WO2004102889A1

WO2004102889A1 - 基地局および無線端末

Info

Publication number: WO2004102889A1
Application number: PCT/JP2004/006871
Authority: WO
Inventors: Yukimasa Nagai; Hiroyoshi Suga
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2004-11-25
Also published as: CN1784857B; JP2010004559A; JP4391988B2; CN1784857A; JPWO2004102889A1; US7508809B2; JP4927917B2; CN101350658A; US20060189352A1

Abstract

本発明の基地局（または無線端末）にあっては、複数の通信チャネルを利用して広帯域化を実現する無線ＬＡＮシステムを構成する装置の一つであって、複数の通信チャネルに個別に対応し、既存のIEEE802.11に準拠した無線信号を、対応する通信チャネルを用いて送受する複数の物理層（３１）と、送信時、既存のIEEE802.11に準拠したデータフレームのすべてを分割対象とし、当該データフレームを各物理層（３１）の送信レートに応じて先頭から分割し、前記各物理層（３１）に対して通信チャネル間のバースト時間が均一になるように分配し、受信時、送信時とは逆の処理で、複数の通信チャネルで受信したフレームを結合するＭＡＣ（３２）と、を備える構成とした。

Description

明細書基地局および無線端末技術分野

この発明は、無線 L AN標準化規格 IEEE802.11に準拠した無線信号を送受する基地局および無線端末に関するものであり、特に、複数の通信チャネルを利用して広帯域化を実現する基地局および無線端末に関するものである。背景技術

以下、従来の無線通信システム（無線 LAN通信システム）について説明する。現在、家庭/オフィス向けの高速な無線ネットワークシステムを構築する機器として、米国の無線 LAN標準化規格 IEEE802.il (非特許文献 1参照）で標準化された IEEE802. lib, IEEE802.11a規格等に準拠した商品が巿場に出回っている。

IEEE802. lib規格に準拠した無線 LAN (非特許文献 2参照）は、 2. 4 GHz 帯を使用し、変調方式として CCK (Complementary Code Keying) を用いて物理的な最大伝送速度が 11 Mb p sである。また、 IEEE802.11a規格に準拠した無線 LAN (非特許文献 3参照）は、 5 GHz帯を使用し、変調方式として OF DM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)を用いて物理的な最大伝送速度が 54Mbp sである。また、現在、仕様が検討されている IEEE802. llg規格に準拠した無線 LANは、 2. 4 GHz帯を使用し、変調方式として OF DMを用いて物理的な最大伝送速度が 54Mb p sである。非特許文献 1.

IEEE802.11 (http: //standards, ieee. org/getieee802/802.11. html) 非特許文献 2.

IEEE鼠 lib 非特許文献 3 .

IEEE802. 11a し力しながら、上記、従来の無線通信システムにおいては、実際にデータストリームがどの程度の速度で伝送できるかをあらわす実効速度については、物理的な最大伝送速度の半分程度あるいはそれ以下に低下する場合が多レヽ、という問題があった。

具体的にいうと、たとえば、伝送したいデータトリームは、複数のデータパケットに分割され、データバケツト毎に、宛先/送信元 I Pァドレスやバケツト長，バケツト番号等を含む伝送制御用の情報からなるヘッダ情報および誤り訂正制御用の情報が付加されて I P (Internet Protocol)バケツトとして下位レイヤに渡される。また、 MA C (Media Access Control) レイヤにおいても、宛先 Z 送信元 MA Cアドレスゃフレーム長等を含む伝送制御用の情報からなるへッダ情報および誤り訂正制御用の情報が付加され、また、場合によってはデータフレームが暗号化され、その暗号解読用の情報が付カ卩されて、物理層に渡される。さらに、物理層では、変調方式やフレーム長等を含む伝送制御用の情報からなるへッダ情報およぴ同期用ブリアンブル等が付加されて送信される。

また、基地局おょぴ各無線端末は、たとえば、無線フレーム送信に先立って無線チャネルをキャリアセンスし、チャネルの使用中（チャネルビジー）を確認した場合は無線フレームの送信を控え、チャネル未使用（チャネルアイドル）を確認した後に、無線フレームを送信する C S MA/C A (Carrier Sense Multiple A ccess I Collision Avoidance) と呼ばれるランダムアクセス方式を用いている。そして、該宛先 MA Cァドレスで指定した基地局または無線端末から無線データフレームを正しく受信できたかどうかを示す A C K/N A C Kフレームが返送され、正しく受信できなかった場合にはフレーム再送動作も行っている。

したがって、実効速度は、 IEEE802. llb、 IEEE802. lla、 IEEE802. llg準拠の無線 L ANの物理的な伝送速度とはならず、伝送系の環境条件にもよるが、半分程度あるいはそれ以下となるのが実状である。 · すなわち、従来の IEEE802. 11a, IEEE802. lib, IEEE802. llg規格等に準拠した家庭 Zオフィス向けの無線ネットワークシステム（無線 L AN) においては、たとえば、約² O M b p sの帯域を必要とする高解像度テレビジョン HD T V (High Definition Television)の映像信号のデータストリームの双方向通信を行う場合、実効速度が不足する。

また、上記実効速度の不足を解消する方式の一例として、たとえば、広帯域デ一タストリームを送受信する場合に、異なったチャネルで動作する複数の無線ュニットに対して I Pパケットを割り振り、それぞれの無線ュニットによる独立制御で I Pバケツトを送受信する方法（特開 2 0 0 2— 1 3 5 3 0 4号公報）が提案されている。し力しながら、 I Pパケット単位で各無線ユニットに振り分けているために、たとえば、無線ユニット間の変調方式が異なった場合、あるいは I Pパケットのサイズが等しくない場合などには、バケツトの並び替え等の処理による遅延が発生する、という問題があった。また、無線ユニットの独立制御により隣接チャネルからの漏洩電力がキャリアセンスのしきい値よりも大きくなる現象が発生し、正常に送信できない場合がある、という問題もあった。

