JP2006166160A

JP2006166160A - 無線通信システム、無線ｌａｎシステムおよびそのアクセスポイントならびにクライアント

Info

Publication number: JP2006166160A
Application number: JP2004356184A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Yoshino; 忠行吉野; Mitsuru Otani; 満大谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】複雑な指向性制御を用いることなく通信漏洩を防いだ通信システム、無線ＬＡＮシステムとアクセスポイントを提供する。
【解決手段】アクセスポイントから指向性のアンテナ１５１、１５２によりそれぞれが搬送波を周波数グループＦ１、Ｆ２に分けて送信し、アンテナ１５１、１５２のカバーエリアが重複する場所する場所でのみクライアント２ａ〜２ｘが正しく受信できるようにアンテナ１５１、１５２を設置することにより複雑な指向性制御を用いることなく通信漏洩を防ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＦＤＭを用いた無線通信システム、無線ＬＡＮシステムおよびそのアクセスポイントならびにクライアントに関する。

ＯＦＤＭを用いた無線通信システム、中でも無線ＬＡＮシステムは近年導入が進んでいるが、情報が自由空間を伝送されるため、漏洩や盗聴に対するセキュリティ対策が必要でありデータ信号の暗号化、また、無線ＬＡＮへの不正アクセスを防ぐための端末認証などが行われる。更に本質的な対策として不要に無線ＬＡＮの電波が外部に漏洩するのを防ぐ為に指向性アンテナや、スマートアンテナを用いて通信可能範囲（カバーエリア）を制限する方法もある。更に送信するパケットを分割し複数のチャネルで送信し、受信側では分割したパケットを合成復元して漏洩や盗聴を防ぐ通信方法もある（例えば、特許文献１。）。

しかし、指向性アンテナを使用しても送信ビームが狭くなりすぎると、端末との間のカバーエリアが極端に狭くなって端末のモビリティが無くなり、無線ＬＡＮ本来のメリットが失われる問題、また、カバーエリアを狭くしても構造物等に電波が反射して外部に漏洩する問題が有った。また、干渉対策にも有効であるスマートアンテナを用いてカバーエリアを制御する方法はビーム制御に要する装置コストがかかり、パケットを分割して複数のチャネルで送信する方法は、複雑な制御を行うので一層のコストを要する問題がある。
特開２００４−７２４２号公報（第１２頁、第１図）

無線ＬＡＮシステムで、盗聴などのセキュリティ対策としてアクセスポイントに指向性アンテナを用いる場合、カバーエリアが狭くなりすぎると端末との間の通信が極端に狭くなり端末のモビリティが無くなり、無線ＬＡＮ本来のメリットが失われる問題、また、ビームを狭くしても構造物等に電波が反射して外部に通信が漏洩する問題があった。また、干渉対策にも有効であるスマートアンテナを用いてビームを制御したり、更にパケットを分割して送信する方法は装置コストがかかる問題がある。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、複雑な指向性制御を用いることなく通信の漏洩や盗聴を防いだ無線通信システム、無線ＬＡＮシステムとアクセスポイント、およびクライアントを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の無線通信システムは、ＯＦＤＭ変調された電波を複数の指向性アンテナで送信する第１の無線局と、前記第１の無線局との間で無線通信する第２の無線局とを具備する無線通信システムにおいて、前記第１の無線局は、前記第２の無線局との間で無線通信する前記電波の搬送波をｎ個の周波数グループにして前記各周波数グループ毎に設けられた前記指向性アンテナで送信する送信手段を備え、前記ｎ個の前記アンテナの各カバーエリアの少なくとも一部が全て重複するように設置されていることを特徴とする。

また、本発明の無線ＬＡＮシステムは、ＯＦＤＭ変調された電波を複数の指向性アンテナで送信するアクセスポイントと、前記アクセスポイントとの間で無線通信するクライアントとを具備する無線ＬＡＮシステムにおいて、前記アクセスポイントは、前記クライアントとの間で無線通信する前記電波の搬送波をｎ個の周波数グループにして前記各周波数グループ毎に設けられた前記指向性アンテナで送信する送信手段を備え、且つｎ個の前記アンテナの各カバーエリアの少なくとも一部が全て重複するように設置されていることを特徴とする。

