JP5220041B2 - 無線通信システム、基地局装置、端末装置及び通信方法 - Google Patents
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Description
そのような無線通信システムの中には、基地局は、複数の端末との通信に異なる周波数チャネルを用いて同時に通信する場合が生じる(図22参照)。例えば、免許不要周波数帯である2.4GHz帯と5GHz帯のそれぞれの周波数チャネルを用いる無線LAN製品が存在する(例えば、非特許文献2参照。)。
各端末から送信されるACK信号を基地局が受信する場合、基地局において受信される受信電力は、端末との距離などの影響により異なる。
そのため、非特許文献2の技術では、2.4GHz帯及び5GHz帯という互いに大きく離れた周波数帯を用いて、干渉が生じないだけの帯域幅を確保する方法を用いる(図22参照)。
しかしながら、隣り合う周波数チャネル間で互いに干渉が生じないように周波数チャネルを配置して、それぞれの帯域外電力の影響を回避するためのガードバンドの帯域幅を確保すると、使用できない周波数チャネルが発生することから周波数利用効率が悪くなる問題や、中心周波数が離れた複数の送信信号を生成することが必要となるためにアナログ回路が複雑化する問題が生じる。
これにより、無線通信システムでは、使用できない周波数チャネルの発生を抑制できることから、周波数利用効率を向上させることが可能となる。
図1は、本発明の一実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。
この図に示される無線通信システム1は、無線通信回線を用いて通信を行う基地局装置(AP:アクセスポイント)10と、基地局装置10と無線通信回線を用いて通信する端末装置(STA)50を複数備える。この図では、本実施形態の一態様として、2つの端末装置50−1、50−2と通信する基地局装置10を例示する。
また、基地局装置10は、有線回線(有線NW)70によって、他のネットワーク設備と接続される。基地局装置10は、端末装置50に送信する送信データが有線NW70から供給される。また、基地局装置10は、端末装置50から受信した受信データを有線NW70に供給する。
この図に示される基地局装置10は、送信キュー11、送信データ選択部12、変調部13、合成部14、TDD(Time Division Duplex: 時分割多重)スイッチ15、送受信アンテナ16、フレーム検出部17、分配部18、復調部19、誤り検出部20、再送制御部21、チャネルアクセス管理部22及びACKタイミング管理部23を備える。この図では、基地局装置10が送信に利用する周波数チャネル(チャネル)の数をkチャネルとする。
送信データ選択部12は、送信キュー11に保持された送信データから、利用できる周波数チャネル(チャネル)数と同数(k個)の送信データの供給を受ける。送信データ選択部12は、その送信データを送信情報として含むデータフレームを抽出する。送信データ選択部12は、再送制御部21から供給されるチャネルごとのACK信号を送信情報として含む制御フレームを抽出する。送信データ選択部12は、端末装置50が送信すべきチャネルを指示するチャネル制御情報をチャネルアクセス管理部22から供給を受ける。送信データ選択部12は、そのチャネル制御情報を送信情報として含む制御フレームを抽出する。送信データ選択部12は、端末装置50が送信すべきACK信号の送信タイミングを遅延させる送信遅延制御指示情報をACKタイミング管理部23から供給を受ける。送信データ選択部12は、その送信遅延制御指示情報を送信情報として含む制御フレームを抽出する。
そして、送信データ選択部12は、その送信データを含むデータフレームと、ACK信号、チャネル制御情報及び送信遅延制御指示情報の少なくともいずれかの情報を含む制御フレームとを変調部13に供給する。送信データ選択部12は、選択した周波数チャネル(周波数帯)をタイミング管理部23に通知する。
合成部14は、それぞれのチャネルごとに変調された変調信号に基づいて、無線フレームを生成する。また、合成部14は、それぞれの周波数チャネルに応じて、時間領域、周波数領域及び空間領域の少なくともいずれかの領域において多重化する合成処理を行って送信信号を生成する。この合成処理には、一般的な手法を適用できる。
送受信アンテナ16は、合成部14から供給される送信信号を無線信号として送信する。また、送受信アンテナ16は、受信した無線信号を検出し受信信号を生成してTDDスイッチに供給する。送受信アンテナは、複数のアンテナを備え、それぞれ独立した信号の送信、受信を行うことができる。
分配部18は、フレーム検出部17から供給される無線フレーム情報とACKタイミング情報に基づいて、各チャネルの受信信号及びACK信号をチャネルごとに分離し、各復調部19に分配する。
復調部19は、フレーム検出部17から供給される無線フレーム情報とACKタイミング情報に基づいて、分配部18によって分配された受信信号を復調する。復調部19は、周波数チャネル(チャネル)に応じて、復調部19−1から復調部19−kに分割して設けられる。復調部19−1から復調部19−kは、それぞれ独立して機能する。
再送制御部21は、誤り検出部20による判定によって、復調された信号を誤り無く正常に受信した場合、正常に受信した信号に対するACK信号を生成し、送信データ選択部12に供給する。
