JP2017092942A - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の無線通信端末へ送達確認応答を効率的に送信する。
【解決手段】本発明の実施形態としての無線通信装置は、複数の組に分割された複数の第1フレームを多重送信する送信部と、前記組ごとに前記第1フレームの送達確認を表す、多重された複数の第2フレームを、前記組間で時間的に重複しないタイミングで受信する受信部と、を備える。
【選択図】図11
【解決手段】本発明の実施形態としての無線通信装置は、複数の組に分割された複数の第1フレームを多重送信する送信部と、前記組ごとに前記第1フレームの送達確認を表す、多重された複数の第2フレームを、前記組間で時間的に重複しないタイミングで受信する受信部と、を備える。
【選択図】図11
Description
本発明の実施形態は、無線通信装置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、アクセスポイントが複数の端末に複数のデータフレームをMU−MIMO(Multi−User Multi−Input Multi−Output)で送信する方法が知られている。MU−MIMOでデータフレームを受信した複数の端末が送達確認応答フレーム(Block ACK等)をプライマリチャネルで送信する方法として、複数の端末から送達確認応答フレームを送信する順序を表すACK順序情報を、上記データフレームとともに送信する方法がある。これにより、複数の端末からの送達確認応答フレームの衝突を防止する。しかしながら、各端末から順次、送達確認応答フレームを返信する場合は、すべての端末に送達確認応答フレームの送信が完了するまでの時間が長くなる問題がある。
IEEE802.11axのような次世代無線LANシステムにおいて、アクセスポイントが、DL−MU(DonwLink Multi−User:ダウンリンクマルチユーザ)モードを用いて複数の端末に複数のデータフレームを送信し、データフレームを受信した複数の端末が、UL−MU(Uplink Multi−User:アップリンクマルチユーザ)モードを用いて、同時に送達確認応答フレームを送信することを考える。
この場合、アクセスポイントからダウンリンク送信されるデータフレームの多重化されるユーザ数が、UL−MUモードにおける送達確認応答フレームの多重化可能なユーザ数より大きい場合がある。一例として、アクセスポイントがOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続方式)とMU−MIMOを組み合わせた方式で、複数の端末にデータフレームを送信し、一方、複数の端末がMU−MIMOまたはOFDMAで送達確認応答フレームをアクセスポイントに送信する場合、ダウンリンクの最大可能多重数が、アップリンクの最大可能多重数より大きくなる。このような場合、これらのすべての端末が同時に送達確認応答フレームを返すことができない可能性が生じ得る。
この場合、アクセスポイントからダウンリンク送信されるデータフレームの多重化されるユーザ数が、UL−MUモードにおける送達確認応答フレームの多重化可能なユーザ数より大きい場合がある。一例として、アクセスポイントがOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続方式)とMU−MIMOを組み合わせた方式で、複数の端末にデータフレームを送信し、一方、複数の端末がMU−MIMOまたはOFDMAで送達確認応答フレームをアクセスポイントに送信する場合、ダウンリンクの最大可能多重数が、アップリンクの最大可能多重数より大きくなる。このような場合、これらのすべての端末が同時に送達確認応答フレームを返すことができない可能性が生じ得る。
IEEE Std 802.11ac(TM)−2013
IEEE Std 802.11(TM)−2012
本発明の実施形態は、複数の無線通信端末へフレームを多重送信した場合に当該複数の無線通信端末からの送達確認応答を表すフレームの送信を効率的に行うことを目的とする。
本発明の実施形態としての無線通信装置は、複数の組に分割された複数の第1フレームを多重送信する送信部と、前記組ごとに前記第1フレームの送達確認を表す、多重された複数の第2フレームを、前記組間で時間的に重複しないタイミングで受信する受信部と、を備える。
以下、図面を参照しながら本実施の形態について説明する。無線LANの規格書として知られているIEEE Std 802.11TM−2012およびIEEE Std 802.11acTM−2013、と、次世代無線LAN規格であるIEEE Std 802.11ax用の仕様フレームワーク文書(Specification Framework Document)である2015年9月22日付けのIEEE 802.11−15/0132r9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の実施形態に係る無線通信システムを示す。
図1は、第1の実施形態に係る無線通信システムを示す。
図1の無線通信システムは、基地局であるアクセスポイント(AP)11と、複数の無線通信端末(以下、端末と呼ぶことがある)1、2、3、4、5、6、7、8、9、10とを具備する。端末は、図では、“STA”と表記されている。この無線通信ネットワークは、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)を採用する無線LAN(Local Area Network)である。アクセスポイント11も、中継機能等を有する点を除き、基本的に端末1〜10と同様の機能を有し、端末の一形態である。アクセスポイント11と端末1〜10は、IEEE802.11規格に準拠した無線通信を行うものとするが、これらの間で他の無線通信方式に準拠した通信が行われてもよい。以下の説明で、端末というときは、文脈上明らかにアクセスポイントでない場合を除き、アクセスポイントの場合も含んでよいものとする。
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は、これらのアンテナを用いて、複数の端末との間でMACフレーム(以下、フレームと呼ぶ場合もある)の送受信を行って通信を制御する無線通信装置(後述する図21参照)を搭載する。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、端末1〜10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。
端末1〜10は、1つまたは複数のアンテナを備える。各端末は、アンテナを用いてアクセスポイント11との間でフレームの送受信を行って通信を制御する無線通信装置(後述する図22参照)を搭載する。端末1〜10に搭載される無線通信装置は、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、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、端末1〜10との間で無線ネットワーク(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を中継してもよい。端末1〜10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。
ここでアクセスポイント11は、端末1〜10から選択した複数の端末との間で、多重通信、より詳細には、マルチユーザ(Multi−User:MU)通信が可能である。
MU通信として、MU−MIMO(Multi−User Multi−Input Multi−Output)およびOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続方式)がある。また、MU−MIMOとOFDMAを組み合わせた方式(MU−MIMO&OFDMA)もある。
MU通信として、MU−MIMO(Multi−User Multi−Input Multi−Output)およびOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:直交周波数分割多元接続方式)がある。また、MU−MIMOとOFDMAを組み合わせた方式(MU−MIMO&OFDMA)もある。
アップリンク(UpLink)のMU−MIMOは、UL−MU−MIMO、ダウンリンク(DownLink)のMU−MIMOは、DL−MU−MIMOと記述する。また、アップリンクのOFDMAは、UL−OFDMA、ダウンリンクのOFDMAは、DL−OFDMAと記述する。また、アップリンクのMU−MIMO&OFDMAは、UL−MU−MIMO&OFDMA、ダウンリンクのMU−MIMO&OFDMAは、DL−MU−MIMO&OFDMAと記述する。
本実施形態では、アクセスポイント11および複数の端末間のダウンリンク通信として、DL−MU−MIMO、DL−OFDMAおよびUL−MU−MIMO&OFDMAの少なくとも1つが実行可能であるとする。アクセスポイント11および端末間のアップリンク通信として、UL−MU−MIMO、UL−OFDMAおよびUL−MU−MIMO&OFDMAの少なくとも1つが実行可能であるとする。
以下、OFDMA、MU−MIMO、およびMU−MIMO&OFDMAの概要について説明する。
OFDMA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を最小単位の通信リソース(周波数成分)として用いて、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通信方式である。アクセスポイントから複数の端末宛ての同時送信はDL−OFDMA、複数の端末からアクセスポイントへの同時送信はUL−OFDMAに相当する。リソースユニットのことを、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。
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には、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#11−(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を有する。
一例として、20MHzチャネル幅全体を使う場合、20MHzチャネル幅内に配置される256個のサブキャリア(トーン)に対し、1つのリソースユニットが26個(トーン)で設定できる。つまり、20MHzチャネル幅では9つのリソースユニットが設定され、リソースユニットの帯域幅としては2.5MHz幅より小さくなる。40MHzチャネル幅では、一例として、リソースユニットは18個設定される。80MHzチャネル幅では、一例として、リソースユニットは、37個設定される。これを発展させると、例えば160MHzチャネル幅または80+80MHzチャネル幅では、74個のリソースユニットが設定される。もちろんリソースユニットの幅は特定の値に制限されず、様々なサイズのリソースユニットを配置することもできる。
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。
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。
UL−MU−MIMO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をアクセスポイントに送信(空間多重送信)することで、アップリンク送信の高効率化を図るものである。図4は、MU−MIMOの概念を説明するための図である。アクセスポイント11が、4台の端末1〜4とUL−MU−MIMOを行う状況を想定する。
端末1〜4は、同じチャネル(20MHz、40MHz、80MHzなど帯域幅は任意でよい)を利用して、同時にフレームを送信する。アクセスポイントは、これらのフレームを同時に受信するが、各フレームの物理ヘッダに含まれるプリアンブル信号を利用して、これらのフレームを分離できる。以下、これについて詳細に説明する。
端末1〜4は、同じチャネル(20MHz、40MHz、80MHzなど帯域幅は任意でよい)を利用して、同時にフレームを送信する。アクセスポイントは、これらのフレームを同時に受信するが、各フレームの物理ヘッダに含まれるプリアンブル信号を利用して、これらのフレームを分離できる。以下、これについて詳細に説明する。
