JP2005244840A

JP2005244840A - 無線通信装置及び無線通信方法

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Publication number: JP2005244840A
Application number: JP2004054781A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kawamura; 憲一河村; Yasuhiko Inoue; 保彦井上; Shuji Kubota; 周治久保田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】パケットの衝突確率を減少させる。
【解決手段】ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を利用して他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置において、所望するチャネルが一定時間内に使用されたと判定された場合に待機時間を設定する設定手段１３と、待機時間が経過した場合にデータを送信する送信手段を備えて、設定手段１３は待機時間は複数のタイムスロットからなり該タイムスロットの数をランダムに選択する選択手段１３４と、少なくとも１以上のタイムスロットの時間幅を、送信信号を送信するために必要な第１の時間と、他の無線通信装置が送信信号を受信完了してから他の無線通信装置が送信信号に対する返答信号の送信を開始するまでの第２の時間と、他の無線通信装置が返答信号の送信を開始してから返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な第３の時間との和に設定する時間幅設定手段１３４を具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信のアクセス方式の１つであるＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）を採用する無線通信装置及び無線通信方法に関する。

ＣＳＭＡ／ＣＡ方式は標準化団体ＩＥＥＥによって標準化されている、ＩＥＥＥ８０２．１１を代表とした無線通信システムで採用されているアクセス方式である。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、無線メディアへのアクセスを各無線通信装置が自律的に制御する。この方式の特徴として、ランダムバックオフと呼ばれる衝突回避方式があり、同一チャネルを共有して使用可能である（例えば、非特許文献１）。

また、無線通信装置間の距離、障害物などの影響で互いの端末が電波を検出できない場合（この無線通信装置は隠れ端末と呼ばれる）には、この衝突回避方式が機能しない。そのため、実際は使用中である無線チャネルに送信し、衝突が起こる確率が増加し、スループット特性が劣化する。これに対処するために、ＩＥＥＥ８０２．１１規格ではＲＴＳ／ＣＴＳと呼ばれる対策機能が定義されている。この方式により、ＣＴＳ信号を受信できる無線通信装置は送信待機することになり、隠れ端末問題を回避することができる。

IEEE802.11, "Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications,"IEEE802.11 Std, Aug.1999.

前述した無線通信装置を利用したものとして、基地局を中心としてサービスエリアを設定し、無線通信装置により基地局にアクセスするサービス形態がある。無線通信装置側の送信電力を削減しつつ、基地局のカバーエリアを広くとるため、基地局には全方位に等価な電波を出力するオムニアンテナを利用し、無線通信装置側のアンテナに指向性アンテナを使用し、アンテナパターンのピーク方向を基地局方向に向けるという利用形態が考えられる。
この場合、基地局が送信した電波は、全無線通信装置が受信可能であるが、無線通信装置が送信した電波を他の無線通信装置が受信できない可能性が高い。すなわち、無線通信装置はお互いに隠れ端末の関係になる。したがって、アクセス方式にＣＳＭＡ／ＣＡを用いる場合ＲＴＳ／ＣＴＳの使用が有効であるが、指向性アンテナを使用したことによって、無線通信装置が送信するＲＴＳ／ＣＴＳ信号を他の無線通信装置が検知できない可能性が高い。この結果、無線通信装置から基地局方向（上り方向）の通信の場合、ＲＴＳ信号が衝突する可能性が高くなり、スループット特性が大きく劣化するという問題がある。

本発明は、上述した従来の技術に鑑み、パケットの衝突する確率を減少させることが可能な無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を利用して他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置において、使用を所望するチャネルが一定時間内に他の無線通信装置に使用されたか否かを判定する判定手段と、前記チャネルが一定時間内に使用されたと判定された場合に、待機時間を設定する設定手段と、前記待機時間が経過した場合に、データを送信する送信手段を具備し、前記設定手段は、前記待機時間は複数のタイムスロットからなり、該タイムスロットの数をランダムに選択する選択手段と、前記複数のタイムスロットのうちの少なくとも１以上のタイムスロットの時間幅を、送信信号を送信するために必要な第１の時間と、前記他の無線通信装置が該送信信号を受信完了してから、前記他の無線通信装置が該送信信号に対する返答信号の送信を開始するまでの第２の時間と、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な第３の時間との和に設定する時間幅設定手段を具備することを特徴とする。

