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

～モバイル･コンピューティング～無線通信方式の入門解説講座松下　　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

Ⅰ．電波の特性と基礎　　　　　　　　

周波数の分類と特徴固定マイクロ FMラジオ放送テレビ放送周波数分類　　　　周波数　　　　　呼称　　　　　　　　　　　特　徴　　　　　　　　　　　　　　　　適　用 VLF　　　　　　　　 3～30kHz　　　　長波　　　　波長が地表面の粗さに比べて　　　　　潜水艦との交信　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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。 LF　　　　　　　　　 30～300kHz　　　中波　　　　電波層で吸収される。 MF　　　　　　　　 300～3000kHz　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　AMラジオ放送 HF　　　　　　　　　 3～30MHz　　　　　短波　　　　強い電波層で反射が生ず　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　る。したがってｊ、電波層を　　　　　　　　アマチュア無線　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　使って短波による長距離通信　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　が行われる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　コードレス電話 VHF　　　　　　30～300MHz　　　　　　　　　　　　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。 UHF　　　　　　　300～3000MHz　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　自動車電話 SHF　　　　　　　3～30GHz＝km　　　　　　 EHF　　　　　　　30～300GHz　　　　　　　　　　　　雨や雷による吸収が大きい為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　短距離通話に向いている。マイクロ波ミリ波

各周波数帯の特質電波層 100～400km 対波層 0～12km 地　　球 VHF、UHF、SHF波山 HF波 MF波

基本的ディジタル無線通信の構成例高周波郡復調器識別器変調器符号変換器ディジタル信号送信郡アンテナ電波自然空間受信郡

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）

電波の伝送経路送信機受信機直接波反射波障害軸透過波回折波

マルチパスによる受信強度の変化受信レベル（dBµ） 60 50 40 30 20 10 1　　　　 2　　　　 3　　　 4 　　　　5　　　　　6　　　　　7　　　　8　　　　9　　　　10 距　　離（m）遅延波の影響 4　　　　　　l 経路 1 送信波形送信側経路 3 合成 M 経路 2 受信波形受信側 4　　　　　　l

自由空間モデルと２波モデル送信機受信機距離　d 直接波電界強度Ｅ（a）自由空間モデル（直接波のみ）送信機受信機距離　d 直接波Ｅ（b）２波空間モデル（直接波+反射波）反射波 rＥ

電波伝搬モデル見通し通信 P : 放射電力（ｗ） d : 距離 E０：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

陸上移動伝搬特性の考え方 1　　　 2　　3　　5 　7 　10　　 20　　30　　　　50　　70 　100 距離（km） 10dB 長区間中央値距離変動瞬時値変動（レイリーフェージング）短区間中央値瞬時値中央値変動（対数正規シャドウウイング）長区間短区間中央値

建築材透過損失 457　　　 920　　1450　　 2200 間仕切材断熱材　　　　　　　　　　　　周波数（MHz）試料（厚さ）　　　　　　木板（15mm）　　　　　　　 0.7　　　 2.6　　　 2.7　　　3.5 　　　　　　石膏ボード（7mm）　　　　　 0.3　　　　　0.3 　　　　　煉瓦（60mm）　　　　　　　　　 1.3　　　 0.8　　　1.4 　　　　　　煉瓦（含水）　　　　　　　　 6.0　　　 1.9　　　 3.1　　　 5.8 外壁材　　　スレート*（11mm）　　　　　　 2.7　　　 3.4　　　 4.5　　　　　　　　瓦（15mm）　　　　　　　　　1.5　　　 1.1　　　　　 8.1　　　　　　　　 ALC**（100mm）　　　　　4.6　　　 4.9　　　　　 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 ［単位：dB ］ *　　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

搬送波と変調波のスペクトル時間　l （ａ）搬送波の時間波形周波数 ƒ （ｂ）搬送波のスペクトル中心周波数 ƒ （ｃ）変調記号の時間波形（ｄ）変調記号のスペクトル 1 － T

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)

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

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)