更に、本発明の無線ＬＡＮのアクセスポイントは、ＯＦＤＭ変調された電波を複数の指向性アンテナで送信するアクセスポイントと、前記アクセスポイントとの間で無線通信する少なくとも１つのクライアントとを具備する無線ＬＡＮシステムのアクセスポイントにおいて、前記アクセスポイントは、前記クライアントとの間で無線通信する前記電波の搬送波をｎ個の周波数グループにして前記各周波数グループ毎に設けられた前記指向性アンテナで送信する送信手段を備え、ｎ個の前記アンテナの各カバーエリアの少なくとも一部が全て重複するように設置されていることを特徴とする。

更に又、本発明の無線ＬＡＮシステムのクライアントは、ＯＦＤＭ変調された電波を複数の指向性アンテナで送信する第１のクライアントと、前記第１のクライアントとの間で無線通信するアクセスポイント、又はおよび第２のクライアントとを具備する無線ＬＡＮシステムのクライアントにおいて、前記第１のクライアントは、前記アクセスポイント、および前記第２のクライアントとの間で無線通信する前記電波の搬送波をｎ個の周波数グループにして前記各周波数グループ毎に設けられた前記指向性アンテナで送信する送信手段を備え、ｎ個の前記アンテナの各カバーエリアの少なくとも一部が全て重複するように設置されていることを特徴とする。

本発明によれば、ｎ個の指向性アンテナのカバーエリアを重複する様に設置して、ＯＦＤＭ変調された電波の搬送波をｎ個の各指向性アンテナに対応したｎ個の搬送波のグループにして送信し、カバーエリアが重複した位置でのみ信号の復調を可能にすることにより複雑な指向性制御を用いることなく不要な電波漏洩や盗聴を防ぐことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例に係る無線通信システムの構成図である。

図１において無線通信システムは、アクセスポイント１および複数のクライアント２ａ〜クライアント２ｘ（以下、クライアント２ａ〜クライアント２ｘに共通の事項に付いては、クライアント２と称する。）とから構成される無線ＬＡＮシステムである。通常、無線ＬＡＮシステムでは、複数のクライアント２がアクセスポイント１との間で通信するが、ここでは、１台のクライアント２で代表して本実施例の無線ＬＡＮシステムにおける各構成の概要と処理動作を説明する。

また、無線ＬＡＮシステムの仕様は、以下の説明では、国際標準であるＩＥＥＥ８０２．１１ａのＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ：直交周波数分割多重変調）が適用された無線ＬＡＮシステム例に動作を説明する。

アクセスポイント１は、送信器１１、受信器１２、ネットワークＩＦ（インタフェース）１３、ＭＡＣ処理部１４、アンテナ１５１、１５２、結合器１６とから構成される。送信器１１は、アンテナ１５１に接続される第１送信部１１１およびアンテナ１５２に接続される第２送信部１１２を備えている。

アクセスポイント１では、ネットワークＩＦ１３を介してＩＰネットワークから入力された信号のデータがＭＡＣ処理部１４で無線パケットのヘッダ処理など所定の処理が行われ、送信器１１へ出力される。送信器１１は、第１送信部１１１、第２送信部１１２、変調部１１３を備える。変調部１１３は、は入力されたデータを変調して、その変調された搬送波を２つの周波数グループに分けて、それぞれを第１送信部１１１からアンテナ１５１、および第２送信部１１２からアンテナ１５２を介してクライアント２へ電波を送信する。

また、アンテナ１５１、およびアンテナ１５２を介して受信したクライアント２からの電波は、結合器１６で混合され受信器１２へ出力される。そして、受信器１２でデータに復調されて更にＭＡＣ処理部１４へ出力される。そして、ＭＡＣ処理部１４で所定のヘッダ処理を施されたデータは、ネットワークＩＦ１３を介してＩＰネットワークへ送信される。

