以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。無線LANの規格書として知られているIEEE Std 802.11TM−2012およびIEEE Std 802.11acTM−2013、IEEE 802.11-15/0132r7 dated on July 20, 2015 which is Specification Framework Document directed to IEEE Std 802.11ax as a next generation wireless LAN standardsは、本明細書においてその全てが参照によって組み込まれる(incorporate by reference)ものとする。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る無線通信システムを示す。
図1の無線通信システムは、アクセスポイント(AP)11と、複数の無線端末(ステーション)1、2、3、4、5、6とを具備した無線ネットワークである。アクセスポイント11も、中継機能を有する点を除き、無線端末と同様の機能を有するため、無線端末の一形態である。アクセスポイント11は、IEEE802.11規格等の任意の無線通信方式に従って、各無線端末1〜6と通信する。本実施形態では、アクセスポイント11と各無線端末1〜6は、IEEE802.11規格に従って通信する。アクセスポイント11は、各無線端末1〜6と所定のアソシエーションプロセス等を介して無線リンクを確立する。なお、本実施形態に適用可能な無線通信方式は、IEEE802.11規格に限定されず、アップリンクユーザ多重送信が可能な無線通信方式であれば、他の方式でもかまわない。
アクセスポイント11は、複数のアンテナとして、4つのアンテナ12A、12B、12C、12Dを備える。アクセスポイント11は、無線端末と通信する無線通信装置(後述する図7参照)を搭載する。無線通信装置は、アンテナ12A〜12Dに接続されてフレームを送受信する無線通信部と、複数の無線端末との通信を制御する制御部とを備える。無線通信部は、一例としてRF(Radio Frequency)集積回路により形成され、制御部、一例としてベースバンド集積回路により形成されるが、この構成に限定されるものではない。
各無線端末1〜6は、それぞれ1つまたは複数のアンテナを備える。図1の例では、各無線端末1〜6は、それぞれ1本のアンテナ1A、2A、3A、4A、5A、6Aを備える。各無線端末は、アクセスポイントと通信する無線通信装置(後述する図8参照)を搭載する。無線通信装置は、アンテナに接続されてフレームを送受信する無線通信部と、アクセスポイント11との通信を制御する制御部とを備える。無線通信部は、一例としてRF(Radio Frequency)集積回路により形成され、制御部、一例としてベースバンド集積回路により形成されるが、この構成に限定されるものではない。
アクセスポイント11は、各無線端末との間で無線ネットワーク(第1ネットワークと呼ぶ)を形成する。また、アクセスポイント11は、これとは別に、有線または無線またはこれらのハイブリッドの他のネットワーク(第2ネットワークと呼ぶ)に接続されてもよい。アクセスポイント11は、これら第1ネットワークおよび第2ネットワーク間での通信の中継、および第1ネットワークにおける無線端末間の通信の中継を行う。各無線端末1〜6で生成されたデータフレームは、アクセスポイント11に送信され、アクセスポイント11は、該データフレームを第1ネットワークの他の無線端末あるいは第2ネットワークに転送する。なお、本実施形態のフレームは、例えばIEEE802.11規格でフレームと呼ばれているもののみならず、パケット(Null Data Packet等)と呼ばれているものであってもよい。
各無線端末で生成されたデータフレームをアクセスポイント11に送信する方法の1つとして、本実施形態では、アップリンクのユーザ多重方式を利用可能である。ユーザ多重送信には、空間多重を利用したマルチユーザMIMO(MU−MIMO:Uplink Multi−User−MIMO(Multi−Input Multi−Output))方式や、周波数多重を利用した直交周波数分割多元接続方式(Orthogonal
Frequency Division Multiple Access)がある。
特にアップリンクのMU−MIMOは、UL−MU−MIMO、ダウンリンクのMU−MIMOはDL−MU−MIMOと記載する。アップリンクのOFDMAはUL−OFDMA、ダウンリンクのOFDMAはDL−OFDMAと記載する。
UL−MU−MIMO送信では、複数の無線端末が同一の周波数帯域で複数のフレームを複数のデータストリームとして同時に送信する。具体的には、無線端末1〜6のうち複数の無線端末(例えば無線端末1〜4)がそれぞれアクセスポイント11宛のデータフレームを同時に送信する。アクセスポイント11は、各端末とのアップリンクの伝搬路応答に基づきこれらのデータストリームを分離することで、端末毎のフレームを分離して受信できる。UL−MU−MIMOにより、複数の無線端末がデータフレームを同時に送信することが出来るため、スループットを向上させることができる。
UL−MU−MIMOで送信可能なデータストリーム数は、アクセスポイント11が備えるアンテナの個数により制限され、最大でアクセスポイント11が備えるアンテナ数である。図1では、アクセスポイント11は4本のアンテナを備えるため、同時にアップリンク送信可能なデータストリーム数は4である。端末が複数のアンテナを備える場合、当該端末が複数のデータストリームを送信することも可能である。例えば1台の端末が2つのデータストリームを送信し、2台の端末がそれぞれ1つのデータストリームを送信してもよい。UL−MU−MIMO送信を行う無線端末の組み合わせは、無線端末1〜4に限定されず、無線端末1〜6の中から様々な組み合わせが可能である。なお、図1において、無線端末1〜6以外にも、アクセスポイント11と無線リンクを確立した他の無線端末が存在してもよい。
複数の無線端末がUL−MU−MIMO送信を行うために、これらの無線端末の送信タイミングを合わせる必要がある。そのため、一例として、UL−MU−MIMO送信を指示または許可(以下、許可に統一)する無線端末を特定する情報(許可端末情報)を含んだトリガーフレームを送信する。許可端末情報は、UL−MU−MIMO送信を許可する無線端末群を特定できる限り任意の形式でよい。一例として、許可端末情報は、許可する個々の無線端末の識別情報でもよいし、許可する複数の無線端末を含むグループの識別情報でもよい。トリガーフレームは、許可端末情報以外にも、UL−MU−MIMO送信を行うために必要な各種情報(例えば後述するプリアンブルの情報など)を含んでもよい。
本実施形態では、1つのトリガーフレームで、許可端末情報の通知と、送信タイミングの調整の役割を兼ねさせているが、これらのフレームを別々に送信する構成もあり得る。
UL−MU−MIMO送信を行うために、まずアクセスポイント11は、UL−MU−MIMO送信を許可する複数の無線端末を選定する。無線端末の選定方法はどのようなものでもよい。例えば、事前に送信要求があった無線端末の中から選定する方法、無線リンクを確立している無線端末の中からラウンドロビンで選定する方法などが考えられる。
アクセスポイント11は、選定した無線端末を指定する許可端末情報を含んだトリガーフレームを生成し、任意の1つのアンテナから送信、もしくは複数のアンテナから同時に送信する。トリガーフレームの受信先アドレス(Receiver Address)は、一例として、ブロードキャストアドレスまたはマルチキャストである。トリガーフレーム71のFrame ControlフィールドのTypeはControlであり、Subtypeは、トリガーフレームに対して新たに定義された値でもよい。あるいは、TypeおよびSubtypeは既存の値を利用し、既存のフレームの予約フィールド、トリガーフレームであることを通知する情報を設定する構成もあり得る。
なお、アクセスポイント11は、トリガーフレームの送信前に、CSMA/CAに基づき、DIFS等の一定期間と、ランダムに定めたバックオフ期間との間、キャリアセンスを行い、キャリアセンス結果がアイドル(CCA(Clear Channel Assessment)値が閾値以下)であれば、無線媒体へのアクセス権(送信権)を獲得するものとする
図2に第1の実施形態に係るUL−MU−MIMOのシーケンス例を示す。
アクセスポイント11が、UL−MU−MIMO送信を許可する対象として無線端末1〜4を選択し、選択した無線端末を指定した許可端末情報を含むトリガーフレーム71を生成する。アクセスポイント11はトリガーフレーム71を送信し、無線端末1〜6は、トリガーフレーム71をそれぞれ受信する。無線端末1〜6は、トリガーフレーム71内の許可端末情報を解析することで、自端末がUL−MU−MIMO送信の対象として指定されているかを確認する。本例では、無線端末1〜4は、UL−MU−MIMO送信の対象として自端末が指定されたことを認識し、無線端末5〜6は、UL−MU−MIMO送信の対象として指定されていないことを認識する。
無線端末1〜4は、トリガーフレーム71の受信完了から一定時間T1後にデータフレーム51〜54を、アクセスポイント11に同じ周波数帯域で送信する。すなわち、無線端末1〜4から、UL−MU−MIMOによってデータフレームが伝送される。一定時間T1は、予め定められた一定時間であれば任意の値でよい。一例として、IEEE802.11無線LANのMACプロトコル仕様で規定されているフレーム間のタイムインターバルであるSIFS(Short Inter−frame Space)時間(=16μs)でもよいし、これより長い時間(xIFSと表現してもよい(xは任意の数値を表す))でもよい。なお、複数のデータフレーム51〜54は、同じものであっても異なるものであってもよい。一般的な表現として、各無線端末から複数の第Xフレームが送信または受信されると表現する場合、これらの第Xフレームは同じものであっても異なるものであってもよい。Xには状況に応じて任意の値を入れることができる。
なお、変形例として、トリガーフレーム内に各無線端末がデータフレームを送信すべきタイミングまたは、上記一定時間T1に対する時間調整量を、アクセスポイント11は設定してもよい。この場合、各無線端末は、トリガーフレームの設定情報に基づき、自端末の送信タイミングを把握し、データフレームを送信する。なお、各無線端末の送信タイミングは必ずしも同一である必要は無く、アクセスポイントでの受信タイミングが同一となるように個別に調整されてもよい。
アクセスポイント11は、無線端末1〜4からデータストリームとして同時に受信した信号からデータフレームを空間的に分離する必要がある。このため、アクセスポイント11は、無線端末1〜4のそれぞれとのアップリンクの伝搬路応答を利用する。アップリンクの伝搬路応答は、トリガーフレームの送信前に事前に取得する方法の他、無線端末1〜4がUL−MU−MIMO送信するデータフレームの先頭側に付加したプリアンブルを利用して、各無線端末からアクセスポイント11へのアップリンクの無線伝搬路応答をそれぞれ推定する方法もある。本実施形態では後者の方法を用いる例を説明するが、前者の方法でも何ら問題無い。
プリアンブルは、既知ビット列で構成される。アクセスポイント11は、既知ビット列を利用して、アップリンクの伝搬路応答を推定することで、プリアンブルより後のフィールド(例えばデータフィールド)を正しく空間的に分離(復号)出来る。これは、公知の手法、例えばZF(Zero−Forcing)法、または、MMSE(Minimum
Mean Square Error)法、または、最尤推定法等、任意の方法を用いて行うことができる。プリアンブルフィールドは、一例として、MACフレームの先頭側に配置される物理ヘッダ(PHYヘッダ)内に配置される。物理ヘッダ内のプリアンブルフィールドより前の各フィールドでは各端末から同じ信号が送信される。各無線端末のプリアンブルは互いに直交している必要がある。プリアンブルが直交していることは、アクセスポイント11が、各無線端末から同時に受信した信号から無線端末毎のプリアンブルを個別に特定できることを意味する。これにより、ここで、アクセスポイント11が、無線端末毎のプリアンブルを用いて、各無線端末からアクセスポイント11への伝搬路を推定することができる。
無線端末間のプリアンブルの直交化の方法として、時間的、周波数的、符号的のいずれの方法を用いてもよい。時間直交の場合には、プリアンブルフィールドが複数の区間に分割され、各端末が互いに異なる区間でプリアンブルを送信する。ある区間には、いずれか1台数端末のみがプリアンブルを送信していることになる。つまり端末間でプリアンブルを送信する時間的な位置が異なっている。ある端末がプリアンブルを送信する間、他の端末は何も送信しない期間になる。時間直交の場合、プリアンブルは、送信するプリアンブルのデータのみならず、どの時間で送信するかに関する情報も含んでいる。周波数直交の場合には、各端末が互いに直交関係にある周波数でプリアンブルのデータを送信する。周波数直交の場合、プリアンブルは、どの周波数(サブキャリア)で送信するかに関する情報も含んでいる。符号直交の場合には、各端末がそれぞれ直交行列の互いに異なる行(または互いに異なる列)に含まれる複数の値(複数の値のそれぞれに対応するシンボル)を配置したデータを送信する。直交行列の各行(または各列)は互いに直交の関係にある。
いずれの直交化の方法でも、アクセスポイント11では各端末のプリアンブルの識別が可能となる。
各無線端末が互いに直交するプリアンブルを使用させるために、各無線端末が使用するプリアンブルの情報を、与えておく必要がある、具体的には、時間直交の場合にはどのタイミングでそれぞれプリアンブルを送信するか、周波数直交の場合にはどの周波数でそれぞれプリアンブルを送信するか、符号直交の場合にはどの符号化パターン(直交行列のどの行または列のパターン)でそれぞれプリアンブルを送信するか、の情報が必要となる。
この情報は、アクセスポイント11が送信するトリガーフレーム内でUL−MU−MIMO送信を許可する無線端末にそれぞれ設定してもよい。あるいは、これとは別の方法で事前に、各無線端末にこの情報を通知してもよい。いずれにしろ、各無線端末はUL−MU−MIMO送信を行う際には、それぞれが使用するプリアンブルの情報が、何らかの方法で把握出来ているものとする。
各無線端末から送信するデータフレーム51〜54は、一般的なMACフレームの構成を有し、例えば、Frame Controlフィールド、Durationフィールド、RA(Receiver Address)フィールド、TA(Transmitter Address)フィールド、Frame Bodyフィールド、FCS(Frame Check Sequence)フィールド等を含む。この場合、各無線端末がアクセスポイントに送信するデータ本体は、Frame Bodyフィールドに格納される。
また、RAフィールドにはアクセスポイントのMACアドレス、TAフィールドには無線端末のMACアドレスが格納される。TAフィールドに設定するアクセスポイントのMACアドレスは、トリガーフレーム(図3参照)のTAフィールドに設定されたものを用いてもよい。
図3に、トリガーフレームのフォーマットの例を示す。例えばFrame Controlフィールド、Durationフィールド、RAフィールド、TAフィールド、共通情報フィールド、端末情報フィールド、FCSフィールドを含む。
Frame Controlフィールドには、フレームの種別などを特定するTypeおよびSubtype等の情報が設定される。
Durationフィールドには、媒体予約時間の値を設定する。Durationフィールドに値が設定されたフレームを受信した装置は、このフィールドに設定されたこの時間が0になるまでカウントダウンし、0になるまでは、無線媒体は仮想的にビジーであると認識する。このような仮想的に無線媒体をビジーであると判定する仕組み、或いは、仮想的に媒体をビジーであるとする期間は、NAV(Network Allocation Vector)と呼ばれる。
RA(Receiver Address)フィールドには、通常、フレームの受信先のMACアドレスが設定される。トリガーフレームは、複数の無線端末宛に送信されるため、RAフィールドには、ブロードキャストアドレスまたはマルチキャストアドレスが設定される。なお、変形例として、複数のRAフィールドを複数設ける構成が可能な場合は、各RAフィールドに、無線端末のMACアドレス(ユニキャストアドレス)を設定してもよい。
