JP4424047B2 - 無線通信方法および装置 - Google Patents

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Description

本発明は、規格化された無線通信において、その規格から逸脱することなく、物理層で使用されるプリアンブル信号に任意のデータを付加することの可能な無線通信方法および装置に関する。
従来の無線通信において、物理層で用いられるプリアンブル信号は送信されたデータのシンボルに対し同期をとり、そのフレームの開始を検出するために使用されている。IEE802.11bで規格化されているプリアンブル信号は2種類あり、ロングフレームフォーマットでは144ビットの長さで1Mbpsで送信され、またショートフレームフォーマットでは72ビットの長さで同じく1Mbpsで送信される。よってロングフレームフォーマットの場合144μsec、ショートフレームフォーマットの場合72μsecの時間は受信信号にはデータが存在せず、スループットを低下させる結果となっている。また、物理層で送信時に付加できる信号は前記プリアンブル信号とヘッダ信号のみであり、それぞれには規格で定められた値が入り、物理層では任意のデータを送信することはできない。このため、送信されるデータは物理層の上位層であるMAC(Medium Access Control)層で処理を行わないと判断できない。つまり、送信データがどの端末宛てに送信されたものであるかを判断するには全てのパケットを物理層で受信し、それをMAC層で処理するまで判断できない。
このようなスループットに着目した通信装置としては、ストア・アンド・フォワード型のネットワークファクシミリ装置であって、MIME(Multipurpose Internet Mail Extention)のマルチパート形式で規定される電子メールのプリアンブル部またはエピローグ部に自装置の能力情報を記述し、電子メールの本文に影響を与えることなく、相手先通信端末に自装置の能力情報を伝達する一方、前記電子メールを受信すると、その能力情報と相手先通信端末のアドレス情報とを対応させて記憶し、次回以降、相手先能力に応じて画像データを送信することで、ファクシミリ装置の能力拡張を実現するものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−313778号公報
かかる従来の通信装置では、以下の短所が付随している。このファクシミリ装置である通信装置においては、電子メールのプリアンブル部またはエピローグ部は、補助的な領域として自装置の能力情報などの各種情報を記述することについては任意に利用可能になっているものであり、プリアンブル部に中継情報を記述し独自モードを展開することも提案されているなど、電子メールのプリアンブル部またはエピローグ部へ各種情報を記述することについては秘匿性は低く、記述された情報は第三者に容易に知られてしまうという問題があり、特に傍受されやすい無線通信において、秘匿性の高い手法により、第三者に容易に知られることなく各種情報を埋め込み送受信できる無線通信方法および装置が求められているという課題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、規格化された無線通信において、前記規格から逸脱することなく、第三者に容易に知られることなく秘匿性の高い手法により埋め込んだ付加情報の送受信を可能にし、さらにスループットを向上できる無線通信方法および装置を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明にかかる無線通信方法は、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを使用し、他方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施された同期処理用前置信号を送信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記他方のチャネルへ付加データを挿入し、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で前記付加データに位相変調処理を施し、前記一方のチャネルを使用した前記同期処理用前置信号と、前記他方のチャネルへ挿入した前記付加データとを位相合成し送信することを特徴とする。
また、上述の目的を達成するため、本発明にかかる無線通信方法は、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを使用し、他方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施された同期処理用前置信号を受信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記他方のチャネルへ挿入されている、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施されている付加データに復調処理を施し、前記他方のチャネルを使用し前記付加データを受信することを特徴とする。
また、上述の目的を達成するため、本発明にかかる無線通信装置は、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを利用しプリアンブル信号を送信する位相変調方式の無線通信装置であって、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを使用し、他方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施された同期処理用前置信号を送信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記他方のチャネルへ付加データを挿入し、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で前記付加データに位相変調処理を施す付加データ用変調回路と、前記一方のチャネルを使用した前記同期処理用前置信号と、前記他方のチャネルを使用した前記付加データとを送信する送信側高周波信号処理回路とを備えたことを特徴とする。
