JP2005136498A - フレームフォーマット変換方式 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な機能構成により、有線ＬＡＮと無線通信システムとを接続することを実現し、独自の無線フレームフォーマットを用いることにより有線ＬＡＮと同等な高いスルーレートを実現する。
【解決手段】 有線ＬＡＮに対するＬＡＮインタフェース部１と、無線通信システムの変復調部に対する変復調インタフェース部２と、有線ＬＡＮフレームフォーマットと無線フレームフォーマットとの変換処理を行うフレーム変換部３と、無線通信システム側から入力された無線フレームデータについて無線フレームフォーマットとの同期処理を行うフレーム同期部４とを備え、有線ＬＡＮ側から入力された有線ＬＡＮフレームデータを独自の無線フレームフォーマットに変換して転送することにより、従来必要であった機能を不要として高速なデータ転送を実現する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信システムと有線ＬＡＮ（Local area Network）とを接続する方式に関し、特に、独自の無線フレームフォーマットを用いることにより有線ＬＡＮと同等な高いスルーレートを実現するフレームフォーマット変換方式に関する。

近年の通信システムの発展によりユーザデータや制御データを含んだパケット転送方式のデータ通信が広く普及しており、イーサネット（登録商標）等規格に基づく有線ＬＡＮの他に、無線周波数を用いた無線通信システムも広く実用に供されている。そして、更に、これら有線ＬＡＮと無線通信すステムとを接続してネットワークの拡大を図ることも実施されている（特許文献１参照。）。

無線通信システムとしては、基地局と移動局との間の移動体通信の他に、共に固定設置された基地局と端末局との間で無線通信を行う固定無線アクセスシステム（ＦＷＡ：Fixed Wire1ess Access System）も実用に供されている。このＦＷＡ無線通信システムは、無線帯域の利用拡大等の一環として、準ミリ波やミリ波帯（１８ＧＨｚ、２２ＧＨｚ、２６ＧＨｚ、３８ＧＨｚ）を利用して、端末局に接続された有線ＬＡＮと基地局とを無線接続し、有線ＬＡＮの端末が基地局と端末局との無線通信を介して基地局に接続されたバックボーン回線と通信することや、有線ＬＡＮの端末同士が基地局と端末局との無線通信を介して互いに通信することを実現する。

有線ＬＡＮには種々な形式があるが、ＩＥＥＥ８０２．３に規定されるイーサネットが広く利用されている。イーサネットは、ＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）方式による媒体アクセス制御（ＭＡＣ：Media Access Control）を行うＬＡＮであり、標準化されたＬＡＮとしてスルーレートが１００Ｍｂｐｓの１００ＢＡＳＥ―ＴＸや１００ＢＡＳＥ―ＦＸ等が知られている。

図５にはＩＥＥＥ８０２．３に規定されるイーサネット物理層の概念を示してあり、第１層（レイヤ１）の物理層（ＰＨＹ）の上層部に位置する物理符号化副層（ＰＣＳ：Physical Coding Sublayer）では、パケットにヘッダとトレイラを付けたＭＡＣフレームをブロツク符号化によりビツトパターンに変換する。例えば、１００ＢＡＳＥ―ＴＸでは、４ビットの２値信号を５ビット長のパターンに置換する４Ｂ／５Ｂ符号化を利用しており、ＭＡＣフレームの４ビットに対して、５ビツトに変換して媒体（ケーブル）に伝送して、媒体速度は１２５Ｍｂｐｓを得ている。なお、特殊な５ビットパターンでフレームの先頭や終端の目印をつけ、次のフレームを送信するまでの空隙（ＩＦＧ：Interframe Gap）をアイドルパターンで埋めており、イーサネットでは、後続するフレームがあっても、必ず最低１２ｂｙｔｅ相当のＩＦＧを設けて送出しなければならない規定がある。

また、物理媒体接続部（ＰＭＡ：Physical Medium Attachment）では、並列処理されてきたビットパターンをシリアルビットストリームに変換する。なお、受信側にはシリアルビットストリームからパターンの区切りを見つける符号同期機能が含まれている。
また、物理媒体依存層（ＰＭＤ：Physical Medium Dependent）では、シリアルビットストリームを、非シールドより対線（ＵＴＰ：Unshielded Twisted Pair ）や光ファイバなどの伝送媒体に適した信号に変換する。例えば、ＵＴＰを使用する１００ＢＡＳＥ―ＴＸでは、２値信号をＭＬＴ―３と呼ぶ方式で３値信号に変換してからＵＴＰを構成する２導体の電位差の時間変化に直して送出する。一方、光ファイバを使用する１００ＢＡＳＥ―ＦＸの場合は、２値の電気信号を光の点滅に変換してから送出する。
特開２０００―２５３０４０号公報

上記のようにイーサネット等の有線ＬＡＮには種々な規定に応じた諸機能が必要となることから、例えば、イーサネツト物理層のもつ機能を無線通信システムに適用しようとした場合には、４Ｂ／５Ｂ変換に相当する機能を設けなければ、１００ＢＡＳＥ―ＴＸの信号と同期をとることができないといったように、有線ＬＡＮと無線通信システムとを接続するには多くの課題がある。
本発明は、簡易な機能構成により、有線ＬＡＮと無線通信システムとを接続することを実現し、また、独自の無線フレームフォーマットを用いることにより有線ＬＡＮと同等な高いスルーレートを実現することを目的としている。