TA(Transmitter Address)フィールドには、フレーム送信元の装置のMACアドレスが含まれる。トリガーフレームの場合、TAフィールドには、アクセスポイントのMACアドレスまたはBSSIDが設定される。
共通情報フィールドには、UL−MU−MIMO送信を行うために、UL−MU−MIMO送信を許可する各無線端末に対し、共通に通知すべき情報が設定される。例えば、選択した無線端末に対しUL−MU−MIMO送信する物理パケット長(PPDU長)またはMACフレーム長(MPDU(medium access control (MAC) protocol data unit)長)の値を設定してもよい。UL−MU−MIMO送信の送信タイミングの調整量を指定してもよい。この場合、各無線端末からトリガーフレーム受信完了から一定時間T1後の時刻に対して当該調整量だけ時間をずらして送信を行う。また、後述する端末情報フィールドの数は可変の場合、端末情報フィールドの数を表す情報を、共通情報フィールドに設定してもよい。
端末情報フィールド(個別情報フィールド)は、UL−MU−MIMO送信を許可する無線端末ごとに設けられる。端末情報フィールドの数は、UL−MU−MIMOを許可する無線端末の数に応じて可変でもよい。図2の例では、端末情報フィールド1、端末情報フィールド2、端末情報フィールド3、端末情報フィールド4の4つが設けられている。
端末情報フィールドには、UL−MU−MIMO送信許可する無線端末の識別情報と、当該無線端末がアップリンク送信するために必要な情報とが含まれる。例えば当該無線端末が使用するプリアンブルに関する情報が含まれる。変形例として、無線端末の識別情報を、端末情報フィールドではなく、共通情報フィールドに設定する構成も可能である。この場合、共通情報フィールド内に各無線端末の識別情報の位置から、各無線端末に対応する端末情報フィールドを特定可能にしてもよい。無線端末の識別情報は、無線端末を識別できる限り特定のものに限定されない。例えばMACアドレスまたはAssociation ID(AID)またはこれらの両方、その他、端末を特定できる何らかのIDを用いることができる。
図3の例では、端末情報フィールドおよび共通情報フィールドは、MACフレームのMACヘッダ内に配置されているが、フレームボディフィールドに配置してもよい。この場合、トリガーフレームのFrame Control Fieldのタイプは、Managementでもよい。また、図4に示すように、MACフレームの先頭側に付加する物理ヘッダ(PHYヘッダ)内に、端末情報フィールドおよび共通情報フィールドを設定してもよい。PHYヘッダは、L−STF(Legacy−Short Training
Field)、L−LTF(Legacy−Long TrainingField)、L−SIG(Legacy Signal Field)、共通情報フィールド、端末情報フィールドを含む。L−STF、L−LTF、L−SIGは、例えば、IEEE802.11aなどのレガシー規格が認識可能なフィールドであり、信号検出、周波数補正、伝送速度などの情報が格納される。以下の説明では、トリガーフレームは、図3に示すフォーマットを有する場合を想定する。
各無線端末は、アクセスポイント11から送信されるトリガーフレームを受信し、自端末の識別情報が端末情報フィールドのいずれか(または共通情報フィールド、または端末情報フィールドと共通情報フィールドの両方)に含まれている場合は、自らがUL−MU−MIMO送信の許可対象として指定されていることを把握することが出来る。例えば、端末情報フィールド1〜4に無線端末1〜4の識別情報が設定されており、自端末の識別情報を検出することで、無線端末1〜4は自端末が指定されたことを把握する。
また、各無線端末が使用するプリアンブルの情報を、トリガーフレームで通知する場合には、各端末情報フィールドには各無線端末が使用するプリアンブルの情報がそれぞれ設定されていてもよい。各無線端末は、自端末の識別情報が含まれた端末情報フィールド内に指定されたプリアンブルを用いて、データフレームを送信する。これにより、各無線端末が送信したデータフレームのプリアンブルはそれぞれ直交した形で送信され、アクセスポイントは、これらの無線端末から同時に受信したこれらのデータフレームを分離できる。
UL−MU−MIMO送信の許可対象となる無線端末の指定方法として、各無線端末の識別情報を設定する方法以外に、これらの無線端末が属するグループの識別情報(グループIDと呼ぶ)を設定する方法でもよい。
アクセスポイント11は、無線リンクを確立した複数の無線端末を組み合わせて、1つ以上のグループを生成する。例えば、グループ1として無線端末1,2,3,4の組、グループ2として無線端末1,3,4の組、グループ3として無線端末1,2,4,5の組などである。グループの数はいくつあってもよく、また1台の無線端末が複数のグループに所属していてもよい。
アクセスポイント11は、グルーピングした結果(グループIDと無線端末とのリスト)を各無線端末に専用のフレームを用いて通知することで、各無線端末は自端末がいずれのグループに属しているかを事前に把握することができる。アクセスポイント11は、適宜新たなグループを追加してもよく、また既に存在しているグループに所属している無線端末の組み合わせを変更してもよい。アクセスポイント11は、グループの追加あるいは変更あるいはこれらの両方を行う都度、専用のフレームを用いて通知する。
また、グループ毎に、同じグループに属する複数の無線端末がそれぞれ使用するプリアンブルの情報も無線端末に通知してもよい。この情報は、グルーピングの結果を通知するフレームと同じフレームでもよいし、これとは別のフレーム(トリガーフレームなど)でもよい。同じグループに属する無線端末には互いに直交するプリアンブルを指定する。
各無線端末は、自端末がいずれのグループに属しており、自端末がどのプリアンブルを使用するかを事前に把握している。このため、アクセスポイント11は、UL−MU−MIMOを許可したい無線端末のグループのグループIDをトリガーフレームで通知するのみで、UL−MU−MIMO送信を許可する無線端末を指定できる。トリガーフレームでグループIDの通知を行う場合には、例えば共通情報フィールドにグループIDを設定してもよい。グループIDは、IEEE802.11acで定義されたグループIDと同じでもよいし、これとは別のグループIDでもよい。トリガーフレームを受信した無線端末は、共通情報フィールドに設定されているグループIDが、自端末が属するグループを示す場合には、自端末がUL−MU−MIMO送信の許可対象の無線端末であることを認識する。
FCS(Frame Check Sequence)フィールドには、FCS情報が設定される。FCS情報の例としてCRC(cyclic redundancy code)情報がある。FCS情報は、受信装置側でフレームボディフィールドの誤り検出のため用いられる。
次に、アクセスポイント11が各無線端末からUL−MU−MIMOで受信したデータフレームに対し送達確認応答する方法について述べる。
アクセスポイント11は、UL−MU−MIMOにより複数の無線端末からのデータフレームを受信した後、各データフレームのFCSフィールドを利用してCRCを検査する。各無線端末からデータフレームを正しく受信できたか否かに応じて、アクセスポイント11は、これらのデータフレームの誤り検出の結果を含む1つの送達確認応答フレームを作成する。
この際、アクセスポイント11は、送達確認応答フレームに、必要に応じて、新規データフレームのUL−MU−MIMO送信を許可する無線端末を指定する通知情報を含めることが可能である。新規データフレームとは、今回のUL−MU−MIMO送信で送信されたデータフレーム(例えば図2のデータフレーム51〜54)以外のデータフレームのことである。通知情報に、当該指定する無線端末が使用するプリアンブルの情報を含めてもよい。
以下、通知情報を含めない送達確認応答フレームを“通常の送達確認応答フレーム”、通知情報を含める送達確認応答フレームを、“通知機能付き送達確認応答フレーム”と呼んで区別する場合がある。
図5に、通常の送達確認応答フレームのフォーマット例を示す。本フレームフォーマットは、例えばFrame Controlフィールド、Durationフィールド、RAフィールド、TAフィールド、Bitmap(ビットマップ)フィールド、FCSフィールドを含む。
送達確認応答フレームは、複数の無線端末に送信することから、RAフィールドには、一例として、ブロードキャストアドレスまたはマルチキャストアドレスを設定する。または、送達確認応答する対象となる複数の無線端末のうちの1つの無線端末のMACアドレス(ユニキャストアドレス)をRAフィールドに設定してもよい。この場合、トリガーフレーム71で指定された無線端末は、トリガーフレーム71で指定された他の無線端末の情報を記憶しておき、送達確認応答フレームのRAフィールドに当該他の無線端末のアドレスが設定されている場合は、この送達確認応答フレームは自端末宛が受信すべきフレームであると解釈する。
Frame Controlフィールド、Durationフィールド、TAフィールド、FCSフィールドは、トリガーフレームと同様であるため、説明を省略する。
Bitmapフィールドは、各無線端末から受信したデータフレームのCRC結果(受信成功可否)を反映するフィールドとなる。具体的には、ビットマップの個々のビットが、1つのデータフレームのCRC結果を表す。CRC=OK(受信成功)の場合には“1”、CRC=NG(受信失敗)の場合には“0”で表す。“1”と“0”の関係は、逆でも良い。これにより、送達確認応答フレームを受信した各無線端末は、Bitmapフィールドを参照することにより、自端末が送信したデータフレームの送信結果(成功可否)を把握することができる。どの無線端末の検査結果がビットマップのどのビットにマッピングされているかは、トリガーフレームの共通情報フィールドで予め指定しておいてもよいし、トリガーフレームとは別のフレームで事前に通知しておいてもよいし、これら以外の別の方法で指定してもよい。例えば端末情報フィールドの位置と、ビットマップのビットの位置とが予め対応づけられており、自端末が指定された端末情報フィールドに対応するビットを自端末用のビットとして把握してもよい。
図6に通知機能付き送達確認応答フレームのフォーマット例を示す。図6のフォーマットは、図5で示した通常の送達確認応答フレームと異なる点は、BitmapフィールドとFCSフィールドとの間に、共通情報フィールドと、端末情報1フィールド〜端末情報n(nは1以上の整数)フィールドとが追加されている点である。
追加したこれらのフィールドは、図3に示したトリガーフレームのフォーマットに含まれる同じフィールド名のものと基本的には同一の役割を担う。これらの追加したフィールド(共通情報フィールドと端末情報フィールド)を利用して、アクセスポイント11は、送達確認応答フレームの中で、新規データフレームのUL−MU−MIMO送信を許可する無線端末を指定する。
具体的に、アクセスポイント11は、図6の通知機能付き送達確認応答フレームおける共通情報フィールドあるいは端末情報フィールド(個別情報フィールド)あるいはこれらの両方にて、トリガーフレームと同様に、新規データフレームの送信を許可する無線端末を指定する。例えば、各端末情報フィールドにおいて、UL−MU−MIMO送信の許可対象となる無線端末の識別情報と、UL−MU−MIMO送信を行うために端末が必要とする情報を設定する。なお、新規データフレームの送信を許可する無線端末を指定する情報を、PHYヘッダ(図4参照)に格納してもよい。
通知機能付き送達確認応答フレームで指定するUL−MU−MIMO送信を許可する無線端末は、一例として、検査結果(CRC結果)が成功であった無線端末、または、データフレーム51〜54を送信した無線端末以外の無線リンクを確立している無線端末(例えば無線端末5、6)、またはこれらの両方である。ここで指定可能な無線端末の最大数は、多重可能な最大無線端末数から、検査結果が失敗の端末数を減算した値とする。したがって、通知機能付き送達確認応答フレームの端末情報フィールドにて送信許可する無線端末を指定する場合には、当該最大数の端末情報フィールドが存在し得る。
なお、端末が複数のデータストリームを送信(MIMO送信)可能で、これらのデータストリームで別々のデータフレームを送信可能な場合は、一方のデータフレームの検査結果が失敗で、他方のデータフレームの検査結果が成功の場合など、新規データフレームの送信を許可する無線端末として指定されてもよい。
また、アクセスポイント11は、通知機能付き送達確認応答フレームの共通情報フィールドにグループIDを設定することで、UL−MU−MIMO送信を許可する無線端末を指定する構成も可能である。この場合、一例として、再送が必要な無線端末および新規データフレームの送信を許可する無線端末とが属するグループのグループIDを設定する。
この場合、データフレーム51〜54のいずれかを送信した無線端末は、当該グループIDのグループに属する場合は、CRC結果が失敗であったとして、データフレームの再送を行うと判断できる。一方、当該グループに属していない無線端末は、検査結果が成功であったと判断できる。この構成の場合、グループIDで新規データフレームの送信を許可する対象となる無線端末は、アクセスポイント11と無線リンクを確立している無線端末のうち、今回データフレーム51〜54を送信しなかった無線端末(CRC検査の対象とならなかった無線端末)である。ここで述べた方法を用いる場合、Bitmapフィールドを不要にできる。
あるいは、別の方法として、再送が必要な各無線端末は、Bitmapフィールド等にて再送すべきことを把握するようにし、新規データフレームの送信を許可する無線端末のみが属するグループのグループIDを、共通情報フィールドに設定する構成も可能である。
図6の例に示す通知機能付き送達確認フレームは、フレームタイプとして、“送達確認応答フレーム”として定義されてもよいし、これとは別の名前のフレーム、例えば“送達確認応答+Pollフレーム”などと定義されてもよい。前者の場合は、必要に応じて、図5の通常のフレームフォマートに、共通情報フィールドあるいは端末情報フィールドあるいはこれらの両方が追加される形になる。後者の場合は、Frame Controlフィールドで、図5のフォーマットと、図6のフォーマットをTypeおよびSubtypeにより区別して定義できるものとする。この場合、各無線端末は、Frame Controlフィールドを確認することで、図5および図6のいずれのフォーマットのフレームを受信したかを判断する。一例として、検査対象となった無線端末以外の無線端末が送達確認応答フレームを受信した場合は、フレームタイプが“送達確認応答+Pollフレーム”の場合は、共通情報フィールドまたは端末情報フィールドまたはこれらの両方を参照して、自端末が送信許可端末として指定されているかを確認する。フレームタイプが“送達確認応答フレーム”であった場合には、自端末を指定する情報が含まれていないことが把握できるため、当該フレームを無視すればよい。
アクセスポイント11は、図6のフォーマットの通知機能付き送達確認応答フレームを送信することにより、直前に送信した各無線端末に対する送達確認応答と、新規データフレームの送信を許可する無線端末の指定とを同時に行うことができる。よって、図6に示すフォーマットの通知機能付き送達確認応答フレームは、直前に送信した各無線端末に対する送達確認応答と、新規データフレームの送信を許可する無線端末の指定との2つの役割を果たすことが可能なフレームと言える。
アクセスポイント11は、図5および図6のいずれのフォーマットの送達確認応答フレームを生成するかを、任意の方法で決定できる。例えば、すべての無線端末の検査結果が受信失敗の場合は、通常のフォーマット、それ以外の場合、すなわち1つ以上の無線端末の検査結果が成功の場合は、通知機能付きの送達確認フレームのフォーマットを使用してもよい。これ以外の方法で決定してもよい。
アクセスポイント11は、このようにいずれかのフォーマットで生成した送達確認応答フレームを、データフレーム51〜54の受信から一定時間T2(図2参照)後に送信する。
ここで、一定時間T2は、予め定められた一定時間であれば任意の値でよい。一例として、IEEE802.11無線LANのMACプロトコル仕様で規定されているフレーム間のタイムインターバルであるSIFS(Short Inter−frame Space)時間(=16μs)を用いることができる。あるいは、これとは別に定めた固定時間(xIFS)でもよい。
