(57)【要約】【課題】ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格に準拠した無線通信を高スループットで実現する無線通信装置を提供すること。【解決手段】帯域幅（４０ＭＨｚ）を有した周波数（第１通信チャネル）を用いて第１方式（ａｃ）により第１信号を送信し、第２信号を受信する第１送受信部（アンテナ、ＲＦ部）と、前記第２信号を復号しフレームを得、前記第１信号のフレームを符号化する第１物理層（１１１０）と、前記第１方式（ａｃ）及びこの第１方式とは異なる第２方式（ａ、ｂ、ｇ）で認識可能な第１フレーム（ＣＦ−Ｅｎｄ）を、前記第１方式では認識できるが前記第２方式では認識できない第２フレーム（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒ）のＭＡＣヘッダ内に埋め込むことで生成された制御フレーム（ＷｒａｐｐｅｄＣＦ−Ｅｎｄ）を前記フレームとして前記物理層へと供給する第１ＭＡＣ層１８００とを具備する。【選択図】図７
2012070090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の帯域幅を有した周波数帯域を用いて第１無線通信方式により少なくとも１つの第１無線信号を送信し、前記第１無線信号に対応する第２無線信号を受信する第１送受信部と、
前記第２無線信号を復号しフレームを得、且つ送信すべき前記第１無線信号のフレームを符号化する第１物理層処理部と、
前記第１無線通信方式及びこの第１無線通信方式とは異なる第２無線通信方式で認識可能な第１フレームを、前記第１無線通信方式では認識できるが前記第２無線通信方式では認識できない第２フレームのＭＡＣヘッダ内に埋め込むことで生成された制御フレームを前記フレームとして前記物理層処理部へと供給する第１ＭＡＣ層処理部と
を具備する
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記第１フレームは、前記第２無線信号の送信許可を示す情報を含み、
前記第２フレームはアドレスフィールドを含み、
前記第１送受信部で送信された前記フレームは、この第２フレーム内の前記アドレスフィールドに設定された宛先に対応する第１無線端末で受信される
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項３】
第３無線信号及びこの第３無線信号に対応する第４無線信号を送受信する第２送受信部を更に備え、
前記第１、第２送受信部が使用する前記周波数帯域には、この周波数帯域内に配置された複数の搬送波が設けられ、
前記１送受信部は複数の前記搬送波を用いて前記第１無線信号を第１宛先アドレスに送信し、前記第２送受信部は前記周波数帯域内に複数配置された前記第１搬送波とは異なる第２搬送波を用いて前記第１宛先アドレスとは異なる第２宛先アドレスに前記第３無線信号を送信する
ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記装置と第１無線通信方式を用いて無線通信を行う無線端末局を備え、
前記無線端末局は、
前記第１無線信号を受信し、前記第２無線信号を送信する第２送受信部と、
前記第１無線信号を復号化し、前記第２フレームを得る第２物理層処理部と、
前記第２フレームを解析し、前記アドレスフィールドに設定された宛先が自局宛かどうかを確認する第２ＭＡＣ層処理部と
を具備し、
前記宛先が自局宛であると前記第２ＭＡＣ層処理部が判断した場合、前記無線端末局は前記第２無線信号を送信する
ことを特徴とする請求項２記載の無線通信装置。
【請求項５】
各々が一定帯域幅を有した周波数帯域に含まれる複数の搬送波を用いて、第１無線通信方式により同時に複数の無線通信を行う複数の送受信部と、
各々が複数の前記送受信部に対応し、前記送受信部がそれぞれ受信した互いに異なる受信信号を復号化しフレームを得、前記受信信号に対応する送信信号を構成する前記フレームを符号化する複数の物理層処理部と、
前記無線通信において使用する前記送受信部の数に応じた値に前記フレームを分割し、前記フレームの各々に同一宛先を含めた後、対応する前記物理層処理部にこのフレームを供給するＭＡＣ層処理部と
を備え、
前記フレームは、前記第１無線通信方式及びこの第１無線通信方式とは異なる第２無線通信方式で認識できない第１制御フレームであり、
前記ＭＡＣ層処理部は、前記第１無線通信方式及びこの第１無線通信方式とは異なる第２無線通信方式で認識可能な第２制御フレームを、前記第１制御フレームのＭＡＣヘッダ内に埋め込む
ことを特徴とする無線通信装置。
【請求項６】
第１無線通信方式及びこの第１無線通信方式とは異なる第２無線通信方式に対応する第１制御フレームを、前記第１無線通信方式に対応するが、前記第２無線通信方式には対応しない第２制御フレームのＭＡＣヘッダに埋め込むことと、
前記第２制御フレームを前記第１無線通信方式で第１端末に送信することと、
前記第１端末が前記第２制御フレームを受信できた場合、前記第２制御フレーム内に自局宛のアドレスが設定されているか否かを判断することと、
前記アドレスが前記自局宛だと判断すると、前記第１制御フレームに応じた処理を実行すること
を具備することを特徴とする無線通信方式。
【請求項７】
前記第１制御フレームは、前記処理として前記第１端末局によるデータの送信許可を示した情報を含む
ことを特徴とする請求項６記載の無線通信方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格に準拠した無線通信を高スループットで実現する無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格においてＭＩＭＯ（Multi Input - Multi Output）通信が用いられている。このＭＩＭＯ通信では、複数のアンテナから同時送信される全ストリームを１つの無線端末局に送信する。これをシングルＭＩＭＯ通信と呼ぶ。なお、１ストリームは１本のアンテナから送信されるものとする。
