JP5601561B2

JP5601561B2 - アクセスポイント、移動端末、無線通信システム及びその制御方法

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Publication number: JP5601561B2
Application number: JP2009186830A
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Inventors: セイシュウ; ジシェンニウ; ホウヨウ; 雲健賈
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Publication date: 2014-10-08
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Description

本発明は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）を採用した無線通信システム、その上りリンクのデータ伝送の制御方法、及び当該無線通信システムにおけるアクセスポイントと移動端末に関する。

無線ローカルエリアネットワークのＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格において、物理層の解決手段には、ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ（多入力多出力直交周波数分割多重）のような多アンテナ技術が採用されている。しかし、この多アンテナ技術が採用されているにもかかわらず、無線ローカルエリアネットワークのＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格は、ＳＤＭＡ技術をサポートできるようにＭＡＣ層に対して最適化を行っていない。

特許文献１には、無線通信システムにおいて下りリンクのＳＤＭＡ技術をサポートするＭＡＣ層プロトコルが公開されており、アクセスポイントは、移動端末から送信された情報に基づいて、移動端末をグループ分けし、各グループの移動端末に対応する下りリンクのデータ伝送に対して空間多重を行うとともに、複数の応答フレームを受信する問題を解決している。しかし、チャネル推定は、ＲＴＳ／ＣＴＳ（ＲｅｑｕｅｓｔＴｏＳｅｎｄ／ＣｌｅａｒＴｏＳｅｎｄ，送信要求／送信許可）のインタラクティブ前に完成する必要がある。特許文献１において解決しようとする問題と本発明において解決しようとする問題は完全に異なり、なお特許文献１の技術は主に物理層を拡張することで空間多重に適応させている。

特許文献２には、ＭＩＭＯ＋ＳＤＭＡの方法の下で、データスループットを向上させる解決手段が公開されている。基本的な考え方は、物理層のフレーム構造を修正して、自動ゲイン制御とチャネル推定の性能を高めることである。しかし、特許文献２では競合の問題が考えられていない。移動端末の数がアクセスポイントのアンテナ数を超えたときに、異なる移動端末間の競合の発生を避けられない。そのため、特許文献２に公開されている技術案も競合を避けることはできない。また、特許文献２には、上りリンクフィードバックメカニズムがないため、柔軟性に欠けている。

すなわち、最新の８０２．１１ｎ規格は従来のシングルアンテナシステムに対して提案されたものであり、今最も使用されているＲＴＳ／ＣＴＳに基づくＤＣＦＭＡＣ層プロトコルを使用すると、同じ時間に同じ端末ユーザーの上りリンクのデータ伝送しかサポートできない。これは上りリンクにおいて多アンテナの柔軟性と有効性を十分に利用することができなくなる。特に遅延要求の厳しいサービスに対しては、このようなＭＡＣメカニズムによって一部のサービス品質の保証が得られなくなる。

国際公開第２００５／０２２８３３号パンフレット特開２００７−２０８５２２号公報

本発明は上記の問題を鑑みて提出されたものであり、ＭＩＭＯの無線通信システムにおいて、上りリンクのデータ伝送を柔軟且つ有効に行うことができるアクセスポイント、移動端末、無線通信システム及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様であるＭＩＭＯの無線通信システムにおけるアクセスポイントにおいて、前記無線通信システムは移動端末を含み、前記アクセスポイントは、前記移動端末と通信を行う物理層モジュールと、複数のアンテナを有するアンテナ部と、前記物理層モジュールを経由して、前記移動端末から前記アクセスポイントへのリンク、即ち上りリンクのデータ伝送のタイムスロットを要求する前記移動端末から送信された送信要求フレームを受信する送信要求フレーム受信モジュールと、前記物理層モジュールを経由して、前記送信要求フレーム受信モジュールが受信した前記送信要求フレームに対して応答を行い且つ前記上りリンクのデータ伝送を一時的に開始しないことを示す送信許可保留フレームと、前記上りリンクのデータ伝送を開始することを示す最終送信許可フレームとを含む送信許可フレームを前記移動端末に送信する送信許可フレーム送信モジュールと、前記上りリンクのデータ伝送が終了したときに、前記上りリンクのデータ伝送の終了を示す受信確認フレームを前記移動端末に送信する受信確認フレーム送信モジュールと、前記上りリンクのデータ伝送に対してスケジューリングを行うスケジューリングモジュールと、を含む。

本発明の第二の態様であるＭＩＭＯの無線通信システムにおける移動端末において、前記無線通信システムはアクセスポイントを含み、前記移動端末は、前記アクセスポイントと通信を行う物理層モジュールと、アンテナを有するアンテナ部と、前記物理層モジュールを経由して、前記移動端末から前記アクセスポイントへのリンク、即ち上りリンクのデータ伝送のタイムスロットを要求する送信要求フレームを前記アクセスポイントに送信する送信要求フレーム送信モジュールと、前記物理層モジュールを経由して、前記アクセスポイントが前記送信要求フレームに対して応答を行い且つ前記上りリンクのデータ伝送を一時的に開始しないことを示す送信許可保留フレームと、前記上りリンクのデータ伝送を開始することを示す最終送信許可フレームとを含む前記アクセスポイントから送信された送信許可フレームを受信する送信許可フレーム受信モジュールと、前記アクセスポイントから送信された前記上りリンクのデータ伝送の終了を示す受信確認フレームを受信する受信確認フレーム受信モジュールと、を含む。

