無線LAN規格して知られているIEEE Std 802.11TM-2012およびIEEE Std 802.11acTM-2013、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(incorporated by reference)ものとする。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。また、図面において同一の構成要素は、同じ番号を付し、説明は、適宜省略する。
(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している。図1の無線通信システムは、基地局であるアクセスポイント(AP)11と、複数の無線端末(STA)1~4を含む無線LAN(Local Area Network)である。アクセスポイント11は特定の地点に設置された無線通信装置であってもよし、アクセスポイントとして動作するモードと、無線端末として動作するモードを切り替え可能な無線通信装置であってもよい。無線端末1~4も、アクセスポイントとして動作するモードと、無線端末として動作するモードを切り替え可能な無線通信装置であってもよい。なお、以降では必要に応じてアクセスポイントを第1無線通信装置、無線端末を第2無線通信装置とよぶものとする。
以下では無線LANがインフラストラクチャモードで動作している場合を例に説明する。ただし、複数の無線通信装置が基地局を介さずに直接通信をするアドホックモードのネットワークへの適用を妨げるものではない。この場合、いずれかの無線通信装置はアドホックネットワークのオーナーとして動作していてもよい。
アクセスポイント11は、DL(Downlink) OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access)による通信に対応した無線通信装置である。一方、無線端末1~4はDL OFDMAの受信処理と、UL OFDMAの送信処理を実行することが可能な無線通信装置である。DL OFDMAおよびUL OFDMAの定義については後述する。
OFDM(直交周波数分割多元接続:Orthogonal Frequency Division Multipling)を使った無線通信では、周波数帯域を複数のサブキャリアに分割し、それぞれのサブキャリアを用いてデータを周波数方向で並列的に送信する技術である。OFDMでは各サブキャリアが互いに直交するため、サブキャリアを密に配置して、周波数帯域を有効活用することができる。例えば、略20MHz幅に含まれる複数のサブキャリアを使って一ユーザのデータを搬送することができる。
OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)を使った無線通信では、物理フレーム(Physical Frame:PHY FRAME)の周波数帯域内に複数のサブキャリアの集合である、リソースユニット(RU:Resource Unit)を定義する。また、リソースユニットは物理フレームの周波数帯域を分割したものと定義することも可能である。各リソースユニットには一ユーザを割り当てることができる。複数のRUを定義することによって、使用する周波数帯域幅を増やさずに複数のユーザに係るデータを同時に搬送することができる。アクセスポイントから無線端末に送信されるOFDMAをDL OFDMAとよぶ。一方、無線端末からアクセスポイントに送信されるOFDMAをUL OFDMAとよぶ。
アクセスポイントは各RUの周波数幅または各RUに含まれるサブキャリアの数と、各RUの配置とを含むパターンを選択してOFDMAによるデータ送信を行う。このようなパターンをRUアロケーション(RU Allocation)という。図2のテーブルは複数のRUアロケーションの例を示している。
図2のテーブルでは、ひとつのリソースユニットが使用する連続したサブキャリアの数(tone)が26、52、106、242のいずれかとなっている。図2のテーブルには、TYPE=0からTYPE=25まで26通りのパターンが含まれている。
(アクセスポイントの構成例)
図3は、第1の実施形態に係る無線通信装置の構成例を示している。以下では、図3を参照しながら本実施形態に係る無線通信装置を説明する。図3は、図1のアクセスポイント11に係る構成の一例を示している。なお、無線端末1~4の構成例については後述する。
図3の無線通信装置100は、IEEE802.11シリーズまたはその後継規格などの無線LANに準拠した通信を行う無線通信装置である。IEEE802.11シリーズの規格の例としては、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac、IEEE802.11axなどが挙げられる。無線LANは無線通信装置100が使用する通信規格の一例であり、その他の通信規格を用いることを妨げない。
無線通信装置100は、ホストインタフェース101と、MAC層処理部110と、送信部120と、受信部130とを備えている。MAC層処理部110は内部の構成要素として、トリガ生成部111と、RU割り当て部112と、送信フレーム生成部113と、フレーム解析部114と、制御部115とを備えている。送信部120は内部の構成要素として、符号化回路121と、変調回路122と、D/Aコンバータ123と、送信アンプ124と、アンテナ125とを備えている。受信部130は、アンテナ131と、低雑音増幅器132と、A/Dコンバータ133と、復調回路134と、復号回路135とを備えている。
ホストインタフェース101は、無線通信装置100とホスト側の計算機との間でデータの送受信を行う手段を提供する。ホストインタフェース101の例としては、PCI Express、USB、UART、SPI、SDIO、Ethernetなどがあるが、その他のインタフェースを用いてもよい。ホスト側の計算機の例としては、スマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ、サーバ、制御用マイコン、プリンタ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ロボット、車載情報システムなどがあるが、プロセッサ(CPU)を備えているのであれば、その他の装置であってもよい。ホストインタフェース101が計算機から受信したデータはMAC層処理部110に転送される。また、ホストインタフェース101はMAC層処理部110から転送されたデータを計算機に送信する。
MAC層処理部110は、送信データをMACフレームに変換する処理、受信したMACフレームから受信データを構成する処理、MACフレームの時間長を制御する処理、制御用フレームの生成処理、MACフレームに制御情報を設定する処理などのMAC層(Media Access Control Layer)に相当する処理を実行する。また、MAC層処理部110には、送信キューが設けられている。送信キューを参照することによって、無線通信装置100において、送信待ち状態のデータがあるか否かを確認することができる。送信待ち状態のデータがある場合や、制御フレームの送信が必要だと判断される場合、MAC層処理部110は、必要な物理ヘッダの構成を行い、送信部120に転送する。また、MAC層処理部110は、受信部130から通知された物理フレームの物理ヘッダの情報に基づき、各種の処理を行う。
送信部120は、アンテナ125を使って無線によるデータ送信を行う。受信部130は、アンテナ131を使って無線によるデータ送信を行う。なお、MAC層処理部110は、本実施形態に係る無線通信装置の処理部の一例である。
次に、送信部120内部の構成要素について説明する。
符号化回路121は、MAC層処理部110から出力されたMACフレーム形式の送信信号を符号化する。MACフレームの例としては、データフレーム、BA(Block ACK)、ACK、CTS(Clear to Send)などの制御フレームがある。符号化方式についても、各種のブロック符号や畳み込み符号があるが、方式については特に問わない。変調回路122は、符号化回路121から出力されたデジタル信号を変調する。変調方式の例としては、FSK(Frequency Shift Keying)、BPSK、QAMなどがあるが、方式については特に限定しない。D/Aコンバータ123は、デジタル信号をアナログ信号に変換する。送信アンプ124は、D/Aコンバータ123によって変換されたアナログ信号を増幅し、アンテナ125より送信する。
送信部120は、さらに周波数変換を行う構成要素を備えていてもよい。周波数変換を行う構成要素の例としては、ミキサ、局部発振器などが挙げられる。例えば、送信部120で、ベースバンド周波数のアナログ信号を無線周波数の信号にアップコンバートしてもよい。また、送信部120は、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタなどのフィルタを備えていてもよい。
アンテナ125は、他の無線通信装置へ無線信号を送信する。以下ではアンテナが送信する信号の周波数と、アンテナが受信する信号の周波数を無線周波数とよぶものとする。無線周波数として、例えば2.4GHz帯や5GHz帯などを使うことができるが、その他の周波数帯域を使ってもよい。アンテナ125の構成や形状については特に問わない。
次に、受信部130内部の構成要素について説明する。
アンテナ131は、他の無線通信装置から送信された無線信号を受信する。アンテナ131の構成や形状については特に問わない。低雑音増幅器132は、アナログの受信信号を増幅する。A/Dコンバータ133は、アナログの受信信号をデジタル信号に変換する。復調回路134は、デジタル化された受信信号の復調処理を行う。復調処理では、例えばOFDMシンボルタイミング同期や、FFT(Fast Fourier Transform)などのフーリエ変換処理などが実行される。後述するように、物理ヘッダ(Physical Header:PHY Header)は、物理フレームの周波数帯域で送信され、フレームの長さ、伝送レート、帯域幅などを示す情報が含まれている。復調回路134は必要に応じてこれらの情報の抽出処理を実行する。復号回路135は、デジタルの受信信号を復号し、MACフレームに変換する。復号処理の例としては、デインタリーブ処理や、誤り訂正符号の復号などがある。最後に、MACフレーム形式に変換された受信信号はMAC層処理部110に転送される。
受信部130は、さらに周波数変換を行う構成要素を備えていてもよい。周波数変換を行う構成要素の例としては、ミキサ、局部発振器などが挙げられる。例えば、受信部130で、無線周波数の信号をベースバンド周波数のアナログ信号にダウンコンバートしてもよい。また、受信部130は、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタなどのフィルタ回路を備えていてもよい。
変調回路122と復調回路134は、物理ヘッダ(Physical Header:PHY Header)に格納されたフレーム長を示す情報や、伝送レート、帯域幅に係る情報を参照して、復変調処理を行ってもよい。復調回路134は、復変調条件を含む情報をMAC層処理部110に通知する。同様に、符号化回路121と復号回路135も、物理ヘッダに格納された情報に基づき、符号化処理や復号処理を実行してもよい。復号回路135は、復号条件に係る情報をMAC層処理部110に通知してもよい
無線通信装置100が、各種無線LAN規格に基づいて無線通信を行う場合、IEEE802.11規格にしたがって復変調処理、符号化処理、復号化処理などを行う。
以下では、MAC層処理部110に含まれる構成要素について説明する。
トリガ生成部111は、Triggerフレームを生成する。トリガ生成部111が生成したTriggerフレームを使って、UL OFDMAを用いてアクセスポイントにデータを送信する、1台または複数台の無線端末を指定することができる。また、Triggerフレームには、各無線端末がUL OFDMAを用いてフレームを送信するときに使われる設定情報や、各無線端末に要求する動作を含めることができる。Triggerフレームの詳細については後述する。
RU割り当て部112は、OFDMAによるデータ送信で使用するRUアロケーションを決定する。さらに、RU割り当て部112は、各無線端末にDL OFDMAで送信されるデータをどのRUに割り当てるか決定する。また、RU割り当て部112は、無線端末へDL OFDMAで同一のデータを複数のRUに配置して送信する処理を行うか否かを決定する。RU割り当て部112によって実行される処理の詳細は後述する。
送信フレーム生成部113は、指定された構成のフレームを生成する。具体的には、RU割り当て部112によって決定されたRUアロケーションおよび各無線端末に送信されるデータのRUへの割り当て情報を用いて、DL OFDMAのフレームを生成する。
フレーム解析部114は、MACフレーム内のデータを参照し、必要な情報を取得する。フレーム解析部114は、例えばMACフレームのヘッダやボディなどのフィールドを参照し、MACフレームの宛先、MACフレームの種別などの情報を取得する。また、フレーム解析部114は受信したMACフレームのデータを参照し、CRCの計算を行う。CRCは、誤り検出符号の一例である。フレーム解析部114は、他の種類の誤り検出符号を用いてもよいし、誤り訂正符号を用いて、データが正常に受信できたか否かを確認してもよい。
制御部115は、無線通信装置100の各構成要素を制御する。制御部115は、データの送信と受信に必要な処理を実行する。例えば、復号回路135からMAC層処理部に受信フレームが入力された場合、フレーム解析部114に当該フレームのCRCを計算させる。計算されたCRCが送信元で計算されたCRCと一致している場合、RU割り当て部112にACKフレームなどの送達確認応答を含むフレームを生成させる。制御部115は、ACKフレームの送信タイミングになったら、ACKフレームを符号化回路121に入力し、送信処理を開始する。また、制御部115は各無線端末のAssociation ID(AID)を管理したり、物理層のパラメータの決定処理などを実行したりする。物理層のパラメータは物理ヘッダに格納される。
無線通信装置100の処理部(MAC層処理部)、送信部、受信部を含む各構成要素は、例えば、半導体回路、FPGA、PLD、ASICなどのハードウェア回路によって実装されていてもよい。また、プロセッサ上で動作するプログラムによって実装されていてもよいし、これらの組み合わせにより実現されていてもよい。
また、図3の無線通信装置100の構成は一例にしか過ぎず、これと異なる構成に係る無線通信装置を用いてもよい。無線通信装置100として、例えばスーパーヘテロダイン方式、Low-IF(Low-Intermediate Frequency)型、スライディングIF型、デジタルPLL再生型、またはその他の方式の無線通信装置を使うことができる。
図3の無線通信装置100は、送信用のアンテナ(アンテナ125)と受信用のアンテナ(アンテナ131)を別々に備える構成となっている。このため、図3の無線通信装置100は半二重通信と全二重通信のいずれも行うことができる。ただし、データ送信とデータ受信に共用のアンテナを使う構成の無線通信装置を用いることを妨げるものではない。また、図3の無線通信装置100は2つのアンテナ(アンテナ125、131)を備えているが、無線通信装置が有するアンテナの数はこれとは異なっていてもよい。