また、上述の目的を達成するため、本発明にかかる無線通信装置は、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを利用した位相変調されたプリアンブル信号を受信する無線通信装置であって、前記一方のチャネルを使用した前記同期処理用前置信号と、他方のチャネルを使用した付加データとを受信する受信側高周波信号処理回路と、前記一方のチャネルを使用し、前記他方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施された同期処理用前置信号を受信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記他方のチャネルへ挿入されている、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施されている前記付加データを復調する付加データ用復調回路とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、規格化された無線通信において、前記規格から逸脱することなく、第三者に知られたくない送信データについて秘匿性の確立を容易にし、特に無線通信などの第三者に容易に知られてしまう送信データについて物理層でのプロテクトが可能となる無線通信方法および装置を提供できる効果がある。
また、規格化された無線通信において、前記規格から逸脱することなく、任意の付加データをプリアンブルに付加することでスループットの向上を実現できる無線通信方法および装置を提供できる効果がある。
規格化された無線通信において、前記規格から逸脱することなく、第三者に容易に知られることなく秘匿性の高い手法により埋め込んだ付加情報の送受信を可能にし、さらにスループットを向上できる無線通信方法を提供するという目的を、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを使用し、他方の空きチャネルは使用しない変調方式で変調処理が施された同期処理用前置信号を送信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記空きチャネルへ付加データを挿入し、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で前記付加データに変調処理を施し、前記一方のチャネルを使用し前記同期処理用前置信号を送信するとともに、前記空きチャネルを使用し前記付加データを送信することで実現した。
また、規格化された無線通信において、前記規格から逸脱することなく、第三者に容易に知られることなく秘匿性の高い手法により埋め込んだ付加情報の送受信を可能にし、さらにスループットを向上できる無線通信方法を提供するという目的を、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを使用し、他方の空きチャネルは使用しない変調方式で変調処理が施された同期処理用前置信号を受信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記空きチャネルへ挿入されている、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で変調処理が施されている付加データに復調処理を施し、前記空きチャネルを使用し前記付加データを受信することで実現した。
また、規格化された無線通信において、前記規格から逸脱することなく、第三者に容易に知られることなく秘匿性の高い手法により埋め込んだ付加情報の送受信を可能にし、さらにスループットを向上できる無線通信装置を提供するという目的を、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを利用しプリアンブル信号を送信する無線通信装置であって、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを使用し、他方の空きチャネルは使用しない変調方式で変調処理が施された同期処理用前置信号を送信する、規格化された無線通信における前置期間において、付加データ用変調回路により前記空きチャネルへ付加データを挿入し、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で前記付加データに変調処理を施し、送信側高周波信号処理回路により前記一方のチャネルを使用した前記同期処理用前置信号と、前記空きチャネルを使用した前記付加データとを送信することで実現した。
また、規格化された無線通信において、前記規格から逸脱することなく、第三者に容易に知られることなく秘匿性の高い手法により埋め込んだ付加情報の送受信を可能にし、さらにスループットを向上できる無線通信装置を提供するという目的を、IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを利用したプリアンブル信号を受信する無線通信装置であって、受信側高周波信号処理回路により前記一方のチャネルを使用した前記同期処理用前置信号と、他方の空きチャネルを使用した付加データとを受信し、前記一方のチャネルを使用し、前記他方の空きチャネルは使用しない変調方式で変調処理が施された同期処理用前置信号を受信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記空きチャネルへ挿入されている、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で変調処理が施されている前記付加データを付加データ用復調回路により復調することで実現した。
無線通信においてさまざまな規格が乱立する中、どの規格においてもプリアンブル信号(受信データの同期をとり、フレームの開始を知らせる信号)は必要不可欠な存在である。しかし、その信号が長ければ長いほど通信データのスループットを落としているのが現状である。また、物理層においてはMAC(Medium Access Control)層からのデータを転送する機能のみであり、任意のデータを送信することは出来ない。この実施例1の無線通信方法が適用される無線通信装置では、IEEE802.11bにおいて、前記通信規格に反することなく、そのプリアンブル信号に対し秘匿性の高い状態で任意のデータを付加し送信でき、さらにシステムの立ち上げを可能にするものである。この結果、IEEE802.11bの無線通信において、物理層で使用されるプリアンブル信号に任意のデータを付加することが可能になる。また、それによって物理層間で任意のデータのやり取りが可能になる。
