JP2005269530A

JP2005269530A - 無線送信装置、無線受信装置、及び無線通信システム

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Publication number: JP2005269530A
Application number: JP2004082731A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kobayashi; 崇裕小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-22
Also published as: JP4028504B2

Abstract

【課題】無線受信装置側での伝搬路変動に対する追従機能の誤動作を防ぎ、再送によるオーバーヘッドを防止すること。
【解決手段】制御部１１３が宛先ごとに対応するパケットの伝送速度を決定し、結合部１０６が伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットを結合し、符号化変調手段１０８、１０９がパケットごとに決定された伝送速度に応じた符号化率及び変調方式でパケットごとに符号化及び変調を行い、結合されたパケットを１つのフレームとして送信する。
【選択図】図３

Description

この発明は、パケット方式の無線通信に関し、特に複数の宛先へのパケットを結合して伝送する無線通信の無線送信装置、無線受信装置、及び無線通信システムに関する。

無線通信の１つである無線ＬＡＮ通信では１対１通信を前提としているため、一つのＰＰＤＵ（PLCP Protocol Data Unit）で一つの通信相手宛のＭＳＤＵ（MAC Service Data Unit）を送信する。ＰＰＤＵはＭＳＤＵの前にＭＡＣヘッダや物理層で付加する同期用信号などを付加したものとなっている。これらの付加部分はＭＳＤＵを送信するのに必要な情報ではあるが、ＭＳＤＵの伝送効率の点では伝送効率を低下させる要因となる。すなわちＭＳＤＵを伝送するためのオーバーヘッドである。ＰＰＤＵの全長に対してＭＳＤＵが十分に長ければ、付加部分の伝送によるオーバーヘッドは十分小さく無視しうるが、ＭＳＤＵが短い場合にはオーバーヘッドが大きくなり、伝送効率の点で問題となる。

一方、１対多通信に関するパケット通信方式がある（例えば、特許文献１）。この特許文献１では、複数の宛先のパケットを一つのフレームにまとめ、各通信相手が異なる距離にある場合には、パケットごとに異なる変調多値数の変調方式を適用する方法が記述されている。この方法では、一つのパケットの変調後の長さが同じになるように、一度に送るパケット長を制限している。
特開２０００−１３８６９３公報

ＩＥＥＥ８０２．１１ａのようなＯＦＤＭ通信に、特許文献１のような複数の宛先のパケットを結合した方式を導入すると、遠い通信相手がＢＰＳＫでの通信が適している場合に、その無線受信装置が６４ＱＡＭの信号を受信すると、同期検波後の誤りが非常に大きくなり、伝搬路変動に対する追従に含まれる誤りも非常に大きくなる。その結果、フレームの先頭で求めた同期検波のための伝搬路応答推定値が追従機能により不適切な値となってしまう。もし、６４ＱＡＭ信号の後に、ＢＰＳＫ変調された所望のパケットが配置されていると、このパケットはもはや正常に受信することができない。

このように従来の１対１のパケット通信においては、伝送効率が低下する場合があり、１対多の通信を行う時にパケットごとに最適な変調方式を適用すると、無線受信装置側での伝搬路変動に対する追従機能がうまく機能しなくなるという問題がある。特に、複数のパケットを結合したフレーム長が伝搬路の変動に比較して長くなった場合には、伝搬路変動に対する追従機能に対する要求性能が高くなる。伝搬路変動に対する追従機能に誤動作が生じると、送信装置側でパケットの再送が発生するため、結果的に再送のオーバーヘッドが大きくなるという問題が発生する。

本発明は、無線受信装置側で伝搬路変動に対する追従機能の誤動作を防ぐと共に、パケットごとに最適な符号化率及び変調方式を使用することのできる無線送信装置、無線受信装置、及び無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の無線送信装置は、複数のパケットからなる１つのフレームを無線受信装置宛てにＯＦＤＭ方式を使用して送信する無線送信装置において、宛先ごとに対応するパケットの伝送速度を決定する決定手段と、伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットを結合する結合手段と、決定された伝送速度に応じた符号化率及び変調方式でパケットごとに符号化及び変調を行う符号化変調手段と、符号化及び変調が行われた、結合されたパケットを送信する送信手段を具備することを特徴とする。

また、本発明の無線受信装置は、ＯＦＤＭ方式を使用して送信された、伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されている複数のパケットからなるフレームを受信する受信手段と、受信したフレームに含まれるパケットの符号化率及び変調方式の情報を取得する取得手段と、取得した符号化率及び変調方式の情報に基づきフレーム内のパケットを復調し復号化する復調復号化手段と、自局宛のパケットをフレームから取り出すパケット抽出手段と、復調結果から伝搬路の変動情報を求めて復調復号化手段に供給する伝搬路変動追従手段を具備することを特徴とする。

さらに、本発明の無線通信システムは、複数のパケットからなる１つのフレームを無線受信装置宛てにＯＦＤＭ方式を使用して送信する無線送信装置と該フレームを受信する無線受信装置とからなる無線通信システムにおいて、
前記無線送信装置は、宛先ごとに対応するパケットの伝送速度を決定する決定手段と、伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットを結合する結合手段と、決定された伝送速度に応じた符号化率及び変調方式でパケットごとに符号化及び変調を行う符号化変調手段と、符号化及び変調が行われた、結合されたパケットを送信する送信手段を具備し、
前記無線受信装置は、伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットが結合されたフレームを受信する受信手段と、受信したフレームに含まれるパケットの符号化率及び変調方式の情報を取得する取得手段と、取得した符号化率及び変調方式の情報に基づきフレーム内のパケットを復調し復号化する復調復号化手段と、自局宛のパケットをフレームから取り出すパケット抽出手段と、復調結果から伝搬路の変動情報を求めて復調復号化手段に供給する伝搬路変動追従手段とを具備することを特徴とする。

