JP2019057756A - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】Full Duplex通信を行うシステムにおけるスループットの改善を図る。【解決手段】本発明の実施形態としての無線通信装置は、第1パケットを送信し、前記第1パケットの送信後、所定の周波数帯域で第2パケットを送信する送信部と、前記第2パケットの送信の間、前記所定の周波数帯域で、多重された複数の第3パケットを受信する受信部と、を備える。【選択図】図1
Description
この発明の実施形態は、無線通信装置および無線通信方法に関する。
IEEE 802.11axの次世代規格では、多数の端末が存在する環境で、システムスループットを向上させる技術として、1つの端末が同一周波数にて送信と受信を同時に行う全二重(Full Duplex)通信の技術が検討されている。
2台の端末がFull Duplex通信を行っている状況を考える。一方のダウンリンク送信を行う端末によるダウンリンク送信のパケットと、アップリンク送信を行う端末によるアップリンク送信のパケットのパケット長が一致している場合、高い周波数利用効率を得られる。しかし、パケット長が異なると、パケット長の差分に相当する時間の間、短い方のパケットを送信した端末から送信が行われず、周波数利用効率が低下する問題がある。
また、短いパケットの送信完了後、長いパケットの送信が完了するまでの間に、長いパケットの送信端末に対する隠れ端末から、短いパケットの送信端末(長いパケットの受信端末)が干渉を受け、長いパケットを正しく受信できなくなる可能性がある。隠れ端末からの干渉を防ぐために、短いパケットの末尾のタイミングから、長いパケットの末尾のタイミングまでの間、短いパケットの送信端末がビジートーン(規定パターンのビット列)を送信する方法がある。この方法を用いると、ビジートーンを検知した隠れ端末は、送信を抑制するため、干渉を防ぐことができる。しかしながら、ビジートーンの送信では周波数帯域を有効利用出来ているとはいえず、システムスループットの改善が望まれる。
IEEE Std 802.11ac(TM)−2013
IEEE Std. 802.11(TM)−2012
この発明の実施形態は、Full Duplex通信を行うシステムにおけるスループットの改善を図ることを目的とする。
本発明の実施形態としての無線通信装置は、第1パケットを送信し、前記第1パケットの送信後、所定の周波数帯域で第2パケットを送信する送信部と、前記第2パケットの送信の間、前記所定の周波数帯域で、多重された複数の第3パケットを受信する受信部と、を備える。
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。
(第1の実施形態)
図1に、本実施形態に係る無線通信システムを示す。こ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(以下、端末と呼ぶ)1、2、3、4、5とを具備した無線LAN(Local Area Network)である。
図1に、本実施形態に係る無線通信システムを示す。こ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(以下、端末と呼ぶ)1、2、3、4、5とを具備した無線LAN(Local Area Network)である。
AP11も、端末として機能を備えるため、端末の一形態と言えるが、中継機能等を有する点で端末1〜5と異なる。AP11と端末1〜5は、IEEE802.11規格に従って通信を行うとするが、他の通信方式に従って通信を行う構成でも構わない。なお、簡単化のために図1ではAP以外の端末を5台のみ記しているが、より多くの端末が存在していても構わない。
AP11は、1つまたは複数のアンテナを備える。アンテナは、指向性可変アンテナでもよい。AP11は、アンテナを介してMACフレームを送受信する無線通信装置を搭載する。以下の説明では、MACフレームのことを、単にフレームと記述する場合もある。AP11に搭載される無線通信装置は、無線で信号を送受信する無線通信部と、無線通信部を介してフレームを送受信することで通信を制御する制御部または通信制御装置とを備える。AP11は、例えば、IEEE802.11規格におけるBasic Service Set(BSS)である無線通信グループを形成する。AP11は、事前にアソシエーションプロセスと呼ばれる処理を行うことで、端末1〜5と無線リンクを確立している。無線リンクを確立した状態を、AP11に接続していると表現する。AP11は、それぞれ確立した無線リンクを介して、端末1〜5と通信を行う。なお、AP11は、端末間の通信を中継することができる限り、必ずしもIEEE802.11規格に定められたAPとしての機能を備えていなくても構わない。この場合、AP11は、端末間の通信を中継する中継局として動作する。
端末1〜5のそれぞれは、1つまたは複数のアンテナを備える。アンテナは、指向性可変アンテナでもよい。端末1〜5のそれぞれは、アンテナを介してフレームを送受信する無線通信装置を搭載する。端末1〜5のそれぞれに搭載された無線通信装置は、無線で信号を送受信する無線通信部と、無線通信部を介してフレームを送受信することで、通信を制御する制御部または通信制御装置とを備える。
AP11は、端末1〜5が属している無線ネットワークとは別のネットワークにさらに接続されていてもよい。当該別のネットワークは、有線ネットワークでもよいし、無線ネットワークでもよいし、これらのハイブリッドのネットワークでもよい。
AP11は、本実施形態に係る全二重(Full Duplex)通信の機能を備えている。すなわち、AP11は、同一周波数帯域(同一のチャネル)にて、端末1〜5のうちの1台以上の端末と、フレームの受信とフレームの送信とを同時に行うことができる。一例として、AP11は、端末1へフレーム送信すると同時に、端末1からフレームを受信することができる。また、別の例として、AP11は、端末5にフレームを送信すると同時に、端末1からフレームを受信することもできる。端末1〜5がFull Duplex通信の機能を備えていてもかまわない。本実施形態では、端末1〜5は、Full Duplex通信を行う機能を備えておらず、半二重(Half Duplex)通信を行う機能を備えている場合を想定する。
なお、AP11は、Full Duplex通信時に自装置内で発生する自己干渉信号をキャンセルする仕組みを備えている。すなわち、Full Duplex通信時に、AP11の送信部から受信部へ信号が回り込んだり、送信信号の反射が生じたりし、これが自己干渉信号として、受信信号の特性を劣化させる要因となる。AP11は、このような自己干渉信号をキャンセルする仕組みを備えている。
本実施形態では、通信としてMACフレームが送受信される。より詳細には、フレームに物理ヘッダを付加した物理パケットが送受信される。以下の説明でフレームを送信または受信と表現するときは、実際にはフレームを含む物理パケットが送信または受信される。また、以下の説明でフレームの長さあるいはフレーム長と表現する場合には、当該フレームを含む物理パケットの長さ(パケット長)を指してもよい。物理パケット(単にパケットと呼ぶ場合もある)は、IEEE802.11規格ではPPDU(Physical Layer Protocol Data Unit)に相当する。
図2に物理パケットの概略構成例を示す。物理パケットは、物理ヘッダと、物理ヘッダの末尾に付加されたフレームとを含む。物理ヘッダは、一例として、IEEE802.11規格で定義されているL−STF(Legacy−Short Training Field)、L−LTF(Legacy−Long TrainingField)、L−SIG(Legacy Signal Field)、を含む。L−STF、L−LTF、L−SIGは、例えば、IEEE802.11b/a/n/acなどのレガシー規格の端末が認識可能なフィールドであり、それぞれ信号検出用の情報、周波数補正(あるいは、受信電力測定、伝搬路推定)用の情報、伝送レート(MCS(Modulation and Coding Scheme))などの情報が格納される。L−STFおよびL−LTFは、レガシープリアンブル部を構成する。ここで述べた以外のフィールドが含まれてもよい。
図3(A)は、MACフレームの基本的なフォーマット例を示す。本フレームフォーマットは、MACヘッダ(MAC header)、フレームボディ(Frame body)及びFCSの各フィールドを含む。MACヘッダは、図3(B)に示すように、Frame Control、Duration/ID、Address1、Address2、Address3, Sequence Control、QoS Control及び HT(High Throughput)controlの各フィールドを含む。
これらのフィールドは必ずしもすべて存在する必要はなく、一部のフィールドが存在しない場合もあり得る。例えばAddress3フィールドが存在しない場合もある。また、QoS ControlおよびHT Controlフィールドの両方または一方が存在しない場合もある。またフレームボディフィールドが存在しない場合もあり得る。一方、図3(B)に示されていない他のフィールドが存在してもよい。例えば、Address4フィールドがさらに存在してもよい。HT Controlフィールドは、使用する規格に応じて他のフィールド、例えばHE(High Efficiency) Controlフィールドに拡張されてもよい。
Address1のフィールドには、受信先アドレス(Receiver Address;RA)が、Address2のフィールドには送信元アドレス(Transmitter Address;TA)が入り、Address3のフィールドにはフレームの用途に応じてBSSの識別子であるBSSID(Basic Service Set IDentifier)(全てのビットに1を入れて全てのBSSIDを対象とするwildcard BSSID場合もある)か、あるいはTAが入る。
Frame Controlフィールドには、タイプ(Type)、サブタイプ(Subtype)という2つのフィールド等が含まれる。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なフレーム種別の識別は、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識別はSubtypeフィールドで行われる。
Duration/IDフィールドは媒体予約時間を記載し、他の端末(APの場合を含む)宛のMACフレームを受信した場合に、当該MACフレームを含む物理パケットの終わりから媒体予約時間に亘って、媒体が仮想的にビジーであると判定する。Sequence controlフィールドにはフレームのシーケンス番号等を格納する。QoSフィールドは、フレームの優先度を考慮して送信を行うQoS制御を行うために用いられる。HT Controlフィールドは、IEEE802.11nで導入されたフィールドである。
FCSフィールドには、受信側でフレームの誤り検出のため用いられるチェックサム符号としてFCS(Frame Check Sequence)情報が設定される。FCS情報の例としては、CRC(Cyclic Redundancy Code またはCyclic Redundancy Check)などがある。
図4に、本実施形態に係るAP11における無線通信装置の機能ブロック図を示す。本実施形態に係る無線通信装置は、同一周波数帯域で信号の送信と受信を同時に(すなわち並行して)行うFull Duplex通信を実行可能である。
図4に示す無線通信装置は、少なくとも1つのアンテナ21−1〜21−N(Nは1以上の整数)と、無線通信部27と、制御部25と、バッファ26とを備えている。無線通信部27は、送信部22と、受信部23とを備えている。無線通信部27は、自己干渉キャンセル機能を備えている。複数のアンテナの場合、送信と受信とで別々のアンテナが使用されてもよいし、送信と受信とでアンテナが共用されてもよい。アンテナが送信と受信とで共用される場合、スイッチによってアンテナの接続先を、送信部22と受信部23間で切り換えてもよい。
図4の各ブロックでの処理は、それぞれCPU等のプロセッサで動作するソフトウェア(プログラム)によって行われてもよいし、回路等のハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。また、各ブロックでの処理は、それぞれアナログ処理によって行われてもよいし、デジタル処理によって行われてもよいし、アナログ処理とデジタル処理の両方によって行われてもよい。
制御部25は、主としてMAC層の処理、および物理層の処理の一部を行う。また、制御部25は、MAC層および物理層の管理を行い、管理に必要な情報を制御部25の内部または外部のバッファに格納する。AP11に接続している端末に関する情報および、自APに関する情報もこのバッファで管理してもよい。このバッファは、メモリでもよいし、SSDまたはハードディスク等の装置でもよい。メモリの場合、DRAM等の不揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発性メモリでもよい。このバッファは、バッファ26と同じ記憶媒体でもよいし、別の記憶媒体でもよい。
