(57)【要約】    【課題】      無線ネットワークにおけるスループットを向上させること。    【解決手段】  指向性ビームを形成するマルチビームアンテナ１１１を備えたＳＤＭＡ対応のＡＰ１１０及びＡＰ１１０と通信するＳＴＡ１２０、１３０、１４０を有する無線ネットワーク（例えば、無線ＬＡＮ１００）にて、拡張ＣＳＭＡアルゴリズムを実行する。まず、ＳＴＡ１２０〜１４０の位置に応じて、ＡＰ１１０はＳＴＡ１２０〜１４０を、指向性ビームの到達範囲によって定められるビームグループに配属する。そして、配属したＳＴＡ１２０〜１４０に、ビームグループ毎にグループ判別用の固有のシグネチャ信号を割り当てる。  【選択図】      図２
2005094337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性ビームを形成するアンテナ部と前記アンテナ部に接続される並列動作が可能な複数の送受信部とを備えた空間分割多重アクセス対応の無線基地局装置及び前記無線基地局装置と通信する無線端末装置を有する無線ネットワークにて実行するキャリアセンス多重アクセス方法であって、
前記無線端末装置の位置に応じて、前記無線端末装置を、前記指向性ビームの到達範囲によって定められるグループに配属する配属ステップと、
前記配属ステップで配属した前記無線端末装置に、前記グループ毎に固有のシグネチャ信号を割り当てる割り当てステップと、
アクセスするメディアに前記割り当てステップで割り当てられた前記シグネチャ信号が存在するか否かを検出する検出ステップと、
前記検出ステップでの検出の結果、前記メディアに前記シグネチャ信号が存在しない場合、前記シグネチャ信号と前記無線基地局装置宛てのデータパケットとを同時に送信する送信ステップと、
を有することを特徴とするキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項２】
前記送信ステップは、
前記検出ステップでの検出の結果、前記メディアに前記シグネチャ信号が存在しない場合、バックオフ値をデクリメントするデクリメントステップを有し、
前記デクリメントステップで前記バックオフ値が零までデクリメントされたとき、前記シグネチャ信号と前記データパケットとの同時送信を行うことを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項３】
前記デクリメントステップは、
前記メディアの状態を判定する判定ステップを有し、
前記判定ステップで判定した前記メディアの状態に応じた時間単位で、バックオフ値のデクリメントを行うことを特徴とする請求項２記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項４】
前記シグネチャ信号は、前記検出ステップでの検出時間が所定のスロット時間より長くなる特性を有し、
前記デクリメントステップでは、
前記バックオフ値のデクリメントを、前記検出時間が経過する毎に行うことを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項５】
前記送信ステップでは、
通信に使用する周波数帯のうち、前記データパケットの送信に使用されない中央部の周波数を、前記シグネチャ信号の送信に使用することを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項６】
前記送信ステップでは、
通信に使用する周波数帯のうち、前記データパケットの送信に使用されない両境界部の周波数を、前記シグネチャ信号の送信に使用することを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項７】
前記送信ステップでは、
通信に使用する周波数帯のうち、前記データパケットの送信に使用されない中央部及び両境界部の周波数を、前記シグネチャ信号の送信に使用することを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項８】
前記シグネチャ信号は、通信に使用する周波数帯のうち、前記送信ステップでの前記データパケットの送信に使用されない複数の周波数に前記グループ単位で関連付けられ、
前記送信ステップでは、
自己のシグネチャ信号に関連付けられた周波数を用いて、前記シグネチャ信号の送信を行うことを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項９】
前記シグネチャ信号は、所定レベル以上の自己相関特性及び所定レベル以下の相互相関特性を有し、
前記検出ステップでは、
前記シグネチャ信号を用いて相関演算を行うことで前記シグネチャ信号の有無の検出を行うことを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項１０】
前記中央部の周波数を使用して送信される前記シグネチャ信号は、その平均値が零である特性を有することを特徴とする請求項５記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項１１】
前記送信ステップでは、
前記シグネチャ信号の送信を、前記データパケットの送信より低い送信電力で行うことを特徴とする請求項１記載のキャリアセンス多重アクセス方法。
【請求項１２】
指向性ビームを形成するアンテナ部と前記アンテナ部に接続される並列動作が可能な複数の送受信部とを備えた空間分割多重アクセス対応の無線基地局装置であって、
通信相手である無線端末装置の位置に応じて、前記無線端末装置を、前記指向性ビームの到達範囲によって定められるグループに配属する配属手段と、
配属された前記無線端末装置に、前記グループ毎に固有のシグネチャ信号を割り当てる割り当て手段と、
割り当てたシグネチャ信号を前記無線端末装置に通知する通知手段と、
を有することを特徴とする無線基地局装置。
【請求項１３】
通信相手である無線基地局装置のアンテナ部によって形成される指向性ビームの到達範囲によって定められるグループ毎に固有であって前記無線基地局装置から通知されたシグネチャ信号を受信する受信手段と、
アクセスするメディアに前記シグネチャ信号が存在するか否かを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出の結果、前記メディアに前記シグネチャ信号が存在しない場合、バックオフ値をデクリメントするデクリメント手段と、
前記デクリメント手段によって前記バックオフ値が零までデクリメントされたとき、前記シグネチャ信号と前記無線基地局装置宛てのデータパケットとを同時に送信する送信手段と、
を有することを特徴とする無線端末装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）等の無線ネットワークにて用いられるキャリアセンス多重アクセス（ＣＳＭＡ）方法、無線基地局装置及び無線端末装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＥＥＥ８０２.１１は、例えばコンピュータ等の端末装置をネットワークで無線接続する費用効率の高いソリューションである。また、信号処理技術や変調技術の進展によって、物理レイヤをより高速なデータレートでサポートする規格の拡張がなされている。一方、ＭＡＣ（メディアアクセス制御）レイヤはデータレートの増加に伴いスループットの飽和が発生することが研究により示されており（例えば、非特許文献１参照）、現在のＩＥＥＥ８０２.１１システムにおける主要な制約は、ＭＡＣ（メディアアクセス制御）レイヤにあると言える。 ＩＥＥＥ８０２.１１のワーキンググループは、既存の無線ＬＡＮに対するＭＡＣレイヤ及び物理レイヤ両方の変更に基づく、高スループットの無線ＬＡＮの必要性を認識している。
