JP2009159406A - 無線通信システム、無線通信方法、無線通信装置および通信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の周波数チャネルを用いて同時にフレームを送信しかつ各フレームに対する送達確認を必要とする通信方式を用いる場合に生じる問題を解消する。
【解決手段】本発明の一態様としての無線通信システムは、第１の無線通信装置が、第２の無線通信装置に第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信し、前記第２の無線通信装置は、前記第１の無線通信装置から、前記第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれを介して、前記フレームを受信し、各受信されたフレームの誤り検出を行うことにより各前記フレームの受信成否を判定し、各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ前記送達確認フレームを作成し、前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、前記送達確認フレームを各前記フレームの受信からあらかじめ定められた時間後に前記第１の無線通信装置に送信することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の無線通信装置間でデータ通信を行なう無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法および通信プログラムに関し、特に2つ以上の複数チャネルを介して同時にデータ通信を行なう無線通信システム等に関する。

無線LAN（Local Area Network）システムの代表的な標準規格であるIEEE802.11では、メディアアクセス制御方法として、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式を採用している。CSMA/CA方式では、データの衝突を回避するためにキャリアセンスによってメディアが一定時間以上継続して空いている(アイドル（Idle）である)ことを確認してから送信する。その際の継続待ち時間は、最小限の時間にランダムな長さの待ち時間を加えたもので、直前の通信があってから一定時間後に複数の通信装置が一斉に送信することを防止する。

また、無線LANにおいて更なる伝送速度の高速化への要求から、IEEE802.11n規格において様々な手法において高速化への提案が図られている。そのアプローチの1つとして、メディアである周波数帯域を拡張する方法が提案されている。既存のIEEE802.11無線LANシステム (IEEE802.11 a/b/g)では、1チャネル当たり20M Hzの周波数帯域で通信が行われていたが、IEEE802.11nではチャネルを隣接チャネルまで拡張し、隣接チャネルと併せて2チャネル分の40M Hzの周波数帯域での通信の実現が可能となる(例えば非特許文献1)。

IEEE802.11n規格では、100Mbps超のスループットを目的とされているが、今後、更なる高速化の要求も考えられ、実際、IEEE802.11ではStudy Groupとして、更なる高速化への検討が開始されている。その際、更なる高速化へのアプローチの1つとして、使用する周波数チャネル数を更に増加させる方法が挙げられる。使用する周波数チャネルが増えた場合の送信方法として、例えばコグニティブ（Cognitive）無線で検討されている方法と同様に、複数のチャネルをキャリアセンスし、空いている周波数チャネルで送信する方法が考えられる(例えば特許文献1)。
特開2007-300421公報 IEEE P802.11nTM/D2.00, February 2007.

IEEE802.11無線LANシステムでは、自端末宛てのフレームを受信した場合、該フレームのCRCチェックを実施した後、SIFS(Short Inter Frame Space)と呼ばれる16μs後にフレーム受信が成功したか否かを応答フレーム(例えばACKフレームやCTSフレーム)を用いて返信する必要がある。そのため、IEEE802.11無線LANシステムに特許文献1のような考えを適用してフレーム送信を行なった場合、送信端末は同一端末相手に対して複数の周波数チャネルにて同時にフレーム送信を行う可能性があり、また、フレームを受信した受信端末は、複数の周波数チャネルのデータをそれぞれ受信処理した後、受信成功したフレームのチャネル全てにおいてSIFS経過後にそれぞれ同時に応答フレームを返信する必要がある。このように、IEEE802.11無線LANシステムに特許文献1のような考えを適用した場合においては、送信フレーム自身だけでなく、SIFS後に返信が行なわれる応答フレームも複数の周波数チャネルで同時に送信される。

上記のように、複数の周波数チャネルを用いて同時にフレーム送信を行なうと、各チャネルでの送信電力低下に伴う受信側端末での受信特性劣化という懸念事項が挙げられる。以下、その説明を行なう。

まず、現在の一般的なIEEE802.11対応端末の実装では、全送信電力の総和を一定としており、使用する周波数チャネル数の増加により、各チャネルあたりの送信電力は1チャネルのみを用いて送信する場合に比べて、一般的に1/(周波数チャネル数)になってしまう。この場合、各チャネルあたりの送信電力が低くなることにより、そのような送信電力で各周波数チャネルから送信された各フレームを受信した無線通信端末では、1チャネルで送信された場合に比べて信号対雑音電力比(SNR)が劣化してしまい、受信誤り率が高くなってしまう。上記でも述べたように、IEEE802.11無線LANでは、SIFS後の応答フレームも複数の周波数チャネルを用いて送信される可能性があるが、受信成否情報を含んだ応答フレームが誤ると、必要以上のフレーム再送が発生してしまう等、フレームの受信性能劣化による誤り率劣化の影響は大きい。IEEE802.11n規格においてもDuplicate により2チャネル(40MHz)を用いて同じフレームの送信が行なわれるが、この場合は、それぞれのフレームを合成することで得られる合成利得のため各チャネルでの送信電力低下による上記問題は発生しない。本問題は、複数の周波数チャネルで同時に送信し、それぞれの周波数チャネルでのフレームを合成することなく個別に取り扱う必要がある場合等に顕著に発生する問題である。

また、前記記載のIEEE802.11対応端末の実装制約が無い場合でも、一般に、無線LAN端末の消費電力は低く抑えることが重要であるため、使用チャネル数を増加させても、送信電力を使用チャネル数倍にすることは考えられにくく、使用チャネル数の増加に伴い、各チャネルでの送信電力は抑える方向になると思われる。もし、万が一、使用チャネル数を増加させた場合に1チャネルあたりの送信電力を下げない場合は、受信性能の劣化は生じないが、無線LAN端末全体として送信電力は使用チャネル数倍となってしまうため、消費電力が大きな問題となってしまう。