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

ＡＳＫの原理 × ～乗算器変調波入力パルス列Ｓ（ｔ）　ＥｃｏｓＳ（ｔ）搬送波　　Ｅｃｏｓ発抵器

ON－OFF－ASK (a)入力ﾊﾟﾙｽ (b)ON-OFF-ASK信号

ASKの信号位置図 O A O C B (a)ON－OFF－ASK (b)位相反転ASK

FSKの原理～搬送波１ Ecos{(w+wd)t+θ} 搬送波２ Ecos{(w-wd)t+θ} 変調波発振器１発振器２入力パスル列 S(t) FSKの信号波形 1 2 (a)入力ﾊﾟﾙｽ (b)FSK信号 1 2 ‐ E 2 E 2 ‐

PSKの原理 Ecos(wｔ+)θ 変調波発信器入力パスル列 S(t) 位相反転器 Ecos{(wｔ+θ+π} ～

PSKの信号波形 (a)入力ﾊﾟﾙｽ (b)PSK信号 1 E -E PSKの信号波形 B O A C C‐

符号の多値化（２値→4値）伝送するビット列 8個の符号で表現 1か0の 2つに離数値ビットを表現 2値符号 1 “0” “1” 4個の符号で表現 4値符号 “00” “01” “10” “11” 0，1/3，2/3，1の 4つに離数値ビットを表現 1

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

フィルタリングの影響フィルタ送過後のパルス列フィルタ T 1T 2T 3T 4T 時間ｔ周波数特性周波数ｆｆ0 (=1/Ｔ)

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）スペクトルﾌｨﾙﾀﾘﾝｸﾞによってｻｲﾄﾞ･ﾛｰﾌﾞは除去信号波形パルスの変化点で波形がくびれる線形増幅時間ｔ出力電圧周波数ｆ 1 1 非線形増幅非線形増幅入力電圧非線形増幅後の信号スペクトル新たなｻｲﾄﾞ･ﾛｰﾌﾞが発生する信号波形信くびれが少なくなる。 1 1 周波数ｆ

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

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

位相連続ＦＳＫの信号配置図（無変調波基準）変化点この方向に一周すると“１” 一周すると“０” wdt -wdt （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” すると“0” 変化点 “1”を表す “0”を表す

ＭＳＫのスペクトル　 0 -20 -40 -60 -80 -4/T　　　　　-2/T　　　　　0　　　　　　2/T　　　　　4/T パワースペクトル濃度（dB）中心周波数からのずれ NSK BPSK QPSK

ＧＭＳＫのスペクトル Soft Research Center Inc. 0　　　　　　0.5　　　　　　1.0　　　　　　1.5　　　　　 2.0　　　　　2.5 　 0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 B.T＝œ（NSK） 0.7 1.0 0.5 0.4 0.3 0.25 0.2 0.16 中心からの短調周波数（ƒ-ƒa）T 電力スペクトル密度（dB）

Ⅱ．無線のシステム化技術

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

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

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

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

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

直接拡散（Direct Sequence）
Soft Research Center Inc. 直接拡散（Direct Sequence）拡散変調ディジタル情報一次変調復調 f f fc f fc PN系列発生 f f fc 拡散復調

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ｂｉｙ（ｔ）＝ｃ（ｔ）・ｒ（ｔ）ｘ（ｔ）＝ｙ（ｔ）・ｃ（ｔ）＝ｃ（ｔ）2・ｒ（ｔ）ｃ（ｔ）2＝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

周波数ホッピング（Frequency Hopping）
Soft Research Center Inc. 拡散復調一次変調復調周波数シンセサイザーホッピングパターン発生器復調出力拡散変調ディジタル情報 f fc

時間周波数 f 周波数ホッピングパターン

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

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

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 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

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

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）

アメリカでの使用状況周波数最大出力 FH DS 20ﾁｬﾝﾈﾙ以上各ﾁｬﾝﾈﾙ警察無線 37～ W 秒のうち不可 952MHｚ sec以上停留しない ISM ～928MHｚ KHz以下の中 KHz以上バンド～2.5GHz W 以上のﾁｬﾝﾈﾙに拡散 5.725～5.85GHz sec以上の停留ﾀﾞﾒ ISMの外への（30秒中）幅射電力 ‐20ｄB以下ｱﾏﾁｭｱ MHz以上 W 種のFH指定種のPN バンド系列指定

Ⅲ.無線通信方式とモバイルコンピューティング
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

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
　　　* 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

