JP2018074179A - 無線受信装置、無線送信装置、通信方法および通信システム - Google Patents
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Abstract
【課題】OFDMA伝送を行なう無線送信装置がOFDMA伝送に参加させる無線受信装置を高効率に判断可能とする、無線送信装置、無線受信装置、無線通信システムおよび通信方法を提供する。【解決手段】本発明の通信システムは、マルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを生成し、前記機能情報フレームを送信する送信部を備えた無線送信装置と、前記機能情報フレームを受信する受信部と、自装置が前記マルチユーザ伝送に参加する機能を備えることを示す機能応答情報を含む機能情報応答フレームを生成し、前記機能情報応答フレームを送信する送信部を備える無線受信装置を備える。【選択図】図4
Description
本発明は、無線受信装置、無線送信装置、通信方法および通信システムに関する。
広く実用化されている無線LAN(Local area network)規格であるIEEE802.11nの発展規格として、IEEE802.11ac規格がIEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)により策定された。現在、IEEE802.11n/acの後継規格として、IEEE802.11axの標準化活動が行われている。現在の無線LANシステムでは、面積当たりの端末数の増加による干渉が大きな問題となりつつあり、IEEE802.11ax規格では、そのような過密環境を考慮する必要がある。一方で、IEEE802.11ax規格では、これまでの無線LAN規格とは異なり、ピークスループットの改善だけではなく、ユーザスループットの改善が主な要求条件として挙げられている。ユーザスループットの改善には、高効率な同時多重伝送方式(アクセス方式)の導入が不可欠である。
IEEE802.11nまでの規格では、アクセス方式としてCSMA/CA(Carrier sense multiple access with collision avoidance)と呼ばれる自律分散制御方式のアクセス方式が採用されていた。IEEE802.11acでは、新たにマルチユーザ多重入力多重出力(Multi-user multiple-input multiple-output:MU−MIMO)技術による空間分割多重アクセス(Space division multiple access:SDMA)が追加された。
IEEE802.11ax規格においては、ユーザスループットの改善に向けて、更なるアクセス方式の改善が求められている。高効率なアクセス方式として直交周波数分割多元接続(Orthogonal Frequency Division Multiple Access:OFDMA)がある。OFDMAは、直交する多数のサブキャリアを信号周期の逆数の間隔で密に配置することで周波数利用効率を高められる直交周波数分割多重(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:OFDM)の特徴を生かして、マルチパス環境下での無線受信装置毎に異なる受信特性に応じて、各無線受信装置に特性の良い任意の数のサブキャリア(若しくは連続するサブキャリアの組からなる周波数バンド)を割り当てることにより、さらに実質的な周波数利用効率を高める方式である。IEEE802.11ax規格に対して、OFDMAを導入することによりユーザスループットが改善されることが期待されている(非特許文献1)。
無線送信装置が各無線受信装置宛てのデータ信号を、好適なサブキャリアに配置するためには、無線送信装置は、各無線受信装置との間の受信特性を高精度に取得する必要がある。例えば、IEEE802.11規格では、無線送信装置が、無線受信装置に対して、自装置の受信特性の測定と、該測定結果の報告を要求する無線測定手続き(Radio measurement procedures)が仕様化されている。無線送信装置は無線測定手続きを各無線受信装置との間で行なうことで、各無線受信装置の受信特性を把握することができる。しかし、該無線測定手続きは、CSMA/CAの仕組みで行われなければならない。よって、無線送信装置が複数の無線受信装置との間でOFDMA伝送を行なう場合、該無線測定手続きのために、多くの無線リソースを割いてしまい、結果として、OFDMA伝送のスループットの改善に限界を与えてしまう。
IEEE 11−13/1395r2、"Simultaneous transmission technologies for HEW、" 2013年11月
無線送信装置が各無線受信装置宛てのデータ信号を、好適なサブキャリアに配置するためには、無線送信装置は、各無線受信装置の受信特性を正しく把握する必要がある。しかし、CSMA/CAを前提とする通信システムでは、該受信特性を正しく把握するために、多くの無線リソースが必要とされてしまうため、OFDMA伝送のスループットの改善に限界を与えてしまう。
本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、OFDMA伝送を行なう無線送信装置がOFDMA伝送に参加させる無線受信装置を高効率に判断可能とする、無線送信装置、無線受信装置、無線通信システムおよび通信方法を提供することにある。
上述した課題を解決するための本発明に係る無線送信装置、無線受信装置、通信システム、および通信方法は、次の通りである。
(1)すなわち、本発明の無線送信装置は、複数の無線受信装置との間でマルチユーザ伝送を行なう無線送信装置であって、前記マルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを生成する機能と、前記機能情報フレームを送信する機能を備える送信部を備える。
(2)また、本発明の無線送信装置は、前記無線受信装置より送信される、前記マルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能応答情報を含む機能情報応答フレームを受信する機能を備える受信部を備える、上記(1)に記載の無線送信装置である。
(3)また、本発明の無線送信装置は、前記機能応答情報に基づいて、前記マルチユーザ伝送に参加させる前記無線受信装置の組み合わせを決定する、上記(2)に記載の無線送信装置である。
(4)また、本発明の無線送信装置は、前記送信部は、リソース確保フレームを送信する機能と、前記無線受信装置が送信する前記リソース確保フレームに対応するリソース確保応答フレームに、前記無線受信装置が与える巡回シフト量を示す情報含んだ信号フレームを送信する機能と、を備え、前記リソース確保応答フレームを受信する機能を備える受信部を備える、上記(1)に記載の無線送信装置である。
(5)また、本発明の無線受信装置は、複数の無線受信装置との間でマルチユーザ伝送を行なう無線送信装置と通信を行なう無線受信装置であって、前記無線送信装置がマルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを受信する機能を備える受信部と、自装置が前記マルチユーザ伝送に参加する機能を備えることを示す機能応答情報を含む機能情報応答フレームを生成する機能と、前記機能情報応答フレームを送信する機能を備える送信部を備える無線受信装置である。
(6)また、本発明の無線受信装置は、前記受信部は、前記無線送信装置より送信されるリソース確保フレームを受信する機能を備え、前記送信部は、前記リソース確保フレームに対応するリソース確保応答フレームを生成する機能と、前記リソース確保応答フレームに、巡回シフトを与える機能を備える、上記(5)に記載の無線受信装置である。
(7)また、本発明の無線受信装置は、前記送信部は、前記リソース確保フレームを、第1の無線リソースと、第2の無線リソースに送信する機能を備え、前記第1の無線リソースで送信する前記リソース確保フレームに与える位相シフトの巡回シフト量と、前記第2の無線リソースで送信する前記リソース確保フレームに耐える位相シフトの巡回シフト量が異なる上記(6)に記載の無線受信装置である。
(8)また、本発明の無線受信装置は、前記送信部が、前記リソース確保応答フレームに与える巡回シフトの巡回シフト量は、前記無線送信装置よりシグナリングされる、上記(6)または上記(7)に記載の無線受信装置である。
(9)また、本発明の通信方法は、複数の無線受信装置との間でマルチユーザ伝送を行なう無線送信装置の通信方法であって、 前記マルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを生成するステップと、前記機能情報フレームを送信するステップと、を備える。
(10)また、本発明の通信方法は、複数の無線受信装置との間でマルチユーザ伝送を行なう無線送信装置と通信を行なう無線受信装置の通信方法であって 前記無線送信装置がマルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを受信するステップと、自装置が前記マルチユーザ伝送に参加する機能を備えることを示す機能応答情報を含む機能情報応答フレームを生成するステップと、前記機能情報応答フレームを送信するステップと、備える通信方法である
