技術 無線送信装置、無線受信装置、通信方法および通信システム

0001

本発明は、無線送信装置、無線受信装置、通信方法および通信システムに関する。

0002

広く実用化されている無線ＬＡＮ（Local area network）規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎの発展規格として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格がＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）により策定された。現在、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ／ａｃの後継規格として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘの標準化活動が行なわれている。現在の無線ＬＡＮシステムでは、面積当たりの端末数の増加による干渉が大きな問題となりつつあり、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘ規格では、そのような過密環境を考慮する必要がある。一方で、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘ規格では、これまでの無線ＬＡＮ規格とは異なり、ピークスループットの改善だけではなく、ユーザスループットの改善が主な要求条件として挙げられている。ユーザスループットの改善には、高効率な同時多重伝送方式（アクセス方式）の導入が不可欠である。

0003

ＩＥＥＥ８０２．１１ｎまでの規格では、アクセス方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier sense multiple access with collision avoidance）と呼ばれる自律分散制御方式のアクセス方式が採用されていた。ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃでは、新たにマルチユーザ多重入力多重出力（Multi-user multiple-input multiple-output：MU-MIMO）技術による空間分割多重アクセス（Space division multiple access：SDMA）が追加された。

0004

ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘ規格では、既存のＩＥＥＥ８０２．１１規格に対する後方互換性が必要とされている。このことは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘ規格においても、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づくアクセス方式をサポートする必要があることを示唆している。しかし、送信に先立ってのキャリアセンスを必須とするＣＳＭＡ／ＣＡでは、先に示したような過密環境下においては、端末装置間の干渉により、通信機会が大幅に低下してしまう問題がある。そこで、最近、ある程度の干渉を許容し、通信機会を改善させることを目的とし、キャリアセンスによるクリアチャネル評価（clear channel assessment：CCA）の閾値（CCAレベル、CCAスレッショルド）の変更が議論されている（非特許文献１等）。端末装置はキャリアセンスによってＣＣＡレベル以上の干渉を計測すると通信を停止するから、ＣＣＡレベルを上げることで、過密環境においても、端末装置は通信機会を失う可能性が低くなる。当然、ＣＣＡレベルを上げることで干渉による受信品質の低下が引き起こされるが、パケット伝送に特有のパケットキャプチャ効果ならびに適応変調伝送によって、通信品質は維持されることが期待される。

0005

ＩＥＥＥ １１−１４／０６２８ｒ０、“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ＣＣＡ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｉｎ ＯＢＳＳ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ、” ２０１４年５月。

0006

しかし、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｘ規格に対応する新しい端末装置は、新しく規定されるＣＣＡレベルに基づいて送信することで、通信機会が多く得られる一方で、既存のＣＣＡレベルに基づいて通信を行なう既存端末装置（従来の端末装置、レガシー端末装置）は、ほとんど通信機会が得られなくなってしまう問題がある。

0007

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＣＳＭＡ／ＣＡを前提とし、新しいＣＣＡレベルを使用可能な端末装置と、既存のＣＣＡレベルを使用する既存端末装置とが共存する通信システムにおいて、既存端末装置の通信機会を確保しつつ、新しい端末装置の通信機会を改善可能な、無線送信装置、無線受信装置、通信システムおよび通信方法を提供することにある。

0008

上述した課題を解決するための本発明に係る無線送信装置、無線受信装置、通信システム、および通信方法は、次の通りである。

0009

（１）すなわち、本発明の無線送信装置は、キャリアセンスを必要とする通信システムにおいて、無線受信装置と通信を行なう無線送信装置であって、第１のＣＣＡ区間を示す情報を、前記無線受信装置にシグナリングすることを特徴とする。

0010

（２）また、本発明の無線送信装置は、さらに第２のＣＣＡ区間を示す情報を、前記無線受信装置にシグナリングすることを特徴とする、上記（１）に記載の無線送信装置であることを特徴とする。

0011

（３）また、本発明の無線送信装置は、前記第１のＣＣＡ区間内において、前記第１のＣＣＡ区間の終了を示す情報を、前記無線受信装置にシグナリングすることを特徴とする、上記（１）に記載の無線送信装置であることを特徴とする。

0012

（４）また、本発明の無線送信装置は、前記第１のＣＣＡ区間を示す情報を、前記無線受信装置に報知するビーコンフレームに含めることを特徴とする、上記（１）または（３）に記載の無線送信装置であることを特徴とする。

0013

（５）また、本発明の無線送信装置は、前記第１のＣＣＡ区間の前に、第２のリソース確保フレームを送信し、第２のＣＣＡ区間の前に、第１のリソース確保フレームを送信することを特徴とする、上記（１）または（３）に記載の無線送信装置であることを特徴とする。

0014

（６）また、本発明の無線送信装置は、前記無線受信装置には、第１の無線受信装置と、第２の無線受信装置が含まれており、前記第１のリソース確保フレームは、前記第２の無線受信装置がリソース確保フレームと認識できないフレームであることを特徴とする、上記（５）に記載の無線送信装置であることを特徴とする。

0015

（７）また、本発明の無線送信装置は、前記第１のＣＣＡ区間において、第１のＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行ない、前記第２のＣＣＡ区間において、第２のＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行ない、前記第１のＣＣＡレベルは、前記第２のＣＣＡレベルよりも高いことを特徴とする、上記（６）に記載の無線送信装置であることを特徴とする。

0016

（８）また、本発明の無線受信装置は、キャリアセンスを必要とする通信システムにおいて、無線送信装置と通信を行なう無線受信装置であって、第１のＣＣＡレベルと、第２のＣＣＡレベルに基づいて、前記キャリアセンスを行なう受信部を備え、第１のＣＣＡ区間を示す情報に基づいて、前記第１のＣＣＡ区間において、前記第１のＣＣＡレベルに基づいて前記キャリアセンスを行なうことを特徴とする。

0017

（９）また、本発明の無線受信装置は、さらに第２のＣＣＡ区間を示す情報に基づいて、前記第２のＣＣＡ区間において、第２のＣＣＡレベルに基づいて前記キャリアセンスを行なうことを特徴とする、上記（８）に記載の無線受信装置であることを特徴とする。

0018

（１０）また、本発明の無線受信装置は、フレームを送信する送信部を備え、前記送信部が送信するフレームのタイプに基づいて、前記第１のＣＣＡ区間におけるＣＣＡレベルを決定することを特徴とする、上記（８）または（９）に記載の無線受信装置であることを特徴とする。

0019

（１１）また、本発明の無線受信装置は、前記第１のＣＣＡ区間の終了を示す情報が前記無線送信装置よりシグナリングされた場合、前記第２のＣＣＡレベルに基づいて、前記キャリアセンスを行なうことを特徴とする、上記（８）または（９）に記載の無線受信装置であることを特徴とする。

0020

（１２）また、本発明の無線受信装置は、前記無線送信装置より、第２のリソース確保フレームが送信され、前記第２のリソース確保フレームに記載の区間は、前記第１のＣＣＡレベルに基づいて、前記キャリアセンスを行なうことを特徴とする、上記（８）に記載の無線受信装置であることを特徴とする。

0021

（１３）また、本発明の無線受信装置は、前記無線送信装置より、第１のリソース確保フレームが送信され、前記第１のリソース確保フレームに記載の区間は、通信を停止することを特徴とする、上記（１２）に記載の無線受信装置であることを特徴とする。

0022

（１４）また、本発明の無線受信装置は、前記無線送信装置より、第１のリソース確保フレームが送信され、前記前記第１のリソース確保フレームに記載の区間は、前記第２のＣＣＡレベルに基づいて、前記キャリアセンスを行なうことを特徴とする、上記（１２）に記載の無線受信装置であることを特徴とする。

0023

（１５）また、本発明の通信方法は、キャリアセンスを必要とする通信システムにおいて、無線受信装置と通信を行なう無線送信装置の通信方法であって、第１のＣＣＡ区間を示す情報を、前記無線受信装置にシグナリングするステップを備えることを特徴とする通信方法であることを特徴とする。

0024

（１６）また、本発明の通信方法は、キャリアセンスを必要とする通信システムにおいて、無線送信装置と通信を行なう無線受信装置の通信方法であって、第１のＣＣＡレベルと、第２のＣＣＡレベルに基づいて、前記キャリアセンスを行なうステップと、第１のＣＣＡ区間を示す情報に基づいて、前記第１のＣＣＡ区間において、第１のＣＣＡレベルに基づいて前記キャリアセンスを行なうステップと、を備えることを特徴とする。