また消費電力という観点では、複数のチャネルをキャリアセンスし、空いている周波数チャネルでフレーム送信を行なう端末側では、SIFS後に、送信を行なった全ての周波数チャネルで受信成功を示す応答フレームの返信の可能性があるため、全ての周波数チャネルで応答フレームが受信できるように受信待ち受けを行なっておく必要があり、1チャネルのみを待ち受けておけば良い場合に比べ、受信フィルタ等による消費電力が大きくなってしまう。更に、複数のチャネル送受信に伴う処理そのものも、1チャネルのみで送受信される場合に比べて消費電力が大きくなる要因となる。

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、複数の周波数チャネルを用いて同時にフレームを送信しかつ各フレームに対する送達確認を必要とする通信方式を用いる場合に生じる問題を解消する無線通信システム、無線通信装置、無線通信方法および通信プログラムを提供する。

本発明の一態様としての無線通信システムは、
第１の無線通信装置と第２の無線通信装置とが通信する無線通信システムであって、
前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置に第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信し、
前記第２の無線通信装置は、
前記第１の無線通信装置から、前記第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれを介して、前記フレームを受信し、
各受信されたフレームの誤り検出を行うことにより各前記フレームの受信成否を判定し、
各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ前記送達確認フレームを作成し、
前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、前記送達確認フレームを各前記フレームの受信からあらかじめ定められた時間後に前記第１の無線通信装置に送信する
ことを特徴とする。

本発明の一態様としての無線通信方法は、
第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信し、
前記第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれを介して、前記フレームを受信し、
各受信されたフレームの誤り検出を行うことにより各前記フレームの受信成否を判定し、
各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ前記送達確認フレームを作成し、
前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、前記送達確認フレームを各前記フレームの受信からあらかじめ定められた時間後に前記フレームの送信元に返信する
ことを特徴とする。

本発明の一態様としての無線通信装置は、
他の通信装置に、第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信する送信部と、
前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ送達確認フレームを各前記フレームの送信からあらかじめ定められた時間後に前記他の通信装置から受信する受信部と、
前記送達確認フレームを解析して各前記フレームの受信成否を検出する解析部と、
各前記フレームの受信成否に応じて次に送信する１つ以上の第２のフレームを決定する決定部と、を備え、
前記送信部は、前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうち１つ以上の前記周波数チャネルにより前記１つ以上の第２のフレームを送信する、
ことを特徴とする。

本発明の一態様としての通信プログラムは、
他の通信装置に、第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信するステップと、
前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ送達確認フレームを各前記フレームの送信からあらかじめ定められた時間後に前記他の通信装置から受信するステップと、
前記送達確認フレームを解析して各前記フレームの受信成否を検出するステップと、
各前記フレームの受信成否に応じて次に送信する１つ以上の第２のフレームを決定するステップと、
前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうち１つ以上の前記周波数チャネルにより前記１つ以上の第２のフレームを送信するステップと、
をコンピュータに実行させる。

本発明により、複数の周波数チャネルを用いて同時にフレームを送信しかつ各フレームに対する送達確認を必要とする通信方式を用いる場合に生じる問題を解消できる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる無線通信システムにおいて、第１および第２の無線端末間が複数の周波数チャネルを介してフレームの送受信を行なう例を示す。2つの無線端末は無線LAN（Local Area Network）等のネットワークを介して互いに通信する。

第１の無線端末は、キャリアセンス実施後、複数の周波数チャネル(図１ではチャネル数n)を介して第２の無線端末に対してそれぞれフレームを送信する。図１では、送信するフレームとしてRTS(Request To Send)フレームの例を示しているが、RTSフレームではなく通常のDataフレームや、複数のDataフレームが連結されたA-MPDUフレーム等、SIFS(Short Inter Frame Space)後に送達確認フレーム(応答フレーム)を必要とするフレームであればどのようなものでも良い。また、Dataフレームの場合、複数チャネルでそれぞれ送信されるDataフレームのPayloadは、異なるものでもよいし、Duplicate送信による同一のPayloadであっても良い。また、Payloadを含まないNull Dataフレーム等であっても良い。

一方、第２の無線端末では、第１の無線端末から送信される可能性のある複数の周波数チャネルでフレームを受信できるように待ち受けがなされており、第１の無線端末が複数チャネルで同時送信したそれぞれのフレームを受信可能である。第２の無線端末は、第１の無線端末から各周波数チャネルで送信されたフレームを受信した後、各チャネルで受信したフレームに対し独立に復調などの受信処理を行い、更に誤り検出（ここではCRCチェック）を用いて各チャネルで受信したフレームに誤りが含まれていないかどうかをチェックする（受信成否を判定する）。ここで、CRC=OKだったフレームに関しては、正しく受信できたフレームとして、またCRC=NGだったフレームに関しては、正しく受信できなかったフレームとして、それらの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを作成する。

ここで、送達確認フレームとは、RTSフレームに対してはCTS(Clear To Send)フレーム、Dataフレームに対してはACKフレーム、A-MPDUフレームに対してはBlock ACKフレームのことである。ここで、本実施形態での送達確認フレームは、IEEE802.11無線LANで規定されているそれら送達確認フレーム(CTS/ACK, Block ACK)に対して、上記各チャネルでの受信成否情報を格納するサブフィールドが新たに追加されている。

