第 章 多元接続 !

通常の通信システムでは，データのやりとりは，１組のユーザ間で双方向に行われる．このような双方向の通信を実現するために，それぞれのユーザの上り下り（行き帰り）回線の分離（多重）を行うことを，'(#)$ と呼ぶ．無線回線で，この双方向の通信を区別する手法としては，大きく分けて （#B#. A/- '(#)$）と *（*# A/- '(#)$）がある ．これらの手法の特徴は以下のとおり．

  



 "# $ "，% " 送信と受信を周波数の違いで区別．
 送信と受信を同時に行う．
 自分の送信信号が干渉（電力差+ 約１００ 1）となる．
 送受信周波数差大ならアンテナやＲＦ回路が複雑
 短い時間間隔で送信と受信を高速に切り替えることで「擬似的に」同時双方向通信を実現．
 通信に時間遅延が発生．

上に述べた '(#)$ 技術は，それぞのユーザにおいて，双方向の通信を分離多重する技術である．
これに対して多元接続 ("'(# ..#// 技術は，共通の通信路を，複数のユーザの各々のための通信回線（チャネル）に分割するものである．無線スペクトルは有限の資源である．これをなるべく多数のユーザで効率良く分け合うことは極めて重要である．
具体的な分割の方法としては，'(#)$ の場合と同様に周波数あるいは時間による方法があり，各々， 周波数分割多元接続方式

#B#.A/- ("'(#..#// L 時分割多元接続方式*#A/- ("'(#..#// L*とよばれる．また各ユーザに固有の符号をわりあて，それにより区別を行う方法である

 符号分割多元接続方式

-1#A/- ("'(#..#// Lという手法も存在する．
図  は，それぞれの方式について周波数および時間の占有状態を示す概念図である．各方式の概要について以下に述べる．



FDMA

guard band

POWER

TDMA

CDMA

guard time

TIM
EEYNCEUEQFR

図  + 多元接続の概念図





各ユーザに搬送波周波数の異なる狭帯域チャネルを割り当てて周波数で信号を区別する方式．最も素直なチャネル分割方法といえる．テレビジョン放送のチャネルの区別や，アナログ変調（）を使用する第１世代の自動車電話システムなどで採用されている．

 アナログ変調にもディジタル変調にも適合．
 チャネルの伝送レートはデータレート程度．
 シンボル間干渉は小．チャネル等価器不要．
 同時に複数の信号が伝送される．
( 相互変調を防ぐため，基地局送信機の増幅器には高い線形性が要求される．

 各ユーザは異なった周波数を使用する．

( 他チャネル干渉を防ぐため，良い特性の狭帯域フィルタと線形増幅が必要．

 信号が連続的に送信される( 同期などのオーバヘッドが小さい．
( * は困難，送受信が同時故  も困難．

 割り当てられたチャネルは，解放されるまで，使用されていなくても占有され続ける．


各ユーザが同じ搬送波周波数を持つチャネルを時間的に分割して使用する方式である．ＴＤＭＡでは時間をフレームという単位で区切り各フレームの中をさらに小さな区間（スロット）に分割する（図 ）．それぞれのスロット時間内に送信することを許されるのは１局だけである．したがって送信側ではフレーム時間内に発生した音声データ等を圧縮しフレーム時間毎に周期的に現れる自分に割り当てられたスロット内で送信する．このような間欠的な送信の１かたまりをバーストと呼ぶ．
第２世代とよばれる現在のディジタル携帯電話（ＧＳＭ，ＰＤＣ，ＰＨＳなど）はこの方式を採用している．主要な性質は下記のとおりである．

 ディジタル変調に適している．
 データレートよりチャネル伝送レートが大． 多重数倍）( 高速のシステムクロックが必要( シンボル間干渉が大．
( 適応チャネル等価器が必要 システム全体で同時に１つの信号が伝送される．
( 基地局送信機の増幅器の線形性の要求は緩い 各ユーザは同一の周波数帯を使用( スペクトル形状への要求は比較的緩い．

 送信はバースト的．

( 電力節約可能．
( 同期などのオーバヘッドが大きい．
 ハンドオフが容易．
( バーストの間で各基地局の信号強度測定 ＴＤＤが容易．

( ＦＤＤでも送信と受信が同時ではない．
（ＴＤＤ的）

 割り当てられたスロットは，解放されるまで，使用されていなくても占有され続ける．
One TDMA Frame
Preamble Information Message Trail Bits

Slot 1 Slot 2 Slot 3

Trail Bits Sync. Bits

Slot N

Information Data

Guard Bits

図 + ＴＤＭＡ方式におけるフレーム構成

スペクトル拡散技術を用い多元接続を実現する方式 ．各ユーザは拡散信号を乗積した信号を同じ搬送波周波数を持つチャネルで同時に送信する．受信側では所望ユーザの拡散信号をもとに受信信号を逆拡散しデータの再生を行う．第３世代の携帯電話システムでは，ＣＤＭＡ方式が採用されている．

 ディジタル変調に適している．
 情報レート＜伝送チップレート（拡散率倍）( 高速のシステムクロックが必要( シンボル間干渉は小 システム全体で同時に複数の信号の伝送．
( 相互変調を防ぐため 基地局送信機の増幅器には高い線形性が要求される．

