JP2005198213A - 通信システム、通信装置および通信方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 多入力多出力の第1の物理層プロトコルに従う通信および単一入出力の第2の物理層プロトコルによる通信が可能な第1、第2の通信装置間でチャネル状態推定情報を交換する通信システムであって、第1の通信装置は、第2の通信装置における受信特性を反映する第1のチャネル状態推定情報を要求する第2の物理層プロトコルの物理フレームを該第2の通信装置に送信する第1送信手段を具備し、第2の通信装置は、該物理フレームを復号することにより第1のチャネル状態推定情報の要求を検知する検知手段と、該物理フレームに含まれる第1のプリアンブルに基づいて第1のチャネル状態推定情報を求めるチャネル状態推定手段と、該チャネル状態推定手段により求めた第1のチャネル状態推定情報を第1の通信装置に送信する第2の送信手段と、を具備する。
【選択図】 図1
Description
前記第1の通信装置は、前記第2の通信装置に該第2の通信装置における該第1の通信装置と前記第1の物理層プロトコルを用いて通信するときの受信状態に関する情報を含む第1のチャネル状態推定情報を要求するための前記第2の物理層プロトコルに基づいて送信される物理フレームに、さらに前記第1の物理層プロトコルに基づいて送信される第1のプリアンブルを所定の位置に付加して該第2の通信装置に送信する第1の送信手段を具備し、
前記第2の通信装置は、前記物理フレームを復号することにより該物理フレームが前記第1のチャネル状態推定情報を要求するものであることを検知する検知手段と、前記物理フレームに付加された前記第1のプリアンブルに基づいて前記第1のチャネル状態推定情報を求めるチャネル状態推定手段と、該チャネル状態推定手段により求めた第1のチャネル状態推定情報を前記第1の通信装置に送信する第2の送信手段を具備する。
前記第1の物理層プロトコルを用いて送信した信号を他の通信装置において受信するときの受信状態に関する情報を含む第1のチャネル状態推定情報を該他の通信装置に対して要求するための前記第2の物理層プロトコルに基づいて送信される物理フレームに、さらに前記第1の物理層プロトコルに基づいて送信される第1のプリアンブルを所定の位置に付加して送信する第1の送信手段と、
前記他の通信装置から第1のチャネル状態推定情報を受信する受信手段と、
前記他の通信装置から受信した第1のチャネル状態推定情報に基づいて、前記第1の物理層プロトコルによる物理フレームを送信する際の送信条件を決定し、該送信条件を前記通信手段に対して通知する手段を具備する。
図1は本発明の実施形態に係る通信装置の機能ブロック図の一例である。この通信装置は本実施形態に係る通信システムを構成する装置であって、MAC層の処理ユニット100、および物理層の処理ユニット200を有する。これら処理ユニットは実装に応じてアナログ又はデジタルの電子回路として、あるいはLSIに組み込まれたCPUにより実行される例えばファームウェアとして実現される。物理層の処理ユニット200には例えば3本のアンテナ300が接続されている例を示す。図1に示すように、MAC層の処理ユニット100はMAC層管理機能101を有する。また、通信相手の装置に対し送信すべきチャネル情報フィードバック要求フレームをMAC層管理機能101からの指示に応じて作成する機能T1を有する。MAC層の処理ユニット100において作成されたチャネル情報フィードバック要求フレーム等のMACフレームは、物理層の処理ユニット200に送られる。物理層の処理ユニット200はMACフレームを符号化(エンコード)する機能T2と、これにより符号化されたデータにプリアンブルを付加して物理フレームを生成する機能T3とを有する。生成された物理フレームはアンテナ300から送信される。
<第1のステップ(送信側→受信側)>
送信側から受信側に、図5に示したチャネル情報フィードバック要求フレーム1を送信する。ここで、送信側は1本のアンテナを用いてIEEE802.11aに規定された通信方式によりプリアンブルを送信する。また、3本のアンテナを用いてMIMOによってプリアンブルを送信する。MACフレームにチャネル情報のフィードバックを要求するデータを格納し、これをIEEE802.11aに規定された通信方式に基づくプリアンブルを送信したときと同じ1本のアンテナを用いて送信する。ここでは、チャネル情報のフィードバックを要求するデータは、MACフレームのヘッダまたはペイロードのどちらに格納してもよい。
