JP5263735B2

JP5263735B2 - 条件最適化のための物理層ヘッダを有する無線通信システム

Info

Publication number: JP5263735B2
Application number: JP2008161279A
Authority: JP
Inventors: チンシャンサム; トンチェアバイカッシュ; 龍平船田; 洋三荘司; 嘉紀西口; 博司原田; 修三加藤
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: JP2010004316A

Description

本発明は、無線通信システムに関する。この無線通信システムでは、あるフレームの物理層ヘッダが次のフレームの情報を含むため、次のフレームを処理するために最適な状態にシステムを調整することができる。これにより、本発明の無線通信システムは、ハイスループットな無線通信を達成できる。

無線通信システムでは、各装置間の通信が無線によって実現される。無線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）は、従来の有線によるＬＡＮを置換するものとして普及している。無線ＬＡＮには様々な規格が存在する。物理層及びその直近の上位層であるＭＡＣ（媒体アクセス制御）副層（データリンク層）については、ＩＥＥＥ（米国電気電子学会）標準化委員会のワーキンググループによる、ＩＥＥＥ８０２．１１規格が知られている。

このＩＥＥＥ８０２．１１規格では、物理層をＰＭＤ（物理媒体依存）副層とＰＬＣＰ（物理層コンバージェンスプロトコル）副層の２つの副層に分けている。ＰＭＤ副層では、周波数ホッピング方式、直接拡散方式、赤外線の強度変調といった媒体の特性に応じて、複数の伝送方式が規定されている。ＰＬＣＰ副層は、物理層の情報を伝えるためのプロトコルである。

すなわち、無線通信システムにおいて、１つのフレームはプリアンブル、ヘッダ及びペイロードを含む。図４は、典型的なフレーム構成の例を示す図である。図４に示されるように、物理層（ＰＨＹ）ヘッダは、そのフレームに関連した物理層に関する情報を含むヘッダである。ＰＬＣＰヘッダなどの物理層ヘッダは、典型的には、ペイロード長に関するデータ、変調方式、ＦＥＣ（誤り修正）方式、速度などの情報を有している。ＩＥＥＥのワーキンググループ８０２．１１や，８０２．１５では、あるフレームに含まれる物理層ヘッダは、そのフレームに関する情報のみを含むこととされている。

個人領域ネットワークとよばれるＰＡＮ（ＰｅｒｓｏｎａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）は、公知の近距離通信網（ＬＡＮ）や遠距離通信網（ＷＡＮ）と対比される概念である。そして、ＰＡＮは、個々人にそれぞれの固有のネットワークを持たせることを意味する。ＰＡＮは、個人が所有しているデバイス（Ｄｅｖｉｃｅ）が、１つのネットワークを構成する。このＰＡＮを無線で実現するのが、無線個人領域ネットワーク（ＷＰＡＮ）である。

ＰＡＮを無線で実現するための試みとして、ＩＥＥＥ８０２．１５ワーキンググループは、近距離無線ネットワークの標準規格としてＷＰＡＮを定め、その下に４つの標準規格に関する作業部会（ＴａｓｋＧｒｏｕｐ）を有している。ＩＥＥＥ８０２．１５．１が公知のブルーツース（ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標））に対する標準規格に関する。ＩＥＥＥ８０２．１５．３およびＩＥＥＥ８０２．１５．３ａは高速（ｈｉｇｔｒａｔｅ）ＷＰＡＮに対する標準規格に関する。そして、ＺｉｇＢｅｅと呼ばれるＩＥＥＥ８０２．１５．４は、２５０ｋｂｐｓ以下の低速（ｌｏｗｒａｔｅ）ＷＰＡＮに対する標準規格に関する。

ＷＰＡＮ環境の下では、複数のデータデバイスは１つのピコネット（ｐｉｃｏｎｅｔ）を構成し、ピコネット内の１つのデバイスがネットワーク管理者（ｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、以下ＮＣと称する）となる。

