JP2011176510A

JP2011176510A - 無線ａｃｋ送受信システム、宛先局装置、生起局装置、及び無線ａｃｋ送受信方法

Info

Publication number: JP2011176510A
Application number: JP2010038023A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Otsuki; 暢朗大槻; Yasushi Shirato; 裕史白戸; Takatoshi Sugiyama; 隆利杉山
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】ACKフレームの衝突によるスループットの劣化を防止する無線ACK送受信システムを提供する。
【解決手段】各宛先局装置から受信したACKフレームをデスクランブルするデスクランブル回路と、前記宛先局のそれぞれに割り当てられたACK通知サブキャリアの電力を推定するサブキャリア電力推定回路と、前記推定された電力が基準値以上であるACK通知サブキャリアを参照して、前記ACKフレームを送信した宛先局を判定する判定回路とを有し，宛先局装置は、受信した情報フレームに使用されたスクランブラ初期状態を推定するスクランブラ初期状態推定回路と、前記スクランブラ初期状態を用いてACKフレームをスクランブルするスクランブル回路と、前記スクランブルされたACKフレームのzero-paddingビットのみが変調されているサブキャリアのうち、自身に予め割り当てられたACK通知サブキャリア以外をマスクするzero-paddingサブキャリアマスク回路とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワーク符号化を適用したマルチホップ無線LAN（local area network）システムにおいて、ネットワーク符号化フレームに対するACKフレームの送信を高効率に行う無線ACK送受信システム、宛先局装置、生起局装置、及び無線ACK送受信方法に関する。

近年、マルチホップ通信のスループットの向上を目的とした、ネットワーク符号化技術が注目されている。ネットワーク符号化技術は、マルチホップ中継を行うネットワーク上の中継局において複数の情報系列を線形符号化（代表的な例として、排他的論理和が挙げられる）を用いて複数のマルチキャスト通信やユニキャスト通信を多重化した上で、各宛先局において復号操作を行う事により、ネットワーク符号化を用いない場合に比べてスループットの向上を図ることができる。

ネットワーク符号化を用いたマルチホップ無線ネットワークは、無線通信の同報性とネットワーク符号を活用することにより、スループットの向上を実現する。中継局の役割を果たすノードは、複数の送信局ノードから受信したフレームを線形符号によって符号化し，受信局に中継する。受信局は、同様に他のノードから受信したフレームあるいは自身が保持しているフレームを用いて符号化されたパケットを復号し、元の情報を得ることができる。このような技術として、例えば特許文献１のものがある。

以下、具体例として、ネットワーク符号化技術が適用できる代表的なマルチホップ無線トポロジである、Alice & Bobトポロジ（図６参照）を挙げて、無線によるネットワーク符号化技術を説明する。ネットワーク符号化・復号には、排他的論理和を用いるものとする。

図６に示す無線マルチホップトポロジにおいて、両端の送受信局（node-A、node-B）が互いに中継局（node-R）を介して情報のやり取りを行う場合について考える。本トポロジの目的は、node-Aおよびnode-Bの自身が保持する情報を情報フレームとして無線チャネルを用いて送信するとともに、相手方となる送受信局から情報フレームを受信することである。また、単一の周波数チャネルを全ての局で共有することを前提とする。即ち、ある局が情報フレームの送信を行っている間、他の全ての局は同時刻に情報フレームを送信しないものとする。

ネットワーク符号化を用いない場合、図７に示されるように、以下の手順に従って通信を行う。
（１）時刻T1において、node-Aが情報フレームAをnode-Rに送信する。node-Rは、情報フレームAを受信する（図７（ａ））。
（２）時刻T2において、node-Rが情報フレームAをnode-Bに送信する。node-Rは、情報フレームAを受信する（図７（ｂ））。
（３）時刻T3において、node-Bが情報フレームBをnode-Rに送信する。node-Rは、情報フレームBを受信する（図７（ｃ））。
（４）時刻T4において、node-Rが情報フレームBをnode-Aに送信する。node-Aは、情報フレームBを受信する（図７（ｄ））。
このような（１）〜（４）という手順をとる必要があるため、node-Aとnode-Bが互いに情報をやり取りするためには少なくとも4つのタイムスロットが必要となる。

一方、ネットワーク符号化を用いた場合には、図８に示されるように、以下の手順に従って通信を行う。
（１０）時刻T1において、node-Aが情報フレームAをnode-Rに送信する。node-Rは、情報フレームAを受信する（図８（ａ））。
（１１）時刻T2において、node-Bが情報フレームBをnode-Bに送信する。node-Rは、情報フレームBを受信する（図８（ｂ））。
（１２）時刻T3では、node-Rが情報フレームAと情報フレームBに対してネットワーク符号化（情報フレーム同士のビット毎の排他的論理和がよく用いられる）を行い、情報フレームXを生成（これを符号化情報フレームと呼ぶ）し、node-Aおよびnode-Bに対して同報送信する。node-Aは、自身が時刻T1において送信した情報フレームAと時刻T3において受信した情報フレームXとを用いてネットワーク復号（ネットワーク符号化同様、情報フレーム同士の排他的論理和が用いられる）を行うことにより、情報フレームBを取得する。同様に、node-Bにおいても、node-B自身が時刻T2において送信した情報フレームBと時刻T3において受信した情報フレームXとを用いてネットワーク復号を行うことにより、情報フレームAを取得する。上記の手順（１０）〜（１２）を取ることにより、必要となるタイムスロット数が3となる。

ネットワーク符号化を用いない場合と用いた場合を比較すると、ネットワーク符号化を適用することにより、node-Aとnode-Bが情報のやり取りを行うために消費するタイムスロット数が3/4になる。すなわち、ネットワーク符号化の適用によるスループット増大効果（以降これを「ネットワーク符号化利得」と呼ぶ。また、「NC利得」と略記する）はその逆数の4/3となる。