基地局装置10から隣接するチャネルを用いて端末装置50に同じタイミングで信号を送信する場合、端末装置50からのACK信号が同じタイミングで到来することになる。ACKタイミング管理部23は、基地局装置10が隣接するチャネルを用いて複数の端末装置50に対して同じタイミングで信号を送信する場合、隣接する端末装置50からのACK信号の送信タイミングを異なるタイミングにする。ACKタイミング管理部23は、隣接する端末装置50のうち一方の端末装置50からのACK信号の送信タイミングを従来のままとして、他方の端末装置50からの送信タイミングを遅延させる。これにより、基地局装置10は、同じタイミングで受信しないように制御できる。ACKタイミング管理部23は、端末装置50に対するACK信号の送信タイミングを遅延させる送信遅延制御指示情報を生成し、送信データ選択部12に供給する。
まず、基地局装置10から端末装置50に信号を送信する基地局装置10における送信系の動作を示す。
チャネルアクセス管理部22は、各チャネルの利用可否を判定する。この判定には、例えば、IEEE802.11標準において規定されているチャネルアクセス制御であるCSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)によるキャリアセンス・ランダムバックオフ機能を用いることができる。
チャネルアクセス管理部22は、チャネルが利用可能な状態にあると判定した場合、送信データ選択部12にそのチャネルを用いた送信指示を通知する。
送信データ選択部12は、ユーザごとの送信データを保持する送信キュー11のうち、利用できる周波数チャネル数(kとした)と同数のデータフレームを抽出し、各データフレームを送信する周波数帯を選択する。送信データ選択部12は、ACKタイミング管理部22に選択した周波数帯の情報を供給する。
ACKタイミング管理部22では、隣接チャネルのACKタイミングが同時にならないよう、各データフレームのACKタイミングを決定し送信データ選択部12に供給する。
送信データ選択部12は、各データフレームと、各データフレームに対して応答すべきACK信号のタイミング情報を変調部13−1から13−kにそれぞれ供給する。
変調部13では、供給されたデータフレームを無線信号へと変換する。
合成部14は、複数の無線信号を合成して、広帯域の無線信号とし、送受信アンテナ16により各端末装置に送信する。
各端末装置50からACKフレームを受信する際には、フレーム検出部17は、無線フレームが到来する周波数帯及びタイミングを検知する。分配部58は、検知された無線フレームに基づいて、周波数帯ごとに各復調部19−1から19−kへ受信信号を分配する。
また、ACKタイミング管理部23から供給される各チャネルのACKタイミング情報を用いて受信タイミングを決定してもよい。
各復調部19−1から19−kは、供給された信号をそれぞれ復調し、ベースバンド信号に変換する。
復調部19−1から19−kが復調したACKフレームの情報は、誤り検出部20により誤りの有無が判定され、その判定結果が再送制御部21に供給される。受信したACKフレームに対応するデータフレームについては、通信が成功したものとみなされ、送信キュー11から削除される。ACKフレームが受信されないデータフレームについては、再送を行うよう再送制御部21が送信データ選択部22に通知して、再送処理を行わせる。
この図に示される端末装置は、送信キュー51、送信データ選択部52、変調部53、TDDスイッチ55、送受信アンテナ56、フレーム検出部57、復調部59、誤り検出部60、再送制御部61、チャネルアクセス管理部62及びACKタイミング制御部63を備える。
送信データ選択部52は、送信キュー51に保持された送信データから、送信する順にしたがって送信データの供給を受ける送信データ選択部52は、その送信データを送信情報として含むデータフレームを抽出する。送信データ選択部52は、再送制御部61から供給されるチャネルごとのACK信号の供給を受ける。送信データ選択部52は、そのACK信号を送信情報として抽出する。送信データ選択部52は、端末装置50が送信すべきチャネルを指示するチャネル制御情報をチャネルアクセス管理部62から供給を受ける。送信データ選択部52は、そのチャネル制御情報を送信情報として含む制御フレームを抽出する。そして、送信データ選択部52は、その送信データを含むデータフレームと、ACK信号又はチャネル制御情報を含む制御フレームとを変調部53に供給する。
TDDスイッチ55は、合成処理された送信信号を送信アンテナ56に供給する(送信状態)。また、TDDスイッチ55は、送信アンテナ56によって受信した信号を受信信号として供給する(受信状態)。TDDスイッチ55は、送信状態と受信状態とを時分割で切り替える。
送受信アンテナ56は、変調部53から供給される送信信号を無線信号として送信する。また、送受信アンテナ56は、受信した無線信号を検出し受信信号を生成してTDDスイッチに供給する。送受信アンテナ56は、複数のアンテナを備え、それぞれ独立した信号の送信、受信を行うことができる。
復調部59は、フレーム検出部57から供給される無線フレーム情報とチャネル情報に基づいて受信信号を復調する。
再送制御部61は、誤り検出部60による判定によって、復調された信号に誤り無く受信できた場合、正常に受信した信号に対するACK信号を生成し、送信データ選択部52に供給する。
チャネルアクセス管理部62は、受信した受信信号に基づいて受信状態の検出を行い、当該チャネルの受信状態に基づいて、そのチャネルが利用可能か否かを判定する。
チャネルアクセス管理部62は、受信状態の判定結果に基づいて、端末装置50が送信すべきチャネルを指示するチャネル制御情報を生成する。チャネルアクセス管理部62は、チャネルが利用可能と判定した場合、送信データ選択部52に利用できるチャネル情報を含むチャネル制御情報を供給する。例えば、チャネルアクセス管理部62において、そのチャネルが利用可能か否かの判定は、そのチャネルの受信信号強度(RSSI)のレベルに基づいて判定し、予め定められる所定の閾値レベルに満たす場合を利用可能なチャネルとして判定する。
