JPWO2019026421A1 - 無線通信装置、無線通信方法および無線通信システム - Google Patents

無線通信装置、無線通信方法および無線通信システム Download PDF

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Abstract

【課題】無線通信装置の消費電力を低減させること、干渉の影響を低減させること、および、基地局数を減少させることを同時に実現することを可能にする。【解決手段】他装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御する受信制御部と、データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置に対する確認応答信号の送信を制御する送信制御部と、を備える、無線通信装置が提供される。【選択図】図3

Description

本開示は、無線通信装置、無線通信方法および無線通信システムに関する。
無線通信システムにおいて、無線信号の送信元装置が、無線信号の送信先装置からデータ通信の成否結果を得るためには様々な方法が用いられ得る。例えば、送信元装置が、送信先装置から確認応答信号を受信することによってデータ通信の成否結果を得ることが可能である。当該確認応答信号には、例えば、データ通信の成功を示すACK(ACKnowledgement)、または、データ通信の失敗を示すNACK(Negative ACKnowledgement)等がある。
例えば、以下の特許文献1には、3GPP(Third Generation Partnership Project)LTE(Long Term Evolution)において、移動局における電力消費を最小化するためにACKまたはNACKを用いた通信制御を行う技術が開示されている。
特表2010−537452号公報
ここで、上記の特許文献1等によっては、無線通信装置の消費電力を低減させること、干渉の影響を低減させること、および、基地局数を減少させることを同時に実現することが困難であった。そこで、本開示は、無線通信装置の消費電力を低減させること、干渉の影響を低減させること、および、基地局数を減少させることを同時に実現することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置、無線通信方法および無線通信システムを提供する。
本開示によれば、他装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御する受信制御部と、データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置に対する確認応答信号の送信を制御する送信制御部と、を備える、無線通信装置が提供される。
また、本開示によれば、他装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御することと、データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置に対する確認応答信号の送信を制御することと、を有する、コンピュータにより実行される無線通信方法が提供される。
また、本開示によれば、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの、他装置に対する繰り返し送信を制御する送信制御部と、データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置からの確認応答信号の受信を制御する受信制御部と、を備える、無線通信装置が提供される。
また、本開示によれば、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの、他装置に対する繰り返し送信を制御することと、データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置からの確認応答信号の受信を制御することと、を有する、コンピュータにより実行される無線通信方法が提供される。
また、本開示によれば、第1の無線通信装置と、第2の無線通信装置と、を備え、前記第1の無線通信装置は、前記第2の無線通信装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御する第1の受信制御部と、データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記第2の無線通信装置に対する確認応答信号の送信を制御する第1の送信制御部と、を備え、前記第2の無線通信装置は、前記データフレームの、前記第1の無線通信装置に対する繰り返し送信を制御する第2の送信制御部と、データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記第1の無線通信装置からの前記確認応答信号の受信を制御する第2の受信制御部と、を備える、無線通信システムが提供される。
以上説明したように本開示によれば、無線通信装置の消費電力を低減させること、干渉の影響を低減させること、および、基地局数を減少させることを同時に実現することが可能となる。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
無線通信システムの装置構成の一例を示す図である。 基地局および端末の動作の一例を示す図である。 基地局および端末の動作の一例を示す図である。 端末によって生成されるデータフレームのフレーム構成の一例を示す図である。 端末によって生成されるデータフレームのフレーム構成の一例を示す図である。 基地局によって生成されるACK1のフレーム構成の一例を示す図である。 基地局によって生成されるACK2のフレーム構成の一例を示す図である。 端末の機能構成の一例を示すブロック図である。 ACKに関するモードの一例を示す図である。 基地局の機能構成の一例を示すブロック図である。 端末の動作の一例を示すフローチャートである。 基地局の動作の一例を示すフローチャートである。 ACK1およびACK2のいずれも通信される場合における、端末と基地局の動作の一例を示すシーケンス図である。 ACK1のみ通信される場合における、端末と基地局の動作の一例を示すシーケンス図である。 ACK2のみ通信される場合における、端末と基地局の動作の一例を示すシーケンス図である。 ACK1およびACK2のいずれも通信されない場合における、端末と基地局の動作の一例を示すシーケンス図である。 第3の実施例の背景について説明する図である。 RX-Nが含まれるACK2のフレーム構成の一例を示す図である。 第4の実施例における端末の動作の一例を示すフローチャートである。 第4の実施例における基地局の動作の一例を示すフローチャートである。 第4の実施例における端末と基地局の動作の一例を示すシーケンス図である。 第5の実施例において使用されるPN系列発生器の一例を示す図である。 第5の実施例の変形例における、Preambleの生成方法および送信タイミングの決定方法について説明する図である。 第5の実施例の変形例における、Preambleの生成方法および送信タイミングの決定方法について説明する図である。 第6の実施例において、受信処理に使用される周波数と周波数番号の対応の一例を示す図である。 第6の実施例において、送信処理に使用される周波数と周波数番号の対応の一例を示す図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.第1の実施例
1−1.背景
1−2.装置構成
1−3.機能概要
1−4.フレーム構成
1−5.機能構成
1−6.モード選択方法
1−7.動作
2.第2の実施例
2−1.背景
2−2.機能概要
2−3.機能構成および動作
3.第3の実施例
3−1.背景
3−2.機能概要
3−3.機能構成
4.第4の実施例
4−1.背景
4−2.機能概要
4−3.機能構成および動作
5.第5の実施例
5−1.背景
5−2.機能概要
5−3.機能構成
5−4.変形例
6.第6の実施例
6−1.背景
6−2.機能概要
6−3.機能構成
7.むすび
<1.第1の実施例>
まず、本開示に係る第1の実施例について説明する。
(1−1.背景)
無線通信システムにおいて、無線信号の送信元装置が、無線信号の送信先装置からデータ通信の成否結果を得るためには様々な方法が用いられ得る。例えば、送信元装置が、送信先装置から確認応答信号を受信することによってデータ通信の成否結果を得ることが可能である。当該確認応答信号には、例えば、データ通信の成功を示すACK、または、データ通信の失敗を示すNACK等がある。
ここで、ACKおよびNACKのうち、より確実なデータ通信を実現するために、ACKが採用される場合が多い。ACKが採用された場合についてより具体的に説明すると、ACKの通信が失敗した場合、ACKの送信先装置は、データ通信が失敗したことによりACKが送信されなかったのか、データ通信が成功しACKも送信されたが、自装置がACKの受信に失敗したのか、を判断することができない。しかし、いずれの場合においても、当該装置は、再送等を行うことでデータ通信をより確実に実現することができる。一方、NACKが採用された場合、仮に、データ通信が失敗し、その後のNACKの通信も失敗すると、NACKの送信先装置は、データ通信が成功したと判断し、再送等を行わないため、データ通信が失敗に終わる。以上により、NACKよりもACKが採用される場合が多い。
また、ACKは、様々な無線通信システムで使用されている。例えば、ACKは、LTE(Long Term Evolution)等の公衆網無線通信システム、または、IEEE802.11等の無線LAN(Local Area Network)システム等で使用されている。
これらの無線通信システムにおいては、データ通信が行われた後にACKが通信されることになる。すなわち、1回のデータ通信が行われるにあたり、データ通信に要する電力およびACKの通信に要する電力が消費されることになる。また、無線LANシステム等においては、複数回のデータ通信が行われた後に、それらの通信に対するACKがまとめられたブロックACKという種類のACKが採用されている。これによって、ACKの通信に要する電力が削減される代りに、データの送信元装置は、複数回のデータ通信にて送信したデータを記憶しておき、ブロックACKにて通信の成功が示されなかったデータの再送等を行うため、より複雑なメモリ管理を求められる。
さて、近年、インターネットに接続可能な端末を、様々な場所、人または物に設置することで、当該端末が収集する情報を活用するIoT(Internet of Things)技術が盛んに開発されている。例えば、各種センサを備えた端末から、各種センシングデータを収集し、これらのデータを活用する技術が開発されている。
当該端末においては、端末自体の小型化の要請等により、バッテリーの小型化が求められている。また、バッテリーの充電作業等の運用コストを低減させるために、消費電力の低減が求められている。以上から、当該端末においては、無線通信に伴う消費電力の低減がより重要になっている。
また、IoTを実現する無線通信システムは、多くの場所、人または物に関する情報を収集するために、当該システム内に多くの端末を備えることが求められる。無線通信システムが多くの端末を備えるためには、複数の端末と同時にデータ通信を行うことによって生じる干渉を抑制することが重要である。
さらに、無線通信システムは、コストの制約により収集が困難であった、場所、人または物に関する情報を収集するために、システム全体のコストを削減することが求められている。そのため、設置コストが高い基地局の数を減らすことが重要である。実現方法としては、端末と基地局との無線通信距離を長くすることにより、基地局の数を減らしつつ広範囲から情報を収集可能にする方法が挙げられる。そして、端末と基地局との無線通信距離を長くする方法の一つとして、端末が、同一データを含む複数のデータフレームを繰り返して送信し、基地局が、これらのデータフレームを選択もしくは加算合成することで受信成功確率を向上させる方法が挙げられる。
しかし、無線通信システムが、上記の3つの要求(換言すると、無線通信装置の消費電力を低減させること、干渉の影響を低減させること、および、基地局数を減少させること)に対応しつつ、データ通信を確実に行うために確認応答信号を導入することは、以下の点で様々な困難を伴う。
まず、ACKの通信により消費電力が増加する点が挙げられる。より具体的に説明すると、上記のように、同一データを含む複数のデータフレームが繰り返して送信される場合、端末から基地局への無線通信距離は、繰り返して送信される回数(以降、「繰り返し送信回数」と呼称する)に依存する。換言すると、繰り返し送信回数が多くなるほど、端末から基地局への無線通信距離を長くすることができる。
一方、基地局から端末に送信される確認応答信号について、同程度の無線通信距離が実現されるためには、無線通信システムは、確認応答信号の受信感度を高くすることを求められる。例えば、端末が基地局へデータフレームを送信する際の繰り返し送信回数がN回である場合、基地局は、これらのデータフレームを加算合成することにより、以下の式1により算出されるだけの利得を得る。例えば、N=10とした場合、基地局は、10[dB]の利得を得る。
Figure 2019026421
確認応答信号の通信が行われる場合、無線通信システムは、式1により算出される利得に相当するだけ確認応答信号の受信感度を高くすることが求められる。しかし、確認応答信号の送信電力が制限される場合、無線通信システムは、確認応答信号の通信時間を長くすることにより対応することになる。例えば、N=10とした場合、無線通信システムは、確認応答信号の通信時間を10倍にすることになる。これにより、端末が確認応答信号の受信に要する時間が長くなるため、結果的に端末の消費電力が増加することになる。
