JP4391988B2 - 送信方法および送信機 - Google Patents

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Description

この発明は、無線ＬＡＮ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し、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。
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IEEE802.11（非特許文献１参照）で標準化されたIEEE802.11b，IEEE802.11a規格等に準拠した商品が市場に出回っている。
IEEE802.11b規格に準拠した無線ＬＡＮ（非特許文献２参照）は、２．４ＧＨｚ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１１Ｍｂｐｓ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、５ＧＨｚ帯を使用し、変調方式としてＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）を用いて物理的な最大伝送速度が５４Ｍｂｐｓである。また、現在、仕様が検討されているIEEE802.11g規格に準拠した無線ＬＡＮは、２．４ＧＨｚ帯を使用し、変調方式としてＯＦＤＭを用いて物理的な最大伝送速度が５４Ｍｂｐｓである。
IEEE802.11（http://standards.ieee.org/getieee802/802.11.html） IEEE802.11b IEEE802.11a
しかしながら、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い、という問題があった。
具体的にいうと、たとえば、伝送したいデータストリームは、複数のデータパケットに分割され、データパケット毎に、宛先／送信元ＩＰアドレスやパケット長，パケッ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ＩＰ(Internet Protocol)パケットとして下位レイヤに渡される。また、ＭＡＣ（Media Access Control）レイヤにおいても、宛先／送信元ＭＡＣアドレスやフレーム長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、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加されて、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ヘッダ情報および同期用プリアンブル等が付加されて送信される。
また、基地局および各無線端末は、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ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access / 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ＭＡＣア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ＡＣＫ／ＮＡＣＫ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、IEEE802.11b、IEEE802.11a、IEEE802.11g準拠の無線ＬＡＮ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，IEEE802.11b，IEEE802.11g規格等に準拠した家庭／オフィス向けの無線ネットワークシステム（無線ＬＡＮ）においては、たとえば、約２０Ｍｂｐｓの帯域を必要とする高解像度テレビジョンＨＤＴＶ（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、広帯域デー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ユニットに対してＩＰパケットを割り振り、それぞれの無線ユニットによる独立制御でＩＰパケットを送受信する方法（特開２００２−１３５３０４号公報）が提案されている。しかしながら、ＩＰ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ＩＰパケットのサイズが等しくない場合などには、パケッ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、映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ユ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、複数の無線ユニットでＩＰパケットを送受信する方法も提案されている。しかしながら、上記同様、ＩＰ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、無線ユニット間の変調方式が異なった場合、あるいはＩＰ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、ある無線ユ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、ＩＰ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、ある無線ユ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。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる送信方法は、転送レートが異なる複数の通信チャネルを用いてデータフレームを送信する無線通信システムにおける送信機が採用する送信方法であって、上記複数の通信チャネルにおける送信バースト時間がほぼ同一となるように１データフレームを各通信チャネルに対応させて分割するフレーム割当てステップ、を含むことを特徴とする。
