JP5842253B2 - 無線通信方法、無線通信システム、上位装置及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線通信技術に関する。

無線ネットワークにおける媒体アクセス制御方式として、アクセスポイント（ＡＰ：Access Point）や端末に対して送信機会を付与する方式ではなく、アクセスポイントや端末が自律的に送信権を獲得しデータ送信後に送信権を解放する方式が提案されている（例えば非特許文献１参照）。この方式では、１回の送信機会において、アクセスポイントと単一端末間のシングルユーザ通信が実施される。アクセスポイント（または基地局ＢＳ（Base Station））、もしくは単一端末は、獲得した周波数資源占有して伝送に利用する。そのため、伝送遅延時間の増大を招いてしまう。また、十分に高い周波数利用効率は得られず、スループットの低下も招く。

対策として、多元接続方式を導入することによって、１回の送信機会においてアクセスポイントと複数の端末間のマルチユーザ通信を行う方法が提案されている（例えば非特許文献２、３）。シングルユーザ通信と比較して、マルチユーザ通信では、１回の送信機会において、アクセスポイントと複数端末との間で上りリンクマルチユーザ通信又は下りリンクマルチユーザ通信が実施される。そのため、より早期に伝送を開始することが可能となり、伝送遅延時間が低減される。また、周波数資源利用効率の向上（ＳＤＭＡ（Spatial Division Multiple Access）の場合には、チャネル容量拡大、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）の場合には、マルチユーザダイバーシチ効果）によって、スループットも向上する。

IEEE 802.11-2007, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Daewon Jung, Hyuk Lim, "Opportunistic MAC Protocol for Coordinating Simultaneous Transmissions in Multi-User MIMO Based WLANs," IEEE Communications Letters, Vol. 15, No. 8, pp. 902 - 904, Aug. 2011. Stefan Valentin, Thomas Freitag, Holger Karl, "Integrating Multiuser Dynamic OFDMA into IEEE 802.11 WLANs - LLC/MAC Extensions and System Performance," Proc. of 2008 IEEE International Conference on Communications (ICC'08), pp. 3328-3334, May 2008.

しかしながら、１回の送信機会において、下りリンクマルチユーザ通信又は上りリンクマルチユーザ通信のいずれか一方のみが実施される。そのため、下りリンクマルチユーザ通信の終了後、上りリンクマルチユーザ通信を開始するためには、改めて送信権を獲得し直す必要がある。上りリンクマルチユーザ通信の終了後に下りリンクマルチユーザ通信を開始する場合も同様である。

ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance、衝突回避機能付きキャリア感知多重アクセス）方式などのように、自律的に送信権を獲得する媒体アクセス制御法では、一般的に、送信権獲得の際に、周波数資源が未使用（ｉｄｌｅ）となる時間が長期間生じてしまう。そのため、上りリンクと下りリンクとを切り替える度に送信権を獲得し直す必要があるマルチユーザ通信では、伝送遅延時間が長くなり、スループットが低減してしまうという問題がある。

上記事情に鑑み、本発明は、無線通信における伝送遅延時間を短縮することができる技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、端末とその上位装置とが行う無線通信方法であって、前記上位装置が、通信チャネルにおける送信権を獲得し前記送信権を解放するステップと、前記上位装置が、前記送信権を獲得してから、当該送信権を解放するまでの１回の送信機会に、自装置から前記端末への下り無線通信と、前記端末から自装置への上り無線通信と、の双方を実行する上位装置側通信ステップと、前記端末が、前記１回の送信機会に、前記上位装置から自装置への下り無線通信と、自装置から前記上位装置への上り無線通信と、の双方を実行する端末側通信ステップと、を有する無線通信方法である。

本発明の一態様は、上記の無線通信方法であって、前記上位装置側通信ステップにおいて、前記上位装置は、前記１回の送信機会に下り無線通信又は上り無線通信の一方又は双方を複数回行い、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する前処理及び後処理を、本処理を行う度にその前後でそれぞれ実施し、前記端末側通信ステップにおいて、前記端末は、前記１回の送信機会に下り無線通信又は上り無線通信の一方又は双方を複数回行い、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する前処理及び後処理を、本処理を行う度にその前後でそれぞれ実施する。

