無線通信方式とモバイルコンピューティング

松下
温
東京工科大
モバイルとユビキタスコンピューティング
情報通信メディア特論
松下温
Soft Research Center Inc.
目次
・携帯電話
Ⅰ．電波の特性と基礎
Ⅱ．無線のシステム化技術
Ⅲ．無線通信方式とモバイルコンピューティング
Ⅳ．PDC,GSM,IS54,PHS,DECT
Ⅴ．媒体アクセス制御
Ⅵ．モバイルコンピューティングシステム化に与える影響
Ⅶ．IMT2000,W-CDMA、cdma-2000
・ICカードとICタグ（RFID）
教科書松下温著 “通信ネットワークの基礎”昭晃堂
2
Soft Research Center Inc.
3
Soft Research Center Inc.
周波数の分類と特徴
周波数分類
VLF
周波数
3～30kHz
呼称
長波
LF
MF
HF
30～300kHz
300～3000kHz
3～30MHz
中波
短波
特徴
波長が地表面の粗さに比べて
大きいため電磁波の散乱は
生じない。したがって地表に
沿って長距離の電波伝が
可能である。
電波層で吸収される。
強い電波層で反射が生ず
る。したがってｊ、電波層を
使って短波による長距離通信
が行われる。
適用
潜水艦との交信
AMラジオ放送
FMラジオ放送
アマチュア無線
コードレス電話
VHF
UHF
SHF
EHF
30～300MHz
300～3000MHz
3～30GHz＝km
30～300GHz
マ
イ
ク
ロ
波
ミ
リ
波
直接波と地表あるいは回り
の建物からの反射波が主体
となる。この周波数帯は電波
層での反射は生じず透過する。
テレビ放送
自動車電話
雨や雷による吸収が大きい為
短距離通話に向いている。
固定マイクロ
4
Soft Research Center Inc.
各周波数帯の特質
電波層
100～400km
HF波
MF波
対波層
0～12km
VHF、UHF、SHF波
地
山
球
5
Soft Research Center Inc.
基本的ディジタル無線通信の構成例
アンテナ
高周波郡
アンテナ
電波
高周波郡
ディジタル信号
符号
変換器
ディジタル信号
変調器
復調器
送信郡
識別器
受信郡
自然空間
6
Soft Research Center Inc.
電波の伝搬特性
• 周りの地形や構造物、大気の状態などで時々刻々と変
化する
• アンテナより発射された電波エネルギーは空間中を放射
状に伝搬する
• 自由空間では距離の２乗に逆比例して減衰する
• 都市空間は電波にとって極悪環境、建物、構造物で反射、
幾重にも重なり伝搬
• 伝搬しながら互いに干渉し、位相が合うと大きな振幅、逆
位相だと互いに打ち消しあう
• 受信電解強度は激しく変動する（マルチパスフェージン
グ）
7
Soft Research Center Inc.
電波の伝送経路
回折波
透過波
受信機
障害軸
反射波
直接波
送信機
受信機
8
Soft Research Center Inc.
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
距
遅延波の影響
7
8
9
10
離（m）
経路 2
4
受信波形
送信波形
経路 1
4
4
l
l
l
経路 3
送信側
4
M
受信レベル（dBµ）
マルチパスによる受信強度の変化
4
合成
l
受信側
l
9
Soft Research Center Inc.
自由空間モデルと２波モデル
電界強度Ｅ
直接波
送信機
受信機
距離 d
（a）自由空間モデル（直接波の
み）
直接波Ｅ
反射波
送信機
rＥ
受信機
距離 d
（b）２波空間モデル（直接波+反射波）
10
Soft Research Center Inc.
電波伝搬モデル
•
•
•
•
•
•
見通し通信
P : 放射電力（ｗ）
d : 距離
E ：電解強度（受信）
E0 =√30p/d
見通し外通信反射が幾重にも重なり不規
則な電解強度の変動はレイリー分布に従
う
０
11
Soft Research Center Inc.
陸上移動伝搬特性の考え方
瞬時値変動
（レイリーフェージング）
瞬
時
値
短区間
中央値
中央値変動
（対数正規シャドウウイング）
短
区
間
中
央
値
長
区
間
中
央
値
距離変動
10dB
1
長区間
中央値
2
3
5
7 10
20
30
50
70 100
距離（km）
12
Soft Research Center Inc.
建築材透過損失
［単位：dB ］
周波数（MHz）
457
920
1450
2200
木板（15mm）
0.7
2.6
2.7
3.5
石膏ボード（7mm）
0.0
0.3
0.2
0.3
煉瓦（60mm）
3.2
1.3
0.8
1.4
煉瓦（含水）
6.0
1.9
3.1
5.8
スレート*（11mm）
0.2
2.7
3.4
4.5
瓦（15mm）
1.5
1.1
3.3
8.1
ALC**（100mm）
4.6
4.9
7.6
10.5
熱遮断フィルム***
25.9
22.6
22.3
25.2
断熱用グラスウール
19.2
36.1
38.6
37.1
試料（厚さ）
間仕切材
外壁材
断熱材
* ＮＫホーム（株）
* * 気泡コンクリート旭化成（株）ヘーベル
*** 東レ（株）：ルミクール
13
Soft Research Center Inc.
搬送波と変調波のスペクトル
周波数 ƒ
時間 l
中心周波数 ƒ
（ａ）搬送波の時間波形
（ｂ）搬送波のスペクトル
時間 l
（ｃ）変調記号の時間波形
1
－
T
周波数 ƒ
中心周波数 ƒ
（ｄ）変調記号のスペクトル
14
Soft Research Center Inc.
狭帯域変調
• 搬送波は純粋な正弦波
正弦波は振幅、周期、位相の３つの量で決まる
・変調とはこの３つを変化させて、送信したい情報
を搬送波に乗せること
・情報がデジタル信号のとき、
ASK(Amplitude Shift Keying）
FSK(Frequency）
PSK(Phase)
15
Soft Research Center Inc.
スペクトルと帯域幅
• 搬送波・・正弦波A,F,Pは変化しない
• 変調された信号・・A,F,Pは時間的に変動
• 変調波は正弦波でなくなる
• 周波数空間上搬送波の中心周波数を中
心に幅をもつ
16
Soft Research Center Inc.
スペクトルと帯域幅２
• 搬送波の中心周波数の近傍に入力ベースバンド信号の
周波数成分が現れる
• その周波数軸上での広がりを帯域幅と呼ぶ
• その広がりは入力ベースバンド信号と変調方式で異なる
• 搬送波をパルス幅Tsecのパルス列で変調するとメインロ
ーブの幅２/T
• サイドローブは搬送波の中心に近いほど大きく、無限の
広がりがある
• 帯域幅・・メインローブの幅、最大値から一定値まで
（3db,6db)
17
Soft Research Center Inc.
情報伝送速度と帯域幅
• 情報伝送速度・・入力信号パルス列の速
度
• 入力ベースバンド信号の速度・・１/T
• メインローブの幅・・２/T
• 伝送速度速くすると広い帯域が必要
18
Soft Research Center Inc.
ＡＳＫの原理
乗算器
入力パルス列
×
Ｓ（ｔ）
発抵器
変調波
Ｓ（ｔ）Ｅｃｏｓ
～
搬送波
Ｅｃｏｓ
19
Soft Research Center Inc.
•ON－OFF－ASK
(a)入力ﾊﾟﾙｽ
(b)ON-OFF-ASK信号
20
Soft Research Center Inc.
•ASKの信号位置図
O
A
O
C
(a)ON－OFF－ASK
B
(b)位相反転ASK
21
Soft Research Center Inc.
•FSKの原理
搬送波１
～
発振器１
Ecos{(w+wd)t+θ}
変調波
～
発振器２
搬送波２
入力パスル列
Ecos{(w-wd)t+θ}
S(t)
•FSKの信号波形
1
2
0
1
‐2
E
2
0
E
‐2
(a)入力ﾊﾟﾙｽ
(b)FSK信号
22
Soft Research Center Inc.
• PSKの原理
Ecos(wｔ+)θ
入力パスル列
S(t)
発信器
変調波
～
位相反転器
Ecos{(wｔ+θ+π}
23
Soft Research Center Inc.
•PSKの信号波形
1
0
(a)入力ﾊﾟﾙｽ
E
E
(b)PSK信号
•PSKの信号波形
C
C‐
B
A
O
24
Soft Research Center Inc.
•符号の多値化（２値→4値）
伝送するビット列
0001101101001110
8個の符号で表現
2値符号
1か0の
2つに離数値
ビットを表現
1
0
“0” “0”“0” “1” “1”“0”“1” “1”
4個の符号で表現
1
0，1/3，2/3，1の
4つに離数値
ビットを表現
4値符号
0
“00” “01” “10” “11”
25
Soft Research Center Inc.
狭帯域化
• 狭帯域変調・・いかに効率よく帯域幅を狭く
するかが課題
・・・多値符号化
・・・サイドローブ量の削減
・・・位相の連続化
26
Soft Research Center Inc.
•フィルタリングの影響
0
T
1T
2T
3T
4T
周波数特性
フィルタ
周波数ｆ
0
フィルタ送過後のパルス列
ｆ0
(=1/Ｔ)
時間ｔ
0
T
1T
2T
3T
4T
27
Soft Research Center Inc.