本発明の無線送信装置、無線受信装置、及び無線通信システムによれば、無線受信装置側での伝搬路変動に対する追従機能の誤動作を防ぎ、再送によるオーバーヘッドを防止する。

以下、図面を参照しながら本実施の形態の無線送信装置、無線受信装置、及び、無線通信システムについて詳細に説明する。

まず、本実施形態で例として挙げるＩＥＥＥ８０２．１１で規格化されている無線通信方式について簡単に説明をする。ＩＥＥＥ８０２．１１規格のうち、無線通信部分にＯＦＤＭを用いた方式がＩＥＥＥ８０２．１１ａ（以下１１ａと略す）として規格化されている。１１ａでは、送信すべきデータが上位階層からＭＡＣ（Medium Access Control）層にＭＳＤＵ（MAC Service Data Unit）として入力される。ＭＡＣ層では、ＭＳＤＵにＭＡＣ層としての情報と誤り検出符号が付加されて、ＭＰＤＵ（MAC Protocol Data Unit）として物理層に送られる。このとき、無線送信装置はデータを伝達すべき通信相手の受信品質を推定し、８個ある伝送速度のうちの１つを選択し、伝送速度に関連する情報も物理層に送る。物理層では指定された伝送速度に対応した符号化率でＭＰＤＵを符号化し、伝送速度に応じた多値数の１次変調を施した後、ＯＦＤＭ変調を行う。ＭＰＤＵのＯＦＤＭ信号の前に、受信相手がＯＦＤＭ信号を受信するのに必要な同期用信号や伝搬路推定用の信号などを付加して物理フレームを構成し、これらのフレームをＰＰＤＵ（PLCP Protocol Data Unit）としてバースト的に送信する。通信相手は、正しく受信できたときのみＡＣＫ（Acknowledge）パケットを送り返す。ＡＣＫパケットが帰ってこない場合には、受信誤りが発生したと判断して、同じデータを再送する。

１１ａでは、符号化率は１／２、２／３、３／４の３種類、１次変調はＢＰＳＫ（binary phase-shift keying）、ＱＰＳＫ（quadrature phase-shift keying）、１６ＱＡＭ（quadrature amplitude modulation）、６４ＱＡＭの４種類が規定されていて、この組合せで８通りの伝送速度が規定されている。例えば、符号化率２／３、１次変調６４ＱＡＭでデータを送信したときＡＣＫパケットが返ってこない割合が多い場合には、６４ＱＡＭでの通信に適さない環境と判断して伝送速度を下げる。例えば、符号化率３／４、１次変調１６ＱＡＭを用いた伝送速度に切り替える。伝搬環境の悪い状態では伝送速度を下げ、よい状態では伝送速度を上げることで、最適な伝送速度での通信を行うことが可能となっている。

また、１１ａのフレームでは、フレーム先頭に無線受信装置が同期検波に使用するための既知の信号が付加されている。無線受信装置は、この既知の信号を元に各サブキャリアの振幅・位相の状態（伝搬路応答）を推定し、その後のパケットを変調した信号部分の同期検波を行う。伝搬環境の時間的変化に対応するためには、同期検波を行った後の信号を利用する。パケット部分は多値変調されている上に、無線受信装置にとって未知データなので、信号の振幅と位相が変調により制御されたものか、伝搬路の変動に伴うものか判断できない。したがって、同期検波時に誤りがあった場合には、伝搬路変動に対する推定に誤りが含まれることになる。

次に、本実施形態で登場する無線送信装置から複数の無線受信装置にどのようにパケットが送信されるかの状況を図１を参照して説明する。図１は、無線送信装置に対応する固定局（ＡＰ：Access Point）１から無線受信装置に対応する４つの移動局２（Ｓ＃１、Ｓ＃２、Ｓ＃３、Ｓ＃４）へのパケット通信の状況を示している。

図１の例では、固定局１は、有線回線によりネットワークに接続していて、ネットワーク上にある他の通信装置（図示せず）との通信を行うことにより、これら他の通信装置との間で情報をやり取りする。また、固定局１及び各移動局２は同一の無線回線を共用している。そのため、固定局あるいは各移動局２は、無線回線が使用されていないことを検出し無線回線が使用されていない場合に限りパケットを送信することが可能となっている。ネットワーク上の通信装置からの各移動局２宛のパケットは可変長であり、かつバースト的に発生する。つまり、ある時は移動局２（Ｓ＃１）宛のパケットのみ存在するが、別の時には全ての移動局２（Ｓ＃１、Ｓ＃２、Ｓ＃３、Ｓ＃４）宛のパケットが存在する場合もある。

固定局１から各移動局２へ送信するパケットの最適な変調方式は、例えば、固定局１と移動局２との距離により異なる。一般に、固定局１と移動局２との距離が大きいほどこれらの間での無線通信の伝搬環境は悪化する。したがって、固定局１と移動局２との距離が大きいほど伝送速度を下げる無線通信を行うことにより、悪い伝搬環境でも良質な無線通信を提供することが可能になる。

また、伝送速度は、ある符号化率の下で、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの順で大きくなる。すなわち、固定局１と移動局２との距離が大きいほどＢＰＳＫの変調方式を採用し、固定局１と移動局２との距離が小さいほど６４ＱＡＭの変調方式を採用する。図１に示した例では、固定局１に対して、移動局２（Ｓ＃１及びＳ＃４）は近距離に配置され、移動局２（Ｓ＃２）は遠距離に配置され、移動局２（Ｓ＃３）がそれらの中間距離に配置されている。したがって、固定局１は、移動局２（Ｓ＃１及びＳ＃４）に対しては６４ＱＡＭ、移動局２（Ｓ＃２）に対してはＢＰＳＫ、移動局２（Ｓ＃３）に対してはＱＰＳＫが最適な変調方式になると判断する。そして、固定局１は、移動局２（Ｓ＃１）、移動局２（Ｓ＃２）、移動局２（Ｓ＃３）、及び移動局２（Ｓ＃４）に対してそれぞれ６４ＱＡＭ、ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、及び６４ＱＡＭの変調方式で変調したパケットを送信する。

