(57)【要約】【課題】STAが同時送信を行うための制御データを抑制する。【解決手段】無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムに使用する無線通信装置であって、送信要求信号の受信をしていない状態で、キャリアセンス後に、複数の端末を指定した送信許可信号の送信を行う制御部を有することを特徴とする無線通信装置。【選択図】図１
2013219687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムに使用する無線通信装置であって、
送信要求信号の受信をしていない状態で、キャリアセンス後に、複数の端末を指定した送信許可信号の送信を行う制御部を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記複数の端末を指定する方法は、前記複数の端末を複数のグループに分割した当該グループのグループアドレスを指定する方法であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記前記送信許可信号の送信時に、ネットワークを識別し、拡張CTS（extend Clear To Send: eCTS）であることを識別し、周期データを送信させるために使用する符丁フィールドを含めることを特徴とする１又は２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記符丁フィールドは、U/Lビットに相当するビットが１であることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記符丁フィールドは、I/Gビットに相当するビットが１であることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記符丁フィールドは、01-00-5eで始まることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記複数の端末を指定する方法は、ブロードキャストによる方法であることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記送信許可信号の送信時に他の端末のデータ通信を禁止する送信禁止区間を通知し、前記送信禁止区間は、グループに含まれる無線通信装置が予め通知してきた送信時間に関する情報を元に決定することを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記送信許可信号の送信時に、拡張CTSと判断することができる所定の時間より短い送信禁止区間を通知する事を特徴とする１の無線通信装置。
【請求項１０】
無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムに使用する無線通信装置であって、
送信要求信号の送信を行っていない状態で、自己の無線通信装置を含むグループアドレスが指定された送信許可信号の受信を確認したときに、送信許可信号を送信してきた無線通信装置に対する送信データがある場合に、前記送信許可信号を送信してきた無線通信装置に対して前記送信許可信号の受信直後にデータの送信を開始することを特徴とする無線通信装置。
【請求項１１】
前記送信許可信号の受信を確認する際に、ネットワークを識別するための符丁フィールドの確認を行うことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１２】
前記グループアドレスは、ブロードキャストアドレスであることを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
【請求項１３】
前記データの送信の際に、予め割り当てられたプリアンブルパターンを使用することを特徴とする請求項１０から１２までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１４】
前記データの送信に先立って、前記送信許可信号と共に通知される送信禁止区間と、前記データの送信に必要な時間と、を比較し、
前記送信禁止区間が前記データの送信に必要な時間より長いときにデータの送信を行うことを特徴とする請求項１０から１３までのいずれか１項に記載の無線通信装置。
【請求項１５】
無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、
送信要求信号の受信をしていない状態で、キャリアセンス後に、複数の端末を指定した送信許可信号の送信を行うステップを有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１６】
無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、
送信要求信号の送信を行っていない状態で、自己の無線通信装置を含むグループアドレスが指定された送信許可信号の受信を確認したときに、送信許可信号を送信してきた無線通信装置に対する送信データがある場合に、前記送信許可信号を送信してきた無線通信装置に対して前記送信許可信号の受信直後にデータの送信を開始するステップを有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の無線通信方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１８】
無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムに使用する無線通信装置に用いられる集積回路であって、
送信要求信号の受信をしていない状態で、キャリアセンス後に、複数の端末を指定した送信許可信号の送信を行う制御回路を有することを特徴とする集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ネットワークを構成する際のアクセス方法としてCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）方式が広く用いられ、無線LAN規格の1つであるIEEE802.11等にも使用されている。CSMA/CAは、送信に先立ってキャリアセンスを行い、その後に衝突回避のためにランダムバックオフを用いる方式であり、更に隠れ端末問題を解決するためにRTS（Request To Send、送信要求とも言う）/CTS（Clear To Send、送信許可とも言う）の交換を伴う場合があり、IEEE802.11ではRTS/CTS交換を含めた形で使用している。
【０００３】