さらに、データフレームが繰り返して通信され、各通信の後に確認応答信号が通信される場合、確認応答信号の受信に要する電力は繰り返し送信回数が増加するにつれて増加する。これを回避するためには、例えば、繰り返し送信後に1度だけ確認応答信号を通信する方法が採用され得る。しかし、この場合、全ての端末が繰り返し送信回数の上限数だけのデータフレームの繰り返し送信を行うことになるため、上限数よりも少ない繰り返し送信回数でデータ通信が成功した場合には、その後に無駄なデータ通信が行われることになる。換言すると、この無駄なデータ通信により、消費電力および干渉が引き起こされ、端末数が増加するほど大きな問題となる。特に、基地局近傍に位置する端末から送信された無線信号は、基地局において大きな干渉源になり、基地局が他の端末から送信された無線信号を受信する上でより大きな影響を及ぼす。
本件の開示者は、上記事情に鑑みて本開示に係る第1の実施例を創作するに至った。第1の実施例は、繰り返し送信されるデータフレーム単位で送信される第1の確認応答信号および繰り返し送信単位で送信される第2の確認応答信号を用いることで、無線通信装置の消費電力を低減させること、干渉の影響を低減させること、および、基地局数を減少させることを同時に実現することができる。以降では、本開示に係る第1の実施例について詳細に説明していく。
なお、本開示は、無線通信システムであれば、適用される対象は特に限定されない。例えば、本開示は、LTE等を含む公衆網無線通信システムに適用されてもよいし、IEEE802.11によって規定される無線LANシステムに適用されてもよいし、その他の無線通信システムに適用されてもよい。
また、これらの無線通信システムにおいて、確認応答信号の送信装置および受信装置として機能する装置は特に限定されない。例えば、これらの無線通信システムにおける親局(例えば、基地局、アクセスポイント等)および子局(例えば、端末、ステーション等)のいずれも、確認応答信号の送信装置および受信装置として機能し得る。以降では、一例として、本開示が、IoTを実現する無線通信システムに適用され、基地局が確認応答信号の送信装置として機能し、端末が確認応答信号の受信装置として機能する場合について説明する。
また、確認応答信号は、何らかのデータ通信の成否を示す信号であればよく、確認応答信号の種類は特に限定されない。以降では、一例として、確認応答信号としてACKが採用される場合について説明する。
(1−2.装置構成)
上記では、第1の実施例の背景について説明した。続いて、図1を参照して、無線通信システムの装置構成について説明する。
図1に示すように、無線通信システムは、基地局100と、端末200と、を備える。基地局100および端末200の数は特に限定されない。以降では、一例として、無線通信システムが1台の基地局100と、複数の端末200と、を備える場合について説明する。
端末200は、様々な場所、人または物に設置され、自装置に備えられる各種センサによって各種情報を収集する無線通信装置(または、「第2の無線通信装置」とも呼称される)である。また、端末200は、他装置と無線通信を行うことで、他装置から各種情報を収集してもよい。そして、端末200は、収集した情報が含まれたデータフレームを基地局100へ送信する。ここで、端末200が備えるセンサの種類は特に限定されない。例えば、端末200が備えるセンサには、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ、気圧センサ、温度センサ、振動センサ、音声センサ、心拍センサ、脈波センサ、近接センサ、照度センサ、圧力センサ、位置センサ、発汗センサ、pHセンサ、湿度センサまたは赤外線センサ等が含まれ得る。
また、上記のとおり、端末200は、より確実な通信を実現するために、データフレームを繰り返して送信する。なお、繰り返し送信における送信間隔、繰り返し送信回数の上限数、送信電力、フレーム構成等は特に限定されない。
基地局100は、端末200から提供された情報を用いて各種サービスを提供する無線通信装置(または、「第1の無線通信装置」とも呼称される)である。例えば、基地局100は、ユーザに装着された端末200によって収集された位置情報および心拍情報等を用いてユーザの見守りサービスを提供したり、自転車等の乗り物に設置された端末200によって収集された位置情報等を用いて乗り物のレンタルサービスを提供したり、建築物に設置された端末200によって収集された振動情報等を用いて建築物の強度監視サービス等を提供したりする。
また、上記のとおり、基地局100は、端末200から繰り返して送信されたデータフレームを受信し、受信処理に成功した場合には、確認応答信号としてACKを端末200に対して送信する。第1の実施例に係るACKの詳細については後述する。
ここで、基地局100および端末200は、LPWA(Low Power Wide Area)を用いてIoTをより適切に実現する。LPWAとは、より低い消費電力によって、より遠い距離(キロメートル単位)への通信を可能にする無線通信技術を指す。LPWAは、IoTを実現する無線通信システムのように、多数の端末200との通信が発生し、かつ、データフレームのサイズが比較的に小さい場合において、特に効果を発揮し易く、消費電力を低減させることが可能である。なお、これはあくまで一例であり、LPWAは適用されなくてもよい。
(1−3.機能概要)
上記では、無線通信システムの装置構成について説明した。続いて、無線通信システムの機能概要について説明する。
基地局100は、端末200によって繰り返して送信されたデータフレームの受信処理に成功した場合、当該端末200に対してACKを送信する。このとき、基地局100は、繰り返して送信されるデータフレーム単位で送信される第1の確認応答信号であるACK(以降、「ACK1」と呼称する)および、繰り返し送信単位で送信される第2の確認応答信号であるACK(以降、「ACK2」と呼称する)を用いる。
そして、基地局100は、ACK1のフレーム長をACK2のフレーム長よりも短く設定する。より具体的には、基地局100は、ACK1のフレーム長をACK2のフレーム長よりも短くすることで、端末200によるACK1の受信時間をACK2の受信時間よりも短くし、ACK1の受信に要する電力を低減させることができる。また、基地局100の近傍に位置する端末200は、フレーム長が短いACK1でも受信処理に成功する可能性が高いため、基地局100は、繰り返して送信されるデータフレーム単位でACK1を送信することで、端末200によるデータフレームの繰り返し送信回数を低減させることができるため、干渉の発生を抑制することができる。
また、基地局100は、繰り返し送信単位で(換言すると、繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームが送信された後に)ACK1よりもフレーム長が長いACK2を送信することで、ACK1の受信処理に失敗した端末200に対しても、データフレームの通信の成功を通知することができる。例えば、端末200が、基地局100の遠方に位置する場合、フレーム長が短いACK1の受信処理に失敗する可能性が高いため、ACK2がより有効に機能する。
ここで、図2および図3を参照して、第1の実施例における基地局100および端末200の動作例について説明する。なお、図1に示すように、基地局100の近傍に位置する端末200Aと、基地局100の遠方に位置する端末200Bを用いて説明を行う。また、繰り返し送信回数の上限数が4回に設定されているとする。
図2は、基地局100の近傍に位置する端末200Aと、基地局100との無線通信の一例について示している。図2に示すように、端末200Aは、収集した情報を含めたデータフレーム(図中には「UL(Up Link) Data frame」と表記)を繰り返して送信し、基地局100は、2回目に送信されたデータフレームを受信した時点で受信処理に成功し、ACK1を送信する。端末200Aは、ACK1を受信することで、データフレームの受信処理が成功したことを認識するとともに、3回目および4回目の送信処理を省略する。これによって、端末200Aは、3回目および4回目の送信処理に要する電力を削減することができ、干渉の発生も抑制することができる。
図3は、基地局100の遠方に位置する端末200Bと、基地局100との無線通信の一例について示している。図3に示すように、基地局100は、繰り返し送信回数の上限数である4回目に送信されたデータフレームを受信した時点で受信処理に成功し、ACK1を送信する。さらに、繰り返し送信回数が上限数に達したため、基地局100は、ACK1の送信後に、ACK2を送信する。
端末200Bは、受信感度不足によりACK1の受信処理に失敗し、その後、より長いフレーム長を有するACK2の受信処理には成功することで、データフレームの受信処理が成功したことを認識する。このように、基地局100は、ACK2のフレーム長をACK1のフレーム長よりも長くすることで、基地局100から遠方に位置する端末200BによるACK2の受信処理を成功させることができる。
(1−4.フレーム構成)
上記では、無線通信システムの機能概要について説明した。続いて、無線通信システムにて通信されるフレームのフレーム構成について説明する。
(データフレームのフレーム構成)
まず、図4を参照して、端末200によって生成されるデータフレームのフレーム構成の一例について説明する。
図4に示すように、端末200によって生成されるデータフレームは、「Preamble」と、「UL(Up Link) PHY Header」と、「UL(Up Link) MAC Header」と、「Information」と、「CRC」と、を含む。
(Preamble)
Preambleは、データフレームの検出に用いられる、予め決められた固定パターンの信号である。データフレームを受信する基地局100は、Preambleと同一の固定パターンの信号と、受信信号との相関値を求め、所定値よりも大きな相関値が得られたことに基づいてデータフレームを検出し、受信タイミングを把握する。なお、Preambleに用いられる固定パターンは、フレームの種類に固有の固定パターンが用いられてもよいし、端末200毎に異なる固定パターンが用いられてもよい。端末200毎に異なる固定パターンが用いられる場合については「5.第5の実施例」にて詳細に説明する。
(UL PHY Header)
UL PHY Headerは、物理層の各種パラメータが記載されるフィールドである。例えば、UL PHY Header以降の部分の変調方式が複数規定されている場合、UL PHY Headerに、これらの変調方式についての情報が含まれることによって、当該データフレームを受信する基地局100は、復調方式を正しく認識することができる。なお、UL PHY Headerに含まれる情報は特に限定されない。また、例えば、変調方式が1種類だけ規定されるような場合においては、UL PHY Headerが省略されてもよい。UL PHY Headerの省略方法は、当該フィールド自体を削除する方法、または、当該フィールドを固定パターンの情報に置き換える方法等が挙げられる。
(UL MAC Header)
UL MAC Headerは、MAC層の制御に関する各種パラメータが記載されるフィールドである。UL MAC Headerに記載される各種パラメータは特に限定されない。例えば、データフレームの送信元である端末200もしくは送信先である基地局100のアドレス情報、後段のInformationの識別情報、Informationの内容に関する情報(例えば、Informationの内容が位置データまたは温度データ等であることを示す情報)またはInformationのデータ長情報等がパラメータとして記載されてもよい。また、ACKに関するモードがパラメータとして記載されてもよい。なお、ACKに関するモードの詳細については後述する。
(Information)
Informationは、センサ等により収集された情報が格納されるフィールドである。端末200に備えられるセンサにより収集された情報がそのまま格納されてもよいし、何らかの加工が施された情報が格納されてもよい。ここで、加工とは、例えば、連続データを量子化する処理、測定データを「高い」もしくは「低い」等の抽象情報に変換する処理、または、ノイズを除去するフィルタ処理等が含まれ得るが、これらの処理に限定されない。
(CRC)
CRCは、データフレームを受信する基地局100による誤り検出に用いられる冗長情報である。当該冗長情報は、予め決められたCRC生成規則に基づいて入力データが処理されることで生成される。ここで、入力データとは、例えば、UL MAC HeaderおよびInformationである。
(PHY Payload)
上記の各フィールドに対して誤り訂正技術が適用されてもよい。例えば、UL MAC Header、InformationおよびCRCに対して誤り訂正技術が適用されてもよい。ここで、適用される誤り訂正技術は、畳み込み符号またはLDPC(Low Density Parity Check)符号等の一般的な技術を含み、これらに限定されない。これらの誤り訂正符号が適用されると、符号化率に応じて、データ長が長くなる。誤り訂正符号が適用された後の情報がPHY Payloadに格納される。
なお、データフレーム全体が、疑似ランダム系列(例えば、PN(Pseudo Noise)系列等)により、拡散またはスクランブルされてもよい。ここで、拡散とは、データフレームの1[symbol]に対して、そのN倍のサンプリングレートを有する疑似ランダム系列を乗算することで、N[symbol]に変換する直接拡散(Direct Spectrum Spreading)等を含み、これに限定されない。データフレームを受信する基地局100は、同一の疑似ランダム系列を用いて逆拡散を行うことで、元の信号を取得することができる。なお、特に、N=1である場合の処理がスクランブルと称される。