図4は、DL OFDMAの物理フレームのフォーマットの例を示している。物理フレームは物理ヘッダ(PHY Header)と物理ペイロード(Physical Payload:PHY Payload)とを含む。さらに物理ヘッダは、Legacy Preambleの部分と、HE Preambleの部分とを含む。HE PreambleのHEはHigh Effciencyの頭文字であり、IEEE802.11ax規格またはその後継規格で規定されるPreambleの部分であることを示している。物理ペイロードにはOFDM変調処理後のMACフレームに係る情報が格納される。
Legacy Preambleには、L-STF(non-HT Long Training field)、L-LTF(non-HT Short Training field)、L-SIG(non-HT Signal field)などIEEE802.11a規格で規定される物理ヘッダのフィールドが含まれる。L-STFやL-LTFには予め規定されたビットパターンが格納される。規定されたビットパターンは、受信電力の調整処理、送受信タイミングの同期処理、チャネル推定などに使われる。L-SIGには、HE Preambleと物理ペイロードの時間長を受信側の無線通信装置が算出するのに用いられる情報が含まれる。
HE PreambleはIEEE802.11ax規格で規格化が検討されている。図4の例のHE Preambleは、HE-SIG-A(HE Signal A)フィールド、HE-SIG-B(HE Signal B)フィールド、HE Training Symbolフィールドを含んでいる。HE PreambleのHE-SIG-Bフィールドは、物理フレームがMUフレームである場合に存在している。したがって、HE PreambleにHE-SIG-Bフィールドが含まれない場合もある。MUフレームの定義については後述する。
HE-SIG-Aフィールドには、DL OFDMAの物理フレームに係る属性を示す情報が格納される。例えば、HE-SIG-Aには当該物理フレームがUplink(UL:無線端末からアクセスポイントへ送信されるフレーム)またはDownlink(DL:アクセスポイントから無線端末へ送信されるフレーム)のいずれであるかを示す情報が格納される。
また、図4の物理フレームを受信する無線通信装置は、Legacy PreambleのL-SIGに含まれる情報と、HE-SIG-Aに含まれる情報の両方を参照することにより、当該物理フレームのフォーマットがSU(Single User)フレームまたはMU(Multi User)フレームのいずれであるのかを識別することができる。
SUフレームとは、1台の無線端末を宛先とする物理フレームである。MUフレームとは、複数台の無線端末を宛先として含む物理フレームまたは複数の無線端末が同時に送信した物理フレームである。複数台の無線端末を宛先として含む物理フレームの例としては、OFDMAやMU-MIMOが挙げられる。
物理フレームがMUフレームであり、HE-SIG-Bフィールドが存在する場合、HE-SIG-Aフィールドには、HE-SIG-Bフィールドの伝送レートを示す情報や、HE-SIG-Bフィールドの長さを示す情報が格納される。伝送レートを示す情報の例としては、MCS(Modulation and Scheme)が挙げられる。フィールドの長さを示す情報の例としては、OFDM Symbolの数が挙げられる。
また、HE-SIG-Aフィールドには物理フレームが占有する周波数帯域の幅(例えば、20MHz、40MHz、80MHzなど)の情報、物理ペイロードで使われるGuard Intervalの長さ(例えば、0.8us、1.6us、3.2usなど)の情報、アクセスポイントが提供する無線LANに対応するBSS(basic service set)の情報なども格納される。BSSの例としては、アクセスポイントのMACアドレスのすべてまたは一部の情報が挙げられる。
HE-SIG-Bフィールドは、さらにCommonフィールドとUser Specificフィールドとを含む。Commonフィールドには、OFDMAで送信するときに使用するRUのパターンであるRUアロケーションの情報(RUアロケーション情報)が格納される。RUアロケーション情報は20MHzの周波数帯域ごとに設定される。したがって、80MHzの周波数帯域を使ってOFDMAの物理フレームが送信される場合、Commonフィールドには4つのRUアロケーション情報が含まれる。
すなわち、本実施形態に係る無線通信装置の処理部は、物理ヘッダに、リソースユニットの周波数幅またはリソースユニットに含まれるサブキャリアの数、リソースユニットの配置に係る情報を含む第3フィールドを設定することができる。なお、上述のCommonフィールドは、第3フィールドの一例である。
User Specificフィールドは1以上のUserフィールド(UF)を含む。以下では、図5を参照しながら、UserフィールドとRUとの対応関係について説明する。図5の例では、CommonフィールドにTYPE=15が格納されている。したがって、図5ではRUアロケーションがTYPE=15の場合における物理フレームの例が示されている。図5の縦軸は周波数を示している。図5の横軸は時間を示している。
図5の物理フレームには、低い周波数領域から順に、幅52-toneのRU12、幅52-toneのRU13、幅26-toneのRU14、幅52-toneのRU15、幅52-toneのRU16が含まれている。ここで、toneはサブキャリアの数のことをいう。そして、図5の例では、UF#1~UF#5の5つのUserフィールドが示されている。各Userフィールドは、いずれかのRUに係る情報が格納される。Userフィールドに格納されるRUに係る情報の例としては、RUで送信されるデータの宛先となる無線端末の識別子、RUの伝送速度の設定情報が挙げられる。例えば、無線端末の識別子として、無線端末がアクセスポイントに接続したときにアクセスポイントから割り当てられるAID(Association ID(Identifier))を使うことができる。RUの伝送速度の設定情報の例としては、ストリーム数、MCS(Modulation and Scheme)がある。
すなわち、処理部(MAC処理部)は、物理ヘッダに、複数の第1フィールドを設定し、第1フィールドは周波数帯域に含まれるいずれかのリソースユニットの宛先を指定する。なお、上述のUserフィールドは第1フィールドの一例である。宛先の無線端末の識別子としてAID(Association ID)を使う方法は、リソースユニットの宛先を指定する方法の一例である。Userフィールドとは異なるフィールドを第1フィールドとして使ってもよいし、AIDの割り当て以外の方法によってリソースユニットの宛先を指定してもよい。
User SpecificフィールドにおいてUserフィールドが配置される順序は、物理ペイロードにおいてRUが配置されている周波数帯域の順序に対応している。図5の物理フレームでは、UF#1がRU12に、UF#2がRU13に、UF#3がRU14に、UF#4がRU15に、UF#5がRU16にそれぞれ対応している。すなわち、より早い時刻に送信されるUserフィールドに対応するRUほど、より低い周波数に係る周波数帯域に配置されている。
なお、この対応関係は一例にしか過ぎず、これとは異なる対応関係を用いることを妨げるものではない。例えば、リソースユニットに相当するサブキャリアの識別子または範囲を指定してもよいし、リソースユニットに相当する周波数帯域を直接してもよいし、基準となる周波数からリソースユニットに相当する周波数帯域へのオフセット値を指定してもよい。
本実施形態において物理ヘッダを受信する無線端末は、自らの識別子が格納されているUserフィールド(第1フィールド)のUser Specificフィールドにおける位置に基づき、自らが受信すべきRUを特定する。
CommonフィールドとUserフィールドにはCRC(Cyclic Redundancy Code)が付加されている。CRCを使って、受信側の無線端末は各フィールドが正しく受信されているか否かを検査する。例えば、CommonフィールドにひとつのCRCを付加する。そして、時間的に連続する2つのUserフィールドでひとつのCRCを付加する。
図4に示されているように、HE Training Symbolフィールドには、HE-STF(HE Short Training field)およびHE-LTF(HE Long Training field)は含まれる。HE-STFおよびHE-LTFは、受信電力の調整処理、送受信タイミングの同期処理、チャネル推定などに使われる。
図6は、IEEE802.11で規定されているMACフレームのフォーマットを示している。IEEE802.11では、無線LANの規格の例としては、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac、IEEE802.11axまたはこれらの後継規格が挙げられる。
MACフレームは、MAC Header部と、Frame Body部と、Frame Check Sequence(FCS)部とを含む。MAC Header部には、MAC層での受信処理において必要な情報が設定されている。Frame Body部には、フレームの種類に応じたデータのペイロードが格納される。FCS部は、MAC Header部とFrame Body部に係るデータの受信確認に用いられるCRC(Cyclic Redundancy Code)などが格納される。
MAC Header部は、Frame Controlフィールドと、Duration/IDフィールドと、複数のAddressフィールドと、Sequence Controlフィールドを含む。MACフレームがQoS Dataフレームである場合、MAC Header部はさらにQoS Controlフィールドを含む。
Frame Controlフィールドは、Typeフィールド、Subtypeフィールド、To DSフィールド、From DSフィールド、more fragmentフィールド、protected frameフィールド、orderフィールドなどを含んでいる。
Typeフィールドには、MACフレームが制御フレーム、管理フレーム、データフレームのいずれのフレームタイプであるのかを識別する情報が格納される。Subtypeフィールドには、それぞれのフレームタイプにおけるMACフレームの種類を識別する情報が格納される。To DSフィールドには、受信先がアクセスポイント(無線基地局)または無線端末のいずれであるかを識別する情報が格納される。From DSフィールドには、送信元がアクセスポイント(無線基地局)または無線端末のいずれであるかを識別する情報が格納される。
more fragmentフィールドは、Frame Body部におけるデータのペイロードがフラグメント化された場合、後続するフラグメントに係るフレームが存在するか否かを示す情報を格納する。protected frameフィールドは、MACフレームがプロテクト状態にあるか否かを示す情報を格納する。orderフィールドには、MACフレームが中継されるときに、MACフレームが転送される順序を変更してはならない旨を示す情報が格納される。
Duration/IDフィールドには、送信待機する期間(NAV:Network Allocation Vector)または、アクセスポイントに接続している無線端末に割り当てられた識別番号が格納される。Duration/IDフィールドの長さは16ビットである。最上位のビット(MSB:most significant bit)が0である場合には、残りの15ビットにDuration(NAV)が格納されている。最上位のビットが1である場合には、残りの15ビットにID(識別番号)が格納されている。
Address1フィールドには、MACフレームを直接受信する無線通信装置のMACアドレスが設定される。各無線通信装置は、Address1フィールドを参照して当該MACフレームが自身を宛先としているか否かを確認する。Address2フィールドには、MACフレームを直前に送信した無線通信装置のMACアドレスが設定される。Address3フィールドには、アップリンクの通信の場合には、最終的な宛先となる無線通信装置のMACアドレスが設定される。ダウンリンクの通信の場合では、送信元である無線通信装置のMACアドレスが設定される。
Sequence Controlフィールドには、送信されるデータのシーケンス番号や、データをフラグメント化した場合におけるフラグメント番号などが格納される。Address4フィールドには、アクセスポイント(無線基地局)から別のアクセスポイント(無線基地局)にMACフレームが送信される場合にのみ存在する。Address4フィールドには、送信元である無線通信装置のMACアドレスが設定される。
上述のように、MACフレームがデータフレームのうち、QoS Dataフレームであるのであれば、当該MACフレームはQoS Controlフィールドを含む。無線通信装置は、MACフレームのTypeフィールドを参照し、当該MACフレームがデータフレームであるかを確認する。当該MACフレームがデータフレームであれば、Subtypeフィールドに設定された値を確認することによって、当該MACフレームがQoS Dataフレームであるか、non-QoS Dataフレームであるかを判定することができる。
QoS Controlフィールドは、TIDフィールドや、Ack policyフィールドなどを含む。TIDフィールドには、データトラフィックの種類に応じて0~15の値が設定される。それぞれの無線通信装置は、TIDフィールドを参照することによって、データトラフィックの種別を判定することができる。Ack policyフィールドには、送達確認に用いられる方式が格納されている。それぞれの無線通信装置は、Ack policyフィールドを参照することによって、QoS DataフレームがNormal Ack policy、Block Ack policy、No Ack policyのいずれに設定されて送信されたのかを確認することができる。
例えば、QoS DataフレームがNormal Ack policyに設定されて送信されている場合、当該QoS Dataフレームを受信した無線通信装置は最優先で応答フレームを送信元の無線通信装置に送信する必要がある。
図6に示されたMACフレームや、MACヘッダの構成は一例にしか過ぎない。例えば、上述のQoS Controlフィールドは、IEEE802.11e規格ではじめて追加されたものである。したがって、新たに制定される規格においてMACヘッダへフィールドが追加されたり、用途が変更されたりする場合がある。
図7は、Triggerフレームのフォーマットの例を示している。Frame Controlフィールド、Duration/IDフィールド、Address1フィールド、Address2フィールドの内容と役割は図6のMACフレームの説明で述べた通りである。Triggerフレームの場合、Frame ControlフィールドのTypeサブフィールドには“01”、SubTypeサブフィールドには“0010”のビット列が設定される。