この発明によれば、本発明によれば、たとえば、家庭／オフィス内の無線ネットワークにIEEE802.11a，IEEE802.11b，IEEE802.11g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、という効果を奏する。また、既存の物理レイヤである、IEEE802.11a，IEEE802.11b，IEEE802.11g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、という効果を奏する。
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い。
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／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、Ethernet(登録商標)，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（ＡＰ）１と、複数の無線端末（ＳＴＡ）２Ａ，２Ｂ，…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／オフィス内の無線ネットワークを介して特定の無線端末２Ａ，２Ｂ，…へアクセス網からの受信情報を送信する通信ユニットシステム１１を備える。そして、この通信ユニットシステム１１は、上記アクセスラインを終端させるアクセス系終端ユニット１３と、前記アクセス網の信号と家庭／オフィス内の無線端末２Ａ，２Ｂ，…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１４（たとえば、ルーター，ブリッジに相当）と、家庭／オフィス内の無線ネットワークにIEEE802.11a，IEEE802.11b，IEEE802.11g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１５と、アンテナ１２−１，１２−２，…と、を備える。なお、本実施の形態では、広帯域無線ユニット１５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２Ａ，２Ｂは、それぞれパソコン，ＰＤＡ，テレビジョン受信機のような情報機器本体２１Ａ，２１Ｂと、各情報機器本体２１Ａ，２１Ｂと基地局１の通信ユニットシステム１１との間のデータ送受信を制御する端末ユニットシステム２２Ａ，２２Ｂと、を備える。そして、この端末ユニットシステム２２Ａ，２２Ｂは、基地局１，他の無線端末の信号と情報機器本体２１Ａ，２１Ｂ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端末インタフェースユニット２４Ａ，２４Ｂと、家庭／オフィス内の無線ネットワークにIEEE802.11a，IEEE802.11b，IEEE802.11g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２５Ａ，２５Ｂと、アンテナ２３Ａ−１，２３Ａ−２，…，２３Ｂ−１，２３Ｂ−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２５Ａ，２５Ｂ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域無線ユニット１５，２５の構成を示す図である。この広帯域無線ユニット１５，２５Ａ，２５Ｂ（２５Ａ，２５Ｂは第２図の２５に相当）は、信号インタフェースユニット１４または端末インタフェースユニット２４Ａ，２４Ｂとの接続のためのホストインタフェースユニット（HostInterface）３３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ＭＡＣ（Media Access Control）３２と、IEEE802.11a，IEEE802.11b，IEEE802.11g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ＭＡＣ３２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、IEEE802.11規格（a,b,e,f,g,h,i等）に準拠したものとして動作する。ＭＡＣ３２内のTxControlユニット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，ＦＣＳ（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，バックオフ処理，ＲＴＳ（Request to Send）フレームやＣＴＳ（Clear to Send）フレームやＡＣＫフレームの自動作成等の処理を行う。RxControlユニット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，アドレスデコード処理，チャネルステータス処理等を行う。
さらに、ＭＡＣ３２は、個々の物理層３１とデータおよび制御信号のやり取りを行うために、複数のTransmission（Tx）ユニット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ユニット３４，Rxユニット３５が個々のフレームに対して必要な処理を行い、TxControlユニット３７，RxControlユニット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ユニット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、暗号化ユニット、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ＭＡＣ３２からの信号を送信信号に変調し、また、受信信号をＭＡＣ３２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ユニットへの信号を所望の信号へ変換するアップコンバーター／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ユニットを備える。
つづいて、上記無線通信システムの動作について説明する。第３図は、IEEE802.11aに準拠したデータフレームフォーマットを示す図であり、第４図は、複数チャネル（３ｃｈ）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、ＮDBPS（Data bits per OFDM symbol）はIEEE802.11aに明記されており、１ＯＦＤＭ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、１ＯＦＤＭシンボル当たりに送信できるオクテット数をＮDOPS（Data octets per OFDM symbol）と規定する（ＮDOPS＝ＮDBPS／８）。