なお、データフレームのフレーム構成は、図4に示す構成に限定されない。例えば、データフレームのフレーム構成は、図5に示す構成であってもよい。図5に示すフレーム構成においては、送信効率を向上させるために変調方式が1種類(例えば、BPSK(Binary Phase-Shift Keying)変調等)に決められることで、UL PHY Headerが省略されている。また、UL MAC Headerは、送信元である端末200の識別情報であるIDと、ACKに関するモード情報であるACK modeで構成されている。図5のフレーム構成が用いられることによって、端末200および基地局100は、データフレームの通信に要する電力を低減させることができる。なお、ACKに関するモードの詳細については後述する。
(ACK1のフレーム構成)
続いて、図6を参照して、基地局100によって生成されるACK1のフレーム構成の一例について説明する。
図6に示すように、基地局100によって生成されるACK1は、「Preamble」と、「DL(Down Link) MAC Header」と、「CRC」と、を含む。
(Preamble)
Preambleは、ACK1の検出に用いられる、予め決められた固定パターンの信号である。当該ACK1を受信する端末200は、Preambleと同一の固定パターンの信号と、受信信号との相関値を求め、所定値よりも大きな相関値が得られたことに基づいてACK1を検出し、受信タイミングを把握する。なお、Preambleに用いられる固定パターンは、フレームの種類に固有の固定パターンが用いられてもよいし、端末200毎に異なる固定パターンが用いられてもよい。端末200毎に異なる固定パターンが用いられる場合については「5.第5の実施例」にて詳細に説明する。
また、Preambleのデータ長が長いほど相関値が大きくなるため、雑音耐性が高くなり、通信可能な距離が長くなる。しかし、Preambleのデータ長が長いほど、端末200の受信処理に要する電力が大きくなる。ここで、ACK1は、端末200の受信処理に要する電力を低減させると共に、基地局100近傍に位置する端末200の繰り返し送信回数を低減させることを主な目的としているため、Preambleのデータ長は、後述するACK2よりも短く設定される。
(DL MAC Header)
DL MAC Headerは、MAC層の制御に関する各種パラメータが記載されるフィールドである。DL MAC Headerに記載される各種パラメータは特に限定されない。例えば、ACK1の送信元である基地局100もしくは送信先である端末200のアドレス情報等がパラメータとして記載されてもよい。
(CRC)
CRCは、ACK1を受信する端末200による誤り検出に用いられる冗長情報である。当該冗長情報は、予め決められたCRC生成規則に基づいて入力データが処理されることで生成される。ここで、入力データとは、例えば、DL MAC Headerである。
(PHY Payload)
上記の各フィールドに対して誤り訂正技術が適用されてもよい。例えば、DL MAC HeaderおよびCRCに対して誤り訂正技術が適用されてもよい。ここで、適用される誤り訂正技術は、畳み込み符号またはLDPC符号等の一般的な技術を含み、これらに限定されない。これらの誤り訂正符号が適用されると、符号化率に応じて、データ長が長くなる。誤り訂正符号が適用された後の情報がPHY Payloadに格納される。
なお、符号化率は、R=1/3またはR=1/4のように表記されることが一般的であり、符号化率がR=1/3である場合、入力が1/R=3倍に変換されることを意味している。増えた情報が冗長情報であり、冗長情報が多ければ雑音耐性が高くなるため、通信可能な距離が長くなる。しかし、冗長情報が多いほど、端末200の受信処理に要する電力が大きくなる。ここで、ACK1は、端末200の受信処理に要する電力を低減させると共に、基地局100近傍に位置する端末200の繰り返し送信回数を低減させることを主な目的としているため、後述するACK2よりも冗長情報の少ない符号化率が用いられる。
また、ACK1にて、各情報が繰り返し格納されることで雑音耐性が高められてもよい。例えば、DL MAC HeaderおよびCRCが複数回繰り返して、PHY Payloadに格納されてもよい。DL MAC HeaderおよびCRCが繰り返して格納される回数が多いほど、雑音耐性が高くなるため、通信可能な距離が長くなる。しかし、DL MAC HeaderおよびCRCが繰り返して格納される回数が多いほど、端末200の受信処理に要する電力が大きくなる。ここで、ACK1は、端末200の受信処理に要する電力を低減させると共に、基地局100近傍に位置する端末200の繰り返し送信回数を低減させることを主な目的としているため、DL MAC HeaderおよびCRCが繰り返して格納される回数は、後述するACK2よりも少なく設定される。
(ACK2のフレーム構成)
続いて、図7を参照して、基地局100によって生成されるACK2のフレーム構成の一例について説明する。
図7に示すように、基地局100によって生成されるACK2は、「Preamble」と、「DL MAC Header」と、「CRC」と、を含む。
(Preamble)
Preambleは、ACK2の検出に用いられる、予め決められた固定パターンの信号である。当該ACK2を受信する端末200は、Preambleと同一の固定パターンの信号と、受信信号との相関値を求め、所定値よりも大きい相関値が得られたことに基づいてACK2を検出し、受信タイミングを把握する。なお、Preambleに用いられる固定パターンは、フレームの種類に固有の固定パターンが用いられてもよいし、端末200毎に異なる固定パターンが用いられてもよい。端末200毎に異なる固定パターンが用いられる場合については「5.第5の実施例」にて詳細に説明する。
また、上記のとおり、ACK2のPreambleのデータ長は、ACK1のPreambleのデータ長よりも長く設定される。例えば、ACK2のPreambleのデータ長は、端末200によって生成されるデータフレームのPreambleのデータ長と同程度の長さに設定され得る。
(DL MAC Header)
DL MAC Headerは、MAC層の制御に関する各種パラメータが記載されるフィールドである。DL MAC Headerに記載される各種パラメータは特に限定されない。例えば、ACK2の送信元である基地局100もしくは送信先である端末200のアドレス情報等がパラメータとして記載されてもよい。
(CRC)
CRCは、ACK2を受信する端末200による誤り検出に用いられる冗長情報である。当該冗長情報は、予め決められたCRC生成規則に基づいて入力データが処理されることで生成される。ここで、入力データとは、例えば、DL MAC Headerである。
(PHY Payload)
ACK1と同様に、上記の各フィールドに対して誤り訂正技術が適用されてもよい。例えば、DL MAC HeaderおよびCRCに対して誤り訂正技術が適用されてもよい。ここで、適用される誤り訂正技術は、畳み込み符号またはLDPC符号等の一般的な技術を含み、これらに限定されない。誤り訂正符号が適用された後の情報がPHY Payloadに格納される。上記のとおり、ACK2においては、ACK1よりも冗長情報の多い符号化率が用いられる。また、ACK2にて、各情報が繰り返し格納されることで雑音耐性が高められる場合、DL MAC HeaderおよびCRCが繰り返して格納される回数がACK1よりも多く設定される。
(1−5.機能構成)
上記では、無線通信システムにて通信されるフレームのフレーム構成について説明した。続いて、端末200および基地局100の機能構成について説明する。
(端末200の機能構成)
まず、図8を参照して、端末200の機能構成について説明する。図8に示すように、端末200は、センサ情報取得部210と、モード選択部220と、データフレーム生成部230と、送信制御部240と、送信部250と、受信部260と、受信制御部270と、を備える。
(センサ情報取得部210)
センサ情報取得部210は、自装置に備えられる各種センサから各種情報を取得する機能構成である。センサ情報取得部210が各種情報を取得するトリガまたはタイミングは特に限定されない。例えば、センサ情報取得部210は、所定のアプリケーションから提供されたトリガに基づいて各種情報の取得を行ってもよい。また、センサ情報取得部210は、所定の周期、データフレームの送信直前のタイミングで各種情報の取得を行ってもよい。また、上記のとおり、センサ情報取得部210は、他装置との無線通信により他装置から各種情報を取得してもよい。また、センサ情報取得部210は、単に情報を取得するだけでなく、取得した情報に対して加工(例えば、連続データを量子化する処理、測定データを「高い」もしくは「低い」等の抽象情報に変換する処理、または、ノイズを除去するフィルタ処理等)を施してもよい。センサ情報取得部210は、取得した情報をデータフレーム生成部230に提供する。
(モード選択部220)
モード選択部220は、ACKに関するモードを選択する機能構成である。より具体的には、端末200は、ACKの要否およびACKの種類に関する情報をACKに関するモードとして、データフレームに含めることによって、当該情報を基地局100に通知し、ACKの要否およびACKの種類を指定することができる。例えば、モード選択部220は、図9に示すように、「(A)ACKを受信しない(換言すると、ACK1およびACK2のいずれも受信しない)」、「(B)ACK1のみ受信する」、「(C)ACK2のみ受信する」、「(D)ACK1とACK2を受信する」のいずれかを選択することができる。なお、モードの選択方法の詳細については「1−6.モード選択方法」にて説明する。また、図9はあくまで一例であり、ACKに関するモードの内容は特に限定されない。モード選択部220は、選択したACKに関するモード情報をデータフレーム生成部230および受信制御部270に提供する。
(データフレーム生成部230)
データフレーム生成部230は、センサ情報取得部210から提供された情報(各種センサによって収集された情報等)と、モード選択部220から提供されたACKに関するモード情報に基づいてデータフレームを生成する機能構成である。例えば、データフレーム生成部230は、図5に示すように、センサ情報取得部210から提供された情報をInformationへ格納し、モード選択部220から提供されたACKに関するモード情報(例えば、図9において、各モードを量子化したビット)をACK modeへ格納することで、データフレームを生成する。データフレーム生成部230は、生成したデータフレームを送信制御部240に提供する。
(送信制御部240)
送信制御部240は、データフレーム生成部230によって生成されたデータフレームの送信処理を制御する機能構成であり、第2の送信制御部とも呼称される。より具体的には、送信制御部240は、データフレームについて、予め設定されるパラメータ等に従って、符号化、インタリーブおよび変調等を行うことによりベースバンドの送信信号(例えば、50[ksps]等)を生成する。そして、送信制御部240は、生成したベースバンドの送信信号を送信部250に提供する。また、送信制御部240は、繰り返し送信回数および送信タイミング等に関する情報を受信制御部270に提供する。
また、送信制御部240は、繰り返し送信回数が上限数に至るまで、または、ACK1が受信されるまで、データフレームを繰り返して送信する制御を行う。なお、データフレームの送信タイミングは特に限定されない。例えば、送信制御部240は、所定のアプリケーションから提供されたトリガに基づいてデータフレームの送信が行われるように制御してもよいし、所定の周期でデータフレームの送信が行われるように制御してもよい。
(送信部250)
送信部250は、送信制御部240によって提供されるベースバンドの送信信号にアップコンバージョンを施すことで、搬送波周波数(例えば、920[MHz]等)を有する無線信号に変換し、当該無線信号を送信アンテナから送信する機能構成である。
(受信部260)
受信部260は、受信アンテナから得られる、搬送波周波数を有する無線信号について、アナログ処理およびダウンコンバージョンを施すことで、ベースバンドの受信信号に変換する機能構成である。受信部260は、ベースバンドの受信信号を受信制御部270に提供する。
(受信制御部270)
受信制御部270は、モード選択部220から提供された、ACKに関するモード情報、および、送信制御部240から提供された、繰り返し送信回数および送信タイミング等に関する情報に基づいてACK等の受信処理を制御する機能構成であり、第2の受信制御部とも呼称される。より具体的には、モード選択部220によってACK1が受信されるモードが選択された場合、受信制御部270は、各データフレームの送信時により決まる所定時間にACK1の受信処理を行う。また、モード選択部220によってACK2が受信されるモードが選択された場合、受信制御部270は、繰り返し送信における最後のデータフレームの送信時により決まる所定時間にACK2の受信処理を行う。また、モード選択部220によってACK1またはACK2が受信されないモードが選択された場合、受信制御部270は、ACK1またはACK2の受信処理を省略する。
受信制御部270は、受信部260から提供されたベースバンドの受信信号について、予め設定されるパラメータ等に従って復調を行い、その後、PHY Payloadを取り出して誤り訂正復号を行う。受信制御部270は、CRCに基づいて、復号後のデータにおける誤りの有無を確認する。受信制御部270は、復号後のデータに誤りが無いと判断した場合、DL MAC Headerに含まれる宛先情報に基づいて、当該ACKが自装置宛てであるか否かを判断する。そして、ACKの宛先装置が自装置である場合、受信制御部270は、自装置宛てのACKを受信した旨を送信制御部240に共有する。
(基地局100の機能構成)
続いて、図10を参照して、基地局100の機能構成について説明する。図10に示すように、基地局100は、受信部110と、受信制御部120と、センサ情報取得部130と、ACK生成部140と、送信制御部150と、送信部160と、を備える。
(受信部110)