受信側において、チャネル情報フィードバック要求フレーム1を受信する。ここでは、IEEE802.11aに規定された通信方式によって送信されたプリアンブルを用いてチャネル推定を行う。また、MIMOによって送信されたプリアンブルを用いてMIMOによる通信時のチャネル推定を行う。次に、IEEE802.11aに規定された通信方式によって送信されたプリアンブルを用いたチャネル推定の結果に基づいてMACフレーム部分を復号する。この復号により、送信側からMIMOによる通信時のチャネル推定結果情報のフィードバックを要求されていることがわかるので、MIMOによる通信時のチャネル推定結果を通知するためのチャネル推定結果通知フレーム2−1を作成する。一般に、チャネル推定結果は位相と振幅情報を含む複素数で表現されるが、送信側にフィードバックするチャネル推定結果情報は、複素数そのものではなく簡略化した情報でもよい。例えば、複素数を量子化した概数や、チャネル状態の良否を真偽値(1/0)で表現したビットマップをチャネル推定結果情報としてフィードバックすることが考えられる。チャネル推定する通信装置側でチャネル推定結果を要約した情報とすることで、これを受け取った通信装置側での処理を軽減することができる。
受信側から送信側に、MIMOによる通信時のチャネル推定結果通知フレーム2−2を返信する。図8にそのフォーマットの一例を示す。このステップでは、まず1本のアンテナを用いてIEEE802.11aに規定された通信方式でプリアンブルを送信する。次に3本のアンテナを用いてMIMOによりプリアンブルを送信する。そして、MACフレームに第2のステップで得たMIMOによる通信時のチャネル推定結果情報を格納し、これをIEEE802.11aに規定された通信方式でプリアンブルを送信したときと同じ1本のアンテナを用いて送信する。ここで、チャネル推定結果情報を要求するデータは、MACフレームのヘッダまたはペイロードのどちらに格納してもよい。
送信側は、チャネル推定結果通知フレーム2−1を受信する。まず、IEEE802.11aに規定された通信方式により送信されたプリアンブルを用いてチャネル推定を行う。次に、MIMOにより送信されたプリアンブルを用いてMIMOによる通信時のチャネル推定を行う。IEEE802.11aに規定された通信方式のプリアンブルによるチャネル推定結果を用いてMACフレーム部分を復号する。この復号により、受信側からMIMOによる通信時のチャネル推定結果情報がフィードバックされてきたことがわかるので、そのチャネル推定結果情報に基づいてMIMOによるデータの送信時の多重数と送信に用いるアンテナを決定する。このとき、MIMOによる通信時のチャネル推定結果と受信側からフィードバックされてきた受信側におけるMIMOによる通信時のチャネル推定結果とを比較して、両者間でのチャネル推定結果の正誤を確認することができる。これは、通信装置の構成等により、送信側から受信側へのチャネル状態と、受信側から送信側へのチャネル状態が完全に等しくはならない場合があるために行う作業である。このようにするとデータの通信を開始する以前に送信側と受信側とのチャネル状態の認識上の不整合が分かり、両者で許容できる通信パラメータを設定することが可能となる。
第5のステップでは、第4のステップにおいて送信側で行ったチャネル推定の結果情報を送信側から受信側に通知する。このとき、第3のステップにおいて受信側からフィードバックされてきたチャネル推定結果から、受信側でMIMOにより送信された信号を正しく分離できると判断されたときにはチャネル推定結果通知フレーム3−1または3−2を用いる。図9にチャネル推定結果通知フレーム3−1のフォーマットの一例を、図10にチャネル推定結果通知フレーム3−2のフォーマットの一例を示す。これらチャネル推定結果通知フレーム3−1または3−2のいずれかを使用する場合には、第4のステップにおいて決定されたデータの多重数、および本数の送信アンテナを用い、第4のステップで得られた送信側におけるチャネル推定結果情報を多重してMACフレーム部を送信する。一方、第3のステップにおいて受信側からフィードバックされてきたチャネル推定結果から、受信側でMIMOによって送信された信号を正しく分離できず、情報を多重して複数アンテナで送信するのは不可能と判断されたときには、チャネル推定結果通知フレーム3−3を用いる。図11にフレーム3−3のフォーマットの一例を示す。この場合は、MIMOによる通信ができず1本のアンテナによる送受信しかできない。よって第4のステップで得られた送信側におけるチャネル推定結果情報を格納したMACフレーム部は1本のアンテナで送信する。また、受信側でMIMOによって送信された信号を正しく分離できるか否かにかかわらず、第3のステップと同様にフレーム2−1を用いて第4のステップにおいて送信側で行ったチャネル推定の結果情報を送信してもよい。また、本ステップにおいて、チャネル推定結果通知フレーム3−1、3−2、3−3の代わりにデータフレームを用いて、一般の送信データにチャネル推定結果情報を付加してMIMOにより送信してもよい。
本発明の第2実施形態は、第1実施形態と同様の無線システムにおいて、チャネル情報をフィードバックするための通信手順が第1実施形態のものとは異なる。本実施形態では、送受信間で互いにチャネル推定結果情報を送信するのではなく、チャネル推定のためのプリアンブルのみを送信して、相手側にチャネル推定させるものである。図12に、本実施形態に係る通信手順を示す。