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

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　　　　　　　　　　　　　と呼ぶゾーンセ　ル

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 * 自動車携帯電話 * 高速移動体が対象（送信電力W級）
　　　　　　　　　　　　　　　　集中制御　　　* 自動車　　　　　　携帯電話　　　* 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）小型化セルの縮小化

セルラーとコードレスの特徴セルラーコードレス
　　　　　　　　　　　　　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
コンピュータネットワーク課金、認証ファイル加入者位置ファイルサービスファイルセル・・・・高機能層伝達層アクセス層

無線インフラのシステム構成～セルラー網の構成～・・・・・・高速ハンドオーバ ●　既存の固定網とは独立な　全く新しい網ＢＳパケット網保守情報ＧＭＳＣＭＳＣセルラーデータベース共通線信号網

コードレス電話網共通線信号網ディジタル固定電話網 VLR､HLR 加入者情報保守情報データベース・・・・・・ BS PHS事業者加入者交換機・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

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

使用周波数アナログコードレス　　　　380/250MHz アナログ携帯　　　　　　　 800MHｚディジタル携帯　　　　　　 800MHｚ、1.5GHｚディジタルコードレス　　　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

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

FDMAインタリーブ配置　　　　元々のチャネル　　　　　　シフトチャネル 1 2 ｆ01　　ｆ12　　ｆ23　　　ｆ34　　　　　　　　　　　　　ｆ（ｎ-1）ｎｆ0　　ｆ1　　　ｆ2　　　ｆ3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｆｎ

符号によるスペクトル拡散ｆ0 帯域幅ｆ 100～1000倍の符号で拡散ｆ0 拡散されたスペクトル幅ｆ

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　Ｎ＝ー・　　　・ー・Ｆ・ＧＲ　Ｅｂ　　　ｄ　　　　　ＮｏＷ　　1　　　　１ 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

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）

ディジタルセルラー方式主要諸元 Soft Research Center Inc. 　　　　　　　　　　　　　　　　GSM（欧州）　　　　　　　　TIA（米国）　　　　　　　PDC（日本）周波数帯　　　　　　　890～915MHz　　　　　　　824～849MHz　　　　　940～956MHz 　　　　　　　　　　　　　（移動局→基地局）　　　　（移動局→基地局）　　（移動局→基地局）　　　　　　　　　　　　　935～960MHz　　　　　　　869～894MHz　　　　　810～826MHz 　　　　　　　　　　　　（移動局→基地局）　　　（移動局→基地局）　　（移動局→基地局）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1429～1453MHz 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（移動局→基地局）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1477～1501MHz 送受周波数間隔　　　　　　　45MHz　　　　　　　　　　45MHz　　　　　　　　　130/48MHz キャリア間隔　　　　　　　　　400kHz　　　　　　　　　　 60kHz　　　　　　　　　　50kHz 　　　　　　　　　　　　　　 (200kHzｲﾝﾀﾘｰﾌﾞ）　　　　(30kHzｲﾝﾀﾘｰﾌﾞ)　　　(25kHzｲﾝﾀﾘｰﾌﾞ) キャリア数　　　　　　　　　124波(片方向)　　　　　　833(片方向)　　　　　 (片方向）セル半径　　　　　　　　　　0.5～35km　　　　　　　　　 0.5～20km　　　　　　　0.5～20km アクセス方式　　　　　　　　　TDMA　　　　　　　　　　　TDMA　　　　　　　　　　TDMA 多重数/キャリア　　　　　　　　　8　　　　　　　　　　　　　　　3　　　　　　　　　　　　　3 変調速度　　　　　　　　　　 Kbps　　　　　　　　48.6Kbps　　　　　　　　　42Kbps 変調方式　　　　　　　　　　　　GMSK　　　　　　　　　 π/4QPSK　　　　　　　π/4QPSK

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

セルサイズと伝送レート大ＦＤＭＡ狭帯域 TDMA PDC IS-54 中帯域 GSM CDMA 広帯域 TDMA/TDD PHS　DECT セルサイズ小 10K 100K 1M 10M 100M 無線伝送レート

