JP2017092538A - 無線通信用集積回路、無線通信端末および無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の端末と多重通信を行う場合に、通信の効率を高める。【解決手段】本発明の実施形態としての無線通信用集積回路は、多重送信を指示する対象となる複数の無線通信装置のそれぞれの周波数変換用の発振器の周波数オフセットに関する第1情報を含む第1フレームを、RF集積回路を介して送信するベースバンド集積回路を備える。【選択図】図19
Description
本発明の実施形態は、無線通信用集積回路、無線通信端末および無線通信方法に関する。
アクセスポイントと無線通信端末(以下、端末と呼ぶ)間で通信を行う無線通信システムが知られている。例えば、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)を採用する無線LAN(Local Area Network)が広く知られている。この無線LANにおいて、端末ごとに異なる周波数成分を通信リソースとして割り当て、複数の端末宛ての送信または複数の端末からの受信を同時に行う周波数多重通信を考える。ここでは、周波数成分を、1つまたは複数の直交するサブキャリアを含むリソースユニットとして定義し、リソースユニットを通信リソースとして各端末に割り当てて、複数の端末宛ての送信または複数の端末からの受信を同時に行う直交周波数分割多元接続方式(OFDMA;Orthogonal Frequency Division Multiple Access)を考える。アクセスポイントから複数の端末宛ての同時送信はダウンリンクOFDMA(DL−OFDMA)、複数の端末からアクセスポイントへの同時送信はアップリンクOFDMA(UL−OFDMA)に相当する。
アクセスポイントの周波数変換用の発振器の周波数に対して、端末毎の周波数変換用の発振器の周波数の差としてのキャリア周波数オフセット(CFO)が存在する場合がある。UL−OFDMAにおいて各端末から送信されるフレームを正しく受信するためには、各端末のCFOを考慮する必要がある。一例として、各端末がアクセスポイントからフレームを受信し、フレームに基づきCFOを各端末で推定し、推定したCFOに基づき各端末でCFOを補償する方法がある。しかし、この方法では、推定精度の悪い端末が存在する場合、UL−OFDMAで多重送信された複数のフレームをアクセスポイントで正しく受信できなくなる可能性がある。
一方、アクセスポイントが、各端末と通信してCFOを取得し、各端末のCFOに応じて、各端末に割り当てるリソースユニットを決定する方法がある。この方法では、CFOの補償については考慮されておらず、CFOの値が大きい場合に、周波数利用効率が劣化する問題がある。CFOに起因する問題は、UL−OFDMA以外の多重通信方式、例えばマルチユーザMIMO(Multi−Input Multi−Output)でも生じ得る。
IEEE Std 802.11ac(TM)−2013
IEEE Std 802.11(TM)−2012
IEEE802.11−15/0132r7
IEEE802.11−15/841r1
IEEE802.11−15/831r2
本発明の実施形態は、複数の端末と多重通信を行う場合に、通信の効率を高めることを目的とする。
本発明の実施形態としての無線通信用集積回路は、多重送信を指示する対象となる複数の無線通信装置のそれぞれの周波数変換用の発振器の周波数オフセットに関する第1情報を含む第1フレームを、RF集積回路を介して送信するベースバンド集積回路を備える。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について、説明する。無線LANの規格として知られているIEEE Std 802.11TM−2012およびIEEE Std 802.11acTM−2013は、本明細書においてその全てが参照によって組み込まれる(incorporated by reference)ものとする。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る基地局であるアクセスポイント(AP:Access Point)と、無線通信端末(以下、端末)とを備えた無線通信システムの構成図である。アクセスポイントも、中継機能を有することを除き、端末と基本的に同様の機能を有するため、アクセスポイントも端末の一形態であるといえる。アクセスポイントおよび端末は、一例としてIEEE802.11規格に準拠した通信を行う無線通信装置を備えている。端末に搭載される無線通信装置は、アクセスポイントに搭載される無線通信装置と通信する。アクセスポイントに搭載される無線通信装置は、端末に搭載される無線通信装置と通信する。IEEE802.11規格以外の通信方式に準拠する通信を、アクセスポイントおよび端末間で行う構成も可能である。
図1は、第1の実施形態に係る基地局であるアクセスポイント(AP:Access Point)と、無線通信端末(以下、端末)とを備えた無線通信システムの構成図である。アクセスポイントも、中継機能を有することを除き、端末と基本的に同様の機能を有するため、アクセスポイントも端末の一形態であるといえる。アクセスポイントおよび端末は、一例としてIEEE802.11規格に準拠した通信を行う無線通信装置を備えている。端末に搭載される無線通信装置は、アクセスポイントに搭載される無線通信装置と通信する。アクセスポイントに搭載される無線通信装置は、端末に搭載される無線通信装置と通信する。IEEE802.11規格以外の通信方式に準拠する通信を、アクセスポイントおよび端末間で行う構成も可能である。
アクセスポイント(AP:Access Point)11に、端末(STA:STAtion)1〜8が接続して、1つの無線通信システムもしくは無線通信グループ(BSS:Basic Service Set)を形成している。接続とは、無線リンクを確立した状態を意味しており、アクセスポイントとのアソシエーションプロセスを経て、通信に必要なパラメータの交換が完了することで、無線リンクが確立される。端末1〜8はアクセスポイント11のBSSに属している。アソシエーションプロセスの前に認証プロセスを行ってもよい。
アクセスポイント11は、少なくとも1つのアンテナを備える。ここでは、アクセスポイント11は、複数のアンテナを備える。アクセスポイント11の無線通信装置は、これらのアンテナを介して、複数の端末とMACフレーム(以下、フレームと呼ぶ場合もある)の送受信を行う。アクセスポイント11の無線通信装置は、アンテナに接続されてフレームを送受信する無線通信部と、無線通信部を介して端末との通信を制御する制御部とを備える。無線通信部は、一例としてRF(Radio Frequency)集積回路により形成され、制御部は、一例としてベースバンド集積回路により形成されるが、この構成に限定されるものではない。
各端末1〜8は、1つまたは複数のアンテナを備える。各端末は、無線通信装置を搭載する。各端末の無線通信装置は、アンテナを介して、アクセスポイント11とフレームの送受信を行う。各端末の無線通信装置は、アンテナ11に接続されフレームを送受信する無線通信部と、無線通信部を介してアクセスポイント11との通信を制御する制御部とを備える。無線通信部は、一例としてRF(Radio Frequency)集積回路により形成され、制御部は、一例としてベースバンド集積回路により形成されるが、この構成に限定されるものではない。
アクセスポイント11は、各端末との間でBSSまたは無線ネットワーク(第1ネットワークと呼ぶ)を形成する。また、アクセスポイント11は、これとは別に、有線または無線またはこれらのハイブリッドである他のネットワーク(第2ネットワークと呼ぶ)に接続されてもよい。アクセスポイント11は、これら第1ネットワークおよび第2ネットワーク間の通信を中継してもよい。またアクセスポイント11は、第1ネットワーク内の複数の端末間の通信も中継してもよい。各端末1〜8で生成されたフレームは、アクセスポイント11に送信される。アクセスポイント11は、当該フレームをその宛先アドレスに応じて、第1ネットワーク内の他の端末、あるいは第2ネットワークに送信してもよい。なお、本明細書で述べるフレームは、例えばIEEE802.11規格でフレームと呼ばれているもののみならず、パケットと呼ばれているものであってもよい。
本実施形態では、アクセスポイント11と、複数の端末1〜8のうちから選択した複数の端末との間で、OFDMA(OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiple Access)通信を行う場合を想定する。OFDMAでは、1つまたは複数のサブキャリアを含むリソースユニット(サブチャネル、リソースブロック、周波数ブロックなどと呼んでもよい)を、通信リソースとして端末に割り当て、リソースユニットベースで、複数の端末と同時に通信する。以下、アップリンクのOFDMAはUL−OFDMA、ダウンリンクのOFDMAはDL−OFDMと記述する。
リソースユニットは、通信を行うリソースの最小単位となる周波数成分である。図2に、1つのチャネル(ここではチャネルMと記述している)内の連続した周波数領域に確保したリソースユニット(RU#1、RU#2、・・・RU#K)を示す。チャネルMには、互いに直交する複数のサブキャリアが配置されており、1つまたは複数のサブキャリアを含む複数のリソースユニットがチャネルM内に定義されている。リソースユニット間には、1つ以上のサブキャリア(ガードサブキャリア)が配置されてもよいが、ガードサブキャリアは必須ではない。チャネル内の各リソースユニットまたは各サブキャリアは、リソースユニットまたはサブキャリアを識別するための識別情報が設定されていてもよい。1つのチャネルの帯域幅は、一例として、20MHz、40MHz、80MHz、160MHzなどであるが、これらに限定されない。20MHzの複数のチャネルをまとめて1つのチャネルとしてもよい。帯域幅に応じてチャネル内のサブキャリア数またはリソースユニット数が異なってもよい。複数の端末がそれぞれ異なるリソースユニットを同時に用いることで、OFDMA通信が実現される。
リソースユニットの帯域幅(あるいはサブキャリア数)は、各リソースユニットで共通でもよいし、リソースユニットごとに帯域幅(あるいはサブキャリア数)が異なってもよい。図3に、1つのチャネル内におけるリソースユニットの配置パターン例を模式的に示す。紙面に沿って横方向が周波数領域方向に対応する。図3(A)は、同じ帯域幅の複数のリソースユニット(RU#1、RU#2、・・・RU#K)を配置した例を示し。図3(B)は、図3(A)より大きな帯域幅の複数のリソースユニット(RU#11−1、RU#11−2、・・・、RU#11−L)を配置した例を示す。図3(C)は3種類の帯域幅のリソースユニットを配置した例を示す。リソースユニット(RU#12−1、RU#12−2)が最も大きな帯域幅を有し、リソースユニットRU#12−(L−1)は図3(B)のリソースユニットと同じ帯域幅、リソースユニット(RU#K−1、RU#K)は図3(A)のリソースユニットと同じ帯域幅である。
なお、各端末がOFDMAで使用するリソースユニット数は、1つまたは複数であり、特定の値に制限されない。端末が複数のリソースユニットを用いる場合、周波数的に連続する複数のリソースユニットをボンディングして1つのリソースユニットとして用いてもよいし、離れた箇所にある複数のリソースユニットを用いることを許容してもよい。図3(B)のリソースユニット#11−1は、図3(A)のリソースユニット#1と#2をボンディングしたリソースユニットの一例と考えても良い。
1つのリソースユニット内のサブキャリアは周波数領域で連続していてもよいし、非連続に配置された複数のサブキャリアからリソースユニットを定義してもよい。OFDMAで使用するチャネルは1つに限定されず、チャネルMに加えて、周波数領域で離れた位置に配置された別のチャネル(図2ではチャネルNを参照)内にも、チャネルMと同様にしてリソースユニットを確保し、チャネルMとチャネルNの両方内のリソースユニットを用いてもよい。チャネルMとチャネルNとでリソースユニットの配置方法は同じであっても、異なってもよい。1つのチャネルの帯域幅は、一例として、上述のように、20MHz、40MHz、80MHz、160MHzなどであるが、これらに限定されない。3つ以上のチャネルを用いることも可能である。なお、チャネルMとチャネルNをまとめて1つのチャネルとして考えることも可能である。
なお、OFDMAを実施する端末は、少なくとも後方互換の対象となるレガシー端末での基本チャネル幅(IEEE802.11a/b/g/n/ac規格対応端末をレガシー端末とするなら20MHzチャネル幅)のチャネルで、フレームを含む物理パケットを受信および復号(復調および誤り訂正符号の復号等を含む)できるものとする。キャリアセンスに関しては、基本チャネル幅の単位で行うものとする。
キャリアセンスは、CCA(Clear Channel Assessment)のビジー/アイドルに関する物理的なキャリアセンス(Physical Carrier Sense)と、受信したフレームの中に記載されている媒体予約時間に基づく仮想的なキャリアセンス(Virtual Carrier Sense)との両方を包含してもよい。後者のように、仮想的に媒体をビジーであると判定する仕組み、或いは、仮想的に媒体をビジーであるとする期間は、NAV(Network Allocation Vector)と呼ばれる。なお、チャネル単位で行ったCCAまたはNAVに基づくキャリアセンス情報は、チャネル内の全リソースユニットに共通に適用してもよい。例えばキャリアセンス情報がアイドルを示すチャネルに属するリソースユニットは、すべてアイドルと判断してもよい。
なお、OFDMAは、上述したリソースユニットベースのOFDMA以外に、チャネルベースでのOFDMAも可能である。この場合のOFDMAを、特にMU−MC(Multi−User Multi−Channel)と呼ぶことがある。MU−MCでは、クセスポイントが複数のチャネル(1つのチャネル幅は例えば20MHzなど)を複数の端末に割り当て、当該複数のチャネルを同時に用いて、複数端末宛て同時送信もしくは複数端末からの同時受信を行う。以降に説明するOFDMAでは、リソースユニットベースのOFDMAを想定するが、以降の説明のリソースユニットをチャネルに読み替えるなど、必要な読み替えを行うことで、チャネルベースのOFDMAの実施形態も実現可能である。
図4(A)は、MACフレームの基本的なフォーマット例を示す。本実施形態に係るデータフレーム、管理フレームおよび制御フレームは、このようなフレームフォーマットをベースとする。ここで、管理フレームは、他の端末との間の通信リンクの管理のために用いられるフレームである。データフレームは、他の端末との間で通信リンクが確立した状態で、データを当該他の端末に送信するために用いられるフレームである。制御フレームは、管理フレーム及びデータフレームを、他の無線通信装置との間で送受信(交換)するときの制御のために用いられるフレームである。各フレーム種別の詳細は後述する実施形態で説明する。
図4(A)のフレームフォーマットは、MACヘッダ(MAC header)、フレームボディ(Frame body)及びFCSの各フィールドを含む。MACヘッダは、図4(B)に示すように、Frame Control、Duration/ID、Address1、Address2、Address3, Sequence Control、QoS Control及び HT(High Throughput) controlの各フィールドを含む。
これらのフィールドは必ずしもすべて存在する必要はなく、フレームの種別に応じて一部のフィールドが存在しない場合もあり得る。例えばAddress3フィールドが存在しない場合もある。また、QoS ControlおよびHT Controlフィールドの両方または一方が存在しない場合もある。またフレームボディフィールドが存在しない場合もあり得る。一方、図4(B)に示されていない他のフィールドが存在してもよい。例えば、Address4フィールドがさらに存在してもよい。または本実施形態に係る新規なフィールドとして、通知フィールドまたは制御フィールドが追加されてもよい。当該通知フィールドまたは制御フィールドに、後述する通知情報または制御情報等が格納されてもよい。
Address1のフィールドには、受信先アドレス(Receiver Address;RA)が、Address2のフィールドには送信元アドレス(Transmitter Address;TA)が入り、Address3のフィールドにはフレームの用途に応じてBSSの識別子であるBSSID(Basic Service Set IDentifier)か、あるいはTAが入る。BSSIDは、全てのBSSIDを対象とするwildcard BSSID(全てのビットが1)の場合もある。
Frame Controlフィールドには、タイプ(Type)、サブタイプ(Subtype)という2つのフィールド等が含まれる。データフレームか、管理フレームか、制御フレームかの大別はTypeフィールドで行われ、大別されたフレームの中での細かい種別はSubtypeフィールドで行われる。例えば管理フレームには、BAフレーム、BARフレーム、Beaconフレームといったフレームが存在するが、これらのフレームの識別はSubtypeフィールドで行われる。後述するトリガーフレームも、タイプおよびサブタイプの組み合わせで区別してもよい。
Duration/IDフィールドは媒体予約時間を記載し、他の端末宛てのMACフレームを受信した場合に、当該MACフレームを含む物理パケットの終わりから媒体予約時間に亘って、媒体が仮想的にビジーであると判定する。このような仮想的に媒体をビジーであると判定する仕組み、或いは、仮想的に媒体をビジーであるとする期間は、前述したように、NAV(Network Allocation Vector)と呼ばれる。QoSフィールドは、フレームの優先度を考慮して送信を行うQoS制御を行うために用いられる。HT Controlフィールドは、IEEE802.11nで導入されたフィールドである。
管理フレームでは、固有のElement ID(IDentifier)が割り当てられた情報エレメント(Information element;IE)をFrame Bodyフィールドに設定する。フレームボディフィールドには、1つまたは複数の情報エレメントを設定できる。情報エレメントは、図5に示すように、Element IDフィールド、Lengthフィールド、情報(Information)フィールドを有する。情報エレメントは、Element IDで識別される。情報フィールドは、通知する情報の内容を格納し、Lengthフィールドは、情報フィールドの長さ情報を格納する。
FCSフィールドには、受信側でフレームの誤り検出のため用いられるチェックサム符号としてFCS(Frame Check Sequence)情報が設定される。FCS情報の例としては、CRC(Cyclic Redundancy Code)などがある。本実施形態ではCRCを用いる場合を想定する。
