JP2007274541A - 集中型無線伝送システム、無線伝送装置及び無線端末 - Google Patents

Abstract

【課題】 通信品質を向上できる集中型無線伝送システムや無線伝送装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムに関する。無線伝送装置は、データ処理を行うアプリケーション部と、媒体アクセス制御を行うＭＡＣ部と、データの変復調などを行う、変復調方式の種類などの伝送効率の可変構成を有する物理層部と、アンテナ部とを有する。ＭＡＣ部は、アプリケーション部が無線端末宛として出力したデータに含まれているポート番号に基づき、その無線端末との次の通信に係る時間情報の決定に用いる周期割当必要性のレベルを調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は集中型無線伝送システム、無線伝送装置及び無線端末に関し、例えば、アンテナ指向性制御を行ないながら、異なる通信エリアに存在する複数の無線端末（以下、単に端末と呼ぶ）とアクセス制御を行うアクセスポイント装置（以下、単にアクセスポイントと呼ぶ）における端末の時間割当管理機能を向上させようとしたものである。

超高速ネットワークを各家庭にまで早期に展開するのに、最も問題となるのが各家庭と収容局とを結ぶいわゆるアクセス回線の高速化であり、無線ＬＡＮなどを含むユーザに最も近い部分にミリ波無線伝送システムを導入することで、短期間にかつ経済的に超高速ネットワークを展開できる可能性があり、注目を集めている。

また、無線アクセスにおいて、同じ周波数を多数の局が共用する場合、互いの電波が衝突して干渉が起きないようにする必要があるため、電波を送信するタイミングを割当てたり、うまく通信できなかったときに決まった手順で再送信したりするといった無線アクセスプロトコルが必要になる。無線ＬＡＮシステムの場合には、各端末はデータを「パケット」にまとめて送信しているが、その発生周期や長さは情報源の種類によって違うので、様々な発生周期と長さのパケットを組み合せて効率的に対応することで高速なマルチメディア通信が可能となる。

以上のような観点から、例えば、独立行政法人情報通信研究機構によって、ミリ波広帯域無線アクセスネットワーク（ＢＲＡＩＮ：Broadband Radio Access Integrated Network in millimeter-wave band）の屋内系システムが開発されている（非特許文献１）。このシステムの無線アクセスプロトコルとしては、マルチメディア無線伝送を考慮したＲＳ−ＩＳＭＡ(Reservation-based Slotted Idle Signal Multiple Access)方式が採用されている。

このＲＳ−ＩＳＭＡ方式は、アクセスポイント装置が端末に対して通信可能なタイミングを知らせる特別な短時間の制御信号を周期的に送信することで、異なる発生周期や長さをもつマルチメディアパケット伝送に柔軟に対応しており、制御側がユーザ側の通信要求に応じて通信制御を行うので、いわゆる集中制御・デマンドアサイン型プロトコルに分類される。この利点として、マルチメディア情報を円滑に通信するのに、各ユーザからのアクセスを制御側で一括管理できるので、例えば分散制御型プロトコルと比較すると制御が容易であると言われている。
また、上記ＢＲＡＩＮの屋内系システムでは、メディアのサービス要求品質に応じて２つの転送モードを持っている。すなわち、音声・動画像転送のような等時性を有するデータに対する等時性（Isochronous）転送モードと、ファイル転送のような非等時性データに対する非等時性（Non-isochronous）転送モードとがあり、両モードとも集中制御型アクセス制御方式を採用している（非特許文献２）。
hltp://www2.nict.go.jp/pub/whatsnew/press/010613/010613.html 杉谷敦彦他、「ミリ波広帯域無線アクセスネットワークver.2 （７）構内計試作装置のスロット割当制御」、２０００年３月、電子情報通信学会 総合大会

しかしながら、ＢＲＡＩＮの屋内系システムは、メディアのサービス要求品質及び物理層からの通信品質に応じて、アクセスポイントが時間を割当てる集中制御型アクセス制御方式ではない。

また、マルチパス環境下では、高い受信電力を確保できたとしても、マルチパスの影響により、通信品質が高いとは言えず、受信電力のみで通信品質を判断するのは不十分であった。

そのため、通信品質を向上できる集中型無線伝送システム、無線伝送装置及び無線端末が望まれている。

かかる課題を解決するため、第１の本発明は、無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおける上記無線伝送装置において、データ処理を行うアプリケーション部と、媒体アクセス制御を行うＭＡＣ部と、データの変復調などの物理層の処理を行う、変復調方式の種類などの伝送効率の可変構成を有する物理層部と、アンテナ部とを有し、上記ＭＡＣ部は、上記アプリケーション部が上記無線端末宛として出力したデータに含まれているポート番号に基づき、その無線端末との次の通信に係る時間情報の決定に用いる周期割当必要性のレベルを調整することを特徴とする。

第２の本発明は、無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおける上記無線伝送装置において、データ処理を行うアプリケーション部と、媒体アクセス制御を行うＭＡＣ部と、データの変復調などの物理層の処理を行う、変復調方式の種類などの伝送効率の可変構成を有する物理層部と、アンテナ部とを有し、上記物理層部は、上記無線端末からのパケットのエラーを検出したときに、パケットエラー情報を上記ＭＡＣ部に通知することを特徴とする。