本発明の第三の態様であるＭＩＭＯの無線通信システムは第一の態様のアクセスポイントと第二の態様の移動端末を含む。

本発明の第四の態様であるＭＩＭＯの無線通信システムにおける上りリンクのデータ伝送の制御方法において、前記無線通信システムはアクセスポイントと移動端末を含み、前記上りリンクは前記移動端末から前記アクセスポイントへのリンクであり、当該上りリンクのデータ伝送の制御方法は、前記移動端末が上りリンクのデータ伝送のタイムスロットを要求する送信要求フレームを前記アクセスポイントに送信するステップＡと、前記アクセスポイントが前記送信要求フレームを受信し、前記送信要求フレームに対して応答を行い且つ前記上りリンクのデータ伝送を一時的に開始しないことを示す送信許可保留フレームを移動端末に送信するステップＢと、前記アクセスポイントが前記送信要求フレームから前記移動端末のチャネル情報を取得するステップＣと、すべての移動端末からの前記送信要求フレームを受信した後に、又はランダムアクセス期間が終了した後に、前記アクセスポイントがスケジューリングを行って前記送信要求フレームを送信したすべての移動端末から次のデータ伝送期間内に前記上りリンクのデータ伝送を行う移動端末を選択し、選択された移動端末に対してそれぞれアンテナと伝送速度を割り当てるステップＤと、前記アクセスポイントが前記スケジューリング結果を前記上りリンクのデータ伝送の開始を示す最終送信許可フレームに保存するとともに、前記最終送信許可フレームを前記移動端末に送信するステップＥと、前記移動端末が前記最終送信許可フレームを受信した後に、選択された移動端末が前記最終送信許可フレームに基づいて上りリンクのデータ伝送を行うステップＦと、を含む。

本発明の主な寄与は、競合に基づくプロトコルを提案してチャネル推定と同期性能を向上させることである。現在、ほとんどの無線ローカルエリアネットワーク製品は、競合に基づく解決手段（分散コーディネーション機能（ＤＣＦ）モデル）を含む。スーパーフレーム（ｓｕｐｅｒ−ｆｒａｍｅ）のようなセンター制御モデルによる実現は、現実的ではない。また、ＤＣＦモデルの分散処理の特徴から、ＳＤＭＡに対するサポートを実現するために、チャネル推定と同期はシグナリングの余分の消耗とセンター制御メッセージをもたらしてはいけない。

本発明では単純に競合に基づく新しい上りリンクのＭＡＣプロトコルを提案することで、一方向多アンテナ無線ローカルエリアネットワークシステムにおいてＳＤＭＡ技術をサポートする。本発明は、８０２．１１ＭＡＣプロトコルの中のＤＣＦモデルに基づく。また、ＳＤＭＡ伝送をサポートするために、チャネル競合メカニズムを拡張した。

（１）移動通信ネットワークの上りリンクデータスループットを大きく向上させるとともに、従来の無線ローカルエリアネットワーク規格８０２．１１ＭＡＣ層プロトコルに対して僅かな修正を行うので、非常に簡単に実現できる。（２）無線ローカルエリアネットワーク規格８０２．１１ＭＡＣ層プロトコルにおいてチャネル推定と同期の実現に可変のランダムアクセスタイムスロットの応用を提供するため、本発明で提案されたＭＡＣ層プロトコルは柔軟性と有効性に優れており、物理層とＭＡＣ層の状態を同時に考慮するとともに、チャネル状況とネットワークの負荷に対して自ら順応して調整とスケジューリングを行う。（３）本発明によると、複数のユーザーの上りリンクのスケジューリングメカニズムをサポートし、センター制御を行うＭＡＣ層プロトコルを提供することができる。

本発明のＭＩＭＯの無線通信システムにおける多アンテナＡＰ装置が複数の端末に対して同時にサービスを提供する実施例を示す図である。本発明の無線通信システムにおけるＡＰ装置を概略に示すブロック図である。本発明の無線通信システムにおける無線ネットワークモジュールが内設されている端末を概略に示すブロック図である。本発明の無線通信システムにおける無線ネットワークモジュールが外設されている端末を概略に示すブロック図である。本発明のＰＣＴＳのメッセージフォーマットを示す図である。本発明のＦＣＴＳのメッセージフォーマットを示す図である。本発明のＭＡＣ層プロトコルプロセスの一例を示す図である。本発明のＭＡＣ層プロトコルプロセスの他の例を示す図である。本発明の無線通信システムにおける端末側の作動を示すフロチャートである。本発明の無線通信システムにおけるＡＰ装置側の作動を示すフロチャートである。

以下、図面に基づいて本発明の具体的な実施形態について説明をする。

図１は、本発明のＭＩＭＯの無線通信システムにおける多アンテナアクセスポイント（以下ＡＰと略称する）１００が複数の端末に対して同時にサービスを提供する実施例を示す。

図１に示すように、本発明の無線通信システムは、ＡＰ１００と、移動端末である端末１、端末２、端末３、及び端末４を含む。ＡＰ１００は、３本のアンテナ１０１を含むアンテナ部を有し、当該アンテナは端末１〜４を同時に接続する。端末１と端末４は携帯電話であり、端末２はモバイル型パーソナルコンピューターで、端末３はモバイル型デジタルテレビである。点線で示すエアインターフェース１０を介してＡＰ１００と端末１〜４の間でデータとシグナリングフレームなどの伝送を行う。

図２は、本発明の無線通信システムにおけるＡＰ１００を概略に示すブロック図である。図２において、従来の技術と基本的に同じモジュールについてはその説明を省略する。図２に示すように、本発明のＡＰ１００は、ユーザーである端末と通信を行う、物理モジュールである上りリンクインターフェース及びバッファモジュール２０４と下りリンクインターフェース及びバッファモジュール２０５、複数のアンテナを有するアンテナ部、制御装置２０３、及びその他の必要に応じて設置したモジュールを含む。