図6に、本実施形態に係るアクセスポイント11と、端末1〜4間の動作シーケンス例を示す。本シーケンスの開始前では、一例として、アクセスポイントと端末1〜8の一部または全部との間では、CSMA/CAベースで個別に通信(シングルユーザ通信)が行われている。
シングルユーザ通信では、例えば基本チャネル幅(例えば20MHz)のチャネルを用いて、アクセスポイントおよび個々の端末間で通信が行われている。シングルユーザ通信の例として、端末でアップリンク送信用のデータが保持されている場合、端末はCSMA/CAに従って、無線媒体へのアクセス権を獲得する。このため、端末はDIFS(Distributed coordination function InterFrame Space)/AIFS(Arbitration InterFrame Space)時間と、ランダムに決定したバックオフ時間とのキャリアセンス時間(待機時間)の間、キャリアセンスを行い、媒体(CCA)がアイドルと判断されると、例えば1フレームを送信するアクセス権を獲得する。DIFS/AIFSは、DIFSおよびAIFSのいずれか一方を意味する。QoS対応でない場合はDIFSを指し、QoS対応の場合は、送信するデータのアクセスカテゴリ(AC:Access Category)に応じて決まるAIFSを指す。なお、DIFS時間またはAIFS時間は、一例であり、事前に定めた一定時間であれば、他の時間でもよい。本明細書のその他の箇所で記載されるDIFS時間およびAIFS時間についても同様である。
アクセス権を獲得した端末は、送信するデータを含むデータフレーム(より詳細にはデータフレームを含む物理パケット)を送信し、アクセスポイントがこのデータフレームを正常に受信すると、データフレームの受信完了からSIFS(Short InterFrame Space)時間後に、送達確認応答フレームであるACKフレーム(より詳細にはACKフレームを含む物理パケット)を返す。端末はACKフレームを受信することで、データフレームの送信が成功したと判断する。なお、SIFS時間は、一例であり、事前に定めた一定時間であれば、他の時間でもよい。本明細書におけるその他の箇所で記載されるSIFS時間についても同様である。
アクセスポイントに送信するデータフレームは、複数のフレームをアグリゲートしたアグリゲーションフレーム(A-MPDU(medium access control (MAC) protocol data unit)等)でもよく、この場合、アクセスポイントが応答する送達確認応答フレームはBA(Block Ack)フレームでよい(以下同様)。アグリゲーションフレームに含まれる個々のフレームをサブフレームと呼んでも良い。
端末は、UL−OFDMAで送信したいデータを有する場合は、OFDMA通信に必要な通知情報を含む送信要求フレームを送信する。図のシーケンス例では、端末1、2、3、4は、UL−OFDMAで送信したいデータを有するため、アクセスポイント11に送信要求フレーム511、512、513、514(より詳細には送信要求フレームを含む物理パケット)を送信している。送信要求フレームは、一例として20MHz等のチャネル幅でシングルユーザ送信される。
通知情報の例として、OFDMA送信の要求の有無に関する情報がある。また、OFDMA送信を希望するデータのデータ種別に関する情報がある。また、UL−MU送信を希望するデータ長に関する情報がある。また、使用を希望するリソースユニットまたはリソースユニット数またはこれらの両方がある。希望するリソースユニットは、リソースユニットの識別情報で特定してもよいし、その他の方法で特定してもよい。また、通知情報の他の例としては、端末におけるデータの発生周期の情報でもよい。また、アプリケーションで許容される通信遅延(許容遅延)の値などでもよい。通知情報は、ここで述べた例の情報の少なくとも1つを含んでもよいし、ここで述べていない情報を含んでもよい。
ここで送信要求フレームの構成および送信方法は、種々の形態が可能であり、特定の構成および送信方法に限定されない。
一例として、送信要求フレームは、上述したシングルユーザ通信において、CSMA/CAに基づくアクセス権を用いて送信する、管理フレームまたはデータフレームまたは制御フレームでもよい。管理フレームとデータフレームとをアグリゲートしたアグリゲーションフレームにおけるサブフレームとして送信要求フレームを送信してもよい。アクセスポイント11は、端末1〜4から受信した送信要求フレーム511、512、513、514に対して、それぞれ受信完了からSIFS時間後に、送達確認応答フレーム(ACKフレームまたはBAフレーム等)を送信してもよい(図示せず)。
また、別の例として、アクセスポイント11が、UL−OFDMAの送信要求を有するかを問い合わせる問い合わせフレーム(図示せず)を端末1に送信して、端末1がこれに対する応答としてSIFS時間後に、送信要求の有無情報を含む送信要求フレーム511を送信するのでもよい。端末2〜4に対しても同様にして問い合わせフレームをそれぞれ送信して、端末2〜4がこれに対する応答としてSIFS時間後に送信要求フレーム512〜514を送信してもよい。
上述した送信要求フレームの送信例では、各端末からアクセスポイントに個別に送信(シングルユーザ送信)した。すなわち、送信要求フレームがそれぞれ時間的に重複しないタイミングで、アクセスポイントで受信された。別の方法として、これらの端末から送信要求フレームをUL−OFDMAにより多重送信し、アクセスポイント11がこれらの送信要求フレームを同時に受信してもよい。この場合、アクセスポイント11が事前にトリガーフレームを送信し、これらの端末はトリガーフレームの受信完了から予め定めた時間後に、送信要求フレームを送信する。これにより、複数の端末から送信要求フレームがUL−OFDMA送信される。トリガーフレームは、後述するトリガーフレーム11に準じて構成すればよい。
なお、通知情報を設定するフィールド(通知フィールド)は、MACヘッダ内に新規フィールドとして追加してもよい。または、既存のフィールド(既存の規格で定義されたフィールド)内の予約領域を通知フィールドとして利用してもよい。また、通知フィールドは、後述する物理ヘッダ内に設けてもよいし、物理ヘッダ内の既存のフィールド内の予約領域を通知フィールドとして利用してもよい。または、通知情報を、MACヘッダではなく、フレームのボディフィールドに設定してもよい。例えば基地局に送信するデータフレームがアグリゲーションフレーム(A−MPDU)の場合に、アグリゲートされる複数のフレームのうちの1つを管理フレームとし、その管理フレームのフレームボディフィールドに情報エレメントとして設定してもよい。Frame Controlフィールドのサブタイプとして、通知フィールドを含むフレームに対して新規の値を定義してもよい。
アクセスポイント11は、端末1〜4から送信要求フレーム(より詳細には送信要求フレームを含む物理パケット)を受信すると、物理パケットのヘッダを利用して、各端末が備える周波数変換用の発振器(ローカル発振器)のキャリア周波数オフセット(CFO)を計算する。発振器は、水晶発振器等の基準信号源から出力される信号を用いて、一定周波数の信号(ローカル信号)を生成する回路であり、ベースバンド周波数の信号を無線周波数に変換するために用いられる。発振器の例として、PLL(Phase Locked Loop:位相同期回路)があるが、これに限定されるものではない。CFOは、アクセスポイントの発振器の周波数に対する、端末毎の発振器の周波数の差に相当する。このずれは、一例として水晶発振器の個体差に起因して発生する。図7に、アクセスポイントの発振器の周波数を基準として、端末ごとの発振器の周波数の位置関係を模式的に示す。アクセスポイントの発振器の周波数と、端末の発振器の周波数との差が、CFOに対応する。
CFOは、物理ヘッダのレガシープリアンブルにおけるSTF(Short Training Field)またはLTF(Long Training Field)を利用して計算できる。これらのフィールドには、予め決められた信号またはシンボル(OFDMAシンボル等)が設定されている。
なお、送信要求フレームとして、IEEE802.11で規定されたヌルデータパケットを用いることも可能である。アクセスポイントは、ヌルデータパケットを利用してCFOを推定できる。この場合、ヌルデータパケットを送信した端末は、送信要求を有しているとアクセスポイントは解釈してもよい。
アクセスポイントは、所定のタイミングまたは任意のタイミングで、UL−OFDMAの実施およびそのために必要な事項を決定する。所定のタイミングとしては、一例として、アクセスポイントが、予め定めた複数の端末から送信要求フレームの受信を完了したタイミングがある。または、アクセスポイントが、送信要求フレームの送信を許可する期間として一定の募集期間を定めて、当該募集期間を通知するフレーム(募集開始フレームと呼ぶ)を送信し、その期間が終了したタイミングでもよい。この場合、募集開始フレームを受信した端末は、募集開始フレームで指定された期間の間に、CSMA/CAベースまたは時分割で、上述の送信要求フレームを送信することができる。なお、前述したように、送信要求フレームには、OFDMA送信の要求が無い場合に、その旨を示す情報を含める形態もあり得る。
アクセスポイントは、UL−OFDMAの実施に必要な事項として、OFDMAの対象となる複数の端末(対象端末)を選択する。選択にあたっては、各端末から送信要求フレームを介して受信した通知情報を利用する。例えばOFDMA送信の要求の有を通知した端末の中から、対象端末を選択する。または、各端末が保有している送信用のデータ量に基づき、データ量が最も大きい端末から優先的に選択してもよい。またはデータ量が同じくらいの端末を選択してもよい。
また、アクセスポイントが端末をグループ化して管理している場合に、同じグループに属する全部または一部の端末を選択、またはグループを選択してもよい。この場合、アクセスポイントは、アソシエーションプロセスまたはその後の任意のタイミングで、自局に属する端末群をグルーピングし、各端末に各グループの識別情報(IEEE802.11acのグループIDでもよいし、これとは別に定義されるグループIDでもよい)と、各グループに属する端末群のリストとを表したグルーピング情報を管理フレーム等で通知しているものとする。各端末にすべてのグループに関するリストを送っても良いし、自端末が属するグループのリストのみを送っても良い。グループを選択する基準として、各グループに属する端末ごとのUL−OFDMA送信の要求の有無、送信用データ量などの項目を考慮してもよい。
または、ラウンドロビンで、端末またはグループを選択してもよいし、ランダムで端末またはグループを選択してもよい。または、送信するデータのサイズが同じ、または近いデータを有する端末を選択してもよい。またはデータの発生周期が同じ、または発生周期が近い端末(発生周期が一定値以内に含まれる端末、または発生周期が最も近い所定数の端末など)を選択することも可能である。また、送信するデータのデータ種別が同じ端末を選択してもよい。データ種別として、QoS対応の場合には、AC(Access Category:アクセスカテゴリ)でもよい。また、データ種別は、TID(Traffic ID:トラヒック種別)でもよい。選択する端末数の下限が定められている場合に、下限以上の端末数を選択してもよい。ここで述べた端末の選択例は一例に過ぎず、ここで述べた以外の方法で端末を選択してもよい。
またアクセスポイントは、UL−OFDMAの実施に必要な事項として、選択した端末に対し、UL−OFDMAで使用させるリソースユニットを選択する。各リソースユニットには予め識別子が付与されており、識別子によって各端末にリソースユニットを指定してもよい。端末毎に事前に使用するリソースユニットが定まっている場合は、リソースユニットの選択を省略することも可能である。端末毎に選択するリソースユニットは1つでも、複数でもよい。UL−OFDMAで使用可能な複数のリソースユニットは同じ帯域幅でもよいし、複数の帯域幅のリソースユニットが含まれていてもよい(図3(C)参照)。端末との通信品質をリソースユニット毎に測定し、通信品質に応じて各端末に割り当てるリソースユニットを選択してもよい。例えばフレーム送信に必要なMCS(Modulation and Coding Scheme:変調符号化方式)を確保可能なリソースユニットを選択するようにしてもよい。通信品質として、SNR(Signal to Noise Ratio)やRSSI(Received Signal Strength Indicator)等を用いることができるが、これらに限定されない。本実施形態では、基本チャネル幅20MHzのチャネル内に定義された複数のリソースユニットを用いてUL−OFDMAを行う場合を想定するが、40MHz、80MHzなど、他のチャネル幅でUL−OFDMAを行うことも可能である。また複数の20MHzチャネルを同時に用いて、チャネル別にUL−OFDMAを行うことも可能である。
また、アクセスポイントは、UL−OFDMAの実施に必要な事項として、端末が送信する最大のパケット長(PPDU(Physical Protocol Data Unit)長)を共通に決定してもよい。例えば各端末から、次の送信に必要なTXOP長またはデータサイズまたはこれらの両方を含む情報を取得している場合に、各端末から通知されたTXOP長またはデータサイズを利用して、PPDU長を決定してもよい。例えば、端末の中でTXOPまたはデータサイズが最も長いものに基づき、PPDU長を決定してもよい。
また、UL−OFDMAの実施に必要な事項として、端末毎にPHYまたはMACまたはこれらの両方の送信レートを規定するMCS(Modulation and Coding Scheme:変調符号化方式)を決定してもよい。具体的に、各端末のPPDU長が等しくまたは近くなるように、端末毎のMCSを決定してもよい。MCSはフレームのみならず、物理ヘッダ(プリアンブル)に対しても指定可能な場合は、物理ヘッダに対して適用するMCSを決定してもよい。また、アクセスポイントは、各端末の送信電力を決定してもよい。例えば各端末から受信する受信電力(RSSI等)が同じまたは一定の範囲内に収まるような送信電力を決定してもよい。
また、本実施形態の特徴の1つとして、アクセスポイントは、各端末のCFOに基づき、所定の分解能でCFO補正量を算出する。CFO補正量は、所定の分解能の整数倍である。CFO補正量は、端末に指示する発振器の周波数の補正量に相当し、端末では当該指定された補正量で発振器の周波数を補正する。アクセスポイントは、端末のCFOがゼロになる、またはゼロに近づくようにCFO補正量を算出する。また、アクセスポイントは、CFOとCFO補正量の差として、CFO誤差を算出してもよい。CFO誤差は、CFO補正量で補正した場合にも依然として残るCFOを表す。端末1のCFOが+12.5ppmであり、分解能が1ppmの場合は、端末1のCFO補正量は、一例として、−{round(12.5/1)}=−12ppmとして算出される。CFO誤差は、12.5−12=0.5ppmとして算出される。この計算は一例であり、CFO補正量を−13ppmとし、CFO誤差を−0.5ppmとして算出してもよい。ここでは、CFOの符号として、アクセスポイントの発振器の周波数より大きい場合を「+」、小さい場合を「−」としている。
アクセスポイントは、UL−OFDMAに必要な事項を決定すると、UL−OFDMA送信の実施にあたり、端末に通知する必要のある制御情報を制御フィールドに設定したトリガーフレーム501を生成する。アクセスポイントは、例えばCSMA/CAに従って獲得したアクセス権に基づき、当該トリガーフレーム501(より詳細にはトリガーフレームを含む物理パケット)を送信する。トリガーフレーム501は、一例として、シングルユーザ通信と同じ基本チャネル幅(20MHz)のチャネルで送信する。トリガーフレームを含む物理パケットは、トリガーフレームの先頭に物理ヘッダを付加したものである。
物理ヘッダは、一例として、図8に示すように、IEEE802.11規格で定義されているL−STF(Legacy−Short Training Field)、L−LTF(Legacy−Long TrainingField)、L−SIG(Legacy Signal Field)、を含む。L−STF、L−LTF、L−SIGの組は、レガシープリアンブルと呼ばれることもある。L−STF、L−LTF、L−SIGは、例えば、IEEE802.11aなどのレガシー規格の端末が認識可能なフィールドであり、それぞれ信号検出、周波数補正(伝搬路推定)、伝送速度などの情報が格納される。ここで述べた以外のフィールド(例えばレガシー端末が認識できず、OFDMA対応端末が認識できるフィールド)が含まれてもよい。トリガーフレーム501は、UL−OFDMA対応端末の他、レガシー端末も受信および復号可能なフレームでもよい。なお、図8の「・・・」は、この箇所に図示されている以外のフィールドが存在しても、存在しなくてもよいことを意味する。
制御フィールドは、図9(A)に示すように、トリガーフレームのMACヘッダまたはフレームボディフィールドに存在してもよい。MACヘッダに制御フィールドが設定される場合、フレームボディフィールドが存在しない構成も可能である。または、図9(B)に示すように、物理ヘッダ内に制御フィールドを配置してもよい。なお、物理パケットのデータフィールドにはMACフレーム(ここではトリガーフレーム)が配置される。トリガーフレームはMACヘッダを含み、ボディフィールドを有さない構成でもよい。図9(A)〜図9(B)で示した制御フィールドの配置は一例であり、別の構成も可能である。例えば制御フィールドが複数に分割され、一部が物理ヘッダ内に配置され、別の一部がMACヘッダ内に配置される構成もあり得る。
ここで、トリガーフレームのFrame Controlフィールドのタイプは制御フレームを表す値とし、サブタイプの値は、トリガーフレーム用に新規に定義した値とすればよい。ただし、トリガーフレームのフレームタイプは、制御フレームではなく、管理フレームまたはデータフレームとする構成も排除されない。既存の管理フレームのフレームボディフィールドに制御フィールドを情報エレメントとして追加してもよい。RA(受信先アドレス)は、一例として、ブロードキャストアドレスまたはマルチキャストアドレスとし、当該アドレスを、アドレス1フィールドに設定すればよい。またTA(送信元アドレス)は、アクセスポイントのMACアドレスまたはBSSIDを、アドレス2フィールドに設定すればよい。なおアドレス1フィールドおよびアドレス2フィールドの一方または両方を省略する構成もあり得る。
