JP2009232109A - 無線端末装置および再送方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】1台のアクセスポイントと同時通信が可能なステーションの台数を確保し、消費電力を削減し、安定した通信品質を確保する。
【解決手段】無線端末装置100において、干渉判定部109は、RSSI(Received Signal Strength Indicator)算出部104およびSNR(Signal to Noise Ratio)算出部105において算出された受信信号のRSSI、SNR、および復調部108から通知される復調エラーの有無に基づき、干渉波が所定レベル以上であるか否かを判定し、再送回数上限値設定部113は、干渉波が所定レベル以上である場合には、干渉波が所定レベルより小さい場合よりも、再送回数の上限値をより小さく設定し、WLAN送信回路115は、送信信号の送信が成功するまで、上限値の回数だけ送信信号の送信を繰り返す。
【選択図】図1

Description

本発明は、無線ローカルエリアネットワーク(WLAN:Wireless Local Area Network)に用いられる無線端末装置および再送方法に関する。
現在、無線LAN(WLAN)についてはIEEE802.11bの伝送速度11Mbps、IEEE802.11aおよびIEEE802.11gの最大伝送速度54Mbpsが制定されており、対応製品が市販されるようになった。このことから、低価格の無線LANが普及し、個人ユーザーが無線LANを構築するケースが急増し、無線LANの普及が一気に進んだ。今では企業等の業務用途だけでなく、個人の家庭内ネットワークとしても広く使われるようになった。
無線LANの基本的な利用方法としてはインフラストラクチャモードおよびアドホックモードの2種類がある。前者のインフラストラクチャモードにおいて、無線LANは、携帯電話の無線基地局に相当するアクセスポイントと端末(ステーション)との間を無線接続させる。後者のアドホックモードにおいて、無線LANは、アクセスポイントを介せずに複数の端末を直接相互接続させる。
無線LANはライセンス不要な帯域であるISM(Industrial Science and Medicine)帯域を使用するため、伝送誤りが特に多発する。無線LANは、例え、狭帯域伝送を行っても雑音や干渉の影響を受けやすい。よって、無線LANは、電子レンジや他の無線送信機器からの干渉波を考慮する必要がある。また、雑音に加えてマルチパスフェージングによるデットポイントに端末が入ると、フレームが受信できなくなる。
このような伝送誤りへの対処として、IEEE802.11においては、肯定応答(ACK:ACKnowledge Character)方式の再送が挙げられている。肯定応答方式の再送において、受信側は、送信側から送信されたすべてのフレームに対してACKを返す必要がある。このすべてのフレームに対してACKを返す全てのステップが成功すれば動作完了とみなされ、そうでなければすべての動作が失敗したとみなされる。すなわち、データフレームの送信元がACKを受信しなければ、フレームは消失したと見なされる。送信元は、データフレームが最初の伝送中に失われたか、またはACKが伝送中に失われたのかに拘らず、ACKを受信できない場合には、同一のデータフレームを再送信する。
無線LANにおいては、1台のアクセスポイントに対して所定のステーションが基本動作(上記記載シーケンス)を行っている間、他のステーションが現在使用中のステーションの基本動作を邪魔しないように通信を抑制し衝突を回避する。
データフレームの伝送誤りに対する検出と訂正は、基本フレームの交換を開始したステーション側、すなわち送信ステーションにおいて行われる。伝送誤りは送信ステーションにおいて検出されなくてはならない。例えば、送信ステーションは受信ステーションからACKが返らないことによって誤りを検出する。送信ステーションは誤りを検出するとフレームを再送する。
送信ステーションは、フレームの再送をカウントするための再送カウンタを備えており、フレームが再送されるたびに再送カウンタを1増加させる。再送カウンタは、各フレームまたは各フラグメント毎に設けられる。また、再送カウンタは、ショートフレーム再送カウンタとロングフレームカウンタとの2種類に分類されることができる。
無線LANは再送によって信頼性を確保している。フレームを送信したステーションは、アクセスポイントあるいは受信ステーションからACKを受け取らないと、フレームの送信が失敗したと判断する。失敗した送信は再送カウンタを1増加させる。再送回数が所定の上限値に達するとステーションはそのフレームの送信をあきらめ、プロトコルの上位層にその旨を伝える。
特開2004−88154号公報
無線LANにおいては、アクセスポイント1台に対してステーションを複数接続することが可能である。特に家庭内においては、アクセスポイント1台に対して音声通話(VoIP:Voice Over Internet Protocol)が可能なステーションを同時に2台以上確保することが求められる。これは、安定した電界状態においては可能である。