制御部25は、バッファ26に送信用のデータまたは情報を保持している場合、当該データまたは情報を含むフレームを生成し、使用する通信方式に従って、送信権を獲得して、送信部22を介して当該フレームを送信する。送信権は、無線媒体へのアクセス権に相当する。一例としてCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Carrier Avoidance)に基づきキャリアセンスを行い、無線媒体がアイドルとして送信権を獲得できたら、送信権に基づくTXOP(Transmission Opportunity;TXOP)で、フレーム(より詳細にはフレームに物理ヘッダを付加した物理パケット)を送信部22に出力する。TXOPは、無線媒体を占有可能な時間に相当する。なお、物理ヘッダの一部または全部を送信部22で付加することも可能である。制御部25は、送信部22に対して、フレームまたはパケットに適用する伝送レート(MCS)および送信電力の少なくとも一方を指示する信号を出力してもよい。
送信部22は、制御部25から渡されたパケットを符号化および変調して、さらにDA(Digital to Analog)変換することでアナログ信号を生成する。送信部22は、アナログ信号から所望帯域の信号成分を抽出し、抽出した信号を、増幅器で増幅する。そして、送信部22は、増幅した信号を、アンテナ21−1〜21−Nを介して送信する。送信部22は、制御部25からMCSを指定された場合、MCSに基づきフレームまたはパケットの符号化および変調を行う。また、送信部22は、制御部25から送信電力を指示された場合、当該送信電力で送信されるように増幅器の動作を調整する。なお、送信部22は、制御部25から渡されるパケットの物理ヘッダに、フレームに適用されるMCSが設定されているときは、物理ヘッダに設定されているMCSに基づき、フレームの符号化および変調を行ってもよい。
受信部23は、アンテナ21−1〜21−Nで受信された信号を、低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)により増幅し、周波数変換(ダウンコンバート)し、フィルタリング処理により所望帯域成分を抽出する。受信部23は、抽出した信号を、AD変換によりデジタル信号に変換し、デジタル信号に対して、復調および誤り訂正復号、物理ヘッダの処理を行ってフレームを取得する。受信部23は、フレームを制御部25に入力する。物理ヘッダの全部または一部の処理を制御部25で行ってもよい。
制御部25は、送達確認応答を必要とするフレームを受信した場合は、受信したフレームの検査結果に応じて、送達確認応答フレーム(ACKフレーム、BA(Block Ack)フレーム等)を生成し、生成した送達確認応答フレームを、送信部22を介して送信する。
制御部25は、本実施形態に係るFull Duplex通信に関する各種制御処理を行う。例えば、Full DuplexとHalf Duplexの切換え制御、およびFull Duplex通信のスケジューリングを行う。また、端末に対する送信電力制御および伝送レート制御を行ってもよい。
バッファ26は、上位層および制御部25間で、データを受け渡しするための記憶領域として用いられる。またバッファ26は、端末から受信したフレームに含まれるデータを、他の端末への中継のために一時的に格納してもよい。また自局宛のフレームを受信した場合に、当該フレーム内のデータを上位層へ渡すために、データをバッファ26に一時的に格納してもよい。上位層は、TCP/IPまたはUDP/IPなど、制御部25で管理するMAC層より上位の通信プロトコルに関する処理を行う。また、上位層は、TCP/IPまたはUDP/IPに加え、アプリケーション層の処理を行ってもよい。上位層の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
無線通信部27が備える自己干渉キャンセル機能は、Full Duplex通信時に自装置内で発生する自己干渉信号のキャンセル処理を行う。Full Duplex通信時に、送信部22から受信部23へ信号が回り込み、これが自己干渉信号として、受信信号の特性を劣化させる要因となる。Full Duplex通信を行う場合、すなわち送信と受信を同時に行う場合、アンテナ21−1〜21−Nで受信した信号に、送信信号の一部が混在し、混在した信号が、受信部23に入力され得る。自己干渉キャンセル機能は、送信部22から受信部23に回り込んで入力される信号、すなわち自己干渉信号を除去する。
自己干渉信号を除去する方法は任意の方法でよい。一例として、受信部23に送信信号が回り込まないように、送信部22と受信部23間のアイソレーションを確保するための回路を設ける方法がある。この場合、自己干渉キャンセル機能は、アイソレーション用の回路として配置される。また、別の方法として、送信部22から出力される送信信号を受信部23または前段の回路に有線または無線で入力する経路を設け、受信信号と自己干渉信号との混在信号から、当該経路から入力された送信信号を減算する方法がある。この場合、自己干渉キャンセル機能は、当該経路を含み、混在信号から送信信号を減算する回路を含む。
制御部25は、何らかのタイミングにてFull Duplex通信を行うことを決定する。制御部25は、Full Duplex通信のスケジューリングを行い、Full Duplexダウンリンク送信先の端末と、Full Duplexアップリンク送信させる複数の端末とを決定する。また、制御部25は、ダウンリンク送信するパケット長を決定し、決定したパケット長に基づき、複数の端末にアップリンク送信させるパケット長および送信タイミング(送信開始時刻)を決定する。制御部25は、これらの決定した情報に基づき、トリガフレーム(以下、FDトリガフレームと呼ぶ)を生成し、FDトリガフレームを、送信部22を介して、ブロードキャストまたはマルチキャストで送信する。例えばFDトリガフレームは、20MHz帯域幅のチャネル(周波数帯域)で送信する。FDトリガフレームは、複数の端末にFull Duplexアップリンク送信のパラメータ情報(パケット長、送信開始時刻等)を指定するフレームである。制御部25は、FDトリガフレームの送信に当たっては、一般的なCSMA/CAの手順に従って、無線媒体へのアクセス権を獲得するものとする。本実施形態では、制御部25は、ダウンリンク送信を行っている間(すなわちダウンリンク送信の開始から終了の間)に、複数の端末からアップリンク受信を時分割で行うことでFull Duplexを行うことを特徴の1つとする。
図5にFDトリガフレームのフォーマット例を示す。FDトリガフレームは、Frame Controlフィールド、Duration/IDフィールド、RAフィールド、TAフィールド、Controlフィールドを備える。図3のMACフレームと同一名称のフィールドについては、そそ差分を中心に説明する。
FDトリガフレームのタイプは、例えば“制御”を表す値とする。サブタイプの値は、例えば新たに定義した値とする。
Controlフィールドには、アップリンク送信を許可する複数の端末に通知する情報を設定する。ダウンリンク先の端末に通知する情報も設定可能にしてもよい。Controlフィールドの名称は一例であり、Informationフィールドなど別の名称でもよい。
Controlフィールドは、共通情報フィールド(Common Info.フィールド)と、ユーザ情報フィールド(User Info.フィールド)1〜nとを備える。ユーザ情報フィールド数は可変である。一例として、ユーザ情報フィールドは、Full Duplexアップリンク送信を許可する端末の台数だけ設けられる。
共通情報フィールドには、Full Duplexアップリンク送信を許可する複数の端末に共通に通知するパラメータ情報を設定する。一例として、AP11がFull Duplexダウンリンク送信するパケットのパケット長(または送信時間長)を特定する情報を設定する。パケット長は、時間(例えばμsec)で指定してもよいし、サイズ(例えばビットまたはバイト)で指定してもよい。複数のパケット長またはパケット長の複数の範囲に、それぞれ識別子を割り当てた対応情報を用意しておき、ダウンリンク送信するパケット長またはパケット長が属する範囲に対応する識別子を、パケット長を特定する情報としてもよい。この場合、AP11と複数の端末との間で、この対応情報が共有されている必要がある。共通情報フィールドには、ダウンリンク送信するパケット長以外の情報、例えばダウンリンク送信で使用する周波数帯域、送信電力値、MCSなどの情報を設定してもよい。
ユーザ情報フィールド1〜nには、Full Duplexアップリンク送信を許可する端末1〜nに通知するパラメータ情報を設定する。具体的には、端末1〜nを指定する情報と、端末1〜nにアップリンク送信を行わせる開始時刻(送信開始時刻と呼ぶ場合もある)と、アップリンク送信させるパケット長とを特定する情報とを設定する。ユーザ情報フィールドのフォーマット例を図6(A)および図6(B)にそれぞれ示す。
図6(A)の例では、各ユーザ情報フィールドは、STA_IDフィールドと、開始時刻(Start time)フィールドと、終了時刻(End time)フィールドとを備える。
STA_IDフィールドには、端末の識別情報を設定する。端末の識別情報は、アソシエーションID(AID)でも、MACアドレスでも、その他の値でもよい。
開始時刻フィールドには、Full Duplexアップリンク送信の開始時刻を特定する情報を設定する。終了時刻フィールドには、Full Duplexアップリンク送信の終了時刻を特定する情報を設定する。開始時刻から終了時刻までの時間長は、アップリンク送信するパケット長に対応する。
開始時刻および終了時刻は、AP11および複数の端末が時刻同期した時計を備えている場合は、その時計の時刻を使って指定してもよい。あるいは、FDトリガフレームの送信終了時刻(FDトリガフレームの末尾の時刻)などの基準時刻からの経過時間により、開始時刻および終了時刻を指定してもよい。その他の方法で、開始時刻および終了時刻を指定してもよい。
図6(B)のフォーマット例では、各ユーザ情報フィールドは、STA_IDフィールドと、開始時刻(Start time)フィールドと、期間(Duration)フィールドとを備える。STA_IDフィールドと開始時刻フィールドは図6(A)と同じである。
期間フィールドには、アップリンク送信するパケットのパケット長(送信時間長)を特定する情報を設定する。パケット長(送信時間長)は、時間(例えばμsec)で指定してもよいし、サイズ(例えばビットまたはバイト)で指定してもよい。
なお、Controlフィールドに、AP11がダウンリンク送信する対象となる端末に通知するパラメータ情報を設定するフィールドを含めてもよい。これにより、FDトリガフレームを受信した、ダウンリンク送信の対象となる端末に、Full Duplexダウンリンク送信されるパケットの待ち受けをさせることができる。当該フィールドには、端末の識別情報の他、Full Duplexダウンリンク送信されるパケット長を特定する情報や、MCSまたは送信電力などの情報を設定してもよい。なお、ダウンリンク送信の対象となる端末は、AP11から送信されるパケットを受信すればよいため、必ずしもFull Duplexの実行タイミングを把握している必要はない。このため、当該端末用のフィールドをControlフィールドに設けることは必須ではない。
FDトリガフレームの受信先アドレス(RA)は、通常、ブロードキャストアドレスまたは、マルチキャストアドレスである。ただし、FDトリガフレームの受信先アドレス(RA)は、Full Duplexアップリンク送信させる端末のうちの任意の1台のアドレス、またはダウンリンク送信先の端末のアドレスなど、ユニキャストアドレスすることも可能である。この場合、RAで指定された端末は、Controlフィールドを調べる前に、Full Duplexアップリンク送信を許可された端末として指定されたこと、またはダウンリンク送信先の端末であることを判断できる。この場合、指定されなかった端末は、FDトリガフレームが自端末宛でなくても、Controlフィールドの解析を行うものとする。以下では、FDトリガフレームの受信先アドレス(RA)は、ブロードキャストアドレスまたは、マルチキャストアドレスの場合を想定する。
AP11の制御部25は、Full Duplex通信のスケジューリングにより、Full Duplexダウンリンク送信先の端末と、ダウンリンク送信するパケット長を決定する。また、制御部25は、決定したパケット長に基づき、ダウンリンク送信の間にアップリンク送信させる複数の端末と、これらの端末にアップリンク送信させる開始時刻と、アップリンク送信させるパケット長とを決定する。制御部25は、これらの端末がアップリンク送信するパケットの間隔が一定時間となるようにする。一定時間は、SIFS(Short InterFrame Space)でもよいし、これのより長いまたは短いIFSでもよい。
ここで、制御部25は、アップリンク送信させる複数の候補端末から事前にBSR(Buffer Status Report)を受信することで、これらの候補端末におけるバッファの状態を把握しているものとする。具体的には、バッファに格納されているアップリンク送信用のデータの種別およびデータ量などを把握している。制御部25は、BSRに基づき、Full Duplex通信のスケジューリングを行う機能を有する。このスケジューリング機能により、制御部25は、アップリンク送信させる複数の端末を決定したり、決定した複数の端末の送信順序を決定したり、複数の端末に送信させるパケット長を決定したりする。また、制御部25は、Full Duplexダウンリンク送信についてもダウンリンク送信先の1つ以上の候補端末についてスケジューリングを行う機能を有している。このスケジューリング機能により、次にダウンリンク送信を行う対象となる端末を決定したり、端末に送信するパケット長を決定したりする機能を有している。ここで述べたスケジューリング機能は、一般的に知られているものを用いればよい。例えば、ラウンドロビン方式で、アップリンク送信させる端末を選択してもよい。あるいは、バッファに格納されたデータ量が多い端末ほど、優先的にアップリンク送信させる端末として選択してもよい。または、特定の種別のデータを保持する端末を優先的に選択してもよい。アップリンク送信させるパケット長は、事前に定めた固定値でもよいし、バッファ内のデータ量に応じて決定してもよい。