本発明の一態様は、上記の無線通信方法であって、前記上位装置側通信ステップにおいて、前記上位装置は、前記１回の送信機会に下り無線通信又は上り無線通信の一方又は双方を複数回行い、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する全ての前処理を、最初の本処理を行う前に実施し、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する全ての後処理を、最後の本処理の後に実施し、前記端末側通信ステップにおいて、前記端末は、前記１回の送信機会に下り無線通信又は上り無線通信の一方又は双方を複数回行い、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する全ての前処理を、最初の本処理を行う前に実施し、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する全ての後処理を、最後の本処理の後に実施する。

本発明の一態様は、上記の無線通信方法であって、前記上り無線通信において、前記１回の送信機会における無線通信に要する上りリンク期間の合計値、上りリンク端末数の合計値、上りリンクデータ量の合計値、のいずれか１つ又は複数に上限が設けられており、前記下り無線通信において、前記１回の送信機会における無線通信に要する下りリンク期間の合計値、下りリンク端末数の合計値、下りリンクデータ量の合計値、のいずれか１つ又は複数に上限が設けられている。

本発明の一態様は、端末とその上位装置とを備える無線通信システムであって、前記上位装置は、通信チャネルにおける送信権を獲得し前記送信権を解放する送信権制御部と、前記送信権を獲得してから、当該送信権を解放するまでの１回の送信機会に、自装置から前記端末への下り無線通信と、前記端末から自装置への上り無線通信と、の双方を実行する上位装置側通信部と、を備え、前記端末は、前記１回の送信機会に、前記上位装置から自装置への下り無線通信と、自装置から前記上位装置への上り無線通信と、の双方を実行する端末側通信部と、を備える無線通信システムである。

本発明の一態様は、通信チャネルにおける送信権を獲得し前記送信権を解放する送信権制御部と、前記送信権を獲得してから、当該送信権を解放するまでの１回の送信機会に、自装置から端末への下り無線通信と、前記端末から自装置への上り無線通信と、の双方を実行する上位装置側通信部と、を備える上位装置である。

本発明の一態様は、通信チャネルにおける送信権を獲得し前記送信権を解放する送信権制御ステップと、前記送信権を獲得してから、当該送信権を解放するまでの１回の送信機会に、自装置から端末への下り無線通信と、前記端末から自装置への上り無線通信と、の双方を実行する上位装置側通信ステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムである。

本発明により、無線通信における伝送遅延時間を短縮することが可能となる。

第１実施形態による、無線通信システム１の構成を示すブロック図である。 第１実施形態によるアクセスポイントＡＰ及び端末１０の機能構成を示すブロック図である。 第１実施形態による無線通信システム１の動作を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態による、無線通信システム１での下りリンクマルチユーザ通信と上りリンクマルチユーザ通信の双方を実施する通信プロトコルを示す概念図である。 第２実施形態による無線通信システム１の動作を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態による、下りリンクマルチユーザ通信と上りリンクマルチユーザ通信の双方を実施する通信プロトコルを示す概念図である。 従来技術による下りリンクマルチユーザ通信を実施する通信プロトコル（ＭＡＣプロトコル）を示す概念図である。 従来技術による上りリンクマルチユーザ通信を実施する通信プロトコルを示す概念図である。 本発明と従来技術とにおける、オファードロード（各端末のトラヒック量）と９０％遅延時間との関係を示す概念図である。 本発明と従来技術とにおける、オファードロード(各端末のトラヒック量)とスループットとの関係を示す概念図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態による、無線通信システム１の構成を示すブロック図である。図１において、無線通信システム１は、複数の端末１０−１〜１０−ｎ（ｎは２以上の整数）と、その上位装置であるアクセスポイントＡＰとを備える。なお、無線通信システム１は、上位装置としてアクセスポイントＡＰに代えて基地局など他の装置を備えても良い。また、複数の端末１０−１〜１０−ｎを総称して端末１０と表す。無線通信システム１では、複数の端末１０−１〜１０−ｎ（あるいは、そのうちの１つの端末１０−ｉ：以下、単一端末１０−ｉという）とアクセスポイントＡＰとは、獲得した周波数資源を用いて無線通信を行う。