IEEE802.11bで規格化されているプリアンブル信号は2種類あり、ロングフレームフォーマットでは144ビットの長さで1Mbpsで送信され、またショートフレームフォーマットでは72ビットの長さで同じく1Mbpsで送信される。よってロングフレームフォーマットの場合144μsec、ショートフレームフォーマットの場合72
μsecの時間は受信信号にはデータが存在しない。この実施例1では、ロングフレームフォーマットにおいて、プリアンブル信号送信時に使用されていないQchのデータ領域を用いて任意のデータを転送する。
以下、このロングフレームフォーマットにおいて、プリアンブル信号送信時に使用されていないQchのデータ領域を用いて任意のデータを転送するこの実施例1の無線通信方法について具体的に説明する。
図1は、この実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのIEEE802.11bの無線通信におけるデータ送信手順を示すフローチャートである。図1のフローチャートに示すように、先ず、フレームフォーマットに従い送信フレームを作成する。この送信フレームの作成では、MAC層からの送信命令に従い、その送信データ、レート、データ長の設定を行い(ステップS1)、送信フレームの組み立てを行う(ステップS2)。その後、スクランブルをかけ(ステップS3)、MAC層で決定される送信レートに従った変調方式を用いて送信データを作成する。
フレームフォーマットはロングフレームフォーマットとショートフレームフォーマットの2種類が用意されている。図2は、この実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのロングフレームフォーマットとショートフレームフォーマットを示す解説図である。このフレームフォーマットで構成された送信データをスクランブラ回路によりスクランブルをかけ、その後、各々の変調方式で変調され送信される。図4は、この実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのIEEE802.11bの無線通信における前記スクランブラ回路の構成を示すブロック図である。前記変調方式は大きく分けて2種類あり、DSSS(Direct Sequence Spred Spectrum)変調とCCK(Complementary Code Keying)変調が用意されている。図5は、この実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのIEEE802.11bの無線通信において用意されている変調方式を示す解説図である。
図1のフローチャートではステップS4がDSSS変調、ステップS5がCCK変調である。DSSS変調には1Mbpsと2Mbpsの転送レートがあり、前者の1Mbpsでは:DBPSK(Differential Binary Phase Shift Keying) + Barker符号拡散、後者の2Mbpsでは:DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying) + Barker符号拡散となっている。また、CCK変調は5.5Mbps、11Mbpsがある。
DBPSKとは差動2相位相変換であり、1bitのデータが前の値に対して変化した時に180°位相を回転させる変調である。よって、DBPSKでは0°と180°の位相しか扱わない。それに対してDQPSKは差動4相位相変換で、2bitのデータを扱い、前の値と比較して0°、90°、180°、270°と変換させる。つまり、送信データは位相データとして高周波信号処理回路へ送信されるため、IQのマッピングが行われる。よって、それぞれの送信データは位相に置き換わっており、IEEE802.11bの出力であるIch、QchのそれぞれのデータはIQマッピングを考えるとDBPSKではIchのみのデータを使用、DQPSKではIch,Qchの両方のデータを使用することになる。さらに、それらのIch、Qchのデータに対してBarker符号を加えたものが、1Mbpsと2Mbpsの転送レートとなる。図3は、この実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのIEEE802.11bの無線通信におけるIQマッピング図である。
ここでは深く述べないが、5.5Mbps、11Mbpsの転送レートを実現するCCK変調では、DQPSKを用いた変調を行うので、Ich,Qchの両方のデータを使用することになる。
以上、IEEE802.11bにおける送信信号の流れについて簡単に説明したが、ここで、図2のロングフレームフォーマットにおけるプリアンブル部のSYNC Fieldに注目する。このFieldはロングフレームフォーマットの場合128bit ALL“1”、ショートフレームフォーマットの場合56bit ALL“0”で構成され、同期処理用信号として用意されているものである。また、その次のフィールドにはSFD(Start Frame Delimiter)信号が用意されており、この信号によりフレームフォーマットがロングなのかショートなのかを判別する。これらのデータに対して図4に示すスクランブラ回路を通すと図6に示すような信号になる。プリアンブル信号はどの転送レートにおいても必ずDBPSK変調 + Barker符号拡散により変調され送信されるので、スクランブラ回路を通した後のデータはDBPSK + Barker符合拡散されて送信される。よって、送信データはIchのデータのみとなる。つまり、Qchには送信データが全くない状態である。図6は、図4に示すスクランブラ回路を通した後のデータの一例を示す解説図である。
次に受信側を考える。
物理層で変調されたデータは高周波信号処理回路によって2.4ギガヘルツ帯の電波によってAirを媒介にして転送される。この時、Ich、Qchデータは電波の位相として存在する。それを受信した端末はその電波を高周波信号処理回路へ通し、物理層にIch、Qchデータとして入力する。この時、プリアンブル信号を用いて受信データの同期とフレーム検出を行う。図7は、現状のシステムにおけるヘッダーを受信するまでに必要な処理と時間を示すフレームフォーマット図である。
ロングフレームフォーマットの場合は次のようになる。
AGC(Automatic Gain Control)は自動利得制御を行なっており、異なる受信レベルの信号を適性なレベルに補正している。この自動利得制御期間は14μsec必要である。
