JP2007214920A - 無線通信システム - Google Patents

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Abstract

【課題】無線通信容量を改善可能な無線通信システムを得ること。
【解決手段】本発明にかかる無線通信システムは、基地局(1)が無線端末(2−1〜2−n)に対してデータを送信し、各無線端末が自端末宛データに対応する送達確認フレーム(ACK、NACK)を返信する無線通信システムであって、基地局(1)が、各無線端末から返信される送達確認フレームを1つの無線フレームに多重するためのTMA情報を作成し、TMA情報を含むアグリゲーションフレームを各無線端末に対して送信する無線ユニット(14)を備え、各無線端末が、それぞれ、TMA情報に基づいて自端末宛データに対応する送達確認フレームを返信する無線ユニット(24)を備え、各無線端末からTMA情報に基づいて返信される送達確認フレームを、TMAとして、1つの無線フレームに多重して送信する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、無線通信システムに関するものであり、特に、無線LAN通信において、送達確認フレームであるACK/NACK(ACKnowledgement/Negative ACKnowledgement)などの制御フレームを複数端末間で多重して送信する無線通信システムに関するものである。
以下、従来の無線通信システムの一例として無線LAN通信システムについて説明する。システムを構成する各無線端末が、無線パケット送信に先立ち無線チャネルをキャリアセンスし、チャネルの使用中(チャネルビジー:Busy)を確認した場合は無線パケットの送信を控え、チャネル未使用(チャネルアイドル:Idle)を確認した場合に無線パケットを送信する無線アクセス方法を、一般に、CSMA(Carrier Sense Multiple Access)と呼ぶ。このCSMAは、たとえば、無線パケット通信方式で用いられている。
現在、家庭/オフィス向けの高速な無線ネットワークシステムを構築する機器として、米国の無線LAN標準化規格IEEE802.11(非特許文献1参照)で標準化された商品が市場に出回っている。具体的には、下記非特許文献2に記載の規格に準拠した無線LANは、2.4GHz帯を使用し、変調方式としてCCK(Complementary Code Keying)を用いて、物理的な最大伝送速度が11Mbpsである。また、下記非特許文献3および4に記載の規格に準拠した無線LANは、それぞれ5GHz帯と2.4GHz帯を使用し、変調方式としてはともにOFDM(Orghogonal Frequency Division Multiplex)を用いて、物理的な最大伝送速度が54Mbpsである。
さらに、下記非特許文献2〜4の記載の規格においては、アクセス方式として、CSMA/CA(Carrier Sense Multiplex Access with Collision Avoidance)が使用されている。
一方、欧州の無線LAN標準化規格(下記非特許文献5参照)においては、無線端末の送信要求に応じて送信機会を与えるTDMA(Time Division Multiple Access)が使用されている。
IEEE802.11 Standard IEEE802.11b IEEE802.11a IEEE802.11g HyperLAN2 Standard
しかしながら、上記従来の無線通信システムにおいては、実際のデータストリームの速度を表す実行速度が、物理的な最大伝送速度の半分程度、という問題があった。
具体的には、たとえば、伝送したデータストリームは、複数のデータパケットに分割され、データパケット単位に、宛先/送信元IP(Internet Protocol)アドレス,パケット長,パケット番号等を含む伝送制御用情報からなるヘッダ情報、および誤り訂正制御用情報、が付加されてIPパケットとして下位レイヤに渡される。また、MAC(Media Access Control)レイヤにおいても、宛先/送信元MACアドレスや伝送制御用情報からなるヘッダ情報、および誤り訂正制御用情報、が付加され、さらに、場合によってはデータフレームが暗号化され、その暗号解読用情報が付加されて、物理層(PHY)に渡される。さらに、物理層では、変調方式やフレーム長等を含む伝送制御用情報からなるヘッダ情報、および同期用のトレーニング信号、等が付加されて送信される。
また、基地局および各無線端末は、たとえば、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)と呼ばれるアクセス方式を用いる。そして、宛先MACアドレスで指定した基地局または無線端末から、無線データフレームを正しく受信できたかどうかを示すACK/NACKフレームが返送され、正しく受信できなかった場合にはフレーム再送動作も行っている。
したがって、実行速度は、上記IEEE802.11b,IEEE802.11a,IEEE802.11g準拠の無線LANの物理的な伝送速度とはならず、半分程度となるのが実情である。
また、MIMO(Multiple Input Multiple Output)技術の採用や、複数の基本チャネルを利用する(Channel Bundling,Multi-Channels)ことによる物理的な伝送速度の増大に伴い、物理的な伝送速度に応じた効率的な伝送が必要となってきている。
その1つの方式として、複数のフレームを連結(Aggregation)あるいは連続して送信することで高効率化を目指す方法が注目されている。
具体的には、(1)単一アドレス宛のパケットを複数連結して送信する技術、(2)マルチキャストまたはブロードキャストアドレスを使用して、異なる複数の宛先の“MAC SDU(Service Data Unit)”を連結し、効率よく複数の“MAC PDU(Protocol Data Unit)”を送信する技術(図55参照)、(3)異なる複数の宛先“MAC PDU”を連結し、効率よく複数の“MAC PDU”を送信する技術(図56,図57参照)、(4)異なる複数の宛先“MAC PDU”を連続して送信し、効率よく複数の“MAC PDU”を送信する技術(図58参照)、がある。
なお、図示のHT(High Throughput)は、MIMOやMulti-Channelsなどの技術を使用する基地局および無線端末を指し、“HT Training+Signal”は、場合によっては省略される。また、Legacyは、既存の基地局および無線端末を指し、IFS(Inter Frame Space)は、決められたパケット送受信間隔である。さらに、複数の“Aggregation Frame”を組み合わせて使用する方法もある。また、フレームの最後にはフレームの正誤を判別するためのFCS(Frame Check Sequence)が付加される。
上記のように、異なる宛先の“MAC PDU”が連結されると、各無線端末から送達確認(Acknowledgement)であるACKまたはNACKが伝送される。これを示したのが図59,図60である。図59,図60は、複数の宛先の“Aggregation Frame”が簡略化されて書かれているが、図56,図57,図58のすべてのケースにおいて当てはめることができる。
従来の方式では、(1)複数の宛先の“Aggregation Frame”に対応するACK/NACKフレームは、IFS時間の間隔をもって送信される。(2)“Aggregation Frame”にて、各ACK/NACKフレームの送信タイミングを通知して、順番に各無線端末に応答される方式が提案されている。そのため、宛先分のIFS間隔分または各フレーム間のオフセット分だけ、通信容量が低下する問題があった。また、ポーリングのタイミングで、他のデータとともにピギーバックしてACKを送信する方法などもあるが、この場合でも、ACK/NACKの送達確認までに時間がかかることになり、図59,図60のように宛先アドレスDA(Destination Address)分のフレーム受信が必要となる。
さらには、上記“Aggregation Frame”に対して、ACKを必要としないポリシーを交換することで、ACK/NACKの送達確認を行わず、送達確認フレームおよびIFS時間を削減することも可能である。その際は、帯域の効率的な使用が可能となるが、上位レイヤでの再送に依存することなり、遅延や再送効率の低下などが発生する場合がある。
また、送達確認のためのACK/NACKフレームの情報は、送信されたPDUが正確に到達したかどうかを通知するだけのパケットであり、非常に小さな情報に対して、大きなトレーニングとSignalなどのPHYヘッダが付与されたことにより、さらなる伝送容量の劣化を引き起こしている。
なお、同一アドレス宛のMPDUに対して、1つのACK/NACKにて応答する“Block ACK”または“Group ACK”などがあるが、複数宛先のデータを送信した場合には、図59,図60と同様の問題が生じる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の異なる宛先の“MAC PDU”を連結した場合の送達確認による通信容量の劣化を回避することにより、無線通信容量を改善可能な無線通信システムを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる無線通信システムは、特定の通信装置(送信元通信装置)がネットワークを構成する複数の通信装置(宛先通信装置)に対してデータを送信し、当該各宛先通信装置が自装置宛データに対応する送達確認フレーム(ACK、NACK)を返信する無線通信システムであって、前記送信元通信装置が、複数の宛先通信装置から返信される送達確認フレームを1つの無線フレームに多重するためのTMA(Tone Multiple ACK)情報を作成し、当該TMA情報を含む所定の送信フレームを前記各宛先無線端末に対して送信するTMA情報送信制御手段、を備え、前記各宛先通信装置が、それぞれ、前記TMA情報を受信し、当該TMA情報に基づいて自装置宛データに対応する送達確認フレームを返信する送達確認制御手段、を備え、複数の宛先通信装置から前記TMA情報に基づいて返信される送達確認フレームを、TMAとして、1つの無線フレームに多重して送信することを特徴とする。
この発明によれば、従来方式に比べACK/NACKのために占有される無線通信区間を大幅に削減することができ、無線通信容量を大きく改善することができる、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明においては、特に、後述するTMA(Tone Multiple ACK)を実現するための技術について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる無線通信システム(家庭/オフィス向けの無線ネットワーク)の構成を示す図である。この無線通信システムは、有線または無線系の外部の通信網を構成するアクセス網と接続するアクセスライン(たとえば、Ethernet(登録商標),xDSL,CATV,FTTH等)との相互接続を行うためのゲートウェイを有する基地局(AP)1と、複数の無線端末(STA)2−1〜2−nから構成される。