しかし、アクセスポイントとステーションとの通信中に電子レンジや他の無線送信機器からの干渉波が所定レベル以上である場合には、アクセスポイントあるいはステーションはデータフレームを受け取ることができなくなる。アクセスポイントがステーションから送信されるデータフレームを受け取ることができなかった場合、アクセスポイントはACKを返すことができなくなる。そして、ステーション側はアクセスポイントからACKが返らなかったため、先程送信したデータフレームを再送する。なお、失敗した送信は再送カウンタを1増加させる。再送回数が所定の上限値に達するとステーションはそのフレームの送信をあきらめ、プロトコルの上位層にその旨を伝える。
従来では再送回数の上限値が固定であるため、ステーション側はACKを受けるまで、最大で上限値の回数分データフレームを再送する。このようにデータフレームを再送することにより、アクセスポイントと所定の1台のステーションとの間での通信が帯域を占有してしまう。例えば、干渉電波が存在する環境下においてはアクセスポイントと所定の1台のステーションが共に再送を行ってしまうと、音声通信帯域が占有されてしまう。その結果、アクセスポイント1台に対して同時音声通話が可能であるステーションの台数が確保されないことになる。特に、通常音声データフレームを20msの間隔で送信している音声通信であるVoIPにおいて、帯域が占用されると正常な通話を行うことができなくなる。また、ステーションとアクセスポイントとが再送を繰り返すことにより、双方の送受信時の消費電力が増加してしまう。
本発明の目的は、無線LANにおいてアクセスポイントへの同時音声通話が可能なステーションの台数を確保すると共に、アクセスポイントとステーションとの双方の消費電力を削減することができる無線端末装置および再送方法を提供することである。
本発明の無線端末装置は、受信信号を受信する受信手段と、前記受信信号を用い、干渉波が所定レベル以上であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段において干渉波が所定レベル以上であると判定した場合には、前記判定手段において干渉波が所定レベルより小さいと判定した場合よりも、再送回数の上限値をより小さく設定する再送回数上限値設定手段と、送信信号の送信が成功するまで、前記上限値の回数だけ前記送信信号の送信を繰り返す送信手段と、を具備する構成を採る。
本発明の再送方法は、受信信号を受信するステップと、前記受信信号を用い、干渉波が所定レベル以上であるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて干渉波が所定レベル以上であると判定した場合には、前記判定ステップにおいて干渉波が所定レベルより小さいと判定した場合よりも、再送回数の上限値をより小さく設定するステップと、送信信号の送信が成功するまで、前記上限値の回数だけ前記送信信号の送信を繰り返すステップと、を有するようにした。
本発明によれば、無線LANにおける干渉波が所定レベル以上である場合には、干渉波が所定レベルより小さい場合よりも、再送回数の上限値をより小さく設定することにより、アクセスポイントへの同時音声通話可能なステーションの台数を確保すると共に、通信品質を向上することができ、また、アクセスポイントとステーションとの双方の消費電力を削減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る無線端末装置(ステーション)100の構成を示すブロック図である。なお、図1においては、再送回数上限値の設定と係わる構成および動作を主にして説明する。
図1において、無線端末装置100は、主にアンテナ101、T/R(送信/受信)切替部102、WLAN受信回路103、RSSI(Received Signal Strength Indicator)算出部104、SNR(Signal to Noise Ratio)算出部105、RSSI比較部106、SNR比較部107、復調部108、干渉判定部109、MAC(Medium Access Control)部110、メモリ111、送信レート設定部112、再送回数上限値設定部113、変調部114、およびWLAN送信回路115を備える。そのうち、WLAN受信回路103およびWLAN送信回路115はRF(Radio Frequency)回路150を構成し、復調部108および変調部114はベースバンド処理部160を構成し、RSSI比較部106、SNR比較部107、干渉判定部109、MAC部110、メモリ111、送信レート設定部112、および再送回数上限値設定部113はデータ処理部170を構成する。
アンテナ101は、無線LAN通信方式の信号を受信し、T/R切替部102を介してWLAN受信回路103に出力する。また、アンテナ101は、T/R切替部102を介してWLAN送信回路115から入力される無線LAN通信方式の送信信号を送信する。
T/R切替部102は、アンテナ101から入力される受信信号のWLAN受信回路103への出力と、WLAN送信回路115から入力される送信信号のアンテナ101への出力とを切り替える。
WLAN受信回路103は、T/R切替部102から入力される受信信号を無線周波数からベースバンド周波数にダウンコンバートしてRSSI算出部104、SNR算出部105、および復調部108に出力する。