なお、アクセスポイント11は、CSMA/CAに基づき、送達確認応答フレームの送信前にキャリアセンスを行い、送信権を獲得後、送達確認応答フレームを送信するようにしてもよい。
データフレーム51〜54を送信した無線端末は、送達確認応答フレームに含まれる自端末の検査結果を確認することで、自端末が送信したデータフレームが、アクセスポイントで正しく受信出来たかを把握する。
送達確認応答フレームが通常のフォーマット(図5)の場合は、検査結果が失敗を示す無線端末は、送達確認応答フレームの受信から、予め定めた時間T3後のタイミングにて、データフレームを再送する(図2のデータフレーム61、62参照)。すなわち、複数の無線端末の検査結果が失敗であった場合、複数の無線端末から再送のデータフレームが、UL−MU−MIMO送信される。このとき、検査結果が成功であった無線端末、およびデータフレーム51〜54を送信した無線端末以外の無線端末(CRC検査の対象となった無線端末以外の無線端末)は、送信を行わない。
ここで時間T3は、予め定められた一定時間であれば任意の値でよい。一例として、IEEE802.11無線LANのMACプロトコル仕様で規定されているフレーム間のタイムインターバルであるSIFS(Short Inter−frame Space)時間(=16μs)を用いることができる。あるいは、これとは別に定めた固定時間(xIFS)でもよい。
一方、通知機能付き送達確認応答フレームの場合は、通常の送達確認応答フレームの場合と同様、検査結果が失敗であった無線端末は、送達確認応答フレームの受信完了から、予め定めた時間T3後のタイミングにて、データフレームを再送する(図2のデータフレーム61、62参照)。また、検査結果が成功であった無線端末、およびデータフレーム51〜54を送信した無線端末以外の無線端末(CRC検査対象外の無線端末)は、送達確認応答フレーム内で自端末が指定されているかを確認する。例えば、共通情報フィールドまたは端末情報フィールドまたはこれらの両方で自端末の識別情報が設定されているか等を確認する。送達確認応答フレームが通常のフォーマットか通知機能付きのフォーマットかは、例えばFrame ControlフィールドのTypeおよびSubtypeで判断してもよい。別の方法として、例えば物理ヘッダに含まれるデータ長から、使用されているフォーマットを判断してもよい。ここで述べた方法以外の別の方法で判断してもよい。
通知機能付き送達確認応答フレーム内で指定された無線端末は、送達確認応答フレームの受信完了から上記時間T3後のタイミング(再送データフレームと同じタイミング)で、新規データフレームを送信する(図2のデータフレーム63、64参照)。これにより、送信に失敗した無線端末が再送を行う送信タイミングにて、当該送達確認応答フレームで指定された無線端末も同時に送信することが可能となる。つまり、再送を行う無線端末と、送達確認応答フレームで指定された無線端末が一緒に、UL−MU−MIMO送信を行うことになる。
なお、1つの無線端末が複数のデータフレームを複数のデータストリームで同時に送信(MIMO送信)した場合、一部のデータフレームで送信失敗、別の一部のデータフレームが送信成功する場合もある。この場合、通知機能付き送達確認応答フレームにおいて、失敗したデータフレームをビットマップ等で特定するとともに、端末情報フィールド等で自端末が指定されているかを判断する。自端末が指定されていれば、送信失敗したデータフレームと、新規データフレームとを複数のデータストリームにより同時に送信(MIMO)する。つまり、無線端末は、データフレームの送信に失敗した場合、および自端末が指定されている場合の少なくともいずれか一方が成立した場合に、フレーム送信を行う。
上述した形態では、送達確認応答フレームは、各無線端末のCRC結果をそれぞれ1ビットで表すBitmapにより検査結果を表したが、データフレームを送信した全ての無線端末の検査結果を把握できる情報が含まれている形であれば、これに限定されない。例えば、1つの無線端末の検査結果を含む送達確認応答フレームであるACK(Acknowledgement)フレームを全無線端末分集約したアグリゲーションフレーム(スーパーフレーム)を送信してもよい。アグリゲーションフレームは、IEEE802.11規格ではA−MPDU(A(Aggregated)−MPDU)と呼ばれる。
また、各無線端末がUL−MU−MIMOでそれぞれ送信するフレームは、複数のデータフレームを集約したアグリゲーションフレームであってもよい。すなわち各無線端末は、複数のデータフレームを含むアグリゲーションフレームをUL−MU−MIMO送信してもよい。この場合には、アクセスポイント11が返す送達確認応答フレームとしては、各無線端末の各アグリゲーションフレーム内のデータフレーム群のCRC結果が把握できる形式を有する必要がある。各アグリゲーションフレーム内のデータフレーム群のCRC結果を反映させる方法としては、対応付けが取れる限り、任意の方法を用いればよい。一例として、IEEE802.11無線LANのMACプロトコル仕様で規定されているBlock Ackフレームと同様の方法を用いることができる。また、後述するBlock Ackフレームを流用した、Multi−Station Block Ackと呼ぶフレーム、またはこれを拡張したフレームを用いてもよい。
以下、図2を用いて、本システムの動作の具体例を示す。上述したように、トリガーフレーム71により送信許可を指定した無線端末1〜4は、トリガーフレーム71の受信完了から時間T1の経過後、データフレーム51〜54をUL−MU−MIMO送信する。
アクセスポイント11は、無線端末3および無線端末4が送信したデータフレーム53、54は正しく受信出来たが、無線端末1および無線端末2が送信したデータフレーム51、52は正しく受信出来なかったとする。
アクセスポイント11は、図6に示した通知機能付きのフォーマットで送達確認応答フレームを生成することを決定する。アクセスポイント11は、送達確認応答フレームには、一例として、各無線端末が送信したデータフレームに対するCRC結果を反映した情報を、Bitmapフィールドに設定する。さらに、当該送達確認応答フレームに、無線端末5および無線端末6に新規データフレームの送信を許可するための情報等を設定する。
例えば、端末情報1フィールドおよび端末情報2フィールドに、無線端末5および無線端末6の識別情報、および無線端末5,6に対して通知する個別情報(例えばプリアンブルの情報など)を設定する。共通情報フィールドには端末情報フィールド数、UL−MU−MIMO送信で送信する物理パケット長などの情報を設定してもよい。アクセスポイント11は、このように設定した送達確認応答フレーム72を送信する。送信された送達確認応答フレーム72は、無線端末1〜4に加え、アクセスポイント11と無線リンクを確立済みの無線端末5、6にも受信される。
該送達確認応答フレーム72を受信した無線端末1〜6のうち、無線端末1〜4は、自端末が送信したデータフレームが正しく受信されたかを、Bitmapフィールドに基づき判断する。無線端末1および無線端末2は、自端末が送信したデータフレームが正しく受信されなかったと判断し、所定の再送タイミングでデータフレーム61、62を再送する。再送タイミングは、例えば送達確認応答フレームの受信後から時間T3経過した時点である。
また、無線端末3および無線端末4は、自端末が送信したデータフレームが正しくアクセスポイントで受信されたと判断し、該データフレームの送信処理を完了する。
一方、無線端末5および無線端末6は、該送達確認応答フレームを受信した際、端末情報フィールド等に基づき、自端末が新規データフレームのUL−MU−MIMO送信の許可を受けたかを判断する。ここでは各端末情報フィールドに各々の識別情報が含まれているため、送信許可を受けたと判断する。送信許可を受けた無線端末5および無線端末6は、該送達確認応答フレームを受信した後、予め定めた時間T3の経過後に、データフレーム63、64を、各々の端末情報フィールド等で指定された方法にて送信する。ここでいう予め定めた時間は、上記の再送タイミングの場合と同様に、例えば送達確認応答フレームの受信後から、固定時間T3経過した時点である。
無線端末1、2、5、6から送信するフレームのプリアンブルは、互いに直交するように配置されており、これにより、前述したようにアクセスポイントは、無線端末1、2、5、6とのアップリンクの伝搬路情報を把握し、無線端末1、2、5、6から受信したフレームを正しく分離できる。
アクセスポイント11は、無線端末1、2からの再送データフレーム61、62および無線端末5、6からの新規データフレーム63、64を、UL−MU−MIMOで受信する。各データフレームが正常に受信されたかを検査し、各検査結果と、必要に応じて、新たなデータフレーム送信を許可する端末を指定した許可端末情報を含む送達確認応答フレーム73を生成する。アクセスポイント11は、各データフレームの受信から予め定めた時間T4が経過した時点で、送達確認応答フレーム73を送信する。時間T4はSIFSでもよいし、これとは別に定めた時間(xIFS)でもよい。以降、必要に応じて、同様な処理を繰り返す。
以上により、無線端末1および無線端末2が再送するデータフレーム61、62と、無線端末5および無線端末6が送信する新規のデータフレーム63、64とが、同じタイミングにて空間多重で送信、すなわちUL−MU−MIMO送信される。よって、再送時においても、UL−MU−MIMO送信のユーザ多重数を一定以上に保つことが可能となる。
図7は、アクセスポイント11の無線通信装置の機能ブロック図である。アクセスポイント11は無線端末側のネットワーク(第1ネットワーク)に接続される無線通信装置に加え、これとは別のネットワーク(第2ネットワーク)に接続される無線通信装置を備えてもよい。図7では、第1ネットワークに接続される無線通信装置の構成を示している。
無線通信装置は、制御部101と、送信部102と、受信部103と、アンテナ12A、12B、12C、12Dと、バッファ104とを備えている。制御部101は、無線端末との通信を制御し、送信部102と受信部103は、一例として、無線通信部を形成する。制御部101の処理、および送信部102と受信部103のデジタル領域の処理の全部または一部は、CPU等のプロセッサで動作するソフトウェア(プログラム)によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、これらのソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。アクセスポイントは、制御部101、送信部102および受信部103の全部または一部の処理を行うプロセッサを備えてもよい。
バッファ104は、上位層と制御部101との間で、データフレーム等のフレームを受け渡しするための記憶部である。バッファ104はDRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。上位層は、第2ネットワークから受信したフレームを第1のネットワークへの中継のためバッファ104に格納したり、第1ネットワークから受信したフレームを制御部101からバッファ104を介して受け取ったりする。上位層は、TCP/IPまたはUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を行ってもよい。また、上位層は、データを処理するアプリケーション層でもよい。上位層の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
制御部101は、主としてMAC層の処理、物理層の処理の一部(例えばMIMO関連の処理等を含む)を行う。制御部101は、送信部102および受信部103を介して、フレームを送受信することで、第1ネットワークにおける各無線端末との通信の制御を行う。また制御部101は定期的にビーコンフレームを送信するよう制御してもよい。制御部101は、クロックを生成するクロック生成部を含んでもよい。また制御部101は外部からクロックが入力されるように構成されてもよい。クロック生成部で生成したクロックまたは外部入力されたクロックまたはこれらの両方によって、制御部101は内部時間を管理してもよい。制御部101は、クロック生成部で作ったクロックを、外部に出力してもよい。
制御部101は、無線端末からのアソシエーション要求を受けて、アソシエーションプロセスを実行することで、当該無線端末と無線リンクを確立する。アソシエーション要求を受ける前に、必要に応じて認証等のプロセスを行ってもよい。制御部101は、バッファ104を定期的に確認、外部からのトリガによりバッファ104を確認して、送信すべきデータが存在するかを確認してもよい。制御部101は、何らかの判断により、無線リンクを確立した無線端末の中から、UL−MU−MIMO送信の開始を決定し、UL−MU−MIMO送信を許可する複数の無線端末を選択し、これらの無線端末を指定する許可端末情報を含むトリガーフレームを生成する。また、制御部101は、必要に応じて、各無線端末にデータフレームの送信方法を指定するための情報(共通情報、個別情報、またはこれらの両方)を、トリガーフレームの共通情報フィールド、端末情報フィールドまたはこれらの両方に設定する。
制御部101は、生成したトリガーフレームを、送信部102を介して送信する。一例としてDIFSとバックオフ期間の間、キャリアセンスを行い、キャリアセンス結果がアイドルとなることで送信権を獲得できたら、制御部101は、生成したトリガーフレームを送信部102に出力する。送信部102は、各アンテナに対応する送信系統を含み、特定の送信系統または複数の送信系統を用いて、入力されたトリガーフレームに変調処理や物理ヘッダの付加など、所望の物理層の処理を行う。また、物理層の処理後のフレームに対して、DA変換や、所望帯域の信号成分を抽出するフィルタ処理、周波数変換(アップコンバート)を行う。送信部102は、周波数変換された信号を増幅して、1つのアンテナまたは複数のアンテナから空間に電波として放射する。
アクセスポイントの各アンテナで受信された信号は、受信部103において、それぞれアンテナに対応する受信系統ごとに処理される。例えば、上述したトリガーフレームの送信後に、トリガーフレームで指定した複数の無線端末から返信されるデータフレームの信号が各アンテナで同時に受信される(UL−MU−MIMO受信)。受信部103における各受信系統へ、各アンテナの受信信号が入力される。各受信信号は、それぞれ受信系統において増幅され、周波数変換(ダウンコンバート)され、フィルタリング処理で所望帯域成分が抽出される。各抽出された信号は、さらにAD変換によりデジタル信号に変換されて、復調等の物理層の処理を経た後、それぞれ制御部101に入力される。
制御部101は、各受信系統から入力された信号のプリアンブルに基づき、伝搬路推定を行うことで、アップリンクの伝搬路応答を取得する。制御部101は、推定により得たアップリンクの伝搬路応答に基づき、データフレームの先頭側に付加されているプリアンブルより後の部分(物理パケットのヘッダのプリアンブルより後の部分)を、無線端末ごとに分離することで、各無線端末のデータフレームを分離する。
また、制御部101は、各無線端末からUL−MU−MIMOにより送信されたデータフレームの受信結果に基づき送達確認応答フレームを生成する。より詳細には、制御部101は各無線端末から受信したデータフレームのCRCチェックをそれぞれ行い、各CRC結果を表す情報を格納した送達確認応答フレームを生成する。制御部101は、各無線端末からのデータフレームの受信完了から一定時間後に、送達確認応答フレームを送信するよう制御する。
ここで、送達確認応答フレームの種類としては、上述したように、通常の送達確認応答フレームと、通知機能付き送達確認応答フレームとがある。通知機能付き送達確認応答フレームを生成する場合は、制御部101は、UL−MU−MIMO送信を新たに許可する無線端末を選択し、これらの無線端末を指定する許可端末情報を上記送達確認応答フレームに追加する。
無線端末を選択する方法は、一例として、無線リンクを確立している無線端末のうち、今回のCRC検査の対象でなかった無線端末(今回のUL−MU−MIMOでデータフレームを送信しなかった無線端末)の中から選択する方法や、検査結果が成功であった無線端末の中から選択する方法や、これらの両方の中から選択する方法など任意の方法で選択できる。
選択する無線端末数は、一例として、アクセスポイント11が空間多重可能な最大の端末数から、検査結果が失敗であった端末数を減算した値以下である。
選択した無線端末を指定する情報を通知する方法としては、選択した無線端末の識別情報を共通情報フィールドまたは無線端末毎の端末情報フィールドまたはこれらの両方に設定することがある。または、選択する無線端末が共通に属するグループの識別情報を共通情報フィールド等に配置することも可能である。