基地局1は、アクセス網と接続する有線または無線系のアクセスラインを終端させ、家庭/オフィス内の無線ネットワークを介して特定の無線端末へのアクセス網からの受信情報を送信する通信ユニットシステム11を備える。そして、この通信ユニットシステム11は、上記アクセスラインを終端させるアクセス系終端ユニット12と、アクセス網の信号と家庭/オフィス内の無線端末の信号との間の信号フォーマットの相互変換を制御する信号インタフェースユニット(たとえば、ルーター,ブリッジに相当)13と、家庭/オフィス内の無線ネットワークのアクセス制御および変復調を行う無線ユニット14と、を備える。
また、各無線端末は、それぞれ、パソコン,PDA,携帯電話,テレビジョン受信機のような情報機器本体21と、各情報機器本体と基地局の通信ユニットシステムとの間のデータ送受信を制御する端末ユニットシステム22と、を備える。そして、この端末ユニットシステムは、基地局,他の無線端末の信号と情報機器本体21の信号との間の信号フォーマットの相互変換を制御する端末インタフェースユニット23と、家庭/オフィス内の無線ネットワークのアクセス制御および変復調を行う無線ユニット24と、を備える。
また、本実施の形態では、基地局に無線端末が接続される無線通信システムについて示しているが、これに限らず、たとえば、無線端末同士が独自のネットワークを構築し、通信を行うアドホックネットワーク,マルチホップネットワークについても適用可能である。さらには、基地局から割り当てられた時間において、基地局に登録された特定の無線端末間同士で通信を行うネットワークについても適用可能である。
図2は、本実施の形態の無線ユニット14,24の構成を示す図である。この無線ユニットは、信号インタフェースユニット13または端末インタフェースユニット23との接続のためのホストインタフェースからのデータに基づいて、送信データの作成/受信データの作成およびアクセス制御を行うMAC(Media Access Control)31と、変復調などを行う物理層(PHY)32と、を備える。MAC31には、それぞれ、送信データの作成および送信タイミングなどの管理を行う送信制御部(MAC Tx)33と、受信タイミングの検出および受信データの成否の確認などを行う受信制御部(MAC Rx)34と、を有する。PHY32には、MAC31からの送信データを変調する送信変調部(Tx PHY)35と、受信データを復調する受信復調部(Rx PHY)36と、を有する。なお、図示はしていないが、MAC31は、呼の受付制御部,認証部,暗号化部等をも有する。
図3は、本実施の形態のTMA(Tone Multiple ACK)を用いたフレーム送受信シーケンスを示す図である。本実施の形態では、複数のユーザーから送信される送達確認(ACK/NACK)フレームを1つの無線フレームに多重する方法を示す。また、この方式を“Tone Multiplex ACK”と呼ぶことにする。本実施の形態では、送達確認フレームの送信に関する情報(TMAフレームの構成)を、TMAインフォメーションフィールド(TMA Information Field)と呼ばれる複数のパラメータ(タイミング,送信方法,送信位置,電力など)からなるフィールドに含め、当該TMAインフォメーションフィールドが所定位置に配置されたアグリゲーションフレーム(Aggregation Frame)を各無線端末に対して通知する。なお、本実施の形態では、一例として、基地局がTMAインフォメーションフィールドを通知する場合について説明するが、これに限らず、たとえば、特定の無線端末が、TMAインフォメーションフィールドが配置されたフレームを他の各無線端末に対して通知し、当該他の各無線端末からTMAを受信することとしてもよい。
まず、基地局1が、TMAインフォメーションフィールドを含む各無線端末宛のアグリゲーションフレームを図2の送信制御部33にて作成し、アクセス手順に則って送信変調部35にて変調し、送信する。
つぎに、各無線端末は、受信復調部36にてアグリゲーションフレームを受信し、受信制御部34にてTMAインフォメーションフィールドと自端末向けのデータを抽出する。ここで、フレームエラーチェックなどを行い。受信が成功した場合にはホストインタフェースを経由して、上位レイヤに受信データを引き渡すとともに送達成功を示す送達確認フレーム(ACK)の送信を行う。
その際、送信制御部33が、TMAインフォメーションフィールドにて指定されたフレーム構成(タイミング,サブキャリア等)で送信フレームを作成し、送信変調部35が、割り当てられた送信タイミング,アクセス手順に則って、TMAインフォメーションフィールドにおいて指定された送信方法で送信を行う。
つぎに、基地局1においては、事前のTMAインフォメーションフィールドに基づいて各無線端末から送信された送達確認フレームを受信復調部36にて受信し、受信制御部34がその内容を解析し、各無線端末から多重された送達確認フレーム(TMA)がACKまたはNACKであることを認識する。
なお、図3では、基地局1から伸びる右向きの矢印が、各無線端末へのアグリゲーションフレームの送信を示し、各無線端末から伸びる左向きの矢印が、各無線端末からのTMAを示している。
図4は、本実施の形態のTMAを用いた際のフレーム送受信シーケンスとフレームフォーマットを示す図である。
左の矩形は、基地局1(または特定の無線端末)から送信される複数の宛先を含むアグリゲーションフレームである。このアグリゲーションフレームは、タイミング同期,周波数同期,AGCなどを行うためのトレーニング部分および以降のシンボルに対する変調方式,データ長などを示すSignal部分(“HT Training+Signal”および“Legacy Training+Signal”)、TMAの構成や制御パラメータを宛先STAに通知するTMAインフォメーションフィールド、その後にMPDU(MAC Protocol Data Unit)、が続く構成となっている。
なお、TMAインフォメーションフィールドを配置する位置については、上記に限らず、他の位置であってもよい。また、各MPDUの先頭に、MPDUの構成や区切りを示すDelimiterが含まれる場合もある。また、アグリゲーションフレームにおいて、NAV(Network Allocation Vector)やSpoofing技術を使って、TMAの受信完了時刻まで帯域を予約することも可能である。
また、アグリゲーションフレームに関しては、本方式に限らず、図55〜図58など、どのような構成でもかまわない。また、受信側端末がTMAを送信するために必要となるTMAインフォメーションフィールドは、事前のRTS/CTSフレーム,セットアップフレーム,Beaconなどのフレームによって通知してもかまわない。アグリゲーションフレームにTMAインフォメーションフィールドを含めないで、事前のフレームにて通知することによって、アグリゲーションフレームに毎回TMAインフォメーションフィールドを含めないですむことになり、TMAインフォメーションフィールドの挿入によるオーバーヘッドを低減できる。
つぎに、図4における右の矩形は、本実施の形態におけるTMAを示す図であり、基地局1(または特定の無線端末)から送信されたアグリゲーションフレームに対する送達確認フレームであり、アグリゲーションフレームを送信した後のIFS(InterFrame Space)後に送信される。なお、TMAは、1Tone(Minimum granularity)で、1ACK/NACK情報を伝達し、1OFDM(Minimum granularity)シンボル内で複数の無線端末からACKを通知するものである。また、HT(High Throughput)端末しか存在しないような環境においては、“Legacy Training+Signal”は省略してもかまわないし、HT端末が存在しないような環境においては、“HT Training+Signal”を省略してもかまわない。
ただし、本実施の形態では、無線LANを想定しているため、HTとLegacyとして端末の種類を定義しているが、本発明は、アグリゲーションフレームに対する効率的なACKの伝送方式に関するもので、HT,Legacyなどの種別に依存するものではない。
図5は、本実施の形態におけるTMAの実施例を示す図であり、基地局1(または特定の無線端末)と宛先無線端末2−1,2−2,2−3との関係を示している。ここでは、図4と同様に、無線端末2−1,2−2,2−3が、通知された送達確認フレーム(TMA)に関する情報に基づいて、アグリゲーションフレームの送信元である基地局1に対してTMAを送信している様子が示されている。各端末(AP,STA)の横にある矩形は、横軸を時間(またはシンボル)、縦軸を周波数(または、Tone,サブキャリア)とした場合、各無線端末が、事前に割り当てられた位置(時間と周波数)を使用して、送信元の基地局1に対して送達確認フレームを送信し、基地局1が、多重された送達確認フレームを受信している。ここでは、上記図4において示したものと同じく、無線端末2−1からは2トーンを用いて2つのTMAが送信され、無線端末2−2からは1つのTMAが送信され、無線端末2−3からは1つのTMAが送信されている。なお、TMAを受信している基地局1では、すべてのTMAを同時刻において周波数分割された状態で受信している。なお、図5において、無線端末2−1では、アグリゲーションフレームにて2つのMPDUを受信していることから、2トーンを用いてTMAとしているが、これに限らず、合わせて1トーンとしてTMAを送信することも可能である。
図6は、キャリアセンス方式を採用した場合の送達確認フレームを示す図である。本方式は、送信確認情報をTone(サブキャリア)に載せて通知する方法で、たとえば、ACKを電力ON,NACKを電力OFF、として判定する方式をキャリアセンス方式と呼ぶ。たとえば、無線端末2−1から3つのMPDUに対する送達確認(ACK/NACK)を、無線端末2−2から2つのMPDUに対する送達確認を、無線端末2−3から2つのMPDUに対する送達確認を、無線端末2−4から6つのMPDUに対する送達確認を、無線端末2−5から3つのMPDUに対する送達確認を、応答した場合の例を示している。
また、図6では、2OFDMシンボルを使用して、16MPDUに対する送達確認フレームが返信されている。また、無線端末2−1の2つ目のMPDU,無線端末2−3の1つ目のMPDU、無線端末2−5の1つ目のMPDUにおいては、NACKが返送され、それ以外はACKが送信されている。また、ここでは、Toneごとの電力で、ACK/NACKを判断するため、無線機において、位相・振幅補正が不要となる利点がある。
つぎに、キャリアセンス方式において、電力ON/OFFに関してコード化させたものについて説明する。上記図6では、1Tone,1シンボルにて1つのMPDUに対して送達確認を行ったが、他端末の干渉,他システムからの干渉によって送達確認フレームが間違って判断されることを防ぐため、また、送達確認フレームの信頼度をあげるため、複数シンボル、または、複数Toneを使用して送達確認を行う。
図7は、シンボル方向にコード化させた場合の一例を示す図である。本方式では、シンボル方向が2倍になっており、効率が1/2になっているものの、送達確認フレームの信頼度が向上している。同様に、Tone方向にコード化することも可能である。
このように、本実施の形態においては、上記TMAを用いることとし、さらに、上記TMAの実現方式としてキャリアセンス方式を採用することとした。これにより、従来方式に比べACK/NACKのために占有される無線通信区間を大幅に削減することができ、無線通信容量を大きく改善することができる。なお、キャリアセンス方式以外に、複数のTone,シンボル,多値変調,差動変調などを使用する場合には、複数のACK/NACK情報を通知することが可能であり、以降の実施の形態にて説明する(TMA方式としては、同期検波方式,差動方式,CDM方式等が考えられる)。
実施の形態2.