0025

（１７）また、本発明の通信システムは無線送信装置と無線受信装置を備え、キャリアセンスを必要とする通信システムであって、前記無線送信装置は第１のＣＣＡ区間を示す情報を、前記無線受信装置にシグナリングし、前記無線受信装置は第１のＣＣＡレベルと、第２のＣＣＡレベルに基づいて、前記キャリアセンスを行なう受信部を備え、前記第１のＣＣＡ区間を示す情報に基づいて、前記第１のＣＣＡ区間において、前記第１のＣＣＡレベルに基づいて前記キャリアセンスを行なうこと、を特徴とする。

0026

本発明によれば、既存端末装置の通信機会を確保しつつ、新しい端末装置の通信機会を改善可能な無線ＬＡＮシステムを実現可能であるから、ユーザスループットを大幅に改善することが可能となる。

0027

本発明に係る通信システムの一例を示す図である。
本発明に係る無線送信装置の一構成例を示す概略ブロック図である。
本発明の信号のフレーム構成の一構成例を示す図である。
本発明の通信の一例を示す図である。
本発明の信号の一構成例を示す図である。
本発明に係る無線受信装置の一構成例を示す概略ブロック図である。
本発明の通信の一例を示す図である。

0028

［１．第１の実施形態］
本実施形態における通信システムは、無線送信装置（アクセスポイント、Access point（AP））、および複数の無線受信装置（ステーション、Station（STA））を備える。また、ＡＰとＳＴＡとで構成されるネットワークを基本サービスセット（Basic service set：BSS）と呼ぶ。

0029

ＢＳＳ内のＡＰおよびＳＴＡは、それぞれＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier sense multiple access with collision avoidance）に基づいて、通信を行なうものとする。本実施形態においては、ＡＰが複数のＳＴＡと通信を行なうインフラストラクチャモードを対象とするが、本実施形態の方法は、ＳＴＡ同士が通信を直接行なうアドホックモードでも実施可能である。

0030

ＩＥＥＥ８０２．１１システムでは、各装置は、共通のフレームフォーマットを持った複数のフレームタイプの送信フレームを送信することが可能である。送信フレームは、物理（Physical：PHY）層、媒体アクセス制御（Medium access control：MAC）層、論理リンク制御（Logical Link Control：LLC）層でそれぞれ定義されている。

0031

ＰＨＹ層の送信フレームは、物理プロトコルデータユニット（PHY protocol data unit：PPDU）と呼ばれる。ＰＰＤＵは、物理層での信号処理を行なうためのヘッダ情報等が含まれる物理層ヘッダ（PHYヘッダ）と、物理層で処理されるデータユニットである物理サービスデータユニット（PHY service data unit：PSDU）等から構成される。ＰＳＤＵは無線区間における再送単位となるＭＡＣプロトコルデータユニット（MAC protocol data unit：MPDU）が複数集約された集約ＭＰＤＵ（Aggregated MPDU：A-MPDU）で構成されることが可能である。

0032

ＰＨＹヘッダには、信号の検出・同期等に用いられるショートトレーニングフィールド（Short training field：STF）、データ復調のためのチャネル情報を取得するために用いられるロングトレーニングフィールド（Long training field：LTF）などの参照信号と、データ復調のための制御情報が含まれているシグナル（Signal：SIG）などの制御信号が含まれる。また、ＳＴＦは、対応する規格に応じて、レガシーＳＴＦ（Legacy-STF：L-STF）や、高スループットＳＴＦ（High throughput-STF：HT-STF）や、超高スループットＳＴＦ（Very high throughput-STF：VHT-STF）等に分類され、ＬＴＦやＳＩＧも同様にＬ−ＬＴＦ、ＨＴ−ＬＴＦ、ＶＨＴ−ＬＴＦ、Ｌ−ＳＩＧ、ＨＴ−ＳＩＧ、ＶＨＴ−ＳＩＧに分類される。ＶＨＴ−ＳＩＧは更にＶＨＴ−ＳＩＧ−ＡとＶＨＴ−ＳＩＧ−Ｂに分類される。

0033

ＰＰＤＵは対応する規格に応じて変調される。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格であれば、直交周波数分割多重（Orthogonal frequency division multiplexing：OFDM）信号に変調される。

0034

ＭＰＤＵはＭＡＣ層での信号処理を行なうためのヘッダ情報等が含まれるＭＡＣ層ヘッダ（MAC header）と、ＭＡＣ層で処理されるデータユニットであるＭＡＣサービスデータユニット（MAC service data unit：MSDU）もしくはフレームボディ、ならびにフレームに誤りがないかをどうかをチェックするフレーム検査部（Frame check sequence：FCS）で構成されている。また、複数のＭＳＤＵは集約ＭＳＤＵ（Aggregated MSDU：A-MSDU）として集約されることも可能である。

0035

ＭＡＣ層の送信フレームのフレームタイプは、装置間の接続状態などを管理するマネージメントフレーム、装置間の通信状態を管理するコントロールフレーム、および実際の送信データを含むデータフレームの３つに大きく分類され、それぞれは更に複数種類のサブフレームタイプに分類される。コントロールフレームには、受信完了通知（Acknowledge：ACK）フレーム、送信要求（Request to send：RTS）フレーム、受信準備完了（Clear to send：CTS）フレーム等が含まれる。マネージメントフレームには、ビーコン（Beacon）フレーム、プローブ要求（Probe request）フレーム、プローブ応答（Probe response）フレーム、認証（Authentication）フレーム、接続要求（Association request）フレーム、接続応答（Association response）フレーム等が含まれる。データフレームには、データ（Data）フレーム、ポーリング（CF-poll）フレーム等が含まれる。各装置は、ＭＡＣヘッダに含まれるフレームコントロールフィールドの内容を読み取ることで、受信したフレームのフレームタイプおよびサブフレームタイプを把握することができる。

0036

ビーコンフレームには、ビーコンが送信される周期（Beacon interval）やＡＰを識別する情報（Service set identifier（SSID）等）を記載するフィールド（Field）が含まれる。ＡＰは、ビーコンフレームを周期的にＢＳＳ内に報知することが可能であり、ＳＴＡはビーコンフレームを受信することで、ＳＴＡ周辺のＡＰを把握することが可能である。ＳＴＡがＡＰより報知される信号に基づいてＡＰを把握することを受動的スキャニング（Passive scanning）と呼ぶ。一方、ＳＴＡがプローブ要求フレームをＢＳＳ内に報知することで、ＡＰを探査することを能動的スキャニング（Active scanning）と呼ぶ。ＡＰは該プローブ要求フレームへの応答としてプローブ応答フレームを送信することが可能であり、該プローブ応答フレームの記載内容は、ビーコンフレームと同等である。

0037

ＳＴＡはＡＰを認識したあとに、該ＡＰに対して接続処理を行なう。接続処理は認証（Authentication）手続きと接続（Association）手続きに分類される。ＳＴＡは接続を希望するＡＰに対して、認証フレームを送信する。ＡＰは、認証フレームを受信すると、該ＳＴＡに対する認証の可否などを示すステータスコードを含んだ認証フレームを該ＳＴＡに送信する。ＳＴＡは、該認証フレームに記載されたステータスコードを読み取ることで、自装置が該ＡＰに認証を許可されたか否かを判断することができる。なお、ＡＰとＳＴＡは認証フレームを複数回やり取りすることが可能である。

0038

ＳＴＡは認証手続きに続いて、ＡＰに対して接続手続きを行なうために、接続要求フレームを送信する。ＡＰは接続要求フレームを受信すると、該ＳＴＡの接続を許可するか否かを判断し、その旨を通知するために、接続応答フレームを送信する。接続応答フレームには、接続処理の可否を示すステータスコードに加えて、ＳＴＡを識別するためのアソシエーション識別番号（Association identifier：AID）が記載されている。ＡＰは接続許可を出したＳＴＡにそれぞれ異なるＡＩＤを設定することで、複数のＳＴＡを管理することが可能となる。

0039

接続処理が行なわれたのち、ＡＰとＳＴＡは実際のデータ伝送を行なう。ＩＥＥＥ８０２．１１システムでは、分散制御機構（Distributed Coordination Function：DCF）と集中制御機構（Point Coordination Function：PCF）、およびこれらが拡張された機構（ハイブリッド制御機構（Hybrid coordination function：HCF）等）が定義されている。以下では、ＡＰがＳＴＡにＤＣＦで信号を送信する場合を例にとって説明する。