図２は、第１実施形態によるアクセスポイントＡＰ及び端末１０の機能構成を示すブロック図である。
アクセスポイントＡＰは、制限設定部１、送信権制御部２、下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部３及び上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部４を備える。なお、下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部３、上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部４、という名称は、マルチユーザ通信であってもシングルユーザ通信であっても良いことを示している。以下、上記２つの機能部がマルチユーザ通信を行う機能部である場合の実施形態について説明する。制限設定部１は、実際の通信ネットワークの状況に応じて、下りリンクマルチユーザ通信、及び上りリンクマルチユーザ通信に、合計下りリンク期間（合計期間）、合計上りリンク期間（合計期間）、合計下りリンク端末数（合計端末数）、合計上りリンク端末数（合計端末数）、合計下りリンクデータパケットサイズ（合成データパケットサイズ）、合計上りリンクデータパケットサイズ（合成データパケットサイズ）の各値の上限を設定する。制限内容の詳細については後述する。制限設定部１は、上記値の全てについて上限を設定しても良いし、上記値の一部について上限を設定しても良い。

送信権制御部２は、ｋ回目の送信権（アクセス権）を獲得し、獲得した結果を下りリンクマルチユーザ伝送に関連する端末１０に通知する。送信権制御部２は、全ての下りリンクマルチユーザ通信及び上りリンクマルチユーザ通信を終えると、送信権を解放する。下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部３は、複数の端末に対して情報を送信する複数回の下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信を行う。上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部４は、複数の端末から情報を受信する複数回の上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信を行う。なお、下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部３及び上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部４を合わせて、上位装置側通信部５と呼ぶ。

端末１０は、送信権制御部１１、上りリンク通信部１２及び下りリンク通信部１３を備える。送信権制御部１１は、アクセスポイントＡＰから受ける通知に従って、ｋ回目の送信権（アクセス権）を獲得する。送信権制御部１１は、全ての下りリンクマルチユーザ通信及び上りリンクマルチユーザ通信を終えると、送信権を解放する。上りリンク通信部１２は、アクセスポイントＡＰに対して情報を送信する複数回の上りリンク通信を行う。下りリンク通信部１３は、アクセスポイントＡＰから情報を受信する複数回の下りリンクマルチユーザ通信を行う。なお、上りリンク通信部１２及び下りリンク通信部１３を合わせて、端末側通信部１４と呼ぶ。

図３は、第１実施形態による無線通信システム１の動作を説明するためのフローチャートである。また、図４は、第１実施形態による、無線通信システム１での下りリンクマルチユーザ通信と上りリンクマルチユーザ通信の双方を実施する通信プロトコルを示す概念図である。

まず、アクセスポイントＡＰでは、制限設定部１が、実際の通信ネットワークの状況に応じて、上述した下りリンクマルチユーザ通信、及び上りリンクマルチユーザ通信に対して、合計期間、合計端末数、合成データパケットサイズの上限を設定する（ステップＳ１）。

以下に、制限設定部１により設定される各種上限について説明する。
制限設定部１は、Ｎ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に必要な合計下りリンク期間の上限を設定する。同様に、制限設定部１は、Ｍ回の上りリンクマルチユーザ通信の実施に必要な合計上りリンク期間の上限を設定する。例えば、合計下りリンク期間の上限が「０」と設定されると、上りリンクマルチユーザ通信だけが実施される。同様に、合計上りリンク期間の上限が「０」と設定されると、下りリンクマルチユーザ通信だけが実施される。

制限設定部１は、Ｎ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に包含する合計下りリンク端末数の上限を設定する。同様に、制限設定部１は、Ｍ回の上りリンクマルチユーザ通信の実施に包含する合計上りリンク端末数の上限を設定する。例えば、合計下りリンク端末数の上限が「０」と設定されると、上りリンクマルチユーザ通信だけを実施することになる。同様に、合計上りリンク端末数の上限が「０」と設定されると、下りリンクマルチユーザ通信だけが実施される。