つづいて、実施の形態2の無線通信システムについて説明する。先に説明した実施の形態1では、キャリアセンス方式を用いたTMAの実現方法について説明したが、実施の形態2では、同期検波方式を用いたTMAの実現方法について説明する。
なお、無線通信システムの構成、TMAの送受信シーケンス、およびアグリゲーションフレーム等のフレームフォーマットの概要については、前述した実施の形態1の図1〜図5とほぼ同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。また、本実施の形態では、一例として、無線端末2−1〜2−5を想定して説明することとする。
図8は、同期検波方式を採用した場合の送達確認フレームを示す図である。ここでは、各無線端末が、送達確認情報(ACK/NACK)の1bitに加え、制御情報(たとえば、電力情報等)を通知し、基地局1が、多値変調を利用した同期検波方式を用いて送達確認フレームを判定する。なお、図示のRは、Reference(リファレンス)を示す。以下、実施の形態1と異なる動作について説明する。
まず、基地局1が、TMAインフォメーションフィールドを含むアグリゲーションフレームを送信する。本実施の形態におけるTMAインフォメーションフィールドには、送達確認フレームの構成情報として、各無線端末が使用するTone(サブキャリア)位置と数、リファレンス(R)のパターンとシンボル数、「ACK+制御情報」の変調度、対応するACKの位置、が含まれている。なお、本方式では、各シンボルをリファレンスの振幅,位相を使って補正する。リファレンスとなるシンボル量は、伝送路品質に依存し、Beacon等のセルシステム情報によりユーザーごとに規定されるものとする。
送達確認フレームの構成情報であるTMAインフォメーションフィールドを含むアグリゲーションフレームを受信した各無線端末2−1〜2−5は、IFS後に、指定されたTone位置と数,リファレンス,変調度、を使用して「送達確認情報(ACK/NACK)+制御情報」を送信する。
たとえば、図8は、無線端末2−1宛のMPDU(s)に対する「送達確認+制御情報」を2Tone(1R,2シンボル)、無線端末2−2宛のMPDU(s)に対する「送達確認+制御情報」を1Tone(2R,1シンボル)、無線端末2−3宛のMPDU(s)に対する「送達確認+制御情報」を1Tone(1R,2シンボル)…で応答した場合の様子を示している。
このように、本実施の形態においては、TMAを用いることとし、さらに、TMAの実現方式として同期検波方式を採用することとした。これにより、従来方式に比べACK/NACKのために占有される無線通信区間を大幅に削減することができ、無線通信容量を大きく改善することができる。
実施の形態3.
つづいて、実施の形態3の無線通信システムについて説明する。先に説明した実施の形態1および2では、キャリアセンス方式および同期検波方式を用いたTMAの実現方法について説明したが、実施の形態3では、差動変調方式を用いたTMAの実現方法について説明する。
なお、無線通信システムの構成、TMAの送受信シーケンス、およびアグリゲーションフレーム等のフレームフォーマットの概要については、前述した実施の形態1の図1〜図5とほぼ同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。また、本実施の形態では、一例として、無線端末2−1〜2−5を想定して説明することとする。
図9は、差動変調方式を採用した場合の送達確認フレーム(TMA)を示す図である。ここでは、各無線端末が、送信確認情報(ACK/NACK)の1bitに加え、制御情報(たとえば、電力情報等)を通知し、基地局1が、差動変調方式を用いて送達確認フレームを判定する。なお、図示のRは、Reference(リファレンス)を示す。以下、実施の形態1および2と異なる動作について説明する。
まず、基地局1が、TMAインフォメーションフィールドを含むアグリゲーションフレームを送信する。本実施の形態におけるTMAインフォメーションフィールドには、送達確認フレームの構成情報として、各無線端末が使用するTone位置と数、リファレンスのパターンとシンボル数、「ACK+制御情報」の変調度、対応するACKの位置、が含まれている。なお、本方式では、各シンボルをリファレンスの振幅,位相を使って補正する。リファレンスとなるシンボル量は、伝送路品質に依存し、Beacon等のセルシステム情報により、ユーザーごとに規定されるものとする。
送達確認フレームの構成情報であるTMAインフォメーションフィールドを含むアグリゲーションフレームを受信した各無線端末2−1〜2−5は、IFS後に、指定されたTone位置と数,リファレンス,変調度、を使用して「送達確認情報+制御情報」を送信する。
なお、本方式では、第一のシンボルに、そのToneを利用する無線端末のリファレンスシンボルを配置し、第二のシンボル以降は、一つ前のシンボルとの差動を利用して変復調を行うものとする。たとえば、図9は、無線端末2−1宛のMPDU(s)に対する「送達確認+制御情報」を2Tone(1R,2シンボル)、無線端末2−2宛のMPDU(s)に対する「送達確認+制御情報」を1Tone(1R,2シンボル)、無線端末2−3宛のMPDU(s)に対する「送達確認+制御情報」を1Tone(1R,2シンボル)…で応答した場合の様子を示している。
このように、本実施の形態においては、TMAを用いることとし、さらに、TMAの実現方式として差動変調方式を採用することとした。これにより、従来方式に比べACK/NACKのために占有される無線通信区間を大幅に削減することができ、無線通信容量を大きく改善することができる。
実施の形態4.
つづいて、実施の形態4の無線通信システムについて説明する。先に説明した実施の形態1、2および3では、キャリアセンス方式、同期検波方式および差動変調方式を用いたTMAの実現方法について説明したが、実施の形態4では、CDM(Code Division Multiplex)方式を用いたTMAの実現方法について説明する。本実施の形態では、前述の実施の形態1、2または3で説明したTMAを利用し、さらにロバスト性を確保するためのCDMとの組み合わせ方法を示す。
なお、無線通信システムの構成、TMAの送受信シーケンス、およびアグリゲーションフレーム等のフレームフォーマットの概要については、前述した実施の形態1の図1〜図5とほぼ同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。
CDM方式では、同一無線端末宛の複数MPDUに対するACK情報をCDM多重する方法と、異なる無線端末からのACK情報をCDM多重する方法と、がある。一つの無線端末からのACKを多重する場合は、周波数軸方向に拡散を行い、複数の無線端末からのACKを多重する場合は、時間軸方向で行う。以下、実施の形態1、2および3と異なる処理について説明する。
図10は、一つの無線端末のACKフレームを周波数方向(Tone方向)に拡散する場合の一例を示す図である。ここでは、3つのMPDUに対するACKフレームと制御情報(Ctrl)を、自端末に割り当てられたコード(Code)を使用して拡散している。
図11は、一つの無線端末のACKフレームを周波数方向(Tone方向)に拡散する場合の他の一例を示す図である。ここでは、3つのMPDUに対するACKフレームを、自端末に割り当てられた3つのコード(Code)を使用して拡散している。
図12は、複数(一例として3つ)の無線端末のACKフレームを時間軸方向に多重する場合の一例を示す図である。ここでは、各無線端末が、それぞれ、3つのMPDUに対するACKフレームと制御情報(Ctrl)を、自端末に割り当てられたコード(Code)を使用して拡散している。
図13は、複数(一例として3つ)の無線端末のACKフレームを時間軸方向に多重する場合の他の一例を示す図である。ここでは、各無線端末が、それぞれMPDUに対するACKフレームを、自端末に割り当てられたコード(Code)を使用して拡散している。
そして、上記図10〜図13に示すCDM方式で拡散されたフレームを受信する基地局1(または特定の無線端末)では、受信復調部36が、多重されて送られてくるTMAを適切に分離して受信する。
このように、本実施の形態においては、TMAを用いることとし、さらに、TMAの実現方式としてCDM方式を採用することとした。これにより、従来方式に比べACK/NACKのために占有される無線通信区間を大幅に削減することができ、無線通信容量を大きく改善することができる。また、上記本実施の形態のようにコード化されたキャリアセンス方式、同期検波方式および差動変調方式においては、たとえば、コード化を採用しない単なるキャリアセンス方式と比較して、ロバスト性が向上している。
実施の形態5.
つづいて、実施の形態5の無線通信システムについて説明する。先に説明した実施の形態1〜4では、キャリアセンス方式、同期検波方式、差動変調方式およびCDM方式を用いたTMAの実現方法について説明したが、実施の形態5では、前述した実施の形態1〜4の方式を採用する場合において、異なる複数の無線端末から送信されるTMAのタイミング同期を実現する方法について説明する。
タイミング同期の方法は、たとえば、IEEE802.16で提案されているようなレンジングを用いて、すべてのOFDMAシンボルが、基地局と時間同期制御を行う方法(集中制御)と、ガードインターバルを利用してタイミング偏差を吸収する方法と、がある。
なお、基地局が各無線端末の経路差誤差,周波数誤差などを集中制御して補正することが可能な場合には、その制御情報と、TMAの送信タイミング,位置などを含むTMAインフォメーションフィールドを各無線端末に通知し、各無線端末は、その補正情報に基づいて基地局にTMAを送信する。
以降、本実施の形態においては、ガードインターバル(GI:Guard Interval)を利用してタイミング偏差を吸収する方法について説明する。なお、無線通信システムの構成、TMAの送受信シーケンス、およびアグリゲーションフレーム等のフレームフォーマットの概要については、前述した実施の形態1の図1〜図5とほぼ同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。
TMAは、前述した図5に示すように、異なる無線端末からのACKを1つ以上のOFDMAシンボル,サブキャリアにマッピングされた状態で受信するため、基地局1においては、各無線端末の位置に応じて無線フレームの到着時間が異なる。そのため、TMAを使用する場合には、各無線端末から送信されるTMAタイミングが異なることになり、ガードインターバルの長さが問題となる。
図14は、無線端末2−1から送信されるシンボル#2−1,無線端末2−2から送信されるシンボル#2−2に対して、無線端末2−3から送信されるシンボル#2−3が大幅に遅れて基地局1に到着している様子を示す図である。ここでは、基地局1の受信復調部36にて作成されたFFTウィンドウ(FFT Window)に対して、無線端末2−3から送信されたシンボル#2−3が、FFTウィンドウから外れているために、他のシンボル#2−1,シンボル#2−2に対して干渉になっていることを示している。なお、本来、無線LANにおいて、ガードインターバルは、マルチパスの影響に対応することを目的としている区間であり、このように端末位置による遠近問題を解決するために規定されているものではない。
(基本ガードインターバル)
上記干渉に関する問題を解決するため、本実施の形態では、TMAにおいて、2シンボル構成のACK情報を構築する。たとえば、図15に、既存のIEEE802.11aのシンボル構成と、本実施の形態のシンボル構成と、を示す。本実施の形態のシンボルをIEEE802.11a方式と共存させるような場合には、図示のように、1シンボルをガードインターバルとし、続く1シンボルでACK情報を伝送するような2シンボル構成とする。
図16は、上記本実施の形態のシンボル構成を適応した場合の一例を示す図である。たとえば、20MHz周波数帯の場合、上記のような構成をとると、ガードインターバルは4.0μsとなる。そのため、1200mの伝播路差まで対応できるため、十分なガードインターバル長となる。一方、既存のIEEE802.11aにて規定されているガードインターバル0.8μsでは、240mの経路差までしか対応できない。
また、本実施の形態では、通常より大きなガードインターバルを取ったとしても、ACKシンボルと相乗りする制御シンボル情報が数ビットであり、かつ、複数の無線端末の環境で無駄なIFSを削減することによる効果が支配的となるため、本方式による伝送効率劣化は問題とならない。
なお、本発明においては、ガードインターバルを1シンボル分としたが、ガードインターバル長は、経路差からのみ決定するものではなく、各無線端末がACKを応答するまでの処理遅延も含まれる。
(可変ガードインターバル)
また、上記干渉に関する問題を解決するための方法としては、上記の他に、ガードインターバルを可変にする方法がある。以下では、この方法を具体的に説明する。
たとえば、基地局1は、そのセルサイズに応じてTMAのためのガードインターバルをBeaconフレーム等で報知する。ここでは、基地局1と各通信端末との通信において、基地局1は、受信復調部36において受信するフレームが、自局が想定している受信タイミングからどれだけずれているか、を検出する。時間のずれを元に、各無線端末において伝播路差,デバイス差があることを受信制御部34が検出し、伝播路差,デバイス差を吸収するためのガードインターバルの長さを決定する。
つぎに、基地局1が、各無線端末に対して新たなガードインターバル長を通知する。なお、ここで、TMAインフォメーションフィールドを用いて通知しても良いし、別のフレームとして通知してもかまわない。
つぎに、新たなガードインターバル長を受信した各無線端末は、送信変調部35,受信復調部36にて、新たなガードインターバルでの変復調も行えるように自端末の設定を変更する。
さらに、各無線端末では、送信制御部33,受信制御部34が、ガードインターバルが変更されたことによる時間管理方法を変更する。なお、これ以降、各無線端末は、新しいガードインターバルを使ってTMAを返送する。また、図17では、TMAインフォメーションフィールドにてガードインターバル長を変更し、各無線端末から送信されているシンボルに対して、適切にFFTウィンドウが設定されている様子が示されている。
実施の形態6.
