JP2504457B2 - ランダムアクセス通信方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、伝送路を複数の端末局が共用し、各端末局
は送信データをバースト状信号とし上記伝送路にランダ
ムに送出するランダムアクセス通信方式に関する。

（従来の技術） ランダムアクセス通信方式は、多数の端末局が存在
し、かつ各端末局のトラヒック量が比較的少ない場合に
有効な通信方式で、パケットデータの伝送や、衛星通信
における初期アクセス方式として広く用いられている。

第６図は、ランダムアクセス通信を衛星通路に適用し
た例で、端末局10a〜10pは、キャリア周波数fa、データ
伝送速度m bit/sの通信路を共用している。各端末局は
送信したいデータがあるときには、キャリア同期用或は
クロック同期用のプリアンブル信号をデータ信号に付加
し、バースト状の信号を他の端末局とは独立に送出す
る。ある端末局10cが送出中に、他の全ての端末局10i
（ｉ≠ｅ）が送信を行なわなければ、端末局10cからの
送信信号は正しく受信局に受信される。一方、もし２局
以上から信号が同時に送信されると、信号は衝突して受
信局に正しく受信されない。このときには、送信した端
末局は再度同じ信号を送信する。

再送の際には、各局でランダムな時間だけ待ってから
信号を送信し、同じ複数局からの信号が再度衝突する確
率を減らすようにしている。また、再送の必要性の有無
は、通信プロトコルにおけるデータリンクレイヤの制御
手段により知ることができるし、或は、衝突検出機能を
各局に設定することによっても達成できる。

このようなランダムアクセス方式では、信号衝突に伴
う再送時にランダム時間だけ待つことになるが、この待
ち時間の範囲を少なくとると、再衝突確率が増すことに
なる。一方、待ち時間の範囲を長くとると、平均待ち時
間が長くなるため、信号の伝送遅延が大きくなり、再送
待ちの間に次のデータを送信することができず、スルー
プットが低下するという問題もあった。

ところで、端末局の数が増加したときには、通信路の
データ伝送速度を、速める必要がある。例えば１つの端
末局の平均トラヒックが同一のとき、端末局の数が増え
た分だけ通話のデータ転送速度を高めなければ、増加し
たトラヒックを処理することできなくなる。一方、所望
の誤り率を達成するためのEb/Noは、ビット速度に比例
するから、通話路のデータ速度が上がると、必要な送信
電力も増加する。

例えば、端末局数が100局のとき、バースト信号を送
出する通信路のデータ伝送速度が10kb/sであったとき、
端末局が10倍になれば、必要な通信路のデータ伝送速度
は増加し、例えば30kb/sとなる。従って、各端末局は送
信電力が３倍にする必要がある。ここで、必要なデータ
伝送速度が10倍とならないのは、大群効果のためであ
る。即ち、100局収容システムを10システム作るより、1
000局収容システムを１システム作る方が回線の利用効
率は良いが、各局に要求される送信電力は増加する。特
に小形アンテナを持つ多数の地球局を配置する衛星通信
システムにおいては、送信電力の増加が極めて大きなコ
スト増に結び付き、しかも通信チャンネルの制限から回
線利用効率の向上を必要としているため、上述した問題
は極めて顕著な問題となって現われていた。

（発明が解決しようとする問題点） このように、従来のランダムアクセス通信方式では、
衝突後の再送に際し、長い平均待ち時間を必要とし、結
果としてデータの伝送遅延が大きいばかりか、該端末局
のスループットも低下するという問題点があった。ま
た、端末局が増加した際に、各端末局の送信電力が増加
してシステムのコスト増大を招くため、経済的見地から
も、あまり多くの端末局を収容することができないとい
う問題があった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、その
目的とするところは、衝突後の再送に際し、殆ど待ち時
間を必要とせず、かつ端末局が増加しても、各端末に必
要とされる送信電力は一定とすることができるランダム
アクセス通信方式を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、複数の端末局夫々は、前記各端末局で共用
する伝送チャンネルに送信データをバースト状信号とし
て送出するランダムアクセス通信方式において、共用す
る前記伝送チャンネルは、複数の第１キャリア周波数か
らなり、かつ少なくとも前記送信データが衝突したこと
を示す情報を前記共用の第１キャリア周波数以外の第２
キャリア周波数で受信した前記各端末局は、ランダムに
前記第１キャリア周波数を選択する手段を備えたことを
特徴とする。好ましくは、送信データは、予め定められ
たタイムスロットに合せて送出されるものである。

