WO2004091146A1

WO2004091146A1 - 通信領域予約方法及びそれに用いる無線通信装置

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Publication number: WO2004091146A1
Application number: PCT/JP2003/004428
Authority: WO
Inventors: Jun Hirano; Takashi Aramaki; Kazunori Inogai
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-10-21
Also published as: CN1586057A; EP1631007A1; AU2003221062A1; US7330454B2; CN1984012A; CN1322718C; EP1631007A4; US20050068923A1; CN100459550C

Abstract

ＩＥＥＥ８０２.１１における通信領域予約信号（ＮＡＶ）を用いて、複数の無線システムを同一領域で動作させることができる通信領域予約方法。本方法では、通信端末収容装置は、アンテナ１０１、無線部１０２、制御部１０６、論理リンク制御部１０４、媒体アクセス制御部１０３ａにより、通信端末装置との間で無線通信を行っており、さらに、通信領域予約部１０７で必要時（例えば、通信開始時）に通信領域予約信号を生成し、この通信領域予約信号を無線部１０２及びアンテナ１０１を介して通信端末装置に送信する。

Description

明細書通信領域予約方法及びそれに用いる無線通信装置技術分野

本発明は、無線 LAN (Local Area Network) における通信領域予約方法及びそれに用いる無線通信装置に関する。背景技術

近年、公衆、オフィス、ホームなどの様々なユーザ環境において、高速、大容量のデータ伝送が望まれており、このデータ伝送技術として無線 LAN (Local Area Network) 技術が注目されている。この無線 LANとしては、広帯域無線 LAN (例えば、 HiperLAN2や HiSWANaなど）や、 I EEE 802.1 1 aなどで標準化活動が進められているシステムがある。

広帯域無線 LANは、 1つの通信端末収容装置による集中制御を行うことにより、複数の通信端末が通信端末収容装置と通信を行う形式のマスタ · スレーブ型ネットワークである。具体的には、通信端末収容装置であるァクセスポイント（Access Point： A P )がモバイルターミナル（Mobile Terminal： MT) に対して通信に関する制御を集中して行っている。したがって、 MT が通信を行う場合には、必ず A Pを介して通信を行うように構成されている。また、特に、 HiperLAN2 では、端末間通信モードが規定されている。端末間通信モードでは、 A Pの許可により、端末同士が直接送受信することができる期間が与えられる。この場合は、通信の制御は A Pを介する必要がある力送受するデータ自体は A Pを介さずに伝送できる。

一方、 I E E E 802.1 1 aのシステムとしては、ダイレクト接続型ネットワークである、集中制御型（Point Coordination Function： P C F) と分散制御型（Distributed Coordination Function： D C F)が規定されている。集中制御型は、制御機能を備えたポイントコーディネータ（ Point Coordinator： P C) がステーション（S TA) に対して通信に関する制御を集中して行っている。したがって、 S T Aが通信を行う場合には、必ず P Cの制御に従って通信を行うように構成されている。

また、分散制御型は、個々の STAが、データを送信する前に一定時間キャリアセンスを行い、伝送媒体の空きを確認した後に、通信を行うように構成されている。

このように、広帯域無線 LANや. I EEE 802.1 1 aは、個々の無 f泉 L ANのシステムとして規格化されており、現在、それぞれのシステムを融合する試みがなされている。

I EEE 80 2.1 1 aにおいて、通信領域予約信号（NAV) が規定されており、この通信領域予約信号を受信した通信端末は指定された期間はキヤリアセンス時に伝送媒体の空きがなかった場合と同等の動作をするように決められている。

上述したように、広帯域無線 LANや I EEE 802.1 1 aのシステムを融合することを考えた場合、 I EEE 80 2.1 1 aにおける通信領域予約信号（NAV) を広帯域無線 LANにおいても用いて、 I EEE 80 2.1 1 a の通信端末との衝突を抑制することができるようにすることが予想される。発明の開示

本発明の目的は、 I EEE 802.1 1における通信領域予約信号（NAV) を用いて、広帯域無線 LANの通信端末の送信を停止させることができる通信領域予約方法及びそれに用いる無線通信装置を提供することである。

