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、ならびに次世代無線LAN規格であるIEEE Std 802.11ax用の仕様フレームワーク文書(Specification Framework Document)であるIEEE 802.11−15/0132r17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は、第1の実施形態に係る無線通信システムの構成を示す。この無線通信システムは、IEEE802.11規格に準拠するとするが、これ以外の通信方式に準拠するシステムも可能である。複数のアクセスポイント(AP)として、AP1とAP2とが配置されている。3つ以上のAPが配置されていてもよい。
AP1が形成する無線通信グループ(BSS:Basic Service Set)1に、複数の端末(STA:Station)として、端末11、端末12、端末13、端末14、端末15、端末16が属している。すなわち、端末11〜端末16は、AP1とアソシエーションプロセスを行い、通信に必要なパラメータの交換が完了することで、AP1との間で無線リンクを確立している。端末がAP1と無線リンクを確立した状態を、端末がAP1に接続していると表現する場合がある。AP1、端末11〜端末16はそれぞれ無線通信装置を搭載している。AP1に搭載されている無線通信装置は、端末11〜端末16に搭載されている無線通信との間で、IEEE802.11ax規格に準拠して通信を行う。BSS1内に端末11〜16以外の端末が存在してもよい。当該端末は、IEEE802.11ax規格に準拠した端末でもよいし、レガシー端末(IEEE802.11b/a/g/n/acに準拠した端末)でもよい。
同様に、AP2が形成する無線通信グループ(BSS:Basic Service Set)2に、端末21、端末22、端末23、端末27、端末28、端末29が属している。すなわち、端末21〜端末23、端末27〜端末29は、AP2との間でアソシエーションプロセスを行うことにより、AP2と無線リンクを確立している。AP2、端末21〜23、27〜29はそれぞれ無線通信装置を搭載している。AP2に搭載されている無線通信装置は、端末21〜23、27〜29に搭載されている無線通信との間で、IEEE802.11規格に準じて通信を行う。BSS2内に端末21〜23、27〜29以外の端末が存在してもよい。当該端末は、IEEE802.11ax規格に準拠した端末でもよいし、レガシー端末(IEEE802.11b/a/g/n/acに準拠した端末)でもよい。
AP1とAP2とは、無線ネットワークまたは有線ネットワークを介して接続されている。AP1とAP2とは、IEEE802.11規格またはその他の規格に準じた方式で、通信を行ってもよい。AP1とAP2が、ケーブルによって直接接続されて、有線通信を行ってもよい。図1の例では、AP1およびAP2間が、有線ネットワークで接続されている。
AP1の通信エリアE1のうち、AP1から近いエリア(近傍エリア)A1には、端末11〜端末13が属している。通信エリアE1のうち、AP1から遠いエリア(遠方エリア)A2には、端末14〜端末16が属している。
同様に、AP2の通信エリアE2のうち、AP2から近いエリア(近接エリア)B1には、端末21〜端末23が属している。通信エリアE2のうち、AP2から遠いエリア(遠方エリア)B2には、端末27〜端末29が属している。
近傍エリアA1は、隣接するAP(ここではAP2)からの信号が届かない、またはAP2からの信号強度が低いエリアである。すなわち、近傍エリアA1は、AP2からの信号が、AP1の信号と干渉しない、または干渉が少ないエリアである。AP1の遠方エリアA2には、隣接するAP2の通信エリアと重複する部分(重複エリアと呼ぶ)が存在し、そこでは、AP2からの信号の受信強度が高く、AP1からの信号と干渉した場合に、AP1からの信号を正しく復号できなくなる可能性がある。遠方エリアA2のうち、重複エリア以外では、近傍エリアと同様に、AP2との干渉がない、または干渉が少ない。AP2の近傍エリアB1および遠方エリアB2も、隣接するAPがAP1に変更になるだけで、隣接APとの干渉に関しては、近傍エリアA1と遠方エリアA2と同様の条件を有する。
図の例では、AP1の近傍エリアA1に、端末11〜端末13,遠方エリアA2に端末14〜端末16が存在する。AP2の近傍エリアB1に、端末21〜端末23、遠方エリアB2に端末27〜端末29が存在する。AP2に属する端末のうち端末27と端末28は、重複エリアに存在する。
なお、APは、中継機能を有すること以外は、端末(STA)と基本的に同様の機能を有するため、APも端末の一形態である。図1の例では、AP1の通信エリアE1内に、AP2が含まれておらず、AP2の通信エリアE2内にAP1が含まれていないが、AP1およびAP2間の通信を端末と同じ規格の無線通信で行う場合、送信電力を、端末より高くすることで、AP1およびAP2間の通信を行ってもよい。
AP1は、複数の端末11〜16から選択した1つまたは複数の端末との間で、周波数多重通信であるOFDMA(OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiple Access)通信が可能である。OFDMAでは、1つまたは複数のサブキャリアを含むリソースユニット(RU)を通信リソースとして端末に割り当て、複数の端末とそれぞれ異なるRUで、同時に通信する。このようなOFDMAを、特にRUベースのOFDMAと呼ぶ。なお、RUのことを、サブ、リソースブロック、周波数ブロックなどと呼んでもよい。アップリンクのOFDMAをUL−OFDMA、ダウンリンクのOFDMAをDL−OFDMと記述する。本実施形態では、少なくとも、AP1は、DL−OFDMを実行可能である。
同様に、AP2は、複数の端末21〜23、27〜29から選択した1つまたは複数の端末との間で、OFDMA(OFDMA:Orthogonal Frequency Division Multiple Access)通信が可能である。本実施形態では、AP2は、UL−OFDMAおよびDL−OFDMのうち、少なくともDL−OFDMAを実行可能である。
図2に、1つのチャネル(ここではチャネルMと記述している)の連続した周波数領域内に確保したリソースユニット(RU#1、RU#2、・・・RU#K)を示す。チャネルMには、互いに直交する複数のサブキャリアが配置されており、1つまたは複数の連続するサブキャリアを含む複数のリソースユニットが、チャネルM内に定義されている。リソースユニット間には、1つ以上のサブキャリア(ガードサブキャリア)が配置されてもよいが、ガードサブキャリアは必須ではない。1つのチャネルの帯域幅は、一例として、20MHz、40MHz、80MHz、160MHzなどであるが、これらに限定されない。20MHzの複数のチャネルをまとめて1つのチャネルとしてもよい。複数の端末がそれぞれ異なるリソースユニットを同時に用いることで、OFDMA通信が実現される。
1つのリソースユニットに含まれるサブキャリア数(トーン数)は、リソースユニットごとに異なってもよい。例えば、1つのRUのサブキャリア数(トーン数)のバリエーションを26、52、106、242サブキャリアであるとする。
図3に、ある周波数帯域幅BW(ここでは20MHz幅)におけるRUの割り当てパターンを示す。例えばパターンは26通りある。周波数帯域幅の中心に配置されるRUに含まれるサブキャリア数は26に決まっているとする。図中の各パターンの左側に記載する数字は、割り当てパターン番号を示す。図中の四角内に記載する数字は、サブキャリア数を示す。
図4(A)は、MACフレームの基本的なフォーマット例を示す。本実施形態に係るMACフレームは、このようなフレームフォーマットをベースとする。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4(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、フレームの種別に応じて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4(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。
Address1フィールドには、受信先アドレス(Receiver Address;RA)が、Address2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。MACフレームのフレーム種別として、データフレーム、管理フレームおよび制御フレームが存在し、これらの大別は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の識別はSubtypeフィールドで行われる。後述するトリガーフレームも、タイプおよびサブタイプの組み合わせで区別してもよい。
Duration/IDフィールドは媒体予約時間を記載し、他の端末宛ての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。このような仮想的に媒体をビジーであると判定する仕組み、或いは、仮想的に媒体をビジーであるとする期間は、前述したように、NAV(Network Allocation Vector)と呼ばれる。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。
管理フレームでは、固有のElement ID(IDentifier)が割り当てられた情報エレメント(Information element;IE)をFrame
Bodyフィールドに設定できる。フレームボディフィールドには、1つまたは複数の情報エレメントを設定できる。
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)などがある。
図5を用いて、本実施形態が解決する技術的課題を説明する。図5は、AP1が、端末11〜16とDL−OFDMA通信を行い、AP2が、端末21〜23、27〜29とDL−OFDMA通信を行う例を示す。AP1およびAP2とも、同じ周波数帯域としてチャネル1(Ch1)を用いる状況を想定する。AP1は、端末11〜16にリソースユニット(RU)1〜RU6を割り当てている。AP2は、端末21〜23、27〜29に、RU1〜RU3、RU7〜RU9を割り当てている。チャネルの帯域幅は、20MHz、40MHz、80MHz、160MHzなど様々可能であるが、ここでは、20MHzを想定する。チャネル1には、RU1〜9が含まれるとする。
AP1から端末11〜16へのDL−OFDMA送信の動作例を説明する。図6に、DL−OFDMAで使用する物理パケットの構成例を示す。AP1が、端末11〜16に、MACフレーム(それぞれMACフレーム11〜16とする)をDL−OFDMAにより送信する状況を想定する。AP1は、レガシーフィールドと、SIG1フィールドと、端末11〜16毎のRUで送信されるMACフレームと、を含む物理パケットを送信する。
すなわち、端末11〜16宛のMACフレーム11〜16に共通のSIG1フィールドを付加する。そして、IEEE802.11規格で定義されているレガシーフィールドを、SIG1フィールドの先頭に付加することにより、物理パケットを構成する。したがって、端末11〜16の物理パケットにおいて、レガシーフィールドとSIG1フィールドが端末11〜16に共通であり、MACフレームは端末ごとに個別に設定される。なお、SIG1フィールドと、各MACフレームとの間に、RU毎に別のフィールド(例えばSIG2フィールド、STF(Short Training Field)、LTF(Long Training Field)など)が設けられてもよい。
レガシーフィールドは、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、IEEE802.11a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、周波数補正(伝搬路推定)、伝送速度などの情報が格納される。
SIG1フィールドには、端末11〜16に対して通知する制御情報が設定される。制御情報の一例として、端末11〜16毎に使用するRU(ここではRU1〜RU6)を指定する情報を設定する。具体的には、端末の端末識別子(STAIDと記述する場合もある)と、使用するRUとを互いに関連づけて設定する。端末識別子(STAID)は、アソシエーションプロセスでAP1から割り当てられるアソシエーションID(AID)でもよいし、AIDの一部(Partial AID)でもよいし、MACアドレス等その他の識別子でもよい。また、SIG1フィールドには、端末11〜16に指定したRUごとに、MACフレームの復号に必要な情報、例えばMCS(Modulation And Coding Scheme)や、その他の情報を設定してもよい。SIG1フィールドは、一例としてIEEE802.11axで検討されているPHY HE−SIG−AフィールドおよびHE−SIG−Bフィールドを含んでいる。
図7に、SIG1フィールドにおいて、端末毎にRUを指定するために用いるフィールドのフォーマットの例を示す。図示のフィールドは、IEEE802.11axで検討されているPHY HE−SIG−Bフィールド内で定義されている、RU allocation Sub−field(RU割り当てフィールド)とUser specific field(ユーザ固有フィールド)とを含む。RU割り当てフィールドには、RU割当パターンを示す値を設定する。例えば、“00000000”であれば、1つのRUが26サブキャリアからなる9個のRUの割り当てパターン(9多重割り当て)を意味する。9個のRUには、予め定められた規則により番号(#1〜#9)が割り当てられている。これらのRUを、RU#1〜RU#9と表す。ユーザ固有フィールドは、User field#1〜User field#9を含む。User fieldの個数は可変であり、ここでは、RU割り当てフィールドの値が、上記“00000000”(9多重割り当て)である場合に対応している。User field#1〜User field#9には、それぞれRU#1〜RU#9が対応づけられており、それぞれにRU#1〜RU#9を割り当てる端末に関する情報(端末割当情報)を設定する。例えば、端末識別子(STAID)を設定する。STAIDの他に、MCSなどの情報を設定してもよい。