(11)また、本発明の通信システムは、無線送信装置と複数の無線受信装置を備える通信システムであって、前記無線送信装置は、前記マルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを生成する機能と、前記機能情報フレームを送信する機能を備える送信部を備え、前記無線受信装置は、前記機能情報フレームを受信する機能を備える受信部と、自装置が前記マルチユーザ伝送に参加する機能を備えることを示す機能応答情報を含む機能情報応答フレームを生成する機能と、前記機能情報応答フレームを送信する機能を備える送信部と、を備える通信システムである。
本発明によれば、OFDMA伝送を行なう無線送信装置がOFDMA伝送に参加させる無線受信装置を高効率に判断可能となるから、OFDMA伝送に係るオーバーヘッドが大幅に削減可能となり、しいては、ユーザスループットを大幅に改善することが可能となる。
[1.第1の実施形態]
本実施形態における通信システムは、無線送信装置(アクセスポイント、Access point(AP))、および複数の無線受信装置(ステーション、Station(STA))を備える。また、APとSTAとで構成されるネットワークを基本サービスセット(Basic service set:BSS)と呼ぶ。
本実施形態における通信システムは、無線送信装置(アクセスポイント、Access point(AP))、および複数の無線受信装置(ステーション、Station(STA))を備える。また、APとSTAとで構成されるネットワークを基本サービスセット(Basic service set:BSS)と呼ぶ。
BSS内のAPおよびSTAは、それぞれCSMA/CA(Carrier sense multiple access with collision avoidance)に基づいて、通信を行なうものとする。本実施形態においては、APが複数のSTAと通信を行なうインフラストラクチャモードを対象とするが、本実施形態の方法は、STA同士が通信を直接行なうアドホックモードでも実施可能である。
IEEE802.11システムでは、各装置は、共通のフレームフォーマットを持った複数のフレームタイプの送信フレームを送信することが可能である。送信フレームは、物理(Physical:PHY)層、媒体アクセス制御(Medium access control:MAC)層、論理リンク制御(Logical Link Control:LLC)層でそれぞれ定義されている。
PHY層の送信フレームは、物理プロトコルデータユニット(PHY protocol data unit:PPDU)と呼ばれる。PPDUは、物理層での信号処理を行なうためのヘッダ情報等が含まれる物理層ヘッダ(PHYヘッダ)と、物理層で処理されるデータユニットである物理サービスデータユニット(PHY service data unit:PSDU)等から構成される。PSDUは無線区間における再送単位となるMACプロトコルデータユニット(MAC protocol data unit:MPDU)が複数集約された集約MPDU(Aggregated MPDU:A−MPDU)で構成されることが可能である。
PHYヘッダには、信号の検出・同期等に用いられるショートトレーニングフィールド(Short training field:STF)、データ復調のためのチャネル情報を取得するために用いられるロングトレーニングフィールド(Long training field:LTF)などの参照信号と、データ復調のための制御情報が含まれているシグナル(Signal:SIG)などの制御信号が含まれる。また、STFは、対応する規格に応じて、レガシーSTF(Legacy-STF:L−STF)や、高スループットSTF(High throughput-STF:HT−STF)や、超高スループットSTF(Very high throughput-STF:VHT−STF)等に分類され、LTFやSIGも同様にL−LTF、HT−LTF、VHT−LTF、L−SIG、HT−SIG、VHT−SIGに分類される。VHT−SIGは更にVHT−SIG−AとVHT−SIG−Bに分類される。
PPDUは対応する規格に応じて変調される。例えば、IEEE802.11n規格であれば、直交周波数分割多重(Orthogonal frequency division multiplexing:OFDM)信号に変調される。
MPDUはMAC層での信号処理を行なうためのヘッダ情報等が含まれるMAC層ヘッダ(MAC header)と、MAC層で処理されるデータユニットであるMACサービスデータユニット(MAC service data unit:MSDU)もしくはフレームボディ、ならびにフレームに誤りがないかをどうかをチェックするフレーム検査部(Frame check sequence:FCS)で構成されている。また、複数のMSDUは集約MSDU(Aggregated MSDU:A−MSDU)として集約されることも可能である。
MAC層の送信フレームのフレームタイプは、装置間の接続状態などを管理するマネージメントフレーム、装置間の通信状態を管理するコントロールフレーム、および実際の送信データを含むデータフレームの3つに大きく分類され、それぞれは更に複数種類のサブフレームタイプに分類される。コントロールフレームには、受信完了通知(Acknowledge:ACK)フレーム、送信要求(Request to send:RTS)フレーム、受信準備完了(Clear to send:CTS)フレーム等が含まれる。マネージメントフレームには、ビーコン(Beacon)フレーム、プローブ要求(Probe request)フレーム、プローブ応答(Probe response)フレーム、認証(Authentication)フレーム、接続要求(Association request)フレーム、接続応答(Association response)フレーム等が含まれる。データフレームには、データ(Data)フレーム、ポーリング(CF-poll)フレーム等が含まれる。各装置は、MACヘッダに含まれるフレームコントロールフィールドの内容を読み取ることで、受信したフレームのフレームタイプおよびサブフレームタイプを把握することができる。
ビーコンフレームには、ビーコンが送信される周期(Beacon interval)やAPを識別する情報(Service set identifier(SSID)等)を記載するフィールド(Field)が含まれる。APは、ビーコンフレームを周期的にBSS内に報知することが可能であり、STAはビーコンフレームを受信することで、STA周辺のAPを把握することが可能である。STAがAPより報知される信号に基づいてAPを把握することを受動的スキャニング(Passive scanning)と呼ぶ。一方、STAがプローブ要求フレームをBSS内に報知することで、APを探査することを能動的スキャニング(Active scanning)と呼ぶ。APは該プローブ要求フレームへの応答としてプローブ応答フレームを送信することが可能であり、該プローブ応答フレームの記載内容は、ビーコンフレームと同等である。
STAはAPを認識したあとに、該APに対して接続処理を行なう。接続処理は認証(Authentication)手続きと接続(Association)手続きに分類される。STAは接続を希望するAPに対して、認証フレームを送信する。APは、認証フレームを受信すると、該STAに対する認証の可否などを示すステータスコードを含んだ認証フレームを該STAに送信する。STAは、該認証フレームに記載されたステータスコードを読み取ることで、自装置が該APに認証を許可されたか否かを判断することができる。なお、APとSTAは認証フレームを複数回やり取りすることが可能である。
STAは認証手続きに続いて、APに対して接続手続きを行なうために、接続要求フレームを送信する。APは接続要求フレームを受信すると、該STAの接続を許可するか否かを判断し、その旨を通知するために、接続応答フレームを送信する。接続応答フレームには、接続処理の可否を示すステータスコードに加えて、STAを識別するためのアソシエーション識別番号(Association identifier:AID)が記載されている。APは接続許可を出したSTAにそれぞれ異なるAIDを設定することで、複数のSTAを管理することが可能となる。
接続処理が行われたのち、APとSTAは実際のデータ伝送を行なう。IEEE802.11システムでは、分散制御機構(Distributed Coodination Function:DCF)と集中制御機構(Point Coodination Function:PCF)、およびこれらが拡張された機構(ハイブリッド制御機構(Hybrid coordination function:HCF)等が定義されている。以下では、APがSTAにDCFで信号を送信する場合を例にとって説明する。
DCFでは、APおよびSTAは、通信に先立ち、自装置周辺の無線チャネルの使用状況を確認するキャリアセンス(Carrier sense:CS)を行なう。例えば、送信局であるAPは予め定められたクリアチャネル評価レベル(Clear channel assessment level:CCAレベル)よりも高い信号を該無線チャネルで受信した場合、該APは受信動作に入るため、該無線チャネルでの送信フレームの送信を延期する。以下では、該無線チャネルにおいて、CCAレベル以上の信号が検出される状態をビジー(Busy)状態、CCAレベル以上の信号が検出されない状態をアイドル(Idle)状態と呼ぶ。このように、各装置が実際に受信した信号の電力に基づいて行なうCSを物理キャリアセンス(物理CS)と呼ぶ。なおCCAレベルをキャリアセンスレベル(CS level)、もしくはCCA閾値(CCA threshold:CCAT)とも呼ぶ。なお、APおよびSTAは、CCAレベル以上の信号を検出した場合は、少なくともPHY層の信号を復調する動作に入る。