Address1フィールドには、アクセスポイントがUL OFDMAの送信を許可する無線端末のMACアドレスが設定される。ただし、Triggerフレームが複数のSTA Infoフィールドを含む場合、Address1フィールドにはブロードキャストMACアドレスが設定される。Address2フィールドには、送信元の無線通信装置に係る情報が格納される。アクセスポイントが送信元の無線通信装置である場合、当該アクセスポイントのMACアドレスが設定される。
Common Infoフィールドは、複数の無線端末がUL OFDMAを用いてフレームを送信するときに共通して使用される設定情報を格納する。Common InfoフィールドのUL Lengthサブフィールドには、例えば、各無線端末がUL OFDMAを用いて送信するフレームの時間長を設定することができる。フレームの時間長として、マイクロ秒単位の時間を設定してもよいし、16マイクロ秒単位の時間を設定してもよい。また、送信データのバイト数など、フレームの時間長の計算に使用する情報を設定してもよい。UL Lengthサブフィールドを用いることにより、各無線端末が送信するフレームの終端を揃えることができるようになる。
Common InfoフィールドのCommon PHY parameterサブフィールドには、複数の無線端末がUL OFDMAを用いてフレームを送信するときに共通して使用される物理層(Physical layer)のパラメータが格納される。物理層のパラメータの例としては、20MHz、40MHz、80MHzなどの周波数帯域幅(Width)、物理ペイロードのGuard Intervalの長さなどが挙げられる。
Common InfoフィールドのRequest Indicationサブフィールドには、図7のTriggerフレームを送信したアクセスポイントが、当該Triggerフレームを受信した無線端末に要求する動作の内容が格納される。無線端末に要求される動作の例としては、データの送信、AckやBlockAckなどの応答フレームの送信、無線端末に蓄積されている送信待ち状態のデータ量の報告などが挙げられる。Request Indicationサブフィールドを参照することにより、各無線端末はデータフレームをアクセスポイントへ送信してもよいか判断することができる。
STA Infoフィールドには、UL OFDMAを用いてフレームを送信する無線端末ごとの設定情報が格納される。したがって、Triggerフレームが複数の無線端末をTriggerする場合、Triggerされる無線端末の台数分のSTA Infoフィールドが用意される。図7のTriggerフレームの例では、Triggerされる無線端末がN台であるため、N個のSTA Infoフィールドが用意されている。
STA InfoフィールドのAIDサブフィールドにはAssociation ID(AID)が格納される。アクセスポイントは、接続要求をしてきた無線端末に接続許可を与える場合に、ネットワークでローカルに生成された識別子を当該無線端末に割り当てる。この識別子がAIDであり、一般に0以外の数字が使われる。
STA InfoフィールドのRU positionサブフィールドには該当する無線端末がデータ送信に使用することができるRUを特定するための情報が格納されている。例えば、RUの大きさ(幅)と配置(周波数)を特定するために、図8のテーブルに示された識別子(ID)を用いることができる。図8のテーブルでは、最も低い周波数に配置された幅が26-tone(26サブキャリア)のID=0のRUから、996-tone(966サブキャリア)を占有するID=67のRUまでが示されている。
なお、図8のテーブルにおいて、First Width、Second Width、Third Width、Fourth Widthの順に割り当てられる周波数帯域が高くなる。ここで、“Width”は幅20MHzの周波数帯域のことをいうものとする。ただし、これは一例であり、これと異なる値を用いることを妨げるものではない。Center80はCommon PHY parameterサブフィールドで設定される帯域幅が80MHzのときに限り使用されるRUである。Widthは無線LANのチャネルに相当するものであってもよい。
このように、無線端末は受信したTriggerフレームのRU positionサブフィールドを参照することによって、データ送信に使用することができるRUの大きさ(幅)と配置(周波数)を一意的に特定することができる。
STA InfoフィールドのSTA PHY parameterサブフィールドには、該当する無線端末がUL OFDMAを用いてフレームを送信する際に、物理層(Physical layer)で使用するパラメータが格納される。物理層で使用するパラメータの例としては、データ転送速度を示すMCS(Modulation and Code Scheme)やストリーム数(Nsts:number of space time streams)、使用する誤り訂正符号(例えば、LDPC)の種類、送信電力情報(Transmit Power Information)などが挙げられる。送信電力情報を設定することにより、アクセスポイントが複数の無線端末から送信される信号を受信するとき、各信号の電力をほぼ同程度の値に制御することができる。
図9は、BlockAckフレームのフォーマットの例を示している。Frame Controlフィールド、Duration/IDフィールド、Address1フィールド、Address2フィールドの内容と役割は図6のMACフレームの説明で述べた通りである。BlockAckフレームの場合、Frame ControlフィールドのTypeサブフィールドには“01”、SubTypeサブフィールドには“1001”のビット列が設定される。
Address1フィールドには、BlockAckフレームの宛先となる無線端末のMACアドレスが設定される。例えば、無線端末がアクセスポイントに対してBlockAckフレームを送信する場合、アクセスポイントのMACアドレスが設定される。Address2フィールドには、送信元の無線通信装置に係る情報が格納される。無線端末が送信元の無線通信装置である場合、当該無線端末のMACアドレスが設定される。
BA Controlフィールドは、少なくともCompressed Bitmapサブフィールドと、TID Infoサブフィールドとを含む。Compressed Bitmapサブフィールドには、後続のBA Bitmapサブフィールドの長さが短縮されているか否かの情報が格納される。TID Infoサブフィールドには、後続のBA BitmapサブフィールドのTraffic ID(TID)が格納される。したがって、BA BitmapサブフィールドにはTID Infoサブフィールドに格納されたTraffic IDに係るデータフレームの送達確認情報が格納される。
BA Informationフィールドには、SSN(Starting Sequence Number)サブフィールドと、BA Bitmapサブフィールドとが含まれている。SSNサブフィールドには、BA Bitmapサブフィールドの先頭の送達確認情報に対応するフレームのシーケンス番号が格納される。
BA Bitmapサブフィールドは、アクセスポイントが送信した各データフレームの送達確認情報が格納される。各データフレームはBA Bitmapサブフィールドの1ビットに対応する。例えば、無線端末があるデータフレームを正常に受信できた場合には、BA Bitmapサブフィールドの対応するビットには“1”が設定され、無線端末が当該データフレームを正常に受信できなかった場合には、BA Bitmapサブフィールドの対応するビットには“0”が設定される。
BA Bitmapサブフィールドの長さは64ビットとなっている。BA Bitmapサブフィールドの先頭のビットに対応するデータフレームのシーケンス番号はSSNサブフィールドに格納されている。先頭のビットから後方のビットに進むほど、ビットに対応するデータフレームのシーケンス番号が大きくなっていく。例えば、先頭のビットから3ビット後方にあるビットに対応するデータフレームのシーケンス番号は、SSNサブフィールドに格納されたシーケンス番号に3を加算した値となる。
SSNサブフィールドに格納されたシーケンス番号が100である場合、BA Bitmapサブフィールドには100~163のシーケンス番号に係るデータフレームの送達確認情報が格納される。
図10は、第1の実施形態に係るフレームのシーケンスの例を示している。図10では、アクセスポイントが20MHzの帯域幅を使ってDL OFDMAを送信するシーケンスを説明する。各無線端末に対して割り当てられるAssociation ID(AID)はひとつずつであるものとする。図10のシーケンス図では、横軸が時間を示している。一方、縦軸は周波数を示している。
まず、アクセスポイント11は同時に無線端末1~4宛にデータをDL OFDMAを使って送信する。HE-SIG-BのUser Specificフィールドを参照すると、アクセスポイント11が無線端末1、2、3、4にそれぞれAID=1、2、3、4を割り当てていることがわかる。具体的には、UF1-1およびUF1-5に同じAID=1が設定されている。UF1-2には、AID=2、UF1-3には、AID=3、UF1-4には、AID=4がそれぞれ設定されている。このように、異なるUserフィールドに同じAIDを設定し、複数のリソースユニットの宛先を同一の無線端末に設定してもよい。
DL OFDMAの物理ペイロードのRU(リソースユニット)にはそれぞれ物理ペイロードとしてFRAME#1~FRAME#5が格納されている。FRAME#1~FRAME#5には、それぞれ1以上のTriggerフレームと、1以上のデータフレームが含まれている。データフレームには、例えばMAC層など上位層からのデータが格納される。Triggerフレームには、無線端末1~4がUL OFDMAを用いて送信するときに使用する制御情報が含まれている。
図10のシーケンス図では、低い周波数領域から順に、無線端末1宛のFRAME#1(RU12)、無線端末2宛のFRAME#2(RU13)、無線端末3宛のFRAME#3(RU14)、無線端末4宛のFRAME#4(RU15)、無線端末1宛のFRAME#5(RU16)がアクセスポイント11によって送信されている。このうち、FRAME#1とFRAME#5を使って、無線端末1宛に同一内容のデータフレームが送信されている。これにより、異なる周波数帯域を使って、送信先の無線通信装置に同一のデータが送信されるため、データ通信の信頼性を高めることができる。
例えば、フェージング、ノイズ、干渉などの要因によっていずれかのRUを使ったデータフレームの送信が失敗したとしても、もう一方のRUによって同じ内容のデータフレームが送信されているため、送信先の無線通信装置へ確実にデータを送信することができる。図10の例では、2つのRUを使って無線端末1へ二重に同一のデータフレームを送信しているが、これより多い数のRUを使って無線端末1へ同一のデータフレームを送信してもよい。また、他の無線端末を宛先とするデータについても、複数のRU(リソースユニットの組み合わせ)を使って同一のデータフレームを送信してもよい。
すわなち、本実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイント)は、複数のリソースユニット(RU)の宛先を同一の無線端末に設定し、複数のリソースユニットを使って搬送されるデータの少なくとも一部を同一の内容に設定する。上述では、複数のリソースユニットを使って搬送されるデータのうち、少なくともMAC層のデータフレームを同一の内容に設定していたが、その他の種類のフレームを同一内容に設定してもよい。
アクセスポイント11からデータを受信した各無線端末は、正常にデータの受信を完了した場合には、DL OFDMAのフレームの終端からSIFSで規定された時間長の経過後に、UL OFDMAを用いてBlockAck(BA)フレームをアクセスポイント11宛に送信する。なお、BlockAckフレームは応答フレームの一例である。
図10の例では、少なくとも無線端末1宛のFRAME#1(RU12)、無線端末2宛のFRAME#2(RU13)、無線端末3宛のFRAME#3(RU14)、無線端末4宛のFRAME#4(RU15)が各無線端末によって正常に受信されている。
したがって、無線端末1はRU12を用いてFRAME#1にに対応するBlockAckフレームであるBA#1をアクセスポイント11に送信する。無線端末2はRU13を用いてFRAME#2に対応するBlockAckフレームであるBA#2をアクセスポイント11に送信する。同様に、無線端末3はRU14を用いてFRAME#3に対応するBlockAckフレームであるBA#3をアクセスポイント11に送信する。無線端末4はRU15を用いてFRAME#4に対応するBlockAckフレームであるBA#4をアクセスポイント11に送信する。図10に示されているように、BlockAckフレーム(応答フレーム)は対応するフレームが送信に使用しているRU(リソースユニット)と同一のRUを用いて送信されている。
これは、複数のリソースユニット(RU)を使って搬送されるデータに、宛先の無線端末がアクセスポイント(自装置)と通信するときに、同一のリソースユニットを使って返信することを求める情報が設定されているからである。宛先の無線端末がアクセスポイント(自装置)と通信するときに、同一のリソースユニットを使って返信することを求める情報は、例えばTriggerフレーム(図7)に設定することができる。具体的には、TriggerフレームのSTA Infoフィールドに含まれるRU Positionフィールドを使って、宛先の無線端末がデータ送信に使うリソースユニット(RU)を指定することができる。
アクセスポイント11が送信した物理フレームに係る信号の各無線端末までの伝搬路と、各無線端末が送信する応答フレームに係る信号のアクセスポイントまでの伝搬路は同様である。したがって、無線端末がアクセスポイント11宛の応答フレームを、アクセスポイント11が送信した物理フレームと同じリソースユニットを使って送信すれば、物理フレームと同等の通信品質が期待できる。したがって、無線端末がアクセスポイント11から送信された物理フレームの受信に成功した場合、アクセスポイント11が無線端末から送信された応答フレームを受信できる確率も高くなるといえる。
上述のように無線端末1には、同一内容のデータフレームを含むFRAME#1と、FRAME#5が送信されている。FRAME#1とFRAME#5の両方が正常できた場合、同一内容のデータフレームを含むいずれかのフレームについてのみ応答フレームを送信してもよい。また、正常に受信できたすべてのフレームについて応答フレームを送信してもよい。受信結果と応答フレームの送信有無に関する詳細は後述する。