第３図に示すIEEE802.11aに準拠したデータフレーム（ＭＰＤＵ）４０は、ＭＡＣヘッダ４１，ＬＬＣヘッダ／ＳＮＡＰヘッダ４２，ＦｒａｍｅＢｏｄｙ４３およびＦＣＳ４４から構成される。また、ＯＦＤＭ信号５０は、ＭＡＣ３２から物理層３１にＭＰＤＵ４０が送信された場合、同期用プリアンブル５１，送信レートや送信データ長等からなるＳＩＧＮＡＬ５２，ＳＥＲＶＩＣＥフィールドとＭＰＤＵ４０送信部分からなるＤＡＴＡ５３、の順で送信されることを示している。ただし、ＯＦＤＭシンボル間に含まれるガードインターバルや、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３１−１，３１−２，３１−３を用いた場合における、複数のチャネルでＭＰＤＵ４０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ＯＦＤＭ信号５０−１，５０−２，５０−３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，ＬＬＣヘッダ／ＳＮＡＰヘッダ４２，ＦｒａｍｅＢｏｄｙ４３およびＦＣＳ４４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ＮDOPS単位で前から分割し（図示のＭＡＣヘッダ４１−１，ＬＬＣヘッダ／ＳＮＡＰヘッダ４２−２，ＦｒａｍｅＢｏｄｙ４３−１，４３−２，４３−３，ＦＣＳ４４−２に相当）、各物理層に対して１ＯＦＤＭ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／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ＯＦＤＭ信号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ＦＣＳ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ＡＣＫフレームを１つでも正常受信できた場合、それをＡＣＫフ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、システムスループットの向上を図る。また、フレーム長が短いＲＴＳ／ＣＴＳ等のコントロールフレーム，フレー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，IEEE802.11b，IEEE802.11g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／分配処理について説明する。ProtocolControlユニット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ユニット３７に通知する。
TxControlユニット３７では、送信に先立ち各チャネルに対してＴＸＶＥＣＴＯＲ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、TxControlユニット３７は、ProtocolControlユニット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ＤＡＴＡ部分のオクテット数および各チャ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：Channel-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，ＦｒａｍｅＢｏｄｙ，ＦＣＳで構成されるＭＰＤＵのサイズをＬ［ｏｃｔｅｔ］、各チャネルの送信レートをＲＡＴＥ（ａ），ＲＡＴＥ（ｂ），ＲＡＴＥ（ｃ）［Ｍｂｐｓ］、各チャネルの１ＯＦＤＭ当りの送信オクテット数をＮDOPS（ａ），ＮDOPS（ｂ），ＮDOPS（ｃ）［ｏｃｔｅｔ］、チャネル数をｋ、と規定すると、ＭＰＤＵの送信に必要なＯＦＤＭシンボル数Ｎは、以下の（１）式で求められる。
Figure 0004391988
ただし、ｆｌｏｏｒ［・］は少数値の切り上げを表し、「フレーム長＋ｋ」はＴａｉｌｂｉｔを考慮している。また、ＲＡＴＥ（ａ）≧ＲＡＴＥ（ｂ）≧ＲＡＴＥ（ｃ）とし、ＯＦＤＭシンボル数にはＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying：Ｒ＝１／２）で送信されるＳＩＧＮＡＬフィールドのシンボル数は含まれていない。また、先頭のＯＦＤＭシンボルでは、ＳＥＲＶＩＣＥフィールドの２ｏｃｔｅｔによって、他のシンボルよりも２ｏｃｔｅｔ分少なくなる。
また、ＯＦＤＭ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。
Figure 0004391988
したがって、３ｃｈの場合のＯＦＤＭシンボル数Ｎは、下記（３）式のように表すことができる。
Figure 0004391988
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ＬＥＮＧＴＨ（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、ＭＰＤＵの最終データがChannel-A内で終わる場合を表し、（５）式は、ＭＰＤＵの最終データがChannel-B内で終わる場合を表し、（６）式は、ＭＰＤＵの最終データがChannel-C内で終わる場合を表す。
Figure 0004391988
Figure 0004391988
Figure 0004391988
すなわち、ProtocolControlユニット３８が、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ユニット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ユニット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ユニット３６に渡す。RxControlユニット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，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。また、ＡＣＫフレームの送信が必要な場合は、必要に応じてProtocolControlユニット３８を通じて返送手続きを行う。