特開２００９−２０６７７８号公報

J. Hasegawa, H. Yomo, et.al., "Bidirectional Packet Aggregation and Coding for VoIP Transmission in Wireless Multi-Hop Networks," IEEE ICC 2009, Dresden, Germany, June 2009．

IEEE802.11において規定される無線LANには、システムの信頼性を向上させる手段としてMAC（Medium Access Control）におけるACKフレームの返送機能が規定されている。受信nodeは、受信した無線フレームを復調し、CRC（Cyclic Redundancy Check）による誤り検出を行った結果、誤りが検出されなければ、受信終了タイミングからSIFS(Short Inter Frame Space)間隔後にACKフレームを送信nodeに返送する。無線LANによるマルチホップシステムにネットワーク符号化を適用する場合、各情報フレームA,B及び、ネットワーク符号化情報フレームXの送受信時にそれぞれACKフレームが返送される。情報フレームA,Bはnode-Aからnode-R，node-Bからnode-Rへのユニキャスト通信であるため、node-A，Bは干渉なくnode-RからのACKフレームを受信可能である。

しかしながら，符号化情報フレームXはnode-Rからnode-A,Bへブロードキャストされ、node-A,Bは同時に符号化情報フレームを受信するため、両nodeにおいて誤りがなければ、SIFS間隔後に同時にACKフレームをnode-Rに対して送信し、パケット衝突を引き起こしてしまう問題がある（図９）。すなわち、node-A,Bがどちらも符号化情報フレームXの受信に成功し、ACKフレームを同時に返信している限り、node-RはACKフレームを受信することができず、何度も繰り返し再送を行うこととなる。再送回数が規定の回数を超えたパケットは廃棄されるため、無線LANを用いたマルチホップシステムにネットワーク符号化を適用した場合、システムが正常に動作しない問題がある。または、node-AもしくはBのどちらかのみ符号化情報フレームXの受信に成功した場合は、成功したnodeのみからACKフレームがnode-Rに返送されるためシステムは動作するが、情報フレームXの受信に成功したnodeにしか情報が伝達されないため、ネットワーク符号化のスループット向上効果を得ることができない問題がある。

この問題を解決する手法として，node-A及びBからnode-Rがパケットを受信した際に受信電力を測定しておき、ネットワーク符号化情報フレームXの送信時には、node-Rにおける受信電力が小さい方のnodeにのみネットワーク符号化情報フレームXに対するACKフレームを返送させる制御をする手法が提案されている（非特許文献１参照）。

しかしながら、この手法では，ACKフレームを送信できるnodeは1つのみであるため、例えばnode-AがACKフレームを送信した場合にはnode-Rはもう一方のnode-Bにおいてネットワーク符号情報フレームXが正常に受信できているのかどうかが判断できない。そのためnode-Bに対する再送制御を行うことができなくなり、パケット損失が増加する。パケット損失の増加は、一般的なインターネットにおいて用いられているTCP（Transmission Control Protocol）のスループットを劣化させる問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、中継局におけるACKフレームの衝突によるスループットの劣化を防止する無線ACK送受信システム、宛先局装置、生起局装置、及び無線ACK送受信方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、生起局装置と複数の宛先局装置とが設けられ、生起局が複数の宛先局へ同報通信を行う無線ACK送受信システムであって、前記生起局装置は、前記各宛先局装置から受信したACKフレームをデスクランブルするデスクランブル回路と、前記宛先局のそれぞれに割り当てられたACK通知サブキャリアの電力を推定するサブキャリア電力推定回路と、前記サブキャリア電力推定回路によって推定された電力が基準値以上であるACK通知サブキャリアを参照して、前記デスクランブル回路によってデスクランブルされたACKフレームを送信した宛先局を判定するACK通知サブキャリア判定回路と、を有し、前記宛先局装置は、前記生起局から受信した情報フレームに使用されたスクランブラ初期状態を推定するスクランブラ初期状態推定回路と、前記スクランブラ初期状態推定回路によって推定されたスクランブラ初期状態を用いてACKフレームをスクランブルするスクランブル回路と、前記スクランブル回路によってスクランブルされたACKフレームのzero-paddingビットのみが変調されているサブキャリアのうち、自身に予め割り当てられたACK通知サブキャリア以外をマスクするzero-paddingサブキャリアマスク回路と、前記zero-paddingサブキャリアマスク回路によってマスクされたACKフレームを前記生起局に送信する無線部と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、生起局装置と複数の宛先局装置とが設けられ、生起局が目的の宛先局へ同報を行う無線システムにおける宛先局装置であって、前記生起局から受信したACKフレームに使用されたスクランブラ初期状態を推定するスクランブラ初期状態推定回路と、前記推定回路によって推定されたスクランブラ初期状態を用いて前記ACKフレームをスクランブルするスクランブル回路と、前記スクランブル回路によってスクランブルされたACKフレームのzero-paddingビットのみが変調されているサブキャリアのうち、自身に予め割り当てられたACK通知サブキャリア以外をマスクするzero-paddingサブキャリアマスク回路と、前記zero-paddingサブキャリアマスク回路によってマスクされたACKフレームを前記生起局に送信する無線部と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記zero-paddingサブキャリアマスク回路によってマスクされたACKフレームのうち、自身に予め割り当てられたACK通知サブキャリアに、パイロットサブキャリアを挿入するACK通知サブキャリア挿入回路を有し、前記無線部は、前記ACK通知サブキャリア挿入回路によってパイロットサブキャリアが挿入されたACKフレームを送信することを特徴とする。