ACKタイミング制御部63は、フレーム検出部57によって抽出されたデータフレームのヘッダ情報が存在する場合においては、これを取得する。また、ACKタイミング制御部63は、復調部59の出力として得られる管理フレームに含まれるACKタイミング情報が存在する場合においては、これを取得する。ACKタイミング制御部63は、抽出されたデータフレームのヘッダ情報、及び、管理フレームに含まれるACKタイミング情報の少なくともいずれかを取得した場合においては、取得した情報に基づいて、ACKフレームを送信すべきタイミング情報を生成して送信データ選択部52に供給する。
まず、基地局装置10から送信された信号を受信する受信系の動作を示す。
端末装置50は、基地局装置10から送信された制御フレーム、データフレームを送受信アンテナ56により受信する。
フレーム検出部57は、到来する周波数帯を検知する。復調部59は、検知された周波数帯の変調信号から受信データを生成し、基地局装置10から送信された送信データを復元する。
再送制御部61は、データフレームが正しく受信された場合において、ACKフレーム情報を生成し、送信データ選択機能へ入力する。
ACKタイミング制御部63は、フレーム検出機能によって抽出されたデータフレームのヘッダ情報、或いは復調部59の出力として得られる管理フレームに含まれるACKタイミング情報が存在する場合においてはこれを取得し、ACKフレームが送信されるべきタイミングを送信データ選択部52へ通知する。
送信データ選択部52では、ACKタイミング制御部63によって指定されたタイミングでACKフレームが送信されるよう、再送制御部61から出力されるACKフレームを変調部59へと出力する。
変調部59は、ACKフレームを無線信号へと変換し、送受信アンテナ56を用いて基地局装置10へと送信を行う。
TDDスイッチ55は、送信時は送信信号を送受信アンテナ56へ送出し、受信時には受信した無線信号を各機能へと送出する機能を有する。
図4は、本実施形態の無線通信システムにおける送信電力を示す図である。
図に示される波形は、送信信号の送信信号スペクトルを示し、縦軸が電力スペクトル密度(dB:デシベル)を示し、横軸が周波数(MHz:メガヘルツ)を示す。この送信信号は、IEEE802.11a規格に準じたものであり、実際の測定値とともに、IEEE802.11a規格の送信電力スペクトルマスクを示す。
周波数が、この図の中心周波数に対して、対称にそれぞれ9MHzまでの帯域範囲では、フラットな周波数特性(0dBr)が許容され、この部分にデータ信号を含むメインローブが存在する。周波数がその帯域幅を越えた9MHzから11MHzにかけて、送信電力スペクトルマスクによって示される許容値は、−20dBrまで急峻に減衰する。周波数が11MHzを越えた範囲では、帯域外放射電力として制限されたる許容値が示される。周波数が11MHzを越え30MHzの範囲では、徐々に許容値が低下するものの、周波数に応じた減衰率は低下する。
図5は、本実施形態の無線通信システムにおける受信信号の干渉を示す図である。
この図に示される波形は、互いに隣接するチャネルを利用して送信する2つの端末装置からの受信信号の受信スペクトルの例が示される。
この図に示される波形は、端末装置50−1(STA1)の電力スペクトル密度を示す波形PS51と、隣接するチャネルを用いる端末装置50−2(STA2)の電力スペクトル密度を示す波形PS52とを示す。この波形を示すグラフの縦軸が電力スペクトル密度(dB:デシベル)を示し、横軸が周波数(MHz:メガヘルツ)を示す。
端末装置STA1の帯域外放射電力(波形PS51)は、端末装置STA2からの受信信号(波形PS52)に対して干渉電力となる。この図に示される例では、SIR(Signal-to-Interference Ratio)が20dBを越えて(SIR>20dB)確保できているので、帯域外放射電力の影響は少ない状態である。そのため、基地局装置10は、端末装置STA2のACKフレームを正しく受信することが可能である。また、端末装置STA2の帯域外放射電力に対する端末装置STA1の受信信号についても同様となる。
この図に示される波形は、互いに隣接するチャネルを利用して送信する2つの端末装置からの受信信号の受信スペクトルの例が示される。この図では、図5と異なり、隣接するチャネルの受信電力のバランスが異なる場合を示す。
端末装置STA1の受信信号電力に対する端末装置STA2の帯域外放射(波形PS62)は大幅に減少しているため、端末装置STA1の受信信号品質は高くなる。しかし、端末装置STA2の受信信号電力に対して端末装置STA1の帯域外放射電力が相対的に大きくなっており、同時にこの隣接するチャネルを受信した場合では、端末装置STA2の受信信号を受信できないことになる。したがって、同じタイミングで基地局装置10から送信された送信信号をそれぞれの端末装置50が受信できたとしても、端末装置50から同時に送信されるACK信号(ACKフレーム)を受信する際の処理が、互いに干渉することになる。その結果、基地局装置10は、端末装置STA2のACKフレームを正しく受信することができなくなるという状態が生じうる。
図7は、本実施形態の無線通信システムの動作を示すタイミングチャートである。
この図に示される縦軸は、隣接して配置される周波数チャネルf1とf2を示し、横軸が時間の経過を示す。図中に示される矩形は、当該時刻にその周波数チャネルを用いて送信されている無線フレームが存在していることを示す。
