(57)【要約】【課題】複数の互いに分離した周波数帯域で同時並行に通信をする場合に、送信データを複数周波数帯域にマッピングし、送信タイミングを調整してデータ伝送を行うことが可能な無線通信装置を提供する。【解決手段】送信装置１０００は、互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている複数の無線チャネルを利用して、信号を送信する。チャネル利用状況予測部１０７０は、観測された無線チャネルの利用状況に応じて、所定時間経過後のチャネル利用状況を予測して、無線チャネルがアイドル確率を経過時間ごとに示す予測アイドル確率を生成する。アクセス制御部１０８０は、予測アイドル確率に基づき、デジタル信号処理部および高周波処理部を制御し、複数の無線チャネルにより、各部分データを複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信する。【選択図】図３
2019087916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信装置であって、
送信データを前記複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各前記周波数帯ごとに送信パケットを生成するためのデジタル信号処理部と、
各前記周波数帯ごとに設けられ、前記デジタル信号処理部によって生成されたデジタル信号を対応する前記周波数帯ごとの高周波信号に変換するための複数の高周波処理部と、
前記複数の高周波処理部に共通に設けられ、前記複数の高周波処理部で使用されるクロック信号を生成するための局部発振器と、
前記複数の周波数帯において前記複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネル利用状況観測部と、
観測された前記利用状況に応じて、所定時間経過後のチャネル利用状況を予測して、無線チャネルがアイドル状態である確率を複数の所定経過時間ごとに示す予測アイドル確率を生成するチャネル利用状況予測部と、
前記予測アイドル確率を用いて、前記複数の周波数帯における前記複数の無線チャネルに関するビジー状態、アイドル状態のパターンごとの生起確率を前記複数の所定経過時間ごとに算出し、前記生起確率に基づいて、前記デジタル信号処理部および前記高周波処理部を制御し、前記複数の無線チャネルにより、各前記部分データを前記複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信するアクセス制御部とを備える、無線通信装置。
【請求項２】
前記アクセス制御部は、前記生起確率に基づいて、送信データに関する伝送完了までの時間の期待値を最小化する送信タイミングで、前記送信データの送信を行う、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記アクセス制御部は、所定経過時間後を送信タイミングとした場合における前記送信データの伝送完了までの時間の期待値を、前記所定経過時間後における前記パターンの生起確率と当該パターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の送信時間との積の前記パターンごとの総和と、前記所定経過時間とを加算することによって算出する、請求項２記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記アクセス制御部は、前記生起確率に基づいて、送信データに関する伝送完了までのスループットの期待値を最大化する送信タイミングで、前記送信データの送信を行う、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記アクセス制御部は、所定経過時間後を送信タイミングとした場合における前記送信データの伝送完了までのスループットの期待値を、前記所定経過時間後における前記パターンの生起確率と、送信データ量を当該パターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の伝送完了までの時間で除算したものとの積の前記パターンごとの総和によって算出する、請求項４記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記アクセス制御部は、前記生起確率に基づいて、送信データに関する伝送完了までの未使用の無線リソース量の期待値を最小化する送信タイミングで、前記送信データの送信を行う、請求項１記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記アクセス制御部は、所定経過時間後を送信タイミングとした場合における前記送信データの伝送完了までの未使用の無線リソース量の期待値を、前記所定経過時間後における前記パターンの生起確率と、当該パターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の伝送完了までの時間における全無線リソース量から、当該パターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の送信時間に使用する無線リソース量を減算したものとの積の前記パターンごとの総和によって算出する、請求項６記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記アクセス制御部は、前記複数の周波数帯における前記複数の無線チャネルのすべてがビジー状態であるパターンについて、送信データの要求品質に応じた伝送レートを用いて、送信タイミングを決定する、請求項１から請求項７のいずれか記載の無線通信装置。
【請求項９】
互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信方法であって、
送信データを前記複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各前記周波数帯ごとに送信パケットを生成するステップと、
各前記周波数帯ごとに、前記送信パケットのデジタル信号を対応する前記周波数帯ごとの高周波信号に変換するステップと、
前記複数の周波数帯に共通に設けられる局部発振器により、前記高周波信号に変換する処理のためのクロック信号を生成するステップと、
前記複数の周波数帯において前記複数の無線チャネルの利用状況を観測するステップと、
観測された前記利用状況に応じて、所定時間経過後のチャネル利用状況を予測して、無線チャネルがアイドル状態である確率を複数の所定経過時間ごとに示す予測アイドル確率を生成するステップと、
前記予測アイドル確率を用いて、前記複数の周波数帯における前記複数の無線チャネルに関するビジー状態、アイドル状態のパターンごとの生起確率を前記複数の所定経過時間ごとに算出し、前記生起確率に基づいて、前記複数の無線チャネルにより、各前記部分データを前記複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信するステップとを備える、無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線通信方式、たとえば、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）で標準化が行なわれた無線通信システムであるＬＴＥ（Long Term Evolution）リリース８（Rel-8）は、最大２０ＭＨｚの帯域を利用して通信を行うことが可能である。
【０００３】
さらに、ＬＴＥの発展版であるＬＴＥ−Ａ（Long Term Evolution-Advanced）では、ＬＴＥとの後方互換性を確保しつつ、更なる高速伝送を実現するため、ＬＴＥでサポートされる帯域幅を基本単位としたコンポーネントキャリア(ＣＣ：Component Carrier）を複数束ねて同時に用いるキャリアアグリゲーション（ＣＡ：Carrier Aggregation）技術が採用され、最大で５ＣＣ（１００ＭＨｚ幅）を用いて１００ＭＨｚ幅の広帯域伝送が実現可能である。ただし、このようなキャリアアグリゲーションは、近接する周波数バンドでの異なるチャネルを用いた伝送である。
【０００４】
上記のような高速化が図られてはいるものの、近年、スマートフォン等の高機能な携帯端末の普及に伴って、移動通信トラフィックの需要が急激に増大している。
【０００５】
その結果、従来からの無線ＬＡＮ（Local Area Network）の利用拡大に加え、スマートフォンの普及によるモバイルデータトラフィックの増大により無線ＬＡＮへのオフロードが進展し、免許不要帯域（２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯）でのトラフィックが急増している。
【０００６】
また、ＩｏＴ（Internet Of Things）／Ｍ２Ｍ(Machine to Machine)社会の進展により、上記周波数帯および９２０ＭＨｚ帯の更なる逼迫が懸念され、これらの周波数帯の周波数利用効率向上は喫緊の課題となっている。
【０００７】
ここで、無線リソースの利用状況は時間・場所・周波数帯や無線チャネル等によって変動するため、一部の周波数帯（や無線チャネル）のみが混雑する状況が発生し得る。
【０００８】
しかしながら、既存の自営系無線システム（例えばＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ）は単一の周波数帯を用いるか、予め使用する帯域をひとつ決めてから通信を行う。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎは２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のいずれを使用するかを設定してから使用する。このため、既存の自営系無線システム全体として無線リソースに空きがある場合であっても、輻輳が発生するおそれがある。
【０００９】
ここで、無線通信リソースの有効利用を図るためコグニティブ無線技術が注目されている。コグニティブ無線技術とは、無線端末が周囲の電波の利用状況を認識し、その状況に応じて利用する無線通信リソースを変えることをいう。コグニティブ無線技術には、異なる無線通信規格を状況に応じて選択して使うヘテロジニアス型と、無線端末が空き周波数を探し出して必要な通信帯域を確保する周波数共用型とがある。
【００１０】
ヘテロジニアス型においては、コグニティブ無線機は、周辺で運用されている複数の無線システムを認識し、各システムの利用度や実現可能な伝送品質に関する情報を入手し、適切な無線システムに接続する。即ち、ヘテロジニアス型のコグニティブ無線は、周辺に存在する無線システムの利用効率を高めることにより、間接的に周波数資源の利用効率を高めるものである。
【００１１】
一方、周波数共用型においては、コグニティブ無線機は、他の無線システムが運用されている周波数帯域において、一時的、または局所的に利用されていない周波数資源（これは、ｗｈｉｔｅ  ｓｐａｃｅと呼ばれる）の存在を検知し、これを利用して信号伝送を行なう。即ち、周波数共用型のコグニティブ無線は、ある周波数帯域における周波数資源の利用効率を直接的に高めるものである。
【００１２】
そして、上述したような免許不要帯域におけるトラフィックの増大の問題を解決する一手法として、使用周波数帯の異なる複数の無線ＬＡＮ規格（例えば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ規格と５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ規格）を選択あるいは並行利用する、ヘテロジニアス型コグニティブ無線的アプローチが考えられる（たとえば、特許文献１、特許文献２）。
【００１３】
しかし、このヘテロジニアス型コグニティブ無線的アプローチでは送信データを適宜分割し、それぞれどの周波数帯で伝送するかを事前に振り分けておく必要がある。この結果、各周波数帯の混雑度合いによっては使用周波数帯によって伝送遅延が大きく異なったり、データが宛先に到着する順番が入れ替わる、等の問題が新たに発生してしまう。
【００１４】
そこで、互いに大きく分離した複数の周波数帯、たとえば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮと５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮにおいて、既存システムと周波数を共用して、コグニティブな無線通信を実現することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１１−２１１４３３号明細書