また、本発明は、生起局装置と複数の宛先局装置とが設けられ、生起局が複数の宛先局へ同報通信を行う無線ACK送受信システムにおける生起局装置であって、ACK通知サブキャリアの電力を推定するサブキャリア電力推定回路と、前記サブキャリア電力推定回路によって推定された電力が基準値以上であるACK通知サブキャリアを参照して、ACKフレームを送信した宛先局を判定するACK通知サブキャリア判定回路と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、前記受信したACKフレームから、ACKフレームに付加されている雑音電力スペクトル密度を推定する雑音電力推定回路を有し、前記ACK通知サブキャリア判定回路は、前記雑音電力推定回路によって推定された雑音電力スペクトル密度と前記サブキャリア電力推定回路によって推定された電力とに基づき、前記雑音電力スペクトル密度から得られる閾値と、前記推定された電力とを比較し、前記推定電力が前記閾値より大きい場合に、その推定された電力に対応するACK通知サブキャリアが割り当てられた宛先局から送信されたACKフレームであることを判定する。

また、本発明は、前記ACK通知サブキャリアは、１つの宛先局装置に対して複数割り当てられており、前記サブキャリア電力推定回路は、前記１つの宛先局装置に対して割り当てられたそれぞれのACK通知サブキャリアからの電力を合成して推定された電力を得ることを特徴とする。

また、本発明は、生起局装置と複数の宛先局装置とが設けられ、生起局が複数の宛先局へ同報通信を行う無線システムにおける無線ACK送受信方法であって、前記生起局装置は、前記各宛先局装置から受信したACKフレームをデスクランブルし、前記宛先局のそれぞれに割り当てられたACK通知サブキャリアの電力を推定し、推定された電力とが基準値以上であるACK通知サブキャリアを参照して、前記デスクランブルされたACKフレームを送信した宛先局を判定し、前記宛先局装置は、前記生起局から受信した情報フレームに使用されたスクランブラ初期状態を推定し、前記推定されたスクランブラ初期状態を用いてACKフレームをスクランブルし、前記スクランブルされたACKフレームのzero-paddingビットのみが変調されているサブキャリアのうち、自身に予め割り当てられたACK通知サブキャリア以外をマスクし、前記マスクされたACKフレームを前記生起局に送信することを特徴とする。

本発明では、ネットワーク符号化情報フレームまたはマルチキャスト情報フレームを受信した複数の宛先局のスクランブラ初期状態を同一に設定することで、宛先局から返送されるACKフレームの無線信号を同一にする。これによりネットワーク符号化情報フレームまたはマルチキャスト情報フレームの生起局は、同一の複数の無線信号をほぼ同時に受信することになるため、各無線信号を遅延波と見なすことで通常通りの復調が可能となる。生起局は、受信したACKフレームの送信元がどの宛先局であるのかを区別するために、zero-paddingにより埋められる意味のないサブキャリアを各宛先局に固有に割り当て、宛先局は、割り当てられたサブキャリアにACK通知用のパイロットサブキャリアを挿入することでACKの通知を行う。情報フレームの生起局は、受信したACKフレームにそのサブキャリアが含まれているか否かに基づいて、ACKフレームを送信した宛先局の判定を行う。

以上説明したように、この発明によれば、ネットワーク符号化を適用した無線LANマルチホップ無線システムにおいて、IEEE802.11に定められたMACスキームを変更することなく、複数の宛先局へ同報送信を行う中継局（生起局）は、複数の宛先局からの複数のACKフレームを同時に受信可能となる。これにより中継局におけるACKフレームの衝突によるシステムスループットの劣化を防止可能となる。また再送制御の精度が向上しパケット損失が減少するため、システム信頼性が向上する。

受信パターンの判定の概略を説明する図である。生起局の回路構成を表す図である。宛先局の回路構成を表す図である。宛先局の送信動作を説明するフローチャートである。生起局のサブキャリア判定の動作を説明するフローチャートである。マルチホップ無線トポロジを説明する図である。ネットワーク符号化を用いない場合における通信手順を説明する図である。ネットワーク符号化を用いる場合における通信手順を説明する図である。パケット衝突を引き起こす場合について説明する図である。

以下、本発明をネットワーク符号化を用いた無線LANマルチホップ無線システムに適用した場合について説明する。生起局には中継局が相当する。
本発明では、上記の問題を解決するために，中継局が符号化情報フレームを同報送信する複数の宛先局が，同時に同じ内容の無線信号を送信した場合，互いの無線信号があたかも遅延波のようにみえることを利用して、中継局は、ACKフレームを復調する。複数の宛先局が中継局に対するACKフレームを送信する場合、IEEE802.11規格においてはACKフレームの宛先アドレス（すなわち中継局）は全く同じである。そのため、OFDM変調が採用されているIEEE802.11a,g,nにおいては、複数宛先局が同一のスクランブラ初期状態を用いることで、ACKフレームの無線信号も同一とすることが可能である。

符号化情報フレームを正常受信した複数の宛先局は、SIFS間隔後にACKフレームの無線信号を送信するため、中継局は、ほぼ同時に複数の同じACKフレーム無線信号を受信する。中継局は、通常の復調動作により、この無線信号を復調し、ACKフレームを得ることができる。しかしながら、そのままではACKフレームの復調は可能となるが、中継局は復調して得たACKフレームがどの宛先局から受信したものであるのか（ACKフレーム受信パターンと定義する）を判別することができない問題がある。宛先局の数をnとすると、2ⁿ-1のACKフレーム受信パターンが考えられる。例えばn=2（Alice & Bobトポロジ）である場合は、以下の3パターンが考えられる。

(i) 宛先局Ａと宛先局Ｂの両方からのACK
(ii) 宛先局ＡからのACK
(iii)宛先局ＢからのACK

このような受信パターンの区別をつけるため、ACKフレームに必ず含まれているzero-paddingビットに着目する。ACKフレームのビット長は一意に定められているが、ACKフレームを変調し無線信号に変換する際にビット長を1OFDMシンボルで送信可能なビット長の整数倍に揃える必要があるため、zero-paddingビットをACKフレームに挿入することで調整が行われる。復調時には、このZero-paddingビットのみが変調されているサブキャリア（zero-padding subcarrier:ZS）は無視されるため、ACKフレームの復調に影響を及ぼさない。そのため、ZSを用いて追加情報送信しても、IEEE802.11規格をサポートする他の無線局に影響は与えない。

