JP2009225334A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線LAN 通信の規格IEEE802.11に準拠し、親局と端末との間で通信を行う無線通信システムに用いられる無線通信装置において、受信成功となる可能性が低いフレームを受信する際の消費電力を低減する。
【解決手段】受信信号から、受信信号に含まれるデジタル信号の形式を示すパラメータを読み取るヘッダ解析部２０６と、受信信号の受信品質を測定する受信品質測定部２０７と、
受信各部の起動及び停止を制御する起動・停止制御部２０８とを具備し、起動・停止制御部は、受信信号の先頭付近における受信品質が予め定めた閾値より劣悪な場合に、ヘッダ解析部の読み取ったパラメータの中から抽出されたフレーム長に準じた期間、受信動作の一部、または、全てを停止する機能を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置に係り、特に物理層のスリープ制御の手法に関するもので、例えばIEEE 802.11nに準拠した通信を行う際に複数のフレームを連結するアグリゲーション（aggregation ）伝送方式に使用されるものである。

無線通信においては、無線通信ごとの規格に規定されたフレームフォーマットおよび通信制御用プロトコルにしたがって、親局であるAP(Access Point)と端末（子局）であるSTA (Station)との間や無線通信端末同士で通信する。この際、通常は、マネージメントフレームあるいはマネージメントレイヤより上位レイヤのフレームを１つ１つシーケンシャルに送信する。

例えば、無線LAN 通信においては、IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers ）802.11（非特許文献１，２参照）で規定されたフレームフォーマットおよび通信制御用プロトコルにしたがって、親局と端末との間や端末同士で通信する。この際、通常は、マック(Media Access Control;MAC)レイヤでのマネージメントフレームあるいは上位レイヤのフレームを１つ１つシーケンシャルに送信する。

しかし、従来は、受信成功となる可能性が低いフレームを受信する時でも、受信成功となる可能性が高いフレームを受信する時と同様の消費電力を必要としている。

なお、特許文献１には、MIMO通信装置において、一部の受信ブランチだけ動作させて待機する点、必要最低限の受信ブランチのみを動作させてフレーム受信する点が開示されている。

また、特許文献２には、受信フレームのヘッダから抽出した送信時間によりスリープタイムを設定し、タイマーの動作している間、受信を停止する点が開示されている。
インターネット<URL: http://grouper.ieee.org/groups/802/11> IEEE Std 802.11,1999 Edition 特開２００６−４２０７５号公報 特開２００５−３０３５８５号公報

本発明は前記した従来の問題点を解決すべくなされたもので、受信成功となる可能性が低いフレームを受信する際の消費電力を低減し得る無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置の第１の態様は、受信信号から、受信信号に含まれるデジタル信号の形式を示すパラメータを読み取るヘッダ解析部と、前記受信信号の受信品質を測定する受信品質測定部と、受信各部の起動及び停止を制御する起動・停止制御部とを具備し、
前記起動・停止制御部は、前記受信信号の先頭付近における前記受信品質が予め定めた閾値より劣悪な場合に、前記ヘッダ解析部の読み取ったパラメータの中から抽出されたフレーム長に準じた期間、受信動作の一部、または、全てを停止する機能を有することを特徴とする。

本発明の無線通信装置の第２の態様は、受信信号からフレーム長、変調方式、符号化率の少なくとも一つ以上を読み取るヘッダ解析部と、誤り検出符号を検査する符号検査部と、
受信各部の起動及び停止を制御する起動・停止制御部とを具備し、前記起動・停止制御部は、予め定めた条件より多くの誤りを検出した場合に、前記ヘッダ解析部の読み取ったフレーム長に相当する期間、受信動作の一部、または、全てを停止する機能を有することを特徴とする。

本発明の無線通信装置の第３の態様は、受信信号からフレーム長、変調方式、符号化率の少なくとも一つ以上を読み取るヘッダ解析部と、前記受信信号の受信品質を測定する受信品質測定部と、誤り検出符号を検査する符号検査部と、受信各部の起動及び停止を制御する起動・停止制御部とを具備し、前記起動・停止制御部は、受信信号の先頭付近における前記受信信号の品質および前記符号誤りの個数に基づいて、前記ヘッダ解析部の読み取ったフレーム長に準じた期間、受信動作の一部、または、全てを停止する機能を有することを特徴とする。

