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の規格書して知られている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。
図1に、本実施形態に従った無線通信システムを示す。無線通信システムは、基地局であるアクセスポイント(AP:Access Point)11と、複数の非基地局である無線通信端末1〜8とを備える。無線通信端末は、端末、ユーザ、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は、複数のアンテナ12A、12B、12C、12Dを備える。端末1〜8は、それぞれ1つまたは複数のアンテナを備える。
アクセスポイント11と端末1〜8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。IEEE802.11規格は、IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11n、IEEE802.11ac、次世代無線LAN規格であるIEEE802.11axのいずれも指してもよいし、これら以外のものを指してもよい。
アクセスポイント11は、自局に関する属性情報を通知するため、定期的にビーコンフレームを送信する。各端末は、例えばこのビーコンフレームを受信することでアクセスポイント11の存在を把握できる。端末1〜8の全部または一部がアクセスポイント11に接続することで、端末とアクセスポイント11との間で、無線通信グループ(BSS:Basic Service Set)が形成される。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。無線リンクを確立した端末には、アソシエーションID(AID)が割り当てられる。AID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。
より詳細には、アクセスポイントは、接続要求(Association Request)フレームを送信してきた端末に接続許可をする場合に、そのネットワークでローカルに生成した番号を割り当てる。その番号がAIDと呼ばれるものであり、0以外のある指定の範囲内の番号を割り当てる。AIDは、そのネットワーク(BSS)内ではユニークになるように割り当てる。アクセスポイントは、接続を許可する端末に、割り当てたAIDを含む接続応答(Association Response)フレームを送信する。端末は、接続応答フレームからAIDを読み出すことで、自装置のAIDを把握する。端末は、アクセスポイントから接続許可の接続応答フレームを受信することで、アクセスポイントが形成するBSSに属し、以降、アクセスポイントと通信することができる。このようなアクセスポイントと端末間の接続のプロセスをアソシエーションプロセスと呼ぶ。アクセスポイントは、端末とアソシエーションプロセスを行う前に、認証(Authentication)プロセスを行ってもよい。アクセスポイントは、自装置に接続した端末を、AIDまたはMACアドレスにより識別する。
図2(A)は、本実施形態に係るMACフレームの基本的なフォーマット例を示す。フレームの種別は、大きく、データフレーム、管理フレームおよび制御フレームに大別され、いずれの種別のフレームも、このようなフレームフォーマットをベースとする。本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2(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2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。HT Controlフィールドを、IEEE802.11acのVHT (Very High Throughput)Controlフィールド、または、次世代無線LANの規格であるIEEE802.11axのHE(High Efficiency) Controlフィールドに拡張してもよい。
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)(全てのビットに1を入れて全てのBSSIDを対象とするwildcard BSSID場合もある)か、あるいはTAが入る。
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、例えば制御フレームであるBA(Block Ack)フレームおよびBAR(Block Ack Request)フレームといった識別はSubtypeフィールドで行われる。前述したビーコンフレーム、接続要求フレーム、接続応答フレームは、管理フレームである。
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、NAV(Network Allocation Vector)と呼ばれる。
QoS Control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。このQoS Controlフィールドには、データのトラフィックに応じた識別子が設定されるTIDフィールド(0〜15までの16種類存在)、および送達確認方式が設定されるAck policyフィールド等が含まれる。TIDフィールドを確認することで、データのトラフィック種別を認識することができ、またAck policyフィールドを確認することで、そのQoS Dataフレームが“Normal Ack policy”か、“Block Ack policy”か、それとも“No Ack policy”で送信されたのかを判別することができる。
HT Controlフィールドは、IEEE802.11nで導入されたフィールドであり、QoSデータフレームまたは管理フレームのときに、オーダーフィールドが1に設定されていると存在する。前述したように、HT Controlフィールドは、IEEE802.11acのVHT (Very High Throughput)Controlフィールドにも、次世代無線LAN規格であるIEEE802.11axのHE(High Efficiency) Controlフィールドにも拡張可能であり、各々IEEE802.11n、IEEE802.11ac、あるいはIEEE802.11axの各種機能に応じた通知をすることができる。