•非線形増幅とその影響
フィルタ通過後の信号（非線形増幅前）
信号波形
パルスの変化点で波形がくびれる
スペクトル
ﾌｨﾙﾀﾘﾝｸﾞによって
ｻｲﾄﾞ･ﾛｰﾌﾞは除去
線形増幅
時間ｔ
1
0
1
周波数ｆ
0
非線形増幅
出
力
電
圧
非線形増幅
入力電圧
非線形増幅後の信号
信号波形
信くびれが少なくなる。
1
0
1
0
スペクトル
新たなｻｲﾄﾞ･ﾛｰﾌﾞが
発生する
周波数ｆ
28
Soft Research Center Inc.
•サイドロープ増加の原因
a）不連続の振幅変動
b）不連続の位相変動
29
Soft Research Center Inc.
•位相連続ＦＳＫの信号波形
ａ）位相が連続していないFSK
ｂ）位相連続FSK
30
Soft Research Center Inc.
•位相連続ＦＳＫの信号配置図（無変調波基準）
この方向に
一周すると“１”
変化点
wdt
-wdt
この方向に
一周すると“０”
（無変調波基準）
•ＭＳＫ信号配置図（無変調波基準）
この方向に
x/4回転
すると“1”
変化点
この方向に
x/4回転
すると“0”
“1”を表す
“0”を表す
31
Soft Research Center Inc.
NSK
BPSK
QPSK
パワースペクトル濃度（dB）
0
-20
-40
-60
-80
-4/T
-2/T
0
2/T
4/T
中心周波数からのずれ
32
Soft Research Center Inc.
ＧＭＳＫのスペクトル
0
B.T＝œ（NSK）
1.0
電力スペクトル密度（dB）
-20
0.7
0.5
-40
0.16
-60
0.2
-80
0.25
0.3
-100
0.4
-120
0
0.5
1.0
1.5
中心からの短調周波数（ƒ-ƒa）T
2.0
2.5
33
Soft Research Center Inc.
Ⅱ．無線の
システム化技術
34
Soft Research Center Inc.
ダイバシチ効果
• 干渉しあう２つの波
位相差１８０度なら
互いに打ち消し合う
アンテナの位置を若干ずらす
２つの波の位相差が変わり改善効果大
・周波数ダイバシチ
周波数を変化させることにより同じ効果
・時間ダイバシチ
通信を複数回行う
35
Soft Research Center Inc.
指向性アンテナ
パラボラ・アンテナなどを用いて
電波の放射方向を絞り込む
不要な反射波の発生防止
受信側でも不要波の受信防止
アンテナ利得を大きくできる
少ない電力でより長距離の伝送可能
パソコン、ワークステーションへの適用不可
比較的長距離の固定局間か
36
Soft Research Center Inc.
マルチキャリア
• 複数のキャリアの利用
・キャリアあたりの伝送速度低減
・同じ情報を複数のキャリアで同時伝送
周波数ダイバシチ効果のより
通信品質向上
• キャリアの数増大
変復調器の数増大
コスト高
37
Soft Research Center Inc.
スペクトル拡散通信
• ディジタル情報の変調
・狭帯域化
・スペクトルの有効利用
・雑音に弱くなる
• 正反対に拡散する
・周波数スペクトルをたくさん消費
・送信信号に大幅に冗長性を加える
・耐干渉性を高める
38
Soft Research Center Inc.
• 拡散
・ディジタル信号のスペクトルを引き延ばす
・ベースバンド信号の100倍～10000倍
（9600bpsを1000倍→ 9.6MHzの帯域が必要）
・FMやSSB局の電波に妨害を与えない
狭帯域変調とスペクトル拡散は
同じ帯域でも共存できる
・チャンネルの切り替え、空き周波数を探す
意味をもたなくなる
相手におかまいなく電波を発射しても
混信がない
39
Soft Research Center Inc.
直接拡散（Direct Sequence）
ディジタル
情報
拡散変調
f
f
fc
一次変調
f
fc
PN系列発生
f
f
復
fc
調
拡散復調
40
Soft Research Center Inc.
• PN系列…擬似的な雑音波形
送信信号ｙ（ｔ）
出力信号ｘ（ｔ）
PN系列ｃ（ｔ）…帯域幅ｂｗ
変調信号ｒ（ｔ）…帯域幅ｂｉ
ｙ（ｔ）＝ｃ（ｔ）・ｒ（ｔ）
2
ｘ（ｔ）＝ｙ（ｔ）・ｃ（ｔ）＝ｃ（ｔ）・ｒ（ｔ）
2
ｃ（ｔ）＝１から
ｙ（t）＝ｒ（ｔ）
• Sg帯域幅の拡散の程度をあらわす尺度
Sg＝ｂｗ／ｂｉ
41
Soft Research Center Inc.
周波数ホッピング（Frequency Hopping）
ディジタル
情報
拡散変調
f
fc
f
一次変調
ホッピング
パターン発生器
周波数
シンセサイザー
拡散復調
復調出力
復
調
周波数
シンセサイザー
ホッピング
パターン発生器
42
Soft Research Center Inc.
周波数 f
周波数ホッピングパターン
t
時間
43
Soft Research Center Inc.
• DSとFH
・ホッピングの速さが遅いと狭帯域通信に妨害与える
・FHではあるスロットで衝突するので、
誤りは連続のものではなくランダム
・DSでは、拡散符号から信号を分離する
分離がうまくいかないとバースト的エラー
• 同期（送受信間）
・拡散した信号から、元の信号を得る
PN系列を乗算する
・受信側のPN系列のタイミングと位相
送信側のPN系列と同期することが必要
44
Soft Research Center Inc.
同期の手法
例：９ビットで構成されるPN系列
・R０＝（－1．－1．－1．－1．＋1．＋1．－1．＋1．－1）
・１ビット左へ巡回シフトしたもの
R1
R2 とする
R8
R０＝（－1.－1.－1.－1.＋1.＋1.－1.＋1.－1）
R1＝（－1.－1.－1.＋1.＋1.－1.＋1.－1.－1）
R０× R1＝（＋1.＋1.＋1.－1.＋1.－1.－1.－1.＋1）＝＋1
R2＝（－1.－1.－1.＋1.＋1.－1.＋1.－1.－1）
R０× R2＝（＋1.＋1.－1.－1.－1.＋1.＋1.－1.＋1）＝＋1
45
Soft Research Center Inc.
• R０× R1はすべての要素が+1、各要素の和は+9
規格化した相関値 +9／+9＝+1
-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
シフト数
・PN配列の自己相関特性
・位相が１ビットでもシフトしている系列との相関は小さい
46
Soft Research Center Inc.
時間弁別器
（1）
（2）
（3）
（1）の相関特性と（3）の時間弁別器を組み合わせると
同期回数になる
47
Soft Research Center Inc.
スペクトル拡散通信の特徴
・多元接続制（CDMAによる）
（Code Division Multiple Access）
・耐干渉性
・秘匿性
・測距性
・同期に時間がかかる…コスト高
・すべての局に異なるPN系列必要
（ホップパターン）
48
Soft Research Center Inc.
アメリカでの使用状況
周波数
警察無線 37～
952MHｚ
ISM
バンド
ｱﾏﾁｭｱ
バンド
最大出力
2W
902～928MHｚ
2.4～2.5GHz
1W
5.725～5.85GHz
420MHz以上
100W
FH
20ﾁｬﾝﾈﾙ以上
各ﾁｬﾝﾈﾙ
2秒のうち
0.1sec以上
停留しない
25KHz以下の中
75以上のﾁｬﾝﾈﾙ
0.4sec以上の停留ﾀﾞﾒ
（30秒中）
3種のFH指定
DS
不可
500KHz以上
に拡散
ISMの外への
幅射電力
‐20ｄB以下
3種のPN
系列指定
49
Soft Research Center Inc.
Ⅲ.無線通信方式と
モバイルコンピューティング
50
無線インフラの構成法
・パーソナル通信
* サービスエリアを面として構成
* 周波数資源有限
・有線通信
* ポイント－ポイントが基本
・構成法（無線通信）
ＢＳ
peer-to-peer
基地局を経由
Soft Research Center Inc.
公衆網は基地局経由
•
•
•
•
課金処理が必要
周波数チャンネルの割当と管理が効果的
固定網との接続
peer-to-peerではカバーできない広いエリ
アがカバーできる
52
Soft Research Center Inc.