次にシンボル同期を行いDBPSKでデコードを開始する。このシンボル同期期間としては10μsecが必要である。
その後、チャネル推定を行なっており、周波数帯を補正している。このチャネル推定
期間としては64.5μsec必要である。
そして、チャネルI補償のためのSymbol同期を行う。このチャネルI補償期間としては8μsec必要である。
つまり、プリアンブルのSync Field 128μsecに対し、そのうち96.5μsecは、信号補正やシンボル同期の処理に必要である。しかし、残りの31.5μsecとSFD Field 16μsecとにおいては、プリアンブル信号の受信において信号処理が確立されている。つまり、プリアンブルの転送レートは1Mbpsなので、最大47bitのデータはプリアンブル内で確実に受信できるデータ量である。但し、ショートフレームフォーマットにおいてはロングフレームフォーマットと同じ処理を行なっているが、プリアンブル信号のBit長が短いため、時間的にはほとんど余裕のない状態で処理しているのが現状である。
以上のことをまとめると、プリアンブル信号はDBPSK + Barker符号拡散で変調しているため、転送されるデータはIchのみを使用する。よって、Qchにはデータが存在せず、受信しなくてもデータ転送が可能である。
ロングフレームフォーマットにおいて、プリアンブル信号の先頭から96.5μsec後にはデータの受信準備が整っている。且つ、ヘッダー信号もDBPSK + Barker符号拡散を用いた1Mbpsの転送レートを用いている。
以上の2点から、IEEE802.11bのロングフレームフォーマットにおいてプリアンブル信号とヘッダー信号の転送時にQchデータにDBPSK + Barker符号拡散による変調を用いた任意のデータを転送することが可能である。勿論、IEEE802.11bの規格には反することはない。
次にこの転送方式を使用する場合の必要なものを記す。
(1) Qchに信号があることを知らせるフラグ信号
(2) 付加する付加データをDBPSK + Barker拡散変復調する回路
(1)のQchに信号があることを知らせるフラグ信号は、受信側で受信データが通常のロングフレームフォーマットで送信されたものと、この実施例1の付加データが付加されたものとを見分けるために必要である。また、このフラグ信号はIchのデータと全く異なる複数ビットの配列をしていることが望ましい。これはIchとQchに異なるデータがあることを明らかにするためである。受信側はこの信号を検出できない場合は通常のロングフレームフォーマットの復調を行い、検出した場合は付加データの復調を行う。
(2)の付加する付加データをDBPSK + Barker拡散変復調する回路は、通常のロングフレームフォーマットでの転送に妨げがないように完全に切り離せるようにしておく必要がある。
この実施例1のプリアンブル時のQchを使ったデータ転送方法ではBit幅に余裕がある。図8は、この実施例1のプリアンブル時のQchを使ったデータ伝送方法を説明するためのQchに付加データを付加できる期間を示す解説図である。よって、フラグ信号と付加データの区切りは数通りが考えられる。図9は、フラグ信号と付加データの区切りの一例をデータ付加フォーマット例として示す解説図である。もちろん、これら全てのデータ長に対応することはなく、どれか一つ都合のよいものを選べばよい。使用上都合がよいのは図9に示すフォーマットNo2とフォーマットNo3である。なぜならば、通常のロングフレームフォーマットを復調する場合、SFDの検出を行なっている。よって、この検出信号をトリガーにすることにより、容易に付加データの復調のタイミングを計ることが出来るからである。
次に、具体例について説明する。
フォーマットNo2を用いた場合、フラグ信号を8bitと付加データを16bitの構成にする。図10は、フォーマットNo2を用いた場合の前記フラグ信号と前記付加データの挿入位置を示す解説図である。送信側は図10に示すようにSYNC Fieldの下位8bit目から前記フラグ信号(ここでは10111011とする)と、SFD Fieldにおいては前記付加データ16bitとをDBPSK + Barker拡散変調を行なって送信する。受信側ではQchのDBPSK + Barker拡散復調は常に行なっておく。通常のロングフレームフォーマットがSDFを検出し、ヘッダーの復調を始める信号をトリガーにしてQchの復調された信号24bitをラッチする。その上位8bitがフラグ信号と一致していれば、下位16bitは送信側の物理層から送信された任意の付加データと判断して処理を行う。
フォーマットNo3を用いた場合、フラグ信号を16bitと付加データを48bitの構成にする。図11は、フォーマットNo3を用いた場合の前記フラグ信号と前記付加データの挿入位置を示す解説図である。送信側は図11に示すようにSFD Fieldの16bitに合わせて前記フラグ信号16bitと、ヘッダーフィールドにおいては前記付加データ48bitとをDBPSK + Barker拡散変調を行なって送信する。受信側では前述した具体例と同様にQchのDBPSK + Barker拡散復調は常に行なっておく。通常のロングフレームフォーマットがSDFを検出し、ヘッダーの復調を始める信号をトリガーにしてQchの復調された信号16bitとフラグ信号を比較する。一致していれば、その次に復調される48bitのデータを送信側の物理層から送信された任意の付加データとして処理を行う。任意で送られたデータは送信データPSDU(PLCP“Physical Layer Convergence Protocol”Service Data Unit)の暗号化の鍵や、送信相手を知らせる情報として使うことが可能となる。
図12は、以上説明したこの実施例1の無線通信方法が適用される無線通信装置の送信側の変調回路の構成を示すブロック図である。また、図13は、同様に送信側の高周波信号処理回路の構成を示すブロック図である。図14は、この実施例1の無線通信方法が適用される無線通信装置の受信側の高周波信号処理回路の構成を示すブロック図である。また、図15は、同様に受信側の復調回路の構成を示すブロック図である。以下、これらブロック図に従ってこの実施例1の無線通信方法が適用される無線通信装置について説明する。
