論文

複数の端末から一つの基地局へ、一つのチャネルを共有してパケットを送信するマルチアクセス無線パケット通信においては送信タイミングの制御方式が重要な役目を果たす。ここでは、パケット予約ランダムアクセス(PRMA)方式に対し複数の優先権を有するバースト的なトラヒックを考慮した場合の特性を評価した。また、各端末内のバッファでのパケットの滞在時間に上限を設け、許容時間を超えたパケットを破棄するモデルを提案し、遅延・スループット特性を計算機シミュレーションによって評価し、滞在時間を制限することにより、各特性を改善できることを示した。また、ピーク値に応じて1フレーム中のスロット数を適当な値に選ぶことにより、最適な特性を得られることを示した。

多段ステージ共有バッファ型交換機において、到着率の異なる各出力ポートへのセル遅延と棄却率について解析し、不均一トラヒックが交換機内の共有バッファと、入出力ポート間を結ぶ経路に与える影響について考察した。これにより、不均一トラヒックが他のトラヒックに与える影響を明らかにし、隣接する出力ポートへのセル遅延と棄却率までもが大きくなる様子を示した。さらに、ホットスポットトラヒックに対し入出力間のステージ数を減らすモデルと、隣接ポートにコールドトラヒックを位置させるモデルの2つの方式を組み合わせることにより、ホットスポットへのセル遅延を小さくできることを示した。

無線通信のアクセス制御は、負荷が少ない時には、衝突を前提とした方式が有効であるが、基地局での受信電力は端末と基地局の距離に応じて減衰するので、複数端末からのパケットが衝突しても基地局に近い端末からのパケットは捕捉されやすく、送信端末の位置に依存した不公平が生ずる。ここでは、衝突方式の一種である抑止波検知多重アクセス(ISMA)方式において、Idle Signalを複数発生させることにより端末間の公平性を増す方式を提案した。各端末のスループットの分散を数値解析により求めた結果、提案方式は、全体のスループットを低下させることなく、各端末のスループット特性の偏りを減少できることを示した。

直接検出光CDMA方式では、各ユーザが同時にアクセスするため、チャネル間干渉が問題となる。ここでは、チャネル間干渉の影響を低減することができる、光ハードリミッタを用いた新しい干渉除去方式を提案した。理論解析の結果、従来の拡張Prime符号を用いた同期CDMA方式に対し、提案方式の有効性が示された。

スロット非固執型CSMA方式にアダプティブアレーを適用した方式を提案し、スループット、及び平均再送回数の特性について考察した。提案方式では、各パケットの送信開始時刻を少しずらすことにより、アダプティブアレーは各スロットの最初に到着したパケットを捕捉でき、スループット特性の改善を図ることができる。まず、隠れ端末を考慮しない場合についてのスループット及び平均再送回数の特性を理論解析と計算機シミュレーションにより行なった。次に、解析結果を従来のスロット非固執型CSMAの特性と比較し、提案方式によりスループット特性の改善が図れることを明らかにした。さらに隠れ端末を考慮した場合についてのスループット及び平均再送回数特性をシミュレーションにより評価し、提案方式は、隠れ端末によるスループット特性の劣化の度合を小さく抑えるのに有効であることを示した。

直接検出光CDMA方式では、各ユーザが同時にアクセスするため、チャネル間干渉が問題となる。ここでは、各ユーザがアクセスするタイミング及び割合を制御することで特性の改善が得られる、新しい光CDMA（ATC-CDMA）方式を提案した。光検波器出力をポアソン分布で近似し、理論解析を行った結果、提案方式が従来方式に比べ、誤り率特性を改善できることが示された。

直接検出光CDMA方式では、各ユーザが同時にアクセスするため、チャネル間干渉が問題となる。また、パルス位置変調（PPM）信号を用いた場合には、スロット同期が難しくなるといった問題点がある。ここでは、PPM信号を用いた光CDMA方式に対し、スロット同期ずれの影響を理論的に解析している。