APは送信する送信フレームに種類に応じたフレーム間隔(Inter frame space:IFS)だけキャリアセンスを行ない、無線チャネルがビジー状態かアイドル状態かを判断する。APがキャリアセンスする期間は、これからAPが送信する送信フレームのフレームタイプおよびサブフレームタイプによって異なる。IEEE802.11システムでは、期間の異なる複数のIFSが定義されており、最も高い優先度が与えられた送信フレームに用いられる短フレーム間隔(Short IFS:SIFS)、優先度が比較的高い送信フレームに用いられるポーリング用フレーム間隔(PCF IFS:PIFS)、最も優先度の低い送信フレームに用いられる分散制御用フレーム間隔(DCF IFS:DIFS)などがある。APがDCFでデータフレームを送信する場合、APはDIFSを用いる。
APはDIFSだけ待機したあとで、フレームの衝突を防ぐためのランダムバックオフ時間だけ更に待機する。IEEE802.11システムにおいては、コンテンションウィンドウ(Contention window:CW)と呼ばれるランダムバックオフ時間が用いられる。CSMA/CAでは、ある送信局が送信した送信フレームは、他送信局からの干渉が無い状態で受信局に受信されることを前提としている。そのため、送信局同士が同じタイミングで送信フレームを送信してしまうと、フレーム同士が衝突してしまい、受信局は正しく受信することができない。そこで、各送信局が送信開始前に、ランダムに設定される時間だけ待機することで、フレームの衝突が回避される。APはキャリアセンスによって無線チャネルがアイドル状態であると判断すると、CWのカウントダウンを開始し、CWが0となって初めて送信権を獲得し、STAにデータフレームを送信できる。なお、CWのカウントダウン中にAPがキャリアセンスによって無線チャネルをビジー状態と判断した場合は、CWのカウントダウンを停止する。そして、無線チャネルがアイドル状態となった場合、先のIFSに続いて、APは残留するCWのカウントダウンを再開する。
受信局であるSTAは、送信フレームを受信し、該送信フレームのPHYヘッダを読み取り、受信した送信フレームを復調する。そして、STAは復調した信号のMACヘッダを読み取ることで、該送信フレームが自装置宛てのものか否かを認識することができる。なお、STAは、PHYヘッダに記載の情報(例えばVHT-SIG-Aの記載されるグループ識別番号(Group identifier:Group ID))に基づいて、該送信フレームの宛先を判断することも可能である。
STAは、受信した送信フレームが自装置宛てのものと判断し、そして誤りなく送信フレームを復調できた場合、フレームを正しく受信できたことを示すACKフレームを送信局であるAPに送信しなければならない。ACKフレームは、SIFS期間の待機だけ(ランダムバックオフ時間は取られない)で送信される最も優先度の高い送信フレームの一つである。APはSTAから送信されるACKフレームの受信をもって、一連の通信を終了する。なお、STAがフレームを正しく受信できなかった場合、STAはACKを送信しない。よってAPは、フレーム送信後、一定期間(SIFS+ACKフレーム長)の間、受信局からのACKフレームを受信しなかった場合、通信は失敗したものとして、通信を終了する。このように、IEEE802.11システムの1回の通信(バーストとも呼ぶ)の終了は、ビーコンフレームなどの報知信号の送信の場合や、送信データを分割するフラグメンテーションが用いられる場合などの特別な場合を除き、必ずACKフレームの受信の有無で判断されることになる。
STAは、受信した送信フレームが自装置宛てのものではないと判断した場合、PHYヘッダ等に記載されている該送信フレームの長さ(Length)に基づいて、ネットワークアロケーションベクタ(Network allocation vector:NAV)を設定する。STAは、NAVに設定された期間は通信を試行しない。つまり、STAは物理CSによって無線チャネルがビジー状態と判断した場合と同じ動作をNAVに設定された期間行なうことになるから、NAVによる通信制御は仮想キャリアセンス(仮想CS)とも呼ばれる。NAVは、PHYヘッダに記載の情報に基づいて設定される場合に加えて、隠れ端末問題を解消するために導入される送信要求(Request to send:RTS)フレームや、受信準備完了(Clear to send:CTS)フレームによっても設定される。RTSフレームおよびCTSフレームのMAC層のフレームは、該フレームの宛先を示す受信機アドレスフィールドと、NAVの期間を示すデュレーションフィールドを備える。RTSフレームや、CTSフレームを送信する端末装置は、これから無線リソースを占有する期間を、該デュレーションフィールドに記載することが出来る。RTSフレームを受信した端末装置は、該RTSフレームが自装置宛てで無かった場合、デュレーションフィールドに記載の長さだけNAVを設定する。一方、該RTSフレームが自装置宛てであった場合、該RTSフレームを受信した後、SIFS後に、該RTSフレームに記載のデュレーションフィールドの値より、RTSフレームを送信した端末装置が、該無線リソースを占有する期間を推定し、その値をデュレーションフィールドに書き込んだCTSフレームを送信する。
各装置がキャリアセンスを行ない、自律的に送信権を獲得するDCFに対して、PCFは、ポイントコーディネータ(Point coordinator:PC)と呼ばれる制御局が、BSS内の各装置の送信権を制御する。一般にAPがPCとなり、BSS内のSTAの送信権を獲得することになる。
PCFによる通信期間には、非競合期間(Contention free period:CFP)と競合期間(Contention period:CP)が含まれる。CPの間は、前述してきたDCFに基づいて通信が行われ、PCが送信権を制御するのはCFPの間となる。PCであるAPは、CFPの期間(CFP Max duration)などが記載されたビーコンフレームをPCFの通信に先立ちBSS内に報知する。なお、PCFの送信開始時に報知されるビーコンフレームの送信にはPIFSが用いられ、CWを待たずに送信される。該ビーコンフレームを受信したSTAは、該ビーコンフレームに記載されたCFPの期間をNAVに設定する。以降、NAVが経過する、もしくはCFPの終了をBSS内に報知する信号(例えばCF-endを含んだデータフレーム)が受信されるまでは、STAはPCより送信される送信権獲得をシグナリングする信号(例えばCF-pollを含んだデータフレーム)を受信した場合のみ、送信権を獲得可能である。なお、CFPの期間内では、同一BSS内でのパケットの衝突は発生しないから、各STAはDCFで用いられるランダムバックオフ時間を取らない。
本実施形態に係る通信システムが備えるAPおよびSTAは、以上説明してきたCSMA/CAに基づいた一連の通信を行なう機能を備えているものとするが、必ずしもすべての機能を備えている必要はない。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る通信システムの下り回線(ダウンリンク)の一例を示す概略図である。図1の通信システムでは、AP1が存在し、1aは、AP1が管理可能な範囲(カバレッジ範囲、Basic service set(BSS))を示す。BSS1aにはAP1と接続するSTA2−1〜4と、既存の端末装置(従来の端末装置、レガシー端末装置)であるSTA3−1〜4が存在する。以下では、STA2−1〜4を単にSTA2または第1の無線受信装置とも呼称する。同様に、STA3−1〜4を単にSTA3または第2の無線受信装置とも呼称する。AP1、STA2、およびSTA3は、それぞれ対応可能な規格が異なる。例えば、AP1およびSTA2は、本発明を適用可能な装置であり、STA3は本発明が適用されない装置である。なお、STA3は必ずしもAP1と接続している必要はなく、他のAPと接続していても構わない。また、BSS1aの周辺に、BSS1aが用いる周波数の少なくとも一部を用いる他のBSS(Overlapping BSS:OBSS)が存在していても構わない。
AP1、STA2、およびSTA3は、それぞれCSMA/CAに基づいて、通信を行なうものとする。本実施形態においては、各STA2およびSTA3がAP1と通信を行なうインフラストラクチャモードを対象とするが、本実施形態の方法は、STA同士が通信を直接行なうアドホックモードでも実施可能である。
本実施形態においては、AP1はSTA2−1〜4に対して、各STA2宛てのパケットを同時伝送するマルチユーザ伝送を行なう。以下では、マルチユーザ伝送は、直交周波数分割多重アクセス(Orthogonal frequency Division Multiple Access:OFDMA)であるものとして説明を行なう。なお、AP1は複数の空間リソースを用いた、空間分割多重アクセス(Space Division Multiple Access:SDMA)によって、マルチユーザ伝送を実現しても構わない。
