JP5161804B2

JP5161804B2 - 無線装置、およびその制御方法

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Publication number: JP5161804B2
Application number: JP2009018757A
Authority: JP
Inventors: 徹中島; 朋子足立
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP2010178086A

Description

本発明は、無線装置、およびその制御方法に関するものである。

ＩＥＥＥ８０２．１１規格ではアクセス制御方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ方式を採用している。１つのベーシックサービスセット（ＢＳＳ）において、複数の無線装置が１つの周波数帯域を用いており、フレームを同時に送信することはできない。各無線装置は、電波を観測（キャリアセンス）するとともに、他の無線装置によって帯域が予約されているか（ＮＡＶ（ＮｅｔｗｏｒｋＡｌｌｏｃａｔｉｏｎＶｅｃｔｏｒ）が設定されているか）を判定することによって、他の無線装置による通信が行われていないことを確認し、フレームを送信する（非特許文献１）。

上述のＣＳＭＡ／ＣＡ方式は、各無線装置によって送信される電波が全方向へ向かって送信される無指向性であることを基本として設計されている。各無線装置によって送信される電波が指向性を有する場合のアクセス制御方式（ＣＳＭＡ／ＣＡ方式）として、各無線装置が、方位で分割した空間（セクタ）ごとに、帯域予約（ＮＡＶ）を行う技術が提案されている（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、各無線装置は、複数のセクタのそれぞれについて帯域が予約されているか否かを管理する必要があり、機器の実装が複雑になるという問題がある。

また、各無線装置が、ミリ波（３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ未満の周波数帯域の電磁波。例えば、５７−６６ＧＨｚ帯）およびマイクロ波（３ＧＨｚ以上３０ＧＨｚ未満の周波数帯域の電磁波。例えば、５ＧＨｚ帯や２．４ＧＨｚ帯）を用いて、通信する技術が検討されている。ミリ波では、指向性が高く狭い範囲にしか電波が到達しないものの、伝送速度が大きい。マイクロ波では、無指向性で送信可能であって広い範囲に電波を到達させることができるものの、伝送速度がミリ波よりも低速となってしまう。これらの周波数帯の特性を考慮して、各無線装置が、マイクロ波で、制御情報を有するフレーム（制御フレーム）を無指向で通信し、ミリ波で、データフレームを空間分割多重によって通信する方法が提案されている（非特許文献２）。

しかしながら、非特許文献２に係る技術では、各無線装置は、マイクロ波を制御フレームの通信にのみ使用して、データフレームの通信に使用しておらず、周波数の利用効率が低下するという問題がある。

特開２００６−１８６６０３号公報

ＩＥＥＥＳｔｄ８０２．１１−１９９９２００３ＥｄｉｔｉｏｎＩＥＥＥ８０２．１１−０８／０３４９ｒ１

本発明は、上記を鑑みてなされたものであって、複数の無線通信方式を使用する無線通信システムにおいて、帯域が予約されているか否かを複数管理することの煩雑さを回避できる無線装置およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係る無線装置は、第１周波数帯で通信する第１通信部と、第２周波数帯で通信する第２通信部と、他の無線装置による前記第１周波数帯および前記第２周波数帯の予約状態を管理する管理部とを備え、前記第１周波数帯を第１期間予約するフレームを前記第１通信部で受信した場合に、前記管理部は、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が前記第１期間予約されたものとし、前記第２周波数帯を第２期間予約するフレームを前記第２通信部で受信した場合に、前記管理部は、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が前記第２期間予約されたものとする無線装置。

本発明によれば、複数の無線通信方式を使用する無線通信システムにおいて、帯域が予約されているか否かを複数管理することの煩雑さを回避できる。

本発明の第１の実施形態に係る無線システムを示す図。本発明の第１の実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図。本発明の第１の実施形態に係る無線システムで送受信されるフレームを示すシーケンス図。本発明の第１の実施形態に係る無線装置の動作を示すフローチャート。本発明の第１の実施形態に係る無線装置の動作を示すフローチャート。本発明の第１の実施形態に係る無線装置の動作を示すフローチャート。本発明の第１の実施形態の変形例１に係る無線システムで送受信されるフレームを示すシーケンス図。本発明の第１の実施形態の変形例２に係る無線システムで送受信されるフレームを示すシーケンス図。本発明の第１の実施形態の変形例３に係る無線装置の動作を示すフローチャート。本発明の第１の実施形態の変形例４に係る無線装置の動作を示すフローチャート。

以下、本発明の実施形態について説明する。以下では、第１周波数帯をミリ波帯、第２周波数帯をマイクロ波帯として説明する。第１周波数帯と第２周波数帯とは同一の周波数帯であっても良く、異なる周波数帯第１周波数帯と第２周波数帯がミリ波やマイクロ波以外の周波数帯以外の異なる周波数帯であっても良い。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る無線システム１００を示す図である。

無線システムは、無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５を備える。無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５は、１つのＢＳＳ（ＢａｓｉｃＳｅｒｖｉｃｅＳｅｔ）を構成する。無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５の位置関係は、図１に示す通りである。無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５は、ミリ波帯とマイクロ波帯とを用いて通信する。各無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５がマイクロ波帯を用いて無指向（オムニ）で送信した電波は、無線システム全域へ到達する。無線装置ＳＴＡ１がミリ波帯を用いて送信した電波の到達範囲は、図２にＡＲＥＡ１と示される範囲である。ＡＲＥＡ１には、無線装置ＳＴＡ２、ＳＴＡ３が含まれる。無線装置ＳＴＡ２がミリ波を用いて送信した電波の到達範囲は、図２にＡＲＥＡ２と示される範囲である。ＡＲＥＡ２には、無線装置ＳＴＡ１が含まれる。