サービスエリア
• モバイルステーション（MS）の送信電力節約
• 周波数資源の再利用
サービスエリアを複数のエリアに分割
このエリアを
ゾーン
と呼ぶ
セル
53
移動体通信の発展
・自動車、携帯電話・・・・・セルラー方式と呼び
集中制御
* 自動車
小型化
携帯電話
セルの縮小化
* 高速移動体が対象（送信電力W級）
・コードレス電話・・・・・ＰＨＳ
* セルの半径数100m・・・・・マイクロセル
* 低速移動体が対象（10mW程度）
セルラーとコードレスの特徴
セルラー
コードレス
移動体速度
高速対応（車速）
低速対応（歩行程度）
サービスエリア
広域連続エリア
人の集まる所中心
電力
ワット級
数10ｍW
セルサイズ
数100～数10Km
数100ｍ
制御
集中制御
分散制御
音声符号化
専用狭帯域符号化方式
汎用符号化方式
（予測符号化VSELP、CELP等）
（波形符号化ADPCM）
ネットワーク
独立網
PSTN/ISDN依存
システム例
・GSM/DCS1800（欧州）
・DECT（欧州）
・PDC（日本）
・CT-2（英国）
・IS-54（米国TDMA標準）
・PHS（日本）
ADPCM ： Adaptive Differential Predictive Coding Modulation
VSELP ： Vector Sum Exited Linear Prediction
CELP
： Code Exited Linear Prediction
GSM
： Global Systems for Mobile Communication
PDC
： Personal Digital Celluar
CT-2
： Cordless Telephone Second Generation
DCS
： Digital Celluar System
DECT ： Digital European Cordless Telephone
PHS
： Personal Handyphone System
パーソナル通信のネットワークアーキテクチャ
加入者位置ファイル
サービスファイル
課金、認証ファイル
コンピュータネットワーク
高機能層
伝達層
アクセス層
・・・・
セル
セル
Soft Research Center Inc.
無線インフラのシステム構成
～セルラー網の構成～
パケット網
共通線信号網
セルラーデータベース
ＧＭＳＣ
保守情報
・・・・・・
ＢＳ
ＢＳ
高速ハンドオーバ
ＭＳＣ
ＢＳ
●
既存の固定網とは独立な
全く新しい網
57
Soft Research Center Inc.
コードレス電話網
加入者情報
保守情報
ディジタル固定電話網
共通線信号網
データベース
VLR､HLR
加入者
交換機
・・・・・・
BS
BS
BS
・・・・・・
PHS事業者
・固定網の加入者の先端の無線化
・電話網そのものに基地局（BS）を接続
58
Soft Research Center Inc.
共通線信号方式
回線速度
ディジタル（64Kbps、48Kbps）
アナログ（4.8Kbps)
信号長
バイト単位任意長
同期方式
フラグによるブロック同期
ラベル
発着局番号＋回線番号
信号フォーマット
ユーザ情報含まず
誤り検出
16ビット CRC
誤り再送方式
再送要求、誤りユット以降再送
59
Soft Research Center Inc.
使用周波数
アナログコードレス
アナログ携帯
ディジタル携帯
ディジタルコードレス
380/250MHz
800MHｚ
800MHｚ、1.5GHｚ
1.9GHｚ
・伝送速度の高速化にともない高い周波数の開拓が必要
* 数Mbps
10GHｚ以上が必要
・セルラー FCA（Fixed Channel Assign）
* ゾーンごとに周波数固定
* 周波数を計画的に各ゾーンに配置
・コードレス DCA（Dynamic Channel Assign)
* 各セルで使用する周波数は動的
60
Soft Research Center Inc.
多重アクセス方式
ａ）ＦＤＭＡ
全帯域を周波数で分割
基地局の送受機数分割された数必要
・・・・・・
ｆ0
ｆ1
ｆ2
ｆｎ
スペクトルｆ
周波数
ｂ）ＴＤＭＡ
１周波数を時間で分割
時間分割は送受機数の増大を招かない
ＴＤＭＡフレーム
1
2
3
n
時間 t
ｃ）ＣＤＭＡ
広い周波数帯域を符号で分割
送受機の数削減可能
送信電力制御、レイク受信機必要
周波数スペクトル
61
Soft Research Center Inc.
FDMAインタリーブ配置
元々のチャネル
1
2 シフトチャネル
ｆ01
ｆ0
ｆ12
ｆ1
ｆ23
ｆ2
ｆ34
ｆ3
ｆ（ｎ-1）ｎ
ｆｎ
62
Soft Research Center Inc.
符号によるスペクトル拡散
100～1000倍の
符号で拡散
ｆ0
帯域幅
ｆ
ｆ0
拡散されたスペクトル幅
ｆ
63
Soft Research Center Inc.
クォルコム社のチャネル容量
１セルあたりの
チャネル容量
Ｗ 1
１
Ｎ＝ー・
・ー・Ｆ・Ｇ
ＲＥｂ
ｄ
Ｎｏ
W/R＝22dB（データ速度8Kbps、拡散帯域幅1.25MHｚ）
Eb/No＝6.5ｄB（FEC、ダイバーシチ付BPSK）
Eb ：ビット当たり所要信号電力
No ：熱雑音電力
d＝35%
D ：音声効率
F＝60%
F＝周波数繰返し効率
G＝3
G ：セクタ数
N＝180チャネル
64
Soft Research Center Inc.
ディジタルセルラーの動向
• サービスエリアをゾーンですきまなくおおう
•
•
•
•
周波数を計画的に各ゾーンに
上り下りの周波数分離（FDD）
ヨーロッパ
GSM（Global Systems for Mobile Comm.）
アメリカ
TIA（Telecomm Industry Association）の標準
日本
PDC（Personal Digital Cellular）
65
Soft Research Center Inc.
ディジタルセルラー方式主要諸元
周波数帯
送受周波数間隔
キャリア間隔
キャリア数
セル半径
アクセス方式
多重数/キャリア
GSM（欧州）
890～915MHz
（移動局→基地局）
935～960MHz
（移動局→基地局）
45MHz
400kHz
(200kHzｲﾝﾀﾘｰﾌﾞ）
124波(片方向)
0.5～35km
TIA（米国）
824～849MHz
（移動局→基地局）
869～894MHz
（移動局→基地局）
45MHz
60kHz
(30kHzｲﾝﾀﾘｰﾌﾞ)
833(片方向)
0.5～20km
PDC（日本）
940～956MHz
（移動局→基地局）
810～826MHz
（移動局→基地局）
1429～1453MHz
（移動局→基地局）
1477～1501MHz
（移動局→基地局）
130/48MHz
50kHz
(25kHzｲﾝﾀﾘｰﾌﾞ)
640+960(片方向）
0.5～20km
TDMA
TDMA
TDMA
8
3
3
42Kbps
変調速度
270.833Kbps
48.6Kbps
変調方式
GMSK
π/4QPSK
π/4QPSK
66
Soft Research Center Inc.
CDMA（ISｰ95）諸元
アクセス方式
CDMA
変調方式
DSスペクトル拡散
変調速度
1.23Mcps（チップレット）
音声符号化
QCELP 8K、4K、2K
キャリア間隔
1.25MHz
67
Soft Research Center Inc.
セルサイズと伝送レート
大
Ｆ
Ｄ
Ｍ
Ａ
セ
ル
サ
イ
ズ
狭帯域
TDMA
PDC
IS-54
中帯域
TDMA
狭帯域
広帯域
GSM
CDMA
CDMA
TDMA/TDD
PHS DECT
小
10K
100K
1M
10M
100M
無線伝送レート
68
Soft Research Center Inc.
セルラー方式の容量比較
多重化方式
GSM
Full Half
TIA
PDC
Full Half
CDMA
TDMA
TDMA
TDMA
CDMA
全帯域幅
MHz
25
MHz
25
MHz
25
MHz
25
MHz
25
MHz
25
音声のための帯域幅
kHz
25
kHz
12.5
kHz
10
kHz
8.33
kHz
4.16
kHz
8
2500
3000
6000
音声のチャネル数
繰り返し数
ゾーン当たりのチャネル数
1000
2000
3
3
7
4
4
1
333
666
357
750
1500
595～1190
 GSM,TIA,PDCとも圧縮音声の伝送を基本にしている。
日本は特に人口密度が高いので8.33kHzの圧縮音声を利用。
69
Soft Research Center Inc.
コードレス電話の動向
ヨーロッパの動向
・ CT-1（アナログコードレス） 1980年
・ CT-2（世界最初のディジタルコードレス） 1987年
周波数
864.05～868.05MHz
キャリア間隔
100kHz
キャリア数
40波
アクセス多重方式 FDMA/TDD
* 家庭での利用中心
* テレポイントサービス（画的連続的サービスなし）
ハンドオーバしない（子機の位置登録不要）
* TDD利用の最初の例
△ 上りと下りのチャネルにFDD利用すると
数10MHz以上離れた組が必要
△ 上りと下りのチャネル上のフェージングレベル
変動に可逆性があるので送信ダイバーシチ効果
子機側のアンテナ1本でも
アンテナダイバーシチ効果を得る
70
Soft Research Center Inc.
コードレス電話（つづき）
テレポイントサービス
・イギリス・・・・・・1992年すべての事業者撤退
・フィンランド・・・同様1994年撤退
両国ともセルラーサービスが安く普及
・フランス・・・・・・1993年1月サービス開始
* テレポイント“Bi-Bop” ・・・加入者増大
* 加入者が基地局をあらかじめ登録すると
（ダイナミィックの位置把握不要）
着信も可［Bi-Bop Response］
・香港、シンガポール、タイ、中国、マレーシア
でサービス提供・・・・・・大きくは普及していない
71
Soft Research Center Inc.