【０００３】
既存の無線ＬＡＮでサポートされるデータレートは、現在及び将来想定されるアプリケーション用としては十分である。無線ＬＡＮは、従来より時分割多重アクセス方式を採用しているため、問題は、無線ネットワークが同時にサポート可能な高速データレートアプリケーションのユーザ数にある。この問題は、より高いスループットの必要性の問題として概括することができる。より高いスループットを実現するには、国際標準化機構（ＩＳＯ）のオープンシステム相互接続（ＯＳＩ）参照モデルにおける、レイヤ２より上位のレイヤ又はＭＡＣレイヤで測定されるデータレートを高める必要がある。単一の無線基地局装置（例えば、アクセスポイント（ＡＰ））及び複数の無線端末装置（ＳＴＡ）が含まれる基本的な無線ＬＡＮシステムにおける全ての無線装置の総スループットを増加させるという要求事項を満たすために、スループットは、ＡＰで測定される。
【０００４】
従来の無線ＬＡＮシステムにおける通信はＣＳＭＡ方式に基づいている、すなわち、ＳＴＡがデータパケットの送信を行うことができるか否かが、アクセスするメディアがビジー（使用中）であるかアイドル（未使用）であるかを検出することによって判断されている。このような無線ＬＡＮシステムにおいてスループットを増加するための１つのアプローチとして、例えば空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）方式の利点を利用することが挙げられる。これを利用するには、ＡＰが異なるアンテナには異なるＳＴＡとの送受信を行うなど、最適にスケジューリングする必要がある。
【非特許文献１】”Throughput Analysis for IEEE802.11a Higher Data Rates”, IEEE802.11/02-138r0, 2002年3月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の無線ＬＡＮシステムにおいては、ＣＳＭＡ方式のような競合ベースの（つまり、複数のＳＴＡによってメディアにアクセスする権利が争われる）アクセス方式に基づいてメディアアクセスを行おうとするＳＴＡは、メディアがビジーであると検出したときにデータパケットの送信を控える。このため、各アクセスタイミングにおいて、無線ＬＡＮシステムに含まれる複数のＳＴＡのうち１つしかデータパケットの送信を行うことができない。したがって、無線ＬＡＮシステムにおけるスループットを向上することは容易ではない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、無線ネットワークにおけるスループットを向上させることができるキャリアセンス多重アクセス方法、無線基地局装置及び無線端末装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、指向性ビームを形成するアンテナ部と前記アンテナ部に接続される並列動作が可能な複数の送受信部とを備えた空間分割多重アクセス対応の無線基地局装置及び前記無線基地局装置と通信する無線端末装置を有する無線ネットワークにて実行するキャリアセンス多重アクセス方法であって、前記無線端末装置の位置に応じて、前記無線端末装置を、前記指向性ビームの到達範囲によって定められるグループに配属する配属ステップと、前記配属ステップで配属した前記無線端末装置に、前記グループ毎に固有のシグネチャ信号を割り当てる割り当てステップと、アクセスするメディアに前記割り当てステップで割り当てられた前記シグネチャ信号が存在するか否かを検出する検出ステップと、前記検出ステップでの検出の結果、前記メディアに前記シグネチャ信号が存在しない場合、前記シグネチャ信号と前記無線基地局装置宛てのデータパケットとを同時に送信する送信ステップと、を有するようにした。
【０００８】
この方法によれば、無線端末装置の位置に応じて、無線端末装置を、無線基地局装置のアンテナ部によって形成される指向性ビームの到達範囲によって定められるグループに配属し、配属された無線端末装置に、グループ毎に固有のシグネチャ信号を割り当てるため、同時にメディアを競合する複数の無線端末装置がそれぞれ異なるグループに属する場合は、各無線端末装置はＳＤＭＡ対応の無線基地局装置と同時に通信することができ、無線ネットワークにおけるスループットを向上させることができる。
【０００９】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記送信ステップは、前記検出ステップでの検出の結果、前記メディアに前記シグネチャ信号が存在しない場合、バックオフ値（すなわち、バックオフカウンタ値）をデクリメントするデクリメントステップを有し、前記デクリメントステップで前記バックオフ値が零までデクリメントされたとき、前記シグネチャ信号と前記データパケットとの同時送信を行うようにした。
【００１０】
この方法によれば、アクセスするメディアにシグネチャ信号が存在しない場合、つまり、他グループの無線端末装置がメディアにアクセスしていたとしても同一グループ内の他の無線端末装置がメディアアクセスしていないと判断できるため、バックオフ値のデクリメントを行うことができ、データパケット送信までの時間を短縮することができる。
【００１１】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記デクリメントステップは、前記メディアの状態を判定する判定ステップを有し、前記判定ステップで判定した前記メディアの状態に応じた時間単位で、バックオフ値のデクリメントを行うようにした。
【００１２】
この方法によれば、メディアの状態を判定し、判定結果に応じた時間単位でバックオフ値のデクリメントを行うため、メディアの状態に応じて動作のモードを変更することができる。
【００１３】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記シグネチャ信号は、前記検出ステップでの検出時間が所定のスロット時間より長くなる特性を有し、前記デクリメントステップでは、前記バックオフ値のデクリメントを、前記検出時間が経過する毎に行うようにした。
【００１４】
この方法によれば、シグネチャ信号が、その検出時間がスロット時間よりも長くなる特性を有する場合に、１回の検出時間が経過する前にバックオフ値が零になってしまいその結果としてデータパケットの衝突が起きてしまうことを回避することができる。
【００１５】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記送信ステップでは、通信に使用する周波数帯のうち、前記データパケットの送信に使用されない中央部の周波数を、前記シグネチャ信号の送信に使用するようにした。
【００１６】
この方法によれば、データパケットの送信に使用されない周波数帯を、シグネチャ信号の送信に有効利用することができる。
【００１７】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記送信ステップでは、通信に使用する周波数帯のうち、前記データパケットの送信に使用されない両境界部の周波数を、前記シグネチャ信号の送信に使用するようにした。
【００１８】