図２において、制御装置２０３は、パラメーター決定モジュール２１４、スケジューリングモジュール２１５、Ｓｅｎｄ＿ＣＴＳ（送信許可フレーム送信）モジュール２１６、Ｓｅｎｄ＿ＡＣＫ（受信確認フレーム送信）モジュール２１７、及びＲｅｃｖ＿ＲＴＳ（送信要求フレーム受信）モジュール２１８を含む。

Ｒｅｃｖ＿ＲＴＳモジュール２１８は、物理層モジュールである上りリンクインターフェース及びバッファモジュール２０４と下りリンクインターフェース及びバッファモジュール２０５を経由して、端末から送信された送信要求フレーム（ＲｅｑｕｅｓｔＴｏＳｅｎｄｆｒａｍｅ、以下ＲＴＳと略称する）を受信し、当該ＲＴＳは端末からＡＰ１００へのリンク、即ち上りリンクのデータ伝送のタイムスロットを要求する。

Ｓｅｎｄ＿ＣＴＳモジュール２１６は、上りリンクインターフェース及びバッファモジュール２０４と下りリンクインターフェース及びバッファモジュール２０５を経由して、送信許可保留フレーム（ＰｅｎｄｉｎｇＣＴＳｆｒａｍｅ、以下ＰＣＴＳと略称する）と最終送信許可フレーム（ＦｉｎａｌＣＴＳｆｒａｍｅ、以下ＦＣＴＳと略称する）などを含む送信許可フレーム（ＣｌｅａｒＴｏＳｅｎｄｆｒａｍｅ、以下ＣＴＳと略称する）を端末に送信する。ＰＣＴＳは、Ｒｅｃｖ＿ＲＴＳモジュール２１８が受信した端末からのＲＴＳに対して応答を行い、且つ上りリンクのデータ伝送を一時的に開始しないことを示すフレームで、ＦＣＴＳは、上りリンクのデータ伝送を開始することを示すフレームである。

Ｓｅｎｄ＿ＡＣＫモジュール２１７は、端末に受信確認フレームをブロードキャストする。具体的に言うと、上りリンクのデータ伝送が終了したときに、上りリンクのデータ伝送の終了を示すＡＣＫ、即ち受信確認フレームを端末に送信する。

スケジューリングモジュール２１５は、上りリンクのデータ伝送に対してスケジューリングを行う。

パラメーター決定モジュール２１４は、例えば、後述するＴ_timeout及びＭ_randomのような様々なパラメーターを決定し保存する。

図２は、本発明のアクセスポイントの一例を示しているが、本発明はこれに限らず、必要に応じて変更を行うことができる。例えば、図２においてはＳｅｎｄ＿ＣＴＳモジュール２１６、Ｓｅｎｄ＿ＡＣＫモジュール２１７、Ｒｅｃｖ＿ＲＴＳモジュール２１８、スケジューリングモジュール２１５、及びパラメーター決定モジュール２１４を集中させて制御装置２０３の中に設置しているが、制御装置２０３の中に集中設置させずに、これらのモジュールを単独に設置してもよい。また、必要に応じてパラメーター決定モジュール２１４などのモジュールを設置しなくてもよい。

また、本発明では、Ｒｅｃｖ＿ＲＴＳモジュール２１８を通じて、受信されたＲＳＴの中から端末のチャネル情報（ＣＳＩ）を取得してスケジューリングモジュール２１５に送信することにより、スケジューリングモジュール２１５は、ＣＳＩに基づいて端末に送信するＣＴＳがＰＣＴＳであるかそれともＦＣＴＳであるかを決定する。

さらに、本発明はＳｅｎｄ＿ＣＴＳモジュール２１６を通じて、スケジューリングモジュール２１５のスケジューリング結果をＦＣＴＳの中に保存して端末に送信することも可能である。

本発明のスケジューリングモジュール２１５は、スケジューリングを行ってＲＴＳを送信したすべての端末から上りリンクのデータ伝送を行う端末を選択し、選択された端末にそれぞれアンテナと伝送速度を割り当てることが可能である。

また、本発明のスケジューリングモジュール２１５は、図示されていないコントロールストラテジーモジュールを備えてもよい。当該コントロールストラテジーモジュールはＭＩＭＯ環境の状況において上りリンクのデータ伝送を制御するストラテジーを確定する。これらのストラテジーは従来技術のストラテジーと完全に同じであってもよい。

図３は、本発明の無線通信システムにおける無線ネットワークモジュールが内設されている、即ちネットワークアダプターが内設されている端末３００を概略に示すブロック図である。図３において、従来の技術と基本的に同じモジュールについてはその説明を省略する。

図３に示すように、端末３００は、内設無線ネットワークモジュール３０１及びその他の必要に応じて設置したモジュールが含まれている。内設無線ネットワークモジュール３０１は、アクセスポイントと通信を行う物理層モジュールである上りリンクインターフェース及びバッファモジュール３０３と下りリンクインターフェース及びバッファモジュール３０４、アンテナを有するアンテナ部３０３、及びＭＡＣファームウェア３０２を含む。

図３においてＭＡＣファームウェア３０２は、制御装置３１０を含み、制御装置３１０はＲｅｃｖ＿ＣＴＳ（送信許可フレーム受信）モジュール３１１、パラメーター決定モジュール３１２、Ｓｅｎｄ＿ＲＴＳ（送信要求フレーム送信）モジュール３１３、Ｒｅｃｖ＿ＡＣＫ（受信確認フレーム受信）モジュール３１４、及びその他のモジュール３１５を含む。