0040

ＤＣＦでは、ＡＰおよびＳＴＡは、通信に先立ち、自装置周辺の無線チャネルの使用状況を確認するキャリアセンス（Carrier sense：CS）を行なう。例えば、送信局であるＡＰは予め定められたクリアチャネル評価レベル（Clear channel assessment level：CCAレベル）よりも高い信号を該無線チャネルで受信した場合、該無線チャネルでの送信フレームの送信を延期する。以下では、該無線チャネルにおいて、ＣＣＡレベル以上の信号が検出される状態をビジー（Busy）状態、ＣＣＡレベル以上の信号が検出されない状態をアイドル（Idle）状態と呼ぶ。このように、各装置が実際に受信した信号の電力に基づいて行なうＣＳを物理キャリアセンス（物理CS）と呼ぶ。なおＣＣＡレベルをキャリアセンスレベル（CS level）、もしくはＣＣＡ閾値（CCA threshold：CCAT）とも呼ぶ。なお、ＡＰおよびＳＴＡは、ＣＣＡレベル以上の信号を検出した場合は、少なくともＰＨＹ層の信号を復調する動作に入る。

0041

ＡＰは送信する送信フレームに種類に応じたフレーム間隔（Inter frame space：IFS）だけキャリアセンスを行ない、無線チャネルがビジー状態かアイドル状態かを判断する。ＡＰがキャリアセンスする期間は、これからＡＰが送信する送信フレームのフレームタイプおよびサブフレームタイプによって異なる。ＩＥＥＥ８０２．１１システムでは、期間の異なる複数のＩＦＳが定義されており、最も高い優先度が与えられた送信フレームに用いられる短フレーム間隔（Short IFS：SIFS）、優先度が比較的高い送信フレームに用いられるポーリング用フレーム間隔（PCF IFS：PIFS）、最も優先度の低い送信フレームに用いられる分散制御用フレーム間隔（DCF IFS：DIFS）などがある。ＡＰがＤＣＦでデータフレームを送信する場合、ＡＰはＤＩＦＳを用いる。

0042

ＡＰはＤＩＦＳだけ待機したあとで、フレームの衝突を防ぐためのランダムバックオフ時間だけ更に待機する。ＩＥＥＥ８０２．１１システムにおいては、コンテンションウィンドウ（Contention window：CW）と呼ばれるランダムバックオフ時間が用いられる。ＣＳＭＡ／ＣＡでは、ある送信局が送信した送信フレームは、他送信局からの干渉が無い状態で受信局に受信されることを前提としている。そのため、送信局同士が同じタイミングで送信フレームを送信してしまうと、フレーム同士が衝突してしまい、受信局は正しく受信することができない。そこで、各送信局が送信開始前に、ランダムに設定される時間だけ待機することで、フレームの衝突が回避される。ＡＰはキャリアセンスによって無線チャネルがアイドル状態であると判断すると、ＣＷのカウントダウンを開始し、ＣＷが０となって初めて送信権を獲得し、ＳＴＡにデータフレームを送信できる。なお、ＣＷのカウントダウン中にＡＰがキャリアセンスによって無線チャネルをビジー状態と判断した場合は、ＣＷのカウントダウンを停止する。そして、無線チャネルがアイドル状態となった場合、先のＩＦＳに続いて、ＡＰは残留するＣＷのカウントダウンを再開する。

0043

受信局であるＳＴＡは、送信フレームを受信し、該送信フレームのＰＨＹヘッダを読み取り、受信した送信フレームを復調する。そして、ＳＴＡは復調した信号のＭＡＣヘッダを読み取ることで、該送信フレームが自装置宛てのものか否かを認識することができる。なお、ＳＴＡは、ＰＨＹヘッダに記載の情報（例えば、VHT-SIG-Aの記載されるグループ識別番号（Group identifier：Group ID））に基づいて、該送信フレームの宛先を判断することも可能である。

0044

ＳＴＡは、受信した送信フレームが自装置宛てのものと判断し、そして誤りなく送信フレームを復調できた場合、フレームを正しく受信できたことを示すＡＣＫフレームを送信局であるＡＰに送信しなければならない。ＡＣＫフレームは、ＳＩＦＳ期間の待機だけ（ランダムバックオフ時間は取られない）で送信される最も優先度の高い送信フレームの一つである。ＡＰはＳＴＡから送信されるＡＣＫフレームの受信をもって、一連の通信を終了する。なお、ＳＴＡがフレームを正しく受信できなかった場合、ＳＴＡはＡＣＫを送信しない。よってＡＰは、フレーム送信後、一定期間（ＳＩＦＳ＋ＡＣＫフレーム長）の間、受信局からのＡＣＫフレームを受信しなかった場合、通信は失敗したものとして、通信を終了する。このように、ＩＥＥＥ８０２．１１システムの１回の通信（バーストとも呼ぶ）の終了は、ビーコンフレームなどの報知信号の送信の場合や、送信データを分割するフラグメンテーションが用いられる場合などの特別な場合を除き、必ずＡＣＫフレームの受信の有無で判断されることになる。

0045

ＳＴＡは、受信した送信フレームが自装置宛てのものではないと判断した場合、ＰＨＹヘッダ等に記載されている該送信フレームの長さ（Length）に基づいて、ネットワークアロケーションベクタ（Network allocation vector：NAV）を設定する。ＳＴＡは、ＮＡＶに設定された期間は通信を試行しない。つまり、ＳＴＡは物理ＣＳによって無線チャネルがビジー状態と判断した場合と同じ動作をＮＡＶに設定された期間行なうことになるから、ＮＡＶによる通信制御は仮想キャリアセンス（仮想CS）とも呼ばれる。ＮＡＶは、ＰＨＹヘッダに記載の情報に基づいて設定される場合に加えて、隠れ端末問題を解消するために導入される送信要求（Request to send：RTS）フレームや、受信準備完了（Clear to send：CTS）フレームによっても設定される。

0046

各装置がキャリアセンスを行ない、自律的に送信権を獲得するＤＣＦに対して、ＰＣＦは、ポイントコーディネータ（Point coordinator：PC）と呼ばれる制御局が、ＢＳＳ内の各装置の送信権を制御する。一般にＡＰがＰＣとなり、ＢＳＳ内のＳＴＡの送信権を獲得することになる。

0047

ＰＣＦによる通信期間には、非競合期間（Contention free period：CFP）と競合期間（Contention period：CP）が含まれる。ＣＰの間は、前述してきたＤＣＦに基づいて通信が行なわれ、ＰＣが送信権を制御するのはＣＦＰの間となる。ＰＣであるＡＰは、ＣＦＰの期間（CFP Max duration）などが記載されたビーコンフレームをＰＣＦの通信に先立ちＢＳＳ内に報知する。なお、ＰＣＦの送信開始時に報知されるビーコンフレームの送信にはＰＩＦＳが用いられ、ＣＷを待たずに送信される。該ビーコンフレームを受信したＳＴＡは、該ビーコンフレームに記載されたＣＦＰの期間をＮＡＶに設定する。以降、ＮＡＶが経過する、もしくはＣＦＰの終了をＢＳＳ内に報知する信号（例えば、CF-endを含んだデータフレーム）が受信されるまでは、ＳＴＡはＰＣより送信される送信権獲得をシグナリングする信号（例えば、CF-pollを含んだデータフレーム）を受信した場合のみ、送信権を獲得可能である。なお、ＣＦＰの期間内では、同一ＢＳＳ内でのパケットの衝突は発生しないから、各ＳＴＡはＤＣＦで用いられるランダムバックオフ時間を取らない。

0048

本実施形態に係る通信システムが備えるＡＰおよびＳＴＡは、以上説明してきたＣＳＭＡ／ＣＡに基づいた一連の通信を行なう機能を備えているものとするが、必ずしもすべての機能を備えている必要はない。

0049

図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信システムの下り回線（ダウンリンク）の一例を示す概略図である。図１の通信システムでは、ＡＰ１が存在し、１ａは、ＡＰ１が管理可能な範囲（カバレッジ範囲、Basic service set（BSS））を示す。ＢＳＳ１ａにはＡＰ１と接続するＳＴＡ２−１〜４と、既存の端末装置（従来の端末装置、レガシー端末装置）であるＳＴＡ３−１〜４が存在する。以下では、ＳＴＡ２−１〜４を単にＳＴＡ２または第１の無線受信装置とも呼称する。同様に、ＳＴＡ３−１〜４を単にＳＴＡ３または第２の無線受信装置とも呼称する。ＡＰ１、ＳＴＡ２、およびＳＴＡ３は、それぞれ対応可能な規格が異なる。例えば、ＡＰ１およびＳＴＡ２は、本発明を適用可能な装置であり、ＳＴＡ３は本発明が適用されない装置である。