更に、制限設定部１は、Ｎ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に包含する合計下りリンクデータパケットサイズの上限を設定する。同様に、制限設定部１は、Ｍ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に包含する合計上りリンクデータパケットサイズの上限を設定する。例えば、合計下りリンクデータパケットサイズの上限が「０」と設定されると、上りリンクマルチユーザ通信だけが実施される。同様に、合計上りリンクデータパケットサイズの上限が「０」と設定されると、第１実施形態では、下りリンクマルチユーザ通信だけが実施される。

上述したように、合計下りリンク期間、合計上りリンク期間の上限、合計下りリンク端末数、合計上りリンク端末数、合計下りリンクデータパケットサイズ、合計上りリンクデータパケットサイズの上限を設定することで、下りリンク通信、あるいは上りリンク通信だけの実施に限定することができる。

図３の説明に戻る。ステップＳ１の処理の後、アクセスポイントＡＰの送信権制御部２が、任意であるｋ回目の送信権（アクセス権）を獲得する。送信権制御部２は、獲得した結果を、制御信号（例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）で用いられるＲＴＳ（Request to Send、送信要求）信号、マルチユーザ通信を実現するために拡張や改良されたＲＴＳ信号など）を用いて、下りリンクマルチユーザ伝送に関連する端末１０に通知する（ステップＳ２）。端末１０の送信権制御部１１は、アクセスポイントＡＰから受ける通知に従って、任意であるｋ回目の送信権（アクセス権）の獲得を認知する。

次に、アクセスポイントＡＰの下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部３及び端末１０の上りリンク通信部１２が、複数回の下りリンクマルチユーザ通信を実施する（ステップＳ３）。次に、アクセスポイントＡＰの上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部４及び端末１０の下りリンク通信部１３が、複数回の上りリンクマルチユーザ通信を実施する（ステップＳ４）。

図４は、一般性を失うことのないように、下りリンクマルチユーザ通信をＮ回、上りリンクマルチユーザ通信をＭ回実施することを表している。但し、Ｎ回の下りリンクマルチユーザ通信とＭ回の上りリンクマルチユーザ通信とは、必ずしも図４のような順番で実施される必要はない。通信ネットワークの状況に応じて、下りリンク通信と上りリンク通信との順番が変更されても良いし、複数回の下りリンク通信と複数回の上りリンク通信とがひとまとまりではなく実施されても良い。

また、通信ネットワークの状況によっては、実施するＮ回の下りリンクマルチユーザ通信とＭ回の上りリンクマルチユーザ通信との中に、１つのユーザ端末しか含まない事実上のシングルユーザ通信が実施されても良い。

図４に示すように、毎回の下りリンクマルチユーザ通信の実施は、更に前処理、本処理、及び後処理の三段階に分解される。
前処理では、端末１０からアクセスポイントＡＰに対して、制御信号（例えば、無線ＬＡＮで用いるＣＴＳ（Clear to Send、受信準備完了）信号、あるいはマルチユーザ通信を実現するために拡張や改良されたＣＴＳ信号など）を送信して、下りリンクマルチユーザ伝送を開始するための準備を整える。

本処理では、アクセスポイントＡＰから複数の端末１０へ向けて、情報信号（例えば、無線ＬＡＮの場合には、データパケットに相当する）を伝送する。

後処理では、複数の端末１０からアクセスポイントＡＰに対して、制御信号（例えば、無線ＬＡＮで用いるＡＣＫ（Acknowledgment、確認応答）信号、あるいはマルチユーザ通信を実現するために拡張や改良されたＡＣＫ信号など）を送信して、下りリンクマルチユーザ伝送の成功失敗を知らせる。

同様に、図４に示すように、毎回の上りリンクマルチユーザ通信の実施は、更に前処理、本処理、及び後処理の三段階に分解される。

前処理では、アクセスポイントＡＰから端末１０に対して、制御信号（例えば、無線ＬＡＮで用いるＣＴＳ信号、あるいはマルチユーザ通信を実現するために拡張や改良されたＣＴＳ信号など）を送信して、上りリンクマルチユーザ伝送を開始するための準備を整える。

