JP2020145522A - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同報通信において、単方向の通信でも通信品質や信頼性を高める。【解決手段】特定の発信元から送信された同報データを入力し、無線フレームに変換して同報送信する送信装置と、送信装置から送信された無線フレームを受信し、特定の発信元の同報データを同定して受信する受信装置とを備えた無線通信システムにおいて、送信装置として複数の送信装置を備え、各送信装置が同報データを変換した無線フレームをそれぞれ同報送信する構成であり、受信装置は、複数の送信装置から送信された無線フレームから特定の発信元の同報データを同定して受信し、同一の同報データのダイバーシチ合成処理を行う構成である。【選択図】 図１

Description

本発明は、ブロードキャスト通信またはマルチキャスト通信により同報サービスを行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

現在最も広く普及している自律分散的なアクセス制御を行う無線通信システムの例としては、IEEE802.11標準規格（非特許文献１）に基づいた無線ＬＡＮシステムがある。

一般的に同報サービスとして、ブロードキャストとマルチキャストがある。IEEE802.11無線ＬＡＮシステムでは、グループアドレス、すなわち宛先が複数の端末であるデータとして扱い方が定められている。IEEE802.11標準規格では、「10.3.6 Group addressed MPDU transfer procedure」に、同報データの基本的な伝送手順に関する規定があり、また「11.2 Power management 」には端末装置が省電力モードで動作している場合のデータ転送手順に関する規定がある。

図８は、IEEE802.11標準規格における一般的なユニキャストデータ送信時のデータ転送手順を示す。ＡＰがアクセス制御手順に従ってユニキャストデータを送信し、ＳＴＡが正常に受信すると、ＡＣＫを返信する。

図９は、IEEE802.11標準規格における同報データ（ブロードキャストデータ／マルチキャストデータ）を送信する手順を示す。ＡＰがユニキャストデータ送信時と同様のアクセス制御手順に従い、同報データを送信する。しかし、ＳＴＡは、正常に受信した場合にもＡＣＫを返信しない。これは、同報データの伝送では宛先が複数存在することから、それぞれのＳＴＡがＡＣＫを返信すると衝突が生じるためである。よって、ブロードキャスト／マルチキャスト通信では、データ送信後の応答を返すという手順が存在しないため、ユニキャスト通信と比較して通信品質や信頼性が低くなる。

IEEE Std 802.11-2016

同報通信（ブロードキャスト／マルチキャスト通信）の単方向でのみ通信を行う場合は、双方向で通信を行う場合と比べて宛先となる通信相手からの応答フレームがないため、通信が成功したのか否か、通信品質の現状などのフィードバック情報を獲得することができない。そのため、現状では、無線フレームを送信しても伝搬路など通信環境が悪くフレームエラーが多発してコンテンツを正常に受信できないことや、逆にフレームエラー率を低くするために必要以上に低速レートを使用して容量が小さくなる課題があった。

本発明は、同報通信において、単方向の通信でも通信品質や信頼性を高めることができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、特定の発信元から送信された同報データを入力し、無線フレームに変換して同報送信する送信装置と、送信装置から送信された無線フレームを受信し、特定の発信元の同報データを同定して受信する受信装置とを備えた無線通信システムにおいて、送信装置として複数の送信装置を備え、各送信装置が同報データを変換した無線フレームをそれぞれ同報送信する同報送信手段を備え、受信装置は、複数の送信装置から送信された無線フレームから特定の発信元の同報データを同定して受信し、同一の同報データのダイバーシチ合成処理を行う合成処理手段を備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、同報送信手段は、送信装置が同報送信する無線フレームに、特定の発信元から送信された同報データごとに所定の識別子を付加する構成であり、合成処理手段は、識別子を用いて特定の発信元の同報データの同定を行う構成としてもよい。また、所定の識別子は、特定の発信元を示す識別子と、特定の発信元から送信された各フローを示す識別子を含むようにしてもよい。

第１の発明の無線通信システムにおいて、同報送信手段は、送信装置のカバーエリア内の受信装置が受信できる送信装置の数が多いほど、該送信装置が送信するＭＣＳ（変調・符号化方式）を高く設定する構成としてもよい。