本発明の一形態によれば、通信領域予約方法は、マスタ ■ スレーブ型ネットワークにおけるバケツト通信を行う通信端末収容装置が通信開始時に通信領域予約信号を送信し、前記通信領域予約信号を受信した異なるシステムの通信端末装置が通信を抑制する。本発明の他の形態によれば、通信領域予約方法は、マスタ，スレーブ型ネットワークにおけるバケツト通信を行う通信端末装置が通信開始時に通信領域予約信号を送信し、前記通信領域予約信号を受信した異なるシステムの通信端末装置が通信を抑制する。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1に係る無線通信装置である通信端末収容装置の構成を示すプロック図、

図 2は、本発明の実施の形態 1に係る無線通信装置である通信端末装置の構成を示すプロック図、

図 3は、本発明の実施の形態 1に係る通信領域予約方法を説明するための図、

図 4は、本発明の実施の形態 1に係る無線通信装置である通信端末収容装置及び通信端末装置の要部の構成を示すプロック図、

図 5は、本発明の実施の形態 2に係る無線通信装置である通信端末収容装置の要部の構成を示すブロック図、

図 6は、本発明の実施の形態 2に係る無線通信装置である通信端末収容装置の要部の構成を示すプロック図、

図 7は、本発明の実施の形態 2に係る無線通信装置である通信端末収容装置の要部の構成を示すプロック図、

図 8は、本発明の実施の形態 3に係る通信領域予約方法を説明するための図、

図 9は、本発明の実施の形態 3に係る通信領域予約方法を説明するための図、

図 1 0は、本発明の実施の形態 3に係る通信領域予約方法を説明するための図、

図 1 1は、本発明の実施の形態 3に係る無線通信装置である通信端末装置の要部の構成を示すプロック図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

(実施の形態 1)

図 1は、本発明の実施の形態 1に係る無線通信装置である通信端末収容装置の構成を示すプロック図である。

この通信端末収容装置は、上り回線信号の受信及び下り回線信号の送信を行うアンテナ 101と、上り回線信号の無線受信処理 (ダウンコンバートゃ AZD変換など）及ぴ下り回線信号の無線送信処理（D/A変換やアップコンバートなど）を行う無線部 102と、装置全体を制御する制御部 106と、通信媒体で直接接続された通信端末装置間のためのプロトコルを取り扱う論理リンク制御部 104と、通信端末装置間で共有される通信媒体へのァクセス制御を行う媒体ァクセス制御部 103 aと、アクセス制御のスケジュールを行うスケジューラ 103 bと、通信領域予約信号を生成する通信領域予約部 107と、ネットワーク 108とのィンターフェースであるネットワークィンターフェース 105と、各処理部を接続するバス 109とから主に構成されている。

このような構成の通信端末収容装置は、アンテナ 101、無線部 102、制御部 106、論理リンク制御部 104、媒体アクセス制御部 1◦ 3 aにより、通信端末装置との間で無線通信を行っており、さらに、通信領域予約部 107で必要時（例えば、通信開始時）に通信領域予約信号を生成し、この通信領域予約信号を無線部 102及びアンテナ 101を介して周囲の I EE E 802.1 1 a通信端末装置（STA) に送信する。

このように、マスタ .スレープ型ネットワークにおけるパケット通信を行う通信端末収容装置（AP) が I E E E 802.1 1のシステムで用いる通信領域予約信号（NAV) を送信することにより、 HiperLAN2 や HiSWANa リ

5 などの広帯域無線 L ANシステムの運用領域において、通信端末収容装置と干渉する恐れのある I EEE 802.1 1 aシステムの通信端末装置（S T A) の送信を抑制することができる。

図 2は、本発明の実施の形態 1に係る無線通信装置である通信端末装置の構成を示すプロック図である。

この通信端末装置は、下り回線信号の受信及び上り回線信号の送信を行うアンテナ 201と、下り回線信号の無線受信処理（ダウンコンバートや AZ D変換など）及ぴ上り回線信号の無線送信処理（D/A変換やアップコンパートなど）を行う無線部 202と、装置全体を制御する制御部 206と、通信媒体で直接接続された通信端末収容装置間のためのプロトコルを取り扱う論理リンク制御部 204と、通信端末収容装置間で共有される通信媒体へのアクセス制御を行う媒体アクセス制御部 203と、通信領域予約信号を生成する通信領域予約部 207と、上位レイヤ 208とのィンターフェースであるインターフェース 205と、各処理部を接続するバス 209とから主に構成されている。