【０００３】
現在、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格の次世代通信規格としてＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格が策定中であり、これによって無線基地局と複数の無線端末局との間で無線通信を行うマルチユーザＭＩＭＯ方式による通信が検討されている。
【０００４】
シングルユーザＭＩＭＯ通信に対しマルチユーザＭＩＭＯ通信では、複数のアンテナから同時送信される複数ストリームを別々の端末局へ送信させることができるものとされている。シングル／マルチユーザＭＩＭＯ通信を含め一般的に無線通信では、無線基地局及び無線端末局間でアップリンク（Up Link）及びダウンリンク(Down Link)対を成し、データの送受信とされることが多い。
【０００５】
マルチユーザＭＩＭＯ通信に準拠した無線通信装置とこれ以外の規格で無線通信を行う無線通信装置とが収容された無線通信システムでは、効率良くデータの送受信をする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５２９２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格に準拠した無線通信を高スループットで実現する無線通信装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば無線通信装置は、一定の帯域幅を有した周波数帯域を用いて第１無線通信方式により少なくとも１つの第１無線信号を送信し、前記第１無線信号に対応する第２無線信号を受信する第１送受信部と、前記第２無線信号を復号しフレームを得、且つ送信すべき前記第１無線信号のフレームを符号化する第１物理層処理部と、前記第１無線通信方式及びこの第１無線通信方式とは異なる第２無線通信方式で認識可能な第１フレームを、前記第１無線通信方式では認識できるが前記第２無線通信方式では認識できない第２フレームのＭＡＣヘッダ内に埋め込むことで生成された制御フレームを前記フレームとして前記物理層処理部へと供給する第１ＭＡＣ層処理部とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る無線基地局が複数の無線端末局を収容して形成した無線通信システムの概念図。
【図２】実施形態に係る無線通信システムで使用可能な周波数バンド図。
【図３】実施形態に係る無線通信システムで使用する通信チャネルの概念図。
【図４】実施形態に係る無線基地局の内部構成を示すブロック図。
【図５】実施形態に係るＭＡＣ層処理部が生成するＭＡＣフレームのデータフォーマット。
【図６】実施形態に係るＭＡＣフレームに設定される値の概念図。
【図７】実施形態に係る無線通信システムのデータ送受信を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態につき図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１１】
本実施形態に係る無線通信システムは、無線基地局が複数の無線端末局を収容し、ＭＩＭＯ通信方式を用いて無線通信を行う無線通信システムの概念図である。つまり、無線基地局と複数無線端末局との複数通信ではＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格に従った無線通信、すなわちマルチユーザＭＩＭＯ通信が行なわれる。
【００１２】
本実施形態に係る無線通信システムは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格に対応した装置同士でのデータ送受信を優先し、スループットを高めるものである。このため、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格以外の、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、ａ、ｂなどに対応した無線端末局と無線基地局とのデータ送受信は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格の無線端末局のデータ送受信後に行う。
【００１３】
図１に示すように本実施形態に係る無線通信システムは、無線基地局１００と複数の無線端末局２００〜２０２、及び無線端末局３００とを含み、これらの間で無線通信が行われる。無線基地局１００と少なくとも１つの無線端末局から構成される単位は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格においてＢＳＳ（Basic Service Set）と呼ばれる。なお図１では、ＢＳＳ内に含まれる無線端末局が４つである場合を示しているが、互いの固有アドレスを認識できれば無線端末局の数には特に制限はない。また、無線基地局１００や無線端末局２００〜２０２、及び無線端末局３００に実装されるアンテナの本数は、無線通信システムにおける通信方式に応じて１本でも良いし、複数実装されていてもよい。つまり、単一または複数アンテナを備えた無線端末局が混在するＢＳＳであってもよい。本実施形態では無線端末局２００は３本のアンテナを備え、無線端末局２０１及び２０２はそれぞれ２本のアンテナを備え、無線端末局３００は単一アンテナを備えるものとする。
【００１４】