例えば、User field#1に、STA1およびMCS3を設定した場合は、RU#1を、STA1を有する端末に割り当て、RU#1で送信されるMACフレームを、MCS3によって識別されるMCSによって復号することを意味する。以下の説明では、SIG1フィールドが、図7のフィールドを含む場合を想定する。ただし、端末ごとに、割り当てるRUを指定するためのフォーマットは、図7に限定されず、他のフォーマットを用いてもよい。
なお、SIG1フィールドと、各MACフレームとの間に、RU毎に別のフィールド(たとえばSIG2フィールド)が設けられる場合、MACフレームの復号に必要なMCSを、SIG1フィールドでなく、SIG2フィールドに設定する構成も可能である。
AP1は、レガシーフィールドおよびSIG1フィールドを、チャネル幅帯域(20MHz)で送信し、SIG1フィールドで指定したRUごとに、RUを割り当てられた端末宛のMACフレームを送信する。
AP1からの信号を受信した端末11〜16は、レガシーフィールドを処理した後、SIG1フィールドを復号することで、自端末が復号すべきRUを特定する。例えば、各端末は、図7のRU allocation Sub−field(RU割り当てフィールド)の値を確認し、RU割当パターンを特定する。ここでは、RU割り当てフィールドの値が、上記“00000000”(9多重割り当て)であると認識する。各端末は、複数のUser field#1〜User field#9の中に、自端末のSTAIDが設定されているUser fieldが存在するかを調べる。自端末のSTAIDが設定されているUser fieldを検出したら、そのUser fieldの番号に対応づけられたRUの信号を、自端末が割り当てられたことを認識する。例えば、端末13がUser field#3に自端末のSTAIDが設定されていることを検出した場合は、RU#3が自端末に割り当てられたことを認識する。また、自端末のSTAIDが検出されたUser fieldから、STAID以外の情報(MCS等)を検出する。各端末は、自端末に割り当てられたRUの信号を、検出したMCSで復号することで、後続する後続するペイロードを復号して、自端末宛のMACフレームを受信する。本例では、このようにして、端末11〜16が、それぞれ割り当てられたRU#1〜RU#6で、自端末宛のMACフレーム11〜16を受信する。端末11〜16は、MACフレームのFCSに基づき検査(CRC検査等)を行い、検査結果が成功の場合は、必要に応じて、送達確認応答フレーム(例えばACKフレーム、BA(Block Ack)フレームなど)をAP1に送信する。ACKフレームの送信は、例えばCSMA/CAに基づき、キャリアセンスを用いて、無線媒体へのアクセス権を獲得することで行う。
AP2も、同様に、端末21〜23、27〜29に、MACフレーム(それぞれMACフレーム21〜23、27〜29とする)を、DL−OFDMA送信する。具体的に、レガシーフィールドと、SIG1フィールドと、端末21〜23、27〜29宛の複数のMACフィールドとを含む物理パケットを送信する。SIG1フィールドでは、端末21〜23、27〜29に割り当てるRU(ここではそれぞれRU1〜RU3、RU7〜RU9)等を指定する情報を、図7のフォーマットを利用して設定する。AP2からダウンリンク送信される信号を受信した端末21〜23、27〜29は、端末11〜16と同様にしてSIGフレーム1から自端末に割り当てられたRUを特定する。そして、当該RUで送信されるペイロードを復号して、自端末宛のMACフレーム21〜23、27〜29を受信する。
ここで、AP1とAP2は、同じチャネル(Ch1)を使用しているため、例えば重複エリアにいる端末27、28は、AP1がDL−OFDMA送信しているときに、AP2がDL−OFMDA送信をした場合、あるいは、AP1とAP2とが同時にDL−OFDMA送信をした場合など、両方の信号を受信し、信号衝突により、受信信号の復号に失敗する場合がる。この状況を、図8に示す。この例では、端末16と端末28に着目した動作例を示している。“TX”は送信を意味し、“RX”は受信を意味している。
AP1が、DL―OFDMAで物理パケットを送信し(S1)、端末16が物理パケットを受信する。端末16は、自端末宛のMACフレームの受信に成功し、ACKフレームを送信する(S2)。AP1が送信した信号は、重複エリアにいる端末28にも受信される。端末28は、AP1からの信号の受信中に、AP2からDL−OFDMA送信される物理パケットの信号も受信し(S3)、受信エラーとして、物理パケットの復号(ヘッダの復号等)に失敗する。ここでは端末28に着目したが、端末27でも同様の事が生じる。端末21〜23、29は、AP1からの信号が届かないため、AP2から送信される物理パケットの受信に成功する。また、BSS1に属する端末11〜15も、AP2からの信号が届かないため、AP1から送信される物理パケットの受信に成功する。このように、互いに隣接するAP1およびAP2が同じチャネルを用いる場合、隣接するAPからの信号が届かない端末は、自BSSのAPからDL−OFDMA送信される物理パケットの受信に成功するが、隣接するAPからの信号が届く端末では、信号衝突により、自BSSのAPからDL−OFDMA送信される物理パケットの受信に失敗する可能性がる。このことは、周波数利用効率の低下につながる。
本実施形態では、AP1とAP2が互いに通信により連携動作を行うことで、周波数利用効率を高める。具体的には、AP1とAP2は、同一のRUを割り当てる端末として、同一のSTAIDをもつ端末を選択し、選択した端末の端末割当情報を、当該RUに対応するUser fieldに設定する。また、AP1とAP2のそれぞれで、相手のAP(AP1にとってAP2、AP2にとってAP1)が使用しないRUに対しては、任意のSTAIDをもつ端末を選択し、選択した端末の端末割当情報を、当該RUに対応するUser fieldに設定する。相手のAPが使用するRUについては、相手のAPから端末割当情報を取得し、取得した端末割当情報を、当該RUに対応するUser fieldに設定する。このような設定に基づき、AP1とAP2が生成するRU Allocation Sub−fieldおよびUser specific fieldの値は同じになる。AP1とAP2のそれぞれは、RU Allocation Sub−fieldおよびUser specific fieldを含むSIG1フィールドを生成する。なお、SIG1フィールド内の他のフィールドの値はAP1およびAP2で同じになるように、予め決められているか、事前の連携によりなっている。そして、AP1とAP2のそれぞれは、レガシーフィールドとSIG1フィールドとをチャネル幅帯域で送信し、それぞれ自APが端末に割り当てたRUで、MACフレームを送信する。各APは、自APが端末を割り当てなかったRUではフレーム送信を行わない。AP1とAP2からの送信は同時に行う。AP1とAP2の双方からの信号を受信する端末(例えば端末28、27のような重複エリアに存在する端末)は、AP1とAP2からの信号を同時に受信する。これらの端末は、AP1とAP2から同時に送信される信号を受信しても、レガシーフィールドとSIG1フィールドには、AP1とAP2で共通の値が設定されているため、これらのフィールドを復号できる。よって、SIG1フィールドの復号結果から、自端末に割り当てられたRUを特定し、特定されたRUで送信されたMACフレームを受信できる。これにより、重複エリアにいる端末についても、DL−OFDMA送信を成功させ、周波数利用効率の向上を図ることができる。
以下、本手法の具体例を示す。図9(A)に示すように、AP1は、STA11〜STA16にSTAIDとして、ID1〜ID6を割り当てているとする。また、AP2は、図9(B)に示すように、STA21〜STA23、STA27〜S29にSTAIDとして、ID1〜ID3、ID7〜ID9を割り当てているとする。STA11〜STA13のSTAIDは、STA21〜STA23のSTAIDと同じである。この場合において、前述した図5のように、AP1およびAP2が自局内の端末にRUの割り当てを行い、それぞれSTA11〜STA16と、STA21〜STA23およびSTA27〜S29とに、DL−OFDMA送信を行う状況を考える。
図10(A)に、AP1におけるUser field#1〜User field#9の設定例を示す。図10(B)に、AP2におけるUser field#1〜User field#9の設定例を示す。
AP1とAP2双方において、それぞれの近傍エリア内では同じRU(ここではRU#1〜RU#3とする)を使用するものとする。AP1とAP2は、これらのRUに関連するUser Fieldに対して、それぞれ同一のSTAIDを設定する。AP1は、User field#1〜User field#3に、ID1〜ID3(すなわち端末11〜端末13のSTAID)を設定する。また、AP2は、User field#1〜User field#3に、ID1〜ID3(すなわち端末21〜端末23のSTAID)を設定する。
一方、AP1とAP2双方において、それぞれの遠方エリアで使用するRU(ここではRU#4〜RU9)に対しては、相手のAPが使用しないRUに端末を割り当てる。本例では、AP1は、User field#4〜User field#6に、ID4〜ID6(すなわち端末14〜端末16のSTAID)を設定する。また、AP2は、RU#4〜RU#6はAP1が使用するため使えないが、RU#7〜RU#9はAP1が使用しないと判断し、User field#7〜User field#9に、ID7〜ID9(すなわち端末27〜端末29のSTAID)を設定する。
また、AP1とAP2双方において、相手のAPのみが使用するRUについて、当該RUに設定される端末割当情報(ここでは説明の簡単のためSTAIDのみを想定)を相手のAPから取得し、取得した端末割当情報を、当該RUに対応するUser fieldに設定する。本例では、AP1は、User field#7〜User field#9に、AP2から取得したID7〜ID9(すなわち端末27〜端末29のSTAID)を設定する。また、AP2は、User field#4〜User field#6に、AP1から取得したID4〜ID6(すなわち端末14〜端末16のSTAID)を設定する。これにより、AP1およびAP2が生成するRU Allocation Sub−fieldおよびUser specific fieldは同じになる。また、RU allocation Sub−fieldには、AP1およびAP2の双方で同じ値が設定される。
ここではUser fieldに、端末割当情報としてSTAIDのみを設定したが、MCSなど他の情報を設定してもよい。この場合も、User field#1〜User field#9のすべてにおいて、AP1とAP2の双方で同じ値が設定されるように、AP1およびAP2間で連携する。
AP1およびAP2のそれぞれは、同じレガシーフィールドと、同じSIG1フィールドとをチャネル幅帯域で送信し、さらに、後続して、自APがSIG1フィールドで自局に属する端末に指定したRUで、当該端末宛のMACフレームを送信する。
AP1が送信する物理パケットの例を図11(A)に示す。横軸は時間、縦軸は周波数である。ここでは、RU#1〜RU#9の順に周波数が高くなっているが、これに限定されるものではない。レガシーフィールドとSIG1フィールドとはチャネル幅帯域(20MHz)で送信され、MACフレームは、該当するRUで送信される。なお、SIG1フィールドとMACフレームとの間に上述した別のフィールドが存在する場合は、当該フィールドも、MACフレームと同じRUで送信される。端末を割り当てなかったRU(RU#7〜RU#9)では、MACフレームの送信は行われない。図における“STA11”〜“STA16”は、端末11〜16宛のMACフレームであることを意味している。図11(B)にAP2が送信する物理パケットの例を示す。AP2では、RU#4〜RU#6が端末に割り当てられていないため、これらのRUでは、MACフレームは送信されない。
重複エリアにいる端末(例えば端末28を想定)では、AP1とAP2の両方から同時に信号を受信する。AP1から送信されるレガシーフィールドとSIG1フィールドは、AP2から送信されるレガシーフィールドとSIG1フィールドと同じ信号である。このため、端末28では、レガシーフィールドとSIG1フィールドを正常に復号し、RU allocation Sub−fieldとUser specific fieldを検出できる(図10(B)参照)。端末28は、自端末のSTAID(=ID8)を、User field#8から検出する。よって、RU#8で送信された信号を復号して、自端末宛のMACフィールドを受信できる。なお、AP1からは、RU#7〜RU#9では、MACフレームは送信されないため、端末28が受信するRU#8における信号衝突は発生しない。
上述のようにAP1およびAP2間で連携して、双方で使用する同一のRUには、同一のSTAIDをもつ端末を割り当て、物理ヘッダ部分(SIG1フィールド等)に設定する情報をAP1およびAP2間で同一になるように調整することで、AP1およびAP2が同一のチャネルを用いてOFDMAをしても、高い周波数利用効率を得ることができる。すなわち、同一RUを複数のAPが同時に使用するFFRを、無線LANシステムにて実現することができる。
図12に、本実施形態に係る無線LANシステムの動作のシーケンス例を示す。AP1は、AP2と連携してDL−OFDMA送信(一部のRUを両APで共通して使用して行うDL−OFDMA送信)を行うことを決定すると、AP2に、連携に必要な情報(以下、FFR情報と呼ぶことがある)を含むデータを送信する(S11)。