【特許文献２】特開２０１３−１８７５６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、複数の互いに分離した周波数帯域で同時並行に通信をする場合に、どのようなデータの分配を行い、送信タイミングをどのように決定すべきかについては、必ずしも明らかでない。
【００１７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の互いに分離した周波数帯域で同時並行に通信をする場合に、送信データを複数周波数帯域にマッピングし、送信タイミングを調整してデータ伝送を行うことが可能な無線通信装置および無線通信方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明の１つの局面に従うと、互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信装置であって、送信データを複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各周波数帯ごとに送信パケットを生成するためのデジタル信号処理部と、各周波数帯ごとに設けられ、デジタル信号処理部によって生成されたデジタル信号を対応する周波数帯ごとの高周波信号に変換するための複数の高周波処理部と、複数の高周波処理部に共通に設けられ、複数の高周波処理部で使用されるクロック信号を生成するための局部発振器と、複数の周波数帯において複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネル利用状況観測部と、観測された利用状況に応じて、所定時間経過後のチャネル利用状況を予測して、無線チャネルがアイドル状態である確率を複数の所定経過時間ごとに示す予測アイドル確率を生成するチャネル利用状況予測部と、予測アイドル確率を用いて、複数の周波数帯における複数の無線チャネルに関するビジー状態、アイドル状態のパターンごとの生起確率を複数の所定経過時間ごとに算出し、生起確率に基づいて、デジタル信号処理部および高周波処理部を制御し、複数の無線チャネルにより、各部分データを複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信するアクセス制御部とを備える。
【００１９】
好ましくは、アクセス制御部は、パターンの生起確率に基づいて、送信データに関する伝送完了までの時間の期待値を最小化する送信タイミングで、送信データの送信を行う。
【００２０】
好ましくは、アクセス制御部は、所定経過時間後を送信タイミングとした場合における送信データの伝送完了までの時間の期待値を、所定経過時間後におけるパターンの生起確率とパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の送信時間との積のパターンごとの総和と、所定経過時間とを加算することによって算出する。
【００２１】
好ましくは、アクセス制御部は、生起確率に基づいて、送信データに関する伝送完了までのスループットの期待値を最大化する送信タイミングで、送信データの送信を行う。
【００２２】
好ましくは、アクセス制御部は、所定経過時間後を送信タイミングとした場合における送信データの伝送完了までのスループットの期待値を、所定経過時間後におけるパターンの生起確率と、送信データ量をパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の伝送完了までの時間で除算したものとの積のパターンごとの総和によって算出する。
【００２３】
好ましくは、アクセス制御部は、生起確率に基づいて、送信データに関する伝送完了までの未使用の無線リソース量の期待値を最小化する送信タイミングで、送信データの送信を行う。
【００２４】
好ましくは、アクセス制御部は、所定経過時間後を送信タイミングとした場合における送信データの伝送完了までの未使用の無線リソース量の期待値を、所定経過時間後におけるパターンの生起確率と、そのパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の伝送完了までの時間における全無線リソース量から、そのパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の送信時間に使用する無線リソース量を減算したものとの積のパターンごとの総和によって算出する。
【００２５】
好ましくは、アクセス制御部は、複数の周波数帯における複数の無線チャネルのすべてがビジー状態であるパターンについて、送信データの要求品質に応じた伝送レートを用いて、送信タイミングを決定する。
【００２６】
この発明の他の局面に従うと、互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信方法であって、送信データを複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各周波数帯ごとに送信パケットを生成するステップと、各周波数帯ごとに、送信パケットのデジタル信号を対応する周波数帯ごとの高周波信号に変換するステップと、複数の周波数帯に共通に設けられる局部発振器により、高周波信号に変換する処理のためのクロック信号を生成するステップと、複数の周波数帯において複数の無線チャネルの利用状況を観測するステップと、観測された利用状況に応じて、所定時間経過後のチャネル利用状況を予測して、無線チャネルがアイドル状態である確率を複数の所定経過時間ごとに示す予測アイドル確率を生成するステップと、予測アイドル確率を用いて、複数の周波数帯における複数の無線チャネルに関するビジー状態、アイドル状態のパターンごとの生起確率を複数の所定経過時間ごとに算出し、生起確率に基づいて、複数の無線チャネルにより、各部分データを複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信するステップとを備える。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、送信データを複数周波数帯域にマッピングし、送信タイミングを調整してデータ伝送を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態の無線通信システムの構成を説明するための概念図である。
【図２】送信データを複数帯域にマッピングして送信し、受信側で一括受信して統合するための具体例を説明するための図である。
【図３】本実施の形態の送信装置１０００の構成を説明するための機能ブロック図である。
【図４】送信装置１０００のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。
【図５】送信装置１０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。
【図６】送信装置１０００´のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。
【図７】チャネル利用状況観測部１０６０、チャネル利用状況予測部１０７０およびアクセス制御部１０８０の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】実施の形態の受信装置２０００の構成を説明するための機能ブロック図である。
【図９】受信装置２０００のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。
【図１０】受信装置２０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。
【図１１】受信装置２０００´のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。
【図１２】送信装置１０００のチャネル利用状況観測部１０６０、チャネル利用状況予測部１０７０およびアクセス制御部１０８０の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】複数の周波数帯における複数の無線チャネルがビジー状態である確率の時間変化を示す図である。
【図１４】無線チャネルがアイドル状態である確率を複数の所定経過時間ごと、無線チャネルごとに示す予測アイドル確率の具体例を説明するためのテーブルである。
【図１５】複数の無線チャネルに関するビジー状態、アイドル状態のパターンを示すテーブルである。
【図１６】３０μｓ後のパターンごとのアイドル確率および生起確率の具体例を示すテーブルである。
【図１７】未使用の無線リソース量の期待値を最小にする送信タイミングの決定について説明するための図である。
【図１８】送信タイミングの決定に関するシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ）に関するＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）表を示す図である。
【図２０】全無線チャネルがビジー状態である場合のデータレートを要求品質に応じて変更した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図２１】全無線チャネルがビジー状態である場合のデータレートを要求品質に応じて変更した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信装置の構成を説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。
【００３０】
なお、以下では、本発明の無線通信装置を説明する一例として、上述したような互いに大きく分離した複数の既存の免許不要帯域（たとえば、ＩｏＴなどに使用される９２０ＭＨｚ帯、無線ＬＡＮに使用される２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯）において、既存システムと周波数を共用して、コグニティブな無線通信を行うことが可能な無線通信システムにおける送信装置を例とする実施の形態を説明する。
【００３１】
ただし、本発明の無線通信装置については、必ずしも、このような場合に限定されず、より一般的に、互いに分離した複数の周波数帯域を用いて、同一の無線方式で同期したタイミングで同時並行的に通信を行う送信装置に適用することが可能である。また、本発明の無線通信装置においては、後に説明するように、互いに分離した複数の周波数帯域を用いて、異なる無線方式で同期したタイミングで同時並行的に通信を行う送信装置に適用することも可能である。なお、本発明の無線通信装置は、互いに分離した複数の周波数帯域を用いて、同一の無線方式または異なる無線方式で同期したタイミングで同時並行的に送信された信号を受信する構成を有していてもよい。
【００３２】
図１は、本実施の形態の無線通信システムの構成を説明するための概念図である。
【００３３】
図１を参照して、送信側では、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯の３つの周波数帯を使用することを前提に、各帯域で無線チャネルを１つずつ使用するものとして、送信フレームを構成する。
【００３４】
なお、各周波数帯で、複数チャネルを使用することとしてもよいが、以下では、周波数帯ごとに１チャネルを使用するものとして説明する。
【００３５】
本実施の形態では以下の特徴を有する無線アクセス制御を行う。
【００３６】
すなわち、まず、送信側では、後述するような方法で複数周波数帯の利用状況（各無線チャネルの空き状況など）を観測する。
【００３７】
続いて、送信側では、あるタイミングで、１つ以上の未使用な周波数帯・無線チャネルで同時に無線パケット（フレーム）を送信する。このとき、送信データを複数帯域にマッピングして送信する。
【００３８】
一方で、受信側では複数帯域を一括受信してデータを統合する。
【００３９】
送受信において、このような構成にすると、帯域間で混雑状況に偏りがあっても送信機会を確保できるため周波数利用効率の向上と伝送遅延の低減が期待でき、またデータの到着順番が入れ替わるような問題も発生しない。
【００４０】
図２は、送信データを複数帯域にマッピングして送信し、受信側で一括受信して統合するための具体例を説明するための図である。
【００４１】
図２に示すように、送信データを送信系列を使用する各帯域の伝送レートＲｉに比例するシンボル数ずつ区切って各帯域に、シリアル／パラレル変換により割り当てる。
【００４２】
