JP5283067B2 - ヘッダ最適化フィールドを有するプリアンブルを用いた無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は，無線通信方法及び装置に関する。より詳しく説明すると，ヘッダ最適化フィールドを有するプリアンブルを用いた無線通信方法及び装置に関する。

フレームを用いた無線通信システムにおいて，ヘッダは，プリアンブルとペイロードの間に位置する。図１は，フレームフォーマットの例を示す図である。図１に示されるように，ヘッダは物理層（ＰＨＹ）ヘッダと，ＭＡＣヘッダとを有する。そして，ＰＨＹヘッダは，物理層に関連する情報を含むヘッダである。ＰＨＹヘッダに含まれる情報の例は，ペイロード長，変調方式及びＦＥＣ（前方誤り訂正：Ｆｏｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ)などである。これらの情報は，受信器が，受信したデータを復調する際に必須の情報である。

ＩＥＥＥ８０２．１１やＩＥＥＥ８０２．１５において，ＰＨＹヘッダは同じフレームに含まれる物理層に関連したパラメータに関する情報を含む。しかしながら，ＰＨＹヘッダは，ＰＨＹに関連する情報そのものを含まず，パラメータのみを含む。

しかし，物理層が固定されていると，システムの柔軟性が低下する。たとえば，チャネルコンディションが良い場合にペイロードを高いオーダーで変調することでデータレートを高めることができる。しかし，低いデータレートを示すヘッダを用いた場合は，伝送を効率化できない。一方，チャネルコンディションが悪くなった場合は，パケットロスが生ずる可能性を軽減するためにさまざまな対処がヘッダに要求される。

一方，プリアンブルは，同期をとるためや信号の開始を知らせるためのみに用いられていた。図２は，ＩＥＥＥ８０２．１１ｂにおいて定義されるＰＣＬＰ（物理レイヤ・コンバージェンス・プロトコル）プリアンブルの構成を示す図である。図２に示されるように，このＰＣＬＰプリアンブルは，タイミング検出に用いられるショートプリアンブル５と，おもにＡＦＣ（自動周波数制御）に用いられるロングプリアンブル７ａ，７ｂとを有する。ショートプリアンブル５は，１０個のショート・トレーニング・シンボルを含む。それぞれのショート・トレーニング・シンボルは，周期０．８マイクロ秒の固定パターン信号である。一方，ロングプリアンブルは，１．６マイクロ秒のガードインターバルと，２個のロング・トレーニング・シンボルを含む。それぞれのロング・トレーニング・シンボルは，周期３．２マイクロ秒の固定パターン信号である。このように，たとえば，ＩＥＥＥ８０２．１１ｂでは，ＰＣＬＰプリアンブルは，１６マイクロ秒の固定波形信号であった。

ところが，特開２００５−３１１５３２号公報には，「物理層で使用されるプリアンブル信号に任意のデータを付加することの可能な無線通信方法」が開示されている（段落［０００１］）。この公報に開示された無線通信方法は，「プリアンブル信号送信時に使用されていないＱｃｈのデータ領域を用いてＱｃｈに信号があることを知らせるフラグ信号とともに任意のデータを転送」するというものである（要約）。
特開２００５−３１１５３２号公報

本発明は，伝送状況やチャネルコンディションに応じて，動的に変調・符号・拡散方式を採用できる物理層ヘッダを用いた無線通信方法を提供することを目的とする。本発明は，スループットや柔軟性を向上させることができる無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明は，基本的には，プリアンブルにヘッダ最適化フィールドを設けることで，ヘッダを動的に制御できるという知見に基づくものである。プリアンブルは，ヘッダの直前に位置する。このため，プリアンブルに，伝送状況やチャネルコンディションに基づいたヘッダ最適化フィールドを設けることで，最適な変調・符号・拡散方式とするなど，状況を動的に反映させることができる。また，物理層ヘッダに含まれるパラメータが直前のものと同じな場合は，その旨を示すフラグをプリアンブルに含めることで，物理層ヘッダを改めて読み直す作業を軽減できる。