本発明の無線通信装置によれば、受信成功となる可能性が低いフレームを受信する際の消費電力を低減し得る無線通信装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。この説明に際して、全図にわたり共通する部分には共通する参照符号を付す。以下に示す各実施形態は、親局と子局とで構成される無線通信システムや、親局や子局と区別されない無線通信端末で構成される無線通信システムにいずれにも適用可能である。

＜第１の実施形態＞
本実施形態は、IEEE802.11規格に準拠したフレームを送受信可能な無線通信装置である。

先ず、図１に本実施形態の無線通信装置で受信される受信デジタル信号（後述）のフレーム構成を示す。このフレーム構成はIEEE802.11規格に準拠するものである。図１（ａ）に示されるように、復号結果２０５のフレーム１００は、プリアンブル（preamble）１０１、ヘッダ（header）１０２、ペイロード（payload）１０３を有する。

プリアンブル１０１は、無線規格に応じて定められた信号であり、例えば、送信フレームを受信した受信側でフレーム到来の検出、受信利得制御、時間同期、周波数同期を行うために用いられる。ヘッダ１０２は、フレーム１００の形式を示すパラメータを記録した信号である。このパラメータとは、例えば、フレーム１００全体のフレーム長や、後続のペイロード１０３（後述）の変調方式や符号化率、等々である。ペイロード１０３は、フレーム１００からプリアンブル１０１とヘッダ１０２とを除いた部分であり、いわゆる受信データそのものである。

図１（ｂ）は、図１（ａ）中のペイロード１０３の一例として、MACフレームのフォーマットの一例を示す。このMACフレームは、MAC層における受信処理に必要な情報を設定するMAC Header部、フレームの種類に応じた情報（上位レイヤからのデータ等）が設定されるFrame Body部、そしてMAC Header部とFrame Body部が正常に受信できたか否かを判定するために用いる誤り検出符号、例えば巡回冗長検査(Cyclic Redundancy Check;CRC) 符号が設定されるチェックシーケンス（Frame Check Sequence；FCS) 部を有する。

次に、図２に、本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置のハードウェアの構成例を示す。本実施形態に示す無線通信装置は、アンテナ２０１、無線部(Radio Frequency;RF)部２０２、アナログ／デジタル変換（Analog to Digital converter;A/D）部２０３、復調・復号部２０４、ヘッダ解析部２０６、受信品質測定部２０７、及び、起動・停止制御部２０８とを有する。

アンテナ２０１で受信した受信信号は、RF部２０２により適切な周波数帯に変換された後、A/D 部２０３により受信デジタル信号に変換され、復調・復号部２０４に入力される。この受信デジタル信号は、復調・復号部２０４において、復調および復号されて、復号結果２０５として出力される。尚、受信デジタル信号のフレーム構成は図１を用いて説明した通りである。

ヘッダ解析部２０６は、図１に示すフレーム１００中のヘッダ１０２から、受信デジタル信号の形式を示すパラメータを読み取る。このパラメータとは、図１において説明した通り、例えば、フレーム１００全体のフレーム長や、ペイロード１０３の変調方式や符号化率、等々である。このパラメータは復調・復号部２０４に通知され、復号結果２０５の復調・復号に用いられる。

受信品質測定部２０７は、受信デジタル信号の先頭付近の受信品質を測定し、起動・停止制御部２０８に通知する。この先頭付近とは、例えば、プリアンブル１０１やヘッダー１０２、あるいは、ペイロード１０３の先頭付近である。また、受信品質の指標として、例えば、受信電界強度、伝送路応答推定結果、或いは、EVM(Error Vector Magnitude)等が用いられる。