また、好ましくは、送信データを送出するタイムスロ
ット及びキャリア周波数は、送信に先だって予約され
る。

また、好ましくは、複数の端末局から送信データが衝
突したときには、各端末局は、キャリア周波数及びタイ
ムスロットをランダムに選択して上記送信データを再送
することを特徴とする。

また、好ましくは、各キャリア周波数に対応する伝送
チャンネルのタイムスロット開始位置を互いにずらした
ことを特徴とする。

（作用） 従来のランダムアクセス通信方式が、単一のキャリア
周波数を用い、自局の送信に際しては、時間軸上の通信
路選択であったのに対し、本発明では、時間軸上と周波
数軸上の２次元で通信路が選択できる。このため、送信
信号衝突後の再送に際しては、周波数をランダムに選択
する、或は周波数と時間軸の両方から選択することによ
り、再送用の待ち時間は少なくなり、平均待ち時間は減
少する。更に、複数のキャリア周波数を用いる本方式で
は、端末局が増加した場合でも、キャリア周波数の増加
によってトラヒックの増大に対処できるので、各々のキ
ャリア周波数のデータ伝送速度は一定とすることができ
る。即ち、端末局が増加した場合でも、各端末局の送信
電力を増やす必要がなく、従ってシステムのコスト増を
回避できる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。

第１図は一実施例の概略構成図、第２図はその動作を
説明するためのタイムチャートである。

このシステムは、小形地球局からなる端末局10a〜10p
が、ハブ局20なる大形地球局に衛星30を介してデータ信
号を送信する通信システムで、特に、ランダム通信方式
として送信タイムスロットが決められているスロット付
きアロハ方式を用いている。

ハブ局20は、キャリア周波数f0にて各端末局10a〜10p
に対し、タイムスロット情報を送信する。タイムスロッ
ト情報は、例えばプリアンブル信号とユニークワードと
から構成され、各端末局10a〜10pは、例えばプリアンプ
ル信号を用いてクロック再生するとともに、ユニークワ
ードを検出する。ユニークワードの検出時点が送信タイ
ムスロットの開始位置であると決めることにより、各端
末10a〜10pは、送信タイムスロット位置の同期をとるこ
とができる。また、ハブ局20では衝突検出を行ない、衝
突があったときには、キャリア周波数f0にて衝突情報を
送信する。

各地球局10a〜10pは送信すべきデータがあるときに
は、通話路のキャリア周波数f1〜f5のうちから一つの周
波数をランダムに選択し、送信タイムスロットに合せて
バースト信号を送出する。また、ハブ局20から衝突信号
を受信し、その衝突信号に対応するタイムスロットに自
局がデータを送信していれば、データの再送を行なう。
データの再送に際しては、送信キャリア周波数を再度ラ
ンダムに選択するとともに送信時刻を例えば１〜５スロ
ットの範囲でランダムに選択する。

第２図に示す通話路では、時刻t0には、端末局10aが
キャリア周波数f1を用いてデータを送出しており、時刻
t1には、同様に端末局10cがキャリア周波数f4を用いて
データを送信している。これらの信号は同一の周波数及
び時刻で１つの信号しか送出されていないので、正しく
ハブ局20に受信される。時刻t2では送出している端末局
はなく、時刻t3では３つの端末局が同時に送出してい
る。しかしながら、時刻t3では端末局10g,10i,10eの選
択した周波数が異なるので、全て正しくハブ局に受信さ
れる。時刻t4では、端末局10bの送信したデータと、端
末局10dの送信したデータとが、共にキャリア周波数f3
で衝突している。周波数f3で時刻t3に衝突したという衝
突情報は、時刻t5において、ハブ局20から周波数f0で放
送されている。端末局10b,10dは、自局がその時刻及び
周波数でデータを送出したことを知っているので、ハブ
局20からの衝突の知らせに対処して再度同じデータを送
出する。このとき、選択できる通信路は、時刻t6〜t10
のタイムスロットと、f1〜f5のキャリア周波数の組合わ
せからなる25通り存在する。従って、再送する端末局
は、これら25通りのいずれか一つをランダムに選択す
る。この結果、端末局10bと10dとが再送に際し、再度衝
突する確率は1/25に低減できる。