本発明の第１の側面は，フレームを用いた無線通信方法に関する。そして，フレームは， プリアンブル，ヘッダ及びペイロードを含む。この方法は，プリアンブルに，ヘッダを最適化するためのヘッダ最適化フィールドを設ける工程を含むことを特徴とする。

「ヘッダ最適化フィールド」は，好ましくは，プリアンブルと同じフレームのヘッダを最適化するためのフィールドである。そして，「ヘッダ最適化フィールド」は，ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上に関する情報が含まれる。

通常，ヘッダは，物理層ヘッダを含む。そして，好ましい「ヘッダ最適化フィールド」は物理層ヘッダ中のパラメータが直前のフレームに含まれる物理層ヘッダ中のパラメータと同一か否かを示すフラグを含む。

本発明の第２の側面は，無線通信装置に関する。この無線通信装置は，特に近距離無線通信端末として有効である。そして，無線通信装置は，フレーム作成部１１，状況把握部１３及び物理層ヘッダ情報選択部１５を含む。これにより，先に説明した無線通信方法を実現できる。

フレーム作成部１１は，フレームを作成するための部分である。フレーム作成部１１は，物理層ヘッダ情報選択部が選択した物理層ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上の情報を用いて，フレームに含まれるプリアンブルに，物理層ヘッダを最適化するためのヘッダ最適化フィールドを設ける。

状況把握部１３は，トラヒック及びチャネルコンディションのいずれか又は両方を把握する部分である。物理層ヘッダ情報選択部１５は，状況把握部が把握したトラヒック及びチャネルコンディションのいずれか又は両方に基づいて，物理層ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上を選択する部分である。

プリアンブルに，伝送状況やチャネルコンディションに基づいたヘッダ最適化フィールドを設けることで，最適な変調・符号・拡散方式とするなど，トラヒックやチャネルコンディションを動的に反映させることができる。また，物理層ヘッダに含まれるパラメータが直前のものと同じな場合は，その旨を示すフラグをプリアンブルに含めることで，物理層ヘッダを改めて読み直す作業を軽減できる。これにより，無線通信システムのスループットや柔軟性を向上させることができる。

図３は，本発明の無線通信装置を説明するためのブロック図である。図３に示されるように，本発明の無線通信装置１０は，フレーム作成部１１，状況把握部１３，及び物理層ヘッダ情報選択部１５を有する。

無線通信装置１０は，近距離無線通信に用いられる装置（ＤＥＶ，ＰＮＣ）である。これらの装置は無線ネットワークにおいて用いられる装置である。

図４は，ＩＥＥＥ８０２．１５．３無線ネットワークを図示する概略図である。この例では，ネットワーク１００が，３つの通信端末であるクライアント装置１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃと，ピコネットコントローラ（ＰＮＣ）とよばれる中央コーディネーション装置１０４とを含む。すべての装置は，好ましくは，ネットワーク１００中の信号送信用の同一周波数帯を共有するものである。ＰＮＣ１０４は，各スーパーフレームの先頭に位置するビーコン１０８を，ネットワーク内の全てのクライアント装置にブロードキャストする。ビーコンは，いつどのように媒体にアクセスするかとういう情報を含むため，全てのクライアント端末はビーコン信号をデコード（解読）できるようにされている。データ通信は，同じ信号フォーマットを持つリンク１０６間で起こりうるほか，ＰＮＣを介したリンク１１０によっても起こりうる。

無線ＰＡＮのネットワークとしてネットワークを構成する端末間のデータの送受信が端末間で行われるものがある。このような無線ＰＡＮは，ネットワークを構成する端末同士がアドホックにビアツービアにデータの送受信を行う。

フレーム作成部１１は，通信に用いられるフレームを作成するための部分である。フレームとして，プリアンブル，ヘッダ，及びペイロードを含むものがあげられる。なお，図１に示すように，ヘッダは物理層ヘッダ（ＰＬＣＰヘッダ）を含む。また，本発明における好ましいフレームとして，いわゆるスーパーフレームがあげられる。スーパーフレームは，近距離無線通信において用いられる。スーパーフレームはビーコンにより周期付けられる期間である。