0050

ＡＰ１、ＳＴＡ２、およびＳＴＡ３は、それぞれＣＳＭＡ／ＣＡに基づいて、通信を行なうものとする。本実施形態においては、各ＳＴＡ２およびＳＴＡ３がＡＰ１と通信を行なうインフラストラクチャモードを対象とするが、本実施形態の方法は、ＳＴＡ同士が通信を直接行なうアドホックモードでも実施可能である。

0051

図２は、本発明の第１の実施形態に係るＡＰ１の構成の一例を示すブロック図である。図３に示す通り、ＡＰ１は、上位層部１０１と、制御部１０２と、送信部１０３と、受信部１０４と、アンテナ１０５と、を備える。

0052

上位層部１０１は、媒体アクセス制御（MAC：Medium Access Control）層等の処理を行なう。また、上位層部１０１は、送信部１０３と、受信部１０４の制御を行なうための情報を生成し、制御部１０２に出力する。制御部１０２は、上位層部１０１と送信部１０３と受信部１０４を制御する。

0053

送信部１０３は、更に物理チャネル信号生成部１０３１と、フレーム構成部１０３２と、制御信号生成部１０３３と、無線送信部１０３４を備える。物理チャネル信号生成部１０３１は、ＡＰ１が各ＳＴＡに送信するベースバンド信号を生成する。物理チャネル信号生成部１０３１が生成する信号は、各ＳＴＡがチャネル推定に用いるＴＦ（Training field）や、ＭＳＤＵ（MAC service data unit）で送信されるデータが含まれる。なお、図１においてＳＴＡ数を８としたため、ＳＴＡ２−１〜４およびＳＴＡ３−１〜４に送信するベースバンド信号を生成する例を示すが、本実施形態はこれに限定されない。

0054

フレーム構成部１０３２は、物理チャネル信号生成部１０３１が生成する信号と、制御信号生成部１０３３が生成する信号とを多重し、実際にＡＰ１が送信するベースバンド信号の送信フレームを構成する。

0055

図３は、本実施形態に係るフレーム構成部１０３２が生成する送信フレームの一例を示す概略図である。送信フレームは、Ｌ−ＳＴＦ、Ｌ−ＬＴＦ、ＶＨＴ−ＳＴＦ、ＶＨＴ−ＬＴＦ等の参照信号を含む。また、送信フレームは、Ｌ−ＳＩＧ、ＶＨＴ−ＳＩＧ−Ａ、ＶＨＴ−ＳＩＧ−Ｂ等の制御情報を含む。また、送信フレームは、Ｄａｔａ部分を含む。フレーム構成部１０３２が生成する送信フレームの構成は、図４に限るものではなく、他の制御情報（例えば、HT-SIG）や参照信号（例えば、HT-LTF）等を含んでも良い。また、フレーム構成部１０３２が生成する送信フレームはＬ−ＳＴＦやＶＨＴ−ＳＩＧ−Ａなどの信号をすべて含む必要もない。なお、Ｌ−ＳＩＧなどが含む制御情報は、Ｄａｔａ部分を復調するために必要となる情報であるから、以下ではＬ−ＳＩＧなどが含む制御情報を物理層ヘッダ（PHYヘッダ）とも記載する。

0056

フレーム構成部１０３２が生成する送信フレームは、いくつかのフレームタイプに分類される。例えば、フレーム構成部１０３２は、装置間の接続状態などを管理するマネージメントフレーム、装置間の通信状態を管理するコントロールフレーム、および実際の送信データを含むデータフレームの三つのフレームタイプの送信フレームを生成することができる。フレーム構成部１０３２は、生成する送信フレームが属するフレームタイプを示す情報を、Ｄａｔａ部分で送信する媒体アクセス制御層ヘッダ（MACヘッダ）に含めることができる。

0057

無線送信部１０３４は、フレーム構成部１０３２が生成するベースバンド信号を無線周波数（Radio frequency（RF））帯の信号に変換する処理を行なう。無線送信部１０３４が行なう処理には、デジタル・アナログ変換、フィルタリング、ベースバンド帯からＲＦ帯への周波数変換等が含まれる。

0058

アンテナ１０５は、送信部１０３が生成した信号を、各ＳＴＡに対して送信する。

0059

ＡＰ１は、各ＳＴＡから送信された信号を受信する機能も備える。アンテナ１０５は、各ＳＴＡから送信された信号を受信し、受信部１０４に出力する。

0060

受信部１０４は、物理チャネル信号復調部１０４１と無線受信部１０４２を備える。無線受信部１０４２は、アンテナ１０５から入力されたＲＦ帯の信号をベースバンド帯の信号に変換する。無線受信部１０４２が行なう処理には、ＲＦ帯からベースバンド帯への周波数変換、フィルタリング、アナログ・デジタル変換等が含まれる。また、受信部１０４が行なう処理には、特定の周波数バンドにおいて周辺の干渉を測定し、該周波数バンドを確保する（キャリアセンス）機能が含まれていても良い。

0061

物理チャネル信号復調部１０４１は、無線受信部１０４２が出力するベースバンド帯の信号を復調する。物理チャネル信号復調部１０４１が復調する信号は、ＳＴＡ２およびＳＴＡ３が上り回線（上りリンク）で送信する信号であり、そのフレーム構成は、フレーム構成部１０３２が生成するデータフレームと同様である。よって、物理チャネル信号復調部１０４１は、データフレームの制御チャネルで送信される制御情報に基づいて、データチャネルより上りリンクデータを復調することができる。また、物理チャネル信号復調部１０４１には、キャリアセンス機能が含まれていても良い。なお、受信部１０４は、該周波数バンドにおける信号電力を制御部１０２を介して上位層部１０１に入力し、上位層部１０１がキャリアセンスに関連する処理を行なっても良い。

0062

ＡＰ１は、先に示したＣＳＭＡ／ＣＡに基づいて通信を行なうから、受信部１０４によるキャリアセンスによって確保可能な周波数バンドに対してのみ、送信フレームを送信できる。本実施形態に係るＡＰ１や後述するＳＴＡ２は、ＣＣＡレベルを変更可能であり、例えば、レガシー端末装置であるＳＴＡ３が用いるＣＣＡレベルよりも高いＣＣＡレベルを使用することができる。

0063

本実施形態に係るＡＰ１は、ＳＴＡ２に対して、レガシー端末装置であるＳＴＡ３とは異なるＣＣＡレベルでのキャリアセンスを指示することが可能である。例えば、ＡＰ１はビーコンフレームのＣＣＡフィールドにＣＣＡレベルの値を直接記載することができる。ＳＴＡ２は、該ビーコンフレームを受信し、該ＣＣＡフィールドに記載のＣＣＡレベルを読み取ることで、該ビーコンフレームを送信したＡＰ１が管理する該ＢＳＳ内において、ＳＴＡ２が使用可能なＣＣＡレベルを把握することが可能となる。一方、レガシー端末装置であるＳＴＡ３は当該ＣＣＡフィールドを読み取ることはできないから、既存のＣＣＡレベルに基づいて、通信を行なうことになる。以下では、ＳＴＡ３が用いるＣＣＡレベルをレガシーＣＣＡレベルと記載する。そして、特に説明がない限り、単にＣＣＡレベルと記載した場合や、可変ＣＣＡレベルと記載した場合は、本発明が適用されたＳＴＡ２やＡＰ１が用いることが可能なＣＣＡレベルを指すものとする。また、ＳＴＡ２のみが用いることが可能なＣＣＡレベルを第１のＣＣＡレベル、レガシーＣＣＡレベルを第２のＣＣＡレベルとも記載する。

0064

また、ＡＰ１はＣＣＡフィールドに、レガシーＣＣＡレベルと、可変ＣＣＡレベルの差（CCAオフセット）を記載することも可能である。

0065

また、ＳＴＡ２は予めレガシーＣＣＡレベルとは異なるＣＣＡレベルを可変ＣＣＡレベルとして少なくとも一つ把握しておき、ＡＰ１は、ビーコンフレームにて、レガシーＣＣＡレベルとは異なる可変ＣＣＡレベルを使用することを、ＳＴＡ２にシグナリングすることができる。この場合、ＣＣＡフィールドには、可変ＣＣＡレベルを用いるか否かを示す１ビットの情報が記載されることになる。

0066

なお、ＡＰ１は、以上の情報をビーコンフレーム以外のマネージメントフレームでシグナリングすることも可能である。また、ＡＰ１はＣＣＡレベルに関する情報を、特定タイプの送信フレームでシグナリングするのではなく、例えば送信フレームのＰＨＹヘッダに当該情報（例えば、CCAレベルやCCAオフセット）を含めることも可能である。