また、上記と異なる方式として、 1つの無線ユニットがマスタになり、 B夹像伝送等で広帯域の伝送帯域が必要となる場合には、予め割り当てられたチャネルに対応したサブ無線ュニットをスレーブとして動作させ、無線チャネルのアクセス権を獲得し合うための制御信号の送受信をマスタで行い、複数の無線ュニットで I Pパケットを送受信する方法も提案されている。し力しながら、上記同様、 I Pバケツト単位で各無線ュニットに振り分けているために、無線ュ-ット間の変調方式が異なった場合、あるいは I Pパケットのサイズが等しくない場合などには、ある無線ユニットでは送信が終了しているにもかかわらず、ある無線ュニットでは送信が終了していないため、受信状態に移行できない、という状況が発生し、一方で、 I Pパケットを受信している端末では、ある無線ユニットでは送信が終了しているにもかかわらず、ある無線ュニットでは送信が終了していないため、送信状態に移行できない、という状況が発生し、結果として、無線帯域を効率的に利用することができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線帯域を効率的に利用することによってスループットの向上を実現可能な無線通信システム（基地局および無線端末）を提供することを目的とする。発明の開示

本発明にかかる基地局（または無線端末）にあっては、複数の通信チャネルを利用して広帯域化を実現する無線 L A Nシステムを構成する装置の一つであって、複数の通信チャネルに個別に対応し、既存の IEEE802. 11に準拠した無線信号を、対応する通信チャネルを用いて送受する複数の物理層と、送信時、既存の IEEE80 2. 11に準拠したデータフレームのすべてを分割対象とし、当該データフレームを各物理層の送信レトに応じて先頭から分割し、前記各物理層に対して通信チヤネル間のバースト時間が均一になるように分配し、受信時、送信時とは逆の処理で、複数の通信チャネルで受信したフレームを結合する MA C (Media Access C ontrol) と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、たとえば、家庭/オフィス内の無線ネットワークに ΙΕΕΕδΟ 2. 11a, IEEE802. lib, IEEE802. llg規格等に準拠した無線信号を複数の通信チヤネルに分配して送信することとした。このとき、 MACでは、フレーム全体を分割対象とし、分割後のフレームを各物理層に分配する。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明にかかる無線通信システムの構成を示す図であり、第²図は、広帯域無線ュュットの構成を示す図であり、第 3図は、 IEEE802. 11aに準拠したデ一タフレームフォーマツトを示す図であり、第 4図は、.複数チャネル利用時のフレームフォーマットを示す図であり、第 5図は、 MP DUの分割/分配方法を示す図であり、第 6図は、 IEEE802. 11aに準拠したデータフレームフォーマツトを示す図であり、第 7図は、複数チャネル利用.時のフレームフォーマットを示す図であり、第 8図は、フレームの一部を分割する方法を示す図であり、第 9図は、 IE EE802. 11aに準拠したデータフレームフォーマツトを示す図であり、第 1 0図は、フレームの一部を分割する方法を示す図であり、第 1 1図は、フレームを複数のチャネルに分割した場合の一例を示す図であり、第 1 2図は、 'フレームを複数のチャネルに分割した場合の実施の形態 3の一例を示す図であり、第 1 3図は、 IE EE802. 11のフレームの Serviceフィールドを示す図であり、第 1 4図は、複数チヤネルを使用して通信を行う無線局間の通信状況を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明にかかる無線通信システム（基地局、無線端末）の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなレ、。

実施の形態 1 . '

第 1図は、本発明にかかる無線通信システム（家庭 Zオフィス向けの無線ネットワーク）の構成を示す図である。この無線通信システムは、有線または無線系の外部の通信網を構成するアクセス網と接続するアクセスライン（たとえば、 Et hernet (R) , xDSL, CATV, FTTH等）との相互接続を行うためのゲートウェイを有する基地局（A P) 1と、複数の無線端末（S T A) 2 A, 2 B , …から構成される。

基地局 1は、アクセス網と接続する有線または無線系のアクセスラインを終端させ、家庭 Zオフイス内の無線ネットワークを介して特定の無線端末 2 A， 2 B， …へアクセス網からの受信情報を送信する通信ュニットシステム 1 1を備える。そして、この通信ュニットシステム 1 1は、上記ァクセスラインを終端させるァクセス系終端ュニット 1 3と、前記アクセス網の信号と家庭 Zオフィス内の無線端末 2 A， 2 B， …の信号との間の信号フォーマットの相互変換を制御する信号インタフェースユニット 1 4 (たとえば、ルーター，ブリッジに相当）と、家庭 Zオフイス内の無線ネットワークに IEEE802. 11a, IEEE802. lib, IEEE802. llg規格等に準拠した無線信号を複数チャネル分送受する広帯域無線ュニット 1 5と、ァンテナ 1 2— 1， 1 2— 2， …と、を備える。なお、本実施の形態では、広帯域無線ユニット 1 5に複数のアンテナが接続されているが、これに限らず、 1本であってもよい。

また、無線端末 2 A, 2 Bは、それぞれパソコン， P DA, テレビジョン受信機のような情報機器本体 2 1 A， 2 1 Bと、各情報機器本体 2 1 A， 2 1 Bと基地局 1の通信ュニットシステム 1 1との間のデータ送受信を制御する端末ュニットシステム 2 2 A， 2 2 Bと、を備える。そして、この端耒ユニットシステム 2 2 A， 2 2 Bは、基地局 1 , 他の無線端末の信号と情報機器本体 2 1 A, 2 1 B の信号との間の信号フォーマツトの相互変換を制御する端末ィンタフユースュニット 2 4 A, 2 4 Bと、家庭 Zオフィス内の無線ネットワークに IEEE802. 11a, I EEE802. lib, IEEE802. llg規格等に準拠した無線信号を複数チャネル分送受する広帯域無線ユニット 2 5 A， 2 5 Bと、アンテナ 2 3 A—1 , 2 3 A—2 , ■··, 2 3 B— 1， 2 3 B - 2 , …と、を備える。なお、本実施の形態では、広帯域無線ュニット 2 5 A, 2 5 Bに複数のアンテナが接続されているが、これに限らず、 1本であってもよい。また、本実施の形態では、基地局に無線端末が接続される無線通信システムについて示しているが、これに限らず、たとえば、無線端末同士が独自のネットワークを構築し、通信を行うアドホックネットワークについても適用可能である。