送達確認応答フレームの受信先アドレスは、一例としてブロードキャストアドレスまたはマルチキャストアドレスである。または、トリガーフレームで指定した無線端末(今回のUL−MU−MIMOでデータフレームを送信した無線端末)のうちの1つのユニキャストアドレスを受信先アドレスとする方法もある。
送信部102は、複数の送信系統のうちの1つまたは複数に、送達確認応答フレームを入力する。送達確認応答フレームが入力された送信系統では、入力された送達確認応答フレームを変調し、変調された信号に対して物理ヘッダの付加等の物理層の処理を行う。さらに、物理層の処理後のフレームに対して、DA変換や、所望帯域の信号成分を抽出するフィルタ処理、周波数変換(アップコンバート)を行う。送信部102は、周波数変換された信号を増幅して、1つのアンテナまたは複数のアンテナから空間に電波として放射する。
制御部101は、各無線端末に送信する情報、または各無線端末から受信した情報、またはこれらの両方を格納するための記憶装置にアクセスして情報を読み出してもよい。記憶装置は、制御部101が備えるバッファ(内部メモリ)でも、制御部101の外に備えられたバッファ(外部メモリ)でもよい。記憶装置は、揮発性メモリでも不揮発メモリでもよい。また、記憶装置は、メモリ以外に、SSD、ハードディスク等でもよい。
上述した制御部101と送信部102の処理の切り分けは一例であり、別の形態も可能である。例えばデジタル領域の処理までは制御部101で行い、DA変換以降の処理を送信部102で行うようにしてもよい。制御部101と受信部103の処理の切り分けについても同様に、AD変換までの処理を受信部103で行い、その後の物理層の処理を含むデジタル領域の処理を制御部101で行うようにしてもよい。ここで述べた以外の切り分けを行ってもよい。
図8は、本実施形態に係る無線端末1に搭載される無線通信装置の機能ブロック図である。無線端末2〜6に搭載される無線通信装置も無線端末1と同様の構成を有するため、以下では無線端末1の説明によって、無線端末2〜6の説明に代える。
無線通信装置は、制御部201と、送信部202と、受信部203と、アンテナ1Aと、バッファ204とを備えている。制御部201は、アクセスポイント11との通信を制御し、送信部202と受信部203は、一例として、無線通信部を形成する。制御部201の処理、および送信部202と受信部203のデジタル領域の処理の全部または一部、あるいは制御部の処理は、CPU等のプロセッサで動作するソフトウェア(プログラム)によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、これらのソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。また、アンテナは、アンテナ1A以外にも複数備えていてもよい。無線端末は、複数のアンテナを用いて、複数のデータフレームをMIMO送信してもよい。無線端末は、制御部201、送信部202および受信部203の全部または一部の処理を行うプロセッサを備えてもよい。
バッファ204は、上位層と制御部201との間で、データフレーム等のフレームまたはデータを受け渡しするための記憶部である。バッファ204はDRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。上位層は、他の無線端末、アクセスポイント11、またはサーバ等の他のネットワーク上の装置に送信するフレームまたはデータを生成して、バッファ204に格納したり、第1ネットワークで受信したフレームを、バッファ204を介して受け取ったりする。上位層は、TCP/IPまたはUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を行ってもよい。また、上位層は、データを処理するアプリケーション層でもよい。上位層の処理は、CPU等のプロセッサで動作するソフトウェア(プログラム)によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、これらのソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
制御部201は、主としてMAC層の処理を行う。制御部201は、送信部202および受信部203を介して、アクセスポイント11とフレームを送受信することで、アクセスポイント11との通信を制御する。制御部201は、例えばアクセスポイント11から定期的に送信されるビーコンフレームを、アンテナ1Aおよび受信部203を介して受信する。制御部201は、クロックを生成するクロック生成部を含んでもよい。また制御部201は外部からクロックが入力されるように構成されてもよい。クロック生成部で生成したクロックまたは外部入力されたクロックによって、制御部201は内部時間を管理してもよい。制御部201は、クロック生成部で作ったクロックを外部に出力してもよい。
制御部201は、一例としてビーコンを受信してアクセスポイント11にアソシエーション要求を行い、アソシエーションプロセスを実行することで、当該アクセスポイント11と無線リンクを確立する。アソシエーション要求の前に、必要に応じて認証等のプロセスを行ってもよい。制御部201は、バッファ204を定期的に確認、またはバッファ204等の外部からのトリガによりバッファ204を確認することで、送信するデータの有無等を確認してもよい。制御部201は、アクセスポイント11へ送信するフレームまたはデータがあることを確認したら、当該フレームまたはデータを読み出して、使用する通信方式に従って、送信部202およびアンテナ1Aを介してフレームを送信する。あるいは、アクセスポイント11からトリガーフレームおよび送達確認応答フレーム(通常の送達確認応答フレームもしくは通知機能付き送達確認応答フレーム)の少なくとも一方を受信することにより、自端末がUL−MU−MIMOにて送信許可されたタイミングで、当該フレームまたはデータを読み出して、使用する通信方式に従って、送信部202およびアンテナ1Aを介して送信する。
送信部202は、制御部201から入力されたフレームに変調処理や物理ヘッダの付加など、所望の物理層の処理を行う。また、物理層の処理後のフレームに対して、DA変換や、所望帯域の信号成分を抽出するフィルタ処理、周波数変換(アップコンバート)を行う。送信部202は、周波数変換された信号を増幅して、アンテナから空間に電波として放射する。
アンテナ1Aで受信された信号は、受信部203において処理される。例えば、アクセスポイント11からトリガーフレームの信号が受信され、受信部203において処理される。受信信号は、受信部203において増幅され、周波数変換(ダウンコンバート)され、ファイルタリング処理で所望帯域成分が抽出される。各抽出された信号は、さらにAD変換によりデジタル信号に変換されて、復調等の物理層の処理を経た後、制御部201に入力される。
制御部201は、受信部203から入力された信号に基づきトリガーフレームを検出した場合、トリガーフレームにおいて自端末がUL−MU−MIMO送信の対象として指定されているかを確認する。例えば、自端末の識別情報がいずれかの端末情報フィールドに格納されているかで確認する。または、共通情報フィールドに自端末の識別情報が格納されているかを確認する構成も可能である。または、共通情報フィールドに自端末が属するグループのグループIDが指定されているかで、自端末が指定されているかを確認する構成も可能である。
制御部201は、自端末が指定されていることを確認した場合は、必要に応じて、自端末のUL−MU−MIMOの送信方法に関する情報(共通情報、個別情報)が、トリガーフレームの共通情報フィールド、端末情報フィールドまたはこれらの両方のフィールドに格納されているかを確認する。当該情報が格納されている場合は、該当するフィールドから情報を読み出す。読み出した情報に、自端末のデータフレームの送信の際に使用するプリアンブルの情報が含まれる場合は、当該情報に基づき、使用するプリアンブルを特定する。なお、UL−MU−MIMO送信で使用するプリアンブルが事前に指定されている場合は、そのプリアンブルを用いるようにしてもよい。この場合、プリアンブルは、バッファまたはメモリまたはこれらの両方に格納した値を読み込むことで、取得すればよい。
制御部201は、トリガーフレームにおいて自端末がUL−MU−MIMO送信の対象として指定さている事を確認した場合、バッファ204に格納されているデータフレームまたはデータを読み出し、使用するプリアンブルを特定し、トリガーフレームの受信完了から一定時間後にアクセスポイント11にデータフレームを送信するように制御する。データフレームは送信部202およびアンテナ1Aを介して送信される。送信部202の動作は上述した通りである。
また、トリガーフレームで、UL−MU−MIMO送信のタイミングが指定されている場合には、指定されたタイミングでアクセスポイント11に送信するように制御する構成も可能である。
制御部201は、データフレームの送信後、アクセスポイント11から送信される送達確認応答フレームを待機する。制御部201は、受信部203から入力された信号に基づき、アクセスポイント11からの送達確認応答フレーム(通常の送達確認応答フレームもしくは通知機能付き送達確認応答フレーム)を検出した場合は、自端末がUL−MU−MIMOにて送信したデータフレームがアクセスポイント11で正しく受信できたか否かを、送達確認応答フレーム(通常の送達確認応答フレームもしくは通知機能付き送達確認応答フレーム)のフィールドで確認する。例えば送達確認応答フレームのBitmapフィールドから自端末のビットを特定し、特定した検査結果に基づき確認を行う。制御部201は、自端末が送信したデータフレームの受信がアクセスポイント11で成功したか否かを判断する判断手段を備える。
制御部201は、UL−MU−MIMOにより送信したデータフレームが正しく送信出来ていたことを確認した場合は、必要に応じてバッファ204に格納されている該データフレームの削除処理などを施し、送信処理を完了する。一方、データフレームが正しく送信出来ていなかったことが確認された場合は、必要に応じて、該データフレームの再送処理を行う。
制御部201は、再送処理を行う際、もしデータフレームのFrame Controlフィールドに再送を示すリトライビットが定義されている場合には、正しく送信できなかったデータフレームのリトライビットに”1”を設定した後、必要に応じて使用するプリアンブルを特定し、送達確認応答フレーム(通常の送達確認応答フレームもしくは通知機能付き送達確認応答フレーム)の受信完了から一定時間後にアクセスポイント11にデータフレームを送信するように制御する。該データフレームは送信部202およびアンテナ1Aを介して送信される。また、送達確認応答フレーム(通常の送達確認応答フレームもしくは通知機能付き送達確認応答フレーム)で、再送するデータフレームのUL−MU−MIMO送信のタイミングが指定されている場合には、指定されたタイミングでアクセスポイント11に当該データフレームを送信するように制御する構成も可能である。
また、制御部201は、受信部203から入力された信号に基づき、アクセスポイント11からの送達確認応答フレームを検出した場合、新規データフレームのUL−MU−MIMO送信の許可を指定するフィールド(共通情報フィールドや端末情報フィールドなど)が存在するフレームか否かを確認する。すなわち、制御部201は、当該検出した送達確認フレームが、通知機能付き送達確認応答フレームか否かを確認する。例えばFrame ControlフィールドのTypeおよびSubtypeに基づいて判断してもよいし、あるいは、物理ヘッダに記載のデータ長に基づき判断してもよいし、あるいはこれらの両方に基づき判断するなどしてもよい。制御部201は、そのようなフィールドが存在しているフレームであることを特定した場合、それらのフィールドに基づき自端末がUL−MU−MIMO送信の対象として指定されているかを確認する。制御部201は、送達確認応答フレームにおいてUL−MU−MIMO送信の対象として指定されているかを判断する判断手段を備えている。制御部201は、例えば共通情報フィールド、またはいずれかの端末情報フィールド、またはこれらの両方に自端末の識別情報が含まれている場合は、自端末が指定されていると判断する。または、自端末が属するグループのグループIDが共通情報フィールド等に含まれている場合は、自端末が指定されていると判断してもよい。
制御部201は、自端末が指定されていることを確認した場合、トリガーフレームで指定された場合と同様に、バッファ204に格納されているデータフレームまたはデータを読み出し、必要に応じて使用するプリアンブルを特定し、送達確認応答フレーム(通常の送達確認応答フレームもしくは通知機能付き送達確認応答フレーム)の受信完了から一定時間後にアクセスポイント11にデータフレームを送信するように制御する。データフレームは送信部202およびアンテナ1Aを介して送信される。また、送達確認応答フレーム(通常の送達確認応答フレームもしくは通知機能付き送達確認応答フレーム)で、UL−MU−MIMO送信のタイミングが指定されている場合には、指定されたタイミングでアクセスポイント11にデータフレームを送信するように制御する構成も可能である。
なお、UL−MU−MIMO送信するフレームは、データフレームである例を説明したが、データフレーム以外の各種管理フレームまたは制御フレームをUL−MU−MIMO送信することも可能である。各種管理フレームまたは制御フレームは、バッファ204に格納されていてもよい。各種管理フレームまたは制御フレームは、送信を行う必要がある都度、生成するようにしてもよい。
制御部201は、アクセスポイント11に送信する情報、またはアクセスポイント11から受信した情報、またはこれらの両方を格納するための記憶装置にアクセスして情報を読み出してもよい。記憶装置は、制御部201が備えるバッファ(内部メモリ)でも、制御部201の外に備えられたバッファ(外部メモリ)でもよい。記憶装置は、揮発性メモリでも不揮発メモリでもよい。また、記憶装置は、メモリ以外に、SSD、ハードディスク等でもよい。
上述した制御部201と送信部202の処理の切り分けは一例であり、別の形態も可能である。例えばデジタル領域の処理までは制御部201で行い、DA変換以降の処理を送信部202で行うようにしてもよい。制御部201と受信部203の処理の切り分けについても同様に、AD変換までの処理を受信部203で行い、その後の物理層の処理を含むデジタル領域の処理を制御部201で行うようにしてもよい。ここで述べた以外の切り分けを行ってもよい。
図9は、第1の実施形態に係るアクセスポイントの動作のフローチャートを示す。アクセスポイントの制御部は、UL−MU−MIMO送信を許可する複数の無線端末(または複数の無線通信装置)を選択し(S101)、選択した無線端末を指定する許可端末情報を含むトリガーフレームを生成する(S102)。アクセスポイントの制御部は、送信用のアクセス権を獲得した後、トリガーフレームを無線通信部を介して送信する(S103)。トリガーフレームは、許可端末情報以外の情報、例えば複数の無線端末がUL−MU−MIMO送信で使用するプリアンブルの情報をさらに含んでもよい。
アクセスポイントの制御部は、トリガーフレームを送信してから予め定められた時間の経過後、トリガーフレームで指定した複数の無線端末から空間多重により送信されるデータフレーム等のフレームを、無線通信部を介して受信する(S104)。すなわちアクセスポイントは、複数の無線端末からUL−MU−MIMO送信される複数のフレームを受信する。各無線端末から受信するフレームのプリアンブルは互いに直交しているため、各無線端末から同時に受信したこれらのフレームを互いに分離できる。なお、無線端末は、アクセスポイントに送信するデータを保持していない場合は、フレームを送信しなくてもよいし、データを含まないフレーム(例えばQoS Null Frame)を送信してもよい。
アクセスポイントの制御部は、各無線端末から受信したフレームの受信にそれぞれ成功したか否かの検査結果と、少なくとも1台の無線端末を指定する許可端末情報とを含む送達確認応答フレームを生成し、生成した送達確認応答フレームを送信する(S105)。
一例として、各無線端末の検査結果は、各無線端末の成功可否のビットマップで表現してもよい。