Ｓｅｎｄ＿ＲＴＳモジュール３１３は、物理層モジュールである上りリンクインターフェース及びバッファモジュール３０３と下りリンクインターフェース及びバッファモジュール３０４を経由して、端末からアクセスポイントへのリンク、即ち上りリンクのデータ伝送のタイムスロットを要求するＲＴＳをアクセスポイントに送信する。

Ｒｅｃｖ＿ＣＴＳモジュール３１１は、物理層モジュールを経由して、アクセスポイントがＲＴＳに対して応答を行い且つ上りリンクのデータ伝送を一時的に開始しないことを示すＰＣＴＳ、及び上りリンクのデータ伝送を開始することを示すＦＣＴＳを含むアクセスポイントから送信されたＣＴＳを受信する。

Ｒｅｃｖ＿ＡＣＫモジュール３１４は、アクセスポイントから送信された上りリンクのデータ伝送が終了した趣旨（ＡＣＫ）を示す受信確認フレームを受信する。

制御装置３１０は、例えばＰＣＴＳ／ＦＣＴＳのスケジューリング情報に基づいて上りリンクのデータ伝送に対してスケジューリングを行う。

図３は、本発明の移動端末の一例を示しているが、本発明はこれに限らず、必要に応じて変更を行うことが可能である。例えば、図３においてはＲｅｃｖ＿ＣＴＳモジュール３１１、パラメーター決定モジュール３１２、Ｓｅｎｄ＿ＲＴＳモジュール３１３、Ｒｅｃｖ＿ＡＣＫモジュール３１４、及びその他のモジュール３１５を集中させて制御装置３１０の中に設置し、さらに制御装置３１０はスケジューリングモジュールとして兼用されているが、制御装置３１０の中に集中設置せずに、これらのモジュールを単独に設置してもよい。また、必要に応じてパラメーター決定モジュール３１２などのモジュールを設置しなくてもよい。

図４は、本発明の無線通信システムにおける移動端末に外設されている無線ネットワークモジュール、即ちネットワークアダプターを示すブロック図である。図４に示すように、無線ローカルエリアネットワークモジュールは、端末に設置される一つの外部モジュールであり、ＵＳＢ、ＰＣＭＣＩＡなどの外部インターフェース６０１を介してノートパソコン又はＰＤＡなどの移動端末に接続されている。図４の無線ネットワークモジュールは、図３に示す内設無線ネットワークモジュール３０１と基本的に同じであるため、詳細な説明については省略する。

図５は、本発明のＰＣＴＳのメッセージフォーマットの一例を示す図であり、図６は本発明のＦＣＴＳのメッセージフォーマットの一例を示す図である。

図５に示すように、ＰＣＴＳには２バイトのフレーム制御（ＦｒａｍｅＣｏｎｔｒｏｌ）領域５０１、１バイトのＳＤＭＡ制御（ＳＤＭＡＣｏｎｔｒｏｌ）領域５０２、２バイトのタイムアウト（ＴｉｍｅＯｕｔ）領域５０３、６バイトの受信元アドレス（ＲｅｃｅｉｖｅｒＡｄｄｒｅｓｓ）領域５０４、及び４バイトのＦＣＳ領域５０５が含まれており、ＳＤＭＡ制御領域５０２を除いていずれも８０２．１１ＣＴＳ領域の規格に準拠してもよい。

図６に示すように、ＦＣＴＳには２バイトのフレーム制御（ＦｒａｍｅＣｏｎｔｒｏｌ）領域６０１、１バイトのＳＤＭＡ制御（ＳＤＭＡＣｏｎｔｒｏｌ）領域６０２、２バイトの持続時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）領域６０３、６バイトの受信元アドレス（ＲｅｃｅｉｖｅｒＡｄｄｒｅｓｓ）領域６０４、及び４バイトのＦＣＳ領域６０５が含まれており、ＳＤＭＡ制御領域６０２を除いていずれも８０２．１１ＣＴＳ領域の規格に準拠してもよい。

フレーム制御領域５０１と６０１は、フレームのタイプと関連する制御標識を示すビットである。ＳＤＭＡ制御領域５０２と６０２は１バイトを含み、上位４ビット（タイプ５０６と６０６）は当該フレームがＰＣＴＳであるかそれともＦＣＴＳであるかを示し、下位４ビット（５０７と６０７）は移動端末を示す。タイムアウト領域５０３は、対応するＲＴＳの中の持続時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）領域、即ち後述するパラメーター「Ｔ_timeout」と同じである。受信元アドレス領域５０４と６０４は、対応するＲＴＳを送信する移動端末のＭＡＣ層アドレスである。ＦＣＳ領域５０５と６０５は、ベリファイ（例えば、誤り検出）に用いられる。図５と図６に示すように、ＳＤＭＡ制御領域５０２と６０２のタイプ（即ち、上位４ビット）領域によってＦＣＴＳとＰＣＴＳを区分する。

図７は、Ｍ_randomが４で、Ｔ_timeoutが比較的に長い場合の本発明のＭＡＣ層プロトコルプロセスの一例を示す図であり、図８は、Ｍ_randomが４で、Ｔ_timeoutが比較的に短い場合の本発明のＭＡＣ層プロトコルプロセスの他の例を示す図である。「Ｍ_random」は、ランダムアクセス期間にランダムアクセス要求を許可できる最大の数を示す。Ｍ_randomは、アクセスポイントにおける通信能力、例えば、アクセスポイントのアンテナ数で決まる同時接続可能の数によって設定されるパラメータである。ランダムアクセス要求がすべて受け入れられた場合、Ｍ_randomは、データ伝送期間の中で同時に実行される上りリンク伝送（即ち、移動端末からアクセスポイントへのリンクに沿って伝送する）のユーザーの数に等しい。「Ｔ_timeout」は、アクセスポイントが通信遅延に対する要求によって設定されたパラメータであり、1回のランダムアクセス期間が続く最も長い時間を示す。