先ず、図12および図13のブロック図により示される送信側の無線通信装置について説明する。図12の送信側の無線通信装置の変調回路では、符号11で示すように、MAC層からの送信命令に従い、ヘッダー情報、送信データであるPSDU情報などにより送信フレームの組み立てを行う。この送信フレームの作成では、MAC層からの送信命令に従い、その送信データ、レート、データ長の設定を行い、送信フレームの組み立てを行う。このとき、変調前のデータに対し暗号キー9を用いて暗号処理を施す。そして、図4に示すスクランブラ回路によりスクランブル変調12をかけ、MAC層で決定される送信レートに従った変調方式を用いてIchデータおよびQchデータの送信データを作成する。この変調方式はDSSS変調処理23と、CCK変調処理21が用意されている。DSSS変調には1Mbpsと2Mbpsの転送レートがあり、符号24で示すように前者の1MbpsではDBPSK + Barker符号拡散、後者の2MbpsではDQPSK + Barker符号拡散となっている。また、CCK変調は5.5Mbpsと11Mbpsがある。
DSSS変調では、送信データは位相データとして図13に示す高周波信号処理回路へ送信されるため、IQのマッピングが行われる。よって、それぞれの送信データは位相に置き換わっており、IEEE802.11bの出力であるIch、Qchのそれぞれのデータは図3のIQマッピングを考えるとDBPSKではIchのみのデータを使用、DQPSKではIch,Qchの両方のデータを使用することになる。さらに、それらのIch、Qchのデータに対してBarker符号を加えたものが、1Mbpsと2Mbpsの転送レートとなる。
また、CCK変調では、5.5Mbps、11Mbpsの転送レートを実現し、DQPSKを用いた変調を行うので、Ich,Qchの両方のデータを使用することになる。
なお、これらDSSS変調またはCCK変調では、暗号キーを用いて暗号処理を施した変調前のデータをもとに、タイミング制御31を行う。
ここで、図2のロングフレームフォーマットにおけるプリアンブル部のSYNC Fieldは、ロングフレームフォーマットの場合、128bit ALL“1”で構成され、同期処理用信号として用意されている。また、その次のフィールドにはSFD信号が用意されている。これらのデータに対して図4に示すスクランブラ回路を通すと図6に示すような信号になる。プリアンブル信号はどの転送レートにおいても必ずDBPSK変調 + Barker符号拡散により変調され送信されるので、スクランブラ回路を通した後の図6に示すデータはDBPSK + Barker符合拡散されて送信される。よって、送信データはIchのデータのみとなる。つまり、Qchには送信データが全くない状態である。
このため、IEEE802.11bのロングフレームフォーマットにおいてプリアンブル信号とヘッダー信号の転送時に、図12の符号25,26で示すようにDBPSK + Barker符号拡散による変調処理、すなわちDBPSK変調(付加データ用変調回路)25とBarker符号付加(付加データ用変調回路)26を任意のデータに施し、Qchデータとして追加挿入し転送する。この任意のデータは付加データ32として示されており、DBPSK + Barker符号拡散による変調を用いた付加データ32を、ロングフレームフォーマットにおいてプリアンブル信号とヘッダー信号の転送時にQchデータに挿入し転送することについては、IEEE802.11bの規格には反することはない。
このようにして生成されたIchデータおよびQchデータは図13に示す高周波信号処理回路へ送信される。図13に示す高周波信号処理回路へ送信されたIchデータはディジタルローパスフィルタ41へ供給され、このディジタルローパスフィルタ41においてIchデータに含まれる高周波ノイズ成分を除去し、DAコンバータ42へ出力する。DAコンバータ42では、前記高周波ノイズ成分が除去されたIchデータをアナログ信号へ変換し、ローパスフィルタ43を介してさらにノイズ成分を除去し、ミキサ44へ供給する。ミキサ44では、前記ローパスフィルタ43から出力されたIchアナログ信号とPLL51の出力とが乗算され、加算器65へ出力される。PLL51では、互いにπ/2位相がずれた搬送波信号をミキサ44,64へ出力しており、ミキサ44ではローパスフィルタ43から出力されたIchアナログ信号とPLL51のπ/2位相がずれた一方の搬送波信号出力とがミキシングされ、所定の帯域へアップサンプリングされる。
一方、高周波信号処理回路へ送信されたQchデータはディジタルローパスフィルタ61へ供給され、このディジタルローパスフィルタ61においてQchデータに含まれる高周波ノイズ成分を除去し、DAコンバータ62へ出力する。DAコンバータ62では、前記高周波ノイズ成分が除去されたQchデータをアナログ信号へ変換し、ローパスフィルタ63を介してさらにノイズ成分を除去し、ミキサ64へ供給する。ミキサ64ではローパスフィルタ63から出力されたQchアナログ信号とPLL51のπ/2位相がずれた他方の搬送波信号出力とがミキシングされ、所定の帯域へアップサンプリングされる。ミキサ44の出力およびミキサ64の出力は加算器65により加算され合成され、ゲイン調整可能な高周波増幅器66へ供給される。高周波増幅器66の出力は帯域フィルタ67により所定の高周波帯域に限定されて送信アンテナ68から電波として送信される。
なお、これらディジタルローパスフィルタ41,61、DAコンバータ42,62、ローパスフィルタ43,63、ミキサ44,64、PLL51、加算器65、高周波増幅器66、帯域フィルタ67は、本発明の請求項13の送信側高周波信号処理回路に相当する。
このように、図12に示す送信側の無線通信装置の変調回路では、図9に示すフォーマットNo2を用いる場合、フラグ信号を8bitと付加データを16bitの構成にする。そして、図10に示すようにSYNC Fieldの下位8bit目から前記フラグ信号と、SFD Fieldにおいては前記付加データとをDBPSK + Barker拡散変調を行なって送信する。
また、フォーマットNo3を用いる場合、フラグ信号を16bitと付加データを48bitの構成にする。そして、図11に示すようにSFD Fieldに合わせて前記フラグ信号と、ヘッダーフィールドにおいては前記付加データをDBPSK + Barker拡散変調を行なって送信する。