また、本発明の無線通信装置は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を利用して他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置において、使用を所望するチャネルが一定時間内に他の無線通信装置に使用されたか否かを判定する判定手段と、前記チャネルが一定時間内に使用されたと判定された場合に、待機時間を設定する設定手段と、前記待機時間が経過した場合に、データを送信する送信手段を具備し、前記設定手段は、前記待機時間は複数のタイムスロットからなり、該タイムスロットの数をランダムに選択する選択手段と、前記複数のタイムスロットのうちの少なくとも１以上のタイムスロットの時間幅を、送信信号を送信するために必要な第１の時間と、該送信信号が送信されてから、該送信信号が前記他の無線通信装置に到達するまでの第２の時間と、前記他の無線通信装置が該送信信号を受信完了してから、前記他の無線通信装置が該送信信号に対する返答信号の送信を開始するまでの第３の時間と、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、該返答信号が到達するまでの第４の時間と、該返答信号が到着し始めた時点から、該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な第５の時間との和に設定する時間幅設定手段を具備することを特徴とする。

本発明の無線通信方法は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を利用して他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信方法において、使用を所望するチャネルが一定時間内に他の無線通信装置に使用されたか否かを判定し、前記チャネルが一定時間内に使用されたと判定された場合に、待機時間を設定し、前記待機時間が経過した場合に、データを送信することを具備し、前記待機時間を設定することは、前記待機時間は複数のタイムスロットからなり、該タイムスロットの数をランダムに選択し、前記複数のタイムスロットのうちの少なくとも１以上のタイムスロットの時間幅を、送信信号を送信するために必要な第１の時間と、前記他の無線通信装置が該送信信号を受信完了してから、前記他の無線通信装置が該送信信号に対する返答信号の送信を開始するまでの第２の時間と、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な第３の時間との和に設定することであることを特徴とする。

また、本発明の無線通信方法は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を利用して他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信方法において、使用を所望するチャネルが一定時間内に他の無線通信装置に使用されたか否かを判定し、前記チャネルが一定時間内に使用されたと判定された場合に、待機時間を設定し、前記待機時間が経過した場合に、データを送信することを具備し、前記待機時間を設定することは、前記待機時間は複数のタイムスロットからなり、該タイムスロットの数をランダムに選択し、前記複数のタイムスロットのうちの少なくとも１以上のタイムスロットの時間幅を、送信信号を送信するために必要な第１の時間と、該送信信号が送信されてから、該送信信号が前記他の無線通信装置に到達するまでの第２の時間と、前記他の無線通信装置が該送信信号を受信完了してから、前記他の無線通信装置が該送信信号に対する返答信号の送信を開始するまでの第３の時間と、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、該返答信号が到達するまでの第４の時間と、該返答信号が到着し始めた時点から、該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な第５の時間との和に設定することであることを特徴とする。

本発明によれば、指向性アンテナを使用した無線通信装置が複数存在した場合に、それらが送信する信号の衝突確率を減少させ、情報伝送の効率を向上させ、スループットを改善することが可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る無線通信装置及び無線通信方法を説明する。ここでは、本発明をＩＥＥＥ８０２．１１標準規格に準拠した無線通信装置及び無線通信方法に適用した場合を例にとり説明する。
本実施形態の無線通信装置の具体的な構成の一例を図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る無線通信装置のブロック図である。