第３図は端末局10a〜10pの更に詳細な構成図である。
端子41を介して入力されるプリアンプル信号付きの送信
データは、送信バッファ42に蓄えられる。送信バッファ
42は、乱数発生回路43から示される０〜４の信号に従っ
て、出力を遅らせ、ハブ局20の送出したユニークワード
から指示されるタイムスロットのタイミングに従って、
変調器44にデータを出力する。即ち、送信すべきデータ
があり、かつ乱数発生回路43から示される数字が“0"の
ときには、送信データを直ちにタイムスロットに送出
し、数字が“1"〜“4"であれば、各々１〜４タイムスロ
ットだけ持ってデータを出力する。送信すべきデータが
無いときには、出力しない。送信バッファ42は、後述す
る衝突情報検出器45からの検出情報を受取ったときに
は、蓄えているデータを再送し、検出情報を受取らなけ
れば、その蓄えてあるデータをクリアするとともに、新
たに受入したデータを出力する。送信バッファ42は、デ
ータを変換器44に送出するときには、そのタイムスロッ
トの間、乱数発生回路43に“1"を出力する。

周波数シンセサイザ46は、乱数発生回路43から送信バ
ッファ42側とは別個に示される信号が“1"〜“5"のとき
には、この値に従って、周波数f1〜f5のいずれかに周波
数をセットし、変調器44にキャリア周波数を出力する。
一方、乱数発生回路43からの信号が０のときには、キャ
リア周波数を出力しない。変調器44は、周波数シンセサ
イザ46からのキャリアを送信データで変調し、送信電力
増幅器47を介して端末48に出力する。乱数発生回路43の
出力が“0"のとき、即ち、送信バッファ42からの出力信
号がないときには、周波数シンセサイザ46から信号が出
力されず、したがって、端子48に信号が送出されること
はない。

一方、ハブ局20から送出され、端子49から受入するキ
ャリア周波数f0の信号は、復調器50で復調された後、判
定回路51と、クロック再生回路52とに出力される。クロ
ック再生回路52では、プリアンブル信号を利用してクロ
ックタイミングの再生を行ない、判定回路51にクロック
を供給する。判定回路51は、受信信号を１か０か判定
し、ユニークワード検出器53及び衝突検出器45に出力す
る。ユニークワード検出器53は、ユニークワードを検出
すると乱数発生回路43及び送信バッファ42に対して送信
タイムスロットのタイミング情報を出力する。また、衝
突情報検出器45に対して情報フレームの始まりを指示す
る。ハブ局20からは、毎タイムスロットに周期的にユニ
ークワードを送信しているので、伝送路誤りがなけれ
ば、ユニークワード検出器53からは、第２図に示すタイ
ムスロットに同期した信号が出力される。伝送路誤りが
存在するときには、フレーム同期保護をかけることによ
り、ユニークワード検出器53から安定に信号が出力され
る。衝突検出器45は、ユニークワード検出器53から指示
される情報フレームの始まりから一定期間内にハブ局20
からの衝突情報受信の有無を検出し、この検出情報が乱
数発生器43から受入済の周波数及び時間軸情報と一致し
ていれば、乱数発生回路43及び送信バッファ42に対して
検出情報を出力する。乱数発生回路43は、ユニークワー
ド検出器53からのタイミング信号に同期して乱数を発生
するもので、周波数シンセサイザ46に対しては、送信バ
ッファ42から信号“1"を受入しているときは、１〜５の
いずれかの信号をランダムに発生し、一方、送信バッフ
ァ42から信号を受入れていなければ、“0"を出力する。
また、送信バッファ42に対しては、衝突情報検出器45か
ら検出情報を受取ったときには、０〜４の信号をランダ
ムに発生して供給し、一方、検出情報を受取らなければ
“0"を供給する。

ハブ局20は、受信機を５台用意し、周波数f1〜f5の全
てを受信し得るように構成されている。受信機の構成
は、端末局で示したもの（60）と同様である。また、ハ
ブ局20における衝突検出は、f1〜f5の全てについて行な
い、その情報は定期的に送信しているプリアンブル信号
及びユニークワード信号に付加して周波数f0にて子局10
a〜10pのに知らしめる。

子局が衝突したことを知る手段としては、この他にも
種々の実現方法があり、例えば受信データの誤り検出に
より行なっても良いし、また双方向通信のときには、デ
ータリンクレイヤ或はネットワークレイヤで行うことも
できる。

このように、本実施例に係る通信システムによれば、
送信データは周波数f1〜f5をランダムに選択して送信
し、衝突が起こったときには、f1〜f5及びディレイ１〜
５の両方からランダムに通信路を選択して送信するラン
ダムアクセス通信が実現できる。

ところで、このように複数のキャリアを用いた通信シ
ステムであると、データ伝送速度を（1/キャリア数）ま
で低下させ得るが、スロット付きランダム通信方式にお
いては、データ伝送速度をあまり遅くなると、「呼」の
生起に対する送信待ち時間が増加することが考えられ
る。即ち、一般に「呼」の生起はランダムであるから
「呼」の発生が生じてから信号が送信されるまでの平均
待ち時間は１タイムスロット長の時間の半分に等しい。