第３の本発明は、無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおける上記無線端末において、データ処理を行うアプリケーション部と、媒体アクセス制御を行うＭＡＣ部と、データの変復調などの物理層の処理を行う、変復調方式の種類などの伝送効率の可変構成を有する物理層部と、アンテナ部とを有し、上記物理層部は、上記無線端末からのパケットのエラーを検出したときに、パケットエラー情報を上記ＭＡＣ部を介して上記アプリケーション部に通知し、上記アプリケーション部は、パケットエラー情報を表示させる機能を有することを特徴とする。

第４の本発明は、無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおいて、上記無線伝送装置として、第１又は第２の本発明の無線伝送装置を適用したことを特徴とする。

第５の本発明は、無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおいて、上記無線端末として、第３の本発明の無線端末を適用したことを特徴とする。

本発明の集中型無線伝送システム、無線伝送装置及び無線端末によれば、通信品質を向上させることができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による集中型無線伝送システム、無線伝送装置及び無線端末の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。第１の実施形態の集中型無線伝送システムは、アンテナ指向性を制御しながら、異なる通信エリアに存在する複数の端末とアクセス制御を行なうシステムである。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態の集中型無線伝送システム１１の基本構成を示すブロック図である。図３は、第１の実施形態の集中型無線伝送システム１１における無線通信でのタイミングチャートである。

図２において、第１の実施形態の集中型無線伝送システム１１は、幹線となるＬＡＮ有線網（バックボーン）１２に接続されているアクセスポイント装置１３と、このアクセスポイント装置１３に収容されている１又は複数の端末１４（１４−１〜１４−３）とを有する。

図２は、アクセスポイント装置１３がアンテナ指向性の制御により切り換えることができる３個の通信エリア（セクタとも呼ばれる）ＡＲ−１〜ＡＲ−３を有し（なお、通信エリアＡＲの数は３個に限定されない）、各通信エリアＡＲ−１〜ＡＲ−３にそれぞれ、１個ずつの端末１４−１〜１４−３が位置している場合の例を示している。なお、１個の通信エリアＡＲに、複数の端末１４が位置していても良い。

第１の実施形態の集中型無線伝送システム１１においては、図３に示すような集中制御型メディアアクセス制御方式を採用している。すなわち、１通信周期Ｔ毎に、アクセスポイント装置１３が、有効な通信エリアＡＲ−ｎ（ｎは１〜３）を制御しながら、その通信エリアＡＲ−ｎ内に位置している各端末１４−ｍ（ｍは１〜３）との１対１通信を行う。アクセスポイント装置１３は、複数の通信エリアＡＲ−１〜ＡＲ−３に存在する複数の端末１４−１〜１４−３の時間管理を行ない、各端末１４−ｍとの通信時間を後述するように割り当て、各通信周期Ｔの先頭側のごく短い期間で通信される管理情報ＡＤＭによって、各端末１４−ｍに割当時間情報を通知する。

例えば、図３における１番目の通信周期は、通信エリアＡＲ−１との通信周期であり、通信エリアＡＲ−１に位置している端末１４−１へのダウンリンク（ｄｏｗｎ）に大きな時間を割当て、端末１４−１からのアップリンク（Ｕｐ）に小さな時間を割り当てている。このような図３に示す時間割当てを、アクセスポイント装置１３が決定している。

なお、図３におけるＣＡＰ（Contention Access Period）領域は、新規端末がネットワークへ参入するために設けられたランダムアクセス制御領域である。

図４は、アクセスポイント装置１３の内部構成と、端末１４（１４−１〜１４−３）の内部構成とを示すブロック図である。なお、アクセスポイント装置１３については、無線通信側の構成についてのみ示している。アクセスポイント装置１３におけるバックボーン１２との通信構成の図示及び説明は省略する。

図４において、アクセスポイント装置１３は、アプリケーション部（以下、アプリ部と呼ぶ）３１、ＭＡＣ（媒体アクセス制御）部３３、変復調部３５及びアンテナ部３７を有する。端末１４は、アプリ部４１、ＭＡＣ部４３、変復調部４５及びアンテナ部４７を有する。

アクセスポイント装置１３のアンテナ部３７は、端末１４への無線電波（無線信号）を放射すると共に、端末１４が放射した無線電波を捕捉するものである。アンテナ部３７は、変復調部３５との間で、送信信号Ｔｘや受信信号Ｒｘを授受すると共に、アンテナ制御信号（ＡＮＴ制御信号）を授受する。アンテナ部３７は、例えば、変復調部３５から到来したアンテナ制御信号に応じてアンテナの指向性を変更したり、指向性の変更完了をアンテナ制御信号によって変復調部３５に通知したりするものである。なお、通信エリアＡＲの切替時に、アンテナの指向性が変更される。

変復調部３５は、受信信号（物理パケットの変調信号）Ｒｘを復調し、得られた受信データ（物理パケットから物理ヘッダを除いたＭＡＣパケット）をＭＡＣ部３３に出力し、また、ＭＡＣ部３３からの送信データ（ＭＡＣパケット）を物理層の送信データ（物理パケット）に変換した後、変調し、得られた送信信号（物理パケットの変調信号）Ｔｘをアンテナ部３７に出力するものである。