例えば、（５ＧＨｚ帯伝送レート：２．４ＧＨｚ帯伝送レート：９２０ＭＨｚ帯伝送レート）＝（Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３）＝（３：２：１）ならば、送信データの系列を６シンボル毎に区切り、５ＧＨｚ帯（ch1）、２．４ＧＨｚ帯（ch2）、９２０ＭＨｚ帯（ch3）にはその中の３シンボル、２シンボル、１シンボルを割り当てる。なお、送信系列を分割して割り当てる際には、このような場合に限定されず、より一般には、ｍ個の周波数帯を使用する場合は、周波数帯の伝送レートの比を、（Ｒ１：Ｒ２：…：Ｒｍ）（比率は、既約に表現されるとする）とするとき、送信系列を（Ｒ１＋Ｒ２＋…＋Ｒｍ）×ｎ（ｍ，ｎ：自然数）シンボル毎に区切り、各チャネルには、（Ｒ１×ｎ）シンボル、（Ｒ２×ｎ）シンボル、…、（Ｒｍ×ｎ）シンボルを割り当てるものとしてもよい。
【００４３】
そのような割り当ての後に、各帯域ごとに、送信シンボルに対して物理ヘッダをつけて、パケットとし、これらのパケットを同一タイミングで同時並列的に送信する。
【００４４】
送信側で各帯域に割り当てられたシンボル数については、この物理ヘッダ内に情報として格納される。
【００４５】
受信側では、各帯域上の物理ヘッダを利用して同期と復調処理を行う。復調された各系列を送信側と逆の処理で、パラレル／シリアル変換により結合し、フレームの復号を行う。
［送信装置の構成］
図３は、本実施の形態の送信装置１０００の構成を説明するための機能ブロック図である。
【００４６】
図３を参照して、送信装置１０００は、送信系列を図１で説明したように各周波数帯域に割り当てる処理をするためのシリアル／パラレル変換（以下、Ｓ／Ｐ変換）部１０１０と、Ｓ／Ｐ変換後のデータに対して、周波数帯域ごとに、物理ヘッダの付加や、たとえば、誤り訂正符号の付加、インターリーブ処理など、所定の無線通信方式で通信するための無線フレーム（パケット）を形成するデジタル処理を実行するための無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３と、無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３からのデジタル信号に対して、それぞれ、デジタルアナログ変換処理、所定の変調方式への変調処理（たとえば、所定の多値変調方式のための直交変調処理）、アップコンバート処理、電力増幅処理などを実行する高周波処理部（ＲＦ部）１０４０．１〜１０４０．３と、ＲＦ部１０４０．１〜１０４０．３の高周波信号をそれぞれ送出するためのアンテナ１０５０．１〜１０５０．３とを含む。ＲＦ部１０４０．１〜１０４０．３の動作は、これらに共通に設けられた局部発振器１０３０からのクロックに基づいて制御される。
【００４７】
さらに、送信装置１０００は、各周波数帯（各周波数帯の中では１つ以上の無線チャネル）の利用状況（各無線チャネルの空き状況など）を観測するチャネル利用状況観測部１０６０と、チャネル利用状況観測部１０６０の観測に基づいて、所定のタイミングでのチャネル利用状況を予測するチャネル利用状況予測部１０７０と、無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３の処理タイミングおよびＲＦ部１０４０．１〜１０４０．３での送信タイミングを制御して、制御された同一の送信タイミングにおいて所定の期間につき未使用な周波数帯・無線チャネルで同時に無線パケットを送信するように制御するアクセス制御部１０８０とを含む。
【００４８】
このような構成の送信装置１０００により、図１で説明したように、データを複数帯域にマッピングして送信し、受信側では複数帯域を一括受信してデータを統合する。
【００４９】
図４は、送信装置１０００のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。
【００５０】
図４に示した機能ブロック図は、一例として、無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式に従う送信装置の構成を示す。
【００５１】
すなわち、無線通信規格８０２．１１ａは、５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ通信方式であるものの、図４では、２．４ＧＨｚ、９２０ＭＨｚ帯でも、周波数帯が異なるだけで、それ以外は同様の構成の無線通信方式に従う受信部を使用するものとする。
【００５２】
したがって、各周波数帯域において、パケットのプリアンブル部分の構成などは、複数の周波数帯について共通であるものとする。
【００５３】
ただし、必ずしも、各周波数帯の無線通信方式が同様の構成を有していることは必須ではなく、周波数帯ごとに無線通信方式（信号形式、シンボル長やサブキャリア間隔など）が異なっていてもよい。この場合は、少なくとも単一の送信系列を各帯域に分割して同時に送信し、また、周波数帯が異なる以外は、ＲＦ部の構成が基本的に同一であればよく、パケットのプリアンブル部分の構成（プリアンブルの長さなど）が、複数の周波数帯ごとに異なっていてもよい。
【００５４】
図４では、５ＧＨｚ帯の送信に係る構成を代表して例示的に示す。無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式を想定しているので、伝送する信号は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調するものとする。
【００５５】
図４を参照して、無線フレーム生成部１０２０．３は、Ｓ／Ｐ変換部１０１０から分配された送信データを受けて、誤り訂正符号化するための誤り訂正符号化部１１１０と、誤り訂正符号化部１１１０の出力に対してインターリーブ処理およびマッピング処理を実行するためのインターリーブ／マッピング部１１２０と、逆フーリエ変換処理を実行するためのＩＦＦＴ部１１３０と、ガードインターバル部分を付加するためのＧＩ付加部１１４０と、デジタル信号をＩ成分およびＱ成分のアナログ信号に変換するためのデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）１１５０とを含む。図４に示すように、無線フレーム生成部１０２０．３は、ベースバンド処理部ということもできる。また、Ｓ／Ｐ変換部１０１０および無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３ではデジタル信号処理が行われるため、それらを総称してデジタル信号処理部と呼ぶ。
【００５６】
高周波処理部１０４０．３は、ＤＡＣ１１５０からの信号を所定の多値変調信号に変調するための直交変調器１２１０と、直交変調器１２１０の出力をアップコンバートするアップコンバータ１２２０と、アップコンバータ１２２０の出力を電力増幅しアンテナ１０５０．３から送出するための電力増幅器１２３０とを含む。
【００５７】
その結果、ＲＦ部１０４０．３により、基底帯域ＯＦＤＭ信号は搬送帯域ＯＦＤＭ信号に変換される。
【００５８】
さらに、高周波処理部１０４０．３は、局部発振器１０３０からの参照周波数信号を対応する周波数帯域の基準クロック信号に変換するためのクロック周波数変換部１３１０と、クロック周波数変換部１３１０からの基準クロックに基づいて、直交復調器１２１０での変調処理に使用するクロックを生成するクロック生成部１３２０と、クロック周波数変換部１３１０からの基準クロックに基づいて、アップコンバータ１２２０でのアップコンバート処理に使用するクロックを生成するクロック生成部１３４０とを含む。
【００５９】
すなわち、局部発振器１０３０からの参照周波数信号は、このような基底帯域ＯＦＤＭ信号から搬送帯域ＯＦＤＭ信号への変換におけるクロック信号として使用される。なお、より一般に、無線通信方式が異なる場合でも、基本的に、局部発振器１０３０からの参照周波数信号は、基底帯域信号から搬送帯域信号への変換におけるクロック信号として使用される。
［送信装置の他の構成］
図３および図４では、送信装置１０００の構成の一例について説明した。
【００６０】
図３および図４の構成では、送信データをＳ／Ｐ変換部１０１０により各周波数帯に分配した後に、誤り訂正符号化処理とインターリーブ処理を実施する構成であった。
【００６１】
ただし、送信装置１０００の構成は、このような場合に限定されない。
【００６２】
図５は、このような他の構成である送信装置１０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。
【００６３】
図５の送信装置１０００´では、送信データについて、誤り訂正符号化処理とインターリーブ処理をした後に、Ｓ／Ｐ変換部１０１０により各周波数帯に分配する構成となっている。無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３において、マッピング処理およびＩＦＦＴ処理、ガードインターバルの付加、デジタルアナログ変換処理を実施する。
【００６４】
図６は、このような送信装置１０００´のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。図６の構成は、図４の構成に対応するものである。
【００６５】
図６に示した機能ブロック図も、一例として、無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式に従う送信装置の構成を示す。
【００６６】
図６に示すように、誤り訂正符号化処理部１１１０による誤り訂正符号化処理およびインターリーブ部１１１２によるインターリーブ処理をした後に、Ｓ／Ｐ変換部１０１０により各周波数帯に分配する構成とすることで、周波数ダイバーシチ効果をより強力に得ることができる。
【００６７】
図７は、チャネル利用状況観測部１０６０、チャネル利用状況予測部１０７０およびアクセス制御部１０８０の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【００６８】
図７を参照して、チャネル利用状況観測部１０６０は、各周波数帯の利用状況（例えば各無線チャネルの空き状況やビジー確率等）を観測し、チャネル利用状況予測部１０７０は、各周波数帯の直近の利用状況を予測し、その結果からアクセス制御部１０８０は、良好な通信が行えるよう伝送タイミングや使用周波数帯・無線チャネル等の伝送パラメータを決定する。
【００６９】
すなわち、後に詳しく説明するように、チャネル利用状況予測部１０７０は、たとえば、３つの周波数帯域を使用して通信を行う場合、現時点を基準として、たとえば、時刻ｔ２であれば、２帯域を利用して送信できると予測し、時刻ｔ３であれば、３帯域を利用できると予測する。アクセス制御部１０８０は、効率的な伝送を行うため、利用状況の予測結果に基づき、送信開始タイミングと使用周波数帯を判断する。
【００７０】
たとえば、従来の無線ＬＡＮなどでのランダムアクセス制御では、後述するＣＳＭＡ／ＣＡとランダムバックオフにより送信機会が得られたら即座に送信を行う。
【００７１】
これに対して、本実施の形態のアクセス制御部１０８０は、必要に応じて、一部の無線チャネルで送信機会を得ても、複数の周波数帯・無線チャネルが同時利用できるまで送信を待機する、という制御を行う。
［受信装置の構成］
以下では、図１で説明したような無線通信システムで使用される受信装置の構成について説明する。
【００７２】
図８は、実施の形態の受信装置２０００の構成を説明するための機能ブロック図である。
【００７３】
図８を参照して、受信装置２０００は、複数の周波数帯域（９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯）の信号をそれぞれ受信するためのアンテナ２０１０．１〜２０１０．３と、アンテナ２０１０．１〜２０１０．３の信号のダウンコンバート処理、復調・復号処理などの受信処理を実行するための受信部２１００．１〜２１００．３と、受信部２１００．１〜２１００．３に対して共通に設けられ、受信部２１００．１〜２１００．３の動作の基準となるクロックである参照周波数信号を生成する局部発振器２０２０と、受信部２１００．１〜２１００．３からの信号の各系列を送信側と逆の処理で、パラレル／シリアル変換により結合するためのパラレル／シリアル変換部２７００とを含む。パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部２７００からの統合されたフレームの出力は、上位レイヤーに受け渡される。
【００７４】
受信装置２０００は、受信した信号のプリアンブル信号から局部発振器２０２０の周波数オフセットの検出を行って、局部発振器２０２０の発振周波数を制御するための信号（発振周波数制御信号）を生成し、搬送波周波数同期処理を行い、また、受信した信号からデジタル信号処理におけるタイミング同期をとるための信号（同期タイミング信号）を生成する同期処理部２６００を含む。