図7に、Full Duplex通信のスケジューリングの例を示す。ここでは、AP11は、端末5をFull Duplexダウンリンク送信先の端末として決定している。また、端末5に送信するデータをバッファから決定し、データを含むパケットのパケット長は、Length_DLSTA5である。パケットの送信開始時刻はtDL_START、送信完了時刻はtDL−_ENDである。
また、AP11は、端末1、2、3、4をFull Duplexアップリンク送信端末として決定し、送信する順序は端末1、2、3、4の順としている。また、端末1〜4に許可する送信パケット長を、Length_ULSTA1、Length_ULSTA2、Length_ULSTA3、Length_ULSTA4としている。また、各送信パケットの間隔はSIFSとしている。
端末1〜4のパケット長の合計と、これらのパケット間のSIFSとの合計が、ダウンリンク送信のパケット長Length_DLSTA5に一致するように、端末1〜4の送信パケット長を決定している。アップリンク送信を許可する端末数がnのとき、以下の式が成立する。
Length_DL=Length_ULSTA1+・・・Length_ULSTAn+(n−1)*SIFS
Length_DL=Length_ULSTA1+・・・Length_ULSTAn+(n−1)*SIFS
ダウンリンク送信の開始時刻tDL_STARTは最初のアップリンク送信の開始時刻t1UL_STARTと一致し、ダウンリンク送信の終了時刻tDL−_ENDは最後のアップリンク送信の終了時刻t4UL_ENDと一致する。
端末5へのダウンリンク送信開始時刻をtDL_START、ダウンリンク送信終了時刻を時刻tDL_ENDとする。時刻tDL_STARTは、FDトリガフレームの送信終了から一定時間後(例えばSIFS後)の時刻である。
最初にアップリンク送信させる端末1のアップリンク送信開始時刻t1UL_STARTは、時刻tDL_STARTに一致する。端末1のアップリンク送信終了時刻t1UL_ENDは、tDL_START+Length_ULSTA1である。
端末2の送信開始時刻t2UL_STARTは、tDL_START+Length_ULSTA1+SIFSである。端末2のパケットの送信終了時刻t2UL_ENDは、tDL_START+Length_ULSTA1+Length_ULSTA2+SIFSである。
端末3の送信開始時刻t3UL_STARTは、tDL_START+Length_ULSTA1+Length_ULSTA2+(2×SIFS)である。端末3の送信終了時刻t3UL_ENDは、tDL_START+Length_ULSTA1+Length_ULSTA2+Length_ULSTA3+(2×SIFS)
端末4の送信開始時刻t4UL_STARTは、tDL_START+Length_ULSTA1+Length_ULSTA2+Length_ULSTA3+(3×SIFS)である。端末4の送信終了時刻t4UL_ENDは、tDL_START+Length_ULSTA1+Length_ULSTA2+Length_ULSTA3+Length_ULSTA4+(3×SIFS)である。これは、AP11による端末5へのダウンリンク送信終了時刻tDL_ENDに一致する。
図7の例の場合に、図6(A)のユーザ情報フィールドフォーマットを用いると、端末1に対しては、STA_IDフィールドの値は、“STA1”、開始時刻フィールドの値は、“t1UL_START”、終了時刻フィールドの値は、“t1UL_END”となる。端末2に対しては、STA_IDフィールドの値は、“STA2”、開始時刻フィールドの値は、“t2UL_START”、終了時刻フィールドの値は、“t2UL_END”となる。なお、STA1は、端末1の識別情報、STA2は、端末2の識別情報である。端末3〜4についても同様にして、設定できる。
図7の例の場合に、図6(B)のユーザ情報フィールドフォーマットを用いると、端末1に対しては、STA_IDフィールドの値は、“STA1”、開始時刻フィールドの値は、“t1UL_START”、期間フィールドの値は、“Length_ULSTA1”となる。端末2に対しては、STA_IDフィールドの値は、“STA2”、開始時刻フィールドの値は、“t1UL_START”、期間フィールドの値は、“Length_ULSTA2”となる。端末3〜4についても同様にして、設定できる。
AP11の制御部25は、FDトリガフレームの送信終了から、SIFS経過後に、ダウンリンク送信先の端末5へ、データフレームを含むパケットを送信する。パケットは、所定の周波数帯域で送信する。所定の周波数帯域は、20MHz帯域幅のチャネル(周波数帯域)でもよいし、40MHz、80MHzまたは160MHz帯域幅のチャネルでもよい。所定の周波数帯域は、FDトリガフレームの送信周波数帯域と同じでもよいし、異なってもよい。端末5では、AP11からダウンリンク送信されるパケットを受信する。AP11の制御部25は、ダウンリンク送信の間、複数の端末1〜4から時分割でアップリンク送信されるパケットを受信する。すなわち、AP11は、時分割多重された複数のパケットを、複数の端末1〜4から受信する。複数の端末1〜4がアップリンク送信で使用する周波数帯域は、AP11が使用する所定の周波数帯域と同じである。これにより、AP11から端末5へのダウンリンク送信と、端末1〜4からAP11へのアップリンク受信とが同一の周波数帯域で同時に行われる。すなわち、Full Duplex通信が行われる。
図8に、本実施形態に係る端末1〜5のうちの任意の1つにおける無線通信装置の機能ブロックの構成例を示す。図8の無線通信装置は、少なくともアンテナ31−1〜31−N(Nは2以上の整数)と、無線通信部37と、制御部35と、バッファ36とを備えている。無線通信部37は、送信部32と、受信部33とを備える。
アンテナ31−1〜31−Nの本数が複数の場合、送信と受信とで別々のアンテナが使用されてもよいし、これらのアンテナが送信と受信とで共用されてもよい。アンテナが送信と受信とで共用される場合、スイッチによってアンテナの接続先を、送信部32と受信部33間で切り換えてもよい。
図8に示す各ブロックでの処理は、それぞれCPU等のプロセッサで動作するソフトウェア(プログラム)によって行われてもよいし、回路等のハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。また、各ブロックでの処理は、それぞれアナログ処理によって行われてもよいし、デジタル処理によって行われてもよいし、アナログ処理とデジタル処理の両方によって行われてもよい。
制御部35は、AP11との通信を制御する制御部であり、主としてMAC層の処理、および物理層の処理の一部を行う。制御部35は、通信制御の具体例として、送信電力制御および伝送レート制御などの制御処理を行う。また、制御部35は、本実施形態の特徴の1つとなるFull Duplex通信に関する制御処理を行う。また、制御部35は、MAC層および物理層の管理を行い、管理に必要な情報を制御部35の内部または外部のバッファに格納する。AP11に関する情報および、自端末に関する情報も、当該バッファで管理されてもよい。バッファは、メモリでもよいし、SSDまたはハードディスク等の装置でもよい。メモリの場合、DRAM等の不揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発性メモリでもよい。このバッファは、バッファ36と同じ記憶媒体でもよいし、別の記憶媒体でもよい。
制御部35は、バッファ36に送信用のデータまたは情報を保持している場合、当該データまたは情報を含むフレームを生成し、使用する通信方式に従って、送信権を獲得して、送信部32を介して当該フレームを送信する。送信権は、無線媒体へのアクセス権に相当する。一例としてCSMA/CAに基づきキャリアセンスを行い、無線媒体がアイドルとして送信権を獲得できたら、送信権に基づくTXOPで、フレーム(より詳細にはフレームに物理ヘッダを付加した物理パケット)を送信部32に出力する。なお、物理ヘッダの一部または全部を送信部32で付加することも可能である。制御部35は、送信部32に対して、フレームまたはパケットに適用する伝送レート(MCS)および送信電力の少なくとも一方を指示する信号を出力してもよい。
送信部32は、制御部35から渡されたパケットを符号化および変調し、さらにDA(Digital to Analog)変換することでアナログ信号を生成する。送信部32は、アナログ信号から所望帯域の信号成分を抽出し、抽出した信号を、増幅器で増幅する。そして、送信部32は、増幅した信号を、アンテナ31−1〜31−Nを介して送信する。送信部32は、制御部35からMCSを指定された場合、MCSに基づきフレームまたはパケットの符号化および変調を行う。また、送信部32は、制御部35から送信電力を指示された場合、当該送信電力で送信されるように増幅器の動作を調整する。なお、送信部32は、制御部35から渡されるパケットの物理ヘッダに、フレームに適用されるMCSが設定されているときは、物理ヘッダに設定されているMCSに基づき、フレームの符号化および変調を行ってもよい。
受信部33は、アンテナで受信された信号を、低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)により増幅し、周波数変換(ダウンコンバート)し、フィルタリング処理により所望帯域成分を抽出する。受信部33は、抽出した信号を、AD変換によりデジタル信号に変換し、デジタル信号に対して復調および誤り訂正復号、物理ヘッダの処理を行って、フレームを取得する。受信部33は、フレームを制御部35に入力する。物理ヘッダの全部または一部の処理を制御部35で行ってもよい。
バッファ36は、上位層および制御部35間で、データを受け渡しするための記憶領域として用いられる。自端末宛のフレームを受信した場合に、当該フレーム内のデータを上位層へ渡すために、データをバッファ36に一時的に格納してもよい。上位層は、TCP/IPまたはUDP/IPなど、制御部35で管理するMAC層より上位の通信プロトコルに関する処理を行う。また、上位層は、TCP/IPまたはUDP/IPに加え、アプリケーション層の処理を行ってもよい。上位層の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
制御部35は、受信部33を介して、AP11からFDトリガフレームを受信した場合、FDトリガフレーム内のControlフィールドをチェックすることにより、自端末がFull Duplexアップリンク送信を許可された端末か否かを検査する。具体的には、制御部35は、自端末の識別情報が設定されたユーザ情報フィールドが存在するかを検査し、そのようなユーザ情報フィールドを検出したら、自端末が指定されたと判断する。制御部35は、自端末のユーザ情報フィールド(図6(A)または図6(B)参照)から、アップリンク送信する開始時刻と、アップリンク送信を許可されたパケット長とを特定する。また、制御部35は、FDトリガフレームの共通情報フィールドからAP11がダウンリンク送信するパケット長(ダウンリンク送信期間)を特定してもよい。制御部35は、自端末がアップリンク送信を許可された端末として指定されていない場合も、共通情報フィールドを解析し、特定したダウンリンク送信期間内では、送信を抑制するように動作してもよい。また、共通情報フィールドにアップリンク送信で使用する周波数帯域等の情報が設定されている場合は、当該情報に基づきアップリンク送信の条件を把握する。
制御部35は、アップリンク送信を許可された場合、バッファ36からアップリンク送信用のデータを読み出し、FDトリガフレームで指定されたパケット長のパケットを生成し、生成したパケットを、FDトリガフレームで指定された開始時刻で送信する。なお、アップリンク送信で使用する周波数帯域がFDトリガフレームで指定されていない場合は、予め定めた周波数帯域でアップリンク送信を行えばよい。一例として、FDトリガフレームを受信した周波数帯域と同じ周波数帯域でアップリンク送信を行うことがある。
端末1〜5は、いわゆるレガシー端末(具体的には、例えばIEEE802.11b/a/n/acのいずれかに準拠した端末)でもよいし、IEEE802.11axまたはその次世代の規格に準拠した端末でもよい。ただし、端末1は、AP11から送信されるFDトリガフレームを解釈し、解釈の結果に応じて本実施形態の動作を実行できる必要がある。
図9は、本実施形態に係る通信シーケンスの例を示す。AP11は、Full Duplex通信の実行を決定し、Full Duplexのスケジューリングを行う。ここでは、Full Duplexダウンリンク送信先の端末として端末5を決定し、端末5に送信するデータ、およびパケット長を決定する。また、AP11は、アップリンク送信を許可する端末として、端末1、2、3、4を決定する。また、端末1〜4にアップリンク送信で許可するパケット長と、端末1〜4の送信開始時刻を決定する。端末1〜4のパケット長と、パケット間隔との合計が、端末5へダウンリンク送信するパケット長(ダウンリンク送信期間)に一致、もしくは、パケット長より短くなるようにする。端末1〜4の送信開始時刻は、一例として、端末1〜4の送信順序を決定した後、端末1〜4のパケット長とから算出できる。ここでは、図7の例と同じ値に、端末1〜4の送信開始時刻が決定されたとする。
