される送信タイミング情報に基づいて、前記拡散信号の送信タイミングをチップ単位に制御する送信タイミング制御手段（送信タイミング制御手段１２−１，１２−２，…，１２−Ｎ）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、たとえば、基地局が、拡散信号のチップ単位の送信タイミング情報を各端末に通知し、各端末が、その送信タイミング情報に基づいて拡散信号の送信タイミングをチップ単位で制御する。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、たとえば、基地局が通知する送信タイミング情報に基づいて端末が送信タイミングをチップ単位で制御することにより、複数の端末に同一の拡散符号が割り当てられる状況が想定されるシステムにおいてランダムアクセス制御を行う場合であっても、従来技術において発生していたスロットの衝突を回避することができ、さらなるスループットの向上を実現できる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかるスペクトル拡散通信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかるスペクトル拡散通信装置を含む無線通信システムの構成例を示す図である。この通信システムは、たとえば、拡散部１１−１および送信タイミング制御部１２−１を含む送信側のスペクトル拡散通信装置内の送信機１−１と、拡散部１１−２および送信タイミング制御部１２−２を含む送信側のスペクトル拡散通信装置内の送信機１−２と、…、拡散部１１−Ｎおよび送信タイミング制御部１２−Ｎを含む送信側のスペクトル拡散通信装置内の送信機１−Ｎと、逆拡散部１３−１，１３−２，…，１３−Ｎを含む受信側のスペクトル拡散通信装置内の受信機２と、を備えている。ここでは、一例として、送信側のスペクトル拡散通信装置を端末とし、受信側のスペクトル拡散通信装置を基地局とした場合の無線通信システムを想定し、たとえば、各端末の送信機（１−１，１−２，…，１−Ｎ）がランダムアクセス制御（ピュアアロハ方式，スロットアロハ方式等）により拡散信号を送信し、基地局内の受信機２がそれぞれ伝送遅延τ＃１，τ＃２，…，τ＃Ｎが付加された信号を受信する場合について説明する。
【００１４】
また、図２は、上記各拡散部（１−１，１−２，…，１−Ｎ）の構成要素である拡散符号生成部２１の構成例を示す図であり、基本系列生成部２２と部分系列生成部２３とを備えている。さらに、図３は、基本系列の一例として相関特性に優れたＭ系列を生成する基本系列生成部２２の構成例を示す図であり、シフトレジスタを構成する遅延器３１〜３４と加算器３５とを備えている。
【００１５】
ここで、本実施の形態のスペクトル拡散通信装置（端末内の送信機，基地局内の受信機）の動作を、図面を用いて詳細に説明する。なお、図１においては、端末毎に個別の送信データＳ1（ｔ），Ｓ2（ｔ），…，ＳN（ｔ）がそれぞれ送信機１−１，１−２，…，１−Ｎに入力されているが、以降は、一例として、送信機１−１の動作について説明する。
【００１６】
まず、送信機１−１における拡散符号生成部２１内の基本系列生成部２２では、相関特性に優れた符号を選択し、拡散符号の基本系列を生成する。相関特性に優れた符号としては、たとえば、Ｍ系列が知られており、ここでは、基本系列の一例として、図３に示すシフトレジスタと加算器３５の組み合わせで構成された基本系列生成部２２が、符号長１５のＭ系列を生成する。
【００１７】
つぎに、部分系列付加部２３では、上記基本系列生成部２２にて生成された基本系列に所定の部分系列を付加する。ここでは、各端末による拡散信号の送信タイミングがチップ単位でずれていることにより、同一の拡散符号を使用している各端末の拡散信号間で生じる符号間干渉を軽減することを目的として、上記基本系列に部分系列を付加している。
【００１８】
ここで、上記部分系列付加部２３の処理を、図面を用いて具体的に説明する。図４−１、図４−２、図４−３は、部分系列付加部２３による部分系列の付加方法の一例を示す図である。たとえば、図４−１では、基本系列における予め規定された末尾部分（複数ビット）をその基本系列の先頭に付加している。また、図４−２では、基本系列における予め規定された先頭部分（複数ビット）をその基本系列の末尾に付加している。また、図４−３では、送信タイミングのチップ単位での大きなずれに対応できるように、基本系列における予め規定された末尾部分（複数ビット）をその基本系列の先頭に付加するとともに、さらに基本系列における予め規定された先頭部分（複数ビット）をその基本系列の末尾に付加している。そして、上記いずれかの方法で部分系列が付加され生成された拡散符号が、後述する拡散処理に用いられる。