0067

なお、ＡＰ１は、必ずしもＳＴＡ２にレガシーＣＣＡレベルとは異なるＣＣＡレベルの利用指示をシグナリングする必要はない。例えば、ＡＰ１に接続している装置が殆どＳＴＡ２であったり、ＡＰ１が送信する信号のタイプ（種類）の殆どが、本発明が適用されたＳＴＡ２宛ての信号である場合や、ＡＰ１が受信する信号のタイプの殆どが、本発明が適用されたＳＴＡ２より受信された信号である場合、ＡＰ１は、ＳＴＡ２に対して、レガシーＣＣＡレベルをシグナリングしても構わないし、ＣＣＡレベルの通知自体を止めても良い。

0068

ただし、ＡＰ１とＳＴＡ２が、レガシー端末装置であるＳＴＡ３よりも高いＣＣＡレベルを用いる場合、ＡＰ１およびＳＴＡ２は、高い頻度で通信機会を獲得できる一方で、ＣＣＡレベルを変更できないＳＴＡ３は、ほとんど通信機会を獲得できない問題が発生する。

0069

係る問題に対処するために、本実施形態に係るＡＰ１は、ＡＰ１およびＳＴＡ２がＣＣＡレベルを変更可能な区間と、ＡＰ１およびＳＴＡ２がＣＣＡレベルを変更不可能な区間とを時間的に分割して設定する。

0070

図４は、本実施形態に係る通信の一例を示す図である。ここでは、ＳＴＡ２およびＳＴＡ３に、ＡＰ１宛ての送信フレームが発生している場合を仮定する。また、ＳＴＡ２およびＳＴＡ３の周辺の干渉レベルを併せて示している。はじめに、ＡＰ１は、周期的にビーコンフレームをＢＳＳ内に送信する。ＡＰ１は該ビーコンフレームに、ＣＣＡレベルを変更可能な区間（ダイナミックCCA区間、第１のCCA区間とも呼ぶ）と、ＣＣＡレベルを変更不可能な区間（レガシーCCA区間、第２のCCA区間とも呼ぶ）の長さおよび周期を示す情報を含めることができる。

0071

図５は本実施形態に係るＡＰ１が送信するビーコンフレームの一例を示す概要図である。ビーコンフレームは、フレームタイプや、送信元アドレスなどを含むＭＡＣヘッダと、実際のデータを含むフレームボディ（Frame body）ならびにフレームに誤りがないかをどうかをチェックするフレーム検査部（Frame check sequence：FCS）で構成されている。本実施形態に係るＡＰ１が生成するビーコンフレームのフレームボディには、レガシー端末であるＳＴＡ３も受信可能な既存のビーコンフレーム（レガシービーコンフレーム）も含んでいる、ビーコンが送信される周期（Beacon interval）やＡＰ１を識別する情報（Service set identifier（SSID）等）を記載するフィールド（Field）が含まれる。本実施形態に係るＡＰ１が生成するビーコンフレームのフレームボディには、更にＳＴＡ２がキャリアセンスを行なう際に使用するクリアチャネル評価（Clear channel assessment：CCA）に関する情報を記載するフィールド（CCAフィールド）と、第１のＣＣＡ期間の長さを記載するフィールド（Dynamic CCA periodフィールド）が含まれる。

0072

ＳＴＡ２は、ＣＣＡフィールドおよびＤｙｎａｍｉｃ ＣＣＡ ｐｅｒｉｏｄフィールドの値を読み取ることが可能であるから、第１のＣＣＡ期間の長さと、第１のＣＣＡ期間内でのＣＣＡレベルを把握することができる。一方、ＳＴＡ３は、ＣＣＡフィールドおよびＤｙｎａｍｉｃ ＣＣＡ ｐｅｒｉｏｄフィールドの値を読み取ることができないから、ビーコンフレームとビーコンフレームの間の期間は、常に第２のＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なうことになる。

0073

なお、図５に示すビーコンフレームが送信された場合、ＡＰ１およびＳＴＡ２は、該ビーコンフレーム送信後に、第１のＣＣＡ区間が開始されるものと判断し、Ｄｙｎａｍｉｃ ＣＣＡ ｐｅｒｉｏｄフィールドに記載の値が示す期間だけ、第１のＣＣＡレベルに基づいて、キャリアセンスを行ない、該期間が終了したのち、第２のＣＣＡ区間が開始されるものと判断することができる。一方で、ＡＰ１はビーコンフレームに、第２のＣＣＡ期間の長さを記載するフィールド（Legacy CCA periodフィールド）を含めることができる。この場合、ＡＰ１およびＳＴＡ２は、該ビーコンフレーム送信後に、第２のＣＣＡ区間が開始されるものと判断し、Ｌｅｇａｃｙ ＣＣＡ ｐｅｒｉｏｄフィールドに記載の値が示す期間だけ、第２のＣＣＡレベルに基づいて、キャリアセンスを行ない、該期間が終了したのち、第１のＣＣＡ区間が開始されるものと判断することができる。このように、ＡＰ１がＳＴＡ２に第１のＣＣＡ区間および第２のＣＣＡ区間の長さをシグナリングする方法は、何かに限定されるものではなく、ＳＴＡ２が、第１のＣＣＡ区間および第２のＣＣＡ区間の長さを把握可能とするＡＰ１からのシグナリング、およびＡＰ１とＳＴＡ２との間の予めの取決め（例えば、ビーコンフレーム後に第１のCCA区間が開始される等）が行なわれていれば良い。

0074

なお、図４においては、Ｂｅａｃｏｎ ｉｎｔｅｒｖａｌの間に、第１のＣＣＡ区間と第２のＣＣＡ区間が１つずつ存在するが、ＡＰ１は、Ｂｅａｃｏｎ ｉｎｔｅｒｖａｌの間に複数の第１のＣＣＡ区間と第２のＣＣＡ区間を設定しても良い。

0075

また、ＡＰ１は、第１のＣＣＡ区間と第２のＣＣＡ区間に関する情報を含んだビーコンフレーム（第１のビーコンフレーム）と、第１のＣＣＡ区間と第２のＣＣＡ区間に関する情報を含まないビーコンフレーム（第２のビーコンフレーム）を、それぞれ異なる周期で送信しても良い。この場合、ＡＰ１は、送信するビーコンフレームのフレームボディに、該ビーコンフレームが、第１のビーコンフレームか、第２のビーコンフレームかを示す情報を含めることができる。

0076

また、ＡＰ１は、第１のＣＣＡ区間の間に、第１のＣＣＡ区間の終了を示す信号（CCA End frame：CCA-Endフレーム）を送信することができる。ＳＴＡ２は、ＣＣＡ−Ｅｎｄフレームを受信した場合、少なくとも次のビーコンフレームを受信するまでは、第２のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なうことになる。

0077

また、ＡＰ１は、ビーコンフレーム以外のフレーム（例えば、プローブ応答フレーム）に基づいて、先に示した第１のＣＣＡ区間の長さや周期をＳＴＡ２に通知することもできる。また、ＡＰ１は、先に示した第１のＣＣＡ区間の長さや周期に関する情報を、ＰＨＹヘッダに含めて、ＳＴＡ２に通知することも可能である。

0078

また、ＡＰ１の受信部１０４は、第１のＣＣＡ区間の間は、第１のＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行なうことが可能であるが、第２のＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行なっても良い。また、ＡＰ１の受信部１０４は、受信されたフレームの種類（タイプ）に応じて、第１のＣＣＡ区間においても、第１のＣＣＡレベルと、第２のＣＣＡレベルを切り替えて用いても良い。例えば、ＡＰ１の受信部１０４は、受信されたフレームが、本発明が適用可能な規格のフレームであった場合には、第１のＣＣＡレベルでキャリアセンスを行ない、一方で、受信されたフレームが、本発明が適用できない規格のフレームであった場合には、第２のＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なっても良い。

0079

また、ＡＰ１の受信部１０４は、送信部１０３が送信を予定しているフレームが、本発明が適用可能な規格のフレームであった場合には、第１のＣＣＡレベルでキャリアセンスを行ない、一方で、送信部１０３が送信を予定しているフレームが、本発明が適用できない規格のフレームであった場合には、受信部１０４は第２のＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なっても良い。なお、ＡＰ１は、受信部１０４がキャリアセンスに用いているＣＣＡレベルに基づいて、送信するフレームの優先度を変更しても良い。例えば、受信部１０４が第１のＣＣＡレベルと第２のＣＣＡレベルで、それぞれキャリアセンスを行なった結果、第１のＣＣＡレベルならば無線リソースを確保可能と判断した場合、送信部１０３は本発明が適用可能な規格のフレームを優先的に送信するように制御されても良い。