第 2図は、本実施の形態の広帯城無線ュニット 1 5， 2 5の構成を示す図である。この広帯域無線ユニット 1 5， 2 5 A, 2 5 B ( 2 5 A, 2 5 Bは第 2図の 2 5に相当）は、信号インタフェースユニット 1 4または端末インタフェースュニット 2 4 A, 2 4 Bとの接続のためのホストインタフェースユニット (Hostln terface) 3 3と、 IEEE802. 11規格（a， b， e， f， g， h， i等）に準拠し、かつ本実施の形態を満たすように拡張された MA C (Media Access Control) 3 2と、 IEEE80 2. 11a, IEEE802. lib, IEEE802. llg規格等に準拠した複数の異なったチャネルで動作する複数の物理層 (PHY) 31 (31-1, 31-2, 31-3, …に相当 ) と、を備える。

上記 MA C 32は、 IEEE802.11規格 (a, b， e, f, g, h, i等）を拡張したものであり、複数チャネル分の物理層を利用しない場合には、 IEEE802.il規格 (a, b, e, f , g, h, i等）に準拠したものとして動作する。 MAC 32内の TxControlュ-ット 37 では、送信フレームを複数チャネルで送信するためのフレーム分配処理， FC S (Frame Check Sequence) 付加，タイムスタンプ付加，バッファからの読み出し制御，ノックオフ処理， RTS (Request to Send) フレームや CTS (Clear t o Send) フレームや AC Kフレームの自動作成等の処理を行う。 RxControlュニット 36では、複数チャネルで受信したフレームの結合処理， FCSチェック，バッスァへの書き込み処理，アドレスデコード処理，チャネルステータス処理等を行ラ。

さらに、 M A C 32は、個々の物理層 31とデータおよぴ制御信号のやり取りを行うために、複数の Transmission (Tx) ュニット 34 (34-1, 34-2, 34-3, …に相当）と Reception (Rx)ユニット 35 (35—1， 35— 2， 35 -3,…に相当）を持ち、それぞれ対応する物理層に対するプリミティブの発行，データ書き込み処理，データ読み出し処理等を行う。

したがって、 Txュ-ット 34, Rxュエツト 35が個々のフレームに対して必要な処理を行い、 TxControlュニット 37， RxControlュニット 36がすべてのフレームに対して必要な処理を行う構成となる。

また、 ProtocolControlュニット 38では、チャネルに対するアクセス権の取得等、 CSMA/CAプロトコルに基づいた制御に加え、各チャネルの送信レートの決定，チャネルに対するフレーム分配比の決定，各チャネルに対する送信データ量の決定等の機能を備える。

その他には、明記されていないが、送受信バッファ、暗号ィ匕ユニット、認証管理ユニットなどを備える。また、各物理層 31は、明記されていないが、前記 M AC 32からの信号を送信信号に変調し、.また、受信信号を MAC 32への信号に復調する BaseBandユニット、当該 BaseBandユニットからの信号，当該 BaseBand ュニットへの信号を所望の信号へ変換するァップコンバーター/ダウンコンバーター、パワーアンプなどから構成される RFュニットを備える。

つづいて、上記無線通信システムの勲作について説明する。第 3図は、 IEEE80 2.11aに準拠したデータフレームフォーマツトを示す図であり、第 4図は、複数チャネル（3 c h) 利用時のフレームフォーマットを示す図である。フレームを複数チャネルに分配して送信する場合には、各チャネルのバースト時間が一定になることを示している。なお、 N_DBPS (Data bits per OFDM symbol) は IEEE802.11a に明記されており、 1 OFDM当り送信できるデータビット数を示している。また、本実施の形態においては、説明の便宜上、 1 OFDMシンポル当たりに送信できるォクテツト数を N_D。_PS (Data octets per OFDM symbol) と規定する（N_D0PS ⁼ N_DBPSZ 8 ) o

第 3図に示す IEEE802.11aに準拠したデータフレーム（MPDU) 40は、 MA Cヘッダ 41， LLCヘッダ ZS NAPヘッダ 42, F r ame Bo d y43および FCS 44から構成される。また、 OFDM信号 50は、 MAC 32から物理層 31に M P D U 40が送信された場合、同期用ブリアンブル 51, 送信レートゃ送信データ長等からなる S I GNAL 52, SERV I CEフィールドと M PDU 40送信部分からなる DAT A 53、の順で送信されることを示している。ただし、〇 F DMシンボル間に含まれるガードィンターパルや、物理層 31での変調によるビットの並び順，ビット数の変化については省略する。

また、第 4図は、本実施の形態における複数の物理層 31— 1, 31-2, 3 1一 3を用いた場合における、複数のチャネルで MP DU 40のフレーム分割状態と、各チャネルの分割後の MPDU40— 1， 40-2, 40— 3と、物理層 31— 1， 31-2, 31— 3における OF DM信号 50— 1, 50— 2， 50 一 3を示したものである。

なお、本実施の形態では、 IEEE802.11で規定されている MACヘッダ 41， L LCヘッダ ZSNAPヘッダ 42, F r ameBo d y43および FCS 44のすべてを分割対象とし、第 5図に示すように、 MPDU40を、各物理層 31— 1, 31— 2, 31-3の送信レートに応じて N_MPS単位で前から分割し（図示の MACヘッダ 41— 1, LLCヘッダ ZSNAPヘッダ 42— 2, F r ame B o d y 43- 1, 43-2, 43-3, F C S 44— 2に相当）、各物理層に対して 1 OFDMで送信できるデータ単位に渡していく。第 5図は、 MPDU40 の分割 Z分配方法を示す図である。したがって、第 4図では、各物理層における OFDMff^-50- 1, 50-2, 50— 3は、ほぼ同一のバースト時間となる。また、図示はしていないが、 ACKフレームは MACヘッダと FC Sのみから構成されるため、分割せずに複数チャネルで同一のフレームを送信する。このとき、受信側では、当該 AC Kフレームを 1つでも正常受信できた場合、それを A • CKブレームとして認識し、 ACKフレームの受信失敗によるデータの再送発生を低減させることによって、システムスノレープットの向上を図る。また、フレーム長が短い RT S/C T S等のコントロールフレーム，フレ^"ム長が短いデータフレーム，マネージメントフレーム等についても、分割せずに同一レートで同一フレームを送信する。このとき、受信側では、当該フレームを 1つでも正常受信できた場合、それを送信されたフレームとして認識し、データの再送発生を低減させることによって、システムスループットの向上を図る。また、 IEEE802.11a， IEEE802. lib, IEEE802. llg規格等に準拠したシステムに対しては、帯域の予約時間等の通知も同時に行う。