本実施形態において無線端末局２００〜２０２の各々は無線基地局１００とマルチユーザＭＩＭＯ通信を行うことの出来る構成を備える。つまり、無線端末局２００〜２０２のそれぞれはＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格に準ずる端末局である。これに対し、無線端末局３００はＩＥＥＥ８０２．１１ｎ以前の通信規格に準拠した無線通信を行う構成を備える。具体的には、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、１１ａ、１１ｂ、１１ｎなどといった通信規格に従って無線通信を行う装置である。
【００１５】
＜利用可能なバンド図＞  
図２は、本実施形態に係る無線通信システムが使用可能な周波数帯域を示すバンド図である。図示するように使用可能な周波数帯域は、２．４０〜２．５０［ＧＨｚ］の帯域、５．１５ＧＨｚ〜５．３５ＧＨｚの帯域、及び５．４７ＧＨｚ〜５．７２５ＧＨｚの帯域である。これらの周波数帯域の中で、５．１５ＧＨｚ〜５．２５ＧＨｚの帯域内の通信チャネルは、一般的に屋内での使用に限られ、５．２５ＧＨｚ〜５．３５ＧＨｚの帯域内の通信チャネルと、５．４７ＧＨｚ〜５．７２５ＧＨｚの帯域内の通信チャネルとは送信電力が大きく、屋外でも使用可能な通信チャネルである。
【００１６】
＜通信チャネルの概念図＞  
図３は、本実施形態に係る無線通信システムにおいて使用される通信チャネルの概念図である。図３に示すように、無線通信システムは、例えばａ［ＭＨｚ］から（ａ＋４０）［ＭＨｚ］までの４０ＭＨｚの帯域幅を有した第１周波数帯域を使用する。以下、この第１周波数帯域に相当する帯域を第１通信チャネルと呼ぶ。なお、本実施形態では第１周波数帯域の帯域幅は４０ＭＨｚである場合を例に説明するが、これは一例にすぎない。例えば第１周波数帯域の帯域幅が８０ＭＨｚ等であっても良く帯域幅の値に制限はない。
【００１７】
図１に示したように無線基地局１００は、例えば７つのアンテナを備える。これら７つのアンテナによって第１通信チャネルが使用される。具体的には、これらアンテナによって第１通信チャネル内に配置された複数のサブキャリアが使用される。サブキャリアとは、搬送波とも呼ばれ、第１通信チャネル内に複数設けられた周波数である。このサブキャリアによってデータが伝送される。
【００１８】
図３は、第１通信チャネル内にサブキャリアを複数配置した様子を示す。本実施形態では、例えば中心周波数を中心に左右２８本の周波数、すなわち合計５６本のサブキャリアが無線通信に使用される。
【００１９】
５６本のサブキャリアに対応する番号（以下、サブキャリア番号と称する）を‘ｋ’とする。ここで‘ｋ’の値は５６本のサブキャリア番号に対応した‘−２８’から‘２８’（‘０’を除く）のいずれか数値である。図示するように、第１通信チャネルのうち、最も高い周波数のサブキャリアに対応する番号を‘ｋ’＝２８、最も低い周波数のサブキャリアに対応する番号を‘ｋ’＝−２８とする。また、２番目に高いサブキャリアに対応する番号を‘ｋ’＝２７、２番目に低いサブキャリアに対応する番号を‘ｋ’＝−２７とする。以下、同様に‘ｋ’＝−１、１までそれぞれサブキャリアに対応した番号が割り振られる。
【００２０】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調を用いた無線通信装置では、これらサブキャリア５６本のそれぞれに信号を乗せることで無線通信を行う。
【００２１】
マルチユーザＭＩＭＯ通信では、各々のアンテナがこれら複数のサブキャリアを用いて複数の無線端末局にデータ送信をする。ここで、１つのアンテナから送信される無線信号をストリームと呼び、１ストリームで複数のサブキャリアを使用する。またこの複数のサブキャリアの集合をサブチャネルと呼ぶ。つまり、１ストリームでデータ送信をする際には、例えば１つ以上のサブチャネルを使用することになる。
【００２２】
本実施形態において、無線基地局１００は無線端末局２００に対して、例えば３本のアンテナを用いてデータを送信する。すなわち、無線基地局１００は３ストリームでデータを送信するものとする。
【００２３】
また、無線基地局１００は無線端末局２０１に対して、例えば２本のアンテナを用いてデータを送信する。すなわち、無線基地局１００は２ストリームを用いて無線端末局２０１にデータを送信するものとする。
【００２４】
また、無線基地局１００は無線端末局２０２に対して、例えば１本のアンテナを用いてデータを送信するものとする。すなわち、無線基地局１００は１ストリームを用いて無線端末局３００にデータを送信する。この無線通信において、無線端末局とのデータ送信に用いられるストリーム数はこの限りではなく、伝送路の環境などによって変化してもよい。つまり、伝送路が良好である場合など、例えば４本や５本のアンテナを用いた４、または５ストリームで無線端末局にデータ転送してもよいし、使用するアンテナの本数は増やさず、例えば１本のアンテナに使用するサブキャリアの数を増やしてもよい。
【００２５】
＜無線基地局の内部構成例＞  
次に、図４を用いて無線基地局１００の内部構成例について説明する。図４は、無線基地局１００のブロック図である。なお、無線端末局２００〜２０２及び無線端末局３００の内部構成例は、無線基地局１００と同一の内部構成であることから説明を省略する。
【００２６】
図示するように無線基地局１００はアンテナ１００１〜１００７及びこれらアンテナ１００１〜１００７に対応した通信モジュール１０１０〜１０７０及びＭＡＣ層処理部１８００を備える。また通信モジュール１０１０〜１０７０は、ＲＦ（Radio Frequency）部及び物理層処理部を備える。
【００２７】