第１の実施形態の場合、変復調部３５は、変復調方式や伝送速度等を変更し得るものであり、後述するように、送信系においてどの変復調方式どの伝送速度等を適用するかを表す変復調部パラメータ情報は、ＭＡＣ部３３から与えられるようになされている。なお、変復調部３５及びＭＡＣ部３３間で授受する信号の種類については後述する。

ＭＡＣ部３３は、ＭＡＣ層の送受信処理を行うものであり、例えば、後述するように、端末管理や、無線リンクの通信品質の分析や、各端末１４に対する時間割当て等を行うものである。

ＭＡＣ部３３は、変復調部３５からの受信データ（ＭＡＣパケット）から、当該ＭＡＣ層に係る制御情報（ＭＡＣヘッダ）を除外した受信データ（ＩＰパケット）をアプリ部３１に与え、アプリ部３１からの送信データ（ＩＰパケット）に、当該ＭＡＣ層に係る制御情報（ＭＡＣヘッダ）を付与した送信データ（ＭＡＣパケット）を変復調部３５に与えるものである。

アプリ部３１は、送受信データを処理する部分であり、ＭＡＣ部３３との間ではＩＰパケットを授受するものである。

ここで、変復調部３５及びＭＡＣ部３３間で授受する信号を説明すると、以下の通りである。

ＭＡＣ部３３から変復調部３５へ出力される信号は、送信クロック信号Ｔｘ＿Ｃ、送信データ信号（ＭＡＣパケット）Ｔｘ＿Ｄ、送信中であるか否かを表すＯｎ／Ｏｆｆ信号Ｔｘ＿Ｅ、変復調方式や伝送速度等の変復調部３５のパラメータを伝搬路状況によって変更するための変復調パラメータ情報、アンテナ部３１内の指向性アンテナの通信エリアＡＲを切り替えるためのアンテナ制御信号などである。

一方、変復調部３５からＭＡＣ部３３へ出力される信号は、受信クロック信号Ｒｘ＿Ｃ、受信データ信号（ＭＡＣパケット）Ｒｘ＿Ｄ、受信電力値ＲＳＳＩ、変復調部３５で受信したパケットがエラーか否かをＭＡＣ部３３へ伝えるためのパケットエラー情報信号、現状使用している変復調部３５のパラメータをＭＡＣ部３３へ伝えるための変復調パラメータ情報、指向性アンテナの現状の指向方向や通信エリアＡＲの切替完了を通知するためのアンテナ制御信号等である。

アプリ部３１は、通信データを処理する部分であり、ＭＡＣ部３３との間でＩＰパケットを授受するものである。

図５は、アクセスポイント装置１３内の各部で授受する送受信データ（各種パケット）の説明図である。

アプリ部３１は、図５（Ａ）に示すＴＣＰパケット又はＵＤＰパケットと、図５（Ｂ）に示すＩＰパケットとの双方向の変換を行っている。ポート番号６１を有するＴＣＰヘッダ又はＵＤＰヘッダ６３とデータ部６５とでなるＴＣＰパケット又はＵＤＰパケットにＩＰヘッダ６７を付加してＩＰパケットに変換し、ＩＰパケットからＩＰヘッダ６７を除外することでＴＣＰパケット又はＵＤＰパケットに変換する。

ＭＡＣ部３３は、アプリ部３１とは図５（Ｂ）に示すＩＰパケットを授受し、変復調部３５とは図５（Ｃ）に示すＭＡＣパケットを授受する。ＭＡＣ部３３は、ＩＰパケットにＭＡＣヘッダ６９を付加してＭＡＣパケットに変換し、ＭＡＣパケットからＭＡＣヘッダ６９を除外することでＩＰパケットに変換する。

変復調部３５は、ＭＡＣ部３３とは図５（Ｃ）に示すＭＡＣパケットを授受し、アンテナ部３７とは図５（Ｄ）に示す物理パケットが変調された信号を授受する。変復調部３５は、ＭＡＣパケットに物理ヘッダ７１を付加して物理パケットに変換し、物理パケットから物理ヘッダ７１を除外することでＭＡＣパケットに変換する。

端末１４におけるアプリ部４１、ＭＡＣ部４３、変復調部４５及びアンテナ部４７も、アクセスポイント装置１３におけるアプリ部３１、ＭＡＣ部３３、変復調部３５及びアンテナ部３７と同様なレイヤ処理を行うものである。なお、端末１４におけるアンテナ部４７は指向性の制御機能を備えていなくても良く、アンテナ部４７に対するアンテナ制御信号は送信電力の制御などを指示するものである。

第１の実施形態は、アクセスポイント装置１３のＭＡＣ部３３による各端末１４−ｍに対する通信時間の割当て方法に特徴を有するものである。

そのため、以下では、図１を参照しながら、ＭＡＣ部３３の端末通信時間の割当て機能に係る内部構成を説明する。ここで、図１は、ＭＡＣ部３３の端末通信時間の割当て機能面から表記した内部構成を示す機能ブロック図である。

図１において、アクセスポイント装置１３のＭＡＣ部３３は、端末管理部５１、分析部５２、端末通信時間割当部５３、端末管理表５４、分析表５５、割当時間結果表５６及び変復調パラメータ定義表５７等を有する。

なお、端末管理表５４、分析表５５及び割当時間結果表５６は、例えば、書き換え可能な半導体メモリ上に構成されたものであり、変復調パラメータ定義表５７は、例えば、アクセスポイント装置１３の固定データ用のメモリ上に構成されたものである。また例えば、
所定のプログラムをＣＰＵが実行することで、端末管理部５１、分析部５２、端末通信時間割当部５３の機能を実現する。