セルラー方式の容量比較　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 GSM　　　　　　TIA　　　　 PDC　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Full　　Half　　　　　　　　　Full　　Half　　　　　　多重化方式　　　　　　　　　　　　　TDMA　　　 TDMA　　　　TDMA　　　　 CDMA 全帯域幅　　　　　　　　　　　 MHz　　 MHz　 MHz　　 MHz 　 MHz　　　　　 MHz 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　25　　　　25　　　　25 　　 25　　　 25　　　　　25 　　　音声のための帯域幅　　　　　 kHz　　　kHz　 kHz　 kHz　 kHz　　　　　　kHz 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 25　　　　　 10　　　 8.33　　 4.16　　　　　　8 音声のチャネル数　　　　　　　 1000　　 2000　　 2500　　 3000　　 6000　繰り返し数　　　　　　　　　　　　　3　　　　　3　　　　 7　　　　　4　　　 4　　　　ゾーン当たりのチャネル数　　　333　　　666　　　 357　　　 750　　　1500　　 595～1190　 CDMA  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。

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　　　　　　　　～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

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

コードレス電話のフレーム構成 A） DECTのフレーム構成 0　 1　　　　　　　　　　　　　　　 23 親 416.7µS 10 ms 子 B） PHSのフレーム構成 T1　　T2　 T3　 T4　　R1　　R2　 R3　 R4 5 ms 親子 625µs

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　　　　　 MHz～1.9GHz キャリア間隔 MHz キャリア数　　　10波アクセス多重　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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 23 416.7µs 10ms

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

PHSの主要諸元　　　　　　　　　　　　　　　　　　自営用　1.895～1.9061 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　公衆用　1.895～1.9181 周波数間隔　　　 300KHz アクセス方式　　　 TDMA/TDD 多重数　　　　　変調信号速度　　 384Kbps 音声符号化　　　　 32Kbps ADDCM チャネル割当　　　 DCA（基地局ごと独立、使用周波数決める）無線周波数　　　 1.9GHz フレーム構成とタイムスロット構成基地局 T1 T2 T3 T4 R1 R2 R3 R4 T1 T2 5ms 625µs T1 R1 R2 端末１端末２

CT-2/DECT/PHSの主要諸元　　　　　　　　　　　　　　　　 CT-2　　　　　　　　　　DECT　　　　　　　　　 PHS 周波数　　　　　　　　　　　800MHz　　　　　　　　1.9GHz　　　　　　　　 1.9GHz アクセス方式　　　　　　SCPC-TDD　　　　　TDMA/TDD　　　　　TDMA/TDD 多重数/キャリア　　　　　　　　1　　　　　　　　　　　12　　　　　　　　　　　　　4 変調方式　　　　　　　　　　GFSK　　　　　　　　 GMSK　　　　　　　π/4QPSK 伝送速度　　　　　　　　　　72Kbps　　　　　　　1.15Mbps　　　　　　　 384Kbps キャリア間隔　　　　　　　　100KHz　　　　　　　1728KHz　　　　　　　 300KHz キャリア数　　　　　　　　　　　40　　　　　　　　　　　10　　　　　　　　　　　 77 音声符号化　　　　　 32KbpsADPCM　　 32KbpsADPCM　　　32KbpsADPCM フレーム長　　　　　　　　　　2ms　　　　　　　　　　10ms　　　　　　　　　　5ms 送信電力ピーク　　　　　（平均）チャネル選択　　　　　　自律分散　　　　　　　自律分散　　　　　　　自律分散 10mW（5mW） 250mW（10mW） 80mW（10mW）

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　　　　　発信課金　　　　　　　　米　国　　　　　　　　　　　　アジア固定網と移動網の分離課金

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

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

位置登録（つづき）・電源を入れると局から　　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セルネットワーク PHS DB （位置登録情報）登録位置把握広域エリア一斉呼び出し移動一斉呼び出し

制御チャネルの種類（携帯の場合）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下り着信用上り着呼への応答空き制御チャネル位置登録受付発信用発呼信号位置登録

位置登録の方法位置登録へ発呼動作へ着呼動作へ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発呼か着呼か着信制御チャネルの受信レベルが一定値以下か yes no

Ⅳ．無線通信方式の　　　　　　　　種類と概要

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による高度化欧州東南アジア日本セルラ（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）の展開米国のアナログ方　（AMPS）から欧州GSMの導入が　　　　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米国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カナダ