次に、無線送信装置である固定局１が各移動局２宛てに送信するフレームを図２を参照して説明する。図２は、図１の固定局１が各移動局２に送信するフレームを示す。
本実施形態の無線送信装置は、複数の無線受信装置の各無線受信装置にパケット送信をすることが必要になった場合、各無線受信装置宛てのパケットをまとめて１フレームとして送信する。無線送信装置は、複数のパケットを１フレームにまとめる場合、低い変調多値数のパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットを結合する。換言すれば、無線送信装置は、複数のパケットを１フレームにまとめる場合、低い伝送速度のパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットを結合する。そして、無線送信装置はパケットを結合した後に１つのフレームとして送信する。
また、同じ移動局宛てのパケットには同じ変調方式を使い、かつ低い変調多値数の順にパケットを結合する。このため、自局宛のパケットの変調多値数よりも大きな変調多値数に変化するＯＦＤＭシンボル以降には自局宛のパケットは存在しないことが保証される。したがって、自局宛のパケットの変調多値数よりも大きな変調多値数に変化するＯＦＤＭシンボルまで伝搬路応答の変動に対する追従機能を動作させるだけでよい。すなわち、受信することができない変調多値数のＯＦＤＭシンボルでの追従動作は要求されない。ＢＰＳＫの変調多値数の信号を復調できるように設定されている移動局が６４ＱＡＭの信号を受信すると、同期検波後の誤りが非常に大きくなり、伝搬路変動に対する追従に含まれる誤りも非常に大きくなる。その結果、フレームの先頭で求めた同期検波のための伝搬路応答推定値が追従機能により不適切な値となってしまう。もし、６４ＱＡＭ信号の後に、ＢＰＳＫ変調された所望のパケットが配置されていると、このパケットはもはや正常に受信することができないため、送信側では再送せざるを得なくなり、余計なオーバーヘッドが生じてしまう。本発明では、上述のごとく、同じ移動局宛てのパケットは同じ変調方式が使われるようになっており、低い変調多値数の順にパケットが結合されてフレームが構成されているため、このような問題は生じることはない。

図２に示した例では、最も低い変調多値数の変調方式であるＢＰＳＫで変調された移動局２（Ｓ＃２）宛てのパケットがフレームに含まれるパケットのうちの最も先頭に近い位置に配置される。このパケット以降は、ＱＰＳＫで変調された移動局２（Ｓ＃３）宛てのパケット、６４ＱＡＭで変調された移動局２（Ｓ＃１）宛てのパケット、６４ＱＡＭで変調された移動局２（Ｓ＃４）宛てのパケットが続いて配置される。そして、固定局１はパケットを結合した後に１つのフレームとして送信する。

次に、図２に示したようなフレームを図１に示したように複数の無線受信装置に送信する無線送信装置の具体的な構成の一例を図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施形態に係る無線送信装置である固定局１の送信部のブロック図である。
固定局１は、複数の移動局２の各移動局宛てのパケットをまとめて１フレームとして送信することができる。固定局１の送信部は、図３に示すように、有線通信部１０１、ｎ個のパケットバッファ１０２、ｎ個のヘッダ付加部１０３、ｎ個の誤り検出ビット付加部１０４、結合部１０５、切替部１０６、誤り訂正符号化部１０７、インタリーブ＆サブキャリアマッピング部１０８、多値変調部１０９、ＯＦＤＭ変調部１１０、制御信号付加部１１１、無線送信部１１２、及び、制御部１１３を備えている。固定局１は、固定局１内の受信装置（図示せず）を用いて無線回線が使われていないことを確認すると、パケットバッファ１０２に格納されたパケットの送信を開始する。

有線通信部１０１は、ネットワークから移動局２宛てのパケットデータを受信し、このパケットデータを宛先である移動局２に対応しているパケットバッファ１０２に格納する。また、ネットワークから複数の移動局２宛てのパケットデータを受信した場合は、パケットデータは宛先である複数の移動局２に対応している複数のパケットバッファ１０２に格納される。さらに、有線通信部１０１は、送信パケットに関する送信パケット情報を制御部１１３に出力する。送信パケット情報は、宛先ごとの最適な伝送速度（すなわち、符号化率及び変調多値数）に関する情報である。

パケットバッファ１０２は、有線通信部１０１から受け取った移動局宛の送信パケットを格納するためのものである。固定局１は固定局１が送信可能な移動局数ｎだけパケットバッファ１０２を有する。しかし、有線通信部１０１から受け取った移動局宛の送信パケットが宛先に対応して記憶されればよいので、固定局１に送信可能な移動局２の数だけパケットバッファ１０２を必ずしも設けておく必要はない。例えば、固定局１は１つのパケットバッファ１０２のみを有して、この１つのパケットバッファ１０２内に固定局１が送信可能な各移動局２に対応して格納エリアを設けてもよい。