図５は、スーパーフレームフォーマットの例を示す図である。図５に示されるスーパーフレームにおいて，最初の時間区分は，ビーコン時間とよばれる。ビーコン時間では，ピコネットの開始が示され，時間割り当てや管理情報がＰＮＣ（ピコネットコーディネータ）により送信される。次の時間は，コンテンションアクセスピリオド（ＣＡＰ）とよばれる。ＣＡＰでは，バックオフを通じて，ＣＳＭＡ／ＣＡが行われる。また，ＣＡＰを利用して，非同期データや時間に関係のない情報交換が行われる。最後の分割期間は，チャネル時間割り当て時間（ＣＴＡＰ）である。ＣＴＡＰは，ＴＤＭＡタイプの通信のために用いられる。ＣＴＡＰでは，ＰＮＣにより，いくつかの装置のためにいくつかのチャネル時間割り当て（ＣＴＡ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｔｉｍｅ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ）が割り当てられており，競合なしにデータを送ることができる。

なお，ＣＴＡは，ＭＣＴＡに代替されても良い。ＭＣＴＡ（Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ ＣＴＡ）ではＳｌｏｔｔｅｄ Ａｌｏｈａ（スロッテドアロハ）を用いてチャンネルをアクセスできる。図５に示す例では，ＭＣＴＡ１及びＭＣＴＡ２が設けられている。そして，それらの前にはガードタイムが設けられている。また，ＣＴＡＰ期間の後半には，ガードタイム，ＣＴＡ１，ガードタイム，及びＣＴＡ２がこの順で設けられている。

フレーム作成部１１は，物理層ヘッダ情報選択部が選択した物理層ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上の情報を用いて，フレームに含まれるプリアンブルに，物理層ヘッダを最適化するためのヘッダ最適化フィールドを設ける部分である。

図６は，フレーム作成部１１が作成したフレームの例を説明するための図である。図６に示されるように，本発明におけるフレーム１１１は，たとえば，プリアンブル１１３，ヘッダ１１５，及びペイロード１１７を含む。そして，プリアンブル１１３は，ヘッダ最適化フィールド１１９を有する。なお，ヘッダ最適化フィールドのフィールド位置は，ヘッダより先であれば，どの位置に設けられても構わない。

状況把握部１３は，トラヒック及びチャネルコンディションのいずれか又は両方を把握する部位である。トラヒック及びチャネルコンディションは，公知の方法を用いて把握すればよい。すなわち，無線通信では，通常トラヒック及びチャネルコンディションに応じて物理層ヘッダのパラメータを変化させている。よって，通常の無線通信における方法と同様にして，トラヒック及びチャネルコンディションを把握すればよい。なお，通常の無線通信においては，物理層ヘッダに含まれるパラメータを変化させる。一方，本発明では，たとえば，物理層ヘッダの変調方法，符号化方法，拡散方法などもトラヒック及びチャネルコンディションに応じて動的に変化させる。

物理層ヘッダ情報選択部１５は，状況把握部が把握したトラヒック及びチャネルコンディションのいずれか又は両方に基づいて，物理層ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上を選択する部位である。なお，情報記録部４１は，直前のフレームにおける物理ヘッダに含まれたパラメータを記憶している。そして，物理層ヘッダ情報選択部１５がその直前の物理ヘッダに含まれたパラメータと同じパラメータを用いると把握した場合は，その旨を示すフラグをプリアンブルに設ければよい。このプリアンブルを解析した通信端末は，物理層ヘッダを改めて読み直す作業を軽減できる。これにより，無線通信システムのスループットや柔軟性を向上させることができる。