具体的には、通信モジュール１０１０は、ＲＦ部１１００及び物理層処理部１１１０を備える。また通信モジュール１０２０は、ＲＦ部１２００及び物理層処理部１２１０を備える。以下通信モジュール１０３０〜１０７０についても同様であるため説明を省略する。なお、通信モジュール１０１０〜１０７０を区別しない場合には、単に通信モジュールと呼び、またＲＦ部１１００〜１７００、及び物理層処理部１１１０〜１７１０についてもそれぞれを区別しない場合には、単にＲＦ部、物理層処理部と呼ぶ。
【００２８】
上述したように、これら無線基地局１００はマルチユーザＭＩＭＯ通信を行って無線端末局と無線通信を行う。上述したように本実施形態では、無線基地局１００は、例えばアンテナ１００１〜１００３を用いて無線端末局２００と無線通信を行い、アンテナ１００４及び１００５を用いて無線端末局２０１と無線通信を行い、更にはアンテナ１００６を用いて無線端末局２０２と無線通信を行う。また、無線基地局１００は、例えばアンテナ１００７を用いて無線端末局３００の無線規格に従った無線通信を行うものとする。なお、無線端末局２００〜２０２及び３００と無線通信に用いるアンテナの組み合わせは上記に限られない。
【００２９】
以下、アンテナ１００１、通信モジュール１０１０を一例に挙げて無線基地局１００の構成について説明する。つまり、アンテナ１００２〜１００７、及びこれらアンテナに対応する通信モジュールについてもアンテナ１００１及びこのアンテナに対応する通信モジュールと同一の構成であることから説明を省略する。
【００３０】
アンテナ１００１は、無線端末局２００から送信された無線信号（ＲＦ信号：アナログ信号）を受信し、また無線端末局２００へ向けて無線信号を送信する。
【００３１】
ＲＦ部１１００は、無線信号の受信時には、アンテナ１００１で受信した例えば５ＧＨｚ帯の無線信号（アナログ信号）をダウンコンバートして物理層処理部１１１０へ供給する。つまり、このダウンコンバートを行うことで、受信信号のベースバンド信号を得る。また無線信号の送信時には、物理層処理部１１１０から与えられるアナログ信号（ベースバンド信号）を、５ＧＨｚ帯の無線信号にアップコンバートして、アンテナ１００１から送信する。
【００３２】
次に物理層処理部１１１０について説明する。物理層処理部１１１０は、ＲＦ部１１００から与えられ、ダウンコンバートされた受信信号につきＡ／Ｄ変換を行ってデジタル信号を得る。更に、このデジタル信号につき復調処理を行う。すなわち、例えばＯＦＤＭによる復調及び誤り訂正復号を行って、受信フレームを得る。そして、得られた受信フレームをＭＡＣ層処理部１８００へ出力する。また、物理層部１１１０は、ＯＦＤＭの他、スペクトラム拡散方式に代表される直接拡散（Direct Sequence）方式を用いて復調を行ってもよい。
【００３３】
また、データの送信時には、ＭＡＣ層処理部１８００から供給された送信データを所定の変調処理を行った後、アップコンバートしてＲＦ部１１００へと供給する。
【００３４】
次に、ＭＡＣ層処理部１８００について説明する。ＭＡＣ層処理部１８００はＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した所定のアクセス制御を行う。具体的には、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を実行する。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式とは無線環境の使用状況を観測してからフレームを送信するか否かを決定するものであり、該フレームを送信する前に周辺に無線通信を行っている無線通信装置が存在するか確認する方式である。フレームとは、無線通信により通信可能に組み立てられた送受信データのことである。ＭＡＣ層処理部１８００は自身の周辺で無線通信を行っていないと判断した場合、フレームをアグリゲート（aggregate）して物理層処理部１０１０に送信する。ＩＥＥＥ．８０２．１１ｎ以降の規格では、複数のＭＰＤＵ（MAC protocol data unit）を単一のＰＰＤＵ（PHY protocol data unit）として送信するＡ−ＭＰＤＵ（aggregate MPDU）が採用されている。フレームのアグリゲートとは、複数のこのＭＰＤＵを単一ＰＰＤＵにまとめてＡ−ＭＰＤＵとすることをさす。また、本明細書では、ＭＰＤＵとＡ−ＭＰＤＵとを区別しない場合には、単にフレームと呼ぶことにする。
【００３５】
ＭＡＣ層部１８００は、受信したベースバンド受信信号（フレーム）からＭＡＣ（Media Access Control）ヘッダを取り除き、パケットを組み立てる。パケットとは、パーソナルコンピュータ等において扱えるデータ構造に組み立てられた送受信データのことである。更には、受信したフレームに応答するＡｃｋ（acknowledgement）フレームを送信する処理を行う。またＡｃｋフレームは無線端末局２００〜２０２及び３００から送信されたアグリゲートフレームのうち、欠如したフレームがあるか否かについての情報も備える。例えば無線端末局２００〜２０２及び３００からフレームを、例えば５つアグリゲートし、このうち４フレームが無線基地局１００に到達した場合を考える。この場合、無線基地局１００から送信されるＡｃｋフレームには、１フレーム足りないことを示す情報がＡｃｋフレームに設定される。
【００３６】
これに対し送信時には、送信すべきデータにＭＡＣヘッダを付加してフレームを組み立て、その後組み立てたフレームを物理層処理部１１１０へ出力する。
【００３７】
上述したように、マルチユーザＭＩＭＯ通信を行う無線基地局１００において無線端末局２００には、例えばアンテナ１００１〜１００３の計３本で無線通信を行う。このことから、ＭＡＣ層処理部１８００は送信すべきアグリゲートしたフレームを３分割し、物理層処理部１１１０〜１３１０に対し供給する。
【００３８】
同様にＭＡＣ層処理部１８００はアグリゲートされたフレームを２分割し、物理層処理部１４１０〜１５１０に対し供給する。またＭＡＣ層処理部１８００はアグリゲートされた１フレームを、物理層処理部１６１０及び１７１０に対し供給する。