0080

図４に戻り、時刻ｔ１においては、干渉レベルは第１のＣＣＡレベルを下回っているから、ＳＴＡ２は送信機会の獲得を試みることが可能である。ＳＴＡ２はＤＩＦＳおよびＣＷの間に干渉レベルが第１のＣＣＡレベルを超えなかった場合、送信フレームを送信することができる。一方、ＳＴＡ３は、第２のＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行なうから、時刻ｔ１では送信機会の獲得を試みることはない。

0081

次いで、時刻ｔ２において、ＳＴＡ２もレガシーＣＣＡ区間となり、第２のＣＣＡレベルでのキャリアセンスを開始する。時刻ｔ２においては、依然として第２のＣＣＡレベルを上回る干渉が存在するから、ＳＴＡ２も送信機会の獲得を試みない。

0082

次いで、時刻ｔ３において干渉レベルが第２のＣＣＡレベルを下回るから、ＳＴＡ２とＳＴＡ３はともに、送信機会の獲得を試みる。そして、ＤＩＦＳとＣＷの合計期間が小さい端末（図４ではSTA3）が送信機会を獲得できる。よって、レガシーＣＣＡ区間においては、ＳＴＡ２とＳＴＡ３の送信機会を平等とすることができるから、ＣＣＡレベルを変更可能な通信システムにおいても、レガシーＣＣＡレベルを用いるレガシー端末装置であるＳＴＡ３の送信機会の減少を、最小限とすることができる。

0083

図６は、本実施形態に係るＳＴＡ２の一構成例を示すブロック図である。図６に示すように、ＳＴＡ２は、上位層部２０１と、制御部２０２と、送信部２０３と、受信部２０４と、アンテナ２０５を備える。

0084

上位層部２０１は、ＭＡＣ層等の処理を行なう。また、上位層部２０１は、送信部２０３と、受信部２０４の制御を行なうための情報を生成し、制御部２０２に出力する。

0085

アンテナ２０５は、ＡＰ１が送信した信号を受信し、受信部２０４に出力する。

0086

受信部２０４は、物理チャネル信号復調部２０４１と制御情報モニタリング部２０４２と無線受信部２０４３を備える。無線受信部２０４３は、アンテナ２０５から入力されたＲＦ帯の信号をベースバンド帯の信号に変換する。無線受信部２０４３が行なう処理には、ＲＦ帯からベースバンド帯への周波数変換、フィルタリング、アナログ・デジタル変換等が含まれる。

0087

制御情報モニタリング部２０４２は、無線受信部２０４３が出力するベースバンド帯の信号からＡＰ１が送信する送信フレームのＰＨＹヘッダ（例えば、L-SIGやVHT-SIG-A）に記載されている情報を読み取り、物理チャネル信号復調部２０４１に入力する。

0088

物理チャネル信号復調部２０４１は、制御情報モニタリング部２０４２が取得した制御情報に基づいて、ＡＰ１が送信した送信フレームを復調し、復調結果を、制御部２０２を介して、上位層部２０１に入力する。

0089

上位層部２０１は、物理チャネル信号復調部２０４１が復調したデータを、ＭＡＣ層、ＬＬＣ（Logical Link Control）層およびトランスポート層で、それぞれ解釈する。上位層部２０１のＭＡＣ層の処理として、ＡＰ１が送信した送信フレームから、ＣＣＡレベルに関する情報を取得できる。例えば、上位層部２０１はＡＰ１が送信した送信フレームが、ビーコンフレームであると解釈した場合、該ビーコンフレームのＣＣＡフィールドおよびＤｙｎａｍｉｃ ＣＣＡ ｐｅｒｉｏｄフィールドに記載されている、ＣＣＡレベルおよび第１のＣＣＡ区間の長さをそれぞれ取得することが可能である。また、取得したＣＣＡレベルおよび第１のＣＣＡ区間の長さは、制御部２０２を介して受信部２０４３に入力されても良い。

0090

受信部２０４が行なう処理には、特定の周波数バンドにおいて周辺の干渉を測定（キャリアセンス）し、該周波数バンドを確保する機能が含まれていても良い。

0091

ＳＴＡ２は、信号を送信する機能も備える。アンテナ２０５は、送信部２０３が生成したＲＦ帯の信号を、ＡＰ１に対して送信する。

0092

送信部２０３は、物理チャネル信号生成部２０３１と、無線送信部２０３２を備える。物理チャネル信号生成部２０３１は、ＳＴＡ２がＡＰ１に送信するベースバンド帯の信号を生成する。物理チャネル信号生成部２０３１が生成する信号は、ＡＰ１のフレーム構成部１０３２が生成する送信フレームと同様の構成である。

0093

無線送信部２０３２は、物理チャネル信号生成部２０３１が生成したベースバンド帯の信号をＲＦ帯の信号に変換する。無線送信部２０３２が行なう処理には、デジタル・アナログ変換、フィルタリング、ベースバンド帯からＲＦ帯への周波数変換等が含まれる。

0094

ここで、ＳＴＡ２はＣＳＭＡ／ＣＡに基づいてＡＰ１と接続しているから、送信部２０３の送信処理に先立って、受信部２０４がキャリアセンスを行なう。受信部２０４は、ある周波数バンドにおいて、指定されたＣＣＡレベル以上の電力の信号を受信した場合は、少なくとも、ＰＨＹ層の信号復調の動作に入ることができる。よって、受信部２０４が、該周波数バンドにおいて、ＰＨＹ層の信号復調の動作に入らなかった場合、該周波数バンドは確保可能と判断されるから、送信部２０３は送信処理を開始可能である。

0095

なお、キャリアセンスによって、受信動作に入るか否か、および送信処理を開始可能であるか否かについては、受信部２０４が判断しても良い。一方で、受信部２０４は、該周波数バンドで測定した信号の電力を、制御部２０２を介して上位層部２０１に通知するのみとし、上位層部２０１が、該周波数バンドにおいて、受信部２０４が受信動作に入るか否か、および送信部２０３が送信処理を開始可能であるか否か（該周波数バンドを確保可能か否か）を判断しても良い。以下では、簡単のため、キャリアセンスに関連する判断は、受信部２０４が行なうものとして説明する。

0096

受信部２０４は、上位層部２０１より通知される第１のＣＣＡ区間の長さに基づいて、ＣＣＡレベルを変更する区間とレガシーＣＣＡレベルを用いる区間を把握することができる。また、受信部２０４は、ＣＣＡレベルを変更する区間においては、上位層部２０１より通知されるＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行なうことができる。例えば、受信部２０４の無線受信部２０４３が受信した信号の電力が、該ＣＣＡレベルより大きい場合は、受信部２０４は、当該周波数バンドを確保不能と判断する。一方で、受信部２０４の無線受信部２０４３が受信した信号の電力が、該ＣＣＡレベルより小さい場合は、受信部２０４は、当該周波数バンドを確保可能と判断可能である。よって、受信部２０４が用いるＣＣＡレベルが高ければ高いほど、ＳＴＡ２の通信機会は大幅に増加する。

0097

一方で、通信システムが備えるＳＴＡ２の数が多く、そして各ＳＴＡ２が用いるＣＣＡレベルが高い場合、各ＳＴＡ２が受信する信号には多くの干渉が含まれることになるから、ＳＴＡ２が送信する送信フレームの受信品質は低下してしまう。よって、ＡＰ１やＳＴＡ２の物理チャネル信号生成部１０３１および２０３１は、予め受信品質が低下することを見越して、変調レベルの低いデータ変調方式や、符号化率の低い誤り訂正符号を用いることができる。

0098

また、受信部２０４は、第１のＣＣＡ区間においても、受信した信号のタイプ（種類）に応じて、ＣＣＡレベルを変更しても構わない。例えば、受信部２０４が受信した信号が、本発明が適用された他のＳＴＡ２より送信された送信フレームと判断した場合のみ、ＡＰ１より通知されたＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なうことができる。一方で、受信部２０４は、受信した信号が、レガシー端末装置である他のＳＴＡ３より送信された送信フレームと判断した場合、レガシーＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なうことができる。また、受信部２０４は、第１のＣＣＡ区間においても、受信した信号がＩＥＥＥ８０２．１１システムに基づいた信号か否かで、ＣＣＡレベルを変更しても構わない。例えば、受信部２０４は受信した信号からＰＨＹヘッダを読み取れなかった場合、ＩＥＥＥ８０２．１１システムの信号ではないと判断し、第１のＣＣＡレベルよりも高いＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なっても良い。なお、上位層部２０１が該周波数バンドを、確保可能か否かを判断する場合も同様である。