ＮＣは、残りのデバイスに、同期信号のビーコン（ｂｅａｃｏｎ）をブロードキャストする。これにより、ＮＣは、ピコネットにリンクされたデバイスを同期化させる。一方、ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｘ高速ＷＰＡＮでは、従来幅広く使用されてきたＣＳＭＡ／ＣＡ（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓＷｉｔｈＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅ）方式がＱｏＳの提供を行なえないことを認識した。そこで、このＷＰＡＮでは、ＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式と類似しているＣＴＡ（ＣｈａｎｎｅｌＴｉｍｅＡｌｌｏｃａｔｉｏｎ）の導入が図られている。即ち、デバイスが使用しようとするチャネル時間が、競争区間と呼ばれるＣＡＰ（ＣｏｎｔｅｎｔｉｏｎＡｃｃｅｓｓＰｅｒｉｏｄ）の間、チャネル時間要請コマンド（ｃｈａｎｎｅｌｔｉｍｅｒｅｑｕｅｓｔｃｏｍｍａｎｄ）を介してＮＣに通知される。ＮＣは、このようなチャネル時間要請コマンドを検討してスケジューリングを行なう。そして、そのスケジューリングの結果を、ビーコンフレーム（ｂｅａｃｏｎｆｒａｍｅ）のＣＴＡＩＥ（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｌｅｍｅｎｔ（ｓ））を介してデバイスにブロードキャストする。これにより、該当デバイスは自分に割当てられたチャネル区間でデータの送受信を行なう。なお、ＮＣによって割当てられた区間（ＣＴＡ）は，該当のデバイスのみが使用できるのでＱｏＳが保障できる。

デバイスがＮＣに要請するチャネル時間の類型としては、マルチメディアストリーム伝送のための等時性ストリーム（ｉｓｏｃｈｒｏｎｏｕｓｓｔｒｅａｍ）と、バルク（ｂｕｌｋ）データ伝送のための非同期チャネル時間（ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｈａｎｎｅｌｔｉｍｅ）とがある。

まず、等時性ストリームの場合、デバイスは、周期的にチャネル時間を要請する。ＮＣは、デバイスが求めるチャネル時間が利用できない時や当該デバイスの優先順位をサポートできない時には、その要請を断り、そうでない時にはチャネル時間を割当てる。

一方、非同期チャネル時間では、デバイスは、周期的にチャネル時間を要請せず、バルクデータを伝送するための十分な総時間を割当てるよう要請する。ＮＣは、このデバイスにチャネル時間を割当て、要請した総チャネル時間から予め割当てられたチャネル時間を除いた値を維持し、次の要請に対して時間を割当てる。なお、チャネル時間の要請を直ちに収容できない場合にも、ＮＣはキューを行なうことができる。

ところで、従来のチャネル時間の割当て方法は、チャネル状態が悪化しフレームエラーあるいは損失が生じるようになると、伝送すべきフレームを完全に伝送できなくなるため、ＱｏＳが悪化する。

また、ＶＢＲストリームの場合、伝送するたびに伝送すべきデータ量が変化する。しかし、あるフレーム（第１のフレーム）を基準にして最大データ速度（ｐｅａｋｄａｔａｒａｔｅ）に合わせてチャネル時間を割当てると、これに続くフレームが短い場合は、使用されないチャネル時間が発生してしまう。たとえば、第１のフレームに続くフレームの時間が長い場合には、他のフレームの伝送時間が確保できなくなる。したがって、ＶＢＲストリームの場合，ＱｏＳを保障するためにネットワークの利用性が低下するという問題がある。

そこで、下記特許文献１では、共有されたＣＴＡ区間を含むチャネル割り当て時間を割り当てるチャネル時間割当方法が開示されている。しかしながら、物理層ヘッダは、その物理層ヘッダが含まれるフレームに関する情報のみを有するものであるため、チャネル割当を機動的に行うことができないという問題がある。
４０２５７７７号公報

本発明は、効率的に伝送処理を行うことができる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、可変ビットレート（ＶＢＲ）ストリームの特性に応じて、効果的にチャネル時間割当（ＣＴＡ）を行うことができる無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、基本的には、あるフレームの物理層ヘッダ（ＰＨＹヘッダ）が次のフレームの情報を含むため、次のフレームを処理するために最適な状態にシステムを調整することができ、これによりハイスループットな無線通信を達成できるという知見に基づく。

本発明の第１の側面は、通信局から送信された無線信号を無線端末が受信する無線通信方法に関する。そして、無線信号は、複数のフレームを含む。この複数のフレームのそれぞれのフレームは、その物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を含む。本発明の無線通信方法は、無線端末が、受信した無線信号の物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて無線信号の処理条件を調整する。

本発明の第１の側面の好ましい態様は、「次のフレームに関する情報」として、次のフレームのペイロード長さに関する情報を含むものである。この場合、「次のフレームのペイロード長さ」に応じて、次のフレームの処理に割り当てる時間を調整する。そして、次のフレームは、物理層ヘッダを解析したフレームが存在するＣＴＡ区間に存在する。このため、最適なペイロード長さに応じて、処理時間を割当てることができる。

本発明の第１の側面の好ましい態様は、「次のフレームに関する情報」として、次のフレームのプリアンブルの長さに関する情報を含むものである。この場合、「次のフレームのプリアンブルの長さ」に応じて、次のフレームの処理に割り当てる時間を調整する。そして、次のフレームは、物理層ヘッダを解析したフレームが存在するＣＴＡ区間に存在する。この態様は、先に説明したあらゆる態様と組合わせて用いることができる。このため、最適なプリアンブルの長さに応じて、処理時間を割当てることができる。