図10は、制御フィールドのフォーマット例を示す。制御フィールドは、共通情報フィールド(COMMOM Info.)と、少なくともUL−OFDMAを行う端末の台数分の端末情報(STA Info.)フィールドとを備える。図6のシーケンス例では、4台の端末1〜4を選定するとし、この場合、一例として、4つの端末情報フィールド(STA infoフィールド)1〜4を設定する。共通情報フィールドには、UL-OFDMAの対象端末1〜4に共通に通知する情報を設定し、端末情報フィールド1〜4には、端末1〜4に個別に通知する情報を設定する。
共通情報フィールドに設定する情報の例を説明する。例えば、端末情報フィールドの個数に関する情報を設定する。端末情報フィールドの数は、選択する端末数に応じて変動し得るため、端末情報フィールドに関する数を、共通情報フィールドに設定することが考えられる。ただし、端末情報フィールドの個数が固定の場合は、当該個数に関する情報は不要である。また、UL−OFDMAで使用するチャネルに関する情報を、共通情報フィールドに設定してもよい。例えば20MHz幅チャネル、40MHzチャネル、80MHzチャネル、80MHz+80MHzチャネル、160MHzチャネルのいずれかを特定する情報を設定してもよい。本実施形態では20MHz幅チャネルを使用する場合を想定している。
また、各端末に許可する送信パケット長または時間長が共通の場合は、パケット長または時間長またはこれらの両方を特定する情報を、共通情報フィールドに設定してもよい。
また、UL−OFDMAの送信タイミングに関する情報を共通情報フィールドに設定してもよい。各端末がトリガーフレームの受信完了から予め定めた時間(IFS:Inter Frame Space)後にアップリンク送信を行うことが予め定められている場合は、当該送信タイミングに関する情報の設定は不要である。
また、UL−OFDMAを行う対象端末としてグループを選択した場合は、当該グループの識別情報(グループID等)を、共通情報フィールドに設定してもよい。また、トリガーフレームで通知されるCFOの分解能を、共通情報フィールドに設定してもよい。例えば、共通情報フィールドで「分解能=1ppm」という設定をしてもよい。
端末情報フィールド1〜nには、一例として、端末の識別子を設定する。端末の識別子は、アソシエーションID(AID)でもよいし、AIDの一部(Partial AID)でもよいし、MACアドレスでもよいし、端末を識別可能なかぎり、別の値でもよい。アソシエーションIDは、端末がアクセスポイントのBSSに属するためにアクセスポイントとの間で行うアソシエーションプロセス時に付与される識別子である。共通情報フィールドにグループの識別子を設定する場合において、当該グループに属するすべての端末が、UL-OFDMAの対象端末であるとのルールがあるときは、各端末が、複数の端末情報フィールドのいずれに自端末の情報が設定されているかを認識できる限り、各端末情報フィールドに端末の識別子を設定することを省略してもよい。例えば、自端末が先頭または末尾から何番目の端末情報フィールドを割り当てられているかを、把握可能な場合は、端末の識別子の設定を省略してもよい。例えば、グループのリストに載っている自端末の識別子の位置に応じて端末情報フィールドの位置が一義的に定まる場合に、端末の識別子の設定を省略してもよい。
また、端末情報フィールド1〜nには、該当する端末に割り当てられたリソースユニットを指定する情報を設定する。リソースユニットを指定する情報の形式は、当該リソースユニットを特定可能な限り、どのような形式でもよい。例えばリソースユニットの識別子によって指定してもよい。または、使用するチャネル内において高周波側または低周波側から何番目のリソースユニットかを指定してもよい。使用するチャネルの識別子との組み合わせでリソースユニットを指定することもあり得る。なお、複数のリソースユニットの集合を識別する識別子を定義し、当該識別子を1つまたは複数、指定する構成も考えられる。この場合、端末は、当該識別子から複数のリソースユニットを把握できるものとする。
端末情報フィールド1〜nには、該当する端末のCFOに関する情報を設定する。CFOに関する情報の例として、例えば、CFO補正量の情報を設定する。CFO補正量の情報の形式は、CFO補正量を把握可能なかぎり、任意でよい。例えばCFO補正量の値自体でもよいし、基準となる補正量αが存在する場合に、当該αとの差でもよい。またCFO補正量とインデックスとが対応づけられたテーブルを用意し、端末のCFP補正量に対応するインデックスでもよい。また所定の分解能の何倍かを示す値でもよい。ここで示した以外の方法で定めた形式でもよい。
CFOに関する情報の他の例として、CFOそのものの情報を設定してもよい。CFOからCFO補正量を求める方法がアクセスポイントに属する複数の端末で事前に認識されている場合は、端末側でCFOからCFO補正量を求めることができる。CFOの情報の形式は、CFO補正量と同様に任意でよい。
CFOに関する情報のさらに他の例として、CFOとCFO補正量との差(CFO誤差)の情報と、CFOの情報を設定してもよい。端末側では、当該差の情報と、CFOの情報から、CFO補正量を算出することができる。当該差の情報の形式は、CFO補正量、または補正量と同様に任意でよい。
端末情報フィールド1〜nに設定する他のパラメータ例として、送信を許可するパケット長(PPDU長など)、誤り訂正符号方式、MCS、の少なくとも1つに関する情報を設定してもよい。MCSは、PHYまたはMACまたはこれらの両方の送信レートを規定するものでよい。パケット長の単位は、データサイズでもよいし、時間長(空間での占有時間長)でもよい。パケット長が各端末で共通の場合は、パケット長に関する情報は、前述したように、共通情報フィールドに設定してもよい。なおパケット長の最大値は、規格またはシステムで事前に決められていてもよく、この場合、当該最大値以下の範囲で、パケット長を指定してもよい。なお、パケット長の代わりに、MACフレーム長またはMSDU(medium access control (MAC) service data unit)長などを用いることも可能である。
端末情報フィールド1〜nに設定するさらに別のパラメータ例として、各端末が送信すべきデータ種別の情報を指定してもよい。データ種別として、アクセスカテゴリ(AC)またはトラヒック情報(TID:Traffic ID)を設定してもよい。指定するデータ種別は、端末ごとに異なってもよいし、各端末で共通でもよい。また複数のデータ種別を指定してもよい。
また各端末の送信電力を指定する情報を設定してもよい。また、UL−OFDMAの送信タイミングを、予め指定されたタイミングを基準(例えばトリガーフレームの受信完了から一定時間後)にして、端末に個別に調整(指定)する場合には、送信タイミングに関する調整量を設定してもよい。これにより、端末との距離または電波状況に拘わらず、複数の端末から送信されるフレームをアクセスポイントで同時に受信できるようにする。
なお、制御フィールドから共通情報フィールドを省略する構成もあり得る。例えば、上述した例で共通情報フィールドに設定した内容を、各端末情報フィールドに個々に設定する場合は、共通情報フィールドを省略してもよい。
アクセスポイントから送信されたトリガーフレーム501(より詳細にはトリガーフレーム501を含む物理パケット)を受信した端末は、トリガーフレーム501の受信に成功すると、自端末が制御フィールドで、UL−OFDMAの対象端末として指定されているかを検査する。例えば、端末は、端末情報フィールド1〜nに自端末の識別子が設定されているかを調べ、自端末の識別子が設定されている場合は、自端末が指定されたと判断する。または、UL−OFDMAの対象端末が、同じグループに属する端末から選択され、かつ、共通情報フィールドに該当するグループの識別情報が設定されている場合は、自端末の属するグループの識別情報が共通情報フィールド設定されている場合のみ、端末情報フィールド1〜nに自端末の識別子が設定されているかを調べてもよい。あるいは、共通情報フィールドに指定されているグループに属する全端末がUL−OFDMAの対象端末として選択されるとのルールがある場合は、共通情報フィールドに自端末が属するグループの識別情報が設定されている場合に、自端末が指定されたと判断してもよい。その他、共通情報フィールドに、UL-OFDMAの対象となる端末の識別情報を個々に指定する場合は、当該共通情報フィールドに、自端末の識別情報が設定されているか否かで、自端末が指定されたかを判断する場合もあり得る。ここで述べた以外の方法で自端末が指定されたか判断することも可能である。本例では少なくとも端末1〜4がトリガーフレーム501を受信し、端末1〜4は、UL−OFDMAの対象として自端末が指定されていると判断する。
UL−OFDMAの対象として指定された端末1〜4は、自端末の対応する端末情報フィールドから、自端末に指定されたリソースユニットを特定する。自端末の対応する端末情報フィールドは、例えば自端末の識別情報が設定されている端末情報フィールドである。または、端末情報フィールド数が固定値であり、予め自端末の端末情報フィールドの位置が指定されている場合は、その指定された端末情報フィールドでもよい。または、共通情報フィールドに自端末が属するグループの識別情報が設定されており、かつグループ内の全端末がUL−OFDMAの対象として指定されるとのルールがある場合に、グループに属する端末のリストにおける自端末の位置に応じて、自端末の対応する端末情報フィールドを特定してもよい。
また端末1〜4は、自端末の対応する端末情報フィールドから、CFOに関する情報(CFO補正量等)を特定する。端末1〜4は、CFOに関する情報に従って発振器の周波数を調整する。発振器の周波数の調整は、例えば発振器(PLL等)の設定パラメータを調整すればよい。あるいは、CFOに関する情報に従って、デジタル信号処理によってベースバンド信号の周波数を調整してもよい。
また端末1〜4は、自端末の対応する端末情報フィールドから、自端末に対して指定された他のパラメータが存在する場合は、当該パラメータを把握する。パラメータの例として、前述したように、送信パケット長、MCS、送信電力、送信タイミングの調整量、データ種別等がある。
端末1〜4は、アップリンク送信用のデータを含むデータフレーム521、522、523、524(より詳細には当該データフレームを含む物理パケット)を生成して、自端末に指定されたリソースユニットで送信する。端末1〜4は、送信するデータ長が、アクセスポイントから指定された送信パケット長に満たない場合に、パディングデータを末尾に追加する。これにより、該当するリソースユニットが、当該送信パケット長の時間の間、ビジーであることを他の端末に通知することができる。ただし、パディングデータの追加は必須ではなく、パディングデータを付加しないことも可能である。その他、端末1〜4は、MCSおよび送信電力などのパラメータが指定されている場合、当該パラメータにしたがって、データフレームを生成および送信する。なお、アップリンク送信するフレームは、単一のデータフレームのみならず、複数のデータフレームを含むアグリゲーションフレームでもよい。アグリゲーションフレームに含まれる複数のフレームの内の一部のフレームがデータフレームで、別のフレームが管理フレームまたは制御フレームでもよい。
データフレーム521、522、523、524の送信は、端末1〜4によるトリガーフレーム501の受信完了から時間T1後に行われ、これらのデータフレームは、アクセスポイントで同時に受信される。これによりUL−OFDMA送信が行われる。時間T1は、一例として、予め定義されたIFS時間[μs]を用いることができる。予め定義されたIFS時間は、IEEE802.11無線LANのMACプロトコル仕様で規定されているフレーム間のタイムインターバルであるSIFS時間(=16μs)でもよいし、これより大きな値または小さな値でもよい。時間T1の値が共通情報フィールドまたは端末情報フィールドまたはこれらの両方に格納されており、端末1〜4は共通情報フィールドまたは端末情報フィールドまたはこれらの両方から時間T1の値を取得してもよい。その他、時間T1は、ビーコンフレームあるいはその他の管理フレームなど、別の方法で事前に通知されてもよい。前述したように、送信タイミングの調整量を、トリガーフレームの端末情報フィールドまたは共通情報フィールドで指定されている場合は、端末1〜4は通知された調整量だけ送信タイミングを調整して、データフレームを送信してもよい。
なお、端末1〜4が送信するデータフレーム511、512、513、514は、異なる内容のフレームであっても、同一の内容のフレームでもよい。一般的な表現として、複数の端末が第Xのフレームを送信または受信すると表現するとき、これらの第Xのフレームの内容は同じであっても、異なってもよい。Xは任意の値である。
なお、端末が、アップリンク送信するデータを有さない場合、その端末は、予め定めた形式のフレーム、例えば物理ヘッダは存在するもののデータフィールドが存在しないパケット、または物理ヘッダとMACヘッダは存在するものの、フレームボディフィールドが存在しないフレームを送信してもよい。あるいは、その端末は、送信動作は何も行わないようにしてもよい。アクセスポイントでは、そのようなパケットまたはフレームを受信した場合、または何も受信しなかった場合、当該端末は送信すべきデータが存在しないと判断してもよい。
アクセスポイント11は、UL−OFDMA送信された複数の端末からのデータフレームを受信すると、各データフレームのFCS情報(CRC等)を検査し、受信の成功可否を判定する。そして、端末1〜4のすべての検査結果を含む単一の送達確認応答フレーム531を、UL−OFDMAの受信完了からSIFS時間後に送信する。または、端末1〜4ごとに、各端末の検査結果を含む送達確認応答フレーム(ACKフレームまたはBlock Ackフレーム(BAフレーム))を別個に送信してもよい。単一の送達確認応答フレームを送信する場合、当該フレームの形式は新規に定義してもよいし、既存のフレームを流用してもよい。後者の例として、Multi−STA BAフレームとして知られるフレームを用いることができる。
ここでMulti−STA BAフレームについて説明する。Multi−STA BAフレームは、複数の端末に対する送達確認応答を1フレームで通知するためにBlock Ackフレーム(BAフレーム)を流用したものである。BAフレームを再利用する場合、通常のBAフレームと同様、フレームタイプは制御(Control)、フレームサブタイプはBlockAckとすればよい。図11(A)にBAフレームを再利用する場合のMulti−STA BAフレームのフォーマット例を示す。図11(B)は、BAフレームにおけるBA Controlフィールドのフォーマットの例を示し、図11(C)は、BAフレームにおけるBA Informationフィールドのフォーマットの例を示す。BAフレームを再利用する場合、複数の端末に関する送達確認応答を通知するために拡張したBAフレームフォーマットであるということを、BA Controlフィールドの中で示してもよい。例えばIEEE802.11規格では、Multi−TIDサブフィールドが1、かつCompressed Bitmapサブフィールドが0の場合が、現状予約(Reserved)になっている。これを複数の端末に関する送達確認応答を通知するために拡張したBAフレームフォーマットであることを示すために用いるようにしてもよい。あるいは図11(B)ではビットB3−B8の領域が予約サブフィールドになっているが、この領域の一部または全てを、複数の端末に関する送達確認応答を通知するために拡張したBAフレームフォーマットであることを示すために定義してもよい。あるいは、このような通知を明示的に行わなくても良い。
BAフレームにおけるRAフィールドは、ブロードキャストアドレスでも、マルチキャストアドレスでもよい。あるいは、トリガーフレームで指定した端末のうちの1台のユニキャストアドレスでもよい。BA ControlフィールドのMulti−Userサブフィールドには、BA Informationフィールドでレポートするユーザ数(端末数)を設定してもよい。BA Informationフィールドには、ユーザ(端末)ごとに、アソシエーションID(Association ID:AID)設定用のサブフィールド(図11(C)ではPer TID Infoと記載)と、Block Ack開始シーケンスコントロール(Block Ack Starting Sequence Control)サブフィールドと、Block Ackビットマップ(Block Ack Bitmap)サブフィールドとを配置する。
アソシエーションID(Per TID Info)サブフィールドにはユーザ識別を行うためAIDを設定する。より詳細には、一例として、図12(C)に示すように、Per TID Infoフィールドの一部を、アソシエーションID用のサブフィールドとして使う。現状、12ビット(B0からB11)が予約領域となっている。この先頭の11ビット(B0−B10)をアソシエーションID用のサブフィールドとして使う。Block Ack開始シーケンスコントロールサブフィールドおよびBlock Ackビットマップサブフィールドは、端末が送信するフレームが単一のデータフレームである場合(アグリゲーションフレームではない場合)は、省略すればよい。端末が送信するフレームがアグリゲーションフレームのときは、Block Ack開始シーケンスコントロールサブフィールドには、当該BlockAckフレームが示す送達確認応答の最初のMSDU(medium access control (MAC) service data unit)のシーケンス番号を格納する。Block Ackビットマップサブフィールドには、Block Ack開始シーケンス番号以降の各シーケンス番号の受信成功可否のビットからなるビットマップ(Block Ackビットマップ)を入れればよい。
Multi−STA BAフレームを受信した端末は、フレームコントロールフィールドのTypeおよびSubtypeを確認する。これらが、制御およびBlockAckであることを検出すると、次に、RAフィールドを確認し、この値がブロードキャストアドレス等であることから、自端末が送信したフレーム(ここではアグリゲーションフレーム)内の各データフレームに対する送達確認応答(成功可否)の情報をBlock Ack Bitmapフィールドから特定し、各データフレームの送信成功の可否を判断する。例えば、自端末のAIDを格納しているTID Infoサブフィールドを、BA Informationフィールド内から特定し、特定したTID Infoサブフィールドに後続するBlock Ack Starting Sequence Controlサブフィールドに設定された値(開始シーケンス番号)を特定し、開始シーケンス番号以降の各シーケンス番号の送信成功の可否を、Block Ackビットマップから特定する。AIDのビット長は、TID Infoサブフィールド長より短くてよく、AIDは、例えば、上述したように、TID Infoサブフィールドの一部の領域(例えば2オクテット(16ビット)のうち先頭から11ビット(B0−B10))に格納されてもよい。