【００３９】
次に、ＭＡＣ層処理部１８００が生成するＭＡＣフレームについて説明する。本実施形態に係るＭＡＣ層処理部１８００では、送信フレームにＩＥＥＥ８０２．１１ｎで規格化されたＣｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームを用いる。フレーム内の所定のフィールドの値を設定することでＣｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームが生成される。具体的には、後述するフレームフォーマットにおける“Ｓｕｂｔｙｐｅ”フィールドに所定の固定値を設定する。なお、Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎで規格化されたため、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、１１ｂ、１１ｇなどの通信規格で無線通信する無線端末局は、このフレームを解釈できない。すなわち、Ｃｏｎｔｒｏｌ ＷｒａｐｐｅｒフレームはＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ、１１ｎ規格に準拠した無線端末局にしか判別できない。
【００４０】
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームとは、カプセル化した制御フレームをユニキャスト送信する機能を備える。これによって、無線基地局１００は、無線通信を制御するフレームをカプセル化してユニキャスト送信することができる。
【００４１】
以下、カプセル化されるフレームについて説明する。本実施形態では、ＭＡＣ層処理部１８００は、後述するＭＡＣヘッダ内の所定のフレームフィールドにコンテンションフリーエンド（CF-End）フレームを挿入し、Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームによってカプセル化する。なお、このＣＦ−Ｅｎｄフレームは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ以前から規格化されている制御フレームである。カプセル化されたＣＦ−Ｅｎｄフレームのことを、Ｗｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームと呼ぶ。つまり、このＣＦ−Ｅｎｄフレームは、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ以前の通信規格の無線装置に認識可能であるが、Ｗｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームとされることで、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ、１１ｎ規格の無線装置にのみ認識可能な制御フレームとされる。
【００４２】
更に本実施形態では、このＷｒａｐｐｅｄ ＣＦ−ＥｎｄフレームをＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格、すなわちマルチユーザＭＩＭＯ通信で送信する。これにより、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に準拠した無線端末局もこのＷｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームを認識不可能とされる。
【００４３】
このＣＦ−Ｅｎｄフレームは、フレーム内の所定のフィールドの値を設定することで生成される。具体的には、後述するフレームフォーマットにおける “Ｓｕｂｔｙｐｅ”フィールドに所定の固定値を設定する。なお、カプセル化とは、制御フレームとして機能するＣｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームを構成するフレームフィールドに制御フレーム（本実施形態では、ＣＦ−Ｅｎｄフレーム）を挿入することである。
【００４４】
なお、ＣＦ−Ｅｎｄフレームとは、無線端末局２００〜２０２及び無線端末局３００から無線基地局１００へのＵｐ ｌｉｎｋデータの送信権を与える機能を備えたフレームである。つまり、このＣｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームを認識した無線端末局は、ＣＦ−ＥｎｄフレームによりＵｐ ｌｉｎｋデータの送信禁止期間が解除される。したがって、送信禁止期間が解除された無線端末局は、無線基地局１００に対してデータの送信をすることが可能とされる。
【００４５】
図５（ａ）、（ｂ）を用いて本実施形態に係るフレームフォーマットについて説明する。図５（ａ）に示すように、ＭＡＣ層処理部１８００が生成するＭＡＣフレームは、ＭＡＣヘッダ、ＢＳＳＩＤ（Basic Service Set Identification）、及びＦＣＳ（Frame Check Sequence）を含む。
【００４６】
ＭＡＣヘッダ部にはＭＡＣ層における受信処理に必要とされる情報が設定される。具体的には、フレームの種類（ユーザデータを送信する場合に使用するデータフレーム、Ｂｅａｃｏｎフレーム等で用いられる管理フレーム、Ａｃｋフレーム等の制御フレーム）を示す値や、直接の宛先、最終宛先および送信元のＭＡＣアドレスを設定するアドレスフィールド（複数存在）、送信するデータのシーケンス番号や、データをフラグメント化した場合のフラグメント番号を設定するＳｅｑｕｅｎｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌフィールド等が含まれる。