無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５が使用するアクセス制御方式は、無線通信方式全般に適用できる。以下では、分散制御方式として代表的なＣＳＭＡ／ＣＡ方式、特にＩＥＥＥ８０２．１１規格に規定されている方式を例に説明する。

図２は、無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５の構成を示すブロック図である。

無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５は、ミリ波通信部１０と、マイクロ波通信部２０と、制御部３０と、ＮＡＶ管理部４０とを備える。

ミリ波通信部１０は、ミリ波帯を用いて無線通信を行う。

マイクロ波通信部２０は、マイクロ波帯を用いて無線通信を行う。

制御部３０は、ミリ波帯とマイクロ波帯の両周波数帯を協調して通信制御を行う。制御部３０は、フレームを送信する際に、ミリ波帯およびマイクロ波帯の一方を用いて通信するか、双方を用いて通信するかを制御する。制御部３０は、フレームの送信タイミングを制御する。

ＮＡＶ管理部４０は、ミリ波帯およびマイクロ波帯の双方について、他の無線装置による予約状況を管理する。ＮＡＶ管理部４０は、ミリ波帯およびマイクロ波帯の双方について、他の無線装置によって設定された帯域予約（ＮＡＶ）を管理する。

送信キュー５０は、送信するフレームを記憶する。

アプリケーション部６０は、上位層の処理を行う。アプリケーション部６０は、送信するデータを生成する。アプリケーション部６０は、通信相手の無線装置がミリ波帯を用いた通信が可能か否かを、図示しない記憶部に記憶する。

図３は、無線装置ＳＴＡ１から無線装置ＳＴＡ２へデータを送信する際のシーケンス図である。図４は、無線装置ＳＴＡ１の動作を示すフローチャートである。

まず、無線装置ＳＴＡ１は、ＢＳＳへ接続するための設定を行う。無線装置ＳＴＡ１は、ＢＳＳのアクセスポイントに対してアソシエーションおよび認証（セットアップ作業）を行う。無線装置ＳＴＡ１のアプリケーション部６０は、セットアップ作業時またはセットアップ作業を完了した後、ＢＳＳ内の他の無線装置とミリ波帯による無線通信の可能性があるか否かの事前調査を行う。無線装置ＳＴＡ１のアプリケーション部６０は、ＢＳＳに所属する他の無線装置ＳＴＡ２〜ＳＴＡ５が、ミリ波帯を用いた無線通信の可能性があるか否かの情報を、セットアップが完了した接続先の無線装置のリストと共に、内蔵する記憶部に記憶する（ステップＳ１０１）。無線装置ＳＴＡ１のアプリケーション部６０は、ＢＳＳに所属する他の無線装置ＳＴＡ２〜ＳＴＡ５のそれぞれについて、ミリ波帯で無線通信を行う際のアンテナの重み付けなどのパラメータ調整を行い、調整したパラメータを、あわせて内蔵する記憶部に記憶する。図３の例では、無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５は、ミリ波帯を用いた通信を行うことができる。

次に、データの送信側（Ｏｒｉｇｉｎａｔｏｒ）である無線装置ＳＴＡ１のアプリケーション部６０による上位層の処理を通じて、データの送信要求が発生する（ステップＳ１０２）。無線装置ＳＴＡ２宛てのデータ送信要求が発生したとする。

次に、アプリケーション部６０は、送信するデータの宛先から、宛先の無線装置ＳＴＡ２がミリ波帯を用いた通信を行う可能性があるか否かを、内蔵する記憶部に記憶された情報に基づき判断する（ステップＳ１０３）。

宛先の無線装置ＳＴＡ２がミリ波帯を用いた無線通信を行う可能性がない場合（ステップＳ１０３の“いいえ”）、無線装置ＳＴＡ１は、無線装置ＳＴＡ２へデータの送信を要求する要求フレーム（ＲＴＳ：ＲｅｑｕｅｓｔＴｏＳｅｎｄ）をマイクロ波帯で送信し（ステップＳ１０４）、無線装置ＳＴＡ２からデータの送信を許可する許可フレーム（ＣＴＳ：ＣｌｅａｒＴｏＳｅｎｄ）をマイクロ波帯で受信し（ステップＳ１０５）、無線装置ＳＴＡ２へデータ（Ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ−ＭＰＤＵ）をマイクロ波帯で送信する（ステップＳ１０８）。

一方、宛先の無線装置ＳＴＡ２がミリ波帯を用いた無線通信を行う可能性がある場合（ステップＳ１０３の“はい”）、アプリケーション部６０は、ミリ波帯による送信可能性ありを示す情報を付加したデータ（フレーム）を、送信キュー５０へ書き込む。

次に、送信キュー５０は、ミリ波帯による送信可能性ありを示す情報を付加されたフレームを、制御部３０へ出力する。

次に、ミリ波帯による送信ができる可能性がある事を認識した制御部３０は、ミリ波帯による通信が出来るか否かを確認するためにミリ波帯から送信するＲＴＳフレームと、マイクロ波帯で送信するＲＴＳフレームとを生成する。次に、制御部３０は、送信権を獲得した後、ミリ波通信部１０およびマイクロ波通信部２０を制御して、それぞれＲＴＳフレームを同時に送信する（ステップＳ１０６）。ここで、ミリ波帯の伝送レートはマイクロ波帯の伝送レートよりも大きいため、制御部３０は、ミリ波帯で送信したＲＴＳフレームのフレーム時間長と、マイクロ波帯で送信したＲＴＳフレームのフレーム時間長とが同一となるように、マイクロ波帯で送信したＲＴＳフレームにパディングする。ＲＴＳフレームには、それぞれミリ波帯、マイクロ波帯を予約する期間（帯域予約期間：ＮＡＶを設定する期間）として同一の期間が、Ｄｕｒａｔｉｏｎフィールドに記載されている。