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。情報エレメントのフォーマットを図3に示す。情報エレメントは、Element IDフィールド、Lengthフィールド、情報(Information)フィールドの各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。管理フレームには、情報エレメント以外にも、フレーム種別(サブタイプ)に応じて、予め定められた1つまたは複数のフィールドが配置されてもよい。
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。
ここで、アクセスポイントが送信するフレーム、および端末が送信するフレームは、実際には、フレームの先頭に、物理ヘッダ(PHY header)が付加され、物理ヘッダとフレームとを含む物理パケットが送信される。物理パケットのことを、物理フレームと呼んでもよい。
図4に、物理パケットのフォーマット例を示す。物理パケットは、物理ヘッダとPHYペイロードとを含む。物理ヘッダは、Legacy Preamble部分と、11n、11acまたは11ax等の各種規格に応じたPreamble部分とを含む。PHYペイロードはデータ部であり、変調処理が施された後のフレームが含まれる。Legacy Preambleは、IEEE802.11aで規定される物理ヘッダと同様の構成であり、L−STF、L−LTF 、L−SIGのフィールドを含む。L−STFやL−LTFは既知のビットパターンを示す。これは、受信側の装置が受信利得調整や、タイミング同期、伝搬路推定等を行うために用いる。L−SIGには、これより後のPreamble部分とPHY payloadとの送信に必要な時間を受信側の装置で算出するための情報が含まれる。
図5に、本実施形態に係る動作のシーケンス例を示す。図には、アクセスポイント(図ではAP)11と端末(図ではSTA)1、2とが示されている。実際にはより多くの端末が存在してもよいし、端末2が存在しなくてもよい。アクセスポイント11および端末1が送信する信号(フレーム)が矩形によって示されている。横軸は時間軸である。図に沿って右側が時間の方向である。破線の矢印付き線は、フレームが送信される先を指している。
図5に基づき、基本的なシーケンスについて説明し、その後、アクセスポイント11の動作について詳細に説明する。
アクセスポイント11が、定期的にビーコンフレーム51を送信する。ビーコンフレーム51のRAは、ブロードキャストアドレス、TAは、アクセスポイント11のBSSID(すなわちアクセスポイント11のMACアドレス)である。ビーコンフレーム51の送信のために、CSAM/CAに従って無線媒体へのアクセス権を獲得する。すなわち、アクセスポイント11は、ランダムに決定したバックオフ時間と固定時間との間、キャリアセンスを行い、CCA(Clear Channel Assessment)値が閾値以下のとき、無線媒体がアイドルであると判断する。これにより、アクセスポイント11は、無線媒体へのアクセス権を獲得する。ここで固定時間として、PIFS(Point coordination function (PCF) InterFrame Space)を用いることができる。PIFSは、CSMA/CAで優先権を持ったアクセスを得るために用いられるフレーム間隔(IFS:Interframe space)である。PIFSは、一例であり、事前に定めた一定時間であれば、他の時間(IFS)でもよい。本明細書の他の箇所で記載されるDIFS(Distributed coordination function InterFrame Space)、AIFS(Arbitration InterFrame Space)、SIFS(Short InterFrame Space)についても同様に一例であり、他の時間を用いてもよい。
アクセスポイント11は、端末1宛の複数のデータフレームを、内部のバッファに有している。アクセスポイント11は、無線媒体へのアクセス権を獲得するため、ランダムに決定したバックオフ時間と固定時間との間、キャリアセンスを行い、CCA値が閾値以下のとき、無線媒体がアイドルであると判断する。これにより、アクセスポイント11は、無線媒体へのアクセス権を獲得する。
ここで固定時間は、DIFS(Distributed coordination function InterFrame Space)/AIFS(Arbitration InterFrame Space)である。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。
アクセスポイント11は、無線媒体へのアクセス権を獲得すると、複数のフレームのバースト転送を行うために必要な媒体予約期間(NAV期間)長をDuration/IDフィールドに設定したRTS(Request to Send)フレーム52を送信する。RTSフレームは、受信先にフレーム送信の許可を求めるフレームである。RTSフレーム52のRAは、端末1のMACアドレス、TAは、アクセスポイント11のBSSIDである。
RTSフレーム52を受信した端末1は、RTSフレーム52のDuration/IDフィールドに設定された期間内であれば、RTSフレーム52の受信完了からSIFS後にCTSフレーム(Clear to Send)53を送信する。CTSフレーム53は、RTSフレーム52の送信元にフレーム送信を許可するフレームである。RTSフレーム53のRAはアクセスポイント11であり、TAは存在しなくてもよい。なお、RTSフレームのDuration/IDフィールドに設定された期間内にその後送受信されるフレームのDuration/IDフィールドには、当該フレームの送信に要する時間等に応じた値が直前に受信されたフレームのDuration/IDフィールドから減算されて設定される。
なお、アクセスポイント11から送信されるRTSフレーム52は、同じBSS内に存在する端末2にも受信される。端末2は、自端末宛のフレームではないため、Duration/IDフィールドに設定された期間の間、NAVを設定する。NAVの期間の間、端末2は、フレーム送信を抑制または禁止する。
アクセスポイント11は、RTSフレーム53を受信すると、SIFS後に、データフレーム54を送信する。データフレーム54のRAは、端末1、TAはアクセスポイント11のBSSIDである。
端末1は、データフレーム54のFCS情報(CRC等)に基づき、受信に成功したかを検査し、受信に成功したと判断すると、SIFS後に、送達確認応答フレーム(図ではACKフレーム)55を端末に送信する。受信に失敗した場合は、ACKフレームを返さない。