つづいて、実施の形態6の無線通信システムについて説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態1〜5の無線通信システムにおいて、複数の無線端末から送信されるACKフレームのタイミング同期について説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態1〜5と異なる処理について説明する。
従来のIEEE802.11では、キャリアセンスをトリガーとして、パイロットを使って同期タイミングを確立している。TMAでは、通常パイロットが存在しないため、この手法を用いることができない。なお、基地局1が各無線端末の経路差誤差,周波数誤差などを集中制御して補正することが可能な場合には、その制御情報,TMAの送信タイミング,位置などを含むTMAインフォメーションフィールドを各無線端末に通知し、各無線端末が、受信したTMAインフォメーションフィールドに基づいて基地局1に対してTMAを送信することも可能である。
しかしながら、従来のIEEE802.11では、複数の無線端末からのTMAをほぼ同一タイミングで受信する(図18参照)基地局1は、どの無線端末からのACKシンボルに同期するかを確定することができない。また、各無線端末からのACKシンボルごとにマルチパスが存在し、複数の遅延スプレッドが含まれるため、キャリアセンスによる同期確立が困難になる、という問題があった。
(PHYレイヤタイミング管理方式)
上記問題を解決するため、本実施の形態においては、PHYレイヤタイミング管理方式を採用する。たとえば、ACKの場合、先に説明したように基地局1からのデータ送出タイミングからのIFSが規定される。この時間をPHY32でカウントすることにより、基地局1はACK到達時刻を決定する。図19は、本実施の形態のPHYレイヤタイミング管理方式を示す図である。
なお、基地局1では、上記のようにPHY32でTMAの到達時間を管理し、受信のためのFFTウィンドウタイミングを設定する場合、PHY32でのデータ送信完了からACK到達時間までのIFSの正確さが重要になる(図20参照)。
また、アグリゲーションフレームは、MIMO,Multi-Channelsなどの技術を使用したとしても、非常に長いPHYフレームとなる可能性がある。そのため、無線端末側では、先頭のプリアンブル受信により作り出した同期タイミングが、PHYフレーム受信中に揺らぐ可能性がある。また、無線端末側では、アグリゲーションフレームを受信し、固定時間内にACKを応答する必要があり、最終フレーム位置を特定できることが望ましい。
そこで、本実施の形態では、アグリゲーションフレームの最終シンボルにパイロットを挿入する。図21は、本実施の形態のパイロットである“Re-Synchronization preamble”の構成を示す図である。無線端末側は、このパイロットを利用して、再同期を取るとともに、規定時間内にACKを送信する。
図22は、本実施の形態の無線ユニット24の構成を示す図である。具体的には、各無線端末は、上記“Re-Synchronization Preamble”を使用して、タイミング同期を取り直し、自身のACKタイミングを決定するためのタイマーを起動する(クロックカウンティングを開始)。そして、ACK送信部(Tx ACK)41が、規定時間内にACK判定処理を実行し、送信キュー(Tx Queue)42にACK情報を書き込む。その後、TMAタイミング管理部(TMA Timing Management)43では、規定された時間に送信キュー42からACK情報を読み出し、TMAフレームとしてACKを送信する。
(無線端末間タイミング調整)
また、PHY32のTMA送信タイミング管理機構を利用すると、各無線端末間のTMA送信タイミングが基地局1にて一致するように調整を行うことが可能となる。図23は、本実施の形態の無線ユニット14の構成を示す図である。
基地局1は、各無線端末と1対1通信を行う場合、それらの無線端末からのACK到達時間の遅延を測定する。なお、この測定は基地局1の管理の元で、定期的に行うことが可能である。
図23において、基地局1の送信変調部35は、送信制御部33から送信データを受け取ると、送信時間をタイミング管理部(Timing Management)37に通知する。つぎに、基地局1は、無線フレームを受信すると、その受信時刻を記録する。受信復調部36では、そのフレームがACKであるかどうか判定することができないため、MAC31へそのフレームを転送し、受信制御部34から受信フレーム種別(データ,ACK)を受信する。
これにより、タイミング管理部37は、データ送信からそのACK受信までの時間を取得することができる。なお、本実施の形態では、データとACKの組み合わせについて説明したが、RTS/CTSなどのフレームにおいても同様に計測可能である。
つぎに、基地局1は、アグリゲーションフレーム内のTMAインフォメーションフィールドにて、各無線端末のACK送信タイミング情報(Tx Timing Info)を通知する。各無線端末は、この情報を使って、基地局1においてTMAのACKシンボルの受信タイミングが一致するように、ACK送信タイミングを調整する。図24は、TMAインフォメーションフィールドに含まれるACK送信タイミング情報を示す図である。ここでは、基地局1が、宛先無線端末毎に個別にACK送信タイミングを通知する。
そして、各無線端末のTMAタイミング管理部43は、上記ACK送信タイミングに従い、送信キュー42から出力するデータの送信タイミングを調整する。
上記制御により、基地局1において、各無線端末からのTMAによるACKシンボルタイミングを一致させることができる(図25参照)。なお、本実施の形態のTMAシンボルタイミング調整機能を持つ場合には、ガードインターバルは通常サイズのものを使用することとしてもよい。
実施の形態7.
つづいて、実施の形態7の無線通信システムについて説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態1〜6の無線通信システムにおいて、複数の無線端末から送信されるACKの電力制御について説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態1〜6と異なる処理について説明する。
TMAでは、複数の無線端末からのACKを同一シンボル内で多重するため(Tone,サブキャリア多重)、無線端末の位置により遠近問題が生じる。図26は、無線端末位置による遠近問題を示す図であり、たとえば、STA2−1,2−2,2−3が同じ電力でTMAを送信した場合における、基地局1が各無線端末から受け取ったフレームの受信電力、を示している。
そこで、本実施の形態においては、上記遠近問題を解決するための方法、すなわち、本実施の形態の、自立電力制御,集中制御,キャリアセンス型TMA固有の電力制御、について説明する。なお、後述するキャリアセンス型TMA固有の電力制御については、自立電力制御,集中制御のどちらに対しても適応可能である。
(7.1 自立電力制御)
図27は、電力制御の様子を示す図である。無線端末は、基地局1が送信したフレームの電力を知ることにより、伝播路での電力損失を計算することができる。各無線端末が送信するTMAのACK電力を同一値にするため、各無線端末は、上記電力損失に基づいて送信電力値を決定する。本実施の形態では、2つの方式にて電力損失を取得する。
(7.1.1 Beaconによる電力損失の取得)
基地局1は、Beaconフレームに、自局が送信するフレームの送信電力値情報,各無線端末から受信した電力情報、基地局1が要求する自局の受信電力、を設定することにより、無線端末側で電力のパスロスを計算できるようにする。すなわち、各無線端末は、これらの値を使ってTMAのACKフレーム送信時の送信電力を制御する。
各無線端末は、Beaconフレームに埋め込まれた送信電力値と自端末が受信した際の電力値との差に基づいて、伝播路における電力ロスを計算する。また、各無線端末は、基地局1が要求する受信電力に基づいて、基地局1側で同じ電力で受けるためにはどのぐらいの送信電力が必要か、を判断し、適応的かつ自立的に送信電力を制御する。
(7.1.2 アグリゲーションフレーム電力)
また、上記とは異なる電力損失を取得する方式として、たとえば、基地局1が、アグリゲーションフレームの制御情報、すなわち、TMAインフォメーションフィールドに送信電力値情報(AP Tx Power Info)を含めることにより、各無線端末は、受信フレームの受信電力からパスロスを計算する。図28は、TMAインフォメーションフィールドに含める送信電力値情報を示す図であり、基地局1は、各無線端末に対して個別に送信電力を通知する。各無線端末では、上記送信電力値情報に基づいて、TMAによるACKフレーム送信時の送信電力を制御する。
また、図29は、本実施の形態の無線ユニット24の構成を示す図である。各無線端末の受信復調部36は、アグリゲーションフレームを受信,復調し、TMAインフォメーションおよびMPDUsを受信制御部34に転送する。つぎに、電力損失計算部(Rx Level Measurement)44は、送信電力のパスロスを計算する。なお、電力損失計算部44は、TMAタイミング管理部43と連動して動作し、上記パスロスに基づいてTMAのACK送信時の電力を制御する。
(7.2 集中制御)
また、上記遠近問題を解決するため、本実施の形態においては、基地局1が、アグリゲーションフレームを送信する際に、各無線端末からのTMAの送信電力を予め指定することとしてもよい。図30は、TMAインフォメーションフィールドに含めるTMA送信電力情報(STA Requested Tx Power Info)を示す図である。ここでは、TMA送信電力情報の中に、無線端末ごとのTMA送信電力を含める。なお、基地局1による電力値の指定方法は、相対値(増減量,加減量)を用いても良い。
図31は、基地局1による集中制御手順を示す図である。具体的な集中制御手順としては、まず、各無線端末が、上記の処理に従って、アグリゲーションフレームから電力のパスロス値を計算し、そのパスロス値に基づいて自立制御によりTMA(ACK)の送信電力を決定し、ACKを送信する(ステップS1,S2:Self detection Tx Power Control)。つぎに、基地局1は、TMA(ACK)を受信し、無線端末ごとのACK受信電力を取得し、これらのACK受信電力から所望のTMA送信電力を計算する。そして、基地局1は、次のアグリゲーションフレーム送信時に、無線端末ごとに所望のTMA送信電力を指定し、このTMA送信電力情報を送信する(ステップS3:Central Control Tx Power Control)。各無線端末では、受け取ったTMA送信電力情報に従ってACKを送信する(ステップS4:Central Control Tx Power Control)。なお、上記TMA送信電力情報では、各無線端末の相対電力(上げ量,下げ量)だけでなく、自立電力制御の指定もできるものとする。
(7.2.1 TMA電力制御)
また、TMAにおいて、利用されるTone(サブキャリア)数は、連結したフレーム数に依存する。そのため利用されないTone分の電力を、TMAを伝送するToneで利用することが可能となる。利用方法には、以下の2つの方式がある。