このような問題は、第４図に示す本発明の他の実施例
により解決できる。

即ち、この実施例が先の実施例と異なる点は、ｍ個の
キャリア周波数にそれぞれ対応する各通信路のタイムス
ロット開始位置が１タイムスロット長（Ts）をｍ等分し
た時刻だけ互いにずれている点である。

一般に「呼」の生起は、ランダムに発生するので、タ
イムスロットをこのように設定すると、「呼」の生起が
起こったときに最も速く送信できるタイムスロットを有
する周波数を選択することにより、待ち時間を減少させ
ることができる。

例えば、端末局10bにおいて、「呼」b1が発生する
と、端末局10bでは最も速く送信できる周波数f3を選択
し、タイムスロットt31に送信する。又、次に「呼」b2
が発生すると、同様に周波数f4を選択し、タイムスロッ
トt43で送信する。他局も同様に行なう。このようにす
れば、「呼」の生起から送信が開始されるまでの平均待
ち時間はTs/2mとなり、極めて遠く信号の伝送を開始で
きる。

第５図は、このシステムにおける各端末局の詳細ブロ
ック図である。先の実施例と異なる点は、ユニークワー
ド検出器53で検出された抽出されたユニークワードに同
期してカウンタ61が位相の異なる複数のタイミング信号
を送出し、乱数発生回路43で示される数字に基づいて、
これら複数のタイミング信号のうちの１つを選択回路62
で選択するようにした点である。なお、上記複数のタイ
ミング信号は、発振器63を適宜分周して得ることができ
る。

以上、具体的に実施例につき述べたが、本発明は、上
記実施例に限定されるものではない。例えば、上記実施
例では、衝突後の再送通話路を、周波数とタイムスロッ
トの組合わせの中から選択したが、周波数を多数用意し
ているときには、周波数だけを選択し、タイムスロット
の遅延を０にすることもできる。このようにすれば、さ
らに待ち時間の減少が図れる。

また、上記実施例では、スロット付きアロハ方式の例
を示したが、いわゆるピュアアロハ方式に適用する場合
には、タイムスロットが設定されていないことから送信
タイムスロットの同期をとる必要がなくなり、システム
の簡易化が図れる。

更には、各端末は、通話路の選択が全て同様に行われ
る必要はなく、特定局はf1〜f5、遅延時間０〜４の全
て、他の局はf1〜fz、遅延時間０〜ｚの中から選択する
などして差を付けることもできる。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、送信信号の衝突
時の再送に際し、平均待ち時間を従来の方法に比べて著
しく減らすことができる。さらに、端末局が多数となっ
たときにも、通信のデータ伝送速度を低減することがで
きるので、各端末局の送信電力を小さくすることができ
る。また、伝送速度が制限されているときにも、トラヒ
ックの増大に対処することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るランダムアクセス通信
システムの構成を示す図、第２図は同通信システムのタ
イミング図、第３図は同通信システムにおける各端末局
の構成を示すブロック図、第４図は本発明の他の実施例
に係るランダムアクセス通信システムのタイミング図、
第５図は同通信システムにおける各端末局の構成を示す
ブロック図、第６図は従来のランダムアクセス通信シス
テムの概略構成図である。 10a〜10p…端末局、20…ハブ局、30…衛星。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の端末局夫々は、前記各端末局で共用
   する伝送チャンネルに送信データをバースト状信号とし
   て送出するランダムアクセス通信方式において、 共用する前記伝送チャンネルは、複数の第１キャリア周
   波数からなり、かつ少なくとも前記送信データが衝突し
   たことを示す情報を前記共用の第１キャリア周波数以外
   の第２キャリア周波数で受信した前記各端末局は、ラン
   ダムに前記第１キャリア周波数を選択する手段を備えた
   ことを特徴とするランダムアクセス通信方式。
2. 【請求項２】送信データは、予め定められたタイムスロ
   ットに合せて送出されるものである特許請求の範囲第１
   項記載のランダムアクセス通信方式。
3. 【請求項３】送信データを送出するタイムスロット及び
   キャリア周波数は、送信に先だって予約される特許請求
   の範囲第２項記載のランダムアクセス通信方式。
4. 【請求項４】複数の端末局からの送信データが衝突した
   ときには、各端末局は、キャリア周波数及びタイムスロ
   ットをランダムに選択して上記送信データを再送するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のランダムア
   クセス通信方式。
5. 【請求項５】各キャリア周波数に対応する伝送チャンネ
   ルのタイムスロット開始位置を互いにずらしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載のランダムアクセス
   通信方式。