ここで、データフレーム54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)でもよい。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。アグリゲーションフレームの場合、アクセスポイント11が応答する送達確認応答フレームは、各サブフレームに対する送達確認情報(失敗または成功)を含むBA(Block Ack)フレームである。
アクセスポイント11は、端末1から送達確認応答フレーム55を受信すると、受信完了からSIFS後に、データフレーム56を送信する。端末1は、データフレーム56を受信し、FCS情報に基づく検査を行い、検査結果に応じて送達確認応答フレーム(図ではACKフレーム)57を返す。以降、同様にして、データフレームの送信と、送達確認応答フレームの受信を繰り返す。
ここで、アクセスポイント11は、本シーケンスにおいてアンテナ指向性制御を効率的に行うことで、端末1と効率的な通信を行うことが可能である。以下、これについて説明する。
アクセスポイント11が備える4つのアンテナ12A〜12Dは、それぞれ複数の指向性を設定可能である。アンテナ12A〜12Dのそれぞれは、複数のブランチを有し、各ブランチのインピーダンスまたは抵抗を制御することで、アンテナ12A〜12Dの指向性を個別に制御できる。例えば4つのブランチのインピーダンスの設定パターンを複数用意し、当該設定パターンの切り換えで、指向性を制御できる。なお、アンテナの指向性を個別に制御できる限り、アンテナの構造は任意でよく、ここで述べたものに限定されない。なお、4つのアンテナはそれぞれ同じ構成(4つのブランチを備えるアンテナ)を有するとするが、指向性を所望の方向に制御できる限り、各アンテナが互いに異なる構成を有しても良い。
指向性のイメージ例を図6(A)〜図6(D)に示す。図6(A)は、Y軸が正、X軸が負の方向Aに向く指向性(指向性A)のパターン例を示す。図6(B)はY軸が正、X軸が正の方向Bに向く指向性(指向性B)のパターン例を示す。図6(C)はY軸が負、X軸が負の方向Cに向く指向性(指向性C)のパターン例を示す。図6(D)はY軸が負、X軸が正の方向Dに向く指向性(指向性D)のパターン例を示す。アンテナは、4つのブランチのインピーダンス設定を切り換えることで、方向A〜Dのいずれの指向性も有することができる。つまり、各アンテナは、方向Aの指向性に対応するインピーダンス設定パターンA、方向Bの指向性に対応するインピーダンス設定パターンB、方向Cの指向性に対応するインピーダンス設定パターンC、方向Dの指向性に対応するインピーダンス設定パターンDを備える。インピーダンス設定パターンA〜D間を切り換えることで、指向性A〜Dを切り替え可能である。図6に示した指向性の例は一例であり、より多くの個数の指向性、またはより少ない個数の指向性を定義してもよい。また、各指向性の方向も、図6に示した方向に限定されない。
4つのアンテナの指向性をそれぞれ指向性A〜Dに設定した場合、図6(A)〜(D)の指向性A〜Dを重ね合わせた合成指向性が得られる。指向性A〜Dを重ね合わせた合成指向性のイメージを図7に示す。指向性A〜Dを重ね合わせることで、方向A〜Dのすべてをカバーする全方位指向性(オムニ指向性)が得られる。つまり、4つのアンテナの指向性をそれぞれ異なる方向A〜Dに設定することで、全体として、オムニ指向性を得られる。
4つのアンテナの指向性を様々に組み合わせることが可能である。例えば2つのアンテナを指向性A、2つのアンテナを指向性Bに設定した場合、方向Aと方向Bに対する通信品質を高めることができる。これにより、方向A、方向B、またはこれらの間に存在する端末への高品質な通信が可能となる。また、4つのアンテナのすべてを指向性Aに設定した場合、方向Aへの通信品質を特に高めることができる。これにより、方向Aに存在する端末と高品質な通信が可能となる。このようにアクセスポイント11は、各アンテナの指向性を制御することで、効率のよい通信を実現する。
ここで通信品質は、例えばSNR(Signal to Noise Ratio)、RSSI(Received Signal Strength Indicator)、EVM(Error Vector Magnitude)、PER(Packet Error Rate)などによって評価できる。ここで述べた通信品質の指標は一例であり、他の指標を用いてもかまわない。
図8は、アクセスポイント11で行うアンテナ指向性制御の第1の例のフローチャートを示す。初期状態としてアクセスポイント11のアンテナ12A〜12Dの指向性は、全体としてオムニ指向性をもつように設定されている(このような各アンテナの指向性の設定パターンをベースパターンと呼ぶ)。すなわち4つのアンテナの指向性は、それぞれ方向A〜Dに向けて設定されている。ただし、初期状態はこれに限定される必要はない。
アクセスポイント11は、一例として、端末ごとに複数のアンテナのそれぞれの指向性をテーブル等の形式で記憶している。テーブルの例を図9に示す。アクセスポイントは、複数のアンテナの指向性の識別情報を記憶している。端末1に対しては、アンテナ12A〜12Dは、それぞれ方向A〜Dの指向性(すなわち指向性A〜D)が設定されている。これらの合成はオムニ指向性となる。アクセスポイントは、テーブルに従って、端末ごとに各アンテナの指向性を設定してもよい。ただし、ブロードキャストまたはマルチキャスト送信する場合、端末との通信の開始のトリガーとなるフレームを送信する場合など、所定の動作を行う場合には、各アンテナをベースパターンに設定し、オムニ指向性(ベースパターン)が得られるようにしてもよい。また、端末と一定時間、個別の通信が発生しないなど一定の条件が満たされたときは、各アンテナをベースパターンに戻してもよい。
アクセスポイント11は、端末からフレームを受信すると(S101)、受信したフレームのアンテナ毎の受信電力を測定する(S102)。受信の対象となるフレームは何でもよい。ここでは、図5のシーケンス例におけるCTSフレームを想定するが、ACKフレームでもよい。または、その他の種類のフレームでもよい。受信電力は、RSSIでもよいし、SNRでもよいし、受信電力値自体でもよいし、その他の指標でもよい。アクセスポイント11は、最も受信電力が高いアンテナを特定する(同S102)。特定したアンテナを、最大アンテナと呼ぶ。
最大アンテナと、その他のアンテナ(3つのアンテナ)との受信電力の差をそれぞれ計算する(S103)。