より詳細には、AP1は、使用するRU割当パターンを決定する。ここでは、前述した9多重のパターンを選択する。近傍エリアA1内にいる端末数などに基づき、AP2と共通して利用するRU(FFR機能をオンにするRU。FFR用RU)を決定する。ここでは、近傍エリアA1内に端末11〜13が存在し、これらの端末に対して送信するデータが存在すると判断して、3つのRU(ここではRU#〜RU#3)を、FFR用RUとして決定する。また、AP1は、遠方エリアA2内にいる端末14〜16へ送信するデータが存在すると判断し、これらの端末に割り当てるRUとして、RU#4〜RU#6を決定する。AP1は、AP2へ送信するFFR情報として、RU割当パターンを示す値と、FFR用RU(RU#1〜RU#3)を指定する情報(FFRオン情報)と、RU(RU#1〜RU#6)に関連づけて端末割当情報を指定した情報(FFR対応情報)とを送信する。端末割当情報は少なくともSTAIDを含み、MCSなど、他の情報を含んでもよい。ここでは、FFRオン情報は、RU#1〜RU#3の識別子を含む。FFR対応情報は、RU#1〜RU#6の識別子と、端末11〜端末16の端末割当情報(ID1〜ID6など)とを互いに関連づけた情報含む。
なお、ここではAP1がRU割当パターンおよびFFR用RUを決定したが、別の方法として、事前にAP1およびAP2間のネゴシエーションにより決定してもよいし、システムまたは仕様で事前に決められていても良い。
AP2は、AP1から受信したFFR情報に含まれるFFRオン情報に基づき、FFR用RUを把握する。ここでは、RU#1〜RU#3がFFR用RUであると把握する。AP2は、FFR対応情報に基づき、RU#1〜RU#3に対して、AP1と同じく、STAID(ID1〜ID3)をもつ端末を割り当てる。ここでは、RU#1〜RU#3に対して、それぞれSTAIDとしてID1〜ID3を有するSTA21〜STA23を割り当てる。また、AP2は、AP1はRU#7〜RU#9を使用しないと判断し、RU#7〜RU#9に、STAIDとしてID7〜ID9を有するSTA27〜STA29を割り当てる。AP2は、AP1が使用しないRUに割り当てた端末の端末割当情報とRUの識別子とを、FFR情報として、AP1に送信する(S13)。ここでは、RU#7〜RU#9の識別子と、端末27〜端末29の端末割当情報(ID7〜ID9等)を互いに関連づけた情報を送信する。
AP2からFFR情報を受信したAP1は、DL−OFDMAの実行タイミングを決定し、実行タイミング情報を含むDL−MU(Downlink Multi−User)通知のフレームを、AP2に送信する(S14)。DL−OFDMAの実行タイミングは、時刻によって指定してもよいし、DL−MU開始通知のフレームの先頭または末尾からの経過時間によって指定してもよい。予め定められた複数のタイミング候補のうちの1つを指定するのでもよい。ここで挙げた以外の方法で、実行タイミングを指定してもよい。
AP1とAP2は、DL−OFDMAの実行タイミングが到来すると、DL−OFDMA送信を行う(S15、S16)。これにより、AP1とAP2とで、同時にDL−OFDMA送信が行われる。AP1は、図11(A)に示した物理パケットを送信し、AP2は図11(B)に示した物理パケットを送信する。ここで、AP1とAP2が送信する物理パケットにおけるRU allocation Sub−fieldおよびUser specific fieldの値は同じである。SIG1フィールド内にこれら以外のフィールド以外の値も、AP1とAP2の双方で、同じである。また、レガシーフィールドも、AP1とAP2の双方で同じである。
AP2が送信する物理パケットのSIG1フィールドで指定された端末21〜23、27〜29は、SIG1フィールドを解釈して、自端末に割り当てられたRUを特定し、特定したRUの信号を復号して、MACフレームを受信する。特に、端末27および端末28では、AP1とAP2の双方から同時に物理パケットの信号を受信するが、SIG1フィールドの値が同じため、受信信号を正しく復号できる(S18)。図では、端末28に着目し、端末28の受信が成功した状況が示されているが、端末27および端末21〜23、29でも正しく受信信号が復号される。AP1が送信する物理パケットで指定された端末11〜16も、SIG1フィールドを解釈して、自端末に割り当てられたRUを特定し、特定したRUの信号を復号して、MACフレームを受信する(S17)。図では、端末16に着目し、端末16の受信が成功した状況が示されているが、端末11〜15でも同様である。
上述したシーケンス例では、RU#1〜RU#9のうち一部のRUをFFR用RUとして用いたが、RU#1〜RU#9のすべてを、FFR用RUとして用いることも可能である。また、1つの端末に複数のFFR用RUを割り当てることも可能である。また、1つの端末にFFR用RUと、FFR用RU以外のRU(通常RUと呼ぶ)との両方を割り当ててもよい。
また、AP2は、図12のステップ13で、FFR用RU以外のRU(通常RU)に割り当てた端末の端末割当情報等を含むFFR情報を送信したが、AP2が、通常RUに端末を割り当てない場合は、FFR情報の送信を省略してもよい。この場合、AP1は、自APからのFFR情報の送信から一定時間経過しても、AP2からFFR情報を受信しない場合には、AP2での通常RUへの端末割当はないものと判断して、DL−MU開始通知フレームを送信してもよい。
また、AP2が、AP1が決定したFFR用RUと異なるRUを、FFR用RUとして用いたい場合は、AP2がFFR用RUの再決定を依頼するフレームをAP1に送信してもよい。この際、AP2は、自APが使用したいFFR用RUを当該フレームで指定してもよい。AP1は、当該フレームを受信した場合、FFR用RUを再決定して、図12と同様のシーケンスを再度行う。
図13Aは、AP1またはAP2(以下、APと記載)に搭載される無線通信装置の機能ブロック図である。APは、自APが形成するBSS内の端末と無線通信を行う。ここでは、APが、隣接するAPとの通信を、端末と同じ通信方式を用いて行う場合の構成を示す。
APの無線通信装置は、制御部101と、送信部102と、受信部103と、アンテナ12A、12B、12C、12Dと、バッファ104とを備えている。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。制御部101は、端末との通信を制御する制御部またはベースバンド集積回路に対応し、送信部102と受信部103は、アンテナを介してフレームを送受信する無線通信部またはRF集積回路を形成する。制御部101の処理、および送信部102と受信部103のデジタル領域の処理の全部または一部は、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、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。APは、制御部101、送信部102および受信部103の全部または一部の処理を行うプロセッサを備えてもよい。
バッファ104は、上位層と制御部101との間で、フレーム等を受け渡しするための記憶部である。バッファ104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。上位層は、別のネットワークから受信したフレームを、自BSSに属する端末側への中継のためバッファ104に格納してもよい。また、上位層は、端末側から受信したフレームまたはそのペイロードを、制御部101からバッファ104を介して受けとってもよい。上位層は、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を行ってもよい。または、TCP/IPやUDP/IPの処理は制御部101で行い、上位層では、それより上位の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101は、主としてMAC層の処理、および物理層の処理の一部(例えばOFDMA関連の処理等)を行う。制御部101は、送信部102および受信部103を介して、フレームを送受信することで、端末との通信を制御する。また、制御部101は、送信部102および受信部103を介して、隣接するAPと通信することで、DL−OFDM等のマルチユーザ伝送の連携に必要な情報(FFR情報)の交換を行う。また制御部101は、定期的にAPのBSS(Basic Service Set)の属性および同期情報等を通知するビーコンフレームを送信する。また、制御部101は、クロックを生成するクロック生成部を含み、クロック生成部で生成するクロックを利用して、内部時間を管理してもよい。制御部101は、クロック生成部で作ったクロックを、外部に出力してもよい。あるいは、制御部101は、外部のクロック生成部で生成してクロックの入力を受け、当該クロックを利用して、内部時間を管理してもよい。
制御部101は、端末からのアソシエーション要求を受けて、アソシエーションプロセスを行い、お互いの能力・属性等の必要な情報を交換することで、当該端末と無線リンクを確立する。能力情報は、DL−OFDMAを実施可能か否かの情報を含んでも良い。また、能力情報は、端末で実施可能なRU割当パターンの情報、使用可能なRUの情報などを含んでもよい。制御部101は、必要に応じて、事前に端末との間で認証プロセスを行ってもよい。制御部101は、バッファ104を定期的に確認することで、バッファ104の状態を把握する。または、制御部101は、外部からのトリガーによりバッファ104の状態を確認してもよい。
送信部102は、送信するフレームに物理ヘッダの付加を行って物理パケットを生成し、さらに符号化および変調処理等の物理層の処理を行う。送信部102は、変調後の物理パケットに対して、DA変換、所望帯域成分を抽出するフィルタ処理、周波数変換(アップコンバート)等を行い、これらにより得られた信号をプリアンプで増幅して、1つまたは複数のアンテナから空間に電波として放射する。送信部102は、物理ヘッダの一部または全部の生成に必要な情報を制御部101から取得してもよい。物理ヘッダの一部または全部を制御部101で付加してもよい。OFDMA送信の場合の動作例は後述する。
アンテナで受信された信号は、受信部103において、低雑音増幅器(LNA:Low
Noise Amplifier)により増幅され、周波数変換(ダウンコンバート)され、フィルタリング処理で所望帯域成分が抽出される。抽出された信号は、さらにAD変換によりデジタル信号に変換されて、復調および誤り訂正復号、物理ヘッダの処理等、物理層の処理を経た後、それぞれ制御部101にフレームが入力される。物理ヘッダの全部または一部の処理を制御部101で行ってもよい。なお、後述する他の実施形態のようにUL−OFDMAを行う場合は、複数の端末のそれぞれから送信される信号をRUごとに分離することで、端末ごとにフレーム(データフレーム、ACKフレーム等)を抽出する。
制御部101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基づき、送達確認応答フレーム(ACKフレーム、BA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102を介して送信する。後述するUL−OFDMAで複数の端末からフレームを送信した場合、送達確認応答フレームとして、IEEE802.11axで検討されているMulti−Station BAフレームを送信してもよい。
本実施形態に係るAPの第1の動作例(図12のAP1の動作例に対応)として、制御部101は、任意のタイミングで、DL−OFDMAを行うことを決定する。制御部101は、RU割当パターン(図3参照)を決定し、また、決定したRU割当パターンに含まれる複数のRUから、FFR用のRUを決定する。無線リンクを確立した端末(OFDMA対応端末)の中から、DL−OFDMAを行う対象となる1つまたは複数の端末を選択する。また、制御部101は、選択した端末にRU(FFR用RUまたはそれ以外のRU(通常RU))を割り当てる。なお、ここでは、FFR用RUと通常RUを割り当てたが、FFR用RUのみを割り当ててもよい。ここでは、端末の選択を先に行ったが、RU(FFR用RU、通常RU)を先に複数選択し、その後に、RUを割り当てる端末を選択してもよい。
FFR用RUを割り当てる端末は、一例として近傍エリア内にいる端末、通常RUを割り当てる端末は、遠方エリア内にいる端末である。端末がどちらのエリアに属するかは、任意の方法で判定すればよい。例えば、端末からの受信電力と閾値とを比較することで判断を行ってもよい。または、APがGPS(Global Positioning System)を搭載する場合には、GPSを利用して判断してもよい。また、制御部101が、端末との距離推定を行い、推定した距離に基づいて判断してもよい。ただし、FFR用RUを遠方エリア内にいる端末(例えば隣接するAPと反対側等に存在し、重複エリアに属さない端末)に割り当ててもかまわない。また、通常RUを近傍エリア内にいる端末に割り当てることも可能である。
制御部101は、各選択した端末に対して、MCSやパケット長(PPDU長等)等、その他のパラメータを必要に応じて決定する。
制御部101は、送信部102を介して、連携相手のAPにFFR情報を送信する。FFR情報は、例えば、FFRオン情報(FFR用RUを指定した情報)と、FFR対応情報(RU(FFR用RUと通常RU)の識別子と、当該RUを割り当てられた端末の端末割当情報(STAID等)とを対応づけた情報)と、RU割当パターンの値とを含む。