複数の端末が、UL−OFDMAでアグリゲーションフレームではなく、単一のデータフレームを送信した場合にBAフレームを流用する場合は、例えば以下のようにすればよい。各BA情報フィールドのTID Infoサブフィールドにおける1つのビット(例えば2オクテット(16ビット)のうち、先頭から12ビット目(先頭をB0とすれば、B11))をACKかBAかを示すビット(ACK/BAビット)として用い、当該ビットにACKを示す値を設定する。ACKを示す値を設定した場合に、Block Ack Starting Sequence ControlサブフィールドおよびBlock Ack Bitmapサブフィールドは省略する。これにより、1つのBAフレームで複数の端末のACKを通知できる。前述したような複数の端末がアグリゲーションフレームを送信した場合は、ACK/BAビットに、BAを示す値を設定すればよい。これにより、複数の端末がアグリゲーションフレームおよび単一のデータフレームのいずれを送信する場合においても、BAフレームを流用して、複数の端末に送達確認応答を行うことができる。
アクセスポイントは、Multi−STA BAフレームを送信する場合、例えばUL−OFDMAと同じ周波数帯域、または20MHzの基本チャネル幅の帯域で、Multi−STA BAフレームを送信してもよい。端末ごとに個別に送達確認応答フレーム(ACKフレームまたはBAフレーム等)を送信する場合、DL−OFDMAを利用して、端末1〜4に同時に送達確認応答フレームを送信してもよい。BAフレームを送信する場合、端末からBlock Ack Requestフレーム(BARフレーム)を受信し、これに応じて、要求されたシーケンス番号以降のデータフレームの検査結果を含むBAフレームを、BARフレームの受信完了からSIFS時間後に送信するようにしてもよい。この際、端末1〜4のうち1つの端末については、BARフレームの受信を行わずに、UL−OFDMA受信完了からSIFS時間後にBAフレームを送信することも可能である。
図12に、DL−OFDMAで端末1〜4の送達確認応答フレーム(BAフレーム等)を送信する場合の物理パケットの構成例を示す。L−STF、L−LTF、L−SIGのフィールドは、一例として20MHzのチャネル幅で送信され、端末1〜4毎の送達確認応答フレームのいずれでも同じ値(同じシンボル)が設定される。SIG1フィールドは、端末1〜4に対し共通の情報を設定し、例えば端末毎に受信に使用するリソースユニットを指定する。例えば、端末の識別子と、リソースユニットの番号(識別子)とを対応づけた情報を設定する。端末の識別子はアソシエーションID(AID)でもよいし、AIDの一部(Partial AID)でもよいし、MACアドレス等のその他の識別子でもよい。SIG1フィールドも、一例として、20MHzのチャネル幅で送信される。端末1〜4のいずれもSIG1フィールドを復号可能である。SIG2フィールドはリソースユニット毎に個別に設定され、一例として、該当するデータフィールドの復号に必要なMCS等の情報が設定されてもよい。したがって、アクセスポイントからの信号を受信した端末1〜4はSIG1フィールドを復号することで、自端末が復号すべきリソースユニットを把握できる。端末1〜4は、それぞれ指定されたリソースユニットの信号を復号することで、送達確認応答フレームを受信する。送達確認応答フレームがBAフレームであれば、BAフレームに含まれる1つまたは複数の検査結果に基づき、送信の成功可否を判断する。なお、図12のフォーマット例では一例であり、1つまたは複数の他のフィールドがSIG2フィールドの前後、またはSIG1フィールドの前後に配置されてもよい。当該他のフィールドは、20MHz帯域幅でも、リソースユニット幅でもよい。当該他のフィールドは、L−STFおよびL−LTFと同様に、既知シンボルから構成されていてもよい。
送達確認フレームの送信後、アクセスポイントは、トリガーフレームの送信と、UL−OFDMA受信とを繰り返し行っても良い。この場合、アクセスポイントは、最初に送信するトリガーフレーム501のDuration/IDフィールドに、通信を継続したい行いたい期間をTXOP(Transmission Opportunity)として指定し、その期間の間、トリガーフレームの送信と、UL−OFDMA受信とを繰り返し行ってもよい。なお、当該期間に関する値を、前述した制御フィールドにおける共通情報フィールドに設定してもよい。
本実施形態によれば、アクセスポイントで推定した各端末のCFO補正量をトリガーフレームで通知し、各端末は、指定されたCFO補正量で発振器の周波数を補正した後、それぞれ指定されたリソースユニットでアップリンク送信することで、複数の端末間のキャリア間干渉を低減できる。これにより、アクセスポイントにおけるUL−OFDMAの受信感度を向上させることができる。
図13(A)にUL−OFDMAにおいて端末1〜端末4にCFOが存在しないと仮定した場合(理想の場合)の周波数配置例を示す。端末1〜4には、それぞれ4つのサブキャリアを含むリソースユニットが割り当てられている。紙面に沿って上向きの矢印付きの線がサブキャリアの中心周波数を示し、当該矢印付きの線を中心とする半円状の外郭を上部をもつ図形がサブキャリアを示している。端末1〜端末4のいずれもCFOが存在しないため、これらのサブキャリアは互いに直交しており、キャリア間干渉(ICI)は生じない。
図13(B)に、アクセスポイントの発振器に対して、端末1、端末2、端末3、端末4の発振器にずれがあることに起因して、端末1〜4にそれぞれCFO1、CFO2、CFO3、CFO4が存在する場合の周波数配置例を示す。端末間でサブキャリア間の直交性が損なわれるため、アクセスポイントでキャリア間干渉が発生する。端末にCFOが存在する場合、使用するリソースユニットに拘わらず、端末の送信信号の周波数が同じ量だけシフトする。CFOの発生は一般に避けることは難しいため、その影響を軽減する対策が必要である。
そこで、本実施形態では、上述したようにアクセスポイントで各端末のCFOを推定し、CFO補正量をトリガーフレームで各端末に指定する。各端末は、指定された補正量で発振器の周波数を補正する。トリガーフレームの前に各端末から送信される送信要求フレームを利用してCFOを推定するため、UL−OFDMAの直前のCFOを把握できる。よってUL−OFDMAの受信感度をより確実に高めることができる。各端末でCFOの推定を行う場合、推定精度の悪い端末が存在すると、キャリア間干渉が生じ受信感度が低減するが、本実施形態では、CFOの推定をアクセスポイントで行うため、このような問題は生じない。
ここで、アクセスポイントが、UL−OFDMAで使用するリソースユニットを端末1〜端末4に割り当てるとき、端末1〜4のCFO誤差を考慮してもよい。前述したように、端末がCFO補正量に従って発生器のCFOを軽減しても、補正量の分解能に応じてCFO誤差が生じる場合がある。そこで、CFO誤差が生じる場合にも、キャリア間干渉の影響が出来るだけ小さくなるように、各端末にリソースユニットを割り当てるようにしてもよい。
例えば、CFO補正量1、CFO補正量2、CFO補正量3、CFO補正量4で端末1〜4のCFOを補正した場合に、端末1に+0.5ppm、端末2に+1ppm、端末3に−1ppm、端末4に−0.5ppmのCFO誤差が存在する場合を考える。
この場合のリソースユニットの割り当て例を図14(A)に示す。CFOが大きい端末2および端末3が中心側のリソースユニットに割り当てられており、符号の関係によりCFOに起因してこれらの周波数が互いに近づく。CFOが小さい端末1および端末4が、両外側のリソースユニットに割り当てられており、符号の関係によりCFOに起因してこれらの周波数が互いに近づく。つまり、各端末のリソースユニットの中心周波数が互いに近づくように、各端末にリソースユニットが割り当てられている。この場合、キャリア間干渉が大きくなる。
一方、リソースユニットの他の割り当て例を図14(B)に示す。CFOが小さい端末4および端末1が中心側のリソースユニットに割り当てられており、符号の関係によりCFOに起因してこれらの周波数が互いに遠ざかる。また、CFOが大きい端末3および端末2が、両外側のリソースユニットに割り当てられており、符号の関係によりCFOに起因してこれらの周波数も互いに遠ざかる。すなわち、各端末のリソースユニットの中心周波数が互いに遠ざかるように、各端末にリソースユニットが割り当てられている。これにより、キャリア間干渉の影響を低減できる。すなわち、CFO誤差の絶対値が大きい端末ほど外側のリソースユニットに割り当て、かつ、CFO誤差の符号関係を考慮して、各端末のリソースユニットの中心周波数が互いに遠ざかるようにする。つまり、端末のCFO誤差の符号関係を考慮して、CFO誤差が大きい端末(例えば符号が正で、絶対値が大きい端末)ほど、複数のリソースユニット(周波数成分)の両端のうちの一端のリソースユニットまたは当該一端のリソースユニットに近いリソースユニットに当該端末を割り当てる。一方、CFO誤差が小さい端末(例えば符号が負で、絶対値が大きい端末)ほど、複数のリソースユニット(周波数成分)の両端のうちの他端のリソースユニットまたは当該他端のリソースユニットに近いリソースユニットに、当該端末を割り当てる。これにより、CFO誤差が存在する場合に、キャリア間干渉の影響を低減できる。
図14(B)の例のようにCFO誤差を考慮してリソースユニットの割り当てを行う場合に、端末によっては複数のリソースユニットに通信品質(SNR、RSSI等)のばらつきがある場合に、通信品質が低いリソースユニットに端末が割り当てられる可能性が生じる。そこで、各端末について、複数のリソースユニット間の通信品質のばらつきを計算し、いずれの端末ともばらつきの値が閾値以下の場合にのみ、CFO誤差を考慮したリソースユニット割り当てを行うようにしてもよい。一方、いずれかの端末でばらつきの値が閾値より大きいときは、各端末のリソースユニット毎の通信品質に基づき、各端末で所望の通信品質が得られるリソースユニットを割り当てるようにしてもよい。ばらつきは、標準偏差、分散などの統計値を用いればよい。ここではすべての端末ともばらつきの値が閾値以下であることを要件としたが、一定数以上の端末がこの条件を満たすことを要件としてもよい。
図15は、複数の端末(ここでは端末1〜5)にそれぞれリソースユニットを割り当ててUL−OFDMAを行った場合に、端末3についての、SNR(信号電力対雑音電力比)とPER(パケットエラーレート)の関係のシミュレーション結果の一例を3つ示す。
1つ目は、端末1〜5のCFOがいずれも0の場合であり、端末1〜5の順番で、周波数領域上の5つのリソースユニットを左から順番に割り当てた場合である(パターン0)。
2つ目は、図16(A)に示すように、端末1が0ppm、端末2が1.2ppm、端末3が0ppm、端末4が−1.2ppm、端末5が0ppmの場合で、端末1〜5の順番で、周波数領域上の5つのリソースユニットを左から順番に割り当てた場合である(パターン1)。すなわち、各端末のリソースユニットの中心周波数が互いに近づくように、各端末にリソースユニットが割り当てられている。
3つ目は、図16(B)に示すように、端末1〜5のCFOは図16(A)と同じであるが、端末1〜5に割り当てるリソースユニットを変えた場合である(パターン2)。図16(B)では、端末4、端末1、端末3、端末5、端末2の順番に、周波数領域上の5つのリソースユニットを左から割り当てている。すなわち、CFOが大きい端末ほど外側のリソースユニットに割り当て、かつ、CFOの符号関係を考慮して、各端末のリソースユニットの中心周波数が互いに遠ざかるようにしている。
なお、本シミュレーションの条件として、IEEE802.11のチャネルモデルDを用いている。また、MCSとして、IEEE802.11のMCS4(変調方式:16QAM、符号化レート:3/4)を用いている。
図15に示されるように、パターン1の場合、SNRの増加に拘わらず、PERが約0.1で高止まりしており、これは図16(A)からわかるように、端末3のリソースユニットに対するキャリア間干渉の影響である。一方、パターン2の場合、パターン0(すべての端末にCFOがない場合)のPERカーブとほぼ一致した特性が得られており、キャリア間干渉の影響が軽減されていることがわかる。このシミュレーション結果から、リソースユニットの割り当てに応じて、受信特性(PERカーブ)に大きな違いがでることが分かる。すなわち、リソースユニットの割り当てを工夫することで、受信特性(PERカーブ)を向上させることができることがわかる。ここでは5台の端末で多重送信するシミュレーション結果を示したが、他の台数でシミュレーションを行った場合も同様に、リソースユニットの割り当てに応じた受信特性(PERカーブ)の違いを確認できる。
図17は、アクセスポイント11に搭載される無線通信装置の機能ブロック図である。前述したように、アクセスポイント11は、少なくとも図1に示した端末1〜8側のネットワークに接続され、さらに、これとは別のネットワークに接続されることもできる。図17では、端末1〜8側のネットワークに接続される無線通信装置の構成を示している。
アクセスポイント11の無線通信装置は、制御部101と、送信部102と、受信部103と、アンテナ12A、12B、12C、12Dと、バッファ104と、発振器105を備えている。アンテナの個数はここでは4つであるが、少なくとも1つのアンテナを備えていればよい。制御部101は、端末との通信を制御する制御部またはベースバンド集積回路に対応し、送信部102と受信部103は、アンテナを介してフレームを送受信する無線通信部またはRF集積回路を形成する。制御部101の処理、および送信部102と受信部103のデジタル領域の処理の全部または一部は、CPU等のプロセッサで動作するソフトウェア(プログラム)によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、これらのソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。アクセスポイントは、制御部101、送信部102および受信部103の全部または一部の処理を行うプロセッサを備えてもよい。
バッファ104は、上位層と制御部101との間で、フレーム等を受け渡しするための記憶部である。バッファ104はDRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。上位層は、別のネットワークから受信したフレームを端末1〜8側のネットワークへの中継のためバッファ104に格納してもよい。また、端末側のネットワークから受信したフレームまたはそのペイロードを、制御部101からバッファ104を介して上位層へ渡してもよい。上位層は、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を行ってもよい。または、TCP/IPやUDP/IPは制御部101で行い、上位層では、それより上位のアプリケーション層の処理を行ってもよい。上位層の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
制御部101は、主としてMAC層の処理、物理層の処理の一部(例えばOFDMA関連の処理等)を行う。制御部101は、送信部102および受信部103を介して、フレームを送受信することで、各端末との通信を制御する。また制御部101は、定期的にアクセスポイントのBSS(Basic Service Set)の属性および同期情報等を通知するため、ビーコンフレームを送信するよう制御してもよい。また、制御部101は、クロックを生成するクロック生成部を含み、クロック生成部で生成するクロックを利用して、装置の内部時間を管理してもよい。制御部101は、クロック生成部で作ったクロックを、外部に出力してもよい。あるいは、制御部101は、外部のクロック生成部で生成してクロックの入力を受け、当該クロックを利用して、装置の内部時間を管理してもよい。
制御部101は、端末からのアソシエーション要求を受けて、アソシエーションプロセスを行い、お互いの能力・属性等の必要な情報(OFDMAを実施可能か否かの能力情報を含んでもよい)を交換することで、当該端末と無線リンクを確立する。必要に応じて、事前に端末との間で認証プロセスを行ってもよい。制御部101は、バッファ104を定期的に確認することで、端末宛のデータが存在するか等、バッファ104の状態を把握する。または、制御部101は、バッファ104等の外部からのトリガによりバッファ104の状態を確認してもよい。
制御部101は、無線リンクを確立した端末(OFDMA対応端末)から送信要求フレーム(より詳細には送信要求フレームを含む物理パケット)を受信し、物理パケットのヘッダに含まれるプリアンブル(例えばLTFまたはSTFなど)を利用して、端末が備える発振器のCFOを計算する。また、制御部101は、CFOに基づき、CFO補正量を所定の分解能で算出する。CFO補正量は、所定の分解能の整数倍である。CFO補正量は、端末に指示する発振器の周波数の補正量に相当する。制御部101は、当該補正量をCFOがゼロになる、または最もゼロに近づくように算出する。また、アクセスポイントは、CFOとCFO補正量の差として、CFO誤差を算出してもよい。CFO誤差は、CFO補正量で発振器の周波数を補正した場合にも依然として残るCFOを表す。
制御部101は、送信要求フレームを送信した端末の中から、UL−OFDMAの対象となる複数の端末を選択し、また当該複数の端末のそれぞれに利用させるリソースユニットを選択する。また、選択した各端末について、パケット長(PPDU長等)やMCS等、その他のパラメータを必要に応じて決定する。これらの詳細は前述したとおりである。なお、リソースユニットとリソースユニットの識別子との対応や、OFDMAで使用するチャネルに関する情報は、事前に端末に通知してもよいし、またはシステムまたは仕様で定まっていてもよい。トリガーフレームで、これらの一部または全部の情報を通知してもよい。制御部101は、選択した端末を指定する情報、リソースユニットを指定する情報、およびその他のパラメータ等を、トリガーフレームにおける共通情報フィールドまたは端末情報フィールドまたはこれらの両方に設定する。トリガーフレームには、通信を継続する期間(TXOP)の長さに関する情報を、Duration/IDフィールドまたは共通情報フィールド等に設定してもよい。
制御部101は、CSMA/CAに従って無線媒体へのアクセス権を獲得したタイミング、または予め定めたタイミング等で、トリガーフレームを送信部102に出力する。送信部102は、入力されたトリガーフレームに符号化および変調処理、および物理ヘッダの付加など、所望の物理層の処理を行って物理パケットを生成する。また物理パケットに対して、DA変換、所望帯域成分を抽出するフィルタ処理、発振器105の一定周波数信号を用いて無線周波数への周波数変換(アップコンバート)等を行う。送信部102は、これらにより得られた無線周波数の信号をプリアンプで増幅して、1つまたは複数のアンテナから空間に電波として放射する。複数のアンテナを使って、送信の指向性を制御してもよい。