ここで、本実施の形態における分割 Z分配処理について説明する。 ProtocolCo ntrolュニット 38では、各物理層 31— 1， 31— 2， 31— 3が通信を行う各チャネルの送信レートを決定し、送信フレーム長，各チャネルの送信レート，利用チャネル数等を TxControlュニット 37に通知する。

TxControlュニット 37では、送信に先立ち各チャネルに対して TXVE C TO Rにて、送信レート，データ長などを指定する必要がある。そのため、 TxContro 1ュニット 37は、 ProtocolControlュニット 38からの上記通知を受けて、各チャネルに対して下記分割/分配処理を行う。以下に、分割/分配処理に必要な DAT A部分のオタテツト数おょぴ各チヤネルのデータ長の計算方法を説明する。ここでは、説明の便宜上、 3チャネル（物理層 31— 1 ： Channel- A, 物理層 31— 2 ： Channel- B，物理層 31— 3 : Chan nel-C) の場合について説明する。

たとえば、 MACヘッダ， LLCヘッダ， SNAPヘッダ， F r a m e B o d y, FC Sで構成される MPDUのサイズを L [o c t e t] 、各チャネルの送信レートを RATE (a) ， RATE (b) ， RATE (c) [Mb p s] 、各チャネルの 1 OFDM当りの送信オクテット数を N_D0PS (a) ， N_D0PS (b) ， N_D0 ps (c) [o c t e t] 、チャネル数を k、と規定すると、 MPDUの送信に必要な OF DMシンポル数 Nは、以下の（1) 式で求められる。

'(フレーム長 + k) -—(先頭 OFDMシンポルで送信可能な Octet数）

N = floor +1

OFDMシンポルで送信可能な Octet数

… (1)

ただし、 f l o o r [ ·] は少数値の切り上げを表し、「フレーム長 +k」は T a i 1 b i tを考慮している。また、 RATE (a) ≥RATE (b) ≥RA TE (c) とし、 OFDMシンポル数にはBPSK (Binary Phase Shift Keyin g: R= 1/2)で送信される S I GNALフィールドのシンボル数は含まれていな!/、。また、先頭の〇 F DMシンポノレでは、 SERV I CEフィールドの 2 o c t e tによって、他のシンポノレよりも 2 o c t e t分少なくなる。

また、 OF DMシンボル数 Nの一般式は、下記（2) 式のように表すことができる。 L + k-(∑N_D0PS(x)-2k)

N = floor x=l

k +1

∑N_D0PS(x)

x=l

=

(2) したがって、 3 c hの場合の OF DMシンボル数 Nは、下記（3) 式のように表すことができる。

(L + 3)— (N_D0PS (a) + N_D0PS (b) + N_D0PS (c)— 6)

N = floor +1

N DOPS (，a) + N_D0PS(b) + N_D0PS(c)

L + 9

= floor

N DOPS' (a) + N_D0PS(b) + N_D0PS(c)

(3) また、各チャネルのフレーム長の計算式は、各チャネルのフレーム長を LEN GTH (A) ， LENGTH (B) ， LENGTH (C) と規定すると、上記（ 3) 式を用いて、以下の（4) 式〜（6) 式の様に導くことができる。ただし、送信レートの高い順に（Channel - Aから順に）フレームを割り当てることとする。また、（4) 式は、 MP DUの最終データが Channel- A内で終わる場合を表し、（ 5) 式は、 MP DUの最終データが Channel- B内で終わる場合を表し、（6) 式は、 M P D Uの最終データが Channel-C内で終わる場合を表す。

ο/ :ϊ， OAV

j3p TN + (v)HloNSXom =i。寸

) N +。画

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()q N +霞

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csi

LENGTH(A) = Nx N_D0PS (aト 3

LENGTH(B) = Nx N顯 (b)-3

LENGTH(C) =

(N-l)xN_DOp_S(c)-3 + (mod'

N_D0PS (a) + N_D0PS (b) + N廳 (c)

— N廳（a)— N_D0PS(b)

L + 9

ただし W_D0PS (a) + N_D0PS (b)< mod

D_Ops(a) + N画 (b) + N画 (c) L + 9

あるいは、 mod =0)

D_Op_S(a) + N_D0PS(b) + N_D0PS(c)

… (6) すなわち、 ProtocolControlュニット 38力上記のように、各チャネルで送信するフレーム長を算出し、そして、 TxControlュニット 37が、上記フレームの分割/分配処理に応じて、 FCS付加，タイムスタンプ付加，バッファからの読み出し制御，バックオフ処理等を統合して行う。

また、 Txユニット 34— 1， 34-2, 34— 3は、個々の物理層とデータおよび制御信号のやり取りを行うために、各物理層に対するプリミティブの発行，データ書き込み処理等を行う。そして、物理層 31— 1， 31-2, 31— 3では、各 Txユニットからのデータから送信データフレームを作成し、送信する。一方、受信処理では、 Rxュニット 35— 1， 35-2, 35— 3力物理層 3 1-1, 31-2, 31—3からのプリミティブ受信、および読み込み処理等を行い、その結果を RxControlュニット 36に渡す。 RxControlュニット 36では、複数チャネルで受信したフレームの結合処理， FCSチェック，バッファへの書き込み処理，ァドレスデコード処理，チャネルステータス処理等を統合して行う。また、 A CKフレームの送信が必要な場合は、必要に応じて ProtocolControlュ- ット 38を通じて返送手続きを行う。