次に、本実施形態に係る無線通信装置の処理について説明する。図11、図12は、第1の実施形態に係るアクセスポイントの処理を示すフローチャートである。以下では、図11、図12のフローチャートを参照しながら、処理を説明する。なお、図11、図12のフローチャートに係る処理の実行前にデータ送信に使われる周波数帯域の数(Widthの数)、周波数帯域の幅、それぞれの周波数帯域(Width)におけるRUアロケーションが決まっているものとする。Width(周波数帯域)の数、周波数帯域の幅、RUアロケーションの決め方については特に問わない。例えば、アクセスポイントがこれらの設定を決めてもよいし、アクセスポイントと無線端末との間のネゴシエーションでこれらの設定を決定してもよい。なお、以降のフローチャートの説明における制御部115は、本実施形態に係る無線通信装置の処理部の一例である。
最初に、アクセスポイントの制御部115は送信キューを確認し、いずれかの無線端末宛に送信すべきデータがあるか否かを確認する(ステップS101)。いずれかの無線端末宛に送信すべきデータがある場合、制御部115は送信キューの先頭にあるデータを取り出す。
次に、制御部115は前ステップ(ステップS101)で取り出したデータを複数のRU(リソースユニット)を使って送信するか否かを判定する(ステップS102)。データを複数のRUを使って送信するか否かを判断するのにあたって、各種の基準を用いることができる。例えば、フレーム解析部114を使って、MACヘッダに格納されたTID(Traffic ID)を取得し、制御部115はTIDが特定の値であるときに、データ(MACフレーム)を複数のRUを使って送信すると判定してもよい。
また、制御部115は、送信されるデータがリアルタイム性を要求されるものである場合に、データ(MACフレーム)を複数のRUを使って送信すると判定してもよい。さらに、アクセスポイントは無線LANに属する無線端末ごとに、データを複数のRUを使って送信する必要があるか否かの情報をテーブルで管理し、ステップS102では、当該テーブルの情報に基づいて判定を行ってもよい。このテーブルは、例えば、無線端末がアクセスポイントの提供する無線LANに参加するときに、データを複数のRUを使って送信するか否かの情報を収集することによって生成される。テーブルに、データ送信に使用するRUの数を保存してもよい。
データを複数のRUを使って送信する必要がある場合(ステップS102のYES)、データ送信に使用する複数のRUを選択する(ステップS103)。図10の例の場合、First Width(20MHz幅の周波数帯域)に含まれるRUから複数のRUを選択する。図10では、無線端末1宛のデータが複数のRUを使って送信される対象となっている。
ステップS103で選択されるRUの数は2つであってもよいし、3つ以上であってもよい。ステップS103では、データ送信用に選択されていないRUの中からRUの選択が行われる。RUの選択方法としては、低い周波数領域を優先する方法、高い周波数領域を優先する方法、ランダムな周波数領域を選択する方法があるが、いずれの方法を用いてもよい。また、同じデータの送信に使用されるRUに含まれるサブキャリアの数(tone数)は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
選択されるいずれかのRUによるデータ送信の成功確率を高めるためには、RUに対応するUserフィールド(UF)が同じCRCを共有しないよう、RUの選択を行うことが望ましい。図10の例の場合、無線端末1宛のデータ送信に使用されるRU12と対応するのは、UF1-1である。UF1-1と共通のCRCを使うのは、UF1-2であるものとする。CRCを含むフィールドを第2フィールドとよぶと、UF1-1とUF1-2は第2フィールドを共有しているといえる。したがって、無線端末1宛のデータ送信に使用するもう一方のRUとして、UF1-2に対応するRU13を使用することを避けるのが好ましい。図10の例では、無線端末1宛のデータ送信に使用するもう一方のRUとして、別のCRCを使うUF1-5に対応するRU16が選択されている。このような処理を行うことにより、第2フィールドを共有しない第1フィールド(Userフィールド)に対応付けられたリソースユニットを使って複数のリソースユニットの宛先を指定することができる。
なお、上述の例では、第2フィールドはCRCを含むフィールドであった。ただし、第2フィールドに含まれる誤り検出符号の種類はCRCに限られない。また、第2フィールドに誤り訂正符号が設定されていてもよい。誤り訂正符号の種類についても特に問わない。
次に、選択された各RUについて、対応するTriggerフレームを生成する(ステップS104)。生成されるTriggerフレームは、無線端末がUL OFDMAを使ってBlockAckフレームを送信する際に用いられる制御情報が含まれる。図10の例では、無線端末1宛の第1のTriggerフレーム(TRIGGER#1)と、第2のTriggerフレーム(TRIGGER#2)が生成される。第1のTriggerフレームでは、図8のテーブルに基づき、RU Positionフィールドの値として“37”が設定される。また、AIDフィールドには、値として“1”が設定される。第2のTriggerフレームでは、図8のテーブルに基づき、RU Positionフィールドの値として“40”が設定される。また、AIDフィールドには、値として第1のTriggerフレームと同様に“1”が設定される。
すなわち、ステップS104で生成されるTriggerフレームは、無線端末がRUを使って送信されたデータを受信したら、当該データの応答フレームとして、同じRUを使ってBlockAckフレームを送信するように設定されている。なお、データフレームで送信されるデータが同一であっても、異なるRUが使用される場合には、それぞれのRUについてTriggerフレームを生成する必要がある。
データを複数のRUを使って送信する必要がない場合(ステップS102のNO)、データ送信に使用するRUをひとつ選択する(ステップS105)。図10の例の場合、First Width(20MHz幅の周波数帯域)に含まれるRUからいずれかのRUを選択する。図10の例では、無線端末2~4宛のデータがひとつのRUを使って送信される対象となっている。ステップS105では、データ送信用に選択されていないRUの中からRUの選択が行われる。RUの選択方法としては、低い周波数領域を優先する方法、高い周波数領域を優先する方法、ランダムな周波数領域を選択する方法があるが、いずれの方法を用いてもよい。
そして、選択されたRUについて、対応するTriggerフレームを生成する(ステップS106)。生成されるTriggerフレームは、無線端末がUL OFDMAを使ってBlockAckフレームを送信する際に用いられる制御情報が含まれる。ステップS106で生成されるTriggerフレームも、無線端末がRUを使って送信されたデータを受信したら、当該データの応答フレームとして、同じRUを使ってBlockAckフレームを送信するように設定されている。
図10の例において、無線端末2宛のTriggerフレームでは、図8のテーブルに基づき、RU Positionフィールドの値として“38”が設定される。また、AIDフィールドには、値として“2”が設定される。
ステップS104またはステップS106の処理が実行されたら、制御部115は、データ送信に使用可能なRUが残っているか否かを確認する(ステップS107)。データ送信に使用可能なRUの数は、データ送信に使われる周波数帯域の数(Widthの数)と、それぞれの周波数帯域(Width)におけるRUアロケーションに依存する。
データ送信に使用可能なRUが残っている場合(ステップS107のYES)、ステップS101の処理に戻り、制御部115は送信キューにいずれかの無線端末宛のデータがあるか否かを確認する。データ送信に使用可能なRUが残っていない場合(ステップS107のNO)、制御部115は物理ヘッダ内のフィールドの内容と設定値(物理パラメータ)を決定する(ステップS108)。制御部115は、必要に応じて、決定した物理パラメータの情報を変調回路122に転送してもよい。
物理ヘッダ内の物理パラメータの例としては、HE-SIG-Aで設定されるHE-SIG-BのMCS(Modulation and Scheme)の値、HE-SIG-BのCommonフィールドに設定されるRUアロケーションを示す値(TYPE)、HE-SIG-BのUserフィールドに設定されるAssociation ID(AID)の値、HE-SIG-BのUserフィールドに設定されるMCSの値、User Specificフィールドにおける各Userフィールドの順番などが挙げられる。
図10の例の場合、図2のテーブルに基づき、CommonフィールドにRUアロケーションとしてTYPE=15を設定する。図10の例では、First Widthしか使われていないため、Commonフィールドはひとつである。HE-SIG-BのUserフィールドには、各無線端末に対応するAIDが設定される。HE-SIG-BのUserフィールドには、MCSとして例えば“7”を設定することができる。HE-SIG-BのUserフィールドには、各RUの送信で使われるMCSが設定されるため、RUごとに異なるMCSを設定することが可能である。
MCSを決定するときの制約条件として、OFDMAに係るフレームの送信時間(例えば、L-SIGの終端からHE-Dataの終端までの時間)が5.4ミリ秒以内となることが挙げられる。MCSとして0以上の整数値を設定することができる。MCS=0の場合、伝送速度は6.5Mbpsとなる。MCS=5の場合、伝送速度は52Mbpsとなる。MCSの値を大きくするほど伝送速度が高くなる一方、無線端末がHE-SIG-Bを正常に受信できる確率は低下する。
あるMCSの値を使ったときに、充分な通信品質を確保できることがわかっている場合、物理ヘッダのHE-SIG-Bの送信に使われるMCSと、物理ペイロードのRUの送信に使われるMCSを近い値に設定することができる。通信品質を判定する基準としては各種の指標を用いることができるが、一例としてデータを正常に受信できる確率を使うことができる。例えば、HE-SIG-Bの送信に使われるMCSと、RUの送信に使われるMCSをいずれも“1”に設定してもよい。また、HE-SIG-Bの送信に使われるMCSを“5”に設定し、RUの送信に使われるMCSを“7”に設定してもよい。
次に、送信フレーム生成部113は、各RUに送信されるTriggerフレームとデータフレームが含まれるDL OFDMAを構成する。そして、制御部115は当該DL OFDMAを送信する(ステップS109)。すなわち、構成されたDL OFDMAは送信部120を介して、送信用のアンテナ125から送信される。このとき、変調回路122は、指定された物理パラメータに基づき、DL OFDMAに係る信号を変調する。
その後、制御部115はDL OFDMAの送信完了後、SIFSを経過したか否かを判定する(ステップS110)。DL OFDMAの送信完了後、SIFSを経過していない場合(ステップS110のNO)、制御部115は再び時刻を確認する。DL OFDMAの送信完了後、SIFSを経過した場合(ステップS110のYES)、無線端末から送信されたUL OFDMAを受信したか否かを確認する(ステップS111)。
無線端末から送信されたUL OFDMAを受信できずにタイムアウトとなった場合(ステップS111のNO)、ステップS109のUL OFDMAで送信されたすべてのデータを再送信の対象とする(ステップS112)。制御部115は、再送信の対象となったデータを送信キューに追加してもよい。ステップS112の処理が実行されたら、図11、図12のフローチャートの処理は終了する。なお、SIFS経過後のタイムアウト時間の例としては、40usがあるが、これとは異なる値を使ってもよい。
無線端末1~4から送信されたUL OFDMAが検出されたら(ステップS111のYES)、フレーム解析部114は、複数のRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からUL OFDMAで少なくともひとつのBlockAck(BA)フレームを受信できたか否かを確認する(ステップS113)。具体的には、BlockAckフレームのBA Bitmapサブフィールドの該当するシーケンス番号に対応するビットの値が“1”に設定されていたら、無線端末がデータフレームを受信できたことを確かめることができる。
複数のRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からUL OFDMAでひとつのBlockAck(BA)フレームも受信できない場合(ステップS113のNO)、該当するRUで送信されたデータを再送信の対象とする(ステップS114)。このとき、制御部115は、再送信の対象となったデータを送信キューに追加してもよい。なお、BlockAckフレームの受信ができても、BA Bitmapサブフィールドの該当するシーケンス番号に対応するビットの値が“0”に設定されている場合、無線端末はデータの受信に失敗しているため、データの再送が必要となる。したがって、この場合にもステップS114の処理が実行される。
複数のRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からUL OFDMAで少なくともひとつのBlockAck(BA)フレームを受信した場合(ステップS113のYES)、またはステップS114の実行が完了した場合、ひとつのRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からBlockAckフレームを受信できた否かを確認する(ステップS115)。ひとつのRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からBlockAckフレームを受信できない場合(ステップS115のNO)、該当するRUで送信されたデータを再送信の対象とする(ステップS116)。このとき、制御部115は、再送信の対象となったデータを送信キューに追加してもよい。BlockAckフレームの受信ができても、BA Bitmapサブフィールドの該当するシーケンス番号に対応するビットの値が“0”に設定されている場合、無線端末はデータの受信に失敗しているため、データの再送が必要となる。したがって、この場合にもステップS116の処理が実行される。
ひとつのRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からBlockAckフレームを受信できた場合(ステップS115のYES)、図11、図12のフローチャートの処理は終了する。
(無線端末の構成例)
図13は、第1の実施形態に係る無線端末の構成例を示したブロック図である。以下では、図13を参照しながら本実施形態に係る無線通信装置を説明する。図13は、図1の無線端末1~4に係る構成の一例を示している。
図13の無線通信装置200は、IEEE802.11シリーズまたはその後継規格などの無線LANに準拠した通信を行う無線通信装置である。IEEE802.11シリーズの規格の例としては、IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac、IEEE802.11axなどが挙げられる。無線LANは無線通信装置100が使用する通信規格の一例であり、その他の通信規格を用いることを妨げない。