次に図３に基づいて，本発明の通信装置の要素を説明する。この通信端末１０は，アンテナ２１を有しており，アンテナ２１を通じて周辺の通信端末から送信された信号を受信し，自己端末から送信信号を送信する。アンテナ２１は，無線受信部２３及び無線送信部２５と接続されている。無線送信部２５では，たとえば，ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）信号として変調処理を行う。一方，無線受信部２３では，たとえば，ＵＷＢ信号の復調処理を行う。そして，無線受信部２３は，復調した信号を他の回路に供給する。なお，ＵＷＢ変調以外にも公知の変調方式を用いることができる。

無線受信部２３は，復調した信号を，受信データ解析部２７に供給する。すると，受信データ解析部２７は，受信した信号から所定の形式に構築されているデータ情報部分を抽出する。

特に本発明では，受信データ解析部２７が，プリアンブル中のヘッダ最適化フィールドも解析する。ヘッダ最適化フィールドには，物理層ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上に関する情報が含まれる。そこで，ヘッダ最適化フィールドに含まれる情報に基づいて，物理層ヘッダを解析する。たとえば，ヘッダ最適化フィールドにＡという変調方式を指示する情報が含まれている場合，同じフレームに含まれる物理層ヘッダをＡという変調方式で変調された信号として扱う。すなわち，Ａという変調方式で変調された信号を復調する方式で，物理層ヘッダを変調するような信号を出力し，メモリに格納する。そして，物理層ヘッダを解析する際には，メモリに格納されたその情報を用い，その復調方式で物理層ヘッダを解析する。

変調方式として，ＯＦＤＭ（周波数多重分割），ＡＳＫ（振幅シフトキーイング），ＰＳＫ（位相シフトキーイング），ＦＳＫ（周波数シフトキーイング），ＱＡＭ（直行振幅変調）などがあげられる。

符号化方式として，巡回冗長検証（ＣＲＣ）符号，ＳＴＣ(時間空間符号化)などがあげられる。

拡散方式として，直接拡散や周波数ホッピングスペクトラム拡散方式（ＦＨＳＳ）があげられる。直接拡散として，ＤＳＳＳ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）があげられる。無線ＬＡＮのＩＥＥＥ ８０２．１１ｂでは，拡散方式としてＤＳ−ＳＳが採用されている。なお，拡散方式として，ＦＨＳＳとＤＳＳＳとを混合したハイブリッド方式もある。

通信端末は，動作時間の基準となるクロック信号を所定の間隔で発生する基準時間生成部３５を有する。基準時間生成部３５で生成されたクロック信号は，中央制御部３１などの各部に供給される。さらに通信端末は，中央制御部３１の制御に基づいて，各種タイミングを設定するタイミング制御部３３を有する。

無線送信部２５では，送信データ生成部３７で生成された送信情報や，データバッファ３９から供給されたアプリケーションデータ情報を所定の信号形式に変調処理する。なお，中央制御部３１は，情報記録部４１と接続される。情報記録部４１は，メモリにより構成される。そして，情報記録部４１は，たとえば，制御プログラムを記憶している。中央制御部３１は，制御プログラムを読み出して，制御プログラムの指令に基づき，各種演算処理を行う。

また，本発明において，情報記録部４１は，トラヒックやチャネルコンディションに応じた，変調方式，符号化方式，及び拡散方式がデータベースに記録されているものが好ましい。すると，インターフェース４３を介して入力されたトラヒックやチャネルコンディションなどの情報を用いて，状況把握部１３が状況を把握する。そして，把握した状況に関する情報を用いて，物理層ヘッダ情報選択部１５が，情報記録部４１から適切な変調方式，符号化方式，及び拡散方式を読み出すことができる。そして，この変調方式，符号化方式，及び拡散方式に関する情報を送信データ生成部３７へ伝え，フレーム作成部１１がフレームを作成する際に，ヘッダを最適化するためのヘッダ最適化フィールドをヘッダに設けることができる。