0099

また、受信部２０４は、第１のＣＣＡ区間においても、受信した信号の頻度（ヒストグラム）に応じて、ＣＣＡレベルを変更しても構わない。例えば、一定期間の間に受信部２０４が受信している信号の殆どが、本発明が適用された他のＳＴＡ２より送信された送信フレームであった場合、受信部２０４は、ＡＰ１より通知されたＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なうことが可能である。一方で、一定期間の間に受信部２０４が受信している信号の殆どが、本発明が適用されないＳＴＡ３より送信された送信フレームであった場合、受信部２０４は、レガシーＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なうことが可能である。なお、ＳＴＡ２は、上述したヒストグラムに関する情報を、ＡＰ１からシグナリングされることも可能である。なお、上位層部２０１が該周波数バンドを、確保可能か否かを判断する場合も同様である。

0100

また、ＡＰ１の受信部１０４は、第１のＣＣＡ区間の間は、第１のＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行なうことが可能であるが、第２のＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行なっても良い。また、ＡＰ１の受信部１０４は、受信されたフレームの種類（タイプ）に応じて、第１のＣＣＡ区間においても、第１のＣＣＡレベルと、第２のＣＣＡレベルを切り替えて用いても良い。例えば、ＡＰ１の受信部１０４は、受信されたフレームが、本発明が適用可能な規格のフレームであった場合には、第１のＣＣＡレベルでキャリアセンスを行ない、一方で、受信されたフレームが、本発明が適用できない規格のフレームであった場合には、第２のＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なっても良い。

0101

また、ＳＴＡ２の受信部２０４は、送信部２０３が送信を予定しているフレームが、本発明が適用可能な規格のフレームであった場合には、第１のＣＣＡレベルでキャリアセンスを行ない、一方で、送信部２０３が送信を予定しているフレームが、本発明が適用できない規格のフレームであった場合には、受信部２０４は第２のＣＣＡレベルでキャリアセンスを行なっても良い。なお、ＳＴＡ２は、受信部２０４がキャリアセンスに用いているＣＣＡレベルに基づいて、送信するフレームの優先度を変更しても良い。例えば、受信部２０４が第１のＣＣＡレベルと第２のＣＣＡレベルで、それぞれキャリアセンスを行なった結果、第１のＣＣＡレベルでは、無線リソースを確保可能と判断した場合、送信部２０３は本発明が適用可能な規格のフレームを優先的に送信するように制御されても良い。

0102

また、受信部２０４が、第１のＣＣＡ区間において、第１のＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行なっている最中に、第２のＣＣＡ区間に移行してしまう場合がある。この場合、受信部２０４は、第１のＣＣＡレベルに基づいたキャリアセンスを終了し（CWをリセットし）、第２のＣＣＡレベルに基づいて再びキャリアセンスを行なうことができる。また、受信部２０４は、第１のＣＣＡレベルに基づいてキャリアセンスを行なっている最中に第２のＣＣＡ区間に移行してしまう場合も、第１のＣＣＡレベルに基づいたキャリアセンスを継続しても構わないし、第２のＣＣＡ区間に移行した時間から所定の時間だけ経ったあとで、ＣＣＡレベルを第２のＣＣＡレベルに設定して、キャリアセンスを継続しても構わない。

0103

また、本実施形態が対象とする通信システムは、第２のＣＣＡ区間において、ＳＴＡ２は、レガシーＣＣＡレベルよりも低いＣＣＡレベル（第３のCCAレベル）でキャリアセンスを行なうことも可能である。この場合、ＡＰ１は、ＳＴＡ２に対して、ビーコンフレーム等を用いて第３のＣＣＡレベルを通知することが可能である。

0104

なお、以上説明してきた方法では、基本的にＡＰ１が送信するビーコンフレームに記載された情報に基づいて、ＡＰ１およびＳＴＡ２は第１のＣＣＡ区間と、第２のＣＣＡ区間を区別するが、ＡＰ１はビーコンフレーム以外の送信フレームによって、第１のＣＣＡ区間と第２のＣＣＡ区間を時間的に分けても良い。例えば、ＡＰ１は、ＳＴＡ２に、第１のＣＣＡ区間の開始を示すフレーム（CCA start frame：CCA-Startフレーム）と、ＣＣＡ−Ｅｎｄフレームを送信することで、第１のＣＣＡ区間と、第２のＣＣＡ区間を分けることも可能である。また、ＡＰ１は、ＣＣＡ−Ｓｔａｒｔフレームと、ＣＣＡ−Ｅｎｄフレームを、全ＳＴＡ２にブロードキャストしても良いし、特定のＳＴＡ２に送っても良いし、特定のＳＴＡ２のグループに送信しても良い。この場合、ＣＣＡ−Ｓｔａｒｔフレームを受信したＳＴＡ２は、次にＣＣＡ−Ｅｎｄフレームを受信するまでは、第１のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なうことが可能となる。

0105

以上説明してきたＡＰ１およびＳＴＡ２によれば、ＡＰ１およびＳＴＡ２は、既存のＳＴＡ３よりも高いＣＣＡレベルに基づいた通信を行なう一方で、既存のＳＴＡ３の通信機会も確保可能な通信システムが可能となるから、通信システムのシステムスループットを大幅に改善可能である。

0106

［２．第２の実施形態］
本実施形態が対象とする通信システムは、仮想キャリアセンスによって、第１のＣＣＡ区間と第２のＣＣＡ区間を切り替える。

0107

本実施形態が対象とする通信システムの概要、ＡＰ１およびＳＴＡ２の構成は、実施形態１と同様であるから説明は省略する。また、ＡＰ１は第１の実施形態と同様に、ビーコンフレーム等によって、ＳＴＡ２に第１のＣＣＡレベルを通知しているものとする。

0108

本実施形態に係る通信システムでは、ＡＰ１は、第１のＣＣＡ区間の前に、ＳＴＡ３も把握可能なＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレーム（以下ではLegacy CTS-to-selfフレームまたは第２のリソース確保フレームと呼ぶ）を送信する。ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームは、宛先アドレスに送信局のアドレスが記載されたＣＴＳフレームであるから、ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを受信した受信局は、該ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームに記載されたデュレーションに応じてＮＡＶを設定し、通信機会の獲得を試みない。よって、ＡＰ１は、第１のＣＣＡ区間の長さをデュレーションとして記載したＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを送信することで、レガシー端末装置であるＳＴＡ３は、第１のＣＣＡ区間の間は、通信機会の獲得を試みない。一方、本実施形態に係るＳＴＡ２は、Ｌｅｇａｃｙ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを受信してもＮＡＶを設定せずに、第１のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なう。このように制御することで、レガシー端末装置であるＳＴＡ３は、比較的送信機会の獲得が困難である第１のＣＣＡ区間において、送信機会の獲得を試みないので、キャリアセンスに係る負担を軽減できる。一方で、第１のＣＣＡ区間では、第１のＣＣＡレベルでキャリアセンス可能なＳＴＡ２だけが送信機会の獲得を試みるから、通信システムの周波数利用効率を改善できる。

0109

加えて、ＡＰ１は、第２のＣＣＡ区間の前に、ＳＴＡ３は把握できないが、ＳＴＡ２は把握することが可能なＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレーム（以下ではCCA CTS-to-selfフレームまたは第１のリソース確保フレームと呼ぶ）に、第２のＣＣＡ区間の長さをデュレーションとして記載して送信する。ＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームのフレーム構成は何かに限定されるものではないが、例えば、ＳＴＡ３が把握できないＰＨＹヘッダを備えた構成とすれば良い。ＳＴＡ３は、ＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを、ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームとして認識できないから、ＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを受信したあとは、第２のＣＣＡレベルに基づいてＤＣＦにて通信を行なうことが可能である。一方、ＳＴＡ２は、ＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを受信した場合は、該ＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームに記載されたデュレーションに基づいてＮＡＶを設定するから、第２のＣＣＡ区間の間は通信機会の獲得を試みない。よって、第２のＣＣＡ区間においては、ＳＴＡ３のみが送信機会の獲得を試みることになるから、ＳＴＡ２とＳＴＡ３が混在する通信システムにおいても、ＳＴＡ３の送信機会を確保することが可能となる。