端末装置STA1とSTA2とは、通信に利用する周波数チャネルを、それぞれ周波数チャネルf1とf2に割り付けられるとする。その端末装置STA1とSTA2とは、基地局装置10から同じタイミングに送信された無線フレーム(FR11とFR21)を受信する。
ここで、基地局装置10は、端末装置STA1とSTA2が受信した無線フレームFR21とFR22に対して応答するACKフレームを、同時に受信しないように制御する。
そして、基地局装置10は、端末装置STA1がACKフレームを送信する期間と、端末装置STA2がACKフレームを送信する期間とが重複しないように制御する。
さらに、先に応答することになる端末装置STA2がDCF(Distributed Coordination Function)に基づいたチャネルアクセス権を取得した際に、端末装置STA2からの送信データフレームと、端末装置STA1が送信するACKフレームとが重複しないようにする。すなわち、端末装置STA1がACKフレームを送信する時刻を、端末装置STA2がACKフレームを送信し終えたタイミングから起算してSIFS(Short Inter Frame Spacing)の時間長とランダムバックオフの最短時間長が経過した時刻より早くなるように設定する。
これにより、端末装置STA1の送信タイミングを後方にシフトさせることができることから、端末装置STA2がACKフレームをAPに返信する期間において、周波数チャネルf1から帯域外放射が発生しないようにできる。
本実施形態に示す無線通信システムでは、そのような干渉による影響を低減させることが可能となる。
なお、それぞれの帯域(チャネル)に、個別に「scheduled ACK」による制御を適用し、帯域ごとに行われる制御を帯域間で連携させて制御することにより、本実施形態と等価の動作を実現することも可能である。
図を参照し、基地局装置10において生じうる隣接チャネルを同時に用いた場合に生じうる問題を解消させる異なる実施態様を以下に説明する。本実施形態では、4つの端末装置と基地局装置とが通信する無線通信システムの場合について示す。
図8は、本実施形態の無線通信システムの動作を示すタイミングチャートである。
この図に示される縦軸は、隣接して配置される周波数チャネルf1、f2、f3及びf4を示し、横軸が時間の経過を示す。図中に示される矩形は、当該時刻にその周波数チャネルを用いて送信されている無線フレームが存在していることを示す。
4つの端末装置50を、端末装置STA1、STA2、STA3及びSTA4として示す。
端末装置STA1、STA2、STA3及びSTA4は、通信に利用する周波数チャネルを、それぞれ周波数チャネルf1、f2、f3及びf4に割り付けられることとする。その端末装置STA1、STA2、STA3及びSTA4は、基地局装置10から同じタイミングに送信された無線フレーム(FR11、FR21、FR31及びFR41)を受信する。
ここで、端末装置STA1、STA2、STA3及びSTA4が受信した無線フレームFR11、FR21、FR31及びFR41に対して応答するACKフレームを基地局装置10が同時に受信しないように制御する。
例えば、基地局装置10は、端末装置STA2とSTA4に対して、ACKフレームの送信を開始する時刻を遅延させることとする。端末装置STA1とSTA3は、本実施形態に示す遅延制御を行わないこととする。つまり、この図に示したチャネル配置では、隣接していないチャネル同士は同時に送信を行うことが可能となる。
また、同時に複数の端末装置が、同時にACKフレームを送信することが可能となり、端末装置ごとに異なる遅延時間を割り当てて、その順に1つずつ端末装置がACKフレームを個別に送信する場合に比べ、応答時間を短縮することができる。
この図では、4つの端末装置を例示したが、必要に応じてその数を設定することが可能となる。
また、端末装置STA2とSTA4の送信タイミングを後方にシフトさせることにより、既存端末である端末装置STA1がACKフレームを基地局装置10に返信する期間において、周波数チャネルf2から対域外放射が発生しないようにできる。
図を参照し、本実施形態における異なる態様を示す。
本実施形態に示す無線通信システムは、図1に示した基地局装置10と端末装置50に代え、基地局装置10aと端末装置50aを備える。
この図に示される基地局装置10aは、送信キュー11、送信データ選択部12a、変調部13、合成部14、TDDスイッチ15、送受信アンテナ16、フレーム検出部17a、分配部18、復調部19、誤り検出部20、再送制御部21、チャネルアクセス管理部22及びチャネル利得推定部24を備える。図2と同じ構成には同じ符号を付す。
送信データ選択部12aは、送信キュー11に保持された送信データから、利用できる周波数チャネル(チャネル)数と同数(k個)の送信データの供給を受ける。送信データ選択部12aは、その送信データを送信情報として含むデータフレームを抽出する。送信データ選択部12aは、再送制御部21から供給されるチャネルごとのACK信号を送信情報として含む制御フレームを抽出する。送信データ選択部12aは、端末装置50が送信すべきチャネルを指示するチャネル制御情報をチャネルアクセス管理部22から供給を受ける。送信データ選択部12aは、そのチャネル制御情報を送信情報として含む制御フレームを抽出する。
また、送信データ選択部12aは、チャネル利得推定部24によって選択された周波数チャネルを選択し、その送信データを含むデータフレームと、ACK信号、チャネル制御情報及びチャネル利得情報の少なくともいずれかの情報を含む制御フレームとを変調部13に供給する。