ヘッダ付加部１０３は、送信するパケットの宛先などのヘッダ情報を付加する。ヘッダ付加部１０３もパケットバッファ１０２に対応してｎ個（固定局１が送信可能な移動局数）設置される。すなわち、ヘッダ付加部１０３は、ある移動局２に送信するパケットデータを対応するパケットバッファ１０２から受け取り、このパケットデータにヘッダ情報を付加する。ヘッダ情報はパケットの受け渡しに必要な宛先情報を含んでいる。誤り検出ビット付加部１０４は、ヘッダ情報が付加されたパケットデータを対応するヘッダ付加部１０３から受け取り、誤り検出時に使用する誤り検出ビットを付加する。誤り検出ビットは、信号を受信した各移動局２において受信誤りが無いか否かを調べるためのものである。誤り検出ビット付加部１０４もパケットバッファ１０２に対応してｎ個設置される。ただし、パケットバッファと同様、ヘッダ付加部１０３および誤り検出ビット付加部１０４も必ずしもｎ個実装する必要は無く、例えば一つだけ実装してすべての宛先のパケット処理で共用するような構成も可能である。

結合部１０５は、制御部１１３から受け取った送信パケット選択情報を参照して、ｎ個の誤り検出ビット付加部１０４のうちのいずれかから受け取った複数のパケットデータを伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットデータを結合する。送信パケット選択情報は、制御部１１３が有線通信部１０１から受け取った送信パケット情報に含まれる宛先ごとの変調方式を参照して、複数のパケットデータの１フレームでの順序の配置に関する情報である。結合部１０５は、今回送信するパケットのうち最も低い変調多値数のパケットから順に、結合部１０５及び切替部１０６を介して誤り訂正符号化部１０７にパケットデータを渡す。

切替部１０６は、制御部１１３からの切替制御信号により、結合部１０５から入力されるパケットか、制御部１１３から入力されるパケット結合情報かのいずれかを選択する。パケット結合情報は、各パケットの変調方式に関する情報、各パケットの符号化率、及び結合した各パケットのパケット長などの情報であり、制御部１１３で生成される。誤り訂正符号化部１０７は、切替部１０６から受け取ったフレーム内の各パケットデータを符号化する。誤り訂正符号化部１０７は、制御部１１３に指定された符号化率に応じて各パケットデータを符号化する。誤り訂正符号化部１０７は、例えば、畳み込み符号化方法を用いる。インタリーブ＆サブキャリアマッピング部１０８は、誤り訂正符号化部１０７から受け取った符号化後のフレームを予め決められているビット数ごとにインタリーブ処理を行い、さらにインタリーブ後、制御部１１３に指定されている変調方式に応じてＯＦＤＭのサブキャリアにマッピングする。このマッピングは、換言すれば、インタリーブ後のビット列をＯＦＤＭのサブキャリアに変調多値数を考慮して分岐させる処理である。これらの詳細は後に図６及び図７を参照して詳細に説明する。

多値変調部１０９は、インタリーブ及びサブキャリアマッピング後のフレームをパケットデータごとに制御部１１３に指定されている変調方式に応じてサブキャリアごとに変調する。ＯＦＤＭ変調部１１０は、多値変調部１０９から変調された各サブキャリアのデータを受け取り、このデータにＯＦＤＭシンボル時間ごとに逆フーリエ変換を行い、ガードインターバル信号を付加する。制御信号付加部１１１は、ＯＦＤＭ変調部１１０から出力された変調された各パケットデータの前に、無線受信装置における同期や伝搬路推定のための既知信号を付加する。

無線送信部１１２は、既知信号が付加されたフレームを含む信号を無線周波数に変換し、アンテナから各移動局２に向けて送信する。無線送信部１１２を経て送信される送信信号と、送信信号になるまでの各過程でのフレーム構成は後に図８を参照して説明する。

制御部１１３は、有線通信部１０１から送信パケット情報を受け取り、宛先ごとの最適な伝送速度（符号化率と変調多値数の組み合わせ）に関する情報（伝送速度テーブル）を持つ。また、この伝送速度テーブル内のパケットごとの伝送速度の更新は後述する図５に示したフローチャートにより行われる。また、１回に送信することのできる結合後のパケット長の上限に関する情報も持つ。制御部１１３は、結合後のパケット長の上限以内でパケットの到着順序の早いものから順に送信するパケットを決定し、この決定結果を結合部１０５に出力する。

次に、制御部１１３が行う送信するパケットに関する処理を図４を参照して説明する。図４は、各移動局２に送信しようとする各パケットに関する情報、最大フレーム長情報、及びパケット到着順序情報を入力して、１フレームとして送信する複数のパケットを処理することを示すフローチャートである。
制御部１１３は、有線通信部１０１から受け取った送信パケット情報に含まれている各パケットのパケット長に関する情報、各パケットの伝送速度（符号化率と変調多値数の組み合わせ）に関する情報、最大フレーム長情報、及びパケット到着順序情報を受け取る。最大フレーム長情報は、１回に送信することのできる結合後のパケット長の上限に関する情報である。パケット到着順序情報は、有線通信部１０１にパケットが到着した順序を記述した情報である。

制御部１１３が各パケットのパケット長に関する情報、各パケットの伝送速度、最大フレーム長情報、及びパケット到着順序情報に基づいて各パケットを伝送速度の低い順番から抽出する手順を図４を参照して説明する。図４は、各パケットに関する情報から伝送速度の低い順番のパケットを抽出するためのフローチャートである。