図２は、本実施形態に係わる送達確認フレームフォーマットの例(CTS/ACK)を示す。IEEE802.11無線LANでのCTS/ACKフレームフォーマットに対して、新たにChannel Notifyフィールドが追加されており、そのChannel Notifyフィールドが上記各チャネルでの受信成否情報を格納するサブフィールドである。送達確認フレームとしてBlock ACKを返信する場合も同様に、Channel Notifyフィールドを追加したフォーマットを用いれば良い。上記Channel Notifyサブフィールドでは、複数チャネルで送信されたフレームの受信成否結果をBitmap的に格納しても良いし、正しく受信できた周波数チャネルのみを格納するようにしても良い。

その後、第２の無線端末は、上記複数の周波数チャネルのうちのある特定の周波数チャネル（１つ以上ｎ−１個以下の周波数チャネル）を用いて、各周波数チャネルで受信したフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを返信する。返信は、複数チャネルでのフレーム受信完了後、SIFS(=16μs)経過したタイミングにて行なう。図１においては、送達確認フレームを返信する特定チャネルはCh_1の場合を示している。なお、送達確認フレームを返信する特定チャネルの詳細に関しては、後述する。

第１の無線端末は、特定チャネルで返信された送達確認フレームを受信し、該フレームを解析することにより、送信を行なった複数チャネルでのフレームのうち、どのチャネルでのフレームが送信成功し、どのチャネルでのフレームが送信失敗であったかの把握ができる。その後、第１の無線端末は、各フレームの送信成否結果を基にフレームの再送等を行なうことが可能である。

例えば複数チャネルを介してそれぞれ送信したフレームがRTSフレームの場合は、受信した送達確認フレームであるCTSフレームの解析によりどのチャネルでのRTSフレーム送信が成功したのかをチェックし、その後、RTSフレームの送信が成功したチャネルのみを用いてDataフレームの送信を行なう等が考えられる。

また、複数チャネルを介してそれぞれ送信したフレームがDataフレームの場合は、受信した送達確認フレームであるACKフレームの解析によりどのチャネルでのDataフレーム送信が成功したのかをチェックし、その後、送信失敗であったチャネルで送信したDataフレームの再送を行なう等が考えられる。

更にその際、Dataフレームの再送には、再度そのまま同じチャネルを用いる方法や、送信が成功したチャネルを用いる方法や、再度キャリアセンス実施により改めてチャネルを選択する方法などが考えられる。複数チャネルを介してそれぞれ送信したフレームが複数のDataフレームを連結したA-MPDUフレームの場合も、送達確認フレームがBlock ACKフレームに変わる点を除き、基本的には複数チャネルを介してそれぞれ送信したフレームがDataフレームの場合と変わらない。

第１の無線端末は、複数チャネルにてフレーム送信した後、SIFS経過後に上記ある特定チャネルにて送達確認フレームの受信を確認できない場合は、送信を行なった複数チャネル全てについて送達確認できないため、全てのチャネルでの送信フレームが誤ったものとみなして、その後の送信処理を行なうものとする。

次に、第１の無線端末及び第２の無線端末がフレームを送信する場合の送信電力に関して説明する。本提案システムは、無線端末として全送信電力の総和を一定( =P)として送信を行なうシステム、もしくは、1チャネルでの送信電力が常に一定( =P)として送信を行なうシステムのいずれかである。

全送信電力の総和を一定として送信を行なうシステムの場合、同時に送信を行なうチャネル数が増えるほど、各チャネルでの送信電力は小さくなる。例えば、各チャネルでの送信電力を均等に配分する場合は、同時に送信を行なうチャネル数がnとすると、それぞれのチャネルでの送信電力はP/nとなる。なお、必ずしも各チャネルでの送信電力を均等に配分する必要はない。このようにして、同時に送信を行なうチャネル数が増えた場合でも、送信電力の総和の増大を防ぐ事ができる。

また、1チャネルでの送信電力が常に一定として送信を行なうシステムの場合は、同時に送信を行なうチャネル数が増えるほど、送信電力の総和が大きくなる。その一方、各チャネルでの送信電力が小さくする必要がないため、各チャネルで送信するフレームのSN比の劣化等を防止できる。

上述したように、本提案システムでは、複数のチャネルで受信したそれぞれのフレームの受信結果情報を含んだ送達確認フレームをある特定のチャネルのみを介して返信することにより、各チャネルでの受信成否を通知する。図８に示す従来例では受信成功した全てのチャネルでそれぞれ送達確認フレームを同時返信するが、本実施形態では、ある特定のチャネルのみを介して全てのフレームについての受信成否を通知するため、返信する送達確認フレーム数を減らすことが可能となる。よって、無線通信装置として送信電力の総和が定められている場合には、送達確認フレーム送信時の送信電力を上げることが可能となり、送達確認フレームの受信性能向上を図ることができる。また、無線通信装置として送信電力の総和が定められていない場合には、送達確認フレーム送信における送信電力を減らすことが可能となり、低消費電力化を図ることができる。更に、特定のチャネルでのみ送達確認フレームを送信処理及び受信処理すれば良いため、全てのチャネルで送信処理及び受信処理する場合に比べて、処理そのものが低消費電力化に繋がる。

ところで、IEEE802.11無線LANでは物理的なキャリアセンスによるパケット衝突回避と併せて、NAV(Network Allocation Vector)による仮想キャリアセンスによるパケット衝突回避機能が用意されている。NAVによる仮想キャリアセンス機能は、フレーム送信宛先相手以外の端末に対して、フレームのMACヘッダ内のDurationフィールドに設定した時間をNAVとして送信抑制を行なうものである。IEEE802.11無線LANでは、Durationフィールドに設定するNAV値は、送信フレームに対して少なくとも送達確認フレームの受信完了までの時間(送信フレームがRTSフレームの場合は、少なくとも次のデータフレームの送達確認フレームまでの時間)が設定され、送信フレームが送達確認フレームを必要としないフレームの場合は、基本的には0が設定される。