アクセスポイント11は、UL−MU−MIMOによって伝送された各端末のフレームを同時に重ね合わさった信号として受信する。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、複数の端末が送信するフレームの先頭側に付加されるプリアンブル信号を利用して推定できる。このプリアンブル信号は、詳細には、フレームの先頭側に配置される物理ヘッダ内のプリアンブル信号用のフィールドに含まれる。図5に、端末1〜4が送信するフレームを含む物理パケットの構成の例を示す。図5のように、プリアンブル信号は、例えばL−SIGフィールドとフレームとの間のプリアンブル信号用のフィールドに配置される。
端末1〜4のプリアンブル信号1〜4は互いに直交している。なお、プリアンブル信号1〜4より前に配置されたL−STF(Legacy−Short Training Field)、L−LTF(Legacy−Long TrainingField)、L−SIG(Legacy Signal Field)等は、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。L−STF、L−LTF、L−SIGは、UL−MU−MIMO送信する複数の端末で同じ信号である。上述のプリンアンブル信号は、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。
端末1〜4のプリアンブル信号1〜4は互いに直交している。なお、プリアンブル信号1〜4より前に配置されたL−STF(Legacy−Short Training Field)、L−LTF(Legacy−Long TrainingField)、L−SIG(Legacy Signal Field)等は、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。L−STF、L−LTF、L−SIGは、UL−MU−MIMO送信する複数の端末で同じ信号である。上述のプリンアンブル信号は、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。一方、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できる。これにより、アクセスポイント11は、端末毎のプリアンブル信号を用いて、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(より詳細には値列に対応するシンボル列)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。
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(より詳細には値列に対応するシンボル列)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。
DL−MU−MIMOは、ビームフォーミングと呼ばれる技術を用いることで、複数の端末に対して空間的に直交したビームを形成して、フレーム送信を行う。ビーム形成のために、各端末とのダウンリンクの伝搬路応答を利用する。このためにアクセスポイントは、たとえば、事前にサウンディング用のフレーム(たとえばヌルデータパケット)を各端末に送信して、端末で測定されたダウンリンクの伝搬路応答のフィードバックを受ける。
これにより各端末のダウンリンクの伝搬路応答を取得する。伝搬路応答を利用して各端末とのビームを形成するには公知の手法を用いればよい。例えば、端末への送信信号にアンテナごとに重みづけを行って、重みづけした送信信号をそれぞれのアンテナから送信する。これを複数の端末についてそれぞれ行い、複数の端末のアンテナ毎の信号を同時に送信する。端末毎に、送信信号の重みづけは当該端末で送信信号が適正に受信され、それ以外の端末ではヌル信号が受信される(すなわち送信信号が受信されない)ように行う。DL−MU−MIMOについては、IEEE802.11ac規格で定められており、これを利用してもよい。図6は、アクセスポイント11が、4台の端末1〜4とDL−MU−MIMOを行う状況を模式的に示したものである。アクセスポイント11が、端末1〜4のそれぞれと空間的に直交するビームを形成している。なお、端末4〜10の図示は省略している。DL−MU−MIMOでも、図4のように、各端末がアクセスポイントと同一の周波数帯域で空間的に分離して同時に通信する。
これにより各端末のダウンリンクの伝搬路応答を取得する。伝搬路応答を利用して各端末とのビームを形成するには公知の手法を用いればよい。例えば、端末への送信信号にアンテナごとに重みづけを行って、重みづけした送信信号をそれぞれのアンテナから送信する。これを複数の端末についてそれぞれ行い、複数の端末のアンテナ毎の信号を同時に送信する。端末毎に、送信信号の重みづけは当該端末で送信信号が適正に受信され、それ以外の端末ではヌル信号が受信される(すなわち送信信号が受信されない)ように行う。DL−MU−MIMOについては、IEEE802.11ac規格で定められており、これを利用してもよい。図6は、アクセスポイント11が、4台の端末1〜4とDL−MU−MIMOを行う状況を模式的に示したものである。アクセスポイント11が、端末1〜4のそれぞれと空間的に直交するビームを形成している。なお、端末4〜10の図示は省略している。DL−MU−MIMOでも、図4のように、各端末がアクセスポイントと同一の周波数帯域で空間的に分離して同時に通信する。
UL-OFDMA&MU−MIMOは、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。同じリソースユニットを利用する複数の端末は、UL-MU−MIMO送信用にそれぞれ異なるプリアンブル信号を用いる。リソースユニットが異なる端末間では、同じプリアンブル信号を用いても問題ない。
図7は、UL−OFDMA&MU−MIMOの概念を説明するための図である。アクセスポイントが4つのリソースユニットRU#1、RU#2、RU#3、RU#4を利用する。7台の端末1〜7が存在する状況を想定する。RU#1〜RU#4の表記は、便宜上定めたもので、図3に対応している必要はない。アクセスポイントは、リソースユニットRU#1に端末2、7を割り当て、リソースユニットRU#2に端末6を割り当て、リソースユニットRU#3に端末1、3、5を割り当て、リソースユニットRU#4に端末4を割り当てている。なお、同じ端末が複数のリソースユニットに割り当てられてもかまわない。図7の例では、端末2、7がリソースユニットRU#1、端末6がリソースユニットRU#2、端末1、3、5がリソースユニットRU#3、端末4がRU#4を用いて、それぞれ同時にフレームを送信する。個々のリソースユニット内では、UL−MU−MIMOが行われ、互いに直交するプリアンブル信号が付与された複数のフレームが送信される。なお、リソースユニットRU#2、RU#4では端末が1台のみしか存在しないため、任意のプリアンブル信号を利用してもよいし、UL−MU−MIMO対応でない物理ヘッダが付与されたフレームを送信してもよい。UL−OFDMA&MU−MIMOでは、UL−OFDMAまたはUL−MU−MIMOを単独で使用する場合に比べて、より多くの端末を多重することができる。
DL-OFDMA&MU−MIMOは、複数の端末を複数の組に分割(グループ化)し、組ごとにビームを形成し、各ビームでは、組に属する複数の端末でDL-OFDMA通信を行う。図8は、DL−OFDMA&MU−MIMOの概念を説明するための図である。アクセスポイントが端末2、4の組に対し共通のビームB11を生成し、端末5、6の組に対し共通のビームB12を生成し、端末1、3、7の組に対し共通のビームB13を生成している。ビームB11では端末2および端末4に対するDL−OFDMA送信が行われる。すなわち、端末2と端末4宛のフレームをそれぞれ異なるリソースユニットを割り当てたチャネル幅の信号が送信され、端末2および端末4は当該信号から自端末のリソースユニットの信号を抽出および復号して、自端末用のフレームを取得する。ビームB12、ビームB13でも同様にして、それぞれ端末5、6に対するDL−OFDMA送信、端末1、3、7に対するDL−OFDMA送信が行われる。複数の端末を複数の組にグループ化する方法、および各組に対するビームの形成方法は任意でよい。例えば各端末のダウンリンクの伝搬路応答をそれぞれサウンディング等により取得し、伝搬路応答が近いものを同じグループにまとめてもよい。または端末ごとに距離および方向を測定し、距離および方向が近似している端末群を同じ組にまとめることも可能である。ここで述べた以外の方法でグループ化してもよい。各組のビームは、例えば組に属する1台の端末を代表端末とし、代表端末のダウンリンクの伝搬路応答から生成してもよい。あるいは、組に属するすべてまたは複数の端末のダウンリンクの伝搬路応答を利用して、当該組に対するビームを生成してもよい。ここで述べた以外の方法で、各組に対するビームを生成してもよい。
図9(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9(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9(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9(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、制御フィールド(トリガー情報フィールド)が追加されてもよい。制御フィールドを、HE Controlフィールドと呼んでもよい。
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。例えば制御フレームには、BA(Block Ack)フレーム、BAR(Block Ack Request)フレーム、RTS(Request to Send)フレーム、CTS(Clear to Send)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フィールドに設定できる。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10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。
Bodyフィールドに設定できる。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10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。
図11に、本実施形態に係るアクセスポイント11と、複数の端末との動作の第1のシーケンス例を示す。本シーケンスは、アクセスポイントが端末1〜6にDL-OFDMAでフレーム(ここでは少なくとも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、端末1〜6からの送達確認応答を、端末3〜6によるBA(Block Ack)フレームのUL-MU-MIMO送信と、端末1,2によるBAフレームのUL-MU-MIMO送信との2回のUL-MU送信に分けて行うことを特徴としている。この例では、DL-OFDMAの最大多重可能数は、UL−MU−MIMOの最大多重可能数よりも大きいことを想定している。この場合、1回でのUL−MU−MIMO送信では、端末1〜6のすべてのBAフレームを多重送信できない。このため、本シーケンスでは、端末1〜6のBAフレームの多重送信を2つのUL-MUに分けて行っている。以下、本シーケンスについて詳細に説明する。
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1〜10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合計である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。アクセス権は、IEEE802.11規格に定められているように、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獲得してもよい。
Space)時間と、ランダムに決定したバックオフ時間との合計である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。アクセス権は、IEEE802.11規格に定められているように、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獲得してもよい。
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、複数のデータ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。
ここでアクセスポイントが、任意のタイミングでDL−OFDMAの開始を決定する。