また、クライアント２は、送信器２１、受信器２２、端末ＩＦ２３、ＭＡＣ処理部２４、アンテナ２５から構成される。クライアント２の動作は、通常の無線ＬＡＮシステムにおけるものと同様であるので詳細説明を省略する。

本発明の特徴は、アクセスポイント１が、従来のＩＥＥＥ８０２．１１ｇを採用している場合アンテナが１つであるのに比べ、複数（ここでは、２つとする。）の指向性アンテナ１５１、１５２を用い、それらが各々ＯＦＤＭ変調された搬送波の周波数をグループＦ１、Ｆ２に分担して送信していることである。そして、２つのアンテナ１５１、１５２は、例えば、室内の両端に設置され、そのカバーエリアが部屋の中央付近で重複するよう設置されている。

図２は、アンテナの設置状態とカバーエリアの関係を示す図である。

図２において、室内Ｚ３の区域に設置されたアンテナ１５１のカバーエリアがエリアａ１、アンテナ１５２のカバーエリアがエリアａ２で示され、両者が重複している部分は、ａ２１である。エリアａ２１は、室内の区域Ｚ３をほぼカバーするように設定されるが、エリアａ１、ａ２については、それぞれ室外Ｚ１、Ｚ２の区域に達して電波が漏洩している状態を示している。

その結果、クライアント２とアクセスポイント１は、クライアント２が室内のこの重複したカバーエリアａ２１に存在している場合には、クライアント２が両方の周波数グループＦ１とＦ２とを受信できる。しかし、どちらかのアンテナでしかカバーしていない部分エリアａ１、又は、ａ２の室外の区域に存在している場合にはどちらか一のグループの搬送波しか受信できないので正しく復調出来ず、通信の漏洩と盗聴を防ぎ、通信の秘話性が保たれる。

また、ＯＦＤＭ変調された電波の受信においては、例えば、直接波と反射波のように受信する電波が２波以上ある場合、その２波に許容時間以上に遅延（位相差）が生じていると、その遅延がある電波は正しく復調されない。一般の場合にはこの効果は、直接波に対する反射波等の干渉波を除去する為に利用される。本実施例においては、２つのアンテナからの直接波の到達時間差が許容される、即ち許容遅延時間内の位置、例えば、部屋の中央部分では遅延時間差は小さいが、窓際など部屋の端部分では、２つのアンテナからの距離差が異なり遅延時間差が生じるので受信区域を制限する効果が強化される。即ち、図２におけるエリアａ２０は、受信電波強度が満たされるアンテナのカバーエリアａ２１内で更に遅延時間条件が満たされるエリアである。

本発明は、アクセスポイントが２つ以上の複数の指向性アンテナに対応してグループ化した搬送波を分担して送信し、搬送波周波数の番号設定や、フィルタなどにより単純、容易に搬送波のグループ分けを行って複雑な制御によらす盗聴等を防ぐことができる。

以下、図１〜図２を参照して、本実施例における無線ＬＡＮシステムの各構成の概要と処理動作を説明する。

図１において、ＩＰネットワークからクライアント２へのメッセージがネットワークＩＦ１３で受信される。このメッセージのデータは、ＭＡＣ処理部１４で、クライアント２の宛先アドレスが設定されたパケットデータに変換され、送信器１１へ出力される。送信器１１では、図２において、送信器１１の変調部１１３は、このパケットデータをＯＦＤＭ変調する。ＯＦＤＭ変調は、マルチキャリア、即ち、複数ｍ個の搬送波でデータを送信するが、変調部１１３は、この搬送波をｎ個、ここでは、２つの周波数グループＦ１、Ｆ２にグループ分けしてそれぞれ第１送信部と第２送信部に出力する。

図３は、実施例において搬送波のグループ分けの概念を説明する図である。図３（ａ）は、搬送波がｆ１〜ｆ１２の１２波の場合、奇数番目の搬送波、ｆ１、ｆ３…ｆ１１を周波数グループＦ１、および偶数番目のｆ２、ｆ４…ｆ１２を周波数グループＦ２との２つにグループ化した場合である。この方法は、通常のＯＦＤＭ変調で搬送波を並べる処理において、１つおきに搬送波を間引いた搬送波のグループと、間引かれた搬送波のグループとから構成される電波にするだけで済み、２つのグループや各搬送波間でのタイミング制御等複雑な処理をしない。