【００４７】
ＢＳＳＩＤフィールドには送信元のアドレス（基地局１００のＭＡＣアドレス）が設定される。
【００４８】
そして、ＦＣＳ部にはＣＲＣ（Cyclic Redundancy Code）が設定される。ここでＣＲＣとはＭＡＣヘッダ部、Ｆｒａｍｅ Ｂｏｄｙ部が保持するデータがそれぞれ正常に受信できたか否かを判定するために用いられるものである。
【００４９】
上記ＭＡＣヘッダの詳細について説明する。ＭＡＣヘッダは、フレームコントロール（frame control）フィールド、デュレーション（duration）／ＩＤフィールド、少なくとも１つのレシーバアドレス（Receiver Address）フィールド、キャリードコントロール（Carried Frame control）フィールド、及びＨＴ Ｃｏｎｔｒｏｌフィールドを備える。
【００５０】
フレームコントロールフィールドには、上記した複数のフレームの種類に応じた値が設定される。具体的には、後述するフレームコントロールフィールドを形成する複数のフィールドが挿入される。  
デュレーション／ＩＤフィールドには、この送信したフレームの送信後から、後続の帯域予約時間が設定される。  
レシーバアドレスフィールドには、データの直接の宛先や最終宛先、または送信元のＭＡＣアドレスが設定される。本実施形態では、無線端末局２００〜２０２のＭＡＣアドレスが設定される。  
キャリードフレームコントロールフィールドには、後述するＣＦ−Ｅｎｄフレームの“フレームコントロール”フィールドが挿入される。なお、ＣＦ−Ｅｎｄフレームフォーマットは順に“フレームコントロール”、“ディレーション／ＩＤ”、“レシーバアドレス”、及び“ＦＣＳ”の各フィールドから形成される。  
ＨＴ ＣｏｎｔｒｏｌフィールドにはＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格で規定されたハイ スループット コントロール（High Throughput Control）フィールドのフレームフォーマットが設定される。  
次に、図５（ｂ）を用いて上述したフレームコントロール（frame control）フィールドの詳細について説明する。本実施形態では、Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒとされた図５（ｂ）のフレームコントロールフィールドを図５（ａ）のフレームコントロールフィールドに設定し、ＣＦ−Ｅｎｄとされた図５（ｂ）のフレームコントロールフィールドを図５（ａ）のキャリードフレームコントロールフィールドに設定する。
【００５１】
フレームコントロールフィールドは、プロトコルバージョン（protocol version）、タイプ（type）フィールド、サブタイプ（subtype）フィールド、“To DS”フィールド、“From DS”フィールド、モアフラグメント（more fragment）フィールド、リトライ（Retry）フィールド、パワーマネージメント（Pwr Mgt）、モアデータ（More Data）フィールド、プロテクト（protected）フレームフィールド、及びオーダー（order）フィールド等を備える。
【００５２】
プロトコルバージョンは、ＭＡＣプロトコルのバージョンを示す。
【００５３】
タイプフィールド及びサブタイプフィールドには、後述するフレームの種類を示す情報が設定される。データの送信先は、タイプフィールドに設定されたビット情報により、当該フレームが制御フレーム、管理フレーム、及びデータフレームのうちいずれであるかを判断できる。なお、本実施形態では無線端末局に送信されるフレームは制御フレームとされる。
【００５４】
また、サブタイプフィールドのビット情報を設定することにより、フレームの種類が決定される。上述したように本実施形態では、ビット情報を所定の値に設定させることで、このフレームがＣｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレーム及びＣＦ−Ｅｎｄフレームとされる。
【００５５】
“To DS”フィールド、及び“From DS”フィールドには、図１に示す無線基地局１００を経由した通信を行うかどうかの情報が格納される。通常、無線基地局１００は、図示せぬ有線ＬＡＮネットワークをバックボーンとして図示せぬ他の無線通信基地局とデータのやりとりを行う。この無線基地局１００と図示せぬ無線基地局とを結ぶネットワークをＤＳ（distribution system）という。つまり、無線基地局１００を介して、図示せぬ他の無線基地局と無線端末局２００〜２０２、及び無線端末局３００とのデータのやり取りがあるかどうかを示す。
【００５６】
モアフラグメントフィールドは、データがフラグメント化された場合に、後続するフラグメントフレームが存在するか否かを示す情報を保持する。
【００５７】
リトライフィールドは、無線基地局１００から無線端末局に送信されたフレームが以前のフレームの再伝送フレームであるか否かを示す。
【００５８】
パワーマネージメントは、無線端末局が設定する値であり、電源節約のために使用される。
【００５９】
モアデータフィールドは、電源節約モードの無線端末局にフレームを送信する場合にしようされる。つまり、電源節約モード中の無線端末局に追加するフレームがあるか否かに応じた値がモアデータフィールドに設定される。
【００６０】
プロテクトフレームフィールドには、当該フレームがプロテクトされているか否かの情報が設定される。
【００６１】
オーダーフィールドには、フレームを中継する際に、フレームの順序を入れ替えてはいけないことが示される。
【００６２】
次に、図６を用いて上記フレームがコントロールフィールド及びＣＦ−Ｅｎｄフィールドとされる場合の“Ｔｙｐｅ”及び“Ｓｕｂｔｙｐｅ”フィールドに設定される値について説明する。図６は、“Ｔｙｐｅ”及び“ＳｕｂＴｙｐｅ”に設定されるビット値を示した概念図である。