この方法によれば、データパケットの送信に使用されない周波数帯を、シグネチャ信号の送信に有効利用することができる。
【００１９】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記送信ステップでは、通信に使用する周波数帯のうち、前記データパケットの送信に使用されない中央部及び両境界部の周波数を、前記シグネチャ信号の送信に使用するようにした。
【００２０】
この方法によれば、データパケットの送信に使用されない周波数帯を、シグネチャ信号の送信に有効利用することができる。
【００２１】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記シグネチャ信号は、通信に使用する周波数帯のうち、前記送信ステップでの前記データパケットの送信に使用されない複数の周波数に前記グループ単位で関連付けられ、前記送信ステップでは、自己のシグネチャ信号に関連付けられた周波数を用いて、前記シグネチャ信号の送信を行うようにした。
【００２２】
この方法によれば、シグネチャ信号が載せられる特定の周波数（例えば、中央部や境界部分の周波数）を観測するだけで、各グループのシグネチャ信号の有無の検出を行うことができ、シグネチャ信号の検出時間を短縮することができる。
【００２３】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記シグネチャ信号は、所定レベル以上の自己相関特性及び所定レベル以下の相互相関特性を有し、前記検出ステップでは、前記シグネチャ信号を用いて相関演算を行うことで前記シグネチャ信号の有無の検出を行うようにした。
【００２４】
この方法によれば、シグネチャ信号の有無の検出を、精度良く行うことができる。
【００２５】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記中央部の周波数を使用して送信される前記シグネチャ信号は、その平均値が零である特性を有するようにした。
【００２６】
この方法によれば、送信を行っている無線基地局装置のＤ／Ａ（Digital to Analog）コンバータ及び受信を行っている無線基地局装置のＡ／Ｄ（Analog to Digital）コンバータでそれぞれ生じるＤＣ（Direct Current）オフセットの影響を最小化することができる。
【００２７】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法は、上記の方法において、前記送信ステップでは、前記シグネチャ信号の送信を、前記データパケットの送信より低い送信電力で行うようにした。
【００２８】
この方法によれば、受信フィルタに課す要求を緩和することができ、また、例えば拡散コードをシグネチャ信号として使用する場合は、受信側の逆拡散処理利得によって低電力を補うことができる。
【００２９】
本発明の無線基地局装置は、指向性ビームを形成するアンテナ部と前記アンテナ部に接続される並列動作が可能な複数の送受信部とを備えた空間分割多重アクセス対応の無線基地局装置であって、通信相手である無線端末装置の位置に応じて、前記無線端末装置を、前記指向性ビームの到達範囲によって定められるグループに配属する配属手段と、配属された前記無線端末装置に、前記グループ毎に固有のシグネチャ信号を割り当てる割り当て手段と、割り当てたシグネチャ信号を前記無線端末装置に通知する通知手段と、を有する構成を採る。
【００３０】
この構成によれば、無線端末装置の位置に応じて、無線端末装置を、指向性ビームの到達範囲によって定められるグループに配属し、配属された無線端末装置に、グループ毎に固有のシグネチャ信号を割り当てるため、同時にメディアを競合する複数の無線端末装置がそれぞれ異なるグループに属する場合は、各無線端末装置はＳＤＭＡ対応の無線基地局装置と同時に通信することができ、無線ネットワークにおけるスループットを向上させることができる。
【００３１】
本発明の無線端末装置は、通信相手である無線基地局装置のアンテナ部によって形成される指向性ビームの到達範囲によって定められるグループ毎に固有であって前記無線基地局装置から通知されたシグネチャ信号を受信する受信手段と、アクセスするメディアに前記シグネチャ信号が存在するか否かを検出する検出手段と、前記検出手段の検出の結果、前記メディアに前記シグネチャ信号が存在しない場合、バックオフ値をデクリメントするデクリメント手段と、前記デクリメント手段によって前記バックオフ値が零までデクリメントされたとき、前記シグネチャ信号と前記無線基地局装置宛てのデータパケットとを同時に送信する送信手段と、を有する構成を採る。
【００３２】
この構成によれば、無線基地局装置のアンテナ部によって形成される指向性ビームの到達範囲によって定められるグループ毎に固有のシグネチャ信号を無線端末装置に割り当てるため、同時にメディアを競合する複数の無線端末装置がそれぞれ異なるグループに属する場合は、各無線端末装置はＳＤＭＡ対応の無線基地局装置と同時に通信することができ、無線ネットワークにおけるスループットを向上させることができる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、無線ネットワークにおけるスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の骨子は、無線端末装置（以下「ＳＴＡ」と言う）の位置に応じて、ＳＴＡを、無線基地局装置（本実施の形態では、ＡＰ）のアンテナ部によって形成される指向性ビームの到達範囲によって定められるグループに配属し、グループ毎に固有のシグネチャ信号を割り当てることにより各ＳＴＡにシグネチャ信号を持たせることである。
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３６】
ここでは、複数のＳＴＡが無線ＬＡＮにおいて同時にメディア競合及びデータパケット送信を行うことができ、よって、無線ＬＡＮの総スループットを効果的に上げるために、本発明の一実施の形態に係るＣＳＭＡアルゴリズム（以下「拡張ＣＳＭＡアルゴリズム」と言う）を実行するＡＰ及びＳＴＡについて記載する。本発明の理解のために、以下の定義が用いられる。
【００３７】
「無線ＬＡＮ」とは、ある特定のエリアにて実施され無線アクセス技術に基づくネットワークであり、無線アクセス技術を通じてＳＴＡにＬＡＮサービスを提供する。任意数の機器又はノードを含む。
【００３８】
「無線端末装置（ＳＴＡ）」とは、無線ＬＡＮにより提供されるサービスにアクセスすることができる機器を指す。
【００３９】
「アクセスポイント（ＡＰ）」とは、無線ＬＡＮへのアクセスを制御し、アクセスタイミングを持続する役割を負う無線ＬＡＮにおける無線基地局装置を指す。ＡＰの他の主な役割は、例えば、無線ＬＡＮ内のＳＴＡが他のネットワーク内の機器にアクセスするためのブリッジとして機能することである。
【００４０】
「空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）」とは、ＳＴＡの空間上の物理的分離及び指向性ビームを用いて信号（データパケット）を送受信する送受信部の機能によって、複数のＳＴＡが同時に同一周波数帯を用いて通信することが可能なアクセスメカニズムを指す。
【００４１】
「メディア」とは、無線ＬＡＮが動作する無線チャネルを指す。
【００４２】
「マルチビームアンテナ」とは、クロスオーバ及びビーム間干渉が最小になるようにして複数の異なる方向に指向性ビームを形成し、ＳＤＭＡを実現することができるアンテナシステムを指す。