第1のステップは第1実施形態と同様である。
まず受信側において、チャネル情報フィードバック要求フレーム1を受信する。次に、IEEE802.11aに規定された通信方式により送信されたプリアンブルを用いてチャネル推定を行う。次に、MIMOにより送信されたプリアンブルを用いてMIMOによる通信時のチャネル推定を行う。そして、IEEE802.11aに規定された通信方式により送信されたプリアンブルに基づくチャネル推定結果を用いてMACフレーム部分を復号する。この復号により、送信側からMIMOによる通信時のチャネル推定結果情報のフィードバックを要求されていることがわかる。本ステップにおいて、MIMOによる通信時のチャネル推定結果に基づいて、受信側から送信側へデータを送信する場合に使用する情報多重数や送信アンテナを決定することもできる。
受信側から送信側に、送信側がMIMOによる通信時のチャネル推定を行うためのチャネル推定結果フレーム2−2を返信する。図13にチャネル推定結果フレーム2−2のフォーマットの一例を示す。
送信側において、チャネル推定結果フレーム2−2を受信する。次に、IEEE802.11aに規定された通信方式により送信されたプリアンブルを用いてチャネル推定を行う。また、MIMOにより送信されたプリアンブルを用いてMIMOによる通信時のチャネル推定を行う。そして、MIMOによる通信時のチャネル推定結果情報に基づいてMIMOによるデータの送信時の多重数と送信に用いるアンテナを決定する。
本発明の第3実施形態は、第1または第2実施形態と同様の無線システムにおいて、第1のステップに先立ち準備ステップを実行するよう構成される。準備ステップでは、送信側と受信側の間で、お互いの装置が有するアンテナ本数といった物理層能力情報を図14の物理層能力情報通知フレームを用いて交換する。この物理層能力情報通知フレームにおけるMACフレームのチャネル推定結果情報部には、チャネル推定結果ではなく自装置が有するアンテナ本数といった物理層能力情報が格納される。準備ステップを実行して、お互いのアンテナ本数等の情報を得ることによって、アンテナ本数に応じたMIMOによる通信時のチャネル推定が可能なように物理ヘッダのプリアンブルをMACフレームに付加することができる。したがって、準備ステップ後に実行する第1から第5のステップでは、MIMOによる通信時のチャネル推定を行うために必要十分な長さ・構成に設定したMIMO通信に用いるプリアンブルをチャネル情報フィードバック要求フレーム1から物理層能力情報通知フレームに使用することができる。
200 物理層
300 アンテナ
400 物理フレーム
401 プリアンブル(11a)
402 プリアンブル(MIMO)
Claims (14)
- 多入力多出力の第1の物理層プロトコルに従う通信および単一入出力の第2の物理層プロトコルによる通信が可能な通信手段を備えた第1、第2の通信装置間の通信で使用するチャネルについてのチャネル状態推定情報を交換する通信システムであって、
前記第1の通信装置は、前記第2の通信装置に該第2の通信装置における該第1の通信装置と前記第1の物理層プロトコルを用いて通信するときの受信状態に関する情報を含む第1のチャネル状態推定情報を要求するための前記第2の物理層プロトコルに基づいて送信される物理フレームに、さらに前記第1の物理層プロトコルに基づいて送信される第1のプリアンブルを所定の位置に付加して該第2の通信装置に送信する第1の送信手段を具備し、
前記第2の通信装置は、前記物理フレームを復号することにより該物理フレームが前記第1のチャネル状態推定情報を要求するものであることを検知する検知手段と、前記物理フレームに付加された前記第1のプリアンブルに基づいて前記第1のチャネル状態推定情報を求めるチャネル状態推定手段と、該チャネル状態推定手段により求めた第1のチャネル状態推定情報を前記第1の通信装置に送信する第2の送信手段と、
を具備することを特徴とする通信システム。 - 前記第2の送信手段は、前記第1のチャネル状態推定情報を送信する場合に該第1のチャネル状態推定情報を含む物理フレームの少なくとも一部を、前記第1の物理層プロトコルにより送信することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
- 前記第1の通信装置は、前記第2の通信装置から前記第1のチャネル状態推定情報と共に受信した前記第1の物理層プロトコルで送信された第2のプリアンブルに基づいて、該第1の通信装置における該第2の通信装置と前記第1の物理層プロトコルを用いて通信するときの受信状態に関する情報を含む第2のチャネル状態推定情報を求めるチャネル状態推定手段と、該第2のチャネル状態推定情報を前記第2の通信装置に通知する通知手段とをさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