次に、マイクロ波帯およびミリ波帯でＲＴＳフレームを送信してから、無線装置ＳＴＡ１は、ＣＴＳフレームを受信するために、ミリ波通信部１０とマイクロ波通信部２０とで、待ちうけ状態となる。

データの受信側（Ｒｅｃｉｐｉｅｎｔ）である無線装置ＳＴＡ２は、無線装置ＳＴＡ１がＲＴＳフレームを送信してからＳＩＦＳ期間経過後にＣＴＳフレームを受信できるように、ＲＴＳフレームを受信した周波数帯で、ＣＴＳフレームを返信する。無線装置ＳＴＡ２は、マイクロ波帯でのみＲＴＳフレームを受信した場合は、マイクロ波帯でＣＴＳフレームを返信する。無線装置ＳＴＡ２は、ミリ波帯でのみＲＴＳフレームを受信した場合は、ミリ波帯でＣＴＳフレームを返信する。無線装置ＳＴＡ２は、マイクロ波帯とミリ波帯とでＲＴＳフレームを受信した場合は、マイクロ波帯とミリ波帯とでＣＴＳフレームを返信する。図３の例では、無線装置ＳＴＡ２は、マイクロ波帯とミリ波帯とで、ＲＴＳフレームの受信、およびＣＴＳフレームの返信を行っている。

次に、無線装置ＳＴＡ１の制御部３０は、無線装置ＳＴＡ２からＣＴＳフレームをミリ波帯で受信したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。

無線装置ＳＴＡ２からＣＴＳフレームをマイクロ波帯のみで受信した場合（ステップＳ１０７の“いいえ”）、無線装置ＳＴＡ１は、ミリ波による通信は出来ないが、マイクロ波による通信が可能と判断できる。そこで、無線装置ＳＴＡ１の制御部３０は、送信キュー５０からフレームを読み出し、マイクロ波通信部２０を介して、データフレーム（ＭＰＤＵあるいはＡ−ＭＰＤＵ）を送信する（ステップＳ１０８）。なお、Ａ−ＭＰＤＵは、複数のＭＰＤＵを含む。

一方、無線装置ＳＴＡ２からＣＴＳフレームをミリ波帯で受信した場合、またはＣＴＳフレームをミリ波帯およびマイクロ波帯で受信した場合（ステップＳ１０７の“はい”）、無線装置ＳＴＡ１は、ミリ波帯による通信が可能と判断できる。無線装置ＳＴＡ１は、ミリ波帯およびマイクロ波帯による通信が可能である場合は、伝送レートが大きいミリ波帯を用いて、データフレームを送信する。無線装置ＳＴＡ１の制御部３０は、ミリ波通信部１０を介して、データフレーム（ＭＰＤＵあるいはＡ−ＭＰＤＵ）を送信する（ステップＳ１０９）。また、無線装置ＳＴＡ１の制御部３０は、マイクロ波通信部２０を介して、ＲＴＳフレームによって設定したマイクロ波帯のＮＡＶを解除する解除フレーム（Ｄｕｒａｔｉｏｎフィールドの値が“０”に設定されたＣｆ−ｅｎｄフレーム）を送信する。このようにすることで、無線装置ＳＴＡ１がミリ波による通信中であっても、他の無線装置によるマイクロ波帯を用いた通信を可能とし、周波数帯域の利用効率を高めることができる。図３の例では、無線装置ＳＴＡ１の制御部３０は、ミリ波通信部１０を介したＡ−ＭＰＤＵの送信と、マイクロ波通信部２０を介したＣｆ−ｅｎｄフレームの送信を同時に行っている。

次に、制御部３０は、マイクロ波通信部２０からＣｆ−ｅｎｄフレーム（Ｄｕｒａｔｉｏｎフィールドの値“０”）の送信完了通知を受けてからミリ波によるデータフレームの送信が完了するまで、マイクロ波通信部２０への電源供給を遮断する（ステップＳ１１０）。このようにすることで、無線装置ＳＴＡ１の消費電力を低減することができる。

以上のように、図３、図４に示す動作をすることで、無線装置ＳＴＡ１は、ミリ波帯とマイクロ波帯の他の無線装置による予約状態の管理を、１つのＮＡＶ管理部４０で実現することができ、実装の複雑さを回避することができる。無線装置ＳＴＡ１は、データの送信権を獲得した後に、ミリ波帯とマイクロ波帯の通信状況に応じて、データフレームの送信に使用する周波数帯を決定することができる。無線装置ＳＴＡ１は、指向性の高いミリ波帯による通信と、無指向性のマイクロ波帯による通信とを分離することで、周波数利用効率を向上させる事が出来る。

図５は、無線装置ＳＴＡ１が無線装置ＳＴＡ２へデータを送信する際（図３）の無線装置ＳＴＡ３の動作を示すフローチャートである。

まず、無線装置ＳＴＡ３は、ミリ波通信部１０とマイクロ波通信部２０の双方の受信機能をＯＮにしていて、ミリ波帯・マイクロ波帯の双方で待ち受け状態にある。そして、無線装置ＳＴＡ３は、無線装置ＳＴＡ１から無線装置ＳＴＡ２へ送信されたＲＴＳフレームを、ミリ波帯とマイクロ波帯の双方から同時に受信する（ステップＳ２０１）。