(7.2.1.1 周波数ダイバシティ)
図32は、基地局1が送信するアグリゲーションフレーム中の“TMA Tone MAP info”を示す図である。“TMA Tone MAP info”の詳細については後述する。ここでは、各無線端末が、連結されたMACフレームのQoSに応じて、空きToneに後述するTMCF情報をコピーして伝送する。たとえば、ACK/NACKの情報を余剰にコピーして伝送する。図33は、周波数ダイバシティの具体例を示す図である。なお、Gはガードインターバルを表す。また、MPDUごとの“TMA Tone MAP info”を用いたToneのマッピングについては後述する。
(7.2.1.2 電力制御)
図34は、空きToneを用いた電力制御を示す図である。基地局1では、TMAを用いたACKの電力を通知する際、空きTone数を考慮して通知する。たとえば、空きTone数が1で、アグリゲーションフレーム中に1つだけQoSの高いMPDUが含まれていた場合(たとえば、再送PDU)、基地局1は、この再送PDUに対するTMA(ACK)の送信電力を、他のACKの2倍にする(空きToneの電力を利用する)。これにより、無線端末では図34に示す電力制御が行われ、QoSの高いTMAの送達確率を改善することができる。
(7.3 キャリアセンス型TMA固有電力制御)
キャリアセンス型のTMAにおいては、たとえば、ACK/NACK情報を電力のON/OFFで通知する。この方式では、すべての連結MPDUの送達確認がNACKの場合、TMAフレームの電力が0となる。
そのため、キャリアセンス型TMAでは、ACKとNACKを別Toneにマッピングし、ACK時はACKトーンに電力を与え、NACK時はNACKトーンに電力を与えるという方式を取る。図35は、本実施の形態のキャリアセンス型TMA固有電力制御を示す図である。
この方法を用いる場合、ACKまたはNACKのどちらかしか利用しないため、シンボル電力は2倍(+3dB)とする。たとえば、ACK時は、NACKを送信しないので、その電力をACKにおいて利用し、+3dBとする。
実施の形態8.
つづいて、実施の形態8の無線通信システムについて説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態1〜7の無線通信システムにおける、各無線端末の周波数同期について説明する。本実施の形態では、前述した実施の形態1〜7と異なる処理について説明する。
TMAでは、Tone方向で無線端末を多重するため、各無線端末の周波数偏差が問題となる。各無線端末の周波数が異なると、他のToneの干渉として作用する。
この問題を解決するため、各無線端末は、Beaconを用いて基地局1との周波数同期を取る。各無線端末は、Beacon受信時,基地局1からのデータ受信時、にAFCを実行し、位相回転量を保持する。この情報を用いて、各無線端末は、TMA(ACK)送信時に位相を逆回転させ、基地局1で各無線端末からの周波数が同期するように制御する。
図36−1は、基地局1と各無線端末との間で周波数同期を取るための処理を説明するための図である。右矢印は、基地局1から無線端末に送信されるパケットを意味し、左矢印は、無線端末側から基地局1(あるいは別の無線端末)に送信されるパケットを意味する。各無線端末は、基地局1から送信される、Beaconおよびデータの受信時にAFCを実行し、位相回転量を保持し、TMA送信時に、基地局1と自無線端末との位相回転量を補正し、基地局1において、各無線端末からの周波数が同期するように制御する。
また、図36−2は、各無線端末での周波数同期方法を説明するための図である。無線端末は、Beaconまたはデータを受信し、受信復調部36にある周波数変換部101にて、自装置の動作周波数にダウンコンバートを行い、TR(Timing Recovery)部102でタイミング調整を行い、AFC(Automatic Frequency Control)部103にて周波数の補正値を算出する。そして、周波数補正部104では、補正値に基づいて受信データを修正し、後段の復調部に引き渡す。一方、送信側では、送信変調部35内にあるMAP部201において、送信データに対して変調情報やTMA情報を元に変調を行った後、周波数補正部202が、上記AFC部103からの補正値に基づいて自端末の周波数偏差を修正する。そして、周波数変換部203が、周波数変換を行って所望の周波数帯で送信を行う。
実施の形態9.
つづいて、実施の形態9の無線通信システムについて説明する。前述した実施の形態1〜4については、TMAの基本的な実現方法について説明した。また、実施の形態5〜8においては、上記実施の形態1〜4に対して適応可能な拡張機能について説明した。本実施の形態では、よりシステム的な観点から、上述の実施の形態1〜8のさらなる性能向上を図るための拡張機能について説明する。以下に、下記3つの拡張機能について説明する。
(1)アダプティブ制御(Adaptive Control)
(2)アウトスタンディングTMA(Outstanding TMA)
(3)TMCF(Tone Multiplex Control Frame)
(9.1 アダプティブ制御)
(9.1.1 適応的周波数ダイバシティ制御)
差動変調方式/同期検波方式のTMAでは、伝播環境に応じて変調度やコーディングレートを変更する。また、キャリアセンス型のTMAは、変調度を制御するのではなく、周波数ダイバシティ率を変えることにより制御する。ここでは、キャリアセンス型のTMAにおいて、電力制御を目的とした周波数ダイバシティではなく、適応的制御を目的とした周波数ダイバシティについて規定する。
(9.1.1.1 PTONE/FTONE制御)
MAC31は、伝送路品質に応じて、キャリアセンス型のTMAにおけるACKマッピングをPTONE(Partial Tone)型にするか、FTONE(Full Tones)型にするか、を制御する。この情報は、TMAインフォメーションフィールド内の“TMA Tone MAP Info”情報(図32参照)に反映されて伝送される。
(9.1.1.2 PTONE MAP)
“PTONE MAP”利用時は、1ACKを送信するために複数Toneを利用する。実際の物理Toneと論理Toneの関係は、周波数方向のインタリービングが作用するため、連続した物理Toneに配置されるわけではないが、説明を容易にするため、論理Toneを用いて説明を行う。図37−1は、PTONEの論理Toneマッピングを示す図である。
PTONE方式(Partial Tone Method)では、Toneを部分的に複数のACKで共有する。伝送路品質が良好になるほどPartial領域のTone数を削減し、伝送路品質が悪くなるほどPartial領域のTone数を増大させる。
(9.1.1.3 FTONE MAP)
“FTONE MAP”では、すべてのToneを1ACKで利用する。図37−2は、FTONE方式のToneマップを示す図である。
キャリアセンス型TMAは、位相振幅補正を行う必要がなく、Toneの電力のみでON/OFFを判定する。また、IEEE802.11aなどのWLANでは、統一的に制御されない他システムが存在しないとすると、他セル間干渉/他システム干渉の小さいシステムとみなすことができる。
そのため、キャリアセンス型TMAでは、同時にエアーを利用するほかの無線端末との干渉が問題になるが、FTONE方式(Full Tone Method)を取ることにより、周波数間干渉を回避することができ、また、十分なガードインターバルが存在すれば、同時に時間方向の干渉も回避可能となる(ロバスト通信モード)。
一方で、アグリゲーションフレームにおいて、NAV(Net Allocation Vector)などの仮想キャリアセンス情報を無線端末に通知することによって、TMAの受信完了時刻までエアーを予約することも可能である。なお、NAVによる帯域予約方法では、他システムからの干渉に対しては解決策とはならないため、FTONE方式が有効である。
(9.2 アウトスタンディングTMA(Outstanding TMA))
TMA方式は、基地局1から送出されたマルチユーザー宛のアグリゲーションフレームに対して、全ての無線端末が規定された時間内にACK(Tone多重される)を送信することが必要となる。しかしながら、全ての無線端末のPHY32,MAC31がこの機構を保障するだけの性能を保持するわけではない。そこで、アウトスタンディングTMAを示す。
(9.2.1 課題)
図38は、TMA方式の課題を示す図である。本実施の形態では、マルチユーザー宛のアグリゲーションフレームに対するACK処理が規定時間内に間に合わない無線端末(図38参照:図38では端末2−4に相当)を救済する。
(9.2.2 アウトスタンディングACK(Outstanding ACK))
基地局1は、最もLowスペックの無線端末の応答時間に基づいてアウトスタンディング数を決定する。そして、アグリゲーションフレームにアウトスタンディング数に関する情報(アウトスタンディング情報)を含めて送信する。図39は、アグリゲーションフレーム内のアウトスタンディング情報を示す図である。各無線端末は、指定されたアウトスタンディング数に応じて、TMA(ACK)を送信する。
図40は、本実施の形態のアウトスタンディングTMA方式を示す図であり、詳細には、アウトスタンディング数を2とした場合の例を示している(アウトスタンディング数が1の場合は、通常のStop&Waitとなる)。
(9.3 TMCF(Tone Multiplex Control Frame))
前述した実施の形態1〜8においては、TMAを定義し、アグリゲーションフレームに対するACKの送信方法について説明した。本実施の形態では、ACK以外の制御フレーム(Control Frame)に対して適応するために、TMCFを定義し、TMCFインフォメーションフレーム(TMCF info)を含むアグリゲーションフレームを送信する。
本実施の形態においては、OBSS(Overlapping Basic Service Set)問題や、隠れ端末問題、を解決するために使用される制御フレームであるRTS/CTS手順にも同様の手順にて適用することが可能である。
(9.3.1 TMCF(CTS))
図41,図42は、本実施の形態のTMCF(CTS)手順を示す図である。基地局1は、TMCFインフォメーションフレームを含むアグリゲーションフレーム(RTS)を複数の無線端末(2−1〜2−4)宛に送信し、IFS後に、それらの無線端末の一部または全部から同時にTMCF(CTS)を受信する。また、その後に送信するアグリゲーションフレームには、TMCF(CTS)を送信した無線端末(ここでは、無線端末2−1と2−4)に対してのみデータを含めて送信する。そして、再びIFS後に、各無線端末(2−1,2−4)が、応答フレームであるACKをTMCF(ACK)にて送信する。その後、基地局1は、受信したTMCF(ACK)を解析し、返信された送達確認フレームがACKまたはNACKであることを認識して処理を行う。これにより、帯域の効率的な利用が可能となる。