トレリス符号化変調方式において、信号点の生起確率が異なり部分的に信号点のオーバーラップを許すマッピング方式を提案した。理論解析と計算機シミュレーションの結果、中心近傍の信号点の生起確率を高くすることにより、実質的な信号点数と平均電力の増加を抑えることができ、従来方式にくらべ、符号化利得が改善できることを示した。

光を用いた衛星間通信において、1シンボル中に複数のパルスを励起し、そのパルス位置の組み合わせで情報を表すオーバーラッピングマルチパルスパルス位置変調（OMPPM）方式が注目されている。ここでは、より厳密なOMPPM方式の伝送レート特性を解析するために、背景光雑音存在時のOMPPM方式のカットオフレート特性を解析した。その結果、衛星間通信におけるOMPPM方式の有効性が示された。

各基地局が独自にチャネルを選択する、自律分散型ダイナミックチャネル割当(DDCA)法と、基地局で指向性アンテナを用いてセルを分割するセクタセルシステムを組み合わせた場合の評価を行なった。3つの代表的なDDCA法と従来の固定チャネル割当(FCA)法を、オムニセルシステムとセクタセルシステムにおいて、同一の伝搬条件およびパラメータを用いて、計算機シミュレーションによって評価した結果、セクタセルシステムにおけるDDCA法は、オムニセルシステムにおけるFCA法の2.3〜8.2倍、セクタセルシステムにおけるDDCA法の1.5〜2.5倍のシステム容量を持つことを示した。

情報変調としてパルス位置変調(PPM)を用いた同一チャネル干渉除去器(キャンセラー)付き光同期符号分割多元接続(CDMA)方式を提案した。拡散符号としてグループ特性を持つ拡張Prime系列符号を用い、光子計数分布をnumber-stateモデルとして解析を行なった。干渉除去は、受信機の希望ユーザ以外の光検出器出力の総和を、希望ユーザ以外の光検出器数倍した希望ユーザの光検出器出力から引くことで達成できる。従来の同期CDMA方式とキャンセラー付きPPM/同期CDMA方式を比較した結果、提案したキャンセラー付きPPM/同期CDMA方式は、従来の同期CDMA方式よりも優れた誤り率特性を持つことが示された。

異なる2つの動作モードBackpressureモードとQueue Lossモードを併用することにより、即時性を重要視する即時パケットと確実性を重要視する待時パケットの、2種のパケットを交換する入出力バッファ型交換機モデルを提案し、平均系内時間とパケット棄却率の特性を考察した。理論解析と計算機シミュレーションにより、遅延特性及びパケット棄却率特性の評価を行なった結果、 提案モデルは、即時パケットの遅延及び待時パケットのパケット棄却率を低減できることが示され、 異なる要求を持つパケットを扱う場合に有効であることが明らかになった。

複数のノードやリンクを経由することによって通信を行なうマルチホップネットワークを構成する場合、情報の伝送遅延やリンク容量等を評価する平均ノード間距離が小さく、また故障や災害時の保障性を評価するネットワーク結合率が高くなるようにする必要がある。ここでは、優れた平均ノード間距離特性を持つネットワークとして、従来提案されているコネクティブセミランダムネットワー クのランダムを制限することにより構成される制限付きコネクティブセミランダムネットワークを提案し、理論解析及び計算機シミュレーションの結果より、提案ネットワークは従来ネットワークと同じ平均ノード間距離を維持しながら、ネットワーク結合率を高くできることを示した。

光マイクロセル移動通信網の制御局ー基地局回線への適用が検討されている副搬送波多重(SCM)方式では、光源の位相雑音や相互変調歪みの影響でチャネル数や接続可能基地局数が大きく制限されるという問題点がある。ここでは、上記の問題点を解決すると共に、チャネル数の増減に対し、より柔軟で周波数利用効率の高い伝送方式および多重化方式として、コヒーレンス多重を用いた副搬送波光伝送方式を2つ提案した。そして、受信感度の改善と分岐損失の補償を目的として、光増幅器をプリアンプやインラインアンプとして用いて、制御局ー基地局間の下り回線における最大接続可能基地局数の観点から従来のSCMシステムと比較検討し、信号光電力と光増幅器利得の大きさに応じた最適なシステムを明らかにした。