コードレス電話のフレーム構成
A） DECTのフレーム構成
親
子
子
0 1
親
11 12 13
23
416.7µS
10 ms
B） PHSのフレーム構成
親
T1
子
T2
子
T3 T4
R1
親
R2
R3
R4
625µs
5 ms
72
Soft Research Center Inc.
コードレス電話（つづき）
DECT（Digital Europian Cordless Telephone）
・ Ericsson社の提案を基本として
ETSIが1992年に標準化したディジタルコードレス電話
周波数
1880MHz～1.9GHz
キャリア間隔
1.728MHz
キャリア数
10波
アクセス多重
12チャンネルTDMA/TDD
フレーム数
10ms
音声符号化
32Kbps ADPCM
変調速度
1.152Mbps
・変調速度1.152Mbpsと極めて高速
* 遅延スプレッドが大きくなる屋外より
高トラヒック密度の無線PBXへの適応が狙い
・フレーム構成
0 1
11 12 13
23
416.7µs
10ms
73
Soft Research Center Inc.
コードレス電話（つづき）
・ PHS
* 1984年コードレス電話導入
* 1987年コードレス電話販売自由化
* 単独電話
親子電話
事業所コードレス
* 事業者全国9地地域に分割
一地域最大3地事業者・・・1995年7月サービス開始
* 平均送信電力10mWで小型、軽量
* 特徴
△ 料金安い
△ 小型、軽量
△ 音質が有線網と同等
△ 高速移動中使用不可
△ 32Kbpsが可能
74
Soft Research Center Inc.
PHSの主要諸元
自営用 1.895～1.9061
公衆用 1.895～1.9181
無線周波数
1.9GHz
周波数間隔
アクセス方式
300KHz
TDMA/TDD
多重数
変調信号速度
4
384Kbps
音声符号化
チャネル割当
32Kbps ADDCM
DCA（基地局ごと独立、使用周波数決める）
フレーム構成とタイムスロット構成
5ms
基地局
T1 T2 T3 T4 R1 R2 R3 R4 T1 T2
625µs
端末１
端末２
R1
T1
R2
R1
T1
R2
75
Soft Research Center Inc.
CT-2/DECT/PHSの主要諸元
CT-2
周波数
アクセス方式
多重数/キャリア
DECT
PHS
800MHz
1.9GHz
1.9GHz
SCPC-TDD
TDMA/TDD
TDMA/TDD
1
12
4
π/4QPSK
変調方式
GFSK
GMSK
伝送速度
72Kbps
1.15Mbps
384Kbps
キャリア間隔
100KHz
1728KHz
300KHz
キャリア数
40
10
音声符号化
32KbpsADPCM
32KbpsADPCM
32KbpsADPCM
フレーム長
2ms
10ms
5ms
10mW（5mW）
250mW（10mW）
80mW（10mW）
自律分散
自律分散
送信電力ピーク
（平均）
チャネル選択
自律分散
77
76
Soft Research Center Inc.
パーソナル通信で必要となる機能
重要な機能は移動性の保証
そのために以下の機能
・位置登録・・・現在位置の把握
・番号変換
* 相手を呼び出すとき場所に依存しない番号が必要
→ 論理番号（電話機番号）
* 論理番号と位置情報から接続するために
必要な番号へ変換
・柔軟課金
* 固定電話と異なり発信する場所が変動するため、
移動先に応じて料金変化
日本
米国
アジア
発信課金
固定網と移動網の分離課金
77
Soft Research Center Inc.
位置把握
・制御上の効率を高めるため
複数のセルやゾーンをまとめて管理（広域制御）
* 位置登録エリアが小さすぎると
位置登録が頻繁になる
* ネットワークと端末に負担が大となる
* エリアを大きくすると（一斉呼出しの範囲）
加入者がいない確立が高い場所で
呼び出しが必要
呼び出しチャネルを増加しないと
呼び出し効率悪化
78
Soft Research Center Inc.
位置登録のための広域エリア
広域制御
（位置登録）
無線アクセス
ゾーン
79
Soft Research Center Inc.
位置登録（つづき）
・電源を入れると局から一斉呼び出し
が行われ,加入者が応答
* この一斉呼び出しの範囲を
位置登録エリアと呼ぶ
* 加入者がその登録エリアをまたがって
移動するたびに位置登録が行われる
PHS DB
（位置登録情報）
登録
セル
広域エリア
ネットワーク
移動
一斉呼び出し
セル
広域エリア
80
Soft Research Center Inc.
制御チャネルの種類（携帯の場合）
着信用
発信用
下り
位置情報
発信制御チャネル番号
着呼信号チャネル
通話チャネル
上り
着呼への応答
下り
空き制御チャネル
通話チャネル
位置登録受付
上り
発呼信号
位置登録
81
Soft Research Center Inc.
位置登録の方法
電源投入
すでに記憶されている
着信制御チャネルを切り替えて
その受信レベル測定
最も良好な着信制御チャネル選択
一斉呼び出し信号受信
発信制御チャネル番号受信
地域コード受信
これまでのコード
と同じか
yes
発呼か
no
着呼か
no
yes
yes
位置登録へ
発呼動作へ
着呼動作へ
no
no
着信制御
チャネルの受信
レベルが一定値
以下か
yes
82
Soft Research Center Inc.
83
Soft Research Center Inc.
パーソナル通信の世界の動向
・セルラーとコードレスの展開
・ＩＮによる高度化
欧州
セルラー方式：
各国独自のアナログシステムか
ら欧州のディジタルシステム
（GSM）へ展開
コードレス方式：
・テレポイントコンセプトのと
失敗
・事業所用を主体とした標準シス
テム（DECT）の展開
カナダ
セルラーは米国に準ずる
コードレスはテレポイント
改良版を開発
日本
セルラ（PDC）、
コードレス（PHS）
共にディジタル標準方
式を確立し入中
東南アジア
セルラー方式：
米国のアナログ方（AMPS）から
欧州GSMの導入が
コードレス方式：
欧州はのテレポイントシステム
の導入が盛ん
PHSのトライアル盛ん
米国
セルラー方式：
ディジタルとして2方式
（TDMAとCDMA）標準化・
入中
PCS ：
コードレス及びセルラーを
含んだ概念で試行が
盛ん。新たに電波をへ
パーソナル通信
：
公衆系で世界に先駆け導入
84
Soft Research Center Inc.
ディジタルセルラー方式
ディジタルセルラー方式の各国の比較
周波数ハンド
×2）
送受周波数間隔
キャリア間隔
セル半径
アクセス方式
多重数／キャリア
無線伝送速度
変調方式
音声符号化
（フルレート）
等化器
他
GSM（欧州）
890～915MHz
935～960MHｚ
45MHz
400kHz
（200kHz Interleave)
0.5～35km
TDMA
8
270.833kbit/s
GMSK
RPE/LTP 22 8kbit/s
Source 13 kbit/s
FEC 9.8kbit/s
必須（20µs）
Frequensy Hopping
（Burst bｙ Burst）
TIA（米国）
824～849MHｚ
869～894MHｚ
45MHｚ
60kHz
（30kHz Interleave)
0.5～20km
TDMA
3
48.6kbit/s
π/4OPSK
VSELP 13kbit/s
Source 7.95 kbit/s
FEC 5.05kbit/s
オプション（6µｓ）
Diversity
（Option）
PDC（日本）
800MHｚ（16MHｚ
1.5GHｚ（24MHz×2）
130/48MHz
50kHz
（25kHz Interleave)
0.5～20km
TDMA
3
42kbit/s
π/4OPSK
VSELP 11.2kbit/s
Soure 6.7kbit/s
FEC 4.5kbit/s
なし
Diversity
（Option）
85
Soft Research Center Inc.
ＧＳＭシステム
BSC
VLR
BSC
MSC
HLR
AUC
BTS
MS
BTS
Um
IN
(GMSC)
PSTN
ISDN
A bits
EIR
MS
SIM
BSC
MSC
MSC ： Mobile Services Switching Center（自動車電話交換局）
HLR ： Home Location Register（加入者情報メモリ）
VLR ： Visitor Location Register（訪問者情報メモリ）
EIR ： Equipment Identity Register（ IDメモリ）
AUC ： Authentication Center（局）
BSC ： Base Station Controller（BTSの制御，MSCとのインタフェース）
BTS ： Base Transceiver Station（複数の送受信機で構成）
MS ： Mobile Station（移動局）
ISDN ： Integrated Services Digital Network（サービス統合ディジタル網）
PSTN ： Public Switched Telephone Network（公衆電話交換網）
SIM ： Subscriber Identity Module（加入者IDカード）
86
Soft Research Center Inc.
ＰＤＣシステム
BS
MS
AMP
MCC
MDE
M
M
U
U
X
X
SPE
M
MGC
C
BCE
CONT
X
HLR
GLR
BS ： Base Station（基地局）
MS ： Mobile Station（移動局）
AMP ：
MDE ： Modulation Demodulation Equipment（変調/
）
SPE ： Speech Processing Equipment（音声処理装置）
BCE ： Base Station Control Equipment（基地局制御装置）
MCX ： Mobile Control Switch（移動通信制御スイッチ）
MCC ： Mobile Communication Control Center（移動通信制御センタ）
HLR ： Home Location Register（ホームロケーションレジスタ）
GLR ： Gateway Location Register（ゲートウェイロケーションレジスタ）
： Communication Link（通過リンク）
： Control Link（制御リンク）
87
Soft Research Center Inc.