端末管理表５４は、当該アクセスポイント装置１３が収容している端末１４（１４−１〜１４−３）の状態などの情報を記述したものであり、端末管理部５１は、情報を新たに受信した場合などに端末管理表５４を操作するものである。

端末管理表５４の１行は、図１に示すように、端末番号、通信エリア、ポート番号、ＩＰアドレス、割当要求時間、受信電力（ＲＳＳＩ）、変復調パラメータ、再送回数、パケットエラー情報などの欄でなる。

端末番号は、当該端末管理表５４において、各端末１４−ｍを識別するための番号であり、例えば、端末１４−ｍの固有識別番号を適用し得る。通信エリアの欄には、端末１４−ｍが位置している通信エリアＡＲ−ｎの識別情報が記述される。ポート番号の欄には、アプリ部３１から受け取るＩＰパケット中のポート番号が記述される。ＩＰアドレスの欄、端末からの割当時間要求の欄には、当該ＭＡＣ部３３内におけるパケット分解によって得られるＩＰアドレスや端末からの割当時間要求が記述される。再送回数の欄には、当該ＭＡＣ部３３内におけるパケット分解によって再送を認識した場合において適宜更新された再送回数の統計量が記述される。例えば、再送回数を通信周期の総数で除算した割合がどの範囲かに応じた「少」、「中」、「多」が記述される。受信電力（ＲＳＳＩ）の欄には、変復調部３５から与えられたＲＳＳＩの段階が記述される。

変復調パラメータの欄には、現在の変復調パラメータに関し、変復調パラメータ定義表５７で定義されたレベルが記述される。変復調パラメータ定義表５７は、例えば、変復調方式の多値数の多少と、伝送速度の高低の組み合わせに応じた変復調パラメータのレベルを定義しており、このレベルが、端末管理表５４の変復調パラメータの欄に記述される。変復調方式の多値数が多い方が、レベルが高くなるようになされている（例えば、ＰＳＫ変調方式を適用する場合において２値ＰＳＫ変調方式より４値や８値のＰＳＫ変調方式の方が、レベルが高くなる）。また、伝送速度が高速な方が、レベルが高くなるようになされている。変復調パラメータのレベルは、概ね、その高低が通信品質を規定する大きな要素となっている。

端末管理表５４のパケットエラーの欄には、パケットエラーの多少の情報が段階（例えば３段階のいずれか）で記述される。従来であれば、変復調部３５でパケットエラーが生じた場合には単純にパケットを廃棄していたが、第１の実施形態では変復調部３５が検出したパケットエラー情報をＭＡＣ部３３へ送る。ＭＡＣ部３３は、例えば、パケットエラー率などの統計量を算出した後、段階間の閾値と比較することにより、該当する段階を定めて、パケットエラーの欄に記述する。
分析部５２は、端末管理表５４の記述をも参照しながら、各端末１４−ｍのダウンリンク及びアップリンクのそれぞれについて、時間割当に対する周期割当必要性の程度や割当時間長を分析し、さらに、通信品質を分析し、分析表５５に記述するものである。

端末通信時間割当部５３は、分析表５５の記述を参照しながら、各端末１４−ｍについて、次の割当時刻及び割当時間を決定すると共に、変復調パラメータ（変復調方式及び伝送速度）のレベルの見直しを行う。次の割当時刻及び割当時間は、アップリンクに関するものである。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の集中型無線伝送システム、アクセスポイント装置及び無線端末の動作を説明する。

アクセスポイント装置１３と端末１４−ｍとの間の通信においては、アプリケーションによって使用するポート番号が決められている。そこで、ＭＡＣ部３３では、アプリ部３１からＭＡＣ部３３へ送られるＩＰパケット内のポート番号（図５参照）を読み取って端末管理表５４に記述する。

ＭＡＣ部３３は、端末１４−ｍの時間割当処理においては、端末管理表５４のポート番号（従ってアプリケーション）に基づき、ダウンリンクに関する周期割当必要性（高・中・低）や時間割当長（長・中・短）を分析し、分析表５５に記述する。例えば、ポート番号の種類は、ダウンリンクデータ容量の多・中・少を示しているので、変換テーブルを用いて、ダウンリンクに関する周期割当必要性（高・中・低）や時間割当長（長・中・短）を決定することができる。

ここで、ポート番号が、画像情報のようなリアルタイム伝送が必要なアプリケーションのポート番号の場合には、分析表５５中の周期割当必要性レベルを高くするようにしておく。すなわち、データ容量だけでなく、リアルタイム性も考慮して、ポート番号から、周期割当必要性や時間割当長を定める変換テーブルを構成しておく。

アップリンクに関する時間割当長（長・中・短）については、端末管理表５４の割当要求時間がどの段階かに応じて定める。ポート番号（従ってアプリケーション）が、アップリンクパケットのデータ容量（多・中・少）を規定するものになっている場合には、割当要求時間とデータ容量（多・中・少）とに基づいて、アップリンクに関する周期割当必要性のレベル（高・中・低）を分析し、分析表５５に記述する。なお、アップリンクに関する時間割当長（長・中・短）については、端末管理表５４の割当要求時間がどの段階かに応じて定める。