このように、TMCFを利用することにより、次のアグリゲーションフレームにおいて、CTSを送信しなかった無線端末2−2,2−3に対して余分なデータを送信しないことになるので、効率的な帯域の使用が可能になる。また、CTSフレームを各無線端末から多重受信することができるので、以降のアグリゲーションフレーム(データ)を効率的に送信できる。
なお、本実施の形態では、基地局1からRTSを送信してシーケンスを開始しているが、これに限らず、無線端末から他の複数の無線端末向けにRTSを送信して通信を行う場合においても適用可能である。
(9.3.2 TMCF types Mapping)
TMCFでは、アグリゲーションフレームと組み合わせることで、複数の無線端末に対して個別の情報を通知することが可能となる。
(9.3.2.1 TMCF(ACK,CTS) from STAs)
本実施の形態においては、OBSS問題や隠れ端末問題を解決するために使用される制御フレーム(Control Frame)であるRTS/CTS手順にも同様の手順にて適用することが可能である。
図43,図44は、本実施の形態のTMCF(ACK,CTS)手順を示す図である。基地局1は、TMCFインフォメーションフレームを含むアグリゲーションフレーム(RTS,データ)を複数の無線端末(2−1〜2−4)宛に送信し、IFS後に、無線端末(2−1〜2−4)から同時にTMCF(ACK,CTS)を受信する。具体的には、まず、無線端末2−1,2−2,2−4に対してRTS、無線端末2−3に対してデータフレーム、が送信され、IFS後に、各無線端末からTMCFを利用して、それぞれCTSまたはACKが送信されている。
また、基地局1は、その後に送信するアグリゲーションフレームには、TMCF(CTS)を送信した無線端末(ここでは、無線端末2−1と2−4)に対してのみデータを含めて送信する。ここでは、無線端末2−2からのCTSがなかったために、次のアグリゲーションフレームには無線端末2−2宛のデータを含めずに、無線端末2−1,2−4に対してのみアグリゲーションフレーム(データ)を送信する。
そして、再びIFS後に、各無線端末(2−1,2−4)が、応答フレームであるACKをTMCF(ACK)にて送信する。これにより、帯域の効率的な利用が可能となる。
このように、TMCFを利用することにより、複数の制御フレームを多重でき(ここではCTSとACK)、同時に、次のアグリゲーションフレームにおいて、CTSを送信しなかった無線端末2−2に対して余分なデータを送信しないことになるので、さらに効率的な帯域の使用が可能になる。また、通常、RTSとデータフレームは別々に送信されるものであるが、TMCFと組み合わせることにより、アグリゲーションフレームに同時に含めることが可能となる。
本実施の形態により、干渉エリアや隠れ端末問題を引き起こす無線端末にのみRTS/CTS手順を適用し、それ以外の無線端末に対してはデータフレームを直接送信することが可能になる。
(9.3.3 ピギーバック制御(Piggy Back Control))
TMCFでは、ACK以外にも制御情報を相乗りさせることが可能である。この場合、差動変調方式/同期検波方式では、多値変調を利用することがあり、また、複数シンボルを利用することもある。また、キャリアセンス型では、複数Toneや複数シンボルを利用することにより、複数種類の情報を伝達することが可能である。ここでは、相乗り制御とそのシーケンスを規定する。
(9.3.3.1 TMCF(ACK+RTS))
図45は、本実施の形態のTMCF(ACK+RTS)手順を示す図である。たとえば、ダウンリンク(DL:基地局1→無線端末2−1〜2−3)のアグリゲーションフレームに引き続き、アップリンク(UL:無線端末2−1〜2−3→基地局1)送信を行う場合には、RTSフレームをTMCF(ACK)と相乗りさせることによってシーケンスを短縮することができる(ここでは無線端末2−2と2−3が相乗りさせている)。以下に提案方式を示す。
基地局1は、複数のユーザー(無線端末2−2と2−3に相当)からのTMCF(RTS)を集計し、ULを許可する無線端末を選択し、ULで割り当てる時間などの情報(UL割り当て情報:UL Allocation Info)を含めて、選択した無線端末(無線端末2−2と2−3に相当)に対してCTSで応答する。選択された無線端末は、割り当てられた時間期間においてULの通信を行う。
その際、“UL Data Transmission”の期間にULのデータ送信と対応するACKフレームの受信を行うことになるが、基地局1からのACK送信に関しては、事前のACKポリシーの交換に応じて、BlockACK,No_ACKなどでもかまわない。
なお、本実施の形態は、IEEE802.11eで規定されているTXOPsの割り当て手順を改良した形としても実現可能である。また、“ACK for STA2−2”と“ACK for STA2−3”は、BlockACKのような形式をとっても良いし、事前に割り当てた時間に完全に基づいて送信を行うようなTDMAのようなアクセス方式にも対応できる。すなわち、図45は、一例であり、他のバージョンは複数存在する。
実施の形態10.
つづいて、実施の形態10の無線通信システムについて説明する。前述の実施の形態1〜9においては、TMA(またはTMCF)を用いて、物理層のオーバーヘッドや、ACKフレーム手順によるプロトコルオーバーヘッドを削減し、通信容量の拡大を実現した。本実施の形態では、前述した実施の形態1〜9の無線通信システムにおいて、さらに、マルチユーザー宛のアグリゲーションフレームに対するTMAによるオーバーヘッドを削減する。具体的には、TMCF(またはTMA)を、全二重通信システムに適用することで、IFS時間とTMCF送信に掛かる無駄なプロトコル時間を削減する。
(10.1 TMCF for Dual Band Wireless System)
本実施の形態では、広帯域伝送が可能な、主にデータ伝送を行う物理チャネルを、データチャネル(Data-CH)と規定する。一方で、制御フレーム(Control Frame:ACK/NACK,RTS/CTS etc.)などの制御通信を行う物理チャネルを、制御チャネル(Ctrl-CH)と規定する。
なお、それぞれのチャネルは、同じ周波数帯から複数のチャネルを選択して利用することも可能であるが、データチャネルは大容量通信を行うために高周波数帯域を使い、制御チャネルは、送信データ量が比較的少なく、ロバスト性に優れている必要があることから、データチャネルに比べて低周波数帯を使う。また、TMAインフォメーションフィールドには、先の実施の形態と同様に、“Tx Timing Info”,“AP Tx Power Info”,“STA Requested Tx Power Info”などが含まれているが、以降の説明では省略する。また、本実施の形態にかかる無線通信システム(家庭/オフィス向けの無線ネットワーク)の構成は、図1と同様であるためその説明を省略する。
図46は、本実施の形態のデュアルバンド無線システムの無線ユニット14,24の構成を示す図である。この無線ユニットは、信号インタフェースユニットまたは端末インタフェースユニットとの接続のためのホストインタフェースからのデータに基づいて、送信データの作成,受信データの作成,アクセス制御、を行うMAC31と、変復調などを行うPHY32と、を備える。MAC31には、それぞれ、送信データの作成,送信タイミングなどの管理、を行う送信制御部(MAC Tx)33と、受信タイミングの検出,受信データの成否の確認などを行う受信制御部(MAC Rx)34と、データチャネル,制御チャネルのどちらで送信/受信を行うかを選択するセレクター部(SEL)51,52と、を有する。また、PHY32には、データチャネルと制御チャネルのそれぞれに対して、MAC31からの送信データを変調する送信変調部(Data_CH Tx PHY)53,送信変調部(Ctrl_CH Tx PHY)54と、受信データを復調する受信復調部(Data_CH Rx PHY)55,受信復調部(Ctrl_CH Rx PHY)56と、を有する。
図47は、本実施の形態のTMA(TMCF)をデュアルバンドシステムに対応させた図であり、たとえば、TMAを用いた際のフレーム送受信シーケンスとフレームフォーマットを示している。基本的な流れは図4と同様のため、異なる部分について説明する。
データチャネルでは、制御チャネルでのTMCFのタイミング,マッピング位置、などの制御情報を含むマルチユーザー宛のアグリゲーションフレームを送信する。アグリゲーションフレームを受信した無線端末は、割り当てられた時間を使用して、制御チャネルを用いてTMCF(ACK)を送信する。これにより、ダウンリンク(DL)とアップリンク(UL)が同時に通信可能となり、TMCFによる余分なプロトコルオーバーヘッドを削減でき、通信容量の拡大を実現できる。なお、図57に示すように、MPDUごとに定期的に同期用プリアンブルを挿入すると、無線端末は、基地局1との同期を精度よく維持できる。
(10.2 Bi-BCN Transmission)
本実施の形態では、デュアルバンドを使用することから明らかなように、他セル間干渉/他システム干渉が問題となる。
他セル間干渉に関しては、データチャネルと制御チャネルにおいて、Beacon(BCN)フレームを送信することによって解決する。以下に、Beaconフレームによる帯域予約方法を示す。
本実施の形態では、基地局1が特定の帯域で動作していることを示す報知情報(Beaconフレーム)をデータチャネル,制御チャネルの両方で定期的に送信する。なお、各チャネルのBeaconフレーム内には、データチャネル,制御チャネルの両方の動作周波数またはチャネル番号等を含む。なお、各チャネルのBeaconフレームに、それぞれのチャネルの情報を含めて送信することにより、DFS(Dynamic Frequency Selection)などの制御によって基地局1が動作チャネルを変更する場合であっても、各無線端末が、データチャネル,制御チャネルの動作周波数,チャネル番号を把握することが可能になる。
図48は、本実施の形態におけるBeaconフレームの送信方法を示す図である。Beaconフレームが定期的にデータチャネル,制御チャネルにて送信されている様子が示されている。なお、Beaconフレーム間のフレーム交換シーケンスは、図48に限らない。
以下、本実施の形態では、Beacon送信方法の具体例を個別に記載する。
(1)基地局による集中管理方式
(2)複数無線端末(代理基地局)による分散管理方式
(10.2.1 基地局による集中管理方式)
(10.2.1.1 NAV setting)
図49は、基地局による集中管理方式を適用した場合のBeacon送信方法の一例を示す図である。Beaconフレームの仮想キャリアセンス(NAV)情報を用いることによって、次のBeaconまでの期間を予約することも可能である。その場合は、基地局1によって割り当てられた無線端末のみが通信可能となり、他セル間干渉や隠れ端末問題を回避することが可能となる。
また、BeaconフレームまたはアグリゲーションフレームのアップリンクMAP(UP link MAP)にて、アップリンクの送信時間を各無線端末に個別に割り当てることにより、ULの通信もスケジューリングすることが可能である。なお、本実施の形態においては、前述したRe-Synchronizationフィールドなどを加えてもかまわない。
(10.2.1.2 Delayed Beacon Transmission)
