JP7338172B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブロードキャスト通信またはマルチキャスト通信により同報サービスを行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。

現在最も広く普及している自律分散的なアクセス制御を行う無線通信システムの例としては、IEEE802.11標準規格（非特許文献１）に基づいた無線ＬＡＮシステムがある。

一般的に同報サービスとして、ブロードキャストとマルチキャストがある。IEEE802.11無線ＬＡＮシステムでは、グループアドレス、すなわち宛先が複数の端末であるデータとして扱い方が定められている。IEEE802.11標準規格では、「10.3.6 Group addressed MPDU transfer procedure」に、同報データの基本的な伝送手順に関する規定があり、また「11.2 Power management 」には端末装置が省電力モードで動作している場合のデータ転送手順に関する規定がある。

図８は、IEEE802.11標準規格における一般的なユニキャストデータ送信時のデータ転送手順を示す。ＡＰがアクセス制御手順に従ってユニキャストデータを送信し、ＳＴＡが正常に受信すると、ＡＣＫを返信する。

図９は、IEEE802.11標準規格における同報データ（ブロードキャストデータ／マルチキャストデータ）を送信する手順を示す。ＡＰがユニキャストデータ送信時と同様のアクセス制御手順に従い、同報データを送信する。しかし、ＳＴＡは、正常に受信した場合にもＡＣＫを返信しない。これは、同報データの伝送では宛先が複数存在することから、それぞれのＳＴＡがＡＣＫを返信すると衝突が生じるためである。よって、ブロードキャスト／マルチキャスト通信では、データ送信後の応答を返すという手順が存在しないため、ユニキャスト通信と比較して通信品質や信頼性が低くなる。

IEEE Std 802.11-2016

同報通信（ブロードキャスト／マルチキャスト通信）の単方向でのみ通信を行う場合は、双方向で通信を行う場合と比べて宛先となる通信相手からの応答フレームがないため、通信が成功したのか否か、通信品質の現状などのフィードバック情報を獲得することができない。そのため、現状では、無線フレームを送信しても伝搬路など通信環境が悪くフレームエラーが多発してコンテンツを正常に受信できないことや、逆にフレームエラー率を低くするために必要以上に低速レートを使用して容量が小さくなる課題があった。

本発明は、同報通信において、単方向の通信でも通信品質や信頼性を高めることができる無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、特定の発信元から送信された同報データを入力し、無線フレームに変換して同報送信する送信装置と、送信装置から送信された無線フレームを受信し、特定の発信元の同報データを同定して取得する受信装置とを備えた無線通信システムにおいて、送信装置は、複数の無線フレームをフレームブロックとし、当該フレームブロックを対象として誤り訂正符号化を行って同報送信する符号化手段を備え、受信装置は、受信する無線フレームからフレームブロックを識別し、フレームブロック単位の誤り訂正復号化を行って特定の発信元の同報データを再生する復号化手段を備える。

第１の発明の無線通信システムにおいて、送信装置が同報送信する無線フレームに、特定の発信元から送信された同報データを示す識別子と、フレームブロック単位の誤り訂正符号化を行ったことを示す識別子を付加し、受信装置で該識別子を用いてフレームブロックの復号処理および特定の発信元の同報データの同定に用いる。

第１の発明の無線通信システムにおいて、送信装置は、符号化手段に加えて、誤り訂正符号化を行ったフレームブロックをコピーして同報送信するコピー手段を備え、受信装置は、復号化手段に加えて、フレームブロックとそのコピーを受信し、誤り訂正復号化されたフレームブロックとそのコピーとの合成処理を行う合成手段を備える。

第２の発明は、送信装置が、特定の発信元から送信された同報データを入力し、無線フレームに変換して同報送信し、受信装置が、送信装置から送信された無線フレームを受信し、特定の発信元の同報データを同定して取得する無線通信方法において、送信装置は、複数の無線フレームをフレームブロックとし、当該フレームブロックを対象として誤り訂正符号化を行って同報送信する符号化ステップを有し、受信装置は、受信する無線フレームからフレームブロックを識別し、フレームブロック単位の誤り訂正復号化を行って特定の発信元の同報データを再生する復号化ステップを有する。

第２の発明の無線通信方法において、送信装置が同報送信する無線フレームに、特定の発信元から送信された同報データを示す識別子と、フレームブロック単位の誤り訂正符号化を行ったことを示す識別子を付加し、受信装置で該識別子を用いてフレームブロックの復号処理および特定の発信元の同報データの同定に用いる。