AP11は、スケジューリングの結果に基づき、FDトリガフレーム51を生成する。一例として、FDトリガフレーム51の共通情報フィールドには、ダウンリンク送信するパケット長(ダウンリンク送信期間)を特定する情報を設定する。また、ユーザ情報フィールド1〜4には、端末1〜4に個別に通知するパラメータ情報を設定する。なお、ユーザ情報フィールド1〜4への設定は、端末1〜4の順序と一致する必要はない。例えば端末4のパラメータ情報を、ユーザ情報フィールド1に設定してもよい。FDトリガフレームのRAは、ブロードキャストアドレスまたはマルチキャストアドレスとする。TAは、AP11のMACアドレス(BSSID)とする。その他のフィールドは前述した通りである。
AP11は、無線媒体のキャリアセンスを行う。具体的には、予め定めた固定時間(DISF等)と、ランダムに決定したバックオフ時間との間、キャリアセンスを行い、キャリアセンスのレベルが閾値未満であれば、キャリアはアイドルであると判断し、無線媒体へのアクセス権を獲得する。
AP11は、獲得したアクセス権に基づくTXOPで、FDトリガフレーム51を送信する。FDトリガフレーム51は、端末1〜5で受信される。AP11は、FDトリガフレーム51の送信終了からSIFS後に、端末5宛のデータフレームを含むパケット52のダウンリンク送信を開始する。
端末1〜5は、FDトリガフレーム51のFrame ControlフィールドのTypeとSubTypeを解析することで、受信したフレームがFDトリガフレームであることを検知する。端末1〜5は、自端末がいずれかのユーザ情報フィールドで指定されているかを判断する。端末1〜4は、自端末の識別情報が設定されたユーザ情報フィールドを検出し、自端末がアップリンク送信を許可されたと判断する。端末5は、自端末の識別情報が設定されたユーザ情報フィールドが存在しないため、アップリンク送信を許可されていないと判断する。
端末1〜4は、それぞれのユーザ情報フィールドに基づき、アップリンク送信の開始時刻と、アップリンク送信するパケット長とを特定する。端末1〜4は、それぞれ特定したパケット長に基づき、アップリンク送信用のデータを含むデータフレームを生成する。端末1〜4は、データフレームを含むパケット61〜64を生成する。パケット61〜64は、特定したパケット長に一致する。生成するパケットがパケット長未満のときは、パディングデータを付加してもよい。端末1〜4は、パケット61〜64を、検出した開始時刻で送信する。
端末1は、FDトリガフレームの末尾からSIFS後の開始時刻を指定されているため、AP11の送信開始と同時に、パケット61の送信を開始する。端末2〜4は、それぞれ直前のパケットの末尾からSIFSずつ開けたタイミングの開始時刻を指定されているため、端末1によるパケット61の送信終了後、端末2〜4から送信されるパケット62〜64はSIFSずつ間隔を開けてAP11で受信される。すなわち、AP1は、パケット52のダウンリンク送信の間、パケット61〜64を時分割で端末1〜4から受信する。パケット52の末尾の時刻は、パケット64の末尾の時刻に一致する。
このように、AP11は、パケット52のダウンリンク送信の間、複数の端末とアップリンク受信を時分割で行うことで、周波数効率の高いFull Duplexが実現される。
図10は、本実施形態に係るAP11の動作のフローチャートである。AP11は、Full Duplex通信の開始を決定すると、Full Duplex通信のスケジューリングを行う(S101)。例えば、ダウンリンク送信先の端末(ここでは端末5)と、送信パケット長を決定する。また、アップリンク送信を許可する複数の端末(ここでは端末1〜4)と、これらの端末1〜4の送信開始時刻および送信パケット長を決定する。一例として、ダウンリンク送信の開始時刻と、最初のアップリンク送信の開始時刻は同じである。ダウンリンク送信の終了時刻と、最後のアップリンク送信の終了時刻は同じである。また、端末1〜4のアップリンク送信するパケットはSIFSだけ開くように調整される。
AP11は、ダウンリンク送信先の送信パケット長をFull Duplex期間の長さとして、共通情報フィールドに設定する。また、アップリンク送信を許可した各端末1〜4の送信開始時刻およびパケット長を特定する情報をそれぞれのユーザ情報フィールドに設定する。その他、RAフィールドにブロードキャストまたはマルチキャストアドレスを設定するなど、必要なフィールドを設定して、FDトリガフレームを生成する(S102)。AP11は、生成したFDトリガフレームを、バックオフとキャリアセンスにより獲得した無線媒体へのアクセス権に基づき、送信する(同S102)。
AP11は、FDトリガフレームの送信終了から一定時間(例えばSIFS)後に、端末5にパケットのダウンリンク送信を開始し、ダウンリンク送信の間、端末1〜4から時分割多重で送信されるパケットを順次受信する(S103)。AP11は、ダウンリンク送信終了後から一定時間(例えばSIFS)後に、端末5から送達確認応答を受信すると同時に、端末1〜4に送達確認応答を送信する。すなわち、AP11は、端末5からの送達確認応答の受信と、端末1〜4への送達確認応答の送信とをFull Duplexで行う。
通常の無線LANの場合、端末はアップリンクでパケットを送信後、SIFS後の時刻に送達確認応答を受信し、当該時刻から一定時間αの間に送達確認応答を受信できないと、ACKタイムアウトを決定し、再送を行う。これに対して、本実施形態では、アップリンク送信を行った端末1〜3は、アップリンク送信終了からSIFS後ではなく、ダウンリンク送信終了時刻tDL_ENDからSIFSに、同時に送達確認応答を受信する。端末4については、アップリンク送信終了時刻とダウンリンク送信終了時刻とが一致するため、結果的に、アップリンク送信終了からSIFS後に送達確認応答を受信することになる。
端末1〜3は、アップリンク送信終了からSIFS後の時刻から一定時間αの間、送達確認応答を受信しないが、この時点では、ACKタイムアウトを決定しない。ダウンリンク送信終了時刻tDL_ENDからSIFS経過後の時刻に送達確認応答を受信しない場合に、ACKタイムアウトを決定する。このようなACKタイムアウトのタイミングが通常の動作と異ならせるため、FDトリガフレームでアップリンク送信を許可されたことを検出した端末が、内部的にACKタイムアウトのタイミングを、ダウンリンク送信終了時刻tDL−END+SIFSから一定時間α後の時刻になるよう調整してもよい。または、送達確認応答の送信予定時刻をダウンリンク送信終了時刻tDL_END+SIFSとして指定した情報を、FDトリガフレームの共通情報フィールドに設定してもよい。アップリンク送信を許可された端末は、この情報を検出することで、送達確認応答を受信する予定時刻をこの時刻として把握する。この予定時刻から一定時間αの間に、送達確認応答を受信しない場合に、ACKタイムアウトを決定する。
ここで、AP11が端末1〜4に送信する送達確認応答の例として、端末1〜4からの受信成功可否の情報をまとめて設定したMulti−Station Block Ack(MSBA)フレームを用いることができる。もちろんこれは一例であり、別の方法で、端末1〜4に送達確認応答を送信してもよい。例えば、DL(Down Link)−Multi−User MIMOまたはDL−OFDMAなどを利用して、端末1〜4に複数の送達確認応答を多重送信してもよい。
図9Bに、端末1〜4に送信する送達確認応答としてMSBAフレームを送信する場合のシーケンス例を示す。MSBAフレームを送信する前までのシーケンスは基本的に図9Aと同じである。ただし、AP11は、FDトリガフレーム51では、パケット61〜64に対する送達確認応答を送信するタイミングを、ダウンリンク送信終了時刻tDL_ENDからSIFS後の時刻として特定した情報を、FDトリガフレームの共通情報フィールドに設定する。AP11は、当該情報で特定した時刻、すなわち、端末5へのダウンリンク送信終了時刻tDL_ENDからSIFS後の時刻に、MSBAフレーム65(より詳細には、MSBAフレームに物理ヘッダを付加したパケット)を送信すると同時に、端末5からACKフレーム66(より詳細には、ACKフレームに物理ヘッダを付加したパケット)を受信する。MSBAフレーム65は、端末1〜4からの受信成功可否の情報をまとめて含む。
本実施形態では、ダウンリンク送信の開始時刻と、最初のアップリンク送信の開始時刻とが一致していたが、必ずしもこの必要はない。例えば最初のアップリンク送信の開始時刻が、ダウンリンク送信の開始時刻より遅くてもよい。また、最後のアップリンク送信の終了時刻が、ダウンリンク送信の終了時刻より早くてもよい。
以上、本実施形態によれば、AP11は、パケット52のダウンリンク送信の間、複数の端末とアップリンク受信を時分割で行うことで、周波数効率の高いFull Duplexが実現される。もし、仮にAP11がダウンリンク送信の間、端末1のみからアップリンク受信を行うと、端末1からのアップリンク受信の後、ダウンリンク送信が終了するまでの間、AP11へ何らデータが送信されずに、周波数利用効率が低下する。また、この間に、AP11によっての隠れ端末が送信を開始する可能性がある。この場合、ダウンリンク送信先の端末で干渉が発生する可能性がある。これに対して、本実施形態では、端末1のアップリンク送信終了から、AP11のダウンリンク送信終了までの間に、端末1以外の他の端末がアップリンク送信を行う。これにより、周波数利用効率が向上するとともに、AP11の隠れ端末が当該他の端末のアップリンク送信のキャリアを検知して、隠れ端末が、干渉となる送信を行うことを抑制する可能性を高めることができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、AP11がダウンリンク送信している間に、複数の端末1〜4からAP11にアップリンク送信を時分割多重で行ったが、本実施形態ではAP11がダウンリンク送信を行っている間に、1台の端末がAP11にアップリンク送信を複数回行う。以下、第1の実施形態との差分を中心に説明し、第1の実施形態に対して行った説明は適宜省略する。
第1の実施形態では、AP11がダウンリンク送信している間に、複数の端末1〜4からAP11にアップリンク送信を時分割多重で行ったが、本実施形態ではAP11がダウンリンク送信を行っている間に、1台の端末がAP11にアップリンク送信を複数回行う。以下、第1の実施形態との差分を中心に説明し、第1の実施形態に対して行った説明は適宜省略する。
図11は、本実施形態に係る通信シーケンスの一例を示す。AP11は、Full Duplexダウンリンク先の端末として端末5を決定し、Full Duplexアップリンク送信を許可する端末として端末1を決定する。また、AP11は、端末5にダウンリンク送信するパケット長を決定する。AP11は、端末1のアップリンク送信回数と、各回で送信させるパケット長と送信開始時刻とを決定する。決定する方法は、第1の実施形態の複数の端末1〜4に対してパケット長と送信開始時刻とを決定する方法と同様でよい。AP11は、決定したパケット長および送信開始時刻を特定するパラメータ情報を、該当するユーザ情報フィールドに設定する。例えば1回目の送信についてのパラメータ情報をユーザ情報フィールド1、2回目の送信についてのパラメータ情報を、ユーザ情報フィールド2,・・・、n回目の送信についてのパラメータ情報を、ユーザ情報フィールドnに設定する。またダウンリンク送信するパケット長(ダウンリンク送信期間)を特定する情報を、共通情報フィールドに設定してもよい。AP11は、このように設定したFDトリガフレーム53を送信する。
ユーザ情報フィールドのフォーマット例として、第1の実施形態と同様、図6(A)または図6(B)などのフォーマットを利用できる。いずれのフォーマットでも、各ユーザ情報フィールド1〜nのSTA_IDフィールドには、端末1の識別情報、例えば“STA1”を設定する。図6(A)のフォーマットの場合、各ユーザ情報フィールド1〜nの開始時刻フィールドおよび終了時刻フィールドには、各回の送信の送信時刻および終了時刻を設定すればよい。図6(B)のフォーマットの場合、各ユーザ情報フィールド1〜nの開始時刻フィールドおよび終了時刻フィールドには、各回の送信の送信時刻とパケット長を設定すればよい。
FDトリガフレーム53を受信した端末1は、自端末の識別情報が設定された各ユーザ情報フィールド1〜3を検出し、検出したユーザ情報フィールド1〜3のパラメータ情報に従って、パケット71〜73をそれぞれ時分割で送信する。パケット71〜73は、一例としてSIFSずつ開けて送信されるように、AP11により送信開始時刻が設定されている。
このようにAP11がダウンリンク送信を行っている間に、1台の端末がAP11に複数回、アップリンク送信を行うことで、効率的なFull Duplex通信が可能となる。
(第3の実施形態)
第1および第2の実施形態では、AP11のダウンリンク送信先となる端末と、AP11にアップリンク送信を行う端末とが異なっていたが、本実施形態では、これらの端末が同じ場合を扱う。本実施形態の端末1は、AP11と同様にFull Duplex機能を備えている。
