JP2011166258A - 無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムに於いて、ＲＢＡＲの利点である送信直前の無線空間の伝搬状態を基に通信レートを設定することで安定した高レート通信を可能とし、フレームの使い方については、ＭＡＣヘッダのＲＳＨ及びＨＣＳは使用せず、又ＰＨＹに於いてもデータの伝送レートのみを考慮するだけでよい様に改善し、シンプルなフレーム構成で伝送レートの制御を可能とする。
【解決手段】ＲＴＳ（送信要求）／ＣＴＳ（受信準備完了）の送受信を行うことによってデータ１０の送信に使用する伝送レートを決定する無線通信システムに於いて、通信データのフレームがＰＬＣＰフレームを有し、該ＰＬＣＰフレームのヘッダに前記ＲＴＳ／ＣＴＳの送受信によって決定した最終的な伝送レートの情報を割当て、前記ＰＬＣＰフレームを送信側から受信側に無線送信する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）や無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の様に、複数の無線端末間でランダムアクセスによりデータ通信を行う無線通信システムに関するものである。

無線通信、とりわけ無線ＬＡＮのＩＥＥＥ８０２．１１（米国電気電子学会で定めた無線ＬＡＮの標準規格群）で定めた物理層は、変調法により、複数の伝送レートをサポートしている。然し乍ら、ＩＥＥＥ８０２．１１ではチャンネルの品質に応じて伝送レートを選択するアルゴリズム（レートアダプテーションアルゴリズム）が規定されていない。レートアダプテーションアルゴリズムの実装は、ＩＥＥＥ８０２．１１のインタフェースを製造している（デバイスドライバを設定する）企業に委ねられている。

この為、ＩＥＥＥ８０２．１１では物理層でレートアダプテーションアルゴリズムをサポートしているデバイスの相互運用性を保つ為、以下の如く規定している。

1) 全ての制御フレームは、ネットワーク内の全ての端末（ＳＴＡ）が理解できることを保証する為、ＢＳＳＢａｓｉｃＲａｔｅＳｅｔと呼ばれるパラメータ値で指定されるレートで転送する必要がある。

2) 全てのマルチキャストフレームとブロードバンドキャストフレームは、ＢＳＳＢａｓｉｃＲａｔｅＳｅｔと呼ばれるパラメータ値で指定されるレートで転送する必要がある。

3) 全てのデータフレームは、レートアダプテーションアルゴリズムで選択されたデータレート（もし、そのレートがサポートされていた場合は）で送信する必要がある。

4) ネットワーク内の端末（ＳＴＡ）は、ＯｐｅｒａｔｉｏｎａｌＲａｔｅＳｅｔと呼ばれる１番高いデータレートより高いレートでメッセージを送信してはいけない。

5) 制御フレーム（ＣＴＳ又はＡＣＫ）は、もしその前に送られてきた制御フレームのレートが定められたレートであった場合、そのレートで送信しなければならない。そうでなければ、ＢＳＳＢａｓｉｃＲａｔｅＳｅｔ内で可能な限り高いレートで送信しなければならない。

現在レートアダプテーションアルゴリズムとしては、チャンネルの品質を送信端末で行われるＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）受信の成功と失敗の状況から推測するＡＲＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｒａｔｅ Ｆａｌｌｂａｃｋ）という方式と、制御フレームであるＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ ｔｏ Ｓｅｎｄ：送信要求）／ＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ ｔｏ Ｓｅｎｄ：受信準備完了）パケットを用いて、ＲＴＳパケットを受信した無線端末が受信電波のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：信号対雑音比）を基に伝送レートを設定するＲＢＡＲ（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ−Ｂａｓｅｄ Ａｕｔｏｒａｔｅ）という方式がある。

従来の伝送レートの変更の制御手段の１つであるＡＲＦは、通信エラーの割合によって通信レートを制御する為、実際にエラーが発生してからでないと適応できないという遅延の問題と、パケットの衝突による送信失敗も通信エラーと見なされ、伝送レートが下げられてしまうという問題を有していた。