図７に示すように、先ず、端末１がＡＰ（アクセスポイント）１００にＲＴＳ２１を送信し、ＡＰ１００がＲＴＳ２１を受信すると、応答として各端末にＰＣＴＳ３１をブロードキャスト送信し（又は、端末１にＰ２Ｐ送信する）、受信されたＲＴＳフレームの状況を端末に通知する。続いて、端末２がＡＰ１００にＲＴＳ２２を送信し、ＡＰ１００がＲＴＳ２２を受信すると、端末にＰＣＴＳ３２を送信する。そして、端末３がＡＰ１００にＲＴＳ２３を送信し、ＡＰ１００がＲＴＳ２３を受信すると、端末にＰＣＴＳ３３を送信する。最後に、端末４がＡＰ１００にＲＴＳ２４を送信し、ＡＰ１００がＲＴＳ２４を受信すると、端末にＦＣＴＳ３４を送信し、最後のＲＴＳを受信したことを端末に通知する。そして、ＡＰ１００から送信されたＰＣＴＳ３１、３２とＦＣＴＳ３４とに基づいて、端末１、２、４はそれぞれ上りリンクのデータ伝送２５、２６、２７を行う。データ伝送２５、２６、２７が終了すると、ＡＰ（アクセスポイント）１００は、各端末にデータ伝送の終了を示す受信確認フレーム（ＡＣＫ３５）をブロードキャスト送信する。

図７と図８に示すように、全過程において、ランダムアクセス期間４１とデータ伝送期間４２の二つの期間は交替に行われる。ランダムアクセス期間４１においては、端末１〜４とＡＰ１００の間に複数のＲＴＳとＣＴＳのインタラクティブな通信を許可することにより、複数のユーザー端末のチャネル競合を許す。データ伝送期間４２においては、上りリンクのデータの並行伝送とブロードキャスト受信確認フレーム（ＡＣＫ）の二つの部分に分けることができ、端末１〜４とＡＰ１００の間でＲＴＳとＣＴＳのインタラクティブな通信を行うことで、チャネルの推定と周波数同期を実現する。

ＡＰ１００は、端末にＰＣＴＳとＦＣＴＳの二種類のＣＴＳを送信する。ＡＰ１００がＰＣＴＳフレームを送信した後に、端末１〜４は一時的に上りリンクのデータ伝送を開始することができない。このとき、ＰＣＴＳのネットワーク配分ベクトル（ｎｅｔｗｏｒｋａｌｌｏｃａｔｉｏｎｖｅｃｔｏｒ：ＮＡＶ）を０に設定し、剰余のＴ_timeoutも考える必要がある。ＡＰ１００がＰＣＴＳフレームを送信した後に、データ伝送期間４２は間もなく開始する。

端末１〜４にとっては、上りリンクのデータを送信する場合、無線ローカルエリアネットワーク規格の８０２．１１ＤＣＦプロセスの規定に基づいて、ＡＰ１００にＲＴＳフレームを送信する必要がある。この過程には、図７と図８に示したＳＩＦＳ（ＳｈｏｒｔＩｎｔｅｒｆｒａｍｅＳｐａｃｅ、短いフレーム間隔）時間、ＤＩＦＳ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＩｎｔｅｒｆｒａｍｅＳｐａｃｅ、分散フレーム間隔）スリープ時間、及びランダムを選択するｂａｃｋ−ｏｆｆ（バック）時間が含まれて、これらの時間によって、ＲＴＳ／ＣＴＳが適切に実行されるように、ＲＴＳ／ＣＴＳのインタラクティブな通信を保護する。ＲＴＳ／ＣＴＳのインタラクティブを保護しないと、他の端末がチャネルを競合して使用しようとしてもこのＲＴＳ／ＣＴＳのインタラクティブな通信の後に、沈黙を保つようになる。また、伝送するデータ量情報は、ＲＴＳの中に保存される。データ伝送期間は、所定の時間長さを有するため、端末自身が伝送に要する時間長と伝送速度に基づいて上層データパケットの分割フレームをスケジューリングする必要がある。

ＡＰ１００が端末１〜４からのＲＴＳ２１〜２４を受信すると、ＡＰ１００は、受信したＲＴＳ２１〜２４から対応する端末のチャネル情報（ＣＳＩ）を取得する。このとき、ＡＰ１００は、チャネル情報に基づいて予め決められた規則に基づいて返信すべきＣＴＳがＰＣＴＳかそれともＦＣＴＳかを判断する。

前記予め決められた規則は、必要に応じて設定することができる。以下、例を挙げて当該予め決められた規則について説明をする。例えば、ＡＰ１００が受信したＲＴＳフレームの数がＭ_randomより小さく且つＴ_timeoutが期限切れではない場合、ＡＰ１００は端末にＰＣＴＳを返信する。端末１〜４がＡＰ１００からのＰＣＴＳフレームを受信した場合、ＰＣＴＳからトレーニング系列を取得して、データ伝送のストラテジーを考える一つの要因とするとともに、ＡＰ１００との周波数同期を行い、その後端末は待機する。