【００４３】
「メディアアクセス制御（ＭＡＣ）レイヤ」とは、メディアへのアクセスを可能とするために個々のＳＴＡにて用いられるネットワークプロトコルについて幅広く指す。
【００４４】
「物理（ＰＨＹ）レイヤ」とは、無線ＬＡＮにおいて信号（データパケット）を送受信する実際の送受信部を指す。これは、例えば、ＭＡＣからのコンバージェンスレイヤ及び制御レイヤ等の幾つかのサブレイヤからなるものと概括できる。
【００４５】
「アップリンク」とは、ＳＴＡからＡＰへの送信の方向を指す。
【００４６】
「ダウンリンク」とは、ＡＰからＳＴＡへの送信（例えば、ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト）の方向を指す。
【００４７】
「同時通信グループ」とは、マルチビームアンテナを備えたＳＤＭＡ対応のＡＰが同時に形成する１つ以上の指向性ビームによりカバーされる１つ以上のＳＴＡの集合を指す。
【００４８】
「ビーム域」とは、ＡＰが同時に形成する１つ以上の指向性ビームの中の１つの到達範囲（カバレッジ）を指す。
【００４９】
「ビームグループ」とは、ＡＰが同時に形成する１つ以上の指向性ビームの中の１つによりカバーされる１つ以上のＳＴＡの集合を指す。
【００５０】
「ビームスタートビーコンフレーム」とは、同時通信グループに割り当てられたアクセス期間の開始を報知するために、同時通信グループの全てのビーム域でＡＰによりブロードキャストされるフレームを指す。また、オプションとして、ダウンリンク期間及びビームグループ／同時通信グループ用のスケジューリングに関する情報を含むフレームであっても良い。
【００５１】
「ビームエンドビーコンフレーム」とは、同時通信グループに割り当てられたアクセス期間の終了を報知するために、ビームグループ／同時通信グループ内のＳＴＡに対し、ＡＰからブロードキャストされるフレームを指す。
【００５２】
「ポーリング／監視競合報知フレーム」とは、アップリンクのアクセス期間の開始、個々のＳＴＡがアップリンクのアクセスを行なうためのスケジュール、及び、競合ベースでのアクセスが認められる期間を報知するために、ＡＰから各ビームグループに属するＳＴＡに対してブロードキャストされるフレームを指す。
【００５３】
「競合ベースチャネルアクセス」とは、メディアアクセスにおける公平性を実現するために、各ＳＴＡによって実行されるスケジューリングなしの分散型の競合アルゴリズムに基づいて、個々のＳＴＡが共有のメディアにアクセスするＭＡＣメカニズムを指す。
【００５４】
「ポーリングベースチャネルアクセス」とは、個々のＳＴＡに対してポーリングを行なうことによりメディアへのアクセスを割り当てるという集中制御によって、共有のメディアへのアクセスが統制されるＭＡＣメカニズムを指す。
【００５５】
「隠れ端末」とは、ＡＰから放射されるビームがカバーし得るエリア内にありながら、他のＳＴＡから放射されるビームがカバーし得るエリア外に位置するＳＴＡを指す。このようなシナリオは、例えば、複数のＳＴＡが物理的に無線ＬＡＮの正反対の端部に位置している場合に起こり得る。
【００５６】
「キャリアセンス多重アクセス（ＣＳＭＡ）」とは、ある一定期間の間、メディアがアイドルであることを検出してからランダムバックオフ値だけ待機した後にデータパケット送信を実行するプロセスを伴う、競合ベースチャネルアクセス技術を指す。
【００５７】
「クリアチャネルアセスメント（ＣＣＡ）」とは、ＣＳＭＡ方式のＳＴＡがメディアの状態（ビジー又はアイドル）を判定するために用いるアルゴリズムを指す。
【００５８】
「シグネチャ信号」とは、各ビームグループのメンバーＳＴＡに割り当てられ、それを用いることで、ＳＴＡが同一ビームグループ内の他のＳＴＡの行動／送信の有無を判定することができる信号を指す。
【００５９】
「スロット時間」とは、ＣＣＡ所要時間、往復伝搬遅延時間及びＭＡＣ処理時間を含む一定の単位時間と定義される。
【００６０】
「検出時間」とは、メディアにシグネチャ信号が存在するか否かを検出するのに必要な一定の単位時間と定義される。
【００６１】
以下の記載においては、説明上、本発明の完全な理解を提供するために、特定の数、時間、構造、プロトコル名、及びその他のパラメータを示す。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細無くして実施されても良いということは当業者にとって明らかであろう。本発明を無用に不明確なものとすることがないよう、下記の実施の形態ではブロック図に公知の構成要素やモジュールが示されている。
【００６２】
本発明の完全な理解のため、以下の記載おいては、幾つかの動作シーケンス、データ構造及び演算技術が示される。幾つかのデータ構造は、本発明の実施の形態としてのみ用いられ機能するものである。本発明が適用される実際の状況によっては、新たな情報が付加されたり、ある構成が省略されたりし得るものであることは、当業者にとって明らかである。
【００６３】
図１は、本発明の一実施の形態に係るＣＳＭＡ方法が実行される無線ＬＡＮを示す図である。
【００６４】
図１に示す無線ＬＡＮ１００は、ＡＰ１１０及び複数のＳＴＡ１２０、１３０、１４０から構成される典型的な無線ＬＡＮである。また、図２は、無線ＬＡＮ１００の構成を示すブロック図である。
【００６５】
なお、ＳＴＡ１２０〜１４０は、基本的に同一の内部構成を有するため、図２においては、ＳＴＡ１２０の内部構成のみ示し、ＳＴＡ１３０、１４０の内部構成の記載を省略する。また、無線ＬＡＮ１００に含まれるＳＴＡが３つのＳＴＡ１２０〜１４０に限定されないことは明らかである。また、以下の記載においては、無線ＬＡＮ１００に含まれる１つ以上の任意のＳＴＡを「ユーザ」と言うことがある。
【００６６】
固定ネットワークインフラ機器であるＡＰ１１０は、ビーム間クロスオーバ／干渉を最小にして空間的に分離された複数の異なる指向性ビーム１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃを形成可能なマルチビームアンテナ１１１を有する。さらに、ＡＰ１１０は、無線ＬＡＮ１００内のＳＴＡ１２０〜１４０の位置に応じて各ＳＴＡ１２０〜１４０をビームグループに配属するグループ配属部１１２と、配属したＳＴＡ１２０〜１４０に、ビームグループ毎に固有のシグネチャ信号を割り当てるシグネチャ信号割り当て部１１３と、マルチビームアンテナ１１１に接続され並列動作が可能であり、かつ、ＳＴＡ１２０〜１４０へのシグネチャ信号のシグナリングやＳＴＡ１２０〜１４０とのデータパケットの送受信等、ＳＴＡ１２０〜１４０との無線通信をつかさどる複数（例えば、Ｎ個）の送受信部１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｎとを有する。以下、送受信部１１４−１〜１１４−Ｎのうち任意のものを「送受信部１１４」と言う。さらに、ＡＰ１１０は、各ＳＴＡ１２０〜１４０における拡張ＣＳＭＡアルゴリズム実行部１２３と同様に、拡張ＣＳＭＡアルゴリズムを実行する拡張ＣＳＭＡアルゴリズム実行部１１５を有する。
【００６７】