又、もう１つの伝送レート変更の制御手段であるＲＢＡＲでは、通信を行う前に送信側と受信側とでＲＴＳ／ＣＴＳフレームを用いて互いに変調方式、及びデータ長の情報を交換する。送信側で仮定した変調方式をＲＴＳフレームで受信側に通知し、受信側では送信側から指定された変調方式に対して最適かどうかを考慮した上で最終的な変調方式をＣＴＳフレームによって送信側に通知する。そして、送信側では、受信側から指定された最終的な変調方式を、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）フレームのＭＡＣヘッダの一部を用いたＲＳＨによって周囲の端末に通知する。

ＲＢＡＲに於ける物理層では、データを送信する際、２度変調速度を切替える必要がある。１度目はＲＳＨの伝送レート用に、２度目はデータの伝送レートに切替える。この為、受信側に対してもＲＳＨ用の伝送レートとデータ用の伝送レートを通知する必要がでてくる。そこで、ＰＬＣＰ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）フレームのＰＬＣＰヘッダ部のＳＩＧＮＡＬと呼ばれるエリアを従来の無線ＬＡＮでの使い方とは異なり、ＲＳＨの伝送レート用とデータ伝送レート用とに分けて使用する。

ＲＢＡＲでは、送信開始直前の無線空間の伝搬状態を基に通信レートを設定することができる為、先のＡＲＦより安定した高レート通信が可能であるが、ＲＢＡＲをそのまま使用する場合、ＲＳＨの使用に当って、ＭＡＣフレームのＭＡＣヘッダにＨＣＳ（Ｈｅａｄｅｒ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）と呼ばれるビット情報を付加したり、ＰＨＹレイヤのＰＬＣＰフレームフォーマットのＳＩＧＮＡＬ領域をＤａｔａ ＲａｔｅとＲＳＨ Ｒａｔｅとに分ける必要がある為、フレームの構成がＭＡＣ、ＰＨＹ両方で変更が必要となり、伝送レート設定の制御が複雑となるという問題を有していた。

特開２００２−２１７９１３号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、ＲＢＡＲの利点である送信直前の無線空間の伝搬状態を基に通信レートを設定することで安定した高レート通信を可能とし、フレームの使い方については、ＭＡＣヘッダのＲＳＨ及びＨＣＳは使用せず、又ＰＨＹに於いてもデータの伝送レートのみを考慮するだけでよい様に改善し、シンプルなフレーム構成で伝送レートの制御を可能とした無線通信システムを提供するものである。

本発明は、ＲＴＳ（送信要求）／ＣＴＳ（受信準備完了）の送受信を行うことによってデータの送信に使用する伝送レートを決定する無線通信システムに於いて、通信データのフレームがＰＬＣＰフレームを有し、該ＰＬＣＰフレームのヘッダに前記ＲＴＳ／ＣＴＳの送受信によって決定した最終的な伝送レートの情報を割当て、前記ＰＬＣＰフレームを送信側から受信側に無線送信する無線通信システムに係るものである。

本発明によれば、ＲＴＳ（送信要求）／ＣＴＳ（受信準備完了）の送受信を行うことによってデータの送信に使用する伝送レートを決定する無線通信システムに於いて、通信データのフレームがＰＬＣＰフレームを有し、該ＰＬＣＰフレームのヘッダに前記ＲＴＳ／ＣＴＳの送受信によって決定した最終的な伝送レートの情報を割当て、前記ＰＬＣＰフレームを送信側から受信側に無線送信するので、シーケンスが簡単になると共にシンプルなフレーム構成でフレーム処理が軽減されるという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る無線通信システムを示す概略図である。 該無線通信システムを構成するベースバンド部の模式図である。 本実施例と従来例のＰＬＣＰフレームフォーマットを示す比較図である。 本実施例のタイミングチャートである。