制御部101は、相手のAPからFFR情報を受信すると、DL−OFDMAの実行タイミングを決定し、実行タイミングを指定したDL−MU開始通知を送信する。DL−MU開始通知で指定した実行タイミング(予め定めたタイミング)が到来すると、制御部101は、DL−OFDMAを実行する。具体的に、制御部101は、上記で選択した各端末の端末割当情報(端末識別子等)を、当該端末に割り当てたRUに関連するフィールド(Use field)に設定する。また、相手のAPから受信したFFR情報に基づき、相手のAPが使用する通常RUに関連するフィールド(User field)に、当該通常RUを割り当てられた端末の端末割当情報を設定する。またRU割当フィールド(RU allocation Sub−field)に、RU割当パターンの値を設定する。その他のフィールドにも値(AP2と共通の値)を設定することでSIG1フィールドを生成する。制御部101は、レガシーフィールドと、SIG1フィールドと、上記で選択した各端末宛のMACフレームとを含む物理パケットを送信する。より詳細には、レガシーフィールドとSIG1フィールドとを含むヘッダをチャネル幅帯域で送信し、ヘッダに後続する各選択された端末宛のMACフレームを、各端末に割り当てたRUで送信する。チャネル幅帯域に含まれる複数のRUのうち、制御部101がどの端末にも割り当てなかったRUでは送信は行われない。
ここでは、RU割当フィールド(RU allocation Sub−field)を使うことで、各User fieldにRUが関連づけられていたが、各User fieldにRUの識別子を直接設定する方法も可能である。これによっても端末とRUとの対応を把握できる。この場合、自APおよび相手のAP間の連携により、どの位置のUser fieldに、どのRUの識別子を設定するか(または、どの端末識別子を設定するか)、両AP間でネゴシエーションにより決定してもよいし、事前に設定の規則が定まっていてもよい。
本実施形態に係るAPの第2の動作例(図12のAP2の動作例に対応)として、制御部101は、相手のAPからFFR情報を受信すると、DL−OFDMAを行うことを決定する。制御部101は、FFR情報に基づき、RU割当パターンとFFR用RUとを把握する。APは、無線リンクを確立した端末(OFDMA対応端末)の中から、FFR用RUを割り当てる端末として、相手のAPが同一のFFR用RUに割り当てた端末の端末識別子と同じ端末識別子を有する端末を、選択する。また、必要に応じて、通常RUのうち相手のAPが使用しないRUを割り当てる端末を選択する。制御部101は、選択した端末に、それぞれRU(FFR用RUまたは通常RU)を割り当てる。ここでは、FR用RUを割り当てる端末と、通常RUを割り当てる端末が存在するが、FFR用RUを割り当てる端末のみが存在してもよい。制御部101は、各選択した端末に対して、MCSやパケット長(PPDU長等)等、その他のパラメータを必要に応じて決定する。この際、FFR用RUを割り当てる端末については、相手のAPが当該FFR用RUを割り当てた端末と同じ値を決定する。制御部101は、送信部102を介して、連携相手のAPにFFR情報を送信する。FFR情報は、通常RUの識別子と、通常RUを割り当てられた端末の端末割当情報(STAID等)とを対応づけた情報を含む。
制御部101は、相手のAPからDL−MU開始通知を受信すると、DL−MU開始通知で指定した実行タイミング(予め定めたタイミング)の到来で、DL−OFDMAを実行する。具体的に、制御部101は、上記で選択した各端末の端末割当情報(端末識別子等)を、各端末に割り当てたRUに関連するフィールド(Use field)に設定する。また、相手のAPから受信したFFR情報に基づき、相手のAPが使用するRU(通常RU)に関連するフィールド(User field)に、当該通常RUを割り当てられた端末の端末割当情報を設定する。またRU割当フィールド(RU allocation Sub−field)に、上記のRU割当パターンの値を設定する。その他のフィールドにも値(AP1と共通の値)を設定することでSIG1フィールドを生成する。制御部101は、レガシーフィールドと、SIG1フィールドと、上記で選択した各端末宛のMACフレームとを含む物理パケットを送信する。より詳細には、レガシーフィールドとSIG1フィールドとを含むヘッダをチャネル幅帯域で送信し、ヘッダに後続する各選択された端末宛のMACフレームを、各端末に割り当てたRUで送信する。チャネル幅帯域に含まれる複数のRUのうち、制御部101がどの端末にも割り当てられなかったRUでは送信は行われない。
なお、制御部101は、各端末に通知する情報、または各端末から通知された情報、またはこれらの両方を格納するための記憶装置にアクセスして当該情報を読み出してもよい。記憶装置は、内部メモリでも、外部メモリでもよく、揮発性メモリでも不揮発メモリでもよい。また、記憶装置は、メモリ以外に、SSD、ハードディスク等でもよい。
上述した、制御部101と送信部102の処理の切り分けは一例であり、上述した形態とは別の形態も可能である。例えばデジタル領域の処理およびDA変換までは、制御部101で行い、DA変換より後の処理を、送信部102で行うようにしてもよい。制御部101と受信部103の処理の切り分けも同様に、AD変換より前までの処理を、受信部103で行い、AD変換後の処理を含むデジタル領域の処理を、制御部101で行うようにしてもよい。一例として、本実施形態に係るベースバンド集積回路は、制御部101と、送信部102における物理層の処理を行う部分およびDA変換を行う部分と、受信部103におけるAD変換以降の処理を行う部分とに対応し、RF集積回路は、送信部102におけるDA変換より後の処理を行う部分と、受信部103におけるAD変換より前の処理を行う部分に対応する。本実施形態に係る無線通信用集積回路は、ベースバンド集積回路およびRF集積回路のうち、少なくともベースバンド集積回路を含む。ここで述べた以外の方法でブロック間の処理、あるいはベースバンド集積回路およびRF集積回路間の処理を切り分けてもよい。
図13Aでは、AP間の通信を、端末と同じ通信方式で行う場合の構成を示したが、AP同士の通信を、有線通信など、別の方式で行ってもよい。その場合の構成例を図13Bに示す。AP間通信用の送信部105および受信部106が設けられている。有線IF107は、有線ネットワークに接続され、送信部105から受信したフレームまたはパケットの信号を有線ネットワークに出力し、有線ネットワークから受信したフレームまたはパケットの信号を受信部106に渡す。送信部および受信部106は、プロトコルに依存した動作を除き、基本的に送信部105および受信部106と同様の動作を行う。例えば送信部105は、制御部101から渡されたフレームまたはパケットについて、変調、DA変換、フィルタ処理、周波数変換、増幅等を行い、増幅後の信号を有線IF107に出力する。受信部106は、有線IF107から受信した信号の増幅、周波数変換、フィルタリング処理、AD変換、復調等を行ってフレームまたはパケットを取得し、制御部101に渡す。
図14は、端末に搭載される無線通信装置の機能ブロック図である。図1の端末11〜16、21〜23、27〜29に搭載される無線通信装置は、この構成を有する。
無線通信装置は、制御部201と、送信部202と、受信部203と、少なくとも1つのアンテナ1と、バッファ204とを備えている。制御部201は、APとの通信を制御する制御部またはベースバンド集積回路に対応し、送信部202と受信部203は、フレームを送受信する無線通信部またはRF集積回路に対応する。制御部201の処理、および送信部202と受信部203のデジタル領域の処理の全部または一部は、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、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。端末は、制御部201、送信部202および受信部203の全部または一部の処理を行うプロセッサを備えてもよい。
バッファ204は、上位層と制御部201との間で、フレーム等を受け渡しするための記憶部である。バッファ204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。上位層は、他の端末、AP、またはサーバ等の他のネットワーク上の装置に送信するフレームを生成して、バッファ204に格納したり、他の端末、APまたは装置等から受信したフレームを、制御部201からバッファ204を介して受け取ったりする。上位層は、TCP/IPやUDP/IPなど、MAC層の上位の通信処理を行ってもよい。また、TCP/IPやUDP/IPは制御部201で処理し、上位層は、これより上位の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201は、主としてMAC層の処理を行う。制御部201は、送信部202および受信部203を介して、APとフレームを送受信することで、APとの通信を制御する。また、制御部201は、クロックを生成するクロック生成部を含み、クロック生成部で生成するクロックを利用して、内部時間を管理してもよい。制御部201は、クロック生成部で作ったクロックを、外部に出力してもよい。あるいは、制御部201は、外部のクロック生成部で生成してクロックの入力を受け、当該クロックを利用して、内部時間を管理してもよい。
制御部201は、一例としてビーコンフレームを受信してAPのBSSの属性および同期情報を把握した後、APにアソシエーション要求を行ってアソシエーションプロセスを行う。これにより、お互いの能力・属性等の必要な情報(OFDMAを実施可能か否か等の能力情報を含んでもよい)を交換することで、当該APと無線リンクを確立する。必要に応じて、事前にAPとの間で認証プロセスを行ってもよい。制御部201は、バッファ204を定期的に確認することで、バッファ204の状態を把握する。または、制御部201は、外部からのトリガーによりバッファ204の状態を確認する。制御部201は、APへ送信するデータフレーム等のフレームの存在を確認したら、CSMA/CA等に基づき無線媒体へのアクセス権(送信権)を獲得後、当該フレームを、送信部202およびアンテナ1Aを介して送信してもよい。
送信部202は、制御部201から入力されたフレームに物理ヘッダの付加を行って物理パケットを生成し、さらに符号化および変調処理等の物理処理を行う。また、送信部202は、変調後の物理パケットに対して、DA変換や、所望帯域成分を抽出するフィルタ処理、周波数変換(アップコンバート)等を行い、これらにより得られた信号をプリアンプで増幅して、1つまたは複数のアンテナから空間に電波として放射する。なお、複数のアンテナを備える場合、アンテナ毎に送信系統を備え、送信系統毎に物理層の処理を行って、同時に同じ信号を送信してもよい。または、複数のアンテナを使って、送信の指向性を制御することも可能である。送信部202は、物理ヘッダの一部または全部の生成に必要な情報を制御部201から取得してもよい。物理ヘッダの一部または全部を制御部201で付加してもよい。
アンテナ1Aで受信された信号は、受信部203において処理される。受信された信号は、受信部203においてLNAにより増幅され、周波数変換(ダウンコンバート)され、ファイルタリング処理で所望帯域成分が抽出される。抽出された信号は、さらにAD変換によりデジタル信号に変換されて、復調および誤り訂正復号、物理ヘッダの処理等の物理層の処理を経た後、制御部201にデータフレーム等のフレームが入力される。物理ヘッダの全部または一部の処理を制御部201で行ってもよい。
受信部203は、APからDL−OFDMA送信される信号を受信すると、物理ヘッダのSIG1フィールドにおけるRU割当フィールドから、RU割当パターンを示す値を検出する。複数のUser fieldの中に自端末の端末識別子が設定されたものが存在するかを探し、存在する場合は、RU割当パターンに基づき、そのUser fieldに関連するRUを特定する。受信部203は、特定したRUの信号を復号して、フレームを取得し、制御部201に渡す。制御部201は、取得したフレームが送達確認応答を必要とするフレームの場合は、フレームの検査結果に基づき送達確認応答フレームを生成し、送達確認応答フレームを送信する。送達確認応答フレームの送信は、シングルユーザ送信で行ってもよいし、他の端末とのマルチユーザ送信(UL−OFDMAまたはUL−MU−MIMO等)で行ってもよい。シングルユーザ送信は、フレームの受信完了から予め定めた一定時間後に行ってもよいし、CSMA/CAに従ってキャリアセンスとバックオフ動作とにより無線媒体のアクセス権を獲得することで行ってもよい。ここで述べたDL−OFDMA信号の受信処理の一部を制御部201で行ってもよい。
制御部201は、APに通知する情報、またはAPから通知した情報、またはこれらの両方を格納するための記憶装置にアクセスして情報を読み出してもよい。記憶装置は、内部メモリでも、外部メモリでもよく、揮発性メモリでも不揮発メモリでもよい。また、記憶装置は、メモリ以外に、SSD、ハードディスク等でもよい。
上述した、制御部201と送信部202の処理の切り分けは一例であり、上述した形態とは別の形態も可能である。例えばデジタル領域の処理およびDA変換までは、制御部201で行い、DA変換より後の処理を、送信部202で行うようにしてもよい。制御部201と受信部203の処理の切り分けも同様に、AD変換より前までの処理を受信部203で行い、AD変換後の処理を含むデジタル領域の処理を、制御部201で行うようにしてもよい。一例として、本実施形態に係るベースバンド集積回路は、制御部201と、送信部202における物理層の処理を行う部分およびDA変換を行う部分と、受信部203におけるAD変換以降の処理を行う部分とに対応し、RF集積回路は、送信部202におけるDA変換より後の処理を行う部分と、受信部203におけるAD変換より前の処理を行う部分に対応する。本実施形態に係る無線通信用集積回路は、ベースバンド集積回路およびRF集積回路のうち、少なくともベースバンド集積回路を含む。ここで述べた以外の方法でブロック間の処理、あるいはベースバンド集積回路およびRF集積回路間の処理を切り分けてもよい。
図15Aは、第1の実施形態に係るAPの第1の動作例(図12のAP1の動作に対応)のフローチャートである。
APは、任意のタイミングで、DL−OFDMAを行うことを決定すると、使用するRU割当パターン(図3参照)を決定し、また、RU割当パターンに対応する複数のRUから、FFR用のRUを決定する(S101)。