ここで、判定法の概略を図１に示す。中継局は、あらかじめACKフレームの変調方式に応じて、ZSの中から固有のサブキャリアを各宛先局にACK通知サブキャリアとして割当て、通知しておく。ネットワーク符号化情報フレームに対するACKフレームを送信する各宛先局は、ACKフレームのZSの内、ACK通知サブキャリアとして自身に割り当てられたサブキャリアを残しつつ、他のnodeに割当てられたACK通知サブキャリアをマスクしてACKフレームの無線信号を生成し、送信する。ネットワーク符号化情報フレームの受信に失敗した場合は，従来通りACKフレームを送信しない。

中継局は、受信したACKフレームを復調し誤りがない場合、ACKフレームの受信スペクトルを確認し、各宛先局に割当てたACK通知サブキャリアの信号を受信したかどうかを判定する。ある宛先局に割当てたACK通知サブキャリアの信号を受信した場合は、その宛先局からのACKフレームを受信したと判断する。ある宛先局に割当てたACK通知サブキャリアの信号を受信しない場合は、その宛先局からのACKフレームは受信していないと判断する。この判定を各ACK通知サブキャリアに対して行うことで、ACKフレーム受信パターンを判定することが可能となる。

図１（ａ）は、中継局（node-R）が、宛先局Ａ（node-A）と宛先局Ｂ（node-B）の両方からのACKを受信する場合を説明する図である。宛先局Ａ、宛先局Ｂは、それぞれ自身に割り当てられたACK通知サブキャリアであるサブキャリアを残し、他のノード（宛先局）に割り当てられたACK通知サブキャリアであるサブキャリアをマスクして送信する。ここでは、例えば、マスクしてNULLとして送信する。中継局は、宛先局Ａ、Ｂに割当てたACK通知サブキャリアの信号をそれぞれ受信し、このACK通知サブキャリアに基づいて、どの宛先局に割り当てられたACK通知サブキャリアであるかを判定し、その宛先局からのACKフレームを受信したと判断する。

図１（ｂ）は、中継局（node-R）が、宛先局Ａ（node-A）からのACKのみを受信する場合を説明する図である。ここでは、宛先局Ａに割り当てられたACK通知サブキャリアに基づいて、宛先局ＡからのACKフレームを受信したと判断する。
図１（ｃ）は、中継局（node-R）が、宛先局Ｂ（node-B）からのACKのみを受信する場合を説明する図である。ここでは、宛先局Bに割り当てられたACK通知サブキャリアに基づいて、宛先局ＢからのACKフレームを受信したと判断する。

Zero-paddingサブキャリアの存在は、該当サブキャリアのみの受信電力を測定し、その電力がある閾値を以上であれば、zero-paddingサブキャリアを受信していると判定する。閾値は受信したACKフレームに含まれる雑音電力スペクトル密度からフェージング係数を考慮した値とすることが望ましい。

また、ACKフレームを実際には受信していない場合に、受信しているとする誤検出が、最もシステムの信頼性を劣化させる要因となるため、閾値を大き目に設定することで、上記誤検出を防止することが望ましい。

ACKフレームの変調モードに16QAMを用いた場合、スクランブラの初期状態によっては、割当てられたACK通知サブキャリアの振幅が小さくなる場合がある。振幅が小さい場合、ACK通知サブキャリアの判定誤りが発生する可能性が高まる。これを防止するため割り当てられたACK通知サブキャリアには該変調モードの信号点の内，最大振幅の信号点と同等の振幅を持つ既知のパイロット信号を挿入するのが望ましい。またマスクをするサブキャリアの送信電力を自身のACK通知サブキャリアに割り振ることが望ましい。

ZSが3本以上存在する場合については、その数に応じてネットワーク符号化情報フレームの宛先nodeの数を増加させることも可能である。

ZSの数がネットワーク符号化情報フレームの宛先nodeの数よりも多い場合は、1つの宛先nodeにつき複数のACK通知サブキャリアを割当て、その合成受信電力を用いることで、周波数選択性フェージングによるACK通知サブキャリア判定精度の劣化を防止することが望ましい。またその場合は、peak to average power ratio (PAPR)の増大防止のため、追加のACK通知サブキャリアには逆位相の信号を用いる手法が考えられる。

ネットワーク符号化情報フレームに対するACKフレームを送信する宛先局は、スクランブラの初期状態として、受信したネットワーク符号化情報フレームに使用されたスクランブラの初期状態と同一のものを使用する手法が考えられる。これによりACKフレームを送信する複数の宛先nodeにおいて共通の初期状態を設定することが可能となる。

また、本発明はネットワーク符号化情報フレームに対するACKフレームの送信のみならず、生起局からマルチキャスト配信された情報フレームに対する宛先局からのACKフレームの送信にも用いることが可能である。

以下、本発明について、さらに説明する。
《実施例1》
IEEE802.11aに準拠した無線LANマルチホップ（ホップ数：2）によるAlice & Bobモデル（宛先局数n=2）の場合における、本発明の動作例について説明する。各無線局は、CSMA/CAによってIEEE802.11aに準拠した通常通りの送受信を行い、中継局（node-R）は、node-Aへ中継するパケットと、node-Bに中継するパケットを保持している場合にネットワーク符号化情報フレームの送信を行う。この実施例における中継局の機能構成を図２、宛先局の機能構成を図３に示す。

ACKフレームは、24Mbpsモード（16QAM, 符号化率R=1/2）で変調される場合を考える。24Mbpsモードの場合、ACKフレームのZSは、2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号2,5,8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,37,38,40,41,43,44,46,47のサブキャリアとなる。ここでは一例として2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号38と44をnode-AのACK通知サブキャリアとして、2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号41と47をnode-BのACK通知サブキャリアとして割り当てる。