以下、図面を参照しつつ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を示す概略を示しており、図中、１は無線通信システム、２は通信ネットワークの１つであるイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）（登録商標）、３は送受信装置を示し、該送受信装置３は主にベースバンド部４、無線通信部（ＲＦ部）５、該無線通信部５に接続された空中線６を具備し、前記ベースバンド部４と前記無線通信部５間は同軸ケーブル７を介して接続され、前記空中線６はＲＦ同軸ケーブル８を介して接続されている。

次に、上記構成の無線通信システム１に於ける通信データの流れについて説明する。

前記イーサネット２からデータ送信端末（図示せず）等から送信されたデータ（ＩＰパケット）１０が前記ベースバンド部４に入力データとして入力されると、前記ベースバンド部４に於いて有線のイーサネットのＭＡＣフレームから無線のＭＡＣフレームへの変換、アクセス方式の制御、ＰＬＣＰ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｌａｙｅｒ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）フレームへの変換、誤り訂正、変調処理、同期信号の付加、Ｄ／Ａ変換等の処理が行われ、前記ベースバンド部４からベースバンド信号（アナログ信号）１１として出力される。

前記ベースバンド部４から出力されるベースバンド信号１１は、前記同軸ケーブル７を経て前記無線通信部５に入力される。該無線通信部５ではベースバンド信号を無線信号に変換、フィルタリング、増幅等所要の信号処理を行い、無線信号１２として出力される。前記無線通信部５から出力される無線信号１２は、前記ＲＦ同軸ケーブル８を経て前記空中線６より無線空間に送出される。

本実施例の送信方式では、フレーム変換処理、変調処理を前記ベースバンド部４を構成するＭＡＣ層（無線）（後述）、ＰＨＹ層（無線）（後述）により実行する。

以下、図２を参照して本実施例のベースバンド部４について説明する。

該ベースバンド部４は、ＰＨＹ層（有線）１４、ＭＡＣ層（有線）１５、ＭＡＣ層（無線）１６、ＰＨＹ層（無線）１７を有し、前記ＰＨＹ層（有線）１４、前記ＭＡＣ層（有線）１５は有線処理系、前記ＭＡＣ層（無線）１６、前記ＰＨＹ層（無線）１７は無線処理系を構成する。

前記ＰＨＹ層（有線）１４、前記ＭＡＣ層（有線）１５は前記イーサネット２を介して入力されたデータ１０について、フレーム生成、及び制御を行い、前記ＭＡＣ層（無線）１６、前記ＰＨＹ層（無線）１７は、フレーム生成、無線ＬＡＮの制御を行う。

次に、ベースバンド部４での送信データの流れ、各層での処理内容について説明する。

前記イーサネット２を介して前記データ１０が前記ＰＨＹ層（有線）１４に入力されると、該ＰＨＹ層（有線）１４に於いて、ピッチデータからフレーム化され、ＭＡＣフレーム１８として、前記ＭＡＣ層（有線）１５に送出される。前記ＭＡＣ層（有線）１５では、イーサネットのＭＡＣフレームを解析し、ＭＡＣヘッダを取出し、上位層と送受されるデータの形式とした信号１９を前記ＭＡＣ層（無線）１６に送出する。

前記ＭＡＣ層（無線）１６に於いて、前記信号１９に無線用のＭＡＣヘッダを付し、無線用のＭＡＣフレーム２０を生成する。又、送信処理の中で前記ＰＨＹ層（無線）１７に対して変調方式、データサイズ、自身が生成したＭＡＣフレーム等の情報をプリミティブと呼ばれるメッセージを用いて通知する。

前記ＰＨＹ層（無線）１７では、前記ＭＡＣ層（無線）１６から通知された情報を基にＰＬＣＰフレームを生成する。この時、ＰＬＣＰフレームの中に前記ＭＡＣ層（無線）１６から指示された変調方式の情報を格納し、前記ベースバンド信号１１として前記同軸ケーブル７を介して前記無線通信部５に入力し、更に該無線通信部５から無線信号１２として前記空中線６より送出される。