通信容量は、１通信周期当たりの割当時間と、その端末に割当られる周期の割合とで定まるので、周期割当必要性及び時間割当長を並行して定める。

また、ＭＡＣ部３３は、自アクセスポイント装置１３から端末１４−ｍに受信応答Ａｃｋを返信したにも関らず、端末１４−ｍが同程度の割当要求時間を毎回要求してきた場合には（例えば３回同程度の場合）、端末１４−ｍのアプリ部４１からＭＡＣ部４３へ周期的にＩＰパケットが送られていて、その端末に対する周期割当必要性が高いと判断し、ＭＡＣ部３３は、その端末１４−ｍに対する分析表５５の周期割当必要性レベル（双方向であっても良く、アップリンクだけであっても良い）を、例えば、今までより１段階だけ上げる。

ＭＡＣ部３３は、分析表５５の通信品質については、端末管理表５４の情報から形成する。例えば、後述するように（図７参照）、受信電力又はパケットエラー情報から通信品質を決定する。また例えば、端末管理表５４の受信電力、再送回数、パケットエラー情報の値などから評価値（例えば、３種類の値の重み付け加算値）を算出し、その評価値の段階を定めて通信品質を記述する。

いずれの決定方法を採用した場合であっても、パケットエラー情報を利用するようにする。このようにすることにより、変復調部３５が検出したパケットエラーの情報が速やかに通信品質に反映され、変復調パラメータ（伝送効率）の見直しにも速やかに反映される。

なお、後述するように、マルチパス環境下においては、パケットエラー情報だけが利用される。

ＭＡＣ部３３は、１通信周期毎に、分析表５５に基づいて割当時間結果表５６の更新処理を行い、次の割当時刻、割当時間及び変復調パラメータが決定される。決定された次の割当時刻、割当時間及び変復調パラメータは、管理情報ＡＤＭの期間（図３参照）で該当する端末１４−ｍに送信される。また、決定された変復調パラメータに基づき、該当する端末１４−ｍとの通信では、変復調部３５の変復調方式や伝送速度などが制御される。

図６は、ＭＡＣ部３３が割当時間結果表５６が更新する際のメディアアクセス制御の考え方の説明図であり、第１〜第４のケースの例で示している。

第１のケースは、分析表５５の周期割当必要性（アップリンクの必要性であっても良く、双方向の必要性のレベルの高い方であっても良い）が高レベル、通信品質が高レベルの場合であり、端末管理表５４に記述されている変復調パラメータのレベルを上げたものを更新後の変復調パラメータレベルとし、周期的に時間割当を行う例である。通信品質が良好であるので、変復調方式や伝送速度を、１段階伝送効率が高いレベルに更新している。

第２のケースは、分析表５５の周期割当必要性が高レベル、通信品質が低レベルの場合であり、端末管理表５４に記述されている変復調パラメータのレベルを下げたものを更新後の変復調パラメータレベルとし、周期的に時間割当を行う例である。通信品質が悪いので、変復調方式や伝送速度を、１段階伝送効率が低いレベルに更新し、パケットエラーを抑えようとする。

第３のケースは、分析表５５の周期割当必要性が低レベル、通信品質が高レベルの場合であり、端末管理表５４に記述されている変復調パラメータのレベルを維持し、ｎ通信周期のうちの１通信周期に割当（割当られる相前後する通信周期の間隔は一定である必要はない）を行う例である。

第４のケースは、分析表５５の周期割当必要性が低レベル、通信品質が低レベルの場合であり、端末管理表５４に記述されている変復調パラメータのレベルを下げたものを更新後の変復調パラメータレベルとし、周期的に時間割当を行う例である。通信品質が悪いので、変復調方式や伝送速度を、１段階伝送効率が低いレベルに更新し、パケットエラーを抑えようとする。また、通信品質が悪いので、再送の可能性も多いので、周期的に時間割当を行う。

次に、アクセスポイント装置１３と端末１４−ｍとの間にマルチパスが発生している環境下での通信動作について説明する。第１の実施形態の無線伝送システムは、上述したように、複数の通信エリアに複数の端末が存在している場合の集中制御型メディアアクセス方式に関するものである。

このため、アンテナ部の送受信切替回数を軽減する目的で、端末毎にダウンリンク、アップリンクを行なうのではなく、通信エリア単位で、ダウンリンクからアップリンクへ切り替えている。なお、図３に示すように、管理情報ＡＤＭ、ダウンリンク情報（Ｄｏｗｎ）、アップリンク情報（Ｕｐ）を１通信周期で通信する。

このとき、以下のような問題点がある。

（１）マルチパス環境下では、端末での受信電力（ＲＳＳＩ）が高くても、パケット廃棄となるおそれがある。このような場合、端末１４−ｍからのＡｃｋの受信状況を確認し、アクセスポイント装置１３が端末１４−ｍに対して、変復調方式や伝送速度等の変復調パラメータを管理情報ＡＤＭで変更する必要があり、複数の通信周期が必要になる。

（２）また、伝送効率の向上を図るために、各端末からの割当要求時間によっては、通信エリアを規則的かつ巡回的に切り替えるのではなく、図３に示すように、不規則に割当てる必要が生じる。