第２の発明は、送信装置が、特定の発信元から送信された同報データを入力し、無線フレームに変換して同報送信し、受信装置が、送信装置から送信された無線フレームを受信し、特定の発信元の同報データを同定して受信する無線通信方法において、送信装置として複数の送信装置を備え、各送信装置が同報データを変換した無線フレームをそれぞれ同報送信する同報送信ステップを実行し、受信装置は、複数の送信装置から送信された無線フレームから特定の発信元の同報データを同定して受信し、同一の同報データのダイバーシチ合成処理を行う合成処理ステップを実行する。

第２の発明の無線通信方法において、同報送信ステップは、送信装置が同報送信する無線フレームに、特定の発信元から送信された同報データごとに所定の識別子を付加する処理を行い、合成処理ステップは、識別子を用いて特定の発信元の同報データの同定を行うようにしてもよい。また、所定の識別子は、特定の発信元を示す識別子と、特定の発信元から送信された各フローを示す識別子を含むようにしてもよい。

第２の発明の無線通信方法において、同報送信ステップは、送信装置のカバーエリア内の受信装置が受信できる送信装置の数が多いほど、該送信装置が送信するＭＣＳ（変調・符号化方式）を高く設定する処理を行うようにしてもよい。

本発明は、特定の発信元からの同報データを複数の送信装置から同報送信し、受信装置は複数の送信装置から受信した同報データが特定の発信元からの同一の同報データであれば合成処理を行うことにより、受信データの通信品質を高めることができる。

本発明の無線通信システムの実施例１の構成を示す図である。 送信装置１００の実施例１の構成を示す図である。 受信装置２００の構成例を示す図である。 本発明の無線通信システムの実施例２の構成を示す図である。 実施例２および実施例３に対応する送信装置１００の構成を示す図である。 実施例２および実施例３に対応する制御局２０の構成を示す図である。 無線フレームのフォーマット例を示す図である。 ユニキャストデータ送信時のデータ転送手順を示す図である。 同報データ（ブロードキャストデータ／マルチキャストデータ）を送信する手順を示す図である。

（実施例１）
図１は、本発明の無線通信システムの実施例１の構成を示す。
図１において、複数の送信装置１００−１〜１００−Ｍは、例えばコンテンツサーバなどの特定の発信元１０から送信された同報データを入力すると、それぞれ無線フレームに変換して受信装置２００−１〜２００−Ｎに向けて同報送信し、グループアドレスで指定された受信装置が受信する。なお、複数の送信装置１００−１〜１００−Ｍは、それぞれアクセス制御手順に従って送信権を獲得した送信装置から順に同報データを送信する。グループアドレスで指定された受信装置には、それぞれ複数の送信装置から順次、同一の同報データが受信される。

図２は、送信装置１００の実施例１の構成を示す。
図２において、送信装置１００の入出力部１０１は、上位装置から転送されてくるデータをデータ判定部１０２に出力する。データ判定部１０２は、入力データを判定し、特定の発信元１０から送信された同報データであれば特定発信元送信キュー１０３に出力し、それ以外のデータであれば一般送信キュー１０４に出力する。なお、送信装置１００が常に特定の発信元１０からの同報データのみを受信する場合（例えばブロードキャスト専用の送信装置であった場合）は、データ判定部１０２と一般送信キュー１０４は不要である。この同報データには、特定の発信元１０を示す発信元ＩＤが付与される。例えば、当該発信元ＩＤは同報データを格納した無線フレームの発信元アドレス（図７の Address３）に格納される。

無線フレーム変調部１０５は、特定発信元送信キュー１０３に格納された同報データを無線のフレームフォーマットに合わせて変調する。無線アクセス制御部１０６は、ＣＳＭＡ／ＣＡ等により各キューに対応するアクセス手順を経て送信権を獲得した場合に、対応するキューに格納されているデータを取り出して無線変復調部１０７、無線入出力部１０８を介して無線フレームとして送信する。

図３は、受信装置２００の構成例を示す。
図３において、受信装置２００の無線入出力部２０１によって無線フレームを受信し、無線アクセス制御部２０２によって受信処理を開始するか否かを判定する。なお、無線アクセス制御部２０２ではその他、アンライセンス帯におけるキャリアセンスなどの機能が備わっているが、本発明そのものには直接関わらないため、これらの詳細については割愛する。