ここで、図２を用いて中継局の動作について説明する。
中継局（Node-R）は、宛先局（node-A）宛てのフレームと宛先局（node-B）宛てのフレームをバッファに保持している状態で送信権を得た場合、それぞれのフレームをネットワーク符号化し、ネットワーク符号化情報フレームを送信情報フレームとして送信する。送信情報フレームは、zero-padding回路１０１において、ビット長を変調モードに応じたOFDMシンボルのビット長の整数倍に調整される。ビット長を調整された送信情報フレームは、スクランブル回路１０２においてスクランブルされる。スクランブルの初期状態は、事前受信したフレームから推定した初期状態を用いてもよいが、ランダム生成されたPN系列を用いてもよい。スクランブルされた送信情報フレームは、誤り訂正符号回路１０３において誤り訂正符号化される。

誤り訂正符号化された送信情報フレームは、インタリーブ回路１０４においてインタリーブされ、その後サブキャリア変調回路において、サブキャリア変調される。サブキャリア変調された送信情報フレームは、IFFT（Inverse Fast Fourier Transform）回路１０６においてIFFT（逆フーリエ変換）され時間信号に変換される。時間信号に変換された送信情報フレームは、ガードインターバル生成回路１０７においてガードインターバルが付加される。ガードインターバルが付加された送信情報フレームは、無線部１０８においてプリアンブルが追加され、無線信号にアップコンバートされた後、送受信アンテナ１０９よりブロードキャストされる。

次に、図３を用いて宛先局の動作について説明する。
node-Aは、node-Rよりブロードキャストによって送信された無線信号を送受信アンテナ２１２で受信し、無線部２１１でダウンコンバートする。ダウンコンバートされた受信信号は、ガードインターバル除去回路２５０においてガードインターバルとプリンブルが除去された後、FFT（Fast Fourier Transform）回路２５１においてFFT（フーリエ変換）され周波数信号に変換される。周波数信号に変換された受信信号は、サブキャリア復調回路２５２においてサブキャリア復調される。サブキャリア復調された受信信号は、デインタリーブ回路２５３においてデインタリーブされ、誤り訂正復号回路２５４において誤り訂正復号される。

誤り訂正復号された受信信号からスクランブラ初期状態推定回路２５５において、node-Rにおけるスクランブラの初期状態が推定され、その情報を用いてデスクランブル回路２５６において誤り訂正復号された受信信号をデスクランブルする。デスクランブルされた受信信号は、誤り検出回路２５７において誤り検出が行われ、誤りがなかった場合に受信情報フレームとして出力される。Node-Aは、正常に情報フレームが受信された場合、受信からSIFS間隔後にnode-Rに対してACKフレームを送信する。

ACKフレームは、zero-padding回路２０１に入力されビット長を調整される。ビット長を調整されたACKフレームは、スクランブル回路２０２において、スクランブラ初期状態推定回路２５５から入力される初期状態を用いてスクランブルされる。スクランブルされたACKフレームは、誤り訂正符号回路２０３において誤り訂正符号化され、インタリーブ回路２０４においてビットインタリーブされる。インタリーブされたACKフレームは、サブキャリア変調回路２０５においてサブキャリア変調される。サブキャリア変調されたACKフレームは、選択回路２０６において、zero-paddingサブキャリアマスク回路２０７に出力される（送信情報フレームが、ネットワーク符号化されていない受信フレームに対するACKフレームの場合、及びnode-Aが生起した情報フレームである場合、選択回路２０６の出力先はIFFT回路２０９となる）。

ACKフレームは、Zero-paddingサブキャリアマスク回路２０７において、2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号38，41，44，47のサブキャリアをマスク（nulling）する。サブキャリアマスクされたACKフレームは、ACK通知サブキャリア挿入回路２０８において、既知の通知パイロットサブキャリアを2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号38及び44に挿入される。ACK通知サブキャリアとして通知パイロットサブキャリアを挿入されたACKフレームは、IFFT回路２０９においてIFFTされ時間信号に変換される。時間信号に変換されたACKフレームは、ガードインターバル生成回路２１０においてガードインターバルを付加され、無線部２１１においてプリアンブルを付加された後、アップコンバートされて送受信アンテナ２１２より送信される。

Node-Bもnode-Aと同様の受信動作を行い、マルチキャストされた情報フレームを正常に受信した場合、node-Aと同様のACKフレーム生成を行い、ほぼ同時にACKフレームをnode-Rに対して送信する。ただし、node-Bの通知パイロットサブキャリアは、2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号41及び47に挿入される。

Node-Rは、node-AとBから送信されたACKフレームの無線信号を、ほぼ同時に受信し、無線部１０８においてダウンコンバートする。ダウンコンバートされたACKフレームは、ガードインターバル除去回路１５０においてガードインターバルを除去される。ガードインターバルが除去されたACKフレームはFFT回路１５１においてFFTされ周波数信号に変換される。周波数信号に変換されたACKフレームはサブキャリア復調回路１５２において、サブキャリア復調される。サブキャリア復調されたACKフレームは、デインタリーブ回路１５３においてデインタリーブされ、誤り訂正復号回路１５４において誤り訂正復号される。誤り訂正復号されたACKフレームはスクランブル初期状態推定回路１５５とデスクランブル回路１５６に出力され、スクランブル初期状態推定回路１５５においてはnode-A,Bが用いたスクランブラの初期状態を推定する。