RSSI算出部104は、WLAN受信回路103から入力されるバースバンドの受信信号に含まれるビーコン信号のRSSIを算出し、RSSI比較部106に出力する。
SNR算出部105は、WLAN受信回路103から入力されるバースバンドの受信信号に含まれるビーコン信号のSNRを算出し、SNR比較部107に出力する。
RSSI比較部106は、RSSI算出部104から入力されるRSSIを所定の閾値と比較し、比較結果を干渉判定部109に出力する。
SNR比較部107は、SNR算出部105から入力されるSNRを所定の閾値と比較し、比較結果を干渉判定部109に出力する。
復調部108は、WLAN受信回路103から入力されるバースバンドの受信信号を復調し、得られる復調データをMAC部110に出力し、また、復調過程において復調エラーが発生したか否かを干渉判定部109に通知する。
干渉判定部109は、RSSI比較部106から入力されるRSSIの比較結果、SNR比較部107から入力されるSNRの比較結果、および復調部108から入力される復調エラーに関する通知に基づき、WLANに電子レンジや他の無線送信機器からの干渉波が所定レベル以上であるか否かを判定し、判定結果を送信レート設定部112に出力する。なお、干渉判定部109における干渉波レベル判定の詳細については後述する。
MAC部110は、復調部108から入力される復号データから送信先MACアドレスや送信元MACアドレスなどの制御情報を削除し、得られる受信情報をLLC(Logical Link Control)レイヤに引き渡す。また、MAC部110は、上位レイヤのLLCレイヤから渡された送信情報に対して通信宛先MACアドレスや送信元MACアドレスなどの制御情報を付加し、変調部114に出力する。また、MAC部110は、変調部114に出力する送信情報が初回送信である場合には「0」を、または再送である場合には再送回数を送信レート設定部112、および変調部114に出力する。
送信レート設定部112は、MAC部110から入力される「0」または送信回数に対応する送信レートをメモリ111から読み出す。また、送信レート設定部112は、干渉判定部109から干渉波が所定レベルより小さいという判定結果が入力される場合には、メモリ111から読み出した送信レートをそのまま送信用の送信レートとして設定し、干渉判定部109から干渉波が所定レベル以上であるという判定結果が入力される場合には、メモリ111から読み出した送信レートよりも小さく送信用の送信レートを設定する。また、送信レート設定部112は、送信用として設定した送信レートを再送回数上限値設定部113に出力する。
再送回数上限値設定部113は、送信レート設定部112から入力される送信レートに応じて再送回数上限値を設定し、設定した再送回数上限値を変調部114に出力する。なお、再送回数上限値設定部113における再送回数上限値の設定の詳細については後述する。
変調部114は、MAC部110から「0」が入力される場合、またはMAC部110から入力される再送回数が再送回数上限値設定部113から入力される再送回数上限値以下である場合には、MAC部110から入力される送信情報を変調し、得られる送信信号をWLAN送信回路115に出力する。
WLAN送信回路115は、変調部114から入力される送信信号をベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバートしてT/R切替部102に出力する。
家庭内における無線LAN通信においては、アクセスポイント1台に対して複数のステーションが接続され、同時通信可能なステーションを確保する必要がある。
図2は、干渉波が所定レベルより小さいWLANにおいてVoIP通信を行うアクセスポイントとステーションとの通信動作を示す図である。具体的には、図2(A)は、アクセスポイントの通信状態を示し、図2(B)は、ステーション1の通信状態を示し、図2(C)は、ステーション2の通信状態を示す。
VoIPでは20ms毎のデータのやり取りを行い、各20msの時間内に以下の動作を行う。干渉波が所定レベルより小さいWLANにおいて、ステーション1から通信パケットデータS1をアクセスポイントへ送信した際に、アクセスポイントは、通信パケットデータS1を正常に受信するため、ステーション1に対してACKを送信する。また、アクセスポイントは、ステーション1に対して通信パケットデータAS1を送信する。ステーション1は通信パケットデータAS1を正常に受信すると、アクセスポイントへACKを送信する。また、アクセスポイントは、各ステーションに対してビーコンを周期的送信する。ここまでは、1台のアクセスポイントと1台のステーションとの間の通信における一連の基本動作である。図2は、アクセスポイント1台に対してステーション1とステーション2とが同時通話を行う場合の様子を示している。ここで、アクセスポイントとステーション2との間の通信の基本動作は、アクセスポイントとステーション1との間の通信の基本動作と同様である。ステーション1およびステーション2それぞれは、VoIP通信時間20msの単位でアクセスポイントと通信を行う。