まず、各パケットのパケット長及び各パケットの伝送速度から各パケットのＯＦＤＭ変調後のフレーム長を決定する（ステップＳ１）。

次に、パケット到着順序情報から、到着順序の早いパケットから順にパケットを選び、さらに、これら選ばれたパケットについてステップ1で求めた各パケットのフレーム長を順次加算し、結合後のフレーム長が最大フレーム長以下になるパケットを今回送信するフレームに含んで送信する複数のパケットであると決定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２で決定された複数のパケットから最低の伝送速度で送信するパケットを選択し（ステップＳ３）、選択されたパケットの伝送速度に応じて符号化率及び変調多値数を選択する（ステップＳ４及びステップＳ５）。そしてステップＳ３に戻り、ステップＳ２で決定された複数のパケットのうち符号化率及び変調多値数がステップＳ４及びステップＳ５によって選択されていないパケットに対してステップＳ３を適用する。すなわち、符号化率及び変調多値数が選択されていない複数のパケットのうち最低の伝送速度で送信するパケットを選択し（ステップＳ３）、その後、処理はステップＳ４及びステップＳ５に移る。

選択された符号化率は誤り訂正符号化部１０７に出力され、選択された変調多値数はインタリーブ＆サブキャリアマッピング部１０８及び多値変調部１０９に出力される。これら符号化率及び変調多値数の出力は、誤り訂正符号化部１０７、インタリーブ＆サブキャリアマッピング部１０８及び多値変調部１０９に入力されたパケットに応じて行われる。

次に、制御部１１３が各パケットの伝送速度をどのように決定するかを図５を参照して説明する。図５は、制御部１１３が受信確認応答によりパケットの伝送速度を決定するフローチャートである。
制御部１１３は、宛先ごとの最適な伝送速度（符号化率と変調多値数の組み合わせ）を記述した伝送速度テーブル（図示せず）を備えている。伝送速度テーブルは、初めに予めある初期値に設定されていて、初期化（ステップＳ１１）によってこの初期値に戻る。その後、以下に述べる手順によってアップデートされる。

固定局１からある伝送速度で一定数のパケットが送信される。各パケットが送信される（ステップＳ１２）ごとに、固定局１は、各パケットに対応して、送信先の移動局２から受信確認応答信号（Acknowledge信号）を受信しようとし、各パケットに対応した受信確認応答信号を受信することができたか否かを判定する（ステップＳ１３）。受信確認応答信号を受信することができた場合はステップＳ１４に進み、受信確認応答信号を受信することができなかった場合はステップＳ１８に進む。また、ステップＳ１２に移る以前にカウンタ（図示せず）をリセットしておく。

ステップＳ１４では、固定局１内に設置されているカウンタの値を所定値（例えば、１）だけアップさせる。そして、制御部１１３はカウンタの値がある予め設定されている正の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。正の閾値以上である場合はステップＳ１６に進み、正の閾値以上でない場合はステップＳ１２に戻る。ステップＳ１６では、ステップＳ１２で送信したパケットの伝送速度よりも１段階速い伝送速度に変更する。そして、制御部１１３は変更された伝送速度に設定し直して伝送速度テーブルを更新する（ステップＳ１７）。更新後は、ステップＳ１２に戻る。

一方、ステップＳ１８では、カウンタの値を所定値だけダウンさせる。そして、制御部１１３はカウンタの値がある予め設定されている負の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１９）。負の閾値以下である場合はステップＳ２０に進み、負の閾値以下でない場合はステップＳ１２に戻る。ステップＳ２０では、ステップＳ１２で送信したパケットの伝送速度よりも１段階遅い伝送速度に変更する。その後、ステップＳ１７に進む。

以上の手順によって固定局１は、各移動局２に最適な伝送速度でパケットを送信することが可能になる。なお、ステップＳ１５での正の閾値とステップＳ１９での負の閾値は同一の値に設定されてもよい。また、ここでは、伝送速度テーブルにはある初期値が設定されているとしたが、この初期値は最も遅い伝送速度に設定されていてもよい。初期値は、例えば、符号化率が３／４で変調方式がＢＰＳＫに設定しておく。また、初期値は最も速い伝送速度に設定されていてもよい。また、パケットの送信とは無関係に、移動局２が固定局１からの信号を受信し、移動局２が最適な変調方式を求め、移動局２がその結果を通知するためのパケットを固定局１に送信することによってもよく、この場合も固定局１は、各移動局２に最適な伝送速度でパケットを送信することが可能になる。

次に、インタリーブ処理及びサブキャリアマッピング処理の具体例を図６及び図７を参照して説明する。図６はインタリーバーの構成を示す図であり、図７はサブキャリアマッピング処理の一例を示す図である。
インタリーバーは、図６に示すようにＮ×Ｍ（Ｎ、Ｍは自然数）個のメモリから構成される。誤り訂正符号化部１０７で符号化された後に、インタリーブ＆サブキャリアマッピング部１０８は図６に示したようにパケットデータのビット列を横方向に順次書き込みを行う。インタリーブ＆サブキャリアマッピング部１０８は、規定ビット数だけ書き込みを終えた後、縦方向で規定ビット数の読み出しを行う。この操作により、符号化後のパケットデータでは隣り合っていたビットが、インタリーブ後には隣り合わない位置に移動することになる。一方、受信側ではこの逆の操作を行うことにより元と同じ順序に並べなおされる。

サブキャリアマッピングでは、インタリーブ後のビット列をＯＦＤＭのサブキャリアに分岐する処理を行う。このとき、変調多値数を考慮した分岐処理を行う。例えば、１６ＱＡＭ変調を適用するパケットの場合には、一つの変調シンボルで４ビットのデータを送信できるので、図７に示したようにインタリーブ後のビット列を４ビットずつ順番にサブキャリアに割り当てる。同様にＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、６４ＱＡＭを適用するパケットであれば、１サブキャリアあたりそれぞれ１ビット、２ビット、６ビットずつインタリーブ後のデータを割り当てる。