ＡＰ１００がすでに受信したＲＴＳの数が、Ｍ_randomの所定のＲＴＳの数より大きいか、又は、ＡＰ１００から最初のＰＣＴＳを送信してからＴ_timeoutがすでに期限切れである場合、ＡＰ１００はＦＣＴＳを送信する。ＦＣＴＳを送信する前に、ＡＰ１００は、チャネル情報（ＣＳＩ）に基づいて、予め決められたアルゴリズムによってどの端末が次のデータ伝送期間に上りリンクデータを伝送できるかを確定し、同時に、当該端末の上りリンクデータを伝送する伝送速度を確定する。ＡＰ１００がすべての端末に送信するＦＣＴＳには、上りリンクの伝送を行うことができる端末と各端末の伝送速度を示す情報が保存されている。

前記予め決められたアルゴリズムは必要に応じて設定することができる。以下、例を挙げて当該予め決められたアルゴリズムについて説明をする。例えば、伝送速度の最大化と端末間の公平さを考慮して当該予め決められたアルゴリズムを設定することができる。

例えば、ランダムアクセス期間において四つの端末が上りリンクの競合を行い、各端末が送信するＲＴＳには、当該端末が次のデータ伝送期間に送信するデータ量を示す情報が含まれている。例えば、端末１と端末２のデータ速度は低く、端末３と端末４のデータ速度は高いとし、次のデータ伝送期間における上りリンクの容量が端末３と端末４のデータを同時に伝送するには容量が不足し、端末１と端末２および一つのデータ速度の高い端末が同時に上りリンクの伝送を行うにも容量が不足するが、端末１と端末２のデータを同時に伝送するにはチャネル容量が余ると仮定した場合、ＡＰ１００はスケジューリングを行う際に、公平性とチャネル最適の原則により、端末２と端末３を選択して上りリンクのデータ伝送を行うことをデータ伝送のストラテジーとする。

もちろん、その他の要因も考えることができる。例えば、ＡＰ１００が端末１と端末２の位置とチャネルが比較的に近く、上りリンクの伝送を行うときに互いに妨害される可能性があると判断した場合、スケジューリングによって端末１と端末２の伝送を避けることができる。また、ここではもっと複雑なスケジューリングを考えることもできる。例えば、クロスレイヤフィードバックを通じて端末１の伝送データは、遅延に敏感な音声データであり、端末２のデータは遅延に敏感ではないことが分かった場合、ＡＰ１００はサービス統計の最適を考慮すると、端末２が次のデータ伝送期間に上りリンクのデータ伝送を行うように設定することをデータ伝送のストラテジーとする。

図９は、本発明の無線通信システムにおける端末側の作動を示すフローチャートである。図９に示すように、端末は、現在のチャネルがアイドル状態であることを検出した場合（ステップ９０１）、当該チャネルを使用してデータの送信が可能であるかを判断する（ステップ９０２）。判断結果が送信が不可である場合（ステップ９０２では「いいえ」である）、端末は引き続きチャネルを監視し、ＮＡＶの値を設定する。ステップ９０２における判断結果が送信が可能である場合（ステップ９０２では「はい」である）、端末はＡＰにＲＴＳを送信する（ステップ９０３）。その後、チャネル監視状態に入ってＦＣＴＳ又はＰＣＴＳを受信するまで待機する（ステップ９０５）。端末が何のＣＴＳも受信しなかった場合（ステップ９０５では「いいえ」である）、チャネル状態に基づいて引き続きＲＴＳを送信する（ステップ９０３に戻る）。端末がＣＴＳを受信した場合（ステップ９０５では「はい」である）、ＰＣＴＳに基づいて設定を行う（ステップ９０６）。続いて、受信したＣＴＳがＰＣＴＳであるかそれともＦＣＴＳであるかを判断する（ステップ９０７）。ステップ９０７においてＰＣＴＳフレームであると判断されると、ステップ９０５に戻り、端末は引き続きＣＴＳフレームを受信するまで待機する。ステップ９０７においてＦＣＴＳフレームであると判断されると、端末はＦＣＴＳフレームの中のコンテンツを取り出して、ＦＣＴＳフレームに保存されているＡＰスケジューリングに関連する結果に基づいて、データパケットを送信してデータ伝送を行うことを許可するかを判断する（ステップ９０８）。ステップ９０８が「はい」の場合、直ちにデータパケットを送信する（ステップ９０９）。ステップ９０８が「いいえ」の場合、引き続き待機する（ステップ９０４）。データ伝送期間に入ってから、ＡＰは受信確認フレーム（ＡＣＫ）をブロードキャスト送信し（ステップ９１０）、ステップ９０１に戻り、端末は引き続き初期のチャネル検出状態に入る。

図１０は、本発明の無線通信システムにおけるＡＰ装置側の作動を示すフローチャートである。図１０に示すように、先ず、ＡＰは二つのキーパラメーター、即ち、Ｍ_randomとＴ_timeoutを設定する（ステップ１００１）。ＡＰが端末からのＲＴＳフレームを受信すると（ステップ１００２では「ＲＴＳを受信」である）、ＡＰは受信されたＲＴＳから対応する端末（ＲＴＳを送信した端末）のＣＳＩなどのパラメーターを取得する（ステップ１００５）。その後、ＡＰは予め決められた規則に基づいてＰＣＴＳを返信するかそれともＦＣＴＳを返信するかを確定する。例えば、ＡＰが受信したＲＴＳフレームの数が、Ｍ_randomより小さく（ステップ１００６では「はい」である）、且つＴ_timeoutが期限切れではない場合、ＰＣＴＳを返信する（ステップ１００３）。端末がＰＣＴＳフレームを受信した場合、端末は受信されたＰＣＴＳからトレーニング系列を取得してデータ伝送のストラテジーを考える一つの要因とするとともに、ＡＰとの周波数同期を行い、その後端末は引き続き待機する。ＡＰがすでにＭ_randomの所定のＲＴＳの数を受信し（ステップ１００６では「いいえ」である）、又は、最初のＰＣＴＳの送信開始からＴ_timeoutがすでに期限切れである場合、ＣＳＩの状況に基づいてスケジューリングを行って伝送する端末と速度を決定し（ステップ１００７）、ＦＣＴＳを送信する（ステップ１００８）。端末からのすべてのデータを受信した後に（ステップ１００９）、データ伝送終了を示す受信確認フレームを端末に送信する（ステップ１０１０）。Ｔ_timeoutが期限切れ（ステップ１００２では「期限切れ」である）で、ＡＰは何のＲＴＳも受信していない場合（ステップ１００４では「いいえ」である）、ＡＰは初期状態に戻りＦＣＴＳを送信しない。