本例ではDL−OFDMA送信をシングルユーザ通信と同じチャネル(基本チャネル幅20MHzの1チャネル)で行う場合を想定する。つまり、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DL−OFDMA送信を行う場合を想定する。ただし、40MHz、80MHzなど、他のチャネル幅でDL−OFDMA送信を行うことも可能である。
本例ではDL−OFDMA送信をシングルユーザ通信と同じチャネル(基本チャネル幅20MHzの1チャネル)で行う場合を想定する。つまり、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DL−OFDMA送信を行う場合を想定する。ただし、40MHz、80MHzなど、他のチャネル幅でDL−OFDMA送信を行うことも可能である。
アクセスポイント11は、端末1〜6宛のデータを有し、DL−OFDMAでこれらの端末にデータを送信することを決定したとする。アクセスポイント11は、端末1〜6への送信に使用するリソースユニットをそれぞれ決定する。アクセスポイント11は、端末1宛のデータを含む複数のデータフレームを集約したアグリゲーションフレーム521と、端末2宛のデータを含む複数のデータフレームを集約したアグリゲーションフレーム522と、端末3宛のデータを含む複数のデータフレームとトリガーフレームとを集約したアグリゲーションフレーム523と、端末4宛のデータを含む複数のデータフレームとトリガーフレームとを集約したアグリゲーションフレーム524と、端末5宛のデータを含む複数のデータフレームとトリガーフレームとを集約したアグリゲーションフレーム525と、端末6宛のデータを含む複数のデータフレームとトリガーフレームとを集約したアグリゲーションフレーム526とを生成する。アグリゲーションフレーム521、522の末尾にはパディングデータを付加して、アグリゲーションフレーム523〜526のパケット長に長さを合わせている。ただし、パディングデータを付加しないことも可能である。アクセスポイント11は、各端末のアグリゲーションフレーム521〜526を、例えばCSMA/CAにより獲得した無線媒体へのアクセス権に基づき、OFDMAで送信する。より詳細には、アクセスポイントは、これらのアグリゲーションフレームにそれぞれ物理ヘッダを付加して送信する。この物理ヘッダの所定フィールド(ここではSIG1フィールドと呼ぶ)に端末毎に、受信すべきリソースユニットの識別子を指定してもよい。これにより各端末では自端末が受信すべきリソースユニットを特定できる。
ここで本実施形態に係るトリガーフレームは、送達確認応答フレーム等のフレームの送信を指示するフレームに相当する。本実施形態では、トリガーフレームで送達確認応答フレーム(例えばBAフレーム)の送信を指示する場合を想定するが、送信を指示する対象のフレームはこれに限定されるものではない。
図12にトリガーフレームのフォーマット例を示す。トリガーフレームは、図9に示した一般的なMACフレームのフォーマットをベースに定義される。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は、制御フィールドを備える。
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トリガーフレームの役割として必要な情報(制御フィールドの情報)を情報エレメントとして追加してもよい。サブタイプの値も、新規に定義するのではなく、既存の規格の値を流用してもよい。
トリガーフレームのRA(受信先アドレス)は、一例として、受信先に応じて、ユニキャストアドレス、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。
制御フィールドには、端末がアップリンク送信するために必要な情報を設定する。例えばアップリンク送信に使用する通信リソース(プリアンブル信号またはリソースユニット等)を指定する情報を設定する。またアップリンク送信するフレームの種別を指定する情報を設定してもよい。また、アップリンク送信を行うタイミングを指定する情報を設定してもよい。また、アップリンク送信の通信方式(UL−OFDMA、UL−MU−MIMO、UL−OFDMA&MU−MIMO)を指定する情報を設定してもよい。
図12の例では、制御フィールドを、MACヘッダまたはフレームボディフィールドに設定する例を示したが、図13に示すように、制御フィールドを、物理ヘッダ内に配置してもよい。図13の物理ヘッダは、L−STF(Legacy−Short Training Field)、L−LTF(Legacy−Long TrainingField)、L−SIG(Legacy Signal Field)の後に、制御フィールドを含む。
また、図14に示すように、制御フィールドを省略するトリガーフレームの構成もあり得る。この場合、物理ヘッダにも制御フィールドが存在しないとする。端末がアップリンク送信に使用する通信リソース等、アップリンク送信に必要な情報を事前に把握しているときは、この構成も可能である。この場合、トリガーフレームは、端末にアップリンク送信の指示を意味するフレームとして機能する。トリガーフレームの識別は、上述したようにFrame ControlフィールドのTypeおよびSubtyeにより行えばよい。
図15に、アグリゲーションフレーム521〜526のDL−OFDMA送信時の物理パケットの構成例を示す。図5で説明した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、アグリゲーション521〜526のいずれでも同じ値(ビット列)が設定される。SIG1フィールドは、端末毎に使用するリソースユニットを指定するため、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。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。
SIG1フィールドも、20MHzのチャネル幅で送信され、アグリゲーション521〜526のいずれでも同じ値(ビット列)が設定される。端末1〜6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設定され、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11からの信号を受信した各端末は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1〜6は、アグリゲーションフレーム521〜526を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受信する。端末1〜2は、アグリゲーションフレーム521〜522内の複数のデータフレームを復号してCRC検査し、当該複数のデータフレームの受信成否を判定する。端末3〜6は、アグリゲーションフレーム523〜526内の複数のデータフレームとトリガーフレームを復号してCRC検査し、当該複数のデータフレームの受信成否、およびトリガーフレームの受信成否を判定する。トリガーフレームの受信はいずれも成功したとする。アグリゲーションフレーム523〜526内のトリガーフレームのRAは、端末3〜6のMACアドレスであるとする。
トリガーフレームで送達確認応答フレームの送信を指示された端末3〜6は、複数のデータフレームの受信成否の情報を含むBAフレームをそれぞれ生成し、アグリゲーションフレーム523〜526の受信完了から予め定めた時間後に送信する。より詳細には、トリガーフレームに基づき自端末に指定されたプリアンブル信号を特定し、当該プリアンブル信号を該当するフィールドに設定した物理ヘッダをBAフレームに付加して物理パケットとし、当該物理パケットを送信する。これによりUL−MU−MIMOで複数の端末からBAフレームを含む物理パケットが送信される。なお、プリアンブル信号は、トリガーフレームで指定される以外に、事前にアクセスポイントから管理フレーム等で事前に通知されていてもよい。この場合、アクセスポイントは、少なくともプリアンブル信号が互いに直交する複数の端末にUL−MU−MIMO送信させるように、トリガーフレームの送信先となる複数の端末を決定する。
ここで、予め定めた時間は、予め定義されたIFS時間[μs]でもよい、一例として、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。当該時間をトリガーフレームで指定してもよい。あるいは、当該時間を、ビーコンフレームあるいはその他の管理フレームなどを介して、事前に通知してもよい。
なお、端末3〜6に送信するフレームは、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、アクセスポイントまたは複数の端末が第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。
アクセスポイントは、端末3〜6から受信した物理パケットに含まれるプリアンブル信号を用いて、端末3〜6のBAフレーム533〜536を空間的に互いに分離し、分離したBAフレーム533〜536を受信する。BAフレーム533〜536に基づき、端末3〜6にそれぞれ送信した複数のデータフレームの送信成否を判断する。
また、アクセスポイントは、BAフレーム533〜536の受信完了から予め定めた時間後に、端末1、2に対して、BAR(Block Ack Request)フレームとトリガーフレームとを集約したアグリゲーションフレーム541、542をOFDMA送信する。より詳細には、アクセスポイントは、これらのアグリゲーションフレームにそれぞれ物理ヘッダを付加して送信する。アグリゲーションフレーム541、542の送信に使用するリソースユニットは、先に端末1、2にアグリゲーションフレーム521、522の送信に使用したリソースユニットと同じでもよいし、異なってもよい。この物理ヘッダの所定フィールド(ここではSIG1フィールド)に端末毎に、受信すべきリソースユニットの識別子を指定する。アグリゲーションフレーム521、522と同じリソースユニットを使うとのルールがある場合は、リソースユニットの識別子の指定を省略する構成もあり得る。なお、アグリゲーションフレーム541、542を送信するリソースユニット以外のリソースユニットを用いて、任意の端末宛のフレームを同時に送信してもよい。
ここで、BAフレーム533〜536の受信完了からアグリゲーションフレーム541、542の送信まで待機する予め定めた時間は、SIFS時間でもよいし、これより大きなまたは小さな時間でもよい。BARフレームは、BAフレームの送信を要求するフレームであり、送達確認(成功可否)を行う対象となるフレームを特定する情報として、開始シーケンス番号を含む。これは、開始シーケンス番号以降のフレームの送達確認(成功可否)の送信を要求することを意味する。ここでは、BAフレーム533〜536の受信完了から予め定めた時間後に、BARフレームを送信したが、CSMA/CAベースでキャリアセンスを行ってアクセス権を獲得することにより、BARフレームを送信してもよい。
端末1、2は、アグリゲーションフレーム541、542を受信する。アグリゲーションフレーム541、542内のトリガーフレームで送達確認応答フレームの送信を指示された端末1、2は、アグリゲーションフレーム521、522に含まれていた複数のデータフレームの受信成否の情報を含むBAフレーム531、532をそれぞれ生成する。そして、アグリゲーションフレーム541、542の受信完了から予め定めた時間後に、BAフレーム531、532を送信する。より詳細には、トリガーフレームに基づき自端末に指定されたプリアンブル信号を特定し、当該プリアンブル信号を該当フィールドに設定した物理ヘッダをBAフレーム531、532に付加して物理パケットとし、当該物理パケットを送信する。これにより端末1、2からUL−MU−MIMOでBAフレームが送信される。なお、プリアンブル信号は、トリガーフレームで指定される以外にも、上述したように事前に端末に通知する方法も可能である。
上述したシーケンスによれば、1回目のDL−OFDMAのユーザ多重数が、UL−MU−MIMOの最大可能多重数より大きい場合に、複数の端末へ送信する複数のフレームを複数の組に分けて、組ごとに順番にUL−MU−MIMOで送達確認応答フレーム(本例ではBAフレーム)を送信させるように制御する。これにより、ダウンリンクの多重数が、アップリンクの最大可能多重数より大きい場合であっても、複数の端末に効率的に送達確認応答フレームを送信させることができる。
