JP2017152988A - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無線通信用集積回路は、ベースバンド集積回路を備える。前記ベースバンド集積回路は、RF集積回路を介して、伝搬路推定用の第1フレームを送信し、前記RF集積回路を介して、伝搬路情報を含む第2フレームを受信し、前記伝搬路情報に基づくビームフォーミングで、前記RF集積回路を介して、第3フレームを送信し、前記第3フレームに対する応答フレームに基づき、伝搬路の通信品質を測定し、前記通信品質と、前記第3フレームの伝送レートに基づき、前記第1フレームの送信タイミングを制御する。
【選択図】図8
Description
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1、2、3、4、5、6とを具備した無線ネットワークである。無線通信端末は、端末、無線端末、またはステーション(STA)と呼ぶこともある。アクセスポイント11も、中継機能を有する点を除き、端末の機能を有するため、端末の一形態である。アクセスポイント11と端末1〜6は、任意の無線通信方式に従って無線通信を行う。一例として、アクセスポイントおよび端末は、それぞれIEEE802.11規格に準拠した通信を行う。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。本実施形態の無線通信システムは、IEEE802.11規格の無線LANを想定するが、これに限定されるものではない。
本実施形態では、ユーザ多重送信を行う場合を例に動作(図8参照)を説明したが、シングルユーザ送信でビームフォーミングを行う場合にも、本実施形態の動作は実施可能である。この場合、図8の説明の記載におけるユーザ多重送信に関わる処理を、シングルユーザ送信の処理に置き換えて読めば良い。
本実施形態では、ユーザ多重送信としてDL−MU−MIMOの場合を示したが、ダウンリンクの直交周波数分割多元接続方式(OFDMA;Orthogonal Frequency Division Multiple Access)を用いてもよい。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5に示したシーケンスにおいて、端末1〜4は、BAフレームをシングルユーザ送信した。別の方法として、端末1〜4が、データフレームの受信完了から一定時間後に、BAフレームを、ユーザ多重送信してもよい。例えば、アップリンクマルチユーザMIMO(UL−MU−MIMO)技術により、端末1〜4からBAフレームを送信してもよい。UL−MU−MIMOでは、端末1〜4が、同一の周波数帯域で、同時に送達確認応答フレームを送信する。端末1〜4が送信するBAフレームの物理ヘッダに互いに直交するパターン信号を設定し、アクセスポイントがこれらのパターン信号に基づきBAフレームを分離することで、UL−MU−MIMOが実現可能である。
図4のシーケンスでは、端末1〜4から報告フレーム511、521、531、541を順番に送信したが、報告フレーム511、521、531、541をUL−MU送信してもよい。UL−MU送信の方式として、MU−MIMO、OFDMA、または、MU−MIMOおよびOFDMAの組み合わせを用いることができる。これによれば、アクセスポイント11からポールフレーム503〜505を送信する必要はない。例えば端末1〜4は、伝搬路推定用フレーム502の受信完了から一定時間後に、報告フレーム511、521、531、541を同時にアップリンク多重送信してもよい。または、UL−MU送信に必要な情報を通知するトリガーフレームを、アクセスポイント11は、伝搬路推定用フレーム502の送信後に、送信してもよい。この場合、端末1〜4は、トリガーフレームの受信完了から一定時間後に、報告フレーム511、521、531、541をMU−UL送信する。MU−ULで使用するリソース(パターン信号またはリソースユニット)は、トリガーフレームで指定されているものとする。
図16は、端末または基地局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。端末または基地局は、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18(A)および図18(B)は、それぞれ第3の実施形態に係る無線端末の斜視図である。図18(A)の無線端末はノートPC301であり、図18(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、または基地局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、ハンドヘルド装置等にも搭載可能である。
第4の実施形態では、上述した実施形態に係る無線通信装置(基地局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、本実施形態に係る基地局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、基地局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(基地局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(基地局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の構成に加えて、SIMカードを含む。SIMカードは、例えば無線通信装置における制御部と接続される。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、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(基地局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(基地局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、例えば無線通信装置における制御部と接続される。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(基地局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。