次に、無線装置ＳＴＡ３の制御部３０は、ミリ波帯で受信したＲＴＳフレームに記載されたＮＡＶの設定期間と、マイクロ波帯で受信したＲＴＳフレームに記載されたＮＡＶの設定期間とのうち、どちらか一方長い期間をＮＡＶ管理部４０へ通知する。（ステップＳ２０２）。図３の例では、無線装置ＳＴＡ３の制御部３０は、ミリ波帯で受信されたＲＴＳフレームに記載されたＮＡＶの設定期間と、マイクロ波帯で受信されたＲＴＳフレームに記載されたＮＡＶの設定期間とは同じであるため、どちらの期間をＮＡＶ管理部４０へ出力しても良い。

次に、無線装置ＳＴＡ２から無線装置ＳＴＡ１へミリ波帯とマイクロ波帯でＣＴＳフレームが同時に送信されると、無線装置ＳＴＡ３は、ＣＴＳフレームをマイクロ波帯で受信する（ステップＳ２０３）。

次に、無線装置ＳＴＡ３の制御部３０は、マイクロ波帯で受信したＣＴＳフレームに記載されたＮＡＶの設定期間をＮＡＶ管理部４０へ通知する。無線装置ＳＴＡ３のＮＡＶ管理部４０は、制御部３０から通知された期間、ミリ波帯とマイクロ波帯に無線装置ＳＴＡ１によってＮＡＶが設定されたものとする（ステップＳ２０４）。ＩＥＥＥ８０２．１１規格では、他の無線装置宛てのＲＴＳフレームを受信したあとに、その応答であるＣＴＳフレームを受信しない場合、ＲＴＳフレームで設定したＮＡＶを解除する。しかし、ミリ波帯／マイクロ波帯で他の無線装置宛のＲＴＳフレームを受信したあとに、ミリ波帯でＣＴＳフレームを受信できない場合であっても、マイクロ波帯でＣＴＳフレームが受信された場合には、ミリ波帯／マイクロ波帯のＮＡＶを解除することはなく、ＲＴＳフレームで設定したＮＡＶおよびＣＴＳフレームで設定したＮＡＶは有効のままとなる。

次に、無線装置ＳＴＡ１から無線装置ＳＴＡ２へ、ミリ波帯でＡ−ＭＰＤＵが送信され、マイクロ波帯でＣｆ−ｅｎｄが送信されると、無線装置ＳＴＡ３は、Ａ−ＭＤＰＵをミリ波で受信するとともに、Ｃｆ−ｅｎｄフレームをマイクロ波帯で受信する（ステップＳ１０５）。

次に、無線装置ＳＴＡ３の制御部３０は、ミリ波帯で受信したＡ−ＭＰＤＵに記載されたＮＡＶの設定期間と、マイクロ波帯で受信したＣｆ−ｅｎｄフレームに記載されたＮＡＶの設定期間とのうち、どちらか一方長い期間をＮＡＶ管理部４０へ通知する。Ｃｆ−ｅｎｄフレームに記載されたＮＡＶの設定期間は“０”であるため、無線装置ＳＴＡ３の制御部３０は、Ａ−ＭＰＤＵに記載されたＮＡＶの設定期間をＮＡＶ管理部４０へ通知する。無線装置ＳＴＡ３のＮＡＶ管理部４０は、制御部３０から通知された期間、ミリ波帯とマイクロ波帯に無線装置ＳＴＡ１によってＮＡＶが設定されたものとする（ステップＳ２０６）。

その後、無線装置ＳＴＡ３は、ＴＸＯＰ期間中に、ミリ波帯で送受信されるＡ−ＭＰＤＵフレームとＢｌｏｃｋＡｃｋ（ＢＡ）フレームとのやりとりに従って（ステップＳ２０７）ＮＡＶを再設定する（ステップＳ２０８）。このようにすることで、無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２との間のフレーム交換の干渉となる通信を無線装置ＳＴＡ３が行うことを回避することができる。

図６は、無線装置ＳＴＡ１が無線装置ＳＴＡ２へデータを送信する際（図３）の無線装置ＳＴＡ４の動作を示すフローチャートである。なお、無線装置ＳＴＡ５も同様に動作する。

まず、無線装置ＳＴＡ４は、ミリ波通信部１０とマイクロ波通信部２０の双方の受信機能をＯＮにしていて、ミリ波帯・マイクロ波帯の双方で待ち受け状態にある。無線装置ＳＴＡ１から無線装置ＳＴＡ２へミリ波帯およびマイクロ波帯でＲＴＳフレームが送信されると、無線装置ＳＴＡ４は、無線装置ＳＴＡ１から無線装置ＳＴＡ２宛てのＲＴＳフレームを、マイクロ波帯でのみ受信する（ステップＳ３０１）。

次に、無線装置ＳＴＡ３の制御部３０は、マイクロ波帯で受信したＲＴＳフレームに記載されたＮＡＶの設定期間をＮＡＶ管理部４０へ通知する。無線装置ＳＴＡ３のＮＡＶ管理部４０は、制御部３０から通知された期間、ミリ波帯とマイクロ波帯に無線装置ＳＴＡ１によってＮＡＶが設定されたものとする（ステップＳ３０２）。