受信部110は、受信アンテナから得られる、搬送波周波数を有する無線信号について、アナログ処理およびダウンコンバージョンを施すことで、ベースバンドの受信信号(例えば、50[ksps]等)に変換する機能構成である。受信部110は、ベースバンドの受信信号を受信制御部120に提供する。
(受信制御部120)
受信制御部120は、データフレームの受信処理を制御する機能構成であり、第1の受信制御部とも呼称される。より具体的には、受信制御部120は、受信部110から提供されたベースバンドの受信信号について、予め設定されるパラメータ等に従って復調を行い、その後、PHY Payloadを取り出して誤り訂正復号を行う。受信制御部120は、CRCに基づいて、復号後のデータにおける誤りの有無を確認する。受信制御部120は、復号後のデータに誤りが無いと判断した場合、InformationおよびUL MAC Headerを抽出し、Informationをセンサ情報取得部130に提供し、データフレームの受信回数に関する情報と共にUL MAC HeaderをACK生成部140に提供する。
受信制御部120は、復号後のデータに誤りが有ると判断した場合、受信されたデータフレームを破棄するか、蓄積する。受信制御部120は、受信されたデータフレームを蓄積することによって、当該データフレームと、その前後に受信されたデータフレームとを加算合成することによって誤りの無いデータフレームを復元できる場合がある。これにより、受信制御部120は、より少ない受信回数で、受信処理の成功率を向上させることができる。
(センサ情報取得部130)
センサ情報取得部130は、受信制御部120から提供されたInformationからセンサ情報を取得する機能構成である。より具体的には、センサ情報取得部130は、データフレームを送信した端末200の処理に応じて、Informationに含まれる情報を、そのままセンサ情報として取得してもよいし、端末200によって加工された情報を復元することでセンサ情報を取得してもよい。例えば、センサ情報取得部130は、量子化されたデータを連続データに戻す処理、または、抽象化されたデータを抽象化前のデータに戻す処理等を行うことで、センサ情報を取得してもよい。なお、Informationに含まれる情報であれば、センサ情報取得部130が取得する情報の内容は特に限定されない。
(ACK生成部140)
ACK生成部140は、受信制御部120から提供されたUL MAC Headerに含まれるACKに関するモード情報に基づいてACK1またはACK2の生成を制御する機能構成である。より具体的には、図9における「(A)ACKを受信しない」が選択された場合、ACK生成部140は、受信されたデータフレームに誤りが含まれない場合であっても、ACK1およびACK2を生成しない。
また、「(B)ACK1のみ受信する」または「(D)ACK1とACK2を受信する」が選択された場合、ACK生成部140は、受信されたデータフレームに誤りが含まれない場合、ACK1を生成する。なお、ACK生成部140は、ACK1におけるDL MAC Headerには、データフレームのUL MAC Headerに含まれる、データフレームの送信元である端末200の識別情報を記載する。
また、「(C)ACK2のみ受信する」または「(D)ACK1とACK2を受信する」が選択された場合、ACK生成部140は、受信制御部120から提供されたデータフレームの受信回数に関する情報が、繰り返し送信回数の上限数を示している場合、かつ、受信されたデータフレームに誤りが含まれない場合に、ACK2を生成する。なお、ACK生成部140は、ACK2におけるDL MAC Headerには、データフレームのUL MAC Headerに含まれる、データフレームの送信元である端末200の識別情報を記載する。
(送信制御部150)
送信制御部150は、ACK生成部140によって生成されたACK1またはACK2の送信処理を制御する機能構成であり、第1の送信制御部とも呼称される。より具体的には、送信制御部150は、ACK1またはACK2について、予め設定されるパラメータ等に従って、符号化、インタリーブおよび変調等を行うことによりベースバンドの送信信号(例えば、50[ksps]等)を生成する。そして、送信制御部150は、生成したベースバンドの送信信号を送信部160に提供する。なお、送信制御部150によって送信処理が制御される信号は、ACK1またはACK2に限定されない。例えば、送信制御部150は、任意のデータフレームの送信処理を制御してもよい。
(送信部160)
送信部160は、送信制御部150によって提供されるベースバンドの送信信号にアップコンバージョンを施すことで、搬送波周波数(例えば、920[MHz]等)を有する無線信号に変換し、当該無線信号を送信アンテナから送信する機能構成である。
(1−6.モード選択方法)
上記では、端末200および基地局100の機能構成について説明した。続いて、端末200のモード選択部220によるACKに関するモードの選択方法の例について説明する。
モード選択部220は、様々な方法でACKに関するモードを選択することができる。例えば、モード選択部220は、送信されるデータの内容または種類に基づいてモードを選択してもよい。例えば、送信されるデータが、周期的に送信されるデータであり、仮に、通信が失敗したとしても、基地局100が過去に通信されたデータまたは将来通信されるデータにより補完可能な場合(例えば、送信されるデータが連続性を有するデータの一部である場合等)、モード選択部220は、「(A)ACKを受信しない」を選択してもよい。これによって、端末200は、ACKの受信動作を省略することができるため、消費電力を低減させることができ、干渉の発生を抑制することができる。
また、モード選択部220は、端末200の残電力量に基づいてモードを選択してもよい。例えば、モード選択部220は、残電力量が所定値よりも少ない場合、「(A)ACKを受信しない」を選択してもよい。
また、モード選択部220は、過去のデータフレームの通信状況に基づいてモードを選択してもよい。例えば、過去におけるデータフレームの通信成功確率が極めて高い場合、モード選択部220は、その後の通信成功確率も同様に極めて高いと予測し、「(A)ACKを受信しない」を選択してもよい。
また、モード選択部220は、過去のACK1の受信状況に基づいてモードを選択してもよい。例えば、端末200が、過去(例えば、前回の繰り返し送信時)に、ACK1を受信することができた場合、モード選択部220は、端末200がACK1を受信可能な場所(例えば、基地局100の近傍等)に位置していると判断し、「(B)ACK1のみ受信する」を選択してもよい。これによって、端末200は、無駄なACK2の通信を省略することができるため、消費電力を低減させることができ、干渉の発生を抑制することができる。
また、例えば、端末200が、過去(例えば、前回の繰り返し送信時)に、ACK1を受信することができなかった場合、モード選択部220は、端末200がACK1を受信できない場所(例えば、基地局100の遠方等)に位置していると判断し、「(C)ACK2のみ受信する」を選択してもよい。これによって、端末200は、無駄なACK1の通信を省略することができるため、消費電力を低減させることができ、干渉の発生を抑制することができる。
また、モード選択部220は、過去におけるACKまたはデータフレームの通信結果が無い場合もしくは少ない場合、または、前回の繰り返し送信時から所定時間よりも長い時間が経過している場合、モード選択部220は、ACK1の受信処理が成功するか否か不明であると判断し、「(D)ACK1とACK2を受信する」を選択してもよい。これによって、端末200は、より確実にACKを受信することができる。
なお、端末200がGNSS(Global Navigation Satellite System)センサ等の位置情報を取得可能なセンサを備えている場合、モード選択部220は、過去のある時点(例えば、前回の繰り返し送信時点)からの端末200の位置の変化が所定値よりも大きいか否か、または、(基地局100の位置が既知である場合には)端末200と基地局100との離隔距離が所定値以内であるか否かという点を考慮してもよい。例えば、過去のある時点(例えば、前回の繰り返し送信時点)からの端末200の位置の変化が所定値より大きい場合、モード選択部220は、ACK1の受信処理が成功するか否か不明であると判断し、「(D)ACK1とACK2を受信する」を選択してもよい。なお、上記のモードの選択方法もあくまで一例であり、特に限定されない。
(1−7.動作)
上記では、端末200のモード選択部220によるACKに関するモードの選択方法の例について説明した。続いて、端末200および基地局100の動作について説明する。
(端末200の動作)
まず、図11を参照して、端末200の動作の一例について説明する。端末200は、所定のアプリケーションによるトリガまたは事前に決められた周期等で図11に示す動作を開始する。なお、動作の開始タイミングは、これらに限定されない。
ステップS1000では、センサ情報取得部210が各種センサからセンサ情報を取得する。例えば、センサ情報取得部210が、GNSSセンサ、温度センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ等によって取得されたセンサ情報を取得する。ステップS1004では、モード選択部220がACKに関するモードを選択する。ステップS1008では、データフレーム生成部230が、センサ情報取得部210から提供されたセンサ情報と、モード選択部220から提供されたACKに関するモード情報に基づいてデータフレームを生成する。
ステップS1012では、送信制御部240が、データフレーム生成部230によって生成されたデータフレームを基地局100に対して送信する。ステップS1016では、モード選択部220によって選択された、ACKに関するモードに基づいてACK1の受信処理が必要な場合、受信制御部270は、ACK1の受信処理を行う。受信制御部270がACK1の受信処理に成功した場合(ステップS1016/Yes)、ステップS1020にて、受信制御部270は、ACK1のDL MAC Headerに含まれる宛先情報に基づいて、ACK1が自装置宛てであるか否かを判断する。
ACK1が自装置宛てである場合(ステップS1020/Yes)、受信制御部270は、基地局100がデータフレームの受信処理に成功したことを認識し、処理が終了する。ステップS1016にて、モード選択部220によって選択されたモードに基づいてACK1の受信処理が必要でない、または、ACK1の受信処理に失敗した場合(ステップS1016/No)、または、ACK1が自装置宛てでない場合(ステップS1020/No)、ステップS1024にて、送信制御部240が、繰り返し送信回数が上限数に達しているか否かを確認する。
繰り返し送信回数が上限数に達していない場合(ステップS1024/No)、処理がステップS1012に戻り、繰り返し送信回数が上限数に達するまで、データフレームの送信処理およびACK1の受信制御が行われる。繰り返し送信回数が上限数に達している場合(ステップS1024/Yes)、ステップS1028にて、モード選択部220によって選択されたモードに基づいてACK2の受信処理が必要な場合、受信制御部270は、ACK2の受信処理を行う。受信制御部270がACK2の受信処理に成功した場合(ステップS1028/Yes)、ステップS1032にて、受信制御部270は、ACK2のDL MAC Headerに含まれる宛先情報に基づいて、ACK2が自装置宛てであるか否かを判断する。
ACK2が自装置宛てである場合(ステップS1032/Yes)、受信制御部270は、基地局100がデータフレームの受信処理に成功したことを認識し、処理が終了する。ステップS1028にて、モード選択部220によって選択されたモードに基づいてACK2の受信処理が必要でない、または、ACK2の受信に失敗した場合(ステップS1028/No)、または、ACK2が自装置宛てでない場合(ステップS1032/No)、処理が終了する。この場合、受信制御部270は、基地局100がデータフレームの受信処理に成功したか否かを認識することができない。
なお、端末200の動作は上記に限定されない。例えば、モード選択部220が、ACK1またはACK2の少なくとも一方を受信するモードを選択した場合、かつ、ACK1およびACK2のいずれの受信処理も成功しなかった場合、送信制御部240は、データフレームを再送信してもよい。
(基地局100の動作)
続いて、図12を参照して、基地局100の動作の一例について説明する。
ステップS1100では、受信制御部120は、加算合成のために過去に受信されたデータフレームを記憶しておく記憶領域をクリアする。ステップS1104では、受信制御部120が、一定時間が経過しても受信処理が終了しない場合に受信処理から抜ける(換言すると、タイムアウトする)ために、受信処理の開始タイミングからの経過時間を確認する。ここで、タイムアウトの上限は、繰り返し送信回数の上限数の送信処理が行われた場合のデータフレーム終了時刻と、ACK2の送信の開始時刻との間に設定されることを想定しているが、これに限定されない。
タイムアウトが行われていない場合(ステップS1104/No)、ステップS1108にて、受信制御部120がデータフレームのPreambleに使用される固定パターンと、受信信号との相関値を算出することにより、データフレームの検出を試みる。所定値よりも大きい相関値が得られたことに基づいて受信制御部120がデータフレームを検出したと判断した場合(ステップS1108/Yes)、ステップS1112にて、受信制御部120は、データフレームを記憶領域に格納する。既に記憶領域に格納されているデータフレームがある場合、受信制御部120は、上書きまたは加算合成のいずれかの処理を行う。受信制御部120がデータフレームを検出できない場合(ステップS1108/No)、タイムアウトが行われるまでは、受信制御部120がデータフレームの検出を試みる。