0110

図７は本実施形態に係る通信の一例を示す図である。ＡＰ１ははじめに、第１のＣＣＡ区間（ダイナミックＣＣＡ区間）の前に、第１のＣＣＡ区間の長さ（図７ではｔ１〜ｔ２の長さ）をデュレーションとして記載したＬｅｇａｃｙＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを送信する。ＳＴＡ３は、Ｌｅｇａｃｙ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームに記載されたデュレーションだけＮＡＶを設定する。一方で、ＳＴＡ２は、Ｌｅｇａｃｙ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを受信しても、ＮＡＶの設定はせずに、第１のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なう。

0111

一方で、ＡＰ１は第２のＣＣＡ区間の前に、第２のＣＣＡ区間の長さ（図７ではｔ３〜ｔ４の長さ）をデュレーションとして記載したＣＣＡＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを送信する。ＳＴＡ２は、ＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆ信号に記載されたデュレーションだけＮＡＶを設定する。一方で、ＳＴＡ３は、ＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームをＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームとは認識できないから、ＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを受信したあとは、第２のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なうことができる。

0112

なお、ＬｅｇａｃｙＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆおよびＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆに記載されたデュレーション以外の区間におけるＳＴＡ２の動作の仕方については、何かに限定されるものではない。例えば、ＳＴＡ２は、図７におけるｔ２〜ｔ３の間の期間は、第１のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なうことができる。

0113

また、ＳＴＡ２は、ＣＣＡＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆ信号を受信した場合に、ＣＣＡ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆ信号に記載されたデュレーションの期間は、第２のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なっても構わない。

0114

また、ＡＰ１は、ＬｅｇａｃｙＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを送信する際に、該フレームの宛先アドレスに、自装置のアドレス（第２のアドレス）ではなく、ＳＴＡ２と予め取り決めた第１のアドレスを記載しても良い。例えば、ＡＰ１は該フレームの宛先アドレスに、第１のアドレスとしてブロードキャストアドレスを記載することができる。ＳＴＡ２は、第１のアドレスが記載されたＬｅｇａｃｙ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを受信した場合には、第１のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行ない、第２のアドレスが記載されたＬｅｇａｃｙ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを受信した場合には、通信を停止することができる。このように制御することで、本発明が適用できないレガシーＡＰが送信した、自装置のアドレス（第２のアドレス）を記載したＬｅｇａｃｙ ＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームを受信した場合に、ＳＴＡ２が、第１のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を開始してしまう問題を回避できる。

0115

なお、ＡＰ１が送信するリソース確保フレームは、上述してきたＣＴＳ−ｔｏ−ｓｅｌｆフレームに限定されるものではない。例えば、本実施形態に係るＡＰ１とＳＴＡ２は、ＲＴＳフレームとＣＴＳフレームをやり取りすることで、第１のＣＣＡ区間と、第２のＣＣＡ区間を時間的に分けることが可能である。

0116

この場合、ＡＰ１は、第１のＣＣＡ区間の前に、ＢＳＳ内の特定のＳＴＡ２に、ＳＴＡ３も認識可能なＲＴＳフレーム（Legacy RTSフレームと呼ぶ）に、第１のＣＣＡ区間の長さを、デュレーションとして記載して送信する。該Ｌｅｇａｃｙ ＲＴＳフレームを受信したＳＴＡ２は、ＡＰ１に対して、ＳＴＡ３も認識可能なＣＴＳフレーム（Legacy CTSフレームと呼ぶ）に、該Ｌｅｇａｃｙ ＲＴＳフレームに記載の第１のＣＣＡ区間を示すデュレーションから、該Ｌｅｇａｃｙ ＣＴＳフレームの送受信に要する期間を引いた期間をデュレーションとして記載して送信する。Ｌｅｇａｃｙ ＲＴＳフレーム、もしくはＬｅｇａｃｙ ＣＴＳフレームを受信したＳＴＡ３は、それぞれのフレームに記載されたデュレーションだけＮＡＶを設定するから、第１のＣＣＡ区間の間は、通信機会の獲得を試みない。一方で、Ｌｅｇａｃｙ ＲＴＳフレーム、もしくはＬｅｇａｃｙ ＣＴＳフレームを受信（もしくは送信）したＡＰ１およびＳＴＡ２は、それぞれのフレームに記載されたデュレーションの間は、第１のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なう。

0117

一方、ＡＰ１は、第２のＣＣＡ区間の前に、ＢＳＳ内の特定のＳＴＡ２に、ＳＴＡ３は認識できないＲＴＳフレーム（CCA RTSフレームと呼ぶ）に、第２のＣＣＡ区間の長さを、デュレーションとして記載して送信する。該ＣＣＡ ＲＴＳフレームを受信したＳＴＡ２は、ＡＰ１に対して、ＳＴＡ３は認識できないＣＴＳフレーム（CCA CTSフレームと呼ぶ）に、該ＣＣＡ ＲＴＳフレームに記載の第２のＣＣＡ区間を示すデュレーションから、該ＣＣＡ ＣＴＳフレームの送受信に要する期間を引いた期間をデュレーションとして記載して送信する。ＣＣＡ ＲＴＳフレーム、もしくはＣＣＡ ＣＴＳフレームを受信（もしくは送信）したＳＴＡ２は、それぞれのフレームに記載されたデュレーションだけＮＡＶを設定するから、第２のＣＣＡ区間の間は、通信機会の獲得を試みない。一方で、ＳＴＡ３は、ＣＣＡＲＴＳもＣＣＡＣＴＳも認識できないから、第２のＣＣＡ区間の間は、第２のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なう。このように制御することで、ＡＰ１は、第１のＣＣＡ区間と、第２のＣＣＡ区間を、時間的に分けることが可能である。なお、ＳＴＡ２は、ＣＣＡ ＲＴＳもしくはＣＣＡ ＣＴＳを受信したとき、ＮＡＶを設定するのではなく、それぞれのフレームに記載されたデュレーションの期間の間は、第２のＣＣＡレベルに基づいて、ＤＣＦにて通信を行なっても構わない。

0118

以上説明してきたＡＰ１およびＳＴＡ２によれば、ＡＰ１およびＳＴＡ２は、既存のＳＴＡ３よりも高いＣＣＡレベルに基づいた通信を行なう一方で、既存のＳＴＡ３の通信機会も確保可能な通信システムが可能となるから、通信システムのシステムスループットを大幅に改善可能である。

0119

［３．全実施形態共通］
本発明に係るＡＰ１、ＳＴＡ２およびＳＴＡ３で動作するプログラムは、本発明に関わる上記実施形態の機能を実現するように、ＣＰＵ等を制御するプログラム（コンピュータを機能させるプログラム）である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的にＲＡＭに蓄積され、その後、各種ＲＯＭやＨＤＤに格納され、必要に応じてＣＰＵによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体（例えば、ROM、不揮発性メモリカード等）、光記録媒体（例えば、DVD、MO、MD、CD、BD等）、磁気記録媒体（例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等）等のいずれであっても良い。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本発明の機能が実現される場合もある。

0120

また、市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本発明に含まれる。また、上述した実施形態におけるＡＰ１、ＳＴＡ２およびＳＴＡ３の一部、または全部を典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現しても良い。ＡＰ１、ＳＴＡ２およびＳＴＡ３の各機能ブロックは個別にチップ化しても良いし、一部、または全部を集積してチップ化しても良い。各機能ブロックを集積回路化した場合に、それらを制御する集積回路制御部が付加される。

0121

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。

0122

なお、本願発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本願発明のＡＰ１、ＳＴＡ２およびＳＴＡ３は、移動局装置への適用に限定されるものではなく、屋内外に設置される据え置き型、または非可動型の電子機器、例えば、ＡＶ機器、キッチン機器、掃除・洗濯機器、空調機器、オフィス機器、自動販売機、その他生活機器などに適用出来ることは言うまでもない。

0123

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も請求の範囲に含まれる。

0124

本発明は、無線送信装置、無線受信装置、通信システムおよび通信方法に用いて好適である。

0125

なお、本国際出願は、２０１４年１０月３１日に出願した日本国特許出願第２０１４−２２２２３５号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１４−２２２２３５号の全内容を本国際出願に援用する。

0126

１ＡＰ
２、２−１、２−２、２−３、２−４、３、３−１、３−２、３−３、３−４ ＳＴＡ
１０１、２０１ 上位層部
１０２、２０２ 制御部
１０３、２０３ 送信部
１０４、２０４ 受信部
１０５、２０５アンテナ
１０３１、２０３１物理チャネル信号生成部
１０３２フレーム構成部
１０３３制御信号生成部
１０３４、２０３２無線送信部
１０４１、２０４１ 物理チャネル信号復調部
１０４２、２０４３無線受信部
２０４２制御情報モニタリング部