このIEEE802.11で使用されるアクセス方式による通信の一例を、図１４を参照しながら説明する。図１４は、AP（Access Point、無線制御装置とも言う）は2つのSTA（STAtion、無線端末装置とも言う）と通信を行っており、STA1からAPへ、その直後にSTA2からAPへ通信が行われる場合の一例についてタイミングチャートを用いて示した図である。
【０００４】
まず、STA1はAPまたはいずれかのSTAの送信1401が終了するのを待つ。送信終了後、更にDIFS（Distributed coordination function InterFrame Space）時間1402待ち、RTS1403をAPに対して送信する。DIFSは、DCF（Distributed Coordination Function）のための待ち時間で、後述するSIFSより長い基本時間が設定され、更にランダムバックオフ時間が加えられた時間となる。APはRTS 1403が正常に受信できた場合、どのSTAも無線リソースを使用していないものとしてSIFS（Short InterFrame Space）時間1404待ち、CTS 1405をSTA1に対して送信する。SIFSはAP、STAが次の送信を行うための最小規定時間で、ACK（ACKnoledge）や、RTS、CTSなどの重要なパケットを送信する際に、他のSTAなどに割り込まれないために規定されている時間である。DCFアクセスを開始するためのDIFS等は、このSIFSより長い時間が規定されており、重要なパケットを優先させて送信することが可能となる。続いて、CTS 1405を受信したSTA1は送信権を得たものとしてSIFS時間1406待った後、DATA1 1407をAPに対して送信する。DATA1 1407を受信したAPは、SIFS時間1408待って、ACK1をSTA1に送信する。ACK1を受信したSTA1はDATA1 1407の送信が完了したと判断し、以降の送信を行わない。
【０００５】
STA2はSTA1とAPとの間の通信を受信し、全ての送信が終了したタイミングからDIFS時間1410待ってRTS 1411をAPに対して送信する。APはRTS 1411が正常に受信できた場合、どのSTAも無線リソースを使用していないものとしてSIFS時間1412待ち、CTS 1413をSTA2に対して送信する。CTS 1413を受信したSTA2は送信権が得られたものとしてSIFS時間1414待った後にDATA2 1415をAPに対して送信する。DATA2 1415を正常に受信したAPはSIFS時間1416待って、STA2に対してACK2 1417を送信する。ACK2 1417を受信したSTA2は送信が完了したものと判断し、以降の送信を行わない。この後はDIFS時間1418経過すると、他のDCFアクセス1419が可能となる。
【０００６】
以上のような手順により、IEEE802.11ではパケットの衝突を回避し、複数のSTA間のデータ送信を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１３０６２５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ８０２．１１−２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
CSMA/CA方式で送信制御を行う場合は、ランダムバックオフを用いるため、各STAの送信タイミングを他のSTAが知る事はできない。そのため、複数ユーザ間で空間多重送信技術（MU-MIMO: Multi User-Multi Input Multi Output）を用いて電波の利用効率を向上させる際に複数のSTAが同期して送信する事が難しく、同技術の導入を難しくしていた。
【００１０】
また、複数STA間で同期を取るための技術として特開2010-130625が提案されているが、複数端末間で同期を取るためにRTS/CTSに相当するデータの交換を複数行う必要があり、オーバーヘッドが大きくなるという問題や、従来方式に無いデータを送信する必要があり、互換性に問題があった。
【００１１】
本発明は、従来方式と互換性をできるだけ保ちながらSTAが同時送信を行うための制御データを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一観点によれば、無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムに使用する無線通信装置であって、送信要求信号の受信をしていない状態で、キャリアセンス後に、複数の端末を指定した送信許可信号の送信を行う制御部を有することを特徴とする無線通信装置が提供される。
【００１３】
前記複数の端末を指定する方法は、前記複数の端末を複数のグループに分割した当該グループのグループアドレスを指定する方法であることが好ましい。
【００１４】
前記送信許可信号の送信時に、ネットワークを識別し、拡張CTS（extend Clear To Send: eCTS）であることを識別し、周期データを送信させるために使用する符丁フィールドを含めるようにしても良い。前記符丁フィールドは、U/Lビットに相当するビットが１であっても良い。
【００１５】
前記符丁フィールドは、I/Gビットに相当するビットが１であっても良い。
前記符丁フィールドは、01-00-5eで始まるようにしても良い。
前記複数の端末を指定する方法は、ブロードキャストによる方法であっても良い。
【００１６】
前記送信許可信号の送信時に他の端末のデータ通信を禁止する送信禁止区間を通知し、前記送信禁止区間は、グループに含まれる無線通信装置が予め通知してきた送信時間に関する情報を元に決定するようにすると良い。
【００１７】
前記送信許可信号の送信時に、拡張CTSと判断することができる所定の時間より短い送信禁止区間を通知するようにしても良い。
【００１８】
本発明は、無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムに使用する無線通信装置であって、送信要求信号の送信を行っていない状態で、自己の無線通信装置を含むグループアドレスが指定された送信許可信号の受信を確認したときに、送信許可信号を送信してきた無線通信装置に対する送信データがある場合に、前記送信許可信号を送信してきた無線通信装置に対して前記送信許可信号の受信直後にデータの送信を開始することを特徴とする無線通信装置である。
【００１９】
ここで、送信許可信号を受信した後、他のSTAの送信を確認する事無しデータの送信を開始するようにする。前記送信許可信号の受信を確認する際に、ネットワークを識別するための符丁フィールドの確認を行うようにしても良い。前記グループアドレスは、ブロードキャストアドレスであっても良い。前記データの送信の際に、予め割り当てられたプリアンブルパターンを使用するようにしても良い。