本実施形態の無線通信装置は、アンテナ１１、ＲＦ部１２、送受信処理部１３、送信信号生成／受信信号取得部１４、バッファ１５、及び、インタフェース部１６を備えている。
アンテナ１１は、ＲＦ部１２からデータを含む信号を受け取り他の無線通信装置又はアクセスポイントである基地局に向けて信号を送信したり、他の無線通信装置又は基地局から送信された信号を受け取り、受け取った信号をＲＦ部１２に渡す。本実施形態では、例えば、指向性アンテナを使用する。この場合、無線通信装置が基地局と通信するようなシステムでは、基地局のアンテナには全方位に等価な電波を出力するオムニアンテナを使用する。アンテナ１１は、アンテナパターンのピークを基地局方向に向ける。これら指向性アンテナ及びオムニアンテナによれば、無線通信装置の送信電力を削減しつつ、基地局のカバーエリアを広くとることができる。このようなアンテナ構成は無線通信装置を固定して使用するような固定ワイヤレスアクセス（ＦＷＡ）で主に使用される。

ＲＦ部１２は、アンテナ１１から受け取った信号の利得を調整すると共に、ベースバンド信号に変換し、ＡＤ変換（analog-to-digital conversion）を行い、ＡＤ変換されたデジタル信号の復調を行い、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠したフレームを復元し、このフレームを送受信処理部１３に出力する。また、ＲＦ部１２は、送受信処理部１３から受け取った信号を所定の変調方式で変調し、所定周波数への無線信号に周波数変換し、周波数変換された信号をアンテナ１１を介して無線通信装置又は基地局へ送信する。

送受信処理部１３は、ＲＦ部１２から受け取った信号に基づいてある無線チャネルが使用中の状態（Busy：ビジー）であるか否かを判断したり、ビジー状態である場合にはこの無線チャネルが未使用状態（Idle：アイドル）になるまで送信を延期したりするための制御をする。また、送受信処理部１３は、送信を延期するための延期時間をランダムに決定したり、この延期時間の単位であるタイムスロット幅を調整するための制御もする。この送受信処理部１３がタイムスロット幅を調整することによって、無線通信装置同士のパケットが衝突する確率を低減することが可能になる。送受信処理部１３の詳細は後に図２を参照して説明する。

送信信号生成／受信信号取得部１４は、送受信処理部１３から受け取った信号のヘッダの除去、エラー訂正等の処理を実行し、バッファ１５に出力する。また、送信信号生成／受信信号取得部１４は、バッファ１５から送信を所望するデータを取り込み、データのサイズを区切ったり、ヘッダを付して所定のデータ形式の送信信号を生成する。

バッファ１５は、送信信号生成／受信信号取得部１４から受け取った信号をデータとして一時的に記憶してインタフェース部１６に出力する。また。バッファ１５は、インタフェース部１６から受け取った信号をデータとして一時的に記憶して送信信号生成／受信信号取得部１４に出力する。

インタフェース部１６は、コンピュータ等の外部機器と接続してこの外部機器と無線通信装置との間でデータのやり取りを行うためのものである。インタフェース部１６には、例えば、ＰＣカードが挿入されて、ＰＣカードを介してコンピュータと無線通信装置との間でデータのやり取りが行われる。

次に、送受信処理部１３の詳細を図２を参照して説明する。図２は、送受信処理部１３のブロック図である。図２は、送受信処理部１３が実行する機能を示している。
信号検出機能１３１は、アンテナ１１から取得した受信信号の受信電力値を測定し、この受信電力値に基づいて所望のチャネルが他の無線通信装置に使用されているか否かを判定する。例えば、受信した信号のプリアンブルを受信することができたか否かで判定する。この例の場合は、所望のチャネルで受信した信号のプリアンブルを検出した場合はビジー状態であると判定される。

乱数発生機能１３２は、規定のコンテンションウィンドウ（ＣＷ：Contention Window）以下で０以上の整数の乱数を発生させ、その乱数値をもとにしたランダム時間を決定する。このランダム時間はバックオフ時間と呼ばれ、無線通信装置はバックオフ時間だけ待機した後に送信動作を開始する。

送信タイミング制御機能１３３は、無線通信装置が信号を送信するタイミングを制御するためのものである。信号検出機能１３１が所望の無線チャネルが一定期間（ＤＩＦＳ）の間、アイドル状態であると検出した場合に、送信タイミング制御機能１３３は他の無線通信装置がこのチャネルを使用していないと判定し、送信を開始しようとする。すなわち、上述したバックオフ時間だけ待機した後、送信動作を開始する。より詳細には、バックオフ時間は、一定時間であるタイムスロットの倍数であり、送受信処理部１３は自局である無線通信装置がアイドルであれば乱数値をタイムスロットごとに減算してゆき、最後にバックオフ時間が０となった無線通信装置が送信を開始する。