なお、本実施の形態では、ＭＰＤＵの最終データがChannel-Aで終わる場合、Channel-BおよびChannel-CのＯＦＤＭシンボル数がChannel-Aより１つ少なくなり、Channel-Bで終わる場合は、Channel-CのＯＦＤＭシンボル数がChannel-AおよびChannel-Bより１つ少なくなるが、このような場合は、ＭＡＣ３２から物理層３１に引き渡す際に、ＭＡＣ３２が他のチャネルよりも１ＯＦＤＭ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ＯＦＤＭ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IEEE802.11a，IEEE802.11b，およびIEEE802.11g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／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，IEEE802.11b，IEEE802.11g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、IEEE802.11a，IEEE802.11b，IEEE802.11g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ＭＩＭＯ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図および第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ットを示す図であり、第７図は、複数チャネル（３ｃｈ）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。
本実施の形態では、IEEE802.11で規定されているＭＡＣヘッダ４１，ＬＬＣヘッダ／ＳＮＡＰヘッダ４２，ＦｒａｍｅＢｏｄｙ４３およびＦＣＳ４４のうち、ＬＬＣヘッダ／ＳＮＡＰヘッダ４２，ＦｒａｍｅＢｏｄｙ４３およびＦＣＳ４４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ＮDOPS単位で前から分割し（図示のＬＬＣヘッダ／ＳＮＡＰヘッダ４２−１，ＦｒａｍｅＢｏｄｙ４３−１，４３−２，４３−３，ＦＣＳ４４−２に相当）、各物理層に対して１ＯＦＤＭ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、ＤＡＴＡ部分のオ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３１−１：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，ＦｒａｍｅＢｏｄｙ，ＦＣＳで構成されるＭＰＤＵのサイズをＬ［ｏｃｔｅｔ］、各チャネルの送信レートをＲＡＴＥ（ａ），ＲＡＴＥ（ｂ），ＲＡＴＥ（ｃ）［Ｍｂｐｓ］、各チャネルの１ＯＦＤＭ当りの送信オクテット数をＮDOPS（ａ），ＮDOPS（ｂ），ＮDOPS（ｃ）［ｏｃｔｅｔ］、チャネル数をｋ、と規定すると、ＭＰＤＵの送信に必要なＯＦＤＭ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ＢＰＳＫ（Ｒ＝１／２）で送信されるＳＩＧＮＡＬフィールドのシンボル数は含まれていない。また、先頭のＯＦＤＭシンボルでは、ＳＥＲＶＩＣＥフィールドの２ｏｃｔｅｔによって、他のシンボルよりも２ｏｃｔｅｔ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ＯＦＤＭシンボル数を、下記（７）式のように求める。
Figure 0004391988
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。
Figure 0004391988
したがって、残りのデータ量は、Ｌ−ＬHEADERとなる。そのため、残りのデータを送信するのに必要なＯＦＤＭ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ＯＦＤＭシンボル数Ｎの一般式は、下記（１０）式となる。
Figure 0004391988
Figure 0004391988
したがって、３ｃｈの場合のＯＦＤＭシンボル数Ｎは、下記（１１）式のように表すことができる。
Figure 0004391988
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ＬＥＮＧＴＨ（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、（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、ＭＰＤＵの最終データがChannel-B内で終わる場合を表し、（１４）式は、ＭＰＤＵの最終データがChannel-C内で終わる場合を表す。
Figure 0004391988
Figure 0004391988
Figure 0004391988
一方、受信処理においては、Rxユニット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ユニット３６に渡す。RxControlユニット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，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、ＭＡＣア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、ＡＣＫフレームの送信が必要な場合は、前述同様、ProtocolControlユニット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ットを示す図であり、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４１−１，４１−２，４１−３，ＬＬＣヘッダ／ＳＮＡＰヘッダ４２−１，４２−２，４２−３，ＦＣＳ４４−１，４４−２，４４−３を、それぞれ分割されたＦｒａｍｅＢｏｄｙ４３−１，４３−２，４３−３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／オフィス内の無線ネットワークにIEEE802.11a，IEEE802.11b，IEEE802.11g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，IEEE802.11b，IEEE802.11g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ＭＩＭＯ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、ＯＦＤＭ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ビットが描かれている。