フレーム検出部17a、受信信号に含まれる端末装置50aから送信されたデータフレーム及び制御フレームから無線フレーム情報とACKタイミング情報を抽出する。そして、フレーム検出部17は、抽出した無線フレーム情報とACKタイミング情報の両方を、分配部18と復調部19に供給する。
チャネル利得推定部24では、端末装置50(STA)から送信される無線フレームの受信電力を検出し、検出した受信電力の値を内部に備える記憶領域に時系列に記憶する。チャネル利得推定部24は、記憶された受信電力から履歴情報を生成する。
チャネルアクセス管理部22は、チャネルが利用可能か否かを判定する。その判定には、例えば、CSMA/CAによるキャリアセンス・ランダムバックオフ機能を適用できる。
送信データ選択部12aは、ユーザごとの送信キュー11のうち、利用できる周波数チャネル数(kとした)と同数のデータフレームを抽出し、各データフレームが送信される周波数帯を選択し、変調部13−1から13−kに供給する。
この際に、チャネル利得推定部24は、各データフレームの送信先である端末装置50aから送信された信号を受信した受信信号から検出された受信信号利得を、内部の記憶領域に記憶している値を参照する。
変調部13−1から13−kでは、データフレームを無線信号へと変換する。
各周波数帯の送信信号は複数の無線信号を合成部14により広帯域の無線信号に変換し、送受信アンテナ16により各端末装置50a(STA)に送信する。
各端末装置50aからACKフレームを同時に受信する際の動作は、従来例として示される一般的な動作と同じであってもよい。また、第1実施形態に示したように、ACKフレームの応答時間を遅延させる制御を行ってもよい。
この図に示される端末装置50aは、送信キュー51、送信データ選択部52、変調部53、送信電力制御部54、TDDスイッチ55、送受信アンテナ56、フレーム検出部57a、復調部59、誤り検出部60、再送制御部61、チャネルアクセス管理部62及びACK送信電力保持部64を備える。図3と同じ構成には同じ符号を付す。
フレーム検出部57aは、図3に示したフレーム検出部57の構成に加え、抽出した無線フレーム情報とACKタイミング情報の両方を、ACK送信電力保持部64に供給する。
ACK送信電力保持部64は、フレーム検出部57aにより抽出されたデータフレームのヘッダ部、或いは、データフレームの受信に先立ち受信した制御フレーム部に基づいて、ACKフレームの送信電力情報を取得する。ACK送信電力保持部64は、取得した送信電力情報を、内部に備える記憶領域に記憶する。記憶される送信電力情報は、基地局装置10aから新たな情報が通知された場合に更新される。ACK送信電力保持部64は、記憶した送信電力情報を送信電力制御部54に供給する。
基地局装置10a(AP)から送信された制御フレーム、データフレームを送受信アンテナ56により受信し、フレーム検出部57aにより到来する周波数帯を検知した上で復調部59によりデータを復元する。
受信したデータに対して、誤り検出部60は、正誤判定を行う。その判定の結果が、再送制御部61並びにチャネルアクセス部62へ供給される。
チャネルアクセス管理部62は、ACKフレームを、データフレームの受信後から既定の時間経過したタイミングにおいて送信するよう、送信データ選択部52を制御する。
チャネルアクセス管理部62は、例えば、IEEE802.11n規格の無線LANシステムのように、データフレームを受信後SIFS(Short Inter Frame Spacing)という時間間隔をあけてACKフレームを送信させる。
ACK送信電力保持部64は、フレーム検出部57aにより抽出されたデータフレームのヘッダ部、或いは、データフレームの受信に先立ち受信した制御フレームからACKフレームの送信電力情報を取得し保持する。
TDDスイッチ55は、送信時は送信信号を送受信アンテナ56へ送出し、受信時には受信した無線信号を各機能へと送出する。
図11は、本実施形態の無線通信システムにおける受信信号の干渉を示す図である。
この図に示される波形は、互いに隣接するチャネルを利用して送信する2つの端末装置からの受信信号の受信スペクトルの例が示される。この図では、図5、図6と異なり、隣接するチャネルの受信電力のバランスが異なる場合に、端末装置50aから送信する送信電力を変更することにより、基地局装置10aにおける受信電力のバランスを確保させる一態様を示す。
端末装置STA1が送信するACKフレームのAPにおける受信電力と端末装置STA2が送信するACKフレームのAPにおける受信電力とが等しくなるように、端末装置STA2の送信電力を制御した上で、同一のタイミングでACKフレームの送信を行う。
互いのACKフレームの受信信号電力を等しくすることにより、隣接チャネル干渉の影響を低減する。
例えば、端末装置STA2の送信電力がP, 端末装置STA2から基地局装置10a(AP)の伝搬損がL2, 端末装置STA1から基地局装置10a(AP)の伝搬損がL1であるとすると、端末装置STA1の送信電力を、(P×L2/L1)に設定する。
図は、端末装置STA1とSTA2とが送信したACKフレームの電力差が20dBである場合を示す例である。この場合、端末装置STA1の送信電力を20dB低減させることにより、端末装置STA1とSTA2の受信電力差を無くし、端末装置STA2からのACKフレームを正しく受信することができる。
図を参照し、基地局装置から端末装置に対する制御フレームの送信タイミングについて示す。
図12は、本実施形態の無線通信システムの動作を示すタイミングチャートである。
この図に示される縦軸は、隣接して配置される周波数チャネルf1とf2を示し、横軸が時間の経過を示す。図中に示される矩形は、当該時刻にその周波数チャネルを用いて送信されている無線フレームが存在していることを示す。