ここでは、ダウンリンクの多重数が、アップリンクの最大可能多重数より大きい場合を想定したが、そのような条件がない場合であっても、複数の組に分けて、送達確認応答フレームをUL−MU送信(アップリンク多重送信)させるようにしてもよい。例えばDL−OFDMAを多重数6で行う場合に、MU−MU−MIMOの最大可能多重数が6であっても、3多重のMU−MU−MIMOを2回に分けて行ってもよい。MU−MU−MIMOでは多重数が多いとそれだけユーザ間干渉が高まるため、少ない多重数のMU−MU−MIMO送信を2回行うことで、より確実に送達確認応答フレームを送信できる。
上述のシーケンスにおいて、最初のDL−OFDMA送信で端末3〜6がトリガーフレームの受信に成功したことを想定したが、失敗した場合は、その端末は、BAフレームの送信を行わない。この場合、アクセスポイントは、その端末からはBAフレームを受信できないため、端末1、2と同様にして、その後、BARフレームとトリガーフレームとを集約したアグリゲーションフレームをその端末に送信すればよい。
上述のシーケンスにおいて、2回目のDL−OFDMA送信では、アグリゲーションフレーム内にBARフレームとトリガーフレームとを集約した。しかしながら、端末1、2がアップリンク送信に使用するプリアンブル信号など、アップリンク送信に必要なパラメータ情報を把握している場合は、トリガーフレームの送信を省略し、BARフレーム(より詳細にはBARフレームに物理ヘッダを付加した物理パケット)のみを送信する構成も可能である。
上述のシーケンスにおいて、端末1、2は、アクセスポイントからBARフレームとトリガーフレームとを集約したアグリゲーションフレーム541、542を受信することに応じて、BAフレーム531、532を送信した。しかしながら、アクセスポイントが、アグリゲーションフレーム541、542の送信を省略する構成も可能である。例えば、1回目のDL−OFDMAでトリガーフレームを受信しなかったと判断した端末(ここでは端末1、2)は、例えばSIFS時間と、BAフレーム長(実際には物理パケット長)と、SIFS時間との合計時間の経過後に、BAフレーム531、532を送信するようにしてもよい。ただし、端末1,2は、事前にアップリンク送信に使用するプリアンブル信号を通知されているものとする。これによっても、端末3〜6のUL−MU−MIMO送信と、端末1,2のUL−MU−MIMO送信とを時間的にずらして実行できる。
上述のシーケンスにおいて1回目のUL−MU−MIMO送信では端末3〜6、2回目のUL−MU−MIMO送信では端末1、2から、それぞれBAフレームのみを送信したが、BAフレームと、他のフレームとを集約したアグリゲーションフレームをそれぞれ送信してもよい。
上述のシーケンスでは、アクセスポイントは、端末1、2の組(より詳細には端末1、2へ送信するフレームの組)と、端末3〜6の組(より詳細には端末3〜6へ送信するフレームの組)に分けたが、組の分け方はこの例に限定されない。例えば、端末1、3、5へ送信するフレームの組と、端末2、4、6へ送信するフレームの組に分けてもよい。分け方の基準として、UL−MU−MIMO送信で相関の低い端末が送信するフレームが同じ組になるように、複数の組を生成してよい。ランダムに複数の組を生成することも可能である。なお、1つの端末から複数のリソースユニットを使って複数のフレーム(ここではアグリゲーションフレーム)を送信することも可能である。その場合、1つ端末に送信する複数のアグリゲーションフレームが互いに異なる組に属するようにしてもよい。
また、複数の端末へ送信する複数のフレームを、3つ以上の組に分けて、各組ごとにUL−MU−MIMO送信を時間的にずらして実行してもよい。一例として、DL−OFDMAの多重数がM1、UL−MU−MUMOの最大可能多重数がM2とすると、少なくとも、M1をM2で除算した商に1を加算した値(つまりM1/M2を切り上げた値)の個数の組を生成する必要がある。
上述のシーケンスでは、DL−OFDMAで各端末に複数のデータフレームをアグリゲーションフレーム521〜526に含めて送信したが、送信するデータフレームの個数は1つでもよい。この場合、端末1、2には、トリガーフレームを送信しないため、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てもよい(データフレームの末尾にパディングデータを付加してもよい)。このように単一のデータフレームを送信した場合でも、BAフレームを送達確認応答フレームとして用いることも可能である。
図16に、本実施形態に係るアクセスポイント11と、複数の端末との動作の第2のシーケンス例を示す。図11の第1のシーケンス例では、端末1〜6へのDL−MU送信がDL-OFDMAであったが、本シーケンス例では、DL-OFDMA&MU-MIMO(図8参照)に代わっている。すなわち、アクセスポイントは、端末1〜6にアグリゲーションフレーム551〜556をDL-OFDMA&MU-MIMOで送信する。アグリゲーションフレーム551〜556の構成は、図11のアグリゲーションフレーム521〜526と同様である。つまり、端末1、2宛のアグリゲーションフレームにはトリガーフレームは含まれておらず、端末3〜6宛のアグリゲーションフレームにはトリガーフレームが含まれている。
端末1〜6へ送信するアグリゲーションフレーム521〜526は複数の組に分割され、組ごとにビーム(指向性を有する無線信号)が形成される。同じ組に属するフレームの送信先の端末群には同じビームが形成され、ビームごとにDL-OFDMAが実行される。たとえば端末1〜2へ送信するフレームの組と、端末3〜6へ送信するフレームの組に分割され、組ごとにビームを形成する。各ビームでは、図15に示したようなフォーマットを有する複数の端末宛の物理パケットが送信(DL-OFDMA送信)される。なお、各ビームは空間的に分離されているため、異なるビーム間で同じリソースユニットが使用されてもよい。DL-OFDMA&MU-MIMO送信より後の動作は、図11と同様である。なお、端末1、2宛に送信するアグリゲーションフレーム541、542を、DL-OFDMAではなく、DL-OFDMA&MU-MIMOで送信してもよいし、DL-MU-MIMOで送信してもよい。
図17に、本実施形態に係るアクセスポイント11と、複数の端末との動作の第3のシーケンス例を示す。本シーケンス例では、端末1〜6に、複数のデータフレームを集約したアグリゲーションフレーム571〜576をDL-OFDMAで送信する。図11の第1のシーケンス例では、端末3〜6宛のアグリゲーションフレームにはトリガーフレームが含まれていたが、本シーケンス例ではいずれの端末宛のアグリゲーションフレームにもトリガーフレームは含まれない。
アクセスポイントは、アグリゲーションフレーム571〜576のDL-OFDMA送信完了から予め定めた時間(例えばSIFS時間)後、単一のトリガーフレーム581をチャネル幅の帯域で送信(シングルユーザ送信)する。トリガーフレーム581のRA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である。トリガーフレーム581の制御フィールド(図12、図13参照)は、一例として、UL−MU−MIMOを実行する対象となる端末3〜6を指定する情報と、端末3〜6が使用するプリアンブル信号を指定する情報とを含む。トリガーフレーム581で指定された端末3〜6は、トリガーフレーム581の受信完了から予め定めた時間後、図11の第1のシーケンス例と同様にして、BAフレーム533〜536をアップリンク送信する。予め定めた時間は、SIFS時間でもよいし、これとは別に定めた時間でもよい。端末1、2は、トリガーフレーム581で自端末が指定されていないため、トリガーフレーム581に対しては何も動作を行わない。この後の動作は、図11の第1のシーケンス例と同様である。
ここでトリガーフレーム581のフォーマットとして、制御フィールドを、共通制御フィールドと、複数の端末情報フィールドとから構成してもよい。この場合のフォーマット例を図18に示す。共通情報フィールドには、複数の端末(本例では端末3〜6)に共通に通知する情報を設定する。例えば端末情報フィールドの個数、アップリンク送信に使用する通信方式、アップリンク送信を行うタイミングに関する情報等を設定してもよい。また、端末3〜6の組を識別する識別子(例えばIEEE802.11acで規定されているグループID等)を設定してもよい。複数の端末情報フィールドは、それぞれ該当する端末に個別に通知するパラメータ情報を設定する。例えば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。この場合、端末は、自端末の識別子が設定されている端末情報フィールドを検出した場合は、送達確認応答フレームのアップリンク送信を行うとして指定されたと判断する。また、端末情報フィールドに、該当する端末にアップリンク送信に使用させる通信リソースを指定する情報を設定してもよい。その他、アップリンク送信に使用するMCSなどの情報を設定してもよい。予め定めたタイミングに対する調整量(例えばアクセスポイントが複数の端末からの信号を高い精度で同時に受信できるようにするため端末毎に設定される)を端末情報フィールドに設定してもよい。端末は、自端末の識別子が設定された端末情報フィールドに設定されたパラメータに従って、アップリンク送信を行う。なお、図13と同様に、共通制御フィールドと複数の端末情報フィールドとを物理ヘッダ内に配置してもよい。
図19に、本実施形態に係るアクセスポイント11と、複数の端末との動作の第4のシーケンス例を示す。本シーケンス例では、端末1〜6宛の、複数のデータフレームを集約したアグリゲーションフレーム571〜576と、トリガーフレーム591とを、DL-OFDMAで送信する。トリガーフレーム591のRA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である。トリガーフレーム591の末尾には、アグリゲーションフレーム571〜576と長さを合わせるため、パディングデータが付加されている。なお、アグリゲーションフレーム571〜576の末尾側の一部がパディングデータ(図示せず)であってもよい。
アクセスポイントは、アグリゲーションフレーム571〜576とトリガーフレーム591を、それぞれ物理ヘッダを付加して送信する。この物理ヘッダの所定フィールド(ここではSIG1フィールド)に端末毎に、受信すべきリソースユニットの識別子を指定してもよい。トリガーフレーム591が送信されるリソースユニットの信号を端末1〜6のすべてに復号させるため、全部の端末または特定のグループの端末を指定するID(ここでは便宜上、ブロードキャストIDまたはマルチキャストIDと呼ぶ)を定義し、当該ブロードキャストIDまたはマルチキャストIDと、トリガーフレーム591が送信されるリソースユニットとを対応づけた情報をSIG1フィールドに設定してもよい。当該ブロードキャストIDまたはマルチキャストIDが指定されたリソースユニットの信号は、すべての端末は復号するものとする。ブロードキャストIDまたはマルチキャストIDはシステムまたは仕様で定められていてもよいし、アクセスポイントが、ビーコンフレームまたはその他の管理フレーム等で、事前に自局に属する端末群に通知してもよい。
トリガーフレーム591には、図17のトリガーフレーム581と同様の情報を設定する。すなわち、トリガーフレーム591のRA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である。トリガーフレーム591では、UL−MU−MIMOを実行する対象となる端末3〜6を指定する情報と、端末3〜6が使用するプリアンブル信号を指定する情報とを含む。トリガーフレーム591で指定された端末3〜6は、トリガーフレーム591の受信完了から予め定めた時間後、BAフレーム533〜536をアップリンク送信(UL−MU−MIMO送信)する。予め定めた時間は、SIFS時間でもよいし、これとは別に定めた値の時間でもよい。端末1、2は、トリガーフレーム591で自端末が指定されていないため、トリガーフレーム591に対しては何も動作を行わない。この後の動作は、図11または図17のシーケンス例と同様である。
図20に、本実施形態に係るアクセスポイント11と、複数の端末との動作の第5のシーケンス例を示す。第1〜第4のシーケンス例では、端末1〜6を対象に6多重でDL−MU送信を行ったが、本例では端末1〜10を対象に10多重でDL−MU送信を行う。
またBAフレームのUL−MU送信(アップリンク多重送信)として、UL−MU−MIMOではなく、UL−OFDMAを用いている。
またBAフレームのUL−MU送信(アップリンク多重送信)として、UL−MU−MIMOではなく、UL−OFDMAを用いている。
アクセスポイントは、端末1〜10にアグリゲーションフレーム601〜610をDL-OFDMA&MU-MIMOで送信する。この例では、端末2〜6宛のアグリゲーションフレーム602〜606には複数のデータフレームとトリガーフレームが含まれている。