しかしながら、第１１図の例では、ＣＨ１におけるＯＦＤＭシンボル数と、ＣＨ２およびＣＨ３のＯＦＤＭ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ビットを付加し、ＯＦＤＭ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、ＯＦＤＭ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、ＯＦＤＭ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ビットが描かれている。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ＭＡＣPad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、ＯＦＤＭ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、ＣＨ１からＣＨ３の順にＯＦＤＭシンボ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、ＭＡＣPadのＯＮ／ＯＦＦを示すMAC＿PAD＿USAGE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シンボ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ＯＦＤＭ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MAC＿PAD＿USAGEフィールドにＭＡＣPadを付加したことを記載する。また、無線局６０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、複数のチャ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ＯＮ／ＯＦＦ情報を書き込み、その後、生成したフレームを無線局６１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＿PAD＿USAGEフィールド，分割番号フィールド，分割総数フィールド，COPYフィールドを割り当てているが、これに限らず、チャネル毎に、ＭＡＣまたはＰＨＹにおいてフレームを拡張することとしてもよい。
一方、受信側の無線局６１では、送信側の無線局６０からフレームを受信した場合、MAC＿PAD＿USAGEフィールド，分割番号フィールド，分割総数フィールド，COPYフィールドを確認する。
なお、COPYフィールドにて、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＿PAD＿USAGEフィールドによって、ＭＡＣまたはＰＨＹにて追加された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かれた値よりも、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＿PAD＿USAGE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。
以上のように、本発明にかかる基地局および無線端末は、無線ＬＡＮ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。
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る。 第２図は、広帯域無線ユニットの構成を示す図である。 第３図は、IEEE802.11aに準拠したデータフレームフォーマットを示す図である。 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る。 第５図は、ＭＰＤＵの分割／分配方法を示す図である。 第６図は、IEEE802.11aに準拠したデータフレームフォーマットを示す図である。 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る。 第８図は、フレームの一部を分割する方法を示す図である。 第９図は、IEEE802.11aに準拠したデータフレームフォーマットを示す図である。 第１０図は、フレームの一部を分割する方法を示す図である。 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。 第１２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。 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。
符号の説明
１ 基地局（ＡＰ）
２Ａ，２Ｂ 無線端末（ＳＴＡ）
１２−１，１２−２ アンテナ
１３ アクセス系終端ユニット
１４ 信号インタフェースユニット
１５ 広帯域無線ユニット
２１Ａ，２１Ｂ 情報機器本体
２２Ａ，２２Ｂ 端末ユニットシステム
２３Ａ−１，２３Ａ−２，２３Ｂ−１，２３Ｂ−２ アンテナ
２４Ａ，２４Ｂ 端末インタフェースユニット
２５Ａ，２５Ｂ 広帯域無線ユニット
３１，３１−１，３１−２，３１−３ 物理層（ＰＨＹ）
３２ ＭＡＣ（Media Access Control）
３３ ホストインタフェースユニット（Host Interface）
３４，３４−１，３４−２，３４−３ Transmission（Tx）ユニット
３５，３５−１，３５−２，３５−３ Reception(Rx)ユニット
３６ RxControlユニット
３７ TxControlユニット
３８ ProtocolControlユニット

Claims (10)

  1. 転送レートが異なる複数の通信チャネルを用いてデータフレームを送信する無線通信システムにおける送信機が採用する送信方法であって、