本発明は、有線ＬＡＮに対するＬＡＮインタフェース部と、無線通信システムの変復調部に対する変復調インタフェース部と、を備えて、有線ＬＡＮと無線通信システムとの間で転送するフレームフォーマットを変換する変換方式であって、有線ＬＡＮで規定された有線ＬＡＮフレームフォーマットと無線通信システムで規定された無線フレームフォーマットとの変換処理を行うフレーム変換部と、変復調インタフェース部に無線通信システム側から入力された無線フレームデータについて無線フレームフォーマットとの同期処理を行って当該無線フレームをフレーム変換部に出力するフレーム同期部と、を備え、ＬＡＮインタフェース部から入力された有線ＬＡＮフレームデータを無線フレームフォーマットに変換して変復調インタフェース部から出力し、変復調インタフェース部から入力された無線フレームデータを有線ＬＡＮフレームフォーマットに変換して有線ＬＡＮインタフェース部から出力する。

なお、本発明を、固定設置された基地局と固定設置された端末局との間で無線フレームを無線通信するＦＷＡ無線通信システムに適用する場合には、フレームフォーマット変換方式の各機能部は有線ＬＡＮが接続された端末局（無線機）に設けられて、有線ＬＡＮとＦＷＡ無線通信システムとの間で転送するフレームフォーマットを変換するようにする。

より具体的には、例えば、無線通信システムにおけるパケット転送方式おいて、１００ＢＡＳＥ―ＴＸ又は１００ＢＡＳＥ―ＦＸのフレームフォーマツトを独自の無線フォーマツトに変換することにより、１００ＢＡＳＥ―ＴＸ又は１００ＢＡＳＥ―ＦＸの信号と無線通信システムの信号とを同期させ、これによって、１００ＢＡＳＥ―ＴＸ又は１００ＢＡＳＥ―ＦＸで実現される１００Ｍｂｐｓのスルーレートを無線通信システムのパケット転送においても実現する。そして更に、１００ＢＡＳＥ―ＴＸや１００ＢＡＳＥ―ＦＸのフレームフォーマツトを独自の無線フォーマツトに変換することにより、必要であった４Ｂ／５Ｂ変換機能等の機能を不要とすることができる。

本発明によると、有線ＬＡＮのフレームフォーマツトを独自の無線フレームフォーマツトに変換するようにしたため、有線ＬＡＮと無線通信システムとを接続するに必要であった４Ｂ／５Ｂ変換機能等を不要として、無線通信システムにおいても有線ＬＡＮと同等なスルーレートを実現することができる。

本発明を一実施形態に基づいて具体的に説明する。
図１には本実施形態に係るフレームフォーマット変換装置の構成を示してあり、このフレームフォーマット変換装置は、パケット転送方式の無線通信システムに有線ＬＡＮ（本実施形態ではイーサネット１００ＢＡＳＥ―ＴＸ）と接続するためのインタフェースボードとして設けられる。
フレームフォーマット変換装置は、イーサネットＬＡＮに接続するＬＡＮインタフェース部（Ｉ／Ｆ）１と、無線通信システム側の変復調部に接続する変復調インタフェース部（Ｉ／Ｆ）２と、１００ＢＡＳＥ―ＴＸで規定されたフレームフォーマット（図２）と無線通信システムで規定された独自の無線フレームフォーマット（図３）との変換処理を行うフレーム変換部（Frame Conversion）３と、変復調インタフェース部２に無線通信システム側から入力された無線フレームデータについて無線フレームフォーマットとの同期処理を行って当該無線フレームをフレーム変換部３に出力するフレーム同期部（Frame Sync.）４とを有している。

ＬＡＮインタフェース部１から入力される信号は、図２に示すようなＩＥＥＥ８０２．３に規定された１００ＢＡＳＥ―ＴＸイーサネットフレームフォーマットであり、このＬＡＮインタフェース部１はＭＩＩ（Media Independent Interface）機能を有して、入力側のメディアに依存しない構成となっている。この１００ＢＡＳＥ―ＴＸイーサネットフレームフォーマットは、データフレームに先立って設けられたＩＦＧを１２Ｂｙｔｅ以上として、プリアンブル７Ｂｙｔｅ、ＳＦＤ（Start Frame Delimiter：フレーム開始デリミタ）１Ｂｙｔｅ、ＭＡＣフレーム６４〜１５１８Ｂｙｔｅの構成となっている。

フレーム変換部３では、図２に示す１００ＢＡＳＥ―ＴＸイーサネットフレームフォーマットと、図３に示す独自の無線フレームフォーマットとの間の変換処理を行い、ＬＡＮインタフェース部１から入力される信号は図３に示す独自の無線フレームフォーマットに変換し、変復調インタフェース部２からフレーム同期部４を介して入力される信号は図２に示すフレームフォーマットに変換する。
このように１００ＢＡＳＥ―ＴＸフレームフォーマットを独自の無線フレームフォーマットに変換して無線区間に送出するようにすることで、１００ＢＡＳＥ―ＴＸのもつスルーレート（１００Ｍｂｐｓ）を確保してイーサネット側から無線通信システム側へのデータ転送を実現することができる。