【００２０】
前記データの送信に先立って、前記送信許可信号と共に通知される送信禁止区間と、前記データの送信に必要な時間と、を比較し、前記送信禁止区間が前記データの送信に必要な時間より長いときにデータの送信を行うようにしても良い。
【００２１】
本発明の他の観点によれば、無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、送信要求信号の受信をしていない状態で、キャリアセンス後に、複数の端末を指定した送信許可信号の送信を行うステップを有することを特徴とする無線通信方法が提供される。
【００２２】
また、本発明は、無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムにおける無線通信方法であって、送信要求信号の送信を行っていない状態で、自己の無線通信装置を含むグループアドレスが指定された送信許可信号の受信を確認したときに、送信許可信号を送信してきた無線通信装置に対する送信データがある場合に、前記送信許可信号を送信してきた無線通信装置に対して前記送信許可信号の受信直後にデータの送信を開始するステップを有することを特徴とする無線通信方法である。
【００２３】
本発明は、上記に記載の無線通信方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであっても良いし、当該プログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体であっても良い。
【００２４】
また、本発明は、無線通信を行うにあたり、キャリアセンスと、送信要求信号と送信許可信号の交換と、を行う無線通信システムに使用する無線通信装置に用いられる集積回路であって、送信要求信号の受信をしていない状態で、キャリアセンス後に、複数の端末を指定した送信許可信号の送信を行う制御回路を有することを特徴とする集積回路である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来方式と互換性をできるだけ保ちながらSTAが同時送信を行うための制御データを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】Group IDが1のグループに含まれるSTA（STA1、STA2、STA3）が同時に送信を行う場合のタイミングチャートである。
【図２】送信されるデータの周期に合わせてグループ割り当てを行った一例を示す図である。
【図３】拡張CTSの一構成例を示す図である。
【図４】APの一構成例を示す機能ブロック図である。
【図５】STAの一構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】APとSTAが動作したときの一例を示すタイミングチャートである。
【図７】無線ネットワークの一構成例を示す図である。
【図８】STAがネットワークに接続する際のフローチャート図である。
【図９】APがSTAから接続要求を受け付ける処理のフローチャート図である。
【図１０】APが割り当てたグループに含まれるSTAに対して拡張CTSを用いて周期データを送信させるフローチャート図である。
【図１１】APが割り当てたグループに含まれるSTAが、APから送信された拡張CTSに従って周期データを送信するフローチャート図である。
【図１２】AP、STAが設定された状態で、APが周期データをSTAに送信させる手順を示す図である。
【図１３】STAのフローチャート図である。
【図１４】AP（Access Point、無線制御装置とも言う）は2つのSTA（STAtion、無線端末装置とも言う）と通信を行っており、STA1からAPへ、その直後にSTA2からAPへ通信が行われる場合の一例についてタイミングチャートを用いて示した図である。
【図１５】パケットの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明を行う。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態による無線通信システムについて詳細に説明する。本実施形態による無線通信システムでは、８つのSTAを複数のグループに分割し、１グループ内のSTA数が４以下になるように構成している。それぞれのグループに含まれる複数のSTAが所定の周期で送信データを発生させ、STAから同時に送信することで電波の利用効率を向上させる例について説明する。
【００２８】
本実施形態による無線通信システムは、ネットワークを管理するアクセスポイント（以下AP）と、APと接続する複数の無線局（以下STA）と、から構成される無線ネットワークにより構成されるものとする。図７は、このような無線ネットワークの一構成例を示す図である。図７に示すように、本実施の形態による無線ネットワークは、１つのAP701と、STA1からSTA8までの８つのSTA702-1-8が含まれるものとする。
【００２９】
図４は、APの一構成例を示す機能ブロック図である。図４に示すように、APは、APの筐体401、筐体401に取り付けられ、RF信号を送受信するための４本のアンテナにより構成されるアンテナ部402、アンテナ部402の接続先を制御部407からの指示で受信部404と送信部410とのどちらかに切り替えるスイッチ（SW）部403、受信したRF信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号に対してキャリアセンスを行いその結果を制御部407に通知すると共に、復調部405にベースバンド信号を入力する受信部404を有する。復調部405は、予め制御部407から設定された情報に基づき、入力されたベースバンド信号を復調する。MIMO復調するように設定されているときは、受信信号の先頭に付加されるプリアンブルのパターンも同時に設定され、設定されたプリアンブルパターンによって複数の送信アンテナとAPのアンテナ部402間の伝達関数を推定し、復調を行う。プリアンブルパターンやその他送信信号はIEEE802.11n規格に準ずるものを使用し、MIMO用のプリアンブルパターンは、IEEE802.11n規格で用いるMIMO用のプリアンブルパターン（HT-LTF）を使用する。本実施形態では、MIMO復調の方法は特に定めないが、ZF（ゼロフォーシング）法、MMSE（Minimum Mean Square Error）法、MLD（Maximum Likelihood Detection）法などの様々な方法が使用できる。本実施形態では、４本のアンテナを使用して最大４ストリーム（STAが１アンテナの場合は最大４STA）の信号を復調できるものとする。IEEE802.11n規格のMIMO送信時と同様のプリアンブルパターンを使用するため、最大で異なる４つのSTAからの伝達関数を推定することができる。推定した伝達関数は、復調で使用すると共に制御部407に入力される。復調結果は、パケット識別部406に入力される。MIMO復調した場合は復調したストリームが別々にパケット識別部406に入力される。