そのIEEE802.11無線LANのポリシーを踏襲すると、第１の無線端末が複数のチャネルにて同時にフレームを送信する際、送達確認フレームが返信される特定チャネル以外のチャネルでは、SIFS後に送達確認フレームの返信は行なわれないため、通常では、送信フレーム内のDurationフィールドには0が設定される。しかしながら、本提案システムでは、上記特定チャネルでの送信フレーム内のDurationフィールドと同じように、特定チャネル以外のチャネルでの送信フレーム内にも、少なくとも送達確認フレームが返信されるまでの時間を設定しておくものとする。すなわち、送達確認フレームが返信される特定チャネルであるか否かに関わらず、同時送信を行なう複数チャネルのそれぞれのフレーム内のDurationフィールドには、全て少なくとも送達確認フレームが返信されるまでの時間を設定しておくものとする。これによりその後のDataフレームの送信までの間に、他端末によりそのチャネルの送信権が獲得するのを阻止する。つまり、図１のAで示した期間は送達確認フレームが返信される特定チャネル以外のチャネルでは送信が行われないため、キャリアがSIFS以上の間IDLE(空き)となってしまうが、上記のようにDurationフィールドに時間を設定しておくことで（仮想キャリアセンス機能を利用することで）、その間に他端末がキャリアセンスによる送信権を獲得しフレーム送信してしまうことを抑制できる。

次に、各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを返信する特定チャネルに関して説明する。本実施形態では、ネットワーク内のアクセスポイントである無線端末がネットワークを開始時、あるいはネットワークを開設中に、送達確認フレームを返信する特定チャネルを決定するものとする。アクセスポイントである無線端末は、ネットワーク開始時あるいはネットワーク開設中に決定したチャネルを、ネットワーク内全端末にBroadcastフレームであるBeaconフレームやProbe Responseフレーム等の報知フレームを用いて通知する。これにより、第１の無線端末及び第２の無線端末も含め、ネットワーク内の全端末が、各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを返信する特定チャネルを認識可能である。更に、ネットワーク開設中に特定チャネルを別の周波数チャネルに変更することも可能である。また、第１の無線端末あるいは第２の無線端末自身がアクセスポイントとして動作する端末であっても基本的には変わらない。

これにより、第２の無線端末は送達確認フレームを返信する特定チャネルを認識できるため、複数チャネルでフレームを同時受信後、SIFS後に特定チャネルで送達確認フレームを返信可能である。また、第１の無線端末もアクセスポイントからの報知により、予め返信される特定チャネルを把握できている。そのため、第１の無線端末は複数のチャネルでフレームを同時送信後、把握できている特定チャネルのみで少なくともSIFS後の送達確認フレームの返信を待ち受けておけば、送信を行なった全てのチャネルでの送達確認が可能となる。よって、従来の場合は、第１の無線端末は全てのチャネルで送達確認フレームを受信待ち受けしておく必要があったが（図8参照）、本実施形態では、ある特定のチャネルのみで送達確認フレームを受信待ち受けしておけば良いため、第１の無線端末の受信フィルタ等による低消費電力化が図れる。ここで、第１の無線端末では、低消費電力化のためにはその特定チャネルのみで送達確認フレームを待ち受けるように制御を行うことが望ましいが、必ずしもその特定チャネルだけで待ち受ける必要はなく、特に制御を行わずそのまま全チャネルで待ち受けるようにしても良い。

また、アクセスポイントとして動作する無線端末が、各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを返信する特定チャネルを選択する際、以下のようなポリシーのいずれかを用いる。

1つ目は、常に固定の周波数チャネルを特定チャネルとして指定する方法、
2つ目は、送信が行なわれる複数チャネルの中からランダムに選択した周波数チャネルを特定チャネルとして指定する方法、
3つ目は、送信が行なわれる複数チャネルの各チャネルでのチャネル利用率を推定し、チャネル利用率の低いチャネルを特定チャネルとして指定する方法、
4つ目は、隠れ端末問題が発生する確率の高い周波数チャネルが何らかの方法で推定可能な場合、その隠れ端末問題が発生する確率の高い周波数チャネルを特定チャネルとして指定する方法、
である。

3つ目の方法でチャネルを選択した場合、フレーム送信時の衝突や干渉の確率が低いチャネルで送達確認フレームを返信できるため、送達確認フレームの誤りに対するロバスト性を高めることができる。また、4つ目の方法でチャネルを選択した場合、隠れ端末問題が発生する確率の高いチャネルで送達確認フレームを返信することになるため、そのようなチャネルで発生する隠れ端末による問題を防止することができる。

なお、3つ目の方法である各チャネルでのチャネル利用率を推定する際、各チャネルでのキャリアセンス結果を用いてチャネルがビジー（Busy）である時間を測定し、ある一定期間におけるその割合(Busy率)を求めることで、その値を各チャネルでのチャネル利用率として用いるものとする。また、チャネルの利用率を求める際、キャリアセンスによるBusyの割合ではなく、収容している端末の台数と各端末が設定しているTraffic Stream(TS)情報等を基に、一定期間内にどの程度チャネルが利用されるかを推定してチャネルの利用率を推定しても良い。また、チャネル利用率の推定はネットワーク開始時から継続して平均化を行っても良いし、ある一定期間(例えばビーコンインターバル期間)毎に平均化・更新を行っても良いし、一定フレーム送信回数あるいは受信回数毎に平均化・更新を行うなど、どのような頻度・間隔毎に平均化しても良い。