次に、無線装置ＳＴＡ２から無線装置ＳＴＡ１へミリ波帯とマイクロ波帯でＣＴＳフレームが同時に送信されると、無線装置ＳＴＡ４は、ＣＴＳフレームをマイクロ波帯で受信する（ステップＳ３０３）。

次に、無線装置ＳＴＡ４の制御部３０は、マイクロ波帯で受信したＣＴＳフレームに記載されたＮＡＶの設定期間をＮＡＶ管理部４０へ通知する。無線装置ＳＴＡ４のＮＡＶ管理部４０は、制御部３０から通知された期間、ミリ波帯とマイクロ波帯にＮＡＶが設定されたものとする（ステップＳ３０４）。

次に、無線装置ＳＴＡ１から無線装置ＳＴＡ２へミリ波帯でＡ−ＭＰＤＵが送信され、マイクロ波帯でＣｆ−ｅｎｄが送信されると、無線装置ＳＴＡ４は、Ｃｆ−ｅｎｄフレームをマイクロ波帯で受信する（ステップＳ３０５）。

次に、無線装置ＳＴＡ４の制御部３０は、マイクロ波帯でＣｆ−ｅｎｄフレームを受信する事により、ＮＡＶの解除を通知された事を認識する。ＮＡＶの解除を認識した制御部３０は、ＮＡＶ管理部４０へＮＡＶの解除を通知する。（ステップＳ３０６）。

その後、無線装置ＳＴＡ４は、無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２とでミリ波帯による通信がなされているか否かによらず、データの送信要求がある場合は、送信権を獲得するためにバックオフ処理を開始する。無線装置ＳＴＡ４がマイクロ波帯で通信を開始したとしても、無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２とでミリ波帯による通信を妨害することはない。無線装置ＳＴＡ４がミリ波帯で通信を開始したとしても、無線装置ＳＴＡ４が送信する電波（ミリ波）と、無線装置ＳＴＡ１、２が送信する電波（ミリ波）とは空間的に分割されており、無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２とでミリ波帯による通信を妨害することはない。無線装置ＳＴＡ４がマイクロ波で通信しても、無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２はミリ波による通信を行っていて、その期間はマイクロ波の電源をＯＦＦにしている為に、影響を与える事はない。

このように、第１の実施形態に係る無線システム１００によれば、ミリ波帯とマイクロ波帯との双方を通信に使用し、かつ、それらの帯域の予約状況を一元的に管理することで、各帯域が予約されているか否かの管理をするための機器の実装の複雑さを回避することができる。

第１の実施形態に係る無線システム１００によれば、１つのＮＡＶ管理部４０で各帯域が予約されているか否かを管理しながらも、他の無線装置がミリ波帯によって通信している間にミリ波帯、マイクロ波帯による通信を開始することを可能とするため、周波数効率を向上させることができる。

（第１の実施形態の変形例１）
上記第１の実施形態では、無線装置ＳＴＡ１から無線装置ＳＴＡ２へミリ波を用いてデータフレームを通信する場合の説明を中心に行った。第１の実施形態の変形例１では、無線装置ＳＴＡ１が、図４のステップＳ１０６で、ミリ波帯およびマイクロ波帯でＲＴＳフレームを送信したにもかかわらず、マイクロ波帯でのみＣＴＳフレームを受信した場合（図４のステップＳ１０７の“いいえ”）を説明する。

図７は、第１の実施形態の変形例１に係る無線装置ＳＴＡ１が無線装置ＳＴＡ２へデータを送信するときのシーケンス図である。

無線装置ＳＴＡ２からマイクロ波帯でのみＣＴＳフレームを受信した後、無線装置ＳＴＡ１の制御部３０は、データフレームを送信する周波数帯域をミリ波からマイクロ波に変更する。

ミリ波帯の伝送レートは、マイクロ波帯の伝送レートよりも大きい。そのため、無線装置ＳＴＡ１がミリ波帯を使用すれば、ＲＴＳフレームで設定したＮＡＶ期間中にデータフレームの送信を完了する場合であっても、マイクロ波帯を使用したがゆえに、ＲＴＳフレームで設定したＮＡＶ期間中にデータフレームの送信を完了しない場合がある。そのため、無線装置ＳＴＡ１はマイクロ波帯によるデータフレームの送信前に、下記の３つの処理の少なくとも１つを行う。

［第１処理］無線装置ＳＴＡ１の制御部３０は、ＣＴＳフレームを受信する前にＡ−ＭＰＤＵを作成していた場合には、送信キュー５０からフレームを取り出しアグリゲートするフレームの数を減らしたＡ−ＭＰＤＵを改めて作成する。このようにすることで、無線装置ＳＴＡ１は、ＲＴＳフレームによって設定したＮＡＶ期間中に、データフレームの送信を完了することができる。

［第２処理］無線装置ＳＴＡ１の制御部３０は、ＲＴＳフレームによって設定したＮＡＶ期間中に送信するＡ−ＭＰＤＵの数を減らす。このようにすることで、無線装置ＳＴＡ１は、ＲＴＳフレームによって設定したＮＡＶ期間中に、データフレームの送信を完了することができる。

［第３処理］無線装置ＳＴＡ１の制御部３０は、ＮＡＶ期間を延長するために、マイクロ波帯で送信するデータフレーム（Ａ−ＭＰＤＵ）のＤｕｒａｔｉｏｎフィールドを大きな値を設定しなおす。このようにすることで、無線装置ＳＴＡ１が送信するデータフレームに含まれるＭＰＤＵの数を減らす処理（再アグリゲート処理）などを行わなくてすむ。