【００６３】
図６に示すように、Ｔｙｐｅフィールドには２ビットのデータが設定される。上記したようにＴｙｐｅフィールドは、無線基地局１００から送信されるフレームの種別を示す。このＴｙｐｅフィールドのＢｉｔ２、Ｂｉｔ３の値が順に“１”、“０”とされると制御フレームを示す。本実施形態に使用されるコントロールラッパーフィールド及びＣＦ−Ｅｎｄフィールドはそれぞれ制御フレームで使用されるフィールドであることから、Ｔｙｐｅフィールドの値は上記値とされる。
【００６４】
ＳｕｂＴｙｐｅフィールドには４ビットのデータが設定される。上記したようにＳｕｂＴｙｐｅフィールドは、無線基地局１００から送信されるフレームの種別を示す。
【００６５】
まず、Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームである場合、ＳｕｂＴｙｐｅフィールドのＢｉｔ４、Ｂｉｔ５、Ｂｉｔ６、及びＢｉｔ７の値はそれぞれ“１”、“１”、“１”、“０”とされ、ＣＦ−Ｅｎｄフレームを示す場合、Ｂｉｔ４、Ｂｉｔ５、Ｂｉｔ６、及びＢｉｔ７の値はそれぞれ“０”、“１”、“１”、“１”とされる。
【００６６】
＜無線通信システムの動作＞  
次に図７を用いて上記無線基地局１００とこれに収容された無線端末局２００〜２０２及び無線端末局３００とのデータ転送動作について説明する。
【００６７】
時刻ｔ０において、無線基地局１００はＣＴＳ Ｓｅｌｆフレームを自身（無線基地局１００）に向かって送信する。このＣＴＳ Ｓｅｌｆフレームは、“制御フレーム”、“デュレーション／ＩＤ”、“宛先アドレス”及び“ＦＣＳ”を備える。このＣＴＳ Ｓｅｌｆフレームとは、自分宛以外のフレームを受信した際、デュレーションフィールドに設定された期間（長ネットワーク割振りベクトル（ＮＡＶ：network allocation vector））はデータ送信をしないというフレームである。つまり、宛先アドレスが無線基地局１００であると、このアドレス以外の無線端末局２００〜２０２及び無線端末局３００は、上記デュレーションフィールドに設定された期間の間データ送信を停止する。これによって無線端末局２００〜２０２及び無線端末局３００に対しＮＡＶが設定される。なお、ＣＴＳ Ｓｅｌｆフレームが送信されるまでは、無線基地局１００、無線端末局２００〜２０２、３００の全端末が互いにデータ送信可能期間である。
【００６８】
ＮＡＶを無線端末局２００〜２０２及び３００に設定した後は、無線基地局１００によるデータ送信期間とされる。すなわち、時刻ｔ１において無線基地局１００は、アグリゲートされたフレーム（Ａ−ＭＰＤＵ）を無線端末局２００〜２０２及び無線端末局３００にそれぞれ送信する。上記説明したように、無線基地局１００は無線端末局２００に対し、例えば３ストリームでフレームを送信し、無線端末局２０１に対し、例えば２ストリームでフレームを送信し、無線端末局２０２に対し、例えば１ストリームでフレームを送信する。上述したように、ＭＡＣ層処理部１８００は、無線端末局２００に送信すべきデータ（フレーム）を３分割し、物理層処理部１１１０〜１３１０にそれぞれ供給する。同様に、ＭＡＣ層処理部１８００は、無線端末局２０１に送信すべきデータ（フレーム）を２分割し、物理層処理部１１１０〜１３１０にそれぞれ供給する。
【００６９】
その後、時刻ｔ２において、無線基地局１００は、Ｗｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームをこれら無線端末局２００〜２０２に向かって送信する。これは、一般的にデータ通信はＤｏｗｎ ＬｉｎｋとＵｐ Ｌｉｎｋとのデータ対を成すことが多いとされている。このことから、無線端末局２００〜２０２からＵｐ Ｌｉｎｋデータがあると予想してこれら無線端末局２００〜２０２にＵｐ Ｌｉｎｋデータの送信権を与える。また上述したように、ＣＦ−Ｅｎｄフレームとは、ＮＡＶ期間の解除を知らせるフレームである。これによって、無線端末局２００〜２０２のＮＡＶ期間が終了する。ここで、無線端末局２００〜２０２は、無線基地局１００からのＤｗｏｎ Ｌｉｎｋデータを復号し、フレームを得、このフレームが自局宛と判断するとＷｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームに従って必要な処理を実行する。すなわち、図７に示すようにＵｐ Ｌｉｎｋデータを基地局１００に向かって送信する。
【００７０】
上述したようにＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格で送信されたＣｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格の端末以外は認識できないことから、無線端末局３００はＮＡＶ期間が時刻ｔ２以降も継続する。つまり、無線端末局３００がＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格に準拠した、すなわちシングルＭＩＭＯ通信を行う端末局であった場合でもＮＡＶは解除されない。従って、無線端末局３００は、無線基地局１００に向かってデータの送信が出来ない。
【００７１】
ＮＡＶが解除された後は、無線端末局２００〜２０２からのデータ送信が可能期間とされる。すなわち、無線端末局２００〜２０２は互いに競合しながらデータのＵｐ Ｌｉｎｋ送信を開始する。
【００７２】
本実施形態では時刻ｔ３において、例えば無線端末局２００がアグリゲートされたフレームを無線基地局１００に送信する。これを受信した無線基地局１００は、時刻ｔ４においてＡｃｋフレームを無線端末局２００に向かって送信する。
【００７３】