アクセスポイントの制御部は、送達確認応答フレームの送信から予め定めた時間の経過後に、検査結果が失敗を示す無線端末と、送達確認応答フレームで新たに指定した無線端末とから空間多重で送信されるフレームを受信する(S106)。これらのフレームのプリアンブルは、互いに直交するように配置されているため、アクセスポイントはこれらのフレームを互いに分離できる。
図10は、第1の実施形態に係る無線端末の動作のフローチャートである。無線端末の制御部は、アクセスポイントから送信される、複数の無線端末を指定する許可端末情報を含むトリガーフレームを、無線通信部を介して受信する(S201)。トリガーフレームは、許可端末情報以外の情報、例えば複数の無線端末がそれぞれ使用するプリアンブルの情報を含んでもよい。
無線端末の制御部は、トリガーフレームを受信し、許可端末情報で自端末が指定されている場合は、トリガーフレームの受信完了から予め定められた時間の経過後、データフレーム等のフレームを、無線通信部を介して、アクセスポイントに送信する(S202)。
複数の無線端末が送信するフレームのプリアンブルは互いに直交する。これにより、各無線端末から同時かつ同一の周波数帯域(空間多重)で送信が行われる。すなわち、複数の無線端末からアクセスポイントへのUL−MU−MIMO送信が行われる。
無線端末の制御部は、フレームの送信後、予め定めた時間の経過後に、アクセスポイントから送信される送達確認応答フレームを受信する(S203)。送達確認応答フレームは、アクセスポイントが各無線端末からのフレームの受信にそれぞれ成功したか否かの検査結果と、少なくとも1台の無線端末を指定する許可端末情報を含む。無線端末の制御部は、送達確認応答フレームから自端末の検査結果を特定し、特定した検査結果に基づき、フレームの送信が成功したか否かを判断する(S204)。また、送達確認フレーム内の許可端末情報で自端末が指定されているかを判断する(S205)。無線端末は、検査結果が失敗を示す場合、または自端末が許可端末情報で指定されている場合、送達確認応答フレームの受信完了から予め定めた時間の経過後に、無線通信部を介して、フレームを送信する(S206)。自端末および他の無線端末が送信するフレームのプリアンブルは互いに直交することにより、自端末および他の無線端末から、空間多重送信が行われることができる。なお、ステップS204で検査結果が自端末の送信失敗を示している場合、ステップS205を省略する構成も可能である。また、ステップS205とステップS204の順序を入れ替えてもよい。この場合、ステップS205で自端末が許可端末情報で指定されていると判断したときは、自端末の検査結果を調べること無く、フレーム送信が成功したと見なしてもよい。
以上のように、本実施形態では、UL−MU−MIMO送信に対する送達確認応答フレームで、各無線端末の検査結果とともに、新規送信を許可する無線端末を指定する情報を含めることで、再送のデータフレームと新規のデータフレームとをユーザ多重送信(UL−MU−MIMO送信)させることができる。これにより、再送する無線端末が存在する場合においても、ユーザ多重数を一定以上に保つことが可能となり、高効率化によるシステムスループット向上を図ることができる。
上述した実施形態では、アップリンクのユーザ多重送信方式として、UL−MU−MIMO送信の場合を説明したが、UL−OFDMA送信の場合も同様にして適用可能である。UL−OFDMAは、1つまたは複数のサブキャリアをリソースユニット(サブチャネル、リソースブロック、周波数ブロックなどと呼んでもよい)として端末に割り当て、リソースユニットベースで、複数の無線端末からの受信を同時に行う通信方式である。リソースユニットは、通信を行うリソースの最小単位となる周波数成分である。
図11に、1つのチャネル(ここではチャネルMと記述している)の連続した周波数領域内に確保したリソースユニット(RU#1、RU#2、・・・RU#K)を示す。チャネルMには、互いに直交する複数のサブキャリアが配置されており、1つまたは複数の連続するサブキャリアを含む複数のリソースユニットがチャネルM内に定義されている。リソースユニット間には、1つ以上のサブキャリア(ガードサブキャリア)が配置されてもよいが、ガードサブキャリアは必須ではない。チャネル内の各サブキャリアには、サブキャリアを識別するための番号が付与されていてもよい。1つのチャネルの帯域幅は、一例として、20MHz、40MHz、80MHz、160MHzなどであるが、これらに限定されない。20MHzの複数のチャネルをまとめて1つのチャネルとしてもよい。帯域幅に応じてチャネル内のサブキャリア数またはリソースユニット数が異なってもよい。リソースユニットの最小幅を定義し、複数の最小幅のリソースユニットを連結して1つのリソースユニットを構成してもよい。複数の無線端末がそれぞれ異なるリソースユニットを同時に用いることで、アップリンクOFDMA通信を実現できる。なお、リソースユニットを20MHzのチャネルとし、20MHzのチャネル単位で各端末にリソースユニットを割り当てることも可能である。
UL−MU−MIMOの場合には各無線端末のデータストリームをプリアンブルにより空間的に分離していたが、UL−OFDMAの場合には、リソースユニットで各端末を分離すればよい。各リソースユニットは周波数的に直交しているため、異なるリソースユニットでは互いに干渉せずに,アクセスポイントは複数の無線端末と同時に通信可能である。図2のシーケンスにおいてユーザ多重送信方式としてUL−OFDMAを用いる場合、アクセスポイントは、トリガーフレーム71の各端末情報フィールドで、プリアンブルの代わりに、無線端末毎に異なるリソースユニットを特定する情報を指定する。無線端末1、2、3、4は、トリガーフレームの該当する端末情報フィールドで指定されたリソースユニットを用いてデータフレーム51〜54を送信すればよい。このようなUL−MU−MIMOからUL−OFDMAへの置き換えは、後述の実施形態にも適用できる。
その他、OFDMAとMU−MIMO(Multiple−Input Multiple−Output)を組み合わせた通信方式(OFDMA&MU−MIMOと呼ぶ)も可能である。OFDMA&MU−MIMOの場合、複数の端末が同じリソースユニットを利用して、MU−MIMO送信を行うことになる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、送達確認応答フレームで検査結果が失敗であった無線端末(図2の無線端末1、2)は、送達確認応答フレームの受信完了後にデータフレームを再送(UL−MU−MIMO送信)した。すなわち、失敗の検査結果は、送達確認応答フレームの受信完了から一定時間後の次のUL−MU−MIMO送信の指示または許可を暗示的に与える役割を有していた。
本実施形態では、送達確認応答フレームの受信完了後に行うUL−MU−MIMO送信を指示または許可(以下、許可に統一)する無線端末を、すべて端末情報フィールドまたは共通情報フィールドで指定する。端末情報フィールドまたは共通情報フィールドで指定されていない無線端末は、検査結果が失敗であっても、UL−MU−MIMO送信は許可されないものとする。このように、UL−MU−MIMO送信を許可する無線端末を端末情報フィールドまたは共通情報フィールドで明示的に指定する。
送達確認応答フレームの端末情報フィールドまたは共通情報フィールドでUL−MU−MIMO送信を許可された無線端末は、送達確認応答フレームの受信完了から時間T3後に、フレームを送信する。フレームの送信の際に使用するプリアンブルが、他の許可された無線端末と直交することは第1の実施形態と同様である。検査結果が失敗であった無線端末が送信するフレームは、送信に失敗したフレームの再送フレームであってもよいし、これとは別の新規のフレームでもよい。図2のシーケンスを本実施形態の観点で説明する場合、データフレーム51、52の送信に失敗した無線端末1、2は、送達確認応答フレーム72のビットマップで送信に失敗したことを認識する。そして、例えば端末情報フィールド1〜Nに自端末の識別子が設定されているフィールドがあるかを検査し、自端末の識別子が設定されているフィールドを検出することで、UL−MU−MIMO送信を許可されたことを把握する。そして、送達確認応答フレーム72の受信完了から時間T3後に、データフレーム61、62を送信する。データフレーム61、62は、図2の例では、データフレーム51、52の再送フレームであるが、これに限定される必要はなく、新規のデータフレームでもよい。新規のデータフレームを送信した後、別の送信の機会で、データフレーム51、52の再送フレームを送信してもよい。
また、送達確認応答フレームでUL−MU−MIMO送信を許可する無線端末は、検査結果が成功であった無線端末でもよい。この場合のシーケンス例を図12に示す。データフレーム53、54の送信に成功した無線端末3、4の少なくとも一方が、送達確認応答フレームで再度、UL−MU−MIMO送信を許可されてもよい。図12の例では、データフレーム53の送信に成功した無線端末3が、送達確認応答フレーム75で再度、UL−MU−MIMO送信を許可され、データフレーム65を送信している。その他、データフレーム51、52の送信に失敗した無線端末1、2と、トリガーフレーム71で指定されなかった無線端末6も許可されている。無線端末1は、データフレーム51の送信に失敗したものの、データフレーム51の再送フレームではなく、新規のデータフレーム66を送信している。無線端末2は、データフレーム52の送信に失敗し、データフレーム52の再送フレーム62を送信している。
また、送達確認応答フレームでUL−MU−MIMO送信を許可する無線端末は、検査結果が失敗であった無線端末以外の無線端末の中から選択してもよい。この場合のシーケンス例を図13に示す。この例では、データフレーム53、54の送信に成功した無線端末3、4と、トリガーフレーム71で指定されなかった無線端末5、6が、送達確認応答フレーム76でUL−MU−MIMO送信の許可がなされている。無線端末3、4、5、6が送達確認応答フレーム76の受信完了から時間T3後に、データフレーム65、66、63、64を送信している。
また、送達確認応答フレームでUL−MU−MIMO送信を許可する無線端末は、検査結果が失敗であった無線端末の中から選択してもよい。この場合のシーケンス例を図14に示す。この例では、データフレーム51、52の送信に失敗した無線端末1、2のみが、送達確認応答フレーム77でUL−MU−MIMO送信の許可がなされている。新規データの送信要求を有する無線端末が存在しない場合などは、アクセスポイントは、このように再送の必要な無線端末のみを指定することが考えられる。また、UL−MU−MIMO送信する端末数を少なくすることで、複数の端末のデータストリーム間の干渉を低減できるため、新規データの送信要求を有する無線端末が存在する場合でも、再送の必要な無線端末のみを選択することで、データフレームの再送を優先的に実行することが有効である場合もある。アップリンク多重送信方式としてUL−OFDMAを用いる場合は、端末数が少ないほど、1端末が使用できるリソース(周波数帯域)が大きくなるため、UL−OFDMA送信を許可する端末数を少なくすることで、より早く送信を完了できる利点もある。
(第3の実施形態)
第1および第2の実施形態では、送達確認応答フレームを1つのMACフレーム(MPDU)で構成する場合を示した。すなわち、1つのMACフレームに、各無線端末の成功可否の情報(ビットマップ)と、アップリンク送信を許可する無線端末の情報である許可端末情報とを設定した。本実施形態では、送達確認応答フレームをアグリゲーションフレーム(A−MPDU)として構成し、アグリゲーションフレームに、送達確認応答フレームと、トリガーフレームとを格納する。送達確認応答フレームに各無線端末の成功可否の情報を設定し、トリガーフレームに許可端末情報を設定する。トリガーフレームの構成は第1および第2の実施形態と同様でよい(図3または図4参照)。
図15に、本実施形態に係る動作シーケンス例を示す。図2の送達確認応答フレーム72の送信、アグリゲーションフレーム78の送信に変更されている。アグリゲーションフレーム78は、一例として、IEEE802.11規格のA−MPDUとして構成することができる。アグリゲーションフレーム78は、図16に示すように、送達確認応答フレーム78Aとトリガーフレーム78Bとを連結したものとして構成される。送達確認応答フレーム78Aとトリガーフレーム78B間には、図示しないデリミターが配置され、これによって両フレーム間を区別できる。なお、アグリゲーションフレーム78の先頭側には実際には物理ヘッダが付加される。送達確認応答フレームとトリガーフレームの連結順序を逆にしてもよい。
送達確認応答フレーム78Aの構成は、一例として、図5の通常の送達確認応答フレームと同じ構成を用いることができる。各フィールドの設定方法も、図5の通常の送達確認応答フレームと同様の方法を用いることができる。トリガーフレーム78Bは、一例として、図3のトリガーフレームと同様の構成を用いることができる。各フィールドの設定方法も、図3のトリガーフレームと同様の方法を用いることができる。図15のシーケンスにおいて、トリガーフレーム71で送信を許可され、UL−MU−MIMO送信した無線端末1〜4は、アグリゲーションフレーム78内の送達確認応答フレーム78Aのビットマップを確認して、自端末の送信結果(成功可否)を確認する。それ以外の無線端末5、6は、送達確認応答フレーム78Aは無視する。アグリゲーションフレーム78内のトリガーフレーム78Bについては、アグリゲーションフレーム78を受信した無線端末1〜6のすべてがこれを確認して、自端末がUL−MU−MIMO送信を許可されたかを確認する。図15の例では、無線端末1、2、5、6が許可され、これらの端末がアグリゲーションフレーム78の受信完了から時間T3後にデータフレーム61、62、63、64を送信(UL−MU−MIMO送信)する。ここでは、送達確認応答フレームとトリガーフレームを連結したアグリゲーションフレームをアクセスポイントから送信したが、複数の無線端末からアクセスポイントへのUL−MU−MIMO送信において、複数のデータフレームを連結したアグリゲーションフレームをそれぞれ送信してもよい。
また送達確認応答フレーム78Aは、図5のフォーマットではなく、Block Ackフレーム(BAフレーム)を再利用して構成することもできる。BAフレームを再利用する場合、通常のBAフレームと同様、フレームタイプは制御(Control)、フレームサブタイプはBlockAckとすればよい。このようにBAフレームを再利用したフレームをMulti−Station Block Ack(Multi−STA BA)と呼んでもよい。図17(A)にBAフレームを再利用する場合のフレームフォーマット例を示す。図17(B)は、BAフレームにおけるBA Controlフィールドのフォーマットの例を示し、図17(C)は、BAフレームにおけるBA Informationフィールドのフォーマットの例を示す。BAフレームを再利用する場合、複数の無線端末に関する送達確認応答を通知するために拡張したBAフレームフォーマットであるということを、BA Controlフィールドの中で示してもよい。例えばIEEE802.11規格では、Multi−TIDサブフィールドが1、かつCompressed Bitmapサブフィールドが0の場合が、現状予約(Reserved)になっている。これを複数の無線端末に関する送達確認応答を通知するために拡張したBAフレームフォーマットであることを示すために用いるようにしてもよい。あるいは図17(B)ではビットB3−B8の領域が予約サブフィールドになっているが、この領域の一部または全てを、複数の無線端末に関する送達確認応答を通知するために拡張したBAフレームフォーマットであることを示すために定義してもよい。あるいは、ここで述べたような通知を明示的に行わなくても良い。
BAフレームにおけるRAフィールドは、図2の通常の送達確認応答フレームと同様に、ブロードキャストアドレスでも、マルチキャストアドレスでもよい。あるいは、UL−MU−MIMO送信した無線端末のうちの1台のユニキャストアドレスでもよい。BA ControlフィールドのMulti−Userサブフィールドには、BA Informationフィールドでレポートするユーザ数(端末数)を設定してもよい。BA Informationフィールドには、ユーザ(無線端末)ごとに、アソシエーションID(Association ID:AID)設定用のサブフィールド(図17(C)ではPer TID Infoと記載)と、Block Ack開始シーケンスコントロール(Block Ack Starting Sequence Control)サブフィールドと、Block Ackビットマップ(Block Ack Bitmap)サブフィールドとを配置する。