フレーム衝突が起こった場合は、この乱数発生範囲であるＣＷを２倍に増加させ同様の処理を行う。これによりフレーム再送時には再送回数に応じて指数関数的にＣＷが増加する。以上の方法でフレーム送信時の衝突をなるべく回避することができる。
さらに、送信タイミング制御機能１３３は、ＩＥＥＥ８０２．１１で規定されているＲＴＳ（Request To Send）信号及びＣＴＳ（Clear To Send）信号の送信タイミングも制御する。ＲＴＳ信号はデータを送信しようとする無線通信装置がこのデータを受信する無線通信装置へ送信する送信信号であり、ＣＴＳ信号はＲＴＳ信号を受信した無線通信装置が受信する準備が完了した旨を示す返答信号である。これらＲＴＳ信号とＣＴＳ信号の送信タイミングは後に図３を参照して詳細に説明する。

タイムスロット幅計算機能１３４は、コンテンションウィンドウのタイムスロット幅を調整するためのものである。調整後のタイムスロット幅は、例えば、ＲＴＳ信号の送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋αである。ＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）時間は短フレーム間隔と呼ばれＩＥＥＥ８０２．１１で定義されているフレーム送信間隔の中で最小のものであり、αは基地局がＲＴＳ信号を受信した後、基地局がＣＴＳ信号の送信を開始してから、無線通信装置がこのＣＴＳ信号の受信を開始したことを検出可能になるまでの時間、若しくはＣＴＳ信号が到着し始めた時点から、ＣＴＳ信号の受信を開始したことを検出するために必要な時間である。αは、例えば、基地局と複数の無線通信装置のうちの各無線通信装置との間の往路の遅延時間と復路の遅延時間のうちの最大値と、無線通信装置がキャリアセンス検出処理を行うために必要な時間との和である一定時間である。

αの他に、ＲＴＳ信号が無線通信装置から基地局までに到達するまでの遅延時間、及び、ＣＴＳ信号が基地局から無線通信装置に到達するまでの遅延時間も含んでもよい。後者の遅延時間は、例えば、基地局のサービスエリア内の全ての無線通信装置の各無線通信装置にＣＴＳ信号が到達するまでの時間のうち最大の遅延時間に設定するか、若しくは、これら全ての無線通信装置のうちの幾つかの無線通信装置の各無線通信装置にＣＴＳ信号が到達するまでの時間のうち最大の遅延時間に設定する。
この遅延時間は、無線通信装置から他の無線通信装置又は基地局までの距離に基づいて予め定められた時間が設定される。また、無線通信装置が受け取る受信信号を送信する無線通信装置又は基地局の送信電力を予め知っておき、信号検出機能１３１が測定した受信信号の受信電力値と、この受信信号を送信した無線通信装置又は基地局の送信電力とから、この受信信号を受信した無線通信装置とこの受信信号を送信した無線通信装置又は基地局との距離を推定し、この距離に基づいて遅延時間を設定してもよい。さらに他に、送信されたパケット内に記述されている送信時刻と、このパケットを受信した受信時刻とから、信号を送信した無線通信装置又は基地局と信号を受信した無線通信装置との距離を推定し、この距離に基づいて遅延時間を設定してもよい。

また、タイムスロット幅計算機能１３４は、各タイムスロットに対して、上記コンテンションウィンドウのタイムスロット幅を、ＲＴＳの送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋αに設定する。後に図６を参照して詳細に説明する。また、タイムスロット幅計算機能１３４は、上記コンテンションウィンドウのタイムスロット幅を、全体のタイムスロットのうち一部のタイムスロットのみ、ＲＴＳの送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋αに設定してもよい。タイムスロット幅計算機能１３４は、例えば、第１番目のタイムスロットと第２番目のタイムスロットのみのタイムスロット幅をＲＴＳの送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋αに調整する。後に図８を参照して詳細に説明する。