【００７５】
受信部２１００．１は、アンテナ２０１０．１からの信号を受けて、低雑音増幅処理、ダウンコンバート処理、所定の変調方式に対する復調処理（たとえば、所定の多値変調方式に対する直交復調処理）、アナログデジタル変換処理等を実行するための高周波処理部（ＲＦ部）２４００．１と、ＲＦ部２４００．１からのデジタル信号に対して、復調・復号処理等のベースバンド処理を実行するためのベースバンド処理部２５００．１を含む。
【００７６】
受信部２１００．２も、対応する周波数帯域についての同様の処理を行うための高周波処理部（ＲＦ部）２４００．２ならびにベースバンド処理部２５００．２を含む。また、受信部２１００．３も、対応する周波数帯域についての同様の処理を行うための高周波処理部（ＲＦ部）２４００．３ならびにベースバンド処理部２５００．３を含む。
【００７７】
ベースバンド処理部２５００．１〜２５００．３およびパラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部２７００を総称して、デジタル信号処理部２８００と呼ぶ。
【００７８】
図９は、図８に示した受信装置２０００のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。
【００７９】
図９に示した機能ブロック図でも、一例として、無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式に従う受信装置の構成を示す。
【００８０】
したがって、受信装置の構成は、図４に示した送信装置の構成に対応するものである。
【００８１】
図９でも、５ＧＨｚ帯の受信部２１００．３の構成を代表して例示的に示す。
【００８２】
図９を参照して、受信部２１００．３のＲＦ部２４００．３は、アンテナ２０１０．３からの受信信号を増幅するための低雑音増幅器３０１０と、低雑音増幅器３０１０の出力を周波数変換するためのダウンコンバータ３０２０と、ダウンコンバータ３０２０の出力を所定の振幅となるように制御するための自動利得制御器３０３０と、所定の多値変調信号を復調するための直交復調器３０４０と、直交復調器３０４０のＩ成分出力およびＱ成分出力をそれぞれデジタル信号に変換するためのアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）３０５０とを含む。
【００８３】
ＲＦ部２４００．３は、さらに、局部発振器２０２０からの参照周波数信号を対応する周波数帯域の基準クロック信号に変換するためのクロック周波数変換部３０６０と、クロック周波数変換部３０６０からの基準クロックに基づいて、ダウンコンバータ３０２０でのダウンコンバート処理に使用するクロックを生成するクロック生成部３０７０と、クロック周波数変換部３０６０からの基準クロックに基づいて、直交復調器３０４０での復調処理に使用するクロックを生成するクロック生成部３０８０とを含む。
【００８４】
無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式を想定しているので、伝送されてきた信号は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調されている。その結果、ＲＦ部２４００．３により、搬送帯域ＯＦＤＭ信号は、基底帯域ＯＦＤＭ信号に変換される。
【００８５】
そして、局部発振器２０２０からの参照周波数信号は、このような搬送帯域ＯＦＤＭ信号から基底帯域ＯＦＤＭ信号への変換における搬送周波数同期に使用される。なお、より一般に、無線通信方式が異なる場合でも、基本的に、局部発振器２０２０からの参照周波数信号は、搬送帯域信号から基底帯域信号への変換における搬送周波数同期に使用される。
【００８６】
再び、図９に戻って、ベースバンド処理部２５００．３は、ＡＤＣ３０５０からの信号を受けて、ガードインターバル部分を除去するためのＧＩ除去部４０１０と、ガードインターバルが除去された信号に対して、高速フーリエ変換を実行するためのＦＦＴ部４０２０と、ＦＦＴ部４０２０の出力に対して、デマッピングおよびデインターリーブ処理を実行するためのデマッピング／デインターリーブ部４０３０と、誤り訂正部４０４０とを含む。
【００８７】
ここで、同期処理部２６００から出力される同期タイミング信号は、ＯＦＤＭシンボルの始まりを検出するためのシンボルタイミング同期などに使用される。
【００８８】
より一般に、無線通信方式が異なる場合でも、基本的に、同期処理部２６００から出力される同期タイミング信号は、ベースバンド処理における同期信号として使用される。
［受信装置の他の構成］
【００８９】
図８および図９では、受信装置２０００の構成の一例について説明した。
【００９０】
図８および図９の構成では、図３および図４の送信側の構成に対応して、受信データに対して、デマッピング／インターリーブ処理および誤り訂正処理を実施した後に、Ｐ／Ｓ変換部２７００により各周波数帯からの信号を結合する構成であった。
【００９１】
ただし、受信装置２０００の構成は、このような場合に限定されない。
【００９２】
図１０は、このような他の構成である受信装置２０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。
【００９３】
図１０の受信装置２０００´では、受信データについて、Ｐ／Ｓ変換部２７００により各周波数帯の信号を結合した後に、デインターリーブ処理および誤り訂正処理を実行する構成となっている。ベースバンド処理部２５００．１〜２５００．３において、ガードインターバルの除去、ＦＦＴ処理およびデマッピング処理を実施する。
【００９４】
したがって、図１０の受信装置２０００´は、図５の送信装置１０００´からの信号の受信に対応するものである。
【００９５】
図１１は、このような受信装置２０００´のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。図１１の構成は、図１０の構成に対応するものである。
【００９６】
図１１に示した機能ブロック図も、一例として、無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式に従う送信装置の構成を示す。
【００９７】
図１１に示すように、周波数帯域ごとに、ガードインターバル除去部４０１０によるガードインターバルの除去、ＦＦＴ部４０２０によるＦＦＴ処理およびデマッピング部４０３２によるデマッピング処理の後に、Ｐ／Ｓ変換部２７００により各周波数帯の信号を結合する。Ｐ／Ｓ変換部２７００による結合の後に、デインターリーブ部４０４２によるデインターリーブ処理および誤り訂正部４０４０による誤り訂正処理を実行する。
【００９８】
図１２は、図３で説明した送信装置１０００または図５で説明した送信装置１０００´のチャネル利用状況観測部１０６０、チャネル利用状況予測部１０７０およびアクセス制御部１０８０の動作を説明するためのフローチャートである。
【００９９】
図１２を参照して、まず、チャネル利用状況観測部１０６０は、複数帯域でキャリアセンスを実施し、図示しない記憶装置に記憶している利用状況情報を更新する（Ｓ１００）。
【０１００】
すなわち、チャネル利用状況観測部１０６０は、複数周波数帯域においてそれぞれ使用予定である各無線チャネルのビジー（busy）/アイドル（idle）状態判定と、これらの継続時間を計測する。
【０１０１】
ここで、チャネル利用状況観測部１０６０が観測および計測する項目としては、以下のようなものがある。
【０１０２】
ｉ）各無線チャネルの状態（ビジー（busy）またはアイドル（idle）状態。これは物理キャリアセンス結果である）
ｉｉ）各無線チャネルのビジー（busy）継続時間
ｉｉｉ）受信中のフレームの物理ヘッダに記載されているフレーム長
ｉｖ）受信中のフレームのＭＡＣヘッダに記載されているＮＡＶの値（仮想キャリアセンス結果）
ここで、ＮＡＶとは、Network Allocation Vector（送信禁止期間）のことである。
【０１０３】
以下、用語の説明のために、無線ＬＡＮにおいて、各端末からの送信の衝突を回避する一般的な方法について簡単に説明する。
【０１０４】
無線ＬＡＮのチャネルでは、お互いに送信を待ち合わせないとパケットが衝突して効率的な通信が成り立たないため、「ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）」と呼ばれる方式が採用される。
【０１０５】
無線の場合、電波の強度を監視しただけでは、衝突が起こるかどうかはわからない。電波は距離によって大きく減衰するため、衝突を引き起こす相手が遠くにいるとその電波を検知できない可能性があるからである。
【０１０６】
そこで送信前に必ず、「待ち時間（ＤＩＦＳ：Distributed access Inter Frame Space）」を設け、ほかに送信信号がないことを確認してから送信する。このような方式を「ＣＡ（Collision Avoidance、衝突回避）」と呼ぶ。
【０１０７】
そして、送信後には、必ず「ＡＣＫ（ACKnowledgement、到着確認応答）」を待ち、ＡＣＫが戻らない場合は衝突などが起きたと判断して再送信を行なう。
【０１０８】
これ以外にも、無線ＬＡＮ固有のアクセス制御の仕組みとして、たとえば、隠れ端末対策のために考案された「ＲＴＳ／ＣＴＳ（Request to Send/Clear to Send）」がある。ここで、隠れ端末とは、自分からは電波圏外だが、通信相手の電波圏内にいる端末のことである。その存在を直接知ることはできないが、干渉を引き起こす。
【０１０９】
電波の到達距離をＬｍと仮定すると、無線端末Ａの通信相手Ｂ（アクセスポイント）がＬｍ先におり、さらにそのＬｍ先に別の無線端末Ｃがいるという状況を考える。
【０１１０】
このとき、端末Ｃの電波は端末Ａまで届かないため、端末Ａがほかの端末が信号を送出しているか調べても（キャリアセンスしても）端末Ｃの存在がわからないことから、端末Ｃは端末Ａの隠れ端末になる。何も対策をとらないと、端末ＣがアクセスポイントＢに送信中であっても、端末ＡもアクセスポイントＢにデータを送信してしまうことが起きてしまうことになる。これは、アクセスポイントＢで衝突を引き起こし、スループットを下げる要因になる。
【０１１１】
ＲＴＳ／ＣＴＳとは、すべての無線機器は送信前に「ＲＴＳ（送信要求）」のパケットを出し、受信側も受信可能であれば「ＣＴＳ（受信可能）」で応答する仕組みである。前述の例では、端末ＣはアクセスポイントＢにまずＲＴＳを送信する。ただし、このＲＴＳは、端末Ａには届かない。
【０１１２】
アクセスポイントＢは、端末Ｃに対してＣＴＳを送信することで受信可能なことを通知する。このＣＴＳは、端末Ａにも届くため、端末Ａは通信が行なわれることを察知し、送信を延期する。ＲＴＳ／ＣＴＳのパケットには、チャネルの占有予定期間が書かれており、その間通信を保留する。この期間を「ＮＡＶ（Network Allocation Vector、送信禁止期間）」と呼ぶ。
【０１１３】
チャネル利用状況観測部１０６０による観測・計測の結果から、チャネル利用状況予測部１０７０が算出および予測する各無線チャネルの利用状況統計量としては、以下のようなものがある。
【０１１４】
ａ）ビジー（busy）状態となる確率（時間的利用率）
ｂ）ビジー（busy）状態とアイドル（idle）状態の継続時間の確率分布
ｃ）直前のビジー（busy）/アイドル（idle）状態継続時間に対するアイドル（idle）/ビジー（busy）状態の継続時間の発生確率分布（たとえば、確率密度関数（ＰＤＦ：probability density function）や累積確率（ＣＤＦ：cumulative distribution function））
ｄ）ビジー（busy）状態とアイドル（idle）状態の発生パターン（周期とduty比：背景トラフィックが周期的な場合）
以下では、上記のうち、チャネル利用状況予測部１０７０が算出する予測情報の具体例を説明する。
【０１１５】
１）「アイドル（idle）状態の継続時間の発生確率分布」の算出方法
無線ＬＡＮのフレーム到来間隔τの確率密度関数（PDF）p(τ)は、以下の式（１）で表されるパレート（Pareto）分布に概ね従うことが知られている（以下の文献１を参照）。
【０１１６】
文献１：Dashdorj Yamkhin and Youjip Won, "Modeling and analysis of wireless LAN traffic，" Journal of Information Science and Engineering, vol. 25, no. 6, pp. 1783-1801, Nov. 2009.