無線通信装置200は、ホストインタフェース201と、MAC層処理部210と、送信部220と、受信部230とを備えている。MAC層処理部210は内部の構成要素として、応答フレーム生成部211と、RU割り当て部212と、時刻計測部213と、フレーム解析部214と、制御部215とを備えている。送信部220は内部の構成要素として、符号化回路221と、変調回路222と、D/Aコンバータ223と、送信アンプ224と、アンテナ225とを備えている。受信部230は、アンテナ231と、低雑音増幅器232と、A/Dコンバータ233と、復調回路234と、復号回路235とを備えている。
このうち、ホストインタフェース201、送信部220、受信部230の機能と構成は無線通信装置100のホストインタフェース101、送信部120、受信部130と同様である。MAC層処理部210の内部の構成要素のうち、RU割り当て部212、フレーム解析部214、制御部215の機能と構成は、無線通信装置100のRU割り当て部112、フレーム解析部114、制御部115と同様である。以下では、無線通信装置100との差異点を中心に各構成要素について述べる。
応答フレーム生成部211は、自装置(無線通信装置200)宛のデータフレームを正常に受信できた場合に、応答フレーム(例えば、BlockAckフレーム)を生成する。RU割り当て部212は、無線通信装置200が応答フレームをUL OFDMAによって送信するときに、応答フレームの送信に使うRUを特定する。時刻計測部213は、時刻の計測処理を実行する。これによって、無線通信装置200が受信したMACフレームに対応する応答フレームを送信するときに、当該MACフレームの受信完了後から応答フレームの送信開始までの間の期間がSIFSと等しくなるようにすることができる。
無線通信装置200(無線端末)の動作の概要は下記のようになる。
最初に、アクセスポイント11が周波数帯域を分割したリソースユニットを使って第1データを搬送する第1物理ペイロードと、周波数帯域を使って搬送される第1物理ヘッダとを含む、第1物理フレームを送信したものとする。無線通信装置200(無線端末)は、第1物理フレームを受信する。このとき、受信部230は、第1物理ヘッダに含まれ、いずれかのリソースユニットの宛先を指定する、第1フィールドを検出する。そして、受信部230はリソースユニットの宛先として自装置を指定する第1フィールドを複数検出された場合には、複数の第1フィールドに対応するリソースユニットのうち、少なくともいずれかのリソースユニットを復調し、第1データを抽出する。その後、MAC層処理部210(処理部)は、受信部230が抽出した第1データに含まれるMACフレームの種類を判定する。
無線通信装置200(無線端末)の送信部220は第1物理ヘッダと同様の形式の第2物理フレームを送信する。第2物理フレームは、周波数帯域を使って搬送される第2物理ヘッダと、周波数帯域を分割したリソースユニットを含み、リソースユニットを使って第2データを搬送する第2物理ペイロードとを含む。
MAC層処理部210(処理部)によって、MACフレームの種類がデータフレームであると判定された場合には、応答フレームを生成する。送信部220は受信部230が第1データを抽出した少なくともいずれかのリソースユニットを使い、第1物理フレームの送信元(アクセスポイント11)宛に、第2データとして第2物理ペイロードに応答フレームが含まれる、第2物理フレームを送信する。
次に、無線端末1~4によって実行される処理について説明する。図14、図15は、第1の実施形態に係る無線端末の処理を示すフローチャートである。図14、図15のフローチャートは、無線端末がDL MUフレームを受信したときに実行される処理を示している。以下では、図14、図15を参照しながら、処理を説明する。
最初に、無線端末は受信した物理フレームがDL MU(Downlink Multi-User)フレームであるか否かを確認する(ステップS120)。制御部215は、復調回路234で取得した物理ヘッダのL-SIGフィールドとHE-SIG-Aフィールドを参照し、受信した物理フレームがDL MUフレームであるか否かを判定することができる。
受信した物理フレームがDL MUフレームでない場合(ステップS120のNO)、図14、図15の処理は終了する。
受信した物理フレームがDL MUフレームである場合(ステップS120のYES)、物理ヘッダを参照し、RUアロケーション情報を取得する(ステップS121)。具体的には、制御部215は物理ヘッダのHE-SIG-BにあるCommonフィールドを参照することによって、RUアロケーション情報を取得することができる。これによって、物理ペイロードにおけるRU(リソースユニット)の幅やパターンに関する情報を得ることができる。参照すべきCommonフィールドの数は、使われているWidth(周波数帯域)の数に依存する。したがって、複数のWidthが物理フレームで使われている場合には、それぞれのWidthに対応するCommonフィールドを参照し、それぞれのWidthにおけるRUアロケーション情報を取得する。
次に、物理ヘッダを参照し、各Userフィールド(UF)に格納されたAID(Association ID)の一覧を取得する(ステップS122)。HE-SIG-Aに格納されたHE-SIG-Bの長さに関する情報により、User Specificフィールドの末端を特定することができる。そして、制御部215はAIDの一覧を参照し、自装置のAIDがあるか否かを確認する(ステップS123)。参照したAIDが自装置のAIDである場合(ステップS123のYES)、当該AIDが取得されたUserフィールドの内容と、当該UserフィールドのUser Specificフィールドにおける順序を記憶する(ステップS124)。
例えば、図10における無線端末1(AID=1)の場合、UF1-1、UF1-5の内容と、時系列で1番目(UF1-1)、時系列で5番目(UF1-5)の順位が記憶される。
参照したAIDが自装置のAIDでない場合(ステップS123のNO)、または、ステップS124の処理が実行された場合、または、CRCで誤りが検出され正常にAIDを取得できなかった場合、制御部215はAIDの一覧の最後まで参照されたか否かを確認する(ステップS125)。AIDの一覧の最後まで参照していない場合(ステップS125のNO)、一覧の次のAIDを参照し、自装置のAIDと一致するか否かを確認する(ステップS123)。AIDの一覧の最後まで参照済みである場合(ステップS125のYES)、制御部215は一覧の中から自装置のAIDが見つかったか否かを確認する(ステップS126)。
一覧の中から自装置のAIDが見つからない場合(ステップS126のNO)、図14、図15の処理は終了する。
一覧の中から自装置のAIDが見つかった場合(ステップS126のYES)、制御部215は自装置のAIDを含むUserフィールドが複数あるか否かを確認する(ステップS127)。
自装置のAIDを含むUserフィールドが複数ある場合(ステップS127のYES)、自装置のAIDを含むUserフィールドのいずれかを選択する(ステップS128)。そして、ステップS128で選択したUserフィールドに対応するRU(リソースユニット)を求める(ステップS129)。UserフィールドとRUとの対応関係は、上述の図5に係る説明で述べた通りである。そして、復調回路234は該当するRUのサブキャリア(周波数帯域)について、物理ペイロードを復調する(ステップS130)。
例えば、図10における無線端末1の場合、UF1-1、UF1-5のいずれかが選択される。そして、物理ペイロードのRU12またはRU16のいずれかが復調対象となる。
自装置のAIDを含むUserフィールドが複数なく、ひとつだけある場合(ステップS127のNO)、自装置のAIDを含むUserフィールドに対応するRU(リソースフィールド)を求める(ステップS131)。UserフィールドとRUとの対応関係は、上述の図5に係る説明で述べた通りである。そして、復調回路234は該当するRUのサブキャリア(周波数帯域)について、物理ペイロードを復調する(ステップS132)。
例えば、図10における無線端末2の場合、UF1-2が選択され、対応する物理ペイロードのRU13が復調対象となる。無線端末3の場合、UF1-3が選択され、対応する物理ペイロードのRU14が復調対象となる。無線端末4の場合、UF1-4が選択され、対応する物理ペイロードのRU15が復調対象となる。
ステップS130またはステップS132の処理が実行されたら、Triggerフレームで指定されたRU(リソースユニット)を使ってBlockAckフレームを送信する(ステップS133)。具体的には、受信部230で復調された物理ペイロードからMACフレームが取り出される。そして、当該MACフレームはMAC層処理部210に転送され、当該MACフレームのうち、データフレームの部分と、Triggerフレームの部分を分離する。そして、Triggerフレームから、BlockAckフレーム(応答フレーム)の送信に使用される制御情報(例えば、STA InfoやCommon Infoフィールド)を抽出する。以上で図14、図15に係る処理は終了する。
図10の例では、無線端末1に複数のRUを使って同一内容のMACフレームが送信されている。無線端末1がアクセスポイント11の無線LANに参加(Association)するときに、アクセスポイント11から無線端末1宛に複数のRUを使って同一内容のデータが送信されることを通知してもよい。これによって、無線端末1が複数のRUを使って送信された信号を検出し、物理ヘッダの復調処理を正しく実行することができる。
また、図14、図15の処理では、無線端末が複数のRUを使って送信された信号を受信した場合、いずれかのRUを選択して復調を行っていた。RUはランダムに選択されてもよいし、通信履歴に基づき、データの受信に成功する確率が高いRUを優先的に選択してもよく、選択方法については特に問わない。なお、無線端末が複数のRUを使って送信された信号を受信した場合、RUの選択を行わずに、当該無線端末に係るAIDを有するUserフィールドに対応するすべてのRUを復調してもよい。この場合、当該無線端末に係るAIDを有するUserフィールドに対応するすべてのRUを使って応答フレームの送信を行ってもよいし、一部のRUのみを使って応答フレームの送信を行ってもよい。
図14、図15の処理ではUser Specificフィールドに含まれるすべてのUserフィールドが探索されていた。ただし、必ずUser Specificフィールドに含まれるすべてのUserフィールドを探索しなくてもよい。例えば、無線端末は自装置のAIDを含むUserフィールドを検出したら、Userフィールドの探索を打ち切ってもよい。また、HE-SIG-Bの終端までUserフィールドの探索を行っても、保持するUserフィールドに係るデータを1件に限定してもよい。この場合、無線端末は自装置のAIDを含むUserフィールドを複数検出したら、後に検出されたUserフィールドに係るデータで、以前に検出されたUserフィールドに係るデータを上書きする。また、以前に検出されたUserフィールドに係るデータを保持し、後に検出されたUserフィールドに係るデータを破棄してもよい。これにより、Userフィールドに係るデータの保持に必要なメモリ領域の大きさを抑えることができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態に係るアクセスポイントは、ひとつのWidth(周波数帯域:First Width)に含まれるサブキャリアの集合(RU)を使って無線通信を行っていた。ただし、これより広い周波数帯域に含まれるRUを使って無線通信を行ってもよい。第2の実施形態ではふたつのWidthに含まれるRUを使って無線通信を行う場合について述べる。
第2の実施形態に係る無線通信システム(アクセスポイントおよび無線端末)の機能と構成は第1の実施形態に係る無線通信システムと同様である。以下では、通信処理における第1の実施形態に係る無線通信システムとの差異点を中心に、第2の実施形態に係る無線通信システムを説明する。
図16は、第2の実施形態に係るフレームのシーケンスの例を示している。第2の実施形態では、無線通信にFirst Widthと、Second WidthのふたつのWidthが使われる。ひとつのWidthの周波数帯域幅が20MHzであると仮定する。したがって、図16のシーケンスでは、アクセスポイントが40MHzの周波数帯域幅を使ってDL OFDMAを送信する。第2の実施形態でも各無線端末に対して割り当てられるAssociation ID(AID)はひとつずつであるものとする。
図16のシーケンスでは、横軸が時間を示している。一方、縦軸は周波数を示している。図16のシーケンスでは、アクセスポイント11が無線端末1~4宛にDL OFDMAを送信している。図16のシーケンスではFirst WidthとSecond Widthのそれぞれを使って別々の物理ヘッダを送信している。すなわち、無線通信装置の送信部は複数の周波数帯域を使って物理フレームを送信することができる。さらに無線通信装置の処理部は、物理フレームが搬送される周波数帯域ごとに物理ヘッダを設定することができる。なお、First WidthとSecond Widthでは、それぞれ同じLegacy PHY HEADERと、同じHE-SIG-Aを送信している。
したがって、First WidthとSecond Widthでは異なるHE-SIG-Bが送信されている。First Widthで送信されているHE-SIG-Bには、First Widthに含まれるRUに関する情報が設定されている。一方、Second Widthで送信されているHE-SIG-Bには、Second Widthに含まれるRUに関する情報が設定されている。
HE-SIG-BとRUは同じ周波数帯域を使って送信されるため、無線端末がいずれかのWidthのHE-SIG-Bに含まれるUserフィールドを正常に受信できた場合、当該Userフィールドに対応するRUを使って送信されているMACフレームも正常に受信できる確率が高くなる。
まず、アクセスポイント11は同時に無線端末1~4宛にデータをDL OFDMAを使って送信する。HE-SIG-BのUser Specificフィールドを参照すると、アクセスポイント11が無線端末1、2、3、4にそれぞれAID=1、2、3、4を割り当てていることがわかる。
First Widthで送信されるDL OFDMAの物理ペイロードのRU(リソースユニット)には物理ペイロードとしてそれぞれFRAME#1~FRAME#4が格納されている。一方、Second Widthで送信されるDL OFDMAの物理ペイロードのRU(リソースユニット)には物理ペイロードとしてそれぞれFRAME#5、FRAME#7、FRAME#8が格納されている。FRAME#1~FRAME#5、FRAME#7、FRAME#8には、それぞれ1以上のTriggerフレームと、1以上のデータフレームが含まれている。データフレームには、例えばMAC層など上位層からのデータが格納される。Triggerフレームには、無線端末1~4がUL OFDMAを用いて送信するときに使用する制御情報が含まれている。