次に、無線通信装置がＣＳＭＡ／ＣＡ方式、ＲＴＳ信号及びＣＴＳ信号を使用してデータを送信する場合の一例を図３を参照して説明する。図３は、２つの無線通信装置と基地局の間の無線通信の処理の流れを示している。
無線通信装置１、無線通信装置２、及び、基地局がそれぞれ無線チャネルの使用状況を確認しビジー（Busy）（Ｔ１）がアイドルに移行した場合、無線通信装置１、無線通信装置２、及び、基地局は一定期間（Ｔ２）待機する。この一定期間はＤＩＦＳ（Distributed Inter Frame Space）と呼ばれる。無線通信装置１及び無線通信装置２は、ＤＩＦＳだけ待機した後、各無線通信装置の送受信処理部１３がバックオフ時間を設定し、各無線通信装置はバックオフ時間だけ待機する（Ｔ２−１、Ｔ２−２）。上述したように、バックオフ時間は各無線通信装置にある乱数発生機能１３２に基づいて決定されるので、一般に、各無線通信装置によって異なる。また、バックオフ時間は一定時間（タイムスロット幅）の整数倍であるので、例えば、図３の例では、無線通信装置１は３つのタイムスロット幅のバックオフ時間（Ｔ２−１）であり、無線通信装置２は８つのタイムスロット幅のバックオフ時間（Ｔ２−２）になる。そして、待機中無線チャネルが未使用であれば、タイムスロットごとに減算していき、最初にバックオフ時間が０になった無線通信装置が送信を開始する（Ｔ３−１）。

図３の例では、無線通信装置１が、通常のＣＳＭＡ／ＣＡアクセス方式にしたがって、ＲＴＳ信号を送信（Ｔ３−１）する。このＲＴＳ信号は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格のＲＴＳ／ＣＴＳと呼ばれる機能で定められている。このＲＴＳ／ＣＴＳは、各無線通信装置がチャネルの使用状況を把握することができない場合でもフレームの衝突を回避するためのものである。無線通信装置間の距離、障害物などの影響で互いに電波を検出できない場合には各無線通信装置（隠れ端末と呼ばれる場合がある）はチャネルの使用状況を把握することできず、ＣＷを２倍に増加させることでフレームの衝突を回避する処理も行うことができないので、この場合はＲＴＳ／ＣＴＳでフレームの衝突を回避することができる。

無線通信装置１が送信したＲＴＳ信号は基地局が受信し、基地局は受信後、ＳＩＦＳ（Short Inter Frame Space）だけ待機した後、ＣＴＳ信号を送信する（Ｔ４−１）。ＲＴＳ信号の送信元である無線通信装置１は、ＣＴＳ信号を受信後（Ｔ４−２）、ＳＩＦＳ時間待機し、待機後基地局宛てにデータを送信する（Ｔ５−１）。図３の例では、無線通信装置２もＣＴＳ信号を受信する（Ｔ４−３）。基地局はデータを受信し（Ｔ５−２）、ＳＩＦＳ時間待機し、ＡＣＫ（ACKnowledge）を送信する（Ｔ６−１）。ここまでの過程で直接通信する２つの無線通信装置以外で、ＲＴＳ信号、ＣＴＳ信号のどちらかの信号を受信することができた無線通信装置（図３の例では無線通信装置２）はＮＡＶ（Network Allocation Vector）と呼ばれる時間だけ送信を禁止する（Ｔ５−３）。ＮＡＶより送信が禁止される時間はＲＴＳ信号若しくはＣＴＳ信号に記述されているだけの時間である。
以上により、ＣＴＳ信号を受信することができる無線通信装置は送信待機することになり、隠れ端末が存在する場合もフレームの衝突を回避することができ、スループット特性を劣化することを避けることができる。本実施形態では、さらにＴ２−１及びＴ２−２でのバックオフ時間の設定に特徴がある。コンテンションウィンドウのタイムスロット幅を、上述したように、例えば、ＲＴＳの送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋αだけ調整する。

以下、コンテンションウィンドウのタイムスロット幅を調整せず図３に示したＲＴＳ／ＣＴＳ方式だけを適用した場合では、フレームが衝突する可能性があることを図４及び図５を参照して説明する。図４は、基地局を中心としてサービスエリアを設定した場合を示した図である。
図４に示したように、基地局を中心としてサービスエリアを設定し、無線通信装置から基地局にアクセスするサービス形態がある。図４に示すように、基地局を中心とした無線サービスエリアがあり、そのエリア内に複数の無線通信装置（図４の例では無線通信装置１及び無線通信装置２）が存在する状況を想定する。
無線通信装置を固定して使用するような、固定ワイヤレスアクセス（ＦＷＡ）では、無線通信装置側の送信電力を削減しつつ、基地局のカバーエリアを広くとるため、基地局には例えば全方位に等価な電波（Ｄ３）を出力するオムニアンテナを利用する。また、無線通信装置側のアンテナは例えば指向性アンテナを使用し、アンテナパターンのピーク方向を基地局方向に向ける（Ｄ１、Ｄ２）という利用形態が考えられる。この場合、基地局が送信した電波は、全無線通信装置が受信可能であるが、無線通信装置が送信した電波を他の無線通信装置が受信できない可能性が高い。すなわち、無線通信装置はお互いに隠れ端末の関係になる。したがって、アクセス方式にＣＳＭＡ／ＣＡを用いる場合ＲＴＳ／ＣＴＳの使用が有効であるが、指向性アンテナを使用したことによって、無線通信装置が送信するＲＴＳ信号及び／又はＣＴＳ信号を他の無線通信装置が検知できない可能性が高い。その結果、無線通信装置から基地局方向（上り方向）の通信の場合、ＲＴＳ信号が衝突する可能性が高くなり、スループット特性が大きく劣化するという問題がある。

図５はＲＴＳ信号が衝突する例を示した図である。無線通信装置１と無線通信装置２が基地局に信号を送信する場合、チャネルが使用中（Busy）であり、チャネルが使用中であることを無線通信装置がキャリアセンスにより検知可能である場合は送信を待機する。チャネルがＤＩＦＳ時間使用されていなければ、ランダムに決定されるコンテンションウィンドウ（Ｔ２−１、Ｔ２−３）だけ待機後、送信を開始する。この図５の例では無線通信装置１が先にＲＴＳ信号の送信を開始する（Ｔ３−１）が、指向性アンテナの影響で、そのＲＴＳ信号を無線通信装置２が受信できず、無線通信装置２もＲＴＳ信号を送信して（Ｔ３−４）しまうと、結果として基地局でＲＴＳ信号の衝突（Ｔ３−３）が生じることになる。
このように、アクセス方式にＣＳＭＡ／ＣＡを用いる場合、この方式の衝突回避方式はお互いにキャリアセンス可能である場合に有効に働く方式であるため、隠れ端末状態のこの例では、無線通信装置から基地局への送信時に衝突する確率が飛躍的に高くなる。

次に、タイムスロット幅計算機能１３４が計算することによりタイムスロット幅を調整する様子を図６を参照して説明する。図６は全てのタイムスロット幅を拡大する場合を示す。なお、ここでは例としてＲＴＳ／ＣＴＳを使用する通信方式の場合で説明する。
図６に示すように、ＲＴＳ信号を送信する直前に、各タイムスロットに対して、コンテンションウィンドウのタイムスロット幅を調整する（Ｔ２−５）。調整後のスロット幅は、ＲＴＳ信号の送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋αである。αは、上述したように基地局がＲＴＳ信号を受信した後、ＣＴＳ信号の送信を開始してから、無線通信装置がこのＣＴＳ信号の受信を開始したことを検出可能なだけの時間、若しくはＣＴＳ信号が到着し始めた時点から、ＣＴＳ信号の受信を開始したことを検出するために必要な時間であり、αの設定値の例としては、基地局と無線通信装置間の往路の遅延時間と復路の遅延時間の、全無線通信装置の最大値と、キャリアセンス検出処理に必要な時間を見込んだ一定時間である。
この調整により、図７に示すように、例えば、無線通信装置１のコンテンションウィンドウが０スロットで、無線通信装置２のスロット数が３であった場合、無線通信装置１が送信したＲＴＳ信号が送信されている間（Ｔ３−１）、無線通信装置２は送信待機し（Ｔ２−６）、基地局が送信するＣＴＳ信号を検知できる（Ｔ４−３）ため、ＮＡＶを設定することができる（Ｔ５−４）。これにより、同時に送信しようとする無線通信装置が複数ある場合に、ＲＴＳ信号の送信成功確率を上昇させることができ、スループットを向上させることが可能である。