デスクランブル回路１５６においては、スクランブラ初期状態推定回路１５５から入力される初期状態情報を基に誤り訂正復号されたACKフレームがデスクランブルされる。デスクランブルされたACKフレームは、誤り検出回路１５７において誤り検出を行い、誤りがなかった場合に受信ACKフレームとして出力される。これと並行して、雑音電力推定回路１８０は、無線部１０８からの出力信号のダウンコンバートされたACKフレームのプリアンブルから、ACKフレームに付加されている雑音電力スペクトル密度を推定し、ACK通知サブキャリア判定回路１８１に出力する。サブキャリア電力推定回路１８２は、FFT回路１５１において周波数信号に変換されたACKフレームの、2OFDMシンボル目における38，41，44，47番目サブキャリアの電力を推定し、ACK通知サブキャリア判定回路１８１に出力する。ACK通知サブキャリア判定回路１８１は、雑音電力スペクトル密度とACK通知サブキャリア電力を用いてACKフレームの受信パターンを判定する。38，44番目サブキャリアの合成受信電力と、雑音電力スペクトル密度より算出された閾値とを比較し、合成受信電力が大きい場合node-AからのACKフレームを受信したと判定する。41，47番目サブキャリアの合成受信電力と、雑音電力スペクトル密度より算出された閾値とを比較し、合成受信電力が大きい場合node-BからのACKフレームを受信したと判定する。誤り検出回路１５７において、デスクランブルされたACKフレームに誤りがあると判定された場合は、ACKフレーム受信パターン情報は無視され、どの宛先局からもACKを受信していないと判定される。

《実施例2》
IEEE802.11a規格に準拠したアクセスポイント（AP：生起局に相当）が宛先局A，B，Cにマルチキャスト通信を行うシステムを考える。APは、図２と同様の構成であり、宛先局は、図３の構成である。ここでは、基本的には上述の実施例１と同様の機能であるが、この実施例においては、APの動作の一部が上述実施例１の中継局とは異なる。APは、あらかじめ各宛先局に、ACKフレームのZSの中からACK通知サブキャリアを割り当て，通知する。ここでは一例として、論理サブキャリア番号40，44を宛先局Aに，41，46を宛先局Bに，43，47を宛先局Cにそれぞれ割り当てるとする。APは、マルチキャスト通信により情報フレームを通常のIEEE802.11a規格に則り送信する。情報フレームを正常に受信した宛先局は、ACKフレームの返送を開始する。ACKフレームの変調モードは24Mbpsの場合を仮定する。

図３を用いて、宛先局の動作を説明する。
Node-Aがマルチキャストされた情報フレームを正常に受信した場合、node-AのACKフレームは、zero-padding回路２０１に入力されビット長を調整される。ビット長を調整されたACKフレームは、スクランブル回路２０２において、スクランブラ初期状態推定回路２５５から入力される初期状態を用いてスクランブルされる。スクランブルされたACKフレームは、誤り訂正符号回路２０３において、誤り訂正符号化され、インタリーブ回路２０４においてビットインタリーブされる。インタリーブされたACKフレームはサブキャリア変調回路２０５においてサブキャリア変調される。サブキャリア変調されたACKフレームは、選択回路２０６において、zero-paddingサブキャリアマスク回路２０７に出力される（送信情報フレームが，ネットワーク符号化されていない受信フレームに対するACKフレームの場合、及びnode-Aが生起した情報フレームである場合、選択回路の出力先はIFFT回路となる）。ACKフレームは、zero-paddingサブキャリアマスク回路２０７において、2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号40，41，43，44，46，47をマスク（nulling）する。

サブキャリアマスクされたACKフレームは、ACK通知サブキャリア挿入回路２０８において、ACK通知サブキャリアとして既知の通知パイロットサブキャリアを2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号40及び44に挿入される。ただし、44の通知パイロットサブキャリアは、PAPRの低減を目的に40の通知パイロットサブキャリアと逆位相を持つ信号を挿入する。通知パイロットサブキャリアを挿入されたACKフレームは、IFFT回路２０９においてIFFTされ時間信号に変換される。時間信号に変換されたACKフレームは、ガードインターバル生成回路２１０においてガードインターバルが付加され、無線部２１１においてプリアンブルを付加された後アップコンバートされて送受信アンテナ２１２より送信される。

Node-Bもnode-Aと同様の受信動作を行い、マルチキャストされた情報フレームを正常に受信した場合、node-Aと同様のACKフレーム生成を行い、ほぼ同時にACKフレームをAPに対して送信する。ただし、node-Bの通知パイロットサブキャリアは、2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号41及び46に挿入される。

Node-Cもnode-Aと同様の受信動作を行い、マルチキャストされた情報フレームを正常に受信した場合、node-Aと同様のACKフレーム生成を行い、ほぼ同時にACKフレームをAPに対して送信する。ただし、node-Cの通知パイロットサブキャリアは、2OFDMシンボル目の論理サブキャリア番号43及び47に挿入される。

図２を用いてAPの動作について説明する。
APは、node-A，B，Cから送信されたACKフレームの無線信号をほぼ同時に受信し、無線部１０８においてダウンコンバートする。ダウンコンバートされたACKフレームは、ガードインターバル除去回路１５０においてガードインターバルを除去される。ガードインターバルが除去されたACKフレームは、FFT回路１５１においてFFTされ周波数信号に変換される。周波数信号に変換されたACKフレームは、サブキャリア復調回路１５２において、サブキャリア復調される。サブキャリア復調されたACKフレームは、デインタリーブ回路１５３においてデインタリーブされ、誤り訂正復号回路１５４において誤り訂正復号される。誤り訂正復号されたACKフレームは、スクランブラ初期状態推定回路１５５とデスクランブル回路１５６に出力され、スクランブラ初期状態推定回路１５５においてはnode-A，B，及びCが用いたスクランブラの初期状態を推定する。デスクランブル回路１５６においては、スクランブラ初期状態推定回路１５５から入力される初期状態情報を基に誤り訂正復号されたACKフレームはデスクランブルされる。デスクランブルされたACKフレームは、誤り検出回路１５７において誤り検出を行い、誤りがなかった場合に受信ACKフレームとして出力される。これと並行して、雑音電力推定回路１８０は、無線部１０８からの出力信号のダウンコンバートされたACKフレームのプリアンブルから、ACKフレームに付加されている雑音電力スペクトル密度を推定し、ACK通知サブキャリア判定回路１８１に出力する。