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。
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。
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。
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。
12A、12B、12C、12D:アンテナ
1、2、3、4、5、6:無線端末
1A: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:移動体無線端末
331:メモリーカード
332:メモリーカード本体
501:通知フレーム
502:伝搬路推定用フレーム
511、521、531、541:報告フレーム
503、504、505:ポールフレーム
601〜604:データフレーム
611〜614:送達確認応答フレーム(BAフレーム)
Claims (10)
- RF集積回路を介して、伝搬路推定用の第1フレームを送信し、前記RF集積回路を介して、伝搬路情報を含む第2フレームを受信し、
前記伝搬路情報に基づくビームフォーミングで、前記RF集積回路を介して、第3フレームを送信し、
前記第3フレームに対する応答フレームに基づき、伝搬路の通信品質を測定し、前記通信品質と、前記第3フレームの伝送レートに基づき、前記第1フレームの送信タイミングを制御する
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、前記通信品質が基準を満たさないと判断したときは、前記伝送レートを基準レートと比較して、前記第3フレームの前記伝送レートを低下させるか、前記第1フレームを送信して伝搬路情報を再取得するかのいずれを行うかを決定する
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、前記伝送レートが前記基準レート以下の場合、前記第1フレームを送信して伝搬路情報を再取得することを決定し、前記伝送レートが前記基準レートより大きい場合、前記伝送レートを低下させることを決定し、
前記基準レートは、前記第3フレームの送信に適用する初期の伝送レートから所定段階低いレートであり、前記所定段階の大きさは、前記初期の伝送レートが高いほど大きい
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、複数の端末のそれぞれ対して前記第1フレームを送信し、前記第2フレームを受信し、
前記複数の端末に対して複数の前記第3フレームを多重送信し、
前記複数の端末の多重数が大きいほど、前記第1フレームの送信タイミングが早くなるように制御する
請求項1ないし3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は、複数の端末のそれぞれ対して、前記第1フレームを送信し、前記第2フレームを受信し、
前記複数の端末に対して複数の前記第3フレームを多重送信し、
前記複数の第3フレームに対する受信成功を示す応答フレームを受信ができなかった端末数を計数し、前記端末数が一定値以上になった回数が大きいほど、前記第1フレームの送信タイミングが遅くなるように制御する
請求項1ないし3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は、前記第3フレームに対して受信成功を示す応答フレームが連続して所定回数受信できなかったとき、前記通信品質が前記基準を満たさないと判断し、
前記第1フレームの送信タイミングを早くする場合は、前記所定回数の値を小さくし、前記第1フレームの送信タイミングを遅くする場合は、前記所定回数の値を大きくする
請求項4または5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、前記端末ごとに前記第3フレームに対する受信成功を示す応答フレームを受信できなかった確率が所定値以上の場合、前記通信品質が前記基準を満たさないと判断し、
前記第1フレームの送信タイミングを早くする場合は、前記所定値を小さくし、前記第1フレームの送信タイミングを遅くする場合は、前記所定値を大きくする
請求項4または5に記載の無線通信用集積回路。 - 前記基準レートは、前記第3フレームの送信に適用する初期の伝送レートから所定段階低いレートであり、
前記第1フレームの送信タイミングを早くする場合は、前記所定段階の大きさを小さくし、前記第1フレームの送信タイミングを遅くする場合は、前記所定段階の大きさを大きくする
請求項4または5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1ないし8のいずれか一項に記載の無線通信用集積回路。 - 少なくとも1つのアンテナと、
前記少なくとも1つのアンテナを介して、フレームを送受信する無線通信部と、
制御部とを備え、
前記制御部は、前記無線通信部を介して、伝搬路推定用の第1フレームを送信し、前記無線通信部を介して、伝搬路情報を含む第2フレームを受信し、
前記伝搬路情報に基づくビームフォーミングで、前記無線通信部を介して、第3フレームを送信し、
前記第3フレームに対する応答フレームに基づき、伝搬路の通信品質を測定し、前記通信品質と、前記第3フレームの伝送レートに基づき、前記第1フレームの送信タイミングを制御する
無線通信端末。
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