次に、別の例として、タイムスロット幅計算機能１３４が計算することによりタイムスロット幅を調整する様子を図８を参照して説明する。図８は一部のタイムスロット幅を拡大する場合を示す。
上記コンテンションウィンドウのタイムスロット幅を、全体のタイムスロットのうち一部のタイムスロットのみ、ＲＴＳ信号の送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋αに設定する。例えば、図８に示すように、第１番目のタイムスロット及び第２番目のタイムスロットのタイムスロット幅のみをＲＴＳ信号の送信時間＋ＳＩＦＳ時間＋αに設定する。
以上によっても、同時に送信しようとする無線通信装置が複数ある場合に、ＲＴＳ信号の送信成功確率を上昇させることができ、スループットを向上させることが可能である。

以上、ＩＥＥＥ８０２．１１規格のシステムで、ＲＴＳ／ＣＴＳを用いた通信方式を例にとり実施例を説明したが、これらはスロットサイズの設定値も含め、すべて実施形態として例示的に示すものであり、限定的に示すものではない。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本実施形態に係る無線通信装置のブロック図。図１の送受信処理部の詳細を説明するための図。図１の無線通信装置と基地局との間の、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式及びＲＴＳ／ＣＴＳ方式での通信例を示す図。複数の無線通信装置が指向性アンテナを有して基地局と通信する場合を示した図。ＲＴＳ信号が基地局で衝突する場合を示した図。全てのタイムスロット幅を拡大する場合を示す図。タイムスロット幅を拡大してＲＴＳ信号の送信が成功する場合を示す図。一部のタイムスロット幅を拡大する場合を示す図。

符号の説明

１・・・無線通信装置、２・・・無線通信装置、１１・・・アンテナ、１２・・・ＲＦ部、１３・・・送受信処理部、１４・・・送信信号生成／受信信号取得部、１５・・・バッファ、１６・・・インターフェース部、１３１・・・信号検出機能、１３２・・・乱数発生機能、１３３・・・送信タイミング制御機能、１３４・・・タイムスロット幅計算機能