受信側では、受信した無線信号１２からＰＬＣＰフレームの変調方式をチェックし、送信側の変調方式を確認する。

図３に於いて、上記ＰＬＣＰフレームについての、フォーマット（ＰＬＣＰフレームフォーマット）を説明する。

ＰＬＣＰフレームは、図３に示される様に、ＰＬＣＰヘッダ２２、Ｆｒａｍｅコントロール（フレームの種類等の情報）２３、Ｄｕｒａｔｉｏｎ（伝送レートの情報、フレーム送信に必要な時間の情報）２４、Ｄｅｓｔアドレス（送信先アドレス）２５、Ｓｏｕｒｃｅアドレス（送信元アドレス）２６、ＨＣＳ（ビット情報）２７から構成される。

本実施例では、従来の無線ＬＡＮよりサブキャリア数（以下ＦＦＴポイント数）を増加する。

ＦＦＴポイント数を増加することで、従来方式によるＰＬＣＰヘッダ２２ａのレングスよりも本実施例のＰＬＣＰヘッダ２２ｂのレングスが長くなり、結果その分だけ余剰ビット２８が発生する。該余剰ビット２８に従来方式のＲＳＨ（Ｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｓｕｂｈｅａｄｅｒ）で周囲の端末に通知していた最終的な伝送レートの情報（Ｄｕｒａｔｉｏｎ２４ａ）を割当てる。

その情報を、従来の無線ＬＡＮのＩＥＥＥ８０２．１１でいう、ＳＩＧＮＡＬ部として最も低い伝送速度で周囲に送信する。受信した端末側ではＳＩＧＮＡＬ部に含まれる最終的な伝送レートの情報（Ｄｕｒａｔｉｏｎ２４ｂ）をチェックすることで最終的な伝送レートを認識できる。

この時、前記ＭＡＣ層（有線）１５、前記ＭＡＣ層（無線）１６に於いては、従来の方式のフレームのフォーマットが異なり、ＲＳＨでの通知は不要になり、更にＨＣＳ２７も不要になる。

更に、前記ＰＨＹ層（有線）１４、前記ＰＨＹ層（無線）１７に於いては、フレームの使い方が異なり、ＲＳＨ用の伝送レートとデータ用の伝送レートを考慮することなく、従来の無線ＬＡＮの様にデータ部の伝送レートだけを考慮する。

図４は本実施例のタイミングチャートを示し、図４を参照して信号処理のシーケンスを説明する。尚、図４中、３１はＡ端末、３２はＳｒｃ端末、３３はＤｓｔ端末、３４はＢ端末を示している。

図４に於いて、Ｓｒｃ端末３２から前記Ｄｓｔ端末３３へデータを送信したとする。この場合、前記Ａ端末３１は前記Ｄｓｔ端末３３、前記Ｂ端末３４から見た隠れ端末になり、前記Ｂ端末３４、前記Ｓｒｃ端末３２がキャリアセンス待ち状態から送信可能な状態になった際、送信側が想定している変調方式、及びデータ長をＲＴＳフレームとして時間Ｔ０に送信する。

前記Ｄｓｔ端末３３、前記Ａ端末３１がそれぞれＲＴＳフレームを受信後（図４中、受信タイミングを３５，３６で示す）、前記Ｓｒｃ端末３２の送信期間ＤRTS を算出する。この時、前記Ｂ端末３４は前記Ｓｒｃ端末３２にとって隠れ端末に相当する為、ＲＴＳフレームは受信不可となり、この時点では前記Ｓｒｃ端末３２の送信期間ＤRTS は分らない。