起動・停止制御部２０８は、図２に示す無線通信装置の受信動作の継続／停止（スリープ）を決定する制御部である。起動・停止制御部２０８は、受信動作の継続／停止を決めるために、受信品質の閾値を保持する。この受信品質とは、受信品質測定部２０７で測定される受信品質の指標と同じものである。受信品質の閾値とは、受信品質の指標毎に任意に定められた値であり、受信品質の程度を示すものである。この閾値は一通りに決める必要もなく、例えば、ペイロード１０３の変調方式及び符号化率に応じて定めるものとしてもよい。一例を挙げると、受信品質の指標を受信電界強度とし、変調方式が16QAM、及び、符号化率が1/2の場合の閾値を-80dBmとし、変調方式が64QAM 、及び、符号化率が3/4の場合の閾値を-70dBm、とするように定めることも可能である。

次に、起動・停止制御部２０８の制御動作の一例を説明する。起動・停止制御部２０８は、前記した受信品質に基づいて、受信動作の継続／停止を判断する。この際、起動・停止制御部２０８は、例えば、受信動作の継続／停止を決定する受信品質の閾値を予めそれぞれ保持する。受信品質の指標を受信電界強度とし、受信動作の継続の閾値を-65dBm、受信動作の停止の閾値を-75dBmと定める。

上述の受信品質が受信品質の閾値より劣悪である場合、つまり、ペイロード１０３の先頭付近の論理フレームのＦＣＳがエラーとなった場合には、受信動作を停止するものと判断する。この判断に基づき、受信時に動作する各部に対して、ヘッダ解析部２０６の読み取ったフレーム長の期間、動作停止を指示する信号を出力して受信動作の停止を開始し、残りの論理フレームの期間は物理層のスリープ制御を行う。この際。本例では、RF部２０２、A/D 部２０３、復調・復号部２０４、ヘッダ解析部２０６、符号誤り検査部２０９、受信品質測定部２０７の動作を停止させる。フレーム長の管理は、起動・停止制御部２０８が行うものとし、当該フレーム長の期間にわたって動作を停止した後、全ての動作を再開するものとする。

上述した第１の実施形態によれば、受信に成功する確率の低いフレームを受信した場合に早期に受信動作を停止することが可能となり、消費電力の低減効果が得られる。また、先に記載した通り、“ヘッダ解析部２０６の読み取ったフレーム長の期間”を経過した後に、受信動作を再開する。従って、受信に成功する確率の低いフレームに限定して動作を停止させるため、他のフレームの受信に与える影響も減らすことが可能である。

尚、本実施形態では、IEEE802.11規格に準拠したフレームを送受信可能な無線通信装置である例を示したが、他の無線通信規格にも適用可能である。

また、本実施形態では、起動・停止制御部２０８は、ＦＣＳエラーが発生した場合に、フレーム１００のフレーム長の期間、受信動作を止める構成例を示したが、その他の構成例も可能である。例えば、フレーム１００のフレーム長の期間から、プリアンブル１０１とヘッダ１０２とペイロード１０３のＦＣＳエラーが発生したフレームの長さを除いた期間、受信動作を止める構成例も可能である。

＜第２の実施形態＞
図３（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る無線通信装置で送受信されるフレームの構成例を示す。このフレーム３００は、プリアンブル３０１、ヘッダ３０２、ペイロード ３０３からなる。プリアンブル３０１およびヘッダ３０２は、図１（ｂ）を参照して前述したプリアンブル１０１およびヘッダ１０２と同様である。ペイロード ３０３は、少なくとも一つ以上の論理フレーム（logical frame３０４）で構成される。

図３（ｂ）は、図３（ａ）中のペイロード ３０３の一例として、IEEE 802.11nに準拠し、複数のlogical frame ３０４を連結して送受信する伝送方式（以下、aggregation ）におけるAggregation フレームの通常のフォーマットの一例を示す。logical frame ３０４は、先頭のDelimiter が付加されたMPDU用のMAC フレームからなる。Delimiter 情報は、Reservedと、MPDU Length と、CRC と、Delimiter Signature とからなる。Aggregation フレームであるか、そうでない通常のフレーム（Non-Aggregation フレーム）であるかは、PHY header（物理層ヘッダ）によって通知される。