アソシエーションIDサブフィールドにはユーザ識別を行うためAIDを設定する。Block Ack開始シーケンスコントロールサブフィールドおよびBlock Ackビットマップサブフィールドは、無線端末が送信するフレームが単一のデータフレームである場合(アグリゲーションフレームではない場合)は、省略すればよい。無線端末が送信するフレームがアグリゲーションフレームのときは、Block Ack開始シーケンスコントロールサブフィールドには、当該BlockAckフレームが示す送達確認応答の最初のMSDU(medium access control (MAC) service data unit)のシーケンス番号を格納する。Block Ackビットマップサブフィールドには、Block Ack開始シーケンス番号以降の各シーケンス番号の受信成功可否のビットからなるビットマップ(Block Ackビットマップ)を入れればよい。
送達確認応答フレーム78Aが、BAフレームを再利用したフレームの場合、この送達確認応答フレーム78Aを受信した端末は、送達確認応答フレーム78AのフレームコントロールフィールドのTypeおよびSubtypeを確認する。これらが、制御およびBlockAckであることを検出すると、次に、RAフィールドを確認し、この値がブロードキャスト等であることから、自端末が送信したフレーム(ここではアグリゲーションフレーム)内の各データフレームに対する成功可否の情報をBlock Ack Bitmapフィールドから特定し、各データフレームの送信成功の可否を判断する。例えば、自端末のAIDを格納しているTID Infoサブフィールドを、BA Informationフィールド内から特定し、特定したTID Infoサブフィールドに後続するBlock Ack Starting Sequence Controlサブフィールドに設定された値(開始シーケンス番号)を特定し、開始シーケンス番号以降の各シーケンス番号の送信成功の可否を、Block Ackビットマップから特定する。AIDのビット長は、TID Infoサブフィールド長より短くてよく、AIDは、例えばTID Infoサブフィールドの一部の領域(例えば2オクテット(16ビット)のうち先頭から11ビット(B0−B10))に格納されてもよい。
複数の無線端末がアグリゲーションフレームではなく、単一のデータフレームを送信した場合にBAフレームを流用して送達確認応答を行う場合は、例えば以下のようにすればよい。各BA情報フィールドのTID Infoサブフィールドにおける1つのビット(例えば2オクテット(16ビット)のうち、先頭から12ビット目(先頭をB0とすれば、B11))をACKかBAかを示すビット(ACK/BAビット)として用い、当該ビットにACKを示す値を設定する。ACKを示す値を設定した場合に、Block Ack Starting Sequence ControlサブフィールドおよびBlock Ack Bitmapサブフィールドは省略する。これにより、1つのBAフレームで複数の端末のACKを通知できる。前述したような複数の無線端末がアグリゲーションフレームを送信した場合は、ACK/BAビットに、BAを示す値を設定すればよい。
これにより、複数の無線端末がアグリゲーションフレームおよび単一のデータフレームのいずれを送信する場合においても、BAフレームを流用して、複数の無線端末に送達確認応答を行うことができる。
これまでの説明では、無線端末1〜6にアグリゲーションフレーム78を共通に送信したが、無線端末毎に異なるアグリゲーションフレームをDL−MU−MIMO送信してもよい。例えば無線端末1〜4からアグリゲーションフレーム(複数のデータフレームを連結)を受信し、それぞれにBAフレームとトリガーフレームとを連結したアグリゲーションフレームを送信するとする。この場合、図18に示すように、BAフレームおよびトリガーフレームを含むアグリゲーションフレームを無線端末毎に生成し、無線端末1〜4にそれぞれDL−MU−MIMO送信する。各アグリゲーションフレーム内のBAフレームは無線端末ごとに異なるフレームであり、RAフィールドには、対応する無線端末のMACアドレスを設定する。また各アグリゲーションフレーム内のトリガーフレームも無線端末ごとに異なるフレームであり、RAフィールドには、対応する無線端末のMACアドレスを設定する。変形例として、これらのRAフィールドにブロードキャストアドレスまたはマルチキャストアドレスを設定することも可能である。また、別の変形例として、これらのRAフィールドにはそれぞれ対応する無線端末のMACアドレスを設定し、各アグリゲーションフレーム内のBAフレームのBA Informationフィールドやトリガーフレームの端末情報フィールドに全ての無線端末の情報を設定することも可能である。
または、一部の無線端末には無線端末毎にアグリゲーションフレームをユニキャスト送信し、それ以外の無線端末にはアグリゲーションフレームをブロードキャスト送信するように、DL−MU−MIMO送信を行う構成も可能である。例えばアクセスポイントが無線端末1〜4からアグリゲーションフレーム(複数のデータフレームを連結)を受信し、無線端末1、2にBAフレームとトリガーフレームとを連結したアグリゲーションフレームをそれぞれユニキャストでビーム送信し、無線端末3、4にMulti−Station Block Ack(Multi−STA BA)とトリガーフレームとを連結したアグリゲーションフレームをブロードキャストでそれぞれビーム送信することで、無線端末1〜4にDL−MU−MIMO送信してもよい。この場合にアクセスポイントがDL−MU−MIMO送信するフレームの例を図19に示す。無線端末3、4には図19の一番下のフレームが共通にビーム送信され、無線端末1、2にはそれぞれ、図19の上および中段のフレームがそれぞれビーム送信される。なお、アクセスポイントから無線端末にビーム送信するために、アクセスポイントの各アンテナと無線端末のアンテナ間でダウンリンクの伝搬路応答が必要であるが、当該ダウンリンクの伝搬路応答は事前にサウンディング等の手続を行うことでアクセスポイントは取得しているものとする。
また、図20に示すように、アクセスポイントが、一部の無線端末(この例では無線端末1、2)にはBAフレームのみをビーム送信し、それ以外の無線端末(この例では無線端末3、4)には、BAフレームとトリガーフレームとを連結したアグリゲーションフレームをビーム送信してもよい。さらに、図21に示すように、無線端末1〜4以外の無線端末を指定する許可端末情報を設定したトリガーフレームを、追加で無線端末1〜4以外の無線端末にビーム送信してもよい。トリガーフレームの受信先アドレスは、一例としてブロードキャストアドレスまたはマルチキャストアドレスである。ビーム送信先の無線端末が1台のときは、当該無線端末のユニキャストアドレスでもよい。
図18に示した例では、送達確認応答フレーム(Multi−STA BAフレーム、BAフレームなど)と、トリガーフレームとが連結されたアグリゲーションフレームを送信したが、連結するフレームはこれら2種類のフレームに限定されない。例えば送達確認応答フレームおよびトリガーフレームに加えて、ダウンリンクのデータフレームをさらに連結してもよい。図18の無線端末毎のアグリゲーションフレームに、さらにデータフレームを連結した例を図22に示す。
本実施形態では、ダウンリンクのユーザ多重送信方式として、DL−MU−MIMO送信の場合を示したが、ダウンリンクのユーザ多重送信方式としてDL−OFDMAを用いてもよい。第1の実施形態ではUL−OFDMAについて記述したが、DL−OFDMAは通信の方向がダウンリンク方向になる以外は、基本的にUL−OFDMAと同様である。DL−OFDMAでは、複数のリソースユニットを用いて、アクセスポイントから複数の無線端末へ同時に送信を行う。図18の複数のアグリゲーションフレームをDL−OFDMA送信する場合、無線端末1〜4にそれぞれ異なるリソースユニットを割り当て、無線端末1〜4用のアグリゲーションフレームを各々のリソースユニットで同時に送信すればよい。また、図19の場合、無線端末1〜2にそれぞれ割り当てたリソースユニットを用いて図19の上および中段のアグリゲーションフレームを送信し、無線端末3、4には、図19の下のアグリゲーションフレームを無線端末1、2のリソースユニットとは別の共通のリソースユニットを用いて送信すればよい。
各無線端末へのダウンリンク送信に使用するリソースユニットは必ずしも事前に各無線端末に通知する必要はなく、これらの無線端末にダウンリンク送信する複数のフレームの物理ヘッダに、それぞれが復号すべきリソースユニットの情報を設定してもよい。この場合、物理ヘッダの少なくとも先頭側の一部(ここではSIGフィールドと呼ぶ)は、これらのリソースユニットを包含するチャネル幅の周波数帯域(図11参照)で送信して、当該SIGフィールドはすべての無線端末で共通に受信できるようにする。当該SIGフィールドに無線端末ごとに割り当てたリソースユニットを特定する情報を設定し、当該情報を参照することで、各無線端末は自端末が受信すべきリソースユニットを把握すればよい。例えば当該SIGフィールドには、無線端末のAIDとリソースユニットの識別情報とが対応づけて設定される。図19の下のようなブロードキャストで送信されるフレーム(アグリゲーションフレーム)の場合は、複数の無線端末またはすべての無線端末を指定するIDを定義し、当該IDとリソースユニットの識別情報とを対応づけて、上記SIGフィールドに設定してもよい。
(第4の実施形態)
図23は、第4の実施形態に係る基地局(アクセスポイント)400の機能ブロック図である。このアクセスポイントは、通信処理部401と、送信部402と、受信部403と、アンテナ42A、42B、42C、42Dと、ネットワーク処理部404と、有線I/F405と、メモリ406とを備えている。アクセスポイント400は、有線I/F405を介して、サーバ407と接続されている。通信処理部401は、第1の実施形態で説明した制御部101と同様な機能を有している。送信部402および受信部403は、第1の実施形態で説明した送信部102および受信部102と同様な機能を有している。ネットワーク処理部404は、第1の実施形態で説明した上位処理部と同様な機能を有している。ここで、通信処理部401は、ネットワーク処理部404との間でデータを受け渡しするためのバッファを内部に保有してもよい。このバッファは、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
ネットワーク処理部404は、通信処理部401とのデータ交換、メモリ406とのデータ書き込み・読み出し、および、有線I/F405を介したサーバ407との通信を制御する。ネットワーク処理部404は、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理やアプリケーション層の処理を行ってもよい。ネットワーク処理部の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
一例として、通信処理部401は、ベースバンド集積回路に対応し、送信部402と受信部403は、フレームを送受信するRF集積回路に対応する。通信処理部401とネットワーク処理部404とが1つの集積回路(1チップ)で構成されてもよい。送信部402および受信部403のデジタル領域の処理を行う部分とアナログ領域の処理を行う部分とが異なるチップで構成されてもよい。また、通信処理部401が、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を実行するようにしてもよい。また、アンテナの個数はここでは4つであるが、少なくとも1つのアンテナを備えていればよい。
メモリ406は、サーバ407から受信したデータや、受信部402で受信したデータの保存等を行う。メモリ406は、例えば、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。また、SSDやHDD、SDカード、eMMC等であってもよい。メモリ406が、基地局400の外部にあってもよい。
有線I/F405は、サーバ407とのデータの送受信を行う。本実施形態では、サーバ407との通信を有線で行っているが、サーバ407との通信を無線で実行するようにしてもよい。
サーバ407は、データの送信を要求するデータ転送要求を受けて、要求されたデータを含む応答を返す通信装置であり、例えばHTTPサーバ(Webサーバ)、FTPサーバ等が想定される。ただし、要求されたデータを返す機能を備えている限り、これに限定されるものではない。PCやスマートフォン等のユーザが操作する通信装置でもよい。また、基地局400と無線で通信してもよい。
基地局400のBSSに属するSTAが、サーバ407に対するデータの転送要求を発行した場合、このデータ転送要求に関するパケットが、基地局400に送信される。基地局400は、アンテナ42A〜42Dを介してこのパケットを受信し、受信部403で物理層の処理等を、通信処理部401でMAC層の処理等を実行する。
ネットワーク処理部404は、通信処理部401から受信したパケットの解析を行う。具体的には、宛先IPアドレス、宛先ポート番号等を確認する。パケットのデータがHTTP GETリクエストのようなデータ転送要求である場合、ネットワーク処理部404は、このデータ転送要求で要求されたデータ(例えば、HTTP GETリクエストで要求されたURLに存在するデータ)が、メモリ406にキャッシュ(記憶)されているかを確認する。メモリ406には、URL(またはその縮小表現、例えばハッシュ値や、代替となる識別子)とデータとを対応づけたテーブルが格納されている。ここで、データがメモリ406にキャッシュされていることを、メモリ406にキャッシュデータが存在すると表現する。
メモリ406にキャッシュデータが存在しない場合、ネットワーク処理部404は、有線I/Fを405介して、サーバ407に対してデータ転送要求を送信する。つまり、ネットワーク処理部404は、STAの代理として、サーバ407へデータ転送要求を送信する。具体的には、ネットワーク処理部404は、HTTPリクエストを生成し、TCP/IPヘッダの付加などのプロトコル処理を行い、パケットを有線I/F405へ渡す。有線I/F405は、受け取ったパケットをサーバ407へ送信する。
有線I/F405は、データ転送要求に対する応答であるパケットをサーバ407から受信する。ネットワーク処理部404は、有線I/F405を介して受信したパケットのIPヘッダから、STA宛のパケットであることを把握し、通信処理部401へパケットを渡す。通信処理部401はこのパケットに対するMAC層の処理等を、送信部402は物理層の処理等を実行し、STA宛のパケットをアンテナ42A〜42Dから送信する。ここで、ネットワーク処理部404は、サーバ407から受信したデータを、URL(またはその縮小表現)と対応づけて、メモリ406にキャッシュデータとして保存する。
メモリ406にキャッシュデータが存在する場合、ネットワーク処理部404は、データ転送要求で要求されたデータをメモリ406から読み出して、このデータを通信処理部401へ送信する。具体的には、メモリ406から読み出したデータにHTTPヘッダ等を付加して、TCP/IPヘッダの付加等のプロトコル処理を行い、通信処理部401へパケットを送信する。このとき、一例として、パケットの送信元IPアドレスは、サーバと同じIPアドレスに設定し、送信元ポート番号もサーバと同じポート番号(通信端末が送信するパケットの宛先ポート番号)に設定する。したがって、STAから見れば、あたかもサーバ407と通信をしているかのように見える。通信処理部401はこのパケットに対するMAC層の処理等を、送信部402は物理層の処理等を実行し、STA宛のパケットをアンテナ42A〜42Dから送信する。
このような動作により、頻繁にアクセスされるデータは、メモリ406に保存されたキャッシュデータに基づいて応答することになり、サーバ407と基地局400間のトラフィックを削減できる。なお、ネットワーク処理部404の動作は、本実施形態の動作に限定されるものではない。STAの代わりにサーバ407からデータを取得して、メモリ406にデータをキャッシュし、同一のデータに対するデータ転送要求に対しては、メモリ406のキャッシュデータから応答するような一般的なキャッシュプロキシであれば、別の動作でも問題はない。
上述の第1〜第3の実施形態で使ったフレーム、データまたはパケットの送信を、メモリ406に保存されたキャッシュデータを用いて実行してもよい。