第２の発明の無線通信方法において、送信装置は、符号化ステップに加えて、誤り訂正符号化を行ったフレームブロックをコピーして同報送信するコピーステップを有し、受信装置は、復号化ステップに加えて、フレームブロックとそのコピーを受信し、誤り訂正復号化されたフレームブロックとそのコピーとの合成処理を行う合成ステップを有する。

本発明は、特定の発信元からの同報データをフレームブロック単位で誤り訂正符号化して同報送信し、受信装置は受信した無線フレームをフレームブロック単位で誤り訂正復号化することにより、受信データの通信品質を高めることができる。

本発明の無線通信システムの実施例１の構成を示す図である。 送信装置１００の実施例１の構成を示す図である。 受信装置２００の実施例１の構成を示す図である。 ＬＤＰＣによる誤り訂正符号化を説明する図である。 送信装置１００の実施例２の構成を示す図である。 受信装置２００の実施例２の構成を示す図である。 無線フレームのフォーマット例を示す図である。 ユニキャストデータ送信時のデータ転送手順を示す図である。 同報データ（ブロードキャストデータ／マルチキャストデータ）を送信する手順を示す図である。

（実施例１）
図１は、本発明の無線通信システムの実施例１の構成を示す。
図１において、送信装置１００は、例えばコンテンツサーバなどの特定の発信元１０から送信された同報データを入力すると、無線フレームに変換して受信装置２００－１～２００－Ｎに向けて同報送信し、グループアドレスで指定された受信装置が受信する。

図２は、送信装置１００の実施例１の構成を示す。
図２において、送信装置１００の入出力部１０１は、上位装置から転送されてくるデータをデータ判定部１０２に出力する。データ判定部１０２は、入力データを判定し、特定の発信元１０から送信された同報データであれば特定発信元送信キュー１０３に出力し、それ以外のデータであれば一般送信キュー１０４に出力する。なお、送信装置１００が常に特定の発信元１０からの同報データのみを受信する場合（例えばブロードキャスト専用の送信装置であった場合）は、データ判定部１０２と一般送信キュー１０４は不要である。

無線フレーム変調部１０５は、特定発信元送信キュー１０３に格納された同報データを無線のフレームフォーマットに合わせて変調する。符号化部１０６は、複数の無線フレームを１つのブロック（フレームブロック）とし、当該フレームブロックを対象として誤り訂正符号化を行う。例えば、図４に示すＬＤＰＣ（Low-Density Parity Check）による誤り訂正符号化では、ソースフレームＳ１～Ｓｎに対して、冗長性をもたせた符号化によりリペアフレームＲ１～Ｒｎを生成し、これらのフレームブロックを送信する。受信時に一部のソースフレームやリペアフレームにエラーや欠損が生じても、フレームブロックの全てを受信して誤り訂正復号化を行うことにより、ソースフレームＳ１～Ｓｎを再構成することができる。

無線アクセス制御部１０７は、ＣＳＭＡ／ＣＡ等により各キューに対応するアクセス手順を経て送信権を獲得した場合に、特定発信元送信キュー１０３に格納された同報データは、符号化部１０６で生成されるフレームブロックとして、無線変復調部１０８、無線入出力部１０９を介して送信される。

ここで、同報データには、特定の発信元１０を示す発信元ＩＤが付与される。例えば、当該発信元ＩＤは同報データを格納した無線フレームの発信元アドレス（図７の Address３）に格納される。また、無線フレームのFrame Body内に、フレームブロックごとの符号化が行われていることを示す特定ビット列を設定し、受信側で発信元ＩＤから同報フレームであることを識別し、特性ビット列を読み取ってフレームブロックとして誤り訂正符号化が行われていることを認識する。

図３は、受信装置２００の実施例１の構成を示す。
図３において、受信装置２００の無線入出力部２０１によって無線フレームを受信し、無線アクセス制御部２０２によって受信処理を開始するか否かを判定する。なお、無線アクセス制御部２０２ではその他、アンライセンス帯におけるキャリアセンスなどの機能が備わっているが、本発明そのものには直接関わらないため、これらの詳細については割愛する。

無線フレーム復調部２０３は、受信した無線フレームを復調して発信元判定部２０４に出力する。発信元判定部２０４は、復調されたデータフレームのヘッダ情報の発信元ＩＤやFrame Body情報から、当該データフレームが特定の発信元からの同報フレームであるか否かを判定する。特定の発信元からの同報フレームでない場合は、通常のデータフレームとして処理するが、その説明は省略する。