【００１９】
そして、送信機１−１では、拡散部１１−１が、図２に示す拡散符号生成部２１が生成した拡散符号を用いて送信データＳ1（ｔ）を拡散する。
【００２０】
つぎに、送信タイミング制御部１２−１では、受信側の基地局において個々の端末からの受信タイミングが同一とならないように、送信タイミングを設定する。この送信タイミングは、送信タイミング情報として基地局から端末へ通知され、たとえば、送信タイミング情報を通知するために設けられたスロットにて通知される。また、送信タイミングは、たとえば、上記送信タイミング情報により規定された時間範囲の中で、送信タイミング制御部１２−１がチップ単位かつランダムに設定する。これにより、スロットの衝突を回避する能力を向上させることができる。
【００２１】
図５−１は、上記送信タイミング情報が挿入されたＴＤＭ（Time Division Multiplexing）におけるスロットフォーマットの一例を示す図であり、図５−２は、送信タイミング情報が挿入されたＣＤＭ（Code Division Multiplexing）におけるスロットフォーマットの一例を示す図である。ＴＤＭにより送信タイミング情報を送信する場合には、１スロットにおける特定の時間帯または全部を送信タイミング情報の時間帯として割り当てる。一方、ＣＤＭにより送信タイミング情報を送信する場合には、特定のチャネル（図５−２ではＣＨ＃１）を送信タイミング情報用のチャネルとして割り当てる。
【００２２】
その後、送信タイミング制御部１２−１では、上記で設定された送信タイミングで拡散信号を無線伝送路上に出力する。そして、この拡散符号は、無線伝送路において伝送遅延が付加され、さらに、他の端末の送信信号が多重された信号となり（図１参照）、基地局に到達する。
【００２３】
最後に、基地局の受信機２では、逆拡散部１３−１が、送信側と同一の基本系列を用いて逆拡散処理を行い、その結果として逆拡散後データＺ1（ｔ）を得る。なお、本実施の形態では、一例として、送信機１−１および逆拡散部１３−１を用いて特徴的な動作を説明したが、他の送信機（１−２〜１−Ｎ）および逆拡散部（１３−２〜１３−Ｎ）においても同様の処理が行われている。
【００２４】
以上のように、本実施の形態においては、基地局が、拡散信号のチップ単位の送信タイミング情報を各端末に通知し、各端末が、その送信タイミング情報に基づいて送信タイミングをチップ単位で制御する。これにより、複数の端末に同一の拡散符号が割り当てられる状況が想定されるシステムにおいてランダムアクセス制御を行う場合に、従来技術において発生していたスロットの衝突を回避することができる。さらに、同一の拡散符号を使用している他の端末の拡散信号との間で生じる拡散符号間の干渉を軽減することを目的として、拡散符号の基本系列の前、後ろ、または前後に、特定の系列を付加した拡散符号を生成し、その拡散符号を用いて拡散後の拡散信号を送信する。これにより、拡散符号間の干渉の影響を低減しつつ、スループット特性の向上を図ることができる。
【００２５】
実施の形態２．
つづいて、実施の形態２のスペクトル拡散通信装置の動作について説明する。なお、無線通信システムに含まれる送信機および受信機の構成については、前述した実施の形態１の図１と同様である。ここでは、実施の形態１とは処理の異なる基本系列の生成方法についてのみ説明する。
【００２６】
図６は、本実施の形態における基本系列の生成方法の一例を示す図である。実施の形態１では、基本系列としてＭ系列を使用する場合を一例として説明したが、Ｍ系列は０と１の数が同数とはならず（０が１個少ない）、系列長が偶数の符号を生成することができない。そこで、本実施の形態では、たとえば、図６に示すように、Ｍ系列は０の数が１の数よりも１個少ないので、系列中の０と１の数を同数とし、系列長が偶数となるように、先頭の０を末尾に付加する。
【００２７】
なお、図６の例では、系列中の先頭の０を末尾に付加することで、０と１の数を同数としたが、必ずしも系列中の先頭の０を末尾に付加する必要はなく、系列の０と１の配置状況に応じて、たとえば、系列の末尾が０の場合には、末尾の０を系列の先頭位置に付加することとしてもよく、系列中の０と１の数が同数になるのであれば、付加する０は先頭であっても末尾であってもかまわない。
【００２８】
以上のように、本実施の形態においては、基本系列として偶数の符号系列を生成することが可能となる。これにより、系列の相関特性を大きく劣化させることなく、任意の長さの基本系列を生成できる。