本処理では、複数の端末１０からアクセスポイントＡＰへ向けて、情報信号（例えば、無線ＬＡＮの場合には、データパケットに相当する）を伝送する。

後処理では、アクセスポイントＡＰから複数の端末１０に対して、制御信号（例えば、無線ＬＡＮで用いるＡＣＫ信号、あるいはマルチユーザ通信を実現するために拡張や改良されたＡＣＫ信号など）を送信して、上りリンクマルチユーザ伝送の成功失敗を知らせる。

最後に、全ての下りリンクマルチユーザ通信、及び上りリンクマルチユーザ通信の実施を終えると、アクセスポイントＡＰの送信権制御部２、及び端末１０の送信権制御部１１で、今回の送信権（図４では、ｋ回目の通信権）を解放する（ステップＳ５）。

なお、上述した下りリンクマルチユーザ通信、及び上りリンクマルチユーザ通信に用いる多元接続方式は、マルチキャリア多元接続方式ＯＦＤＭＡ、あるいはマルチアンテナ多元接続方式ＳＤＭＡ、あるいはインタ−リーバ多元接続方式ＩＤＭＡ（Interleaved Division Multiple Access）、もしくはそれらの多元接続方式と多重伝送方式とを組合せた方式、例えば、ＳＤＭ−ＯＦＤＭＡ、ＯＦＤＭ−ＳＤＭＡ、ＯＦＤＭ−ＩＤＭＡなどが考えられる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、無線通信システムの構成は、図１と同様であり、アクセスポイントＡＰの構成、及び端末１０の構成も、図２と同様であるので説明を省略する。

図５は、第２実施形態による無線通信システム１の動作を説明するためのフローチャートである。また、図６は、第２実施形態による、下りリンクマルチユーザ通信と上りリンクマルチユーザ通信の双方を実施する通信プロトコルを示す概念図である。

まず、アクセスポイントＡＰでは、制限設定部１が、実際の通信ネットワークの状況に応じて、上述した下りリンクマルチユーザ通信、及び上りリンクマルチユーザ通信に対して、合計期間、合計端末数、合成データパケットサイズの上限を設定する（ステップＳ１０）。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、制限設定部１は、全てのＮ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に必要な合計下りリンク期間の上限を設定する。同様に、全てのＭ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に必要な合計上りリンク期間の上限を設定する。例えば、合計下りリンク期間の上限を「０」と設定すれば、第２実施形態では、上りリンクマルチユーザ通信だけを実施することになる。同様に、合計上りリンク期間の上限を「０」と設定すれば、第２実施形態では、下りリンクマルチユーザ通信だけを実施することになる。

また、制限設定部１は、全てのＮ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に包含する合計下りリンク端末数の上限を設定する。同様に、全てのＭ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に包含する合計上りリンク端末数の上限を設定する。例えば、合計下りリンク端末数の上限を「０」と設定すれば、第２実施形態では、上りリンクマルチユーザ通信だけを実施することになる。同様に、合計上りリンク端末数の上限を「０」と設定すれば、第２実施形態では、下りリンクマルチユーザ通信だけを実施することになる。

更に、制限設定部１は、全てのＮ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に包含する合計下りリンクデータパケットサイズの上限を設定する。同様に、全てのＭ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に包含する合計上りリンクデータパケットサイズの上限を設定する。例えば、合計下りリンクデータパケットサイズの上限を「０」と設定すれば、第２実施形態では、上りリンクマルチユーザ通信だけを実施することになる。同様に、合計上りリンクデータパケットサイズの上限を「０」と設定すれば、第２実施形態では、下りリンクマルチユーザ通信だけを実施することになる。

上述したように、合計下りリンク期間、及び／または合計上りリンク期間の上限、合計下りリンク端末数、及び／または合計上りリンク端末数、合計下りリンクデータパケットサイズ、及び／または合計上りリンクデータパケットサイズの上限を設定することで、第２実施形態では、下りリンク通信、あるいは上りリンク通信だけの実施に限定することができる。