変調部１１３から入力されたＦ１のグループの搬送波は、第１送信部１１１を介してアンテナ１５１へ出力され、アンテナ１５１が送信した電波は、図２におけるエリアａ１に到達する。また同様に変調部１１３から入力されたＦ２のグループの搬送波は、第２送信部１１２を介してアンテナ１５２へ出力され、アンテナ１５２が送信した電波は、図２においてエリアａ２に到達する。室内のエリア２１にいるクライアント２の、アンテナ２５では両方の周波数グループＦ１、Ｆ２の搬送波の電波があたかも１つの電波の様に受信される。

一方、室外のＺ１の区域にあるエリアａ１で受信する電波は、パケットデータを伝送する奇数番目の搬送波しかない。従って、仮にエリアａ１に存在するクライアント２が盗聴を意図しても受信器２２では、受信した電波を正しくＯＦＤＭ復調できないのでアクセスポイント１が送信したデータを判読することができない。この盗聴、又は電波漏洩による通信漏洩を防ぐ効果は、エリアａ２についても同様である。また、前述の通り、図２のエリアａ２０では、２つのアンテナ１５１，１５２で受信する電波は、遅延時間差が所定の範囲内であり、標準仕様のＯＦＤＭの受信処理によりパケットデータに復調することができる。

そしてＭＡＣ処理部２４は、受信器２２から復調されたパケットデータが入力され、アドレス判読、ヘッダ等の処理等が行われ、更に端末ＩＦ２３を介してクライアント２に接続された端末装置等へ送信される。

また、アクセスポイント１の受信時の動作は、２つのアンテナ１５１、１５２で受信した電波が結合器１６を介して受信器１２に混合入力され、前述のクライアント２における１つのアンテナ２５で受信する場合と同様にパケットに復調される。そして、復調されたパケットはＭＡＣ処理部１４とネットワークＩＦ１３で所定の処理が行われ、ネットワークに送信される。

また、搬送波をグループ化する方法は、搬送波を帯域毎にグループ化する方法を用いても良い。図３（ｂ）は帯域を低群ｆ１〜ｆ６と高群ｆ７〜ｆ１２との２つにして送信する場合を示している。この方法では、フィルタを用いて、低群と高群とに分離するだけで済むので複雑な処理を要しない。

なお、上記説明では、搬送波を２つのグループにしてそれに対応した２つの指向性アンテナを用いているが周波数グループ化は２つに限られることなく、本発明は、複数ｎ個の各アンテナに対応して複数ｎ個の各周波数グループで電波を送信するものであれば、グループ数、およびグループ化の方法は、いずれでもよい。例えば、ｎ個のアンテナを用いる場合、ｍ個の搬送波を間引いてｎ個に周波数グループ化するか、または、ｍ個の搬送波をｎ個の帯域の周波数帯から構成される周波数グループにすればよい。

以上は、通信漏洩を防ぐ場合の例として、アクセスポイント１からクライアント２へ送信する場合の説明を行ったが、図１において、クライアント２ａが２つのアンテナを備えることにより、電波をアクセスポイント１へ送信するか、又は、他のクライアント２ｘに電波を送信するものであってもよい。この場合、送信側のクライアント２ａの構成と動作は、クライアント２ａの構成を上記説明のアクセスポイント１の構成に読み替えれば良い。

更に、本発明は無線ＬＡＮシステムに限ることなく、ＯＦＤＭ変調を用いた無線通信システムにおいても適用可能である。この場合、例えば、２台の対向する無線機で通信する場合には図１のアクセスポイントを第１の無線機、クライアントを第２の無線機として読み替えて以上に説明された動作処理を適用すれば良い。