本実施の形態においては、前述したように、データチャネルと制御チャネルにおいてBeaconフレームを送信する。しかしながら、同一周波数上で動作する他セルからの干渉があった場合には、所望の時間にBeaconが送信できない可能性がある。その際は、Beaconの送信を遅らせる(延期する)ことで、動作チャネルでのBeacon送信が可能となる。
図50は、他セルまたは他システムからの干渉により、制御チャネルのBeacon送信を遅らせる場合を示す図である。制御チャネルのBeaconが送信される際には、次のBeaconまでのBeaconピリオドを再設定して、Beaconフレーム内で通知する。すなわち、「本来のBeaconピリオド−遅れた時間」を通知する)。次のBeaconタイミングは、通常送信されるタイミングを通知する。
なお、パワーセーブ端末は、制御チャネルにおいて、予定されていたBeaconタイミングでフレームを受信できなかった場合、制御チャネルでBeaconフレームを受信するまでBeaconフレームの受信を待つ。
また、無線端末は、制御チャネルでBeaconが受信できなかった理由が、たとえば、制御チャネルにおいて干渉が多く、制御チャネルの動作周波数を変えたような“Dynamic Channel Selection(DCS)”が行われた場合においては、つまり、制御チャネルの動作チャネルが変更されたことを無線端末が知った場合には、今回の制御チャネルでのBeaconフレームの受信待ちをやめ、次のBeaconタイミングにおいて、Beacon(Data-CH)で通知された制御チャネルのチャネルでBeaconを受信するように、制御チャネルの動作チャネルを変更する。
(10.2.2 複数無線端末(代理基地局)による分散管理方式)
(10.2.2.1 Beacon Period)
単位時間のスロットで構成されるスーパーフレーム中の特定の可変サイズのスロットをBeaconピリオドと規定し、そのBeaconピリオド内に複数無線端末がBeaconフレームを送信するようなシステムについて説明する。
(10.2.2.2 Beacon送信方法)
図51は、本実施の形態のBeacon送信方法を示す図である。各無線端末は、Beaconピリオド(BCN Period)にて1度だけBeaconを送信し、以降に続くスーパーフレームのスロット予約を行う。初めてBeaconを送信する際には、空きBeaconスロットで送信を行う。
なお、1度Beaconが正常に送信された場合には、格別な制御がない限り、同じBeaconスロットを使用して送信を行う。格別な制御とは、端末台数が少ないにもかかわらず、Beaconピリオドが大きく、スロットがあまっている場合に、Beaconピリオドのスロット数を減らし、現在Beaconスロットで送信している無線端末を前の方に集めるような制御や、逆に、端末台数が増加し、現在のBeaconピリオドでは足りない際に、Slotを増加させるケース、を示す。
また、上記分散管理方式を採用する各無線端末は、図52に示すように、割り当てられたスロット時間内で、アグリゲーションフレームの送信とTMAフレームの受信などのシーケンスを行う。具体的に、図52においては、まず、無線端末2−1が、Beacon送信により予約したスロットを用いてアグリケーションフレームを送信後、その応答として無線端末2−2,2−3からのACKを含むTMCF(ACK)を受信し、つぎに、無線端末2−2が、Beacon送信により予約したスロットを用いてアグリケーションフレームを送信後、その応答として無線端末2−1,2−3,2−4からのACKを含むTMCF(ACK)を受信し、つぎに、無線端末2−4が、Beacon送信により予約したスロットを用いてアグリケーションフレームを送信後、その応答として無線端末2−1,2−3からのACKを含むTMCF(ACK)を受信している。
(10.2.2.3 Beacon情報)
各無線端末は、自身のBeaconフレーム内に、自端末IDを入れるとともに、各Beaconピリオドで送信される他の無線端末からのBeaconを受信して、その端末IDも入れる。これにより、各無線端末は、他の無線端末に自身が登録されているかどうかを判断することができる。
また、初めてBeaconを送信する際には、他にこれからBeaconを送信しようとする端末とフレームが衝突する可能性があるが、次のBeaconピリオドにおいて、他の端末からのBeaconを見ることによって、自身のBeaconが他の無線端末と衝突しないで送信できたかどうかを判断できる。他の無線端末のBeaconに、自身の端末IDが登録されていない場合には、他の無線端末と同じBeaconスロットを使用していることが分かり、その無線端末は、Beaconスロットを変更して、Beaconを送信する。
(10.2.3 複数無線端末(代理基地局)による分散管理方式)
(10.2.3.1 Beacon Period)
単位時間のスロットから構成されるスーパーフレーム中の特定の可変サイズのスロットをBeaconピリオドと規定し、そのBeaconピリオド内に複数無線端末がBeaconフレームを送信するようなシステムについて説明する。図53,図54は、図51,図52とは異なる、本実施の形態のBeacon送信方法を示す図である。図において、スーパーフレームは、報知信号であるBeacon送信期間(BCN Period)と、Beaconによって通知されたスロットを使用して通信を行う非衝突アクセス期間(CFP:Contention Free Period)と、新規の要求を通知するために使用されるランダムアクセス期間(CP:Contention Period)から構成される。
(10.2.3.2 Beacon送信方法)
各無線端末は、Beaconピリオドにて、1度だけBeaconを送信し、以降に続くスーパーフレームのスロット予約を行う。初めてBeaconを送信する際には、空きBeaconスロットで送信を行う。また、上記分散管理方式を採用する各無線端末は、図54に示すように、割り当てられたスロット時間内で、アグリゲーションフレームの送信とACKフレームの受信などのシーケンスを行う。ここでは、図52とは異なり、図示のCPF,CP切り替えタイミングにおいて、非衝突アクセス期間とランダムアクセス期間が分けられている。
以上のように、本発明にかかる無線通信システムは、送達確認フレームを複数端末間で多重して送信する無線通信システムに有用である。
本発明にかかる無線通信システムの構成を示す図である。 無線ユニットの構成を示す図である。 TMAを用いたフレーム送受信シーケンスを示す図である。 TMAを用いた際のフレーム送受信シーケンスとフレームフォーマットを示す図である。 TMAの実施例を示す図である。 キャリアセンス方式を採用した場合の送達確認フレームの一例を示す図である。 キャリアセンス方式を採用した場合の送達確認フレームの一例を示す図である。 同期検波方式を採用した場合の送達確認フレームを示す図である。 差動変調方式を採用した場合の送達確認フレームを示す図である。 一つの無線端末のACKフレームを周波数方向に拡散する場合の一例を示す図である。 一つの無線端末のACKフレームを周波数方向に拡散する場合の一例を示す図である。 複数の無線端末のACKフレームを時間軸方向に多重する場合の一例を示す図である。 複数の無線端末のACKフレームを時間軸方向に多重する場合の一例を示す図である。 無線端末2−1から送信されるシンボル#2−1,無線端末2−2から送信されるシンボル#2−2に対して、無線端末2−3から送信されるシンボル#2−3が大幅に遅れて基地局に到着している様子を示す図である。 既存のIEEE802.11aのシンボル構成と、実施の形態5のシンボル構成と、を示す図である。 実施の形態5のシンボル構成を適応した場合の一例を示す図である。 TMAインフォメーションフィールドにてガードインターバル長を変更し、各無線端末から送信されているシンボルに対して、適切にFFTウィンドウが掛けられている様子を示す図である。 従来技術の問題点を示す図である。 実施の形態6のPHYレイヤタイミング管理方式を示す図である。 実施の形態6のPHYレイヤタイミング管理方式を示す図である。 実施の形態6のパイロットである“Pre-Synchronization preamble”の構成を示す図である。 実施の形態6の無線ユニットの構成を示す図である。 実施の形態6の無線ユニットの構成を示す図である。 TMAインフォメーションフィールドに含まれるACK送信タイミング情報を示す図である。 実施の形態6の効果を示す図である。 無線端末位置による遠近問題を示す図である。 遠近問題を解決するための方法として電力制御の様子を示す図である。 TMAインフォメーションフィールドに含める送信電力値情報を示す図である。 無線ユニットの構成を示す図である。 TMAインフォメーションフィールドに含めるTMA送信電力情報を示す図である。 基地局による集中制御手順を示す図である。 基地局が送信するアグリゲーションフレーム中の“TMA Tone MAP info”を示す図である。 周波数ダイバシティの具体例を示す図である。 空きToneを用いた電力制御を示す図である。 実施の形態7のキャリアセンス型TMA固有電力制御を示す図である。 周波数同期を取るための処理を説明するための図である。 無線端末での周波数同期方法を説明するための図である。 PTONEの論理Toneマッピングを示す図である。 FTONE方式のToneマップを示す図である。 TMA方式の課題を示す図である。 アグリゲーションフレーム内のアウトスタンディング情報を示す図である。 実施の形態9のアウトスタンディングTMA方式を示す図である。 実施の形態9のTMCF(CTS)手順を示す図である。 実施の形態9のTMCF(CTS)手順を示す図である。 実施の形態9のTMCF(ACK,CTS)手順を示す図である。 実施の形態9のTMCF(ACK,CTS)手順を示す図である。 実施の形態9のTMCF(ACK+RTS)手順を示す図である。 実施の形態10のデュアルバンド無線システムの無線ユニットの構成を示す図である。 実施の形態10のTMA(TMCF)をデュアルバンドシステムに対応させた図である。 実施の形態10におけるBeaconフレームの送信方法を示す図である。 基地局による集中管理方式を適用した場合のBeacon送信方法の一例を示す図である。 他セルまたは他システムからの干渉により制御チャネルのBeacon送信を遅らせる場合を示す図である。 実施の形態10のBeacon送信方法を示す図である。 実施の形態10のBeacon送信方法を示す図である。 実施の形態10のBeacon送信方法を示す図である。 実施の形態10のBeacon送信方法を示す図である。 従来技術の一例を示す図である。 従来技術の一例を示す図である。 従来技術の一例を示す図である。 従来技術の一例を示す図である。 従来技術の課題を説明するための図である。 従来技術の課題を説明するための図である。
符号の説明
1 基地局(AP)
2−1〜2−n 無線端末(STA)
11 通信ユニットシステム
12 アクセス系終端ユニット
13 信号インタフェースユニット
14 無線ユニット
21 情報機器本体
22 端末ユニットシステム
23 端末インタフェースユニット
24 無線ユニット