ステップS1116では、受信制御部120がデータフレームのPHY Payload部分の信号処理を行う。誤り訂正技術が適用されている場合には、受信制御部120が該当する技術により誤り訂正を行う。ステップS1120では、受信制御部120がデータフレームに含まれるCRCに関する処理を行うことで、データフレームの復号に成功したか否かを判断する。受信制御部120がデータフレームの復号に成功したと判断した場合(ステップS1120/Yes)、ACKの送信制御に移行する。
受信制御部120がデータフレームの復号に成功したと判断できない場合(ステップS1120/No)、ステップS1144にて、受信制御部120が、データフレームの受信回数と、繰り返し送信回数の上限数との比較を行う。データフレームの受信回数が、繰り返し送信回数の上限数に達していない場合(ステップS1144/No)、処理がステップS1104に戻り、タイムアウトが行われるまでは、受信制御部120がデータフレームの検出を試みる。データフレームの受信回数が、繰り返し送信回数の上限数に達している場合(ステップS1144/Yes)、処理が終了する。
ステップS1124では、ACK生成部140が、データフレームのUL MAC Headerに含まれるACK modeを確認し、ACK1が端末200から要求されているか否かを確認する。ACK1が要求されている場合(ステップS1124/Yes)、ステップS1128にて、ACK生成部140がACK1を生成し、送信制御部150がACK1を端末200に対して送信する。ACK1が要求されていない場合(ステップS1124/No)には、ステップS1128のACK1の生成および送信が行われない。
ステップS1132では、受信制御部120が、データフレームの受信回数と、繰り返し送信回数の上限数との比較を行う。データフレームの受信回数が、繰り返し送信回数の上限数に達していない場合(ステップS1132/No)、処理がステップS1104に戻り、タイムアウトが行われるまでは、受信制御部120がデータフレームの検出を試みる。データフレームの受信回数が、繰り返し送信回数の上限数に達している場合(ステップS1132/Yes)、ステップS1136にて、ACK生成部140が、データフレームのUL MAC Headerに含まれるACK modeを確認し、ACK2が端末200から要求されているか否かを確認する。
ACK2が要求されている場合(ステップS1136/Yes)、ステップS1140にて、ACK生成部140がACK2を生成し、送信制御部150がACK2を端末200に対して送信する。ACK2が要求されていない場合(ステップS1136/No)には、ステップS1140のACK2の生成および送信が行われず、処理が終了する。
ステップS1104にて、タイムアウトが行われた場合(ステップS1104/Yes)、ステップS1148にて、受信制御部120が、繰り返し送信において過去受信されたデータフレームの復号に成功しているか否かを判断する。受信制御部120が、繰り返し送信において過去受信されたデータフレームの復号に成功していると判断した場合(ステップS1148/Yes)、ステップS1152にて、ACK生成部140が、データフレームのUL MAC Headerに含まれるACK modeを確認し、ACK2が端末200から要求されているか否かを確認する。
ACK2が要求されている場合(ステップS1152/Yes)、ACK生成部140および送信制御部150は、ACK2の送信タイミングが到来するまで待機し、ACK2の送信タイミングが到来した場合(ステップS1156/Yes)、ステップS1160にて、ACK生成部140がACK2を生成し、送信制御部150がACK2を端末200に対して送信する。
ステップS1148にて、受信制御部120が、繰り返し送信において過去受信されたデータフレームの復号に成功していないと判断した場合(ステップS1148/No)、および、ステップS1152にて、ACK2が要求されていない場合(ステップS1152/No)には、ACK2の生成および送信が行われず、処理が終了する。
(端末200と基地局100の動作を示すシーケンス図)
続いて、図13〜図16を参照して、端末200と基地局100の動作を示すシーケンス図について説明する。図13〜図16は、図9で示したACKに関する各モードに対応する動作を示すシーケンス図である。なお、図13〜図16においては、繰り返し送信回数の上限数が便宜的に2回に設定されている。また、端末200がACK1を検出できず、ACK1の受信処理に失敗する(すなわち、繰り返し送信回数の上限数だけACK1が送信される)こととする。
図13は、図9における「(D)ACK1とACK2を受信する」が選択された場合に対応する動作を示すシーケンス図である。
ステップS1200では、端末200のセンサ情報取得部210が各種センサからセンサ情報を取得する。ステップS1204では、モード選択部220がACKに関するモードを選択する。ステップS1208では、データフレーム生成部230が、センサ情報取得部210から提供されたセンサ情報と、モード選択部220から提供された、ACKに関するモード情報に基づいてデータフレームを生成する。ステップS1212では、送信制御部240が、データフレーム生成部230によって生成されたデータフレームの送信処理を行う。
ステップS1216では、基地局100の受信制御部120が、端末200から送信されたデータフレームの受信処理に成功する。ステップS1220では、ACK生成部140がACK1を生成し、送信制御部150がACK1の送信処理を行う。
ステップS1224では、端末200の受信制御部270が、ACK1の受信処理に失敗する。送信制御部240は、基地局100によるデータフレームの受信処理が成功したか否かを判断することができないため、ステップS1228にて、再びデータフレームの送信処理を行う。ステップS1232〜ステップS1240の処理は、ステップS1216〜ステップS1224の処理と同一であるため、説明を省略する。
ステップS1244では、基地局100のACK生成部140が、ACK2を生成し、送信制御部150がACK2の送信処理を行う。ステップS1248では、端末200の受信制御部270が、ACK2の受信処理に成功して、処理が終了する。
図14は、図9における「(B)ACK1のみ受信する」が選択された場合に対応する動作を示すシーケンス図である。図14においては、図13の各処理のうち、ACK2に関する処理が行われない。それ以外は、図13と同一であるため、説明を省略する。
図15は、図9における「(C)ACK2のみ受信する」が選択された場合に対応する動作を示すシーケンス図である。図15においては、図13の各処理のうち、ACK1に関する処理が行われない。それ以外は、図13と同一であるため、説明を省略する。
図16は、図9における「(A)ACKを受信しない」が選択された場合に対応する動作を示すシーケンス図である。図16においては、図13の各処理のうち、ACK1およびACK2に関する処理が行われない。それ以外は、図13と同一であるため、説明を省略する。
<2.第2の実施例>
上記では、本開示に係る第1の実施例について説明した。続いて、本開示に係る第2の実施例について説明する。
(2−1.背景)
まず、第2の実施例の背景について説明する。
上記のとおり、基地局100は、複数の端末200との通信を並行して行う。換言すると、図12に示すフローチャートの処理が、最大で端末200の台数だけ並列に実行されることになる。異なる端末200に対するACK1またはACK2の送信処理が略同一のタイミングに行われる場合がある。
ここで、例えば、法規制等により、送信処理に使用される周波数毎の送信電力に上限値が設定されている場合、基地局100が複数の端末200に対して略同一のタイミングで略同一の周波数を用いてACKを送信する際に、合計の送信電力を上限値以下にする必要がある。基地局100が、合計の送信電力を上限値以下にした場合、ACKの無線通信距離が短くなるため、各端末200へのACKの通信に失敗する可能性が高くなる。
そこで、本件の開示者は、上記事情に鑑みて第2の実施例を創作するに至った。以降では、第1の実施例と同一の内容の説明を極力省略し、特に差分について言及する。
(2−2.機能概要)
上記では、第2の実施例の背景について説明した。続いて、第2の実施例の機能概要について説明する。
第2の実施例に係る基地局100は、複数の端末200に対して略同一のタイミングで略同一の周波数を用いてACKを送信する場合、これら複数のACKのうちのいずれかを優先的に送信することができる。
例えば、基地局100は、異なる端末200に対するACK1の送信タイミングとACK2の送信タイミングが略同一である場合、ACK2を優先的に送信する。より具体的に説明すると、ACK1は、繰り返して送信されるデータフレーム単位で送信されるACKであるため、基地局100は、当該繰り返し送信において再びACK1を送信する機会を得られる可能性が高い。一方、ACK2は、繰り返し送信単位で送信されるACKであるため、基地局100は、当該繰り返し送信において再びACK2を送信する機会を得られない。また、ACK2を受信できなかった端末200は、繰り返し送信処理全体を再び実行するため、ACK2が送信されないことによって、消費電力の増加、干渉の増加および通信効率の低下等が起きてしまう。したがって、基地局100は、ACK1よりもACK2を優先的に送信することで、これらの悪影響の発生を防止することができる。
また、基地局100は、異なる端末200に対する各ACK1の送信タイミングが略同一である場合、以下の観点に基づき優先的に送信するACK1を決定する。
まず、基地局100は、端末200からのデータフレームの受信状況に基づいて優先的に送信するACK1を決定してもよい。例えば、基地局100は、受信電力がより高いデータフレームに対応するACK1を優先的に送信してもよい。データフレームの受信電力が高いほど、当該データフレームを送信した端末200が基地局100の近傍に位置している可能性が高い。したがって、基地局100は、データフレームの受信電力に基づいて優先的に送信するACK1を決定することで、端末200によるACK1の受信成功確率を向上させることができる。また、基地局100は、データフレームの送信頻度がより少ない端末200(換言すると、基地局100がデータフレームを受信する頻度がより少ない端末200)に対するACK1を優先的に送信してもよい。データフレームの送信頻度が少ないほど、データフレームの再送等により基地局100がACK1を送信可能となる機会が少ないと考えられる。これによって、基地局100は、データフレームの送信頻度が少ない端末200との通信をより確実に実施することができる。
また、基地局100は、ACKの送信状況に基づいて優先的に送信するACK1を決定してもよい。例えば、基地局100は、繰り返して送信されているデータフレームに対してACK1を送信した回数が少ない端末200に対するACK1を優先的に送信してもよい。基地局100が、繰り返して送信されているデータフレームに対してACK1を送信したが、引き続き当該端末200からデータフレームを受信しているということは、当該端末200がACK1を受信できない場所に位置している可能性が高い。したがって、基地局100は、繰り返して送信されているデータフレームに対してACK1を送信した回数に基づいて優先的に送信するACK1を決定することで、端末200によるACK1の受信成功確率を向上させることができる。
なお、基地局100は、上記の観点を自由に組み合わせることで、優先的に送信するACK1を決定してもよい。また、基地局100は、上記以外の観点に基づいて優先的に送信するACK1を決定してもよい。
また、基地局100は、異なる端末200に対する各ACK2の送信タイミングが略同一である場合、以下の観点に基づき優先的に送信するACK2を決定する。
まず、基地局100は、端末200からのデータフレームの受信状況に基づいて優先的に送信するACK2を決定してもよい。例えば、基地局100は、受信電力がより高いデータフレームに対応するACK2を優先的に送信してもよい。データフレームの受信電力が高いほど、当該データフレームを送信した端末200が基地局100の近傍に位置している可能性が高い。したがって、基地局100は、データフレームの受信電力に基づいて優先的に送信するACK2を決定することで、端末200によるACK2の受信成功確率を向上させることができる。また、基地局100は、データフレームの送信頻度がより少ない端末200(換言すると、基地局100がデータフレームを受信する頻度がより少ない端末200)に対するACK2を優先的に送信してもよい。データフレームの送信頻度が少ないほど、データフレームの再送等により基地局100がACK2を送信可能となる機会が少ないと考えられる。これによって、基地局100は、データフレームの送信頻度が少ない端末200との通信をより確実に実施することができる。
また、基地局100は、ACKの送信状況に基づいて優先的に送信するACK2を決定してもよい。例えば、基地局100は、他の端末200に対するACK1またはACK2の送信が優先的に行われることによって、ACK1が送信されなかった端末200に対するACK2を優先的に送信してもよい。これによって、基地局100は、公平性を維持しつつ、ACK1およびACK2のいずれも送信されない端末200の発生を抑制することができる。
なお、基地局100は、上記の観点を自由に組み合わせることで、優先的に送信するACK2を決定してもよい。また、基地局100は、上記以外の観点に基づいて優先的に送信するACK2を決定してもよい。
(2−3.機能構成および動作)
上記では、第2の実施例の機能概要について説明した。続いて、第2の実施例に係る各装置の機能構成および動作について説明する。
基地局100の機能構成について説明すると、第2の実施例において、異なる端末200に対する各ACKの送信タイミングおよび使用される周波数が略同一である場合、送信制御部150は、上記の方法によって、優先的に送信するACKを決定し、当該ACKの送信処理を制御する。また、送信制御部150は、送信されなかったACKに関する情報を記憶し、上記のように、後のACK送信処理に使用してもよい(例えば、ACK1が優先的に送信されなかった端末200に対して、その後ACK2が優先的に送信される場合等)。なお、基地局100の他の機能構成および端末200の機能構成は第1の実施例と同一であり得るため、説明を省略する。