ACK通知サブキャリア判定回路１８１は、FFT回路１５１において周波数信号に変換されたACKフレームの、2OFDMシンボル目における40，44番目サブキャリアの電力をサブキャリア電力推定回路１８２によって推定し、雑音電力スペクトル密度と比較する。少なくともどちらかのサブキャリアの電力が雑音電力スペクトル密度より大きい場合、node-AからのACKフレームを受信したと判定する。また2OFDMシンボル目の41，46番目サブキャリアの電力を推定し、雑音電力スペクトル密度と比較する。少なくともどちらかのサブキャリアの電力が雑音電力スペクトル密度より大きい場合、node-BからのACKフレームを受信したと判定する。また2OFDMシンボル目の43，47番目サブキャリアの電力を推定し、雑音電力スペクトル密度と比較する。少なくともどちらかのサブキャリアの電力が雑音電力スペクトル密度より大きい場合、node-BからのACKフレームを受信したと判定する。これらの情報よりACKフレーム受信パターン情報を生成し、出力する。誤り検出回路１５７において、デスクランブルされたACKフレームに誤りがあると判定された場合は、ACKフレーム受信パターン情報は無視され、どの宛先局からもACKを受信していないと判定される。

次に、宛先局におけるACKフレーム送信方式について説明する。図４は、宛先局の送信動作を説明するフローチャートである。
宛先局は、マルチキャストされた情報フレームを正常に受信すると、自身宛のACKフレームをzero-padding回路２０１によってビット長を調整し（ステップＳ１０１）、スクランブル回路２０２によって、スクランブラ初期状態推定回路２５５から入力される初期状態を用いてスクランブルする（ステップＳ１０２）。
次に、宛先局は、スクランブルされたACKフレームを、誤り訂正符号回路２０３によって誤り訂正符号化し（ステップＳ１０３）、インタリーブ回路２０４においてビットインタリーブし、サブキャリア変調回路２０５によってサブキャリア変調する（ステップＳ１０４）。

宛先局は、サブキャリア変調されたACKフレームを、選択回路２０６によって、出力先を選択する。ここでは、例えば、送信情報フレームが、ネットワーク符号化されている受信フレームにするACKフレームの場合には、zero-paddingサブキャリアマスク回路２０７を出力先として選択し、出力する。そして、宛先局は、zero-paddingサブキャリアマスク回路２０７によって、サブキャリア変調されたACKフレームのZSの内、目的の論理サブキャリア番号のサブキャリア以外をマスクし（nulling）、既知の通知パイロットサブキャリアを目的の論理サブキャリア番号に挿入する（ステップＳ１０６）。

宛先局は、通知パイロットサブキャリアを挿入すると、ACKフレームをIFFT回路２０９によってIFFT処理を行い（ステップＳ１０７）、時間信号に変換する。そして、時間信号に変換されたACKフレームを、ガードインターバル生成回路２１０によってガードインターバルを付加し（ステップＳ１０８）、無線部によってプリアンブルを付加された後アップコンバートして送受信アンテナ２１２より送信する（ステップＳ１０９）。

次に、生起局におけるACKフレーム判定方式について説明する。図５は、生起局のサブキャリア判定の動作を説明するフローチャートである。
生起局は、複数の宛先局から送信されたACKフレームの無線信号のそれぞれを、ほぼ同時に受信し（ステップＳ２０１）、無線部１０８によってダウンコンバートし、ダウンコンバートされたACKフレームを、ガードインターバル除去回路１５０によってガードインターバルを除去する。

生起局は、ガードインターバルを除去すると、ACKフレームをFFT回路１５１においてFFT処理をし、周波数信号に変換し、周波数信号に変換されたACKフレームをサブキャリア復調回路１５２によって、サブキャリア復調する（ステップＳ２０２）。生起局は、サブキャリア復調すると、サブキャリア復調されたACKフレームを、デインタリーブ回路１５３によってデインタリーブし、誤り訂正復号回路１５４によって誤り訂正復号する。そして、生起局は、誤り訂正復号されたACKフレームをスクランブル初期状態推定回路１５５とデスクランブル回路１５６に出力し、スクランブル初期状態推定回路１５５において、各宛先局が用いたスクランブラの初期状態を推定する。

次に、生起局は、デスクランブル回路１５６によって、スクランブラ初期状態推定回路１５５から入力される初期状態情報を基に誤り訂正復号されたACKフレームをデスクランブルし、誤り検出回路１５７によって誤り検出を行う（ステップＳ２０３）。生起局は、誤りがなかった場合には、受信ACKフレームとして出力する。一方、これと並行して、生起局は、雑音電力推定回路１８０によって、無線部１０８からの出力信号のダウンコンバートされたACKフレームのプリアンブルから、ACKフレームに付加されている雑音電力スペクトル密度を推定し（ステップＳ２０４）、ACK通知サブキャリア判定回路１８１に出力する。そして生起局は、FFT回路１５１において周波数信号に変換されたACKフレームの、目的のサブキャリアの電力をサブキャリア電力推定回路１８２によって推定する（ステップＳ２０５）。そして、宛先局は、雑音電力スペクトル密度とACK通知サブキャリア電力を用いてACKフレームの受信パターンを判定し、判定結果に基づいて、どの宛先局から送信されたものであるかを特定し、ACKフレームの有無を判定する。そして、生起局は、誤り検出回路１５７によって、デスクランブルされたACKフレームに誤りがあると判定された場合は、ACKフレーム受信パターン情報は無視し、誤りがないと判定された場合には、受信ACKフレームとして出力する。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０１、２０１ zero-padding回路
１０２、２０２スクランブル回路
１０３、２０３誤り訂正符号回路
１０４、２０４インタリーブ回路
１０５、２０５サブキャリア変調回路
１０６、２０９ＩＦＦＴ回路
１０７、２１０ガードインターバル生成回路
１０８、２１１無線部
１０９、２１２送受信アンテナ
１５０、２５０ガードインターバル除去回路
１５１、２５１ＦＦＴ回路
１５２、２５２サブキャリア復調回路
１５３、２５３デインタリーブ回路
１５４、２５４誤り訂正復号回路
１５５、２５５スクランブラ初期状態推定回路
１５６、２５６デスクランブル回路
１５７、２５７誤り検出回路
１８０雑音電力推定回路
１８１ ACK通知サブキャリア判定回路
１８２サブキャリア電力推定回路
２０６選択回路
２０７ zero-paddingサブキャリアマスク回路
２０８ ACK通知サブキャリア挿入回路