次に、アクセスポイントＡＰでは、送信権制御部２が、任意であるｋ回目の送信権（アクセス権）を獲得し、獲得した結果を制御信号（例えば、無線ＬＡＮで用いるＲＴＳ信号、あるいはマルチユーザ通信を実現するために拡張や改良されたＲＴＳ信号など）を用いて、下りリンクマルチユーザ伝送に関連する端末に知らせる（ステップＳ１１）。端末１０では、アクセスポイントＡＰからの通知に従って、任意であるｋ回目の送信権（アクセス権）の獲得を認知する。

次に、アクセスポイントＡＰの下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部３、及び上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部４、ならびに、端末１０の上りリンク通信部１２、及び下りリンク通信部１３にて、全Ｎ回下りリンク前処理と全Ｍ回上りリンク前処理とを実施する（ステップＳ１２）。具体的には、図６に示すように、全Ｎ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に必要な、全Ｎ回下りリンク前処理と、全Ｍ回の上りリンクマルチユーザ通信の実施に必要な、全Ｍ回上りリンク前処理とを、全Ｎ回下りリンクマルチユーザ通信本処理、及び全Ｍ回上りリンクマルチユーザ通信本処理の前に実施する。

全Ｎ回下りリンク前処理、及び全Ｍ回上りリンク前処理では、アクセスポイントＡＰと端末１０との間で、制御信号（例えば、無線ＬＡＮで用いるＣＴＳ信号、あるいはマルチユーザ通信を実現するために拡張や改良されたＣＴＳ信号など）を送受信することで、全Ｎ回下りリンク（マルチユーザ通信）本処理、及び全Ｍ回上りリンク（マルチユーザ通信）本処理を開始するための準備を整える。

次に、アクセスポイントＡＰの下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部３、及び端末１０の下りリンク通信部１３にて、複数回の下りリンクマルチユーザ通信を実施する（ステップＳ１３）。次に、アクセスポイントＡＰの上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部４、及び端末１０の上りリンク通信部１２にて、複数回の上りリンクマルチユーザ通信を実施する（ステップＳ１４）。

全Ｎ回下りリンク（マルチユーザ通信）本処理、及び全Ｍ回上りリンク（マルチユーザ通信）本処理では、アクセスポイントＡＰと端末１０間で情報信号（例えば、無線ＬＡＮの場合には、データパケットに相当する）を伝送する。

図６では、一般性を失うことのないように、下りリンクマルチユーザ通信をＮ回、上りリンクマルチユーザ通信をＭ回実施することを表している。但し、Ｎ回の下りリンクマルチユーザ通信とＭ回の上りリンクマルチユーザ通信とは、必ずしも図６のような順番で実施する必要はない。通信ネットワークの状況に応じて、下りリンク通信と上りリンク通信との順番を変えたり、複数回の下りリンク通信と複数回の上りリンク通信とを固めずに分解したりするようにしてもよい。

また、通信ネットワークの状況によっては、実施するＮ回の下りリンクマルチユーザ通信とＭ回の上りリンクマルチユーザ通信との中に、１つのユーザ端末しか含まない事実上のシングルユーザ通信も可能である。

次に、アクセスポイントＡＰの下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部３、及び上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部４、ならびに、端末１０の上りリンク通信部１２、及び下りリンク通信部１３にて、全Ｎ回下りリンク後処理と全Ｍ回上りリンク後処理とを実施する（ステップＳ１５）。具体的には、図６に示すように、全Ｎ回下りリンク（マルチユーザ通信）本処理、及び全Ｍ回上りリンク（マルチユーザ通信）本処理の後に、全Ｎ回の下りリンクマルチユーザ通信の実施に必要な、全Ｎ回下りリンク後処理と、全Ｍ回の上りリンクマルチユーザ通信の実施に必要な、全Ｍ回上りリンク後処理とを実施する。

全Ｎ回下りリンク（マルチユーザ通信）後処理、及び全Ｍ回上りリンク（マルチユーザ通信）後処理では、アクセスポイントＡＰ、及び端末１０は、制御信号（例えば、無線ＬＡＮで用いるＡＣＫ信号、あるいはマルチユーザ通信を実現するために拡張や改良されたＡＣＫ信号など）を送受信することで、全Ｎ回下りリンク（マルチユーザ通信）本処理、及び全Ｍ回上りリンク（マルチユーザ通信）本処理の成功失敗を知らせる。