また、上記いずれかの方法で選択する特定チャネルは、送達確認フレームの受信性能向上、あるいは、送達確認フレーム送信における送信電力の削減等、本提案システムでの効果の観点から、基本的には1チャネルのみを選択すれば良いが、必ずしも1チャネルのみである必要はない。例えば、送達確認フレームを返信する特定チャネルを2チャネルにし、それらのチャネルで各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームをDuplicate送信することで、送達確認フレームの誤りに対するロバスト性を高めることが可能であったり、2チャネルにて隠れ端末問題を考慮することが可能であったりする。隠れ端末問題を考慮する場合などは、選択するチャネルを2チャネル以上にすることも考えられる。

本実施形態では、アクセスポイントとして動作する無線端末が送達確認フレームを返信する特定チャネルの選択及び通知を行う場合を説明したが、アクセスポイントとして動作する無線端末が選択するのではなく、システム的に予め特定チャネルが定められているようになっていても良い。この場合は、システム的に予め特定チャネルが定められているため、アクセスポイントとして動作する無線端末が、ネットワーク内の無線端末に対して報知チャネルを用いて通知しなくても、それぞれの無線端末は送達確認フレームの返信チャネルを把握可能である。

次に、第１の無線端末及び第２の無線端末として動作する無線通信装置について説明する。図３は第１の無線端末として動作する無線通信装置（第１の無線通信装置）の構成例を示すブロック図、図４は第２の無線端末として動作する無線通信装置（第２の無線通信装置）の構成例を示すブロック図である。

図３の第１の無線通信装置は、少なくともアンテナ部11と、受信処理部12と、送達確認フレーム解析部13と、送信処理部14と、送達確認フレーム応答チャネル記憶部15と制御部16とから構成される。アンテナ部11および受信処理部12は例えば受信部をなしている。またアンテナ部11および送信処理部14はたとえば送信部をなしている。

まず、送信処理部14は、送信処理を行って複数のフレームを生成し、キャリアセンス後、アンテナ部11を介して複数の周波数チャネルにより同時送信する。送信処理部14は、各フレームのDurationフィールドに送達確認フレームが返信可能な期間を設定する期間設定部を含んでいてもよい。SIFS経過後、アンテナ部11を介して受信処理部12が特定チャネルで返信された送達確認フレームを受信処理する。ここで、送達確認フレーム応答チャネル記憶部15では、送達確認フレームが返信される周波数チャネルを記憶保持している。特定チャネルの情報は、アクセスポイントである無線端末からBeaconフレームやProbe Responseフレームにより通知されるため、アクセスポイントである無線端末からの該当フレームが受信処理部12にて受信処理された場合には、送達確認フレーム応答チャネル記憶部15に、通知された周波数チャネルを記憶させておく。受信処理部12が上記SIFS経過後に特定チャネルで返信された送達確認フレームを受信処理する際、制御部16は送達確認フレーム応答チャネル記憶部15に記憶されている周波数チャネルのみで送達確認フレームを待ち受けるように受信処理部12を制御する。

返信された送達確認フレームを受信処理部12にて受信処理した後、該フレームは送達確認フレーム解析部13へ入力され、送達確認フレーム解析部13にて送達確認フレームに含まれている各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を解析する。送達確認フレーム解析部13にて把握できた各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報に基づき、送信処理部14は、次に送信するフレーム（第２のフレーム）を決定し、フレームの送信を行う。たとえば、Dataフレームの送信が失敗した場合はこのフレームを送信フレーム（再送フレーム）として決定し、フレームの送信が成功した場合は、新たなフレームを送信フレームとして決定し、ＲＴＳフレームの送信が成功した場合は、Dataフレームを送信フレームとして決定する。送信処理部14は、各フレームの受信成否に応じて次に送信する第２のフレームを決定する決定部を備える。

一方、図４の第２の無線通信装置は、少なくともアンテナ部21と、受信処理部22と、送達確認フレーム作成部23と、送信処理部24と、送達確認フレーム応答チャネル記憶部25とから構成される。アンテナ部21および受信処理部22はたとえば受信部をなしている。アンテナ部21および送信処理部24はたとえば送信部をなしている。

ここで、送達確認フレーム応答チャネル記憶部25では、図３の送達確認フレーム応答チャネル記憶部15と同様に、アクセスポイントである無線端末からBeaconフレームやProbe Responseフレームにて通知された、送達確認フレームを返信する周波数チャネルを記憶する。

第２の無線通信装置では、アンテナ部21を介して複数の周波数チャネルにて同時送信されたフレームを受信し、受信処理部22にてそれらのフレームをそれぞれ独立に受信処理する。その際、受信処理部22での受信処理の1つとして各周波数チャネルで受信したフレームのCRCチェックも行なう。受信処理部22は、各フレームの誤り検出を行う誤り検出部を含んでいる。各チャネルでのフレームのCRC結果情報は、送達確認フレーム作成部23へ入力する。送達確認フレーム作成部23では、入力された各チャネルのフレームのCRC結果情報、つまり各チャネルのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを作成する。作成された送達確認フレームは、送達確認フレーム応答チャネル記憶部25にて記憶されている周波数チャネルを用いて送信処理部24を介してSIFS後に返信される。