アンテナで受信された信号は、受信部103において処理される。例えば、トリガーフレームの送信後に、トリガーフレームで指定した複数の端末からOFDMAで返信されるデータフレーム(アグリゲーションフレームの場合も含む)の信号が、アンテナで同時に受信される。受信信号は、低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)により増幅され、発振器105の一定周波数信号を用いてベースバンドに周波数変換(ダウンコンバート)され、フィルタリング処理で所望帯域成分が抽出される。各抽出された信号は、さらにAD変換によりデジタル信号に変換されて、復調および誤り訂正復号、物理ヘッダの処理等、物理層の処理を経た後、それぞれ制御部101にデータフレームが入力される。アンテナごとに受信系統が配置され、それぞれ対応する周波数帯域が異なってもよい。この場合、リソースユニット単位で受信系統が配置されてもよい。あるいは、各受信系統が同じ周波数帯域に対応し、これらの受信系統で受信された信号をダイバーシティ技術により合成してもよい。この場合、各リソースユニットの信号はデジタルフィルタ処理で抽出してもよい。OFDMA受信を行わない場合は、1本のアンテナのみ受信部103に接続し、残りのアンテナは受信部103に接続しない構成で受信を行うことも可能である。
制御部101は、各端末からUL−OFDMAで同時に受信したデータフレームのCRC検査(アグリゲーションフレームの場合は、アグリゲーションフレーム内の複数のデータフレームごとにCRC検査)を行う。制御部101は、各端末の検査結果に基づき送達確認応答フレームを生成し、送達確認フレーム応答を送信する。送達確認応答フレームは、すべての端末に対して1つのフレーム(Multi−Station BAフレームなど)でもよいし、個々の端末ごとのフレーム(BAフレームまたはACKフレーム)でもよい。個々の端末ごとに送達確認応答フレームを送信する場合、DL−OFDMAでこれらの送達確認応答フレームを同時に送信してもよい。変形例として、DL−OFDMAにおいて、一部のリソースユニットでMulti−Station BAフレームを送信し、別の1つ以上のリソースユニットでトリガーフレームまたは任意の端末宛のデータフレームまたはこれらの両方を送信してもよい。
なお、制御部101は、トリガーフレーム等で各端末に通知する情報、または各端末から通知された情報、またはこれらの両方を格納するための記憶装置にアクセスして当該情報を読み出してもよい。記憶装置は、内部メモリでも、外部メモリでもよく、揮発性メモリでも不揮発メモリでもよい。また、記憶装置は、メモリ以外に、SSD、ハードディスク等でもよい。
上述した、制御部101と送信部102の処理の切り分けは一例であり、上述した形態とは別の形態も可能である。例えばデジタル領域の処理およびDA変換までは、制御部101で行い、DA変換より後の処理を、送信部102で行うようにしてもよい。制御部101と受信部103の処理の切り分けも同様に、AD変換より前までの処理を、受信部103で行い、AD変換後の処理を含むデジタル領域の処理を、制御部101で行うようにしてもよい。一例として、本実施形態に係るベースバンド集積回路は、制御部101と、送信部102における物理層の処理を行う部分およびDA変換を行う部分と、受信部103におけるAD変換以降の処理を行う部分とに対応し、RF集積回路は、送信部102におけるDA変換より後の処理を行う部分と、受信部103におけるAD変換より前の処理を行う部分に対応する。本実施形態に係る無線通信用集積回路は、ベースバンド集積回路およびRF集積回路のうち、少なくともベースバンド集積回路を含む。ここで述べた以外の方法でブロック間の処理、あるいはベースバンド集積回路およびRF集積回路間の処理を切り分けてもよい。
図18は、端末に搭載される無線通信装置の機能ブロック図である。図1の端末1〜8に搭載される無線通信装置は、いずれも図18の構成を有する。
無線通信装置は、制御部201と、送信部202と、受信部203と、少なくとも1つのアンテナ1と、バッファ204と、発振器205とを備えている。制御部201は、アクセスポイント11との通信を制御する制御部またはベースバンド集積回路に対応し、送信部202と受信部203は、フレームを送受信する無線通信部またはRF集積回路に対応する。制御部201の処理、および送信部202と受信部203のデジタル領域の処理の全部または一部は、CPU等のプロセッサで動作するソフトウェア(プログラム)によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、これらのソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。端末は、制御部201、送信部202および受信部203の全部または一部の処理を行うプロセッサを備えてもよい。
バッファ204は、上位層と制御部201との間で、フレーム等を受け渡しするための記憶部である。バッファ204はDRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。上位層は、他の端末、アクセスポイント11、またはサーバ等の他のネットワーク上の装置に送信するフレームを生成して、バッファ204に格納したり、他の端末、アクセスポイントまたは装置等から受信したフレームを制御部201からバッファ204を介して受け取ったりする。上位層は、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を行ってもよい。また、TCP/IPやUDP/IPは制御部201で処理し、上位層は、これより上位のアプリケーション層の処理を行ってもよい。上位層の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
制御部201は、主としてMAC層の処理を行う。制御部201は、送信部202および受信部203を介して、アクセスポイント11とフレームを送受信することで、アクセスポイント11との通信を制御する。また、制御部201は、クロックを生成するクロック生成部を含み、クロック生成部で生成するクロックを利用して、装置の内部時間を管理してもよい。制御部201は、クロック生成部で作ったクロックを、外部に出力してもよい。あるいは、制御部201は、外部のクロック生成部で生成してクロックの入力を受け、当該クロックを利用して、装置の内部時間を管理してもよい。
制御部201は、一例としてビーコンフレームを受信してアクセスポイント11のBSSの属性および同期情報を把握した後、アクセスポイント11にアソシエーション要求を行ってアソシエーションプロセスを行う。これにより、お互いの能力・属性等の必要な情報(OFDMAを実施可能か否かの能力情報を含んでもよい)を交換することで、当該アクセスポイント11と無線リンクを確立する。必要に応じて、事前にアクセスポイントとの間で認証プロセスを行ってもよい。制御部201は、バッファ204を定期的に確認することで、バッファ204の状態を把握する。または、制御部201は、バッファ204等の外部からのトリガによりバッファ204の状態を確認する。制御部201は、バッファ204においてアクセスポイント11へ送信するデータ等の存在を確認したら、CSMA/CA等に基づき無線媒体へのアクセス権(送信権)を獲得後、当該データを含むフレームを、送信部202およびアンテナ1Aを介して送信してもよい。
送信部202は、制御部201から入力されたフレームに符号化および変調処理、および物理ヘッダの付加など、所望の物理層の処理を行って物理パケットを生成する。また、物理パケットに対して、DA変換や、所望帯域成分を抽出するフィルタ処理、発振器205の一定周波数信号を用いて無線周波数への周波数変換(アップコンバート)等を行う。送信部202は、これらにより得られた無線周波数の信号をプリアンプで増幅して、1つまたは複数のアンテナから空間に電波として放射する。なお、複数のアンテナを備える場合、複数のアンテナを使って、送信の指向性を制御することも可能である。
アンテナ1Aで受信された信号は、受信部203において処理される。受信された信号は、受信部203においてLNAにより増幅され、発振器205の一定周波数信号を用いてベースバンドに周波数変換(ダウンコンバート)され、ファイルタリング処理で所望帯域成分が抽出される。抽出された信号は、さらにAD変換によりデジタル信号に変換されて、復調および誤り訂正復号、物理ヘッダの処理等の物理層の処理を経た後、制御部201にデータフレーム等のフレームが入力される。
制御部201は、アクセスポイント11からトリガーフレームが受信された場合、トリガーフレームにおいて自端末がUL−OFDMAの対象として指定されているかを確認する。確認の方法は、前述したように、自端末の識別情報がいずれかの端末情報フィールドに設定されているかで確認してもよい。共通情報フィールドにグループIDが設定されている場合に、自端末が当該グループIDのグループに属する場合のみ、いずれかかの端末情報フィールドに自端末が指定されているかを確認してもよい。または、共通情報フィールドに設定されたグループIDに属するすべての端末がOFDMAの対象として許可されるとのルールがあり、共通情報フィールドにグループIDの設定がある場合は、当該グループIDに自端末が属するか否かで、自端末が指定されているかを判断してもよい。また、制御部201は、トリガーフレームのDuration/IDフィールドまたは共通情報フィールド等に、OFDMAに関する通信の期間に関する情報が設定されている場合は、当該情報に基づき、通信の期間を把握してもよい。端末は、例えばこの期間の間は、CSMA/CAベースでのシングルユーザ通信は行わないことを決定してもよい。
制御部201は、自端末がUL−OFDMAの対象として指定されている場合は、必要に応じて、自端末が利用するリソースユニット、CFO補正量、およびその他のパラメータの情報を、共通情報フィールド、または自端末用の端末情報フィールド、またはこれらの両方から取得する。自端末用の端末情報フィールドを特定する方法は前述したとおりである。制御部201は、CFO補正量に従って発振器の周波数を調整するとともに、バッファ204に格納されているデータを読み出して、トリガーフレームの受信完了から予め定めた時間後にデータフレームをアクセスポイント11に送信するように制御する。発振器の周波数の調整は、発振器のパラメータを調整すればよい。パラメータの調整を、制御部101が、送信部102または受信部103を介して行う構成も可能である。あるいは、デジタル信号処理によってベースバンド信号の周波数を調整してもよい。読み出すデータの例として、例えばパケット長(PPDU長等)が指定されている場合は、送信するパケットが当該パケット長以下になるようにデータを選択および読み出す。パケット長が、指定されたパケット長に満たない場合は、パディングデータをフレームの末尾に付加してもよい。アクセスカテゴリが指定されている場合は、指定されたアクセスカテゴリのデータを読み出す。複数のデータ(サブフレーム)を含むアグリゲーションフレームを生成および送信してもよい。また、送信するタイミングの調整量が指定されている場合は、トリガーフレームの受信から予め定めた時間に対して調整量だけずらしたタイミングで送信する。データフレームまたはアグリゲーションフレームは、送信部202およびアンテナ1Aを介して物理パケットとして送信される。送信部202の動作は上述した通りである。
制御部201は、フレーム送信後、アクセスポイント11から送信される送達確認フレーム(BAフレーム、Multi−STA BAフレーム、ACKフレーム等)を受信する。制御部201は送達確認フレームに基づき、自端末が送信したデータフレームの成功可否を判断する。複数のデータフレームを含むアグリゲーションフレームを送信した場合は、アグリゲートされた複数のデータフレームの成功可否を判断する。送信に失敗したデータフレームは、次の送信の機会に再送してもよい。例えば次回トリガーフレームで自端末が指定された際に、データフレームを再送してもよいし、CSMA/CAベース、またはRTS(Request to Send)フレームおよびCTS(Clear to Send)フレームの送受信によりアクセス権を獲得して、データフレームを再送(シングルユーザ送信)してもよい。これら以外の方法で再送を行ってもよい。
なお、ここでの説明では主に、UL−OFDMAで送信するフレームは、データフレームである場合を例にしたが、管理フレームまたは制御フレームでもよい。
制御部201は、アクセスポイント11に通知する情報、またはアクセスポイント11から通知した情報、またはこれらの両方を格納するための記憶装置にアクセスして情報を読み出してもよい。記憶装置は、内部メモリでも、外部メモリでもよく、揮発性メモリでも不揮発メモリでもよい。また、記憶装置は、メモリ以外に、SSD、ハードディスク等でもよい。
上述した、制御部201と送信部202の処理の切り分けは一例であり、上述した形態とは別の形態も可能である。例えばデジタル領域の処理およびDA変換までは、制御部201で行い、DA変換より後の処理を、送信部202で行うようにしてもよい。制御部201と受信部203の処理の切り分けも同様に、AD変換より前までの処理を受信部203で行い、AD変換後の処理を含むデジタル領域の処理を、制御部201で行うようにしてもよい。一例として、本実施形態に係るベースバンド集積回路は、制御部201と、送信部202における物理層の処理を行う部分およびDA変換を行う部分と、受信部203におけるAD変換以降の処理を行う部分とに対応し、RF集積回路は、送信部202におけるDA変換より後の処理を行う部分と、受信部203におけるAD変換より前の処理を行う部分に対応する。本実施形態に係る無線通信用集積回路は、ベースバンド集積回路およびRF集積回路のうち、少なくともベースバンド集積回路を含む。ここで述べた以外の方法でブロック間の処理、あるいはベースバンド集積回路およびRF集積回路間の処理を切り分けてもよい。
図19は、第1の実施形態に係るアクセスポイントの動作の一例のフローチャートである。アクセスポイントの制御部101は、複数の端末のそれぞれから送信要求フレームを受信し(S101)、送信要求フレームの物理ヘッダを用いて、各端末のCFOを推定する(S102)。アクセスポイントは、端末毎にCFOに基づき、CFO補正量およびCFO誤差を決定する(同S102)。
アクセスポイントの制御部101は、UL−OFDMAの対象となる複数の端末(または複数の無線通信装置)を選択し、また、選択した端末に利用させるリソースユニットを選択する(S103)。この際、各端末のCFO誤差を用いて、各端末に割り当てるリソースユニットを決定してもよい。また、必要に応じて、MCSまたはパケット長などのパラメータを決定する。選択した端末およびリソースユニットを指定する情報、CFOに関する情報(CFO補正量等)を指定する情報、およびその他の決定したパラメータの情報を設定して、トリガーフレームを生成する(S104)。アクセスポイントの制御部101は、キャリアセンス等により無線媒体へのアクセス権を獲得したタイミング、または予め定めたタイミングで、トリガーフレームを、送信部101を介して送信する(S105)。
アクセスポイントの制御部101は、トリガーフレームの送信後、トリガーフレームで指定した複数の端末から、それぞれ指定したリソースユニットで送信されるデータフレーム(ここでは複数のデータフレームを含むアグリゲーションフレームとする)の受信を待機する。制御部101は、これらの複数の端末から多重送信されるアグリゲーションフレームを、受信部102を介して同時に受信(UL−OFDMA受信)する(S106)。制御部101は、アグリゲーションフレームに含まれる複数のデータフレームの受信にそれぞれ成功したか否かの検査(CRC検査等)を行い、これらの端末の検査結果(成功可否)を含む送達確認応答フレーム(ここではMulti−STA BAフレームを想定)を生成する(S107)。制御部101は、UL−OFDMA受信の完了からSIFS時間後に、送達確認応答フレームを送信する(S108)。ここでは複数の端末の検査結果を含む1つの送達確認応答フレームを送信したが、端末ごとに個別の送達確認応答フレーム(BAフレーム等)を生成し、これらの送達確認応答フレームを同時または順次送信してもよい。
図20は、第1の実施形態に係る端末の動作の一例のフローチャートである。端末の制御部201は、アップリンクの送信要求の有無等を通知する送信要求フレームを送信する(S201)。制御部201は、その後、アクセスポイントから送信されるトリガーフレームを、受信部202を介して受信する(S202)。トリガーフレームには、UL−OFDMAの対象として複数の端末を指定する情報、および各端末が利用するリソースユニットを指定する情報、CFOに関する情報(CFO補正量等)を指定する情報、その他、必要なパラメータに関する情報が、共通情報フィールドまたは端末情報フィールドまたはこれらの両方に設定されている。
端末の制御部201は、トリガーフレームで自端末がUL−OFDMAの対象として指定されているかを調べ(S203)、自端末が指定されている場合は、自端末が利用するリソースユニット、自端末に対して指定されたCFO補正量、MCS等のその他のパラメータを把握する。指定されたCFO補正量に従って発振器を調整し、また必要に応じてその他のパラメータに従って、データフレーム(ここでは複数のデータフレームを含むアグリゲーションフレーム)を生成する。あるいは、アクセスポイントから指定されたCFO補正量および所定の分解能を考慮した上で、端末自身がCFO推定処理を行ってCFO補正量を修正し、修正したCFO補正量に従って発振器を調整してもよい。言い換えると、アクセスポイントから通知されるCFO補正量は、所定の分解能で通知されるため誤差を含んでおり、端末側でこの誤差を軽減するようにCFO補正量を修正してもよい。例えば、所定の分解能が1ppmで、端末宛に通知されるCFO補正量が3ppmの場合、厳密なCFO補正量としては2.5ppmから3.4ppmまでの値が考えられるため、端末側でCFO推定処理を試み、その結果が2.5ppmから3.4ppmのいずれかの値となる場合は推定結果が適切であると判断し、推定したCFO値に従って発振器を調整してもよい。制御部201は、トリガーフレームの受信完了から、予め定められた時間の経過後、アグリゲーションフレーム(より詳細には、アグリゲーションフレームを含む物理パケット)を、トリガーフレームで指定されたリソースユニットを用いて、送信部202を介して、アクセスポイントに送信する(S204)。
端末の制御部201は、アグリゲーションフレームの送信後、アクセスポイントから送信される送達確認応答フレーム(ここではMulti−STA BAフレームとする)を受信する(S205)。制御部201は、送達確認応答フレームを解析し、自端末が送信したアグリゲーションフレームに含まれる複数のデータフレームの検査結果(成功可否)を把握する(S206)。