このような構成の通信端末装置は、アンテナ 201、無線部 202、制御部 206、論理リンク制御部 204、媒体ァクセス制御部 203により、通信端末収容装置との間で無線通信を行っており、さらに、通信領域予約部 2 07で必要時（例えば、通信開始時）に通信領域予約信号を生成し、この通信領域予約信号を無線部 202及びアンテナ 201を介して周囲の I EEE 802.1 1 a通信端末装置（ST A) に送信する。

このように、マスタ ■スレーブ型ネットワークにおけるバケツト通信を行う通信端末装置（MT) が I EEE 802.1 1のシステムで用いる通信領域予約信号（N A V) を送信することにより、 HiperLAN2や HiSWANaなどの広帯域無線 LANシステムの運用領域において、通信をしょうとする通信端末装置と干渉する恐れのある I EEE 802.1 1 aシステムの通信端末装置（STA) の送信を抑制することができる。このように、複数の通信端末装置（M T ) と通信端末収容装置（A P ) とが通信領域予約信号を通信端末装置（S T A) に送信することにより、図 3 の実線で示す镇域において、通信領域予約がされたことになり、この実線で一示す領域内の複数の通信端末装置（S T A) は、通信領域予約信号を受信したときに予約された期間において通信を抑制される。

ここで、複数の通信端末装置が一斉に通信領域予約信号を送信する場合について説明する。複数の通信端末装置が通信領域予約信号を送信する場合、通信端末装置 1台ずつが通信領域予約を設定する場合に比べて、リソースの消費を大幅に抑えることができる。

この場合、すなわち複数の通信端末装置が一斉に通信領域予約信号を送信する場合に、あらかじめ決められた通信領域予約信号を送信することが望ましい。具体的には、図 4に示すように、図 1の通信端末収容装置における通信領域予約部 1 0 7 (図 2の通信端末装置の場合は通信領域予約部 2 0 7 ) を規定の予約信号保持部 4 0 1と予約信号出力部 4 0 2とで構成し、通信領域予約信号を生成する際に、規定の予約信号保持部 4 0 1に保持された、あらかじめ決められたデータを抽出し、予約信号出力部 4 0 2から通信領域予約信号として出力する。そして、このあらかじめ決められたデータの通信領域予約信号を周囲の通信端末装置（S T A) に送信して、通信領域予約を行ラ。

これにより、通信領域予約の設定に用いられる通信領域予約信号（データ）を送信するだけにすることができ、通信領域予約の設定だけのために I E E E 8 0 2 . 1 1 aの全ての仕様を満たすデバイスに作り込む必要がなくなり、回路規模の増大を抑えることができる。

なお、あらかじめ決められたデータの通信領域予約信号の内容は、通信端末収容装置で生成される場合と通信端末装置で生成される場合とで異なっていても良く、同じであっても良い。ただし、通信端末装置が同時に送信する場合には、全く同じデータの通信領域予約信号を送信する。 (実施の形態 2 )

本実施の形態では、通信端末装置が通信端末収容装置の指示で一斉に通信領域予約信号を送信する場合のタイミング制御について説明する。

図 5は、本発明の実施の形態 2に係る無線通信装置である通信端末収容装置の一部の構成を示すプロック図である。図 5において、図 1と同じ部分については図 1と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図 5に示す通信端末収容装置の通信領域予約部 1 0 7は、タイムァライメント参照部 5 0 1と、タイムァライメント値演算部 5 0 2と、補正値反転部 5 0 3と、タイムァライメント値再設定部 5 0 4と、 M T通信領域予約指示部 5 0 5とから主に構成されている。 - 通信端末装置から一斉に通信領域予約信号を送信する場合、まず、通信領域予約信号を送信する旨の制御情報を通信端末収容装置から各通信端末装置に報知する。この制御信号は M T通信領域予約指示部 5 0 5で認識され、認識された旨の制御信号がタイムァライメント参照部 5 0 1に出力される。タイムァライメント参照部 5 0 1では、通常のデータ通信用のタイムァラィメント値を各通信端末装置毎に取得する。なお、タイムァライメントについては、社団法人電波産業会（A R I B ) による標準規格「A R I B S T 0—丁 7 0」の5 . 3 . 5節に記載されてぃる。