次に、結合部１０５で選択されたパケットデータが無線送信部１１２を経てアンテナから送信される送信信号になるまでの各過程でのフレーム構成を図８を参照して説明する。
結合部１０５の入力信号には、各移動局２宛のパケットデータの前に、パケットの受け渡しに必要な宛先情報を含むヘッダ情報と、信号を受信した各移動局２において受信誤りが無いかどうかを調べるための誤り訂正ビットが付加されている。
すべてのパケットに先立ちパケット結合情報を送信するために、パケット結合情報が誤り訂正符号化部１０７に入力されるように、制御部１１３は切替部１０６に切替制御信号を供給する。その後、パケットのデータが誤り訂正符号化部１０７に入力されるように、制御部１１３は切替部１０６に切替制御信号を供給する。

誤り訂正符号化部１０７の出力信号は、誤り訂正符号化部１０７においてヘッダ情報から誤り検出ビットまで一括して誤り訂正符号化が施されるので、冗長ビットの分、全体のビット数が結合部１０５の出力時よりも増加する。その後誤り訂正符号化部１０７の出力信号はインタリーブ、サブキャリアマッピング、多値変調が施される。

その後、多値変調部１０９の出力信号は、ＯＦＤＭ変調部１１０、制御信号付加部１１１、及び無線送信部１１２により上述した処理を施され、図８に示したように、アンテナから送信される送信信号になる。送信信号は複数の宛先のパケットを結合したフレームであり、フレームでは、まず物理ヘッダが位置し、その後から伝送速度の低い順に複数の宛先のパケットが配置されている。
物理ヘッダでは、まず同期用信号、これに続いて伝搬路推定用信号、その次にパケット結合情報の順に配置されている。同期用信号は、ＯＦＤＭ信号の復調に必要な、ＯＦＤＭシンボルの境界を検出できるような繰り返し波形の信号である。伝搬路推定用信号は、伝搬路を推定するための既知信号であり、送信時に各サブキャリアで振幅と位相が既知の信号である。パケット結合情報は、各パケットの変調方式に関する情報、各パケットの符号化率、及び結合した各パケットのパケット長などの情報である。この物理ヘッダがＯＦＤＭ信号として送信される。その後で各パケットをＯＦＤＭ変調した信号が送信される。また、パケット結合情報は、結合するパケットとは独立に誤り訂正符号化及び変調が施される。この際、使用する誤り訂正符号化及び変調多値数は、全ての移動局２がパケット結合情報を受信することができるように、最も低い伝送速度となる組み合わせ、あるいは少なくとも結合するパケットのうちの最も低い伝送速度のパケットと同じか、又はそれ以下の伝送速度のものを使用する。また、パケット結合情報は１つの送信信号に複数あってもよい。このパケット結合情報に関する誤り訂正符号化及び変調多値数の制御は、切替部１０６の切替制御と連動して行われる。パケット結合情報の後には、最も伝送速度の低いパケットデータが配置されている。図８の例では、移動局２（Ｓ＃２）宛てのパケットデータが配置されている。パケットデータは複数のＯＦＤＭシンボルからなる。

次に、本実施形態の無線受信装置を図９を参照して説明する。図９は、本実施形態の無線受信装置のブロック図である。
本実施形態の無線受信装置である移動局２の受信部は、固定局１から送信された複数の移動局２宛ての複数のパケットデータを含むフレームから自局宛てのパケットデータを抽出することができる。移動局２の受信部は、図９に示すように、無線受信部２０１、同期処理部２０２、ＯＦＤＭ復調部２０３、伝搬路推定・追従部２０４、復調部２０５、サブキャリアデマッピング＆デインタリーブ部２０６、誤り訂正復号部２０７、ヘッダ抽出部２０８、パケットバッファ２０９、及び、パケット結合情報抽出部２１０を備えている。

無線受信部２０１は、アンテナで受信した無線信号をベースバンド信号に変換して、変換された信号を同期処理部２０２及びＯＦＤＭ復調部２０３に出力する。同期処理部２０２は、無線受信部２０１から信号を入力し受信したフレームの先頭にある同期用信号を使用して、無線受信装置の利得制御のための制御信号や、ＯＦＤＭ復調に必要なタイミング同期信号などを生成し、この制御信号を無線受信部２０１に出力しこのタイミング同期信号をＯＦＤＭ復調部２０３に出力する。
ＯＦＤＭ復調部２０３は、同期処理部２０２からタイミング同期信号を入力して無線受信部２０１からのベースバンド信号をＯＦＤＭ復調する。ＯＦＤＭ復調部２０３は、ＦＦＴ演算によりタイミング同期信号以降のベースバンド信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換し、サブキャリア成分に分解する。ＯＦＤＭ復調部２０３は、サブキャリア成分に分解された信号を伝搬路推定・追従部２０４及び復調部２０５に出力する。

伝搬路推定・追従部２０４は、ＯＦＤＭ復調部２０３から信号を入力して、サブキャリアごとに分解された伝搬路推定用の既知信号から、伝搬路によるサブキャリアごとの振幅変動及び位相変動を検出し、復調部２０５で使用する同期検波用の基準信号を生成する。復調部２０５は、サブキャリアごとに同期検波を行う。同期検波後のサブキャリアごとの信号は、サブキャリアデマッピング＆デインタリーブ部２０６において、変調多値数に応じたビット数の尤度情報に変換され、さらにデインタリーブ処理が施される。誤り訂正復号部２０７は、サブキャリアデマッピング＆デインタリーブ部２０６から信号を受け取り、尤度情報を用いて誤り訂正処理を行い、送信されたパケットのビット列を復号する。