本実施形態の基地局(アクセスポイント)を、第1〜第3の実施形態の基地局として適用することが可能である。本実施形態では、キャッシュ機能を備えた基地局について説明を行ったが、図23と同じブロック構成で、キャッシュ機能を備えた端末(STA)を実現することもできる。この場合、有線I/F405を省略してもよい。
(第5の実施形態)
図24は、端末(アクセスポイントの場合を含む)の全体構成例を示したものである。
この構成例は一例であり、本実施形態はこれに限定されるものではない。端末は、1つまたは複数のアンテナ1〜n(nは1以上の整数)と、無線LANモジュール148と、ホストシステム149を備える。無線LANモジュール148は、第1〜第3のいずれかの実施形態に係る無線通信装置に対応する。無線LANモジュール148は、ホスト・インターフェースを備え、ホスト・インターフェースで、ホストシステム149と接続される。接続ケーブルを介してホストシステム149と接続される他、ホストシステム149と直接接続されてもよい。また、無線LANモジュール148が基板にはんだ等で実装され、基板の配線を介してホストシステム149と接続される構成も可能である。ホストシステム149は、任意の通信プロトコルに従って、無線LANモジュール148およびアンテナ1〜nを用いて、外部の装置と通信を行う。通信プロトコルは、TCP/IPと、それより上位の層のプロトコルとを含んでもよい。または、TCP/IPは無線LANモジュール148に搭載し、ホストシステム149は、それより上位層のプロトコルのみを実行してもよい。この場合、ホストシステム149の構成を簡単化できる。本端末は、例えば、移動体端末、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置等でもよい。
図25は、無線LANモジュールのハードウェア構成例を示す。この構成は、無線通信装置が非アクセスポイントの端末およびアクセスポイントのいずれに搭載される場合にも適用可能である。つまり、図1に示した無線通信装置の具体的な構成の一例として適用できる。この構成例では、アンテナは1本のみであるが、2本以上のアンテナを備えていてもよい。この場合、各アンテナに対応して、送信系統(216、222〜225)、受信系統(217、232〜235)、PLL242、水晶発振器243およびスイッチ245のセットが複数配置され、各セットがそれぞれベースバンド回路212に接続されてもよい。
無線LANモジュール(無線通信装置)は、ベースバンドIC(Integrated
Circuit)211と、RF(Radio Frequency)IC221と、バラン225と、スイッチ245と、アンテナ247とを備える。
ベースバンドIC211は、ベースバンド回路(制御回路)212、メモリ213、ホスト・インターフェース214、CPU215、DAC(Digital to Analog Conveter)216、およびADC(Analog to Digital Converter)217を備える。
ベースバンドIC211とRF IC221は同じ基板上に形成されてもよい。また、ベースバンドIC211とRF IC221は1チップで構成されてもよい。DAC216およびADC217の両方またはいずれか一方が、RF IC221に配置されてもよいし、別のICに配置されてもよい。またメモリ213およびCPU215の両方またはいずれか一方が、ベースバンドICとは別のICに配置されてもよい。
メモリ213は、ホストシステムとの間で受け渡しするデータを格納する。またメモリ213は、端末またはアクセスポイントに通知する情報、または端末またはアクセスポイントから通知された情報、またはこれらの両方を格納する。また、メモリ213は、CPU215の実行に必要なプログラムを記憶し、CPU215がプログラムを実行する際の作業領域として利用されてもよい。メモリ213はSRAM、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
ホスト・インターフェース214は、ホストシステムと接続するためのインターフェースである。インターフェースは、UART、SPI、SDIO、USB、PCI Expressなど何でも良い。
CPU215は、プログラムを実行することによりベースバンド回路212を制御するプロセッサである。ベースバンド回路212は、主にMAC層の処理および物理層の処理を行う。ベースバンド回路212、CPU215またはこれらの両方は、通信を制御する通信制御装置、または通信を制御する制御部に対応する。
ベースバンド回路212およびCPU215の少なくとも一方は、クロックを生成するクロック生成部を含み、当該クロック生成部で生成するクロックにより、内部時間を管理してもよい。
ベースバンド回路212は、送信するフレームに、物理層の処理として、物理ヘッダの付加、符号化、暗号化、変調処理(MIMO変調を含んでもよい)など行い、例えば2種類のデジタルベースバンド信号(以下、デジタルI信号とデジタルQ信号)を生成する。
DAC216は、ベースバンド回路212から入力される信号をDA変換する。より詳細には、DAC216はデジタルI信号をアナログのI信号に変換し、デジタルQ信号をアナログのQ信号に変換する。なお、直交変調せずに一系統の信号のままで送信する場合もありうる。複数のアンテナを備え、一系統または複数系統の送信信号をアンテナの数だけ振り分けて送信する場合には、アンテナの数に応じた数のDAC等を設けてもよい。
RF IC221は、一例としてRFアナログICあるいは高周波IC、あるいはこれらの両方である。RF IC221は、フィルタ222、ミキサ223、プリアンプ(PA)224、PLL(Phase Locked Loop:位相同期回路)242、低雑音増幅器(LNA)234、バラン235、ミキサ233、およびフィルタ232を備える。これらの要素のいくつかが、ベースバンドIC211または別のIC上に配置されてもよい。フィルタ222、232は、帯域通過フィルタでも、低域通過フィルタでもよい。
フィルタ222は、DAC216から入力されるアナログI信号およびアナログQ信号のそれぞれから所望帯域の信号を抽出する。PLL242は、水晶発振器243から入力される発振信号を用い、発振信号を分周または逓倍またはこれらの両方を行うことで、入力信号の位相に同期した、一定周波数の信号を生成する。なお、PLL242は、VCO(Voltage Controlled Oscillator)を備え、水晶発振器243から入力される発振信号に基づき、VCOを利用してフィードバック制御を行うことで、当該一定周波数の信号を得る。生成した一定周波数の信号は、ミキサ223およびミキサ233に入力される。PLL242は、一定周波数の信号を生成する発信装置の一例に相当する。
ミキサ223は、フィルタ222を通過したアナログI信号およびアナログQ信号を、PLL242から供給される一定周波数の信号を利用して、無線周波数にアップコンバートする。プリアンプ(PA)224は、ミキサ223で生成された無線周波数のアナログI信号およびアナログQ信号を、所望の出力電力まで増幅する。バラン225は、平衡信号(差動信号)を不平衡信号(シングルエンド信号)に変換するための変換器である。RF IC221では平衡信号が扱われるが、RF IC221の出力からアンテナ247までは不平衡信号が扱われるため、バラン225でこれらの信号変換を行う。
スイッチ245は、送信時は、送信側のバラン225に接続され、受信時は、受信側のバラン234またはRF IC221に接続される。スイッチ245の制御はベースバンドIC211またはRF IC221により行われてもよいし、スイッチ245を制御する別の回路が存在し、当該回路からスイッチ245の制御を行ってもよい。
プリアンプ224で増幅された無線周波数のアナログI信号およびアナログQ信号は、バラン225で平衡−不平衡変換された後、アンテナ247から空間に電波として放射される。
アンテナ247は、チップアンテナでもよいし、プリント基板上に配線により形成したアンテナでもよいし、線状の導体素子を利用して形成したアンテナでもよい。
RF IC221におけるLNA234は、アンテナ247からスイッチ245を介して受信した信号を、雑音を低く抑えたまま、復調可能なレベルまで増幅する。バラン235は、低雑音増幅器(LNA)234で増幅された信号を、不平衡−平衡変換する。ミキサ233は、バラン235で平衡信号に変換された受信信号を、PLL242から入力される一定周波数の信号を用いてベースバンドにダウンコンバートする。より詳細には、ミキサ233は、PLL242から入力される一定周波数の信号に基づき、互いに90°位相のずれた搬送波を生成する手段を有し、バラン235で変換された受信信号を、互いに90°位相のずれた搬送波により直交復調して、受信信号と同位相のI(In−phase)信号と、これより90°位相が遅れたQ(Quad−phase)信号とを生成する。フィルタ232は、これらI信号とQ信号から所望周波数成分の信号を抽出する。フィルタ232で抽出されたI信号およびQ信号は、ゲインが調整された後に、RF IC221から出力される。
ベースバンドIC211におけるADC217は、RF IC221からの入力信号をAD変換する。より詳細には、ADC217はアナログI信号をデジタルI信号に変換し、アナログQ信号をデジタルQ信号に変換する。なお、直交復調せずに一系統の信号だけを受信する場合もあり得る。
複数のアンテナが設けられる場合には、アンテナの数に応じた数のADCを設けてもよい。ベースバンド回路212は、デジタルI信号およびデジタルQ信号に基づき、復調処理、誤り訂正符号処理、物理ヘッダの処理など、物理層の処理(MIMO復調を含んでもよい)等を行い、フレームを得る。ベースバンド回路212は、フレームに対してMAC層の処理を行う。なお、ベースバンド回路212は、TCP/IPを実装している場合は、TCP/IPの処理を行う構成も可能である。
上述した各部の処理の詳細は、図7および図8の説明から自明であるため、重複する説明は省略する。
(第6の実施形態)
図26(A)および図26(B)は、それぞれ第6の実施形態に係る無線端末の斜視図である。図26(A)の無線端末はノートPC301であり、図26(B)の無線端末は移動体無線端末321である。ノートPC301および移動体無線端末321は、それぞれ無線通信装置305、315を搭載している。無線通信装置305、315として、これまで説明してきた無線端末に搭載されていた無線通信装置(図8等)、またはアクセスポイント11に搭載されていた無線通信装置(図7等)、またはこれらの両方を用いることができる。無線通信装置を搭載する無線端末は、ノートPCや移動体無線端末に限定されない。例えば、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置等にも搭載可能である。
また、無線端末またはアクセスポイント11、またはこれらの両方に搭載されていた無線通信装置は、メモリーカードにも搭載可能である。当該無線通信装置をメモリーカードに搭載した例を図27に示す。メモリーカード331は、無線通信装置355と、メモリーカード本体332とを含む。メモリーカード331は、外部の装置(無線端末またはアクセスポイント11、またはこれらの両方等)との無線通信のために無線通信装置335を利用する。なお、図27では、メモリーカード331内の他の要素(例えばメモリ等)の記載は省略している。
(第7の実施形態)
第7の実施形態では、第1〜第5のいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バス、プロセッサ部、及び外部インターフェース部を備える。プロセッサ部及び外部インターフェース部は、バスを介して外部メモリ(バッファ)と接続される。プロセッサ部ではファームウエアが動作する。このように、ファームウエアを無線通信装置に含める構成とすることにより、ファームウエアの書き換えによって無線通信装置の機能の変更を容易に行うことが可能となる。ファームウエアが動作するプロセッサ部は、本実施形態に係る制御部または制御部の処理を行うプロセッサであってもよいし、当該処理の機能拡張または変更に係る処理を行う別のプロセッサであってもよい。ファームウエアが動作するプロセッサ部を、本実施形態に係るアクセスポイントあるいは無線端末あるいはこれらの両方が備えてもよい。または当該プロセッサ部を、アクセスポイントに搭載される無線通信装置内の集積回路、または無線端末に搭載される無線通信装置内の集積回路が備えてもよい。
(第8の実施形態)
第8の実施形態では、第1〜第5のいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、クロック生成部を備える。クロック生成部は、クロックを生成して出力端子より無線通信装置の外部にクロックを出力する。このように、無線通信装置内部で生成されたクロックを外部に出力し、外部に出力されたクロックによってホスト側を動作させることにより、ホスト側と無線通信装置側とを同期させて動作させることが可能となる。
(第9の実施形態)
第9の実施形態では、第1〜第5のいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置)の構成に加えて、電源部、電源制御部、及び無線電力給電部を含む。電源制御部は、電源部と無線電力給電部とに接続され、無線通信装置に供給する電源を選択する制御を行う。このように、電源を無線通信装置に備える構成とすることにより、電源を制御した低消費電力化動作が可能となる。
(第10の実施形態)
第10の実施形態では、第9の実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、SIMカードを含む。SIMカードは、無線通信装置における送信部(102または202)または受信部(103または203)または制御部(101または201)、またはこれらのうちの複数と接続される。このように、SIMカードを無線通信装置に備える構成とすることにより、容易に認証処理を行うことが可能となる。
(第11の実施形態)
第11の実施形態では、第6の実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、動画像圧縮/伸長部を含む。動画像圧縮/伸長部は、バスと接続される。このように、動画像圧縮/伸長部を無線通信装置に備える構成とすることにより、圧縮した動画像の伝送と受信した圧縮動画像の伸長とを容易に行うことが可能となる。
(第12の実施形態)
第12の実施形態では、第1〜第5のいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、LED部を含む。LED部は、送信部(102または202)または受信部(103または203)または制御部(101または201)またはこれらのうちの複数と接続される。このように、LED部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第13の実施形態)
第13の実施形態では、第1〜第5のいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バイブレータ部を含む。バイブレータ部は、送信部(102または202)または受信部(103または203)または制御部(101または201)またはこれらのうちの複数と接続される。このように、バイブレータ部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第14の実施形態)
第14の実施形態では、第1〜第5のいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、ディスプレイを含む。ディスプレイは、図示しないバスを介して、無線通信装置の制御部(101または201)に接続されてもよい。このようにディスプレイを備える構成とし、無線通信装置の動作状態をディスプレイに表示することで、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第15の実施形態)
本実施形態では、[1]無線通信システムにおけるフレーム種別、[2]無線通信装置間の接続切断の手法、[3]無線LANシステムのアクセス方式、[4]無線LANのフレーム間隔について説明する。
[1]通信システムにおけるフレーム種別