発信元判定部２０４は、受信したフレームが特定の発信元から送信された同報フレームと判定すると、エラー判定部２０５へ出力する。エラー判定部２０５は、同報フレームの例えばＦＣＳ（Frame Check Sequence) によってエラーの有無を判定し、エラーを検出しなかった場合は、その同報フレームをフレーム管理部２０６に出力する。フレーム管理部２０６は、特定ビット列を読み取って誤り訂正符号化されたフレームブロックの１つのフレームであることを認識すると、フレームブロックの誤り訂正復号化に必要なフレーム受信が完了するまでフレームバッファ２０７へ蓄積する。

エラー判定部２０５は、同報フレームのエラーを検出した場合もその同報フレームをフレーム管理部２０６に出力する。フレーム管理部２０６は、当該同報フレームのシーケンス番号またはフレーム番号などの識別子を記録し、フレームバッファ２０７へ格納する。フレームバッファ２０７に格納された同報フレームは、同じフレームブロックの受信が完了するまで、または完了していると見なされる時間まで、一定期間だけ待機する。

次に、同じ発信元ＩＤとフレームブロックに対応する特定ビット列をもつ同報フレームが受信装置２００に入力すると、先の同報フレームと同様に無線入出力部２０１、無線アクセス制御部２０２、無線フレーム復調部２０３、発信元判定部２０４、エラー判定部２０５を介してフレーム管理部２０６に入力し、フレームブロックの誤り訂正復号化に必要なフレーム受信が完了するまでフレームバッファ２０７へ蓄積される。

そしてフレーム管理部２０６は、フレームブロックの誤り訂正復号化が可能になれば、フレームバッファ２０７からフレーム復号部２０８に読出し、フレームブロックに対する誤り訂正復号化処理を行う。フレーム復号部２０８で復号化されたフレームブロックは、エラー判定部２０５を介して上位層転送フレームバッファ２０９に出力され、フレーム番号が前後しないようにバッファリングが行われた後、上位層信号処理部２１０を介して上位層へ転送される。

（実施例２）
実施例２の無線通信システムの送信装置１００は、特定の発信元１０から送信された同報データを入力すると、無線フレームに変換して受信装置２００－１～２００－Ｎに向けて同報送信した後に、その無線フレームのコピーを再度同報送信し、グループアドレスで指定された受信装置がその無線フレームおよびコピーを受信する。

図５は、送信装置１００の実施例２の構成を示す。
図５において、送信装置１００の入出力部１０１は、上位装置から転送されてくるデータをデータ判定部１０２に出力する。データ判定部１０２は、入力データを判定し、特定の発信元１０から送信された同報データであれば特定発信元送信キュー１０３に出力し、それ以外のデータであれば一般送信キュー１０４に出力する。

無線フレーム変調部１０５は、特定発信元送信キュー１０３に格納された同報データを無線のフレームフォーマットに合わせて変調する。符号化・コピー部１１０は、複数の無線フレームを１つのブロック（フレームブロック）とし、当該フレームブロックを対象として実施例１と同様に誤り訂正符号化を行うとともに、フレームブロック単位でコピーを生成する。

無線アクセス制御部１０７は、ＣＳＭＡ／ＣＡ等により各キューに対応するアクセス手順を経て送信権を獲得した場合に、特定発信元送信キュー１０３に格納された同報データは、符号化・コピー部１１０で生成されるフレームブロックおよびそのコピーとして、無線変復調部１０８、無線入出力部１０９を介して送信される。

ここで、発信元ＩＤやフレームブロックごとの符号化が行われていることを示す特定ビット列は、コピーフレームにも同じものが設定される。

図６は、受信装置２００の実施例２の構成を示す。
図６において、受信装置２００の無線入出力部２０１から発信元判定部２０４の処理は、実施例１と同様である。また、エラー判定部２０５からフレーム復号部２０８に替わるフレーム復号・合成部２１１におけるフレームブロックに対する処理およびそのコピーに対する処理は、実施例１と同様である。

フレーム管理部２０６は、誤り訂正復号化が可能になれば、フレームバッファ２０７からフレーム復号・合成部２１１に読出し、フレームブロックに対する誤り訂正復号化処理を行う。フレーム復号・合成部２１１で復号化されたフレームブロックはエラー判定部２０５に入力される。エラー判定部２０５は、フレームブロックの各フレームのエラーを検出しない場合は、当該フレームブロックは上位層転送フレームバッファ２０９に出力され、フレーム番号が前後しないようにバッファリングが行われた後、上位層信号処理部２１０を介して上位層へ転送される。