ヘッダ抽出部２０８は、誤り訂正後のビット列から各パケットの先頭にあるパケットヘッダを抽出し、自局宛のパケットであるかどうかの判定を行う。同じ移動局宛のパケットは同じ伝送速度（変調多値数及び符号化率が同じ）であり、かつ伝送速度の順にパケットが結合されているため、自局宛のパケットの伝送速度よりも大きな伝送速度に変化するＯＦＤＭシンボル以降には自局宛のパケットは存在しないことが保証される。したがって、自局宛のパケットの変調多値数よりも大きな変調多値数に変化するＯＦＤＭシンボルまで伝搬路応答の変動に対する追従機能を動作させればよく、受信できない変調多値数のＯＦＤＭシンボルでの追従動作は要求されない。

パケットバッファ２０９は、自局宛のパケットである場合は、そのパケットのビット列を格納し、自局宛でないパケットは破棄する。自局宛てでない信号については処理を施さないので、その処理をしない分だけバッテリーの消費を抑制することができる。

パケット結合情報抽出部２１０は、ヘッダ抽出部２０８が自分宛のパケットデータであると判定したパケットのパケット結合情報を抽出する。すなわち、所定の変調多値数と誤り訂正方式で復調を行った後のパケット結合情報から、結合されたパケットごとの変調多値数、パケット長などの情報を抽出する。パケット結合情報抽出部２１０は、パケット結合情報以降のＯＦＤＭシンボルの復調処理において使用する変調多値数などの制御信号を生成する。

スイッチが誤り訂正復号部２０７とヘッダ抽出部２０８及びパケットバッファ２０９及びパケット結合情報抽出部２１０との間に設けられる。このスイッチは、図示しない制御部からの制御信号によって、誤り訂正復号部２０７とヘッダ抽出部２０８及びパケットバッファ２０９を接続したり、誤り訂正復号部２０７とパケット結合情報抽出部２１０を接続する。最初、スイッチは誤り訂正復号部２０７とヘッダ抽出部２０８及びパケットバッファ２０９を接続していて、ヘッダ抽出部２０８が自分宛のパケットデータを見つけた場合は、その旨を制御部に伝え制御部はスイッチを切り換えて、誤り訂正復号部２０７とパケット結合情報抽出部２１０を接続する。

複数の移動局２の各移動局２宛てに送信する各パケットデータを結合している境界付近での変調方式について、図１０、図１１、及び図１２を参照して説明する。図１０は、パケットデータの境界のＯＦＤＭシンボルに２つの変調方式が混在している場合を示した図である。図１１は、パケットデータの境界のＯＦＤＭシンボルを１つ変調方式に統一する場合を示した図である。図１２は、パケットデータの境界のＯＦＤＭシンボルにＰａｄｄｉｎｇビットを含ませる場合を示した図である。図１０、図１１、及び図１２では横軸が時間、縦軸が周波数であるが、縦軸は下向きに値が大きくなるように設定されている。以下に説明する事項は、インタリーブ＆サブキャリアマッピング部１０８、多値変調部１０９、及びＯＦＤＭ変調部１１０が行う。

図１０に示したように、各移動局２宛てのパケットデータは、１行が１つのサブキャリア、１列が１つのＯＦＤＭシンボルとして一括して送信される。図１０の各四角が一つの変調シンボルを表している。各パケットの長さはそれぞれ異なり、各パケットの変調シンボル数が必ずしも一つのＯＦＤＭシンボルに含まれるサブキャリア数の自然数倍個になるわけではない。具体的には例えば、図１０に示したように、４、１４、１６番目のＯＦＤＭシンボルのように、一つのＯＦＤＭシンボルの中に隣り合うパケットのデータが混在することがある。すなわち、４番目のＯＦＤＭシンボルはＢＰＳＫとＱＰＳＫの変調方式で変調されるサブキャリアが混在し、１４番目はＱＰＳＫと６４ＱＡＭの変調方式で変調されるサブキャリアが混在する。１６番目のＯＦＤＭシンボルは、別のパケットのデータが割り当てられているが、いずれも６４ＱＡＭで変調されるので、結果的には全てのサブキャリアで同じ変調方式となる。
またフレームの最後に配置するパケットデータの最後のＯＦＤＭシンボルがパケットデータで埋まらない場合、送信する情報とは無関係の信号であるＰａｄｄｉｎｇビットを付加する。移動局２はＰａｄｄｉｎｇビットを受信するとその信号を無視するように制御する。

図１１の場合は、異なるパケットの変調シンボルが混在するＯＦＤＭシンボルは先行するパケットと同じ変調方式（変調多値数）とするものである。具体的には、図１１の斜線で示した４番目のＯＦＤＭシンボルは全てＢＰＳＫで変調し、斜線で示した１４番目のＯＦＤＭシンボルは全てＱＰＳＫで変調する。１６番目のＯＦＤＭシンボルは先行するパケットも同じ変調方式（６４ＱＡＭ）であるので図１０の場合と同様である。

本実施形態では、あるフレーム内のパケットは伝送速度が小さい順番にパケットを並べているので、図１１の斜線のサブキャリアを受信する無線受信装置が所望する変調多値数に比べて、同じか少ない多値数の変調方式となることが保証される。