図16のシーケンス図では、低い周波数領域から順に、無線端末1宛のRU21(FRAME#1)、無線端末2宛のRU22(FRAME#2)、無線端末3宛のRU23(FRAME#3)、無線端末4宛のRU24(FRAME#4)、無線端末3宛のRU25(FRAME#7)、無線端末4宛のRU26(FRAME#8)、無線端末1宛のRU28(FRAME#5)がアクセスポイント11によって送信されている。FRAME#8とFRAME#5の間には、未使用のRU27がある。
このうち、RU21とRU28を使って、無線端末1宛に同一内容のデータフレームが送信されている。同様に、RU23とRU25を使って、無線端末3宛に同一内容のデータフレームが送信されている。さらにRU24とRU26を使って、無線端末4宛に同一内容のデータフレームが送信されている。無線端末1、3、4には、ふたつのRUをを使って、同一内容のデータフレームが送信されている。
上述の複数のRUのうち、RU21、RU23、RU24はFirst Widthに含まれている。一方、上述の複数のRUのうち、RU28、RU25、RU26はSecond Widthに含まれている。したがって、第2の実施形態では異なるWidth(周波数帯域)に属するRUを使って送信先の無線通信装置(無線端末)に同一内容のデータフレームが送信されている。すなわち、複数の前記リソースユニットは、異なる前記周波数帯域に属する前記リソースユニットを含んでいてもよい。複数のリソースユニット(リソースユニットの組み合わせ)によって搬送されるデータのすべてが必ず同一である必要でなく、少なくとも一部が同一の内容に設定されていればよい。
第2の実施形態では、第1の実施形態と比べて周波数が大きく離れたRUを選択しやすくなるため、データ通信の信頼性を一層高めることができる。フェージング、ノイズ、干渉などの要因によっていずれかのRUを使ったデータフレームの送信が失敗したとしても、周波数が離れたもう一方のRUによって同じ内容のデータフレームが送信されているため、送信先の無線通信装置へ確実にデータを送信することができる。
図16の例では、2つのRUを使って無線端末へ二重に同一のデータフレームを送信しているが、これより多い数のRUを使って無線端末へ同一のデータフレームを送信してもよい。また、他の無線端末を宛先とするデータについても、複数のRUを使って同一のデータフレームを送信してもよい。
アクセスポイント11からデータを受信した各無線端末は、正常にデータの受信を完了した場合には、DL OFDMAのフレームの終端からSIFSで規定された時間長の経過後に、UL OFDMAを用いてBlockAck(BA)フレームをアクセスポイント11宛に送信する。なお、BlockAckフレームは応答フレームの一例である。
図16の例では、少なくとも無線端末1宛のFRAME#5(RU28)、無線端末2宛のFRAME#2(RU22)、無線端末3宛のFRAME#3(RU23)、無線端末4宛のFRAME#4(RU24)が各無線端末によって正常に受信されている。
したがって、無線端末1はRU28を使ってFRAME#5に対応するBlockAckフレームであるBA#1をアクセスポイント11に送信する。無線端末2はRU22を使ってFRAME#2に対応するBlockAckフレームであるBA#2をアクセスポイント11に送信する。無線端末3はRU23を使ってFRAME#3に対応するBlockAckフレームであるBA#3をアクセスポイント11に送信する。無線端末4はRU24を使ってFRAME#4に対応するBlockAckフレームであるBA#4をアクセスポイント11に送信する。BlockAckフレーム(応答フレーム)は対応するフレームが送信に使用しているRU(リソースユニット)と同一のRUを使って送信されている。
次に、第2の実施形態に係るアクセスポイントの処理について説明する。図17、図18は第2の実施形態に係るアクセスポイントによって実行される処理を示すフローチャートである。なお、図17、図18のフローチャートに係る処理の実行前にデータ送信に使われる周波数帯域の数(Widthの数)、周波数帯域の幅、それぞれの周波数帯域(Width)におけるRUアロケーションが決まっているものとする。Width(周波数帯域)の数、周波数帯域の幅、RUアロケーションの決め方については特に問わない。例えば、アクセスポイントがこれらの設定を決めてもよいし、アクセスポイントと無線端末との間のネゴシエーションでこれらの設定を決定してもよい。
最初に、アクセスポイントの制御部115は送信キューを確認し、いずれかの無線端末宛に送信すべきデータがあるか否かを確認する(ステップS201)。次に、制御部115は前ステップ(ステップS201)で取り出したデータを複数のRU(リソースユニット)を使って送信するか否かを判定する(ステップS202)。
データを複数のRUを使って送信する必要がある場合(ステップS202のYES)、データ送信に使用する複数のRUを、各RUが異なる周波数の範囲(Width)に含まれるように選択する(ステップS203)。図16の例の場合、無線端末1、3、4宛に送信されるデータが複数のRUを使って送信される対象となっている。データ送信に使われるRUはFirst Widthと、Second Widthからひとつずつ選択されている。
第1の実施形態と同様、選択されるRUの数は特に限定しない。また、同じデータの送信に使用されるRUのサブキャリアの数(tone数)は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
次に、選択された各RUについて、対応するTriggerフレームを生成する(ステップS204)。生成されるTriggerフレームは、無線端末がUL OFDMAを使ってBlockAckフレームを送信する際に用いられる制御情報が含まれる。
図16の例では、無線端末1宛の第1のTriggerフレームと、第2のTriggerフレームが生成される。第1のTriggerフレームでは、図8のテーブルに基づき、RU Positionフィールドの値として“53”が設定される。また、AIDフィールドには、値として“1”が設定される。第2のTriggerフレームでは、図8のテーブルに基づき、RU Positionフィールドの値として“56”が設定される。また、AIDフィールドには、値として第1のTriggerフレームと同様に“1”が設定される。
ステップS204で生成されるTriggerフレームは、無線端末がRUを使って送信されたデータを受信したら、当該データの応答フレームとして、同じRUを使ってBlockAckフレームを送信するように設定されている。
データを複数のRUを使って送信する必要がない場合(ステップS202のNO)、データ送信に使用するRUをひとつ選択する(ステップS205)。図16の例の場合、First WidthおよびSecond Width(40MHz幅の周波数帯域)に含まれるRUからいずれかのRUを選択する。図10の例では、無線端末2宛のデータがひとつのRUを使って送信される対象となっている。
そして、選択されたRUについて、対応するTriggerフレームを生成する(ステップS206)。生成されるTriggerフレームは、無線端末がUL OFDMAを使ってBlockAckフレームを送信する際に用いられる制御情報が含まれる。ステップS206で生成されるTriggerフレームも、無線端末がRUを使って送信されたデータを受信したら、当該データの応答フレームとして、同じRUを使ってBlockAckフレームを送信するように設定されている。
ステップS204またはステップS206の処理が実行されたら、制御部115は、データ送信に使用可能なRUが残っているか否かを確認する(ステップS207)。データ送信に使用可能なRUの数は、データ送信に使われる周波数帯域の数(Widthの数)と、それぞれの周波数帯域(Width)におけるRUアロケーションに依存する。
データ送信に使用可能なRUが残っている場合(ステップS207のYES)、ステップS101の処理に戻り、制御部115は送信キューにいずれかの無線端末宛のデータがあるか否かを確認する。データ送信に使用可能なRUが残っていない場合(ステップS207のNO)、制御部115は物理ヘッダ内のフィールドの内容と設定値(物理パラメータ)を決定する(ステップS208)。物理パラメータの例としてはHE-SIG-AやHE-SIG-Bに設定されるパラメータが挙げられる。
図16の例の場合、図2のテーブルに基づき、First WidthのCommonフィールドにRUアロケーションとしてTYPE=20を設定する。Second WidthのCommonフィールドにRUアロケーションとしてTYPE=16を設定する。First WidthのUserフィールドでは、時系列の順でUF1-1(AID=1)、UF1-2(AID=2)、UF1-3(AID=3)、UF1-4(AID=4)が送信されている。Second WidthのUserフィールドでは、時系列の順でUF2-1(AID=3)、UF2-2(AID=3)、UF2-3(AID=2046)、UF2-4(AID=1)が送信されている。
なお、UF2-3のAID=2046は使われていないRUを示している。UserフィールドにAID=2046が設定された場合、当該Userフィールドに対応するRUはデータ送信に使用されない。
次に、送信フレーム生成部113は、各RUに送信されるTriggerフレームとデータフレームが含まれるDL OFDMAを構成する。そして、制御部115は当該DL OFDMAを送信する(ステップS209)。すなわち、構成されたDL OFDMAは送信部120を介して、送信用のアンテナ125から送信される。このとき、変調回路122は、指定された物理パラメータに基づき、DL OFDMAに係る信号を変調する。
その後、制御部115はDL OFDMAの送信完了後、SIFSを経過したか否かを判定する(ステップS210)。DL OFDMAの送信完了後、SIFSを経過していない場合(ステップS210のNO)、制御部115は再び時刻を確認する。DL OFDMAの送信完了後、SIFSを経過した場合(ステップS210のYES)、無線端末から送信されたUL OFDMAを受信したか否かを確認する(ステップS211)。
無線端末から送信されたUL OFDMAを受信できずにタイムアウトとなった場合(ステップS211のNO)、ステップS209のUL OFDMAで送信されたすべてのデータを再送信の対象とする(ステップS212)。制御部115は、再送信の対象となったデータを送信キューに追加してもよい。ステップS212の処理が実行されたら、図17、図18のフローチャートの処理は終了する。
無線端末1~4から送信されたUL OFDMAが検出されたら(ステップS211のYES)、フレーム解析部114は、複数のRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からUL OFDMAで少なくともひとつのBlockAck(BA)フレームを受信できたか否かを確認する(ステップS213)。
複数のRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からUL OFDMAでひとつのBlockAck(BA)フレームも受信できない場合(ステップS213のNO)、該当するRUで送信されたデータを再送信の対象とする(ステップS214)。このとき、制御部115は、再送信の対象となったデータを送信キューに追加してもよい。なお、BlockAckフレームの受信ができても、BA Bitmapサブフィールドの該当するシーケンス番号に対応するビットの値が“0”に設定されている場合、無線端末はデータの受信に失敗しているため、データの再送が必要となる。したがって、この場合にもステップS214の処理が実行される。
複数のRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からUL OFDMAで少なくともひとつのBlockAck(BA)フレームを受信できた場合(ステップS213のYES)、またはステップS214の実行が完了した場合、ひとつのRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からBlockAckフレームを受信できた否かを確認する(ステップS215)。ひとつのRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からBlockAckフレームを受信できない場合(ステップS215のNO)、該当するRUで送信されたデータを再送信の対象とする(ステップS216)。このとき、制御部115は、再送信の対象となったデータを送信キューに追加してもよい。BlockAckフレームの受信ができても、BA Bitmapサブフィールドの該当するシーケンス番号に対応するビットの値が“0”に設定されている場合、無線端末はデータの受信に失敗しているため、データの再送が必要となる。したがって、この場合にもステップS216の処理が実行される。
ひとつのRUを使ってデータを送信した宛先の無線端末からBlockAckフレームを受信できた場合(ステップS115のYES)、図17、図18のフローチャートの処理は終了する。
次に、第2の実施形態に係る無線端末の処理について説明する。図19、図20は第2の実施形態に係る無線端末によって実行される処理を示すフローチャートである。以下では、図19、図20を参照しながら、処理を説明する。
最初に、無線端末は受信した物理フレームがDL MU(Downlink Multi-User)フレームであるか否かを確認する(ステップS220)。図16の例の場合、制御部215は、復調回路234で取得した物理ヘッダのL-SIGフィールドとHE-SIG-Aフィールドを参照し、受信した物理フレームがDL MUフレームであり、合計の周波数帯域幅が40MHzであることを検出することができる。制御部215は、合計の周波数帯域幅が40MHzであることから、First WidthとSecond WidthのそれぞれにHE-SIG-Bフィールドがあると推定することができる。受信した物理フレームがDL MUフレームでない場合(ステップS220のNO)、図19、図20の処理は終了する。
受信した物理フレームがDL MUフレームである場合(ステップS220のYES)、複数の周波数帯域(Width)に係る物理ヘッダを参照し、RUアロケーション情報を取得する(ステップS221)。具体的には、制御部215はそれぞれのWidthにおける物理ヘッダのHE-SIG-BにあるCommonフィールドを参照することによって、複数のWidthに係るRUアロケーション情報を取得することができる。これによって、複数のWidthの物理ペイロードにおけるRU(リソースユニット)の幅やパターンに関する情報を得ることができる。参照すべきCommonフィールドの数は、使われているWidth(周波数帯域)の数に依存する。図16の例の場合、First WidthとSecond WidthのそれぞれのCommonフィールドを参照する。
次に、複数のWidthに係る物理ヘッダを参照し、各Userフィールド(UF)に格納されたAID(Association ID)の一覧を取得する(ステップS222)。そして、制御部215はAIDの一覧を参照し、自装置のAIDがあるか否かを確認する(ステップS223)。参照したAIDが自装置のAIDである場合(ステップS223のYES)、当該AIDが取得されたUserフィールドの内容と、当該UserフィールドのUser Specificフィールドにおける順序を記憶する(ステップS224)。