    上記複数の通信チャネルにおける送信バースト時間の差が１シンボル時間以内となるように１データフレームを各通信チャネルに分配し、各通信チャネルで同時に送信するフレーム分配送信ステップ、
    を含むことを特徴とする送信方法。
  2. 複数のアンテナを用いてデータフレームを送信する無線通信システムにおける送信方法であって、
    各アンテナにおける送信レートを決定する送信レート決定ステップと、
    上記複数のアンテナにおける送信バースト時間の差が１シンボル時間以内となるように１データフレームを各アンテナに分配し、各アンテナから同時に送信するフレーム分配送信ステップと、
    を含むことを特徴とする送信方法。
  3. 複数の通信チャネルを用いて、長さにより第１種および該第１種より短い第２種に分類されるフレームを送信する無線通信システムにおける送信機が採用する送信方法であって、
    上記各通信チャネルそれぞれの送信レートを決定する送信レート決定ステップと、
    上記第１種または第２種に分類されたフレームを上記通信チャネルへ分配し、各通信チャネルで同時に送信するフレーム分配送信ステップと、
    を含み、
    送信するフレームが上記第１種に分類されたフレームの場合、上記送信レート決定ステップにおいて、上記複数の通信チャネルに対して複数の送信レートを設定し、かつ、上記フレーム分配送信ステップにおいて、上記送信レートを設定された各通信チャネルにおけるそれぞれの送信バースト時間の差が１シンボル時間以内となるように１フレームを各通信チャネルに分配し、
    送信するフレームが上記第２種に分類されたフレームの場合、上記送信レート決定ステップにおいて、上記複数の通信チャネルに対して共通の送信レートを設定し、かつ、上記フレーム分配送信ステップにおいて、送信するフレームを各通信チャネルに割当てることを特徴とする送信方法。
  4. 複数の通信チャネルを用いて、データフレームおよびコントロールフレームを送信する無線通信システムにおける送信機が採用する送信方法であって、
    上記各通信チャネルそれぞれの送信レートを決定する送信レート決定ステップと、
    上記データフレームまたはコントロールフレームを上記通信チャネルへ分配し、各通信チャネルで同時に送信するフレーム分配送信ステップと、
    を含み、
    データフレームを送信する場合、上記送信レート決定ステップにおいて、上記複数の通信チャネルに対して複数の送信レートを設定し、かつ、上記フレーム分配送信ステップにおいて、上記送信レートを設定された各通信チャネルにおけるそれぞれの送信バースト時間の差が１シンボル時間以内となるように１データフレームを各通信チャネルに分配し、
    コントロールフレームを送信する場合、上記送信レート決定ステップにおいて、上記複数の通信チャネルに対して共通の送信レートを設定し、かつ、上記フレーム分配送信ステップにおいて、送信するコントロールフレームを各通信チャネルに割当てることを特徴とする送信方法。
  5. 上記コントロールフレームは、ＣＴＳ（Clear To Send）信号、ＣＴＳ−ｍｙ−ｓｅｌｆ信号、ＡＣＫ信号またはＣＦ−Ｅｎｄ信号であることを特徴とする請求項４に記載の送信方法。
  6. 転送レートが異なる複数の通信チャネルを用いてデータフレームを送信する無線通信システムにおける送信機であって、
    上記複数の通信チャネルにおける送信バースト時間の差が１シンボル時間以内となるように１データフレームを各通信チャネルに分配し、各通信チャネルで同時に送信するフレーム分配送信手段、
    を備えることを特徴とする送信機。
  7. 複数のアンテナを用いてデータフレームを送信する無線通信システムにおける送信機であって、
    各アンテナにおける送信レートを決定する送信レート決定手段と、
    上記複数のアンテナにおける送信バースト時間の差が１シンボル時間以内となるように１データフレームを各アンテナに分配し、各アンテナから同時に送信するフレーム分配送信手段と、
    を備えることを特徴とする送信機。
  8. 複数の通信チャネルを用いて、長さにより第１種および該第１種より短い第２種に分類されるフレームを送信する無線通信システムにおける送信機であって、
    上記各通信チャネルそれぞれの送信レートを決定する送信レート決定手段と、
    上記第１種または第２種に分類されたフレームを上記通信チャネルへ分配し、各通信チャネルで同時に送信するフレーム分配送信手段と、
    を備え、
    送信するフレームが上記第１種に分類されたフレームの場合、上記送信レート決定手段は、上記複数の通信チャネルに対して複数の送信レートを設定し、かつ、上記フレーム分配送信手段は、上記送信レートを設定された各通信チャネルにおけるそれぞれの送信バースト時間の差が１シンボル時間以内となるように１フレームを各通信チャネルに分配し、
    送信するフレームが上記第２種に分類されたフレームの場合、上記送信レート決定手段は、上記複数の通信チャネルに対して共通の送信レートを設定し、かつ、上記フレーム分配送信手段は、送信するフレームを各通信チャネルに割当てることを特徴とする送信機。
  9. 複数の通信チャネルを用いて、データフレームおよびコントロールフレームを送信する無線通信システムにおける送信機であって、
    上記各通信チャネルそれぞれの送信レートを決定する送信レート決定手段と、
    上記データフレームまたはコントロールフレームを上記通信チャネルへ分配し、各通信チャネルで同時に送信するフレーム分配送信手段と、
    を備え、
    データフレームを送信する場合、上記送信レート決定手段は、上記複数の通信チャネルに対して複数の送信レートを設定し、かつ、上記フレーム分配送信手段は、上記送信レートを設定された各通信チャネルにおけるそれぞれの送信バースト時間の差が１シンボル時間以内となるように１データフレームを各通信チャネルに分配し、
    コントロールフレームを送信する場合、上記送信レート決定手段は、上記複数の通信チャネルに対して共通の送信レートを設定し、かつ、上記フレーム分配送信手段は、送信するコントロールフレームを各通信チャネルに割当てることを特徴とする送信機。
  10. 上記コントロールフレームは、ＣＴＳ（Clear To Send）信号、ＣＴＳ−ｍｙ−ｓｅｌｆ信号、ＡＣＫ信号またはＣＦ−Ｅｎｄ信号であることを特徴とする請求項９に記載の送信機。
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