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　　　　　　　　　　　　　　　GSM（欧州）　　　　　　　　TIA（米国）　　　　　　　　PDC（日本）周波数ハンド　　　　　　 890～915MHz　　　　　　824～849MHｚ　　　800MHｚ（16MHｚ×2）　　　　　　　　　　　　　　 935～960MHｚ　　　　　869～894MHｚ　　　 1.5GHｚ（24MHz×2）送受周波数間隔　　　　　　 45MHz　　　　　　　　　　 45MHｚ　　　　　　　　 130/48MHz キャリア間隔　　　　　　　　　400kHz　　　　　　　　　60kHz　　　　　　　　　　50kHz 　　　　　　　　　　　　　（200kHz Interleave)　　（30kHz Interleave)　　　（25kHz Interleave) セル半径　　　　　　　　　　0.5～35km　　　　　　0.5～20km　　　　　　　　0.5～20km アクセス方式　　　　　　　　　TDMA　　　　　　　　　　TDMA　　　　　　　　　　　TDMA 多重数／キャリア　　　　　　　　8　　　　　　　　　　　　　3　　　　　　　　　　　　　　3 無線伝送速度　　　　　　 kbit/s　　　　　　　 48.6kbit/s　　　　　　　　　42kbit/s 変調方式　　　　　　　　　　　 GMSK　　　　　　　　　π/4OPSK　　　　　　　　π/4OPSK 音声符号化　　　　　　RPE/LTP 22 8kbit/s　　　VSELP 13kbit/s　　　　　VSELP 11.2kbit/s （フルレート）　　　　　　　Source 13 kbit/s　　　　Source 7.95 kbit/s　　　　　Soure 6.7kbit/s 　　　　　　　　　　　　　　 FEC　　9.8kbit/s　　　　　FEC 5.05kbit/s　　　　　　FEC 4.5kbit/s 等化器　　　　　　　　　　　必須（20µs）　　　　　　オプション（6µｓ）　　　　　　　　　なし他　　　　　　　　　　　　Frequensy Hopping　　　　　　Diversity　　　　　　　　　 Diversity 　　　　　　　　　　　　　　（Burst bｙ Burst）　　　　　　　（Option）　　　　　　　　　（Option）

ＧＳＭシステム MS SIM BTS BSC MSC VLR EIR IN (GMSC) AUC HLR PSTN ISDN Um A bits 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）

ＰＤＣシステム MS AMP MDE M U X SPE BCE C MGC HLR GLR BS MCC CONT 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）

ＣＤＭＡシステム　　　　項　　　目　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　規　　　格スペクトラム拡散の方式　　　　　　類似ランダム雑音（PN）による直接拡散変調方式　　　　　　　　　　　　　　　OPSK PNチップレート　　　　　　　　　　　 MHz （9600×128）情報伝送速度　　　　　　　　　　　　9600・bit/s 周波数帯域幅　　　　　　　　　　　　1.23MHz 誤り訂正　　　　　　　　　　　　　　　畳み込み符号／ビタビ復号音声符号化方式　　　　　　　　　　 OCELP （8kbit/s）出力制御（MS）　　　　　　　　　　　ダイナミックレンジ　85dB 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　制御ステップ～1dB　 HLR VLR CCP CIS BSM SBS SSA NMC AuC BTS MS PSTN/ ISDN SSA ： Supplementary Service Adjunct（付加サービスアジャンクタ） SBS ： Selector Bank Subsystem（セレクタバンクサブシステム） CIS ： CDMA Interconnect Subsystem（CDMA 相互接続サブシステム） NMC ： Network Management Center（ネットワーク管理サブシステム） BSM ： Base Station Manager（基地局管理） CCP ： Call Control Processor（　制御プロセッサ） VLR ： Visitor Location Register（ビジターロケーションレジスタ） HLR ： Home Location Register（ホームロケーションレジスタ） Anc 　： Authentication Center（認証センタ） MS　： Mobile Station（移動局） BTS ： Base Transceiver（基地無線機）