端末1、7〜10宛のアグリゲーションフレーム601、607〜610には、複数のデータフレームが含まれているが、トリガーフレームは含まれていない。
端末1、7〜10宛のアグリゲーションフレーム601、607〜610には、複数のデータフレームが含まれているが、トリガーフレームは含まれていない。
端末1〜10へ送信するフレーム(アグリゲーションフレーム)は、端末1、7〜10へ送信するフレームの組と、端末2〜6へ送信するフレームの組に分割され、組ごとにビーム(指向性を有する無線信号)が形成される。同じ組に属するフレームの送信先となる端末群は同じビームが形成され、ビームごとにDL-OFDMAが実行される。端末2〜6は、DL-OFDMA送信されるビーム信号を受信し、自端末宛のリソースユニットの信号を復号して、アグリゲーションフレーム602〜606を取得する。端末2〜6は、アグリゲーションフレーム602〜606に含まれる複数のデータフレームの受信成否を検査する。またアグリゲーションフレーム602〜606内の自端末宛のトリガーフレーム(RAが自端末のMACアドレス)を検出し、アグリゲーションフレーム602〜606の受信完了から予め定めた時間後に、BAフレームを送信することを決定する。端末2〜6は、アグリゲーションフレーム602〜606の受信完了から予め定めた時間後に、BAフレーム(より詳細には、物理ヘッダをBAフレームの先頭に付加した物理パケット)612〜616を、トリガーフレーム等で指定されたリソースユニットで送信する。これにより、BAフレーム612〜616のUL−OFDMA送信が行われる。
アクセスポイントは、BAフレーム612〜616の受信完了から予め定めた時間後に、端末1、7〜10に対して、BAR(Block Ack Request)フレームとトリガーフレームとを集約したアグリゲーションフレーム621、627〜630をOFDMA送信する。より詳細には、アクセスポイントは、これらのアグリゲーションフレームにそれぞれ物理ヘッダを付加して送信する。アグリゲーションフレーム621、627〜630の送信に使用するリソースユニットは、先に端末1、7〜10にアグリゲーションフレーム601、607〜610の送信に使用したリソースユニットと同じでもよいし、異なってもよい。この物理ヘッダの所定フィールド(ここではSIG1フィールド)に端末毎に、受信すべきリソースユニットの識別子を指定する。端末1、7〜10へ送信したアグリゲーションフレーム601、607〜610と同じリソースユニットを使うとのルールがある場合は、リソースユニットの識別子の指定を省略する構成もあり得る。なお、アグリゲーションフレーム621、627〜630を送信するリソースユニット以外のリソースユニットを追加で用いて、任意の端末宛のフレームを同時にOFDMA送信してもよい。
端末1、7〜10は、アグリゲーションフレーム621、627〜630を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受信する。アグリゲーションフレーム621、627〜630内のトリガーフレームで送達確認応答フレームの送信を指示された端末1、7〜10は、アグリゲーションフレーム601、607〜610に含まれていた複数のデータフレームの受信成否の情報を含むBAフレーム641、647〜650をそれぞれ生成し、アグリゲーションフレーム621、627〜630の受信完了から予め定めた時間後に送信する。より詳細には、トリガーフレームの制御フィールドから、自端末に指定されたリソースユニットを特定し、特定したリソースユニットで、BAフレーム641、647〜650に物理ヘッダを付加して得られる物理パケットを送信する。これによりUL−OFDMAでBAフレーム641、647〜650が送信される。なお、BAフレームを送信するリソースユニットは、トリガーフレームで指定される以外にも、アクセスポイントから事前に通知する方法も可能である。
上述した第1〜第5のシーケンス例は本実施形態に係るシーケンス例の一例に過ぎず、これら以外のシーケンスも可能である。例えば、各シーケンスで示されるDL−OFDMAまたはDL-OFDMA&MU−MIMOはダウンリンク多重送信方式の一例であり、これらを互いに入れ替えたり、あるいは、当該方式の代わりに、DL−MIMOを用いることも可能である。また、各シーケンスで示されるUL−OFDMAまたはUL−MU−MIMOはアップリンク多重送信方式の一例であり、これらを互いに入れ替えたり、あるいは、当該方式の代わりに、UL−OFDMA&MU−MIMOを用いることも可能である。
図21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1〜10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21では、端末1〜10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。
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1〜10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21では、端末1〜10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る。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。
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る。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またはデータを端末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データを、制御部101からバッファ104を介して受けとってもよい。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、上位層は、TCP/IPやUDP/IP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、MU−MIMO、OFDMA&MU−MIMO関連の処理等を含む)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、装置内の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たクロックの入力を受け、当該クロックを利用して、装置内の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、MU−MIMO、OFDMA&MU−MIMO)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、アソシエーションプロセスの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、端末宛のデータがあるか等、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の中から、DL−MU送信を行う対象となる複数の端末を選択する。選択した複数の端末にそれぞれ異なる通信リソースを用いて、DL−MU送信を行う。例えば各端末に、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し、これらのアグリゲーションフレームを同時に送信(DL−MU送信)する。各アグリゲーションフレームの長さを合わせるため末尾にパディングデータを付加してもよい。
制御部101は、選択した複数の端末に送信するフレーム(アグリゲーションフレーム等)を複数の組に分割し、組ごとに時間的に重ならないように送達確認応答フレームをUL−MU送信させる制御を行う。一例として、組ごとにトリガーフレームを送信するタイミングをずらすことで、送達確認応答フレームのUL−MU送信タイミングを互いに重ならないようにする。または、組ごとに異なる送信タイミングを指定したトリガーフレームを同時に送信(DL−MU送信)することで、組ごとに、異なる送信タイミングで送達確認応答フレームをUL−MU送信させてもよい。各端末へ送信するフレームと、各端末へのトリガーフレームとを含むアグリゲーションフレームをDL−MU送信してもよい。各端末へのアグリゲーションフレームと単一のトリガーフレームとをDL−MU送信してもよいし、チャネル幅の帯域で単一のトリガーフレームをシングルユーザ送信してもよい。
上述した方法以外の方法、例えばBARフレームを利用する方法で、送達確認応答フレームの送信タイミングを制御することも可能である(前述した第1〜第5のシーケンス例を参照)。トリガーフレームには、一例として、端末にアップリンク送信させるために必要なパラメータ情報を設定する。例えば、アップリンク送信させる端末の識別子、アップリンク送信で利用する通信リソース等の情報、アップリンク送信を行うタイミングに関する情報等を設定してもよい。
上述した方法以外の方法、例えばBARフレームを利用する方法で、送達確認応答フレームの送信タイミングを制御することも可能である(前述した第1〜第5のシーケンス例を参照)。トリガーフレームには、一例として、端末にアップリンク送信させるために必要なパラメータ情報を設定する。例えば、アップリンク送信させる端末の識別子、アップリンク送信で利用する通信リソース等の情報、アップリンク送信を行うタイミングに関する情報等を設定してもよい。
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、シングルユーザ送信の場合は単一のフレームを、DL−MU送信の場合は、複数の端末用の複数のフレーム(アグリゲーションフレームの場合を含む)を送信部102に出力する。送信部102は、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(DL−OFDMA、DL−MU−MIMO、またはDL−OFDMA−MIMOに応じた処理を含む)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、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。
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、複数の端末からUL−MUで返信されるフレーム(アグリゲーションフレームの場合を含む)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、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。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に複数の端末からのフレームが入力される。物理層の処理には、UL−MU−MIMOの場合、端末毎のフレームの空間分離、UL−OFDMAの場合にはリソースユニット毎のフレーム抽出、UL−OFDMA&MU−MIMOの場合はこれらの両方の処理を含む。なお、OFDMAを行う場合、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。
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22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1〜10に搭載される無線通信装置は、いずれも図22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またはデータを制御部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、装置内の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、装置内の時間を管理してもよい。