無線フレーム復調部２０３は、受信した無線フレームを復調して発信元判定部２０４に出力する。発信元判定部２０４は、復調されたデータフレームのヘッダ情報の発信元ＩＤやFrame Body情報から、当該データフレームが特定の発信元からの同報フレームであるか否かを判定する。特定の発信元からの同報フレームでない場合は、通常のデータフレームとして処理するが、その説明は省略する。

発信元判定部２０４は、受信したデータフレームが特定の発信元から送信された同報フレームと判定すると、エラー判定部２０５へ出力する。エラー判定部２０５は、同報フレームの例えばＦＣＳ（Frame Check Sequence) によってエラーの有無を判定する。エラー判定部２０５によってエラーが検出されなかった場合は、そのまま上位層転送フレームバッファ２０９に出力され、フレーム番号が前後しないようにバッファリングが行われた後、上位層信号処理部２１０を介して上位層へ転送される。

エラー判定部２０５は、同報フレームのエラーを検出すると、その同報フレームをフレーム管理部２０６に出力する。フレーム管理部２０６は、当該同報フレームのシーケンス番号またはフレーム番号などの識別子を記録し、フレームバッファ２０７へ格納する。フレームバッファ２０７に格納された同報フレームは、同じ発信元ＩＤをもつ同報フレームが入力されるまで一定期間だけ待機する。

次に、同じ発信元ＩＤをもつ同報フレームが他の送信装置１００から受信装置２００に到来すると、先の同報フレームと同様に無線入出力部２０１、無線アクセス制御部２０２、無線フレーム復調部２０３、発信元判定部２０４を介して、エラー判定部２０５に入力する。ここで、エラー判定部２０５がエラーを検出しなかった場合は、当該同報フレームを上位層転送フレームバッファ２０９に出力するとともに、フレーム管理部２０６がフレームバッファ２０７に蓄積されていたエラーのある同一の同報フレームを削除する。

一方、当該同報フレームがエラー判定部２０５でエラーと判定された場合、フレーム管理部２０６は、当該同報フレームの発信元ＩＤと同じ同報フレームがフレームバッファ２０７内に蓄積されているか否かを判定する。フレームバッファ２０７内に発信元ＩＤが同じ同報フレームが存在すれば、フレーム管理部２０６は、前後して受信した発信元ＩＤが同じ同報フレームをフレーム合成部２０８に入力し、ダイバーシチ合成処理等によりエラー解消を図る。エラー判定部２０５は、同じ発信元ＩＤをもつ同報フレームの合成処理によりエラーが解消された場合は、エラーのない同報フレームとして上位層転送フレームバッファ２０９に出力する。

なお、１つの発信元から複数のフロー（コンテンツ）が送信されている場合には、それぞれのフローを特定するための情報を付与する。この場合には、送信装置において当該フローを特定するための情報をフレームのフィールドに格納して送信し、受信装置では発信元とフローの両方から、自局が受信すべき同報フレームでかつダイバーシチ合成処理すべき同報フレームを同定する。

無線フレームのフォーマット例を図７に示す。この例では、 Address３フィールドに発信元ＩＤ（ＳＡ）を設定し、Frame bodyフィールドに、フロー識別子（ＦＩＤ）と、｛ＳＡ, ＦＩＤ｝ペアごとに割り振られるシーケンス番号と、同報で送信されるデータを設定する。受信装置は、ＳＡ，ＦＩＤ，シーケンス番号を見て、同一の同報データか否かを特定する。

なお、図３に示す受信装置２００は、複数の送信装置１００が共通の無線チャネルを使用する場合を想定したが、各送信装置が使用する無線チャネルに合わせた構成であってもよい。例えば、受信装置２００の無線入出力部２０１〜発信元判定部２０４までを無線チャネル対応に用意する構成とする。

（実施例２）
図４は、本発明の無線通信システムの実施例２の構成を示す。ここでは、各送信装置の各カバーエリアを示す。

図４において、送信装置１００−１のカバーエリアには送信装置１００−１のみがカバーするエリアが存在し、送信装置１００−２のカバーエリアの全部は他の送信装置のカバーエリアと重複している。すなわち、複数の送信装置から同一の同報フレームを送信するとき、送信装置１００−２のカバーエリア内の受信装置２００では、必ず他の送信装置からの同一の同報フレームも受信される。よって、送信装置１００−２のカバーエリア内ではダイバーシチ合成効果が期待できるため、送信装置１００−２はより伝送効率のよいＭＣＳ（変調・符号化方式）を使うことができる。一方、送信装置１００−１のカバーエリアには他の送信装置のカバーエリアと重複していないエリアがあり、このエリアではダイバーシチ合成効果が見込めない。したがって、送信装置１００−１は受信確率の高いＭＣＳを使う必要がある。