なお、本実施の形態では、 MP DUの最終データが Channel- Aで終わる場合、 C hannel- Bおよび Channel_Cの〇 F DMシンポル数が Channel- Aより 1つ少なくなり、 Channel- Bで終わる場合は、 Channel - Cの O F DMシンボル数が Channel- Aおよひ hannel_rBより 1つ少なくなるが、このような場合は、 MA C 3 2から物理層 3 1 に引き渡す際に、 MA C 3 2が他のチャネルよりも 1 O F DMシンボルだけ早く終わるチャネルを検出し、そのチャネルに対して Pad bitsを付加することで全てのチャネルの O F DMシンボル長を等しくすることができる。また、本実施の形態では、使用チャネルを 3チャネルとしたが、チャネル数は任意である。また、 1チャネルで使用する場合には、分割および結合手順が必要なくなり、既存の IE EE802. 11a, IEEE802. lib, および ΙΕΕΕ802· llgと同様に動作する。さらに、使用するチャネルは隣接チャネルでなくとも実現可能である。また、本実施の形態における分割 Z分配処理は、一例であり、各チャネルの送信タイミング，バースト時間が同じになるような式であれば、どのような式であっても構わない。

このように、本実施の形態においては、たとえば、家庭/オフィス内の無線ネットワークに IEEE802. 11a, IEEE802. lib, IEEE802. llg規格等に準拠した無線信号を複数の通信チャネルに分配して送信することとした。このとき、 MA Cでは、フレーム全体を分割対象とし、分割後のフレームを各物理層に分配する。これにより、無線帯域を効率的に利用することができるので、従来と比較して大幅にスループットを向上させることができる。また、既存の物理レイヤである、 IEEE80

2. 11a, IEEE802. lib, IEEE802. llgを利用することがやきるので、既存のシステムに対して後方互換性を保つことができる。なお、本実施の形態の処理については、空間的に複数のチャネルを持つ M I MOにおいても適用可能である。

実施の形態 2 . ''

先に説明した実施の形態 1では、フレーム全体を分割する方法について説明したが、実施の形態 2では、フレームの一部を分割する方法について説明する。なお、無線通信システム、基地局および無線端末の構成については、先に説明した実施の形態 1の第 1図おょぴ第 2図と同様であるため、同一の符号を付してその説明を省略する。ここで、実施の形態 2の無線通信システムの動作について説明する。なお、本実施の形態では、先に説明した実施の形態 1と異なる処理についてのみ説明する。第 6図は、 IEEE802.11aに準拠したデータフレームフォーマツトを示す図であり、第 7図は、複数チャネル（3 c h) ·利用時のフレームフォーマツトを示す図である。フレームを複数チャネルに分配して送信する場合には、各チャネルのバースト時間が一定になることを示している。

本実施の形態では、 IEEE802.11で規定されている M A Cヘッダ 41, LLCへッダ/ SNAPヘッダ 42, F r ame B o dy43および FCS 44のうち、 LLCヘッダ/ SNAPヘッダ 42, F r ame B o d y43および FC S 44 を分割対象とし、 MPDU40の分割対象部分を、各物理層 31-1, 31-2, 31-3の送信レートに応じて N置 _s単位で前から分割し（図示の LLCヘッダ/ SNAPヘッダ 42— 1， F r ameB o dy43-l, 43-2, 43— 3， FCS 44-2に相当）、各物理層に対して 1 O F DMで送信できるデータ単位に渡していく。したがって、第 7図では、各物理層における OFDM信号 50— 1, 50-2, 50— 3は、ほぼ同一のバースト時間となる。

つづいて、本実施の形態における分割/分配処理について説明する。ここでは、実施の形態 1と処理の異なる、 D A T A部分のォクテット数および各チャネルのデータ長の計算方法について説明する。なお、前述同様、 3チャネル（物理層 3 1 - 1 ： Channel-A, 物理層 31-2 : Channel- B, 物理層 31— 3 : Channel-C ) の場合について説明する。

たとえば、 LLCヘッダ， SNAPヘッダ， F r ame B o dy, FCSで構成される MPDUのサイズを L [o c t e t] , 各チャネルの送信レートを R A TE (a) , RATE (b) ， RATE (c) [Mb p s] 、各チャネルの 1 O F DM当りの送信ォクテツト数を N_D0PS (a) , N_D0PS (b) , N_D0PS (c) [o c t e t] 、チャネル数を k、と規定すると、 MPDUの送信に必要な OF DMシンボル数 Nは、第 8図に示すような手順で求める。

ただし、 RATE (a) ≥RATE (b) ≥RATE (c) とし、 OFDMシンボル数には B P SK (R= 1/2) で送信される S I GNALフィールドのシンポル数は含まれていない。また、先頭の OF DMシンボルでは、 SERV I C Eフィールドの 2 o c t e tによって、他のシンポルよりも 2 o c t e t分少なくなる。

まず、最も送信レートが遅い RATE (c) が MACヘッダを送信し終わるまでに必要な OF DMシンボル数を、下記 (7) 式のように求める。

^NMAC HEADER

(7)

つぎに、その期間に他のチャネルで送信されるデータ量を計算する ₍

L HEADER

k

∑ ( _DOPS ) X N_MAC― _ER (c) - SERVICE― FIELD + MAC― HEADER x=l

… 8)

したがって、残りのデータ量は、 L—L_{i DEK}となる。そのため、残りのデータを送信するのに必要な OF DMシンボル数は、下記 (9) 式となり、さらに、データを送信するために必要な OF DMシンボル数 Nの一般式は、下記（10) 式となる。