本発明の第１の側面の好ましい態様は、「次のフレームに関する情報」として、次のフレームのＩＦＳの長さに関する情報を含むものである。この場合、「次のフレームのＩＦＳの長さ」に応じて、物理層ヘッダを解析したフレームと次のフレームとのＩＦＳを調整する。そして、調整したＩＦＳに基づいて、次のフレームの処理を行う。このため、最適なＩＦＳにてフレーム処理を行うことができる。

本発明の第１の側面の好ましい態様は、通信局から送信された無線信号がビーコン信号を含み、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式及びＴＤＭＡ方式を組合わせた通信方式により変調されたものである。この態様は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式及びＴＤＭＡ方式を組合わせた通信方式により変調された無線信号を含むので、ＰＡＮなど近距離無線通信に好ましく用いることができる。

本発明の第１の側面の好ましい態様は、無線信号の処理条件を調整する工程が、物理層ヘッダを解析したフレームが含まれるＣＴＡ区間において行われるものである。

本発明の第２の側面は、通信局で変調され，送信された無線信号を無線端末が受信し，復調する無線通信システムに関する。そして、無線信号は、複数のフレームを含む。通信局は、複数のフレームのあるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を付加する手段を有する。このため、通信局は、複数のフレームのあるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を付加することができる。そして、無線端末は、物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて無線信号の処理条件を調整する調整手段を含む。このため、無線端末は、物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて、この次のフレームを処理するための条件を事前に調整することができる。そして、この第２の側面に係る無線通信システムは、本発明の第１の側面に係る無線通信方法を実現するための構成を適宜採用することができる。

本発明によれば、あるフレームの物理層ヘッダ（ＰＨＹヘッダ）が次のフレームの情報を含むため、次のフレームを処理するために最適な状態にシステムを調整することができる。すなわち、本発明によれば、効率的に伝送処理を行うことができる無線通信システムを提供することができる。

本発明は、次のフレームの処理時間を的確に調整できるので、可変ビットレート（ＶＢＲ）ストリームの特性に応じて、効果的にチャネル時間割当（ＣＴＡ）を行うことができる無線通信システムを提供することができる。

図１は、本発明における物理層ヘッダの例を示す概念図である。すなわち、本発明の物理層ヘッダは、通常の無線通信信号の物理層ヘッダに含まれるフィールドと、次のフレームに関する情報が変調されたフィールドを有する。図１に示す例では、次のフレームに関するフィールドとして、次のフレームのペイロード長、プリアンブル長、及びＩＦＳ長に関するフィールドが示されている。次に、フレーム構成について説明する。

たとえば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格におけるＰＬＣＰフレームは、ＰＬＣＰ副層における情報を伝達するものである。そして、このＰＬＣＰフレームは、プリアンブルと、ＰＬＣＰヘッダとを有し、ペイロードとしてＭＡＣフレームを有する。プリアンブルは、同期をとるための信号であり、同期ビットとデリミタとを有する。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格におけるＰＬＣＰヘッダは、シグナルと、サービスと、長さと、ＣＲＣ（巡回冗長検査）とを有する。シグナルは、伝送速度示すフィールドである。サービスは、変調方式などを示すフィールドである。長さは、ＭＡＣフレームの長さをマイクロ秒単位で示すフィールドである。ＣＲＣは、ＰＬＣＰヘッダの誤り検出を行うためのフィールドである。

一方、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格におけるＰＬＣＰフレームは、ＰＬＣＰフレームと同様に、ＰＬＣＰ副層における情報を伝達するものである。そして、ＰＬＣＰフレームは、プリアンブルと、ＰＬＣＰヘッダとを備える。また、ＰＬＣＰフレームは、ペイロードとしてＭＡＣフレームを有する。このＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格では、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の周波数２．４ＧＨｚ帯とは異なる５ＧＨｚ帯の周波数を用いるため、ＩＥＥＥ８０２．１１規格との互換性はなく、フレームフォーマットも異なるものが採用されている。

本発明においては、たとえば、このＰＬＣＰヘッダに、次のフレームに関する情報を表すフィールドを付加すればよい。

ＰＬＣＰヘッダは、データレートと、長さと、パリティと、テールと、サービスのほか、次のフレームに関する情報を表すフィールドを有する。データレートは、伝送速度を表すフィールドである。長さは、ＭＡＣフレーム（ペイロード）の長さをバイト単位で表すフィールドである。パリティは、誤り検出に用いられる符号である。テールは、データレートから始まるシグナルの後尾を表すフィールドである。