一般的に無線通信システムにおける無線アクセスプロトコル上で扱うフレームは、前述したように、大別してデータ(data)フレーム、管理(management)フレーム、制御(control)フレームの3種類に分けられる。これらの種別は、通常、フレーム間で共通に設けられるヘッダ部で示される。フレーム種別の表示方法としては、1つのフィールドで3種類を区別できるようにしてあってもよいし、2つのフィールドの組み合わせで区別できるようにしてあってもよい。IEEE802.11規格では、フレーム種別の識別は、MACフレームのフレームヘッダ部にあるFrame Controlフィールドの中のType、Subtypeという2つのフィールドで行う。データフレームか、管理フレームか、制御フレームかの大別はTypeフィールドで行われ、大別されたフレームの中での細かい種別、例えば管理フレームの中のBeaconフレームといった識別はSubtypeフィールドで行われる。
管理フレームは、他の無線通信装置との間の物理的な通信リンクの管理に用いるフレームである。例えば、他の無線通信装置との間の通信設定を行うために用いられるフレームや通信リンクをリリースする(つまり接続を切断する)ためのフレーム、無線通信装置でのパワーセーブ動作に係るフレームがある。
データフレームは、他の無線通信装置と物理的な通信リンクが確立した上で、無線通信装置の内部で生成されたデータを他の無線通信装置に送信するフレームである。データは本実施形態の上位層で生成され、例えばユーザの操作によって生成される。
制御フレームは、データフレームを他の無線通信装置との間で送受(交換)する際の制御に用いられるフレームである。無線通信装置がデータフレームや管理フレームを受信した場合にその送達確認のために送信される応答フレームは、制御フレームに属する。応答フレームは、例えばACKフレームやBlockACKフレームである。またRTSフレームやCTSフレームも制御フレームである。
これら3種類のフレームは、物理層で必要に応じた処理を経て物理パケットとしてアンテナを経由して送出される。なお、IEEE802.11規格(前述のIEEE Std
802.11ac−2013などの拡張規格を含む)では接続確立の手順の1つとしてアソシエーション(association)プロセスがあるが、その中で使われるAssociation RequestフレームとAssociation Responseフレームが管理フレームであり、Association RequestフレームやAssociation Responseフレームはユニキャストの管理フレームであることから、受信側無線通信端末に応答フレームであるACKフレームの送信を要求し、このACKフレームは上述のように制御フレームである。
[2]無線通信装置間の接続切断の手法
接続の切断(リリース)には、明示的な手法と暗示的な手法とがある。明示的な手法としては、接続を確立している無線通信装置間のいずれか一方が切断のためのフレームを送信する。IEEE802.11規格ではDeauthenticationフレームがこれに当たり、管理フレームに分類される。通常、接続を切断するフレームを送信する側の無線通信装置では当該フレームを送信した時点で、接続を切断するフレームを受信する側の無線通信装置では当該フレームを受信した時点で、接続の切断と判定する。その後、非基地局の無線通信端末であれば通信フェーズでの初期状態、例えば接続するBSS探索する状態に戻る。無線通信基地局がある無線通信端末との間の接続を切断した場合には、例えば無線通信基地局が自BSSに加入する無線通信端末を管理する接続管理テーブルを持っているならば当該接続管理テーブルから当該無線通信端末に係る情報を削除する。例えば、無線通信基地局が自BSSに加入する各無線通信端末に接続をアソシエーションプロセスで許可した段階で、AIDを割り当てる場合には、当該接続を切断した無線通信端末のAIDに関連づけられた保持情報を削除し、当該AIDに関してはリリースして他の新規加入する無線通信端末に割り当てられるようにしてもよい。
一方、暗示的な手法としては、接続を確立した接続相手の無線通信装置から一定期間フレーム送信(データフレーム及び管理フレームの送信、あるいは自装置が送信したフレームへの応答フレームの送信)を検知しなかった場合に、接続状態の切断の判定を行う。このような手法があるのは、上述のように接続の切断を判定するような状況では、接続先の無線通信装置と通信距離が離れて無線信号が受信不可あるいは復号不可になるなど物理的な無線リンクが確保できない状態が考えられるからである。すなわち、接続を切断するフレームの受信を期待できないからである。
暗示的な方法で接続の切断を判定する具体例としては、タイマーを使用する。例えば、送達確認応答フレームを要求するデータフレームを送信する際、当該フレームの再送期間を制限する第1のタイマー(例えばデータフレーム用の再送タイマー)を起動し、第1のタイマーが切れるまで(つまり所望の再送期間が経過するまで)当該フレームへの送達確認応答フレームを受信しないと再送を行う。当該フレームへの送達確認応答フレームを受信すると第1のタイマーは止められる。
一方、送達確認応答フレームを受信せず第1のタイマーが切れると、例えば接続相手の無線通信装置がまだ(通信レンジ内に)存在するか(言い換えれば、無線リンクが確保できているか)を確認するための管理フレームを送信し、それと同時に当該フレームの再送期間を制限する第2のタイマー(例えば管理フレーム用の再送タイマー)を起動する。第1のタイマーと同様、第2のタイマーでも、第2のタイマーが切れるまで当該フレームへの送達確認応答フレームを受信しないと再送を行い、第2のタイマーが切れると接続が切断されたと判定する。接続が切断されたと判定した段階で、前記接続を切断するフレームを送信するようにしてもよい。
あるいは、接続相手の無線通信装置からフレームを受信すると第3のタイマーを起動し、新たに接続相手の無線通信装置からフレームを受信するたびに第3のタイマーを止め、再び初期値から起動する。第3のタイマーが切れると前述と同様に接続相手の無線通信装置がまだ(通信レンジ内に)存在するか(言い換えれば、無線リンクが確保できているか)を確認するための管理フレームを送信し、それと同時に当該フレームの再送期間を制限する第2のタイマー(例えば管理フレーム用の再送タイマー)を起動する。この場合も、第2のタイマーが切れるまで当該フレームへの送達確認応答フレームを受信しないと再送を行い、第2のタイマーが切れると接続が切断されたと判定する。この場合も、接続が切断されたと判定した段階で、前記接続を切断するフレームを送信するようにしてもよい。後者の、接続相手の無線通信装置がまだ存在するかを確認するための管理フレームは、前者の場合の管理フレームとは異なるものであってもよい。また後者の場合の管理フレームの再送を制限するためのタイマーは、ここでは第2のタイマーとして前者の場合と同じものを用いたが、異なるタイマーを用いるようにしてもよい。
[3]無線LANシステムのアクセス方式
例えば、複数の無線通信装置と通信または競合することを想定した無線LANシステムがある。IEEE802.11無線LANではCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Carrier Avoidance)をアクセス方式の基本としている。ある無線通信装置の送信を把握し、その送信終了から固定時間を置いて送信を行う方式では、その無線通信装置の送信を把握した複数の無線通信装置で同時に送信を行うことになり、その結果、無線信号が衝突してフレーム送信に失敗する。ある無線通信装置の送信を把握し、その送信終了からランダム時間待つことで、その無線通信装置の送信を把握した複数の無線通信装置での送信が確率的に分散することになる。よって、ランダム時間の中で最も早い時間を引いた無線通信装置が1つなら無線通信装置のフレーム送信は成功し、フレームの衝突を防ぐことができる。ランダム値に基づき送信権の獲得が複数の無線通信装置間で公平になることから、Carrier Avoidanceを採用した方式は、複数の無線通信装置間で無線媒体を共有するために適した方式であるということができる。
[4]無線LANのフレーム間隔
IEEE802.11無線LANのフレーム間隔について説明する。IEEE802.11無線LANで用いられるフレーム間隔は、distributed coordination function interframe space(DIFS)、arbitration interframe space(AIFS)、point coordination function interframe space(PIFS)、short interframe space(SIFS)、extended interframe space(EIFS)、reduced interframe space(RIFS)などがある。
フレーム間隔の定義は、IEEE802.11無線LANでは送信前にキャリアセンスアイドルを確認して開けるべき連続期間として定義されており、厳密な前のフレームからの期間は議論しない。従ってここでのIEEE802.11無線LANシステムでの説明においてはその定義を踏襲する。IEEE802.11無線LANでは、CSMA/CAに基づくランダムアクセスの際に待つ時間を固定時間とランダム時間との和としており、固定時間を明確にするため、このような定義になっているといえる。
DIFSとAIFSとは、CSMA/CAに基づき他の無線通信装置と競合するコンテンション期間にフレーム交換開始を試みるときに用いるフレーム間隔である。DIFSは、トラヒック種別による優先権の区別がないとき、AIFSはトラヒック種別(Traffic Identifier:TID)による優先権が設けられている場合に用いる。
DIFSとAIFSとで係る動作としては類似しているため、以降では主にAIFSを用いて説明する。IEEE802.11無線LANでは、MAC層でフレーム交換の開始などを含むアクセス制御を行う。さらに、上位層からデータを渡される際にQoS(Quality of Service)対応する場合には、データとともにトラヒック種別が通知され、トラヒック種別に基づいてデータはアクセス時の優先度のクラス分けがされる。このアクセス時のクラスをアクセスカテゴリ(Access Category:AC)と呼ぶ。従って、アクセスカテゴリごとにAIFSの値が設けられることになる。
PIFSは、競合する他の無線通信装置よりも優先権を持つアクセスができるようにするためのフレーム間隔であり、DIFS及びAIFSのいずれの値よりも期間が短い。SIFSは、応答系の制御フレームの送信時あるいは一旦アクセス権を獲得した後にバーストでフレーム交換を継続する場合に用いることができるフレーム間隔である。EIFSはフレーム受信に失敗した(受信したフレームがエラーであると判定した)場合に起動されるフレーム間隔である。
RIFSは一旦アクセス権を獲得した後にバーストで同一無線通信装置に複数のフレームを連続して送信する場合に用いることができるフレーム間隔であり、RIFSを用いている間は送信相手の無線通信装置からの応答フレームを要求しない。
ここでIEEE802.11無線LANにおけるランダムアクセスに基づく競合期間のフレーム交換の一例を図28に示す。
ある無線通信装置においてデータフレーム(W_DATA1)の送信要求が発生した際に、キャリアセンスの結果、媒体がビジーである(busy medium)と認識する場合を想定する。この場合、キャリアセンスがアイドルになった時点から固定時間のAIFSを空け、その後ランダム時間(random backoff)空いたところで、データフレームW_DATA1を通信相手に送信する。なお、キャリアセンスの結果、媒体がビジーではない、つまり媒体がアイドル(idle)であると認識した場合には、キャリアセンスを開始した時点から固定時間のAIFSを空けて、データフレームW_DATA1を通信相手に送信する。
ランダム時間は0から整数で与えられるコンテンションウィンドウ(Contention Window:CW)の間の一様分布から導かれる擬似ランダム整数にスロット時間をかけたものである。ここで、CWにスロット時間をかけたものをCW時間幅と呼ぶ。CWの初期値はCWminで与えられ、再送するたびにCWの値はCWmaxになるまで増やされる。CWminとCWmaxとの両方とも、AIFSと同様アクセスカテゴリごとの値を持つ。W_DATA1の送信先の無線通信装置では、データフレームの受信に成功し、かつ当該データフレームが応答フレームの送信を要求するフレームであるとそのデータフレームを内包する物理パケットの無線媒体上での占有終了時点からSIFS時間後に応答フレーム(W_ACK1)を送信する。W_DATA1を送信した無線通信装置は、W_ACK1を受信すると送信バースト時間制限内であればまたW_ACK1を内包する物理パケットの無線媒体上での占有終了時点からSIFS時間後に次のフレーム(例えばW_DATA2)を送信することができる。
AIFS、DIFS、PIFS及びEIFSは、SIFSとスロット時間との関数になるが、SIFSとスロット時間とは物理層ごとに規定されている。また、AIFS、CWmin及びCWmaxなどアクセスカテゴリごとに値が設けられるパラメータは、通信グループ(IEEE802.11無線LANではBasic Service Set(BSS))ごとに設定可能であるが、デフォルト値が定められている。
例えば、802.11acの規格策定では、SIFSは16μs、スロット時間は9μsであるとして、それによってPIFSは25μs、DIFSは34μs、AIFSにおいてアクセスカテゴリがBACKGROUND(AC_BK)のフレーム間隔はデフォルト値が79μs、BEST EFFORT(AC_BE)のフレーム間隔はデフォルト値が43μs、VIDEO(AC_VI)とVOICE(AC_VO)のフレーム間隔はデフォルト値が34μs、CWminとCWmaxとのデフォルト値は、各々AC_BKとAC_BEとでは31と1023、AC_VIでは15と31、AC_VOでは7と15になるとする。なお、EIFSは、基本的にはSIFSとDIFSと最も低速な必須の物理レートで送信する場合の応答フレームの時間長の和である。なお効率的なEIFSの取り方ができる無線通信装置では、EIFSを起動した物理パケットへの応答フレームを運ぶ物理パケットの占有時間長を推定し、SIFSとDIFSとその推定時間の和とすることもできる。
なお、各実施形態で記載されているフレームは、Null Data Packetなど、IEEE802.11規格または準拠する規格で、パケットと呼ばれるものを指してもよい。
本実施形態で用いられる用語は、広く解釈されるべきである。例えば用語“プロセッサ”は、汎用目的プロセッサ、中央処理装置(CPU)、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、コントローラ、マイクロコントローラ、状態マシンなどを包含してもよい。状況によって、“プロセッサ”は、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラム可能論理回路 (PLD)などを指してもよい。“プロセッサ”は、複数のマイクロプロセッサのような処理装置の組み合わせ、DSPおよびマイクロプロセッサの組み合わせ、DSPコアと協働する1つ以上のマイクロプロセッサを指してもよい。
別の例として、用語“メモリ”は、電子情報を格納可能な任意の電子部品を包含してもよい。“メモリ”は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、プログラム可能読み出し専用メモリ(PROM)、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ(EPROM)、電気的消去可能PROM(EEPROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、フラッシュメモリ、磁気または光学データストレージを指してもよく、これらはプロセッサによって読み出し可能である。プロセッサがメモリに対して情報を読み出しまたは書き込みまたはこれらの両方を行うならば、メモリはプロセッサと電気的に通信すると言うことができる。メモリは、プロセッサに統合されてもよく、この場合も、メモリは、プロセッサと電気的に通信していると言うことができる。また、回路は、単一チップに配置された複数の回路でもよいし、複数のチップまたは複数の装置に分散して配置された1つ以上の回路でもよい。
また本明細書において“a,bおよびcの少なくとも1つ”は、a,b,c,a−b, a−c,b−c,a−b−cの組み合わせだけでなく、a−a,a−b−b,a−a−b−b−c−cなどの同じ要素の複数の組み合わせも含む表現である。また、a−b−c−dの組み合わせのように、a,b,c以外の要素を含む構成もカバーする表現である。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。