ＣＤＭＡシステム
項
目
スペクトラム拡散の方式
変調方式
PNチップレート
情報伝送速度
周波数帯域幅
誤り訂正
音声符号化方式
出力制御（MS）
MS
規
格
類似ランダム雑音（PN）による直接拡散
OPSK
1.2288MHz （9600×128）
9600・bit/s
1.23MHz
畳み込み符号／ビタビ復号
OCELP （8kbit/s）
ダイナミックレンジ 85dB
制御ステップ
0.5～1dB
BTS
BSM
BTS
CIS
BTS
NMC
SBS
SSA
PSTN/
ISDN
CCP
VLR
HLR
SSA
SBS
CIS
NMC
BSM
CCP
VLR
HLR
Anc
MS
BTS
AuC
： Supplementary Service Adjunct（付加サービスアジャンクタ）
： Selector Bank Subsystem（セレクタバンクサブシステム）
： CDMA Interconnect Subsystem（CDMA 相互接続サブシステム）
： Network Management Center（ネットワーク管理サブシステム）
： Base Station Manager（基地局管理）
： Call Control Processor（制御プロセッサ）
： Visitor Location Register（ビジターロケーションレジスタ）
： Home Location Register（ホームロケーションレジスタ）
： Authentication Center（認証センタ）
： Mobile Station（移動局）
： Base Transceiver（基地無線機）
88
Soft Research Center Inc.
各セルラー方式の容量比較
方式
項目
GSM
Analog
PDC
TIA
DCMA
AMPS
Full
Half
Full
Half
（ref）
rate
rate
rate
rate
アクセス方式
FDMA
全帯域幅（B1）
25MHz
25MHz
25MHz
25MHz
25MHz
音声伝送帯域幅（Bc）
30kHz
25kHz
12.5kHz
10kHz
8.33kHz 4.16kHz
音声伝送ﾁｬﾈﾙ数（B1/Bc）
833
1000
2000
2500
3000
6000
繰り返し数（N）
7
3
3
7
4
4
1
119
333
666
357
750
1500
595~1190
12
40
84
41
91
182
1.0（ref）
3.4
7.1
3.5
7.6
15.2
ｾﾙ当たり音声伝送ﾁｬﾈﾙ数（M）
Erlang/km2（3km セル半径）
容量利得
TDMA
TDMA
TDMA
CDMA
25MHz
25MHz
5~10
89
Soft Research Center Inc.
ディジタルコードレス方式
ディジタルコードレス方式の設計思想
利用形態
提供ｻｰﾋﾞｽ
CT-2
主に家庭
（家庭・事業所は発着信、
公衆は発信のみ）
音声中心
ｻｰﾋﾞｽｴﾘｱ
画的連続的ｻｰﾋﾞｽは考えない
（ﾎﾟｲﾝﾄｻｰﾋﾞｽ､ﾊﾝﾄﾞｰﾊﾞなし）
ｼｽﾃﾑ設計
公衆事業者は複数考慮
DECT
主にオフィス
（事業所＞＞家庭＞公衆）
音声のみでなく、 Wireless LANも考えたい
（～256kb/s）
連続的エリアの保証
（ｼｰﾑﾚｽﾊﾝﾄﾞｵｰﾊﾞ）
電波の割り当ての自由度を考慮
（欧州共通ﾊﾞﾝﾄﾞの確保）
制御ﾁｬﾈﾙの妨害に強い方式
（通信ﾁｬﾈﾙに付随の構成）
干渉があればどんどん切り替える
（ｼｰﾑﾚｽﾊﾝﾄﾞｵｰﾊﾞ）
PHS
公衆・家庭・事業所
（バランスの重視：過度な多重度）
音声と中速ﾃﾞｰﾀを考える
（～64kb/s）
連続的エリアの保証
（ﾊﾝﾄﾞｵｰﾊﾞ可）
電波の割り当ての自由度を考慮
（時分割多重度方式）
制御能率の高い方式
（専用制御ﾁｬﾈﾙ構成）
干渉があればどんどん切り替える
（干渉検出/回避が必須）
各ディジタルコードレス方式の比較
周波数帯
多重化方式
多重数/キャリア
変調方式
RF伝送速度
キャリア間隔
音声符号化
フレーム間隔
送信電力ピーク（平均）
誤り検出
制御チャネル
チャネル選択
CT-2
800MHz
SCPC-TDD
1
GFSK
72kbit/s
100kHz
32kbit/s ADPCM
2ms
10mW（5mW）
CRC
付随制御チャネル
自律分散
DECT
1.9GHz
TDMA-TDD
12
GMSK
1.15Mbit/s
1728kHz
32kbit/s ADPCM
10ms
250mW（10mW）
CRC
付随制御チャネル
自律分散
PHS
1.9GHz
TDMA-TDD
4
π/4 QPSK
384kbit/s
300kHz
32kbit/s ADPCM
5ms
80mW（10mW）
CRC
専用制御チャネル
自律分散
90
Soft Research Center Inc.
Ⅴ．媒体アクセス制御
91
Soft Research Center Inc.
媒体アクセス制御
・一つの無線媒体が利用できる環境があり
多くの端末でそれを共有している時
・一つの端末がその伝送路を利用する権利獲得するしくみ
媒体アクセス制御と呼ぶ
（1968年スタートしたALOHAシステム研究に負うところ大）
・同時に複数の端末が要求すると
競争が発生
打ち勝ったもののみ権利獲得
・競争を基本とする送信獲得手法
コンテンション方式
と呼ぶ
92
Soft Research Center Inc.
コンテンション方式
• 各端末はまったく自律的
• 競争によらない方式では、ある端末が許可され
るまで待たされる
• コンテンションでは、要求が発生すると、即座に
転送を試みることが可能
• 同時に複数の端末が転送を試みる
互いに干渉して情報破壊
93
Soft Research Center Inc.
コンテンション方式
衝突
単線の線路に同時に車両を出す
図 1 単線で電車が正面衝突
• 負荷が小さい時、衝突確立が小さい
• 負荷が増大送信権を得るまで
待ち時間が予測できない
94
Soft Research Center Inc.
ピュアアロハ方式
• ＡＬＯＨＡで採用した最初の方式
– ホノルルにコンピュータセンタ
各島々にある端末との間を無線で結ぶネットワーク
– センタから端末への下りは周波数ｆ１により
宛先を付属して放送、自分宛てでない情報廃棄
– 上りの伝送路の方式が問題
• 各端末に異なる周波数割り当て？（各端末いつでも自由になる発進可）
•
端末の数……数百の数なら夫々異なる周波数が許可されるはずが無い
– 下り同様、上りにも一つの周波数ｆ２
– ２つ以上の端末が同じ発進
衝突・破壊
95
Soft Research Center Inc.
ピュアアロハ方式
Ｓ１
Ｓ２
Ｓ４
…
Ｓ３
衝突・破壊
ピュアアロハの転送方式
•各端末が全く勝手に情報伝送開始
ピュアアロハ方式と呼ぶ
•たまたま衝突しなければ伝送成功
•衝突したらやり直せばよい
最も単純、安値
96
Soft Research Center Inc.
ピュアアロハ方式
▼伝送開始時刻
ａ
ｂ
T
ｃ
2T
ピュアアロハでのフレーム衝突
•情報転送単位をフレームと呼び（長さＴ）
•あるフレームの伝送が成功するためには
合計2Ｔの間、他の端末から送信がないこと
•スループット（ＴＰＡ）、トラヒック（Ｇ）
ＴＰＡ＝Ｇｅ‐2Ｇ
Ｇ=0.5のとき
スループット最大=0.184
•最大で18％の成功率しかない
97
Soft Research Center Inc.
ピュアアロハのスループット
ス
ル
ー
ブ
ッ
ト
（
Ｔ
）
0.8
0.6
スローチットアロハ
0.4
ピュアアロハ
0.2
0.01
0.1
1
10
トラヒック（Ｇ）
ピュアアロハのスルーブット
98
Soft Research Center Inc.
スロットアロハ
•スループット改善の最初のもの
＊ﾌﾚｰﾑの開始を任意の時刻に行えることを制限
＊一定の時間間隔に区切る（ｽﾛｯﾄ化）
ﾌﾚｰﾑの長さをｽﾛｯﾄの長さに一致させる
＊ﾌﾚｰﾑは任意の時刻に到着するが、送信はｽﾛｯﾄ開始時刻に同期
衝突
成功
成功
衝突
＊2つ以上の端末同時にﾌﾚｰﾑ送信
衝突
＊ﾋﾟｭｱｱﾛﾊのときの成功しかかっているﾌﾚｰﾑが他のﾌﾚｰﾑで部分的に
衝突することがない
•ＴＧＡ＝Ｇｅ‐Ｇ
＊Ｇ＝1のとき最大ＴＳＡ＝0.368
99
Soft Research Center Inc.