前記Ｄｓｔ端末３３では、先に受信したＲＴＳフレームの変調方式に対して、自身の受信状況を加味した最終的な変調方式を確定し、時間Ｔ１にＣＴＳフレームに最終的な変調方式、及びデータ長を格納し、送信する。

前記Ｓｒｃ端末３２、前記Ｂ端末３４がそれぞれＣＴＳフレームを受信後（図４中、受信タイミングを３７，３８で示す）、前記Ｂ端末３４は、最終的な送信期間ＤCTS を算出し、前記Ｓｒｃ端末３２は、先のＣＴＳフレームで前記Ｄｓｔ端末３３から指定された変調方式にてＤＡＴＡを時間Ｔ２に送信する。この時、前記Ａ端末３１は前記Ｄｓｔ端末３３にとって隠れ端末に相当する為、ＣＴＳフレームは受信不可となる。

この時点に於いて、前記Ａ端末３１は最終的な送信期間ＤCTS が分らず、先に送信したＲＴＳフレームから算出した送信期間ＤRTS しか分っていない。送信期間ＤRTS と送信期間ＤCTS の終りの時間が同じ場合は問題にならないが、終りの時間が異なる場合は、前記Ａ端末３１は、最終的な送信期間CTS を知る必要がある。

そこで、ＤＡＴＡ送信時に、本実施例に係るフォーマットを用いることで受信したＰＬＣＰフレームのＳＩＧＮＡＬ部分から最終的な送信期間ＤSIGNAL（ＤCTS ）を知ることができる。

この結果、前記Ｓｒｃ端末３２と前記Ｄｓｔ端末３３の間では、最適な変調方式でＤＡＴＡを送信し、前記Ａ端末３１及び前記Ｂ端末３４は最終的な送信期間ＤCTS 又はＤSIGNALの間、送受信動作を自粛することになる。その後、前記Ｄｓｔ端末３３から送信したＡＣＫフレームを前記Ｓｒｃ端末３２が受信することで、一連の送信処理が完了する。

上記した様に、本実施例によれば、従来のＲＢＡＲ方式に比べ、シーケンスが簡単になると共に物理層に於けるフレーム処理が軽減される。

又、余剰ビットを調整（サブキャリア数の調整）する事で、その他の制御情報を付加でき、拡張性が増大する。

（付記）
又、本発明は以下の実施の態様を含む。

（付記１）データの送受信を行う複数の無線端末に於いて、ある１対１の通信の際、送信側が送信データを送信する前に受信側からの受信品質及び受信レベルといった事前の受信側のステータス情報を加味した上で、送信側から変調方式を選択し、受信側に通達し、受信側では送信側から指定された変調方式が可能かどうかを吟味し、最終的な変調方式を送信側に応答し、受信側からの応答を受信した送信側が受信側から指定された最終的な変調方式で送信データを送信することを特徴とする無線通信システム。

（付記２）ベースバンドの１階層・ＭＡＣ層（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌａｙｅｒ）に於いて、変調方式の選択を制御する付記１の無線通信システム。

１ 無線通信システム
２ イーサネット
３ 送受信装置
４ ベースバンド部
５ 無線通信部
６ 空中線
１０ データ
１１ ベースバンド信号
１２ 無線信号
１４ ＰＨＹ層（有線）
１５ ＭＡＣ層（有線）
１６ ＭＡＣ層（無線）
１７ ＰＨＹ層（無線）
１８ ＭＡＣフレーム
１９ 信号
２０ ＭＡＣフレーム

Claims (1)

1. ＲＴＳ（送信要求）／ＣＴＳ（受信準備完了）の送受信を行うことによってデータの送信に使用する伝送レートを決定する無線通信システムに於いて、通信データのフレームがＰＬＣＰフレームを有し、該ＰＬＣＰフレームのヘッダに前記ＲＴＳ／ＣＴＳの送受信によって決定した最終的な伝送レートの情報を割当て、前記ＰＬＣＰフレームを送信側から受信側に無線送信することを特徴とする無線通信システム。

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