受信電力の差が閾値以上のアンテナについては、その指向性を、最大アンテナの指向性に合わせる(S104)。例えば、上述した4つの方向A〜Dの指向性(指向性A〜D)が存在する場合、最大アンテナの指向性が指向性Aであれば、当該アンテナの指向性も指向性Aに合わせる(当該アンテナが有する4つのブランチのインピーダンス設定を指向性Aに対応したものにする)。指向性Aに合わせるとは、当該アンテナに設定可能な複数の指向性のうち指向性Aと同じまたはこれに最も近い方向の指向性を選択して設定することを意味する。あるいは、方向Aに対して一定の範囲内に収まる方向の指向性を選択して設定することを含んでもよい。
一方、受信電力の差が閾値未満のアンテナについては、現在の指向性を維持する(S105)。
アクセスポイント11は、ステップS104、S105で設定された内容でテーブルを更新する。更新後のテーブルの例を図9(B)に示す。ここでは、最大アンテナ以外の3つのアンテナのすべてが、最大アンテナとの受信電力の差が閾値以上であったと判断され、他のアンテナはすべて最大アンテナの指向性(ここでは指向性A)に合わせて設定されている。
アクセスポイントは、指向性制御(S104、S105)が行われたら、ステップS101でのフレームの受信完了から一定時間後に、当該受信したフレームに応答するフレームを送信する(S106)。例えばステップS101で受信したフレームがCTSフレーム53であれば、これに応答するフレームとして、データフレーム54を送信する。または、ステップS101で受信したフレームがACKフレーム55であれば、これに応答するフレームとして、次に送信するデータフレームであるデータフレーム56を送信する。
図8の動作によれば、端末から受信したフレームのアンテナ毎の受信電力に基づき、アンテナの指向性を調整し、調整後、当該フレームに応答するフレームを送信するため、指向性の調整を効率的に行うことができる。よって、端末との通信の効率を高めることができる。
図10に、アクセスポイント11で行うアンテナ指向性制御の第2の例のフローチャートを示す。図8と重複する説明は適宜省略する。
アクセスポイント11は、端末からフレームを受信すると(S111)、受信したフレームのアンテナ毎の受信電力を測定する(S112)。受信電力が最も高い上位2つのアンテナを特定する(同S112)。
特定した2つのアンテナ以外の残りのすべてのアンテナの指向性を、特定した2つのアンテナのいずれか一方の指向性に合わせる(S113)。アクセスポイント11は、この内容でテーブルを更新する。
例えば、特定した2つのアンテナのうちの一方が指向性A、他方が指向性Cであれば、残りの2つのアンテナのそれぞれの指向性を、指向性Aまたは指向性Cに合わせる。
一例として、残りの2つのアンテナの両方とも、同じアンテナの指向性に合わせてもよい。例えば、特定したアンテナがアンテナ12A、12Bで、それぞれの指向性が、指向性Aと指向性Cの場合に、アンテナ12C、12Dの両方ともアンテナ12Aの指向性Aに合わせてもよい。このように設定した場合のテーブルの例を図11(A)に示す。
または、残りの2つのアンテナのそれぞれで、合わせ先となるアンテナが異なってもよい。つまり、残りの2つのアンテナのうちの一方を、特定した2つのアンテナの一方、残りの2つのアンテナのうちの他方を、特定した2つのアンテナの他方の指向性に合わせる。例えば、特定したアンテナがアンテナ12A、12Bで、それぞれの指向性が、指向性Aと指向性Cの場合に、アンテナ12Cをアンテナ12Bの指向性Cに合わせ、アンテナ12Dをアンテナ12Aの指向性Aに合わせる。このように設定した場合のテーブルの例を図11(B)に示す。
アクセスポイントは、指向性制御(S113)が行われたら、ステップS111でのフレームの受信完了から一定時間後に、当該受信したフレームに応答するフレームを送信する(S114)。
図12に、アクセスポイント11で行うアンテナ指向性制御の第3の例のフローチャートである。
アクセスポイント11は、端末からフレームを受信したら(S121)、受信したフレームのアンテナ毎の受信電力を測定する(S122)。受信電力が最も高い上位2つのアンテナを特定する(同S122)。
特定した2つのアンテナの受信電力の差が閾値未満かを判定する(S123)。
当該差が閾値以上の場合は、特定した2つのアンテナ以外の残りのすべてのアンテナの指向性を、特定した2つのアンテナのいずれか一方に合わせる(S124)。本ステップは、図10のステップS113と同様である。
当該差が閾値未満の場合は、特定した2つのアンテナのうち受信電力が大きい方のアンテナの指向性に、受信電力が小さい方のアンテナと、他のアンテナとを合わせる(S125)。例えば、上位2つのアンテナのうち受信電力の大きい方のアンテナの指向性が指向性Aであれば、受信電力の小さい方のアンテナと、残りの2つのアンテナとの指向性を、すべて指向性Aに合わせる。
アクセスポイントは、指向性制御(S124、S125)が行われたら、ステップS121でのフレームの受信完了から一定時間後に、当該受信したフレームに応答するフレームを送信する(S126)。
上述した図8、図10、図12の動作は、例えばCTSフレームなど所定のフレームを受信した場合に行ってもよいし、一定時間毎に行っても良いし、その他、所定の条件が成立した場合に行っても良い。フレームを端末から受信する毎に行うことも可能である。
図13に、アクセスポイント11の動作例のフローチャートである。本フローでは、送達確認応答フレームを受信した場合の動作を示す。ここではACKフレームを想定する。
アクセスポイント11は、データフレーム(図5のデータフレーム54、56など)を送信した後、送達確認応答フレーム(図5のACKフレーム55、ACKフレーム57など)の受信を待機する(S131)。
ACKフレームを受信した場合は(S132のYES)、本フローを終了する。ACKフレームを受信できなかった場合(S132のNO)、前回の指向性の更新から一定時間以上経過したかを判断する(S133)。ACKフレームを受信できなかった場合とは、例えば端末側でデータフレームをCRCエラーなどにより正常に受信できずに、ACKフレームを送信しなかった場合がある。
一定時間以上経過した場合は、アンテナ指向性制御を実行する(S134)。具体的には、図8、図10、図12のいずれかのフローチャートに示した動作を実行する。例えば、アクセスポイントは、端末に次のデータフレームを送信して、その応答のACKフレームを受信できた場合に、当該ACKフレームを、図8、図10、図12のフローチャートの最初のステップで受信したフレームとして扱って、2番目のステップ以降の動作を実行してもよい。あるいは、RTSフレーム(図5参照)の送信を再度、行い、応答となるCTSフレームを受信してもよい。