以下、次のフレームのペイロード長を物理層ヘッダに含めることについて説明する。ペイロード長は、通常０オクテット以上数キロオクテット以下である。あるフレームの物理層ヘッダ部分に次のフレームのペイロード長に関するデータを追加することで、チャネルの状況や伝送状態に応じてスループットを効果的に高めることができる。本発明においては、このような調整をフレームごとに行うことが好ましい。すなわち、現在のフレームを処理する際に、次のフレームのスループットを調整する。このようにすることで、システムの性能や効率が向上することとなる。

図２は、ペイロード長に関して、従来の通信方法と本発明の通信方法の相違を説明するための図である。図２Ａは、従来の通信方法を示す。一方、図２Ｂは、本発明の通信方法を示す。図２Ｃは、図２Ａ及び図２Ｂと、ＣＴＡスロット時間との関係を示す。図２Ａ〜図２Ｃに示す例について説明する。図２に示す例で、フレームＦ２の終りにチャネルコンディションが悪化したとする。従来の通信方法では、通信局が、あるＣＴＡスロット時間に含まれるフレームについて長いペイロード長を設定する。従来の通信方法では、ペイロード長は、図２Ｃに示される期間中変化しない。一方、図２Ｂに示される本発明の通信方法では、物理層ヘッダに、次のフレームの短いペイロード長に関するフィールドが付加される。そして、フレームＦ４以降では、この短いペイロードを有するフレームが形成される。このように、短いペイロードにより、通信のパフォーマンスを維持できる。

すなわち、図２Ａに示されるように、従来の通信方法では、チャネル状況によらず一定のペイロード長を持たせていた。一方、本発明では、次のフレームのペイロード長に応じて最適化を図る。図２Ａでは、フレームＦ３以降は、チャネルが減少しているにもかかわらず、ＣＴＡ（チャネル時間割当）を通して、固定されたペイロード長に応じた処理がなされている。これによりＦ３以降のフレームの効率が悪化する。一方、図２Ｂでは、チャネル状況が悪くなった場合、通信のパフォーマンスを維持する。具体的には、フレームＦ３の物理層ヘッダにフレームＦ４のための短いペイロード長を選択させるための情報が含まれている。そして、フレームＦ３を処理する際に、フレームＦ４のペイロード長に応じたチャネル状況となるようにシステムを調整する。このため、フレームＦ４以降において通信のパフォーマンスを維持できる。すなわち、フレームＦ４では、チャネルの劣化に応じてシステムのスループットを低下させる。同様に、次のフレームのシステムの要求に応じて、スループットのスケーラビリティやパフォーマンスを調整することで、良好なチャネル状況を維持できる。

次のフレームのプリアンブル長を物理層バッファに含めることについて説明する。長いプリアンブル、中間のプリアンブル及び短いブリアンブルの３種類のプリアンブル長が定義されている。あるフレームにおける物理層ヘッダに、次のフレームのプリアンブル長に関する情報を与えることで、次のフレームのプリアンブル長を決定することができる。

プリアンブルは、タイミングを決定する情報と、チャネルを見積もるための情報とを含む。チャネル遅延などの伝送のコンディションに応じて、プリアンブルの長さが変化する。もしも、次のチャネルのコンディションが改善する場合は、次のフレームのプリアンブルは短くなる。一方、次のチャネルのコンディションが劣化する場合は、次のフレームのプリアンブルは長くなる。

図３は、プリアンブル長に関して、従来の通信方法と本発明の通信方法の相違を説明するための図である。図３Ａは、従来の通信方法を示す。一方、図３Ｂは、本発明の通信方法を示す。図３Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂと、ＣＴＡスロット時間との関係を示す。図３Ａに示されるように、従来の通信方法では、チャネルコンディションが変化してもあるプリアンブル長に関する条件を採用し続ける。一方、図３Ｂに示されるように、本発明の通信方法では、ある物理層ヘッダに次のフレームのプリアンブル長を特定する情報が含まれる。このため、フレームＦ３以降でチャネル状況が改善した場合、フレームＦ４以降のプリアンブルとして短いプリアンブルを割り当てる。これにより、あるＣＴＡにおいて、多くのフレームを伝送できることとなる。このようにして、システムのスループットが向上する。

次のフレームのＩＦＳを物理層ヘッダに含めることについて説明する。ＩＥＥＥ８０２．１１では、基本的なデータ転送シーケンスとしてＣＳＭＡ／ＣＡ方式を採用している。そして、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を、ＤＣＦ（ＤｅｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎ）とよばれる機能を用いて実現している。

ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、送信データを所有している通信局は、無線媒体上における信号の有無を監視し、あるフレーム間隔だけ無線媒体が未使用であることを確認する。このフレーム間隔は、ＤＩＦＳ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｔｅｒｆｒａｍｅＳｐａｃｅ）とよばれる。通信局は、さらにランダム・スロット分だけ待機し、このランダム・スロット期間においても信号が無線媒体中に現れなければ、自局が送信権を獲得したものとしてデータ送信を開始する。これをフィジカル・キャリア・センスという。この送信データがただ１つの特定の通信局宛である場合は、受信先はデータの受信後にフレーム間隔ＳＩＦＳ（ＳｈｏｒｔＩｎｔｅｒｆｒａｍｅＳｐａｃｅ）で送達確認信号ＡＣＫ（Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）送信局に対して送信する。このＳＩＦＳは、ＤＩＦＳよりも短いフレーム間隔である。

上記のようなランダム・アクセスを行なう期間をＣＰ（ＣｏｎｔｅｎｔｉｏｎＰｅｒｉｏｄ）という。本アクセス方式はイーサネット（登録商標）で使用されているＣＳＭＡ／ＣＤ方式と親和性が高く、電子メールやファイル転送などの、リアルタイム性を強く要求しない非同期データの転送に適している。

なお、ＩＥＥＥ８０２．１１では、４種類のフレーム間隔（ＩＦＳ：ＩｎｔｅｒＦｒａｍｅＳｐａｃｅ）が定義されている。すなわち、フレーム間隔が短いものから順にＳＩＦＳ（ＳｈｏｒｔＩＦＳ）、ＰＩＦＳ（ＰＣＦＩＦＳ）、ＤＩＦＳ（ＤＣＦＩＦＳ）が定義されている。

ＩＥＥＥ８０２．１１では、基本的なメディア・アクセス手順としてＣＳＭＡが採用されている。一方、送信機が何かを送信する前には、メディア状態を監視しながらランダム時間にわたりバックオフのタイマーを動作させ、この間に送信信号が存在しない場合に始めて送信権が与えられる。

ここで、通常のパケットをＣＳＭＡの手順に従って送信する際（ＤＣＦ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎと呼ばれる）には、何らかのパケットの送信が終了してから、まずＤＩＦＳだけメディア状態を監視する。そして、この間に送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行う。そして、この間にも送信信号が存在しない場合に、送信権が与えられる。

これに対し、ＡＣＫなどの例外的に緊急度の高いパケットを送信する際には、ＤＩＦＳよりも短いＳＩＦＳのパケット間隔の後に送信することが許される。これにより、緊急度の高いパケットは、通常のＣＳＭＡの手順に従って送信されるパケットよりも先に送信することが可能となる。

このように、異なる種類のパケット間隔ＩＦＳを定義することにより、フレーム間隔の長さに応じて通信局間におけるパケットの送信権争いの優先付けを行なうことができる。

以下の例では、物理層ヘッダに含まれるＩＦＳに関する情報として、たとえば、次のフレームのＳＩＦＳとＭＩＦＳ（ｍｉｎｉｍｕｍＩＦＳ）があげられる。ＳＩＦＳは受信器から送信器へシグナルが戻るために要する時間である。ＳＩＦＳは、ＦＥＣを復調する時間とシグナルを均等化する時間とに依存する。ＭＩＩＦＳは、パケットが受信され、一時的に記憶され、シグナル処理の段階へと移行するために要する時間である。ＩＦＳは、伝送状況やチャネルコンディションに応じて設計される。物理層ヘッダに、次のフレームのＩＦＳ情報を付加することで、現在の通信状況に応じて次のフレームのＩＦＳを調整することができる。たとえば、チャネル状況がよい場合は、受信信号は少ない均等化時間しか必要とされない。このため、信号処理に要する時間を少なくする。次のフレームに対するＩＦＳ値を少なくすることができるので、待ち時間を短くすることができ、システム効率を向上させることができる。

図５は、無線通信システムの基本構成を示す概念図である。本発明の第２の側面は、無線通信システム（１）に関する。この無線通信システムでは、通信局（２）で変調され，送信された無線信号を無線端末（３）が受信し，復調する。そして、無線信号は、複数のフレームを含む。通信局は、複数のフレームのあるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を付加する手段を有する。このため、通信局は、複数のフレームのあるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を付加することができる。そして、無線端末は、物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて無線信号の処理条件を調整する調整手段を含む。このため、無線端末は、物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて、この次のフレームを処理するための条件を事前に調整することができる。そして、この第２の側面に係る無線通信システムは、本発明の第１の側面に係る無線通信方法を実現するための構成を適宜採用することができる。なお、無線端末の例は、携帯電話、携帯式ゲーム、携帯式モジュール、ブルートゥース（登録商標）を搭載したモジュール、携帯式パソコン、及びＰＤＡがあげられる。

