无线通信装置以及无线通信方法与流程

本发明涉及根据无线lan通信方式的无线通信装置以及无线通信方法。

本申请基于2015年1月6日申请的日本专利申请第2015-722号要求优先权，并将其内容援引到本申请中。

背景技术：

以往，开发了移动电话终端等用户终端一边移动一边进行数据通信的技术(即，移动无线数据通信技术)，其通过各种无线通信方式的技术革新已经被实用化。近年来，将如使用了ofdma(正交频分多址(orthogonalfrequencydivisionmultipleaccess))技术的lte(长期演进(longtermevolution))方式和wimax(全球微波接入互操作性(worldwideinteroperabilityformicrowaveaccess))方式的第四代数据通信高速化的通信标准成为了主流。

另外，以与使用了搭载于pc(个人电脑(personalcomputer))等信息终端的无线lan通信方式csma/ca(基于避免冲突的载波侦听多路复用(carriersensemultipleaccesswithcollisionavoidance))方式的基站的通信过程作为基础而逐渐发展。另外，制定无线lan通信方式标准的ieee802.11工作委员会为了实现高效地进行数据通信，开始了对以现状的csma/ca为基础的无线lan通信方式应用ofdma技术的研究。

在将ofdma技术应用于无线lan的情况下，可参考在同一频率信道内使时刻不同地进行发送及接收的如wimax的tdd(时分双工(timedivisionduplex))型ofdma方式。wimax可以在除了一个通信运营商运用的无线通信系统以外没有成为电波干扰的其他无线通信系统的环境下运用。因此，在wimax中的一般的帧构成中，将从基站向无线终端方向发送数据的下行方向的数据帧以及从无线终端向基站方向发送数据的上行方向的数据帧分别以一定的帧长、一定的子信道数目以及一定的发送周期进行发送和接收。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第8，400，968号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

但是，由于在无线lan系统中采用了以csma/ca为基础的访问程序，因此，具有可使用的无线带宽动态地变化，且发送帧的时间长度根据数据的大小和无线通信的调制率而变动的特征。因此，考虑到可使用的无线带宽、使用于ofdma复用的子载波、向无线终端发送的数据的大小以及使用于无线通信的调制率等动态地变化，需要补充数据长度，以合适地构成ofdma方式的帧。

专利文献1中记载的技术，采用于无线lan方式的ieee802.11ac标准，提供一种调整在将发往多个无线终端的数据空间复用并同时发送时的帧长的方法。如图4所示，在专利文献1中，在物理层的数据补充(phypad)的同时，组合使用了在mac(媒体访问控制(mediaaccesscontrol))层的数据补充(macpadding)。因此，在专利文献1的技术中通信效率差。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种在对多个无线终端发送数据时，能够有效地进行数据补充的无线通信装置以及无线通信方法。

解决问题的技术方案

本发明的第一方面为在同一时刻向多个无线终端发送数据的无线通信装置。该无线通信装置包括：补充量计算部，按分配多个子载波而分配到的多个无线终端内的每个无线终端，计算出补充发送数据的补充量；补充部，按每个无线终端以计算出的补充量来补充发送数据；以及发送部，使用多个子载波向多个无线终端发送被补充的发送数据。

在上述中，无线通信装置可还包括：帧生成部，生成向多个无线终端复用被补充的发送数据而发送的帧。另外，补充部可使用表示帧的尾端的比特串(eof)来补充发送数据。另外，帧生成部可使用mac帧、连接的mac帧或者这两种帧。另外，补充量计算部可以基于可利用的子载波的数目、发往各无线终端的发送数据的大小、发送数据的调制度及编码率中的至少一种，计算出补充发送数据的补充量。无线通信装置可还包括：控制部，通过进行载波侦听来确定可利用的子载波的数目。另外，帧生成部可生成ofdma帧。上述无线通信装置可以用作无线lan系统的接入点。