31 MAC(Media Access Control)
32 物理層(PHY)
33 送信制御部(MAC Tx)
34 受信制御部(MAC Rx)
35 送信変調部(Tx PHY)
36 受信復調部(Rx PHY)
37 タイミング管理部(Timing Management)
41 ACK送信部(Tx ACK)
42 送信キュー(Tx Queue)
43 TMAタイミング管理部(TMA Timing Management)
44 電力損失計算部(Rx Level Measurement)
51,52 セレクター部(SEL)
53 送信変調部(Data_CH Tx PHY)
54 送信変調部(Ctrl_CH Tx PHY)
55 受信復調部(Data_CH Rx PHY)
56 受信復調部(Ctrl_CH Rx PHY)

Claims (27)

  1. 特定の通信装置(送信元通信装置)がネットワークを構成する複数の通信装置(宛先通信装置)に対してデータを送信し、当該各宛先通信装置が自装置宛データに対応する送達確認フレーム(ACK、NACK)を返信する無線通信システムであって、
    前記送信元通信装置が、
    複数の宛先通信装置から返信される送達確認フレームを1つの無線フレームに多重するためのTMA(Tone Multiple ACK)情報を作成し、当該TMA情報を含む所定の送信フレームを前記各宛先通信装置に対して送信するTMA情報送信制御手段と、
    前記送達確認フレームが多重された無線フレームであるTMAを受信、解析し、各宛先通信装置から返信された送達確認フレームがACKまたはNACKであることを認識して処理を行うTMA受信制御手段と、
    を備え、
    前記各宛先通信装置が、それぞれ、
    前記TMA情報を受信し、当該TMA情報に基づいて自装置宛データに対応する送達確認フレームを返信する送達確認制御手段、
    を備え、
    複数の宛先通信装置から前記TMA情報に基づいて返信される送達確認フレームを、TMAとして、1つの無線フレームに多重して送信することを特徴とする無線通信システム。
  2. 所定の送信フレームを、複数の宛先のデータを連結したアグリゲーションフレームとす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。
  3. 前記TMAの送信処理においては、1つの周波数帯(Tone、サブキャリア)で1つの送達確認フレームを伝達し、1シンボル内で複数の宛先通信装置からの送達確認フレームを送信することを特徴とする請求項1または2に記載の無線通信システム。
  4. 前記送達確認制御手段は、前記TMA情報により事前に割り当てられた位置(時間および周波数帯)を使用して送達確認フレームを送信することを特徴とする請求項3に記載の無線通信システム。
  5. 前記TMAを実現するための方式として、各周波数帯の電力に基づいて送達確認フレームを判定するキャリアセンス方式を採用することを特徴とする請求項3または4に記載の無線通信システム。
  6. 前記TMA情報送信制御手段は、伝送路品質に応じて、送達確認フレームのマッピングを、1つの送達確認フレームを送信するために複数の周波数帯を利用するPTONE(Partial Tone)型にするか、すべての周波数帯を1つの送達確認フレームで利用するFTONE(Full Tones)型にするか、を決定し、当該決定された情報を前記TMA情報に含めて送信することを特徴とする請求項5に記載の無線通信システム。
  7. 前記TMAを実現するための方式として、多値変調を利用して送達確認フレームを判定する同期検波方式を採用することを特徴とする請求項3または4に記載の無線通信システム。
  8. 前記TMAを実現するための方式として、差動変調を利用して送達確認フレームを判定する差動変調方式を採用することを特徴とする請求項3または4に記載の無線通信システム。
  9. 複数の送達確認フレームをCDM(Code Division Multiplex)多重することを特徴とする請求項5〜8のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  10. 通信方式としてOFDMを採用する場合、
    前記送達確認フレームを、1シンボルをガードインターバルとし、続く1シンボルを送達確認情報(ACK、NACK)とする、2シンボル構成とすることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  11. 通信方式としてOFDMを採用する場合、
    前記送信元通信装置は、前記送達確認フレームが、自装置が想定している受信タイミングからどれだけずれているかを検出し、検出結果として得られる時間のずれに基づいてガードインターバル長を調整し、当該ガードインターバル長を前記宛先通信装置に通知することを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  12. 前記TMA情報送信制御手段は、前記所定の送信フレームの最終シンボルに、タイミング同期を取り直すためのパイロットを挿入し、
    前記送達確認制御手段は、前記パイロットを利用して再同期を取り、その後、規定された時間に送達確認フレームを送信することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  13. 前記TMA情報送信制御手段は、前記宛先通信装置毎に、データ送信から送達確認フレーム受信までの時間を測定し、当該測定結果に基づいて、前記TMA情報に各宛先通信装置における送達確認フレームの送信タイミングを含めて送信し、
    前記送達確認制御手段は、前記送信タイミングに基づいて送達確認フレームの送信タイミングを調整することを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  14. 前記送信元通信装置は、Beaconフレームに、自装置が送信するフレームの送信電力、各宛先通信装置から受信した信号の電力、自装置が要求する受信電力、を設定し、
    前記送達確認制御手段は、前記設定された電力情報に基づいて伝送路における電力損失を計算し、当該電力損失に基づいて送達確認フレームの送信電力を自立制御により調整することを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  15. 前記TMA情報送信制御手段は、前記TMA情報に自装置の送信電力を含めて送信し、
    前記送達確認制御手段は、前記送信電力に基づいて伝送路における電力損失を計算し、当該電力損失に基づいて送達確認フレームの送信電力を自立制御により調整することを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  16. 前記TMA情報送信制御手段は、さらに、前記自立制御により調整された送達確認フレームを受信し、宛先通信装置毎に受信電力を測定し、これらの受信電力から宛先通信装置毎に送達確認フレームの送信電力を決定し、当該送達確認フレームの送信電力を次の送信フレームに含めて送信し、
    前記送達確認制御手段は、受け取った送信電力に従って送達確認フレームを送信することを特徴とする請求項14または15に記載の無線通信システム。
  17. 前記各宛先通信装置が返信する送達確認フレームにおいて、ACKとNACKを別の周波数帯にマッピングすることを特徴とする請求項14、15または16に記載の無線通信システム。
  18. 前記宛先通信装置は、Beaconを用いて送信元通信装置との周波数同期をとることを特徴とする請求項1〜17のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  19. 前記TMA情報送信制御手段は、最もLowスペックの宛先通信装置の応答時間に基づいてアウトスタンディング数を決定し、当該決定したアウトスタンディング数に関する情報を前記TMA情報に含めて送信し、
    前記送達確認制御手段は、
    前記アウトスタンディング数情報に基づいて送達確認フレームを送信することを特徴とする請求項1〜18のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  20. 特定の通信装置がネットワークを構成する複数の通信装置に対してデータを送信し、当該複数の通信装置が自装置宛データに対応する送達確認フレーム(ACK、NACK)を返信する無線通信システムであって、
    前記特定の通信装置が、複数の宛先のRTSを連結したアグリゲーションフレームを前記複数の通信装置に送信し、当該複数の通信装置の一部または全部からTMCF(CTS)を受信し、
    さらに、前記特定の通信装置が、送達確認フレームを多重するためのTMCF情報を作成し、当該TMCF情報を含みかつ前記TMCF(CTS)を送信した通信装置宛のデータを連結したアグリゲーションフレームを、前記TMCF(CTS)を送信した通信装置に対して送信し、
    前記TMCF情報を受け取った各通信装置が、当該TMCF情報に基づいて自装置宛データに対応する送達確認フレームをTMCF(ACK)にて返信し、
    前記特定の通信装置が、前記TMCF(ACK)を受信、解析し、返信された送達確認フレームがACKまたはNACKであることを認識して処理を行うことを特徴とする無線通信システム。
  21. 前記特定の通信装置が、前記アグリゲーションフレームにRTSとデータを同時に含めて送信し、
    前記RTSの宛先となる通信装置がCTSを、前記データの宛先となる通信装置が送達確認フレームを、TMCF(CTS,ACK)にて返信することを特徴とする請求項20に記載の無線通信システム。
  22. 前記自装置宛のデータを含むアグリゲーションフレームを受信した通信装置が、当該アグリゲーションフレームの受信に引き続き、データ送信を行う場合、RTSをTMCF(ACK)と相乗りさせて送信することを特徴とする請求項20または21に記載の無線通信システム。
  23. データ伝送を行う物理チャネルをデータチャネルとし、制御フレーム(送達応答フレーム、RTS/CTS)の制御通信を行う物理チャネルを制御チャネルとし、全二重通信システムとして動作することを特徴とする請求項1〜22のいずれか一つに記載の無線通信システム。
  24. 前記特定の通信装置が、Beaconフレームを、データチャネルおよび制御チャネルの両方で定期的に送信することを特徴とする請求項23に記載の無線通信システム。
  25. 前記Beaconフレームの仮想キャリアセンス(NAV)情報を用いて、次のBeaconまでの期間を予約することを特徴とする請求項24に記載の無線通信システム。
  26. 所望の時間にBeaconフレームが送信できない場合は、Beaconフレームの送信を延期することを特徴とする請求項24または25に記載の無線通信システム。
  27. ネットワークを構成する複数の通信装置が、Beaconピリオドにおいて1度だけBeaconフレームを送信し、データ送信のためのスロット予約を行うことを特徴とする請求項23に記載の無線通信システム。


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