取得した各通信端末装置のタイムァライメント値は、タイムァライメント値演算部 5 0 2に出力される。タイムァライメント値演算部 5 0 2では、各通信端末装置でタイミング（通信領域予約信号の送信タイミング）が周囲の通信端末に対して受信時間のずれが最小になるように、各通信端末装置毎にタイムァライメント値を調整する。具体的には、タイムァライメント値の半分の値を演算により求める。そして、タイムァライメント値演算部 5 0 2は、各通信端末装置毎の演算値を補正値反転部 5 0 3に出力する。

補正値反転部 5 0 3では、演算値の符号をそれぞれ反転する。すなわち、演算値を負の値にする。そして、補正値反転部 5 0 3は、各通信端末装置毎の演算値の負の値をタイムァライメント値再設定部 5 0 4に出力する。タイムァライメント値再設定部 5 0 4は、媒体アクセス制御部で設定されたァラィメント値に演算値の負の値をそれぞれ上書きしてタイムァライメント値を再設定する。再設定された各通信端末装置毎のタイムァライメント値は、 M T通信領域予約指示部 5 0 5に出力される。

M T通信領域予約指示部 5 0 5では、各通信端末装置毎のタイムァライメント値で各通信端末装置に対して通信領域予約信号を送信する旨の制御信号を生成する。すなわち、タイムァライメント値の半分の値を負の時間方向に用いて送信タイミングを制御する。そして、この制御信号は、各通信端末装置毎にタイミング制御されて各通信端末装置に送信される。この結果、各通信端末装置は、一斉に通信領域予約信号を周囲の通信端末装置（S T A) に対して送信する。

このようにすることにより、複数の通信端末装置が同時に通信領域予約信号を送信する場合において、制御された送信タイミングで複数の通信端末装' 置が通信領域予約信号を送信するので、通信領域予約信号を受信する通信端末での時間のずれを小さくすることができる。

図 6は、本発明の実施の形態 2に係る無線通信装置である通信端末収容装置の一部の構成を示すブロック図である。図 6において、図 5と同じ部分については図 5と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図 6に示す通信端末収容装置の通信領域予約部 1 0 7は、 M T通信領域予約指示部 5 0 5と、タイムァライメント値初期化指示部 6 0 1とから主に構成されている。

この場合においては、通信端末装置から一斉に通信領域予約信号を送信するとき、まず、通信端末収容装置から通信領域予約信号を送信する旨の制御情報を各通信端末装置に報知する。この制御信号は M T通信領域予約指示部 5 0 5で認識されると共にタイムァライメント値初期化指示部 6 0 1に送られる。メント値初期化部 6 0 1は、通信端末装置に通信領域予約信号を送信する旨の指示を行うタイミング（タイムァライメント値）を初期化するように M T通信領域予約指示部 5 0 5に指示する。 M T通信領域予約指示部 5 0 5では、通信領域予約信号を送信する旨の指示を行ぅタイミングを初期化して、各通信端末装置に対して通信領域予約信号を送信する旨の制御信号を生成する。そして、この制御信号は、各通信端末装置毎にタイミング制御されて各通信端末装置に送信される。この結果、各通信端末装置は、一斉に通信領域予約信号を周囲の通信端末装置（S T A) に対して送信する。

このように構成することにより、通常のデータ部分はタイムァライメントされるが、通信領域予約信号の送信タイミングだけはタイムァライメントの影響を受けない状態で各通信端末装置に制御信号が送信される。これにより、通信端末収容装置が指定する時間のずれ量の捕正のための回路をバィパスさせることができ、回路の増大を抑えることができる。