ＣＳＭＡ方式
• 各端末が送信に先立って聞き耳をたてる
＊他の端末の送信中が聞こえている時･･･････送信見合わせ
できるだけ衝突回避
＊この搬送波の有無を検出することを
キャリアセンス（Carrier Sense）と呼ぶ
＊搬送波が静かであれば、伝走路空きと判断
• 各端末がキャリアをセンスするとで媒体の使用状況を
知ってからフレームを送信するかどうか判断する
ＣＳＭＡと呼ぶ
（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）
100
Soft Research Center Inc.
ＣＳＭＡ方式
スロットアロハ式
Ｓ1
成功
CS1
Ｓ2
CS3
成功
CS4
Ｓ3
CS5
CS6
Ｓ4
CS2
•S1がｷｬﾘｱｾﾝｽ（CS1）すると媒体静か
ﾌﾚｰﾑ送信
•S4がCS2して静か
ﾌﾚｰﾑ送信
•S1とS4のﾌﾚｰﾑ衝突（S1とS2の間の伝搬遅延による）
•S2がCS3とすると媒体使用中
送信しない
•S2がCS4再度
送信成功
•S3がCS5すると媒体使用中
送信しない
•S3がCS6すると
送信し成功
101
Soft Research Center Inc.
ＣＳＭＡ方式
•CSMAによるキャリアセンスを用いても衝突発生
＊ある端末ﾌﾚｰﾑ送信しても、他のすべての端末が
それを検地するまでに、
信号の伝搬時間分だけかかることによる
•待時型CSMA
＊ｷｬﾘｱｾﾝｽしてﾁｬﾝﾈﾙ使用中なら、次の試みまでのﾀｲﾐﾝｸﾞで２つの方式
＊ｷｬﾘｱｾﾝｽ中止して、一定時間待って再送
待時型CSMA（non‐persistene CSMA）と呼ぶ
再送関係
情報転送
CS ビジー
判断
CS
（CS：キャリアセンス）
102
Soft Research Center Inc.
Ｐ-即時型ＣＳＭＡ
•ビジーのとき、アイドルになるまで待つ
•アイドル検知後、確立Pで決まる時間待つ
P-Persistene CSMA と呼ぶ
ビジー
CS
確立P
アイドル
•アイドル待ちの後、
フレーム送信開始確立P
＊Pが大きいと衝突発生しやすくなる
＊Pが小さい（送信を試みる待ち時間が長い）と衝突確立を下げる
＊正規化伝搬遅延（ａ=0.01）のとき、Ｐを 10％
成功率の最大80％
＊P=1のとき成功率の最大50％程度
CSMAのときと同じになる
＊伝搬遅延大きいとスループット低下
103
Soft Research Center Inc.
ＣＳＭＡ／ＣＡ
• CSMAを有線LANに適用し、自動的に衝突検出する
機構を加えたものはCSMA/CD
イーサーネット
＊有線では過度の直流分の検出（衝突検出）
＊無線システムではフェージングにより受信レベルが
激しくなる。このままでは衝突検出不可
• 無線ではCSMAが基本で、衝突機構がないものが一般的
＊CSMAに加え衝突回避機構を備えたものを
CSMA/CA と呼ぶ
• CSMA基本とする衝突回避機構の最もな一般的なもの1つは
低トラヒック時 1- persistent CSMAで動作
高トラヒック時 P- persistent CSMA
で動作
non- persistent CSMA
トラヒックに応じて衝突回避機構を変動させる
104
Soft Research Center Inc.
ＣＳＭＡ／ＣＡ
もう1つは
non-persistent CSMA基本
各端末へ優先度を設定
優先度高い……待ち時間短い
優先度低い……待ち時間長い
•CSMA/CA
＊キャリアセンスしてチャネルアイドル確認後、
フレーム送信前に、ランダムパルスを送信
衝突ウィンドウ
実際のフレーム
a) 端末ｉがウィンドウに 5つのランダムパルス送信（成功）
フレーム送信中止
b) 端末ｉが送信していないパルス検出（衝突）
105
Soft Research Center Inc.
ＣＳＭＡ／ＣＡ（つづき）
•衝突ウィンドウと呼ぶ一定内に
送信要求のある端末……ウィンドウ中に自分の送信して
いないパルスがあるかどうか
もし送信していないパルスの受信
フレームの送信中止
•衝突ウィンドウの長さ
検出できるに足る十分な時間が必要
（最遠端の端末への往復の伝搬遅延）
CSMA/CD
ス
ル
ー
プ
ッ
ト 0.5
CSMA/CA
CSMA
ﾋﾟｭｱｱﾛﾊ
1.0
10
100
トラヒック
106
Soft Research Center Inc.
隠れ端末が存在する場合
•電波のとどく範囲より端末間の距離が長い
2つの端末の間に障害物がある
互いに相手を聞くことができない
互いに隠れ端末（Hidden Terminal）
と呼ぶ
Ｂの電波の
とどく範囲
Ａの電波の
とどく範囲
A
B
隠れ端末（AとBは互いに隠れ端末）
107
Soft Research Center Inc.
ＢＴＭＡ
（Busy‐Tone Multiple Access）
•全端末がすべての端末のキャリアを聞くことができる場所
特別の機能をもつ中央ステーションを置く
•BTMA
メッセージチャンネル……フレーム伝送用
ビジートーンチャンネル……メッセージのチャンネルの
使用状況を伝達する
＊中央ステーションはキャリアセンスにより
メッセージチャンネルの状態を監視し
媒体が使用中
ビジートーンチャンネルにビジートーンの信号を出す
＊各端末はメッセージチャンネルのキャリアセンスの代わりにビジートーン
チャンネルのキャリアセンスでメッセージチャンネルの空塞を検知
108
Soft Research Center Inc.
ＢＴＭＡ（つづき）
ステーションX
中央ステーション
ステーションY
伝送フレーム
衝
突
ビジートーン
BTMA
•中央ステーションからビジートーンを全端末は聞くことができるので、
メッセージチャンネルの使用状況把握
•隠れ端末の存在による性能低下を制御
•BTMAは基本はCSMAと同等
•端末ｉがメッセージチャンネル使用している事実は
端末 j は知ることができない
伝搬遅延のすきまで起こる衝突
•CSMAよりBTMAは伝搬遅延が最大で２倍
109
Soft Research Center Inc.
ＩＳＭＡ
（Ｉｄｌｅ Signal Multiple Access）
•BTMAと同様、中央ステーションが存在
２つのチャンネルはなくメッセージチャンネルしかない
＊メッセージチャンネル上に、媒体が静かだと
中央ステーションはそのメッセージチャンネル上に
アイドル信号を放送する
中央ｽﾃｰｼｮﾝ
ｽﾃｰｼｮﾝＸ
ｽﾃｰｼｮﾝＹ
ｱｲﾄﾞﾙ信号
衝突ﾌﾚｰﾑ
成功
ﾌﾚｰﾑ
ISMA
110
Soft Research Center Inc.
ＩＳＭＡ（つづき）
• 端末がアイドル信号受信
1）ただちにフレーム送信
2）衝突回避向上のため
確立Pでフレーム送信
確立（1－P）で送信中止
• ISMAもCSMAも類似性がある
＊アイドル信号がチャンネルを占有するときがあるため
チャンネルの伝送効率がCSMAより低下
• BTMAとの比較
＊ビジートーンチャンネルが常時的に占有（BTMA）
＊フレーム転送がないときのみアイドル信号が
帯域を使用
＊ISMAはBTMAより伝送効率まさる
111
Soft Research Center Inc.
ＢＴＭＡとＩＳＭＡの比較
BT
チャンネル
メッセージ
チャンネル
a） BTMAの帯域分割
メッセージチャンネル
空きのときのみ
アイドル信号に使用
b） ISMAの帯域分割
112
Soft Research Center Inc.
ＳＴＭＡ／ＤＡ（慶大）
（Single Tone Multiple Access With Directional Antennas）
• すべてが自律分散型で中央ステーションなし
• BTMAと同様
メッセージチャンネル
ビジートーンチャンネル
の２つがある
• ビジートーンより
メッセージチャンネルの使用状況を知らせる機構
なんらかの予約機構
から必ず１つの端末が送信権を獲得
• さらに、センタアンテナを利用することにより
同時通信数を増大
• 対等型分散システムでは、隠れ端末が存在しない
ようにサービスエリアを構成する
接隣するエリアでは異なるチャンネルを使用して
空間的に分割する
113
Soft Research Center Inc.
ＳＴＭＡ／ＤＡ（つづき－1）
• 工場内、キャンパス、ビル内で、移動体があると
隠れ端末の存在しないサービスエリアを設定する
ことは困難
端末の移動
隠れ端末のないエリアを破壊
隠れ端末の存在に耐性をもつ工夫重要
• STMA/DA
＊発信と受信端末両方がビジートーン（BTを送信する）
• 発信の前に端末はビジートーンをセンスする
＊ビジーなら
＊アイドルなら
適当な時間後に送信を試行
センタアンテナの全方向に
リクエストフレーム
ビジートーン
を受信
＊ビジートーンはリクエストフレーム送信後も
一定時間送信を続ける
114
Soft Research Center Inc.