【００３０】
ここで、図１５を参照して、本実施形態で使用するパケットの構成例について説明する。パケットは、IEEE802.11方式に準じた構成を使用する。最初に、パケットヘッダ1501が配置され、その後にデータ本体が含まれるペイロード部1504が続き、最後にエラー検出用のFCS部1505が配置される。パケットヘッダ1501は更に幾つかのフィールドに分かれ、最初にコントロールフィールド1502が配置され、その他のフィールド1503が続く。コントロールフィールド1502の内容によってその他のフィールド1503内に含まれるフィールドの種類が変わる事がある。ペイロード部1504はパケットヘッダ1501の内容によっては含まれない場合もある。ペイロード部1504にはパケットヘッダの種類によって所定の値が含まれたり、上位層で使用するパケットがそのまま含まれる場合がある。ペイロード部1504に上位層で使用するパケットが含まれる場合、データ長は上位層で使用するパケットに含まれるものとする。FCS部1505はパケットヘッダ1501とペイロード部1504のCRCを含み、受信時にパケットヘッダ1501とペイロード部1504のCRCを計算し、FCS部1505と比較する事で受信パケットに誤りがあるかどうか判断する事ができる。
【００３１】
図４に戻り、パケット識別部406は復調部405が復調した信号からパケットヘッダ1502を検出し、パケットヘッダ1502の内容によってペイロード部1504、さらにはFCS部1505を取得し、パケットヘッダ1502とペイロード部1504を含めたCRCを計算し、CRCがFCS部1505と異なる場合は受信エラーであることを、CRCがFCS部1505と一致した場合は受信成功としてパケットヘッダ部1501とペイロード部1504を制御部407に送る。通信データを含むパケットを受信成功した場合は、ペイロード部1504を外部にも受信データとして出力する。
【００３２】
制御部407は、APとネットワーク全体の制御、管理を司るブロックであり、信号を受信すべき時にはスイッチ部403、受信部404、復調部405を設定し、信号の受信に備え、また、外部から送信データが入力されたとき、または制御部407内でネットワーク管理のための送信データが発生したときに、パケット生成部408、変調部409、送信部410、スイッチ部403を設定し、データの送信を行う。ネットワークの管理については後述する。
【００３３】
パケット生成部408は、外部から送信データが入力されると、その旨を制御部409に通知し、その後、制御部407から指定された形式でパケットヘッダ1502を付加し、ペイロード部1504に送信データを当て込み、ヘッダ部1502、ペイロード部1504のCRCを計算した後、FCS部1505を付加する。送信データが長い場合は、制御部407よりフラグメント化が指示される事があり、その場合は指示された内容に従って送信データを区分し、それぞれにパケットヘッダ1502、FCS部1505を付加する。パケットヘッダ1502、FCS部1505が付加された送信パケットは、制御部407から指定された通りに変調部409に入力される。変調部409は、制御部407からの指示で最大４つの変調データの生成が同時にできるものとする。また、変調部409は制御部407の指示により、入力されたデータに対して変調を行うに先立って制御部407から指定された形式のプリアンブルを生成できるものとする。変調部409はプリアンブルの送出後に制御部407より指示された変調方式で入力データを変調し、送信部410に対して送出する。送信部410は変調部409から入力された変調データをベースバンド信号とし、制御部407からの指示でベースバンド信号をRF信号に変換・増幅して出力するブロックで、制御部407からの指示で最大4つのRF信号の出力ができる。送信部410からの出力はスイッチ部403を経由してアンテナ部402から送信される。
【００３４】
次に、STAの構成例を図５に示す。STAの構成は、基本的にはAPと同様の構成であるが、アンテナ部のアンテナ本数が１となる。STAは、STAの筐体501、筐体501外に取り付けられ、RF信号を送受信するための１本のアンテナにより構成されるアンテナ部502、アンテナの接続先を制御部507からの指示で受信部504と送信部510のどちらかに切り替えるスイッチ（SW）部503、受信したRF信号をベースバンド信号に変換し、ベースバンド信号に対してキャリアセンスを行いその結果を制御部507に通知すると共に、復調部505にベースバンド信号を入力する受信部504を有する。さらに、復調部505、パケット識別部506、制御部507、パケット生成部508、変調部509、送信部510を有する。
【００３５】
復調部505は、予め制御部507から設定された情報に基づき、入力されたベースバンド信号を復調する。受信信号の先頭に付加されるプリアンブルによってAPの送信アンテナとSTAのアンテナ502間の伝達関数を推定し、復調を行うものとする。推定した伝達関数は復調で使用すると共に制御部507に入力される。復調結果はパケット識別部506に入力される。
【００３６】
パケット識別部506は、復調部507が復調した信号からパケットヘッダ1502を検出し、パケットヘッダ1502の内容によってペイロード部1504、さらにはFCS部1505を取得し、パケットヘッダ1502とペイロード部1504を含めたCRCを計算し、CRCがFCS部1505と異なる場合は受信エラーであることを、CRCがFCS部1505と一致した場合は受信成功としてパケットヘッダ部1501とペイロード部1504を制御部507に送る。通信データを含むパケットを受信成功した場合は、ペイロード部を外部にも受信データとして出力する。
【００３７】
制御部507は、STAとネットワーク全体の制御、管理を司るブロックで、信号を受信すべき時にはスイッチ部503、受信部504、復調部505を設定し、信号の受信に備え、また、外部から送信データが入力されたとき、または制御部507内でネットワーク管理のための送信データが発生したときに、パケット生成部508、変調部509、送信部510、スイッチ部503を設定し、データの送信を行う。ネットワークの管理については後述する。