一方、エラー判定部２０５でフレームブロックのエラーを検出すると、フレーム管理部２０６は、当該フレームブロックのシーケンス番号またはフレーム番号などの識別子を記録し、フレームバッファ２０７へ格納する。フレームバッファ２０７に格納されたブロックフレームは、コピーされたフレームブロックが受信されるまで、一定期間だけ待機する。

次に、コピーされたフレームブロックが受信装置２００に入力すると、先のフレームブロックと同様に無線入出力部２０１、無線アクセス制御部２０２、無線フレーム復調部２０３、発信元判定部２０４、エラー判定部２０５を介してフレーム管理部２０６に入力し、フレームブロックの誤り訂正復号化に必要なフレーム受信が完了するまでフレームバッファ２０７へ蓄積される。

そしてフレーム管理部２０６は、誤り訂正復号化が可能になれば、フレームバッファ２０７からフレーム復号・合成部２１１に読出し、フレームブロックに対する誤り訂正復号化処理を行う。フレーム復号・合成部２１１で復号化されたフレームブロックは、エラー判定部２０５でエラーが検出されなければ、上位層転送フレームバッファ２０９に出力される。

一方、エラー判定部２０５でフレームブロックのエラーを検出すると、フレーム管理部２０６は、当該フレームブロックの発信元ＩＤと同じフレームブロックがフレームバッファ２０７内に蓄積されているか否かを判定する。フレームバッファ２０７内に発信元ＩＤが同じフレームブロックが存在すれば、フレーム管理部２０６は、前後して受信した発信元ＩＤが同じフレームブロックをフレーム復号・合成部２１１に入力し、ダイバーシチ合成処理等によりエラー解消を図る。エラー判定部２０５は、同じ発信元ＩＤをもつフレームブロックの合成処理によりエラーが解消された場合は、エラーのないフレームブロックとして上位層転送フレームバッファ２０９に出力する。

なお、１つの発信元から複数のフロー（コンテンツ）が送信されている場合には、それぞれのフローを特定するための情報を付与する。この場合には、送信装置において当該フローを特定するための情報をフレームのフィールドに格納して送信し、受信装置では発信元とフローの両方から、自局が受信すべきフレームブロックでかつダイバーシチ合成処理すべきフレームブロックを同定する。

無線フレームのフォーマット例を図７に示す。この例では、 Address３フィールドに発信元ＩＤ（ＳＡ）を設定し、Frame bodyフィールドに、フロー識別子（ＦＩＤ）と、｛ＳＡ, ＦＩＤ｝ペアごとに割り振られるシーケンス番号と、同報で送信されるデータを設定する。受信装置は、ＳＡ，ＦＩＤ，シーケンス番号を見て、同一の同報データか否かを特定する。

１０ 発信元
１００ 送信装置
１０１ 入出力部
１０２ データ判定部
１０３ 特定発信元送信キュー
１０４ 一般送信キュー
１０５ 無線フレーム変調部
１０６ 符号化部
１０７ 無線アクセス制御部
１０８ 無線変復調部
１０９ 無線入出力部
１１０ 符号化・コピー部
２００ 受信装置
２０１ 無線入出力部
２０２ 無線アクセス制御部
２０３ 無線フレーム復調部
２０４ 発信元判定部
２０５ エラー判定部
２０６ フレーム管理部
２０７ フレームバッファ
２０８ フレーム復号部
２０９ 上位層転送フレームバッファ
２１０ 上位層信号処理部
２１１ フレーム復号・合成部

Claims (6)