図14に示す受信側の高周波信号処理回路では、受信アンテナ101で受信した信号の高周波帯域を帯域フィルタ102により限定し、高周波増幅器103へ供給する。高周波増幅器103では、入力された高周波信号の増幅度を調整し、前記高周波信号の強度を調整し、ミキサ105とミキサ111へ出力する。ミキサ105では、高周波増幅器103の出力とPLL104のπ/2位相がずれた一方の搬送波信号出力とがミキシングされ、前記所定の帯域からシステムクロックの帯域へダウンサンプリングされたIchアナログ信号を抽出し、ローパスフィルタ106へ出力する。ローパスフィルタ106では、Ichアナログ信号に含まれるノイズ成分を除去し、AGC増幅器107へ出力する。AGC増幅器107は、AGC制御部116により増幅度の自動調整機能が付与されており、AGC制御部116は、ディジタル処理を行うため受信信号の強度を自動調整する。AGC増幅器107において増幅されたIchアナログ信号はADコンバータ108へ出力される。ADコンバータ108ではIchアナログ信号をディジタル信号へ変換し、Ichディジタル信号をディジタルローパスフィルタ109へ出力する。ディジタルローパスフィルタ109では、Ichディジタル信号に含まれるノイズ成分を除去し、Ichデータとして出力する。
一方、ミキサ111では、高周波増幅器103の出力とPLL104のπ/2位相がずれた他方の搬送波信号出力とがミキシングされ、前記所定の帯域からシステムクロックの帯域へダウンサンプリングされたQchアナログ信号を抽出し、ローパスフィルタ112へ出力する。ローパスフィルタ112では、Qchアナログ信号に含まれるノイズ成分を除去し、AGC増幅器113へ出力する。AGC増幅器113は、AGC制御部116により増幅度の自動調整機能が付与されている。AGC増幅器113において増幅された。
Qchアナログ信号はADコンバータ114へ出力される。ADコンバータ114ではQchアナログ信号をディジタル信号へ変換し、Qchディジタル信号をディジタルローパスフィルタ115へ出力する。ディジタルローパスフィルタ115では、Qchディジタル信号に含まれるノイズ成分を除去し、Qchデータとして出力する。
なお、帯域フィルタ102、高周波増幅器103、ミキサ105,111、PLL104、ローパスフィルタ106,112、AGC増幅器107,113、AGC制御部116、ADコンバータ108,114、ディジタルローパスフィルタ109,115は、本発明の請求項19の受信側高周波信号処理回路に相当する。
この受信側の高周波信号処理回路から出力されたIchデータおよびQchデータは、図15に示す受信側の復調回路へ供給される。この受信側の復調回路では、前記IchデータおよびQchデータは補正回路121で周波数、位相、チャネルについての補正処理が施され、DSSS復調部122およびCCK復調部123へ出力される。DSSS復調部122では、Barker符号検出部131でBarker符号の検出を行い、Barker符号フィルタ部136へ出力される。DSSS復調部122では、Barker符号フィルタ136、Barker符号ピーク検出・同期追従処理部134、DBPSK/DQPSK復調部133および受信制御部135においてIchデータに対し復調処理が行われ、スクランブル復調処理をスクランブル復調部124で行い、MAC層へ送るデータ125を生成する。受信制御部135では、ヘッダー情報、PSDU情報などをもとに送信データの受信制御が行われる。
Barker符号フィルタ部(付加データ用復調回路)136と付加データDBPSK復調部(付加データ用復調回路)132では、QchのDBPSK + Barker拡散復調は常に行なっており、DBPSK復調であるときのQchを利用した例えば暗号キーである場合の付加データ126を抽出する。この暗号キーにより復調データに対し暗号解読処理を施すことが可能である。
CCK復調部123では、CCK制御部141およびCCK復調部142によりCCK復調処理が行われる。なお、CCK変調では、DQPSKを用いた変調を行うので、Ich,Qchの両方のデータを使用することになるため、Qchのデータ領域を用いた任意のデータの転送はない。
このように、図15に示す受信側の無線通信装置の復調回路では、受信側ではQchのDBPSK + Barker拡散復調は常に行なっておき、図9に示すフォーマットNo2を用いたデータ付加が行われている場合、受信制御部135により通常のロングフレームフォーマットがSDFを検出し、ヘッダーの復調を始める信号をトリガーにしてQchの復調された信号24bitをラッチする。そして、その信号24bitのうち上位8bitがフラグ信号と一致していれば、下位16bitは送信側の物理層から送信された任意の付加データと判断して処理を行う。
また、図9に示すフォーマットNo3を用いたデータ付加が行われている場合、通常のロングフレームフォーマットがSDFを検出し、ヘッダーの復調を始める信号をトリガーにしてQchの復調された信号16bitとフラグ信号を比較する。そして、一致していれば、その次に復調される48bitのデータを送信側の物理層から送信された任意の付加データとして処理を行う。
以上のように、この実施例1によれば、送信データに暗号化を施し、付加データに鍵情報を付けて送信することで同じシステムを持ったものしか通信できないようにするなどの第三者に知られたくない送信データについて秘匿性の確立を容易にし、特に無線通信などの第三者に容易に知られてしまう送信データについて物理層でのプロテクトが可能となる無線通信方法および装置を提供できる効果がある。
また、複数の端末が存在する場合、送信相手の情報を付加データにつけて送信することでそれ以外の端末はプリアンブルを受信した時点で、受信を続けるかどうかの判断が可能になる。つまり、必要がなければ動作を止め、無駄な消費電力を低下させることが出来るなど、システムの低消費電力化を実現できる無線通信方法および装置を提供できる効果がある。
また、任意の付加データをプリアンブルに付加することで通信規格に反することなくスループットの向上を実現できる無線通信方法および装置を提供できる効果がある。