以上、本発明の具体的な実施例について説明を行ったが、本発明はこれに限らず、例えば、本発明は直交周波数分割多重（ＯＦＤＭＡ）及び／又は空間分割多元接続（ＳＤＭＡ）と移動端末を採用して通信を行うことも可能である。

ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭＡ技術において、ＳＤＭＡ（ＳｐａｃｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ、空間分割多元接続）を用いると、伝送速度を大幅に向上させることができる。

また、アクセスポイント（ＡｃｃｅｓｓＰｏｉｎｔ、ＡＰ）と移動端末を含む無線通信システムにおいてＳＤＭＡ技術を採用すると、以下のような優れた点が得られる。（１）複数の移動端末が同時にデータを伝送することが可能になる。（２）競合を回避しフレーム間の冗長の数を減らして、ＭＡＣ（ＭｅｄｉｕｍＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ、媒体アクセス制御）層と物理層プロトコル等のプロトコルの負担を軽減することで、簡単に伝送速度を向上させるだけでは達成できない効果が得られる。（３）移動端末の能力と空間の制限で、通常移動端末のアンテナ数はアクセスポイントのアンテナ数より少ないが、当該ＳＤＭＡ技術を採用すると、チャネルのデータスケジューリングの自由度を大幅に向上させることができる。

本発明により提供される無線通信システム及びその制御方法と当該無線通信システムにおけるアクセスポイントと移動端末は、ＭＩＭＯの無線通信システムにおいて、上りリンクのデータ伝送を柔軟且つ有効に行うことができるとともに、データ伝送速度を大幅に向上させることができるので、無線通信分野に幅広く応用されることが期待される。