最後に、全ての下りリンクマルチユーザ通信、及び上りリンクマルチユーザ通信の実施を終えると、アクセスポイントＡＰの送信権制御部２、及び端末１０の送信権制御部１１で、今回の送信権（図６では、ｋ回目の通信権）を解放する（ステップＳ１６）。

なお、上述した下りリンクマルチユーザ通信、及び上りリンクマルチユーザ通信に用いる多元接続方式は、上述した第１実施形態と同様に、マルチキャリア多元接続方式ＯＦＤＭＡ、あるいはマルチアンテナ多元接続方式ＳＤＭＡ、あるいはインタ−リーバ多元接続方式ＩＤＭＡ（Interleaved Division Multiple Access）、もしくはそれらの多元接続方式と多重伝送方式とを組合せた方式、例えば、ＳＤＭ−ＯＦＤＭＡ、ＯＦＤＭ−ＳＤＭＡ、ＯＦＤＭ−ＩＤＭＡなどが考えられる。

［発明の数値実験結果］
次に、本発明の定量的効果を示すために，上述した第１実施形態（図４）の数値実験例（シミュレーション評価結果）について説明する。第１実施形態において、下りリンク通信、及び上りリンク通信の実施回数を、それぞれ１回とし、下りリンクを先に実施し、上りリンクを後に実施する。

図７は、従来技術による下りリンクマルチユーザ通信を実施する通信プロトコル（ＭＡＣプロトコル）を示す概念図である。また、図８は、従来技術による上りリンクマルチユーザ通信を実施する通信プロトコルを示す概念図である。本発明に対する比較対象として挙げる従来技術のマルチユーザ通信では、１回の送信機会において、図７、及び図８に示すように、下りリンクマルチユーザ通信、あるいは上りリンクマルチユーザ通信の何れかを実施する。

なお、本発明、及び従来技術ともに、無線ＬＡＮの標準規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｇに準拠するパラメータを適用する。送信権の獲得する媒体アクセス方式としては、ＩＥＥＥ８０２．１１標準規格で採用されているＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いている。下りリンクマルチユーザ通信、及び上りリンクマルチユーザ通信を実現する多元接続方式としては、直交周波数多元接続ＯＦＤＭＡ方式を用いている。１３サブキャリア１５ＯＦＤＭＡシンボルを、１つの基本単位として一度で最大４ユーザまで多元接続可能なマルチユーザ通信を行った。勿論、本発明の有効性は、ＯＦＤＭＡに限定するものではないため、空間分割多元接続ＳＤＭＡやインタリーブ分割多元接続ＩＤＭＡを適用しても、同様な効果が得られる。

図９は、本発明と従来技術とにおける、オファードロード（各端末のトラヒック量）と９０％遅延時間との関係を示す概念図である。また、図１０は、本発明と従来技術とにおける、オファードロード(各端末のトラヒック量)とスループットとの関係を示す概念図である。なお、図９において、９９％遅延時間とは、アクセスポイントＡＰ、及び各端末で生起したパケットのうち、９９％のパケットが宛先（アクセスポイントＡＰ、もしくは端末）に到着する時間を表している。図９からは、従来技術に比べ、本発明では、低い遅延時間が得られており、本発明により、遅延時間の低減が図られることが分かる。また、図１０からは、従来技術に比べ、本発明では、高いスループットが得られており、本発明により、スループットの向上が図られることが分かる。

上述した第１、第２実施形態によれば、以下の効果が得られる。
従来技術による下りリンク通信、あるいは上りリンク通信では、１回の送信機会において、下りリンク通信、または上りリンク通信の何れかのみが実施される。このため、下りリンク、上りリンクのいずれかのリンクの通信終了後、他方のリンクの通信を開始するためには、改めて送信権を獲得し直す必要がある。

これに対して、上述した第１、第２実施形態によれば、１回の送信機会にて、上りリンク通信、及び下りリンク通信の双方が行われるので、送信権を獲得し直す必要が無いため、伝送遅延時間を短縮することができる。