図３（ｃ）は、図３（ａ）中のペイロード ３０３の他の例として、前記Aggregation フレームにおいて、論理フレームの先頭または途中にLength=0のDelimiter が存在する場合のフォーマットの一例を示す。

図４は、第２の実施形態に係る無線通信装置のハードウェアの構成例を示す。この無線通信装置は、図２を参照して前述した第１の実施形態に係る無線通信装置とほぼ同様の構成を有するが、受信品質測定部２０７が省略され、符号検査部２０９が追加されている。

符号検査部２０９は、論理フレーム毎に施された誤り検出符号を検査し、誤りを含む論理フレームについては相手局に対して再送を要求する。誤り検出符号には、CRC 符号等がよく知られている。図３（ａ）に示すように、誤り検査符号化された複数の論理フレームでペイロード ３０３を構成することにより、誤りが発生した場合に、当該論理フレームのみを再送すれば済み、伝送効率に優れるという特長がある。

さらに、本実施形態の無線通信装置においては、符号検査部２０９により検出された符号誤りを起動・停止制御部２０８に通知する。起動・停止制御部２０８は、予め定めた条件より多くの符号誤りを検出した場合には受信動作を停止するものと判断し、受信時に動作する各部に対して、ヘッダ解析部２０６の読み取ったフレーム３００のフレーム長の期間、動作停止を指示する信号を出力する。本例では、RF部２０２、A/D 部２０３、復調・復号部２０４、ヘッダ解析部２０６の動作を停止させ、フレーム３００のフレーム長経過の管理は起動・停止制御部２０８が行うものとし、当該フレーム長経過後、全ての動作を再開させるものとする。

なお、payload ３０３の先頭付近の論理フレームを短くする、あるいは、実効データを含まない論理フレームにすることにより、早期に受信動作の継続／停止を判断することが可能になる。

上述した第２の実施形態によれば、受信フレームの受信に成功する確率が低いことを、第１の実施形態に比べて正確に判断することが可能となり、伝送効率の劣化を抑えつつ、消費電力低減効果が得られる。

尚、本実施形態では、図３に示したフレームを送受信可能な無線通信装置である例を示したが、他の無線通信規格にも適用可能である。

＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態に係る無線通信装置のハードウェアの構成例を示す。この無線通信装置は、図４を参照して前述した第２の実施形態に係る無線通信装置とほぼ同様の構成を有するが、図２を参照して前述した第１の実施形態に係る無線通信装置におけると同様に受信品質測定部２０７が設けられている。本例では、図３（ａ）を参照して前述した第２の実施形態に係る無線通信装置とほぼ同様のフレームを送受信するものとする。

本実施形態の無線通信装置においては、受信品質測定部２０７は、復調・復号部２０４の出力中のプリアンブル３０１、ヘッダ３０２、あるいは、ペイロード ３０３の先頭付近の受信品質を測定し、起動・停止制御部２０８に通知する。ここで、受信品質の指標は、受信電界強度、伝送路応答推定結果、EVM(Error Vector Magnitude) 等が有効である。また、符号検査部５０７は、（論理フレーム毎に施された誤り検出符号を検査し、検出した符号誤りを起動・停止制御部２０８に通知する。

図６は、図５中の起動・停止制御部２０８の動作例を示すフローチャートである。

起動・停止制御部２０８は、前記した受信品質と符号誤り検出の結果に基づいて、受信動作の継続／停止を判断する。この際、起動・停止制御部２０８は、例えば、受信動作の継続／判断保留、判断保留／受信動作の停止を決定する受信品質の閾値を予めそれぞれ保持する。受信品質の指標を受信電界強度とし、受信動作の継続／判断保留の閾値を-65dBm、判断保留／受信動作の停止の閾値を-75dBmと定める。