ＳＴＡ１２０は一般に、携帯性と機動性の要請から小型であり、全指向性又は準全指向性のビーム放射パターンを形成可能な簡易なアンテナ（概して、単一の構成要素からなる）１２１を有する。さらに、ＳＴＡ１２０は、ＡＰ１１０からシグナリングされたシグネチャ信号の受信やＡＰ１１０とのデータパケットの送受信等、ＡＰ１１０との無線通信をつかさどる送受信部１２２と、ＡＰ１１０への送信を行おうとするときに拡張ＣＳＭＡアルゴリズムを実行する拡張ＣＳＭＡアルゴリズム実行部１２３とを有する。拡張ＣＳＭＡアルゴリズムについては後で詳述する。ＳＴＡ１３０、１４０は、ＳＴＡ１２０と同様の構成を有し、同様の動作を実行する。
【００６８】
マルチビームアンテナ１１１を備えたＡＰ１１０は、全指向性ビーム放射パターンを含めて、複数の異なる方向に指向されたビームの集合を形成することができる。
【００６９】
グループ配属部１１２では、ユーザ（例えばＳＴＡ１２０〜１４０）の空間的／角度的分離、トラフィックパターン、及び、形成可能な指向性ビームの数やその分解能等のＡＰ１１０の機能に依存して、メディア１５０の最適利用を図るべく、ユーザをビームグループに配属する。そして、シグネチャ信号割り当て部１１３では、配属したユーザに、ビームグループ毎に固有に関連づけられたシグネチャ信号を割り当てる。
【００７０】
シグネチャ信号の割り当ては、グループ配属フェーズ（すなわち、ユーザが同時通信グループ及びビームグループに配属される間）において行なわれる。また、ユーザの移動によりいつでも、又はユーザが新たな同時通信グループ／ビームグループに再配属されるときにいつでも、シグネチャ信号の再割り当てが行われる。
【００７１】
このように、各ユーザがデータパケットを送信する際にデータパケットにシグネチャ信号を付すことによって、メディア１５０を競合する他のユーザが、同一ビームグループ内のユーザであるか否かを判断することができる。同一ビームグループ内の他のユーザが送信中のときに自身が送信を行なってしまうと衝突が生じるため、送信は控えられる。さらに、異なるビームグループのユーザが送信を行なっているかを判断することができる。この場合、ＡＰ１１０は複数ユーザの角度的分離に基づいて２つの送信を分けて受信することができるため、メディア１５０を競合する複数のユーザが同時に送信を行うことができるようになる。
【００７２】
そして、送受信部１１４では、１対１のフレーム交換を通じて、又は、情報要素シグナリングの交換を通じて、ユーザにシグネチャ信号を通知する。ＡＰ１１０は、各ビームグループ内のユーザがメディア１５０にアクセスすることを認められる期間の開始及び終了をユーザにそれぞれシグナリングすることにより、これらのビームグループ内のユーザに対して時分割でサービスを提供する。
【００７３】
無線ＬＡＮ１００におけるトラフィックはアップリンクかダウンリンクかによって特徴付けられる。（ＳＴＡが全指向性アンテナを用いるという想定に基づく）他のビームにおける衝突、及び（実際のＲＦコンポーネントの設計において、アイソレーションが十分でないことによる）ＡＰ１１０自体により生じる衝突を避けるため、ＡＰ１１０においては、常に全てのビームに対して、送受信動作の同期が確保されていなければならない。より具体的には、この同期は、各同時通信グループの複数ユーザに割り当てられアップリンク用及びダウンリンク用に分割された期間についてそれぞれ確保される。また、これらの期間の発生は、同時通信グループ内の異なるビームグループ間にわたって同期される。このようなタイミング構造について、図３を用いて説明する。
【００７４】
図３は、ＡＰ１１０が無線ＬＡＮ１００内のユーザを２つの同時通信グループＸ、Ｙに分けたときのアクセスタイミング構造の例を説明するための図である。なお、ここでは、同時通信グループＸ用のアクセス期間に主眼を置いて説明する。
【００７５】
同時通信グループＸに属するユーザは、アクセス期間１５１においてアクセスすることが許可される。同時通信グループＹに属するユーザは、アクセス期間１５２においてアクセスすることが許可される。各同時通信グループＸ、Ｙは、３つの同時に形成されたビームグループＡ、Ｂ、Ｃからなる。送信パターン１５３は、ビームグループＡに属するユーザのためのものであり、送信パターン１５４は、ビームグループＢに属するユーザのためのものであり、送信パターン１５５は、ビームグループＣに属するユーザのためのものである。
【００７６】
また、同時通信グループＸ用のアクセス期間１５１は、ダウンリンクアクセス期間１５６及びアップリンクアクセス期間１５７に分けられる。参照番号１５８は、同時通信グループでのダウンリンクアクセス期間１５６及びアップリンクアクセス期間１５７の時間位置合わせ／同期を示している。
【００７７】
ビームスタートビーコンフレーム１５９は、ＡＰ１１０によってブロードキャストされる。ビームスタートビーコンフレーム１５９は、同時通信グループＸに割り当てられたアクセス期間１５１の開始と、ダウンリンクアクセス期間１５６の長さと、オプションとして各ビームグループＡ、Ｂ、Ｃ内のダウンリンク送信のスケジュールとを示す。
【００７８】
ダウンリンクアクセス期間１５６に送信される最終フレームである、ポーリング／監視競合報知フレーム１６０は、同時通信グループＸの異なるビームグループＡ、Ｂ、Ｃ下の複数のユーザのためのスケジュールを報知する。ポーリング／監視競合報知フレーム１６０は、ビームグループＡ、Ｂ、Ｃ下の複数のユーザが（スケジューリングされた送信が終了した後に）競合ベースでアクセスすることができる、残りの期間についても報知する。参照番号１６１は、同時通信グループＸに属する複数のユーザのアクセス期間１５１の終了を示すビームエンドビーコンフレームである。ビームエンドビーコンフレーム１６１は、ＡＰ１１０によりブロードキャストされる。同時通信グループＹ等、他の全ての同時通信グループについても同様の送信パターンとなる。
【００７９】
ネットワークトラフィックはデータレート、パケットインターアライバルレート、パケット許容遅延時間などの統計値によって分類される。一般的なＭＡＣメカニズムとしては、競合ベースとポーリングベースが挙げられる。ポーリングベースチャネルアクセスは、ある一定の帯域と許容遅延時間の観点から特徴付けられるある一定のＱｏＳ（Quality of Service）を要求するトラフィックのための効率的なメカニズムである。そのようなトラフィックの例としては、音声／映像、声及びその他のマルチメディアコンテンツが含まれる。一方、競合ベースチャネルアクセスは、ハイパーテキスト転送プロトコル等のランダム／非定期的なトラフィックに対してサービス提供するためのメカニズムである。
【００８０】
上述の通り、ＳＤＭＡにおいては厳しい同期要求がある。したがって、異なるビームグループのアップリンク及びダウンリンクのトラフィックを最適にスケジューリングすることでＡＰ１１０がチャネル帯域を空間的に効率良く再利用でき、より高い総スループットを生むことができる点では、ポーリングベースチャネルアクセスの方がよい。ＡＰ１１０から発されるトラフィック、すなわち、ダウンリンクのトラフィックについては、トラフィック特性がＡＰ１１０に既知であるため、容易にスケジューリングできることが明らかである。ところが、定期的に繰り返されるアップリンクのトラフィックについては一般に、ＡＰ１１０がポーリング／監視競合報知フレーム１６０において帯域を付与することができるよう、ユーザ（送信元）がリソース予約を行なうことが必要となる。
【００８１】
図４は、図３において説明した、アップリンクアクセス期間１５７における送信パターンを詳細に記したものである。
【００８２】
ここでは、同時通信グループＸのビームグループＡについての送信パターンを例に取る。ダウンリンクアクセス期間１５６の終了を示すポーリング／監視競合報知フレーム１６０の送信により、アップリンクアクセス期間１５７での、各ビームグループＡ、Ｂ、Ｃのためのスケジュールが報知される。