端末装置STA1とSTA2とは、通信に利用する周波数チャネルを、それぞれ周波数チャネルf1とf2に割り付けられるとする。その端末装置STA1とSTA2とは、基地局装置10から同じタイミングに送信された制御フレーム(FC11とFC21)及び無線フレーム(FR11とFR21)をそれぞれ受信する。
ここで、端末装置STA1とSTA2が受信した制御フレームFC11とFC21に含まれる制御情報に応じた動作を行う。端末装置STA1とSTA2が受信した無線フレームFR21とFR22に対して応答するACKフレーム(FA11とFA21)を基地局装置10において干渉しないように制御して送信する。
そして、基地局装置10は、端末装置STA1がACKフレーム(FA11)を送信する送信電力と、端末装置STA2がACKフレーム(FA21)を送信する送信電力とが干渉しないように制御する。送信電力の制御の詳細については、第3実施形態を参照する。
端末装置50aは、周波数チャネルf1、f2のいずれかの周波数チャネルの信号を受信して、制御フレームFC11又はFC21を検出する。
これにより、端末装置50aは、周波数チャネルf1には、制御フレームFC11の後に、基地局装置10aから端末装置50a−1(STA1)に向けてのデータフレームFR11(AP→STA1)の信号が続いて送信されることを検出する。また、端末装置50aは、周波数チャネルf1には、制御フレームFC21の後に、基地局装置10aから端末装置50a−2(STA2)に向けてのデータフレームFR21(AP→STA2)の信号が続いて送信されることを検出する。
端末装置50a−1と50a−2は、それぞれ受信した制御フレームに含まれる制御情報に応じて送信電力の制御を行うことができる。
図13は、本実施形態の無線通信システムの動作を示すタイミングチャートである。
この図に示されるシーケンスでは、図12に示したシーケンスに含まれた周波数チャネルf2における制御フレームFC21を削除した点が異なる。
各端末装置50aでは、受信待機状態時に、初めに周波数チャネルf1を用いて送信される制御フレームFC11を受信する。各端末装置50aは、受信した制御フレームFC11によって通知される周波数チャネルの割り付け情報を参照し、割り付けられた周波数チャネルを判定する。端末装置50aは、その判定の結果、割り付けられた周波数チャネルを用いて送信されるデータフレームFR11、FR21がいずれの周波数チャネルf1、f2を用いるかを予め判定することができる。このような手順を用いることにより、基地局装置10aから送信されるデータフレームFR11、FR21が任意の周波数チャネルに割り付けられても、そのデータフレームを受信することが可能となる。
なお、このような制御方法は、IEEE802.11n規格のような、プライマリ・チャネル/セカンダリ・チャネルの概念があるようなシステムに適する。
図14は、本実施形態の無線通信システムの動作を示すタイミングチャートである。
データフレームと制御情報をひとつのフレーム(FCR11とFCR21)として伝送することが可能となることから、周波数の利用効率を高めることが可能となる。
なお、送信電力を制御する制御情報は、いずれの周波数チャネルを用いて送信してもよい。
また、その送信電力は、周波数チャネルf1に割り当てられた端末装置の送信電力を制御する態様に制限されず、周波数チャネルf2に割り当てられた端末装置の送信電力を制御する態様としてもよい。
さらに、基地局装置(アクセスポイント)における受信電力がある目標値になるように、隣接する周波数チャネルに割り当てられた双方の端末装置の送信電力をそれぞれ制御することとしてもよい。すなわち、基地局装置は、検出した受信電力を、基準とする目標値と比較した結果に基づいて、端末装置に対する制御情報をそれぞれ送信する。その制御情報にしたがって、それぞれの端末が送信電力を制御することが可能となる。
図15は、端末装置の構成を示すブロック図である。
この図に示される端末装置50bは、送信キュー51、送信データ選択部52、変調部53、送信電力制御部54、TDDスイッチ55、送受信アンテナ56、フレーム検出部57、復調部59、誤り検出部60、再送制御部61、チャネルアクセス管理部62及びACK送信電力設定部65を備える。図3、図10と同じ構成には同じ符号を付す。
基地局装置10a(AP)から送信された制御フレーム、データフレームを送受信アンテナ56により受信し、フレーム検出部57により到来する周波数帯を検知した上で復調部59によりデータを復元する。
受信データに対して、誤り検出部60は、受信したデータの正誤判定を行う。その判定の結果が、再送制御部61並びにチャネルアクセス部62へ供給される。
チャネルアクセス管理部62は、ACKフレームを、データフレームの受信後から既定の時間経過したタイミングにおいて送信するよう、送信データ選択部52を制御する。
チャネルアクセス管理部62は、例えば、IEEE802.11規格の無線LANシステムのように、データフレームを受信後SIFS(Short Inter Frame Spacing)という時間間隔をあけてACKフレームを送信させる。
変調部59は、ACKフレームを無線信号へと変換し、送信電力制御部54は、ACK送信電力設定部65に保持されるACKフレームの送信電力の値を参照し、無線信号の送信電力をその値に設定する。送信電力制御部54は、送受信アンテナ56を用いて基地局装置(AP)へとACKフレームの送信を行う。
なお、本実施形態における基地局装置は、従来と同じ方式を用いた基地局装置を適用してもよい。