本发明的第二方面是在同一时刻对多个无线终端发送数据的无线通信方法。在无线通信方法中，按分配多个子载波而分配到的多个无线终端内的每个无线终端，计算出补充发送数据的补充量；按每个无线终端以计算出的补充量来补充发送数据；以及使用多个子载波在同一时刻向多个无线终端发送被补充的发送数据。

本发明的第三方面是存储有用于在计算机上执行上述无线通信方法的程序的存储介质。

发明效果

根据本发明，通过将ofdma方式应用于无线lan系统，在使用多个子载波向多个无线终端发送发送数据(ofdma帧)时，能够有效地进行补充。

附图说明

图1是表示根据本发明一实施例的基站装置的构成的框图。

图2是表示基站装置执行的数据补充处理过程的一个例子的流程图。

图3是表示对多个子信道的载波侦听处理的结果的一个例子的图。

图4是表示在执行ofdma调制之前被补充的发送数据的帧的一个例子的图。

图5a是表示根据比较例的数据发送所需要的所需时间的一个例子的图。

图5b是表示根据本实施例的数据发送所需要的所需时间的图。

具体实施方式

图1是表示根据本发明一实施例的基站装置1的构成的框图。基站装置1是无线lan系统中的接入点(ap)。基站装置1有时在与多个无线终端(未图示)之间进行数据(例如，用户数据)通信。基站装置1对多个无线终端以ofdma方式将数据复用并同时发送。

基站装置1包括：多个数据帧缓冲部11(即，11-1～11-n，其中，n为2以上的整数)；比特补充量计算部12；多个比特补充部13(即，13-1～13-n)；ofdma帧生成部14；无线发送/接收部15；存储部16；中央控制部(cpu)17；以及天线21。需要说明的是，基站装置1还具有无线lan系统所需要的其他构成要素，但省略其详细说明。

在本实施例中，数据帧缓冲部11与比特补充部13为相同数目(n个)，彼此一对一地对应。即，一组数据帧缓冲部11和比特补充部13与一个无线终端对应。即，基站装置1可以由n组数据帧缓冲部11和比特补充部13最多与n个无线终端相对应。

数据帧缓冲部11临时存储对无线终端发送的数据。比特补充量计算部12针对对无线终端发送的数据计算出数据补充量。在本实施例中，将比特补充量作为数据补充量来使用。比特补充部13对临时存储于数据帧缓冲部11的发送数据仅补充由比特补充量计算部12计算出的比特补充量。

ofdma帧生成部14使用由比特补充部13补充的发送数据，生成ofdma帧。该ofdma帧中可包括对多个无线终端的发送数据。

无线发送/接收部15将由ofdma帧生成部14生成的ofdma帧无线调制并通过天线21发送。另外，无线发送/接收部15通过天线21接收周围的电波，并识别可利用的无线子信道。在本实施例中，关于识别可利用的无线子信道的具体方法和基准遵循在基站装置1中使用的无线方式中所规定的方法和基准。

天线21将从无线发送/接收部15输入的电信号(即，成为发送对象的高频信号)转换为电波并发送。另外，天线21将接收的电波转换为电信号(即，高频信号)并向无线发送/接收部15输出。

存储部16具有存储装置并存储各种信息。需要说明的是，存储部16具有临时存储信息的存储装置，或者非临时性地存储信息的存储装置。

中央控制部17控制在基站装置1中执行的各种处理。

图2是表示基站装置1执行的数据补充处理过程的一个例子的流程图。对基站装置1执行的步骤s1至s4进行说明。需要说明的是，步骤s3包括步骤s11至s13。

(步骤s1)

首先，中央控制部17对无线发送/接收部15输出载波侦听的指示。无线发送/接收部15在无线发送/接收中使用的无线信道的候补中执行载波侦听处理，并将其结果返回至中央控制部17。中央控制部17基于载波侦听处理的结果，确定可利用的子载波的数目。其中，子载波是指构成子信道的多个副载波。由于各个子载波相互垂直，因此，即便在频率轴上相邻而排列也不会相互干扰。