【００８３】
アップリンクアクセス期間１５７の間に、まず各ユーザは、ポーリング／監視競合報知フレーム１６０で報知されたスケジュールに従って、ポーリングベースアクセス期間１７１、１７２、１７３において送信を行う。スケジューリングされたポーリングベースアクセス期間１７１〜１７３の完了後、残りの期間は、競合ベースアクセス期間１７４、１７５、１７６として用いられる。ポーリングベースチャネルアクセスの間、各ユーザは、報知されたスケジュール及び各々のローカルクロックを頼りに、どのタイミングで送信を行なうかを決定している。
【００８４】
競合ベースチャネルアクセスのメカニズムは、送信を試みる前に一定時間にわたってメディアがアイドルであることを確認するプロセスを含むキャリアセンス技術である。ＡＰ１１０がマルチビームアンテナ１１１を用いる一方でユーザがシンプルで小さいフォームファクタの全指向性のアンテナ１２１を用いるＳＤＭＡ方式の無線ＬＡＮ１００においては、ビームグループＡに属している（ビームグループＡのビーム域に所在している）ユーザは、ビームグループＢ又はビームグループＣに属するユーザの送信中に送信を控える（遅延させる）ことが従来では一般的であった（ビームグループＢ、Ｃについても同様）。マルチビームアンテナ１１１が指向性を有するため、ＡＰ１１０は異なるビーム域より発される複数の送信を分離することが可能である。複数のユーザの物理的分離及び電力制御のみの利用により、異なるビーム域に位置する複数のユーザが互いに「隠れ端末」になり、結果として同時にアップリンクのアクセスを行ってしまう状況は生じ得る。しかしながら、実際には、そのような状態で複数のユーザが分散することはまれである。
【００８５】
図４の例によると、ビームグループＣのポーリングベースアクセス期間１７３は、ビームグループＡ、Ｂのポーリングベースアクセス期間１７１、１７２よりも早く終了する。結果として、ビームグループＣの競合ベースアクセス期間１７６は、ビームグループＡ、Ｂの競合ベースアクセス期間１７４、１７５よりも早く開始される。
【００８６】
ＡＰ１１０は各々分離された範囲から発される複数の送信を分けて受信することができる。ビームグループＣに属するユーザは、本発明に係る拡張ＣＳＭＡアルゴリズムを利用すれば、ポーリングベースアクセス期間１７１、１７２での送信の終了を待つことなく競合ベースチャネルアクセスを開始することができる。ビームグループＡ、Ｂについても同様に、自グループのポーリングベースアクセス期間１７１、１７２が終わりしだい、競合ベースアクセス期間１７４、１７５を開始することができる。よって、チャネル帯域を無駄にしてしまうことを大幅に削減することができる。さらに、各ビームグループＡ、Ｂ、Ｃに属するユーザが、同時にメディアにアクセスすることが可能となり、各タイミングでアクセス可能なユーザの数を従来に比べて増加させることができる。
【００８７】
次いで、ＳＴＡ１２０（ＳＴＡ１３０、１４０も同様）において実行される拡張ＣＳＭＡアルゴリズムについて説明する。図５は、本発明の一実施の形態に係る拡張ＣＳＭＡアルゴリズムを説明するためのフロー図である。
【００８８】
まず、ステップＳ７０１でバックオフカウンタ値（BackoffCounter）の値が「０」に初期化される。続いてステップＳ７０２において、メディア１５０がビジーであるかアイドルであるかを確認するためにＣＣＡアルゴリズムが用いられる。ＣＣＡアルゴリズムは、チャネルの受信電力レベル測定に基づいている。ＩＥＥＥ８０２．１１ａの仕様によれば、信号のプリアンブルが検出されたかどうかによって、検出確度についての２つの要件がある。ＳＴＡ１２０は一般に全指向性のアンテナ１２１を用いているので、ある１つのビーム域において送信を行なっているＳＴＡが存在する場合、他のビーム域におけるＳＴＡでは、メディア１５０がビジーであると判断される。
【００８９】
ＣＣＡアルゴリズムの結果、メディア１５０がアイドルであると判定された場合（Ｓ７０２：ＹＥＳ）、第一ステージＳ７０３側のフローに入り、まずステップＳ７０４に進む。ステップＳ７０４では、送信しようとするデータパケットが新しいか否か（つまり、１回目の送信試行であるか否か）を判定する。データパケットが新しい場合（Ｓ７０４：ＹＥＳ）、ステップＳ７０５に進み、データパケットが新しくない（つまり、２回目あるいはそれ以上の送信試行の場合）、ステップＳ７５１に進む。なお、第一ステージＳ７０３は従来のＣＳＭＡアルゴリズムを表す。
【００９０】
ステップＳ７０５では、メディア１５０のアイドル持続時間が既にＤＩＦＳ（Distributed Inter Frame Space）に達している（つまり、同じ又は超過している）か否かを判定する。アイドル持続時間がＤＩＦＳと同じか超えていた場合（Ｓ７０５：ＹＥＳ）、ステップＳ７１５に進み直ちにデータパケットを送信する。一方、アイドル持続時間がＤＩＦＳより小さい場合（Ｓ７０５：ＮＯ）ステップＳ７５１に進む。
【００９１】
ステップＳ７５１では、メディアのアイドル持続時間がＤＩＦＳに達したかどうかを判定する。アイドル持続時間がＤＩＦＳに達する前にメディア１５０がビジー状態に変わった場合（Ｓ７５１：ＮＯ）、即座にステップＳ７０２に戻り、ＤＩＦＳに達するまでアイドル状態が持続した場合（Ｓ７５１：ＹＥＳ）、ステップＳ７５２に進む。
【００９２】
ステップＳ７５２では、ステップＳ７０４と同様に、送信しようとするデータパケットが新しいか否か（つまり、１回目の送信試行であるか否か）を判定する。１回目の送信試行の場合（Ｓ７５２：ＹＥＳ）、ランダムバックオフ値を選択しバックオフカウンタ値にセット（Ｓ７０６）した後、ステップＳ７５３に進む。２回目以上の送信試行の場合（Ｓ７５２：ＮＯ）、何もせずにステップＳ７５３へ進む。ランダムバックオフ値は、スロット時間の整数倍として設定された値である。
【００９３】
ステップＳ７５３では、バックオフカウンタ値が「０」かどうかを判定する。バックオフカウンタ値が「０」の場合（Ｓ７５３：ＹＥＳ）、ステップＳ７１５へ進み直ちにデータパケットを送信する。バックオフカウンタ値が「０」でない場合（Ｓ７５３：ＮＯ）、ステップ７１４へ進む。
【００９４】
ステップ７１４では、メディア１５０のアイドル状態がさらにスロット時間（SlotTime）継続するか否かを判定する。この判定の結果、スロット時間にいたる前にビジー状態になった場合（Ｓ７１４：ＮＯ）、ステップ７０２に戻る。スロット時間アイドル状態が継続した場合（Ｓ７１４：ＹＥＳ）、ステップＳ７５４において、バックオフカウンタ値を「１」だけデクリメントする。デクリメント後再びステップＳ７５３へ戻り、バックオフカウンタ値が「０」になり送信されるか又は途中でメディア１５０がビジー状態となるまで、ステップＳ７５３、Ｓ７１４、Ｓ７５４を繰り返す。
【００９５】
ところで、ステップＳ７０２において、メディア１５０がビジー状態と判定された場合（Ｓ７０２：ＮＯ）、第二ステージＳ７０８へ進む。第二ステージＳ７０８は拡張ＣＳＭＡアルゴリズムの部分を表す。第二ステージＳ７０８の最初のステップＳ７０９では、ステップＳ７５１と同様、送信しようとするデータパケットが新しいか否か（つまり、１回目の送信試行であるか否か）を判定する。１回目の送信試行の場合（Ｓ７０９：ＹＥＳ）、ランダムバックオフ値を選択しバックオフカウンタ値にセット（Ｓ７１０）した後、ステップＳ７１１に進む。２回目以上の送信試行の場合（Ｓ７０９：ＮＯ）、何もせずにステップＳ７１１へ進む。