図 7は、本発明の実施の形態 2に係る無線通信装置である通信端末収容装置の一部の構成を示すブロック図である。図 7において、図 5と同じ部分については図 5と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図 7に示す通信端末収容装置の通信領域予約部 1 0 7は、タイムァライメント参照部 5 0 1と、タイムァライメント値演算部 5 0 2と、タイムァライメント値再設定部 5 0 4と、 M T通信領域予約指示部 5 0 5とから主に構成されている。

この場合において、通信端末装置から一斉に通信領域予約信号を送信するときは、まず、通信端末収容装置から通信領域予約信号を送信する旨の制御情報を各通信端末装置に報知する。この制御信号は M T通信領域予約指示部 5 0 5で認識され、認識された旨の制御信号がタイムァライメント参照部 5 0 1に出力される。

M T通信領域予約指示部 5 0 5では、各通信端末装置毎のタイムァライメント値で各通信端末装置に対して通信領域予約信号を送信する旨の制御信号を生成する。すなわち、タイムァライメント値の半分の値を用いて送信タイミングを制御する。そして、この制御信号は、各通信端末装置毎にタイミング制御されて各通信端末装置に送信される。この結果、各通信端末装置は、一斉に通信領域予約信号を周囲の通信端末装置（S T A) に対して送信する。このようにすることにより、複数の通信端末装置が同時に通信領域予約信号を送信する場合において、制御された送信タイミングで複数の通信端末装置が通信領域予約信号を送信するので、通信領域予約信号を受信する際の時間のずれを小さくすることができる。特に、補正値反転部を経由しないので、図 5の構成よりもタイムァライメント値の演算値をより迅速に送信タイミング制御に反映させることが可能となる。

(実施の形態 3 )

通信端末装置が通信領域予約信号を一斉に送信する場合、例えば他の通信端末装置が近くにいて、一方の通信領域予約信号の送信で十分な時や、送信電力が過大になってしまうような時の通信領域予約信号の送信を抑える必要がある。本実施の形態では、このような時の通信領域予約信号の送信を抑える場合について説明する。

図 8に示すように、上方の実線 8 0 2の領域内には、 M Tが少ないので、通信領域予約信号を確実に送信する必要があるが、点線 8 0 1の領域内では、 M Tが多いので、 M Tがそれぞれ確率的に通信領域予約信号を送信しないと、送信電力が過大になってしまうことになる。

したがって、このような場合には、一定の確率で実際に通信領域予約信号を送信するかどうかを決定することが望ましい。これにより、他の通信端末装置が近くにいて、一方の通信領域予約信号の送信で十分な時や、送信電力が過大になってしまうような時の通信領域予約信号の送信を抑えることがでさる。

一定の確率は、何らかのデータから通信の誤り率に応じて求める。例えば、一定の確率は、バケツトの衝突頻度に基づいて算出されることが望ましい。具体的には、図 9に示すように、衝突頻度が高い場合は、通信が阻害されている可能性があると考えられるので、通信領域予約信号を送信する確率を高くする。一方、衝突頻度が低い場合は、通信が阻害されていないと考えられるので、通信領域予約信号を送信する確率を低くする。

このようにすることにより、衝突頻度をパラメータとして、自局の周囲に通信を阻害する通信端末装置が少ない時に自局が通信領域予約信号を送信する確率を下げることができ、近くに通信を阻害する通信端末装置が多い場合に逆に通信領域予約を増やすことができる。

また、他の通信端末装置が近くにいて、一方の通信領域予約信号の送信で十分な時や、送信電力が過大になってしまうような時の通信領域予約信号の送信を抑える場合には、過去の通信結果に基づいて通信領域予約信号を送信するかどうかを決定することが望ましい。具体的には、図 1 0に示すように、通信結果が N Gであることが所定回数連続した場合には、誤りが大きく、通信領域予約信号を送信しないといけないと判断し、通信領域予約信号を送信する。

このようにすることにより、これまでに何らかの形で通信を阻害されていたり、通信端末収容装置からの電力は十分なのに誤りが大きい場合などの必要な時にのみ通信領域予約信号を送信することができる。その結果、電力消費を抑えるができる。