ＳＴＭＡ／ＤＡのメカニズム
発信
ｽﾃｰｼｮﾝ
A
発信
ｽﾃｰｼｮﾝ
B
ﾘｸｴｽﾄ
ﾃﾞｰﾀ
ﾃﾞｰﾀﾁｬﾝﾈﾙ
ﾋﾞｼﾞｰﾄｰﾝﾁｬﾝﾈﾙ
ｺｰﾙ
ﾊﾞｯｸ
ﾃﾞｰﾀﾁｬﾝﾈﾙ
ﾋﾞｼﾞｰﾄｰﾝﾁｬﾝﾈﾙ
センタアンテナの選択
1
4
2
3
115
Soft Research Center Inc.
ＳＴＭＡ／ＤＡ（つづき）
•受信端末発信端末がリクエストフレーム送信中
＊受信電界強度を基本とする伝送品質から
最適なアンテナ選択
＊受信端末全アンテナを用いてビジートーン送信
＊選択したアンテナでコールバック送信
＊ビジートーンはデータフレーム受信
タイムアウト発生
まで続行
A
B
C
D
•端末Bによるビジートーンにより
＊発信端末が出しているビジートーンを聞くことができない
隠れ端末（C）Aのデータフレームに対して妨害することを防ぐ
＊受信（A）、受信（B）両端末のビジートーンを聞くことができない
端末（D）は、AとBの通信に本来妨害にならない
116
Soft Research Center Inc.
ＳＴＭＡ／ＤＡ（つづき）
•リクエストフレームが衝突して破壊されると
＊受信端末はコールバックフレーム
ビジートーン
を送信できない
＊発信端末はタイムアウトでビジートーン送信中止
•発信端末はコールバックフレーム受信中に
＊最適アンテナ
＊ビジートーン送信停止
＊選択したアンテナ使用してデータフレーム送信
＊送信の間、ビジートーンが継続して受信されていると確認
＊ビジートーンが送信されなくなったらデータフレーム送信中止
•コールバックフレーム衝突して破壊
＊発信端末はデータフレーム送信せず
＊受信端末タイムアウトでビジートーン送信停止
117
Soft Research Center Inc.
ポーリング方式
•1つの端末のみが送信を許可される手法
＊単一伝送路に多くの端末が接続される
マルチドロップ回線によくみられるなじみ深い方式
＊中央ステーションが周期的に他の端末を勧誘（ポール）する
＊送信要求のある端末は、勧誘があるとデータを
中央ステーションに送信する
＊送信要求のない端末はデータなしで応答
＊中央ステーションがデータ送受中継する集中管理型
２
３
ﾃﾞｰﾀ
御用聞き（勧誘）
中央
ｽﾃｰｼｮﾝ
１
４
５
118
Soft Research Center Inc.
ローカルコールポーリング
中央
ｽﾃｰｼｮﾝ
ｽﾃｰｼｮﾝ
１
３
２
（ﾎﾞｰﾙ1）
（ﾃﾞｰﾀなし）
（ﾎﾞｰﾙ2）
（ﾃﾞｰﾀなし）
ｉ
（ﾎﾞｰﾙ3）
（ﾃﾞｰﾀ転送）
（ﾎﾞｰﾙ1）
（ﾃﾞｰﾀなし）
（ﾎﾞｰﾙ1）
（ﾃﾞｰﾀなし）
ハブポーリング
中央
ｽﾃｰｼｮﾝ
ｽﾃｰｼｮﾝ
１
ﾎﾞｰﾙ
３
２
ｉ
（ﾃﾞｰﾀなし）
ﾎﾞｰﾙ
（ﾃﾞｰﾀなし）
ﾎﾞｰﾙ
ﾎﾞｰﾙ
ﾎﾞｰﾙ
ﾎﾞｰﾙ
119
Soft Research Center Inc.
ポーリング（つづき）
• ロールコール（Roll Call）
＊中央ステーションが次々にポール
＊ポールに対し、かならず応答が必要
＊ポールの応答の往復分の伝送遅延が生ずる
• ハブポーリング
＊中央ステーションが次の順番の端末へポール
＊ポールされた端末から順次に順序つけられた
端末へポールを回す
120
Soft Research Center Inc.
予約方式
• データ伝送に先だって使用するチャンネルを予約
＊予約のためにコンテンションを用いるものもある
• SRMA（Split-Channel Reservation Multiple Access）
＊３つのチャンネルへの分割
△メッセージチャンネル
△リクエストチャンネル（予約のため）
△応答チャンネル
＊リクエストフレームは端末から中央ステーションへ
＊応答フレームで中央ステーションから各端末へ許可する
＊このリクエストチャンネルへのアクセス制御
アロハ方式
CSMA
などが利用される
＊リクエストが中央で受信されると
リクエスト端末へスケジュール結果を返送
121
Soft Research Center Inc.
ＳＲＭＡ
ステーション
ｎ
中央
ステーション
ステーション
ｍ
衝突
リクエスト
リクエスト
タイムアウト
再送間隔
リクエスト
タイムアウト
リクエスト
再送間隔
応答
指示された
ｽｹｼﾞｭｰﾙに従う待ち
メッセージ
リクエスト
122
Soft Research Center Inc.
ＳＲＭＡ（つづき）
• SRMAの性能
リクエストフレームの長さ
応答フレームの長さ
に依存
＊リクエストフレームの長さがデータフレームの長さに比し
て十分に短いとき……性能向上
＊リクエストのコンテンション方式
アロハ
スロッテドアロハ
の性能に同じ
CSMA
123
Soft Research Center Inc.
スロット割当ＴＤＭＡ
（プリアサイン）
•帯域をスロットに分割
ｎコのスロットをまとめて TDMAフレーム
と呼ぶ
TDMAﾌﾚｰﾑ
ｽﾛｯﾄ
1
ｽﾛｯﾄ
2
3
n-1
n
•特定のスロットがあらかじめ各ステーションに割り当てる
各端末は専用のスロットをもつ衝突発生しない
＊空きスロット（1つの端末に割当てられた）は
他の端末に利用されない
＊端末の数が動的に変化する環境では
このプリアサインTDMAは採用できない
124
Soft Research Center Inc.
予約アロハ方式
•スロティッドアロハで、どの端末も空きの
スロットを使用できる方式
•各スロットは固定的に各端末に割り当てず
未使用のスロットに対しすべての端末がアクセス可
•スロットへのアクセスはスロットアロハで行い
たまたまスロット使用に成功すると、次のサイクルで
そのスロットが暗黙的に予約されたと見なす
•低トラヒック時スロットアロハと同じ性能
高トラヒック時 TDMAに近い性能
ｽﾛｯﾄ
1
2
3
ステーションｉ
ステーションｋ
ｉとｋの衝突
4
5
ステーションｉ
ｉが成功
(スロット5予約に成功)
n-1
n
スロット使用中
125
Soft Research Center Inc.
スペクトル拡散によるアクセス制御
• 異なる拡散符号を用いれば、
同じ周波数帯域に２つの拡散された符号
あたかも異なるチャンネルを使用している通信の
ように共存できる
互いに雑音として干渉し、完全に独立ではない
このように
拡散符号による共存を
CDMA
と呼ぶ
• すべての端末……共存の拡散符号
すべての端末の組に……異なる拡散符号
• 共通の拡散符号で端末ごとに位相をずらすのが一般的
126
Soft Research Center Inc.
共通符号ｃ
ヘッダ部
ｃで復号
情報部
Ａ
拡張符号ａ
（ａ：Ａの符号）
ａで復号
Ｂ
（1）送信元符号方式
ｂで復号
Ａ
拡張符号ｂ
（ｂ：Ｂの符号）
Ｂ
（2）受信元符号方式
スペクトル拡散通信と信号
127
Soft Research Center Inc.
Ⅵ．モバイルコンピューティング
のシステム化に与える影響
128
Soft Research Center Inc.
モバイル・コンピューティング実現の問題点
（1）回線の品質の低さ
（2）通信時間の制約
（3）通信中の回線切断
（4）複数の通信媒体への透過性
（5）ユーザの現在位置の把握
（6）携帯端末と固定端末間のゆるやかな同期
129
Soft Research Center Inc.
回線の品質の低さ
• マルチパスフェージング対策
△ダイバシティ効果
△指向性アンテナ
△マルチキャリア
• 通信量をおさえる
△HDLCの改良
Selective repecat 必然
△物理層に誤り回復機能
130
Soft Research Center Inc.
通信時間の増大
品質の悪さ
再送による通信時間の増大
すべてのApが通信終了を待つ状態
CPUの処理能力の無駄使い
通信の処理と分離
131
Soft Research Center Inc.
通信中の回線切断
移動体の性質から（障害物、トンネルの中）
回線切断の可能性大（通信中に）
再開のスムーズな処理の必要性
通信量を減少させるため
送受信間のデータ同期機能必要
同期点の挿入と同期点からの再開
媒体の透過性
無線媒体のみで簡潔するネットワーク少ない
Tel網
ISDN、B-ISDN
LAN
などと統合的に
扱えること
132
Soft Research Center Inc.
ユーザーの位置の把握
• 人間は移動する
△オフィスの端末
△家の端末
△携帯端末
• 現在どこの端末を利用しているか把握が必要
ゆるやかな同期
•携帯端末を出先で使用中
オフィス端末との間に情報環境に相違が生ずる
オフィスのもどったとき
出先での携帯端末と
同じ環境を容易に構築
できること
133
Soft Research Center Inc.