【００３８】
パケット生成部508は、外部から送信データが入力されるとその旨を制御部509に通知し、その後、制御部509から指定された形式でパケットヘッダ1502を付加し、ペイロード部1504に送信データを当て込み、ヘッダ部1502、ペイロード部1504のCRCを計算した後、FCS部1505を付加する。送信データが長い場合は、制御部509よりフラグメント化が指示される事があり、その場合は指示された内容に従って送信データを区分し、それぞれにパケットヘッダ1502、FCS部1505を付加する。パケットヘッダ1502、FCS部1505が付加された送信パケットは、制御部507から指定された通りに変調部509に入力される。変調部509は制御部507の指示により、入力されたデータに対して変調を行うに先立って制御部507から指定された形式のプリアンブルを生成できるものとする。変調部509はプリアンブルの送出後に制御部507より指示された変調方式で入力データを変調し、送信部510に対して送出する。送信部510は変調部509から入力された変調データをベースバンド信号とし、制御部507からの指示でベースバンド信号をRF信号に変換・増幅して出力するブロックある。送信部510からの出力はスイッチ部503を経由してアンテナ部502から送信される。
【００３９】
まず、STAのグループを構成する手順について説明する。本実施形態では、ネットワークの管理はIEEE802.11規格に準ずる方法を用い、本発明の実施形態に必要な手順を更に詳しく説明する。グループ構成はSTAがネットワークに接続される時に都度グループ化が行われるものとする。
【００４０】
図８は、STAがネットワークに接続する際のフローチャート図である。ステップS801で接続対象のAPに対して接続要求を行う。これはIEEE802.11規格ではアソシエーション要求に相当する。次にステップS802でSTAから接続完了を受信する。これはIEEE802.11規格ではアソシエーション応答を受信する事に相当する。ステップS803で接続要求が正常に行われたか判断し、正常でなかった場合はステップS801に戻り再度接続要求を行う。正常に接続要求が受け付けられた場合はステップS804に進み、APに対してSTAが周期データを発生させる事を送信する。この時、周期データの発生周期と、一度に発生する情報量、周期データ送信時の変調方式を送信するものとする。複数種類のデータの発生がある場合も同様に送信するものとする。続いてステップS805でAPからGroup ID、Index（グループ内番号、または単に番号ともいう）とSignature（符丁ともいう）を受信する。このGroup ID、Index、Signatureは後述する拡張CTS（extend Clear To Send: eCTS）を識別し、周期データを送信するために使用する。複数のグループに割り当てられた場合は、Group ID、Indexが複数通知される。以上がSTA側の接続処理となる。
【００４１】
図９は、APがSTAから接続要求を受け付ける処理のフローチャート図である。ステップS901でSTAから接続要求を受信する。接続要求はIEEE802.11のアソシエーション要求に相当する。ステップS902で接続要求を送信してきたSTAをネットワークに登録し、ステップS903で接続要求を送信してきたSTAに対して接続完了を送信する。これはIEEE802.11のアソシエーション応答に相当する。続いて、ステップS904で接続要求を送信してきたSTAから周期データの発生に関する情報が送信されてくるか判断する。一定時間待っても送信がなかった場合は、そのSTAからは周期データが発生しないものと判断し、接続要求処理を終了する。一定時間内にそのSTAから周期データの発生に関する情報が送信されてきたときは、ステップS905に進みSTAに対するグループ割り当てを行う。
【００４２】
グループ割り当ての方法は様々な方法が考えられる。電波の利用効率を考えるとSTAの同時送信を許す機会に、許容STA数に近い数のSTAが送信する事が望ましい。また、同時に送信される際の送信時間ができるだけ等しいことが望ましい。これらの事を考慮して、APは周期データの発生を通知してくるSTAがネットワークに接続される毎にグループの割り当てを行う事が望ましい。
【００４３】
図２は、送信されるデータの周期に合わせてグループ割り当てを行った一例を示す図である。図２中の数値の０は、該当のSTAがそのグループに含まれない事を示し、０以外の数値は該当のSTAのグループ内Indexを表す。これによりSTA1、STA2、STA3がグループ１に、STA4、STA5がグループ２に、STA6、STA7、STA8がグループ３に、STA1、STA4、STA5、STA8がグループ4４含まれ、それぞれの表に示されたIndexが割り当てられている事を示す。グループ割り当ての結果、それぞれのグループに含まれるSTAが同じ周期でデータを発生させる事となる。
【００４４】
以上のような方法でグループ割り当てを行った結果を、ステップS906で接続要求を送信したSTAに対して送信し、同時にsignatureも送信する。Signatureは、拡張CTSの送信の際に用いるもので、同時送信を許可するグループのGroup IDと共に送信し、他のAPが送信した拡張CTSと区別するために使用するものである。拡張CTSについては後述する。続いて、ステップS907で接続要求を送信したSTA以外のネットワークに接続されているSTAに対し、新たに構成されたグループ割り当て結果を送信し、接続要求処理を終了する。
【００４５】
以上に示した接続要求処理については、AP側からの送信とSTA側からの送信のいずれもIEEE802.11のDCFに基づいた方法で行われる。
【００４６】
続いてAPが割り当てたグループに含まれるSTAに対して拡張CTSを用いて周期データを送信させるフローチャート図を、図１０を用いて説明する。
【００４７】
図１０に示すように、APはステップS1001で割り当てたグループ内のSTAに送信データが発生する時間かどうかを判断し、送信データが発生しない場合は再度ステップS1001に戻り、送信データが発生するSTAがあればステップS1002に進む。ステップS1002では送信データが発生するSTAが含まれるグループのGroup IDを指定し、グループに含まれるSTAの中で最も送信時間が長いSTAに合わせたNAV(後述)をセットした拡張CTSを送信する。この時、他のSTAが送信していない事を確認するためにDIFS時間待ってから送信する。
【００４８】