^NDATA

(9) N = N_MAC— _HEADER(k) + N_DAXA

(1 o) したがって、 3 c hの場合の OFDMシンボル数 Nは、下記（1 1) 式のように表すことができる。

(L-L

N = floor HEADER )+ 3

N_D0PS(a) + N画 (b) + N画 (c)-

- (11) また、各チャネルのフレーム長の計算式は、各チャネルのフレーム長を LEN GTH (A) ， LENGTH (B) , LENGTH (C) と規定すると、上記 ( 11) 式を用いて、以下の（12) 式〜（14) 式の様に導くことができる。ただし、送信レートの高レ、順に（Channel-Aから順に）フレームを割り当てることとする。また、（12) 式は、 MPDUの最終データが Channel-A内で終わる場合を表し、（13) 式は、 MP DUの最終データが Channel - B内で終わる場合を表し、 (14) 式は、 MPDUの最終データ力 SChannel- C内で終わる場合を表す。 LENGTH(A) = (N~l)x N画 (a) - 3

LLEENNGGTTHH((BB)) == ((NN——11)) xx NN画画 ((bb)) -- 33

LENGTH(C) = (N-l)x N_D0PS (c) - 3

(L― L_HEADER ) + 3

(ただし、 modi ≤N_DOps(a))

N画 (a) + N廳 (b) + N麵 (c).

(12)

LENGTH(A)= xN_D0PS(a)-3

(L-L HEADER )+ 3

LENGTH(B) = (N— 1) x N麵 (b)-3 + mod

N_D0PS (a) + N_D0PS (b) + N_D0PS (c) LENGTH(C) = (N-l)x N画 (c) - 3

(L一 L_HEADER ) + 3

(ただし、 N DOPs(^a)<^m°d ≤N_DOPS(a)

N應 (a) + N画 (b) + N應 (c) .

+ N DOPS (b)

(13)

LENGTH(A) = Nx N_D0PS (a) - 3

LENGTH(B) = NX N_D0PS (b) - 3

(L-L HEADER )+ 3

LENGTH(C) = (N-l)x N_D0PS (c) - 3 + mod

N廳 (a) + N画 (b) + N画 (c)

(L - L_HEADER) + 3

(ただし、 N_D0PS (a) + N_D0PS (b) < mod

N_D0PS (a) + N唐 _s (b) + N画 (c)

(L-L DER )+ 3 - あるレヽは HEA

mod =0)

N画 (a) + N画 (b) + N應 (c)」

(14) 一方、受信処理においては、 Rxュ-ット 35— 1, 35-2, 35— 3が、物理層 31— 1, 31-2, 31— 3からのプリミティブ受信、および読み込み処理等を行い、その結果を RxControlュニット 36に渡す。 RxControlュ-ット 36 では、複数チャネルで受信しだフレームの結合処理， FCSチェック，バッファへの書き込み処理，アドレスデコード処理，チャネルステータス処理等を統合して行う。なお、本実施の形態では、各チャネルで受信したフレームの先頭に、 M ACァドレスが含まれているため、予期しない端末からのフレームに対しては、処理を行わないようにする。また、 AC Kフレームの送信が必要な場合は、前述同様、 ProtocolControlュニット 38を通じて返送手続きを行う。

なお、第 9図は、 IEEE802.11aに準拠したデータフレームフォーマツトを示す図であり、第 10図は、第 8図とは異なる、フレームの一部を分割する方法を示す図である。第 10図では、 IEEE802.11で規定されている MACヘッダ 41一 1， 41-2, 41-3, LLCヘッダ/ SNAPヘッダ 42— 1， 42-2, 42 一 3， FCS44— 1， 44-2, 44一 3を、それぞれ分割された F r a m e B o dy43-l, 43— 2， 43— 3に対して付加する。

このように、本実施の形態においては、たとえば、家庭 zオフィス内の無線ネットワークに IEEE802.11a, IEEE802. lib, IEEE802. llg規格等に準拠した無線信号を複数の通信チャネルに分配して送信することとした。このとき、 MACでは、フレームの一部を分割対象とし、さらに分割後のフレームに対して分割対象以外のフレームを付加し、その後のフレームを各物理層に分配する。これにより、無線帯域を効率的に利用することができるので、従来と比較して大幅にスループットを向上させることができる。また、既存の物理レイヤである、 IEEE802.11a, I EEE802. lib, IEEE802. llgを利用することができるので、既存のシステムに対して後方互換性を保つことができる。なお、本実施の形態の処理については、空間的に複数のチャネルを持つ M I MOにおいても適用可能である。

実施の形態 3.

つづいて、実施の形態 3の無線通信システムの動作を、図面を用いて具体的に説明する。なお、本実施の形態では、先に説明した実施の形態 1および 2と異なる処理についてのみ説明する。

第 11図は、フレームを複数のチャネルに分割した場合の一例を示す図である。それぞれ矩形は、 OF DMシンボルを示しており、フレームの最後には、 PHY で付加される Padビットおよぴ Tailビットが描かれてレ、る。しかしながら、第 1 1 図の例では、 CH 1における OFDMシンボル数と、 CH2および CH3の OF DMシンボル数と、が異なっているため、前述した実施の形態 1および 2で示したように、 Padビットを付カ卩し、 OF DMシンボル数を一致させる必要がある。そこで、本実施の形態では、第 12図に示すように、 OF DMシンボル数を一致させる。第 12図は、フレームを複数のチャネルに分割した場合の、本実施の形態の一例を示す図である。それぞれの矩形は、 O F DMシンボルを示しており、· フレームの最後には、 PHYで付加される Padビットおよび Tailビットが描力れている。さらに、第 12図では、 MACから PHYで Padビットを付加したことを示す MA CPadが付加され、前述した実施の形態 1および 2で示したように、〇 F D Mシンボル数が一致している状態を示している。なお、各フレームは、一例として、 C H 1から C H 3の順に O F DMシンポルごとに割り当てられている。

第 13図は、 IEEE802.11のフレームの Serviceフィールドを示す図である。本実施の形態では、'現在 Reservedとして確保されている Service [7 ： 15] に対して、 M A C Padの O N/'O F Fを示す MAC— PADJJSAGEフィールド，分割番号フィールド，分割総数フィールド，複数 CHにおいて同一フレームをコピーしているかどうかを示す COPYフィールドを割り当てている。なお、各フィールドはどのような順番であってもかまわない。