図３に示す無線フレームフォーマットは、データフレームに先立って設けられたＩＦＧを２Ｂｙｔｅとし、相関パターン１６Ｂｙｔｅ、ＭＡＣフレーム長２Ｂｙｔｅ、ＭＡＣフレーム６４〜１５１８Ｂｙｔｅの構成となっている。
ここで、ＭＡＣフレーム長は２Ｂｙｔｅとなっており、その内訳はＭＡＣフレーム長を１１ビットで表し、ＭＡＣフレーム長チェックビットを５ビットとしている。ＭＡＣフレーム長の算出方法は、その詳細を図４に示すＬＡＮインタフェース部１によってなされる。ＬＡＮインタフェース部１は、ＭＩＩ機能を有する物理層（ＰＨＹ）から構成されており、ＭＩＩ機能を有したＰＨＹ部では、図４に示すように、ＬＡＮから入出力に対して、フレーム変換部３へはクロック（ＣＬＫ）に基づいた送信（ＳＤ）及び受信（ＲＤ）データを入出力する。そして、送信可能フラグ（／ＳＤＥ）が真（Ｌｏｗ）の間のクロック数をカウントし、このカウント数に基づいてＭＡＣフレーム長を算出する。

フレーム同期部４は、変復調部から変復調インタフェース部２を介して受信した信号をフレーム同期処理する。
ＭＡＣフレームの抽出に必要なフレーム同期方法は、図３に示すように、相関パターン部に擬似雑音（ＰＮ）パターンを使用することで対応しており、また、ＭＡＣフレーム長の識別には相関パターンの後に値を挿入することで対応している。
なお、実際のデータに相関パターンと同一のパターンが存在すると誤同期の可能性が生じるが、図３に示すＩＦＧ部を少なくして相関パターンをできるだけ長くすることと、後に続くＭＡＣフレーム長にエラーチェックを付加し、ＭＡＣフレームをスクランブルすることで、誤同期を少なくすることが可能である。例えば、無線通信システムの無線区間のビットエラーレート（ＢＥＲ）を１０^―９とすると、相関パターンでエラーが発生してもＭＡＣフレームではエラーが発生していない可能性が高くなる。

フレーム同期の動作は、まず相関パターンをビット誤りを許容して検出し、その後に続くＭＡＣフレーム長についてＣＲＣ演算を行い、結果が正しいこととＭＡＣフレーム長が６４〜１５１８Ｂｙｔｅの範囲であることで同期確立と判断する。
このようにしてフレーム同期部４において同期をとった受信データはフレーム変換部３において図２に示すような１００ＢＡＳＥ―ＴＸフレームフォーマツトに変換され、ＬＡＮインタフェース部１から１００ＢＡＳＥ―ＴＸ信号としてＬＡＮ側に送出される。
したがって、ＬＡＮ側からＬＡＮインタフェース部１に入力された図２に示すフォーマットデータは図３に示す無線フォーマットに変換されて変復調インタフェース部２から無線通信システム側へ出力され、また、無線通信システム側から変復調インタフェース部２に入力された図３に示すフォーマットデータは図２に示す有線ＬＡＮフォーマットに変換されてＬＡＮインタフェース部１からＬＡＮ側へ出力される。

本発明の一実施形態に係るフレームフォーマット変換装置の構成図である。 本発明の一実施形態に係る１００ＢＡＳＥ―ＴＸフレームフォーマットを説明する図である。 本発明の一実施形態に係る無線フレームフォーマットを説明する図である。 本発明の一実施形態に係るＬＡＮインタフェース部の構成図である。 イーサネット物理層（１００ＢＡＳＥ―ＴＸ）を説明する図である。

符号の説明

１：ＬＡＮインタフェース部、
２：変復調インタフェース部、
３：フレーム変換部、
４：フレーム同期部、

Claims (1)

1. 有線ＬＡＮに対するＬＡＮインタフェース部と、無線通信システムの変復調部に対する変復調インタフェース部と、を備えて、有線ＬＡＮと無線通信システムとの間で転送するフレームフォーマットを変換する方式であって、
   有線ＬＡＮで規定された有線ＬＡＮフレームフォーマットと無線通信システムで規定された無線フレームフォーマットとの変換処理を行うフレーム変換部と、変復調インタフェース部に無線通信システム側から入力された無線フレームデータについて無線フレームフォーマットとの同期処理を行って当該無線フレームをフレーム変換部に出力するフレーム同期部と、を備え、
   ＬＡＮインタフェース部から入力された有線ＬＡＮフレームデータを無線フレームフォーマットに変換して変復調インタフェース部から出力し、変復調インタフェース部から入力された無線フレームデータを有線ＬＡＮフレームフォーマットに変換して有線ＬＡＮインタフェース部から出力することを特徴とするフレームフォーマット変換方式。

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