今、BSS1aでは、少なくとも4つの周波数チャネル(Channel:ch)が利用可能であるものとし、それぞれ20MHzの帯域であるものとする。AP1は、この4つのチャネルを用いて、OFDMA伝送を行なうものとする。なお、AP1は20MHzのチャネルを、さらに複数のサブチャネルに分割し、該サブチャネルを複数の周波数チャネルとみなして、OFDMA伝送を行なうことも可能である。なお、AP1がOFDMA伝送に用いるチャネルおよびサブチャネル数は4つに限られず、任意のチャネル数でもよい。また、AP1がOFDMA伝送に用いる周波数チャネルは、必ずしも連続していなくてもよい。
以下では、AP1がSTA2をOFDMA伝送に参加させるということは、AP1が、STA2宛ての信号フレームをOFDMA伝送によって送信可能であることを指す。また、STA2がOFDMA伝送に参加するということは、STA2が、AP1よりOFDMA伝送によって送信された自装置宛ての信号フレームを受信可能であることを指す。
図2は、本発明の第1の実施形態に係るAP1の構成の一例を示すブロック図である。図3に示す通り、AP1は、上位層部101と、制御部102と、送信部103と、受信部104と、アンテナ105と、を備える。
上位層部101は、媒体アクセス制御(MAC;Medium Access Control)層等の処理を行う。また、上位層部101は、送信部103と、受信部104の制御を行なうための情報を生成し、制御部102に出力する。制御部102は、上位層部101と送信部103と受信部104を制御する。
送信部103は、更に物理チャネル信号生成部1031と、フレーム構成部1032と、制御信号生成部1033と、無線送信部1034を備える。物理チャネル信号生成部1031は、AP1が各STAに送信するベースバンド信号を生成する。物理チャネル信号生成部1031が生成する信号は、各STAがチャネル推定に用いるTF(Training field)や、MSDU(MAC service data unit)で送信されるデータが含まれる。なお、図1においてSTA数を8としたため、STA2−1〜4およびSTA3−1〜4に送信するベースバンド信号を生成する例を示すが、本実施形態はこれに限定されない。
フレーム構成部1032は、物理チャネル信号生成部1031が生成する信号と、制御信号生成部1033が生成する信号とを多重し、実際にAP1が送信するベースバンド信号の送信フレームを構成する。
図3は、本実施形態に係るフレーム構成部1032が生成する送信フレームの物理層の一例を示す概略図である。送信フレームは、L−STF、L−LTF、VHT−STF、VHT−LTF等の参照信号を含む。また送信フレームは、L−SIG、VHT−SIG−A、VHT−SIG−B等の制御情報を含む。また送信フレームは、Data部分を含む。フレーム構成部1032が生成する送信フレームの構成は、図3に限るものではなく、他の制御情報(例えば、HT-SIG)や参照信号(例えば、HT-LTF)等を含んでも良い。また、フレーム構成部1032が生成する送信フレームはL−STFやVHT−SIG−Aなどの信号をすべて含む必要もない。なお、L−SIGやL−STFなどが含む情報は、AP1やSTA2がData部分を復調するために必要となる情報であるから、以下ではデータ部分を除くフレームを物理層ヘッダ(PHYヘッダ)とも記載する。
フレーム構成部1032が生成する送信フレームは、いくつかのフレームタイプに分類される。例えば、フレーム構成部1032は、装置間の接続状態などを管理するマネージメントフレーム、装置間の通信状態を管理するコントロールフレーム、および実際の送信データを含むデータフレームの三つのフレームタイプの送信フレームを生成することができる。フレーム構成部1032は、生成する送信フレームが属するフレームタイプを示す情報を、Data部分で送信する媒体アクセス制御層ヘッダ(MACヘッダ)に含めることができる。
無線送信部1034は、フレーム構成部1032が生成するベースバンド信号を無線周波数(Radio frequency(RF))帯の信号に変換する処理を行なう。無線送信部1034が行なう処理には、デジタル・アナログ変換、フィルタリング、ベースバンド帯からRF帯への周波数変換等が含まれる。
アンテナ105は、送信部103が生成した信号を、各STAに対して送信する。
AP1は、各STAから送信された信号を受信する機能も備える。アンテナ105は、各STAから送信された信号を受信し、受信部104に出力する。
受信部104は、物理チャネル信号復調部1041と無線受信部1042を備える。無線受信部1042は、アンテナ105から入力されたRF帯の信号をベースバンド帯の信号に変換する。無線受信部1042が行なう処理には、RF帯からベースバンド帯への周波数変換、フィルタリング、アナログ・デジタル変換等が含まれる。また、受信部104が行なう処理には、特定の周波数バンドにおいて周辺の干渉を測定し、該周波数バンドを確保する(キャリアセンス)機能が含まれていても良い。
物理チャネル信号復調部1041は、無線受信部1042が出力するベースバンド帯の信号を復調する。物理チャネル信号復調部1041が復調する信号は、STA2およびSTA3が上り回線(上りリンク)で送信する信号であり、そのフレーム構成は、フレーム構成部1032が生成するデータフレームと同様である。よって、物理チャネル信号復調部1041は、データフレームの制御チャネルで送信される制御情報に基づいて、データチャネルより上りリンクデータを復調することができる。また、物理チャネル信号復調部1041には、キャリアセンス機能が含まれていても良い。なお、受信部104は、該周波数バンドにおける信号電力を、制御部102を介して上位層部101に入力し、上位層部101がキャリアセンスに関連する処理を行なっても良い。
図4は、本実施形態に係るAP1の信号処理の流れを示すフローチャートである。以下では、図2および図4を参照しながら、AP1の動作について説明する。
AP1は、OFDMA伝送を開始するに先立ち、自身がOFDMA伝送を行なう機能を有することを示す機能情報(Capability情報)を、BSS1a内に通知(報知、シグナリング)することができる。初めに、AP1の上位層部101は、自装置の機能、自装置の消費電力、自装置に蓄積されたBSS1aに属する各STAへのトラフィック量等に応じて、自装置がOFDMA伝送を行なうか否かを判断する(ステップS401)。OFDMA伝送を行なわない場合(ステップS401/N)、AP1は以下に説明する動作は行わない(ステップS402−2)。なお、AP1はステップS401/Nに続いて、従来のCSMA/CAに基づいた動作を行なってもよい。
AP1がOFDMA伝送を行なう場合(ステップS402−1)、次いで、送信部103は、上位層部101の判断に基づいて、自装置がOFDMA伝送を行なう機能を有することを示す機能情報(第1の機能情報、もしくはOFDMA機能情報とも呼ぶ)を、BSS1a内に通知するための信号フレームを生成する(ステップS402)。以下では、該機能情報を含んだ信号フレームを、機能情報フレーム(第1の機能情報フレーム、もしくはOFDMA機能情報フレームとも呼ぶ)と呼ぶこととする。送信部103は、例えば、ビーコンフレームに第1の機能情報を示す1ビットの機能情報フィールド(第1の機能情報フィールド、またはOFDMAフィールドとも呼ぶ)を含めることができる。例えば、AP1がOFDMA伝送を行なう機能を有する場合、送信部103は該ビーコンフレームの該OFDMAフィールドに“1”を記載したビーコンフレームを生成すれば良い。一方、AP1がOFDMA伝送を行なう機能を有しない、またはAP1がOFDMA伝送を行なわない場合、送信部103は該ビーコンフレームの該OFDMAフィールドに“0”を記載したビーコンフレームを生成すれば良い。同様に、送信部103は、該OFDMAフィールドを他のマネージメントフレーム(例えばプローブ応答フレーム)に含めることができる。
AP1は、自装置が送信した機能情報を含んだ信号フレームに対する機能応答情報を含む機能情報応答フレーム(説明は後述)の送信を、BSS1a内の各STA2に期待することができる。送信部103は、ビーコンフレームに、該OFDMAフィールドへの応答を許可する期間(応答許可期間)を示す応答許可期間フィールドを含めることができる。AP1は、該応答許可期間内に受信した機能情報応答フレームを送信したSTA2についてのみ、OFDMA伝送にて、データ信号を送信することができる。このように制御することで、AP1はOFDMA伝送に参加させるSTA2を容易に選択することが可能となる。
送信部103は、ビーコンフレームや、プローブ応答フレーム等のマネージメントフレーム以外の信号フレームに、第1の機能情報を記載することもできる。例えば、送信部103はヌルデータパケットアナウンスメント(Null Data Packet Announcement:NDPA)フレームのような、既存のコントロールフレームに、該機能情報や該応答許可期間を追記して、STA2に対して送信することができる。送信部103は、該機能情報を記載した信号フレームに各STA2の個別アドレスを記載しても良いし、複数の個別アドレスを記載しても良いし、グループアドレスを記載しても良い。
次いで、送信部103は該機能情報を含んだ信号フレームを、アンテナ105を介して送信する(ステップS403)。なお、送信部103は、該機能情報を含んだ信号フレームをDCFに基づいて送信することができる。