- 前記第1の通信装置は、前記第2の通信装置から受信した第1のチャネル状態推定情報に基づいて、前記第1の物理層プロトコルによる物理フレームを送信する際の送信条件を決定し、該送信条件を前記通信手段に対して通知する手段をさらに具備することを特徴とする請求項1〜3に記載の通信システム。
- 前記送信条件は、前記第2の通信装置との間の前記第1の物理層プロトコルによる通信時に用いるアンテナの本数および送信時における送信情報の多重化数のうちの少なくともいずれかの情報を含むことを特徴とする請求項4に記載の通信システム。
- 多入力多出力の第1の物理層プロトコルに従う通信および単一入出力の第2の物理層プロトコルによる通信が可能な通信手段を備えた通信装置であって、
前記第1の物理層プロトコルを用いて送信した信号を他の通信装置において受信するときの受信状態に関する情報を含む第1のチャネル状態推定情報を該他の通信装置に対して要求するための前記第2の物理層プロトコルに基づいて送信される物理フレームに、さらに前記第1の物理層プロトコルに基づいて送信される第1のプリアンブルを所定の位置に付加して送信する第1の送信手段と、
前記他の通信装置から第1のチャネル状態推定情報を受信する受信手段と、
前記他の通信装置から受信した第1のチャネル状態推定情報に基づいて、前記第1の物理層プロトコルによる物理フレームを送信する際の送信条件を決定し、該送信条件を前記通信手段に対して通知する手段と
を具備することを特徴とする通信装置。 - 前記他の通信装置から前記第1のチャネル状態推定情報と共に受信した前記第1の物理層プロトコルで送信された第2のプリアンブルに基づいて、該他の通信装置と前記第1の物理層プロトコルを用いて通信するときの受信状態に関する情報を含む第2のチャネル状態推定情報を求めるチャネル状態推定手段と、
該第2のチャネル状態推定情報を前記他の通信装置に送信する第2の送信手段と、
をさらに具備することを特徴とする請求項6に記載の通信装置。 - 前記第2の送信手段は、前記第2のチャネル状態推定情報を送信する場合に該第2のチャネル状態推定情報を含む物理フレームの少なくとも一部を、前記第1の物理層プロトコルにより送信することを特徴とする請求項7に記載の通信装置。
- 前記送信条件は、前記他の通信装置との間の前記第1の物理層プロトコルによる通信時に用いるアンテナの本数および送信時における送信情報の多重化数のうちの少なくともいずれかの情報を含むことを特徴とする請求項6〜8に記載の通信装置。
- 多入力多出力の第1の物理層プロトコルに従う通信および単一入出力の第2の物理層プロトコルによる通信が可能な通信手段を備えた第1、第2の通信装置間の通信で使用するチャネルについてのチャネル状態推定情報を交換する通信方法であって、
前記第2の通信装置における該第1の通信装置と前記第1の物理層プロトコルを用いて通信するときの受信状態に関する情報を含む第1のチャネル状態推定情報を要求するための前記第2の物理層プロトコルに基づいて送信される物理フレームに、さらに前記第1の物理層プロトコルに基づいて送信される第1のプリアンブルを所定の位置に付加して前記第1の通信装置から該第2の通信装置に送信するステップと、
前記物理フレームを復号することにより前記第2の通信装置が前記第1のチャネル状態推定情報を要求されていることを検知するステップと、
前記物理フレームに付加された前記第1のプリアンブルに基づいて前記第1のチャネル状態推定情報を求めるステップと、
前記第1のチャネル状態推定情報を前記第1の通信装置に送信するステップと、
を具備することを特徴とする通信方法。 - 前記第1のチャネル状態推定情報を送信するステップは、該第1のチャネル状態推定情報を含む物理フレームの少なくとも一部を、前記第1の物理層プロトコルにより送信することを特徴とする請求項10に記載の通信方法。
- 前記第2の通信装置から前記第1のチャネル状態推定情報と共に受信した前記第1の物理層プロトコルで送信された第2のプリアンブルに基づいて、該第1の通信装置における該第2の通信装置と前記第1の物理層プロトコルを用いて通信するときの受信状態に関する情報を含む第2のチャネル状態推定情報を求めるステップと、
前記第2のチャネル状態推定情報を前記第2の通信装置に通知するステップと、
をさらに有することを特徴とする請求項10に記載の通信方法。 - 前記第2の通信装置から受信した第1のチャネル状態推定情報に基づいて、前記第1の通信装置が前記第1の物理層プロトコルによる物理フレームを送信する際の送信条件を決定し、該送信条件を該第1の通信装置が備える前記通信手段に対して通知するステップをさらに具備することを特徴とする請求項10〜12に記載の通信方法。
- 前記送信条件は、前記第2の通信装置との間の前記第1の物理層プロトコルによる通信時に用いるアンテナの本数および送信時における送信情報の多重化数のうちの少なくともいずれかの情報を含むことを特徴とする請求項13に記載の通信方法。
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