このように、実施例２では、実施例１の送受信制御に加えてＭＣＳ制御を行うことを特徴とする。そのため、実施例２の無線通信システムは、図１の実施例１の無線通信システムの構成に加えて、特定の発信元１０と複数の送信装置１００−１〜１００−Ｍとの間に制御局２０を配置する。

送信装置１００−１〜１００−Ｍのうち、同報サービスを連携して行う送信装置は、互いに観測するＲＳＳＩや位置情報を制御局２０に報告し、制御局２０はエリア内で受信装置２００−１〜２００−Ｎが受信できる送信装置数を計算する。例えば、受信装置２００−１が受信可能な無線装置は送信装置１００−１のみであり、受信装置２００−２が受信可能な無線装置は少なくとも送信装置１００−１，１００−２の２つである。

このように、送信装置１００−１のカバーエリア内には、１つの送信装置からの無線フレームしか受信できない受信装置があるため、送信装置１００−１は最低レートのＭＣＳ＝０で送信する。一方、送信装置１００−２のカバーエリア内のすべての受信装置は、２以上の送信装置からの無線フレームを受信することができるため、ダイバーシチ合成により３dB以上の品質改善が可能と判定し、ＭＣＳ＝１を設定する。制御局２０は、設定したＭＣＳをそれぞれの送信装置に通知する。送信装置は、通知されたＭＣＳにより同報フレームを送信する。

（実施例３）
実施例３では、送信装置間で送信タイミングを制御することにより、受信装置においてデータの合成処理が行われる機会を確保する。すなわち、複数の送信装置から受信する同一の同報フレームの合成処理をするには、第１の同報フレームを受信してから第ｎの同報フレーム（ｎは受信装置でバッファリング可能な値）の受信までが所定の期間内に収まっている必要がある。

実施例３の無線通信システムは、図４に示すように、特定の発信元１０と複数の送信装置１００−１〜１００−Ｍとの間に制御局２０を配置する構成である。

図４において、制御局２０は、発信元１０から送信された同報データを入力し、各送信装置１００−１〜１００−Ｍに転送する同報データの転送周期を計算・制御する。また、制御局２０は、同報データの転送を制御するだけでなく、接続された送信装置を連携させるため無線媒体に同報フレームを送信する周期を計算し、各送信装置へ通知する。各送信装置は、通知された送信周期に従い、転送された同報データを無線媒体に同報フレームとして送信する。各無線装置は同報フレームを順次送信し、受信装置は複数の送信装置から受信する特定の発信元の同一の同報フレームを受信し合成する。

図５は、実施例２および実施例３に対応する送信装置１００の構成を示す。
図５において、実施例２および実施例３の送信装置１００は、図２に示す実施例１の送信装置１００の構成に加えて、受信装置情報管理部１１１および周期タイミング管理部１１２を備える。

受信装置情報管理部１１１は、制御局２０からＭＣＳなどの情報が通知された場合に、無線変復調部１０７へその情報を通知する。無線変復調部１０７は、特定発信元送信キュー１０３から取り出される同報データを無線媒体へ送信する際に、当該ＭＣＳを使用して変調を行う。変調された無線フレームは無線入出力部１０８から無線媒体へ送信される。

周期タイミング管理部１１２は、送信周期内に送信する同報データを特定発信元送信キュー１０３から取り出し、送信周期が始まるタイミングに無線アクセス制御が当該無線フレーム送信のために開始されるように管理する。

図６は、実施例２および実施例３に対応する制御局２０の構成を示す。
図６において、制御局２０は、発信元１０が送信する同報データをデータ入力部２１で受け取り、バッファ機能を含むデータ管理部２２に転送する。データ管理部２２は、連携する送信装置に対して同報データを転送するまで同報データを管理する。送信装置入出力部２５では、送信装置の情報などを入力し、ＭＣＳを決定する情報として受信可能な送信装置の数や送信装置そのものの仕様を、エリア内送信装置情報管理部２４に転送する。エリア内送信装置情報管理部２４は、同報データの転送タイミングを計算するために必要な情報を転送タイミング・送信周期計算部２３に出力する。転送タイミング・送信周期計算部２３は、転送された情報を元にデータ管理部２２で管理している同報データを送信装置に転送するタイミングを計算してデータ管理部２２に通知する。