なお、当該端末との通信を開始してから、まだ一度もアンテナ指向性制御を行っていない場合は、一定時間が経過していなくても、ステップS134の処理を実行してもよい。まだ一度もアンテナ指向性制御を行っていない状況では、通常、当該端末に対する各アンテナの指向性は、ベースパターンになっている。すなわち各アンテナの指向性の合成がオムニ指向性になっている。なお、端末との通信の開始の時点の定義は、任意に決めてよい。例えば、バースト伝送を開始するトリガーとなるRTSフレームを送信した時点でもよい。
ステップS133で一定時間が経過していないと判断された場合は、当該端末に伝送するフレームの伝送レートを変更する(S135)。具体的には伝送レートを下げる。伝送レートとしては、例えばMCS(Modulation and Coding Scheme)を用いることができる。MCSは、変調方式と符号化率の組によって、伝送レートを定義する。例えば、変調方式が16QAM、符号化率が3/4のMCS、変調方式がQPSK、符号化率が1/3のMCSなどがある。端末に適用可能なMCSが、MCS0、MCS1、MCS2、MCS3、MCS4、MCS5、MCS6、MCS7、MCS8の9個が存在し、MCS8が最も伝送レートが高く、MCS7、MCS6・・・・と番号が小さくなるほど、伝送レートが小さいとする。端末の現在のMCSがMCS8であれば、MCS7以下にする。なお、MCS0〜MCS8は、IEEE802.11で定められた同様の表記のMCSと同じでもよいし、これとは別に定義したものでもよい。
図14に、アクセスポイント11の動作の他の例のフローチャートを示す。図13の例では送達確認応答フレームとしてACKフレームの場合を示したが、ここではBAフレームの場合を示す。ステップS133、S134、S135は図13と同じであるため、説明を省略する。
アクセスポイント11は、データフレーム(ここでは複数のサブフレームを含むアグリゲーションフレーム)を送信した後、送達確認応答フレーム(ここではBAフレーム)を受信する(S136)。なお、BAフレームを受信できなかった場合は、図13のACKフレームが受信できなかった場合と同様の処理を行えばよい。
アクセスポイント11は、BAフレーム内のビットマップから、端末がアグリゲーションフレームに含まれる複数のサブフレームの受信に成功したか、すなわちアクセスポイント11が当該複数のサブフレームの送信に成功したかを判断する(S137)。ビットマップが、すべてのサブフレームの送信に成功したことを示す場合は、本フローを終了する。いずれか1つのサブフレームの送信に失敗していた場合は、ステップS133に進む。以降は、図13と同様である。
ステップS137ではすべてのサブフレームの送信に成功したかを判断したが、別の方法を用いてもよい。例えば、すべてのサブフレームのうち送信に失敗したサブフレームの個数が閾値以下であれば、本フローを終了し、閾値より大きければ、ステップS133に進んでもよい。または、すべてのサブフレームのうち一定割合以上、または一定数以上のサブフレームの送信に成功した場合は、本フローを終了し、それ以外の場合はステップS133に進んでもよい。ここで述べた以外の方法を用いてもよい。
端末に対するアンテナ指向性制御を行うか否かを、端末の構成または能力に応じて判定し、当該制御を行う対象と判定された端末に対してのみ、アンテナ指向性制御を行ってもよい。図15に、端末を判定する動作のフローチャートを示す。
アクセスポイントは、端末からケーパビィティ情報(能力情報)を取得する(S141)。能力情報の取得方法は任意でよい。例えばアソシエーションプロセス時に、端末がアソシエーション応答に能力情報を含めてもよい。または、アクセスポイントが、能力情報の送信を要求するフレーム等を端末に送信し、その応答として、端末が能力情報を含むフレームを送信してもよい。フレームの種類は、前述した管理フレームでもよいし、データフレームでもよい。端末は、能力情報として、端末が具備するアンテナ数、ビームフォーミングへの対応可否の情報、またはこれらの両方を含める。ビームフォーミングとは、複数のアンテナを利用して、指向性を有する電波(ビーム)を送信することで通信品質を向上させる技術である。具備するアンテナ数が1つのときは、ビームフォーミングを行うことはできない。具備するアンテナ数が複数であっても、端末の能力または設定によって、ビームフォーミングが可能な場合と、可能でない場合があり得る。
アクセスポイントは、取得した能力情報に基づき、端末のアンテナ数を特定する。アンテナ数が1のときは(S142のNO)、当該端末はビームフォーミングを行う可能性がないため、当該端末を、アンテナ指向性制御の対象として決定する(S143)。すなわち、アクセスポイントは、当該端末を、図8、図10、図12〜図14に示した処理を行う対象とする。
端末のアンテナ数が2以上のときは、端末との伝搬路の通信品質を判断する(S144)。ここでは、通信品質として、端末からの受信電力が閾値未満かを判断する。受信電力は、能力情報を含むフレームの受信電力でもよいし、その他の通信で受信したフレームの受信電力でもよい。受信電力は、アクセスポイントが備える複数のアンテナの受信電力値の合計値でもよいし、最大値でもよいし、平均値でもよい。このとき複数のアンテナは、例えばベースパターン(すなわち合成オムニ指向性)に設定されている。通信品質として、RSSI、SNRなどを用いてもよい。
端末からの受信電力が閾値以上の場合(端末が近距離に存在する場合など)は(S144のNO)、当該端末を、アンテナ指向性制御の対象としないことを決定する(S145)。すなわち、アクセスポイントは、当該端末と通信するときは、複数のアンテナの設定をそれぞれのベースパターンを維持する(すなわち合成オムニ指向性)。この理由を述べると、以下の通りである。端末が2つ以上のアンテナを備える場合、ビームフォーミングでアクセスポイントにフレームを送信する可能性がある。端末がビームフォーミングを用いると、アクセスポイントとの間で、送受信の伝搬路の対称性を確保できない。このため、アクセスポイント11が受信電力を元にしたアンテナ指向性制御を行うと、効率的な通信が達成できなくなる可能性がある。このため、そのような端末に対しては、アンテナ指向性制御を行わずに、オムニ指向性で通信する。