第 14図は、複数チャネルを使用して通信を行う無線局間の通信状況を示す図である。まず、無線局 60では、フレームを分割した際に、第 11図に示すように、一部のチャネルにおいて OFDMシンポルがそろわないことが判明した時点で、たとえば、第 12図に示すように、 MACPadを追加し、データが次の OFD Mシンボルにまたがるようにする。その際、送信フレーム内の Serviceフィールド内の MA PAD— USAGEブイールドに MA CPadを付加したことを記載する。また、無線局 6 0では、どのような順序でフレームをチャネルに割り当てたかを示す分割番号フィールド、およびいくつのチャネルを使用して通信を行っているかを示す分割総数フィールド、にそれぞれ必要な情報を書き込み、さらに、複数のチヤネルに対して同一のフレームを送信する場合には、 COPYフィールドに O N/O F F 情報を書き込み、そめ後、生成したフレームを無線局 6 1に対して送信する。なお、本実施の形態では、 Serviceフィールド内の Reservedフィールドに、 MAC —PADJJSAGEフィーノレド，分割番号フィールド，分割総数フィールド， COPYフィールドを割り当てているが、これに限らず、チャネル毎に、 MA Cまたは P HYにおいてフレームを拡張することとしてもよい。

一方、受信側の無; II局 6 1では、送信側の無線局 6 0からフレームを受信した場合、 MAC一 PADJJSAGEフィールド，分割番号フィールド，分割総数フィールド， C 0PYフィールドを確認する。

なお、 COPYクイルドにて、フレームをコピーしている場合には、各チャネルの受信フレームの中から、正常に受信できたフレームを用いて次の動作を行う。また、 COPYフィールドにて、フレームが分割して送信されたことを示す場合には、分割番号フィールド，分割総数フィールドに基づいて、分割されたフレームを結合する処理を行う。その際、各チャネルにて通知された MAC— PADJJSAGEフィールドによって、 MA Cまたは P HYにて追カ卩された Padビットの情報を検出し、不必要な Padビットを削除する処理を行う。なお、分割総数フィールドに書力れた値よりも、受信したチャネルが少ない場合には、フレームがうまく受信できなかったことを示しているので、エラー処理を行う。

このように、本実施の形態においては、送信側が、上記 MAC— PADJJSAGEフィールド，分割番号フィールド，分割総数フィールド， COPYフィールドを追加することとした。これにより、各チャネルでどのような形で Padが挿入されているかを正確の検出することができる。また、どのような順序で各チャネルにフレームが割り当てられているかを示す情報が挿入されているため、受信側にて、フレームの結合手順を知ることができる。なお、本実施の形態の処理については、実施の形態 1および 2にて示した基地局および無線端末に対しても適用可能である。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかる基地局おょぴ無線端末は、無線 L AN標準化規格 IEEE802. 11に準拠した無線信号を送受する通信システムに有用であり、特に、複数の通信チャネルを利用して広帯域化を実現する通信システムに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の通信チャネルを利用して広帯域化を実現する無線 L ANシステムを構成する基地局において、

複数の通信チャネルに個別に対応し、既存の IEEE802. 11に準拠した無線信号を、対応する通信チャネルを用いて送受する複数の物理層と、

送信時、既存の IEEE802. 11に準拠したデータフレームのすべてを分割対象とし、当該データフレームを各物理層の送信レートに応じて先頭から分割し、前記各物理層に対して通信チャネル間のバースト時閬が均一になるように分配し、受信時、送信時とは逆の処理で、複数の通信チャネルで受信したフレームを結合する MA C (Media Access Control) と、

を備えることを特徴とする基地局。

2 . 複数の通信チャネルを利用して広帯域ィ匕を実現する無線 L ANシステムを構成する基地局において、

送信時、既存の IEEE802. 11に準拠したデータフレームの一部を分割対象とし、当該データフレームの一部を各物理層の送信レートに応じて先頭から分割し、前記各物理層に対して通信チャネル間のバースト時間が均一になるように分配し、受信時、送信時とは逆の処理で、複数の通信チャネルで受信したフレームを結合する MA C (Media Access Control) と、

を備えることを特徴とする基地局。

3 . 前記 MA Cが複数の通信チャネルに対応した分配処理おょぴ結合処理を実現するために、各通信チャネルの送信レー'ト、各通信チャネルに対するフレーム分配比およぴ各通信チャネルに対する送信データ量、を決定する決定手段、を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の基地局。

4 . 前記 M A Cが複数の通信チャネルに対応した分配処理および結合処理を実現するために、各通信チャネルの送信レート、各通信チャネルに対するフレーム

5 分配比および各通信チャネルに対する送信データ量、を決定する決定手段、

を備えることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の基地局。

5 . C S MAZ C A (Carrier Sense Multiple Access I Collision Avoidanc e) プロトコルを使用する IEEE802. ilに準拠したプロトコル制御手段、

0 を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の基地局。

6 . C SMA/ C A (Carrier Sense Multiple Access I Collision Avoidanc ' _e) プロトコルを使用する IEEE802. 11に準拠したプロトコル制御手段、

5

7 . 送信時、前記データフレームよりもフレーム長が短いフレームについては、分割せずに、各通信チャネルに同一レートの同一フレームを送信し、

一方で、受信時は、前記フレーム長が短いフレームを 1つでも正常に受信できた場合、それを送信側で送信したフレームとして認識することを特徴とする請求0 の範囲第 1項に記載の基地局。 '

8 . 送信時、前記データフレームよりもフレーム長が短いフレームについては、分割せずに、各通信チャネルに同一レートの同一フレームを送信し、

一方で、受信時は、前記フレーム長が短いフレームを 1つでも正常に受信でき5 た場合、それを送信側で送信したフレームとして認識することを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の基地局。