拡張CTSはIEEE802.11で使用されるCTS（Clear To Send）パケットとの互換性を保つために図３（ａ）に示した形式を使用する。パケットの先頭にCTSパケットを示すframe controlフィールド301、続いて指定するグループに含まれるSTAがデータを送信する際に他のSTAが送信しないようにセットするNAV（Network Allocation Vector、送信禁止区間とも言う）の値を含むDurationフィールド302が配置され、IEEE802.11でRA（Receiving station Address）が配置されるフィールド303にsignatureフィールド311とGroup IDフィールド306が配置され、最後にframe controlフィールドからGroup IDフィールドまでのCRCを含むFCSフィールド307が配置される。
【００４９】
Signatureは他のAPと区別できるビット列である事が望ましい。またAP、STAに割り当てられているMACアドレスと区別できるようにIEEE MACアドレスのU/Lビット（Universal/Local bit）が1である事が望ましい。また複数STA宛である事を示すためにIEEE MACアドレスのI/Gビット（Individual/Group bit）が１である事が望ましい。これらの事からsignatureは最初のオクテットが”xxxxxx11”（xは任意のビット）で始まる5オクテットのビット列を使用する事ができる。U/Lビット、I/Gビット以外のビットは他のAPとの区別が付けばどのようなビット列でも構わないため、APのMACアドレスの一部をそのまま使用する方法を使用しても良い。
【００５０】
Signatureを割り当てる際の方法として、IEEEのマルチキャストアドレスに準ずる方法を使用しても良い。この場合の一例を図３（ｂ）に示す。この例ではsignatureの第1オクテットから第3オクテットまで304をIEEEで規定しているマルチキャストMACアドレスのビット列01-00-5eを使用し、続いて2オクテットのPADフィールド305を配置し、その後にGroup IDフィールド306を配置する。他のAPから送信される拡張CTSと区別するために、PADフィールドにはAP固有のビット列を使用する事が望ましい。すなわち、PADフィールドは符丁としての意味を持つ事ができる。一例として、APのMACアドレスの下位16ビットを使用する方法や、APのMACアドレスの16ビットハッシュ値（使用するハッシュ関数は任意）を用いる方法などが使用できる。
【００５１】
拡張CTSを送信する際にセットするNAVは、対象としているグループに含まれるSTAが接続要求時に通知してきた一度に発生する情報量、周期データ送信時の変調方式から求まる送信時間の中で、最も長い送信時間にSIFS時間と1つのACKを送信するために必要な時間を足した値を設定するものとする。これにより、グループに含まれないSTAが拡張CTSに続いて送信されるグループ内STAの送信時にDCFによるデータの送信を開始する事を防ぐ事ができる。APからACKが複数回送信される事があるが、ACKはSIFS時間間隔で送信されるため、その間に他のSTAがDCFによる送信を開始する事はできない。ACKの複数送信の手順は後述する。
【００５２】
続いてステップS1003で拡張CTSを送信する際に指定したGroup IDのグループに含まれる複数のSTAが送信してくる信号を受信する。各STAは拡張CTSを受信した後、SIFS時間だけ待って同じタイミングで信号を送信してくるので、APはMIMO復調する事が可能となる。
【００５３】
ステップS1004でMIMO復調後の信号から図15に示す形式のパケットの検出を行い、一つも検出されなかったときはステップS1001に戻る。一つ以上のパケットを検出したときは、ステップS1005で、検出したパケットのパケットヘッダ1501、ペイロード部1504からCRCを計算し、FCS部1505と比較する事で検出したパケットが正しいかどうかを検出したパケットについて全て調べ、正しければパケットを送ってきたSTAに対してACKを、正しくなければNACKを順次送信する。この時、全てのSTAの送信が終わったタイミングからSIFS時間待って、その後ACK/NACKをSIFS間隔で送信するものとする。続いて、ステップS1006で一つでもNACKを送信していたときはステップS1002に戻り再度拡張CTSを送信してSTAに対して再送を行わせ、全てACKを送信した時は全データの受信が成功したものとしてステップS1001に戻る。
【００５４】
続いて、APが割り当てたグループに含まれるSTAが、APから送信された拡張CTSに従って周期データを送信するフローを、図１１を用いて説明する。
【００５５】
STAは、ステップS1101で自STAに対して割り当てられたGroup IDを含む拡張CTSが受信できたか判断し、割り当てられたGroup IDを含む拡張CTSが受信できなかったときはステップS1101に戻り、割り当てられたGroup IDを含む拡張CTSが受信できたときはステップS1102に進む。ステップS1102では自STA内にAPに対して送信する周期データがあるかどうかを判断し、送信するデータが無いときはステップS1101に戻り、送信するデータがあるときはステップS1103に進む。ステップS1103でAPに対してデータを送信する。この時、APから送信された拡張CTSの受信が終了した後、CIFS時間だけ待ってデータを送信する。また、使用するプリアンブルパターンは、IEEE802.11nのMIMO送信時に使用するプリアンブルパターン（HT-LTF）を使用し、自STAに対して割り当てられたグループ内のIndex値の空間ストリームが使用するプリアンブルパターンを使用して送信する。グループ内のSTAは全て異なるIndex値が割り当てられるため、同時に送信するSTAは全て異なるプリアンブルパターンを使用する事となる。続いて、ステップS1104でAPからACKが送信されたかどうかを判断し、ACKを受信したときは、ステップS1106に進み、ACKを受信できなかったときはステップS1105に進む。ステップS1105では送信する周期データが古すぎて有効でないかどうかを判断し、有効でない場合はステップS1106に進み、有効である場合はステップS1101に戻りAPから拡張CTSが送信されるのを待つ。ステップS1106では送信する周期データを破棄し、その後、ステップS1101に戻り拡張CTSが送信されるのを待つ。
【００５６】