上述したアクセスポイントおよび端末の動作フローの説明では、UL−OFDMAで各端末から、複数のデータフレームを含むアグリゲーションフレームを送信したが、前述したように、送信するフレームは、単一のデータフレームでもよいし、データフレーム以外のフレームでもよいし、複数種類のフレームを含むアグリゲーションフレームでもよい。これに応じて、アクセスポイントが返す送達確認応答フレームの形式および送信方法も変えればよい。
以上のように、本実施形態によれば、アクセスポイント側で測定した各端末のCFOに関する情報を各端末に通知して、各端末側で発振器の周波数を補正することにより、端末間干渉を抑制して、UL−OFDMA通信することが可能になる。また、各端末のCFO誤差に基づいて各端末に割り当てるリソースユニットを選択することにより、UL−OFDMAの際の端末間干渉を低減できる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、トリガーフレームに応じたアップリンクの多重送信としてUL−OFDMA、また、ダウンリンクの多重送信(送達確認応答フレームの多重送信など)としてDL−OFDMAを用いたが、代わりに、それぞれアップリンクのマルチユーザMIMO(Multi−Input Multi−Output)(UL−MU−MIMO)、およびダウンリンクのマルチユーザMIMO(DL−MU−MIMO)を用いることも可能である。
第1の実施形態では、トリガーフレームに応じたアップリンクの多重送信としてUL−OFDMA、また、ダウンリンクの多重送信(送達確認応答フレームの多重送信など)としてDL−OFDMAを用いたが、代わりに、それぞれアップリンクのマルチユーザMIMO(Multi−Input Multi−Output)(UL−MU−MIMO)、およびダウンリンクのマルチユーザMIMO(DL−MU−MIMO)を用いることも可能である。
DL−MU−MIMOでは、アクセスポイントはビームフォーミングと呼ばれる技術を用いることで、各端末に対して空間的に直交したビームによりフレーム送信を行う。各端末とのダウンリンクの伝搬路応答を利用してビームフォーミングを行う。UL−MU−MIMOでは、複数の端末が同じタイミングで、それぞれ同一周波数帯でフレーム送信を行う。この際、アクセスポイントでは各端末とのアップリンクの伝搬路応答を利用してフレームの復号を行う。
UL−MU−MIMOでは、アクセスポイントは、複数の端末から同時に受信した信号から各端末のフレームを空間的に分離する必要がある。このために、アクセスポイント11は、複数の端末のそれぞれとのアップリンクの伝搬路応答を利用する。アクセスポイントは、各端末のアップリンクの伝搬路応答を、複数の端末がUL−MU−MIMO送信されるフレームの先頭側に付加したプリアンブル信号を利用して推定できる。プリアンブル信号は物理ヘッダに含まれる。これらのプリンアンブル信号が、本実施形態に係る通信リソースの一例に対応する。以下、プリアンブル信号について説明する。
プリアンブル信号は、既知ビット列あるいは既知のシンボル列で構成される。アクセスポイント11は、既知ビット列を利用して、アップリンクの伝搬路応答を推定することで、プリアンブル信号より後のフィールド(例えばデータフィールド)を正しく空間的に分離(復号)出来る。これは、公知の手法、例えばZF(Zero−Forcing)法、または、MMSE(Minimum Mean Square Error)法、または、最尤推定法等、任意の方法を用いて行うことができる。プリアンブル信号は、一例として、MACフレームの先頭側に配置される物理ヘッダ(PHYヘッダ)内に配置される。物理ヘッダ内のプリアンブル信号より前のフィールドでは各端末から同じ信号が送信されるため、アクセスポイントはこれらの信号を同時に受信しても復号可能である。各端末のプリアンブル信号は互いに直交している。このため、アクセスポイント11が、各端末から同時に受信したプリアンブル信号を個別に識別(分離)できる。よって、アクセスポイント11は、端末毎のプリアンブル信号を互いに分離して、各端末からアクセスポイント11へのアップリンクの伝搬路を推定できる。プリアンブル信号より後では、端末毎に別個の信号が送られるが、推定した伝搬路応答を利用して、これらの信号を分離できる。
端末間のプリアンブル信号の直交化の方法として、時間的、周波数的および符号的のいずれの方法を用いることができる。時間直交の場合には、プリアンブル信号の格納用のフィールドが複数の区間に分割され、各端末のプリアンブル信号が異なる区間で送信される。ある区間には、いずれか1台数端末のみがプリアンブル信号を送信していることになる。つまり、ある端末がプリアンブル信号を送信する間、他の端末は何も送信しない期間になる。周波数直交の場合には、各端末が互いに直交関係にある周波数でプリアンブル信号を送信する。符号直交の場合には、各端末がそれぞれ直交行列の互いに異なる行(または互いに異なる列)に含まれる値列(各値に対応するシンボル)を配置した信号を送信する。直交行列の各行(または各列)は互いに直交の関係にある。いずれの直交化の方法でも、アクセスポイント11では各端末のプリアンブル信号を識別可能である。
各端末に互いに直交するプリアンブル信号を使用させるために、各端末が使用するプリアンブル信号およびその送信方法の情報を、アクセスポイントは与えておく必要がある、具体的には、時間直交の場合には、どのタイミングでそれぞれプリアンブル信号(プリアンブル信号は端末間で同じでもよいし、異なってもよい)を送信するか、周波数直交の場合にはどの周波数でそれぞれプリアンブル信号(プリアンブル信号は端末間で同じでもよいし、異なってもよい)を送信するか、符号直交の場合にはどの符号化パターン(直交行列のどの行または列のパターン)を用いてプリアンブル信号を送信するか、の情報が必要となる。この情報は、アクセスポイント11が送信するトリガーフレーム内でUL−MU−MIMO送信を許可する端末にそれぞれ、各端末の端末情報フィールドに設定すればよい。
その他の多重送信方式として、OFDMAとMU−MIMO(Multiple−Input Multiple−Output)を組み合わせた通信方式(OFDMA&MU−MIMOと呼ぶ)も可能である。OFDMA&MU−MIMOの場合、リソースユニット毎に、複数の端末間で同じリソースユニットを利用して、MU−MIMO送信を行うことになる。
以上、本実施形態によれば、トリガーフレームに応じたアップリンク多重送信にUL−MU−MIMOを用いる場合も、トリガーフレームにより各端末のCFO補正を指示することで、各端末でCFOが低減されたアップリンク送信が可能となり、よって、高い伝送性能を得ることができる。OFDMA&MU−MIMOを用いる場合は、本実施形態と第1の実施形態の効果を同時に得ることができる。
(第3の実施形態)
図21は、端末(非アクセスポイントの端末)またはアクセスポイントの全体構成例を示したものである。この構成例は一例であり、本実施形態はこれに限定されるものではない。端末またはアクセスポイントは、1つまたは複数のアンテナ1〜n(nは1以上の整数)と、無線LANモジュール148と、ホストシステム149を備える。無線LANモジュール148は、第1〜第2のいずれかの実施形態に係る無線通信装置に対応する。無線LANモジュール148は、ホスト・インターフェースを備え、ホスト・インターフェースで、ホストシステム149と接続される。接続ケーブルを介してホストシステム149と接続される他、ホストシステム149と直接接続されてもよい。また、無線LANモジュール148が基板にはんだ等で実装され、基板の配線を介してホストシステム149と接続される構成も可能である。ホストシステム149は、任意の通信プロトコルに従って、無線LANモジュール148およびアンテナ1〜nを用いて、外部の装置と通信を行う。通信プロトコルは、TCP/IPと、それより上位の層のプロトコルとを含んでもよい。または、TCP/IPは無線LANモジュール148に搭載し、ホストシステム149は、それより上位層のプロトコルのみを実行してもよい。この場合、ホストシステム149の構成を簡単化できる。本端末は、例えば、移動体端末、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置等でもよい。
図21は、端末(非アクセスポイントの端末)またはアクセスポイントの全体構成例を示したものである。この構成例は一例であり、本実施形態はこれに限定されるものではない。端末またはアクセスポイントは、1つまたは複数のアンテナ1〜n(nは1以上の整数)と、無線LANモジュール148と、ホストシステム149を備える。無線LANモジュール148は、第1〜第2のいずれかの実施形態に係る無線通信装置に対応する。無線LANモジュール148は、ホスト・インターフェースを備え、ホスト・インターフェースで、ホストシステム149と接続される。接続ケーブルを介してホストシステム149と接続される他、ホストシステム149と直接接続されてもよい。また、無線LANモジュール148が基板にはんだ等で実装され、基板の配線を介してホストシステム149と接続される構成も可能である。ホストシステム149は、任意の通信プロトコルに従って、無線LANモジュール148およびアンテナ1〜nを用いて、外部の装置と通信を行う。通信プロトコルは、TCP/IPと、それより上位の層のプロトコルとを含んでもよい。または、TCP/IPは無線LANモジュール148に搭載し、ホストシステム149は、それより上位層のプロトコルのみを実行してもよい。この場合、ホストシステム149の構成を簡単化できる。本端末は、例えば、移動体端末、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置等でもよい。
図22は、無線LANモジュールのハードウェア構成例を示す。この構成は、無線通信装置が非アクセスポイントの端末およびアクセスポイントのいずれに搭載される場合にも適用可能である。つまり、図17または図18に示した無線通信装置の具体的な構成の一例として適用できる。この構成例では、アンテナは1本のみであるが、2本以上のアンテナを備えていてもよい。この場合、各アンテナに対応して、送信系統(216、222〜225)、受信系統(232〜235)、PLL242、水晶発振器(基準信号源)243およびスイッチ245のセットが複数配置され、各セットがそれぞれ制御回路212に接続されてもよい。PLL242または水晶発振器243またはこれらの両方は、本実施形態に係る発振器に対応する。
無線LANモジュール(無線通信装置)は、ベースバンドIC(Integrated Circuit)211と、RF(Radio Frequency)IC221と、バラン225と、スイッチ245と、アンテナ247とを備える。
ベースバンドIC211は、ベースバンド回路(制御回路)212、メモリ213、ホスト・インターフェース214、CPU215、DAC(Digital to Analog Conveter)216、およびADC(Analog to Digital Converter)217を備える。
ベースバンドIC211とRF IC221は同じ基板上に形成されてもよい。また、ベースバンドIC211とRF IC221は1チップで構成されてもよい。DAC216およびADC217の両方またはいずれか一方が、RF IC221に配置されてもよいし、別のICに配置されてもよい。またメモリ213およびCPU215の両方またはいずれか一方が、ベースバンドICとは別のICに配置されてもよい。
メモリ213は、ホストシステムとの間で受け渡しするデータを格納する。またメモリ213は、端末またはアクセスポイントに通知する情報、または端末またはアクセスポイントから通知された情報、またはこれらの両方を格納する。また、メモリ213は、CPU215の実行に必要なプログラムを記憶し、CPU215がプログラムを実行する際の作業領域として利用されてもよい。メモリ213はSRAM、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
ホスト・インターフェース214は、ホストシステムと接続するためのインターフェースである。インターフェースは、UART、SPI、SDIO、USB、PCI Expressなど何でも良い。
CPU215は、プログラムを実行することによりベースバンド回路212を制御するプロセッサである。ベースバンド回路212は、主にMAC層の処理および物理層の処理を行う。ベースバンド回路212、CPU215またはこれらの両方は、通信を制御する通信制御装置、または通信を制御する制御部に対応する。
ベースバンド回路212およびCPU215の少なくとも一方は、クロックを生成するクロック生成部を含み、当該クロック生成部で生成するクロックにより、内部時間を管理してもよい。
ベースバンド回路212は、送信するフレームに、物理層の処理として、物理ヘッダの付加、符号化、暗号化、変調処理(MIMO変調を含んでもよい)など行い、例えば2種類のデジタルベースバンド信号(以下、デジタルI信号とデジタルQ信号)を生成する。
DAC216は、ベースバンド回路212から入力される信号をDA変換する。より詳細には、DAC216はデジタルI信号をアナログのI信号に変換し、デジタルQ信号をアナログのQ信号に変換する。なお、直交変調せずに一系統の信号のままで送信する場合もありうる。複数のアンテナを備え、一系統または複数系統の送信信号をアンテナの数だけ振り分けて送信する場合には、アンテナの数に応じた数のDAC等を設けてもよい。
RF IC221は、一例としてRFアナログICあるいは高周波IC、あるいはこれらの両方である。RF IC221は、フィルタ222、ミキサ223、プリアンプ(PA)224、PLL(Phase Locked Loop:位相同期回路)242、低雑音増幅器(LNA)、バラン235、ミキサ233、およびフィルタ232を備える。これらの要素のいくつかが、ベースバンドIC211または別のIC上に配置されてもよい。フィルタ222、232は、帯域通過フィルタでも、低域通過フィルタでもよい。
フィルタ222は、DAC216から入力されるアナログI信号およびアナログQ信号のそれぞれから所望帯域の信号を抽出する。PLL242は、水晶発振器243から入力される発振信号を用い、発振信号を分周または逓倍またはこれらの両方を行うことで、入力信号の位相に同期した、一定周波数の信号を生成する。なお、PLL242は、VCO(Voltage Controlled Oscillator)を備え、水晶発振器243から入力される発振信号に基づき、VCOを利用してフィードバック制御を行うことで、当該一定周波数の信号を得る。生成した一定周波数の信号は、ミキサ223およびミキサ233に入力される。PLL242は、一定周波数の信号を生成する発振器の一例に相当する。
ミキサ223は、フィルタ222を通過したアナログI信号およびアナログQ信号を、PLL242から供給される一定周波数の信号を利用して、無線周波数にアップコンバートする。プリアンプ(PA)は、ミキサ223で生成された無線周波数のアナログI信号およびアナログQ信号を、所望の出力電力まで増幅する。バラン225は、平衡信号(差動信号)を不平衡信号(シングルエンド信号)に変換するための変換器である。RF IC221では平衡信号が扱われるが、RF IC221の出力からアンテナ247までは不平衡信号が扱われるため、バラン225で、これらの信号変換を行う。
スイッチ245は、送信時は、送信側のバラン225に接続され、受信時は、受信側の低雑音増幅器(LNA)234またはRF IC221に接続される。スイッチ245の制御はベースバンドIC211またはRF IC221により行われてもよいし、スイッチ245を制御する別の回路が存在し、当該回路からスイッチ245の制御を行ってもよい。
プリアンプ224で増幅された無線周波数のアナログI信号およびアナログQ信号は、バラン225で平衡−不平衡変換された後、アンテナ247から空間に電波として放射される。
アンテナ247は、チップアンテナでもよいし、プリント基板上に配線により形成したアンテナでもよいし、線状の導体素子を利用して形成したアンテナでもよい。
RF IC221におけるLNA234は、アンテナ247からスイッチ245を介して受信した信号を、雑音を低く抑えたまま、復調可能なレベルまで増幅する。バラン235は、低雑音増幅器(LNA)234で増幅された信号を、不平衡−平衡変換する。なお、バラン235とLNA234の順番を逆にした構成でもよい。ミキサ233は、バラン235で平衡信号に変換された受信信号を、PLL242から入力される一定周波数の信号を用いてベースバンドにダウンコンバートする。より詳細には、ミキサ233は、PLL242から入力される一定周波数の信号に基づき、互いに90°位相のずれた搬送波を生成する手段を有し、バラン235で変換された受信信号を、互いに90°位相のずれた搬送波により直交復調して、受信信号と同位相のI(In−phase)信号と、これより90°位相が遅れたQ(Quad−phase)信号とを生成する。フィルタ232は、これらI信号とQ信号から所望周波数成分の信号を抽出する。フィルタ232で抽出されたI信号およびQ信号は、ゲインが調整された後に、RF IC221から出力される。
ベースバンドIC211におけるADC217は、RF IC221からの入力信号をAD変換する。より詳細には、ADC217はI信号をデジタルI信号に変換し、Q信号をデジタルQ信号に変換する。なお、直交復調せずに一系統の信号だけを受信する場合もあり得る。
複数のアンテナが設けられる場合には、アンテナの数に応じた数のADCを設けてもよい。ベースバンド回路212は、デジタルI信号およびデジタルQ信号に基づき、復調処理、誤り訂正符号処理、物理ヘッダの処理など、物理層の処理(MIMO復調を含んでもよい)等を行い、フレームを得る。ベースバンド回路212は、フレームに対してMAC層の処理を行う。なお、ベースバンド回路212は、TCP/IPを実装している場合は、TCP/IPの処理を行う構成も可能である。
上述した各部の処理の詳細は、図17および図18の説明から自明であるため、重複する説明は省略する。
(第4の実施形態)
図23(A)および図23(B)は、それぞれ第4の実施形態に係る無線端末の斜視図である。図23(A)の無線端末はノートPC301であり、図23(B)の無線端末は移動体端末321である。ノートPC301および移動体端末321は、それぞれ無線通信装置305、315を搭載している。無線通信装置305、315として、これまで説明してきた無線端末に搭載されていた無線通信装置(図18、図22等)、またはアクセスポイント11に搭載されていた無線通信装置(図17、図22等)、またはこれらの両方を用いることができる。無線通信装置を搭載する無線端末は、ノートPCや移動体端末に限定されない。例えば、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置等にも搭載可能である。