次いで、受信部104は、BSS1a内の各STA2から送信される該機能応答情報を含んだ機能情報応答フレーム(第1の機能情報応答フレーム、OFDMA機能情報応答フレームとも呼ぶ)を受信するための受信動作に入る(ステップS404)。受信部104は、該機能情報を含んだ信号フレームを送信部103が送信したあとに、常に受信動作に入っても良いし、周期的に受信動作に入っても良い。また、送信部103が送信した該機能情報を含んだ信号フレームに応答許可期間が含まれていた場合、受信部104は、該応答許可期間の間だけ受信動作に入ってもよい。そして、受信部104は、受信した機能情報応答フレームに関する情報を上位層部101に通知し、上位層部101は、該機能情報応答フレームに関する情報に基づいて、OFDMA伝送に参加させるSTA2を決定する(ステップS405)。
機能情報応答フレームには、機能情報フレームを受信したSTA2がOFDMA伝送に対応しているか否かを示す情報が含まれている。例えば、機能情報応答フレームには、自装置がOFDMA伝送に対応しているか否かを示す1ビットの機能対応フィールド(例えば、OFDMA Capabilityフィールド)が備えられている。AP1は、該機能情報応答フレームの機能対応フィールドの記載が‘1’の場合、AP1は該機能情報応答フレームを送信したSTA2を、OFDMA伝送に参加させることができる。一方で、該機能情報応答フレームの機能対応フィールドの記載が‘0’の場合、AP1は該機能情報応答フレームを送信したSTA2を、OFDMA伝送に参加させない。
また、機能情報応答フレームには、自装置がOFDMA伝送への参加を拒絶するか否かを示す1ビットの拒絶フィールド(例えば、OFDMA Refuseフィールド)が備えられていても良い。STA2は、自装置がOFDMA伝送への参加を拒絶する場合、AP1に対して、該拒絶フィールドに‘1’を記載して送信することができる。AP1は、該拒絶フィールドに‘1’を記載して送信したSTA2をOFDMA伝送に参加させないように制御することができる。
また、機能情報応答フレームには、自装置がOFDMA伝送に対応していないことを示す機能外フィールド(例えばOFDMA Incapabilityフィールド)が備えられていても良い。STA2は、自装置がOFDMA伝送に対応するための機能を備えていない場合、AP1に対して、該機能外フィールドに‘1’を記載して送信することができる。AP1は、該機能外フィールドに‘1’を記載して送信したSTA2をOFDMA伝送に参加させないように制御することができる。
また、AP1が該機能情報をビーコンフレームや、プローブ応答フレームに含めて送信した場合、STA2は、機能情報応答フレームとして、認証フレーム、接続要求フレーム、再接続要求フレーム等の、接続処理に関するマネージメントフレームを用いることができる。例えば、STA2は、接続要求フレームに機能対応フィールドを含めて、AP1に送信することができる。AP1は、STA2から送信される接続要求フレームの機能対応フィールドの値を読み取り、もし機能対応フィールドに‘1’が記載されていれば、該STA2の接続を許可することができるし、さもなければ(すなわち、機能対応フィールドに‘0’が記載されている)、AP1は該STA2の接続を拒否することができる。
また、AP1は該機能情報をリソース確保フレームに含めて送信することができる。ここで、リソース確保フレームは、AP1(またはSTA2)が、所定の信号フレームを送信するのに用いる無線リソースを確保するために、該所定の信号フレームの送信に先立って、AP1(またはSTA2)が送信する信号フレームである。この場合、該機能情報を含んだリソース確保フレームを受信したSTA2は、自装置がOFDMA伝送に対応しているのであれば、該リソース確保フレームに対応するCTS等のリソース確保応答フレームを送信することが出来る。一方で、自装置がOFDMA伝送に対応していない、もしくはOFDMA伝送で送信される信号フレームの受信を拒絶するSTA2は、該リソース確保フレームに対応するリソース確保応答フレームを送信しないことができる。AP1は、該機能情報を含んだリソース確保フレームに対して、リソース確保応答フレームを送信したSTA2を、OFDMA伝送に参加させることができる。
なお、AP1は該機能情報を含んだリソース確保フレームを、IEEE802.11規格で仕様化されているRTSのフレームフォーマットに従って生成することができる。例えばAP1は、STA2との間で、該機能情報を示す情報を記載するフィールド(例えば受信機アドレスフィールド(RA))と、該機能情報を示す情報を、予め共有しておくことができる。例えば、AP1はRTSフレームのRAに自装置のアドレスを記載した場合、該RTSフレームは該機能情報を示すフレームとすることができる。
図5は、本実施形態に係るSTA2の一構成例を示すブロック図である。図5に示すように、STA2は、上位層部201と、制御部202と、送信部203と、受信部204と、アンテナ205を備える。
上位層部201は、MAC層等の処理を行う。また、上位層部201は、送信部203と、受信部204の制御を行なうための情報を生成し、制御部202に出力する。
アンテナ205は、AP1が送信した信号を受信し、受信部204に出力する。
受信部204は、物理チャネル信号復調部2041と制御情報モニタリング部2042と無線受信部2043を備える。無線受信部2043は、アンテナ205から入力されたRF帯の信号をベースバンド帯の信号に変換する。無線受信部2043が行なう処理には、RF帯からベースバンド帯への周波数変換、フィルタリング、アナログ・デジタル変換等が含まれる。
制御情報モニタリング部2042は、無線受信部2043が出力するベースバンド帯の信号からAP1が送信する送信フレームのPHYヘッダ(例えばL-SIGやVHT-SIG-A)に記載されている情報を読み取り、物理チャネル信号復調部2041に入力する。
物理チャネル信号復調部2041は、制御情報モニタリング部2042が取得した制御情報に基づいて、AP1が送信した送信フレームを復調し、復調結果を、制御部202を介して、上位層部201に入力する。
上位層部201は、物理チャネル信号復調部2041が復調したデータを、MAC層、LLC(Logical Link Control)層およびトランスポート層で、それぞれ解釈する。上位層部201のMAC層の処理として、AP1が送信した送信フレームから、様々な情報を取得できる。例えば、上位層部201はAP1が送信した送信フレームが、ビーコンフレームであると解釈した場合、該ビーコンフレームに記載されているAP1の機能(Capability)を示す情報等を取得することが可能である。
受信部204が行なう処理には、特定の周波数バンドにおいて周辺の干渉を測定(キャリアセンス)し、該周波数バンドを確保する機能が含まれていても良い。
STA2は、信号を送信する機能も備える。アンテナ205は、送信部203が生成したRF帯の信号を、AP1に対して送信する。
送信部203は、物理チャネル信号生成部2031と、制御信号生成部2033と、フレーム構成部2032と、無線送信部2034を備える。物理チャネル信号生成部2031は、STA2がAP1に送信するベースバンド帯の信号を生成する。制御信号生成部2033は、物理チャネル信号生成部2031が生成した信号を、AP1が復調するための制御信号を生成する。そして、フレーム構成部2032は、物理チャネル信号生成部2031と、制御信号生成部2032が生成した信号に基づいて、例えば図9に示すような信号フレームを生成する。
無線送信部2034は、フレーム構成部2032が生成したベースバンド帯の信号をRF帯の信号に変換する。無線送信部2034が行なう処理には、デジタル・アナログ変換、フィルタリング、ベースバンド帯からRF帯への周波数変換等が含まれる。
図6は、本実施形態に係るSTA2の信号処理の一例を説明するフローチャートである。以下では、図5および図6を参照しながら、STA2の動作について説明する。
はじめに、受信部204は、AP1が送信する機能情報フレームを受信し、その復調結果を上位層部201に通知する(ステップS601)。
上位層部201は、該機能情報フレームの記載内容(例えば、機能情報フィールドの情報)を読み取り、AP1が、OFDMA伝送を行なう機能を備えているか、否かを判断し、自装置が該OFDMA伝送に参加する機能を有するか否かを判断する(ステップS602)。そして、上位層部201は、自装置が該OFDMA伝送に参加する機能を有するか否かを示す機能応答情報を生成する。
次いで、上位層部201における、ステップS602の判断に基づいて、送信部203は、該機能応答情報を含んだ機能情報応答フレームを生成する(ステップS603)。上位層部201が、自装置はOFDMA伝送に参加する機能を備えていないと判断した場合、受信部204は、該機能情報応答フレームの機能対応フィールドに、該機能応答情報として、自装置はOFDMA伝送に参加する機能を備えていない旨を示す情報を記載することができる。一方で、上位層部201が、自装置はOFDMA伝送に参加する機能を備えていると判断した場合、受信部204は、該機能情報応答フレームの機能対応フィールドに、自装置はOFDMA伝送に参加する機能を備えている旨を示す情報を記載することができる。なお、STA2は、AP1が送信する機能情報フレームを受信していない場合でも、機能対応フィールドを含む機能情報応答フレームをAP1に向けて送信しても良い。