APは、無線リンクを確立した端末の中から、DL−OFDMAを行う対象となる1つまたは複数の端末を選択する(S102)。また、APは、各端末に1つまたは複数のRU(FFR用RUおよび通常RUのうち少なくとも前者)を割り当てる(同S102)。
APは、各選択した端末に対して、MCSやパケット長(PPDU長等)等、その他のパラメータを必要に応じて決定する。
APは、FFRオン情報(FFR用RUの識別子)と、FFR対応情報(RUの識別子と、当該RUを割り当てられた端末の端末割当情報(STAID等)とを対応づけた情報)と、RU割当パターンの値とを、FFR情報として、連携相手のAPに送信する(S103)。
APは、相手のAPからFFR情報を受信すると、または一定時間が経過すると(S104)、DL−OFDMAの実行タイミングを指定したDL−MU開始通知のフレームを送信する(S105)。DL−MU開始通知フレームは、制御フレームを想定するが、管理フレームでも、データフレームでもよい。DL−MU開始通知で指定した実行タイミング(予め定めたタイミング)が到来すると(S106)、APは、DL−OFDMAを実行する(S107)。
具体的に、APは、上記で選択した各端末の端末割当情報(端末識別子等)を、当該端末に割り当てたRUに関連するフィールド(Use field)に設定する。また、相手のAPから受信したFFR情報に基づき、相手のAPが使用するRU(通常RU)に関連するフィールド(User field)に、当該RUを割り当てられた端末の端末割当情報を設定する。またRU割当フィールド(RU allocation Sub−field)に、RU割当パターンの値を設定する。SIG1フィールドにおけるその他のフィールドにも値(AP2と共通の値)を設定する。APは、レガシーフィールドと、SIG1フィールドと、上記で選択した各端末宛のMACフレームとを含む物理パケットを送信する。より詳細には、レガシーフィールドとSIG1フィールドとを含むヘッダをチャネル幅帯域で送信し、ヘッダに後続する各端末宛のMACフレームを、各端末に割り当てたRUで送信する。チャネル幅帯域に含まれる複数のRUのうち、APがどの端末にも割り当てなかったRUでは、送信は行わない。
図15Bは、第1の実施形態に係るAPの第2の動作例(図12のAP2の動作に対応)のフローチャートである。
APは、相手のAPからFFR情報を受信すると、DL−OFDMAを行うことを決定する(S201)。
APは、FFR情報に基づき、RU割当パターンとFFR用RUとを把握する(S202)。
APは、無線リンクを確立した端末(OFDMA対応端末)の中から、FFR用RUを割り当てる端末として、相手のAPが同一のFFR用RUに割り当てた端末と同じ端末識別子を有する端末を、選択する(S203)。また、必要に応じて、通常RUのうち、相手のAPが使用しないRUを割り当てる端末を選択する(同S203)。
APは、各選択した端末に対して、MCSやパケット長(PPDU長等)等、その他のパラメータを必要に応じて決定する。この際、AP1は、FFR用RUを割り当てる端末については、相手のAPが同一のFFR用RUを割り当てた端末と同じ値を決定する。APは、FFR情報として、使用する通常RUの識別子と、当該通常RUを割り当てられた端末の端末割当情報とを対応づけたFFR対応情報を、連携相手のAPに送信する(S204)。
APは、相手のAPからDL−MU開始通知のフレームを受信することにより、DL−OFDMAの実行タイミングを把握する(S205)。APは、DL−MU開始通知で指定された実行タイミング(予め定めたタイミング)が到来すると(S206)、DL−OFDMAを実行する(S207)。
具体的に、APは、上記で選択した各端末の端末割当情報(端末識別子等)を、各端末に割り当てたRUに関連するフィールド(User field)に設定する。また、相手のAPから受信したFFR情報に基づき、相手のAPが使用するRU(通常RU)に関連するフィールド(User field)に、当該RUを割り当てられた端末の端末割当情報を設定する。またRU割当フィールド(RU allocation Sub−field)に、上記のRU割当パターンの値を設定する。その他のフィールドにも値(AP1と共通の値)を設定することで、相手のAPと同じSIG1フィールドを生成する。
APは、レガシーフィールドと、SIG1フィールドと、上記で選択した各端末宛のMACフレームとを含む物理パケットを送信する。より詳細には、レガシーフィールドとSIG1フィールドとを含むヘッダをチャネル幅帯域で送信し、ヘッダに後続する各端末宛のMACフレームを、各端末に割り当てたRUで送信する。チャネル幅帯域に含まれる複数のRUのうち、APがどの端末にも割り当てられなかったRUでは送信は行われない。
以上、本実施形態によれば、AP1およびAP2間で連携してFFRを実行することで、AP1およびAP2が同一のチャネルを用いて、高い周波数利用効率でDL−OFDMAを行うことができる。すなわち、AP1およびAP2の双方で使用するFFR用RUには、AP1とAP2の双方で同一のSTAIDをもつ端末を割り当てることで、物理ヘッダ部分(SIG1フィールド等)の内容をAP1およびAP2間で同一にできる。これにより、AP1およびAP2の双方の信号を受信する端末も、ヘッダ部分を復号できるため、自端末が属するAPからDL−OFDMAで送信されるフレームを正しく受信できる。
このようにして、同一RUを複数のAPが同時に使用するFFRを、無線LANシステムにて実現することができる。
本実施形態では2つのAP間でFFRを実行する例を示したが、3つのAP間でFFRを実行することも可能である。この場合、3つのAP間でFFR情報を交換することで相互に連携することで、本実施形態と同様にしてFFRを実施可能である。このことは、後述する第2の実施形態、および第3の実施形態でも同様である。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、DL−OFDMAにおいてFFR(Fractional Frequency Ruse)を実施したが、本実施形態では、UL−OFDMAでFFRを実施する。UL−OFDMAを行う際は、APが、UL−OFDMAを行わせる複数の端末と、これらの端末に使用させるRUとを指定したフレーム(以下、トリガーフレーム:TFと呼ぶ)を送信する。TFを受信した複数の端末が、予め定められた同一のタイミングで、それぞれ指定されたRUで、データフレーム等のMACフレーム(より詳細にはMACフレームを含む物理パケット)を送信する。これにより、UL−OFDMAが行われる。
第1の実施形態と同様に、AP1が、端末11〜16にRU#1〜RU#6を割り当て、AP2が端末21〜23、27〜29にRU#1〜RU#3、RU#7〜RU#9を割り当てる場合を想定する(図5参照)。
図16は、TFのフォーマット例を示す。TFは、一般的なMACフレームのフォーマットをベースに定義される。TFは、Frame Controlフィールド、Duration/IDフィールド、Address1フィールド、Address2フィールド、共通情報フィールド(COMMOM Infoフィールド)と、複数の端末情報フィールド(Per User Infoフィールド)とを備える。
一例として、Frame Controlフィールドのタイプは“制御”を表す値とし、サブタイプの値は、TF用に新規に定義した値とすればよい。ただし、TFのフレームタイプは、“制御”ではなく、“管理”または“データ”とする構成も排除されない。
Addres1フィールドには、RA(Receiver Address:受信先アドレス)として、一例として、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を設定する。Address2フィールドには、TA(Transmitter Address:送信元アドレス)として、APのMACアドレスまたはBSSIDを設定する。
共通情報フィールドには、UL−OFDMAの対象として選択した複数の端末に共通に通知する情報を設定する。一例として、アップリンク送信するフレームまたは物理パケットの時間長、アップリンク送信するフレームの種別、アップリンク送信するフレームに付加する物理ヘッダ内のL−SIGフィールドの長さなどがある。また、アップリンク送信のタイミング情報を設定してもよい。
各端末情報フィールドには、端末に個別に通知する情報を設定する。例えば、UL−OFDMAの対象として指定する端末の端末識別子(STAID)、端末に割り当てたRUの識別子などを設定する。その他、アップリンク送信するフレームに適用するMCSを指定する情報を設定してもよい。なお、各端末情報フィールドに特定のRUが関連づけられている場合は、RUの識別子の設定を省略する構成もあり得る。
(本実施形態における第1の動作例:Virtual APの設定を利用して両APから同一のトリガーフレームを送信)
図17に、本実施形態における無線LANシステムの動作例のシーケンスを示す。前提として、AP1およびAP2のそれぞれを、複数のBSSIDを設定できるVirtual APの設定にしておく。具体的には、図18に示すように、AP1には、自APのBSSID(“A”とする)の他に、サブのBSSIDとして、AP2のBSSID(“B”)も設定しておく。同様に、AP2には、自APのBSSID(“B”とする)の他に、サブのBSSIDとして、AP1のBSSID(“A”)も設定しておく。AP1およびAP2に属する各端末は、能力情報(Capability information)として、自端末が接続しているAP(BSS)以外のAPのBSSIDをAddress2フィールド(TAフィールド)に設定したフレームを受信できるかの対応可否をAPに通知する。対応可の通知を行った端末は、隣接するAPのBSSIDがTAフィールドに設定されたフレームを受信できる。ここでは、端末11〜16はAP1に対応可の通知を行い、端末21〜23,27〜29はAP2に対応可の通知を行うとする。この通知は、アソシエーション時に送信するアソシエーション要求フレームに能力情報を設定することで行ってもよいし、プローブ探索フレームなど、その他のフレームを介して行ってもよい。
AP1とAP2は互いに連携することで、FFR用RUを把握し、それぞれ相手のAPから、通常RUを割り当てる端末の端末割当情報を取得する。
より詳細には、AP1は、FFR用RUとしてRU#1〜RU#3を決定し、これらを端末11〜13に割り当てる。また、端末14〜16に、通常RUとして、RU#4〜RU#6を割り当てる。AP1は、FFR情報として、FFR用RU(RU#1〜RU#3)を指定する情報(FFRオン情報)と、RU#1〜RU#6と各端末の端末割当情報(STAID等)とを対応づけたFFR対応情報とを、AP2に送信する(S21)。なお、AP1とAP2は、予めトリガーフレーム(TF)におけるPer User Info1〜Per User InfoNとRUとの対応関係に関する規則を共有しておいてもよい。例えば、Per User Info1にはRU#1が対応し、Per User Info2にはRU#2が対応する等の規則を、AP間で共有する。共有の方法としては、AP1およびAP2の一方が規則を決定して、他方のAPに規則を通知してもよい。または、規則が、仕様または規格で決められていてもよい。
AP2は、AP1から受信したFFR情報に含まれるFFRオン情報に基づき、RU#1〜RU#3がFFR用RUであると把握する。AP2は、FFR対応情報に基づき、RU#1〜RU#3に対して、AP1と同じSTAID(ID1〜ID3)をもつ端末21〜23を割り当てる(S22)。また、AP2は、AP1が使用しないRU#7〜RU#9に、STAIDとしてID7〜ID9を有する端末27〜端末29を割り当てる。AP2は、RU#7〜RU#9と、これらのRUに対して割り当てた端末の端末割当情報(STAID等)とを対応づけた情報を、FFR情報として、AP1に送信する(S23)。
AP1は、UL−OFDMAの実行タイミングを指定したUL−MU(Uplink Multi−User)開始通知のフレームを、AP2に送信する(S24)。
AP1とAP2は、UL−OFDMAの実行タイミングが到来すると、それぞれTFを同時に送信する(S25、S26)。より詳細には、AP1は、TFのPer User
Info1〜Per User Info6に、端末11〜16の端末割当情報(STAID)およびRU識別子を設定し、Per User Info7〜Per User
Info9に、AP2から取得した端末27〜29の端末割当情報およびRU識別子を設定する。TFにおけるその他のフィールドにも必要な情報を設定する。これにより、TF(以下、TF1)を生成する。そして、AP1は、生成したTF1を送信する。より正確には、AP1は、TF1にレガシーフィールド(L−STF、L−LTF、L−SIG)を含む物理ヘッダを付加した物理パケットを送信する。物理ヘッダおよびTF1はチャネル幅帯域(例えば20MHz)で送信される。物理ヘッダにおいて、レガシーフィールドとTF1との間に別のフィールドを追加してもよい。
AP2は、TFのPer User Info1〜Per User Info3、Per User Info7〜Per User Info9、に、それぞれ端末21〜23、27〜29の端末割当情報(STAIDなど)およびRU識別子を設定し、Per
User Info4〜Per User Info6に、AP1から取得した端末14〜16の端末割当情報およびRU識別子を設定する。Address2には、AP2のBSSID(MACアドレス)ではなく、AP1のBSSID(MACアドレス)を設定する。その他のフィールドにも必要な情報を設定する。これにより、TF(以下、TF2)を生成する。この際、その他のフィールドも、TF1と同じになるように設定する(このために、必要に応じてAP1とAP2間で情報の交換を行っておいてもよい)。これにより、TF2のすべてのフィールドの値は、TF1と同じになる。AP2は、生成したTF2を送信する。より正確には、AP2は、TF2にレガシーフィールド(L−STF、L−LTF、L−SIG)を含む物理ヘッダを付加した物理パケットを送信する。物理ヘッダおよびTF2はチャネル幅帯域(例えば20MHz)で送信される。TF1と同様に、物理ヘッダにおいて、レガシーフィールドとTF2との間に、別のフィールドを追加してもよい。この場合、追加したフィールドも、AP1が追加したフィールドと同じ値になるようにする。このために、必要に応じて、AP1とAP2間で事前に情報交換しておいてもよい。