また、基地局100の動作について説明すると、送信制御部150は、ACKの送信処理において、複数の端末200に対するACKの送信タイミングおよび使用される周波数が略同一であるか否かを判断する処理を行う。そして、複数の端末200に対するACKの送信タイミングおよび使用される周波数が略同一である場合、送信制御部150は、上記の方法によって、優先的に送信するACKを決定し、当該ACKの送信処理を制御する。なお、端末200の動作は第1の実施例と同一であり得るため、説明を省略する。
<3.第3の実施例>
上記では、本開示に係る第2の実施例について説明した。続いて、本開示に係る第3の実施例について説明する。
(3−1.背景)
まず、図17を参照して、第3の実施例の背景について説明する。なお、図17においては、繰り返し送信回数の上限数は4回に設定されているとする。
図17に示すように、基地局100は、繰り返し送信において1回目に送信されたデータフレームの受信処理には失敗した(例えば、CRCに基づいて復号後のデータに誤りがあると判断された場合。図中には「CRC NG」と表記)が、2回目に送信されたデータフレームの受信処理には成功した場合(例えば、1回目および2回目に送信されたデータフレームの加算合成に成功した場合。図中には「CRC OK」と表記)について考える。
基地局100は、2回目に送信されたデータフレームの受信処理に成功した後に、ACK1を送信するが、ACK1の通信可能距離が、データフレームの繰り返し送信2回分の利得に相当する通信距離よりも短いため、端末200は、ACK1を受信することができないとする。そのため、ACK1を受信できない端末200は、繰り返し送信回数の上限数である4回までデータフレームの送信処理を行い、基地局100は、これら全てのデータフレームに対して受信処理を行う。その後、端末200は、基地局100により送信されたACK2の受信処理に成功することで、基地局100がデータフレームの受信処理に成功したことを認識する。
図17の例においては、基地局100が2回目に送信されたデータフレームの受信処理に成功しているため、3回目以降のデータフレームおよびACK1の通信は無駄であると言える。
そこで、本件の開示者は、上記事情に鑑みて第3の実施例を創作するに至った。以降では、第1の実施例と同一の内容の説明を極力省略し、特に差分について言及する。
(3−2.機能概要)
上記では、第3の実施例の背景について説明した。続いて、第3の実施例の機能概要について説明する。
第3の実施例に係る端末200は、基地局100がデータフレームの受信処理に成功していると判断できる場合には、繰り返し送信回数が上限数に達する前に、データフレームの送信処理を停止することができる。
例えば、端末200は、過去の通信状態に基づいて、基地局100によるデータフレームの受信処理が成功しているか否かを判断してもよい。例えば、基地局100が、過去のデータフレームの受信処理において、受信処理が成功するまでにデータフレームを繰り返して受信した回数(換言すると、受信処理が成功するまで基地局100が加算合成したデータフレームの個数)に関する情報(以降、「RX-N」と呼称する)をACK2に含めて端末200に対して送信する。
ここで、図18を参照して、RX-Nが含まれるACK2のフレーム構成の一例について説明する。図18に示すように、ACK2のDL MAC Headerが、ACK2の送信先である端末200の識別情報であるIDと、RX-Nと、で構成されている。
そして、端末200は、当該ACK2を受信することによって、過去の通信状態におけるRX-Nを認識することができ、当該RX-Nに基づいて基地局100がデータフレームの受信処理に成功しているか否かを判断することができる。例えば、端末200は、直前の繰り返し送信に対応するRX-Nと同一数だけ繰り返し送信を行った場合、基地局100がデータフレームの受信処理に成功していると判断し、その後のデータフレームの送信処理を停止してもよい。
これによって、基地局100および端末200は、データフレームの受信処理が失敗する可能性を低く維持しつつ、データフレームおよびACK1の通信の無駄を削減することができる。
なお、処理方法は上記に限定されない。例えば、端末200は、RX-Nよりも多い回数にわたって繰り返し処理を行うことで、データフレームの受信処理がより確実に成功するようにしてもよい。また、端末200は、RX-Nが含まれるACK2を受信することができない場合、送信処理を停止する繰り返し送信回数を、増加させたり、上限値にしたりしてもよい。また、RX-Nが端末200に通知される方法は、RX-NがACK2に格納される方法に限定されない。
(3−3.機能構成)
上記では、第3の実施例の機能概要について説明した。続いて、第3の実施例に係る各装置の機能構成について説明する。
基地局100の機能構成について説明すると、受信制御部120は、RX-NをACK生成部140に提供し、ACK生成部140は、RX-Nが含まれるACK2を生成する。他の機能構成は第1の実施例と同一であり得るため、説明を省略する。
端末200の機能構成について説明すると、受信制御部270は、ACK2を受信した場合、ACK2に含まれるRX-Nを送信制御部240に提供し、送信制御部240は、RX-Nに基づいて繰り返し送信回数を制御する。他の機能構成は第1の実施例と同一であり得るため、説明を省略する。
<4.第4の実施例>
上記では、本開示に係る第3の実施例について説明した。続いて、本開示に係る第4の実施例について説明する。
(4−1.背景)
まず、第4の実施例の背景について説明する。
前段で説明した図3においては、繰り返し送信回数の上限数が4回に設定されている。そして、図3に示すように、端末200Bは、4回目のデータフレームを送信した後に、ACK1に対する受信処理と、その後のACK2に対する受信処理を行っている。端末200Bは、ACK1またはACK2のいずれか一方の受信処理に成功すればよいため、ACK1およびACK2の両方に対する受信処理は冗長である。
そこで、本件の開示者は、上記事情に鑑みて第4の実施例を創作するに至った。以降では、第1の実施例と同一の内容の説明を極力省略し、特に差分について言及する。
(4−2.機能概要)
上記では、第4の実施例の背景について説明した。続いて、第4の実施例の機能概要について説明する。
第4の実施例に係る基地局100は、繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームの受信処理を行った後において、最後の受信処理に対応するACK1の送信制御を省略し、ACK2の送信制御のみを行う。これによって、基地局100および端末200は、ACK1の通信を省略することで消費電力を低減させることができる。
(4−3.機能構成および動作)
上記では、第4の実施例の機能概要について説明した。続いて、第4の実施例に係る各装置の機能構成および動作について説明する。
基地局100の機能構成について説明すると、ACK生成部140は、データフレームの受信処理が成功した場合、繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームの受信処理が行われたか否かを確認する。そして、繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームの受信処理が行われた場合、ACK生成部140は、最後の受信処理に対応するACK1の生成制御を省略し、ACK2の生成制御のみを行う。他の機能構成は第1の実施例と同一であり得るため、説明を省略する。
端末200の機能構成について説明すると、受信制御部270は、送信制御部240によって提供される繰り返し送信回数および送信タイミングに関する情報に基づいて、最後の受信処理に対応するACK1の受信制御を省略し、ACK2の受信制御のみを行う。他の機能構成は第1の実施例と同一であり得るため、説明を省略する。
続いて、図19を参照して、端末200の動作について説明する。ステップS1600〜ステップS1612は、図11のステップS1000〜ステップS1012と同一であるため、説明を省略する。
ステップS1616では、受信制御部270が、繰り返し送信回数が上限数に達しているか否かを確認する。繰り返し送信回数が上限数に達していない場合(ステップS1616/No)、ステップS1620およびステップS1624にて、受信制御部270がACK1の受信制御を行う。繰り返し送信回数が上限数に達している場合(ステップS1616/Yes)、ステップS1628およびステップS1632にて、受信制御部270がACK2の受信制御を行う。
続いて、図20を参照して、基地局100の動作について説明する。ステップS1700〜ステップS1716は、図12のステップS1100〜ステップS1116と同一であるため、説明を省略する。
ステップS1720では、受信制御部120がデータフレームに含まれるCRCに関する処理を行うことで、データフレームの復号に成功したか否かを判断する。受信制御部120がデータフレームの復号に成功したと判断した場合(ステップS1720/Yes)、ステップS1724にて、ACK生成部140が、繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームの受信処理が行われたか否かを確認する。繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームの受信処理が行われていない場合(ステップS1724/No)、ステップS1728およびステップS1732にて、ACK生成部140がACK1の生成制御を行う。繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームの受信処理が行われている場合(ステップS1724/Yes)、ステップS1736およびステップS1740にて、ACK生成部140がACK2の生成制御を行う。
なお、ステップS1744〜ステップS1760は、図12のステップS1144〜ステップS1160と同一であるため、説明を省略する。
続いて、図21を参照して、端末200と基地局100の動作を示すシーケンス図について説明する。図21は、図9における「(D)ACK1とACK2を受信する」が選択された場合に対応する動作を示すシーケンス図である。なお、図21においては、繰り返し送信回数の上限数が便宜的に2回に設定されている。また、端末200がACK1を検出できず、ACK1の受信処理に失敗する(すなわち、繰り返し送信回数の上限数だけACK1が送信される)こととする。
ステップS1800〜ステップS1812の処理は、図13のステップS1200〜ステップS1212の処理と同一であるため、説明を省略する。ステップS1816にて、基地局100の受信制御部120が、端末200から送信されたデータフレームの受信処理に成功した後、ACK生成部140が、繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームの受信処理が行われていないことを確認することで、ステップS1820にて、ACK生成部140が、ACK1を生成し、送信制御部150がACK1の送信処理を行う。
ステップS1824およびステップS1828の処理は、図13のステップS1224およびステップS1228の処理と同一であるため、説明を省略する。そして、ステップS1832にて、基地局100の受信制御部120が、端末200から送信されたデータフレームの受信処理に成功した後、ACK生成部140が、繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームの受信処理が行われたことを確認することで、ステップS1836にて、ACK生成部140が、ACK1ではなくACK2を生成し、送信制御部150がACK2の送信処理を行う。ステップS1840では、端末200の受信制御部270が、ACK2の受信処理に成功して、処理が終了する。
<5.第5の実施例>
上記では、本開示に係る第4の実施例について説明した。続いて、本開示に係る第5の実施例について説明する。
(5−1.背景)
まず、第5の実施例の背景について説明する。
上記の実施例においては、基地局100は、ACK1およびACK2のDL MAC Headerに宛先情報(例えば、ID等)を格納することで、これらの信号を受信した端末200は、当該宛先情報と、自装置の識別情報とを比較することで、これらの信号が自装置宛ての信号であるか否かを判断していた。ここで、端末200によるACK1およびACK2の受信処理に要する電力の低減のためにも、ACK1およびACK2のフレーム長は、短い方が好ましい。
そこで、本件の開示者は、上記事情に鑑みて第5の実施例を創作するに至った。以降では、第1の実施例と同一の内容の説明を極力省略し、特に差分について言及する。
(5−2.機能概要)
上記では、第5の実施例の背景について説明した。続いて、第5の実施例の機能概要について説明する。
第5の実施例に係る基地局100は、ACK1およびACK2を生成する際、DL MAC HeaderおよびCRCを省略し、送信先である端末200の識別情報(例えば、ID等)に基づいて生成した、端末200毎に異なるPreambleのみを含むように、これらの信号を生成する。
ここで、端末200毎に異なるPreambleの生成方法は特に限定されない。例えば、基地局100は、端末200の識別情報を、疑似ランダム系列発生器の一種であるPN系列発生器に入力することによって、Preambleを生成してもよい。また、基地局100は、端末200毎に異なるPreambleと、各端末200の識別情報とを対応付けたテーブルを保持し、当該テーブルに基づいてPreambleを設定してもよい。