9 . 複数の通信チャネルを利用して広帯域ィ匕を実現する無線 LANシステムを構成する無線端末において、

複数の通信チャネルに個別に対応し、既存の IEEE802. 11に準拠じた無線信号を、対応する通信チャネルを用いて送受する複数の物理層と、

送信時、既存の IEEE802. 11に準拠したデータフレームのすべてを分割対象とし、当該データフレームを各物理層の送信レートに応じて先頭から分割し、前記各物理層に対して通信チャネル間のバースト時間が均一になるように分配し、受信時、送信時とは逆の処理で、複数の通信チャネルで受信したフレームを結合する MA C (Media Access Control) と、

を備えることを特徴とする無線端末。

1 0. 複数の通信チャネルを利用して広帯域化を実現する無線 LANシステムを構成する無線端末にぉレ、て、

複数の通信チャネルに個別に対応し、既存の IEEE802. ilに準拠した無線信号を、対応する通信チャネルを用いて送受する複数の物理層と、

送信時、既存の IEEE802, 11に準拠したデータフレームの一部を分割対象とし、当該データフレームの一部を各物理層の送信レートに応じて先頭から分割し、前記各物理層に対して通信チャネル間のパースト時間が均一になるように分配し、受信時、送信時とは逆の処理で、複数の通信チャネルで受信したフレームを結合する MA C (Media Access Control) と、

を備えることを特徴とする無線端末。

1 1 . 前記 MA Cが複数の通信チャネルに対応した分配処理および結合処理を実現するために、各通信チャネルの送信レート、各通信チャネルに対するフレーム分配比および各通信チャネルに対する送信データ量、を決定する決定手段、を備えることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の無線端末。

1 2 . 前記 MA Cが複数の通信チャネルに対応した分配処理および結合処理を実現するために、各通信チャネルの送信レート、各通信チャネルに対するフレーム分配比およぴ各通信チャネルに対-する送信データ量、を決定する決定手段、を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の無線端末。

1 3 . C SMA/ C A (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoida nce) プロトコルを使用する IEEE802. ilに準拠したプロトコル制御手段、

を備えることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の無線端末。

1 4 . C S MAZ C A (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoida nce) プロトコルを使用する IEEE802. 11に準拠したプロトコル制御手段、

を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の無線端末。

1 5 . 送信時、前記データフレームよりもフレーム長が短いフレームについては、分割せずに、各通信チャネルに同一レートの同一フレームを送信し、一方で、受信時は、前記フレーム長が短いフレームを 1つでも正常に受信できた場合、それを送信側で送信したフレームとして認識することを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の無線端末。

1 6 . 送信時、前記データフレームよりもフレーム長が短いフレームについては、分割せずに、各通信チャネルに同一レートの同一フレームを送信し、一方で、受信時は、前記フレーム長が短いフレームを 1つでも正常に受信できた場合、それを送信側で送信したフレームとして認識することを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の無線端末。

1 7 . 使用通信チャネルが 1チャネルの場合には、前記分割および結合処理を行わず、当該使用通信チャネルに対応する物理層が、前記 IEEE802. ilに準拠した無線信号を送受することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の基地局。

1 8 . 使用通信チャネルが 1チャネルの場合には、前記分割および結合処理を行わず、当該使用通信チャネルに対応する物理層が、前記 IEEE802. ilに準拠した無線信号を送受することを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の基地局。

1 9 . 同一フレームを、複数の通信チャネルを用いて同時に送信可能とすることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の基地局。

2 0. 同一フレームを、複数の通信チャネルを用いて同時に送信可能とすることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の基地局。

2 1 . ポーリング制御を使用する IEEE802. 11に準拠したプロトコル制御手段、を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の基地局。

2 2 . ポーリング制御を使用する IEEE802. 11に準拠したプロトコル制御手段、を備えることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の基地局。

2 3 . 周波数的、空間的、またはそれらの組み合わせで、前記複数の通信チヤネノレを選択可能とすることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の基地局。，

2 4. 周波数的、空間的、またはそれらの組み合わせで、前記複数の通信チヤネルを選択可能とすることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の基地局。

2 5 . 複数の通信チャネルを使用する場合に、前記データフレームに対して、分割番号、分割総数、 Pad挿入方法、複数の通信チャネルに対して同一フレームをコピーしているかどうかを示す情報、を含ませることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の基地局。

2 6 . 複数の通信チャネルを使用する場合に、前記データフレームに対して、分割番号、分割総数、 Pad揮入方法、複数の通信チャネルに対して同一フレームをコピーしているかどうかを示す情報、を含ませることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の基地局。

2 7. 使用通信チャネルが 1チャネルの場合には、前記分割および結合処理を行わず、当該使用通信チャネルに対 '応する物理層が、前記 IEEE802. 11に準拠した無線信号を送受することを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の無線端末。

2 8 . 使用通信チャネルが 1チャネルの場合には、前記分割および結合処理を行わず、当該使用通信チャネルに対応する物理層が、前記 IEEE802. ilに準拠した無線信号を送受することを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の無線端末。

2 9 . 同一フレームを、複数の通信チャネルを用いて同時に送信可能とすることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の無線端末。

3 0 . 同一フレ^"ムを、複数の通信チャネルを用いて同時に送信可能とすることを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の無線端末。

3 1 . ポーリング制御を使用する IEEE802. 11に準拠したプロトコル制御手段、を備えることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の無線端末。 .

3 2 . ポーリング制御を使用する IEEE802. 11に準拠したプロトコル制御手段、を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の無線端末。

3 3 . 周波数的、空間的、また.はそれらの組み合わせで、前記複数の通信チヤネルを選択可能とすることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の無線端末。

3 4 . 周波数的、空間的、またはそれらの組み合わせで、前記複数の通信チヤネルを選択可能とすることを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の無線端末。

3 5. 複数の通信チャネルを使用する場合に、前記データフレームに対して、分割番号、分割総数、 Pad挿入方法、複数の通信チャネルに対して同一フレームをコピーしているかどうかを示す情報、を含ませることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の無線端末。

3 6 . 複数の通信チャネルを使用する場合に、前記データフレームに対して、分割番号、分割総数、 Pad挿入方法、複数の通信チャネルに対して同一フレームをコピーしているかどうかを示す情報、を含ませることを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の無線端末。