次いで、送信部203は、生成した機能情報応答フレームを送信する(ステップS604)。なお、送信部203は、生成した機能情報応答フレームをDCFに基づいて送信することができる。
STA2は、機能対応フィールドを、接続要求フレーム等のマネージメントフレームに記載することができるから、STA2は、AP1が送信するビーコンフレームの機能情報フィールドの記載に基づいて、接続するAP1を決定することができる。例えば、STA2がOFDMA伝送に参加する機能を備えていない、もしくはOFDMA伝送への参加を拒絶する場合、STA2は、OFDMA伝送を行なう機能を備えていることを示す機能情報フィールドを含んだビーコンフレーム(もしくはプローブ応答フレーム)を送信するAP1への接続(もしくは認証)を拒否することができる。また、STA2は、機能対応フィールドを、マネージメントフレーム以外の信号フレームに含めて送信することができる。
また、STA2は機能情報応答フレームに、自装置がOFDMA伝送に対応しているか否かを示す情報を含めることができる。例えば、STA2は機能情報応答フレームに、自装置がOFDMA伝送に対応しているか否かを示す1ビットの機能対応フィールド(例えば、OFDMA Capabilityフィールド)を備えることができる。STA2は、自装置がOFDMA伝送に参加可能である場合には、その旨を示すために、機能対応フィールドに‘1’と記載することができる。一方で、自装置がOFDMA伝送に参加する機能を備えていない、もしくはOFDMA伝送への参加を拒絶する場合、その旨を示すために、機能対応フィールドに ‘0’と記載することができる。
また、STA2は、機能情報応答フレームに、自装置がOFDMA伝送への参加を拒絶するか否かを示す1ビットの拒絶フィールド(例えば、OFDMA Refuseフィールド)を含めることができる。STA2は、自装置がOFDMA伝送への参加を拒絶する場合、AP1に対して、該拒絶フィールドに‘1’を記載して送信することができる。一方で、STA2は、自装置がOFDMA伝送への参加を拒絶しない場合、AP1に対して、該拒絶フィールドに‘0’を記載して送信することができる。
また、STA2は、機能情報応答フレームに、自装置がOFDMA伝送に対応していないことを示す機能外フィールド(例えばOFDMA Incapabilityフィールド)を含めることができるSTA2は、自装置がOFDMA伝送に対応するための機能を備えていない場合、AP1に対して、該機能外フィールドに‘1’を記載して送信することができる。一方で、STA2は、自装置がOFDMA伝送に対応するための機能を備えている場合、AP1に対して、該機能外フィールドに‘0’を記載して送信することができる。
以上説明してきたAP1およびSTA2を備える通信システムによれば、オーバーヘッドを抑圧しつつOFDMA伝送が実現されるから、通信システムの周波数利用効率の改善に寄与できる。
[2.第2の実施形態]
第2の実施形態に係るAP1とSTA2は、OFDMA伝送に先立ち、AP1とSTA2との間の無線リソース(例えば周波数チャネル)を高効率に確保することができる通信システムを提供する。
第2の実施形態に係るAP1とSTA2は、OFDMA伝送に先立ち、AP1とSTA2との間の無線リソース(例えば周波数チャネル)を高効率に確保することができる通信システムを提供する。
本実施形態に係るAP1とSTA2の構成は、第1の実施形態と同様である。
本実施形態に係るAP1は、STA2との間の無線リソースを確保するリソース確保フレームを、BSS1a内に送信する機能を備える。なお、本実施形態に係るAP1は、第1の実施形態に係るAP1と同様に、OFDMA伝送に先立ち、機能情報フレームを、STA2に送信することができる。そしてAP1は、STA2から送信される機能情報応答フレームに基づいて、OFDMA伝送に参加させるSTA2を決定することができるが、本実施形態に係るAP1とSTA2は、必ずしも該機能情報フレームと該機能情報応答フレームの交換を行なわなくてもよい。
AP1は、リソース確保フレームとして、RTSフレームをBSS1a内に送信することができる。なお、既存のIEEE802.11規格のRTSフレームでは、AP1はRAに個別アドレスを記載していたが、本実施形態に係るAP1は、RAにグループアドレスや、予めSTA2との間で取り決めた情報を記載することで、BSS1a内の、OFDMA伝送に参加させる可能性のある複数のSTA2に対して、リソース確保信号を送信することが可能となる。以下の説明では、AP1は、OFDMA伝送に使用する可能性のあるすべての無線リソースにおいて、リソース確保フレームを送信するものとする。ここで、無線リソースは、周波数(もしくは周波数チャネル)、時間、空間および符号等で定義されるものとする。例えば、AP1は、OFDMA伝送に用いる20MHz毎の周波数チャネルに対して、それぞれリソース確保フレームを送信することができる。
AP1より送信されたリソース確保フレームを受信したSTA2は、該リソース確保フレームが自装置宛てのリソース確保フレームであると解釈した場合、AP1に対して、リソース確保応答フレームを送信することができる。このとき、STA2は、自装置が干渉信号を受信していない無線リソース、すなわち、アイドル状態と解釈可能な無線リソースに対してリソース確保応答フレームを送信することができる。STA2は、自装置がアイドル状態と解釈可能な無線リソースにすべてに対してリソース確保応答フレームを送信しても良いが、一部の無線リソースに対してのみリソース確保応答フレームを送信してもよい。
ここで、本実施形態に係るAP1は、BSS1a内の複数のSTA2に対して、同時にリソース確保フレームを送信している。そのため、該リソース確保フレームを受信したSTA2が、同時にリソース確保応答フレームを送信した場合、AP1は、該リソース確保応答フレームを受信した無線リソースについては、BSS1a内の少なくとも一部では、該無線リソースを確保可能と解釈できる。しかし、AP1は、BSS1a内のどの範囲で、該無線リソースが確保できたかを判断することはできない。ここで、各STA2がそれぞれ固有の情報をリソース確保応答フレームに含めて送信することを考える。このように制御することでAP1は、どのSTA2がリソース確保応答フレームを送信したかを解釈することができる一方で、レガシー端末装置であるSTA3は該リソース確保応答フレームを受信しても、該リソース確保応答フレームをリソース確保応答フレームであると解釈できない。そこで、本実施形態に係るSTA2は、レガシー端末装置であるSTA3がリソース確保応答フレームと認識できる一方で、AP1が、どのSTA2がリソース確保応答フレームを送信したか解釈可能なリソース確保応答フレームを生成する。
図7は、本実施形態に係るSTA2が送信するリソース確保応答フレームのフレームフォーマットの一例を示す概略図である。ここでは、説明を簡単にするために、BSS1a内のSTA2−1およびSTA2−2が、同じ無線リソースでリソース確保応答フレームを送信するものとするが、本実施形態は、この例に限定されるものではなく、例えば、STA2が3以上の場合や、STA2が複数の無線リソースに対して、リソース確保応答フレームを送信することも可能である。
本実施形態に係るSTA2の送信部203は、他のSTA2と共通のリソース確保応答フレームを生成する。ここで、本実施形態に係るリソース確保応答フレームには、該リソース確保応答フレームをAP1が復調するための、同期信号(例えばL-STF)や参照信号(例えばL-LTF)や制御信号(例えばL-SIG)等のPHYヘッダと、リソース確保応答フレームの内容を示すデータ部分(例えばData)とを含む。また、Dataには、AP1の上位層部101が、MAC層で解釈可能なMACヘッダ等を含む。また、レガシー端末装置であるSTA3が、該フレームをリソース確保応答フレームと認識するために、STA2の送信部203は、既存のIEEE802.11規格で仕様化されているCTSフレームをリソース確保応答フレームとして生成することができる。STA2が、該リソース確保応答フレームを他のSTA2と同時に送信した場合、レガシー端末装置であるSTA3は、先に説明したように、AP1は、どのSTA2が該リソース確保応答フレームを送信したのか判断することができない。例えば、図7を例にとれば、AP1は、STA2−1とSTA2−2のどちらか片方が、該リソース確保応答フレームを送信したのか、STA2−1とSTA2−2の両方が該リソース確保応答フレームを送信したのか判断できない。
そこで、本実施形態に係るSTA2の送信部203が、生成したリソース確保応答フレームに対して、巡回シフト(サイクリックシフト)を与える。図8は、本実施形態に係るリソース確保応答フレームの生成方法の一例を示す。ここでは、説明を簡単にするために、リソース確保応答フレームは、それぞれ一つのOFDMシンボルで構成されるL−LTFとDataで構成されるものとし、それぞれのOFDMシンボルのOFDMサンプル数は4として構成されるものとし、ガードインターバル(サイクリックプレフィクス)は、2サンプルで構成されるものとする。当然ながら、リソース確保応答フレームが他の要素(例えばL-STF)を含んでも良いし、L−STF等を構成するOFDMシンボル数、並びにOFDMシンボルやガードインターバルを構成するサンプル数もこれに限定されない。