各セルラー方式の容量比較　　　　　　　　　　　　　　　方式　　　　Analog　　　　　　　　　　　　 TIA　　　　　　　　　　　　　 DCMA 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　AMPS　　　Full　　　　　　Half　　　　　Full　　　　　　Half 　　項目　　　　　　　　　　　　　　　　　（ref）　　　　rate 　　　 rate 　 rate　　　　　rate アクセス方式　　　　　　　　　　　　　 FDMA 　　　　 TDMA 　　　 TDMA 　　　　TDMA　　　　　CDMA 全帯域幅（B1）　　　　　　　　　　　 MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz 音声伝送帯域幅（Bc）　　　　　　 kHz kHz　　12.5kHz　 10kHz　　8.33kHz 　4.16kHz 音声伝送ﾁｬﾈﾙ数（B1/Bc）　　　　　　 833　　　　1000 　　　　　　3000　　繰り返し数（N）　　　　　　　　　　　　　7　　　　　3 　　　　　3　　　　7　　　　　4　　4　　　　　1 ｾﾙ当たり音声伝送ﾁｬﾈﾙ数（M）　　　　　　666 　　　　　　750 　　　595~1190 Erlang/km2（3km セル半径）　　　　　　　　　　91 　　　　182　　　　容量利得　　　　　　　　　　　　　　　 1.0（ref）　　　　　　　15.2 　　　5~10 GSM PDC

ディジタルコードレス方式 Soft Research Center Inc. ディジタルコードレス方式の設計思想　　　　　　　　　　　　　　　　CT-2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　DECT　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　PHS 利用形態　　　　　　　　　主に家庭　　　　　　　　　　　　　　　　　　主にオフィス　　　　　　　　　　　　　　　　　　公衆・家庭・事業所　　　　　　　　　　　（家庭・事業所は発着信、　　　　　　　（事業所＞＞家庭＞公衆）　　　　　　　　　（バランスの重視：過度な多重度）　　　　　　　　　　　　公衆は発信のみ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　提供ｻｰﾋﾞｽ　　　　　　　　音声中心　　　　　　　　音声のみでなく、 Wireless LANも考えたい　　　　　　　音声と中速ﾃﾞｰﾀを考える　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（～256kb/s）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（～64kb/s）ｻｰﾋﾞｽｴﾘｱ　画的連続的ｻｰﾋﾞｽは考えない　　　　　　　　連続的エリアの保証　　　　　　　　　　　　　　　　連続的エリアの保証　　　　　　　　　（ﾎﾟｲﾝﾄｻｰﾋﾞｽ､ﾊﾝﾄﾞｰﾊﾞなし）　　　　　　　　（ｼｰﾑﾚｽﾊﾝﾄﾞｵｰﾊﾞ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ﾊﾝﾄﾞｵｰﾊﾞ可）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　電波の割り当ての自由度を考慮　　　　　　　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）　　　　　　　　　　　　　　（時分割多重度方式）ｼｽﾃﾑ設計　　　　公衆事業者は複数考慮　　　　　　　制御ﾁｬﾈﾙの妨害に強い方式　　　　　　　　　　　　　制御能率の高い方式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（通信ﾁｬﾈﾙに付随の構成）　　　　　　　　　　　　（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）　　　　　　　　　　　　　　　（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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　CT-2　　　　　　　　　　　　　DECT　　　　　　　　　　　　 PHS 周波数帯　　　　　　　　　　　　　　　 800MHz　　　　　　　　　　　1.9GHz　　　　　　　　　　　1.9GHz　多重化方式　　　　　　　　　　　　　SCPC-TDD　　　　　　　　　TDMA-TDD　　　　　　　　TDMA-TDD 多重数/キャリア　　　　　　　　　　　　　　1　　　　　　　　　　　　　　　12　　　　　　　　　　　　　　　4 変調方式　　　　　　　　　　　　　　　　GFSK　　　　　　　　　　　　　GMSK　　　　　　　　　　 π/4 QPSK RF伝送速度　　　　　　　　　　　　　72kbit/s　　　　　　　　　　　1.15Mbit/s　　　　　　　　　　384kbit/s キャリア間隔　　　　　　　　　　　　　100kHz　　　　　　　　　　　　1728kHz　　　　　　　　　　　300kHz 音声符号化　　　　　　　　　　　 32kbit/s ADPCM　　　　　　32kbit/s ADPCM　　　　　32kbit/s ADPCM フレーム間隔　　　　　　　　　　　　　　 2ms　　　　　　　　　　　　　　10ms　　　　　　　　　　　　　5ms 送信電力ピーク（平均）　　　　　 10mW（5mW）　　　　　　　250mW（10mW）　　　　　80mW（10mW）誤り検出　　　　　　　　　　　　　　　　　CRC　　　　　　　　　　　　　CRC　　　　　　　　　　　　　CRC 制御チャネル　　　　　　　　　　付随制御チャネル　　　　　付随制御チャネル　　　　　専用制御チャネルチャネル選択　　　　　　　　　　　　　自律分散　　　　　　　　　　自律分散　　　　　　　　　　自律分散