具体而言，无线发送/接收部15作为载波侦听处理，通过天线21来接收周围的电波，从而识别未使用且可利用的子信道。另外，无线发送/接收部15作为载波侦听处理的结果，将可利用的子信道的识别结果向中央控制部15通知。

图3是表示对多个子信道的载波侦听处理的结果的一个例子的图。在图3中，横轴表示时间，纵轴表示频率。在图3示出了四个具有20mhz带宽的子信道(即，子信道1～4)。无线发送/接收部15以80mhz的带宽执行载波侦听处理。另外，在通过天线21接收周围电波的结果，无线发送/接收部15判断出子信道3、4被其他无线终端使用(正在使用)，另一方面，判断出子信道1、2未被其他无线终端使用(可利用)。

在本实施例中，基于基站装置1中的接收情况来识别可利用的子信道，但并不限定于此。作为本实施例的变形例，可以设置为从基站装置1识别在发送ofdma帧的无线终端中可利用(或者，不可利用)的子信道。该情况下，无线终端将识别可利用(或者，不可利用)的子信道的信息向基站装置1发送。基站装置1基于从无线终端发送的信息，识别可利用的子信道。需要说明的是，在本实施例中，根据无线lan方式的规定来判断子信道是否可利用，但也可以使用其他规定。

中央控制部17基于由无线发送/接收部15通知的可利用的子信道的识别结果，确定可利用的子载波的数目sctotal(其中，sctotal为1以上的整数)。需要说明的是，可利用的子载波的数目由可利用的子信道和其配置而确定，可利用的子载波数目的确定方法根据基站装置1使用的无线通信方式而不同。在图3示出的载波侦听处理的结果中，中央控制部17将包含在可利用的子信道1、2中的子载波的数目确定为可利用的子载波数sctotal。

(步骤s2)

数据帧缓冲部11从下位装置接收作为向无线终端发送的数据的mac帧(即，无线lan系统的mac帧)并临时地保持。另外，数据帧缓冲部11确定发送给无线终端的发送数据(即，临时保持的数据)的大小(即，数据长度bi)。其中，“i(其中，i为1以上的整数)”表示第i个无线终端。数据帧缓冲部11将表示发送数据的地址以及数据长度bi的信息向中央控制部17通知。例如，下位装置是指，与基站装置1连接的互联网的接口等。作为发往无线终端的发送数据的mac帧从下位装置发送至基站装置1。

在本实施例中，mac帧的头部(帧头)中包含有成为发送数据的目标地址的无线终端的地址信息。另外，在按包含在mac帧的头部的每一个地址信息不同的数据帧缓冲部11中保持该mac帧。即，在本实施例中准备了可与n个不同地址相对应的n个缓冲器(即，数据帧缓冲器11-1～11-n)，对应于最多n个不同的目标地址(地址)，将多个mac帧临时地保持在多个缓冲器中。需要说明的是，在本实施例中，作为数据帧可以使用无线lan标准的mac帧，但并不限定于此。例如，可以使用将mac帧连接的聚合帧，或者可以将mac帧和聚合帧混合使用。

(步骤s3)

中央控制部17通过从数据帧缓冲部11接受通知，获取与临时保持的发送数据的目标地址和数据长度bi相关联的信息。在本实施例中，关于成为发送数据的目标地址的无线终端，与应在无线发送中使用的调制度mli和编码率cri相关联的信息保存在存储部16。中央控制部17读取存储在存储部16的信息。

中央控制部17确定可利用的子载波数目sctotal并向比特补充量计算部12发送。另外，中央控制部17对成为发送数据的目标地址的无线终端，将与该发送数据的数据长度bi、调制度mli以及编码率cri相关联的信息发送至比特补充量计算部12。所述信息的一部分或者全部可作为一组信息来处理。例如，可以将与发送数据的目标地址(第i个无线终端)相关联的所有信息作为一组信息来处理。中央控制部17对比特补充量计算部12发出计算比特补充量的指示。需要说明的是，调制度mli以及编码率cri由发送数据之前的通信质量所确定，但对于这些值可以使用任意的确定方法。