【００９６】
ステップＳ７１１では、このデータパケットの送信を試みるＳＴＡと同じビームグループのシグネチャ信号が検出されるか否かの判定を行う。同じビームグループのシグネチャ信号が検出された場合、つまり同一ビームグループの他のＳＴＡがデータパケット送信中の場合（Ｓ７１１：ＹＥＳ）ステップＳ７０２へ戻り、シグネチャ信号が検出されなかった場合（Ｓ７１１：ＮＯ）ステップＳ７５５へ進む。
【００９７】
ステップＳ７５５では、バックオフカウンタ値が「０」か否かの判定を行う。バックオフカウンタ値が「０」の場合（Ｓ７５５：ＹＥＳ）即座にデータパケットを送信する（Ｓ７１５）。バックオフカウンタ値が「０」でない場合、次のステップＳ７５６へ進む。
【００９８】
ステップＳ７５６では、ＣＣＡによりメディア１５０がアイドル状態かビジー状態であるかを判定する。メディア１５０がアイドルと判定されれば（Ｓ７５６：ＹＥＳ）、即座に第一ステージＳ７０３のステップＳ７１４へ進む。メディア１５０がビジー状態のままであれば（Ｓ７５６：ＮＯ）、ステップＳ７５７へ進む。
【００９９】
ステップＳ７５７では、再度同一ビームグループのシグネチャ信号が検出されるか否かを判定する。このステップでの判定期間は、検出時間（DetectionTime）である。このステップで、同一ビームグループのシグネチャ信号が検出された場合（Ｓ７５７：ＹＥＳ）即座にステップＳ７０２に戻る。一方、同一ビームグループのシグネチャ信号が検出されなかった場合（Ｓ７５７：ＮＯ）ステップＳ７５８へ進み、バックオフカウンタ値を「１」だけデクリメントする。デクリメント後再びステップＳ７５５へ戻る。
【０１００】
第１ステージＳ７０３のプロセスにおけるデクリメント（Ｓ７５４）がスロット時間（SlotTime）単位で行われるのに対して、第２ステージＳ７０８のプロセスにおけるデクリメント（Ｓ７５８）は検出時間（DetectionTime）単位で行われる。これは、用いられるシグネチャ信号の性質によっては、検出時間がスロット時間よりも長くなり得るためである。このような場合に、バックオフカウンタ値をスロット時間単位でデクリメントすると、１回のシグネチャ信号の検出時間が経過する前にバックオフカウンタ値が「０」になってしまうことがある。これは、結果として送信が行われて衝突が起きてしまうことを示唆している。検出時間単位でのデクリメントを行うことにより、このような状況の発生を回避することができる。
【０１０１】
上記の拡張ＣＳＭＡアルゴリズムにおいて主要な要件となるのは、ＳＴＡ１２０が、複数の同時送信が行われ得るメディア１５０において他のＳＴＡ１３０、１４０のシグネチャ信号の存在を検出できることである。
【０１０２】
以下、シグネチャ信号の送信方法について３つの例を挙げて説明する。図６は、シグネチャ信号の送信方法の第１の例を説明するための図であり、図７は、シグネチャ信号の送信方法の第２の例を説明するための図であり、図８は、シグネチャ信号の送信方法の第３の例を説明するための図である。
【０１０３】
５ＧＨｚのＵＮＩＩ（Unlicensed National Information Infrastructure）帯で動作する無線ＬＡＮ１００は、２０ＭＨｚのチャネライゼーションを用いて動作する。図６に示す例では、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）送信の２０ＭＨｚスペクトルマスク１８１に準拠しつつ、通常のデータパケットのみのＯＦＤＭ送信１８３では使用されない０番目（すなわち、使用するスペクトルの中央部）のサブキャリア１８２の周波数を用いる。
【０１０４】
すなわち、データパケット及びシグネチャ信号のＯＦＤＭ送信１８４において、シグネチャ信号は、０番目のサブキャリア１８５を用いて低電力で送信される。
【０１０５】
５ＧＨｚのＵＮＩＩ帯におけるチャネライゼーションは２０ＭＨｚとなっているが、ベースバンドのスペクトル占域は参照番号１８６で示す通り１６．６６７ＭＨｚである。つまり、２０ＭＨｚスペクトルマスクから１６．６６７ＭＨｚスペクトル占域１８６を除いた余剰帯域は、ガードバンドとして用いられており、フィルタ設計におけるロールオフに対処するために設けられたものである。
【０１０６】
図７に示す例では、通常のデータパケットのみのＯＦＤＭ送信１８３では使用されない±２７番目（すなわち、使用するスペクトルの両境界部）のサブキャリア１９１の周波数を用いる。
【０１０７】
すなわち、データパケット及びシグネチャ信号のＯＦＤＭ送信１９２において、シグネチャ信号は、±２７番目のサブキャリア１９３を用いて送信される。追加サブキャリアの電力を低減することで受信側のフィルタに課される要件を緩和するために、±２７番目のサブキャリア１９３の送信は他のサブキャリアの送信よりも低電力で行われる。
【０１０８】
図７の例では、シグネチャ信号の送信のために得られるスペクトルが図６の例の２倍であるため、２倍のシグネチャ情報を送信することが可能となる。これにより、コードスペースまたは所与の長さのコードでアドレス可能なビーム域の数を２倍にすることができたり、検出時間を半減したりすることができる。また、受信側での相関器及びコードの同期を容易にすることもできる。
【０１０９】
なお、０番目のサブキャリア１８５及び±２７番目のサブキャリア１９３の両方を同時に使用しても良い。
【０１１０】
上記のいずれの例においても、データパケットの送信に使用されない周波数帯を、シグネチャ信号の送信に有効利用することができる。
【０１１１】
異なるビームグループに属する複数のユーザが同時にシグネチャ信号を送信し得るため、各ユーザはＡＰ１１０から割り当てられたものと同じシグネチャ信号が送信されているか否かを判断することができる必要がある。したがって、シグネチャ信号として例えば拡散コードを使用することが好ましい。高い自己相関特性を有する拡散コードを使用することで、高い成功度をもって、シグネチャ信号の検出を行うことができる。また、低い相互相関特性を有する拡散コードを使用することで、シグネチャ信号の検出誤りの可能性を低減することができる。このように、拡散コードをシグネチャ信号として使用すると、相関器（マッチドフィルタ）を用いて、同一ビームグループ内の他のユーザが既に送信を行なっているかということを示唆するシグネチャ信号の有無を精度良く判定することができる。
【０１１２】
また、図６に示すように、０番目のサブキャリア１８５をシグネチャ信号の送信に用いる場合は、シグネチャ信号にその平均値が零になるような特性を持たせる。このようにすることにより、送信を行っているユーザのＤ／Ａコンバータ及び受信を行っているユーザのＡ／Ｄコンバータでそれぞれ生じるＤＣオフセットの影響を最小化することができる。
【０１１３】
また、拡散コードをシグネチャ信号として使用すると、シグネチャ信号の送信をデータパケットの送信より低い送信電力で行っても、受信側での処理利得によってその低電力を補うことができる。
【０１１４】
シグネチャ信号として拡散コードを使う代わりに、周波数領域における各サブキャリアの直交性を利用することもできる。図８に示されるように、３つの直交しているサブキャリア１９４、つまり±２７番目と０番目のサブキャリアが得られる。これらのサブキャリア１９４をそれぞれ識別されるシグネチャ信号として使うことができる。この例では、３つのシグネチャ信号をそれぞれ±２７番目と０番目のサブキャリアに関連付ける。このメカニズムでは、各シグネチャ信号の数がサブキャリア数によって限定されるかもしれないが、受信側の装置が各周波数の電力を測定することにより、シグネチャ信号の検出を高速に行うことができる。