また、転送タイミング・送信周期計算部２３は、各送信装置が無線フレームを送信する周期を計算し、送信装置入出力部２５を介して各送信装置に通知する。なお、送信装置のデータバッファが十分に大きい場合や、無線フレームの送信頻度が発信元１０からの同報データ送信頻度よりも早い場合は、データ管理部２２やデータ転送タイミング計算を省略することができる。

１０ 発信元
２０ 制御局
２１ データ入力部
２２ データ管理部
２３ 転送タイミング・送信周期計算部
２４ エリア内送信装置情報管理部
２５ 送信装置入出力部
１００ 送信装置
１０１ 入出力部
１０２ データ判定部
１０３ 特定発信元送信キュー
１０４ 一般送信キュー
１０５ 無線フレーム変調部
１０６ 無線アクセス制御部
１０７ 無線変復調部
１０８ 無線入出力部
１１１ 受信装置情報管理部
１１２ 周期タイミング管理部
２００ 受信装置
２０１ 無線入出力部
２０２ 無線アクセス制御部
２０３ 無線フレーム復調部
２０４ 発信元判定部
２０５ エラー判定部
２０６ フレーム管理部
２０７ フレームバッファ
２０８ フレーム合成部
２０９ 上位層転送フレームバッファ
２１０ 上位層信号処理部

Claims (8)

1. 特定の発信元から送信された同報データを入力し、無線フレームに変換して同報送信する送信装置と、
   前記送信装置から送信された無線フレームを受信し、前記特定の発信元の同報データを同定して受信する受信装置と
   を備えた無線通信システムにおいて、
   前記送信装置として複数の送信装置を備え、各送信装置が前記同報データを変換した無線フレームをそれぞれ同報送信する同報送信手段を備え、
   前記受信装置は、前記複数の送信装置から送信された無線フレームから前記特定の発信元の同報データを同定して受信し、同一の同報データのダイバーシチ合成処理を行う合成処理手段を備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記同報送信手段は、前記送信装置が同報送信する無線フレームに、前記特定の発信元から送信された同報データごとに所定の識別子を付加する構成であり、
   前記合成処理手段は、前記識別子を用いて前記特定の発信元の同報データの同定を行う構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
   前記所定の識別子は、前記特定の発信元を示す識別子と、前記特定の発信元から送信された各フローを示す識別子を含む
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記同報送信手段は、前記送信装置のカバーエリア内の受信装置が受信できる送信装置の数が多いほど、該送信装置が送信するＭＣＳ（変調・符号化方式）を高く設定する構成である
   ことを特徴とする無線通信システム。
5. 送信装置が、特定の発信元から送信された同報データを入力し、無線フレームに変換して同報送信し、
   受信装置が、前記送信装置から送信された無線フレームを受信し、前記特定の発信元の同報データを同定して受信する
   無線通信方法において、
   前記送信装置として複数の送信装置を備え、各送信装置が前記同報データを変換した無線フレームをそれぞれ同報送信する同報送信ステップを実行し、
   前記受信装置は、前記複数の送信装置から送信された無線フレームから前記特定の発信元の同報データを同定して受信し、同一の同報データのダイバーシチ合成処理を行う合成処理ステップを実行する
   ことを特徴とする無線通信方法。
6. 請求項５に記載の無線通信方法において、
   前記同報送信ステップは、前記送信装置が同報送信する無線フレームに、前記特定の発信元から送信された同報データごとに所定の識別子を付加する処理を行い、
   前記合成処理ステップは、前記識別子を用いて前記特定の発信元の同報データの同定を行う
   ことを特徴とする無線通信方法。
7. 請求項６に記載の無線通信方法において、
   前記所定の識別子は、前記特定の発信元を示す識別子と、前記特定の発信元から送信された各フローを示す識別子を含む
   ことを特徴とする無線通信方法。
8. 請求項５に記載の無線通信方法において、
   前記同報送信ステップは、前記送信装置のカバーエリア内の受信装置が受信できる送信装置の数が多いほど、該送信装置が送信するＭＣＳ（変調・符号化方式）を高く設定する処理を行う
   ことを特徴とする無線通信方法。

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