一方、端末からの受信電力が閾値未満の場合(端末が遠距離に存在する場合など)は(S144のYES)、当該端末を、サウンディングベースのアンテナ指向性制御の対象として決定する(S146)。つまり、アクセスポイントの複数のアンテナのすべての指向性の組み合わせ、または当該すべての指向性の組み合わせから1つまたはいくつかの組み合わせを除外した組み合わせで、端末とサウンディングを行い、最もよい組み合わせの指向性を採用する(図8、図10、図12〜図14で説明したアンテナ指向性制御は行わない)。例えば端末で最も受信特性が高い組み合わせを採用する。これにより、オーバヘッドが増大するものの、端末からの受信電力が低く、かつ端末がビームフォーミングをした場合でも、品質の高い通信が可能となる。サンディングでは既知信号を含むフレームを送信し、端末では既知信号に基づき振幅および位相の変動情報を算出する。算出した振幅および位相の変動情報を含む応答フレームをアクセスポイントに返す。アクセスポイントでは変動情報に基づき、受信特性の良かったアンテナの指向性の組み合わせを選択する。一例として、振幅の減衰量が最も少ない組み合わせを選択する方法がある。また振幅の減衰量と、位相変動量の両方を考慮して評価値を算出し、最も評価の高い組み合わせを選択する方法もある。ここで記載した以外の方法でもよい。
図15に示した動作フローは一例であり、一部の動作を変形することも可能である。例えば、ステップS143において、使用する無線チャネルの空き状況を確認し、無線チャネルの占有率が低い場合は、サウンディングベースのアンテナ指向性制御の対象端末として決定してもよい。また、ステップS142とS144との間に、使用する無線チャネルの空き状況を確認し、無線チャネルの占有率が低い場合は、サウンディングベースのアンテナ指向性制御の対象端末として決定するステップを追加してもよい。無線チャネルの占有率は、例えば一定期間、無線チャネルのキャリアセンスを行い、アイドルの時間とビジーの時間の比率により算出してもよい。これ以外の方法で算出してもよい。
図16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。
アクセスポイント11の無線通信装置は、アンテナ12A、12B、12C、12Dと、制御部101と、送信部102と、受信部103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、これに限定されない。
アンテナ12A〜12Dは、それぞれ複数の指向性を設定可能である(図6(A)〜図6(D)参照)。指向性の設定は制御部101により行う。制御部101が各アンテナの4つのブランチのインピーダンス設定を切り換えることで、各アンテナの指向性の切り替えを行う。
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(Radio Frequency)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、フレームまたはデータ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、上位層は、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、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、TCP/IPやUDP/IPの処理を制御部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、および物理層の処理を行う。制御部101は、送信部102および受信部103を介して、フレーム(より詳細にはフレームに物理ヘッダを付加した物理パケット)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、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たクロックの入力を受け、当該クロックを利用して、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、端末の能力情報として、端末が備えるアンテナ数、ビームフォーミングの対応可否等の情報を取得してもよい。能力情報は、アソシエーションプロセス時でなく、その後の任意のタイミングで、端末に送信を要求するフレームを送信し、その応答として取得してもよい。
制御部101は、バッファ104を定期的に確認することで、ダウンリンク送信用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ーによりバッファ104の状態を確認する。
制御部101は、フレーム(より詳細にはフレームに物理ヘッダを付加した物理パケット)を送信する際、一例として、送信前にCSMA/CAに従って、キャリアセンスを行って、キャリアセンス結果がアイドルであることを示す場合(CCA値が閾値以下の場合)、無線媒体へのアクセス権を獲得する。制御部101は、フレームに符号化、およびMCSに基づく変調処理などの処理を行い、送信部102に出力する。送信部102は、入力されたフレーム(より詳細には物理ヘッダを付加した物理パケット)に、DA変換、所望帯域成分を抽出するフィルタ処理、周波数変換(アップコンバート)等を行い、これらにより得られた信号をプリアンプで増幅して、複数のアンテナから空間に電波として放射する。なお、制御部101は、端末にバースト転送を行うべく、無線媒体を一定期間予約するため、無線媒体の占有期間をDuration/IDフィールドに設定したRTSフレームを送信してもよい。
アンテナで受信された信号は、受信部103において、それぞれアンテナに対応する受信系統ごとに処理される。各アンテナの受信信号は、それぞれ受信系統において低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)により増幅され、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、制御部101にパケットが入力される。より詳細には、各受信系統のデジタル信号をダイバーシティ技術により合成してパケットを取得する。なお合成はデジタル信号に変換される前のアナログ信号の段階で行ってもよい。
制御部101は、受信したパケットに復調および誤り訂正復号等の処理を行ってフレームを取得し、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、端末からの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(より詳細には物理ヘッダを付加したパケット)を送信する。フレームがアグリゲーションフレームの場合は、送達確認応答フレームはBAフレームである。送信部102は、送達確認応答フレームにDA変換、所望帯域成分を抽出するフィルタ処理、周波数変換(アップコンバート)等を行い、これらにより得られた信号をプリアンプで増幅して、複数のアンテナから空間に電波として放射する。