制御部201は、一例としてアクセスポイント11からビーコンフレームを受信して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、MU−MIMO、OFDMA&MU−MIMO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、アソシエーションプロセスの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、アップリンク送信用のデータがあるか等、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応じて、バッファ204の状態を確認してもよい。制御部201は、アクセスポイント11へ送信するデータの存在をバッファ204に確認したら、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、データフレーム等のフレームを生成して、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(OFDMA、MU−MIMOまたはOFDMA&MU−MIMOに応じた処理を含む)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、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、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。物理層の処理は、DL−OFDMAまたはDL−OFDMA&MU−MIMOの場合は、物理ヘッダから自端末のリソースユニットを特定し、特定したリソースユニットの信号を復号する処理を含む。
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、アクセスポイントに対してまだ送達確認を行っていないデータフレーム(例えばトリガーフレームと同じフレームに集約されていた複数のデータフレーム)について、送達確認応答フレームを送信することを決定する。トリガーフレームの構成に応じて、トリガーフレームにおいて自端末がUL−MUの端末として指定されている場合に、送達確認応答フレームの送信を決定してもよい。自端末が指定されているかの判断は、例えば、制御フィールド、または、いずれかの端末情報フィールドに、自端末の識別情報が設定されているかで確認してもよい。制御フィールド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グループ識別子(IEEE802.11acで規定されているグループIDでもよい)が設定されている場合に、自端末が当該グループ識別子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指定されたグループに属するすべての端末がUL−MU送信を許可されるとのルールがあり、共通情報フィールドに当該自端末の属するグループ識別子が設定されている場合は、当該グループ識別子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。
制御部201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達確認応答フレームを送信する。このとき、トリガーフレームの送信に使用する通信リソースがトリガーフレームで指定されている場合は、当該通信リソースを利用して送信する。使用する通信リソースを事前に把握している場合は、当該事前に把握している通信リソースを利用する。通信リソースは、UL−OFDMAの場合はリソースユニット、UL−MU−MIMOの場合はプリアンブル信号、UL−OFDMA&MU−MIMOの場合は、リソースユニットとプリアンブル信号の両方である。その他、トリガーフレームで他のパラメータが指定されている場合は、当該パラメータにしたがって送達確認応答フレームの生成および送信を行う。例えば、トリガーフレームで送達確認応答フレームの送信タイミングを指示する情報が含まれる場合は、当該指示に応じたタイミングで送達確認応答フレームを送信する。当該タイミングは、予め定めたタイミングに対する調整量(例えばアクセスポイントが複数の端末からの信号を高い精度で同時に受信できるようにするため端末毎に設定される)であってもよい。この場合、当該予め定めたタイミングから、指定された調整量だけずらしたタイミングで、送達確認応答フレームを送信する。送達確認応答フレームは、単独で送信するほか、送達確認応答フレームを他の種類のフレームと集約したアグリゲーションフレームを送信してもよい。送達確認応答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、データフレーム等のフレームをアクセスポイントに送信した場合、アクセスポイント11から送信される送達確認応答フレームを受信する。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を受信またはトリガーフレームで自端末が指定された場合、送達確認応答フレームとともに、再送のフレームを含むアグリゲーションフレームを送信してもよい。
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23は、第1の実施形態に係るアクセスポイントの動作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、DL−MU送信する複数の端末(または複数の無線通信装置)を選択し、選択した複数の端末へ送信するフレームを複数の組に分割する(S101)。各組に対して送達確認応答フレームを送信(UL−MU送信)させる順序を決定する(S101)。また、選択した複数の端末に対してDL−MU送信で使用する通信リソースを決定する。
また、選択した複数の端末がアップリンク送信で必要とするパラメータ情報を決定する(S102)。例えば、各端末にアップリンク送信で使用させる通信リソースを決定する。必要に応じて、その他、アップリンク送信で使用させる他のパラメータ(MCSまたはパケット長など)を決定してもよい。
選択した複数の端末に送信するデータフレーム等のフレーム(アグリゲーションフレームの場合を含む)を、上記で決定した通信リソースを用いて、選択した複数の端末にDL−MUで送信する(S103)。
また、選択した複数の端末のそれぞれに対してトリガーフレームを生成し、トリガーフレームを送信する(S104)。トリガーフレームには、端末の識別子、アップリンク送信で必要なパラメータ情報(送達確認フレームの送信タイミングを指定する情報、通信リソース等)を含めてもよい。トリガーフレームの送信は、少なくとも同じ組に属する端末群では同時に送信(DL−MU送信)してもよい。すべての組で同時にトリガーフレームを送信(DL−MU送信)してもよいし、組ごとにトリガーフレームのDL−MU送信が重複しないようにしてもよい。トリガーフレームと、端末に送信する上記フレームとを集約した複数のアグリゲーションフレームを生成し、当該アグリゲーションフレームを送信してもよい。なお、端末ごとにトリガーフレームを生成するのではなく、選択した端末のすべてに対して単一のトリガーフレームを生成し、生成したトリガーフレームを、ステップS103で複数の端末へ送信するデータフレーム等と同時に送信(DL−MU送信)してもよい。あるいは、当該単一のトリガーフレームを、チャネル幅の帯域でシングルユーザ送信してもよい。
アクセスポイントは、組ごとに、複数の端末からUL−MU送信される送達確認フレームを受信する(S105)。組ごとに、UL−MU送信の時間帯が重複しないよう制御されているため、各組からUL−MU送信される複数の送達確認フレームを正しく受信できる。
図24は、第1の実施形態に係る端末の動作のフローチャートである。端末の制御部201は、アクセスポイントから送信されるデータフレーム等のフレーム(アグリゲーションフレームの場合も含む)を受信し、フレームを正しく受信できたか、受信成否を判断する(S201)。また、端末の制御部201は、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し(S202)、送達確認応答フレームの送信に必要なパラメータ、例えば送信に使用する通信リソースを特定する。制御部201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、送達確認応答フレームを当該通信リソースを用いて送信する(S203)。送達確認応答フレームの送信タイミングに関する情報がトリガーフレームで指定されている場合は、当該情報に応じたタイミングで、送達確認応答フレームを送信する。
以上、本実施形態によれば、複数の端末へ送信する複数のフレームを複数の組に分け、組ごとに順番に、該当する端末群に送達確認応答フレームをUL−MU送信させるように制御する。これにより、アクセスポインは、複数の端末から効率的に送達確認応答フレームを受信できる。例えば、複数の端末へ送信するフレームの多重数が、送達確認応答フレームの送信に用いるUL−MUの最大多重数より大きい場合に、高速に送達確認応答フレームを受信できる。
(第2の実施形態)
図25は、第2の実施形態に係る基地局(アクセスポイント)400の機能ブロック図である。このアクセスポイントは、通信処理部401と、送信部402と、受信部403と、アンテナ42A、42B、42C、42Dと、ネットワーク処理部404と、有線I/F405と、メモリ406とを備えている。アクセスポイント400は、有線I/F405を介して、サーバ407と接続されている。通信処理部401は、第1の実施形態で説明した制御部101と同様な機能を有している。送信部402および受信部403は、第1の実施形態で説明した送信部102および受信部102と同様な機能を有している。ネットワーク処理部404は、第1の実施形態で説明した上位処理部と同様な機能を有している。ここで、通信処理部401は、ネットワーク処理部404との間でデータを受け渡しするためのバッファを内部に保有してもよい。このバッファは、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。
(第2の実施形態)
図25は、第2の実施形態に係る基地局(アクセスポイント)400の機能ブロック図である。このアクセスポイントは、通信処理部401と、送信部402と、受信部403と、アンテナ42A、42B、42C、42Dと、ネットワーク処理部404と、有線I/F405と、メモリ406とを備えている。アクセスポイント400は、有線I/F405を介して、サーバ407と接続されている。通信処理部401は、第1の実施形態で説明した制御部101と同様な機能を有している。送信部402および受信部403は、第1の実施形態で説明した送信部102および受信部102と同様な機能を有している。ネットワーク処理部404は、第1の実施形態で説明した上位処理部と同様な機能を有している。ここで、通信処理部401は、ネットワーク処理部404との間でデータを受け渡しするためのバッファを内部に保有してもよい。このバッファは、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。
ネットワーク処理部404は、通信処理部401とのデータ交換、メモリ406とのデータ書き込み・読み出し、および、有線I/F405を介したサーバ407との通信を制御する。ネットワーク処理部404は、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理やアプリケーション層の処理を行ってもよい。ネットワーク処理部の動作は、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。
一例として、通信処理部401は、ベースバンド集積回路に対応し、送信部402と受信部403は、フレームを送受信するRF集積回路に対応する。通信処理部401とネットワーク処理部404とが1つの集積回路(1チップ)で構成されてもよい。送信部402および受信部403のデジタル領域の処理を行う部分とアナログ領域の処理を行う部分とが異なるチップで構成されてもよい。また、通信処理部401が、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を実行するようにしてもよい。また、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。
メモリ406は、サーバ407から受信したデータや、受信部402で受信したデータの保存等を行う。メモリ406は、例えば、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。また、SSDやHDD、SDカード、eMMC等であってもよい。メモリ406が、基地局400の外部にあってもよい。
有線I/F405は、サーバ407とのデータの送受信を行う。本実施形態では、サーバ407との通信を有線で行っているが、サーバ407との通信を無線で実行するようにしてもよい。
サーバ407は、データの送信を要求するデータ転送要求を受けて、要求されたデータを含む応答を返す通信装置であり、例えばHTTPサーバ(Webサーバ)、FTPサーバ等が想定される。ただし、要求されたデータを返す機能を備えている限り、これに限定されるものではない。PCやスマートフォン等のユーザが操作する通信装置でもよい。また、基地局400と無線で通信してもよい。