ここで、図３の第１の無線通信装置がアクセスポイントとして動作する場合、各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを返信する特定チャネルを選択するチャネル選択部を更に有する。図５に第１の無線通信装置がアクセスポイントとして動作する場合のブロック図を示す。チャネル選択部17では、各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを返信する特定チャネルを選択し、選択した周波数チャネルを送達確認フレーム応答チャネル記憶部15に記憶しておく。チャネル選択部17では、先ほど説明したように、4つのポリシーのいずれかによって周波数チャネルを選択する。また、チャネル選択部17は、選択した周波数チャネルを、各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを返信する特定チャネルとして、ネットワーク内の他の無線端末（他の通信装置）に通知する。具体的には、送信処理部14を介してBeaconフレームやProbe Responseフレーム等の報知フレームの送信により、選択した周波数チャネルを通知する。チャネル選択部17は、選択された特定チャネルをネットワーク内の他の無線端末に通知するチャネル通知部を含んでいる。

また、図４の第２の無線通信装置がアクセスポイントとして動作する場合も、図５と同様のチャネル選択部17を追加すればよく、上記と同様にして、周波数チャネルの選択および通知を行う。その他の処理は図４の説明と同様であるため、詳細な説明は割愛する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、アクセスポイントとして動作する無線端末が、送達確認フレームを返信する特定チャネルの選択及び通知を行い、あるいは、システム的に予め特定チャネルが定められていた。これに対し、第２の実施形態では、第１の無線端末が特定チャネルを選択し、選択した特定チャネルを、複数の周波数チャネルにより同時送信するフレームを介して、送信相手である第２の無線端末に通知する。このように、第１の無線端末自身が特定チャネルを選択可能であるため、第１の無線端末がアクセスポイントとして動作しない場合でも、第１の無線端末の都合により特定チャネルを指定することができる。

また、第１の無線端末がチャネル選択を行う際のポリシーは、第１の実施形態にてアクセスポイントとして動作する無線端末がチャネル選択を行う際のポリシーと同様である。ただし、本実施形態では、第１の無線端末が複数の周波数チャネルにて同時送信する毎に、その都度特定チャネルを指定可能であるため、例えば3つ目のポリシーとして記載した方法（送信を行なう複数チャネルの各チャネルでのチャネル利用率またはBusy率を推定し、チャネル利用率の低いチャネルを特定チャネルとして指定する方法）を用いる場合などにおいては、各チャネルでのチャネル利用率またはBusy率の変化に対応してより適応的な選択が可能となる。

第１の無線端末は、選択した特定チャネル情報を複数の周波数チャネルにより送信するそれぞれのフレームに付加して送信を行ない、第２の無線端末は複数の周波数チャネルのフレームのうち少なくとも1フレームの受信の成功により、SIFS後に送達確認フレームを返信するべき特定チャネルを把握可能となる。

本実施形態での第１の無線端末及び第２の無線端末として動作する無線通信装置の構成例は、それぞれ図５と図４と同様であるが、実装次第ではそれぞれの送達確認フレーム応答チャネル記憶部は不要である。

また、本実施形態では、第１の無線端末として動作する図５の第１の無線通信装置では、チャネル選択部17で選択した周波数チャネルを相手端末である第２の無線通信装置に通知するため、複数のチャネルで送信する各フレームに選択周波数チャネルの情報を付加する機能が、送信処理部14に対して新たに追加されている。一方、第２の無線端末として動作する図４の第２の無線端末装置では、アンテナ部21を介して複数の周波数チャネルにてフレームを同時受信し、受信処理部22にてそれらのフレームをそれぞれ独立に受信処理する際、それぞれのフレームに付加された特定チャネル情報を解析する機能が追加されている。それ以外は、基本的に第１の実施形態と同じである。

(第３の実施形態)
第３の実施形態は、各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームを返信する特定チャネルを、送達確認フレームを返信する第２の無線端末が選択することを特徴とする。

第２の無線端末は、それぞれの周波数チャネルで送信されたフレームを受信し、それぞれのフレームを受信処理した後、CRCチェックにより受信が成功した周波数チャネルの中から、送達確認フレームを返信する特定チャネルを選択し、選択したチャネルにて送達確認フレームを返信する。ここで、第２の無線端末は、CRCチェックにより受信が成功した周波数チャネルの中から特定チャネルの選択を行う際、2チャネル以上で受信が成功していた場合、それらの周波数チャネルの中から以下のようなポリシーのいずれかにて特定チャネルを選択する。

1つ目は、予め各周波数チャネルに優先度が決められており、受信成功したチャネルの中からその優先度に従い特定チャネルを選択する方法、
2つ目は、受信成功したチャネルの中からランダムに特定チャネルを選択する方法、
3つ目は、受信成功した各チャネルでのチャネル利用率を基に、それらのチャネルの中からチャネル利用率の低いチャネルを特定チャネルとして選択する方法、
4つ目は、隠れ端末問題が発生する確率の高い周波数チャネルが何らかの方法で推定可能な場合、受信成功したチャネルの中からその隠れ端末問題が発生する確率の高い周波数チャネルを特定チャネルとして選択する方法
である。

本実施形態では、第２の無線端末が複数のチャネルで送信されたフレームの受信結果を基に、送達確認フレームを返信する特定チャネルを選択するため、第１の無線端末は、いずれのチャネルにて送達確認フレームが返信されるか把握できない。よって、第１の実施形態や第２の実施形態のように、送達確認フレームが返信される特定チャネルのみで待ち受けることができず、全てのチャネルで送達確認フレームを受信できるように待ち受けておく必要がある。しかし、このようにしても、本実施形態では、第２の無線端末が、同時送信されたフレームのうち正しく受信できたフレームでのチャネル中から選択したチャネルを特定チャネルとして決定できる、すなわち直前の受信結果を基に特定チャネルを選択できるため、信頼性の高いチャネルを用いて送達確認フレームを送信することが可能となる。