（３）端末１４−ｍの変復調パラメータは、端末管理を行なっているアクセスポイント装置１３からの管理情報ＡＤＭによって変更することで行なう。

そのため、この実施形態では、受信電力ＲＳＳＩ及び変復調部３５におけるパケットエラー情報を変復調部３５からＭＡＣ部３３に出力させ、ＭＡＣ部３３において、各端末１４−ｍの情報を集中管理するようにし、
（１）どの端末１４−ｍからのパケット受信に対して、エラーが多いのかを認識する、
（２）アクセスポイント装置１３において、受信電力とパケットエラー情報から、Ａｃｋを受信できなくても、端末１４−ｍとの伝搬路状況を判断することができ、再度、端末１４−ｍに対して同時間程度の割当時間が必要であることが認識する、
（３）アクセスポイント装置１３において、受信電力とパケットエラー情報から、アクセスポイント装置１３が割当てた時間に対して、どれだけの時間を使用しているかを判断する、
（４）アクセスポイント装置１３は端末１４−ｍに対して、Ａｃｋを待たずに、該変復調パラメータの変更を次の管理情報で端末に伝える、
ことが可能になり、アクセスポイント装置１３は効率的に端末管理を行なうことが可能になる。

端末１４−ｍは、アクセスポイント装置１３から送信される管理情報ＡＤＭに挿入されている割当時間情報に従って送信する。管理情報ＡＤＭ、ダウンリンク情報、アップリンク情報の順に送受信を行なうために、端末１４−ｍは、ダウンリンク情報を受信した後、アップリンク情報中にＡｃｋ（Ａｃｋパケット）を送信することが可能である。

これに対して、アクセスポイント装置１３は、次の管理情報周期にならないと、端末１４−ｍからはＡｃｋを受信することができない。また、アクセスポイント装置１３は、各端末１４−ｍに対する通信品質状態を把握し、変復調パラメータを時々刻々と適正に可変する必要がある。各端末１４−ｍに対する通信品質状態を把握する物理層（変復調部３５）からの情報源としてパケットエラー情報を利用する。すなわち、図１に記載しているＲＳＳＩ（受信電力）だけによって、受信状態（通信品質状態）を判断するのではなく、場合によっては、物理層から受け取るパケットエラー情報により端末の通信品質状態を判断する。受信パケット情報である受信データＲｘ＿Ｄ、受信クロックＲｘ＿Ｃ及びパケットエラー情報を同期させて、変復調部３５からＭＡＣ部３３へ送るようにする。ＭＡＣ部３３は、時間割当管理を行なっているために、エラーが発生している端末を特定することができる。このパケットエラー情報を用いて、変復調パラメータの見直しを行い、変更時には、アクセスポイント装置１３から端末１４−ｍに対して変更依頼を行なう。

図７は、以上のようなマルチパス環境下における従来での課題を解決できる、アクセスポイント装置１３及び端末１４−ｍによる動作を示すフローチャートである。この図７を参照して、アクセスポイント装置１３及び端末１４−ｍの動作を説明する。

アクセスポイント装置１３においては、ＭＡＣ部３３は、通信エリア（セクタ）を選択する（ステップＳ１０）。次いで、選択された通信エリア内の端末と通信するために、この通信エリアにアンテナの指向性を向けさせる（ステップＳ２０）。

次に、ＭＡＣ部３３は、選択中の通信エリアに存在する端末と通信するために、自己からの管理情報ＡＤＭを通信エリアに送信させた後（ステップＳ３０）、アプリ部３１からのデータ（ＩＰパケット）を通信エリアに送信させる（ステップＳ４０）。

次に、ＭＡＣ部３３は、アンテナ部３７の状態を送信状態から受信状態に切り替える（ステップＳ５０）。そして、ＭＡＣ部３３は、端末からの信号の受信時において、各端末の受信電力（ＲＳＳＩ）を取得し、各端末についてのパケットエラー情報を取得し、かつ、Ａｃｋパケットの存在を認識する（ステップＳ６０）。

ＭＡＣ部３３は、受信電力ＲＳＳＩが高レベル、かつ、Ａｃｋパケットを受信できず、しかも、パケットエラー情報が出力された状態か否かを判断する（ステップＳ７０）。 このステップＳ７０の判断は、マルチパス環境下にあるか否かの判断になっている。

ステップＳ７０で肯定結果を得ると（マルチパス環境下であると）、ＭＡＣ部３３は、パケットエラー情報を使用して通信品質を更新するが（ステップＳ８０）、端末１４−ｍに対する時間割当優先度（周期割当必要性及び時間割当長）を変更しないと決定し（ステップＳ９０）、変復調パラメータのレベルを１段階低下させる（ステップＳ１００）。

一方、ＭＡＣ部３３は、ステップＳ７０で否定結果を得ると（マルチパス環境下にないと）、受信電力ＲＳＳＩなどを使用して通信品質を更新する（ステップＳ１１０）。上述したように、パケットエラー情報が生じていれば、これを利用して通信品質を更新しても良い。

その後、ＭＡＣ部３３は、アンテナ部３７の状態を受信状態から送信状態に切り替えた後（ステップＳ１２０）、当該通信エリアの通信を完了する（ステップＳ１３０）。

端末１４−ｍのＭＡＣ部４３は、アクセスポイント装置１３から送信される管理情報（管理情報パケット）ＡＤＭを待ち受けており（ステップＳ２１０）、管理情報ＡＤＭ２５を受信すると、受信した管理情報ＡＤＭに従って、ステップＳ２２０〜Ｓ２６０に示す処理を実行する。