図3は、干渉波が所定レベル以上であるWLANにおいてVoIP通信を行うアクセスポイントとステーションとの動作を示す図である。
干渉波が所定レベル以上であるWLANにおいて、ステーション1から通信パケットデータS1をアクセスポイントへ送出した際に、アクセスポイントは通信パケットS1を正常に受信できないためステーション1に対してACKを送信しない。無線LANの基本動作として、ステーション1は、ACKを受信できない場合には通信パケットS1を再送する。ステーション1は、ACKがとれるまであらかじめ設定された再送回数上限値の回数分だけ再送を繰り返す。よって、VoIP時の20msの間で上記の再送が行われると、ステーション1とアクセスポイントとの通信によって、長い間、通信帯域が占有されてしまう。また、再送と同時にビーコンも送信されるため、占有帯域がさらに広くなる。従って、ステーション2を接続する際には帯域が確保されないため、ステーション2とアクセスポイントとの通信が厳しい状態となる。
次に、上記構成を有する無線端末装置100における、干渉波レベルの判定および再送回数上限値の設定について説明する。
図4は、無線端末装置100における干渉波レベルの判定および再送回数上限値の設定の手順を示すフロー図である。
まず、無線端末装置100は、アンテナ101、T/R切替部102、およびWLAN受信回路103によりビーコンを含めた受信信号を受信してRSSI算出部104およびSNR算出部105に出力する(ST1010)。
次いで、RSSI算出部104およびSNR算出部105それぞれは、WLAN受信回路から入力される受信信号に含まれるビーコンのRSSIおよびSNRそれぞれを算出する(ST1020)。
次いで、RSSI比較部106は、ビーコンのRSSIを所定の閾値と比較し、比較結果を干渉判定部109に出力する(ST1030)。
次いで、SNR比較部107は、ビーコンのSNRを所定の閾値と比較し、比較結果を干渉判定部109に出力する(ST1040)。
次いで、復調部108は、受信信号を復調し、復調エラーが発生したか否かを干渉判定部109に出力する(ST1050)。
次いで、ビーコンのRSSIが所定の閾値以下であり(ST1030:「NO」)、かつビーコンのSNRが所定の閾値以上であり(ST1040:「NO」)、かつ復調エラーが発生しなかった場合(ST1050:「NO」)には、干渉判定部109は、干渉波が所定レベルより小さいと判定する(ST1060)。
次いで、送信レート設定部112は、MAC部110から入力される「0」または送信回数に対応する送信レートをメモリ111から読み出し、送信用の送信レートとして設定する(ST1070)。
次いで、再送回数上限値設定部113は、送信レート設定部112において設定された送信レートに応じて再送回数上限値を設定する(ST1080)。
一方、ビーコンのRSSIが所定の閾値より大きい場合(ST1030:「YES」)、またはビーコンのSNRが所定の閾値より小さい場合(ST1040:「YES」)、または復調エラーが発生した場合(ST1050:「YES」)には、干渉判定部109は、10回受信したビーコンのSNRの変動量を算出し、算出した変動量を所定の閾値と比較する(ST1090)。ここで、10回受信したビーコンのSNRの変動量の算出方法としては、例えば、毎回受信したビーコンと直前に受信したビーコンとのSNRの変動量をそれぞれ算出し、算出した10個の変動量それぞれを所定の閾値と比較する。
次いで、10回受信したビーコンのSNRの変動量それぞれがすべて所定の閾値より小さいという条件が満たされない場合(ST1090:「NO」)には、図4の手順はST1060に移行する。
一方、10回受信したビーコンのSNRの変動量それぞれがすべて所定の閾値より小さい場合(ST1090:「YES」)には、干渉判定部109は、通信環境の悪化状態が連続していると判定し、従って干渉波が所定レベル以上であると判定する(ST1100)。
次いで、送信レート設定部112は、MAC部110から入力される「0」または送信回数に対応する送信レートをメモリ111から読み出し、読み出した送信レートよりも小さく送信用の送信レートを設定し、ST1080に移行する(ST1110)。
図5は、送信レート設定部112において設定された送信レートに応じて、再送回数上限値設定部113において設定される再送回数上限値を示す図である。
図5において、1列目はアプリケーションの種類を示し、2列目は送信レートを示し、3列目は再送回数上限値を示す。また、RTV(A)〜RTV(C)、RD(A)〜RD(C)はそれぞれA、B、またはCの関数を示す。図5に示すように、再送回数上限値設定部113は、送信レート設定部112において設定した送信レートに応じて再送回数上限値を設定し、送信レートが小さいほど再送回数上限値をより小さく設定する。なお、送信レート設定部112においては、干渉波が所定レベルより小さい場合よりも、干渉波が所定レベル以上である場合には、送信レートをより小さく設定する。従って、再送回数上限値設定部113においては、干渉波が所定レベルより小さい場合よりも、干渉波が所定レベル以上である場合には、再送回数上限値をより小さく設定する。