光通信を用いた衛星間通信リンクにおいて、高いエネルギー効率を得られるマルチパルスPPM方式を用い、受信器の検波器にアバランシェフォトダイオードを利用した場合の、符号誤り率を解析した。その結果、ビットレート一定、スロット時間一定それぞれの場合において、(9,2)MPPMは4PPMに比べて誤り率特性が改善することを示した。

トレリス符号化変調をフェージングチャネルに適用する際に問題となる、時間軸上での連続的な受信信号の低下の影響を、搬送波周波数を1シンボルごとに周波数ホッピングにより、周波数軸上に分散した、トレリス符号化マルチキャリアトレリス符号化8PSKを提案した。計算機シミュレーションにより、AWGNチャネルとフェージングチャネルにおける誤り率特性を評価した結果、レイリーフェージングにおいては、周波数ホッピングを適用することにより、インターリーブのように遅延時間を増加することなく、また、フェージング変動速度の影響を受けずに、電力効率を改善できることが示された。さらに、ホッピング周波数の数は、マルチプルトレリス符号の支配的誤り事象のスパンに依存し、最適値が存在することを示した。

PPM信号を用いた直接検出光CDMA方式に対する光ハードリミッタ及び誤り訂正符号それぞれの影響を、光検出器出力統計をポアソン分布で近似して解析した。誤り訂正符号として、リードソロモン(RS)符号と、畳み込み符号と軟判定ビタビ復号の組み合わせを用いて解析した結果、PPM信号を用いた直接検出光CDMA方式に対しては、光ハードリミッタの効果はなく、誤り率特性が逆に劣化してしまうことが示された。また、PPMシンボルのスロット数が少ないときには、畳み込み符号と軟判定ビタビ復号の組み合わせが誤り率特性の改善に有効であり、スロット数が多いときには、RS符号を用いた方が有効であることを示した。

首都高速道路などでよく見られる渋滞に対し、マイクロセル方式で、渋滞時にチャネル枠を設定するダイナミックチャネル割当法を適用した場合の特性を計算機シミュレーションにより評価した。渋滞車線の影響を防ぐために、車線ごとに交通量に応じたチャネル枠を設定した結果、呼損は増加するが、チャネル切換えと強制切断を大幅に改善できることが示された。

直接検波光子計数通信路において、1フレームに2パルスを励起するMPPM方式を誤り訂正符号化した場合の、スロット同期ずれが誤り率に及ぼす影響を理論的に解析した。誤り訂正符号として、畳み込み符号あるいはRS符号を用いた場合の誤り率特性を同じ情報伝送レートで比較し、スロット同期ずれが小さい場合には、符号化率が1/2のMPPM方式が最も特性が優れており、拘束長が7以上の場合の畳み込み符号化(m,2)MPPMは、RS符号化(m,2)MPPMよりも、誤り率特性が優れていることを示した。

削除位相符号を用いたトレリス符号化(TC)ハイブリッド2FSK/4PSKを提案し、完全位相符号を用いたTC ハイブリッド2FSK/4PSKより大きい自由距離を得ることができ、その値は非対称信号点配置を示す角度の値に依存し、信号点配置が対称の時に最大値が得られることを示した。またAWGNチャネルとフェージングチャネルにおけるTC ハイブリッド2FSK/4PSKの誤り率特性について、uniform error propertyと伝達関数に基づく解析を行なった。そして、提案方式は、無符号化ハイブリッド2FSK/4PSKと比較して、BER=10:4の時、AWGNチャンネルとフェージングチャンネルにおいて、それぞれ2.71dBの符号化利得が得られることを示した。