【００２９】
実施の形態３．
つづいて、実施の形態３のスペクトル拡散通信装置の動作について説明する。なお、無線通信システムに含まれる送信機および受信機の構成については、前述した実施の形態１の図１と同様である。ここでは、実施の形態１とは構成の異なる拡散符号生成部の処理についてのみ説明する。
【００３０】
図７は、本実施の形態における拡散符号生成部２１ａの構成例を示す図であり、基本系列生成部２２と、直交符号生成部２４と、部分系列付加部２３と、を備えている。まず、基本系列生成部２２では、実施の形態２と同様に偶数の系列長を有する基本系列を生成する。つぎに、直交符号生成部２４では、基本系列と同数の系列長を有する直交符号を直交符号選択信号に基づいて選択し、基本系列に対して選択した直交符号を乗算し、基本系列と直交した符号（系列）を生成する。直交符号選択信号は、直交符号の系列数分だけ存在し、予め直交符号に割り当てられた番号が用いられる。ここで、一例として、直交符号の数がＭ個の時の直交符号の番号を＃０，＃１，…，＃Ｍ−１とすると、直交符号選択信号は、０，１，…，Ｍ−１で表せ、端末内部でデータ送信時に任意の番号が設定され、直交符号選択信号により当該番号が直交符号生成部に入力される。直交符号生成部２４では直交符号選択信号により示されたウオルッシュ符号（Walsh）が選択され、基本系列生成部２２の出力に対して乗算される。なお、直交符号の一例としては、ウオルッシュ符号があげられる。
【００３１】
そして、部分系列付加部２３は、前述の実施の形態１と同様の方法（図４参照）で、または前述の実施の形態２と同様の方法（図６参照）で、直交符号生成部２４にて生成した系列に対して部分系列を付加して拡散符号を生成する。
【００３２】
以上のように、本実施の形態においては、基本系列に対して直交符号を乗算することで基本系列に対する直交符号を複数生成する。これにより、利用可能な拡散符号を増やすことが可能となる。また、基地局において、複数の端末からの拡散信号の受信タイミングがチップ単位で同一となる場合（スロット衝突時）であっても、端末間で利用する直交符号が異なれば、各端末のスロットを抽出できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明にかかるスペクトル拡散通信装置は、ＣＤＭＡ方式を利用してランダムアクセス制御を行う場合の送受信機として有用であり、特に、複数の端末（送信機側）が同一の拡散符号を用いて基地局（受信機側）と通信を行うことを想定した通信システムで使用されるスペクトル拡散通信装置として適している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明にかかるスペクトル拡散通信装置を含む無線通信システムの構成例を示す図である。
【図２】拡散部の構成要素である拡散符号生成部の構成例を示す図である。
【図３】基本系列生成部の構成例を示す図である。
【図４−１】部分系列付加部による部分系列の付加方法の一例を示す図である。
【図４−２】部分系列付加部による部分系列の付加方法の一例を示す図である。
【図４−３】部分系列付加部による部分系列の付加方法の一例を示す図である。
【図５−１】ＴＤＭにおけるスロットフォーマットの一例を示す図である。
【図５−２】ＣＤＭにおけるスロットフォーマットの一例を示す図である。
【図６】基本系列の生成方法の一例を示す図である。
【図７】拡散符号生成部の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１−１，１−２，１−Ｎ  送信機
２  受信機
１１−１，１１−１，１１−Ｎ  拡散部
１２−１，１２−２，１２−Ｎ  送信タイミング制御部
１３−１，１３−２，１３−Ｎ  逆拡散部
２１，２１ａ  拡散符号生成部
２２  基本系列生成部
２３  部分系列生成部
２４  直交符号生成部
３１，３２，３３，３４  遅延器
３５  加算器
【図１】
2005318090.tif 000003
【図２】
2005318090.tif 000004
【図３】
2005318090.tif 000005
【図４−１】
2005318090.tif 000006
【図４−２】
2005318090.tif 000007
【図４−３】
2005318090.tif 000008
【図５−１】
2005318090.tif 000009
【図５−２】
2005318090.tif 000010
【図６】
2005318090.tif 000011
【図７】
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