【０１１７】
【数１】
2019087916.tif 000003
ここで、ａは分布形状を決定する係数、τmは最小フレーム到来間隔である。
【０１１８】
また、ａとτmが与えられた場合、τの平均μと分散σ2は、以下の式（２）および（３）で与えられる。
【０１１９】
【数２】
2019087916.tif 000004
例えばIEEE 802.11 DCF規格の場合、データフレームの最小到来間隔は、上述したＤＩＦＳであるため、τm＝ＤＩＦＳと設定する。アイドル（idle）状態の継続時間をフレーム到来間隔とし、キャリアセンス結果からμやσ2を計測すれば、上の式を用いて、チャネル利用状況予測部１０７０は、ａの値を推定できる。
【０１２０】
そして、aの値が求まれば、アイドル（idle）状態が、τ時間以上継続する確率Ｃ（τ）として、チャネル利用状況予測部１０７０は、次式で表される発生確率分布を得る。
【０１２１】
【数３】
2019087916.tif 000005
使用予定の無線チャネルがアイドル（idle）状態となった場合、その時点からt後までアイドル（idle）状態が継続する確率は、Ｃ（τ）から求めることができる。
【０１２２】
２）キャリアセンスの結果、アイドル（idle）継続時間とビジー（busy）継続時間が、毎回ほぼ同じ時間であり、チャネル利用状況予測部１０７０がトラフィックが周期的であると判断した場合は、アイドル（idle）状態の継続時間の発生確率分布として、例えば、アイドル（idle）状態開始時時点からアイドル（idle）状態の継続時間の平均値（中央値や最小値でも良い）までの間のアイドル（idle）継続確率を１００％、とし、それ以降は０％とするステップ関数としても良い。
【０１２３】
３）一方、使用予定の無線チャネルがビジー（busy）状態の場合、飛来しているパケット（フレーム）の物理ヘッダに記載されているフレーム長や、ＭＡＣフレームに記載されているＮＡＶの値を復号することで、チャネル利用状況予測部１０７０は、ビジー（busy）状態の継続時間を取得しビジー状態の継続時間を予測することができる。
【０１２４】
再び、図１２に戻って、アクセス制御部１０８０は、送信すべきデータがあるかを判断し（Ｓ１０２）、送信したいデータがまだない場合（Ｓ１０２でＮ）は、処理をＳ１００に戻す。
【０１２５】
一方で、アクセス制御部１０８０は、送信したいデータがある場合（Ｓ１０２でＹ）、まず、送信機会を得た無線チャネルで、以下に説明するような「即時送信条件」を満たしているかを判断する。
【０１２６】
すなわち、本来であれば、アクセス制御部１０８０は、チャネル利用状況予測部１０７０の予測結果に基づいて、送信タイミングが到来したかを判断するものの、実際にはビジー（busy）/アイドル（idle）状態の発生予測に誤差が生じて期待通りに送信機会が得られない恐れがあるため、送信機会が確保できた無線チャネルについて、例えば、以下の条件の組み合わせを満たしたと判断すると、当該無線チャネルを用いて即座に伝送を開始する制御を行う（Ｓ１０４）。すなわち、この場合は、アクセス制御部１０８０は、送信機会を得た無線チャネルで送信を行うことにより、所定の通信品質が達成できると判断した場合は、予測結果による送信タイミングを待つことなく、即時の無線送信を行う制御を行う。
【０１２７】
ａ１）総伝送レートが所定値以上
ａ２）即座に伝送を開始すると、送信データの伝送遅延が所定値以下
ａ３）即座に伝送を開始すると、スループットが所定量以上増加
ａ４）送信機会が確保できた無線チャネルで送信を行うと、無線チャネル間の使用率の分散 and/or 平均が小さくなる
ａ５）送信機会が確保できた無線チャネルで伝送を行うと、伝送に要する消費エネルギーが所定量以下
ａ６）所定の無線チャネルで送信機会が得られている
ａ７）送信機会の喪失が許されない場合
以上のような条件ａ１）〜ａ７）のいずれか１つの条件が満たされるか、あるいは、条件ａ１）〜ａ７）の所定の組合せ（２つの条件以上の組合せ）が成り立つ場合は、アクセス制御部１０８０は、送信機会が確保できている無線チャネルを用いて即座に伝送を開始する。すなわち、アクセス制御部１０８０は、伝送パラメータの決定と送信データのマッピングを行い（Ｓ１０８）、Ｓ／Ｐ変換部１０１０と無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３とを制御して、選択した周波数帯および無線チャネルでフレームを送信し（Ｓ１１０）、処理をステップＳ１００に復帰させる。
【０１２８】
ここで、「伝送パラメータ」としては、「使用帯域と使用無線チャネル」、「各無線チャネルで使用する伝送レート」、「各無線チャネル（OFDMの場合は各サブキャリアでも可）の送信電力」などがある。
【０１２９】
なお、所定の条件を満たすならば、使用可能性のある全ての周波数帯の無線チャネルではなく、一部の無線チャネルのみを用いて伝送することを可能としてもよい。
【０１３０】
また、伝送レートと送信電力の決定については、以下に示す文献２に記載されるような既存の手法が利用可能である。
【０１３１】
文献２：吉識  知明，三瓶  政一，森永  規彦，"高速データ伝送のためのマルチレベル送信電力制御を用いたOFDM適応変調方式，"電子情報通信学会論文誌(B), J84-B, 7, pp. 1141-1150，2001年07月
【０１３２】
また、伝送レートと送信電力の決定に必要な伝搬路情報は、例えば、以下のような方法で入手可能である。
【０１３３】
・逆方向の通信で受信したフレームを受信する際に行った伝搬路推定結果を利用する。
【０１３４】
・IEEE 802.11無線LANで規定されている伝搬路フィードバック手法を利用する。
【０１３５】
続いて、アクセス制御部１０８０は、「即時送信条件」を満たさない場合（Ｓ１０４でＮ）、上述したようなチャネル利用状況予測部１０７０の予測結果に基づいて、送信タイミングが到来したか否かを判断する（Ｓ１０６）。
【０１３６】
送信開始タイミングの決定については、以下のように利用状況情報による予測情報を利用する。
【０１３７】
ｂ１）ビジー（busy）状態にある無線チャネルがアイドル（idle）状態になるまでの所要時間の予測（「いつまで待てばよいか？」の予測）
【０１３８】
これには、以下のような情報を用いることで、「いつまで待てばよいか？」を予測することができる。
【０１３９】
ｂ１−１）ビジー（busy）要因となっているフレームやＮＡＶの長さ（既に分かっている場合）
ｂ１−２）任意の時刻後における各無線チャネルのビジー（busy）状態発生の有無（周期的な背景トラフィックであれば、ビジー（busy）状態とアイドル（idle）状態の周期とデューティ（duty）から予測可能）
ｂ１−３）これまでのビジー（busy）継続時間を踏まえた、今後の待ち時間に対するアイドル（idle）発生確率（ビジー（busy）状態とアイドル（idle）状態のCDFから算出可能）
【０１４０】
ｂ２）アイドル（idle）な無線チャネルがビジー（busy）になるまでの所要時間の予測（「いつまで待てるか？」の予測）
ｂ２−１）任意の時刻後における各無線チャネルのビジー（busy）状態発生の有無（周期的な背景トラフィックであれば、ビジー（busy）状態とアイドル（idle）状態の周期とdutyから予測可能）
ｂ２−２）これまでのアイドル（idle）継続時間を踏まえた、今後の待ち時間に対するビジー（busy）発生確率（ビジー（busy）状態とアイドル（idle）状態のCDFから算出可能）
【０１４１】
また、チャネル利用状況予測部１０７０は、観測された利用状況に応じて予測した所定時間経過後のチャネル利用状況を用いて、無線チャネルがアイドル状態である確率を、現時点から所定時間範囲内における複数の所定経過時間ごとに、また複数の周波数帯域における複数の無線チャネルごとに示す予測アイドル確率を生成する。なお、予測アイドル確率は、結果として無線チャネルがアイドル状態である確率を知ることができる情報であればよいため、例えば、無線チャネルがビジー状態である確率を所定経過時間ごとに、また複数の無線チャネルごとに示すものでもよい。また、その所定経過時間には、「０」すなわち現時点が含まれてもよく、またはそうでなくてもよい。
【０１４２】
現時点でビジー状態である無線チャネルについては、チャネル利用状況予測部１０７０は、例えば上記ｂ１−１）、ｂ１−２）のように、その無線チャネルがアイドル状態になるまでの時間を予測できる。その予測結果を用い、チャネル利用状況予測部１０７０は、予測アイドル確率において、例えば、予測した時間まではアイドル状態である確率を０％とし、予測した時間以降はアイドル状態である確率を１００％としてもよい。なお、その予測した時間以降についても、チャネル利用状況予測部１０７０は、上記ｂ２）のように、ビジー状態とアイドル状態との周期やビジー状態の発生確率に応じて、アイドル状態の確率を予測してもよい。また、チャネル利用状況予測部１０７０は、例えば上記ｂ１−３）のように、ビジー継続時間に対するアイドル状態の発生確率を予測アイドル確率としてもよい。例えば、現時点までにビジー状態が時間τＢだけ継続している場合には、現時点から時間τ後のアイドル確率を、ビジー継続時間τＢ＋τに対するアイドル状態の発生確率としてもよい。
【０１４３】