まず、ＭＡＣ部４３は、アクセスポイント装置１３からのデータを受信させ（ステップＳ２２０）、受信が終了すると、アンテナ部４７の状態を受信状態から送信状態に切り替え（Ｓ２３０）、アプリ部４１からのデータ（ＩＰパケット）を送信させる（ステップＳ２４０）。ＭＡＣ部４３は、送信が終了すると、アンテナ部４７の状態を送信状態から受信状態に切り替え（ステップＳ２５０）、当該通信周期での処理を終了させ（ステップＳ２６０）、管理情報ＡＤＭの待ち受け状態に戻る。

なお、端末１４−ｍにおいても、上記と同様に、マルチパス環境下であるかを判断することができる。そのため、マルチパス環境下であるか否かで処理を切り替えるようにすることができる。例えば、再送要求を直ちに送出するか、時間をおいて送出するかを判断結果に応じて切り替えることができる。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態よれば、ＭＡＣ部において、端末から受信した通信状態に基づいて、直ぐに通信品質を判断することが可能になり、アクセスポイント装置は変復調パラメータに対する変更指示に移ることが可能になる。この結果、再送によるスループット低下を軽減することができる。また、アクセスポイント装置及び端末に設けられた送信バッファの容量を軽減することが可能になる。因みに、従来では、確認応答Ａｃｋを受信するか、あるいはＡｃｋタイムアウトによって、伝搬路の通信品質を認識していたため、通信品質の変化の認識が遅れていた。

以下、このような効果が奏することを詳述する。

この第１の実施形態の無線伝送システムは、アクセスポイント装置が異なる通信エリアに存在する複数の端末と１対１通信を行なうメディアアクセス制御方式である。また、通信効率を上げるために、端末からの時間要求によっては、図３に示したように、各周期で各通信エリアと通信を行なうとは限らない。従って、アクセスポイント装置３が端末からのＡｃｋに対するタイムアウトを待ってから、あるいは、再送回数に応じて、端末に変復調パラメータの変更の指示を出していると、その指示が端末に到達するのに長い時間がかかることもあり得る。例えば、アクセスポイント装置から端末に対して、管理情報で変復調パラメータの変更指示を出す場合であれば、アンテナ指向制御する通信エリアの変更順序に依存し、複数の通信周期が必要になることがある。また、通信する通信エリア順序が端末からの割当要求によって、異なるために、Ａｃｋタイムアウトを一定値と既定すると、送信バッファ管理が複雑になり、むやみに再送を行ないかねない。

すなわち、パケットエラー情報を用いずに再送情報から通信品質を見直す場合には、変復調パラメータの変更が遅れてしまうが、パケットエラー情報を用いて通信品質を見直す場合には、変復調パラメータの変更を迅速に実行させることができる。

また、端末は、アクセスポイント装置からのＡｃｋを待たずして、次のデータを送信しても、アクセスポイント装置からの指示によって、変復調パラメータを伝搬路状態に応じて変更しているためにエラーとなる可能性が低く、そのため、送信バッファを軽減することができ、再送によるスループット低下を軽減することが可能になる。すなわち、アクセスポイント装置においで、Ａｃｋを受信する前に、伝搬路状態（通信品質）をパケットエラー情報によって想定し、伝送効率を改善することができる。

また、第１の実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。従来、パケットエラー情報は物理層（実施形態でいう変復調部）で破棄して上位層（実施形態でいうＭＡＣ部）へ上げていなかった。これに対して、第１の実施形態では、パケットエラー情報をＭＡＣ部へ上げることで、アクセスポイント装置及び端末において、マルチパス環境下でのパケットエラー情報を認識することができる。マルチパス環境下でのパケットエラー情報のレベルに応じて変復調パラメータのレベル変更が可能になる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による集中型無線伝送システム、無線伝送装置及び無線端末の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図８は、第２の実施形態のアクセスポイント装置及び端末の内部構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図４との同一、対応部分には同一符号を付して示している。

この第２の実施形態は、端末１４−ｍが第１の実施形態のものと異なっている。第２の実施形態の端末１４−ｍにおいては、ＭＡＣ部４３からアプリ部４１に対し、受信電力ＲＳＳＩとパケットエラー情報（例えば、数段階のいずれかの段階を表す情報）とが与えられるようになされている。

アプリ部４１には、通信状態表示プログラム４１Ｐが設けられており、当該端末１４−ｍのＣＰＵがこの通信状態表示プログラム４１Ｐを実行することにより、受信電力及びパケットエラー情報の表示を実行させる。当該端末１４−ｍがディスプレイ（図示せず）を有するものであればディスプレイの一部に表示させても良く、当該端末１４−ｍにＬＥＤなどでなる専用の表示部（図示せず）を設けてその表示部で表示させるようにしても良い。

第２の実施形態によれば、受信電力及びパケットエラー情報で通信状態を表示し、ユーザに視認させることができ、ユーザは、通信状態を見ながら、端末を通信状態の良い場所へ移動させることができる。

現在、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ｂ、ｇ規格の無線ＬＡＮでは、端末（ＰＣ）上で、受信電力強度を数段階のレベルとして見ることが可能である。しかし、ミリ波を用いた無線伝送システムを屋内で使用すると、受信電力のレベルが高くても、端末がマルチパス環境にある場合には、この影響により通信品質が悪くなる場合がある。第２の実施形態では、受信電力及びパケットエラー情報で通信状態を表示するようにしたので、通信状態をより正確に表示させることができる。