参照したAIDが自装置のAIDでない場合(ステップS223のNO)、または、ステップS224の処理が実行された場合、または、CRCチェックで誤りが検出され正常にAIDを取得できなかった場合、制御部215はAIDの一覧の最後まで参照されたか否かを確認する(ステップS225)。AIDの一覧の最後まで参照していない場合(ステップS225のNO)、一覧の次のAIDを参照し、自装置のAIDと一致するか否かを確認する(ステップS223)。AIDの一覧の最後まで参照済みである場合(ステップS225のYES)、制御部215は一覧の中から自装置のAIDが見つかったか否かを確認する(ステップS226)。
一覧の中から自装置のAIDが見つからない場合(ステップS226のNO)、図19、図20の処理は終了する。一覧の中から自装置のAIDが見つかった場合(ステップS226のYES)、制御部215は自装置のAIDを含むUserフィールドが複数あるか否かを確認する(ステップS227)。
自装置のAIDを含むUserフィールドが複数ある場合(ステップS227のYES)、自装置のAIDを含むUserフィールドのいずれかを選択する(ステップS228)。そして、ステップS228で選択したUserフィールドに対応するRU(リソースユニット)を求める(ステップS229)。UserフィールドとRUとの対応関係は、上述の図5に係る説明で述べた通りである。そして、復調回路234は該当するRUのサブキャリア(周波数帯域)について、物理ペイロードを復調する(ステップS230)。
自装置のAIDを含むUserフィールドが複数なく、ひとつだけある場合(ステップS227のNO)、自装置のAIDを含むUserフィールドに対応するRU(リソースフィールド)を求める(ステップS231)。UserフィールドとRUとの対応関係は、上述の図5に係る説明で述べた通りである。そして、復調回路234は該当するRUのサブキャリア(周波数帯域)について、物理ペイロードを復調する(ステップS232)。
ステップS230またはステップS232の処理が実行されたら、Triggerフレームで指定されたRU(リソースフィールド)を使ってBlockAckフレームを送信する(ステップS233)。具体的には、受信部230で復調された物理ペイロードからMACフレームが取り出される。そして、当該MACフレームはMAC層処理部210に転送され、当該MACフレームのうち、データフレームの部分と、Triggerフレームの部分を分離する。そして、Triggerフレームから、BlockAckフレーム(応答フレーム)の送信に使用される制御情報(例えば、STA InfoやCommon Infoフィールド)を抽出する。以上で図19、図20に係る処理は終了する。
(第3の実施形態)
第2の実施形態に係る無線通信システムでは、First WidthとSecond WidthのふたつのWidthが使われている。データ通信に使われるWidth(周波数帯域)の数はこれより多くてもよい。第3の実施形態に係る無線通信システムではさらに多くの数のWidth(周波数帯域)が使われている。
第3の実施形態に係る無線通信システム(アクセスポイントおよび無線端末)の機能と構成は第1の実施形態に係る無線通信システムと同様である。以下では、通信処理における第1の実施形態に係る無線通信システムとの差異点を中心に、第3の実施形態を説明する。
図21、図22は第3の実施形態に係るフレームのシーケンスの例を示している。図21、図22に示されているように、第3の実施形態に係る無線通信システムでは、First Width、Second Width、Third Width、Fourth Widthの4つの周波数帯域が使われている。それぞれのWidthの幅は20MHzであるため、合計80MHzを使ってデータ通信が行われる。上述の各実施形態と同様、アクセスポイント11が各無線端末に割り当てているAIDはひとつである。
アクセスポイント11は、First Width、Second Width、Third Width、Fourth Widthのそれぞれについて物理ヘッダと物理ペイロードを構成してデータ送信を行っている。物理ヘッダのHE-SIG-BにはFirst WidthとSecond Widthで別々の設定情報が格納される。
図21、図22の例の場合、Third Widthの物理ヘッダのHE-SIG-Bには、First Widthの物理ヘッダのHE-SIG-Bの複製(コピー)が格納される。Fourth Widthの物理ヘッダのHE-SIG-Bには、Second Widthの物理ヘッダのHE-SIG-Bの複製(コピー)が格納される。
無線端末がFirst WidthとSecond WidthのHE-SIG-Bのみを参照する場合、Third WidthとFourth WidthのHE-SIG-Bの設定は処理において使用されない。したがって、上述のようにダミーデータとして別のWidthにおける対応するフィールドの複製を使ってもよい。なお、無線端末がThird WidthとFourth WidthのHE-SIG-Bを参照する場合には、ダミーデータではない有効なデータを設定してもよい。
Third WidthとFourth WidthのHE-SIG-Bは無線端末側でダミーデータとして扱われるため、Third WidthとFourth Widthの物理ペイロードで伝送されるデータに係る設定情報は、それぞれFirst WidthとSecond WidthのHE-SIG-Bに格納される。
First WidthのHE-SIG-Bには、COMMON#1と、COMMON#3のふたつのCommonフィールドが含まれている。COMMON#1はFirst WidthにおけるRUアロケーションを特定する。一方、COMMON#3はThird WidthにおけるRUアロケーションを特定する。COMMON#1とCOMMON#3にはいずれもTYPE=20が設定されている。したがって、First WidthとThird WidthにおけるRUアロケーションは同様のパターン(図2のTYPE=20)となっている。
Second WidthのHE-SIG-Bには、COMMON#2と、COMMON#4のふたつのCommonフィールドが含まれている。COMMON#2はSecond WidthにおけるRUアロケーションを特定する。一方、COMMON#4はFourth WidthにおけるRUアロケーションを特定する。COMMON#2とCOMMON#4にはいずれもTYPE=16が設定されている。したがって、Second WidthとFourth WidthにおけるRUアロケーションは同様のパターン(図2のTYPE=16)となっている。
First WidthのUser SpecificフィールドにはFirst Widthの物理ペイロードで伝送されるRU(リソースユニット)に係る情報と、Third Widthの物理ペイロードで伝送されるRU(リソースユニット)に係る情報とを含む。UF1-1(AID=1)、UF1-2(AID=2)、UF1-3(AID=3)、UF1-4(AID=4)はそれぞれFirst Widthで送信される無線端末1宛のRU31、無線端末2宛のRU32、無線端末3宛のRU33、無線端末4宛のRU34に対応している。一方、UF3-1(AID=1)、UF3-2(AID=2)、UF3-3(AID=3)、UF3-4(AID=4)はそれぞれThird Widthで送信される無線端末1宛のRU39、無線端末2宛のRU40、無線端末3宛のRU41、無線端末4宛のRU42に対応している。
Second WidthのUser SpecificフィールドにはSecond Widthの物理ペイロードで伝送されるRU(リソースユニット)に係る情報と、Fourth Widthの物理ペイロードで伝送されるRU(リソースユニット)に係る情報とを含む。UF2-1(AID=3)、UF2-2(AID=4)、UF2-3(AID=2064)、UF2-4(AID=1)はそれぞれSecond Widthで送信される無線端末3宛のRU35、無線端末4宛のRU36、データ通信に使用されないRU37、無線端末1宛のRU38に対応している。一方、UF4-1(AID=3)、UF4-2(AID=4)、UF4-3(AID=2064)、UF4-4(AID=1)はそれぞれFourth Widthで送信される無線端末3宛のRU39、無線端末4宛のRU44、データ通信に使用されないRU45、無線端末1宛のRU46に対応している。
すなわち、本実施形態に係る無線通信装置の処理部は、物理ヘッダに、複数の第1フィールド(Userフィールド)を設定し、第1フィールド(Userフィールド)は、物理ヘッダが搬送される周波数帯域(Width)を含む複数の周波数帯域(複数のWidth)に含まれるいずれかのリソースユニット(RU)の宛先を指定することができる。
図21、図22の通信処理を実行することにより、無線端末1宛のRU31、38、39、46を使って同一のデータ(MACフレーム)を送信することができる。同様に、無線端末2宛のRU33、RU41を使って同一のデータ(MACフレーム)を送信することができる。また、無線端末3宛のRU33、35、39、41を使って同一のデータ(MACフレーム)を送信することができる。さらに、無線端末4宛のRU34、36、42、44を使って同一のデータ(MACフレーム)を送信することができる。図21、図22の例のように、無線端末ごとに異なる数のRUを使って同一のデータを送信してもよい。各無線端末宛のデータ送信に使用するRUの数については特に限定しない。
各無線端末宛のデータ送信に使われるRUは異なるWidth(周波数帯域)に配置されているため、フェージング、ノイズ、干渉などの要因によっていずれかのRUを使ったデータフレームの送信が失敗したとしても、周波数が離れた他のRUによって同じ内容のデータフレームが送信されているため、送信先の無線端末へ確実にデータを送信することができる。なお、各無線端末宛のデータ送信に使われるRUは必ずWidth(周波数帯域)に配置されたものでなくてもよい。
無線端末がFirst WidthとSecond WidthのHE-SIG-Bに含まれるUserフィールドを正常に受信することができる場合、当該Userフィールドと同じRUを使って送信されたMACフレームについても受信に成功できる確率が高くなる。なお、Third WidthとFourth WidthのHE-SIG-Bが無線端末側でダミーデータとして扱われる場合、Userフィールド以外のフィールドの受信結果に基づいてThird WidthとFourth Widthにおける通信品質を推定する必要がある。
図23、図24は第3の実施形態に係るアクセスポイントの処理を示すフローチャートである。第3の実施形態に係るアクセスポイントで実行される処理は、ステップS308で一部のWidthに複製されたHE-SIG-B(ダミーデータ)が格納される点を除けば、第2の実施形態に係るアクセスポイントで実行される処理(図17、図18)と同様である。
次に、第3の実施形態に係る無線端末が実行する処理について説明する。第3の実施形態に係る無線端末が自装置宛に送信されたRUを検出する処理は第2の実施形態の処理(図19、図20)と同様である。第3の実施形態では、DL OFDMAのデータ通信に使用される周波数帯域幅が80MHzであるため、Third WidthとFourth WidthについてもRUの検出処理が実行される。
なお、図21、図22の例のようにThird WidthとFourth WidthのHE-SIG-Bが無線端末側でダミーデータとして扱われている場合、Third WidthとFourth Widthで送信されたRUより、First WidthとSecond Widthで送信されたRUを優先的に復調し、MACフレーム(データ)を受信してもよい。無線端末がFirst WidthまたはSecond WidthのHE-SIG-Bに含まれるUserフィールドを検出できた場合、First WidthまたはSecond WidthのRUを使って送信されたデータの受信に成功する確率に高くなると予想されるからである。
すなわち、本発明の実施形態に係る無線通信装置(無線端末)の受信部は、複数の周波数帯域を使って送信された第1物理フレームを受信し、第1物理フレームが周波数帯域ごとに設定された第1物理ヘッダを含み、一部の周波数帯域を使って搬送された第1物理ヘッダに含まれる第1フィールドを参照の対象としない場合に、宛先として自装置を指定した第1フィールドに対応付けられたリソースユニットのうち、第1フィールドが参照の対象とされない周波数帯域を使って搬送されたリソースユニットより、第1フィールドが参照の対象とされている周波数帯域を使って搬送されたリソースユニットを優先して復調し、第1データを抽出してもよい。
以下では、図21、図22を参照しながら、無線端末1が復調を行うRUと、受信対象とするMACフレームについて説明する。
最初に、無線端末1が検出できたのがひとつのUserフィールドのみである場合を説明する。
例えば、無線端末1が検出できたのがUF1-1のみである場合、無線端末1はRU31を復調し、FRAME#1を受信する。無線端末1が検出できたのがUF2-4のみである場合、無線端末1はRU38を復調し、FRAME#9を受信する。無線端末1が検出できたのがUF3-1のみである場合、無線端末1はRU39を復調し、FRAME#10を受信する。無線端末1が検出できたのがUF4-4のみである場合、無線端末1はRU46を復調し、FRAME#16を受信する。
次に、無線端末1がふたつのUserフィールドを検出できた場合を説明する。
例えば、無線端末1が検出できたのがUF1-1とUF3-1である場合、無線端末1はUF1-1に対応するRU31を復調し、FRAME#1を受信する。無線端末1が検出できたのがUF2-4とUF4-4である場合、無線端末1はUF2-4に対応するRU38を復調し、FRAME#9を受信する。無線端末1が検出できたのがUF1-1とUF2-4である場合、無線端末1はUF1-1に対応するRU31と、UF2-4に対応するRU38の少なくともいずれかを復調する。すなわち、RU31とRU38の復調・受信処理における優先度は同等となる。無線端末1が検出できたのがUF1-1とUF4-4である場合、無線端末1はUF1-1に対応するRU31を復調し、FRAME#1を受信する。
次に、無線端末1が3つのUserフィールドを検出できた場合を説明する。
例えば、無線端末1が検出できたのがUF1-1、UF2-4、UF3-1である場合、無線端末1はUF1-1に対応するRU31と、UF2-4に対応するRU38の少なくともいずれかを復調する。すなわち、RU31とRU38の復調・受信処理における優先度は同等となる。無線端末1が検出できたのがUF1-1、UF2-4、UF4-4である場合、無線端末1はUF1-1に対応するRU31と、UF2-4に対応するRU38の少なくともいずれかを復調する。この場合もRU31とRU38の復調・受信処理における優先度は同等となる。無線端末1が検出できたのがUF1-1、UF3-1、UF4-4である場合、無線端末1はUF1-1に対応するRU31を復調し、FRAME#1を受信する。