現時点でアイドル状態である無線チャネルについては、チャネル利用状況予測部１０７０は、例えば上記ｂ２−１）のように、その無線チャネルがビジー状態になるまでの時間を予測できる。その予測結果を用い、チャネル利用状況予測部１０７０は、予測アイドル確率について、例えば、予測した時間まではアイドル状態である確率を１００％とし、予測した時間以降はアイドル状態である確率を０％としてもよい。それ以降の時間についても、例えば、アイドル状態とビジー状態の周期に応じて、アイドル状態である確率を予測してもよい。また、チャネル利用状況予測部１０７０は、例えば上記ｂ２−２）のように、アイドル継続時間に対するビジー状態の発生確率を用いて今後のアイドル状態の発生確率を算出し、そのアイドル状態の発生確率を予測アイドル確率としてもよい。例えば、現時点までにアイドル状態が時間τＩだけ継続している場合には、現時点から時間τ後のアイドル確率を、アイドル継続時間τＩ＋τに対するビジー状態の発生確率を用いて、１−（ビジー状態の発生確率）のように算出してもよい。ただし、確率は０から１までの実数であるとしている。
【０１４４】
アクセス制御部１０８０は、上述した予測アイドル確率を用いて、複数の周波数帯における複数の無線チャネルに関するビジー状態、アイドル状態のパターンごとの生起確率を複数の所定経過時間ごとに算出する。例えば、３つの無線チャネルを用いて送信する場合には、各無線チャネルについて、ビジー状態、アイドル状態の２状態があるため、３つの無線チャネルに関するビジー状態、アイドル状態のパターンは、８個存在する。一般的にいえば、Ｎ個の無線チャネルを用いて送信する場合には、Ｎ個の無線チャネルに関するビジー状態、アイドル状態のパターンは、２N個存在する。また、各無線チャネルに関する所定経過時間ごとのアイドル確率は、上記予測アイドル確率に含まれているため、アクセス制御部１０８０は、パターンごとに生起確率を算出できる。具体的には、現時点から時間Ｔ１が経過した時点において、１〜３個目の無線チャネルがアイドル状態である確率がそれぞれＰ１，Ｐ２，Ｐ３である場合には、アクセス制御部１０８０は、１個目の無線チャネルがアイドル状態であり、２個目の無線チャネルがビジー状態であり、３個目の無線チャネルがビジー状態であるパターンの生起確率を、Ｐ１×（１−Ｐ２）×（１−Ｐ３）と算出する。なお、確率は０から１までの実数であるとしている。アクセス制御部１０８０は、そのようにして算出した、パターンごと、また所定経過時間ごとの生起確率に基づいて、送信タイミングを算出し、その送信タイミングでデータの伝送を行う。
【０１４５】
すなわち、アクセス制御部１０８０は、このような送信タイミングが到来すると判断すれば（Ｓ１０６でＹ）、伝送パラメータの決定と送信データのマッピングを行い（Ｓ１０８）、Ｓ／Ｐ変換部１０１０と無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３とを制御して、選択した周波数帯および無線チャネルでフレームを送信し（Ｓ１１０）、処理をステップＳ１００に復帰させる。
【０１４６】
なお、アクセス制御部１０８０が、生起確率に基づいて送信タイミングを算出する基準として、以下のようなものを採用してもよい。なお、送信タイミングを算出する具体的な方法については後述する。
【０１４７】
ｃ１）伝送完了までの時間の期待値を最小化
ｃ２）伝送完了までのスループットの期待値を最大化
ｃ３）伝送完了までの未使用の無線リソース量の期待値を最小化
ｃ４）自身による特定の無線チャネルの使用率の期待値を最小化（920MHz帯のように送信時間制限がある周波数帯において、当該周波数帯の時間利用率を制限内に収めるため。）
【０１４８】
なお、アクセス制御部１０８０は、ステップＳ１０６において、予測された期待値の最小値が所定の値より小さくならないと判断する場合や、予測された期待値の最大値が所定の値を超えないと判断する場合は、送信を待機することによって現在以上の数の無線チャネルで送信機会が得られる可能性があるとして、送信を待機し（ステップＳ１０６でＮ）、処理をステップＳ１００に復帰する。このような待機動作を行うことで、周波数利用効率の向上や伝送遅延の低減等が達成可能であると考えられるからである。
【０１４９】
ここでは、予測アイドル確率の具体例と、上記ｃ１）〜ｃ３）の具体例について説明する。この具体例では、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯の各無線チャネルについて、現時点を０とした時間の経過に応じたチャネル利用状況が、図１３で示されるように予測されたとする。図１３は、無線チャネルがビジー状態である確率を示すものである。つまり、９２０ＭＨｚ帯は、現時点でアイドル状態であり、ビジー状態である確率が１０μｓごとに１０％ずつ上昇することになる。また、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯は、現時点でビジー状態であり、ビジー状態である確率が１０μｓごとに１０％ずつ減少することになる。この場合には、現時点を０とした１０μｓごとの経過時間に対応する各帯域のアイドル確率は、図１４で示されるようになる。したがって、チャネル利用状況予測部１０７０は、図１３の予測結果に基づいて、図１４で示される予測アイドル確率のテーブルを作成する。
【０１５０】
図１５は、各帯域のビジー状態、アイドル状態のパターンを示すテーブルである。図１５では、例えば、パターン番号０は、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯のすべてがアイドル状態であるパターンに対応している。３つの無線チャネルを用いる場合には、図１５で示されるように、パターン番号が０から７までの８個のパターンが存在する。
【０１５１】
図１６は、予測アイドル確率が図１４で示される場合における、時間が３０μｓにおける各パターンの生起確率の算出について説明するためのテーブルである。図１６では、パターンごと、帯域ごとに、図１４の３０μｓ時点の予測アイドル確率に応じたビジー確率またはアイドル確率が記載されている。生起確率ｐは、パターンごとに、各帯域のビジー確率またはアイドル確率を乗算することによって算出できる。具体的には、パターン番号１に対応する生起確率「０．１４７」は、各帯域のアイドル確率「０．７」、アイドル確率「０．３」、ビジー確率「０．７」を乗算することによって算出される。アクセス制御部１０８０は、予測アイドル確率に含まれる時間０，１０，２０，…，９０μｓのそれぞれについて、パターン番号０〜７に対応する生起確率ｐを算出する。ここで、ある時間τのパターン番号ｉに対応する生起確率をｐ（τ，ｉ）とする。例えば、ｐ（３０μｓ，０）＝０．０６３である。なお、τ＝０が現時点である。アクセス制御部１０８０は、その生起確率を用いて、以下のようにして、期待値を最大または最小にする送信タイミングを決定する。
【０１５２】
ｃ１）による送信タイミングの算出
この場合には、アクセス制御部１０８０は、ビジー状態、アイドル状態のパターンの生起確率に基づいて、送信データに関する伝送完了までの時間の期待値を最小化する送信タイミングで、送信データの送信を行う。なお、その最小化は、厳密な意味での最小化でなくてもよい。つまり、１０μｓごとなどのように、離散的な経過時間ごとの生起確率を用いて期待値を算出した場合には、その複数の経過時間に、厳密な意味での最小値に対応する経過時間が含まれていないことも考えられる。例えば、１０μｓごとの経過時間を用いた場合に、期待値を最小化する送信タイミングが５０μｓとなったとしても、厳密には、期待値を最小化する送信タイミングは、５３μｓであることもある。そのため、その最小化は、離散的な経過時間に対応する複数の期待値に関する最小化であってもよい。ｃ１）以外において期待値を最小化したり、最大化したりする場合にも同様であるとする。
【０１５３】
より具体的には、アクセス制御部１０８０は、次式のように、所定経過時間τ後を送信タイミングとした場合における送信データの伝送完了までの時間の期待値Ｔ（τ）を、所定経過時間τと、送信時間の期待値とを加算することによって算出する。なお、所定経過時間τは、現時点から送信タイミングまでの待ち時間である。また、送信時間は、送信を開始してから送信が終了するまでの時間、すなわち実質的に送信に用いる時間である。送信時間の期待値は、所定経過時間τ後におけるｉ番目のパターンの生起確率ｐ（τ，ｉ）と、経過時間τ後にｉ番目のパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の送信時間Ｔfrm（τ，ｉ）との積のパターンごとの総和によって算出する。なお、次式において、Ｎptrnは、パターンの総数である。例えば、３つの無線チャネルを用いる場合には、Ｎptrn＝８（＝２３）である。
【０１５４】
【数４】
2019087916.tif 000006
ここで、送信時間Ｔfrm（τ，ｉ）の算出方法について説明する。例えば、使用予定の無線チャネルとして無線チャネルｃｈ１、ｃｈ２およびｃｈ３を想定し、そこでの使用可能伝送レートをＲ１，Ｒ２およびＲ３［b/s］とする。なお、伝送レートＲ１、Ｒ２、Ｒ３は、待ち時間τに応じて変わることもあり得る。また、これから伝送したいデータ量を、Ｉ［bit］とする。
【０１５５】
チャネルｃｈ１のみを使用してデータを伝送するのに必要な送信時間Ｔ（１）は、以下のようになる。なお、ここでの送信時間は、上記のように、実質的な送信の開始から終了までの時間（すなわち、待ち時間を含まない時間）である。