基地局400のBSSに属するSTAが、サーバ407に対するデータの転送要求を発行した場合、このデータ転送要求に関するパケットが、基地局400に送信される。基地局400は、アンテナ42A〜42Dを介してこのパケットを受信し、受信部403で物理層の処理等を、通信処理部401でMAC層の処理等を実行する。
ネットワーク処理部404は、通信処理部401から受信したパケットの解析を行う。具体的には、宛先IPアドレス、宛先ポート番号等を確認する。パケットのデータがHTTP GETリクエストのようなデータ転送要求である場合、ネットワーク処理部404は、このデータ転送要求で要求されたデータ(例えば、HTTP GETリクエストで要求されたURLに存在するデータ)が、メモリ406にキャッシュ(記憶)されているかを確認する。メモリ406には、URL(またはその縮小表現、例えばハッシュ値や、代替となる識別子)とデータとを対応づけたテーブルが格納されている。ここで、データがメモリ406にキャッシュされていることを、メモリ406にキャッシュデータが存在すると表現する。
メモリ406にキャッシュデータが存在しない場合、ネットワーク処理部404は、有線I/Fを405介して、サーバ407に対してデータ転送要求を送信する。つまり、ネットワーク処理部404は、STAの代理として、サーバ407へデータ転送要求を送信する。具体的には、ネットワーク処理部404は、HTTPリクエストを生成し、TCP/IPヘッダの付加などのプロトコル処理を行い、パケットを有線I/F405へ渡す。有線I/F405は、受け取ったパケットをサーバ407へ送信する。
有線I/F405は、データ転送要求に対する応答であるパケットをサーバ407から受信する。ネットワーク処理部404は、有線I/F405を介して受信したパケットのIPヘッダから、STA宛のパケットであることを把握し、通信処理部401へパケットを渡す。通信処理部401はこのパケットに対するMAC層の処理等を、送信部402は物理層の処理等を実行し、STA宛のパケットをアンテナ42A〜42Dから送信する。ここで、ネットワーク処理部404は、サーバ407から受信したデータを、URL(またはその縮小表現)と対応づけて、メモリ406にキャッシュデータとして保存する。
メモリ406にキャッシュデータが存在する場合、ネットワーク処理部404は、データ転送要求で要求されたデータをメモリ406から読み出して、このデータを通信処理部401へ送信する。具体的には、メモリ406から読み出したデータにHTTPヘッダ等を付加して、TCP/IPヘッダの付加等のプロトコル処理を行い、通信処理部401へパケットを送信する。このとき、一例として、パケットの送信元IPアドレスは、サーバと同じIPアドレスに設定し、送信元ポート番号もサーバと同じポート番号(通信端末が送信するパケットの宛先ポート番号)に設定する。したがって、STAから見れば、あたかもサーバ407と通信をしているかのように見える。通信処理部401はこのパケットに対するMAC層の処理等を、送信部402は物理層の処理等を実行し、STA宛のパケットをアンテナ42A〜42Dから送信する。
このような動作により、頻繁にアクセスされるデータは、メモリ406に保存されたキャッシュデータに基づいて応答することになり、サーバ407と基地局400間のトラフィックを削減できる。なお、ネットワーク処理部404の動作は、本実施形態の動作に限定されるものではない。STAの代わりにサーバ407からデータを取得して、メモリ406にデータをキャッシュし、同一のデータに対するデータ転送要求に対しては、メモリ406のキャッシュデータから応答するような一般的なキャッシュプロキシであれば、別の動作でも問題はない。
上述の第1の実施形態で使ったフレーム、データまたはパケットの送信を、メモリ406に保存されたキャッシュデータを用いて実行してもよい。
本実施形態の基地局(アクセスポイント)を、第1の実施形態の基地局として適用することが可能である。本実施形態では、キャッシュ機能を備えた基地局について説明を行ったが、図25と同じブロック構成で、キャッシュ機能を備えた端末(STA)を実現することもできる。この場合、有線I/F405を省略してもよい。
(第3の実施形態)
図26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、自動車等でもよい。
無線LANモジュール148(または無線通信装置)は、IEEE802.11に加え、LTE(Long Term Evolution)またはLTE−Advanced(standards for mobile phones)のような他の無線通信規格の機能を備えていてもよい。
図26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、自動車等でもよい。
無線LANモジュール148(または無線通信装置)は、IEEE802.11に加え、LTE(Long Term Evolution)またはLTE−Advanced(standards for mobile phones)のような他の無線通信規格の機能を備えていてもよい。
図27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21または図22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(217、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。
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。
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21および図22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28(A)および図28(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28(A)の無線端末はノートPC301であり、図28(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、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、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、自動車等にも搭載可能である。
図28(A)および図28(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28(A)の無線端末はノートPC301であり、図28(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、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、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、自動車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29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29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、前述したように、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。IEEE802.11規格では、フレーム種別の識別は、MACフレームのフレームヘッダ部にあるFrame Controlフィールドの中のType、Subtypeという2つのフィールドで行う。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、例えば管理フレームの中のBeaconフレームといった識別はSubtypeフィールドで行われる。
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、前述したように、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。IEEE802.11規格では、フレーム種別の識別は、MACフレームのフレームヘッダ部にあるFrame Controlフィールドの中のType、Subtypeという2つのフィールドで行う。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、例えば管理フレームの中のBeaconフレームといった識別はSubtypeフィールドで行われる。
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。応答フレームは、例えばACKフレームやBlockACKフレームである。またRTSフレームやCTSフレームも制御フレームである。
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、IEEE802.11規格(前述のIEEE Std
802.11ac−2013などの拡張規格を含む)では接続確立の手順の1つとしてアソシエーション(association)プロセスがあるが、その中で使われるAssociation RequestフレームとAssociation Responseフレームが管理フレームであり、Association RequestフレームやAssociation Responseフレームはユニキャストの管理フレームであることから、受信側無線通信端末に応答フレームであるACKフレームの送信を要求し、このACKフレームは上述のように制御フレームである。
802.11ac−2013などの拡張規格を含む)では接続確立の手順の1つとしてアソシエーション(association)プロセスがあるが、その中で使われるAssociation RequestフレームとAssociation Responseフレームが管理フレームであり、Association RequestフレームやAssociation Responseフレームはユニキャストの管理フレームであることから、受信側無線通信端末に応答フレームであるACKフレームの送信を要求し、このACKフレームは上述のように制御フレームである。
[2]無線通信装置間の接続切断の手法
接続の切断(リリース)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、接続を確立している無線通信装置間のいずれか一方が切断のためのフレームを送信する。IEEE802.11規格ではDeauthenticationフレームがこれに当たり、管理フレームに分類される。通常、接続を切断するフレームを送信する側の無線通信装置では当該フレームを送信した時点で、接続を切断するフレームを受信する側の無線通信装置では当該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、非基地局の無線通信端末であれば通信フェーズでの初期状態、例えば接続するBSS探索する状態に戻る。無線通信基地局がある無線通信端末との間の接続を切断した場合には、例えば無線通信基地局が自BSSに加入する無線通信端末を管理する接続管理テーブルを持っているならば当該接続管理テーブルから当該無線通信端末に係る情報を削除する。例えば、無線通信基地局が自BSSに加入する各無線通信端末に接続をアソシエーションプロセスで許可した段階で、AIDを割り当てる場合には、当該接続を切断した無線通信端末のAIDに関連づけられた保持情報を削除し、当該AIDに関してはリリースして他の新規加入する無線通信端末に割り当てられるようにしてもよい。
接続の切断(リリース)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、接続を確立している無線通信装置間のいずれか一方が切断のためのフレームを送信する。IEEE802.11規格ではDeauthenticationフレームがこれに当たり、管理フレームに分類される。通常、接続を切断するフレームを送信する側の無線通信装置では当該フレームを送信した時点で、接続を切断するフレームを受信する側の無線通信装置では当該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、非基地局の無線通信端末であれば通信フェーズでの初期状態、例えば接続するBSS探索する状態に戻る。無線通信基地局がある無線通信端末との間の接続を切断した場合には、例えば無線通信基地局が自BSSに加入する無線通信端末を管理する接続管理テーブルを持っているならば当該接続管理テーブルから当該無線通信端末に係る情報を削除する。例えば、無線通信基地局が自BSSに加入する各無線通信端末に接続をアソシエーションプロセスで許可した段階で、AIDを割り当てる場合には、当該接続を切断した無線通信端末のAIDに関連づけられた保持情報を削除し、当該AIDに関してはリリースして他の新規加入する無線通信端末に割り当てられるようにしてもよい。