無線通信システムは、たとえば、ネットワーク（４）にアクセスポイント（５）が有線により接続される。そして、このアクセスポイントと複数の無線端末とが無線により接続されている。アクセスポイントおよび無線端末はネットワークとは別個のネットワークである無線ＬＡＮを形成する。このようにアクセスポイントを用いてネットワークを形成する通信形態をインフラストラクチャモードとよぶ。ネットワークには複数のアクセスポイントを設けることもできる。この場合、各無線端末は、あるアクセスポイントからネットワークに接続する他のアクセスポイントを介して他の無線ＬＡＮに属する無線端末と通信を行うことができる。なお、無線ＬＡＮの通信形態としては、アクセスポイントを設けず端末同士が直接通信するアドホックモードも存在する。

無線端末は、無線通信部と、変復調部と、ＭＡＣ処理部と、プロセッサと、メモリとを有する。そして、それぞれの要素は、バスにより接続され、信号の授受を行うことができるようにされている。メモリにはインターフェース部が接続されている。また、この無線端末は電源供給部を有しており、この電源供給部から電源線によって無線端末内の各部に電源が供給される。

無線通信部は、無線端末の外部との間で無線通信を行うためのものである。無線通信部は、無線信号を受信する受信部と、無線信号を送信する送信部と、無線信号を送受信するための周波数信号を発生する周波数シンセサイザと、受信部および送信部の間でアンテナを切替えるアンテナ切替器とを有する。周波数シンセサイザとして、例えば、ＰＬＬ回路（位相同期回路）が使用される。また、周波数シンセサイザにはアンテナが接続される。

変復調部は、無線通信部における送受信信号と無線端末内部のデジタル信号との間の変換を行うものである。変復調部は、受信部から受け取った信号を復調する復調部と、送信対象の信号を変調して送信部に与える変調部とを有する。無線ＬＡＮにおける変調方式は一次変調と二次変調に分かれている。一次変調としては、ＡＳＫ（振幅変調）、ＦＳＫ（周波数変調）、ＰＳＫ（位相変調）、ＱＡＭ（直交振幅変調）、ＣＣＫ（相補符号変調）などがある。二次変調としては、スペクトラム拡散技術を用いた周波数ホッピング方式（ＦＨＳＳ）、直接拡散方式（ＤＳＳＳ）や直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ）などがある。

ＭＡＣ処理部は、ＭＡＣ副層における処理を行うＭＡＣ制御部と、復調部からの信号を保持する受信データバッファと、変調部への信号を保持する送信データバッファとを備える。また、ＭＡＣ処理部は、復調部からの信号について、プリアンブルを検査するプリアンブル検査部と、ＰＬＣＰヘッダを処理するＰＬＣＰヘッダ処理部と、ＭＡＣヘッダを処理するＭＡＣヘッダ処理部とを有する。

プロセッサは、無線端末の全体の制御を行う。メモリは、プロセッサが処理を行うための作業領域を保持する。インターフェース部は、無線端末と他のコンピュータや携帯機器とを接続するためのものである。これら他の機器は物理的に無線端末の外部に接続されるものでもよく、また、無線端末が他の機器に内蔵されるような接続形態でもよい。

そして、無線端末は、物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて無線信号の処理条件を調整する。このため、無線端末は、物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて、この次のフレームを処理するための条件を事前に調整することができる。

通信局は、無線通信システムにおける通常の構成を有するものを用いればよい。本発明では、たとえば、複数のフレームのあるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を付加する。この作業は、無線通信システムにおける通信局が情報を変調して送信するのと同様の装置を用いて達成できる。一方、あるフレームの物理層ヘッダを変調する際に、次のフレームに関する情報を把握する。このためには、通信局は、たとえば通信環境を把握するなど、あるフレームを通信する際の、ネットワークの状況を把握して、それを次のフレームに反映させる。つまり、把握した次のフレームに関する情報を用いて、あるフレームの物理層ヘッダを変調する。これは、たとえば、標準化されている物理層ヘッダの変調方式におけるフィールドに加えて、フレームに関する情報を有するフィールドを付加すればよい。このため、通信局は、複数のフレームのあるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を付加することができる。

たとえば、通信局は、あるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームのペイロード長さに関するフィールドを付加する。すなわち、通信局は、ある情報を変調する際に、その情報をいくつかのペイロードに分割する。そして、通信局は、分割したペイロードの長さを記憶する。そして、記憶したペイロードの長さを利用して、たとえば、第１のペイロードを含むフレーム（第１のフレーム）の物理層ヘッダに、第２のペイロードの長さを示すフィールドを付加する。