図６は本実施形態での第１の無線端末として動作する無線通信装置（第１の無線通信装置）の構成例、図７は本実施形態での第２の無線端末として動作する無線通信装置（第２の無線通信装置）の構成例を示す。図６の第１の無線端末装置では、受信処理部12にて、いずれの周波数チャネルでも送達確認フレームを受信できるように待ち受けがなされる。なお、本実施形態では、第１の実施形態での第１の無線端末装置の構成例である図３等に示される送達確認フレーム応答チャネル記憶部15や制御部16などは不要である。一方、図７の第２の無線端末装置では、チャネル選択部26が追加されている。チャネル選択部26では、受信処理部22にて複数チャネルでそれぞれ送信されたフレームのCRCチェック結果を基に、少なくとも受信が成功した周波数チャネルの中から、送達確認フレームを返信する特定チャネルを選択する。チャネル選択部26で選択した送達確認フレームを返信する特定チャネルの情報は、送信処理部24へ渡し、送信処理部24では送達確認フレーム作成部23で作成された各周波数チャネルでのフレームの受信成否情報を含んだ送達確認フレームをSIFS経過後に、チャネル選択部26より渡された特定チャネルにて返信する。それ以外は、第１の実施形態と基本的には同じである。

なお、以上に説明した各実施形態における無線通信装置は、例えば、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いることでも実現することが可能である。すなわち、送信処理部、受信処理部、送達確認フレーム解析部、送達確認フレーム作成部、制御部、チャネル選択部は、上記のコンピュータ装置に搭載されたプロセッサにプログラムを実行させることにより実現することができる。このとき、無線通信装置は、上記のプログラムをコンピュータ装置にあらかじめインストールすることで実現してもよいし、ＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して、あるいはネットワークを介して上記のプログラムを配布して、このプログラムをコンピュータ装置に適宜インストールすることで実現してもよい。また、送達確認フレーム応答チャネル記憶部は、上記のコンピュータ装置に内蔵あるいは外付けされたメモリ、ハードディスクもしくはＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒなどの記憶媒体などを適宜利用して実現することができる。

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。

第１の実施形態に係わる無線通信システムにおいて、複数の周波数チャネルを介してフレームの送受信について説明する図。 第１の実施形態に係わる送達確認フレーム(CTS/ACK)フォーマットの例を示す図。 第１の実施形態の無線通信装置(送達確認フレーム受信側：第１の無線端末)の構成例を示すブロック図。 第１の実施形態の無線通信装置(送達確認フレーム送信側：第２の無線端末)の構成例を示すブロック図。 第１の実施形態の無線通信装置(送達確認フレーム受信側：第１の無線端末)がアクセスポイントとして動作する端末であった場合の構成例を示すブロック図。 第３の実施形態の無線通信装置(送達確認フレーム受信側：第１の無線端末)の構成例を示すブロック図。 第３の実施形態の無線通信装置(送達確認フレーム送信側：第２の無線端末)の構成例を示すブロック図。 複数チャネルを用いてフレーム送信を行なった場合の従来の送達確認フレーム返信方法を説明する図。

符号の説明

１１：アンテナ部
１２：受信処理部
１３：送達確認フレーム解析部
１４：送信処理部
１５：送達確認フレーム応答チャネル記憶部
１６：制御部
１７：チャネル選択部
２１：アンテナ部
２２：受信処理部
２３：送達確認フレーム作成部
２４：送信処理部
２５：送達確認フレーム応答チャネル記憶部
２６：チャネル選択部

Claims (23)