このように、無線装置ＳＴＡ１はマイクロ波帯によるデータフレームの送信（ステップＳ１０８）前に、［第１処理］、［第２処理］、または［第３処理］を行うことで、使用する周波数帯域がミリ波帯からマイクロ波帯へ変更したとしても、ＮＡＶ期間中にデータフレームの送信を完了することができる。

その後、図７に示すとおり、無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２は、マイクロ波帯でＡ−ＭＰＤＵフレームとＢｌｏｃｋＡｃｋフレームの送受信を行う。無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２との間でマイクロ波帯で通信がなされている間はマイクロ波帯が予約（ＮＡＶが設定）されているため、無線装置ＳＴＡ３〜５が無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２との間の通信を妨害することはない。

このように、第１の実施形態の変形例１に係る無線システムによれば、ミリ波帯による通信を試みたものの、ミリ波帯による通信が行えない場合に、データフレームの送信に使用する周波数帯域をミリ波帯からマイクロ波帯へ切り替えることができる。そのため、一度、送信権を獲得すれば、ミリ波帯による通信の可否によらず、データフレームの送信を行うことができる。

（第１の実施形態の変形例２）
上記第１の実施形態では、無線装置ＳＴＡ４は、無線装置ＳＴＡ１からＣｆ−ｅｎｄフレームを受信したあとの処理については説明を省略した。第１の実施形態の変形例２では、無線装置ＳＴＡ４が、図６のステップＳ３０６の後、無線装置ＳＴＡ５と通信を開始する場合を説明する。

図８は、第１の実施形態の変形例２に係る無線装置ＳＴＡ４が無線装置ＳＴＡ５へデータを送信するときのシーケンス図である。

無線装置ＳＴＡ４、５は、無線装置ＳＴＡ１からマイクロ波帯でＣｆ−ｅｎｄフレームを受信し（図６のステップＳ３０５）、ミリ波帯およびマイクロ波帯のＮＡＶを解除する（図６のステップＳ３０６）。

次に、データの送信要求が発生した無線装置ＳＴＡ４は、送信権を獲得するため、固定期間（ＡＩＦＳ）とバックオフ（Ｂａｃｋｏｆｆ）期間、マイクロ波帯およびミリ波帯で電波の観測（キャリアセンス）を行う。なお、このバックオフ期間は、ＩＥＥＥ８０２．１１に記載されているＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づくものである。

次に、固定期間とバックオフ期間、電波が観測されなかった場合は、無線装置ＳＴＡ４は、無線装置ＳＴＡ５へ、マイクロ波帯およびミリ波帯でＲＴＳフレームを送信する。

次に、無線装置ＳＴＡ５は、マイクロ波帯およびミリ波帯でＲＴＳフレームを受信する。

次に、無線装置ＳＴＡ５は、無線装置ＳＴＡ４へ、マイクロ波帯およびミリ波帯でＣＴＳフレームを送信する。

次に、無線装置ＳＴＡ４は、マイクロ波帯およびミリ波帯でＣＴＳフレームを受信する。

次に、無線装置ＳＴＡ４は、マイクロ波帯でＣｆ−ｅｎｄフレームを送信し、ミリ波帯で無線装置ＳＴＡ５へＡ−ＭＰＤＵを送信する。このとき、無線装置ＳＴＡ１、ＳＴＡ２は、マイクロ波通信部２０への電源供給を遮断しているか、マイクロ波通信部２０から受信されるフレームを破棄するため、ＲＴＳフレーム、ＣＴＳフレーム、およびＣｆ−ｅｎｄフレームは、無線装置ＳＴＡ１、ＳＴＡ２に受信されない。また、無線装置ＳＴＡ１、ＳＴＡ２は、ミリ波の送受信の指向性を互いの方向に合わせているため、無線装置ＳＴＡ４やＳＴＡ５が送信したＲＴＳフレーム、ＣＴＳフレーム、およびＡ−ＭＤＰＵも受信しない。

そのため、図８に示すように、無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２との通信と、無線装置ＳＴＡ４と無線装置ＳＴＡ５との通信とは、マイクロ波帯およびミリ波帯ともに、完全に分離され、互いに干渉する事はない。

このように、第１の実施形態の変形例２に係る無線システムによれば、無線装置ＳＴＡ１と無線装置ＳＴＡ２との間でミリ波帯による通信がなされている間に、無線装置ＳＴＡ４と無線装置ＳＴＡ５とがマイクロ波帯およびミリ波帯で通信することができる。そのため、周波数帯域の利用効率を向上させることができる。

第１の実施形態の変形例２に係る無線システムによれば、マイクロ波帯およびミリ波帯を用いて通信を行う場合であっても、それらの帯域の予約情報を一元管理するＮＡＶ管理部４０によって、複数の無線装置間の通信を、互いに干渉させることなく同時に実現させることが可能となる。

（第１の実施形態の変形例３）
第１の実施形態では、無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５は、ミリ波通信部１０とマイクロ波通信部２０とを備え、ミリ波帯およびマイクロ波帯による通信を行うことができた。

第１の実施形態の変形例３では、無線装置ＳＴＡ３は、ミリ波帯のみを用いて通信する。無線装置ＳＴＡ３がミリ波帯のみを用いて通信することが予め設定されていて、マイクロ波通信部２０への電源供給が常に遮断されていることとしても良い。無線装置ＳＴＡ３がマイクロ波通信部２０を備えず、ミリ波通信部１０のみを備えることとしても良い。