一方、暗示的な手法としては、接続を確立した接続相手の無線通信装置から一定期間フレーム送信(データフレーム及び管理フレームの送信、あるいは自装置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、接続を切断する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、タイマーを使用する。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のタイマー(例えばデータフレーム用の再送タイマー)を起動し、第1のタイマーが切れるまで(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のタイマーは止められる。
一方、送達確認応答フレームを受信せず第1のタイマーが切れると、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のタイマー(例えば管理フレーム用の再送タイマー)を起動する。第1のタイマーと同様、第2のタイマーでも、第2のタイマー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のタイマーが切れると接続が切断されたと判定する。接続が切断されたと判定した段階で、前記接続を切断するフレームを送信するようにしてもよい。
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のタイマーを起動し、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のタイマーを止め、再び初期値から起動する。第3のタイマー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のタイマー(例えば管理フレーム用の再送タイマー)を起動する。この場合も、第2のタイマー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のタイマーが切れると接続が切断されたと判定する。この場合も、接続が切断されたと判定した段階で、前記接続を切断するフレームを送信するようにしてもよい。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ーは、ここでは第2のタイマーとして前者の場合と同じものを用いたが、異なるタイマー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無線LANではCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Carrier Avoidance)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無線LANではCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Carrier Avoidance)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)などがある。
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)などがある。
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(受信したフレームがエラーであると判定した)場合に起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30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。なお、キャリアセンスの結果、媒体がビジーではない、つまり媒体がアイドル(idle)であると認識した場合には、キャリアセンスを開始した時点から固定時間のAIFSを空けて、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との両方とも、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し、かつ当該データフレームが応答フレームの送信を要求するフレームであるとそのデータフレームを内包する物理パケットの無線媒体上での占有終了時点からSIFS時間後に応答フレーム(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W_ACK1を内包する物理パケットの無線媒体上での占有終了時点からSIFS時間後に次のフレーム(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、基本的には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。なお効率的なEIFSの取り方ができる無線通信装置では、EIFSを起動した物理パケットへの応答フレームを運ぶ物理パケットの占有時間長を推定し、SIFSとDIFSとその推定時間の和とすることもできる。
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。また、回路は、単一チップに配置された複数の回路でもよいし、複数のチップまたは複数の装置に分散して配置された1つ以上の回路でもよい。
また本明細書において “a,bおよびcの少なくとも1つ”は、a,b,c,a−b, a−c,b−c,a−b−cの組み合わせだけでなく、a−a,a−b−b,a−a−b−b−c−cなどの同じ要素の複数の組み合わせも含む表現である。また、a−b−c−dの組み合わせのように、a,b,c以外の要素を含む構成もカバーする表現である。
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、9、10:無線通信端末
1:アンテナ
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
521〜526、541、542:アグリゲーションフレーム(A−MPDU)
531〜536:BAフレーム
551〜556:アグリゲーションフレーム(A−MPDU)
571〜576:アグリゲーションフレーム(A−MPDU)
581:トリガーフレーム
591:トリガーフレーム
601〜610:トリガーフレーム
612〜616:BAフレーム
621、627〜630:トリガーフレーム
641〜650:BAフレーム
12A、12B、12C、12D:アンテナ
1、2、3、4、5、6、7、8、9、10:無線通信端末
1:アンテナ
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
521〜526、541、542:アグリゲーションフレーム(A−MPDU)
531〜536:BAフレーム
551〜556:アグリゲーションフレーム(A−MPDU)
571〜576:アグリゲーションフレーム(A−MPDU)
581:トリガーフレーム
591:トリガーフレーム
601〜610:トリガーフレーム
612〜616:BAフレーム
621、627〜630:トリガーフレーム
641〜650:BAフレーム
Claims (14)
- 複数の組に分割された複数の第1フレームを多重送信する送信部と、
前記組ごとに前記第1フレームの送達確認を表す、多重された複数の第2フレームを、前記組間で時間的に重複しないタイミングで受信する受信部と
を備えた無線通信装置。 - 前記送信部は、前記第1フレームの複数の受信先装置に前記第2フレームの送信を指示する複数の第3フレームを多重送信する、
請求項1に記載の無線通信装置。 - 前記複数の組に対してそれぞれ順番に、前記複数の第3フレームの多重送信と、前記複数の第2フレームの受信とを行うよう制御する制御部
を備えた請求項2に記載の無線通信装置。 - 前記送信部は、前記複数の組のうち2番目以降の前記組については、前記複数の第3フレームのそれぞれと、複数の第4フレームのそれぞれとを集約した複数の第5フレームを送信し、前記第4フレームは、前記送達確認を行う対象となる前記第1フレームを指定する情報を含む
請求項3に記載の無線通信装置。 - 前記送信部は、前記複数の組のうち少なくとも1つの前記組については、前記第3フレームと、前記第3フレームに対応する前記第1フレームとを集約した第6フレームを多重送信する
請求項2または3に記載の無線通信装置。 - 前記送信部は、前記第1フレームの複数の受信先装置に前記第2フレームの送信を指示する第3フレームを前記第1フレームとともに多重送信し、前記第3フレームの受信先アドレスは、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である
請求項1に記載の無線通信装置。 - 前記送信部は、前記第1フレームの複数の受信先装置に前記第2フレームの送信を指示する第3フレームを、前記第1フレームの多重送信後、送信する
請求項1に記載の無線通信装置。 - 前記第1フレームの多重通信方式は、前記第2フレームの多重通信方式と異なる
請求項1ないし7のいずれか一項に記載の無線通信装置。 - 前記第1フレームの多重数は、前記組毎の前記第2フレームの最大可能多重数よりも大きい
請求項8に記載の無線通信装置。 - 前記複数の第1フレームの多重通信方式は、MU−MIMO、または、OFDMA、またはMU−MIMOとOFDMAとを組み合わせた方式であり、
前記組毎の前記複数の第2フレームの多重通信方式は、MU−MIMO、またはOFDMAである
請求項8または9に記載の無線通信装置。 - 少なくとも1つのアンテナをさらに備えた請求項1に記載の無線通信装置。
- アクセスポイントである請求項1ないし10のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- IEEE802.11規格に従って通信を制御する
請求項1ないし11のいずれか一項に記載の無線通信装置。 - 無線通信端末により実行される無線通信方法であって、
複数の組に分割された複数の第1フレームを多重送信し、
前記組ごとに前記第1フレームの送達確認を表す、多重された複数の第2フレームを、前記組間で時間的に重複しないタイミングで受信する、
無線通信方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US15/266,613 US20170134138A1 (en) | 2015-11-09 | 2016-09-15 | Wireless communication device and wireless communication method |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2015219774 | 2015-11-09 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017092942A true JP2017092942A (ja) | 2017-05-25 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2017092942A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020170764A1 (ja) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | 日本電信電話株式会社 | 割当方法及び信号処理装置 |
-
2016
- 2016-09-13 JP JP2016178901A patent/JP2017092942A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020170764A1 (ja) * | 2019-02-19 | 2020-08-27 | 日本電信電話株式会社 | 割当方法及び信号処理装置 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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