第1および第2の実施形態では、AP11のダウンリンク送信先となる端末と、AP11にアップリンク送信を行う端末とが異なっていたが、本実施形態では、これらの端末が同じ場合を扱う。本実施形態の端末1は、AP11と同様にFull Duplex機能を備えている。
図12は、本実施形態に係る通信シーケンスの例を示す。AP11は、ダウンリンク先の端末として端末1を決定し、アップリンク送信を許可する端末としても端末1を決定する。AP11は、端末1にダウンリンク送信するパケット長を決定し、また、端末1にアップリンク送信させる回数と、各回で送信させるパケット長と送信開始時刻とを決定する。AP11は、これらの決定に基づき、第2の実施形態と同様にして、共通情報フィールドおよび各ユーザ情報フィールドを設定し、FDトリガフレーム54を生成する。AP11は、バックオフとキャリアセンスとに基づき獲得した無線媒体へのアクセス権で、FDトリガフレーム54を送信する。
AP11は、FDトリガフレーム54の送信終了からSIFS後に、端末1宛のデータフレームを含むパケット55のダウンリンク送信を開始する。一方、端末1は、FDトリガフレーム54で指定された開始時刻で、それぞれAP11宛のデータフレームを含むパケット71、72、73を時分割で送信する。パケット55の送信開始時刻とパケット71の送信開始時刻は同じである。パケット71、72、73は、SIFS間隔で送信され、パケット73の末尾の時刻は、パケット55の末尾の時刻に一致する。これにより、AP11は、パケット55をダウンリンク送信している間に、端末1からパケット71〜73をアップリンク受信する。端末1は、パケット55をダウンリンク受信している間に、パケット71〜73をアップリンク送信する。このようにして、AP11および端末1間で、効率的なFull Duplex通信が行われる。
(第4の実施形態)
第1〜第3の実施形態では、時間領域(ドメイン)でFull Duplex通信を行った。すなわち、AP11がダウンリンク送信している間に、複数の端末からのアップリンク受信を時分割で行った。これに対して、本実施形態では、周波数領域(ドメイン)で、Full Duplex通信を行う。すなわち、AP11は、複数の端末から、周波数多重された複数のパケットをアップリンク受信する。
第1〜第3の実施形態では、時間領域(ドメイン)でFull Duplex通信を行った。すなわち、AP11がダウンリンク送信している間に、複数の端末からのアップリンク受信を時分割で行った。これに対して、本実施形態では、周波数領域(ドメイン)で、Full Duplex通信を行う。すなわち、AP11は、複数の端末から、周波数多重された複数のパケットをアップリンク受信する。
図13は、本実施形態に係るFull Duplex通信のスケジューリング例を示す。図において左側へ行くほど周波数が低く、右側へ行くほど周波数が高い。下側の各ブロックはアップリンク送信されるデータ(パケット)を模式的に表しており、上側のブロックはダウンリンク送信されるデータ(パケット)を模式的に表している。ブロックに対して矢印付きの線で指定する範囲は、パケットが送信される周波数帯域の周波数幅を表している。
AP11は、ダウンリンク先の端末として端末5、アップリンク送信を許可する端末として端末1〜4を決定する。AP11は、端末1〜4の送信パケット長として、端末5へダウンリンク送信するパケット長と同じに決定する。なお、端末1〜4の送信パケット長を、ダウンリンク送信するパケット長より短くしてもよい。また、AP11は、端末1〜4の送信開始時刻および送信終了時刻を、ダウンリンク送信開始時刻および送信終了時刻と同じに決定する。
また、AP11は、ダウンリンク送信に使用する周波数帯域(チャネル)と、端末1〜4にアップリンク送信に使用させる周波数帯域(チャネル)とを決定する。ここでは端末1に周波数帯域f1、端末2に周波数帯域f2、端末3に周波数帯域f3、端末4に周波数帯域f4を決定し、端末5へのダウンリンク送信に使用する周波数帯域として周波数帯域f1、f2、f3、f4を含む帯域f5を決定する。一例として、f1、f2,f3、f4は20MHz帯域幅であり、帯域f5は、80MHz帯域である。f1、f2,f3、f4は一例として隣接するチャネルであり、隣接するチャネル間にはガードバンドが挿入されていてもよい。AP11は、端末5に80MHz帯域幅のチャネルf5でパケット82をダウンリンク送信し、この間、端末1〜4はAP11にチャネルf1〜fで同時にパケット91〜94をアップリンク送信する。これにより、周波数領域でのFull Duplex通信が実現される。
図14は、本実施形態に係る通信シーケンスの例を示す。図13の例に沿って説明する。AP11はスケジューリングの結果に基づきFDトリガフレーム81を生成する。
図15に、ユーザ情報フィールドのフォーマット例を示す。STA_IDフィールドには、第1の実施形態と同様、端末の識別情報を設定する。周波数帯域フィールド(Freqneyc band field)には、端末にアップリンク送信に使用させる周波数帯域(チャネル)を特定する情報を設定する。端末1〜4の送信パケット長は、ダウンリンク送信のパケット長と同じため、共通情報フィールドに設定するダウンリンク送信のパケット長を特定する情報を流用すればよい。端末1〜4の送信開始時刻は、ダウンリンク送信の送信開始時刻と同じため、端末1〜4の送信開始時刻を特定する情報を設定しなくてよい。端末1〜4は、FDトリガフレームの受信完了から一定時間(例えばSIFS)後の時刻を送信開始時刻と判断する。
ただし、第1の実施形態と同様に、ユーザ情報フィールドに、送信開始時刻を設定するようにしてもよい。また、ダウンリンク送信のパケット長よりも短いパケット長を許容する場合を想定して、パケット長を特定する情報をユーザ情報フィールドに設定するようにしてもよい。
また、FDトリガフレームに、アップリンク送信を許可する端末用のユーザ情報フィールドだけでなく、ダウンリンク送信先の端末用のユーザ情報フィールドを設けてもよい。このユーザ情報フィールドに、当該端末へのダウンリンク送信に使用する周波数帯域を指定する情報(図13の例では80MHz幅のチャネルf5の識別情報)を設定してもよい。これにより、ダウンリンク送信先の端末は、FDトリガフレームの受信により、指定された周波数帯域f5で、ダウンリンク送信されるパケットを待ち受けることができる。例えば、受信フィルタの設定を事前に行うことができる。
AP11から送信されたFDトリガフレーム81は、端末1〜5で受信される。端末1〜4は、自端末の識別情報が設定されたユーザ情報フィールドを検出することで、自端末がアップリンク送信を許可されたと判断する。端末1〜4は、共通情報フィールドから送信パケット長を特定し、それぞれのユーザ情報フィールドから、アップリンク送信に使用する周波数帯域(チャネル)f1〜f4を特定する。端末1〜4は、FDトリガフレーム81の受信完了からSIFS後に、特定したパケット長のパケット91〜94を、チャネルf1〜f4でアップリンク送信する。AP11は、FDトリガフレーム81の送信終了からSIFS後に、チャネルf5でパケット82を端末にダウンリンク送信する。パケット91〜94とパケット82の長さは同じであり、パケット91〜94、82の末尾の時刻は同じである。
このように、AP11は、パケット82のダウンリンク送信の間、複数の端末1〜4からのアップリンク受信を、ダウンリンク送信で使用する周波数帯域を分割した周波数帯域で同時に行うことで、周波数利用効率の高いFull Duplexが実現される。
本実施形態では、アップリンク送信を行う端末は複数であったが、単数でもよい。この場合、第3の実施形態(図12参照)と同様の拡張・変更を行えばよい。
本実施形態ではアップリンク送信を周波数多重で行う例を示したが、空間多重で行ってもよい。例えば、複数の端末からのUL−MU−MIMOでパケット送信を行ってもよい。この場合、AP11は、アップリンク送信を許可する複数の端末に対して、周波数帯域を特定する情報の代わりに、互いに直交するパターン信号(空間分離情報)を通知すればよい。アップリンク送信するパケットの物理ヘッダ内にパターン信号を設定することで、AP11では、複数の端末からアップリンク受信した複数のパケットを互いに分離できる。
また、アップリンク送信を、時分割多重と周波数多重と空間多重とから選択した2つ以上の多重方式の組み合わせで行ってもよい。この場合、組み合わせによって、共通情報フィールドおよびユーザ情報フィールドのフォーマットも適宜変更すればよい。
(第5の実施形態)
図16は、本実施形態に係る基地局(アクセスポイント)400の機能ブロック図である。このアクセスポイントは、通信処理部401と、送信部402と、受信部403と、アンテナ42A、42B、42C、42Dと、ネットワーク処理部404と、有線I/F405と、メモリ406とを備えている。アクセスポイント400は、有線I/F405を介して、サーバ407と接続されている。通信処理部401およびネットワーク処理部404の少なくとも前者は、第1の実施形態で説明した制御部と同様な機能を有している。送信部402および受信部403は、第1の実施形態で説明した送信部および受信部と同様な機能を有している。または、送信部402および受信部403が、第1の実施形態の送信部および受信部のアナログ領域の処理に対応し、第1の実施形態の送信部および受信部のデジタル領域の処理は、通信処理部401に対応してもよい。ネットワーク処理部404は、上位処理部と同様な機能を有している。ここで、通信処理部401は、ネットワーク処理部404との間でデータを受け渡しするためのバッファを内部に保有してもよい。このバッファは、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
図16は、本実施形態に係る基地局(アクセスポイント)400の機能ブロック図である。このアクセスポイントは、通信処理部401と、送信部402と、受信部403と、アンテナ42A、42B、42C、42Dと、ネットワーク処理部404と、有線I/F405と、メモリ406とを備えている。アクセスポイント400は、有線I/F405を介して、サーバ407と接続されている。通信処理部401およびネットワーク処理部404の少なくとも前者は、第1の実施形態で説明した制御部と同様な機能を有している。送信部402および受信部403は、第1の実施形態で説明した送信部および受信部と同様な機能を有している。または、送信部402および受信部403が、第1の実施形態の送信部および受信部のアナログ領域の処理に対応し、第1の実施形態の送信部および受信部のデジタル領域の処理は、通信処理部401に対応してもよい。ネットワーク処理部404は、上位処理部と同様な機能を有している。ここで、通信処理部401は、ネットワーク処理部404との間でデータを受け渡しするためのバッファを内部に保有してもよい。このバッファは、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
ネットワーク処理部404は、通信処理部401とのデータ交換、メモリ406とのデータ書き込み・読み出し、および、有線I/F405を介したサーバ407との通信を制御する。ネットワーク処理部404は、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理やアプリケーション層の処理を行ってもよい。ネットワーク処理部の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
一例として、通信処理部401は、ベースバンド集積回路に対応し、送信部402と受信部403は、フレームを送受信するRF集積回路に対応する。通信処理部401とネットワーク処理部404とが1つの集積回路(1チップ)で構成されてもよい。送信部402および受信部403のデジタル領域の処理を行う部分とアナログ領域の処理を行う部分とが異なるチップで構成されてもよい。また、通信処理部401が、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を実行するようにしてもよい。また、アンテナの個数はここでは4つであるが、少なくとも1つのアンテナを備えていればよい。
メモリ406は、サーバ407から受信したデータや、受信部403で受信したデータの保存等を行う。メモリ406は、例えば、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。また、SSDやHDD、SDカード、eMMC等であってもよい。メモリ406が、基地局400の外部にあってもよい。
有線I/F405は、サーバ407とのデータの送受信を行う。本実施形態では、サーバ407との通信を有線で行っているが、サーバ407との通信を無線で実行するようにしてもよい。
サーバ407は、データの送信を要求するデータ転送要求を受けて、要求されたデータを含む応答を返す通信装置であり、例えばHTTPサーバ(Webサーバ)、FTPサーバ等が想定される。ただし、要求されたデータを返す機能を備えている限り、これに限定されるものではない。PCやスマートフォン等のユーザが操作する通信装置でもよい。また、基地局400と無線で通信してもよい。
基地局400のBSSに属するSTAが、サーバ407に対するデータの転送要求を発行した場合、このデータ転送要求に関するパケットが、基地局400に送信される。基地局400は、アンテナ42A〜42Dを介してこのパケットを受信し、受信部403で物理層の処理等を、通信処理部401でMAC層の処理等を実行する。