1. 第１の無線通信装置と第２の無線通信装置とが通信する無線通信システムであって、
   前記第１の無線通信装置が、前記第２の無線通信装置に第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）の周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信し、
   前記第２の無線通信装置は、
   前記第１の無線通信装置から、前記第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれを介して、前記フレームを受信し、
   各受信されたフレームの誤り検出を行うことにより各前記フレームの受信成否を判定し、
   各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ前記送達確認フレームを作成し、
   前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、前記送達確認フレームを各前記フレームの受信からあらかじめ定められた時間後に前記第１の無線通信装置に送信する
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記第１の無線通信装置は、各前記周波数チャネルをそれぞれ第１の送信電力で送信し、
   前記第２の無線通信装置は、各前記特定チャネルをそれぞれ前記第１の送信電力で送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記第１の無線通信装置は、前記第１〜第ｎの周波数チャネルの送信電力の合計が第１の送信電力になるように前記第１〜第ｎの周波数チャネルを送信し、
   前記第２の無線通信装置は、各前記特定チャネルの送信電力の合計が前記第１の送信電力になるように各前記特定チャネルを送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
4. 前記送達確認フレームを送信する前記特定チャネルはシステム的にあらかじめ定められている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
5. 前記第１〜第ｎの周波数チャネルの中から前記特定チャネルを選択し、選択した特定チャネルを報知フレームにより報知するアクセスポイント
   を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
6. 前記第１の無線通信装置は、前記特定チャネルを前記第１〜第ｎの周波数チャネルの中から選択し、選択した特定チャネルを、前記第１〜第ｎの周波数チャネルにより送信する前記フレームの少なくともいずれか１つを介して前記第２の無線通信装置に通知する
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
7. 前記第２の無線通信装置は、前記フレームの受信が成功した周波数チャネルの中から前記特定チャネルを選択することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の無線通信システム。
8. 第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信し、
   前記第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれを介して、前記フレームを受信し、
   各受信されたフレームの誤り検出を行うことにより各前記フレームの受信成否を判定し、
   各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ前記送達確認フレームを作成し、
   前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、前記送達確認フレームを各前記フレームの受信からあらかじめ定められた時間後に前記フレームの送信元に返信する
   ことを特徴とする無線通信方法。
9. 他の通信装置に、第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信する送信部と、
   前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ送達確認フレームを各前記フレームの送信からあらかじめ定められた時間後に前記他の通信装置から受信する受信部と、
   前記送達確認フレームを解析して各前記フレームの受信成否を検出する解析部と、
   各前記フレームの受信成否に応じて次に送信する１つ以上の第２のフレームを決定する決定部と、を備え、
   前記送信部は、前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうち１つ以上の前記周波数チャネルを用いて前記１つ以上の第２のフレームを送信する、
   ことを特徴とする無線通信装置。
10. 前記送達確認フレームを受信する前記特定チャネルを前記第１〜第ｎの周波数チャネルの中から選択するチャネル選択部と、
    選択された特定チャネルを前記他の通信装置に通知するチャネル通知部と、
    前記選択した特定チャネルにおいて前記送達確認フレームの受信待ちを行うように制御する制御部と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項９に記載の無線通信装置。
11. 前記チャネル通知部は、前記第１〜第ｎの周波数チャネルにより送信する前記フレームの少なくともいずれか１つに、前記選択した特定チャネルの情報を含めることにより前記選択した特定チャネルを通知する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
12. 前記チャネル選択部は、前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちチャネル利用率が低いチャネルから順にｎ−１個以下の周波数チャネルを、前記ｎ−１個以下の特定チャネルとして選択する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の無線通信装置。
13. 前記チャネル選択部は、キャリアセンスを用いて前記周波数チャネルが一定期間の間にビジーである割合によって前記周波数チャネルの前記チャネル利用率を算出する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の無線通信装置。
14. 前記第１〜第ｎの周波数チャネルにより送信する前記フレームのあらかじめ定められたフィールドに、前記送達確認フレームを返信可能な期間を設定する期間設定部を備え、
    前記送信部は、前記期間が設定された前記フレームを送信することにより、前記期間の間、前記他の通信装置を含む通信装置群によるフレームの送信を阻止する
    ことを特徴とする請求項９ないし１３のいずれか一項に記載の無線通信装置。
15. 他の通信装置に、第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信し、
    前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ送達確認フレームを各前記フレームの送信からあらかじめ定められた時間後に前記他の通信装置から受信し、
    前記送達確認フレームを解析して各前記フレームの受信成否を検出し、
    各前記フレームの受信成否に応じて次に送信する１つ以上の第２のフレームを決定し
    前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうち１つ以上の前記周波数チャネルを用いて前記１つ以上の第２のフレームを送信する、
    無線通信方法。
16. 他の通信装置に、第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれによりフレームを同時に送信するステップと、
    前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ送達確認フレームを各前記フレームの送信からあらかじめ定められた時間後に前記他の通信装置から受信するステップと、
    前記送達確認フレームを解析して各前記フレームの受信成否を検出するステップと、
    各前記フレームの受信成否に応じて次に送信する１つ以上の第２のフレームを決定するステップと、
    前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうち１つ以上の前記周波数チャネルを用いて前記１つ以上の第２のフレームを送信するステップと、
    をコンピュータに実行させるための通信プログラム。
17. 他の通信装置から、第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれを介して、フレームを受信する受信部と、
    各受信されたフレームの誤り検出を行うことにより各前記フレームの受信成否を判定する誤り検出部と、
    各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ送達確認フレームを作成する送達確認フレーム作成部と、
    前記送達確認フレームを各前記フレームの受信からあらかじめ定められた時間後に前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、前記他の通信装置に送信する送信部と、
    を備えた無線通信装置。
18. 各前記フレームにはCRC符号が含まれ、
    前記誤り検出部は、前記各フレームに含まれるCRC符号に基づくCRC検査により前記誤り検出を行う
    ことを特徴とする請求項１７に記載の無線通信装置。
19. 前記送達確認フレームを送信する前記特定チャネルを前記第１〜第ｎの周波数チャネルの中から選択するチャネル選択部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の無線通信装置。
20. 前記チャネル選択部は、前記フレームの受信が成功した周波数チャネルのうちチャネル利用率が低いチャネルから順にｎ−１個以下の周波数チャネルを前記ｎ−１個以下の特定チャネルとして選択する
    ことを特徴とする請求項１９に記載の無線通信装置。
21. 前記チャネル選択部は、キャリアセンスを用いて前記周波数チャネルが一定期間の間にビジーである割合によって前記周波数チャネルの前記チャネル利用率を算出する
    ことを特徴とする請求項２０に記載の無線通信装置。
22. 他の通信装置から、第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれを介して、フレームを受信し、
    各受信されたフレームの誤り検出を行うことにより各前記フレームの受信成否を判定し、
    各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ送達確認フレームを作成し、
    前記送達確認フレームを各前記フレームの受信からあらかじめ定められた時間後に前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、前記他の通信装置に送信する、
    無線通信方法。
23. 接続された他の通信装置から、第１〜第ｎの周波数チャネルのそれぞれを介して、フレームを受信するステップと、
    各受信されたフレームの誤り検出を行うことにより各前記フレームの受信成否を判定するステップと、
    各前記フレームの受信成否を表す情報を含んだ送達確認フレームを作成するステップと、
    前記送達確認フレームを各前記フレームの受信からあらかじめ定められた時間後に前記第１〜第ｎの周波数チャネルのうちｎ−１個以下の特定チャネルを介して、前記他の通信装置に送信するステップと、
    をコンピュータに実行させるための通信プログラム。

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