次いで、時刻ｔ５において、例えば無線端末局２０１がアグリゲートされたフレームを無線基地局１００に送信する。これを受信した無線基地局１００は、時刻ｔ６においてＡｃｋフレームを無線端末局２０１に送信する。
【００７４】
次いで、時刻ｔ７において、例えば無線端末局２０２がアグリゲートされたフレームを無線基地局１００に送信する。これを受信した無線基地局１００は、時刻ｔ８においてＡｃｋフレームを無線端末局２００に向かって送信する。
【００７５】
その後、時刻ｔ９においてＮＡＶ期間が終了する。すなわち、時刻ｔ９以降は無線基地局１００、並びに無線端末局２００〜２０２及び３００による全端末のデータ送信が自由にできる期間とされる。ここでは、時刻ｔ９において無線端末局３００がアグリゲートされたフレームを無線基地局１００に送信する。これを受信した無線基地局１００は、時刻ｔ１０においてＡｃｋフレームを無線端末局３００に向かって送信する。
【００７６】
なお、無線端末局２００〜２０２間における、無線基地局１００への送信タイミングは一例であって順番は図７に限られない。更に、フレームが無線基地局１００に送信されるまで、フレームを送信しつづける。
【００７７】
なお、マルチユーザＭＩＭＯ方式でダウンリンク送信をした３台の端末全てにＷｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームを送信して、３台全ての無線端末局２００〜２０２に対して送信可能期間を設定しているが、例えば無線端末局２０２はサーバから動画をストリーミング配信している時のような、Ｕｐ Ｌｉｎｋ送信をほぼ必要としないようなトラフィックでの通信をしているとあらかじめ分かっているような場合においては、この無線端末局２０２に対してはＷｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームを送信せず、無線端末局２００、２０１のみにＷｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームを送信して、この無線端末局２００、２０１のみにＵｐ Ｌｉｎｋ送信権を付与するような使い方をしてもよい。
【００７８】
更に、図７に示した一例の動作のでは、マルチユーザＭＩＭＯ通信でＤｏｗｎ Ｌｉｎｋ送信を行った後にＷｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームを送信している。しかし、Ｄｏｗｎ Ｌｉｎｋ送信前にＷｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレームを送信し、あらかじめＮＡＶを解除してから連続してダウンリンク送信をしてもよいし、後続にダウンリンク送信を行わず、マルチユーザＭＩＭＯ通信でＷｒａｐｐｅｄ ＣＦ−Ｅｎｄフレーム送信のみを行って宛先の無線端末局のＵｐ Ｌｉｎｋ送信可能期間を設定するのみで用いてもよい。
【００７９】
＜本実施形態に係る効果＞  
本実施形態に係る無線通信装置であると、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格に準拠した無線端末局と無線基地局との間で高いスループットで通信を実現することが出来る。すなわち、マルチユーザＭＩＭＯ方式で通信する無線通信システムにおいて、無線基地局が複数宛先に対してマルチユーザＭＩＭＯ方式でダウンリンクデータ送信を行う場合に、Ｃｏｎｔｒｏｌ ＷｒａｐｐｅｒフレームにＣＦ−Ｅｎｄフレームを入れたフレームを各宛先に送信することで、マルチユーザＭＩＭＯ方式でデータ送信を行った端末のみのＮＡＶを解除することができ、マルチユーザＭＩＭＯ方式で通信を行う無線端末局にのみ、アップリンク送信権を付与することが可能になる。これにより、上位規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａｃにおけるマルチユーザＭＩＭＯ方式で通信を行うことのできる無線端末局の通信可能期間を、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ規格等の下位規格にのみ準拠している既存の低速通信端末の通信可能期間を分離することで、ＢＳＳ全体としてより効率の高い通信を行うことが可能となる。加えて、Ｄｏｗｎ Ｌｉｎｋ送信直後にＵｐ Ｌｉｎｋ送信を優先的に指示することで、上位プロトコルにおけるレイテンシの削減にも寄与することが可能となる。
【００８０】
そのため、無線基地局からマルチユーザＭＩＭＯ方式で特定の無線端末局にダウンリンクデータを送信した際には、送信した無線端末局に対して優先的にアップリンクデータ送信権を付与することが無線通信システムでのスループットが高くなることが多い。
【００８１】
なお、本実施形態ではマルチユーザＭＩＭＯ通信を一例に挙げて説明をしたが、特定の端末側がＣｏｎｔｒｏｌ Ｗｒａｐｐｅｒフレームでカプセル化されたＣＦ−Ｅｎｄフレームを認識できれば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格を用いたマルチユーザＭＩＭＯ通信でなくてもよい。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
１００…無線基地局、２００〜２０２、３００…無線端末局、１００１〜１００７…アンテナ、１０１０〜１０７０…通信モジュール、１１００〜１７００…ＲＦ部、１１１０〜１７１０…物理層処理部、１８００…ＭＡＣ層処理部
【図１】
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【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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