すると、無線端末は、基地局から送信された無線信号を受信し、復調する。この無線信号には、複数のフレームが含まれている。そして、第１のフレームを復調する際に、第１の物理層ヘッダから、第２のペイロードの長さに関するフィールドを抽出し、復調する。これにより、第２のフレームのペイロード長を把握する。そして、第２のフレームのチャネル時間割当における割当時間を計算する。そして、第１のフレームが含まれるＣＴＡに、第２のフレームが含めた場合の、割当時間を計算する。そして、これらの時間が、ＣＴＡに含まれる場合は、同じＣＴＡに含まれるフレームとして処理を行う。

また、たとえば、通信局は、あるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームのプリアンブル長さに関するフィールドを付加する。すなわち、通信局は、ある情報を変調する際に、その情報をいくつかのペイロードに分割する。そして、通信局は、分割したペイロードに同期を取るための情報であるプリアンブルを付加する。通信局は、たとえば、第１のフレームを変調する前に、第２のフレームのプリアンブル長に関する情報を得る。そして、第１のフレームを変調する際に、第１のプリアンブルを含むフレーム（第１のフレーム）の物理層ヘッダに、第２のプリアンブルの長さを示すフィールドを付加する。

すると、無線端末は、基地局から送信された無線信号を受信し、復調する。この無線信号には、複数のフレームが含まれている。そして、第１のフレームを復調する際に、第１の物理層ヘッダから、第２のフレームのプリアンブルの長さに関するフィールドを抽出し、復調する。これにより、第２のフレームのプリアンブル長を把握する。そして、第２のフレームのチャネル時間割当における割当時間を計算する。そして、第１のフレームが含まれるＣＴＡに、第２のフレームが含めた場合の、割当時間を計算する。そして、これらの時間が、ＣＴＡに含まれる場合は、同じＣＴＡに含まれるフレームとして処理を行う。

また、たとえば、通信局は、あるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームのＩＦＳの長さに関するフィールドを付加する。すなわち、通信局は、ある情報を変調する際に、その情報をいくつかのペイロードに分割する。そして、通信局は、公知の方法に従って、分割したペイロードのＩＦＳに関する情報を求める。たとえば、第１のフレームを変調する前に、第２のフレームのＩＦＳに関する情報を得る。そして、第１のフレームを変調する際に、第１のプリアンブルを含むフレーム（第１のフレーム）の物理層ヘッダに、第２のＩＦＳを示すフィールドを付加する。このＩＦＳを示すフィールドは、ＳＩＦＳかＭＩＦＳかの２値情報であってもよいし、多段階のものであってもよい。

すると、無線端末は、基地局から送信された無線信号を受信し、復調する。この無線信号には、複数のフレームが含まれている。そして、第１のフレームを復調する際に、第１の物理層ヘッダから、第２のフレームのＩＦＳに関するフィールドを抽出し、復調する。これにより、第２のフレームのＩＦＳを把握する。そして、第２のフレームのチャネル時間割当における割当時間を計算する。そして、第１のフレームが含まれるＣＴＡに、第２のフレームが含めた場合の、割当時間を計算する。そして、これらの時間が、ＣＴＡに含まれる場合は、同じＣＴＡに含まれるフレームとして処理を行う。

本発明において、あるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームのペイロード長、プリアンブル長、及びＩＦＳ長に関するフィールドのいずれかのみを付加してもよいし、２つ以上のフィールドを付加してもよい。その場合、無線端末は、予め定められた変調方式に対する復調を行えるようにしておけばよい。そのようにすることで、あるフレームを復調する際に、次のフレームに関する情報を入手することができる。また、次のフレームに関する情報として、本明細書において説明したものの他、次のフレームに関する様々な情報を付加してもよい。また、あるフレームの物理ヘッダに、次のフレームに関する情報だけではなく、次のフレームの次のフレームに関するフィールドをも付加してもよい。また、処理時間を考慮して、あるフレームの物理ヘッダに、次のフレームのさらに次のフレームに関するフィールドを付加してもよい。

本発明は、無線通信の分野にて利用されうる。

図１は、本発明における物理層ヘッダの例を示す概念図である。図２は、ペイロード長に関して、従来の通信方法と本発明の通信方法の相違を説明するための図である。図２Ａは、従来の通信方法を示す。一方、図２Ｂは、本発明の通信方法を示す。図２Ｃは、図２Ａ及び図２Ｂと、ＣＴＡスロット時間との関係を示す。図３は、プリアンブル長に関して、従来の通信方法と本発明の通信方法の相違を説明するための図である。図３Ａは、従来の通信方法を示す。一方、図３Ｂは、本発明の通信方法を示す。図３Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂと、ＣＴＡスロット時間との関係を示す。図４は、典型的なフレーム構成の例を示す図である。図５は、無線通信システムの基本構成を示す概念図である。