図23(A)および図23(B)は、それぞれ第4の実施形態に係る無線端末の斜視図である。図23(A)の無線端末はノートPC301であり、図23(B)の無線端末は移動体端末321である。ノートPC301および移動体端末321は、それぞれ無線通信装置305、315を搭載している。無線通信装置305、315として、これまで説明してきた無線端末に搭載されていた無線通信装置(図18、図22等)、またはアクセスポイント11に搭載されていた無線通信装置(図17、図22等)、またはこれらの両方を用いることができる。無線通信装置を搭載する無線端末は、ノートPCや移動体端末に限定されない。例えば、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置等にも搭載可能である。
また、無線端末またはアクセスポイント11、またはこれらの両方に搭載されていた無線通信装置は、メモリーカードにも搭載可能である。当該無線通信装置をメモリーカードに搭載した例を図24に示す。メモリーカード331は、無線通信装置355と、メモリーカード本体332とを含む。メモリーカード331は、外部の装置(無線端末またはアクセスポイント11、またはこれらの両方等)との無線通信のために無線通信装置335を利用する。なお、図24では、メモリーカード331内の他の要素(例えばメモリ等)の記載は省略している。
(第5の実施形態)
第5の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バス、プロセッサ部、及び外部インターフェース部を備える。プロセッサ部及び外部インターフェース部は、バスを介して外部メモリ(バッファ)と接続される。プロセッサ部ではファームウエアが動作する。このように、ファームウエアを無線通信装置に含める構成とすることにより、ファームウエアの書き換えによって無線通信装置の機能の変更を容易に行うことが可能となる。ファームウエアが動作するプロセッサ部は、本実施形態に係る制御部または制御部の処理を行うプロセッサであってもよいし、当該処理の機能拡張または変更に係る処理を行う別のプロセッサであってもよい。ファームウエアが動作するプロセッサ部を、本実施形態に係るアクセスポイントあるいは無線端末あるいはこれらの両方が備えてもよい。または当該プロセッサ部を、アクセスポイントに搭載される無線通信装置内の集積回路、または無線端末に搭載される無線通信装置内の集積回路が備えてもよい。
第5の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バス、プロセッサ部、及び外部インターフェース部を備える。プロセッサ部及び外部インターフェース部は、バスを介して外部メモリ(バッファ)と接続される。プロセッサ部ではファームウエアが動作する。このように、ファームウエアを無線通信装置に含める構成とすることにより、ファームウエアの書き換えによって無線通信装置の機能の変更を容易に行うことが可能となる。ファームウエアが動作するプロセッサ部は、本実施形態に係る制御部または制御部の処理を行うプロセッサであってもよいし、当該処理の機能拡張または変更に係る処理を行う別のプロセッサであってもよい。ファームウエアが動作するプロセッサ部を、本実施形態に係るアクセスポイントあるいは無線端末あるいはこれらの両方が備えてもよい。または当該プロセッサ部を、アクセスポイントに搭載される無線通信装置内の集積回路、または無線端末に搭載される無線通信装置内の集積回路が備えてもよい。
(第6の実施形態)
第6の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、クロック生成部を備える。クロック生成部は、クロックを生成して出力端子より無線通信装置の外部にクロックを出力する。このように、無線通信装置内部で生成されたクロックを外部に出力し、外部に出力されたクロックによってホスト側を動作させることにより、ホスト側と無線通信装置側とを同期させて動作させることが可能となる。
第6の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、クロック生成部を備える。クロック生成部は、クロックを生成して出力端子より無線通信装置の外部にクロックを出力する。このように、無線通信装置内部で生成されたクロックを外部に出力し、外部に出力されたクロックによってホスト側を動作させることにより、ホスト側と無線通信装置側とを同期させて動作させることが可能となる。
(第7の実施形態)
第7の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置)の構成に加えて、電源部、電源制御部、及び無線電力給電部を含む。電源制御部は、電源部と無線電力給電部とに接続され、無線通信装置に供給する電源を選択する制御を行う。このように、電源を無線通信装置に備える構成とすることにより、電源を制御した低消費電力化動作が可能となる。
第7の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置)の構成に加えて、電源部、電源制御部、及び無線電力給電部を含む。電源制御部は、電源部と無線電力給電部とに接続され、無線通信装置に供給する電源を選択する制御を行う。このように、電源を無線通信装置に備える構成とすることにより、電源を制御した低消費電力化動作が可能となる。
(第8の実施形態)
第8の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、SIMカードを含む。SIMカードは、無線通信装置における送信部(102または202)または受信部(103または203)または制御部(101または201)、またはこれらのうちの複数と接続される。このように、SIMカードを無線通信装置に備える構成とすることにより、容易に認証処理を行うことが可能となる。
第8の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、SIMカードを含む。SIMカードは、無線通信装置における送信部(102または202)または受信部(103または203)または制御部(101または201)、またはこれらのうちの複数と接続される。このように、SIMカードを無線通信装置に備える構成とすることにより、容易に認証処理を行うことが可能となる。
(第9の実施形態)
第9の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、動画像圧縮/伸長部を含む。動画像圧縮/伸長部は、バスと接続される。このように、動画像圧縮/伸長部を無線通信装置に備える構成とすることにより、圧縮した動画像の伝送と受信した圧縮動画像の伸長とを容易に行うことが可能となる。
第9の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、動画像圧縮/伸長部を含む。動画像圧縮/伸長部は、バスと接続される。このように、動画像圧縮/伸長部を無線通信装置に備える構成とすることにより、圧縮した動画像の伝送と受信した圧縮動画像の伸長とを容易に行うことが可能となる。
(第10の実施形態)
第10の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、LED部を含む。LED部は、送信部(102または202)または受信部(103または203)または制御部(101または201)またはこれらのうちの複数と接続される。このように、LED部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
第10の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、LED部を含む。LED部は、送信部(102または202)または受信部(103または203)または制御部(101または201)またはこれらのうちの複数と接続される。このように、LED部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第11の実施形態)
第11の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バイブレータ部を含む。バイブレータ部は、送信部(102または202)または受信部(103または203)または制御部(101または201)またはこれらのうちの複数と接続される。このように、バイブレータ部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
第11の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バイブレータ部を含む。バイブレータ部は、送信部(102または202)または受信部(103または203)または制御部(101または201)またはこれらのうちの複数と接続される。このように、バイブレータ部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第12の実施形態)
第12の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、ディスプレイを含む。ディスプレイは、図示しないバスを介して、無線通信装置の制御部(101または201)に接続されてもよい。このようにディスプレイを備える構成とし、無線通信装置の動作状態をディスプレイに表示することで、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
第12の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、ディスプレイを含む。ディスプレイは、図示しないバスを介して、無線通信装置の制御部(101または201)に接続されてもよい。このようにディスプレイを備える構成とし、無線通信装置の動作状態をディスプレイに表示することで、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第13の実施形態)
本実施形態では、[1]無線通信システムにおけるフレーム種別、[2]無線通信装置間の接続切断の手法、[3]無線LANシステムのアクセス方式、[4]無線LANのフレーム間隔について説明する。
[1]通信システムにおけるフレーム種別
一般的に無線通信システムにおける無線アクセスプロトコル上で扱うフレームは、大別してデータ(data)フレーム、管理(management)フレーム、制御(control)フレームの3種類に分けられる。これらの種別は、通常、フレーム間で共通に設けられるヘッダ部で示される。フレーム種別の表示方法としては、1つのフィールドで3種類を区別できるようにしてあってもよいし、2つのフィールドの組み合わせで区別できるようにしてあってもよい。
本実施形態では、[1]無線通信システムにおけるフレーム種別、[2]無線通信装置間の接続切断の手法、[3]無線LANシステムのアクセス方式、[4]無線LANのフレーム間隔について説明する。
[1]通信システムにおけるフレーム種別
一般的に無線通信システムにおける無線アクセスプロトコル上で扱うフレームは、大別してデータ(data)フレーム、管理(management)フレーム、制御(control)フレームの3種類に分けられる。これらの種別は、通常、フレーム間で共通に設けられるヘッダ部で示される。フレーム種別の表示方法としては、1つのフィールドで3種類を区別できるようにしてあってもよいし、2つのフィールドの組み合わせで区別できるようにしてあってもよい。
管理フレームは、他の無線通信装置との間の物理的な通信リンクの管理に用いるフレームである。例えば、他の無線通信装置との間の通信設定を行うために用いられるフレームや通信リンクをリリースする(つまり接続を切断する)ためのフレーム、無線通信装置でのパワーセーブ動作に係るフレームがある。
データフレームは、他の無線通信装置と物理的な通信リンクが確立した上で、無線通信装置の内部で生成されたデータを他の無線通信装置に送信するフレームである。データは本実施形態の上位層で生成され、例えばユーザの操作によって生成される。
制御フレームは、データフレームを他の無線通信装置との間で送受(交換)する際の制御に用いられるフレームである。無線通信装置がデータフレームや管理フレームを受信した場合にその送達確認のために送信される応答フレームは、制御フレームに属する。
これら3種類のフレームは、物理層で必要に応じた処理を経て物理パケットとしてアンテナを経由して送出される。なお、接続確立の手順においては、接続要求フレームと接続受付フレームが管理フレームであり、接続受付フレームへの確認フレームは制御フレームの応答フレームを用いることができる。
[2]無線通信装置間の接続切断の手法
接続の切断には、明示的な手法と暗示的な手法とがある。明示的な手法としては、接続している無線通信装置のいずれか一方が切断のためのフレームを送信する。このフレームは管理フレームに分類される。切断のためのフレームは、例えば接続をリリースするという意味でリリースフレームと呼ぶことがある。通常、リリースフレームを送信する側の無線通信装置ではリリースフレームを送信した時点で、リリースフレームを受信する側の無線通信装置ではリリースフレームを受信した時点で、接続の切断と判定する。その後、通信フェーズでの初期状態、例えば通信相手の無線通信装置を探索する状態に戻る。これは、切断のためのフレームを送信する際には、接続先の無線通信装置と通信距離が離れて無線信号が受信不可あるいは復号不可になるといった、物理的な無線リンクが確保できないことがあるからである。
接続の切断には、明示的な手法と暗示的な手法とがある。明示的な手法としては、接続している無線通信装置のいずれか一方が切断のためのフレームを送信する。このフレームは管理フレームに分類される。切断のためのフレームは、例えば接続をリリースするという意味でリリースフレームと呼ぶことがある。通常、リリースフレームを送信する側の無線通信装置ではリリースフレームを送信した時点で、リリースフレームを受信する側の無線通信装置ではリリースフレームを受信した時点で、接続の切断と判定する。その後、通信フェーズでの初期状態、例えば通信相手の無線通信装置を探索する状態に戻る。これは、切断のためのフレームを送信する際には、接続先の無線通信装置と通信距離が離れて無線信号が受信不可あるいは復号不可になるといった、物理的な無線リンクが確保できないことがあるからである。
一方、暗示的な手法としては、一定期間接続を確立した接続相手の無線通信装置からフレーム送信(データフレーム及び管理フレームの送信、あるいは自端末が送信したフレームへの応答フレームの送信)を検知しなかった場合に、接続状態の切断の判定を行う。このような手法があるのは、上述のように接続の切断を判定するような状況では、接続先の無線通信装置と通信距離が離れて無線信号が受信不可あるいは復号不可になるなど物理的な無線リンクが確保できない状態が考えられるからである。すなわち、リリースフレームの受信を期待できないからである。
暗示的な方法で接続の切断を判定する具体例としては、タイマを使用する。例えば、送達確認応答フレームを要求するデータフレームを送信する際、当該フレームの再送期間を制限する第1のタイマ(例えばデータフレーム用の再送タイマ)を起動し、第1のタイマが切れるまで(つまり所望の再送期間が経過するまで)当該フレームへの送達確認応答フレームを受信しないと再送を行う。当該フレームへの送達確認応答フレームを受信すると第1のタイマは止められる。
一方、送達確認応答フレームを受信せず第1のタイマが切れると、例えば接続相手の無線通信装置がまだ(通信レンジ内に)存在するか(言い換えれば、無線リンクが確保できているか)を確認するための管理フレームを送信し、それと同時に当該フレームの再送期間を制限する第2のタイマ(例えば管理フレーム用の再送タイマ)を起動する。第1のタイマと同様、第2のタイマでも、第2のタイマが切れるまで当該フレームへの送達確認応答フレームを受信しないと再送を行い、第2のタイマが切れると接続が切断されたと判定する。
あるいは接続相手の無線通信装置からフレームを受信すると第3のタイマを起動し、新たに接続相手の無線通信装置からフレームを受信するたびに第3のタイマを止め、再び初期値から起動する。第3のタイマが切れると前述と同様に接続相手の無線通信装置がまだ(通信レンジ内に)存在するか(言い換えれば、無線リンクが確保できているか)を確認するための管理フレームを送信し、それと同時に当該フレームの再送期間を制限する第2のタイマ(例えば管理フレーム用の再送タイマ)を起動する。この場合も、第2のタイマが切れるまで当該フレームへの送達確認応答フレームを受信しないと再送を行い、第2のタイマが切れると接続が切断されたと判定する。後者の、接続相手の無線通信装置がまだ存在するかを確認するための管理フレームは、前者の場合の管理フレームとは異なるものであってもよい。また後者の場合の管理フレームの再送を制限するためのタイマはここでは第2のタイマとして前者の場合と同じものを用いたが、異なるタイマを用いるようにしてもよい。
[3]無線LANシステムのアクセス方式
例えば複数の無線通信装置と通信または競合することを想定した無線LANシステムがある。IEEE802.11(拡張規格なども含む)無線LANではCSMA/CAをアクセス方式の基本としている。ある無線通信装置の送信を把握し、その送信終了から固定時間を置いて送信を行う方式では、その無線通信装置の送信を把握した複数の無線通信装置で同時に送信を行うことになり、その結果、無線信号が衝突してフレーム送信に失敗する。ある無線通信装置の送信を把握し、その送信終了からランダム時間待つことで、その無線通信装置の送信を把握した複数の無線通信装置での送信が確率的に分散することになる。よって、ランダム時間の中で最も早い時間を引いた無線通信装置が1つなら無線通信装置のフレーム送信は成功し、フレームの衝突を防ぐことができる。ランダム値に基づき送信権の獲得が複数の無線通信装置間で公平になることから、Carrier Avoidanceを採用した方式は、複数の無線通信装置間で無線媒体を共有するために適した方式であるということができる。
例えば複数の無線通信装置と通信または競合することを想定した無線LANシステムがある。IEEE802.11(拡張規格なども含む)無線LANではCSMA/CAをアクセス方式の基本としている。ある無線通信装置の送信を把握し、その送信終了から固定時間を置いて送信を行う方式では、その無線通信装置の送信を把握した複数の無線通信装置で同時に送信を行うことになり、その結果、無線信号が衝突してフレーム送信に失敗する。ある無線通信装置の送信を把握し、その送信終了からランダム時間待つことで、その無線通信装置の送信を把握した複数の無線通信装置での送信が確率的に分散することになる。よって、ランダム時間の中で最も早い時間を引いた無線通信装置が1つなら無線通信装置のフレーム送信は成功し、フレームの衝突を防ぐことができる。ランダム値に基づき送信権の獲得が複数の無線通信装置間で公平になることから、Carrier Avoidanceを採用した方式は、複数の無線通信装置間で無線媒体を共有するために適した方式であるということができる。