最後に、無線端末1が4つのUserフィールドを検出できた場合を説明する。
例えば、無線端末1が検出できたのがUF1-1、UF2-4、UF3-1、UF4-4である場合、無線端末1はUF1-1に対応するRU31と、UF2-4に対応するRU38の少なくともいずれかを復調する。RU31とRU38の復調・受信処理における優先度は同等となる。
なお、無線端末が実行する処理の説明(図19、図20)では、自装置のAIDを含むUserフィールド(宛先として自装置を指定する第1フィールド)のいずれかを選択すると述べた(ステップS228)。次のステップS229では選択されたUserフィールド(第1フィールド)に対応するリソースユニット(RU)が対応関係に基づいて特定されている。したがって、無線通信装置200(無線端末)は、リソースユニットの宛先として自装置を指定されたリソースユニットを選択し、当該リソースユニットの復調を行う。Userフィールド(第1フィールド)およびリソースユニットを選択する方法には各種の方法が存在するが、Userフィールド(第1フィールド)およびリソースユニットを選択する方法については限定しない。
下記では、Userフィールド(第1フィールド)およびリソースユニットを選択する方法の例について説明する。
例えば、ある周波数帯域を使って搬送された第1物理フレームの物理ヘッダに、宛先として自装置(無線端末)を指定し、当該周波数帯域で搬送されるリソースユニットに対応する第1フィールドと、宛先として自装置(無線端末)を指定し、当該第1フィールドが搬送された周波数帯域とは異なる周波数帯域を使って搬送された第1フィールドとを含んでいる場合、前者の第1フィールドおよび前者の第1フィールドに対応するリソースユニットを復調の対象として選択することができる。
すなわち、本発明の実施形態に係る無線端末(無線通信装置200)の受信部は、複数の周波数帯域を使って送信された第1物理フレームを受信し、第1物理フレームが周波数帯域ごとに設定された第1物理ヘッダを含む場合、リソースユニットの宛先として自装置を指定する第1フィールドが検出できた周波数帯域に含まれるリソースユニットを復調し、第1データを抽出してもよい。
例えば、ある周波数帯域を使って搬送された第1物理フレームの物理ヘッダに、宛先として自装置(無線端末)を指定し、当該周波数帯域で搬送されるリソースユニットに対応する第1フィールドと、宛先として自装置(無線端末)を指定し、当該第1フィールドが搬送された周波数帯域とは異なる周波数帯域を使って搬送された第1フィールドとを含んでいる場合、後者の第1フィールドおよび後者の第1フィールドに対応するリソースユニットを復調の対象として選択することができる。
本実施形態に係るアクセスポイント(無線通信装置100)の処理部は、第1物理ヘッダに、複数の第1フィールド(Userフィールド)を設定し、第1フィールド(Userフィールド)は、第1物理ヘッダが搬送される周波数帯域(Width)を含む複数の周波数帯域(複数のWidth)に含まれるいずれかのリソースユニット(RU)の宛先を指定することができる。したがって、第1フィールドが対応付けられたリソースユニットは、当該第1フィールドが含まれる第1物理ヘッダとは異なる周波数帯域(Width)で搬送されるものであってもよい。
アクセスポイント(無線通信装置100)の送信部が送信した第1物理ヘッダを受信した無線端末(無線通信装置200)は、宛先として自装置(無線端末)を指定する第1フィールドが含まれる第1物理ヘッダとは異なる周波数帯域(Width)で搬送されたリソースユニットを復調し、送信された第1データを抽出してもよい。
すなわち、本発明の実施形態に係る無線通信装置(無線端末)の受信部は、複数の周波数帯域を使って送信された第1物理フレームを受信し、第1物理フレームが周波数帯域ごとに設定された第1物理ヘッダを含み、検出した第1フィールドが、宛先として自装置(無線端末)を指定しており、第1フィールドの含まれる第1物理ヘッダが搬送された周波数帯域とは異なる周波数帯域に含まれるリソースユニットに対応付けられている場合、第1フィールドの含まれる第1物理ヘッダが搬送された周波数帯域とは異なる周波数帯域に含まれるリソースユニットを復調し、第1データを抽出してもよい。
(第4の実施形態)
上述の各実施形態では、アクセスポイントが各無線端末に割り当てているAIDはひとつであった。アクセスポイント11は無線端末1にAID=1を割り当てていた。第4の実施形態ではアクセスポイントが無線端末に複数のAIDを割り当てる。
例えば、アクセスポイント11は無線端末1にAID=1、5、6、7の4つの番号を割り当てる。さらにアクセスポイント11は各番号に優先度を設定し、無線端末1に当該優先度に係る情報を通知する。無線端末1はDL OFDMAを受信したときに複数のUserフィールドを検出した場合、復調・受信対象とするRUを設定された優先度に基づいて決定する。
図25は、第4の実施形態に係るDL OFDMAのHE-SIG-Bの例を示している。アクセスポイント11が無線端末1のAIDの優先度を、1、5、7、6の順に設定したと仮定する。アクセスポイント11は、無線端末1宛に管理フレームを送信してAIDの優先度を通知することができる。
以下では、無線端末1にAIDの優先度が設定された場合に復調を行うRUと、受信対象とするMACフレームを選択する処理について説明する。
最初に、無線端末1がふたつのUserフィールドを検出できた場合を説明する。
例えば、無線端末1が検出できたのがUF1-1(AID=1)とUF3-1(AID=5)である場合、AID=1の優先度の方が高いため、無線端末1はUF1-1に対応するRUを復調し、UF1-1に対応するRUに格納されたMACフレームを受信する。無線端末1が検出できたのがUF2-4(AID=6)とUF4-4(AID=7)である場合、AID=7の優先度の方が高いため、無線端末1はUF4-4に対応するRUを復調し、UF4-4に対応するRUに格納されたMACフレームを受信する。
無線端末1が検出できたのがUF1-1(AID=1)とUF2-4(AID=6)である場合、AID=1の優先度の方が高いため、無線端末1はUF1-1に対応するRUを復調し、UF1-1に対応するRUに格納されたMACフレームを受信する。無線端末1が検出できたのがUF1-1(AID=1)とUF4-4(AID=7)である場合、AID=1の優先度の方が高いため、無線端末1はUF1-1に対応するRUを復調し、UF1-1に対応するRUに格納されたMACフレームを受信する。
次に、無線端末1が3つのUserフィールドを検出できた場合を説明する。
例えば、無線端末1が検出できたのがUF1-1(AID=1)、UF2-4(AID=6)、UF3-1(AID=5)である場合、AID=1の優先度の方が最も高いため、無線端末1はUF1-1に対応するRUを復調し、UF1-1に対応するRUに格納されたMACフレームを受信する。無線端末1が検出できたのがUF1-1(AID=1)、UF2-4(AID=6)、UF4-4(AID=7)である場合、AID=1の優先度の方が最も高いため、無線端末1はUF1-1に対応するRUを復調し、UF1-1に対応するRUに格納されたMACフレームを受信する。無線端末1が検出できたのがUF1-1(AID=1)、UF3-1(AID=5)、UF4-4(AID=7)である場合、AID=1の優先度の方が最も高いため、無線端末1はUF1-1に対応するRUを復調し、UF1-1に対応するRUに格納されたMACフレームを受信する。
最後に、無線端末1が4つのUserフィールドを検出できた場合を説明する。
例えば、無線端末1が検出できたのがUF1-1(AID=1)、UF2-4(AID=6)、UF3-1(AID=5)、UF4-4(AID=7)である場合、AID=1の優先度の方が最も高いため、無線端末1はUF1-1に対応するRUを復調し、UF1-1に対応するRUに格納されたMACフレームを受信する。
アクセスポイントが無線端末宛にDL OFDMAを送信する場合、過去の通信履歴に基づき、無線端末が受信に成功する確率の高いRUと対応するUserフィールドに優先度の高いAIDを設定してもよい。これにより、各無線端末がMACフレームの受信に成功する確率を高めることができる。
(第5の実施形態)
上述の各実施形態の無線端末はDL OFDMAで複数のUserフィールドを検出した場合、いずれかのUserフィールドに対応するRUを復調し、MACフレームを受信していた。ただし、無線端末は、複数のUserフィールドを検出できた場合、複数のUserフィールドに対応するRUに格納されたMACフレームを最大比合成して受信してもよい。第5の実施形態に係る無線端末は複数のRUに格納されたMACフレームを最大比合成して受信する。
最大比合成の処理を行う無線端末は、異なるサブキャリアの集合(RU)で受信した信号の振幅および位相の調整処理と合成処理を行い、信号対雑音電力比(SNR:Signal-to-Noise Ratio)が最大化されるようにする。最大比合成の対象となるRUは、同一のデータに係るMACフレームの送信に使われているものである必要がある。
図16の例の場合、無線端末1宛のRU21ではTriggerフレームとしてTRIGGER#1、データフレームとしてDATA#1が送信されている。一方、同じ無線端末1宛のRU28ではTriggerフレームとしてTRIGGER#2、データフレームとしてDATA#1が送信されている。このような場合、RU21とRU28を使って最大比合成の処理を行う場合、RU21とRU28を使って送信されるデータをTRIGGER#1、TRIGGER#2、DATA#1に変更する必要がある。
すなわち、本実施形態に係る無線通信装置(無線端末)の処理部は、受信部がリソースユニットの宛先として自装置を指定する第1フィールドを複数検出した場合、複数の第1フィールドに対応するリソースユニットのうち、少なくともふたつのリソースユニットを最大比合成し、データを抽出することができる。最大比合成に使うリソースユニットの数および、最大比合成を行う順序、最大比合成に使われるリソースユニットについては特に限定しない。
最大比合成を行う第5の実施形態に係る無線通信装置(無線端末)は、複数のリソースユニットを復調している。最大比合成に使うリソースユニットの数に応じて復調するリソースユニットの数を決定することができる。なお、無線通信装置(無線端末)が最大比合成を行わない場合に、自装置(無線端末)を宛先とする第1フィールド(Resourceフィールド)が複数検出されたならば、いずれかの第1フィールドに対応するリソースフィールドを優先的に復調し、その他の第1フィールドに対応するリソースフィールドを復調しなくてもよい。
(第6の実施形態)
第5の実施形態を除く上述の各実施形態では、無線端末がDL OFDMAで複数のUserフィールドを検出した場合、いずれかのUserフィールドに対応するRUの復調を行い、データを受信していた。すなわち、無線端末によってUserフィールドに対応するRUの選択処理が実行されていた。Userフィールドに対応するRUの選択には各種の指標を用いることができる。第6の実施形態では、指標として各Widthで受信されたUserフィールドにおいてCRCチェックの結果が正常であった回数と異常であった件数が使われる。
例えば、無線端末がFirst Widthで受信した、UF1-2、UF1-3、UF1-4のすべてのCRCチェックの結果が正常であった一方、Second Widthで受信したUF2-1のCRCチェックの結果が異常でUF2-2、UF2-3、UF2-4のCRCチェックの結果が正常であったとする。この場合、First Widthの方がCRCチェックの結果の正常であった件数が多く、CRCチェックの結果の異常であった件数が少ないため、無線端末はFirst Widthで受信したUserフィールドに対応するRUを選択する。
すなわち、本実施形態に係る無線通信装置(無線端末)の受信部は、複数の周波数帯域を使って送信された第1物理フレームを受信し、第1物理フレームが周波数帯域ごとに設定された第1物理ヘッダを含み、宛先として自装置(無線端末)を指定した第1フィールドに対応付けられたリソースユニットが複数の周波数帯域にある場合には、第1物理ヘッダに含まれる第1フィールドついて検出された誤り訂正符号または誤り検出符号のエラー件数が少ない周波数帯域を使って搬送されたリソースユニットを優先して復調し、データを抽出してもよい。
(第7の実施形態)
第3の実施形態に係る無線端末は、First WidthとSecond Widthで受信したHE-SIG-Bに含まれる制御情報を利用していたが、Third WidthとFourth Widthで受信したHE-SIG-Bについてはダミーデータとして取り扱っていた。ただし、無線端末は必ずFirst WidthとSecond Width以外のWidth(周波数帯域)で受信したHE-SIG-Bをダミーデータとして扱わなくてもよい。第7の実施形態に係る無線端末は、First WidthからFourth Widthの80MHzの周波数帯域幅で受信されたHE-SIG-Bに含まれる制御情報を利用する。
第7の実施形態に係る無線端末は、First WidthでUF1-1を検出した場合、UF1-1に対応するRUに格納されたフレームを受信する。また、無線端末は、Second WidthでUF2-4を検出した場合、UF2-4に対応するRUに格納されたフレームを受信する。無線端末は、Third WidthでUF3-1を検出した場合、UF3-1に対応するRUに格納されたフレームを受信する。無線端末は、Fourth WidthでUF4-4を検出した場合、UF4-4に対応するRUに格納されたフレームを受信する。
上述の各実施形態で説明した、アクセスポイント(無線通信装置)は異なるサブキャリアの集合(RU:リソースユニット)を使って同じ無線端末宛のデータを送信する。そして、無線端末は物理ヘッダに含まれる制御情報のうち、正常に復調ができたサブキャリアの集合で送信された物理ペイロードを復調してデータを受信する。
上述のような処理を行うことにより、フェージング、ノイズ、干渉などの要因によってフェージング、ノイズ、干渉などの要因によってアクセスポイントと無線端末との間の伝搬路の品質が劣化しても、伝搬路における通信品質の劣化が少ない周波数帯域を使ってデータを受信することができる。したがって、無線通信システムにおいて同じデータの送信が繰り返され、全体の通信パフォーマンスが著しく低下する問題が発生するのを防止することができ、無線LANなどの無線通信ネットワークによるデータ通信の一層の高信頼化を実現することができる。信頼性の高い無線通信ネットワークを使うことにより、インフラ設備の確実な監視・制御を行うことができ、インフラ設備の正常な稼働に寄与する。
(第8の実施形態)
第8の実施形態では、[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、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。
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(または)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。