ネットワーク処理部404は、通信処理部401から受信したパケットの解析を行う。具体的には、宛先IPアドレス、宛先ポート番号等を確認する。パケットのデータがHTTP GETリクエストのようなデータ転送要求である場合、ネットワーク処理部404は、このデータ転送要求で要求されたデータ(例えば、HTTP GETリクエストで要求されたURLに存在するデータ)が、メモリ406にキャッシュ(記憶)されているかを確認する。メモリ406には、URL(またはその縮小表現、例えばハッシュ値や、代替となる識別子)とデータとを対応づけたテーブルが格納されている。ここで、データがメモリ406にキャッシュされていることを、メモリ406にキャッシュデータが存在すると表現する。
メモリ406にキャッシュデータが存在しない場合、ネットワーク処理部404は、有線I/Fを405介して、サーバ407に対してデータ転送要求を送信する。つまり、ネットワーク処理部404は、STAの代理として、サーバ407へデータ転送要求を送信する。具体的には、ネットワーク処理部404は、HTTPリクエストを生成し、TCP/IPヘッダの付加などのプロトコル処理を行い、パケットを有線I/F405へ渡す。有線I/F405は、受け取ったパケットをサーバ407へ送信する。
有線I/F405は、データ転送要求に対する応答であるパケットをサーバ407から受信する。ネットワーク処理部404は、有線I/F405を介して受信したパケットのIPヘッダから、STA宛のパケットであることを把握し、通信処理部401へパケットを渡す。通信処理部401はこのパケットに対するMAC層の処理等を、送信部402は物理層の処理等を実行し、STA宛のパケットをアンテナ42A〜42Dから送信する。ここで、ネットワーク処理部404は、サーバ407から受信したデータを、URL(またはその縮小表現)と対応づけて、メモリ406にキャッシュデータとして保存する。
メモリ406にキャッシュデータが存在する場合、ネットワーク処理部404は、データ転送要求で要求されたデータをメモリ406から読み出して、このデータを通信処理部401へ送信する。具体的には、メモリ406から読み出したデータにHTTPヘッダ等を付加して、TCP/IPヘッダの付加等のプロトコル処理を行い、通信処理部401へパケットを送信する。このとき、一例として、パケットの送信元IPアドレスは、サーバと同じIPアドレスに設定し、送信元ポート番号もサーバと同じポート番号(通信端末が送信するパケットの宛先ポート番号)に設定する。したがって、STAから見れば、あたかもサーバ407と通信をしているかのように見える。通信処理部401はこのパケットに対するMAC層の処理等を、送信部402は物理層の処理等を実行し、STA宛のパケットをアンテナ42A〜42Dから送信する。
このような動作により、頻繁にアクセスされるデータは、メモリ406に保存されたキャッシュデータに基づいて応答することになり、サーバ407と基地局400間のトラフィックを削減できる。なお、ネットワーク処理部404の動作は、本実施形態の動作に限定されるものではない。STAの代わりにサーバ407からデータを取得して、メモリ406にデータをキャッシュし、同一のデータに対するデータ転送要求に対しては、メモリ406のキャッシュデータから応答するような一般的なキャッシュプロキシであれば、別の動作でも問題はない。
本実施形態の基地局(アクセスポイント)を、上述したいずれかの実施形態の基地局として適用することが可能である。上述したいずれかの実施形態で使ったフレーム、データまたはパケットの送信を、メモリ406に保存されたキャッシュデータを用いて実行してもよい。また、上述したいずれかの実施形態の基地局が受信したフレーム、データまたはパケットで得られた情報を、メモリ406にキャッシュしてもよい。上述したいずれかの実施形態において、アクセスポイントが送信するフレームは、キャッシュされたデータまたは当該データに基づく情報を含んでもよい。データに基づく情報は、例えばデータのサイズに関する情報、データの送信に必要なパケットのサイズに関する情報でもよい。またデータの送信に必要な変調方式等の情報でもよい。また、端末宛のデータの有無の情報を含んでもよい。
本実施形態の基地局(アクセスポイント)を、上述したいずれかの実施形態の基地局として適用することが可能である。本実施形態では、キャッシュ機能を備えた基地局について説明を行ったが、図16と同じブロック構成で、キャッシュ機能を備えた端末(STA)を実現することもできる。この場合、有線I/F405を省略してもよい。上述したいずれかの実施形態における端末によるフレーム、データまたはパケットの送信を、メモリ406に保存されたキャッシュデータを用いて実行してもよい。また、上述したいずれかの実施形態の端末が受信したフレーム、データまたはパケットで得られた情報を、メモリ406にキャッシュしてもよい。上述したいずれかの実施形態において、端末が送信するフレームは、キャッシュされたデータまたは当該データに基づく情報を含んでもよい。データに基づく情報は、例えばデータのサイズに関する情報、データの送信に必要なパケットのサイズに関する情報でもよい。またデータの送信に必要な変調方式等の情報でもよい。また、端末宛のデータの有無の情報を含んでもよい。
(第6の実施形態)
図17は、端末(非アクセスポイントの端末)またはアクセスポイントの全体構成例を示したものである。この構成例は一例であり、本実施形態はこれに限定されるものではない。端末またはアクセスポイントは、1つまたは複数のアンテナ1〜n(nは1以上の整数)と、無線LANモジュール148と、ホストシステム149を備える。無線LANモジュール148は、前述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置に対応する。無線LANモジュール148は、ホスト・インターフェースを備え、ホスト・インターフェースで、ホストシステム149と接続される。接続ケーブルを介してホストシステム149と接続される他、ホストシステム149と直接接続されてもよい。また、無線LANモジュール148が基板にはんだ等で実装され、基板の配線を介してホストシステム149と接続される構成も可能である。ホストシステム149は、任意の通信プロトコルに従って、無線LANモジュール148およびアンテナ1〜nを用いて、外部の装置と通信を行う。通信プロトコルは、TCP/IPと、それより上位の層のプロトコルとを含んでもよい。または、TCP/IPは無線LANモジュール148に搭載し、ホストシステム149は、それより上位層のプロトコルのみを実行してもよい。この場合、ホストシステム149の構成を簡単化できる。本端末は、例えば、移動体端末、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置、自動車等でもよい。
無線LANモジュール148(または無線通信装置)は、IEEE802.11に加え、LTE(Long Term Evolution)またはLTE−Advanced(standards for mobile phones)のような他の無線通信規格の機能を備えていてもよい。
図17は、端末(非アクセスポイントの端末)またはアクセスポイントの全体構成例を示したものである。この構成例は一例であり、本実施形態はこれに限定されるものではない。端末またはアクセスポイントは、1つまたは複数のアンテナ1〜n(nは1以上の整数)と、無線LANモジュール148と、ホストシステム149を備える。無線LANモジュール148は、前述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置に対応する。無線LANモジュール148は、ホスト・インターフェースを備え、ホスト・インターフェースで、ホストシステム149と接続される。接続ケーブルを介してホストシステム149と接続される他、ホストシステム149と直接接続されてもよい。また、無線LANモジュール148が基板にはんだ等で実装され、基板の配線を介してホストシステム149と接続される構成も可能である。ホストシステム149は、任意の通信プロトコルに従って、無線LANモジュール148およびアンテナ1〜nを用いて、外部の装置と通信を行う。通信プロトコルは、TCP/IPと、それより上位の層のプロトコルとを含んでもよい。または、TCP/IPは無線LANモジュール148に搭載し、ホストシステム149は、それより上位層のプロトコルのみを実行してもよい。この場合、ホストシステム149の構成を簡単化できる。本端末は、例えば、移動体端末、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置、自動車等でもよい。
無線LANモジュール148(または無線通信装置)は、IEEE802.11に加え、LTE(Long Term Evolution)またはLTE−Advanced(standards for mobile phones)のような他の無線通信規格の機能を備えていてもよい。
図18は、無線LANモジュールのハードウェア構成例を示す。この構成は、無線通信装置が非アクセスポイントの端末およびアクセスポイントのいずれに搭載される場合にも適用可能である。つまり、前述したいずれかの実施形態における無線通信装置の具体的な構成の一例として適用できる。この構成例では、アンテナは1本のみであるが、2本以上のアンテナを備えていてもよい。この場合、各アンテナに対応して、送信系統(216、222〜225)、受信系統(217、232〜235)、PLL242、水晶発振器(基準信号源)243およびスイッチ245のセットが複数配置され、各セットがそれぞれ制御回路212に接続されてもよい。PLL242または水晶発振器243またはこれらの両方は、本実施形態に係る発振器に対応する。
無線LANモジュール(無線通信装置)は、ベースバンドIC(Integrated
Circuit)211と、RF(Radio Frequency)IC221と、バラン225と、スイッチ245と、アンテナ247とを備える。
Circuit)211と、RF(Radio Frequency)IC221と、バラン225と、スイッチ245と、アンテナ247とを備える。
ベースバンドIC211は、ベースバンド回路(制御回路)212、メモリ213、ホスト・インターフェース214、CPU215、DAC(Digital to Analog Conveter)216、およびADC(Analog to Digital Converter)217を備える。
ベースバンドIC211とRF IC221は同じ基板上に形成されてもよい。また、ベースバンドIC211とRF IC221は1チップで構成されてもよい。DAC216およびADC217の両方またはいずれか一方が、RF IC221に配置されてもよいし、別のICに配置されてもよい。またメモリ213およびCPU215の両方またはいずれか一方が、ベースバンドICとは別のICに配置されてもよい。
メモリ213は、ホストシステムとの間で受け渡しするデータを格納する。またメモリ213は、端末またはアクセスポイントに通知する情報、または端末またはアクセスポイントから通知された情報、またはこれらの両方を格納する。また、メモリ213は、CPU215の実行に必要なプログラムを記憶し、CPU215がプログラムを実行する際の作業領域として利用されてもよい。メモリ213はSRAM、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
ホスト・インターフェース214は、ホストシステムと接続するためのインターフェースである。インターフェースは、UART、SPI、SDIO、USB、PCI Expressなど何でも良い。
CPU215は、プログラムを実行することによりベースバンド回路212を制御するプロセッサである。ベースバンド回路212は、主にMAC層の処理および物理層の処理を行う。ベースバンド回路212、CPU215またはこれらの両方は、通信を制御する通信制御装置、または通信を制御する制御部に対応する。
ベースバンド回路212およびCPU215の少なくとも一方は、クロックを生成するクロック生成部を含み、当該クロック生成部で生成するクロックにより、内部時間を管理してもよい。
ベースバンド回路212は、送信するフレームに、物理層の処理として、物理ヘッダの付加、符号化、暗号化、変調処理(MIMO変調を含んでもよい)など行い、例えば2種類のデジタルベースバンド信号(以下、デジタルI信号とデジタルQ信号)を生成する。
DAC216は、ベースバンド回路212から入力される信号をDA変換する。より詳細には、DAC216はデジタルI信号をアナログのI信号に変換し、デジタルQ信号をアナログのQ信号に変換する。なお、直交変調せずに一系統の信号のままで送信する場合もありうる。複数のアンテナを備え、一系統または複数系統の送信信号をアンテナの数だけ振り分けて送信する場合には、アンテナの数に応じた数のDAC等を設けてもよい。
RF IC221は、一例としてRFアナログICあるいは高周波IC、あるいはこれらの両方である。RF IC221は、フィルタ222、ミキサ223、プリアンプ(PA)224、PLL(Phase Locked Loop:位相同期回路)242、低雑音増幅器(LNA)、バラン235、ミキサ233、およびフィルタ232を備える。これらの要素のいくつかが、ベースバンドIC211または別のIC上に配置されてもよい。フィルタ222、232は、帯域通過フィルタでも、低域通過フィルタでもよい。