以上のフローをAPと各STAが行うことで、複数のSTAから同時に周期データを送信し、APでMIMO復調することが可能となり、従来方式と比較して電波の利用効率が向上する。このフローの一例としてGroup IDが1のグループに含まれるSTA（STA1、STA2、STA3）が同時に送信を行う場合のタイミングチャートを図１に示す。最初、APまたはいずれかのSTAから送信が行われていることを符号101で示す。送信が終了したタイミングからDIFS時間102だけ待って、拡張CTS103をAPから送信する。拡張CTS103の送信が終了したタイミングからSIFS時間104待って、STA1からDATA1 105が、STA2からDATA2 106が、STA3からDATA3 107が送信される。APはSTA群から送信されるデータの中で一番送信時間が長いDATA2 106の受信が終了したタイミングからSIFS時間108待ってSTA1に対してACK1 109を送信し、ACK1 109の送信終了タイミングからSIFS時間110待ってSTA2に対してACK2 111を送信し、ACK2 111の送信が終了したタイミングからSIFS時間112待ってSTA3に対してACK3 113を送信し、STA群からのデータ送信が終了する。その後、他のデータ送信はDIFS時間114待った後に115から開始される。
【００５７】
なお、本実施形態では複数のSTAに対して連続でACKを送信する場合にACK間にSIFSを挿入したが、SIFSの挿入無しにACKのみを連続送信しても良い。
【００５８】
以上に示したように、APと接続する複数のSTAは複数の端末を含むいくつかのグループに分けられ、それぞれのグループに含まれる複数のSTAが所定の周期で送信データを発生させ、拡張CTSに合わせて同時にデータを送信する事で、電波の利用効率が向上する。この際、同期に必要な通信は拡張CTSの送信のみで、拡張CTSは従来方式で使用されているデータを一部変更する事で実現できるため従来方式との互換性も高く、導入が容易となる。
【００５９】
（第２の実施の形態）
上記第１実施形態では、STA群を複数のグループに分け、グループ内のSTA数をAPが復調できる最大ストリーム数を超えないように管理していた。第２実施形態では、STAが周期データを発生させる頻度が低く、周期データが同時送信される可能性が低い場合に、オポチュニスティックな制御により少ないオーバーヘッドでSTAから同時送信を行わせ、電波の利用効率を向上させる一例を示す。
【００６０】
基本的な構成は第１実施形態と同様で、図７に示すように1つのAP701と複数のSTA702とが含まれる無線ネットワークに対して適用する。APの装置構成も第１実施形態と同様に図４に示す構成の装置が、STAの構成も図５に示す構成の装置が適用できる。
【００６１】
各STAが単位時間当たりに周期データを発生させる確率をα、APが拡張CTSを送信する時間周期をβ、APに収容されているSTA数をnとすると、APが拡張CTSを送信した際に同時に送信するSTA数（期待値）はαβnとなる。この数が同時に復調できるストリーム数を超えないようにβを制御する。一例をあげると、図４に示したAPの構成では、最大４ストリームのMIMO復調が可能であるため、余裕をみてαβnの値が３以下となるようにβを設定する。また、周期データと通常の通信（例えばHTTP 等の一般的なTCP/IP通信で、一度に送信されるデータが大きい事を想定）で使用するデータを区別するために、周期データの大きさは十分に短い大きさ（例えば５００オクテット以下）に制限する。
【００６２】
更に、APに収容されているSTAに対し、拡張CTSに対して応答する時に使用するプリアンブルパターンを割り当てる。図５に示したSTAの構成の場合、IEEE802.11nで規定している４種類のプリアンブルパターンを出力する事が可能であるが、各STAが一様に周期データを発生させる事を想定し、APに収容されているSTA間でプリアンブルパターンの割り当てが偏らないようにする事が望ましい。割り当て方法の一例として、APがSTAから接続要求を受け付け、接続完了をSTAに対して送信する度に異なるプリアンブルパターンを順次割り当てていく方法や、IEEE802.11で接続完了（アソシエーション応答）を送信する際にSTAに対して送信する情報に含まれるAID（Association ID）を利用し、AIDにハッシュ関数（任意）を適用した２ビット長の情報を基にプリアンブルパターンを選択する方法、STAのMACアドレスにハッシュ関数（任意）を適用した２ビット長の情報を基に選択する方法などが使用できる。拡張CTSに対して送信するとき以外は、IEEE802.11nのアンテナ1本の時に使用するプリアンブルパターンを使用して送信を行うものとする。STAは送信するデータがある時にAPから拡張CTSが送信されると、初期値1の確率で送信するものとする。以降、この確率を送信確率とする。
【００６３】
以上のようにAP、STAが設定された状態で、APが周期データをSTAに送信させる手順を図を用いて説明する。
【００６４】
最初にAPのフローを、図１２を用いて説明する。ステップS1201で拡張CTSを送信する時間か判断し、送信する時間でなかった場合はステップS1201に戻り、送信する時間だった場合はステップS1202に進む。ステップS1202では拡張CTSにセットするNAVを短い周期データ送信用に設定する。ここではSTAが500オクテットのデータの送信するために必要な時間と、データ対するACKの送信に必要な時間と、の合計をセットする。続いてステップS1203で、どのSTAも送信を行っていない事を確認した後、DIFS時間待って拡張CTSを送信する。この時、指定するGroup IDはブロードキャストを意味する値を設定する。例えば、全ビットが１であるffをブロードキャストとして設定する方法が考えられる。Group IDを使用しない場合は、拡張CTSのsignatureとGroup IDを指定するフィールドに、IEEE MACアドレスではブロードキャストを意味する全ビットが1の値ffffffを、拡張CTSを意味するものとして指定する方法が考えられる。続いてステップS1204でSTAから送信される信号を受信する。この時、全てのプリアンブルパターンが使用されるものとしてMIMO復調を行う。続いてステップS1205で、復調した信号のヘッダ部、ペイロード部のCRCを計算し、FCS部と比較する事でエラー検出を行う。続いて、ステップS1206でエラーが無く正常にパケットを受信できたSTAに対して順次ACKを送信する。続いてステップS1207で受信したパケットにエラーが含まれていたか判断し、エラーが含まれていなかった場合はステップS1208に進み、プリアンブルパターンが送信の際に衝突した等の原因で受信エラーが発生した場合はステップS1209に進む。ステップS1208では拡張CTSの送信周期が初期値と異なっていた場合は周期を元に戻し、ステップS1201に戻る。ステップS1209では拡張CTSの送信周期を短くし、ステップS1201に戻る。どの程度短くするかは、APに収容しているSTA数、STAの送信確率などの要素が関係するため最適値を決める事は難しいが、エラー発生により再送するSTAの数が増え、輻輳が発生する事に対応する事が目的なので周期が短くなれば効果がある。一例としてエラーが発生する度に周期を半分にしていく方法が考えられる。