【０１１５】
シグネチャ信号の概念をサポートするために、拡張ＣＳＭＡアルゴリズムが図９に示されるように、ステートを決定づける２つの値、ＣＣＡ値（ClearChannelAssessment）及びシグネチャ信号検出値（SignatureSignalDetection）をサポートするように修正する必要がある。これらの値は、図９においてデクリメント時間単位（DecrementTimeUnit）として示されている３つの動作モード、すなわち、スロット時間（SlotTime）、検出時間（DetectionTime）及びＮ／Ａ（NoTransmission）に示されている動作モード６０４、６０５、６０６を決定する。
【０１１６】
図９に示す動作モードや図５の拡張ＣＳＭＡアルゴリズムのフロー図に従って、３つのＳＴＡ（この例では「ＳＴＡ１」「ＳＴＡ２」「ＳＴＡ３」と称す）が存在するときの動作例を説明する。ＳＴＡ１及びＳＴＡ２は同一ビームグループに所属する一方（すわなち、同一のシグネチャ信号を共有している）、３つ目のＳＴＡ３は異なるビームグループに所属しており、同時に異なるシグネチャ信号を持っている。最初に、メディア１５０がビジーであり、ＳＴＡ１がランダムバックオフ値として「６」を選び、ＳＴＡ２がランダムバックオフ値として「４」を選んだと想定する。図１０に示しているように、ＳＴＡ３は時刻８０１の瞬間で送信を開始している。この瞬間まで、ＳＴＡ１及びＳＴＡ２は、各スロット期間中（すなわち、期間８０２、８０３）にそれぞれ示されるように、それぞれのバックオフカウンタ値をデクリメントする。ＳＴＡ３がいったん送信しはじめると、ＣＣＡアルゴリズムはメディア１５０がビジーであると検出し、結果として、バックオフカウンタ値が「１」ずつデクリメントされるだけである。期間８０４や８０５は、それぞれ検出時間単位でＳＴＡ１とＳＴＡ２のバックオフカウンタ値を減らすことを示している。
【０１１７】
時刻８０６では、ＳＴＡ２のランダムバックオフ（「４」に選択された）が完了しＳＴＡ２が送信し始めることを示している。これにより、ＳＴＡ１は、ＳＴＡ２が送信している期間８０７の間は、動作モードを図９の参照番号６０６で示される動作モードに変え送信を控える必要がある。ＳＴＡ２の送信が完了すれば、ＳＴＡ１はＣＣＡアルゴリズムを用いてメディア１５０がビジーであるとは検出できず、それゆえに図９の参照番号６０４で示される動作モードに切り替える。バックオフカウンタ値を「０」までデクリメントした後（スロット時間単位で）、ＳＴＡ１はメディア１５０へのアクセス権を得、参照番号８０８で示されている瞬間に送信を開始する。
【０１１８】
このように、本実施の形態によれば、ＳＴＡ１２０〜１４０の位置に応じて、各ＳＴＡ１２０〜１４０を、ＡＰ１１０のマルチビームアンテナ１１１によって形成される指向性ビームの到達範囲によって定められるビームグループに配属し、配属された各ＳＴＡ１２０〜１４０に、ビームグループ毎に固有のシグネチャ信号を割り当てるため、同時にメディア１５０を競合する複数のＳＴＡがそれぞれ異なるビームグループに属する場合は、ＡＰ１１０がビーム毎の送受信機を有しているので、各ＳＴＡは同時にＳＤＭＡ対応のＡＰ１１０と通信することができ、無線ＬＡＮ１００におけるスループットを向上させることができる。
【０１１９】
なお、本実施の形態で説明した無線ＬＡＮ１００には、幾つかの応用分野がある。すなわち、企業においては、無線アクセス対応のノート型コンピュータを机上で用い、時々、これを会議室等へ移動させて用いることができる。一方、家庭においては、ＡＰを、セットトップボックス、メディアプレーヤ及びインターネットへのポータルからなるホームＡＶサーバに接続し、無線アクセス機能を備えた各種の機器、例えば、表示パネル、カメラ、ノート型コンピュータ等がインターネットやホームＡＶサーバに格納された情報にアクセスする等して用いることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態の無線ＬＡＮ１００は、データサービスを利用するＳＴＡがアクセスするオフィスビルのロビーやコーヒーショップ等のセルラーホットスポットにも応用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明のキャリアセンス多重アクセス方法、無線基地局装置及び無線端末装置は、無線ネットワークにおけるスループットを向上させる効果を有し、無線ＬＡＮ等の無線ネットワークにおいて有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＣＳＭＡ方法が実行される無線ＬＡＮを示す図
【図２】本発明の一実施の形態における無線ＬＡＮの構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態におけるアクセスタイミング構造を説明するための図
【図４】本発明の一実施の形態におけるアップリンクアクセス期間の送信パターンを詳細に示す図
【図５】本発明の一実施の形態に係る拡張ＣＳＭＡアルゴリズムを説明するためのフロー図
【図６】本発明の一実施の形態におけるシグネチャ信号の送信方法の第１例を説明するための図
【図７】本発明の一実施の形態におけるシグネチャ信号の送信方法の第２例を説明するための図
【図８】本発明の一実施の形態におけるシグネチャ信号の送信方法の第３例を説明するための図
【図９】本発明の一実施の形態に係る拡張ＣＳＭＡアルゴリズムの動作モードを説明するための図
【図１０】本発明の一実施の形態に係る拡張ＣＳＭＡアルゴリズムのタイミングチャート
【符号の説明】
【０１２３】
１００  無線ＬＡＮ
１１０  アクセスポイント（ＡＰ）
１１１  マルチビームアンテナ
１１２  グループ配属部
１１３  シグネチャ信号割り当て部
１１４−１、１１４−２、…、１１４−Ｎ、１２２  送受信部
１１５、１２３  拡張ＣＳＭＡアルゴリズム実行部
１２０、１３０、１４０  無線端末装置（ＳＴＡ）
１２１  アンテナ
１４５ａ、１４５ｂ、１４５ｃ  指向性ビーム
１５０  メディア
１５１、１５２  アクセス期間
１５３、１５４、１５５  送信パターン
１５６  ダウンリンクアクセス期間
１５７  アップリンクアクセス期間
１５８  時間位置合わせ／同期
１５９  ビームスタートビーコンフレーム
１６０  ポーリング／監視競合報知フレーム
１６１  ビームエンドビーコンフレーム
１７１、１７２、１７３  ポーリングベースアクセス期間
１７４、１７５、１７６  競合ベースアクセス期間
１８１  ２０ＭＨｚスペクトルマスク
１８２、１８５、１９１、１９３、１９４  サブキャリア
１８３、１８４、１９２  ＯＦＤＭ送信
１８６  １６．６６７ＭＨｚスペクトル占域
６０４、６０５、６０６  動作モード
【図１】
2005094337.tif 000003
【図２】
2005094337.tif 000004
【図３】
2005094337.tif 000005
【図４】
2005094337.tif 000006
【図５】
2005094337.tif 000007
【図６】
2005094337.tif 000008
【図７】
2005094337.tif 000009
【図８】
2005094337.tif 000010
【図９】
2005094337.tif 000011
【図１０】
2005094337.tif 000012