Agent1
Agent2
Agent3
Priortiy
Control
AgentCommon
Queue Mng.
Queue Inter‐Agent Mng.
Communication
Media
Coordinator
Observer Media Transparency
Connection Estb
Session Mng
buffer
TCP W-TCP
図1
PHS
IrDA
Mobile Application Software Architecture
134
Soft Research Center Inc.
Communication Coordinator
△下位ネットワークの透過性
△切断の監視とその回復
△下位ネットワークのQOS管理
135
Soft Research Center Inc.
Agent Common
• 無線回線のための接続不加納状態発生
メッセージをリアルタイムに受け取らなくてよい
非同期通信機携帯必要
上位の多くのエージェントからのメッセージ蓄積必要
待行列の提供による
APと通信の分類
• 優先管理機能
136
Soft Research Center Inc.
Agent
◎モバイル管理エージェント
・ログイン監視エージェント
・ゆるやかな同期エージェント
◎応用エージェント
・モバイルメール
・TELNET
・FTP
137
Machine A
Machine B
Agent Communication
Common Coordinator
Open．req
Communication
Coordinator
Open．cnf
DAT A4
CLOSE．req
Agent
Common
CC‐CONNECT．req
CC‐CONNECT．res
DAT A1
DAT A2
DAT A3
Soft Research Center Inc.
OPEN．ind
OPEN．res
CC‐DAT A1
CC‐DAT A2
CC‐SYNC．req
CC‐SYNC．res
CC‐DAT A3
×
DAT A1
DAT A2
CC‐P‐ABORT
discom
CC‐RESYNC．req
CC‐RESYNC．res
CC‐DAT A3
CC‐DAT A4
CLOSE．cnf
CC‐RELEASE．req
DAT A3
DAT A4
CLOSE．ind
CC‐RELEASE．res
CLOSE．res
図切断時の処理の手順（CC利用の場合）
138
Soft Research Center Inc.
Home
Login
Agent
User
Location
RM1
Home
Machine
（HM）
Remote
Machine 1
Remote （RM1）
Login
Agent 1
Login
Nortification
Login
Login
Nortification
Logout
Remote
Machine 2
Remote （RM2）
Login
Agent 2
Logout
Nortification
Logout
Nortification
User Moves
from RM 1
to RM 2
RM1
Login
Logout
：Agent
：User Session
Loging 監視 Agent の動作のイメージ
139
Soft Research Center Inc.
手法
＊ﾕｰｻﾞ位置ﾃﾞﾌｫﾙﾄ設定
ｽｹｰｼﾞｭｰﾙ設定
定期的通信
＊login/logoutを契機として通信
他のﾃﾞｰﾀ転送を契機として通信
＊ﾕｰｻﾞの指示を契機として通信
通信量
(ｺｽﾄ)が
少ない
高度な
処理が
不要
◎
◎
×
○
○
◎
○
×
○
◎
○
◎
ユーザの情報同期ユーザが
手間が
の確度が意識する
少ない
高い
必要なし
○
×
○
◎
◎
×
×
○
×
○
×
×
×
×
○
◎
○
◎
Login 監視の手法の比較
140
Default
Pattem
RM1
Home
Machine
（HM）
Home
Login
Agent
(HLA)
User
Location
RM1
RM2
RM2
RM2
RM1
RM1
Remote
Machine 1
（RM1）
Remote
Login
Agent 1
（RLA1）
RM2
1.RLA1はﾕｰｻﾞ位置が
ﾃﾞﾌｫﾙﾃと一致するので
HLAに通用しない
Login
Logout
(SA)
Soft Research Center Inc.
Remote
Machine 2
（RM2）
Remote
Login
Agent 2
（RLA2）
User Moves
from RM 1
to RM 2
Login
Login
Nortification
User
Session
(SB)
Login
Nortification
Login
Nortification
Logout
RM1
RM1
RM1
4.RLA2はﾕｰｻﾞ位置が
ﾃﾞﾌｫﾙﾃと一致するので
HLAに通用しない
：Agent
Login
(SC)
Logout
User Moves
from RM 2
to RM 1
2.RLA2はﾕｰｻﾞ位置が
ﾃﾞﾌｫﾙﾃと一致せず、
User Nortification=False
なので、自動的にHLA
に通知する
3.RLA2はﾕｰｻﾞ位置が
ﾃﾞﾌｫﾙﾃと一致せず、
User Nortification=False
なので、自動的にHLA
に通知する
：User Session
Login 監視 Agentの動作（ユーザ位置デフォルト指定の場合）
141
Soft Research Center Inc.
Home
Machine
STMP
ﾒｰﾙ1
POP
Remote
Machine
ﾒｰﾙの存否
の問い合わせ
ﾒｰﾙの転送
Mailer
一定時間毎にﾒｰﾙが転送
されているかどうか見に
いかなければならない
ﾕｰｻﾞへ通知
ﾒｰﾙ2
ﾒｰﾙ3
ﾒｰﾙの存否
の問い合わせ
ﾒｰﾙの転送
Mailer
不要なﾒｰﾙも転送
されてしまう
ﾕｰｻﾞへ通知
ﾒｰﾙ4
ﾒｰﾙの存否
の問い合わせ
Mailer
ﾒｰﾙの転送
ﾕｰｻﾞへ通知
既存の環境（Mail Agent を利用しないとき）のﾒｰﾙの転送
142
Soft Research Center Inc.
Home
Machine
Remote
Machine
STMP
一定時間毎にﾒｰﾙが転送されているか
どうか見にいく必要がない
ﾒｰﾙ1
ﾒｰﾙの転送
Mailer
ﾕｰｻﾞへ通知
ﾒｰﾙ2
・必要なﾒｰﾙ（緊急ﾒｰﾙなど）
だけを転送する
・それ以外のﾒｰﾙは状況に応じて
（ﾕｰｻﾞがLANで接続されている
ﾏｼﾝにいるときなど）に転送する
ﾒｰﾙ3
Mailer
ﾒｰﾙ4
ﾒｰﾙの転送
ﾕｰｻﾞへ通知
Mail Agent を利用した時のﾒｰﾙ転送
143
Soft Research Center Inc.
A’s Remote
E‐Mail Agent
A’s Home
E‐Mail Agent
B’s Home
E‐Mail Agent
B’s Remote
E‐Mail Agent
ﾒｰﾙの転送要求
（connectioinの確立）
転送
転送終了
（connectioinの解散）
Login情報
の交換
STMP
Login情報
の要求
Login情報
の提供
ﾒｰﾙの転送要求
（connectioinの確立）
転送
転送終了
（connectioinの解散）
ﾒｰﾙの転送の例
144
Soft Research Center Inc.
手法
情報への変更が生じるたび同期
＊定期的に情報同期
＊Login/Logoutを契機として同期
他データ伝送を契機として同期
＊ユーザの指示を契機として同期
情報の変更頻度による同期
通信量
(ｺｽﾄ)が
少ない
高度な
処理が
不要
×
○
△
○
○
△
◎
○
◎
△
◎
○
ユーザの情報同期ユーザが
手間が
の確度が意識する
少ない
高い
必要なし
◎
○
◎
○
×
○
◎
×
○
×
×
○
△
◎
△
○
×
○
ゆるやかな情報同期の手法の比較
145
Soft Research Center Inc.
HSA
sync，start
table check
new item?
no
RSA-1
sync，req（no）
sync，res（no）
sync，end
sync，start
table check
new item?
no
item compare
table update
ｆｉｌｅ update
sync，start
table check
new item?
no
sync，end
sync，req（no）
sync，res（yes）
new item send
difference of ｆｉｌｅ
difference of ｆｉｌｅ
sync，start
table check
new item?
yes
sync，end
sync，end
sync，end
sync，end
情報同期手順
146
Soft Research Center Inc.
手法
通信量高度な
(ｺｽﾄ)が処理が
少ない不要
*ﾕｰｻﾞ位置ﾃﾞﾌｫﾙﾄ設定
ｽｹｼﾞｭｰﾙ設定
定期的通信
* login/logoutを契機として通信
他のﾃﾞｰﾀ伝送を契機として通信
*ﾕｰｻﾞの指示を契機として通信
◎
◎
×
○
○
◎
○
×
○
◎
○
◎
ﾕｰｻﾞの
手間が
少ない
○
×
○
◎
◎
×
位置の
頻度が
高い
×
○
×
○
×
×
突発的
状況へ
の対応
×
×
○
◎
○
◎
Login 監視の手法の比較
手法
情報への変更が生じるたびに同期
*定期的に情報同期
* login/logoutを契機として同期
他のﾃﾞｰﾀ伝送を契機として同期
*ﾕｰｻﾞ指示を契機として同期
情報の変更頻度による同期
通信量
(ｺｽﾄ)が
少ない
高度な
処理が
不要
ﾕｰｻﾞの
手間が
少ない
位置の
頻度が
高い
突発的
状況へ
の対応
×
○
△
○
○
△
◎
○
◎
△
◎
○
◎
○
◎
○
×
○
◎
×
○
×
×
○
△
◎
△
○
×
○
ゆるやかな情報同期の手法の比較
147

Download Report