さらに、受信動作の継続／停止を決定する符号誤りの条件を、ペイロード ３０３の先頭３個の論理フレームの２個以上の論理フレームが誤ることと定める。上述の受信品質が判断保留と判断された場合には、暫定的に受信動作を継続し、先頭３個の論理フレームにおいて、２個以上の論理フレームが誤った場合に受信動作を停止するものと判断する。上記とは逆に、先頭３個の論理フレームにおいて、誤りを含む論理フレームが１個以下の場合には、受信動作を継続するものと判断する。

受信動作を停止するものと判断した場合には、受信時に動作する各部に対して、ヘッダ解析部２０６の読み取ったフレーム長の期間、動作停止を指示する信号を出力する。本例では、RF部２０２、A/D 部２０３、復調・復号部２０４、ヘッダ解析部２０６、符号誤り検査部２０９、受信品質測定部２０７の動作を停止させ、フレーム長経過の管理は起動・停止制御部２０８が行うものとし、当該フレーム長経過後、全ての動作を再開する。

なお、上述したような動作は、内蔵されたシーケンサ回路により制御され、あるいは、内蔵されたマイクロプロセッサよりソフトウェアに基づいて制御される。

上述した第３の実施形態によれば、受信に成功する確率の低いフレームを受信した場合に、早期の受信動作停止を可能としながら、第１の実施形態や第２の実施形態に比べて、受信動作継続／停止の判定誤りを抑えることができる。

尚、本実施形態では、図３に示したフレームを送受信可能な無線通信装置である例を示したが、他の無線通信規格にも適用可能である。

＜第４の実施形態＞
図７は、本発明の第４の実施形態に係る無線通信装置のハードウェアの構成例を示す。この無線通信装置は、図５を参照して前述した第３の実施形態に係る無線通信装置とほぼ同様の構成を有するが、条件設定部２１０が追加されている。本例では、図３を参照して前述した第２の実施形態に係る無線通信装置とほぼ同様のフレームを送受信するものとする。

符号検査部２０７は、論理フレーム毎に施された誤り検出符号を検査し、検出した符号誤りを起動・停止制御部２０８および条件設定部２１０に通知する。

さらに、本実施形態の無線通信装置においては、無線通信装置の起動直後に1000フレーム受信するまでの期間、受信品質測定部２０７は、復調・復号部２０４の出力中のプリアンブル３０１、ヘッダ３０２、あるいは、ペイロード ３０３の先頭付近の受信品質を測定し、条件設定部２１０に通知する。ここで、受信品質の指標は、受信電界強度、伝送路応答推定結果、EVM 等が有効である。さらに、符号検査部２０９により検出された符号誤りを条件設定部２１０に通知する。

前記1000フレーム受信した後、条件設定部２１０は、受信品質および符号誤りに基づいて、起動・停止制御部２０８の制御条件を設定する。例えば、条件設定部２１０は、前記1000フレーム受信した結果から、受信電界強度がxdBmより弱い受信フレームは全て符号誤りを含み、受信電界強度がydBmより強い受信フレームは全て符号誤りを含まない、という条件を満足するx の最大値X, yの最小値Y を抽出する。

そして、条件設定部２１０は、起動・停止制御部２０８の制御条件として、受信電界強度を指標とし、判断保留／受信動作停止の閾値をXdBm、受信動作継続／判断保留の閾値をYdBm、と定め、受信動作継続／受信動作停止を決定する符号誤りの条件を、ペイロード ３０３の先頭３個の論理フレームの全ての論理フレームが誤りを含むことと定める。

なお、上述した動作例では、条件設定部２１０が制御条件を設定する契機を無線通信装置の起動直後としたが、無線通信装置の利用者、あるいは、内蔵されたソフトウェアが始動する任意の時刻であっても良い。また、上述した動作例では、条件設定部２１０が無線通信装置の起動直後に1000フレーム受信した結果に基づいて制御条件を設定する例を示したが、フレーム数は1000以外であっても良いし、無線通信装置の起動直後に１秒受信した結果に基づく等、時間で規定しても良い。

上述の受信品質が判断保留と判断された場合には、暫定的に受信動作を継続し、ペイロード ３０３の先頭３個の論理フレームにおいて、全ての論理フレームが誤りを含んだ場合に受信動作を停止するものと判断する。