本発明の実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのIEEE802.11bの無線通信におけるデータ送信手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのロングフレームフォーマットとショートフレームフォーマットを示す解説図である。 本発明の実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのIEEE802.11bの無線通信におけるIQマッピング図である。 本発明の実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのIEEE802.11bの無線通信における前記スクランブラ回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのIEEE802.11bの無線通信において用意されている変調方式を示す解説図である。 本発明の実施例1の無線通信方法および装置を説明するためのスクランブラ回路を通した後のデータの一例を示す解説図である。 本発明の実施例1の無線通信方法および装置を説明するための現状のシステムにおけるヘッダーを受信するまでに必要な処理と時間を示すフレームフォーマット図である。 本発明の実施例1のプリアンブル時のQchを使ったデータ伝送方法を説明するためのQchに付加データを付加できる期間を示す解説図である。 本発明の実施例1におけるフラグ信号と付加データの区切りの一例をデータ付加フォーマット例として示す解説図である。 本発明の実施例1においてフォーマットNo2を用いた場合のフラグ信号と付加データの挿入位置を示す解説図である。 本発明の実施例1においてフォーマットNo3を用いた場合のフラグ信号と付加データの挿入位置を示す解説図である。 本発明の実施例1の無線通信方法が適用される無線通信装置の送信側の変調回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例1の無線通信方法が適用される無線通信装置の送信側の高周波信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例1の無線通信方法が適用される無線通信装置の受信側の高周波信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例1の無線通信方法が適用される無線通信装置の受信側の復調回路の構成を示すブロック図である。
符号の説明
25……DBPSK変調(付加データ用変調回路)、26……Barker符号付加(付加データ用変調回路)、41,61……ディジタルローパスフィルタ、42,62……DAコンバータ、43,63……ローパスフィルタ、44,64……ミキサ、51……PLL、65……加算器、66……高周波増幅器、67……帯域フィルタ(以上、送信側高周波信号処理回路)、102……帯域フィルタ、103……高周波増幅器、105,111……ミキサ、104……PLL、106,112……ローパスフィルタ、107,113……AGC増幅器、116……AGC制御部、108,114……ADコンバータ、109,115……ディジタルローパスフィルタ(以上、送信側高周波信号処理回路)、136……Barker符号フィルタ部(付加データ用復調回路)、132……付加データDBPSK復調部(付加データ用復調回路)。

Claims (24)

  1. IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを使用し、他方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施された同期処理用前置信号を送信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記他方のチャネルへ付加データを挿入し、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で前記付加データに位相変調処理を施し、前記一方のチャネルを使用した前記同期処理用前置信号と、前記他方のチャネルへ挿入した前記付加データを位相合成し送信することを特徴とする無線通信方法。
  2. 前記前置期間から受信側が前記同期処理用前置信号をもとに受信準備を行うのに必要な受信準備期間を差し引いた残存期間に相当する前記他方のチャネルの期間へ、前記付加データを挿入し送信することを特徴とする請求項1記載の無線通信方法。
  3. 前記同期処理用前置信号は、同期信号と、フレームフォーマットのロングまたはショートを判別するフレームフォーマット種別判別信号とを含み、前記前置期間は、前記同期信号が送信される同期信号期間および前記フレームフォーマット種別判別信号が送信されるフレームフォーマット種別判別信号期間を有したプリアンブル信号期間であることを特徴とする請求項2記載の無線通信方法。
  4. 前記同期処理用前置信号は、同期信号と、フレームフォーマットのロングまたはショートを判別するフレームフォーマット種別判別信号と、ヘッダ信号とを含み、前記前置期間は、前記同期信号が送信される同期信号期間および前記フレームフォーマット種別判別信号が送信されるフレームフォーマット種別判別信号期間を有したプリアンブル信号期間と、前記ヘッダー信号が送信されるヘッダー信号期間とを含むことを特徴とする請求項2記載の無線通信方法。
  5. 前記付加データは、前記他方のチャネルへ付加データが挿入されていることを示す付加データ挿入識別データを含むことを特徴とする請求項1記載の無線通信方法。
  6. 前記変調方式は、DBPSKと Barker符号拡散とからなる変調方式であることを特徴とする請求項1記載の無線通信方法。
  7. IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを使用し、他方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施された同期処理用前置信号を受信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記他方のチャネルへ挿入されている、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施されている付加データに復調処理を施し、前記他方のチャネルを使用し前記付加データを受信することを特徴とする無線通信方法。
  8. 前記付加データは、前記前置期間から前記同期処理用前置信号をもとに受信準備を行うのに必要な受信準備期間を差し引いた残存期間に相当する前記他方のチャネルの期間へ挿入されていることを特徴とする請求項7記載の無線通信方法。