図９は、第１の実施形態の変形例３に係る無線装置ＳＴＡ３の動作を示すフローチャートである。なお、図３に示すシーケンス図の通り、無線装置ＳＴＡ１、ＳＴＡ２が動作したものとする。

まず、無線装置ＳＴＡ３のミリ波通信部１０は、受信の待ち受け状態となる。

次に、無線装置ＳＴＡ３は、無線装置ＳＴＡ１から無線装置ＳＴＡ２へミリ波帯で送信されたＲＴＳフレームを受信する（ステップＳ４０１）。

次に、無線装置ＳＴＡ３の制御部３０は、ＲＴＳフレームに記載されたＮＡＶを設定する期間を、ＮＡＶ管理部４０へ通知する。無線装置ＳＴＡ３のＮＡＶ管理部４０は、制御部３０から通知された期間、ＮＡＶが設定されたものとする（ステップＳ４０２）。

なお、無線装置ＳＴＡ２が無線装置ＳＴＡ１へミリ波帯およびマイクロ波帯でＣＴＳフレームを送信しても、無線装置ＳＴＡ３は、ミリ波帯でも、マイクロ波帯でも、ＣＴＳフレームを受信することはない。この時、無線装置ＳＴＡ３は、ＲＴＳフレームを受信することによって設定したＮＡＶを、その応答であるＣＴＳフレームを受信できないため、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に従い解除する。その後、無線装置ＳＴＡ３は、無線装置ＳＴＡ１から、Ｃｆ−ｅｎｄフレームを受信してＮＡＶが解除された事を認識する。ここで、無線装置ＳＴＡ１とＳＴＡ２とがミリ波帯を用いて通信する場合、無線装置ＳＴＡ３は、上述の通りＮＡＶを解除するが、そのあとに無線装置ＳＴＡ１から送信されるＡ−ＭＰＤＵフレームによって再度ＮＡＶを設定する。

このように、無線装置ＳＴＡ３のＮＡＶ管理部４０は、ミリ波通信部１０のみを用いる場合であっても、上述の方法と同様に、ＮＡＶ管理を行うことができる。

（第１の実施形態の変形例４）
第１の実施形態では、無線装置ＳＴＡ１〜ＳＴＡ５は、ミリ波通信部１０とマイクロ波通信部２０とを備え、ミリ波帯およびマイクロ波帯による通信を行うことができた。

第１の実施形態の変形例４では、無線装置ＳＴＡ４は、マイクロ波帯のみを用いて通信する。無線装置ＳＴＡ４がマイクロ波帯のみを用いて通信することが予め設定されていて、ミリ波通信部１０への電源供給が常に遮断されていることとしても良い。無線装置ＳＴＡ４がミリ波通信部１０を備えず、マイクロ波通信部２０のみを備えることとしても良い。

図１０は、第１の実施形態の変形例４に係る無線装置ＳＴＡ４の動作を示すフローチャートである。なお、図３に示すシーケンス図の通り、無線装置ＳＴＡ１、ＳＴＡ２が動作したものとする。

まず、無線装置ＳＴＡ４のマイクロ波通信部２０は、受信の待ち受け状態となる。

次に、無線装置ＳＴＡ１が無線装置ＳＴＡ２へミリ波帯とマイクロ波帯とでＲＴＳフレームを送信すると、無線装置ＳＴＡ４は、マイクロ波帯で送信されたＲＴＳフレームを受信する（ステップＳ４０１）。

次に、無線装置ＳＴＡ４の制御部３０は、ＲＴＳフレームに記載されたＮＡＶを設定する期間を、ＮＡＶ管理部４０へ通知する。無線装置ＳＴＡ４のＮＡＶ管理部４０は、制御部３０から通知された期間、ミリ波帯とマイクロ波帯とにＮＡＶが設定されたものとする（ステップＳ４０２）。

次に、無線装置ＳＴＡ２が無線装置ＳＴＡ１へミリ波帯とマイクロ波帯とでＣＴＳフレームを送信すると、無線装置ＳＴＡ４は、マイクロ波帯で送信されたＣＴＳフレームを受信する（ステップＳ４０３）。

次に、無線装置ＳＴＡ４の制御部３０は、ＣＴＳフレームに記載されたＮＡＶを設定する期間を、ＮＡＶ管理部４０へ通知する。無線装置ＳＴＡ４のＮＡＶ管理部４０は、制御部３０から通知された期間、ミリ波帯とマイクロ波帯とにＮＡＶが設定されたものとする（ステップＳ４０４）。

このように、無線装置ＳＴＡ４のＮＡＶ管理部４０は、マイクロ波通信部２０のみを用いる場合であっても、上述の方法と同様に、ＮＡＶ管理を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態およびその変形例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、上記実施形態およびその変形例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。

ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３、ＳＴＡ４、ＳＴＡ５・・・無線装置
ＡＲＥＡ１・・・無線装置ＳＴＡ１が送信するミリ波の到達範囲
ＡＲＥＡ２・・・無線装置ＳＴＡ２が送信するミリ波の到達範囲
１０・・・ミリ波通信部
２０・・・マイクロ波通信部
３０・・・制御部
４０・・・ＮＡＶ管理部
５０・・・送信キュー
６０・・・アプリケーション部
１００・・・無線システム