Claims

ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を利用して他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置において、
使用を所望するチャネルが一定時間内に他の無線通信装置に使用されたか否かを判定する判定手段と、
前記チャネルが一定時間内に使用されたと判定された場合に、待機時間を設定する設定手段と、
前記待機時間が経過した場合に、データを送信する送信手段を具備し、
前記設定手段は、
前記待機時間は複数のタイムスロットからなり、該タイムスロットの数をランダムに選択する選択手段と、
前記複数のタイムスロットのうちの少なくとも１以上のタイムスロットの時間幅を、送信信号を送信するために必要な第１の時間と、前記他の無線通信装置が該送信信号を受信完了してから、前記他の無線通信装置が該送信信号に対する返答信号の送信を開始するまでの第２の時間と、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な第３の時間との和に設定する時間幅設定手段を具備することを特徴とする無線通信装置。
前記時間幅設定手段は、送信信号としてＲＴＳ（Request To Send）信号を、返答信号としてＣＴＳ（Clear To Send）信号として、前記タイムスロットの時間幅を設定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記時間幅設定手段は、前記返答信号を受信することが可能な無線通信装置が複数ある場合に、前記第３の時間を、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、複数の前記無線通信装置のうちの幾つかの各無線通信装置、若しくは複数の前記無線通信装置の各無線通信装置が該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な各時間のうちの最大の時間に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。
ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を利用して他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信装置において、
使用を所望するチャネルが一定時間内に他の無線通信装置に使用されたか否かを判定する判定手段と、
前記チャネルが一定時間内に使用されたと判定された場合に、待機時間を設定する設定手段と、
前記待機時間が経過した場合に、データを送信する送信手段を具備し、
前記設定手段は、
前記待機時間は複数のタイムスロットからなり、該タイムスロットの数をランダムに選択する選択手段と、
前記複数のタイムスロットのうちの少なくとも１以上のタイムスロットの時間幅を、送信信号を送信するために必要な第１の時間と、該送信信号が送信されてから、該送信信号が前記他の無線通信装置に到達するまでの第２の時間と、前記他の無線通信装置が該送信信号を受信完了してから、前記他の無線通信装置が該送信信号に対する返答信号の送信を開始するまでの第３の時間と、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、該返答信号が到達するまでの第４の時間と、該返答信号が到着し始めた時点から、該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な第５の時間との和に設定する時間幅設定手段を具備することを特徴とする無線通信装置。
前記時間幅設定手段は、送信信号としてＲＴＳ（Request To Send）信号を、返答信号としてＣＴＳ（Clear To Send）信号として、前記タイムスロットの時間幅を設定することを特徴とする請求項４に記載の無線通信装置。
前記時間幅設定手段は、前記返答信号を受信することが可能な無線通信装置が複数ある場合に、前記第４の時間を、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、複数の前記無線通信装置のうちの幾つかの各無線通信装置、若しくは複数の前記無線通信装置の各無線通信装置に該返答信号が到達するまでの各時間のうちの最大の時間に設定することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の無線通信装置。
前記時間幅設定手段は、前記返答信号を受信することが可能な無線通信装置が複数ある場合に、前記第５の時間を、該返答信号が到着し始めた時点から、複数の前記無線通信装置のうちの幾つかの各無線通信装置、若しくは複数の前記無線通信装置の各無線通信装置が該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な各時間のうちの最大の時間に設定することを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載の無線通信装置。
ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を利用して他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信方法において、
使用を所望するチャネルが一定時間内に他の無線通信装置に使用されたか否かを判定し、
前記チャネルが一定時間内に使用されたと判定された場合に、待機時間を設定し、
前記待機時間が経過した場合に、データを送信することを具備し、
前記待機時間を設定することは、
前記待機時間は複数のタイムスロットからなり、該タイムスロットの数をランダムに選択し、
前記複数のタイムスロットのうちの少なくとも１以上のタイムスロットの時間幅を、送信信号を送信するために必要な第１の時間と、前記他の無線通信装置が該送信信号を受信完了してから、前記他の無線通信装置が該送信信号に対する返答信号の送信を開始するまでの第２の時間と、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な第３の時間との和に設定することであることを特徴とする無線通信方法。
ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を利用して他の無線通信装置と無線通信を行う無線通信方法において、
使用を所望するチャネルが一定時間内に他の無線通信装置に使用されたか否かを判定し、
前記チャネルが一定時間内に使用されたと判定された場合に、待機時間を設定し、
前記待機時間が経過した場合に、データを送信することを具備し、
前記待機時間を設定することは、
前記待機時間は複数のタイムスロットからなり、該タイムスロットの数をランダムに選択し、
前記複数のタイムスロットのうちの少なくとも１以上のタイムスロットの時間幅を、送信信号を送信するために必要な第１の時間と、該送信信号が送信されてから、該送信信号が前記他の無線通信装置に到達するまでの第２の時間と、前記他の無線通信装置が該送信信号を受信完了してから、前記他の無線通信装置が該送信信号に対する返答信号の送信を開始するまでの第３の時間と、前記他の無線通信装置が該返答信号の送信を開始してから、該返答信号が到達するまでの第４の時間と、該返答信号が到着し始めた時点から、該返答信号の受信を開始したことを検出するために必要な第５の時間との和に設定することであることを特徴とする無線通信方法。