根据上述计算指示，比特补充量计算部12基于由中央控制部17提供的信息，对各无线终端计算出发送帧的比特补充量bpadi。另外，比特补充量计算部12将对各无线终端计算出的比特补充量bpadi向对应于各无线终端的比特补充部13通知。

(步骤s4)

比特补充部13基于由比特补充量计算部12通知到的比特补充量bpadi，通过对向无线终端发送的mac帧的数据串添加对应于比特补充量bpadi的比特数的数据，从而补充发送数据。在本实施例中，作为数据补充的方法，将作为表示帧的尾端的比特串的eof(endofframe)用于对应于比特补充量bpadi的比特数的部分。即，在本实施例中，由eof来填充(填补)帧。若识别到eof，则无线终端判断为无需分析其以后的数据比特。需要说明的是，也可以使用其他补充比特的方法。

ofdma帧生成部14对从比特补充部13接收的发往无线终端的发送数据的补充后的帧，使用规定的调制度mli以及编码率cri来实施调制。另外，ofdma帧生成部14将发往无线终端的调制后的发送数据重叠在分配到该无线终端的个数(即，sci)的子载波，从而生成ofdma帧。ofdma帧生成部14生成ofdma帧并向无线发送/接收部15发送。ofdma帧将发往无线终端的数据帧的长度通过补充来调整之后成为进行了ofdma复用的帧，无线发送/接收部15同时发送多个数据帧。

分配到各无线终端的子载波的个数(sci)、调制度mli以及编码率cri分别从比特补充量计算部12或者中央控制部17通知给ofdma帧生成部14。例如，可以是上述数值的全部从比特补充量计算部12通知到ofdma帧生成部14。或者，也可以是子载波的个数(sci)由比特补充量计算部12通知到ofdma帧生成部14，调制度mli以及编码率cri从中央控制部17通知到ofdma帧生成部14。

无线发送/接收部15无线调制从ofdma帧生成部14输入的ofdma帧并通过天线21以无线的方式向空中发送。中央控制部17通过向无线发送/接收部15送出发送指示来控制发送时刻。在本实施例中，根据无线lan方式的规定来确定发送时刻，但也可以任意地决定发送时刻。

接着，说明图2示出的步骤s3的详细处理(即，步骤s11至s13)。在步骤s3中，比特补充量计算部12计算出比特补充量bpadi。

(步骤s11)

比特补充量计算部12计算出向无线终端发送数据时使用的子载波的个数sci。其中，假设成为同时发送数据的对象的无线终端的总数为n个。

首先，比特补充量计算部12根据式(1)计算出将n个发往无线终端的数据重叠在sctotal(即，可利用的子载波的数目)个子载波时，分配到各无线终端的子载波的数目sci’。在式(1)中使用了调制度mli、编码率cri、发送数据的数据长度bi，以及可利用的子载波的数目sctotal。在式(1)中，|x|表示小于x的最大的整数。

[数1]

另外，根据式(2)可以计算出可利用的子载波的剩余数目screst。

[数2]

接着，比特补充量计算部12计算出关于各无线终端的{(bi×cri)/(mli×sci’)}值，直至可利用的子载波的剩余数目screst变为零。另外，在分配到所有无线终端中该值最大的无线终端的子载波的数目sci’上加“1”并更新sci’的同时，从screst减去“1”。其中，在上述值对于2个以上的无线终端相同的情况下，比特补充量计算部12以预设的顺序或随机的顺序选择任意一个无线终端。

由此，能够得到分配到各无线终端的子载波的数目sci’，比特补充量计算部12将sci’确定为sci。其中，sci是向第i个无线终端发送数据时被分配到的子载波数目。如上所述，由于多个子载波被分配后分配到多个无线终端，因此分配到各无线终端的子载波的数目可变动。

(步骤s12)

比特补充量计算部12对ofdma的时隙计算出所需时隙的数目sli。首先，比特补充量计算部12使用发送数据的数据长度bi以及编码率cri并根据式(3)计算出编码后的数据长度(即，比特长度)bi-after。