図１２の場合は、Ｐａｄｄｉｎｇビットを含めたパケット長をＯＦＤＭシンボルの境界に合わせるように、全てのパケットの終わりにＰａｄｄｉｎｇビットを適切な数だけ挿入するものである。この場合、Ｐａｄｄｉｎｇビットの挿入により必要となる全ＯＦＤＭシンボル数は増加してしまうが、パケットと変調多値数は一対一に対応し、かつＯＦＤＭ単位で変調多値数の切り換えを行うことが可能となるので、無線送信装置及び無線受信装置の制御を簡単にすることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、フレーム内に伝送速度の低い順番でパケットデータを配置して送信することにより、無線受信装置側での伝搬路変動に対する追従機能が正常に動作することが可能になる。また、宛先ごとに対応するパケットの伝送速度が決定されるので、パケットごとに最適な符号化率及び変調方式を使用することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態の無線送信装置から本発明の実施形態の無線受信装置へのパケット通信の状況を示した図。図１の無線送信装置が図２の各無線受信装置に送信するフレームを示す図。図１の無線送信装置の送信部のブロック図。各パケットに関する情報から伝送速度の低い順番のパケットを抽出するためのフローチャート。受信確認応答によりパケットの伝送速度を決定するフローチャート。図３のインタリーブ＆サブキャリアマッピング部のインタリーバーの構成例を示す図。図３のインタリーブ＆サブキャリアマッピング部が行うサブキャリアマッピング処理例を示す図。図１の無線送信部を経てアンテナから送信される送信信号になるまでの各過程でのフレーム構成を示す図。本発明の実施形態の無線受信装置を示すブロック図。パケットデータの境界のＯＦＤＭシンボルに２つの変調方式が混在している場合を示した図。パケットデータの境界のＯＦＤＭシンボルを１つ変調方式に統一する場合を示した図。パケットデータの境界のＯＦＤＭシンボルにＰａｄｄｉｎｇビットを含ませる場合を示した図。

符号の説明

１・・・固定局、２・・・移動局、１０１・・・有線通信部、１０２・・・パケットバッファ、１０３・・・ヘッダ付加部、１０４・・・検出ビット付加部、１０５・・・結合部、１０６・・・切替部、１０７・・・訂正符号化部、１０８・・・インタリーブ＆サブキャリアマッピング部、１０９・・・多値変調部、１１０・・・ＯＦＤＭ変調部、１１１・・・制御信号付加部、１１２・・・無線送信部、１１３・・・制御部、２０１・・・無線受信部、２０２・・・同期処理部、２０３・・・ＯＦＤＭ復調部、２０４・・・伝搬路推定・追従部、２０５・・・復調部、２０６・・・サブキャリアデマッピング＆デインタリーブ部、２０７・・・誤り訂正復号部、２０８・・・ヘッダ抽出部、２０９・・・パケットバッファ、２１０・・・パケット結合情報抽出部

Claims

複数のパケットからなる１つのフレームを無線受信装置宛てにＯＦＤＭ方式を使用して送信する無線送信装置において、
宛先ごとに対応するパケットの伝送速度を決定する決定手段と、
伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットを結合する結合手段と、
決定された伝送速度に応じた符号化率及び変調方式でパケットごとに符号化及び変調を行う符号化変調手段と、
符号化及び変調が行われた、結合されたパケットを送信する送信手段を具備することを特徴とする無線送信装置。
前記符号化変調手段は、異なる宛先へのパケットの情報を伝送するためのサブキャリアが割り当てられているＯＦＤＭシンボルにおいては、これらの異なる宛先のパケットの２つの伝送速度のうちの伝送速度の低い方の宛先に対応する変調方式を使用して前記ＯＦＤＭシンボルに含まれている全てのサブキャリアを変調することを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
前記結合手段は、異なる宛先へのパケットの情報を伝送するためのサブキャリアが一つのＯＦＤＭシンボル内に含まれないように、異なる宛先のパケット間に、送信情報とは無関係な信号を挿入することを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
前記決定手段は、ある無線受信装置宛てにある伝送速度で送信された複数のパケットそれぞれに対して前記無線送信装置が受け取った受信確認信号の数がある第１の値以上の場合は前記伝送速度を上げて、ある第２の値以下の場合は伝送速度を下げることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の無線送信装置。
ＯＦＤＭ方式を使用して送信された、伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されている複数のパケットからなるフレームを受信する受信手段と、
受信したフレームに含まれるパケットの符号化率及び変調方式の情報を取得する取得手段と、
取得した符号化率及び変調方式の情報に基づきフレーム内のパケットを復調し復号化する復調復号化手段と、
自局宛のパケットをフレームから取り出すパケット抽出手段と、
復調結果から伝搬路の変動情報を求めて復調復号化手段に供給する伝搬路変動追従手段を具備することを特徴とする無線受信装置。
複数のパケットからなる１つのフレームを無線受信装置宛てにＯＦＤＭ方式を使用して送信する無線送信装置と該フレームを受信する無線受信装置とからなる無線通信システムにおいて、
前記無線送信装置は、
宛先ごとに対応するパケットの伝送速度を決定する決定手段と、
伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットを結合する結合手段と、
決定された伝送速度に応じた符号化率及び変調方式でパケットごとに符号化及び変調を行う符号化変調手段と、
符号化及び変調が行われた、結合されたパケットを送信する送信手段を具備し、
前記無線受信装置は、
伝送速度の低いパケットほどフレームの先頭方向に配置されるように複数のパケットが結合されたフレームを受信する受信手段と、
受信したフレームに含まれるパケットの符号化率及び変調方式の情報を取得する取得手段と、
取得した符号化率及び変調方式の情報に基づきフレーム内のパケットを復調し復号化する復調復号化手段と、
自局宛のパケットをフレームから取り出すパケット抽出手段と、
復調結果から伝搬路の変動情報を求めて復調復号化手段に供給する伝搬路変動追従手段とを具備することを特徴とする無線通信システム。
前記符号化変調手段は、異なる宛先へのパケットの情報を伝送するためのサブキャリアが割り当てられているＯＦＤＭシンボルにおいては、これらの異なる宛先のパケットの２つの伝送速度のうちの伝送速度の低い方の宛先に対応する変調方式を使用して前記ＯＦＤＭシンボルに含まれている全てのサブキャリアを変調することを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
前記結合手段は、異なる宛先へのパケットの情報を伝送するためのサブキャリアが一つのＯＦＤＭシンボル内に含まれないように、異なる宛先のパケット間に、送信情報とは無関係な信号を挿入することを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。