フィルタ222は、DAC216から入力されるアナログI信号およびアナログQ信号のそれぞれから所望帯域の信号を抽出する。PLL242は、水晶発振器243から入力される発振信号を用い、発振信号を分周または逓倍またはこれらの両方を行うことで、入力信号の位相に同期した、一定周波数の信号を生成する。なお、PLL242は、VCO(Voltage Controlled Oscillator)を備え、水晶発振器243から入力される発振信号に基づき、VCOを利用してフィードバック制御を行うことで、当該一定周波数の信号を得る。生成した一定周波数の信号は、ミキサ223およびミキサ233に入力される。PLL242は、一定周波数の信号を生成する発振器の一例に相当する。
ミキサ223は、フィルタ222を通過したアナログI信号およびアナログQ信号を、PLL242から供給される一定周波数の信号を利用して、無線周波数にアップコンバートする。プリアンプ(PA)224は、ミキサ223で生成された無線周波数のアナログI信号およびアナログQ信号を、所望の出力電力まで増幅する。バラン225は、平衡信号(差動信号)を不平衡信号(シングルエンド信号)に変換するための変換器である。RF IC221では平衡信号が扱われるが、RF IC221の出力からアンテナ247までは不平衡信号が扱われるため、バラン225で、これらの信号変換を行う。
スイッチ245は、送信時は、送信側のバラン225に接続され、受信時は、受信側の低雑音増幅器(LNA)234またはRF IC221に接続される。スイッチ245の制御はベースバンドIC211またはRF IC221により行われてもよいし、スイッチ245を制御する別の回路が存在し、当該回路からスイッチ245の制御を行ってもよい。
プリアンプ224で増幅された無線周波数のアナログI信号およびアナログQ信号は、バラン225で平衡−不平衡変換された後、アンテナ247から空間に電波として放射される。
アンテナ247は、チップアンテナでもよいし、プリント基板上に配線により形成したアンテナでもよいし、線状の導体素子を利用して形成したアンテナでもよい。
RF IC221におけるLNA234は、アンテナ247からスイッチ245を介して受信した信号を、雑音を低く抑えたまま、復調可能なレベルまで増幅する。バラン235は、低雑音増幅器(LNA)234で増幅された信号を、不平衡−平衡変換する。なお、バラン135とLNA234の順番を逆にした構成でもよい。ミキサ233は、バラン235で平衡信号に変換された受信信号を、PLL242から入力される一定周波数の信号を用いてベースバンドにダウンコンバートする。より詳細には、ミキサ233は、PLL242から入力される一定周波数の信号に基づき、互いに90°位相のずれた搬送波を生成する手段を有し、バラン235で変換された受信信号を、互いに90°位相のずれた搬送波により直交復調して、受信信号と同位相のI(In−phase)信号と、これより90°位相が遅れたQ(Quad−phase)信号とを生成する。フィルタ232は、これらI信号とQ信号から所望周波数成分の信号を抽出する。フィルタ232で抽出されたI信号およびQ信号は、ゲインが調整された後に、RF IC221から出力される。
ベースバンドIC211におけるADC217は、RF IC221からの入力信号をAD変換する。より詳細には、ADC217はI信号をデジタルI信号に変換し、Q信号をデジタルQ信号に変換する。なお、直交復調せずに一系統の信号だけを受信する場合もあり得る。
複数のアンテナが設けられる場合には、アンテナの数に応じた数のADCを設けてもよい。ベースバンド回路212は、デジタルI信号およびデジタルQ信号に基づき、復調処理、誤り訂正符号処理、物理ヘッダの処理など、物理層の処理(MIMO復調を含んでもよい)等を行い、フレームを得る。ベースバンド回路212は、フレームに対してMAC層の処理を行う。なお、ベースバンド回路212は、TCP/IPを実装している場合は、TCP/IPの処理を行う構成も可能である。
図4の制御部25および自己干渉キャンセル機能は、一例としてベースバンド回路212が行う。自己干渉キャンセル機能に相当する回路を、RF IC221側に配置してもよい。アンテナ247は、指向性可変アンテナでもよい。この場合、指向性パターンの切り替え制御は、ベースバンド回路212またはCPU215等が行ってもよい。
(第7の実施形態)
図19は、第7の実施形態に係る端末(STA)500の機能ブロック図である。このSTA500は、通信処理部501と、送信部502と、受信部503と、アンテナ51Aと、アプリケーションプロセッサ504と、メモリ505と、第2無線通信モジュール506とを備えている。基地局(AP)が同様の構成を有しても良い。
図19は、第7の実施形態に係る端末(STA)500の機能ブロック図である。このSTA500は、通信処理部501と、送信部502と、受信部503と、アンテナ51Aと、アプリケーションプロセッサ504と、メモリ505と、第2無線通信モジュール506とを備えている。基地局(AP)が同様の構成を有しても良い。
通信処理部501は、第1の実施形態で説明した制御部と同様な機能を有している。送信部502および受信部503は、第1の実施形態で説明した送信部および受信部と同様な機能を有している。または、送信部502および受信部503が、第1の実施形態で説明した送信部および受信部のアナログ領域の処理に対応し、第1の実施形態で説明した送信部および受信部のデジタル領域の処理は、通信処理部501に対応してもよい。ここで、通信処理部501は、アプリケーションプロセッサ504との間でデータを受け渡しするためのバッファを内部に保有してもよい。このバッファは、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。
アプリケーションプロセッサ504は、通信処理部501を介した無線通信、メモリ505とのデータ書き込み・読み出し、および、第2無線通信モジュール506を介した無線通信を制御する。また、アプリケーションプロセッサ504は、Webブラウジングや、映像や音楽などのマルチメディア処理など、STAにおける各種処理も実行する。アプリケーションプロセッサ504の動作は、CPU等のプロセッサによるソフトウェア(プログラム)の処理によって行われてもよいし、ハードウェアによって行われてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの両方によって行われてもよい。
メモリ505は、受信部503や第2無線通信モジュール506で受信したデータや、アプリケーションプロセッサ504で処理したデータの保存等を行う。メモリ505は、例えば、DRAM等の揮発性メモリでもよいし、NAND、MRAM等の不揮発メモリでもよい。また、SSDやHDD、SDカード、eMMC等がであってもよい。メモリ505が、アクセスポイント500の外部にあってもよい。
第2無線通信モジュール506は、一例として、図17または図18で示した無線LANモジュールと同様な構成を有する。第2無線通信モジュール506は、通信処理部501、送信部502、受信部503で実現される無線通信とは異なる方法で無線通信を実行する。例えば、通信処理部501、送信部502、受信部503がIEEE802.11規格に沿った無線通信である場合、第2無線通信モジュール506は、Bluetooth(登録商標)、LTE、Wireless HDなど、他の無線通信規格に沿った無線通信を実行してもよい。また、通信処理部501、送信部502、受信部503が2.4GHz/5GHzで無線通信を実行し、第2無線通信モジュール506が60GHzで無線数新を実行すうようにしてもよい。
なお、この例では、アンテナの個数はここでは1つであり、送信部502・受信部503と、第2無線通信モジュール506とでアンテナを共有している。ここで、アンテナ51Aの接続先を制御するスイッチを設けることで、アンテナを共有してもよい。また、複数のアンテナを備え、送信部502・受信部503と、第2無線通信モジュール506とで別のアンテナを使用するようにしてもよい。
一例として、通信処理部501は、ベースバンド集積回路に対応し、送信部502と受信部503は、フレームを送受信するRF集積回路に対応する。ここで、通信処理部501とアプリケーションプロセッサ504とが1つの集積回路(1チップ)で構成されてもよい。さらに、第2無線通信モジュール506の一部とアプリケーションプロセッサ504とが1つの集積回路(1チップ)で構成されてもよい。
アプリケーションプロセッサは、通信処理部501を介した無線通信および第2無線通信モジュール506を介した無線通信の制御を行う。
(第8の実施形態)
図20(A)および図20(B)は、本実施形態に係る無線端末の斜視図である。図20(A)の無線端末はノートPC301であり、図20(B)の無線端末は移動体端末321である。ノートPC301および移動体端末321は、それぞれ無線通信装置305、315を搭載している。無線通信装置305、315として、これまで説明してきた無線端末に搭載されていた無線通信装置、またはアクセスポイントに搭載されていた無線通信装置、またはこれらの両方を用いることができる。無線通信装置を搭載する無線端末は、ノートPCや移動体端末に限定されない。例えば、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置、自動車等にも搭載可能である。
図20(A)および図20(B)は、本実施形態に係る無線端末の斜視図である。図20(A)の無線端末はノートPC301であり、図20(B)の無線端末は移動体端末321である。ノートPC301および移動体端末321は、それぞれ無線通信装置305、315を搭載している。無線通信装置305、315として、これまで説明してきた無線端末に搭載されていた無線通信装置、またはアクセスポイントに搭載されていた無線通信装置、またはこれらの両方を用いることができる。無線通信装置を搭載する無線端末は、ノートPCや移動体端末に限定されない。例えば、TV、デジタルカメラ、ウェアラブルデバイス、タブレット、スマートフォン、ゲーム装置、ネットワークストレージ装置、モニタ、デジタルオーディオプレーヤ、Webカメラ、ビデオカメラ、プロジェクト、ナビゲーションシステム、外部アダプタ、内部アダプタ、セットトップボックス、ゲートウェイ、プリンタサーバ、モバイルアクセスポイント、ルータ、エンタープライズ/サービスプロバイダアクセスポイント、ポータブル装置、ハンドヘルド装置、自動車等にも搭載可能である。
また、無線端末またはアクセスポイント、またはこれらの両方に搭載されていた無線通信装置は、メモリーカードにも搭載可能である。当該無線通信装置をメモリーカードに搭載した例を図21に示す。メモリーカード331は、無線通信装置355と、メモリーカード本体332とを含む。メモリーカード331は、外部の装置(無線端末またはアクセスポイント、またはこれらの両方等)との無線通信のために無線通信装置355を利用する。なお、図21では、メモリーカード331内の他の要素(例えばメモリ等)の記載は省略している。
(第9の実施形態)
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バス、プロセッサ部、及び外部インターフェース部を備える。プロセッサ部及び外部インターフェース部は、バスを介して外部メモリ(バッファ)と接続される。プロセッサ部ではファームウエアが動作する。このように、ファームウエアを無線通信装置に含める構成とすることにより、ファームウエアの書き換えによって無線通信装置の機能の変更を容易に行うことが可能となる。ファームウエアが動作するプロセッサ部は、本実施形態に係る制御部または制御部の処理を行うプロセッサであってもよいし、当該処理の機能拡張または変更に係る処理を行う別のプロセッサであってもよい。ファームウエアが動作するプロセッサ部を、本実施形態に係るアクセスポイントあるいは無線端末あるいはこれらの両方が備えてもよい。または当該プロセッサ部を、アクセスポイントに搭載される無線通信装置内の集積回路、または無線端末に搭載される無線通信装置内の集積回路が備えてもよい。
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バス、プロセッサ部、及び外部インターフェース部を備える。プロセッサ部及び外部インターフェース部は、バスを介して外部メモリ(バッファ)と接続される。プロセッサ部ではファームウエアが動作する。このように、ファームウエアを無線通信装置に含める構成とすることにより、ファームウエアの書き換えによって無線通信装置の機能の変更を容易に行うことが可能となる。ファームウエアが動作するプロセッサ部は、本実施形態に係る制御部または制御部の処理を行うプロセッサであってもよいし、当該処理の機能拡張または変更に係る処理を行う別のプロセッサであってもよい。ファームウエアが動作するプロセッサ部を、本実施形態に係るアクセスポイントあるいは無線端末あるいはこれらの両方が備えてもよい。または当該プロセッサ部を、アクセスポイントに搭載される無線通信装置内の集積回路、または無線端末に搭載される無線通信装置内の集積回路が備えてもよい。
(第10の実施形態)
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、クロック生成部を備える。クロック生成部は、クロックを生成して出力端子より無線通信装置の外部にクロックを出力する。このように、無線通信装置内部で生成されたクロックを外部に出力し、外部に出力されたクロックによってホスト側を動作させることにより、ホスト側と無線通信装置側とを同期させて動作させることが可能となる。
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、クロック生成部を備える。クロック生成部は、クロックを生成して出力端子より無線通信装置の外部にクロックを出力する。このように、無線通信装置内部で生成されたクロックを外部に出力し、外部に出力されたクロックによってホスト側を動作させることにより、ホスト側と無線通信装置側とを同期させて動作させることが可能となる。