Claims

生起局装置と複数の宛先局装置とが設けられ、生起局が複数の宛先局へ同報通信を行う無線ACK送受信システムであって、
前記生起局装置は、
前記各宛先局装置から受信したACKフレームをデスクランブルするデスクランブル回路と、
前記デスクランブル回路によってデスクランブルされたACKフレームのうち、前記宛先局のそれぞれに割り当てられたACK通知サブキャリアの電力を推定するサブキャリア電力推定回路と、
前記サブキャリア電力推定回路によって推定された電力が基準値以上であるACK通知サブキャリアを参照して、前記デスクランブル回路によってデスクランブルされたACKフレームを送信した宛先局を判定するACK通知サブキャリア判定回路と、を有し、
前記宛先局装置は、
前記生起局から受信した情報フレームに使用されたスクランブラ初期状態を推定するスクランブラ初期状態推定回路と、
前記スクランブラ初期状態推定回路によって推定されたスクランブラ初期状態を用いて前記ACKフレームをスクランブルするスクランブル回路と、
前記スクランブル回路によってスクランブルされたACKフレームのzero-paddingビットのみが変調されているサブキャリアのうち、自身に予め割り当てられたACK通知サブキャリア以外をマスクするzero-paddingサブキャリアマスク回路と、
前記zero-paddingサブキャリアマスク回路によってマスクされたACKフレームを前記生起局に送信する無線部と、を有する
ことを特徴とする無線ACK送受信システム。
生起局装置と複数の宛先局装置とが設けられ、生起局が目的の宛先局へ同報を行う無線ACK送受信システムにおける宛先局装置であって、
前記生起局から受信したACKフレームに使用されたスクランブラ初期状態を推定するスクランブラ初期状態推定回路と、
前記スクランブラ初期状態推定回路によって推定されたスクランブラ初期状態を用いて前記ACKフレームをスクランブルするスクランブル回路と、
前記スクランブル回路によってスクランブルされたACKフレームのzero-paddingビットのみが変調されているサブキャリアのうち、自身に予め割り当てられたACK通知サブキャリア以外をマスクするzero-paddingサブキャリアマスク回路と、
前記zero-paddingサブキャリアマスク回路によってマスクされたACKフレームを前記生起局に送信する無線部と、
を有することを特徴とする宛先局装置。
前記zero-paddingサブキャリアマスク回路によってマスクされたACKフレームのうち、自身に予め割り当てられたACK通知サブキャリアに、パイロットサブキャリアを挿入するACK通知サブキャリア挿入回路を有し、
前記無線部は、前記ACK通知サブキャリア挿入回路によってパイロットサブキャリアが挿入されたACKフレームを送信する
ことを特徴とする請求項２記載の宛先局装置。
生起局装置と複数の宛先局装置とが設けられ、生起局が複数の宛先局へ同報通信を行う無線ACK送受信システムにおける生起局装置であって、
ACK通知サブキャリアの電力を推定するサブキャリア電力推定回路と、
前記サブキャリア電力推定回路によって推定された電力が基準値以上であるACK通知サブキャリアを参照して、ACKフレームを送信した宛先局を判定するACK通知サブキャリア判定回路と、
を有することを特徴とする生起局装置。
前記受信したACKフレームから、ACKフレームに付加されている雑音電力スペクトル密度を推定する雑音電力推定回路を有し、
前記ACK通知サブキャリア判定回路は、
前記雑音電力推定回路によって推定された雑音電力スペクトル密度と前記サブキャリア電力推定回路によって推定された電力とに基づき、前記雑音電力スペクトル密度から得られる閾値と、前記推定された電力とを比較し、前記推定電力が前記閾値より大きい場合に、その推定された電力に対応するACK通知サブキャリアが割り当てられた宛先局から送信されたACKフレームであることを判定する
ことを特徴とする請求項４記載の生起局装置。
前記ACK通知サブキャリアは、１つの宛先局装置に対して複数割り当てられており、
前記サブキャリア電力推定回路は、前記１つの宛先局装置に対して割り当てられたそれぞれのACK通知サブキャリアからの電力を合成して推定された電力を得る
ことを特徴とする請求項５記載の生起局装置。
生起局装置と複数の宛先局装置とが設けられ、生起局が複数の宛先局へ同報通信を行う無線ACK送受信システムにおける無線ACK送受信方法であって、
前記生起局装置は、
前記各宛先局装置から受信したACKフレームをデスクランブルし、
前記宛先局のそれぞれに割り当てられたACK通知サブキャリアの電力を推定し、
推定された電力とが基準値以上であるACK通知サブキャリアを参照して、前記デスクランブルされたACKフレームを送信した宛先局を判定し、
前記宛先局装置は、
前記生起局から受信した情報フレームに使用されたスクランブラ初期状態を推定し、
前記推定されたスクランブラ初期状態を用いてACKフレームをスクランブルし、
前記スクランブルされたACKフレームのzero-paddingビットのみが変調されているサブキャリアのうち、自身に予め割り当てられたACK通知サブキャリア以外をマスクし、
前記マスクされたACKフレームを前記生起局に送信する
ことを特徴とする無線ACK送受信方法。