次に，本発明における無線通信方法について説明する。この無線通信方法は，上気した無線通信装置を用いて行うことができる。

先に説明したとおり，本発明の無線通信方法は，プリアンブルに，ヘッダを最適化するためのヘッダ最適化フィールドを設ける工程を含むことを特徴とする。

「ヘッダ最適化フィールド」は，好ましくは，プリアンブルと同じフレームに含まれるヘッダを最適化するためのフィールドである。そして，「ヘッダ最適化フィールド」は，ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上に関する情報が含まれる。

プリアンブルに，ヘッダを最適化するためのヘッダ最適化フィールドが含まれているため，物理層ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式を，トラヒックやチャネルコンディションに応じて，動的に変化させることができる。

好ましい「ヘッダ最適化フィールド」は，物理層ヘッダ中のパラメータが直前のフレームに含まれる物理層ヘッダ中のパラメータと同一か否かを示すフラグを含むものである。すなわち，プリアンブルに，直前のフレームに含まれる物理層ヘッダ中のパラメータと同一であるというフラグが含まれていた場合，物理層ヘッダを解析する必要がなくなる。このフラグは，変調方式，符号化方式，及び拡散方式が同一か否かを示すフラグであっても良い。この場合，直前のフレームを復調した際と同様の方法で物理層ヘッダを解析できることとなる。

本発明は、無線通信の分野にて利用されうる。

図１は，フレームフォーマットの例を示す図である。 図２は，ＰＣＬＰプリアンブルの構成を示す図である。 図３は，本発明の無線通信装置を説明するためのブロック図である。 図４は，無線ネットワークを図示する概略図である。 図５は、スーパーフレームフォーマットの例を示す図である。 図６は，フレーム作成部が作成したフレームの例を説明するための図である。

符号の説明

５ ショートプリアンブル
７ａ，７ｂ ロングプリアンブル
１０ 無線通信装置（通信端末）
１１ フレーム作成部
１３ 状況把握部
１５ 物理層ヘッダ情報選択部
２１ アンテナ
２３ 無線受信部
２５ 無線送信部
２７ 受信データ解析部
３１ 中央制御部
３３ タイミング制御部
３５ 基準時間生成部
３７ 送信データ生成部
３９ データバッファ
４１ 情報記録部
４３ インターフェース
１００ ネットワーク
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ クライアント装置
１０４ 中央コーディネーション装置(ＰＮＣ)
１０６ リンク
１０８ ビーコン
１１０ ＰＮＣを介したリンク

Claims (3)

1. プリアンブル，ヘッダ及びペイロードを含むフレームを用いた無線通信方法であって，
   前記プリアンブルに，
   前記ヘッダを最適化するためのヘッダ最適化フィールドを設ける工程を含み，
   前記ヘッダ最適化フィールドは，
   前記プリアンブルと同じフレームのヘッダを最適化するためのフィールドであり，
   前記ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上に関する情報が含まれる，
   無線通信方法。
2. 前記ヘッダは，物理層ヘッダを含み，
   前記ヘッダ最適化フィールドは，
   さらに，前記物理層ヘッダ中のパラメータが，直前のフレームに含まれる物理層ヘッダ中のパラメータと同一か否かを示すフラグを含む，
   請求項１に記載の無線通信方法。
3. フレームを作成するフレーム作成部（１１）であって，前記フレームはプリアンブル，物理層ヘッダを含むヘッダ，及びペイロードを含むものと，
   トラヒック及びチャネルコンディションのいずれか又は両方を把握する状況把握部（１３）と，
   前記状況把握部が把握したトラヒック及びチャネルコンディションのいずれか又は両方に基づいて，物理層ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上を選択する物理層ヘッダ情報選択部（１５）と，
   を含み，
   前記フレーム作成部（１１）は，
   前記物理層ヘッダ情報選択部が選択した物理層ヘッダにおける変調方式，符号化方式，及び拡散方式のうち少なくとも１つ以上の情報を用いて，
   前記フレームに含まれるプリアンブルに，前記物理層ヘッダを最適化するためのヘッダ最適化フィールドを設ける，
   無線通信装置。

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