（Ｃ）他の実施形態
第２の実施形態では、端末に通信品質を表示する場合について説明したが、アクセスポイント装置も表示するようにしても良く、アクセスポイント装置にバックボーンを介して接続されている上位装置で通信品質を集中管理するようにしても良い。

各種情報の段階数（レベル数）は、上記実施形態のものに限定されないことは勿論である。

上記各実施形態では、伝送速度と変復調方式の組を切り替えることで伝送効率を変化させるものを示したが、変復調方式を切り替えることで伝送効率を変化させるシステムであっても良く、伝送速度を切り替えることで伝送効率を変化させるシステムであっても良い。

上記各実施形態では、アクセスポイント装置と端末とを有する無線伝送システムを示したが、アクセスポイント装置に位置する無線装置が最上位の装置になっている無線伝送システムに対しても本発明を適用することができる。また、本発明は、ミリ波高速無線通信を意図してなされたものであるが、無線周波数がミリ波でないシステムにも本発明を適用することができる。

第１の実施形態のＭＡＣ部の端末通信時間の割当て機能に係る内部構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態の集中型無線伝送システムの基本構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の集中型無線伝送システムにおける無線通信でのタイミングチャートである。 第１の実施形態のアクセスポイント装置及び端末の内部構成を示すブロック図である。 第１の実施形態のアクセスポイント装置内部の各種パケットのフォーマットを示す説明図である。 第１の実施形態の変復調パラメータの見直し処理の説明図である。 第１の実施形態のアクセスポイント装置及び端末の動作を示すフローチャートである。 第２の実施形態のアクセスポイント装置及び端末の内部構成を示すブロック図である。

符号の説明

１２…バックボーンＬＡＮ、１３…アクセスポイント装置、１９…端末、２１…端末、２３…端末、３１…アプリ部、３３…ＭＡＣ部、３４…メモリ、３５…変復調部、３７…アンテナ部、４１…アプリ部、４３…ＭＡＣ部、４５…変復調部、４７…アンテナ部、５４…端末管理表、５５…分析表、５６…割当時間結果表。

Claims (8)

1. 無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおける上記無線伝送装置において、
   データ処理を行うアプリケーション部と、媒体アクセス制御を行うＭＡＣ部と、データの変復調などの物理層の処理を行う、変復調方式の種類などの伝送効率の可変構成を有する物理層部と、アンテナ部とを有し、
   上記ＭＡＣ部は、上記アプリケーション部が上記無線端末宛として出力したデータに含まれているポート番号に基づき、その無線端末との次の通信に係る時間情報の決定に用いる周期割当必要性のレベルを調整する
   ことを特徴とする無線伝送装置。
2. 上記ＭＡＣ部は、当該無線伝送装置が受信応答を返信したにも関らず、継続して上記無線端末から同時間程度の割当時間要求が所定回数繰り返された場合に、その無線端末に対する上記周期割当必要性のレベルを高めることを特徴とする請求項１に記載の無線伝送装置。
3. 無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおける上記無線伝送装置において、
   データ処理を行うアプリケーション部と、媒体アクセス制御を行うＭＡＣ部と、データの変復調などの物理層の処理を行う、変復調方式の種類などの伝送効率の可変構成を有する物理層部と、アンテナ部とを有し、
   上記物理層部は、上記無線端末からのパケットのエラーを検出したときに、パケットエラー情報を上記ＭＡＣ部に通知する
   ことを特徴とする無線伝送装置。
4. 上記ＭＡＣ部は、パケットエラー情報を受け取るとその無線端末との上記伝送効率を見直し、伝送効率を変更する際には、上記無線端末に通知することを特徴とする請求項３に記載の無線伝送装置。
5. 上記ＭＡＣ部は、上記パケットエラー情毅の到来を１条件としたマルチパス環境下にあるか否かの判断機能を備え、マルチパス環境下では、上記パケットエラー情毅に基づいて通信状況を判断することを特徴とする請求項３に記載の無線伝送装置。
6. 無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおける上記無線端末において、
   データ処理を行うアプリケーション部と、媒体アクセス制御を行うＭＡＣ部と、データの変復調などの物理層の処理を行う、変復調方式の種類などの伝送効率の可変構成を有する物理層部と、アンテナ部とを有し、
   上記物理層部は、上記無線端末からのパケットのエラーを検出したときに、パケットエラー情報を上記ＭＡＣ部を介して上記アプリケーション部に通知し、
   上記アプリケーション部は、パケットエラー情報を表示させる機能を有する
   ことを特徴とする無線端末。
7. 無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおいて、
   上記無線伝送装置として、請求項１〜５のいずれかに記載の無線伝送装置を適用したことを特徴とする無線伝送システム。
8. 無線伝送装置が、所定の通信周期毎に、自己のアンテナの指向性制御を行なって複数の通信エリアのいずれかの通信エリアを通信対象エリアとし、通信対象エリアに位置する無線端末と上記無線伝送装置とが通信する集中型無線伝送システムにおいて、
   上記無線端末として、請求項６に記載の無線端末を適用したことを特徴とする無線伝送システム。
   

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