Claims

ＭＩＭＯの無線通信システムにおけるアクセスポイントにおいて、
前記無線通信システムは複数の移動端末を含み、
前記アクセスポイントは、
前記複数の移動端末と通信を行う物理層モジュールと、
複数のアンテナを有するアンテナ部と、
前記物理層モジュールを経由して、複数の移動端末から前記アクセスポイントへの上りリンクのデータ伝送のタイムスロットを要求するために前記複数の移動端末から送信された複数の送信要求フレームを受信し、前記複数の送信要求フレームのそれぞれからデータ伝送に関する情報を取得する送信要求フレーム受信モジュールと、
前記物理層モジュールを経由して、前記送信要求フレーム受信モジュールが受信した前記複数の送信要求フレームに対して応答を行い且つ前記上りリンクのデータ伝送を一時的に開始しないことを示す送信許可保留フレームと前記上りリンクのデータ伝送を開始することを示す最終送信許可フレームとを含む送信許可フレームを、前記複数の移動端末に送信する送信許可フレーム送信モジュールと、
前記上りリンクのデータ伝送が終了したときに、前記上りリンクのデータ伝送の終了を示す受信確認フレームを、前記物理層モジュールを経由して前記移動端末に送信する受信確認フレーム送信モジュールと、
前記送信要求フレーム受信モジュールから前記データ伝送に関する情報を取得し、前記データ伝送に関する情報に基づいて、前記複数の移動端末から次のデータ伝送期間内に前記上りリンクのデータ伝送を行う移動端末を選択するスケジューリングを行うスケジューリングモジュールと、を含み、
前記送信許可フレーム送信モジュールは、
前記複数の送信要求フレームにおける最初の送信要求フレームを受信してから所定時間が経過した場合、前記スケジューリングモジュールに選択された移動端末にデータ伝送許可を示す最終送信許可フレームを送信し、
前記最初の送信要求フレームを受信してから前記所定時間が経過する前に前記複数の送信要求フレームが所定値に達した場合、前記スケジューリングモジュールに選択された移動端末にデータ伝送許可を示す最終送信許可フレームを送信することを特徴とするアクセスポイント。
直交周波数分割多重、又は空間分割多元接続の少なくともいずれかを利用して移動端末と通信を行うことを特徴とする請求項１に記載のアクセスポイント。
前記所定値は、前記アクセスポイントのアンテナ数以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクセスポイント。
前記データ伝送に関する情報は、移動端末が次のデータ伝送期間に送信するデータ量を示す情報と、前記移動端末のチャネル情報と、を含み、
前記スケジューリングモジュールは、前記データ量を示す情報と前記チャネル情報とに基づいてスケジューリングを行うことを特徴とする請求項１に記載のアクセスポイント。
前記データ伝送に関する情報は、移動端末の位置情報と、前記移動端末のチャネル情報と、を含み、
前記スケジューリングモジュールは、前記位置情報と前記チャネル情報とに基づいて、２つの移動端末の上りリンクの伝送が互いに妨害される可能性があると判定した場合、次のデータ伝送期間に前記上りリンクのデータ伝送を行う移動端末として前記２つの移動端末の一方を選択することを特徴とする請求項１に記載のアクセスポイント。
ＭＩＭＯの無線通信システムにおいて、
前記無線通信システムはアクセスポイントと複数の移動端末を含み、
前記アクセスポイントは、
前記複数の移動端末と通信を行う物理層モジュールと、
複数のアンテナを有するアンテナ部と、
前記物理層モジュールを経由して、複数の移動端末から前記アクセスポイントへの上りリンクのデータ伝送のタイムスロットを要求するために前記複数の移動端末から送信された複数の送信要求フレームを受信し、前記複数の送信要求フレームのそれぞれからデータ伝送に関する情報を取得する送信要求フレーム受信モジュールと、
前記物理層モジュールを経由して、前記送信要求フレーム受信モジュールが受信した前記複数の送信要求フレームに対して応答を行い且つ前記上りリンクのデータ伝送を一時的に開始しないことを示す送信許可保留フレームと前記上りリンクのデータ伝送を開始することを示す最終送信許可フレームと含む送信許可フレーム、を前記複数の移動端末に送信する送信許可フレーム送信モジュールと、
前記上りリンクのデータ伝送が終了したときに、前記上りリンクのデータ伝送の終了を示す受信確認フレームを前記移動端末に送信する受信確認フレーム送信モジュールと、
前記送信要求フレーム受信モジュールから前記データ伝送に関する情報を取得し、前記データ伝送に関する情報に基づいて、前記複数の移動端末から次のデータ伝送期間内に前記上りリンクのデータ伝送を行う移動端末を選択するスケジューリングを行うスケジューリングモジュールと、を含み、
前記送信許可フレーム送信モジュールは、
前記複数の送信要求フレームにおける最初の送信要求フレームを受信してから所定時間が経過した場合、前記スケジューリングモジュールに選択された移動端末にデータ伝送許可を示す最終送信許可フレームを送信し、
前記最初の送信要求フレームを受信してから前記所定時間が経過する前に前記複数の送信要求フレームが所定値に達した場合、前記スケジューリングモジュールに選択された移動端末にデータ伝送許可を示す最終送信許可フレームを送信し、
前記複数の移動端末は、それぞれ
前記アクセスポイントと通信を行う物理層モジュールと、
アンテナを有するアンテナ部と、
前記物理層モジュールを経由して、当該移動端末から前記アクセスポイントへの上りリンクのデータ伝送のタイムスロットを要求するために送信要求フレームを前記アクセスポイントに送信する送信要求フレーム送信モジュールと、
前記物理層モジュールを経由して、前記アクセスポイントが前記送信要求フレームに対して応答を行い且つ前記上りリンクのデータ伝送を一時的に開始しないことを示す送信許可保留フレームと前記上りリンクのデータ伝送を開始することを示す最終送信許可フレームとを含む前記アクセスポイントから送信された送信許可フレーム、を受信する送信許可フレーム受信モジュールと、
前記アクセスポイントから送信された前記上りリンクのデータ伝送の終了を示す受信確認フレームを受信する受信確認フレーム受信モジュールと、を含むことを特徴とする無線通信システム。
ＭＩＭＯの無線通信システムにおける上りリンクのデータ伝送制御方法において、
前記無線通信システムはアクセスポイントと複数の移動端末を含み、
前記上りリンクは複数の移動端末から前記アクセスポイントへのリンクであり、
当該上りリンクのデータ伝送の制御方法は、
前記複数の移動端末が、上りリンクのデータ伝送のタイムスロットを要求する複数の送信要求フレームを前記アクセスポイントに送信するステップＡと、
前記アクセスポイントが、前記複数の送信要求フレームを受信し、前記複数の送信要求フレームに対して応答を行い且つ前記上りリンクのデータ伝送を一時的に開始しないことを示す送信許可保留フレームを移動端末に送信するステップＢと、
前記アクセスポイントが、前記複数の送信要求フレームのそれぞれからデータ伝送に関する取得情報を取得するステップＣと、
すべての移動端末からの前記送信要求フレームを受信した後に、又はランダムアクセス期間が終了した後に、前記アクセスポイントが、前記データ伝送に関する情報に基づいて、前記複数の移動端末から次のデータ伝送期間内に前記上りリンクのデータ伝送を行う移動端末を選択するスケジューリングを行い、選択された移動端末に対してそれぞれアンテナと伝送速度を割り当てるステップＤと、
前記アクセスポイントが、前記スケジューリング結果を前記上りリンクのデータ伝送の開始を示す最終送信許可フレームに保存するとともに、前記最終送信許可フレームを前記移動端末に送信するステップＥと、
前記移動端末が、前記最終送信許可フレームを受信した後に、選択された移動端末が前記最終送信許可フレームに基づいて上りリンクのデータ伝送を行うステップＦと、
前記ステップＥにおいて、前記アクセスポイントが、前記複数の送信要求フレームにおける最初の送信要求フレームを受信してから所定時間が経過した場合、前記スケジューリングモジュールに選択された移動端末にデータ伝送許可を示す最終送信許可フレームを送信し、前記アクセスポイントが、前記最初の送信要求フレームを受信してから前記所定時間が経過する前に前記複数の送信要求フレームが所定値に達した場合、前記スケジューリングモジュールに選択された移動端末にデータ伝送許可を示す最終送信許可フレームを送信するステップＧと、を含むことを特徴とするデータ伝送制御方法。
直交周波数分割多重、又は空間分割多元接続の少なくともいずれかを利用して通信を行うことを特徴とする請求項７に記載のデータ伝送の制御方法。