端末11〜16は、AP1から送信されるTF1を受信し、Address2フィールドに設定されたTAを確認することで、送信元がAP1である(TF1は自端末が受信すべきフレームである)と判断する。端末11〜16は、自端末のSTAIDが設定されたPer User fieldを特定し、特定したフィールドからアップリンク送信に用いるRU等の情報を検出する。端末11〜16は、TF1の受信完了から予め定めた時間後に、指定されたRUでデータフレーム等のMACフレーム(より詳細にはMACフレームに物理ヘッダを付加した物理パケット)を送信する(S27)。物理ヘッダはレガシーフィールドおよびSIG1フィールドなどを含む。SIG1フィールドにはAP1に通知する任意の制御情報を設定する。SIG1フィールドのフォーマットは、第1の実施形態でDL−OFDMA送信した物理パケットのSIG1フィールドのフォーマットとは異なってよい。端末11〜16から送信される物理パケットを図19(A)に示す。これにより、AP1と端末11〜16との間でのUL−OFDMAが実施される。
一方、端末21〜23、29は、AP2から送信されるTF2を受信し、Address2フィールドに格納されたTAを確認する。TAから、自端末が属するAPとは別のAPであるが、Virtual APの設定から受信すべきフレームと判断する。端末21〜23、29は、自端末のSTAIDが設定されたPer User fieldを特定し、特定したフィールドからアップリンク送信に用いるRU等の情報を検出する。端末21〜23、29は、TF2の受信完了から予め定めた時間後に、指定されたRUでデータフレーム等のMACフレーム(より詳細にはMACフレームに物理ヘッダを付加した物理パケット)を送信する(S28)。一方、端末27、28は、AP1から送信されるTF1と、AP2から送信されるTF2を同時に受信するが、これらの物理ヘッダは同一であり、TF1とTF2の内容も同一である。このため、端末27、28は、受信信号を正しく復号できる。従って、端末27、28は、端末21〜23、29と同様にして、自端末に指定されたRU等を検出し、指定されたRUで、MACフレーム(より詳細にはMACフレームに物理ヘッダを付加した物理パケット)を送信する。物理ヘッダはレガシーフィールドおよびSIG1フィールドなどを含む。端末21〜23、27〜29から送信される物理パケットを図19(B)に示す。これにより、AP2と端末21〜23、27〜29との間でのUL−OFDMAが実施される。
AP1では、自APに属する端末以外に、例えば重複エリアに存在する端末27、28からのアップリンク信号も受信し得るが、これら端末27、28が使用するRU#8、RU#9は、AP1では使用しないため、AP1における受信動作に問題は生じない。また、AP2でも、端末位置によっては、端末16または端末15などからの信号も受信し得るが、端末16または端末15などが使用するU#5、RU#6は、AP2は使用しないため、問題は生じない。
(本実施形態における第2の動作例:チャネルベースのDL−OFDMAを利用して両APからそれぞれ異なるトリガーフレームを送信)
上述した動作例では、AP1およびAP2間でFFR情報を交換するとともに、AP2が生成するトリガーフレームのTAとして、AP1のBSSIDを用いることで、AP1およびAP2が生成するTF1およびTF2を同じフレームにした。これにより、TF1とTF2を同時に受信する端末でも、TF1またはTF2を正常に受信できた。別の方法として、AP1およびAP2のそれぞれが、チャネルベースのDL−OFDMAを利用して、異なるトリガーフレームを送信してもよい。チャネルベースのOFDMAでは、複数のチャネル(例えばCh1、Ch2、Ch3、Ch4の4つのチャネル)を同時に用いて、送信または受信を行う。端末は、複数のチャネルのそれぞれで待ち受けを行う。なお、この場合、AP1およびAP2に対して、Virtual APの設定を行う必要はない。
これまでと同様、AP1およびAP2間でFFR情報の交換を行う。また、お互いにチャネルベースのDL−OFDMAで使用する、異なるチャネルを決定しておく。例えば、AP1はチャネル1、2を使用することを決定し、AP2はチャネル3、4を決定することを決定する。
AP1は、Per User Info1〜Per User Info6に、端末11〜16の端末割当情報(STAIDなど)およびRU識別子などを設定したTF(以下、TF11)を生成する。TF11のTAは、AP1のBSSIDである。AP2は、Per User Info1〜Per User Info6に、端末21〜23、27〜29の端末割当情報およびRU識別子などを設定したTF(以下、TF12)を生成する。TF12のTAは、AP2のBSSIDを設定する。ただし、Per User InfoフィールドにRU識別子を設定せずに、当該フィールドとRUとの対応関係を事前に定義しておく場合は、各端末の端末割当情報を、各端末に割り当てるRUに対応するPer User Infoフィールドに設定するようにする。
AP1およびAP2におけるRUの割り当ては、これまでの実施形態と同様、一例として、AP1の近傍エリアにいる端末およびAP2の近傍エリアにいる端末に対しては、両APで同じRU(FFR用RU)に割り当てる。AP1の遠方エリアにいる端末およびAP2の遠方エリアにいる端末に対しては、AP1およびAP2の双方で異なる通常RUを割り当てる(AP間で重複しないようにRUを割り当てる)。これにより、AP1およびAP2のそれぞれの近傍エリアから送信される信号は、相手のAPには届かない(もしくは届いたとしても受信電力が低い)ため、各APは自APに属する近傍エリア内の端末からのフレームを正しく受信できる。また、AP1およびAP2のそれぞれの遠方エリアから送信される信号は、各APで異なるRU(通常RU)が使用されるため、信号が届いたとしても、自APに属する遠方エリア内の端末から受信するフレームの復号に問題は生じない。
AP1は、例えばチャネル1でTF11を、チャネル2で任意のフレーム(例えば、TF11と同じフレームでもよいし、近傍エリアA1内の端末宛のデータフレームでもよい)を送信する。TF11は、チャネル1でUL−OFDMAを行うことを指示するフレームである。これらのフレームの先頭側には、レガシーフィールド、SIG1フィールド等を含む物理ヘッダをそれぞれ付加する。チャネル1、2におけるSIG1フィールドにおいては、例えば、チャネル1〜4用のそれぞれのフィールド(サブフィールド)に、チャネルの割り当て先を設定する。割り当て先は、該当するチャネルで送信するTFの受信先となる複数の端末のSTAIDでもよい。ブロードキャストの場合は、ブロードキャスト用に定義したID(ブロードキャストIDと呼ぶ)でもよい。ブロードキャストIDの場合、すべての端末が受信先となる。ここではチャネル1、2の割り当て先として端末11〜16の端末識別子(またはブロードキャストID)を設定し、チャネル3、4の割り当て先として、端末21〜23、27〜29の端末識別子(またはブロードキャストID)を設定したとする(なお、AP1は、チャネル3、4の割り当て先を、AP2から取得したFFR情報により把握する)。チャネル3、4でも、チャネル1、2と同じレガシーフィールドおよびSIG1フィールドを送信してもよい。AP1が送信する物理パケットの例を図20(A)に示す。ここではチャネル1と2で、同じTF11を送信している。チャネル3、4では、チャネル1、2と同じ内容のレガシーフィールドとSIG1フィールドとを送信している。ここでは、SIG1フィールドにおいて、チャネル1〜4用のそれぞれのフィールド(サブフィールド)に、チャネルの割り当て先を含めたたが、これは一例であり、そのような情報を含めない構成も可能である。ペイロードの復号に必要な情報が含まれていればよい。AP1は、チャネル1〜4で同じSIG1フィールドを送信しているが、端末がチャネルごとに独立して受信可能であれば、そのような制限は不要である。
同様に、AP2は、チャネル3でTF12を、チャネル4で、任意のフレーム(例えばTF12と同じフレームでもよいし、近傍エリアB1内の端末宛のデータフレームでもよい)を送信する。TF12は、チャネル1でUL−OFDMAを行うことを指示するフレームである。これらのフレームの先頭側には、レガシーフィールドおよびSIG1フィールド等を含む物理ヘッダを付加する。レガシーフィールドとSIG1フィールドは、AP1が送信するものと同じである。これを実現するため、SIG1フィールドにおけるチャネル1〜4用のそれぞれのフィールドに端末識別子を設定する規則はAP1とAP2間で事前に共有されている。AP2が送信する物理パケットの例を図20(B)に示す。ここではチャネル3と4で、同じTF12を送信している。チャネル1、2では、チャネル3、4と同じ内容のレガシーフィールドとSIG1フィールドとを送信している。なお、AP2は、チャネル1〜4で同じSIG1フィールドを送信しているが、端末がチャネルごとに独立して受信可能であれば、そのような制限を不要としてもよい。
AP1に属する端末11〜16は、例えばチャネル1〜4で待ち受けを行い、チャネル1または2で受信されたTF11を復号および解析することで、自端末に割り当てられたRUを検出し、UL−OFDMA送信を行う(図19(A)参照)。なお、チャネル2で、任意の端末宛にデータフレームが送信された場合は、その端末は、SIG1フィールドから自端末宛にチャネル2でデータフレームが送られたことを検出し、データフレームの受信を行う。AP2に属する端末21〜23、27〜29は、例えばチャネル1〜4で待ち受けを行い、チャネル3または4で受信されたTF12を復号および解析することで、自端末に割り当てられたRUを検出し、UL−OFDMA送信を行う(図19(B)参照)。チャネル4で任意の端末宛にデータフレームが送信された場合は、その端末は、SIG1フィールドから自端末宛にチャネル4でデータフレームが送られたことを検出し、データフレームの受信も行う。
以上、本実施形態によれば、AP1およびAP2が同一のチャネルを用いて、高い周波数利用効率でUL−OFDMAを行うことができる。すなわち、AP1およびAP2が同じ内容のトリガーフレーム(より詳細には同じ内容の物理パケット)を送信、または異なるチャネルでトリガーフレームを送信することで、重複エリアに存在する端末も、自端末が属するAPから送信されるトリガーフレームを正しく受信できる。よって、UL−OFDMAの場合も、同一RUを複数のAPが同時に使用するFFRを、高い周波数利用効率で実現できる。
(第3の実施形態)
第1の実施形態では、AP1およびAP2がDL−OFDMAで使用する複数のRUのうち同じRU(FFR用RU)に対して、同じSTAIDの端末を割り当てることで、高効率のFFRを実現した。本実施形態では、AP1およびAP2が、DL−OFDMAで使用する複数のRUのうち同じRU(FFR用RU)を用いて、ダウンリンクマルチユーザMIMO(Multi−Input and Multi−Output)(DL−MU―MIMO)を行うことで、高効率のFFRを実現する。すなわち、DL−OFDMAで使用する複数のRUのうちの一部のRU(FFR用RU)でDL−MU―MIMOを行う。この方式を、DL−OFDMA&MU―MIMOと記述する。
RUを使ってDL−MU−MIMOを実施するためには、一例として106トーン以上のRUを用いる必要がある。このため、RU割当パターンとして、例えば図3の16番〜23番の割り当てパターンを用いることができる。以下では、23番の割り当てパターンを想定する。図21に23番の割り当てパターンを示す。図示のように、106トーンのRUをRU#1(あるいはFFR用RU)と記載し、26トーンの5個のRUを周波数の低い方から順に、RU#2、RU#3、RU#4、RU#5、RU#6と記載する。
AP1が、RU#1で端末11および端末12にDL−MU−MIMO送信し(多重数が2のDL−MU−MIMO送信)、RU#2で端末14,RU#3で端末15に送信する場合を想定する。端末14、端末15への送信はビームフォーミングでもよいし、無指向性の送信(オムニ送信)でもよい。また、AP2が、RU#1で端末21にDL−MU−MIMO送信し(多重数が1のDL−MU−MIMO送信)、RU#4で端末23,RU#5で端末27、RU#6で端末28に送信する場合を想定する。端末23、端末27および端末28への送信はビームフォーミングでもよいし、無指向性の送信(オムニ送信)でもよい。ここではDL−MU−MIMOの送信対象端末は、近傍エリアA1、B1内の端末であるが、これに限定されない。
ここで図7のRU allocation Sub−fieldに設定する値として、23番のパターンの場合、“01000y2y1y0”が可能である。y2y1y0は000〜111の範囲の値を取ることができる。y2y1y0には、106トーンのRU(RU#1)で送信する多重数に応じた値を設定する。本例ではRU#1を用いて、AP1が2多重送信、AP2が1多重送信するため、多重数3を表す値(“011”)を、y2y1y0に設定する。すなわち、RU allocation Sub−fieldに “01000011”を設定する。設定例を図22(A)に示す。AP1およびAP2の双方とも、この値を設定する。
RU allocation Sub−fieldに後続するUser Specific fieldは、多重数3に対応するUser field#1〜User field#3と、それぞれ26トーンのRU#2〜RU#6に対応するUser field#4〜User field#8とを含む。すなわち、図22(B)に示すように、106トーンのRUに対して3つのUser fieldが用いられ、26トーンのRU#2〜RU#6のそれぞれに対応して1つのUser fieldが用いられる。y2y1y0の値を変更することで、106トーンのRUに対するUser field数(多重数)は変化する。このような規則は、各APおよび各端末で共通に認識されている。