 各ユーザは同一の周波数帯を使用( スペクトル形状への要求は比較的緩い．

 送信は連続・バーストのいずれでも可．
 実際に送信していないユーザはシステム容量に影響しない( 音声の断続に応じて送信信号を断続することで，チャネル容量増加可能．



多元接続方式の比較

これまで ，* および  の三つの多元接続方式について述べたが，それぞれ一長一短がある．本節では，これら３方式の定性的比較を行うこととする．



通信品質

雑音の影響 熱雑音のような白色雑音の影響は，どの多元接続方式でも基本的に同じである．ただし * においては，信号を断続的に送信するため，送信電力のピーク値を他の方式よりも高くする必要がある．また  においては，通常他チャネルからの干渉があるため，その影響を見込んで信号対熱雑音比を高く設定する必要がある．このことは，衛星通信のように信号対熱雑音比が低くなりがちな回線にとって問題となる．以上の点を考えると熱雑音に対しては， が最も有利といえる．
一方，狭帯域雑音に対しては， が最も強い．これは，受信における逆拡散の過程で狭帯域雑音を白色化（スペクトル密度が低下）した後，希望信号を取り出す積分操作に相当する狭帯域フィルタリングによって雑音成分を取り除く効果があるからである．また，強い狭帯域雑音がある場合には，逆拡散する前に狭帯域阻止フィルタでこれを積極的に抑圧してその影響を減らすことも考えられている ? @． の場合は，たまたま狭帯域雑音と周波数が合致したチャネルが大きな影響を受ける．* では，等化操作によって狭帯域雑音の影響を軽減できる．
干渉の影響 干渉について，それを与える立場と受ける立場がある．与える立場について，スペクトルが薄く広く拡散されている  が良いとされている．このため，他システムとの周波数帯の共用も可能で，新しくシステムを構築する場合に既存システムとの共存がやりやすい．ただ，アクセス数が多くなると，やはり他システムへ与える干渉を無視することはできなくなる．特に，隣接周波数帯にあるシステムへの干渉は，アクセス数によって変わるので，各アクセス信号の帯域外不要放射の許容量をどの程度にすれば妥当なのか検討を要する．* は，送信電力が高くなりがちであるので，干渉を与える程度も大きく，スクランブリングを施してスペクトルの集中を防ぐ必要がある．
干渉を受ける立場について考えると， や * では，大きな干渉を受けると，品質の劣化が著しい．スペクトル拡散を施している  が最も有利である．先の狭帯域雑音の場合と同じく逆拡散の過程で干渉波のスペクトルが白色化されるからである．隣接チャネルからの干渉についても， が強く， と併用する場合に隣合った周波数チャネル間にガードタイムを設ける必要がなく，両チャネルの信号のスペクトルの一部が重なってもそれによる劣化は概して小さい．



チャネル割り当てとランダムアクセス

いままで周波数スペクトルを複数のチャネルに分割する方法について述べてきた．次に問題になるのは，これらのチャネルを，いかにして各ユーザに割り当てるかということである．最も単純なのは，それぞれのユーザにあらかじめチャネルを指定する方法である．このようにすれば，各ユーザは，自分専用のチャネルを用いて，いつでも通信を行うことができる．このような方法を固定割り当て方式という．ところが実際の通信システムでは，システムが提供できるチャネル数よりはるかに多くのユーザが存在し，しかもユーザ個々の通信量は小さい場合が多い．このようなシステムでは，固定割り当ては実現不可能である．そこで用いられるチャネルの割当方式が，要求割当（デマンドアサインメント）方式である．
この方式では，情報を伝送するチャネル以外にユーザと中央制御局間に双方向の制御チャネルを準備する．そして通信を開始したいユーザは，制御チャネルで通信チャネルの割り当て要求を中央制御局に行い，また制御チャネルで通信チャネルの指定を受ける．
制御チャネルとしては， の場合，情報チャネルとは別の周波数を専用に割り当てるのが通常である．* の場合は，* フレーム中に制御チャネル用のタイムスロットを設けることによって目的を達成することができる．しかし，通常の * システムでは， とのハイブリッドシステムである場合が多く，このときには制御チャネルも専用の周波数が割り当てられることが多い． の場合，制御チャネルに専用の符号系列が割り当てられる．
ところで上の要求割り当て方式では，通信を開始したいユーザは，それぞれが，共通の制御チャネルを用いて通信チャネルの割り当て要求を送出する．つまり要求割り当ては，自局に割り当てられた専用チャネルではなく共通チャネルを用いて伝送されている．これを発展させると，各ユーザが一度に送信したいデータ量が小さい場合，単にチャネル割り当て要求だけでなく実際の通信そのものも同様の手法で共通チャネルで伝送する方式を考えることができる．このような方式をランダムアクセス方式という．ランダムアクセス方式では、別のユーザからの信号が自分の信号と同時に送出されるとデータは正しく伝送できない．つまり送信タイミングを上手に制御する必要があり，そのために各種の方式が提案されている．