また、第１実施形態及び第２実施形態によれば、上述したように、送信権獲得の頻度が低減するため、送信権獲得の頻度周波数資源が未使用（ｉｄｌｅ）となる機会が減少するので、通信に利用できる周波数資源が増加することにより、スループットを向上させることができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

ＡＰ…アクセスポイント， １…制限設定部， ２…送信権制御部， ３…下りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部， ４…上りリンクマルチ（シングル）ユーザ通信部， ５…上位装置側通信部， １０、１０−１〜１０−ｎ…端末， １１…送信権制御部， １２…上りリンク通信部， １３…下りリンク通信部， １４…端末側通信部

Claims (7)

1. 端末とその上位装置とが行う無線通信方法であって、
   前記上位装置が、通信チャネルにおける送信権を獲得し前記送信権を解放するステップと、
   前記上位装置が、前記送信権を獲得してから、当該送信権を解放するまでの１回の送信機会に、自装置から前記端末への下り無線通信と、前記端末から自装置への上り無線通信と、の双方を実行する上位装置側通信ステップと、
   前記端末が、前記１回の送信機会に、前記上位装置から自装置への下り無線通信と、自装置から前記上位装置への上り無線通信と、の双方を実行する端末側通信ステップと、
   を有する無線通信方法。
2. 前記上位装置側通信ステップにおいて、前記上位装置は、前記１回の送信機会に下り無線通信及び上り無線通信の双方を複数回行い、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する前処理及び後処理を、本処理を行う度にその前後でそれぞれ実施し、
   前記端末側通信ステップにおいて、前記端末は、前記１回の送信機会に下り無線通信及び上り無線通信の双方を複数回行い、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する前処理及び後処理を、本処理を行う度にその前後でそれぞれ実施する、請求項１に記載の無線通信方法。
3. 前記上位装置側通信ステップにおいて、前記上位装置は、前記１回の送信機会に下り無線通信及び上り無線通信の双方を複数回行い、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する全ての前処理を、最初の本処理を行う前に実施し、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する全ての後処理を、最後の本処理の後に実施し、
   前記端末側通信ステップにおいて、前記端末は、前記１回の送信機会に下り無線通信及び上り無線通信の双方を複数回行い、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する全ての前処理を、最初の本処理を行う前に実施し、前記下り無線通信又は前記上り無線通信に関する全ての後処理を、最後の本処理の後に実施する、
   請求項１に記載の無線通信方法。
4. 前記上り無線通信において、前記１回の送信機会における無線通信に要する上りリンク期間の合計値、上りリンク端末数の合計値、上りリンクデータ量の合計値、のいずれか１つ又は複数に上限が設けられており、
   前記下り無線通信において、前記１回の送信機会における無線通信に要する下りリンク期間の合計値、下りリンク端末数の合計値、下りリンクデータ量の合計値、のいずれか１つ又は複数に上限が設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線通信方法。
5. 端末とその上位装置とを備える無線通信システムであって、
   前記上位装置は、
   通信チャネルにおける送信権を獲得し前記送信権を解放する送信権制御部と、
   前記送信権を獲得してから、当該送信権を解放するまでの１回の送信機会に、自装置から前記端末への下り無線通信と、前記端末から自装置への上り無線通信と、の双方を実行する上位装置側通信部と、を備え、
   前記端末は、
   前記１回の送信機会に、前記上位装置から自装置への下り無線通信と、自装置から前記上位装置への上り無線通信と、の双方を実行する端末側通信部と、
   を備える無線通信システム。
6. 通信チャネルにおける送信権を獲得し前記送信権を解放する送信権制御部と、
   前記送信権を獲得してから、当該送信権を解放するまでの１回の送信機会に、自装置から端末への下り無線通信と、前記端末から自装置への上り無線通信と、の双方を実行する上位装置側通信部と、
   を備える上位装置。
7. 通信チャネルにおける送信権を獲得し前記送信権を解放する送信権制御ステップと、
   前記送信権を獲得してから、当該送信権を解放するまでの１回の送信機会に、自装置から端末への下り無線通信と、前記端末から自装置への上り無線通信と、の双方を実行する上位装置側通信ステップと、
   をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。

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