Claims

通信局から送信された無線信号を無線端末が受信する無線通信方法であって、
前記無線信号は、複数のフレームを含み、
前記複数のフレームのあるフレームは、その物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を含み、
前記「次のフレームに関する情報」は、次のフレームのプリアンブルの長さに関する情報を含み、
前記無線端末が、前記物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて前記無線信号の処理条件を調整する工程を含み、
前記「無線信号の処理条件を調整する工程」は、前記「次のフレームのプリアンブルの長さ」に応じて、前記あるフレームが含まれるＣＴＡ区間における、前記次のフレームの処理に割り当てる時間を調整する工程を含む、
無線通信方法。
通信局から送信された無線信号を無線端末が受信する無線通信方法であって、
前記無線信号は、複数のフレームを含み、
前記複数のフレームのあるフレームは、その物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を含み、
前記「次のフレームに関する情報」は、次のフレームのＩＦＳ（内部フレーム間隔：ＩｎｔｅｒｆｒａｍｅＳｐａｃｅ）の長さに関する情報を含み、
前記無線端末が、前記物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて前記無線信号の処理条件を調整する工程を含み、
前記「無線信号の処理条件を調整する工程」は、前記「次のフレームのＩＦＳの長さ」に応じて、前記あるフレームを処理する際に、前記あるフレームと前記次のフレームとのＩＦＳを調整する工程を含む、
無線通信方法。
前記「次のフレームに関する情報」は、次のフレームのペイロード長さに関する情報を含み、
前記「無線信号の処理条件を調整する工程」は、前記「次のフレームのペイロード長さ」に応じて、前記あるフレームが含まれるＣＴＡ（チャネル時間割当：ＣｈａｎｎｅｌＴｉｍｅＡｌｌｏｃａｔｉｏｎ）区間における、前記次のフレームの処理に割り当てる時間を調整する工程を含む、
請求項１又は２に記載の無線通信方法。
前記「通信局から送信された無線信号」は、
ビーコン信号を含み、
ＣＳＭＡ／ＣＡ（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓＷｉｔｈＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅ）方式及びＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式を組合わせた通信方式により変調されたものである、
請求項１又は２に記載の無線通信方法。
前記「無線信号の処理条件を調整する工程」は、前記あるフレームが含まれるＣＴＡ区間において行われる、
請求項１又は２に記載の無線通信方法。
通信局で変調され、送信された無線信号を無線端末が受信し、復調する無線通信システムであって、
前記無線信号は、複数のフレームを含み、
前記通信局は、前記複数のフレームのあるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を付加する手段を有し、
前記「次のフレームに関する情報」は、次のフレームのプリアンブルの長さに関する情報を含み、
前記無線端末は、前記物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて前記無線信号の処理条件を調整する調整手段を含み、
前記調整手段は、前記「次のフレームのプリアンブルの長さ」に応じて、前記あるフレームが含まれるＣＴＡ区間における、前記次のフレームの処理に割り当てる時間を調整し、
前記無線端末は、前記物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて前記無線信号の処理条件を調整する、
無線通信システム。
通信局で変調され、送信された無線信号を無線端末が受信し、復調する無線通信システムであって、
前記無線信号は、複数のフレームを含み、
前記通信局は、前記複数のフレームのあるフレームの物理層ヘッダに、次のフレームに関する情報を付加する手段を有し、
前記「次のフレームに関する情報」は、次のフレームのＩＦＳ（内部フレーム間隔：ＩｎｔｅｒｆｒａｍｅＳｐａｃｅ）の長さに関する情報を含み、
前記無線端末は、前記物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて前記無線信号の処理条件を調整する調整手段を含み、
前記調整手段は、前記「次のフレームのＩＦＳの長さ」に応じて、前記あるフレームを処理する際に、前記あるフレームと前記次のフレームとのＩＦＳを調整し、
前記無線端末は、前記物理層ヘッダに含まれる次のフレームに関する情報を用いて前記無線信号の処理条件を調整する、
無線通信システム。
前記「次のフレームに関する情報」は、次のフレームのペイロード長さに関する情報を含み、
前記調整手段は、前記「次のフレームのペイロード長さ」に応じて、前記あるフレームが含まれるＣＴＡ（チャネル時間割当：ＣｈａｎｎｅｌＴｉｍｅＡｌｌｏｃａｔｉｏｎ）区間における、前記次のフレームの処理に割り当てる時間を調整する、
請求項６又は７に記載の無線通信システム。
前記「通信局で変調され、送信された無線信号」は、
ビーコン信号を含み、
ＣＳＭＡ／ＣＡ（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓＷｉｔｈＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅ）方式及びＴＤＭＡ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）方式を組合わせた通信方式により変調されたものである、
請求項６又は７に記載の無線通信システム。