1. 特定の発信元から送信された同報データを入力し、無線フレームに変換して同報送信する送信装置と、
   前記送信装置から送信された無線フレームを受信し、前記特定の発信元の同報データを同定して取得する受信装置と
   を備えた無線通信システムにおいて、
   前記送信装置は、
   前記同報データを無線フレームのフォーマットに変調する処理と、
   前記変調により得られた複数の無線フレームを一つのフレームブロックとする処理と、
   前記一つのフレームブロックを対象として誤り訂正符号化を行うことで、前記一つのフレームブロックを、冗長性を持つ一つのフレームブロックとする処理と、
   前記誤り訂正符号化が施された無線フレームを同報送信する処理と、を実行するように構成されており、
   前記受信装置は、
   無線フレームを受信する処理と、
   受信した無線フレームが、前記特定の発信元から送信された同報データの無線フレームであるか否かを判定する処理と、
   受信した無線フレームが、前記冗長性を持つ一つのフレームブロックに属するものであるか否かを判別する処理と、
   受信した無線フレームが、前記特定の発信元から送信された同報データの無線フレームであり、かつ、前記冗長性を持つ一つのフレームブロックに属するものである場合に、当該無線フレームをフレームバッファに蓄積する処理と、
   前記冗長性を持つ一つのフレームブロックに属する全ての無線フレームの受信が完了した段階で、前記フレームバッファに蓄積されている情報を読み出して、前記冗長性を持つ一つのフレームブロックを単位とする誤り訂正復号化を行って前記特定の発信元の同報データを再生する処理と、を実行するように構成されており、
   前記誤り訂正符号化は、ＬＤＰＣ（Low-Density Parity Check）によるものであり、
   前記変調により得られた複数の無線フレームは、前記同報データに前記変調を施すことで得られた複数のソースフレームであり、
   前記冗長性を持つ一つのフレームブロックは、前記複数のソースフレームと、当該ソースフレームに対する冗長性を持つリペアフレームとで構成され、
   前記同報データを再生する処理は、前記リペアフレームを用いた無線フレーム毎の修復により、前記リソースフレームを再構成する処理である無線通信システム。
2. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記送信装置が同報送信する無線フレームに、前記特定の発信元から送信された同報データを示す識別子と、前記フレームブロック単位の誤り訂正符号化を行ったことを示す識別子を付加し、前記受信装置で該識別子を用いて前記フレームブロックの復号処理および前記特定の発信元の同報データの同定に用いる
   ことを特徴とする無線通信システム。
3. 請求項１に記載の無線通信システムにおいて、
   前記送信装置は、前記誤り訂正符号化を行ったフレームブロックをコピーして同報送信するコピー手段を備え、
   前記受信装置は、前記フレームブロックとそのコピーを受信し、誤り訂正復号化されたフレームブロックとそのコピーとの合成処理を行う合成手段を備えた
   ことを特徴とする無線通信システム。
4. 送信装置が、特定の発信元から送信された同報データを入力し、無線フレームに変換して同報送信し、
   受信装置が、前記送信装置から送信された無線フレームを受信し、前記特定の発信元の同報データを同定して取得する
   無線通信方法において、
   前記送信装置が、
   前記同報データを無線フレームのフォーマットに変調するステップと、
   前記変調により得られた複数の無線フレームを一つのフレームブロックとするステップと、
   前記一つのフレームブロックを対象として誤り訂正符号化を行うことで、前記一つのフレームブロックを、冗長性を持つ一つのフレームブロックとするステップと、
   前記誤り訂正符号化が施された無線フレームを同報送信するステップと、
   前記受信装置が、
   無線フレームを受信するステップと、
   受信した無線フレームが、前記特定の発信元から送信された同報データの無線フレームであるか否かを判定するステップと、
   受信した無線フレームが、前記冗長性を持つ一つのフレームブロックに属するものであるか否かを判別するステップと、
   受信した無線フレームが、前記特定の発信元から送信された同報データの無線フレームであり、かつ、前記冗長性を持つ一つのフレームブロックに属するものである場合に、当該無線フレームをフレームバッファに蓄積するステップと、
   前記冗長性を持つ一つのフレームブロックに属する全ての無線フレームの受信が完了した段階で、前記フレームバッファに蓄積されている情報を読み出して、前記冗長性を持つ一つのフレームブロックを単位とする誤り訂正復号化を行って前記特定の発信元の同報データを再生するステップと、を有し、
   前記誤り訂正符号化は、ＬＤＰＣ（Low-Density Parity Check）によるものであり、
   前記変調により得られた複数の無線フレームは、前記同報データに前記変調を施すことで得られた複数のソースフレームであり、
   前記冗長性を持つ一つのフレームブロックは、前記複数のソースフレームと、当該ソースフレームに対する冗長性を持つリペアフレームとで構成され、
   前記同報データを再生するステップは、前記リペアフレームを用いた無線フレーム毎の修復により、前記リソースフレームを再構成するステップである無線通信方法。
5. 請求項４に記載の無線通信方法において、
   前記送信装置が同報送信する無線フレームに、前記特定の発信元から送信された同報データを示す識別子と、前記フレームブロック単位の誤り訂正符号化を行ったことを示す識別子を付加し、前記受信装置で該識別子を用いて前記フレームブロックの復号処理および前記特定の発信元の同報データの同定に用いる
   ことを特徴とする無線通信方法。
6. 請求項４に記載の無線通信方法において、
   前記送信装置は、前記誤り訂正符号化を行ったフレームブロックをコピーして同報送信するコピーステップを有し、
   前記受信装置は、前記フレームブロックとそのコピーを受信し、誤り訂正復号化されたフレームブロックとそのコピーとの合成処理を行う合成ステップを有する
   ことを特徴とする無線通信方法。

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