AP1は、DL−MU−MIMOの対象となる端末11、12について、端末11に関する端末割当情報を、複数のUser field#1〜#3のうち予め定められたUser field#1に設定し、端末12に関する端末割当情報を、複数のUser field#1〜#3のうち予め定められたUser field#2に設定する。端末割当情報は、例えばSTAID、ストリームを特定する情報、ストリーム数、MCSなどを含む。また、AP1は、User field#4に端末14に関する端末割当情報を設定し、User field#5に端末15に関する端末割当情報を設定する。端末14、15に関する端末割当情報は、例えばSTAID、ストリーム数、ビームフォーミングの有無、MCSなどを含む。
AP2は、DL−MU−MIMOの対象となる端末21について、複数のUser field#1〜#3のうち予め定められたUser field#3に、端末21に関する端末割当情報を設定する。また、AP2は、User field#6〜User field#8に、それぞれ端末23、端末27および端末28に関する端末割当情報を設定する。
さらに、AP2は、AP1と連携して、AP1が端末11、端末12、端末14、端末15に割り当てたRU(RU#1、RU#2、RU#4、RU#5)の情報と、これらの端末の端末割当情報とを取得する。そして、RU#1に対応するUser field#1〜#3のうちのUser field#1、#2にそれぞれAP1から取得した端末11、12の端末割当情報を設定し、またRU#4、RU#5に対応するUser field#4、#5にも、それぞれAP1から取得した端末14、15の端末割当情報を設定する。
また、AP1も、AP2が端末21、端末23、端末27、端末28に割り当てたRU(RU#1、RU#4、RU#5、RU#6)の情報と、これらの端末の端末割当情報とを取得する。そして、そして、RU#1に対応するUser field#1〜#3のうちのUser field#3に、AP2から取得した端末21の端末割当情報を設定し、RU#4、RU#5、RU#6に対応するUser field#6、#7、#8に、AP2から取得した端末23、27、28の端末割当情報を設定する。
以上の動作により、AP1が設定したUser field#1〜#8と、AP2が設定したUser field#1〜#8は同じになる。また、上述したようにRU allocation Sub−fieldには、AP1とAP2とで同じ値を設定する。
図23は、本実施形態に係る無線LANシステムの動作のシーケンスを示す。AP1は、AP2と連携して行うDL−OFDMA&MU−MIMO送信の実行を決定すると、AP2に、連携に必要な情報(FFR情報)を含むデータを送信する(S31)。
より詳細には、AP1は、MU−MIMOが可能なトーン数を有するRUを有するRU割当パターンを決定し、当該トーン数を有するRUを、FFR用RUとして決定する。また、AP1は、FFR用RUで行うDL−MU−MIMOの最大多重数を決定する。AP1が希望する多重数に一定値を加算したものでもよいし、事前にAP2から希望の多重数の通知を受け、自APが希望する多重数と、通知された多重数を合計したものを、最大多重数としてもよい。AP1は、決定したRU割当パターンと、最大多重数とから、RU allocation Sub−fieldに設定する値(以下、パターン設定値)を決定する。
ここでは、前述した例と同様、AP1は、23番のRU割当パターンを選択し、図21のRU#1を、FFR用RUとして決定する。また、最大多重数を3に決定し、パターン設定値を“01000011”とする。また、DL−MU−MIMOを行う端末として、端末11、12を選択する。また、FFR用RU以外のRU(通常RU)であるRU#2、RU#3をそれぞれ割り当てる端末として、端末14、15を選択する。
上記の決定に基づき、AP1は、FFR情報を生成し、生成したFFR情報をAP2に送信する。具体的には、AP1は、パターン設定値(RU割当パターンと最大多重数)と、FFR用RU(RU#1)を特定する情報(FFRオン情報)とを送信する。さらに、RU#1を使用する端末11、12の端末割当情報と、RU#2とRU#3を割り当てる端末14、15の端末割当情報とを送信する。さらに、端末11がUser field#1、端末12がUser field#2に対応することを示す情報を送信してもよい。なお、端末割当情報の詳細は前述した通りである。
AP2は、AP1から受信したFFR情報に基づき、今回使用するRU割当パターンを把握し、また、RU#1がFFR用RUであり、最大多重数は3であることを把握する。
また、AP2は、AP1でRU#2、RU#3が使用され、自APがRU#4〜RU#6を使用可能であると判断する。また、AP2は、AP1がRU#1にすでに2つの端末を割り当てていることから、自APは、1つの端末のみをRU#1に割り当てることができると判断する。そこで、AP2は、RU#1に、端末21を割り当てることを決定したとする。または、AP2は、RU#4〜RU#6に、端末23、端末27、端末29を割り当てることを決定したとする。AP2は、RU#1に割り当てた端末21の端末割当情報と、RU#4〜RU#6に対して割り当てた端末23、27、28の端末割当情報とを、FFR情報として、AP1に送信する(S32)。
AP1は、AP2からFFR情報を受信すると、DL−OFDMA&MU−MIMOの実行タイミングを決定し、実行タイミングを指定したDL−MU開始通知のフレームを、AP2に送信する(S33)。
AP1とAP2は、DL−OFDMA&MU−MIMOの実行タイミングの実行タイミングが到来すると、DL−OFDMA&MU−MIMO送信を行う(S34、S35)。
これにより、AP1とAP2とで、同時にDL−OFDMA&MU−MIMO送信が行われる。
図24(A)および図24(B)に、AP1とAP2が送信する物理パケットの例を示す。AP1が送信する物理パケットのレガシーフィールドおよびSIG1フィールド(RU allocation Sub−fieldとUser Specific fieldを含む)は、AP2が送信する物理パケットと同一である。レガシーフィールドおよびSIG1フィールドは、チャネル幅帯域で送信される。RU#1では、AP1から端末11と端末12に対し、SIG2フィールドおよびMACフレームが空間多重(2多重)で送信され、AP2から端末21に対し、SIG2フィールドおよびMACフレームが空間多重(1多重)で送信される。
ここで、端末11、12は、予め互いに直行する空間分離情報(ビットパターン)を保持している。AP1が送信するR1#1のSIG2フィールドに、これらの互いに直交するビットパターンをもつ信号(プリアンブル信号)が多重されている。これにより、端末11、12のそれぞれは、自端末の空間分離情報に基づき、SIG2フィールドの信号に演算を行うことで、信号を抽出する。抽出した信号は伝搬路により振幅および位相が変動した信号である。端末11、12のそれぞれは、この信号と、上記空間分離情報が表す信号とに基づき、伝搬路応答を計算し、伝搬路応答を利用して、SIG2フィールドより後の自端末宛のストリームを分離する。これにより、MACフレームを取得できる。なお、ストリームの分離方法はこれに限定されず、他の方法でも可能である。上記の空間分離情報としては、直交行列の各行または各列を用いることができる。空間分離情報は、予め端末が保持する方法以外に、SIG1フィールドに端末毎のUser field等に設定する方法も可能である。AP2がRU#2で送信するSIG2フィールドでも同様に、端末21が保持する空間分離情報と同じビットパターンが含まれる。
AP1が送信する物理パケットで指定された端末14、15は、第1の実施形態と同様にして、SIG1フィールドを解釈して、自端末に割り当てられたRU#2、RU#3を特定し、特定したRUの信号を復号して、MACフレームを受信する(S36)。なおRU#2、RU#3で送信されるSIG2フィールドは、たとえばトレーニングフィールドでもよいし、その他のフィールドでもよい。端末11、12は、上記した方法でRU#1で送られた信号から自端末のストリームを分離することで、MACフレームを受信する。
一方、AP2が送信する物理パケットで指定された端末23、27、28は、第1の実施形態と同様にして、SIG1フィールドを解釈して、自端末に割り当てられたRU#4、RU#5、RU#6を特定し、特定したRUの信号を復号して、MACフレームを受信する(S37)。なお、RU#4、RU#5、RU#6で送信されるSIG2フィールドは、たとえばトレーニングフィールドでもよいし、その他のフィールドでもよい。端末21は、上記した方法で、RU#1で送られた信号から自端末のストリームを分離することで、MACフレームを受信する(同S37)。端末27および端末28は、AP1とAP2の双方から同時に物理パケットの信号を受信するが、これらのレガシーフィールドおよびSIG1フィールドは同じであるため、受信信号を正しく復号して、自端末に割り当てられたRUを特定できる。
上述した例で用いた23番のRU割当パターンは、106以上のトーン数を含むRUを1つのみ含んでいたが、当該RUを2つ以上含むRU割当パターンを用いてもよい。その場合は、2つ以上のRUのそれぞれでDL−MU−MIMOを行うことが可能である。例えば、図3における24番目のRU割当パターンを用いた場合、106トーンの2つのRU(FFR用RU)が存在する。このため、2つのFFR用RUのそれぞれで、DL−MU−MIMOを行うことが可能である。この場合、RU割当パターンと、左側(低周波数側)のFFR用RUで送信する多重数と、右側(高周波側)のFFR用RUで送信する多重数とを同時に表すパターン設定値を、RU Allocation Sub−fieldに設定すればよい。
例えば、24番のRU割当パターンの場合、パターン設定値を、“01y2y1y0z2z1z0”の形式で表現できる。y2y1y0は000〜111の範囲の値、z2z1z0は000〜111の範囲の値である。y2y1y0には、左側のFFR用RUで行う送信の最大多重数に応じた値を設定し、z2z1z0には、右側のFFR用RUで行う送信の最大多重数に応じた値を設定する。例えば、左側のRUの最大多重数を3にする場合は、y2y1y0を011とし、右側のRUの最大多重数を4にする場合は、z2z1z0を、100とする。
以上、本実施形態によれば、AP1およびAP2が、DL−OFDMAで使用する複数のRUのうち同じRU(FFR用RU)を用いて、DL−MU―MIMOを行うとともに、物理ヘッダ部分(SIG1フィールド等)の内容をAP1およびAP2間で同一にする。これにより、AP1およびAP2の双方の信号を受信する端末もヘッダ部分を復号して、自端末が属するAPから送信されるフレームを正しく受信できる。よって、高い周波数効率を有するFFRを、無線LANシステムにて実現することができる。
(第4の実施形態)
図25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25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5の実施形態)
図26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27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(116、122〜125)、受信系統(117、132〜135)、PLL142、水晶発振器(基準信号源)143およびスイッチ145のセットが複数配置され、各セットがそれぞれ制御回路112に接続されてもよい。PLL142または水晶発振器143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。図13Bのように、AP間通信を有線方式で行う場合は、RF ICと同様に、フィルタ、PLL、増幅器等を用いて、有線ICを構成し、ベースバンドIC111に接続すればよい。
無線LANモジュール(無線通信装置)は、ベースバンドIC(Integrated
Circuit)111と、RF(Radio Frequency)IC121と、バラン125と、スイッチ145と、アンテナ147とを備える。
ベースバンドIC111は、ベースバンド回路(制御回路)112、メモリ113、ホスト・インターフェース114、CPU115、DAC(Digital to Analog Conveter)116、およびADC(Analog to Digital Converter)117を備える。
ベースバンドIC111とRF IC121は同じ基板上に形成されてもよい。また、ベースバンドIC111とRF IC121は1チップで構成されてもよい。DAC116およびADC117の両方またはいずれか一方が、RF IC121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113およびCPU115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113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113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113は、CPU115の実行に必要なプログラムを記憶し、CPU115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113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114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。