[数3]

bi-aftar＝bi÷cri…(3)

接着，比特补充量计算部12根据式(4)，对各无线终端计算出为发送编码后的数据长度bi-after的数据所需要的ofdma的时隙数(所需要的时隙数)sli。在式(4)中，roundup表示将数值的位数进位到个位数的运算。比特补充量计算部12将所有无线终端中所需要的时隙数sli最大的终端作为slmax。

[数4]

sli＝roundup{bi-after÷(mli×sci)}…(4)

(步骤s13)

比特补充量计算部12计算出为填补子载波的数目sci以及所需要的时隙的数目sli所需要的比特补充量(比特数)bpadi。

首先，比特补充量计算部12根据式(5)计算出用bi-after来填充(sci×slmax×mli)的情况下不足的数据长度(比特数)padi-before。

[数5]

padi-eefre＝sci×slmax×mli-bi-after…(5)

接着，比特补充量计算部12在根据式(6)计算出的数据长度padi-before上乘以编码率cri并计算出所需要的比特补充量bpadi。

[数6]

bpadi＝padi-befare×cri…(6)

图4表示在执行ofdma调制之前被补充的发送数据的帧的一个例子。在图4中，基站装置1可使用的子载波的数目sctotal为18个，成为发送数据的目标地址的无线终端的数目n为4个。另外，sc1(＝5)个子载波被分配到第一无线终端，sc2(＝3)个子载波被分配到第二无线终端，sc3(＝7)个子载波被分配到第三无线终端，sc4(＝3)个子载波被分配到第四无线终端。另外，所需要的时隙数slmax为10个。

如图4所示，将发往无线终端的发送数据以规定的数据串的方向配置在子载波中，在各子载波中数据不足的部分填补规定数目的比特。图4示出了以规定数目的比特填补的部分(填充部111～114)。在图4中，对于可利用的子载波sc1～sc4排列有多个长方形，但一个长方形表示一个子载波的符号(ofdma符号)。在本例中，设置了以小于一个符号的比特单位被调整的填充部111～114。

接着，参照图5a以及图5b说明根据本实施例的基站装置1的效果。其中，在图5a以及图5b中，关于用于确认发送数据在无线终端侧是否正常地被接收的确认响应信号(ack)的交换过程未进行考虑，并将其省略。

图5a是表示根据比较例的数据发送所需要的所需时间的一个例子的图。该比较例相当于以往技术。

在以往的无线lan方式中，若不依赖mu-mimo(多用户多输入多输出(multiuser-multiinputmultioutput))的空间复用技术，则无法对多个无线终端同时发送数据。在以往的无线lan方式中，由于通过csma/ca方式来进行访问控制，从而载波侦听与其他无线终端的竞争调整的时间作为开销而存在，因此在对多个无线终端发送数据的情况下，等待向其他无线终端的数据发送的时间影响较大。

在图5a中，将帧之间的竞争调整时间(ifs：interframespace)平均设为50微秒，将向各无线终端发送的帧时间长度平均设为50微秒。在无线终端的总数为8个的情况下，为了完成向所有无线终端的数据发送，作为合计所需时间需要800微秒。需要说明的是，在图5a中，to1～to8表示向第一无线终端至第八无线终端发送的帧。

图5b是表示根据本实施例的数据发送所需要的所需时间的图。在图5b中，将帧的竞争调整时间(ifs)平均设为50微秒，将向各无线终端发送的帧的时间长度平均设为250微秒。在无线终端的总数为八个的情况下，为了完成向所有无线终端的数据发送，作为合计所需时间需要300微秒。需要说明的是，在图5b中，to1～to8表示向第一无线终端至第八无线终端发送的帧。如此，相比比较例，在本实施例能够使数据发送效率化。