(第11の実施形態)
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置)の構成に加えて、電源部、電源制御部、及び無線電力給電部を含む。電源制御部は、電源部と無線電力給電部とに接続され、無線通信装置に供給する電源を選択する制御を行う。このように、電源を無線通信装置に備える構成とすることにより、電源を制御した低消費電力化動作が可能となる。
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置)の構成に加えて、電源部、電源制御部、及び無線電力給電部を含む。電源制御部は、電源部と無線電力給電部とに接続され、無線通信装置に供給する電源を選択する制御を行う。このように、電源を無線通信装置に備える構成とすることにより、電源を制御した低消費電力化動作が可能となる。
(第12の実施形態)
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、SIMカードを含む。SIMカードは、無線通信装置における送信部または受信部または制御部またはこれらのうちの複数と接続される。このように、SIMカードを無線通信装置に備える構成とすることにより、容易に認証処理を行うことが可能となる。
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、SIMカードを含む。SIMカードは、無線通信装置における送信部または受信部または制御部またはこれらのうちの複数と接続される。このように、SIMカードを無線通信装置に備える構成とすることにより、容易に認証処理を行うことが可能となる。
(第13の実施形態)
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、動画像圧縮/伸長部を含む。動画像圧縮/伸長部は、バスと接続される。このように、動画像圧縮/伸長部を無線通信装置に備える構成とすることにより、圧縮した動画像の伝送と受信した圧縮動画像の伸長とを容易に行うことが可能となる。
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置の構成に加えて、動画像圧縮/伸長部を含む。動画像圧縮/伸長部は、バスと接続される。このように、動画像圧縮/伸長部を無線通信装置に備える構成とすることにより、圧縮した動画像の伝送と受信した圧縮動画像の伸長とを容易に行うことが可能となる。
(第14の実施形態)
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、LED部を含む。LED部は、送信部または受信部または制御部またはこれらのうちの複数と接続される。このように、LED部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、LED部を含む。LED部は、送信部または受信部または制御部またはこれらのうちの複数と接続される。このように、LED部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第15の実施形態)
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バイブレータ部を含む。バイブレータ部は、送信部または受信部または制御部またはこれらのうちの複数と接続される。このように、バイブレータ部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、バイブレータ部を含む。バイブレータ部は、送信部または受信部または制御部またはこれらのうちの複数と接続される。このように、バイブレータ部を無線通信装置に備える構成とすることにより、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第16の実施形態)
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、ディスプレイを含む。ディスプレイは、図示しないバスを介して、無線通信装置の制御部に接続されてもよい。このようにディスプレイを備える構成とし、無線通信装置の動作状態をディスプレイに表示することで、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
本実施形態では、上述したいずれかの実施形態に係る無線通信装置(アクセスポイントの無線通信装置または無線端末の無線通信装置、またはこれらの両方)の構成に加えて、ディスプレイを含む。ディスプレイは、図示しないバスを介して、無線通信装置の制御部に接続されてもよい。このようにディスプレイを備える構成とし、無線通信装置の動作状態をディスプレイに表示することで、無線通信装置の動作状態をユーザに容易に通知することが可能となる。
(第17の実施形態)
本実施形態では、[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、前述したように、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。
本実施形態では、[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、前述したように、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。
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。
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。
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。
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。
ここでIEEE802.11無線LANにおけるランダムアクセスに基づく競合期間のフレーム交換の一例を図22に示す。
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。
1〜5:無線端末
11:アクセスポイント(AP)
21−1〜21−N:アンテナ
22:送信部
23:受信部
25:制御部
26:バッファ
27:無線通信部
31−1〜31−N:アンテナ
32:送信部
33:受信部
35:制御部
36:バッファ
37:無線通信部
211:ベースバンドIC
221:RF IC
213:メモリ
214:ホスト・インターフェース
215:CPU
216:DAC
217:ADC
221:RF IC
222、132:フィルタ
223、133:ミキサ
224、134:アンプ
225、135:バラン
242:PLL
243:水晶発振器
247:アンテナ
245:スイッチ
148:無線LANモジュール
149:ホストシステム
301:ノートPC
305、315、355:無線通信装置
321:移動体端末
331:メモリーカード
332:メモリーカード本体
42A〜42D:アンテナ
402:送信部
403:受信部
401:通信処理部
404:ネットワーク処理部
405:有線I/F
406:メモリ
407:サーバ
501:通信処理部
502:送信部
503:受信部
51A:アンテナ
504:アプリケーションプロセッサ
505:メモリ
506:第2無線通信モジュール
11:アクセスポイント(AP)
21−1〜21−N:アンテナ
22:送信部
23:受信部
25:制御部
26:バッファ
27:無線通信部
31−1〜31−N:アンテナ
32:送信部
33:受信部
35:制御部
36:バッファ
37:無線通信部
211:ベースバンドIC
221:RF IC
213:メモリ
214:ホスト・インターフェース
215:CPU
216:DAC
217:ADC
221:RF IC
222、132:フィルタ
223、133:ミキサ
224、134:アンプ
225、135:バラン
242:PLL
243:水晶発振器
247:アンテナ
245:スイッチ
148:無線LANモジュール
149:ホストシステム
301:ノートPC
305、315、355:無線通信装置
321:移動体端末
331:メモリーカード
332:メモリーカード本体
42A〜42D:アンテナ
402:送信部
403:受信部
401:通信処理部
404:ネットワーク処理部
405:有線I/F
406:メモリ
407:サーバ
501:通信処理部
502:送信部
503:受信部
51A:アンテナ
504:アプリケーションプロセッサ
505:メモリ
506:第2無線通信モジュール
Claims (18)
- 第1パケットを送信し、前記第1パケットの送信後、所定の周波数帯域で第2パケットを送信する送信部と、
前記第2パケットの送信の間、前記所定の周波数帯域で、多重された複数の第3パケットを受信する受信部と、
を備えた無線通信装置。 - 前記受信部は、前記複数の第3パケットを、時分割多重で受信する
請求項1に記載の無線通信装置。 - 前記受信部は、前記複数の第3パケットを、複数の第1無線通信装置から受信する
請求項2に記載の無線通信装置。 - 前記第1パケットは、前記複数の第1無線通信装置を指定する第1情報と、前記第3パケットの送信開始時刻を指定する第2情報と、前記第3パケットの長さを指定する第3情報とを含む
請求項3に記載の無線通信装置。 - 前記受信部は、前記複数の第3パケットを、1台の第1無線通信装置から受信する
請求項2に記載の無線通信装置。 - 前記第1パケットは、前記第1無線通信装置を指定する第1情報と、前記第3パケットの送信開始時刻を指定する第2情報と、前記第3パケットの長さを指定する第3情報とを含む
請求項5に記載の無線通信装置。 - 前記第2パケットの送信先と、前記複数の第3パケットの送信元は同じである
請求項1、2または5に記載の無線通信装置。 - 前記第2パケットのパケット長は、前記複数の第3パケットのパケット長と、前記複数の第3パケットのパケット間隔時間との合計に等しい
請求項1ないし7のいずれか一項に記載の無線通信装置。 - 前記受信部は、前記複数の第3パケットを周波数多重で受信する
請求項1に記載の無線通信装置。 - 前記複数の第3パケットの長さは同じである
請求項9に記載の無線通信装置。 - 前記受信部は、前記複数の第3パケットを、複数の第1無線通信装置から受信する
請求項9または10に記載の無線通信装置。 - 前記第1パケットは、前記複数の第1無線通信装置を指定する第1情報と、前記複数の第3パケットの送信に使用する複数の周波数帯域を指定する第2情報とを含み、
前記所定の周波数帯域は、前記複数の周波数帯域を含む、
請求項11に記載の無線通信装置。 - 前記受信部は、前記複数の第3パケットを、1台の無線通信装置から受信する
請求項9に記載の無線通信装置。 - 前記第1パケットは、前記第1無線通信装置を指定する第1情報と、前記複数の第3パケットの送信に使用する複数の周波数帯域を指定する第2情報とを含み、
前記所定の周波数帯域は、前記複数の周波数帯域を含む、
請求項13に記載の無線通信装置。 - 前記送信部は、前記複数の第3パケットの送達確認応答を送信するタイミングを特定した情報を送信し、
前記送信部は、前記受信部で前記複数の第3パケットを受信後、前記情報で特定したタイミングで前記送達確認応答を送信する
請求項1ないし14のいずれか一項に記載の無線通信装置。 - 前記タイミングは、前記第1パケットの送信終了時刻から一定時間後の時刻である
請求項15に記載の無線通信装置。 - 少なくとも1つのアンテナを備えた請求項1ないし16のいずれか一項に記載の無線通信装置。
- 第1パケットを送信し、前記第1パケットの送信後、所定の周波数帯域で第2パケットを送信し、
前記第2パケットの送信の間、前記所定の周波数帯域で、多重された複数の第3パケットを受信する、
無線通信方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017179430A JP2019057756A (ja) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | 無線通信装置および無線通信方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021090718A1 (ja) * | 2019-11-08 | 2021-05-14 | ソニー株式会社 | 通信装置、情報処理方法 |
WO2023068774A1 (ko) * | 2021-10-22 | 2023-04-27 | 삼성전자 주식회사 | 하우징의 각도 변화에 기반하여 무선 통신의 동작을 변경하는 전자 장치 및 동작 방법 |
-
2017
- 2017-09-19 JP JP2017179430A patent/JP2019057756A/ja active Pending
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WO2023068774A1 (ko) * | 2021-10-22 | 2023-04-27 | 삼성전자 주식회사 | 하우징의 각도 변화에 기반하여 무선 통신의 동작을 변경하는 전자 장치 및 동작 방법 |
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