CPU115は、プログラムを実行することによりベースバンド回路112を制御するプロセッサである。ベースバンド回路112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112、CPU115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112およびCPU115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112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。
DAC116は、ベースバンド回路112から入力される信号をDA変換する。より詳細には、DAC116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 IC121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 IC121は、フィルタ122、ミキサ123、プリアンプ(PA)124、PLL(Phase Locked Loop:位相同期回路)142、低雑音増幅器(LNA)、バラン135、ミキサ133、およびフィルタ132を備える。
これらの要素のいくつかが、ベースバンドIC111または別のIC上に配置されてもよい。フィルタ122、132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122は、DAC116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。PLL142は、水晶発振器143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、PLL142は、VCO(Voltage Controlled Oscillator)を備え、水晶発振器143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123およびミキサ133に入力される。PLL142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123は、フィルタ122を通過したアナログI信号およびアナログQ信号を、PLL142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)は、ミキサ123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125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 IC121では平衡信号が扱われるが、RF IC121の出力からアンテナ147までは不平衡信号が扱われるため、バラン125で、これらの信号変換を行う。
スイッチ145は、送信時は、送信側のバラン125に接続され、受信時は、受信側の低雑音増幅器(LNA)134またはRF IC121に接続される。スイッチ145の制御はベースバンドIC111またはRF IC121により行われてもよいし、スイッチ145を制御する別の回路が存在し、当該回路からスイッチ145の制御を行ってもよい。
プリアンプ124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125で平衡−不平衡変換された後、アンテナ147から空間に電波として放射される。
アンテナ147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 IC121におけるLNA134は、アンテナ147からスイッチ145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135は、低雑音増幅器(LNA)134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LNA134の順番を逆にした構成でもよい。ミキサ133は、バラン135で平衡信号に変換された受信信号を、PLL142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133は、PLL142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135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132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132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 IC121から出力される。
ベースバンドIC111におけるADC117は、RF IC121からの入力信号をAD変換する。より詳細には、ADC117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112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112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112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。
(第6の実施形態)
図28は、第6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STA5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26または図27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7の実施形態)
図29(A)および図29(B)は、本実施形態に係る無線端末の斜視図である。図29(A)の無線端末はノートPC301であり、図29(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30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335を利用する。なお、図30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8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。
(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、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)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、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(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、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、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16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。
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。
[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。
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。
[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。
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31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。
[項目1]
他の無線通信装置がダウンリンク周波数多重送信の対象として指定する第1端末の端末識別子と、複数の周波数成分のうち前記第1端末に割り当てる第1周波数成分を特定する情報とを受信する受信部と、
自装置に属する複数の第2端末のうち、前記第1端末と同じ端末識別子を有する第2端末を選択し、選択した第2端末に前記第1周波数成分を割り当てる制御部と、
前記選択した第2端末の端末識別子を前記第1周波数成分に関連する第1フィールドに設定したヘッダを、前記複数の周波数成分を含む帯域で送信し、前記選択した第2端末宛の第1フレームを前記第1周波数成分で送信する送信部と
を備えた無線通信装置。
[項目2]
前記送信部は、前記ヘッダを、予め定めたタイミングで送信する
項目1に記載の無線通信装置。
[項目3]
前記受信部は、前記他の無線通信装置からダウンリンク周波数多重送信の実行タイミング情報を受信し、
前記送信部は、前記実行タイミング情報に従って、前記ヘッダを送信する
項目1または2に記載の無線通信装置。
[項目4]
前記受信部は、前記他の無線通信装置が前記ダウンリンク周波数多重送信する対象として指定する別の第1端末の端末識別子と、前記別の第1端末に割り当てる第2周波数成分とを特定する情報とを受信し、
前記制御部は、前記第2周波数成分を前記複数の第2端末のいずれにも割り当てず、
前記送信部は、前記別の第1端末の端末識別子を前記第2周波数成分に関連する第2フィールドにさらに設定した前記ヘッダを、前記複数の周波数成分を含む前記帯域で送信する
項目1ないし3のいずれか一項に記載の無線通信装置。
[項目5]
前記制御部は、前記複数の第2端末のうち前記第1周波数成分を割り当てる前記第2端末とは別の第2端末をさらに選択し、前記別の第2端末に第3周波数成分を割り当て、
前記送信部は、前記別の第2端末の端末識別子を前記第3周波数成分に関連する第3フィールドにさらに設定した前記ヘッダを、前記複数の周波数成分を含む前記帯域で送信する
項目4に記載の無線通信装置。
[項目6]
少なくとも1つのアンテナをさらに備えた項目1ないし5のいずれか一項に記載の無線通信装置。
[項目7]
他の無線通信装置がダウンリンク周波数多重送信の対象として指定する第1端末の端末識別子と、複数の周波数成分のうち前記第1端末に割り当てる第1周波数成分を特定する情報とを受信する受信部と、
自装置に属する複数の第2端末のうち、前記第1周波数成分を割り当てる第2端末を選択する制御部と、
前記第1端末の端末識別子を前記第1周波数成分に関連する複数のフィールドのうち予め定めた第1フィールドに設定し、選択した第2端末の端末識別子を前記複数のフィールドのうち予め定めた第2フィールドに設定したヘッダを、前記複数の周波数帯域分を含む帯域で送信し、前記選択した第2端末宛の第1フレームを前記第1周波数成分で空間多重送信する送信部と
を備えた無線通信装置。
[項目8]
前記送信部は、前記選択した第2端末の端末識別子と前記第1周波数成分を特定する情報とを、前記他の無線通信装置に送信する
項目7に記載の無線通信装置。
[項目9]
前記送信部は、前記ヘッダを、予め定めたタイミングで送信する
を備える項目7または8に記載の無線通信装置。
[項目10]
前記受信部は、前記他の無線通信装置から前記ダウンリンク周波数多重送信の実行タイミング情報を受信し、
前記送信部は、前記実行タイミング情報に従って、前記ヘッダを送信する
項目7ないし9のいずれか一項に記載の無線通信装置。
[項目11]
前記受信部は、前記他の無線通信装置が前記ダウンリンク周波数多重送信する対象として指定する別の第1端末の端末識別子と、前記別の第1端末に割り当てる第2周波数成分を特定する情報を受信し、
前記送信部は、前記別の第1端末の端末識別子を前記第2周波数成分に関連する第3フィールドにさらに設定した前記ヘッダを、前記複数の周波数成分を含む前記帯域で送信する
項目7ないし10のいずれか一項に記載の無線通信装置。
[項目12]
前記制御部は、前記複数の第2端末のうち前記第1周波数成分を割り当てる前記第2端末とは別の第2端末をさらに選択し、前記別の第2端末に割り当てる第3周波数成分を決定し、
前記送信部は、前記別の第2端末の端末識別子を、前記第3周波数成分に関連する第4フィールドにさらに設定した前記ヘッダを、前記複数の周波数成分を含む前記帯域で送信し、前記第3端末宛の第2フレームを前記第3周波数成分で送信する
項目11に記載の無線通信装置。
[項目13]
少なくとも1つのアンテナをさらに備えた項目7ないし12のいずれか一項に記載の無線通信装置。
[項目14]
他の無線通信装置がアップリンク周波数多重送信の対象として指定する複数の第1端末の端末識別子と、複数の周波数成分のうち前記複数の第1端末に割り当てる複数の異なる第1周波数成分を特定する情報とを受信する受信部と、
アップリンク周波数多重送信の対象となる複数の第2端末に割り当てる複数の異なる第2周波数成分を決定する制御部と、
前記複数の第1端末の端末識別子を、前記複数の第1周波数成分に関連する複数のフィールドに設定し、前記複数の第2端末の端末識別子を前記複数の第2周波数成分に関連する複数のフィールドに設定し、送信元アドレスフィールドに前記他の無線通信装置のアドレスを設定した、前記アップリンク周波数多重送信を指示するフレームを送信する送信部と、
を備えた無線通信装置。
[項目15]
少なくとも1つのアンテナをさらに備えた項目14に記載の無線通信装置。
[項目16]
他の無線通信装置がアップリンク周波数多重送信を第1周波数帯域で行うことを指示する第1フレームを送信するために用いる第2周波数帯域の情報を受信する受信部と、
自装置に属する複数の端末に、アップリンク周波数多重送信を前記第1周波数帯域で行うことを指示する第2フレームを、前記第2周波数帯域とは別の第3周波数帯域で、前記第1フレームと同時に送信する送信部と、
を備えた無線通信装置。
[項目17]
少なくとも1つのアンテナをさらに備えた項目16に記載の無線通信装置。