そして、各端末200は、基地局100と同一の方法によって自装置用のPreambleを生成することで(または、予め自装置用のPreambleを把握しておくことで)、ACK1およびACK2を検出することができる。
以上により、第5の実施例は、端末200がACK1およびACK2を適切に検出可能な状態を維持しつつ、ACK1およびACK2のフレーム長を短くすることで、これらの信号の受信時間を短縮し、受信処理に要する電力を低減させることができる。
(5−3.機能構成)
上記では、第5の実施例の機能概要について説明した。続いて、第5の実施例に係る各装置の機能構成について説明する。
図22を参照して、基地局100がPN系列発生器を用いてACK1およびACK2のPreambleを生成する場合における、基地局100の機能構成について説明する。図22は、PN系列発生器の一例を示す図であり、当該PN系列発生器は、6個の遅延素子10と、2個の排他的論理和回路20と、を備えている。
例えば、基地局100のACK生成部140は、ACKの送信先である端末200のIDを、図22に示すPN系列発生器の初期値、すなわち各遅延素子10の初期値として入力することで、端末200毎に異なるPreambleを生成する。
端末200の機能構成について説明すると、受信制御部270は、ACKを受信する際に、自装置のIDを、図22に示すPN系列発生器の初期値として入力することで、基地局100と同一のPreambleを生成し、当該PreambleをACKの受信処理に使用する。
なお、ACK1とACK2の生成の際、互いに異なるPN系列発生器が用いられることで、ACK1とACK2で互い異なるPreambleが使用されてもよい。例えば、ACK1とACK2の生成の際、遅延素子10の数が互いに異なるPN系列発生器が用いられてもよいし、排他的論理和回路20の配置が互いに異なるPN系列発生器が用いられてもよい。また、疑似ランダム系列発生器としてM系列発生器またはGOLD系列発生器等が用いられてもよい。
(5−4.変形例)
上記では、第5の実施例に係る各装置の機能構成について説明した。続いて、第5の実施例の変形例について説明する。
第5の実施例において、端末200は、他の端末200宛てのACKを受信した場合、当該ACKのPreambleと、自装置用のPreambleとの相関値を算出し、相関値が所定値よりも大きくないこと(相関値が十分小さいこと)に基づいて当該ACKが自装置宛ての信号ではないことを認識することが求められる。
ここで、図22のPN系列発生器により生成された、十分な長さの系列が使用されてPreambleが生成される場合には、異なるIDによって生成されたPreamble同士の相関値が十分小さくなるため、端末200は、ACKが自装置宛ての信号であるか否かを適切に判断することができる。しかし、ACK1は、ACK2に比べてフレーム長を長くすることができないため、PN系列発生器により生成された系列の一部だけが使用されてPreambleが生成される場合がある。この場合、異なるIDによって生成されたPreamble同士の相関値が所定値よりも大きくなること(相関値が十分小さくならないこと)によって、端末200がACK1を誤検知してしまう可能性がある。
そこで、本件の開示者は、上記事情に鑑みて第5の実施例の変形例を創作するに至った。当該変形例に係る基地局100は、ACK1を生成する際に、端末200のIDに基づいてPreambleを生成するだけでなくACK1の送信タイミングも決定する。より具体的には、基地局100は、宛先である端末200のIDの一部を、図22に示すPN系列発生器等に入力することによって、ACK1のPreambleを生成し、端末200のIDの一部を使用して、ACK1の送信タイミングを決定する。
ここで、図23および図24を参照して、変形例におけるPreambleの生成方法および送信タイミングの決定方法についてより具体的に説明する。なお、図23において、端末200のIDは8[bit]で構成されるとする。
例えば、基地局100は、端末200のIDの0-3[bit]を、図22に示すPN系列発生器等に入力することによって、ACK1のPreambleを生成する。そして、基地局100は、IDの4-7[bit]を所定のプログラムに入力することによってACK1の送信タイミング(図中には、「dT」と表記)を出力する。ここで、ACK1の送信タイミングとは、図24に示すように、端末200が送信したデータフレーム(図中には「UL Data frame」と表記)の終端から、ACK1が送信されるまでの時間を指す。また、ACK1の送信タイミングの出力に使用される所定のプログラムの内容は特に限定されず、入力されたIDに基づいて時間に関係する何らかの値を出力できればいかなるプログラムが用いられてもよい。また、IDのどの部分が上記の処理に用いられてもよい。
端末200のIDに基づいてACK1の送信タイミングも決定されることで、図24に示すように、端末200Aに対するACK1の送信タイミング(dT1)と端末200Bに対するACK1の送信タイミング(dT2)は互いに異なっている。
そして、端末200は、基地局100と同様の方法によって、ACK1を検出するためのPreambleを生成し、(上記の送信タイミングに対応する)ACK1の受信タイミングを算出する。これによって、端末200は、Preambleだけでなく、ACK1の受信タイミングにも基づいて、ACK1が自装置宛ての信号であるか否かを判断することができる。すなわち、仮に、異なるIDによって生成されたPreamble同士の相関値が所定値よりも大きくなった(相関値が十分小さくならなかった)としても、端末200は、ACK1の受信タイミングに基づいて、ACK1の誤検知を防ぐことができる。
<6.第6の実施例>
上記では、本開示に係る第5の実施例について説明した。続いて、本開示に係る第6の実施例について説明する。
(6−1.背景)
まず、第6の実施例の背景について説明する。
上記のとおり、無線通信システムにおいては、多数の端末200が存在する。そのため、基地局100が端末200からデータフレームを受信し、当該データフレームに対するACKを送信する場合、当該ACKの送信処理と、他の端末200からのデータフレームの受信処理が同時に発生する場合がある。
ここで、ACKの送信処理とデータフレームの受信処理に使用される周波数が略同一であるとすると、基地局100が、送信処理または受信処理のいずれか一方しか行えない場合には、ACKの送信処理中には他の端末200からのデータフレームの受信処理を行うことができない。また、基地局100が、送信処理および受信処理を同時に行うことができる場合には、ACKおよびデータフレームが干渉することで、基地局100が他の端末200からのデータフレームの受信処理に失敗する可能性がある。
この事象に対応する方法として、送受信で互いに異なる周波数を使用するFDD(Frequency Division Duplex。「周波数分割複信」とも呼称される)という技術が存在する。一般的なFDDの方式は、受信処理に使用される周波数と、送信処理に使用される周波数をペア(1対1)で規定することで、送受信に使用される周波数を互いに異なるものとすることができるため、送受信が同時に発生しても互いの影響を低減させることができる。
しかし、仮にFDDが適用されたとしても、基地局100が略同一の周波数にて略同一のタイミングに複数の端末200からのデータフレームの受信処理に成功する場合がある。例えば、第1の実施例で説明したように、データフレームが疑似ランダム系列(例えば、PN系列等)により拡散された場合等においては、複数の端末200からのデータフレームが略同一の周波数にて略同一のタイミングに基地局100に到達した場合でも、拡散の利得によって、基地局100がこれらのデータフレームの受信処理に成功する場合がある。
この場合、受信処理に使用された周波数が互いに略同一であるため、FDDが適用されることによって、基地局100は、異なる端末200に対するACKの送信処理にも互いに略同一の周波数を使用することになる。例えば、法規制等により、送信処理に使用される周波数毎の送信電力に上限値が設定されている場合、基地局100が、略同一の周波数にて略同一のタイミングで複数の端末200に対してACKを送信する際に、合計の送信電力を上限値以下にする必要がある。基地局100が、合計の送信電力を上限値以下にした場合、ACKの無線通信距離が短くなるため、各端末200へのACKの通信に失敗する可能性が高くなる。
そこで、本件の開示者は、上記事情に鑑みて第6の実施例を創作するに至った。以降では、第1の実施例と同一の内容の説明を極力省略し、特に差分について言及する。
(6−2.機能概要)
上記では、第6の実施例の背景について説明した。続いて、第6の実施例の機能概要について説明する。
第6の実施例に係る基地局100は、受信処理に使用された周波数および端末200の識別情報(例えば、ID等)に基づいてACKの送信処理に使用される周波数を決定することができる。
より具体的に説明すると、まず、図25に示すように、受信処理に使用される周波数には、各周波数に対応する周波数番号が付される。同様に、図26に示すように、送信処理に使用される周波数にも、各周波数に対応する周波数番号が付される。そして、例えば、データフレームの受信処理に使用された周波数に対応する周波数番号がF_RXであり、ACKの送信先である端末200の識別情報がIDであり、基地局100による送信処理に使用可能な周波数の数がN-TXFである場合、基地局100は、以下の式2を用いて、ACKの送信処理に使用される周波数に対応する周波数番号であるF_TXを決定することができる。なお、modは除算の余りを示す演算子である。例えば、(A)mod(B)は、AをBで割って得られる余りを示す。
Figure 2019026421
これによって、例えば、基地局100が、識別情報が「11」(ID=11)と「20」(ID=20)である、互いに異なる端末200から、周波数番号が「2」(F_RX=2)に対応する周波数にて、略同一のタイミングでデータフレームを受信し、両方の受信処理に成功した場合について考える。基地局100による送信処理に使用可能な周波数の数が「10」(N-TXF=10)であるとすると、式2により、F_TX=3およびF_TX=2が算出される。
このように、基地局100は、略同一の周波数にて略同一のタイミングで複数の端末200からのデータフレームの受信処理に成功した場合であっても、各端末200へのACKの送信処理に、互いに異なる周波数を使用することで、各ACKの通信成功確率を向上させることができる。
なお、F_TXの算出式は、式2に限定されない。例えば、端末200の識別情報の規定方法または基地局100による送信処理に使用可能な周波数の数(N-TXF)等によって、F_TXの算出式は適宜変更され得る。また、F_TXの算出式は、N-TXFが用いられない式であってもよい。
また、端末200は、データフレームを送信した後、ACKを受信する際に、基地局100と同様に上記の式2を用いて、受信処理に使用される周波数を決定することで、ACKの受信処理を成功させることができる。
(6−3.機能構成)
上記では、第6の実施例の機能概要について説明した。続いて、第6の実施例に係る各装置の機能構成について説明する。
基地局100の機能構成について説明すると、受信制御部120は、データフレームの受信処理に成功した場合、F_RXおよびIDを送信制御部150に提供する。そして、送信制御部150は、これらの情報およびN-TXFを上記の式2に入力することでF_TXを算出し、F_TXに対応する周波数でACKの送信処理を行う。
端末200の機能構成について説明すると、送信制御部240は、データフレームの送信処理に使用された周波数に対応する周波数番号(基地局100におけるF_RXに対応する周波数番号)を受信制御部270に提供する。そして、受信制御部270は、当該情報、自装置のIDおよびN-TXFを上記の式2に入力することで、ACKの受信処理に使用される周波数に対応する周波数番号(基地局100におけるF_TXに対応する周波数番号)を算出し、当該周波数番号に対応する周波数でACKの受信処理を行う。
<7.むすび>
以上で説明してきたように、本開示の第1の実施例は、繰り返し送信されるデータフレーム単位で送信されるACK1および繰り返し送信単位で送信されるACK2を用いることで、無線通信装置の消費電力を低減させること、干渉の影響を低減させること、および、基地局数を減少させることを同時に実現することができる。
また、本開示の第2の実施例において、基地局100は、複数の端末200に対して略同一のタイミングで略同一の周波数を用いてACKを送信する場合、これら複数のACKのうちのいずれかを優先的に送信することができる。これによって、基地局100は、端末200によるACK1の受信成功確率を向上させること等ができる。
また、本開示の第3の実施例において、端末200は、基地局100がデータフレームの受信処理に成功していると判断できる場合には、繰り返し送信回数が上限数に達する前に、データフレームの送信処理を停止することができる。これによって、端末200は、データフレームの受信処理が失敗する可能性を低く維持しつつ、データフレームおよびACK1の通信の無駄を削減することができる。
また、本開示の第4の実施例において、基地局100は、繰り返し送信回数の上限数だけデータフレームの受信処理を行った後において、最後の受信処理に対応するACK1の送信制御を省略し、ACK2の送信制御のみを行う。これによって、基地局100は、ACK1の通信を省略することで消費電力を低減させることができる。
また、本開示の第5の実施例において、基地局100は、ACK1およびACK2を生成する際、DL MAC HeaderおよびCRCを省略し、送信先である端末200の識別情報(例えば、ID等)に基づいて生成した、端末200毎に異なるPreambleのみを含むように、これらの信号を生成する。これによって、基地局100は、端末200がACK1およびACK2を適切に検出可能な状態を維持しつつ、ACK1およびACK2のフレーム長を短くすることで、これらの信号の受信時間を短縮し、受信処理に要する電力を低減させることができる。