Ｔ（１）＝Ｉ／Ｒ１
【０１５６】
チャネルｃｈ１、ｃｈ２を使用してデータを伝送するのに必要な送信時間Ｔ（２）は、以下のようになる。
Ｔ（２）＝Ｉ／（Ｒ１＋Ｒ２）
【０１５７】
チャネルｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３を使用してデータを伝送するのに必要な送信時間Ｔ（３）は、以下のようになる。
Ｔ（３）＝Ｉ／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）
このように、アクセス制御部１０８０は、所定経過時間τの後にｉ番目のパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルの個数、またその無線チャネルの伝送レートに応じて、送信時間Ｔfrm（τ，ｉ）を算出することができる。
【０１５８】
アクセス制御部１０８０は、上記のようにして、複数の離散的な経過時間τのそれぞれ（０，１０，２０，…，９０μｓ）について、伝送完了までの時間の期待値Ｔ（τ）を算出する。そして、その算出した期待値のうち、最も小さい期待値に対応する経過時間を送信タイミングとする。
【０１５９】
なお、図１５の各パターンにおけるパターン番号ｉ＝７では、全帯域はビジー状態であるため送信を開始できず、伝送レートＲ１，Ｒ２およびＲ３はそれぞれ０になり、Ｔfrm（τ，７）を算出できない。その場合には、例えば、アクセス制御部１０８０は、全帯域がビジー状態である項ｐ（τ，７）・Ｔfrm（τ，７）を期待値の計算に含めなくてもよく、または、全帯域がビジー状態であるときの各帯域の伝送レートがあらかじめ決められた所定の値であると仮定して、Ｔfrm（τ，７）を計算してもよい。その伝送レートは、例えば、他のパターンにおける伝送レートよりも小さくなるように設定されてもよい。このことは、以下のｃ２）、ｃ３）についても同様であるとする。
【０１６０】
ｃ２）による送信タイミングの算出
この場合には、アクセス制御部１０８０は、ビジー状態、アイドル状態のパターンの生起確率に基づいて、送信データに関する伝送完了までのスループットの期待値を最大化する送信タイミングで、送信データの送信を行う。このスループットは、現時点から伝送完了までの値であるため、実際に送信を行っている時間だけでなく、待ち時間も考慮した値となる。
【０１６１】
より具体的には、アクセス制御部１０８０は、次式のように、所定経過時間τ後を送信タイミングとした場合における送信データの伝送完了までのスループットの期待値η（τ）を、所定経過時間τ後におけるｉ番目のパターンの生起確率ｐ（τ，ｉ）と、ｉ番目のパターンに対応する伝送完了までの単位時間あたりの伝送データ量との積のパターンごとの総和によって算出する。なお、ｉ番目のパターンに対応する伝送完了までの単位時間あたりの伝送データ量は、送信データ量Ｎdataを、経過時間τ後にｉ番目のパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の伝送完了までの時間で除算したものである。伝送完了までの時間は、待ち時間τと、送信時間Ｔfrm（τ，ｉ）とを加算することによって算出できる。送信データ量Ｎdataは、変調前の送信対象のデータ量であってもよい。
【数５】
2019087916.tif 000007
【０１６２】
アクセス制御部１０８０は、上記のようにして、複数の離散的な経過時間τのそれぞれについて、伝送完了までのスループットの期待値η（τ）を算出する。そして、その算出した期待値のうち、最も大きい期待値に対応する経過時間を送信タイミングとする。
【０１６３】
ｃ３）による送信タイミングの算出
この場合には、アクセス制御部１０８０は、ビジー状態、アイドル状態のパターンの生起確率に基づいて、送信データに関する伝送完了までの未使用の無線リソース量の期待値を最小化する送信タイミングで、送信データの送信を行う。なお、未使用の無線リソース量とは、自装置が使用しない無線リソース量のことである。したがって、その未使用の無線リソースを他装置が利用している可能性はあり得る。
【０１６４】
より具体的には、アクセス制御部１０８０は、所定経過時間τ後を送信タイミングとした場合における送信データの伝送完了までの未使用の無線リソース量の期待値Ｒ（τ）を、所定経過時間τ後におけるｉ番目のパターンの生起確率ｐ（τ，ｉ）と、経過時間τ後にｉ番目のパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の伝送完了までの時間において自装置が使用しない無線リソース量との積のパターンごとの総和によって算出する。なお、自装置が使用しない無線リソース量は、経過時間τ後にｉ番目のパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の伝送完了までの時間（τ＋Ｔfrm（τ，ｉ））における全無線リソース量から、経過時間τ後にｉ番目のパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の送信時間（Ｔfrm（τ，ｉ））に使用する無線リソース量（すなわち、ｉ番目のパターンでアイドル状態である無線チャネルの無線リソース量の合計）を減算したものである。経過時間τ後にｉ番目のパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の伝送完了までの時間における全無線リソース量は、現時点から伝送完了までの時間（τ＋Ｔfrm（τ，ｉ））に、伝送で用いる可能性のあるすべての無線チャネルに関する伝送レートの合計Ｂavailableを掛けたものである。なお、伝送で用いる可能性のあるすべての無線チャネルとは、アイドル状態であるとすれば、送信に用いる無線チャネルのことである。また、経過時間τ後にｉ番目のパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルを用いた伝送の送信時間に使用する無線リソース量は、送信タイミングから伝送完了までの送信時間（Ｔfrm（τ，ｉ））に、その伝送で用いる無線チャネルに関する伝送レートの合計Ｂuse（τ，ｉ）を掛けたものである。Ｂuse（τ，ｉ）は、経過時間τ後にｉ番目のパターンにおいてアイドル状態である無線チャネルに関する伝送レートの合計である。したがって、アクセス制御部１０８０は、次式のように、所定経過時間τ後を送信タイミングとした場合における送信データの伝送完了までの未使用の無線リソース量の期待値Ｒ（τ）を算出する。
【数６】
2019087916.tif 000008
【０１６５】
アクセス制御部１０８０は、上記のようにして、複数の離散的な経過時間τのそれぞれについて、伝送完了までの未使用の無線リソース量の期待値Ｒ（τ）を算出する。そして、その算出した期待値のうち、最も小さい期待値に対応する経過時間を送信タイミングとする。
【０１６６】
図１７は、未使用の無線リソースの例を示す図である。１個の無線チャネル（ここでは、９２０ＭＨｚ帯とする）のみで送信を行う場合には、例えば、図１７の一番上の例で示されるように、全帯域の伝送レートの合計に伝送完了までの時間を掛けたものから、自装置が９２０ＭＨｚ帯において使用する無線リソース量を減算した結果が、未使用の無線リソース量となる。また、２個の無線チャネル（ここでは、９２０ＭＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯とする）で送信を行う場合には、例えば、図１７の真ん中の例で示されるように、全帯域の伝送レートに伝送完了までの時間を掛けたものから、自装置が９２０ＭＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯において送信の開始から終了までに使用する無線リソース量を減算した結果が、未使用の無線リソース量となる。また、３個の無線チャネルで送信を行う場合には、例えば、図１７の一番下の例で示されるように、全帯域の伝送レートに伝送完了までの時間を掛けたものから、自装置が９２０ＭＨｚ帯と２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯において送信の開始から終了までに使用する無線リソース量を減算した結果、すなわち全帯域の伝送レートの合計に送信タイミングまでの時間（すなわち、待ち時間）を掛けた結果が、未使用の無線リソース量となる。
【０１６７】
なお、上記説明では、３つの無線チャネルについて各期待値を求める場合について説明したが、無線チャネルの個数は、３つ以外であってもよい。また、上記説明では、各期待値を１０μｓごとに求める場合について説明したが、各期待値を求める時間間隔も、それに限定されるものではない。
【０１６８】
上記ｃ１）〜ｃ３）についてシミュレーションによる評価を行った。そのシミュレーションでは、３帯域（各２０ＭＨｚ幅）を利用可能であり、各帯域・時刻におけるビジー状態の確率は図１３で示され、その予測は完全であるとした。また、フレーム構成は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎに基づいたものとして、単一の符号語を複数帯域に分配する構成とした。また、使用各帯域の平均受信電力が等しくなるように電力制御されているとし、全帯域で同一のＭＣＳを使用した。また、各ＭＣＳにおいてフレーム誤りが１０％以下となるＳＮＲ（signal to noise power ratio）にて評価した。また、帯域間のＳＮＲ差はないものとした。伝搬路はフレーム内で静的な２０波指数減衰モデル（５０ｎｓ間隔、２．１７ｄＢ減衰）とし、伝搬路値は既知とした。また、ペイロードサイズは、１５００バイトとした。また、このシミュレーションでは、すべての無線チャネルがビジー状態であるパターンにおける伝送レートを６５Ｍｂｐｓに設定した。