図8を例にとって説明すると、STA2−1の送信部203は、リソース確保応答フレームに巡回シフトを与えない。言い換えると、STA2−1の送信部203は、リソース確保応答フレームに0サンプルの巡回シフトを与える。STA2−2の送信部203は、リソース確保応答フレームに2サンプルの巡回シフトを与える。
STA2の送信部203は、リソース確保応答フレームに与える巡回シフト量を、自装置で決定することができる。例えば、STA2はAP1が自装置に割り振ったAIDに基づいて巡回シフト量を決定することができる。この場合、STAはAIDに何かしらの演算(例えば、STA2は割り当てられたAIDの総和をとり、総和結果にOFDMサンプル数を法とした剰余演算を行なうことができる)を施すことで、巡回シフト量を決定できる。よって、AP1は、STA2が決定する巡回シフト量を想定してAIDを決定することもできる。
また、AP1がSTA2に明示的に巡回シフト量をシグナリングすることもできる。例えば、AP1はSTA2からの接続要求に対する接続応答フレームや、認証フレームに、該巡回シフト量を記載して、各STA2に送信することができる。
また、AP1がSTA2に暗示的に巡回シフト量をシグナリングすることもできる。例えば、AP1はリソース確保フレームに、グループIDを記載することができる。STA2は、該グループIDで指定されるグループの何番目に、自装置のアドレスが記載されているかで、巡回シフト量を判断することができる。例えば、AP1とSTA2は、ある特定の整数値を取り決めておき、各STA2は、該グループIDで指定されるグループにおいて、自装置のアドレスが記載されている順番を、該整数値に乗算することで巡回シフト量を決定できる。
また、STA2は、リソース確保フレームに与える位相回転の位相回転量を、無線リソース毎に変更しても構わない。例えば、STA2−1およびSTA2−2が、図8に示すような巡回シフト量を用いて、所定の無線リソース(第1の無線リソースとも呼ぶ)にリソース確保応答フレームを送信する場合を考える。このとき、STA2−1およびSTA2−2は、該所定の無線リソースとは異なる無線リソース(第2の無線リソースとも呼ぶ)から送信するリソース確保応答フレームに対して、STA2−2がリソース確保応答フレームに巡回シフトを与えずに送信し、STA2−1がリソース確保応答フレームに巡回シフトを与えて送信することができる。
AP1の受信部104は、STA2−1およびSTA2−2より送信されたリソース確保応答フレームを受信したのち、該リソース確保応答フレームを構成するOFDMシンボルに対して、それぞれ離散フーリエ変換(Discrete Fourier Transform:DFT)(もしくは高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT))を施し、サブキャリア復調を行なう。そして、Data部分を復調するために、L−LTFを用いて、チャネル推定を行なう。
受信部104が行なうチャネル推定方法は何かに限定されるものではないが、例えば、L−LTFに用いられている参照信号系列に基づいた逆変調を行なえば良い。従来のAP1では、逆変調によって得られたチャネル推定値に基づいて、Data部分の復調を行なう。本実施形態に係るAP1の受信部104は、該チャネル推定値に対して、更に逆離散フーリエ変換(Inverse Discrete Fourier Transform:IDFT)(もしくは逆高速フーリエ変換(Inverse Fast Fourier Transform:IFFT))を適用する。
図9は、本実施形態に係る受信部104がチャネル推定値に適用した逆離散フーリエ変換出力の様子の一例を示す概略図である。受信部104がL−LTFに対して逆変調を適用することで得られるのは、AP1とSTA2との間のチャネルの周波数伝達関数(実際には、周波数伝達関数の推定値)であるから、受信部104の逆変調結果に対する離散フーリエ変換出力は、AP1とSTA2との間のチャネルの瞬時インパルス応答(実際には、チャネルの瞬時インパルス応答の推定値)となる。以下では、説明を簡単にするために、AP1とSTA2との間のチャネルは、2パスのチャネルモデルであるものとし、パス間の遅延時間は1サンプルであるものとする。ここで1サンプルの時間は、DFTもしくはIDFTのサンプリング周期である。なお、本実施形態において、AP1とSTA2との間のチャネルの周波数伝達関数に対してIDFT(もしくはIFFT)が適用されることで得られる値が、チャネルの瞬時インパルス応答(もしくは単にチャネルインパルス応答)であるものとする。
ここで、STA2−1は、L−LTFに対して、巡回シフトを与えていないから、受信部104のIDFT出力の0サンプル目、および1サンプル目には、AP1とSTA2−1との間のチャネルの瞬時インパルス応答が出力される。一方、STA2−2は、L−LTFに対して、2サンプルの巡回シフトを与えているから、受信部104のIDFT出力の2サンプル目、および3サンプル目には、AP1とSTA2−2との間のチャネルの瞬時インパルス応答が出力される。よって、AP1は、各STA2がリソース確保応答フレームに与えた巡回シフト量を事前に把握しておけば、受信部104のIDFT出力より、どのSTA2がリソース確保応答フレームを送信したかを把握することができる。
図9を例にとって説明すると、AP1は、受信部104のIDFT出力の0サンプル目と1サンプル目に瞬時のインパルス応答が観測した場合、STA2−1がリソース確保応答フレームを送信したと解釈することができる。また、AP1は受信部104のIDFT出力の2サンプル目と3サンプル目に瞬時のインパルス応答を観測した場合、STA2−2がリソース確保応答フレームを送信したと解釈することができる。このように、各STA2が同じリソース確保応答フレームを生成し、そしてそれぞれ異なる巡回シフトを該リソース確保応答フレームに与えることで、AP1は、どのSTA2がリソース確保応答フレームを送信したかを把握することができる。
なお、AP1の受信部104は、必ずしも巡回シフトが与えられたリソース確保応答フレームに対して、IDFT処理を施す必要はない。STA2が所定のリソース確保応答フレームに巡回シフトを与えた場合、該リソース確保応答フレームの周波数応答(すなわち、該リソース確保応答フレームに対するDFT出力)は、該巡回シフトが与えられていない該リソース確保応答フレームの周波数応答に、該巡回シフトに対応した位相回転が与えられたものとなる。例えば、巡回シフトが与えられていない該リソース確保応答フレームに含まれるOFDM信号のDFT出力が{S(k);k=0〜(Nc−1)}であった場合(NcはDFTポイント数)、Mサンプルの巡回シフトが与えられた該リソース確保応答フレームに含まれるOFDM信号のDFT出力は{S(k)exp(j2πMk/Nc;k=0〜(Nc−1)}となる。よって、AP1の受信部104は、各STA2より送信されたリソース確保応答フレームのDFT出力と、各STA2との間で予め定められた巡回シフト量だけ位相回転が施された該リソース確保応答フレームに含まれるOFDM信号のDFT出力との間で相関を取ることで、どのSTA2がリソース確保応答フレームを送信したかを判断することができる。例えば、受信部104が、Mサンプルの巡回シフトが与えられた該リソース確保応答フレームに含まれるOFDM信号のDFT出力と、受信されたリソース確保応答フレームに含まれるOFDM信号のDFT出力との間で相関をとった場合、その相関出力値が所定の値(閾値)より大きければ、受信部104は、該リソース確保応答フレームにMサンプルの巡回シフトを与えるSTA2が、該受信されたリソース確保応答フレームを送信したものと判断できる。
なお、STA2がリソース確保応答フレームに与える巡回シフト量は、何かに限定されるものではない。例えば、STA2(もしくはAP1)は、リソース確保応答フレームに含まれるOFDM信号のサンプル数Nを上限として、1からNの間のランダムな整数を該巡回シフト量としても良い。また、STA2(もしくはAP1)はリソース確保応答フレームに含まれるOFDM信号のガードインターバル(またはサイクリックプレフィクス)のサンプル数Ngを上限として、1からNgの間のランダムな整数を該巡回シフト量としても良い。
なお、以上の説明では、AP1が複数のSTA2にOFDMA伝送によって信号フレームを送信する場合を例にとって説明してきた。本実施形態に係る方法は、複数のSTA2がOFDMA伝送によって信号フレームを、AP1に送信する場合に対しても適用可能である。この場合、前述してきたように、AP1がリソース確保フレームを複数のSTA2に送信し、該リソース確保フレームに対応するリソース確保応答フレームを、各STA2が同時に送信することができる。また、複数のSTA2が、所定のリソース確保フレームに、それぞれ固有の巡回シフトを与えたのち、同時に該リソース確保フレームを送信することもできる。該リソース確保フレームを受信したAP1は、前述してきた方法によって、該リソース確保フレームを送信したSTA2を判別可能である。よって、AP1は、該リソース確保フレームを受信し、かつ該リソース確保フレームが送信された無線リソースをアイドル状態と判断した場合、該アイドル状態と判断した無線リソースを用いて、共通のリソース確保応答フレームを送信することができる。また、AP1は、アイドル状態と判断した無線リソースに対して、該無線リソースを割り当てるSTA2に対して、個別のリソース確保応答フレームを送信しても良い。