このように、本実施の形態によれば、無線端末装置は受信信号を用い、WLANの通信環境に電子レンジや他の無線送信機器からの干渉波が所定レベル以上であるか否かを判定し、干渉波が所定レベル以上である場合には、干渉波のレベル所定レベルより小さい場合よりも再送回数上限値をより小さく設定するため、1台のアクセスポイントと同時通信可能なステーションの台数を確保することができる。また、通信品質の向上が図れない再送の回数を減らすことによりステーションの消費電力を削減することができる。
なお、本実施の形態では、ST1030〜ST1050の各ステップを順次実行する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、ST1030〜ST1050の各ステップの順番を任意に変更しても良く、または並行して実行しても良い。
また、本実施の形態では、再送回数および干渉波のレベルに基づき伝送レートを設定し、設定した送信レートに応じて再送回数上限値を設定する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されず、直接干渉波のレベルに基づき再送回数上限値を設定しても良い。
本発明に係る無線端末装置および再送方法は、セルラネットワークおよび無線LANの両方と通信を行うことが可能な無線端末装置の用途に適用することができる。
本発明の一実施の形態に係る無線端末装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態に係る干渉波が所定レベルより小さいWLANにおいてVoIP通信を行うアクセスポイントとステーションとの通信動作を示す図 本発明の一実施の形態に係る干渉波が所定レベル以上であるWLANにおいてVoIP通信を行うアクセスポイントとステーションとの動作を示す図 本発明の一実施の形態に係る無線端末装置における干渉波レベルの判定および再送回数上限値の設定の手順を示すフロー図 本発明の一実施の形態に係る送信レートに応じて設定される再送回数上限値を示す図
符号の説明
100 無線端末装置
101 アンテナ
102 T/R切替部
103 WLAN受信回路
104 RSSI算出部
105 SNR算出部
106 RSSI比較部
107 SNR比較部
108 復調部
109 干渉判定部
110 MAC部
111 メモリ
112 送信レート設定部
113 再送回数上限値設定部
114 変調部
115 WLAN送信回路
150 RF回路
160 ベースバンド処理部
170 データ処理部

Claims (4)

  1. 受信信号を受信する受信手段と、
    前記受信信号を用い、干渉波が所定レベル以上であるか否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段において干渉波が所定レベル以上であると判定した場合には、前記判定手段において干渉波が所定レベルより小さいと判定した場合よりも、再送回数の上限値をより小さく設定する再送回数上限値設定手段と、
    送信信号の送信が成功するまで、前記上限値の回数だけ前記送信信号の送信を繰り返す送信手段と、
    を具備する無線端末装置。
  2. 前記受信信号を復調する復調手段と、
    前記受信信号に含まれるビーコン信号のRSSI(Received Signal Strength Indicator)と、SNR(Signal to Noise Rate)と、過去数回の受信にわたっての前記SNRの変動量を算出する算出手段と、をさらに具備し、
    前記判定手段は、
    前記復調エラーが発生し、かつ前記SNRの変動量が変動量用の閾値より小さい場合、または、前記RSSIがRSSI用の閾値より大きく、かつ前記SNRの変動量が変動量用の閾値より小さい場合、または、前記SNRがSNR用の閾値より小さく、かつ前記SNRの変動量が変動量用の閾値より小さい場合には、干渉波が所定レベル以上であると判定し、それ以外の場合には、干渉波が所定レベルより小さいと判定する、
    請求項1記載の無線端末装置。
  3. 前記判定手段において干渉波が所定レベル以上であると判定した場合には、前記判定手段において干渉波が所定レベルより小さいと判定した場合よりも、前記送信信号を送信するための送信レートをより小さく設定する送信レート設定手段、をさらに具備し、
    前記再送回数上限値設定手段は、
    前記送信レート設定手段において設定された送信レートに対応する値を用いて再送回数の上限値を設定する、
    請求項1記載の無線端末装置。
  4. 受信信号を受信するステップと、
    前記受信信号を用い、干渉波が所定レベル以上であるか否かを判定する判定ステップと、
    前記判定ステップにおいて干渉波が所定レベル以上であると判定した場合には、前記判定ステップにおいて干渉波が所定レベルより小さいと判定した場合よりも、再送回数の上限値をより小さく設定するステップと、
    送信信号の送信が成功するまで、前記上限値の回数だけ前記送信信号の送信を繰り返すステップと、
    を具備する再送方法。
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