Ⅴ．媒体アクセス制御

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

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

コンテンション方式負荷が小さい時、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

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ｆ２２つ以上の端末が同じ発進衝突・破壊

ピュアアロハ方式ピュアアロハの転送方式Ｓ１Ｓ２Ｓ３Ｓ４衝突・破壊 … 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

ピュアアロハ方式 ▼伝送開始時刻 T ａｂｃ 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‐2ＧＧ=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

ピュアアロハのスループットスローチットアロハピュアアロハピュアアロハのスルーブット 0.01 0.1 1 10 0.2 0.4 0.6 0.8 スルーブット（Ｔ）トラヒック（Ｇ）

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

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）

ＣＳＭＡ方式スロットアロハ式Ｓ1 Ｓ2 Ｓ3 Ｓ4 CS2 CS3 CS4 CS5 CS6 CS1 成功 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

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 CS ビジー判断再送関係（CS：キャリアセンス）情報転送

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 CS アイドル確立P ビジーアイドル待ちの後、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

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

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実際のフレーム衝突ウィンドウ 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）

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 CSMA/CA 0.5 CSMA ﾋﾟｭｱｱﾛﾊトラヒック 1.0 10 100

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の電波の隠れ端末（AとBは互いに隠れ端末） A B

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

ＢＴＭＡ（つづき）伝送フレームビジートーン衝突ステーションX 中央ステーションステーションY 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

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成功ﾌﾚｰﾑ衝突ﾌﾚｰﾑｱｲﾄﾞﾙ信号ｽﾃｰｼｮﾝＸ中央ｽﾃｰｼｮﾝｽﾃｰｼｮﾝＹ ISMA

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

ＢＴＭＡとＩＳＭＡの比較 BT チャンネルメッセージ 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

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

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＊ビジーなら適当な時間後に送信を試行＊アイドルなら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

ＳＴＭＡ／ＤＡのメカニズムﾘｸｴｽﾄﾃﾞｰﾀｺｰﾙﾊﾞｯｸ発信ｽﾃｰｼｮﾝ A B 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 2 4 3

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 D C 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

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

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中央ｽﾃｰｼｮﾝ２３１４５ﾃﾞｰﾀ御用聞き（勧誘）

ローカルコールポーリング中央ｽﾃｰｼｮﾝ１２３ｉ（ﾎﾞｰﾙ1）（ﾃﾞｰﾀなし）（ﾎﾞｰﾙ2）（ﾎﾞｰﾙ3）（ﾃﾞｰﾀ転送）ハブポーリング中央ｽﾃｰｼｮﾝ１２３ｉﾎﾞｰﾙ（ﾃﾞｰﾀなし）

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

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

ＳＲＭＡリクエストタイムアウ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衝突ステーションｎ中央ｍ

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

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 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

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 4 5 n-1 n ステーションｉｉが成功 (スロット5予約に成功) ステーションｋｉとｋの衝突スロット使用中

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

ヘッダ部情報部共通符号ｃ拡張符号ａ（ａ：Ａの符号）ａで復号ｃで復号ＡＢ（1）送信元符号方式拡張符号ｂ（ｂ：Ｂの符号）ｂで復号ＡＢ（2）受信元符号方式スペクトル拡散通信と信号

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
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

モバイル・コンピューティング実現の問題点
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

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

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

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網などと統合的に ISDN、B-ISDN 扱えること LAN