制御部101は、端末の能力情報を利用して、当該端末を、アンテナ指向性制御の対象端末(図15のステップS143参照)、アンテナ指向性制御の非対象端末(ステップS145参照)、サウンディングベースのアンテナ指向性制御の対象端末(ステップS146参照)のいずれかに決定してもよい。
制御部101は、アンテナ指向性制御の対象端末に対しては、図8、図10、図12〜図14に示した動作フローに従って、各アンテナの指向性を制御することで、効率的な通信を行う。具体的に、制御部101は、端末から受信したフレームのアンテナ毎の受信電力を測定し、測定した受信電力に基づいて、図8、図10、図12〜図14の各フローに応じた動作を行う。受信電力の測定は、パケットに含まれる既知信号に基づき行う。例えばパケットの物理ヘッダのL−STF、L−LTFまたはL−SIGを利用してもよい。11n、11acまたは11ax等の各種規格に応じたPreamble部分のトレーニングフィールドを利用してもよい。
また制御部101は、アンテナ指向性制御の対象端末に対しては、図13または図14に示した動作フローに従って、アンテナ12A〜12Dの指向性制御と、伝送レートの制御とを切り換える。なお、端末に適用する初期の伝送レートは、例えば端末が利用可能なMCSセット(複数のMCS)のうちの最大レートに対応するMCSを、初期の伝送レートとしてもよい。または、端末との通信品質(SNR、SINR等)を測定し、測定した通信品質に応じて、初期の伝送レートを決定してもよい。他の方法で初期の伝送レートを決定してもよい。
制御部101は、アンテナ指向性制御の非対象端末に対しては、アンテナ12A〜12Dの指向性を、ベースパターンに維持する。これにより、アンテナの指向性合成はオムニ指向性となり、当該非対象端末との間ではオムニ指向性で通信する。
また、制御部101は、サウンディングベースのアンテナ指向性制御の対象端末に対しては、アンテナ12A〜12Dの指向性の全ての組み合わせで、端末に対してサウンディングを行う。サウンディングでは、既知の信号を含むパケットを端末に送信し、端末側で振幅の変動情報および位相の変動情報を算出し、算出した変動情報(ダウンリンクの伝搬路情報)を含む応答パケットをアクセスポイント11に返す。制御部101は、組み合わせ毎の変動情報に基づき、最も通信品質の高い組み合わせを選択する。制御部101は、端末に既知信号を含むパケットを送信させ、アクセスポイント側で振幅の変動情報および位相の変動情報(アップリンクの伝搬路情報)を算出してもよい。端末から受信した変動情報と自装置で算出した変動情報の両方を用いて、組み合わせを決定してもよい。アップリンク通信とダウンリンク通信とでアンテナの指向性を切り換えてもよい。制御部101は、当該端末との通信では、当該組み合わせの指向性を、アンテナ12A〜12Dに設定する。
制御部101は、フレーム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。
一例として、制御部101は、アンテナ指向性制御の対象端末に対して、アンテナ12A〜12D毎の指向性の識別情報を、記憶装置にテーブル等の形式で記憶してもよい(図9、図11参照)。また、制御部101は、図15の動作フローを行う場合に、端末が、アンテナ指向性制御の対象端末、アンテナ指向性制御の非対象端末、サウンディングベースのアンテナ指向性制御の対象端末のいずれに該当するのかの情報を、端末毎に記憶装置にテーブル等の形式で記憶してもよい。
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、送信時のデジタル領域の処理およびDA変換を行う部分と、受信時のAD変換以降の処理を行う部分とに対応し、RF集積回路は、送信時のDA変換より後の処理を行う部分と、受信時の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17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。
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、フレームまたはデータ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そのペイロードを、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、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、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、端末の能力情報として、自端末が備えるアンテナの本数、ビームフォーミングへの対応可否等の情報を送信してもよい。能力情報は、アソシエーションプロセス時に送信する他、アクセスポイントから能力情報の取得要求を受けたときに送信してもよい。
制御部201は、バッファ204を定期的に確認することで、アップリンク送信するデータが存在するか等、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ーによりバッファ204の状態を確認する。制御部201は、バッファ204にデータ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(より詳細には物理ヘッダを付加した物理パケット)を、送信部202およびアンテナ1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DA変換や、所望帯域成分を抽出するフィルタ処理、周波数変換(アップコンバート)等を行い、これらにより得られた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、ビームフォーミングでフレームを送信してもよい。
アンテナ1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、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、制御部201に出力される。制御部201では、復調、誤り訂正復号、物理ヘッダの処理が行われ、データフレーム等のフレーム(DL−MU−MIMOで受信したフレームも含む)が取得される。フレームのMACヘッダの受信先アドレス(Address1)が自端末のMACアドレスに一致すれば、当該フレームを自端末宛のフレームとして処理する。一致しなければ、当該フレームを廃棄する。