図16は、本発明の一実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。
この図に示される無線通信システム1は、無線通信回線30−1、30−2を用いて通信を行う基地局装置(AP:アクセスポイント)10bと、基地局装置10bと無線通信回線を用いて通信する端末装置(STA)50bを複数備える。この図では、本実施形態の一態様として、2つの端末装置50b−1、50b−2と通信する基地局装置10bを例示する。
基地局装置10bは、有線回線(有線NW)70によって、他のネットワーク設備と接続される。基地局装置10bは、端末装置50b−1、50b−2に送信する送信データが有線NW70から供給される。また、基地局装置10bは、端末装置50b−1、50b−2から受信した受信データを有線NW70に供給する。
この図に示される無線通信システム1bでは、基地局装置10bが持つ空間自由度を隣接チャネル干渉の低減を目的として用いる。これにより、端末装置STA1とSTA2が受信した信号に含まれる隣接チャネル干渉量を低減させることが可能となるため、下りリンクの伝送品質が向上する。
本実施形態に示す無線通信システムは、図1に示した基地局装置10と端末装置50に代え、基地局装置10bと端末装置50aを備える。
この図に示される基地局装置10bは、送信キュー11、送信データ選択部12a、変調部13、合成部14、TDDスイッチ15、送受信アンテナ16、フレーム検出部17a、分配部18、復調部19、誤り検出部20、再送制御部21、チャネルアクセス管理部22、送信指向性制御部25、チャネル推定部26及び送信指向性計算部27を備える。図2、図9と同じ構成には同じ符号を付す。
端末装置との間の無線通信回線に使用する電波の伝播特性に指向性を設定することができるので、所望の信号以外の混信を減らすとともに、所望の信号を検出できるゲインを高めることができる。
チャネル推定部26は、端末装置50aから送信される無線フレームの受信電力を検出する。チャネル推定部26は、内部に記憶領域を有し、検出した無線フレームの受信電力の値を検出した時間に応じて記憶する。
チャネルアクセス管理部22は、各チャネルの利用可否を判定する。この判定には、例えば、CSMA/CAによるキャリアセンス・ランダムバックオフ機能を用いることができる。
チャネルアクセス管理部22は、チャネルが利用可能な状態にあると判定した場合、送信データ選択部12にそのチャネルを用いた送信指示を通知する。
送信データ選択部12は、ユーザごとの送信データを保持する送信キュー11のうち、利用できる周波数チャネル数(kとした)と同数のデータフレームを抽出し、各データフレームを送信する周波数帯を選択する。送信データ選択部12は、ACKタイミング管理部22に選択した周波数帯の情報を供給する。
変調部13−1から13−kでは、データフレームを無線信号へと変換する。
各周波数帯の送信信号は複数の無線信号を合成部14により広帯域の無線信号とし、送受信アンテナ16により各STAへ送信する。
なお、各端末装置からACKフレームを同時受信する際の動作は従来例と同様とする。
図18は、本実施形態の無線通信システムの動作を示すタイミングチャートである。
この図に示される縦軸は、隣接して配置される周波数チャネルf1とf2を示し、横軸が時間の経過を示す。図中に示される矩形は、当該時刻にその周波数チャネルを用いて送信されている無線フレームが存在していることを示す。
端末装置STA1とSTA2とは、通信に利用する周波数チャネルを、それぞれ周波数チャネルf1とf2に割り付けられるとする。その端末装置STA1とSTA2とは、基地局装置10から同じタイミングに送信された制御フレーム(FC11,FC21)及び無線フレーム(FR11とFR21)をそれぞれ受信する。
また、基地局装置10bは、端末装置から異なるタイミングに送信された制御フレーム(FC12からFC13,FC22からFC23)をそれぞれ受信する。
まず、端末装置STA1が、周波数チャネルf2を利用して、制御フレームFC22を送信する。この制御フレームを受信した基地局装置10bは、周波数チャネルf2における端末装置STA1からの伝送路特性を推定する。端末装置STA2が、周波数チャネルf1を利用して、制御フレームFC12を送信する。この制御フレームを受信した基地局装置10bは、周波数チャネルf1における端末装置STA2からの伝送路特性を推定する。端末装置STA1が、周波数チャネルf1を利用して、制御フレームFC13を送信する。この制御フレームを受信した基地局装置10bは、周波数チャネルf1における端末装置STA1からの伝送路特性を推定する。端末装置STA2が、周波数チャネルf2を利用して、制御フレームFC23を送信する。この制御フレームを受信した基地局装置10bは、周波数チャネルf2における端末装置STA2からの伝送路特性を推定する。
基地局装置10bは、この伝送路推定処理に基づいて、無線通信回線30−1と30−2の指向特性を定めることができる。
これにより、端末装置STA1の送信タイミングを後方にシフトさせることができることから、端末装置STA2がACKフレームを基地局装置10bに返信する期間において、周波数チャネルf1から帯域外放射が発生しないようにできる。
受信応答信号(ACKフレーム)を制御する制御フレームを送信するタイミングについては、実施形態に示したそれぞれの制御方法において、各ユーザが利用するチャネル情報と、受信応答信号(ACKフレーム)を制御する制御情報とを合わせた制御フレームとして端末装置に送信してもよい。
これにより、無線通信システムでは、ガードバンドを大きく取る必要が無くなり、使用できない周波数チャネルの発生を抑圧できることから、周波数利用効率を向上させることが可能となる。