[4]無線LANのフレーム間隔
IEEE802.11無線LANのフレーム間隔について説明する。IEEE802.11無線LANで用いられるフレーム間隔は、distributed coordination function interframe space(DIFS)、arbitration interframe space(AIFS)、point coordination function interframe space(PIFS)、short interframe space(SIFS)、extended interframe space(EIFS)、reduced interframe space(RIFS)の6種類ある。
IEEE802.11無線LANのフレーム間隔について説明する。IEEE802.11無線LANで用いられるフレーム間隔は、distributed coordination function interframe space(DIFS)、arbitration interframe space(AIFS)、point coordination function interframe space(PIFS)、short interframe space(SIFS)、extended interframe space(EIFS)、reduced interframe space(RIFS)の6種類ある。
フレーム間隔の定義は、IEEE802.11無線LANでは送信前にキャリアセンスアイドルを確認して開けるべき連続期間として定義されており、厳密な前のフレームからの期間は議論しない。従ってここでのIEEE802.11無線LANシステムでの説明においてはその定義を踏襲する。IEEE802.11無線LANでは、CSMA/CAに基づくランダムアクセスの際に待つ時間を固定時間とランダム時間との和としており、固定時間を明確にするためこのような定義になっているといえる。
DIFSとAIFSとは、CSMA/CAに基づき他の無線通信装置と競合するコンテンション期間にフレーム交換開始を試みるときに用いるフレーム間隔である。DIFSは、トラヒック種別による優先権の区別がないとき、AIFSはトラヒック種別(Traffic Identifier:TID)による優先権が設けられている場合に用いる。
DIFSとAIFSとで係る動作としては類似しているため、以降では主にAIFSを用いて説明する。IEEE802.11無線LANでは、MAC層でフレーム交換の開始などを含むアクセス制御を行う。さらに、上位層からデータを渡される際にQoS(Quality of Service)対応する場合には、データとともにトラヒック種別が通知され、トラヒック種別に基づいてデータはアクセス時の優先度のクラス分けがされる。このアクセス時のクラスをアクセスカテゴリ(Access Category;AC)と呼ぶ。従って、アクセスカテゴリごとにAIFSの値が設けられることになる。
PIFSは、競合する他の無線通信装置よりも優先権を持つアクセスができるようにするためのフレーム間隔であり、DIFS及びAIFSのいずれの値よりも期間が短い。SIFSは、応答系の制御フレームの送信時あるいは一旦アクセス権を獲得した後にバーストでフレーム交換を継続する場合に用いることができるフレーム間隔である。EIFSはフレーム受信に失敗した場合に発動されるフレーム間隔である。
RIFSは一旦アクセス権を獲得した後にバーストで同一無線通信装置に複数のフレームを連続して送信する場合に用いることができるフレーム間隔であり、RIFSを用いている間は送信相手の無線通信装置からの応答フレームを要求しない。
ここでIEEE802.11無線LANにおけるランダムアクセスに基づく競合期間のフレーム交換の一例を図25に示す。
ある無線通信装置においてデータフレーム(W_DATA1)の送信要求が発生した際に、キャリアセンスの結果、媒体がビジーである(busy medium)と認識する場合を想定する。この場合、キャリアセンスがアイドルになった時点から固定時間のAIFSを空け、その後ランダム時間(random backoff)空いたところで、データフレームW_DATA1を通信相手に送信する。
ランダム時間は0から整数で与えられるコンテンションウィンドウ(Contention Window:CW)の間の一様分布から導かれる擬似ランダム整数にスロット時間をかけたものである。ここで、CWにスロット時間をかけたものをCW時間幅と呼ぶ。CWの初期値はCWminで与えられ、再送するたびにCWの値はCWmaxになるまで増やされる。CWminとCWmaxの両方とも、AIFSと同様アクセスカテゴリごとの値を持つ。W_DATA1の送信先の無線通信装置では、データフレームの受信に成功するとその受信終了時点からSIFS後に応答フレーム(W_ACK1)を送信する。W_DATA1を送信した無線通信装置は、W_ACK1を受信すると送信バースト時間制限内であればまたSIFS後に次のフレーム(例えばW_DATA2)を送信することができる。
AIFS、DIFS、PIFS及びEIFSは、SIFSとスロット時間との関数になるが、SIFSとスロット時間とは物理層ごとに規定されている。また、AIFS、CWmin及びCWmaxなどアクセスカテゴリごとに値が設けられるパラメータは、通信グループ(IEEE802.11無線LANではBasic Service Set(BSS))ごとに設定可能であるが、デフォルト値が定められている。
例えば、802.11acの規格策定では、SIFSは16μs、スロット時間は9μsであるとして、それによってPIFSは25μs、DIFSは34μs、AIFSにおいてアクセスカテゴリがBACKGROUND(AC_BK)のフレーム間隔はデフォルト値が79μs、BEST EFFORT(AC_BE)のフレーム間隔はデフォルト値が43μs、VIDEO(AC_VI)とVOICE(AC_VO)のフレーム間隔はデフォルト値が34μs、CWminとCWmaxとのデフォルト値は、各々AC_BKとAC_BEとでは31と1023、AC_VIでは15と31、AC_VOでは7と15になるとする。なお、EIFSは、SIFSとDIFSと最も低速な必須の物理レートで送信する場合の応答フレームの時間長の和である。本実施形態では、このようなフレーム間隔のパラメータを用いる無線通信システムを通信レンジの広い干渉システムとして想定する。
なお、各実施形態で記載されているフレームは、Null Data Packetなど、IEEE802.11規格または準拠する規格で、パケットと呼ばれるものを指してもよい。
本実施形態で用いられる用語は、広く解釈されるべきである。例えば用語“プロセッサ”は、汎用目的プロセッサ、中央処理装置(CPU)、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシンなどを包含してもよい。状況によって、“プロセッサ”は、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラム可能論理回路 (PLD)などを指してもよい。“プロセッサ”は、複数のマイクロプロセッサのような処理装置の組み合わせ、DSPおよびマイクロプロセッサの組み合わせ、DSPコアと協働する1つ以上のマイクロプロセッサを指してもよい。
別の例として、用語“メモリ”は、電子情報を格納可能な任意の電子部品を包含してもよい。“メモリ”は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、プログラム可能読み出し専用メモリ(PROM)、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能PROM(EEPROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、フラッシュメモリ、磁気または光学データストレージを指してもよく、これらはプロセッサによって読み出し可能である。プロセッサがメモリに対して情報を読み出しまたは書き込みまたはこれらの両方を行うならば、メモリはプロセッサと電気的に通信すると言うことができる。メモリは、プロセッサに統合されてもよく、この場合も、メモリは、プロセッサと電気的に通信していると言うことができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
11:アクセスポイント(基地局、無線通信端末)
12A、12B、12C、12D:アンテナ
1、2、3、4、5、6、7、8:無線通信端末
1A:アンテナ
501:トリガーフレーム
511〜514:送信要求フレーム
521:データフレーム
531:送達確認応答フレーム
101、201:制御部
102、202:送信部
103、203:受信部
104、204:バッファ
211:ベースバンドIC
213:メモリ
214:ホスト・インターフェース
215:CPU
216:DAC
217:ADC
221:RF IC
222、232:フィルタ
223、233:ミキサ
224、234:アンプ
225、235:バラン
242:PLL
243:水晶発振器
247:アンテナ
245:スイッチ
148:無線LANモジュール
149:ホストシステム
301:ノートPC
305、315、355:無線通信装置
321:移動体端末
331:メモリーカード
332:メモリーカード本体
12A、12B、12C、12D:アンテナ
1、2、3、4、5、6、7、8:無線通信端末
1A:アンテナ
501:トリガーフレーム
511〜514:送信要求フレーム
521:データフレーム
531:送達確認応答フレーム
101、201:制御部
102、202:送信部
103、203:受信部
104、204:バッファ
211:ベースバンドIC
213:メモリ
214:ホスト・インターフェース
215:CPU
216:DAC
217:ADC
221:RF IC
222、232:フィルタ
223、233:ミキサ
224、234:アンプ
225、235:バラン
242:PLL
243:水晶発振器
247:アンテナ
245:スイッチ
148:無線LANモジュール
149:ホストシステム
301:ノートPC
305、315、355:無線通信装置
321:移動体端末
331:メモリーカード
332:メモリーカード本体
Claims (24)
- 多重送信を指示する対象となる複数の無線通信装置のそれぞれの周波数変換用の発振器の周波数オフセットに関する第1情報を含む第1フレームを、RF集積回路を介して送信するベースバンド集積回路
を備えた無線通信用集積回路。 - 前記ベースバンド集積回路は、前記RF集積回路を介して、複数の第2フレームを受信し、前記複数の第2フレームに基づき、前記複数の無線通信装置のそれぞれの前記発振器の前記周波数オフセットを推定する
請求項1に記載の無線通信用集積回路。 - 前記ベースバンド集積回路は、前記周波数オフセットに基づいて、前記発振器の周波数の補正量を決定し、前記第1情報は前記補正量に関する情報を含む
請求項1または2に記載の無線通信用集積回路。 - 前記ベースバンド集積回路は、前記複数の第2フレームをそれぞれ時間的に重複しないタイミングで受信する
請求項2に記載の無線通信用集積回路。 - 前記ベースバンド集積回路は、多重送信される前記複数の第2フレームを同時に受信する
請求項2に記載の無線通信用集積回路。 - 前記第1フレームは、前記複数の無線通信装置に前記多重送信に使用する複数の通信リソースを指定する第2情報を含む
請求項1ないし5のいずれか一項に記載の無線通信用集積回路。 - 前記複数の無線通信装置の多重送信は、OFDMA(直交周波数分割多重アクセス)で行われ、
前記複数の通信リソースは、それぞれ異なる複数の周波数成分である
請求項6に記載の無線通信用集積回路。 - 前記ベースバンド集積回路は、前記周波数オフセットに基づいて、前記発振器の周波数の補正量を所定の分解能で決定し、
前記ベースバンド集積回路は、前記周波数オフセットと前記補正量との差に応じて、前記複数の無線通信装置のそれぞれに割り当てる前記周波数成分を決定する
請求項7に記載の無線通信用集積回路。 - 前記ベースバンド集積回路は、
前記差が大きい無線通信装置ほど、前記複数の周波数成分の両端のうちの一端の周波数成分または前記一端に近い周波数成分を割り当て、
前記差が小さい無線通信装置ほど、前記複数の周波数成分の両端のうちの他端の周波数成分または前記他端に近い周波数成分を割り当てる
請求項8に記載の無線通信用集積回路。 - 前記ベースバンド集積回路は、前記RF集積回路を介して、複数の第2フレームを受信し、前記複数の第2フレームに基づき、前記複数の無線通信装置のそれぞれの前記発振器の前記周波数オフセットを推定し、
前記複数の第2フレームに基づき、前記複数の無線通信装置毎に、前記周波数成分毎の通信品質を測定し、
前記複数の無線通信装置の全部または一定数以上について、前記周波数成分間の前記通信品質のばらつきの値が閾値より小さいときのみ、前記周波数オフセットと前記補正量との差に応じて、前記複数の無線通信装置のそれぞれに割り当てる前記周波数成分を決定する
請求項9に記載の無線通信用集積回路。 - 前記ベースバンド集積回路は、前記複数の無線通信装置の少なくともいずれかまたは一定数未満について、前記ばらつきの値が前記閾値より大きいときは、前記通信品質に基づいて、前記複数の無線通信装置のそれぞれに割り当てる前記周波数成分を決定する
請求項8に記載の無線通信用集積回路。 - 前記第1フレームは、前記多重送信を指示する対象となる複数の無線通信装置を特定する第3情報を含む
請求項1ないし11のいずれか一項に記載の無線通信用集積回路。 - 前記複数の無線通信装置の多重送信は、MU−MIMOで行われ、
前記複数の通信リソースは、互いに空間的に直交した複数のビームである
請求項6に記載の無線通信用集積回路。 - 前記第1フレームは、MACフレームであり、
前記第1フレームには物理ヘッダが付加され、
前記第1情報と前記第2情報は、前記物理ヘッダに含まれる
請求項6に記載の無線通信用集積回路。 - 前記第1フレームは、MACフレームであり、
前記第1情報と前記第2情報は、MACヘッダまたはフレームボディフィールドに含まれる
請求項6に記載の無線通信用集積回路。 - アクセスポイントである
請求項1ないし15のいずれか一項に記載の無線通信用集積回路。 - IEEE802.11規格に準拠して無線通信を行う
請求項1ないし16のいずれか一項に記載の無線通信用集積回路。 - 前記RF集積回路をさらに備え、
前記ベースバンド集積回路は、前記第1フレームをDA変換し、
前記RF集積回路は、DA変換後の前記第1フレームを無線周波数にアップコンバートする、
請求項1ないし17のいずれか一項に記載の無線通信用集積回路。 - 前記ベースバンド集積回路および前記RF集積回路が1つの集積回路で構成された
請求項18に記載の無線通信用集積回路。 - 無線通信端末により実行される無線通信方法であって、
多重送信を指示する対象となる複数の無線通信端末のそれぞれの周波数変換用の発振器の周波数オフセットに関する第1情報を含む第1フレームを送信する
無線通信方法。 - 少なくとも1つのアンテナと、
前記アンテナに接続され、フレームを送受信する無線通信部と、
多重送信を指示する対象となる複数の無線通信端末のそれぞれの周波数変換用の発振器の周波数オフセットに関する第1情報を含む第1フレームを、前記無線通信部を介して送信する制御部
を備えた無線通信端末。 - 多重送信を指示する対象となる複数の無線通信装置のそれぞれの周波数変換用の発振器の周波数オフセットに関する第1情報を含む第1フレームを、RF集積回路を介して受信するベースバンド集積回路を備え、
前記ベースバンド集積回路は、前記第1情報に基づき自装置の前記発振器の周波数を調整し、調整後の前記発振器を用いて第2フレームを周波数変換し、周波数変換された前記第2フレームを送信する
無線通信用集積回路。 - 無線通信端末により実行される無線通信方法であって、
多重送信を指示する対象となる複数の無線通信装置のそれぞれの周波数変換用の発振器の周波数オフセットに関する第1情報を含む第1フレームを受信し、
前記第1情報に基づき自端末の前記発振器の周波数を調整し、調整後の前記発振器を用いて前第2フレームを周波数変換し、周波数変換された前記第2フレームを送信する
無線通信方法。 - 少なくとも1つのアンテナと、
前記アンテナに接続され、フレームを送受信する無線通信部と、
多重送信を指示する対象となる複数の無線通信端末のそれぞれの周波数変換用の発振器の周波数オフセットに関する第1情報を含む第1フレームを、前記無線通信部を介して受信する制御部を備え、
前記制御部は、前記第1情報に基づき自端末の前記発振器の周波数を調整し、調整後の前記発振器を用いて第2フレームを周波数変換し、周波数変換された前記第2フレームを送信する
無線通信端末。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020534728A (ja) * | 2018-08-23 | 2020-11-26 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 無線lanシステムにおけるリソースユニットの大きさに対する情報を送受信する方法及び装置 |
US11108399B2 (en) | 2019-10-11 | 2021-08-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Wireless communication apparatus |
US11395325B2 (en) | 2016-04-01 | 2022-07-19 | Lg Electronics Inc. | Method for transmitting downlink control information for sidelink scheduling in wireless communication system and terminal using same |
-
2015
- 2015-11-02 JP JP2015216047A patent/JP2017092538A/ja active Pending
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JP7005749B2 (ja) | 2018-08-23 | 2022-01-24 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 無線lanシステムにおけるリソースユニットの大きさに対する情報を送受信する方法及び装置 |
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