【００６５】
次に、STAのフローを図１３を参照して説明する。最初にステップS1301で拡張CTSがAPから送信されるのを待ち、拡張CTSが送信されなかった時は、再度ステップS1301に戻り、拡張CTSが受信できた時はステップS1302に進む。拡張CTSとしてsignatureとgroup IDのフィールドにffffffffを使用した時は、通常のブロードキャスト宛CTSの同様の形式となるが、NAVの設定が短い値であれば拡張CTSと判断する事ができる。ステップS1302では、自STAに送信する周期データがあるかどうか判断し、送信データが無かった場合はステップS1301に戻り、送信データがある場合はステップS1303に進む。ステップS1303では、０〜１の一様乱数を引き、設定されている送信確率より大きい乱数であった場合（Ｎ）はステップS1301に戻り、設定されている送信確率以下であった場合（Ｙ）はステップS1304に進む。
【００６６】
ステップS1304では拡張CTSが受信されてからSIFSだけ待ち、割り当てられたプリアンブルパターンを用いてデータの送信を行う。続いてステップS1305でAPから自STAに対してACKが送信されて来るか判断し、ACKが受信できた場合はステップS1306へ、ACKが受信できなかった場合はステップS1307に進む。ステップS1306では送信データを破棄し、送信確率を１に戻し、ステップS1301に戻る。ステップS1307では送信データはそのままに、送信確率の値を小さくしてステップS1301に戻る。一例として、送信確率を半分の値にする方法が考えられる。送信確率を小さくするのは通信エラーの原因が同じプリアンブルパターンを割り当てられたSTAが同時に送信データを発生させ、パケットが衝突した場合に対処するためで、送信機会を減らす事でパケットが衝突したSTAから新たに送信されるパケットの衝突を回避し、順次パケットの送信を成功させるためである。エラーが発生したときはAP側で拡張CTSを送信する周期を短くするため、送信機会を一時的に減らしても完全にデータの送信が不可能になる訳ではない。
【００６７】
以上の手順で、APとSTAが動作したときの一例を図６のタイミングチャートを用いて説明する。STA1とSTA3とが、APに対する周期データを発生させた状態の時にAPから拡張CTSを送信し、ほぼ同時にSTA2において通常の長い送信データが発生した場合を示している。最初の符号601で示した部分はAPもしくはいずれかのSTAがデータを送信している事を意味する。APは符号601で示した送信が終了した後、DIFS時間602待ち、送信しているSTAが無い事を確認した後に、拡張CTS 603を送信する。この拡張CTS 603にセットするNAV 604は、先に説明した短い値がセットされるものとする。拡張CTS 603を受信したSTA1はSIFS時間605だけ待った後、送信するDATA1 605の長さと返信されるACKの長さとSIFS時間を足した値がNAVより短い事を確認し、DATA1 605を送信する。同様に、STA3はDATA3 608を送信する。STA2は拡張CTS 603がブロードキャスト宛であるので、DATA2 607を送信しようとするが、DATA2 607の長さと、ACKの返信に必要な時間と、SIFS時間を足すとNAVを超えてしまうため、DATA2 607の送信を行わない。DATA1 605とDATA3 608とを受信したAPは、SIFS時間609だけ待った後に、STA1に対してACK1 610を送信し、送信後SIFS時間611待った後、ACK3 612をSTA3に対して送信し、一連の手順を終了する。最後のACK3 612の送信後、DIFS時間613待った後は他のDCFによる送信614を始めて良い。
【００６８】
以上のようなフローをAPとSTAとで行う事で、拡張CTSを使用して複数のSTAから同時に周期データを送信させ、APでMIMO復調する事で、電波の利用効率を高める事ができる。また、拡張CTSは従来のIEEE802.11規格と互換性の高い形式であるので、既存システムへの導入を容易に進める事が可能となる。
【００６９】
また、上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００７０】
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
【００７１】
また、本実施の形態で説明した機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００７２】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
【００７３】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また前記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。機能の少なくとも一部は、集積回路などのハードウェアで実現しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、無線通信装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
401…APの筐体、402…アンテナ部、403…スイッチ（SW）部、404…受信部、405…復調部、406…パケット識別部、407…制御部、408…パケット生成部、409…変調部、410…送信部、501…STAの筐体、502…アンテナ部、503…スイッチ（SW）部、504…受信部、505…復調部、506…パケット識別部、507…制御部、508…パケット生成部、509…変調部、510…送信部。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2013219687.tif 000013
【図１２】
2013219687.tif 000014
【図１３】
2013219687.tif 000015
【図１４】
2013219687.tif 000016
【図１５】
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