【０１６９】
図１８は、そのシミュレーション結果を示す図である。図１８には、ＭＣＳごとのスループット特性（Throughput）と、ＭＣＳごとの無線リソース使用率（Occupation rate）と、ＭＣＳごとの送信待機時間（待ち時間、Wait time）とを示している。なお、ＭＣＳｐｔｒｎｊ（ｊ＝１〜８）は、ｊの値が大きくなるほど、データレートが大きくなる変調方式、符号化率となる。
【０１７０】
図１８では、ＭＣＳが低く、フレームが長い場合には、上記ｃ１）〜ｃ３）の方法によって送信タイミングまでの最適な待ち時間を算出し、その待ち時間に応じて送信した方が高いスループットとなっているため、効率的に送信できることが分かる。すなわち、待機時間によるスループットの低下の程度を、送信により多くの無線チャネルを使用できることによるフレーム長の短縮の程度が上回っていることが分かる。また、ＭＣＳが高い場合には、伝送完了までのスループットの期待値を最大化する手法では、待ち時間のない送信手法と同じであるが、それ以外の手法では、待ち時間のない送信手法よりもスループットが高い。なお、ＭＣＳｐｔｒｎ８の場合において、スループットの期待値を最大化する手法では、待ち時間０が最適な待ち時間として選択されているため、結果として、待ち時間なしの場合と同じスループットになっていることが分かる。したがって、上記ｃ１）〜ｃ３）の方法によって送信タイミングまでの最適な待ち時間を算出し、その待ち時間に応じて送信することによって、最も効率よく送信できること、すなわち待ち時間のない送信手法よりも効率が低下しないことが分かる。
【０１７１】
また、ＭＣＳが高いほど、フレームが短くなるため、無線リソース使用率がより低くなることになる。また、そのようにフレームが短くなると、より短い待ち時間（より早い送信タイミング）が選択されることになる。したがって、フレームアグリゲーションの適用によってフレームがより長くなる状況においては、上記ｃ１）〜ｃ３）の方法によって算出した送信タイミングまで待ってから送信した方が、より効率的な送信になることが期待できる。
【０１７２】
なお、上記したように、図１５の各パターンにおけるパターン番号ｉ＝７では、全帯域はビジー状態であるため送信を開始できず、送信時間や、未使用の無線リソース量を求めることができない。そのような場合には、上記のように、あらかじめ決められた伝送レートを用いることが考えられる。その場合に、例えば、全帯域がビジー状態である状況における伝送レートとして小さな値（すなわち、より長いフレーム送信時間）を用いると、全無線チャネルがビジー状態の確率が高いと、フレーム送信時間の期待値が大きな値になるため、そのような時間を避けるように送信タイミングが決定されることになる。一方、例えば、全帯域がビジー状態である状況における伝送レートとして大きな値（すなわち、より短いフレーム送信時間）を用いると、全無線チャネルがビジー状態の確率が高くても、フレーム送信時間の期待値が小さな値になるため、そのような時間を選択するように送信タイミングが決定されることになる。このように、全帯域がビジー状態である場合に代用される伝送レートとして、大きな値を設定するのか、小さな値を設定するのかに応じて、全無線チャネルがビジー状態で送信できない場合を避ける（すなわち、より確実に送信できるようにする）のか、送信できない状況があってもよいので、チャレンジングに無線チャネルを取りに行くのか、というコントロールを行うことができるようになる。したがって、アクセス制御部１０８０は、複数の周波数帯における複数の無線チャネルのすべてがビジー状態であるパターンについて、送信データの要求品質に応じた伝送レートを用いて、送信タイミングを決定してもよい。送信データの要求品質に応じた伝送レートは、例えば、送信データを送信するアプリケーションの要求品質に応じた伝送レートであってもよく、ユーザからの要求品質に応じた伝送レートであってもよい。その要求品質は、例えば、後に説明するデータ優先度であってもよい。送信データに高い送信確実性が要求される場合、すなわち送信権の維持を優先する場合や、より確実に送信データを送信することが要求されるアプリケーションに対しては、複数の無線チャネルのすべてがビジー状態であるパターンの伝送レートとして、より小さな値の伝送レートを用いるようにしてもよい。そのようなアプリケーションとしては、例えば、リアルタイムで映像や音声のストリーミングを行うアプリケーションを挙げることができる。一方、送信データの容量が大きい場合、すなわち大容量伝送を優先する場合や、より大きい容量の送信データを送信することが要求されるアプリケーションに対しては、複数の無線チャネルのすべてがビジー状態であるパターンの伝送レートとして、より大きな値の伝送レートを用いるようにしてもよい。そのようなアプリケーションとしては、例えば、バックグラウンドでファイルをアップロードしたりダウンロードしたりするアプリケーション、より具体的にはオンラインストレージとローカルの装置との間でデータを同期させるアプリケーションなどを挙げることができる。
【０１７３】
具体的には、図１９で示されるように、データ優先度（priority）が高い場合、すなわち全無線チャネルがビジー状態である状況を避けたい場合には、すべての無線チャネルがビジー状態であるパターンに対応する伝送レートとして、より小さい伝送レート（すなわち、より長いフレーム長）を用い、データ優先度が低い場合、すなわち全無線チャネルがビジー状態である状況があってもよい場合には、よりチャレンジングに無線チャネルを確保するようにする（大容量重視）ために、すべての無線チャネルがビジー状態であるパターンに対応する伝送レートとして、より大きい伝送レート（すなわち、より短いフレーム長）を用いるようにしてもよい。図１９において、Ｉは、これから伝送したいデータ量である。アクセス制御部１０８０は、例えば、送信を行うアプリケーションやユーザからデータ優先度を受け取ってもよく、または、送信を行うアプリケーションに対応するデータ優先度を、アプリケーションの識別子やアプリケーションの種類とデータ優先度とを対応付ける情報を用いて特定してもよく、ユーザの要求に応じたデータ優先度を、ユーザの要求とデータ優先度とを対応付ける情報を用いて特定してもよい。そして、アクセス制御部１０８０は、そのデータ優先度に応じた伝送レートを、すべての無線チャネルがビジー状態であるパターンに対応する伝送レートとして用いてもよい。
【０１７４】
図２０、図２１は、すべての無線チャネルがビジー状態であるパターンの伝送レートとして、図１９の４つのデータ優先度に応じた伝送レートを用いた場合におけるシミュレーション結果を示す図である。そのシミュレーションでは、伝送完了までの時間の期待値を最小化するように送信タイミングを算出した。図２０では、各データ優先度に関するＳＮＲに応じたスループットを示している。図２０で示されるように、ＳＮＲの高い範囲においては、データ優先度の低いPriority０のスループットが高くなっており、データ優先度の低い方が、より大容量の送信に適していることが分かる。一方、図２１で示されるように、ＳＮＲの高い範囲においては、データ優先度の低いPriority０の送信機会喪失率が高くなっているのに対して、データ優先度の高いPriority３の送信機会喪失率が低くなっており、データ優先度の高い方が、より確実な送信に適していることが分かる。このようにして、すべての無線チャネルがビジー状態であるパターンについて、要求品質に応じた伝送レートを用いて送信タイミングを決定することにより、例えば、ユーザの満足度を向上させることができるようになる。
【０１７５】
以上のような構成により、各送信データを複数周波数帯域にマッピングし、送信タイミングを調整してデータ伝送を行うことが可能である。
【０１７６】
今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１７７】
１０００  送信装置、１０１０  Ｓ／Ｐ変換部、１０２０．１〜１０２０．３  無線フレーム生成部、１０３０  局部発振器、１０４０．１〜１０４０．３  ＲＦ部、１０５０．１〜１０５０．３  アンテナ、１０６０  チャネル利用状況観測部、１０７０  チャネル利用状況予測部、１０８０  アクセス制御部、２０００  受信装置、２０１０．１〜２０１０．３  アンテナ、２０２０  局部発振器、２１００．１〜２１００．３  受信部、２４００．１〜２４００．３  ＲＦ部（高周波処理部）、２５００．１〜２５００．３  ベースバンド処理部、２７００  Ｐ／Ｓ変換部、２６００  同期処理部、２８００  デジタル信号処理部。
【図１】
2019087916.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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