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

TCP W-TCP PHS IrDA Agent1 Agent2 Agent3 Priortiy Control Queue AgentCommon Queue Mng. Inter‐Agent Mng. Media Observer Communication Coordinator Media Transparency Connection Estb Session Mng buffer 図 Mobile Application Software Architecture

Communication Coordinator
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

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

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

Agent Common Communication Coordinator Machine A Machine B Open．req Open．cnf DAT A1 DAT A2 DAT A3 DAT A4 CLOSE．req CLOSE．cnf CC‐CONNECT．req CC‐CONNECT．res CC‐DAT A1 CC‐DAT A2 CC‐SYNC．req CC‐SYNC．res CC‐DAT A3 × discom CC‐P‐ABORT CC‐RESYNC．req CC‐RESYNC．res CC‐DAT A4 CC‐RELEASE．req CC‐RELEASE．res OPEN．ind OPEN．res CLOSE．ind CLOSE．res 図切断時の処理の手順（CC利用の場合）

User Location RM1 Home Login Agent Machine （HM） Remote Machine 1 （RM1） Machine 2 （RM2） Nortification Agent 1 Agent 2 Logout User Moves from RM 1 to RM 2 RM1 Logout Nortification ：Agent ：User Session Loging 監視 Agent の動作のイメージ

手法通信量高度なユーザの情報同期ユーザが (ｺｽﾄ)が処理が手間がの確度が意識する少ない不要少ない高い必要なし＊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 ◎ × ○ Login 監視の手法の比較

Home Machine （HM） Remote Machine 1 （RM1） Remote Machine 2 （RM2） Remote Login Agent 1 （RLA1） Remote Login Agent 2 （RLA2） Home Login Agent (HLA) Default Pattem User Location User Moves from RM 1 to RM 2 RM1 RM2 RM1 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) 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 Login Logout User Session (SB) Login Nortification Login Nortification Login Nortification 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 Login (SC) Logout User Moves from RM 2 to RM 1 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 ：User Session Login 監視 Agentの動作（ユーザ位置デフォルト指定の場合）

Home Machine STMP POP ﾒｰﾙ1 ﾒｰﾙ2 ﾒｰﾙ3 ﾒｰﾙ4 ﾒｰﾙの存否の問い合わせﾒｰﾙの転送 Remote ﾕｰｻﾞへ通知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不要なﾒｰﾙも転送されてしまう Mailer 既存の環境（Mail Agent を利用しないとき）のﾒｰﾙの転送

Home Machine STMP ﾒｰﾙ1 ﾒｰﾙ2 ﾒｰﾙ3 ﾒｰﾙ4 ﾒｰﾙの転送 Remote ﾕｰｻﾞへ通知 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く必要がない・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 Mail Agent を利用した時のﾒｰﾙ転送

A’s Remote E‐Mail Agent A’s Home B’s Home B’s Remote ﾒｰﾙの転送要求（connectioinの確立）転送転送終了（connectioinの解散） STMP Login情報の要求の提供の交換ﾒｰﾙの転送の例

手法通信量高度なユーザの情報同期ユーザが (ｺｽﾄ)が処理が手間がの確度が意識する少ない不要少ない高い必要なし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 × ○ △ ◎ ゆるやかな情報同期の手法の比較

HSA RSA-1 sync，start table check new item? no sync，start table check new item? no sync，req（no） sync，res（no） sync，end sync，end sync，start table check new item? no sync，req（no） sync，start table check new item? yes sync，res（yes） new item send item compare table update ｆｉｌｅ update difference of ｆｉｌｅ difference of ｆｉｌｅ sync，end sync，end sync，end sync，end sync，end 情報同期手順

手法通信量高度なﾕｰｻﾞの位置の突発的 (ｺｽﾄ)が処理が手間が頻度が状況へ少ない不要少ない高いの対応 *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 ◎ × ○ Login 監視の手法の比較手法通信量高度なﾕｰｻﾞの位置の突発的 (ｺｽﾄ)が処理が手間が頻度が状況へ少ない不要少ない高いの対応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 × ◎ ◎ ◎ △ ○ ○ ○ × ◎ △ ◎ ◎ ○ △ ○ △ ○ × ○ ○ ◎ × × × △ ○ ○ ○ ○ ゆるやかな情報同期の手法の比較

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

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