制御部201は、受信したフレームの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201は、フレームの受信完了からSIFS等の一定時間後に、送達確認応答フレームを、送信部202を介して送信する。また、制御部201は、アクセスポイント11からRTSフレームを受信した場合は、その送達確認応答フレームとして、CTSフレームを送信する。
制御部201は、アクセスポイントからサウンディング用のパケットを受信した場合は、パケットに含まれる既知信号を測定して、振幅および位相の変動情報を取得する。制御部201は、取得した変動情報を含む応答フレームをアクセスポイント11に送信する。また、制御部201は、アクセスポイントから要求された場合は、サウンディング用の既知信号を含むパケットを送信してもよい。
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11に送信した場合、送信完了からSIFS等の一定時間後、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(ACKフレームまたはBAフレーム等)を、受信部203を介して受信する。制御部201は、送達確認応答フレームに基づき、データフレーム(アグリゲーションフレームの場合は集約されている個々のデータフレーム)の送信に成功したかを判断する。
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、送信時のデジタル領域の処理およびDA変換を行う部分と、受信時のAD変換以降の処理を行う部分とに対応し、RF集積回路は、送信時のDA変換より後の処理を行う部分と、受信時の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。
なお、非アクセスポイントの端末が、アクセスポイントと同様の指向性制御可能な複数のアンテナを備え、アンテナ指向性制御(図8、図10、図12〜図14参照)を行ってもよい。
(第2の実施形態)
図18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19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、アンテナ以外は、非基地局の端末および基地局のいずれに搭載される場合にも適用可能である。ただし、アクセスポイントのアンテナは指向性制御可能であるが、端末のアンテナは指向性制御可能でなくてもよい。この違いに起因してベースバンド回路とスイッチの動作が異なる。図では、n本のアンテナが示されている。これらをまとめて参照符号247で示している。アクセスポイントの場合、nは複数であり、端末の場合、nは1以上である。アンテナが複数本の場合、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(ベースバンド回路)212に接続されてもよい。
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(アンテナ1〜n)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、端末または基地局に通知する情報、または端末または基地局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(1〜n)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、受信側のバラン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。
また、図19のモジュールがアクセスポイントの場合、スイッチ245は、ベースバンドIC211またはベースバンド回路212またはCPU215の指示信号に従って、各アンテナ1〜nの指向性を制御する。例えば各アンテナがそれぞれ複数のブランチを有し、各ブランチのインピーダンスまたは抵抗を制御することで、各アンテナの指向性を制御する。
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。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。
(第3の実施形態)
図20(A)および図20(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20(A)の無線端末はノートPC301であり、図20(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。
また、無線端末または基地局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21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(無線端末または基地局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21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4の実施形態)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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。
(第12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。
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。
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。
[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。
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22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。