また、第5の実施例の変形例において、基地局100は、ACK1を生成する際に、端末200のIDに基づいてPreambleを生成するだけでなくACK1の送信タイミングも決定する。これによって、基地局100は、端末200によるACK1の誤検知を効果的に防ぐことができる。
最後に、第6の実施例の変形例において、基地局100は、受信処理に使用された周波数および端末200の識別情報(例えば、ID等)に基づいてACKの送信処理に使用される周波数を決定することができる。これによって、基地局100は、略同一の周波数にて略同一のタイミングで複数の端末200からのデータフレームの受信処理に成功した場合であっても、各端末200へのACKの送信処理に、互いに異なる周波数を使用することで、各ACKの通信成功確率を向上させることができる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、各装置の動作における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。すなわち、基地局100または端末200の動作における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)
他装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御する受信制御部と、
データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置に対する確認応答信号の送信を制御する送信制御部と、を備える、
無線通信装置。
(2)
前記データフレーム単位に送信される第1の確認応答信号と、前記繰り返し送信単位に送信される第2の確認応答信号は、互いに異なるフレーム長を有する、
前記(1)に記載の無線通信装置。
(3)
前記第1の確認応答信号は、前記第2の確認応答信号よりも短いフレーム長を有する、
前記(2)に記載の無線通信装置。
(4)
前記送信制御部は、複数の確認応答信号の送信タイミングが略同一である場合、前記複数の確認応答信号のうちのいずれかを優先的に送信する、
前記(1)から(3)のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(5)
前記送信制御部は、前記データフレーム単位に送信される第1の確認応答信号の送信タイミング、および、前記繰り返し送信単位に送信される第2の確認応答信号の送信タイミングが略同一である場合、前記第2の確認応答信号を優先的に送信する、
前記(4)に記載の無線通信装置。
(6)
前記送信制御部は、前記データフレームの受信状況、または、前記確認応答信号の送信状況に基づいて、前記複数の確認応答信号のうちのいずれかを優先的に送信する、
前記(4)または(5)に記載の無線通信装置。
(7)
前記送信制御部は、前記データフレームの受信処理が成功するまでに、前記受信制御部が前記データフレームを繰り返して受信した回数に関する情報が含まれる信号の送信を制御する、
前記(1)から(6)のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(8)
前記送信制御部は、前記繰り返し送信の最後に送信される前記データフレームに対応する第1の確認応答信号の送信を行わない、
前記(1)から(7)のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(9)
前記送信制御部は、前記他装置の識別情報に基づいて前記確認応答信号のプリアンブルを決定する、
前記(1)から(8)のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(10)
前記送信制御部は、前記データフレームの受信周波数および前記他装置の識別情報に基づいて前記確認応答信号の送信周波数を決定する、
前記(1)から(9)のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(11)
他装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御することと、
データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置に対する確認応答信号の送信を制御することと、を有する、
コンピュータにより実行される無線通信方法。
(12)
互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの、他装置に対する繰り返し送信を制御する送信制御部と、
データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置からの確認応答信号の受信を制御する受信制御部と、を備える、
無線通信装置。
(13)
前記データフレーム単位に受信される第1の確認応答信号と、前記繰り返し送信単位に受信される第2の確認応答信号は、互いに異なるフレーム長を有する、
前記(12)に記載の無線通信装置。
(14)
前記第1の確認応答信号は、前記第2の確認応答信号よりも短いフレーム長を有する、
前記(13)に記載の無線通信装置。
(15)
前記受信制御部は、前記データフレームの受信処理が成功するまでに、前記他装置が前記データフレームを繰り返して受信した回数に関する情報が含まれる信号の受信を制御し、
前記送信制御部は、前記情報に基づいて前記繰り返し送信における送信回数を決定する、
前記(12)から(14)のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(16)
前記受信制御部は、前記繰り返し送信の最後に送信される前記データフレームに対応して送信される第1の確認応答信号の受信を行わない、
前記(12)から(15)のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(17)
前記受信制御部は、自装置の識別情報に基づいて前記確認応答信号の検出に用いるプリンブルを決定する、
前記(12)から(16)のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(18)
前記受信制御部は、前記データフレームの送信周波数および自装置の識別情報に基づいて前記確認応答信号の受信周波数を決定する、
前記(12)から(17)のいずれか1項に記載の無線通信装置。
(19)
互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの、他装置に対する繰り返し送信を制御することと、
データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置からの確認応答信号の受信を制御することと、を有する、
コンピュータにより実行される無線通信方法。
(20)
第1の無線通信装置と、第2の無線通信装置と、を備え、
前記第1の無線通信装置は、
前記第2の無線通信装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御する第1の受信制御部と、
データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記第2の無線通信装置に対する確認応答信号の送信を制御する第1の送信制御部と、を備え、
前記第2の無線通信装置は、
前記データフレームの、前記第1の無線通信装置に対する繰り返し送信を制御する第2の送信制御部と、
データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記第1の無線通信装置からの前記確認応答信号の受信を制御する第2の受信制御部と、を備える、
無線通信システム。
100 基地局
110 受信部
120 受信制御部
130 センサ情報取得部
140 ACK生成部
150 送信制御部
160 送信部
200 端末
210 センサ情報取得部
220 モード選択部
230 データフレーム生成部
240 送信制御部
250 送信部
260 受信部
270 受信制御部

Claims (20)

  1. 他装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御する受信制御部と、
    データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置に対する確認応答信号の送信を制御する送信制御部と、を備える、
    無線通信装置。
  2. 前記データフレーム単位に送信される第1の確認応答信号と、前記繰り返し送信単位に送信される第2の確認応答信号は、互いに異なるフレーム長を有する、
    請求項1に記載の無線通信装置。
  3. 前記第1の確認応答信号は、前記第2の確認応答信号よりも短いフレーム長を有する、
    請求項2に記載の無線通信装置。
  4. 前記送信制御部は、複数の確認応答信号の送信タイミングが略同一である場合、前記複数の確認応答信号のうちのいずれかを優先的に送信する、
    請求項1に記載の無線通信装置。
  5. 前記送信制御部は、前記データフレーム単位に送信される第1の確認応答信号の送信タイミング、および、前記繰り返し送信単位に送信される第2の確認応答信号の送信タイミングが略同一である場合、前記第2の確認応答信号を優先的に送信する、
    請求項4に記載の無線通信装置。
  6. 前記送信制御部は、前記データフレームの受信状況、または、前記確認応答信号の送信状況に基づいて、前記複数の確認応答信号のうちのいずれかを優先的に送信する、
    請求項4に記載の無線通信装置。
  7. 前記送信制御部は、前記データフレームの受信処理が成功するまでに、前記受信制御部が前記データフレームを繰り返して受信した回数に関する情報が含まれる信号の送信を制御する、
    請求項1に記載の無線通信装置。
  8. 前記送信制御部は、前記繰り返し送信の最後に送信される前記データフレームに対応する第1の確認応答信号の送信を行わない、
    請求項1に記載の無線通信装置。
  9. 前記送信制御部は、前記他装置の識別情報に基づいて前記確認応答信号のプリアンブルを決定する、
    請求項1に記載の無線通信装置。
  10. 前記送信制御部は、前記データフレームの受信周波数および前記他装置の識別情報に基づいて前記確認応答信号の送信周波数を決定する、
    請求項1に記載の無線通信装置。
  11. 他装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御することと、
    データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置に対する確認応答信号の送信を制御することと、を有する、
    コンピュータにより実行される無線通信方法。
  12. 互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの、他装置に対する繰り返し送信を制御する送信制御部と、
    データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置からの確認応答信号の受信を制御する受信制御部と、を備える、
    無線通信装置。
  13. 前記データフレーム単位に受信される第1の確認応答信号と、前記繰り返し送信単位に受信される第2の確認応答信号は、互いに異なるフレーム長を有する、
    請求項12に記載の無線通信装置。
  14. 前記第1の確認応答信号は、前記第2の確認応答信号よりも短いフレーム長を有する、
    請求項13に記載の無線通信装置。
  15. 前記受信制御部は、前記データフレームの受信処理が成功するまでに、前記他装置が前記データフレームを繰り返して受信した回数に関する情報が含まれる信号の受信を制御し、
    前記送信制御部は、前記情報に基づいて前記繰り返し送信における送信回数を決定する、
    請求項12に記載の無線通信装置。
  16. 前記受信制御部は、前記繰り返し送信の最後に送信される前記データフレームに対応して送信される第1の確認応答信号の受信を行わない、
    請求項12に記載の無線通信装置。
  17. 前記受信制御部は、自装置の識別情報に基づいて前記確認応答信号の検出に用いるプリンブルを決定する、
    請求項12に記載の無線通信装置。
  18. 前記受信制御部は、前記データフレームの送信周波数および自装置の識別情報に基づいて前記確認応答信号の受信周波数を決定する、
    請求項12に記載の無線通信装置。
  19. 互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの、他装置に対する繰り返し送信を制御することと、
    データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記他装置からの確認応答信号の受信を制御することと、を有する、
    コンピュータにより実行される無線通信方法。
  20. 第1の無線通信装置と、第2の無線通信装置と、を備え、
    前記第1の無線通信装置は、
    前記第2の無線通信装置によって繰り返し送信が行われた、互いに同一データが含まれる複数のデータフレームの受信を制御する第1の受信制御部と、
    データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記第2の無線通信装置に対する確認応答信号の送信を制御する第1の送信制御部と、を備え、
    前記第2の無線通信装置は、
    前記データフレームの、前記第1の無線通信装置に対する繰り返し送信を制御する第2の送信制御部と、
    データフレーム単位または前記繰り返し送信単位の少なくともいずれか一方で、前記第1の無線通信装置からの前記確認応答信号の受信を制御する第2の受信制御部と、を備える、
    無線通信システム。
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