これにより、さらに、無線通信システムでは、ACKフレームの送信開始時刻を制御することにより、干渉が生じる期間を避けて検出することが可能となる。
これにより、さらに、無線通信システムでは、ACKフレームを送信する送信電力を制御することにより、干渉が生じるようなレベル差が発生せず、隣接する周波数チャネルの信号も受信可能となる。
これにより、さらに、無線通信システムでは、ACKフレームを送信する所望の端末装置との無線通信回線の指向特性を制御することにより、不要な混信を避け、ゲインを高めた回線を確保することが可能となる。
これにより、さらに、無線通信システムでは、端末装置50は、基地局装置10から送信される制御情報に含まれる指示情報に基づく指示にしたがって、ACKフレームを送信することが可能となる。
これにより、さらに、無線通信システムでは、端末装置50は、基地局装置10から送信される制御情報に基づいて、端末装置50が生成した指示情報に基づく指示にしたがって、ACKフレームを送信することが可能となる。
11 送信キュー
12 送信データ選択部
13 変調部
14 合成部
15 TDDスイッチ
16 送受信アンテナ
17 フレーム検出部
18 分配部
19 復調部
20 誤り検出部
21 再送制御部
22 チャネルアクセス管理部
23 ACKタイミング管理部
Claims (7)
- 複数の端末装置と、該複数の端末装置と通信する基地局装置とを含む無線通信システム
であって、
前記基地局装置は、
前記端末装置に対して送信した信号に対する受信応答信号が干渉せずに受信するように、前記受信応答信号の送信が制御される制御情報を送信し、
前記端末装置は、
前記基地局装置が前記端末装置に対して送信した信号に対する受信応答信号であって、前記基地局装置が前記受信応答信号を干渉せずに受信するように、前記基地局装置から送信された制御情報に応じて前記受信応答信号を送信し、
前記基地局装置は、
前記受信応答信号の送信開始時間を制御して、前記受信応答信号を隣接するチャネルを使って同時に受信しないように配置し、
前記端末装置は、
前記基地局装置から送信された制御情報に応じて指示された送信開始時間に基づいて前記受信応答信号を送信する
ことを特徴とする無線通信システム。 - 前記基地局装置は、
前記受信応答信号が隣接したチャネルに配置される場合、前記受信応答信号の受信電力が、干渉せずに受信できる電力レベルとなるように隣接するチャネルに配置された前記端末装置からの送信電力を制御し、
前記端末装置は、
前記基地局装置から送信された制御情報に応じて指示された前記送信電力に基づいて前記受信応答信号を送信する
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。 - 前記基地局装置は、
前記端末装置に対して送信した信号が干渉せずに受信できる受信電力となるように前記端末装置の方向に送信する電波の指向特性を制御する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無線通信システム。 - 前記端末装置は、前記受信応答信号を送信する条件を定める情報に基づいて前記受信応答信号の送信を指示する指示情報を生成する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の無線通信システム。 - 複数の端末装置と通信する基地局装置であって、
前記基地局装置は、
前記端末装置が信号を受信したことに応じて前記端末装置から送信される受信応答信号を干渉せずに受信するように、前記受信応答信号の送信が制御される制御情報を送信し、該端末装置からの受信応答信号を受信し、
前記受信応答信号の送信の制御においては、前記受信応答信号の送信開始時間を制御して、前記受信応答信号を隣接するチャネルを使って同時に受信しないように配置する
ことを特徴とする基地局装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の基地局装置と通信する端末装置であって、
前記基地局装置から自装置に対して送信された信号を受信し、その受信に応じて送信する受信応答信号を、前記基地局装置が干渉せずに受信するように、前記基地局装置から前記送信された制御情報に応じて前記受信応答信号を送信し、
前記受信応答信号の送信においては、前記基地局装置から送信された制御情報に応じて指示された送信開始時間に基づいて前記受信応答信号を送信し、
前記送信開始時間は、前記基地局装置において前記受信応答信号を隣接するチャネルを使って同時に受信しないように配置される
ことを特徴とする端末装置。 - 複数の端末装置と、該複数の端末装置と通信する基地局装置とを含む無線通信システムの通信方法であって、
前記基地局装置から前記端末装置に対して送信した信号に対する受信応答信号が干渉せずに受信するように、前記受信応答信号の送信が制御される制御情報を送信する制御情報送信過程と、
前記基地局装置が前記受信応答信号を干渉せずに受信するように、前記基地局装置から前記送信された制御情報に応じて前記受信応答信号を前記端末装置が送信する応答送信過程と、
を含み、
前記制御情報送信過程においては、前記基地局装置が、前記受信応答信号の送信開始時間を制御して、前記受信応答信号を隣接するチャネルを使って同時に受信しないように配置し、
前記応答送信過程においては、前記端末装置が、前記基地局装置から送信された制御情報に応じて指示された送信開始時間に基づいて前記受信応答信号を送信する
ことを特徴とする通信方法。
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