以上、説明してきたAP1および複数のSTA2によれば、複数のSTA2は同時にリソース確保応答フレームを送信することが可能となる。また、レガシー端末装置であるSTA3は、複数のSTA2が同時に送信したリソース確保応答フレームを、正しく受信することが可能となる。また、AP1は、各STA2がリソース確保応答フレームに施す巡回シフト量を予め把握しておくことで、どのSTA2が該リソース確保応答フレームを送信したかを正しく判断することが可能となる。よって、AP1とSTA2は、リソース確保フレームおよびリソース確保応答フレームの送信に係るオーバーヘッドを抑圧しつつ、AP1がOFDMA伝送に用いる無線リソースを効率的に確保し、更に、AP1は、リソース確保応答フレームを送信したSTA2を正しく判別可能となるから、STA2のユーザスループットが改善される。
[3.全実施形態共通]
本発明に係るAP1、STA2およびSTA3で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、CPU等を制御するプログラム(コンピュータを機能させるプログラム)である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にRAMに蓄積され、その後、各種ROMやHDDに格納され、必要に応じてCPUによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体(例えば、ROM、不揮発性メモリカード等)、光記録媒体(例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等)、磁気記録媒体(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等)等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
本発明に係るAP1、STA2およびSTA3で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、CPU等を制御するプログラム(コンピュータを機能させるプログラム)である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にRAMに蓄積され、その後、各種ROMやHDDに格納され、必要に応じてCPUによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体(例えば、ROM、不揮発性メモリカード等)、光記録媒体(例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等)、磁気記録媒体(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等)等のいずれであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。
また市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態におけるAP1、STA2およびSTA3の一部、または全部を典型的には集積回路であるLSIとして実現してもよい。AP1、STA2およびSTA3の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。
また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
なお、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本願発明のAP1、STA2およびSTA3は、移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、または非可動型の電子機器、たとえば、AV機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用出来ることは言うまでもない。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も特許請求の範囲に含まれる。
本発明は、無線送信装置、無線受信装置、通信システムおよび通信方法に用いて好適である。
1 AP
2、2−1、2−2、2−3、2−4、3、3−1、3−2、3−3、3−4 STA
101、201 上位層部
102、202 制御部
103、203 送信部
104、204 受信部
105、205 アンテナ
1031、2031 物理チャネル信号生成部
1032、2032 フレーム構成部
1033、2033 制御信号生成部
1034、2034 無線送信部
1041、2041 物理チャネル信号復調部
1042、2043 無線受信部
2042 制御情報モニタリング部
2、2−1、2−2、2−3、2−4、3、3−1、3−2、3−3、3−4 STA
101、201 上位層部
102、202 制御部
103、203 送信部
104、204 受信部
105、205 アンテナ
1031、2031 物理チャネル信号生成部
1032、2032 フレーム構成部
1033、2033 制御信号生成部
1034、2034 無線送信部
1041、2041 物理チャネル信号復調部
1042、2043 無線受信部
2042 制御情報モニタリング部
Claims (11)
- 複数の無線受信装置との間でマルチユーザ伝送を行なう無線送信装置であって、
前記マルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを生成する機能と、前記機能情報フレームを送信する機能を備える送信部を備える、無線送信装置。 - 前記無線受信装置より送信される、前記マルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能応答情報を含む機能情報応答フレームを受信する機能を備える受信部を備える、請求項1に記載の無線送信装置。
- 前記機能応答情報に基づいて、前記マルチユーザ伝送に参加させる前記無線受信装置の組み合わせを決定する、請求項2に記載の無線送信装置。
- 前記送信部は、
リソース確保フレームを送信する機能と、
前記無線受信装置が送信する前記リソース確保フレームに対応するリソース確保応答フレームに、前記無線受信装置が与える巡回シフト量を示す情報含んだ信号フレームを送信する機能と、を備え、
前記リソース確保応答フレームを受信する機能を備える受信部を備える、請求項1に記載の無線送信装置。 - 複数の無線受信装置との間でマルチユーザ伝送を行なう無線送信装置と通信を行なう無線受信装置であって、
前記無線送信装置がマルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを受信する機能を備える受信部と、
自装置が前記マルチユーザ伝送に参加する機能を備えることを示す機能応答情報を含む機能情報応答フレームを生成する機能と、前記機能情報応答フレームを送信する機能を備える送信部を備える無線受信装置。 - 前記受信部は、前記無線送信装置より送信されるリソース確保フレームを受信する機能を備え、
前記送信部は、前記リソース確保フレームに対応するリソース確保応答フレームを生成する機能と、前記リソース確保応答フレームに、巡回シフトを与える機能を備える、請求項5に記載の無線受信装置。 - 前記送信部は、前記リソース確保フレームを、第1の無線リソースと、第2の無線リソースに送信する機能を備え、前記第1の無線リソースで送信する前記リソース確保フレームに与える位相シフトの巡回シフト量と、前記第2の無線リソースで送信する前記リソース確保フレームに耐える位相シフトの巡回シフト量が異なる請求項6に記載の無線受信装置。
- 前記送信部が、前記リソース確保応答フレームに与える巡回シフトの巡回シフト量は、前記無線送信装置よりシグナリングされる、請求項6または請求項7に記載の無線受信装置。
- 複数の無線受信装置との間でマルチユーザ伝送を行なう無線送信装置の通信方法であって、
前記マルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを生成するステップと、前記機能情報フレームを送信するステップと、を備える通信方法。 - 複数の無線受信装置との間でマルチユーザ伝送を行なう無線送信装置と通信を行なう無線受信装置の通信方法であって、
前記無線送信装置がマルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを受信するステップと、
自装置が前記マルチユーザ伝送に参加する機能を備えることを示す機能応答情報を含む機能情報応答フレームを生成するステップと、
前記機能情報応答フレームを送信するステップと、備える通信方法。 - 無線送信装置と複数の無線受信装置を備える通信システムであって、
前記無線送信装置は、
マルチユーザ伝送を行なう機能を備えることを示す機能情報を含む機能情報フレームを生成する機能と、前記機能情報フレームを送信する機能を備える送信部を備え、
前記無線受信装置は、
前記機能情報フレームを受信する機能を備える受信部と、
自装置が前記マルチユーザ伝送に参加する機能を備えることを示す機能応答情報を含む機能情報応答フレームを生成する機能と、前記機能情報応答フレームを送信する機能を備える送信部と、を備える通信システム。
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