在根据本实施例的基站装置1中，通过进行为了送出ofdma帧所需要的补充，能够调整发送数据的数据长度。在根据本实施例的基站装置1中，即便可使用的带宽、作为发送数据的目标地址的无线终端的数目或者发送数据的大小(数据长度)以动态的方式变化，也能够将发往多个无线终端的数据复用到同一ofdma帧并同时发送。另外，在根据本实施例的基站装置1中，可仅在物理层(phy层)进行数据补充。因此，相比在物理层和mac层这双方进行数据补充的情况，能够提高通信效率。如此，根据本实施例的基站装置1中，在向多个无线终端发送数据时，能够有效地进行数据补充。

如下，总结本发明的构成及功能。

(1)无线通信装置(基站装置1)是在同一时刻对多个无线终端发送数据的装置，其中，包括：补充量计算部(比特补充量计算部12)，按分配多个子载波而分配到的多个无线终端内的每个无线终端，计算出补充发送数据的补充量(比特补充量)；补充部(比特补充部13-1～13-n)，按每个无线终端以计算出的补充量来补充发送数据；以及发送部(无线发送/接收部15)，使用多个子载波向多个无线终端发送被补充的发送数据。

(2)无线通信装置还包括：帧生成部(ofdma帧生成部14)，生成向多个无线终端复用被补充的发送数据而发送的帧。

(3)在无线通信装置中，补充部使用表示帧的尾端的比特串(eof)来补充发送数据。

(4)在无线通信装置中，使用mac帧、连接的mac帧或者这两种帧。

(5)在无线通信装置中，补充量计算部基于可利用的子载波的数目、发往各无线终端的发送数据的大小(数据长度)、发送数据的调制度及编码率中的至少一种来计算出补充发送数据的补充量。

(6)无线通信装置还包括：控制部(中央控制部17)，通过进行载波侦听来确定可利用的子载波的数目。需要说明的是，在本实施例中，通过进行载波侦听来识别可利用的子信道，从而确定可利用的子载波，但并不限定于此。例如，可通过载波侦听直接识别可利用的子载波。

(7)在无线通信装置中，使用ofdma方式。

(8)无线通信装置是无线lan系统的接入点。

(9)在无线通信方法中，按分配多个子载波而分配到的多个无线终端内的每个无线终端，计算出补充发送数据的补充量；按每个无线终端以计算出的补充量来补充发送数据；以及使用多个子载波在同一时刻向多个无线终端发送被补充的发送数据。

(10)可以设置存储有用于在计算机上执行上述无线通信方法的程序的存储介质。

以上，参照附图详细说明了本发明的实施例，但具体的结构并不限定于实施例，还包括不脱离本发明的技术思想范围内的设计变更。

可以将用于实现根据上述实施例的无线通信装置(基站装置1)的功能的程序存储在计算机可读存储介质中。通过计算机系统从该存储介质读取程序并执行，从而实现上述功能。其中，“计算机系统”可指操作系统(os)或者包括外围设备的硬件的系统。

另外，“计算机可读存储介质”是指软盘、光磁盘、rom、闪存等可写入的非易失性存储器、dvd等可移动介质、内置于计算机系统的硬盘等存储装置。另外，“计算机可读存储介质”中，还包括如通过互联网等网络、电话线路以及通信线路发送程序时利用到的成为服务器和客户端的计算机系统内部的易失性存储器(例如，dram)的在一定时间内保持程序的存储介质。

上述程序可从计算机系统的存储介质通过传输介质或者由传输介质中的传输波传输至其他计算机系统。其中，传输程序的“传输介质”是指如互联网等网络(通信网)、电话线路以及通信线路的具有传输信息的功能的介质。另外，上述程序可以是用于实现前述功能的一部分的程序。上述程序还可以是通过与已经存储在计算机系统中的程序的结合来实现前述功能的程序，所谓差分文件(差分程序)。

工业实用性

本发明是在从无线lan方式的基站装置使用多个子载波向多个无线终端发送数据时，对ofdma方式的帧进行数据补充，但也可以适用于其他无线通信方式。

附图标记说明

1：基站装置

11：数据帧缓冲部

12：比特补充量计算部

13：比特补充部

14：ofdma帧生成部

15：无线发送/接收部

16：存储部

17：中央控制部

21：天线

111～115：填充部