本発明の実施例の無線ＬＡＮシステムに係わる構成図。アンテナの設置状態とカバーエリアの関係を示す図。本発明の実施例における搬送波のグループ化の例。

符号の説明

１アクセスポイント
１１送信器
１１１、１１２送信部
１２受信器
１３ネットワークＩＦ
１４ＭＡＣ処理部
１５１、１５２アンテナ
１６結合器
２クライアント
２１送信器
２２受信器
２３ネットワークＩＦ
２４ＭＡＣ処理部
２５アンテナ
Ｆ１、Ｆ２周波数グループ
ｆ１〜ｆ１２搬送波

Claims

ＯＦＤＭ変調された電波を複数の指向性アンテナで送信する第１の無線局と、
前記第１の無線局との間で無線通信する第２の無線局と
を具備する無線通信システムにおいて、
前記第１の無線局は、
前記第２の無線局との間で無線通信する前記電波の搬送波をｎ個の周波数グループにして前記各周波数グループ毎に設けられた前記指向性アンテナで送信する送信手段を備え、
前記ｎ個の前記アンテナの各カバーエリアの少なくとも一部が全て重複するように設置されていることを特徴とする無線通信システム。
前記電波を２つの周波数グループで送信する場合、
前記第１の周波数グループは、ＯＦＤＭ変調の奇数番目の搬送波の周波数グループで、
前記第２の周波数グループは、ＯＦＤＭ変調の偶数番目の搬送波の周波数グループであること
を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記送信される電波は、
ＯＦＤＭ変調のｍ個の搬送波から間引いて集められたｎ個の周波数グループから構成されることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記送信される電波は、
ＯＦＤＭ変調のｍ個の搬送波を低群側から高群側へのｎ個の周波数帯域の周波数グループにして構成されること
を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
ＯＦＤＭ変調された電波を複数の指向性アンテナで送信するアクセスポイントと、
前記アクセスポイントとの間で無線通信するクライアントと
を具備する無線ＬＡＮシステムにおいて、
前記アクセスポイントは、
前記クライアントとの間で無線通信する前記電波の搬送波をｎ個の周波数グループにして前記各周波数グループ毎に設けられた前記指向性アンテナで送信する送信手段を備え、且つｎ個の前記アンテナの各カバーエリアの少なくとも一部が全て重複するように設置されていることを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
ＯＦＤＭ変調された電波を複数の指向性アンテナで送信する第１のクライアントと、
前記第１のクライアントとの間で無線通信するアクセスポイント、又は第１の前記クライアントとの間で無線通信する第２のクライアントとを具備する無線ＬＡＮシステムにおいて、
前記第１のクライアントは、
前記アクセスポイント、又は、前記第２クライアントとの間で無線通信する前記電波の搬送波をｎ個の周波数グループにして前記各周波数グループ毎に設けられた前記指向性アンテナで送信する送信手段を備え、且つｎ個の前記アンテナの各カバーエリアの少なくとも一部が全て重複するように設置されていることを特徴とする無線ＬＡＮシステム。
ＯＦＤＭ変調された電波を複数の指向性アンテナで送信するアクセスポイントと、
前記アクセスポイントとの間で無線通信する少なくとも１つのクライアントと
を具備する無線ＬＡＮシステムのアクセスポイントにおいて、
前記アクセスポイントは、
前記クライアントとの間で無線通信する前記電波の搬送波をｎ個の周波数グループにして前記各周波数グループ毎に設けられた前記指向性アンテナで送信する送信手段を備え、
ｎ個の前記アンテナの各カバーエリアの少なくとも一部が全て重複するように設置されていることを特徴とする無線ＬＡＮのアクセスポイント。
ＯＦＤＭ変調された電波を複数の指向性アンテナで送信する第１のクライアントと、
前記第１のクライアントとの間で無線通信するアクセスポイント、又はおよび第２のクライアントと
を具備する無線ＬＡＮシステムのクライアントにおいて、
前記第１のクライアントは、
前記アクセスポイント、および前記第２のクライアントとの間で無線通信する前記電波の搬送波をｎ個の周波数グループにして前記各周波数グループ毎に設けられた前記指向性アンテナで送信する送信手段を備え、
ｎ個の前記アンテナの各カバーエリアの少なくとも一部が全て重複するように設置されていることを特徴とする無線ＬＡＮシステムのクライアント。