  9. 前記同期処理用前置信号は、同期信号と、フレームフォーマットのロングまたはショートを判別するフレームフォーマット種別判別信号とを含み、前記前置期間は、前記同期信号が受信される同期信号受信期間および前記フレームフォーマット種別判別信号が受信されるフレームフォーマット種別判別信号受信期間を有したプリアンブル信号受信期間であることを特徴とする請求項8記載の無線通信方法。
  10. 前記同期処理用前置信号は、同期信号と、フレームフォーマットのロングまたはショートを判別するフレームフォーマット種別判別信号と、ヘッダ信号とを含み、前記前置期間は、前記同期信号が受信される同期信号受信期間および前記フレームフォーマット種別判別信号が受信されるフレームフォーマット種別判別信号受信期間を有したプリアンブル信号受信期間と、前記ヘッダー信号が受信されるヘッダー信号受信期間とを含むことを特徴とする請求項8記載の無線通信方法。
  11. 前記付加データは、前記他方のチャネルへ付加データが挿入されていることを示す付加データ挿入識別データを含むことを特徴とする請求項7記載の無線通信方法。
  12. 前記変調方式は、DBPSKと Barker符号拡散とからなる変調方式であり、前記復調処理の方式は、DBPSKとBarker符号拡散とからなる復調方式であることを特徴とする請求項7記載の無線通信方法。
  13. IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを利用しプリアンブル信号を送信する位相変調方式の無線通信装置であって、
    IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを使用し、他方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施された同期処理用前置信号を送信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記他方のチャネルへ付加データを挿入し、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で前記付加データに位相変調処理を施す付加データ用変調回路と、
    前記一方のチャネルを使用した前記同期処理用前置信号と、前記他方のチャネルを使用した前記付加データとを送信する送信側高周波信号処理回路と、
    を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  14. 前記付加データ用変調回路は、前記前置期間から受信側が前記同期処理用前置信号をもとに受信準備を行うのに必要な受信準備期間を差し引いた残存期間に相当する前記空きチャネルの期間へ、前記付加データを挿入することを特徴とする請求項13記載の無線通信装置。
  15. 前記同期処理用前置信号は、同期信号と、フレームフォーマットのロングまたはショートを判別するフレームフォーマット種別判別信号とを含み、前記前置期間は、前記同期信号が送信される同期信号期間および前記フレームフォーマット種別判別信号が送信されるフレームフォーマット種別判別信号期間を有したプリアンブル信号期間であることを特徴とする請求項14記載の無線通信装置。
  16. 前記同期処理用前置信号は、同期信号と、フレームフォーマットのロングまたはショートを判別するフレームフォーマット種別判別信号と、ヘッダ信号とを含み、前記前置期間は、前記同期信号が送信される同期信号期間および前記フレームフォーマット種別判別信号が送信されるフレームフォーマット種別判別信号期間を有したプリアンブル信号期間と、前記ヘッダー信号が送信されるヘッダー信号期間とを含むことを特徴とする請求項14記載の無線通信装置。
  17. 前記付加データは、前記他方のチャネルへ付加データが挿入されていることを示すフラグ信号を含むことを特徴とする請求項13記載の無線通信装置。
  18. 前記変調方式は、DBPSKとBarker符号拡散とからなる変調方式であることを特徴とする請求項13記載の無線通信装置。
  19. IチャネルまたはQチャネルのうちのいずれか一方のチャネルを利用した位相変調されたプリアンブル信号を受信する無線通信装置であって、
    前記一方のチャネルを使用した前記同期処理用前置信号と、他方のチャネルを使用した付加データとを受信する受信側高周波信号処理回路と、
    前記一方のチャネルを使用し、前記他方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施された同期処理用前置信号を受信する、規格化された無線通信における前置期間において、前記他方のチャネルへ挿入されている、前記一方のチャネルは使用しない変調方式で位相変調処理が施されている前記付加データを復調する付加データ用復調回路と、
    を備えたことを特徴とする無線通信装置。
  20. 前記付加データ用復調回路は、前記前置期間から前記同期処理用前置信号をもとに受信準備を行うのに必要な受信準備期間を差し引いた残存期間に相当する前記他方のチャネルの期間へ挿入された前記付加データを復調することを特徴とする請求項19記載の無線通信装置。
  21. 前記同期処理用前置信号は、同期信号と、フレームフォーマットのロングまたはショートを判別するフレームフォーマット種別判別信号とを含み、前記前置期間は、前記同期信号が受信される同期信号期間および前記フレームフォーマット種別判別信号が受信されるフレームフォーマット種別判別信号期間を有したプリアンブル信号受信期間であることを特徴とする請求項20記載の無線通信装置。
  22. 前記同期処理用前置信号は、同期信号と、フレームフォーマットのロングまたはショートを判別するフレームフォーマット種別判別信号と、ヘッダ信号とを含み、前記前置期間は、前記同期信号が受信される同期信号受信期間および前記フレームフォーマット種別判別信号が受信されるフレームフォーマット種別判別信号受信期間を有したプリアンブル信号受信期間と、前記ヘッダー信号が受信されるヘッダー信号受信期間とを含むことを特徴とする請求項20記載の無線通信装置。
  23. 前記付加データは、前記空きチャネルへ付加データが挿入されていることを示すフラグ信号を含むことを特徴とする請求項19記載の無線通信装置。
  24. 前記変調方式は、DBPSKとBarker符号拡散とからなる変調方式であり、前記復調の方式は、DBPSKとBarker符号拡散とからなる復調方式であることを特徴とする請求項19記載の無線通信装置。
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