上記とは逆に、ペイロード ３０３の先頭３個の論理フレームにおいて、誤りを含む論理フレームが２個以下の場合には、受信動作を継続するものと判断する。受信動作を停止するものと判断した場合には、受信時に動作する各部に対して、ヘッダ解析部の読み取ったフレーム長の期間、動作停止を指示する信号を出力する。

尚、本実施形態では、図３に示したフレームを送受信可能な無線通信装置である例を示したが、他の無線通信規格にも適用可能である。

＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態においては、前述した第１の実施形態において、起動・停止制御部２０８で保持している受信品質決定の閾値を適切に可変するように構成する。この場合、例えば初期状態はスリープ制御を行わないように閾値を低目に設定しておき、定期的に受信品質の測定結果に応じて、予め用意したデータテーブルに基づいて閾値を可変するようにする。

本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置でIEEE 802.11 規格に準拠して送受信されるフレームの構成例およびペイロード の一例としてMAC フレームのフォーマットの一例を示す図。 第１の実施形態に係る無線通信装置のハードウェアの構成例を示すブロック図。 本発明の第２の実施形態に係る無線通信装置で送受信されるフレームの構成例およびペイロード の一例としてAggregation フレームのフォーマットの二例を示す図。 第２の実施形態に係る無線通信装置のハードウェアの構成例を示すブロック図。 本発明の第３の実施形態に係る無線通信装置のハードウェアの構成例を示すブロック図。 図５中の起動・停止制御部の動作例を示すフローチャート。 本発明の第４の実施形態に係る無線通信装置のハードウェアの構成例を示すブロック図。

符号の説明

２０１…アンテナ、２０２…高周波部、２０３…アナログ／デジタル変換部、２０４…復調・復号部、２０６…ヘッダ解析部、２０７…受信品質測定部、２０８…起動・停止制御部、２０９…符号検査部、２１０…条件設定部。

Claims (5)

1. 受信信号から、受信信号に含まれるデジタル信号の形式を示すパラメータを読み取るヘッダ解析部と、
   前記受信信号の受信品質を測定する受信品質測定部と、
   受信各部の起動及び停止を制御する起動・停止制御部とを具備し、
   前記起動・停止制御部は、前記受信信号の先頭付近における前記受信品質が予め定めた閾値より劣悪な場合に、前記ヘッダ解析部の読み取ったパラメータの中から抽出されたフレーム長に準じた期間、受信動作の一部、または、全てを停止する機能を有することを特徴とする無線通信装置。
2. 受信信号からフレーム長、変調方式、符号化率の少なくとも一つ以上を読み取るヘッダ解析部と、
   誤り検出符号を検査する符号検査部と、
   受信各部の起動及び停止を制御する起動・停止制御部とを具備し、
   前記起動・停止制御部は、予め定めた条件より多くの誤りを検出した場合に、前記ヘッダ解析部の読み取ったフレーム長に相当する期間、受信動作の一部、または、全てを停止する機能を有することを特徴とする無線通信装置。
3. 受信信号からフレーム長、変調方式、符号化率の少なくとも一つ以上を読み取るヘッダ解析部と、
   前記受信信号の受信品質を測定する受信品質測定部と、
   誤り検出符号を検査する符号検査部と、
   受信各部の起動及び停止を制御する起動・停止制御部とを具備し、
   前記起動・停止制御部は、受信信号の先頭付近における前記受信信号の品質および前記符号誤りの個数に基づいて、前記ヘッダ解析部の読み取ったフレーム長に準じた期間、受信動作の一部、または、全てを停止する機能を有することを特徴とする無線通信装置。
4. 前記受信品質測定部が測定した受信品質と前記符号検査部が検査した検査結果との少なくとも１つ以上の情報に基づいて、前記起動・停止制御部の制御条件を設定する条件設定部をさらに具備することを特徴とする請求項１または３記載の無線通信装置。
5. 前記起動・停止制御部は、前記閾値を可変し得る機能を有することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。

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