Claims

第１周波数帯で通信する第１通信部と、
第２周波数帯で通信する第２通信部と、
他の無線装置による前記第１周波数帯および前記第２周波数帯の予約状態を管理する管理部とを備え、
前記第１周波数帯を第１期間予約するフレームを前記第１通信部で受信した場合に、前記管理部は、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が前記第１期間予約されたものとし、
前記第２周波数帯を第２期間予約するフレームを前記第２通信部で受信した場合に、前記管理部は、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が前記第２期間予約されたものとする無線装置。
前記第１周波数帯の予約を解除するフレームを前記第１通信部が受信し、かつ前記第２通信部がフレームを受信しなかった場合に、前記管理部は、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯の予約が解除されたものとする請求項１に記載の無線装置。
前記第１周波数帯を前記第１期間予約するフレームを前記第１通信部で受信し、かつ前記第２周波数帯を第２期間予約するフレームを前記第２通信部で受信した場合に、前記管理部は、前記第１期間と前記第２期間とのうち長い期間、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が予約されたものとする請求項１または請求項２に記載の無線装置。
前記第１通信部が前記第１周波数帯で送信する電波の到達範囲が、前記第２通信部が前記第２周波数帯で送信する電波の到達範囲と比較して、広いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の無線装置。
前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が他の無線装置によって予約されていないときに、前記第１通信部と前記第２通信部とは、第１無線装置へ、データフレームの送信を要求する要求フレームを送信し、
前記第１通信部と前記第２通信部とが前記第１無線装置から前記送信要求フレームの応答であってデータフレームの送信を許可する許可フレームを受信した場合に、前記第２通信部は、前記第１無線装置へデータフレームを送信し、
前記第１通信部が送信した前記要求フレームには、前記無線装置が前記第１周波数帯を予約する期間が記載され、
前記第２通信部が送信した前記要求フレームには、前記無線装置が前記第２周波数帯を予約する期間が記載されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線装置。
前記第１通信部と前記第２通信部とが前記第１無線装置から前記許可フレームを受信し、前記第２通信部が前記第１無線装置へ前記データフレームを送信した後に、前記第１通信部は、前記第１周波数帯の予約を解除する解除フレームを送信することを特徴とする請求項５に記載の無線装置。
前記第１通信部と前記第２通信部とが前記第１無線装置から前記許可フレームを受信し、前記第２通信部が前記第１無線装置へ前記データフレームを送信した後に、前記第１通信部への電源供給が遮断されることを特徴とする請求項５に記載の無線装置。
前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が他の無線装置によって予約されていないときに、前記第１通信部と前記第２通信部とは、第１無線装置へ、データフレームの送信を要求する要求フレームを送信し、
前記第１通信部と前記第２通信部とのうち、どちらか一方が前記第１無線装置から前記要求フレームの応答であってデータフレームの送信を許可する許可フレームを受信した場合に、前記許可フレームを受信した一方の通信部が、前記第１無線装置へデータフレームを送信することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線装置。
他の無線装置を宛先とするものであってデータフレームの送信を要求する要求フレームを前記第１通信部と前記第２通信部とが受信した後に、前記要求フレームの応答であってデータフレームの送信を許可する許可フレームを前記第１通信部と前記第２通信部とが受信しない場合に、前記管理部は、前記要求フレームによる前記第１周波数帯および前記第２周波数帯の予約を解除することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線装置。
前記第１通信部と前記第２通信部とが前記要求フレームを受信した後、前記第２通信部は前記許可フレームを受信しなかったものの、前記第１通信部は前記許可フレームを受信した場合、前記管理部は、前記要求フレームによる前記第１周波数帯および前記第２周波数帯の予約を解除しないことを特徴とする請求項９に記載の無線装置。
前記第１周波数帯を用いた通信の伝送レートは、前記第２周波数帯を用いた通信の伝送レートよりも小さく、
前記第１通信部が前記第１無線装置から前記要求フレームの応答であって前記許可フレームを受信した場合に、前記第１通信部で送信する第１データフレームは、前記第２通信部で送信する第２データフレームと比較して、より少ない数のＭＡＣフレームを有することを特徴とする請求項８に記載の無線装置。
前記第１周波数帯を用いた通信の伝送レートは、前記第２周波数帯を用いた通信の伝送レートよりも小さく、
前記第１通信部が前記第１無線装置から前記要求フレームの応答であって前記許可フレームを受信した場合に、前記要求フレームによって予約した期間中に前記第１通信部で送信するデータフレームの数は、前記要求フレームによって予約した期間中に前記第２通信部で送信するデータフレームの数よりも少ないことを特徴とする請求項８に記載の無線装置。
前記第１周波数帯を用いた通信の伝送レートは、前記第２周波数帯を用いた通信の伝送レートよりも小さく、
前記第１通信部が前記第１無線装置から前記要求フレームの応答であって前記許可フレームを受信した場合に、前記第１通信部で送信するデータフレームに記載される前記第１周波数帯を予約する期間は、前記第２通信部で送信するデータフレームに記載される前記第１周波数帯を予約する期間よりも長いことを特徴とする請求項８に記載の無線装置。
第１周波数帯で通信する第１通信部と、第２周波数帯で通信する第２通信部と、他の無線装置による前記第１周波数帯および前記第２周波数帯の予約状態を管理する管理部とを備える無線装置の制御方法であって、
前記第１周波数帯を第１期間予約するフレームを前記第１通信部で受信した場合に、前記管理部は、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が前記第１期間予約されたものとし、
前記第２周波数帯を第２期間予約するフレームを前記第２通信部で受信した場合に、前記管理部は、前記第１周波数帯および前記第２周波数帯が前記第２期間予約されたものとすることを特徴とする無線装置の制御方法。