また、他の通信端末装置が近くにいて、一方の通信領域予約信号の送信で十分な時や、送信電力が過大になってしまうような時の通信領域予約信号の送信を抑える場合には、他の通信端末装置からの通信領域予約信号の電力を測定し、この電力と自局が送信する通信領域予約信号の電力とが規定電力値内に収まるように自局が送信する通信領域予約信号の電力を制御することが望ましい。

このような制御は、図 1 1に示す構成を有する通信端末装置により実現することができる。図 1 1は、本発明の実施の形態 3に係る無線通信装置である通信端末装置の一部の構成を示すプロック図である。

図 1 1に示す通信端末装置の通信領域予約部 2 0 7は、予約信号出力電力指示部 1 1 0 1と、出力電力算出部 1 1 0 2と、周囲電力参照部 1 1 0 3とから主に構成されている。

この場合、まず、周囲電力参照部 1 1 0 3で周囲の通信端末装置からの通信領域予約信号の電力を参照する。そして、周囲電力参照部 1 1 0 3は、この周囲の通信端末装置からの通信領域予約信号の電力を出力電力算出部 1 1 0 2に出力する。

出力電力算出部 1 1 0 2は、周囲の通信端末装置からの通信領域予約信号の電力とあらかじめ決められた規定電力値とを比較する。具体的には、規定電力値から測定された電力値を差し引いた電力値を算出する。この求められた電力値は、送信電力として利用することができるので、この電力値の範囲内の電力値で通信領域予約信号を送信すれば良いことになる。したがって、この電力値の範囲内で自局の通信領域予約信号の出力電力を求める。この出力電力は、予約信号出力電力指示部 1 1 0 1に出力される。予約信号出力電力指示部 1 1 0 1は、求められた出力電力で通信領域予約信号を送信することを指示する。

なお、この規定電力値は、他の通信端末装置が近くにいて、一方の通信領域予約信号の送信で十分な時や、送信電力が過大になってしまうような時の通信領域予約信号の送信を抑えることを考慮して適宜決定される。

また、周囲の通信端末装置が送信する通信領域予約信号の電力測定は、自局の送信を停止している間に行うこともできる。この場合、電力測定の回数や頻度については特に制限はない。

このような構成によれば、送信電力が過大になってしまうのを抑えつつ、最適な電力までは送信するので、十分な領域に通信領域予約信号を届かせることができる。

本発明は上記実施の形態 1から 3に限定されず、種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態 1から 3は適宜組み合わせて実施することも可能である。例えば、上記説明における通信端末装置と通信端末収容装置により、無線通信システムを構成することもできる。

また、上述した通信領域予約方法については、ソフトウェアで構成することも可能である。すなわち、コンピュータに、マスタ ' スレーブ型ネットヮークにおけるバケツト通信を行う通信端末収容装置が通信領域予約信号を生成し、通信開始時に通信領域予約信号を送信する手順を実行させるための通信領域予約プログラムや、コンピュータに、マスタ ■ スレープ型ネットヮークにおけるバケツト通信を行う通信端末装置が通信領域予約信号を生成し、通信開始時に通信領域予約信号を送信する手順を実行させるための通信領域予約プログラムとすることもできる。この場合においても、通信領域予約方法をハードウエアで実現した場合と同様の効果を発揮することができる。上述したように、本発明の通信領域予約方法及びそれに用いる無線通信装置は、広帯域無線 L A Nにおける無線通信における通信端末装置及び通信端末収容装置に適用することが可能である。

以上説明したように本発明によれば、マスタ ' スレーブ型ネットワークにおけるバケツト通信を行う通信端末収容装置又は通信端末装置が通信開始時に通信領域予約信号を送信し、前記通信領域予約信号を受信した異なるシステムの通信端末装置が通信を抑制するので、 HiperLAN2や HiSWANaなどの広帯域無線 L A Nシステムの運用領域において、通信端末収容装置や通信をしょうとする通信端末装置と干渉する恐れのある I EEE 802.i l a システムの通信端末装置の送信を抑制することができる。

本明細書は、 2001年 10月 19日出願の特願 2001— 321 629 に基づく。この内容はすべてここに含めておく。産業上の利用可能性

本発明は、広帯域無線 L A Nにおける無線通信における通信端末装置及び通信端末収容装置に適用することができる。