JP7420259B2 - 基地局、基地局システム、及び通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信技術に関する。
無線ＬＡＮ（Local Area Network）端末は、アクセスポイント（ＡＰ）である基地局を介してネットワークに接続する。複数の基地局が互いに近くに設置される場合には、互いに異なる周波数チャネルを使用することで基地局の棲み分けが可能である。しかしながら、周波数帯域は有限であるため、隣接する基地局が互いに同じ周波数チャネルを使用する場合がある。
同じ周波数チャネルを使用する基地局及び端末は、信号を送信する前にＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）によりキャリアセンスを行うことで、干渉を回避する。キャリアセンスは送信側で行われる。送信側の２つの無線局（例えば基地局）がチャネルが空き状態であることを検出して信号を送信した場合であっても、受信側の無線局（例えば端末）において干渉が生じる可能性がある。
IEEE Std 802.11-2016,"21.3.11 SU-MIMO and DL-MU-MIMO Beamforming", 7 December 2016.
サービスエリアが重複するように複数の基地局が設置される場合、複数の基地局が信号を同時に送信すると、重複エリアに位置する端末において干渉が生じ、端末が目的の信号を正しく受信できないことがある。
本発明の一態様に係る基地局は、第１の基地局と複数の第２の基地局とを含む基地局システムにおける前記第１の基地局として動作するものであって、前記複数の第２の基地局に共通するアクセスパラメータを使用して、前記複数の第２の基地局のそれぞれについてチャネルが空き状態であるかビジー状態であるかを判定するキャリアセンス制御部と、前記チャネルが前記空き状態であると判定された２つ以上の第２の基地局を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯにより、第１の無線端末へ送信すべき第１の信号及び第２の無線端末へ送信すべき第２の信号を送信する処理部と、を備える。
本発明の一態様によれば、受信側の無線端末において生じる干渉を低減することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システムを示す図である。 図２は、図１に示したマスタ基地局のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図３は、図１に示したスレーブ基地局のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図４は、図１に示した無線端末のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図５は、図１に示した基地局システムと無線端末との通信の際のＭＡＣ層の処理を示す図である。 図６は、図１に示したマスタ基地局の機能構成例を示すブロック図である。 図７は、図６に示した端末管理部が保持する通信状態情報の一例を示す図である。 図８は、図１に示したスレーブ基地局の機能構成例を示すブロック図である。 図９は、図１に示したマスタ基地局が送信に使用するスレーブ基地局を決定する処理を示すフローチャートである。 図１０は、図１に示したマスタ基地局がキャリアセンス結果に基づいて送信を行う処理の一例を説明する図である。 図１１は、図１に示したマスタ基地局が信号を送信する処理を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システム１０を概略的に示している。図１に示すように、無線通信システム１０は、基地局システム１２及び無線端末１４を備える。３つの無線端末１４－１、１４－２、１４－３が図１に示されているが、無線端末１４の数は動的に変化する。
無線端末１４は無線通信機能を有する端末装置である。無線端末１４は、スマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどの携帯無線端末であってもよい。無線端末１４は、デスクトップパソコンなどの固定された無線端末であってもよい。以降では、無線端末を単に端末と称する。
基地局システム１２は、端末１４に対する１つのアクセスポイント（ＡＰ）として動作する。基地局システム１２は、インターネットなどのネットワーク１６に接続され、端末１４は、基地局システム１２を介してネットワーク１６にアクセスする。例えば、端末１４は、基地局システム１２を介してネットワーク１６上のサーバ（図示せず）とデータ交換する。
基地局システム１２は、マスタ基地局１２１及び複数のスレーブ基地局１２２を備える。スレーブ基地局１２２は異なる地理的位置に配置される。スレーブ基地局１２２は個々のサービスエリア１２３を形成する。サービスエリア１２３は、スレーブ基地局１２２により送信された無線信号が届く範囲に相当する。あるサービスエリア１２３は他のサービスエリア１２３と部分的に重なっていてよく、本実施形態ではこれらが重なっている場合について説明する。マスタ基地局１２１は、同軸ケーブルや光ファイバなどのケーブルにより、スレーブ基地局１２２に接続されてよい。マスタ基地局１２１とスレーブ基地局１２２との間の接続方式として、例えば、ＲｏＦ（Radio on Fiber）を使用することができる。
図１の例では、３つのスレーブ基地局１２２－１、１２２－２、１２２－３が設けられている。代替として、２つ又は４つ以上のスレーブ基地局１２２が設けられていてもよい。スレーブ基地局１２２－１、１２２－２、１２２－３のサービスエリア１２３－１、１２３－２、１２３－３は互いに部分的に重なっている。図１に示すスナップショットでは、端末１４－１はサービスエリア１２３－１、１２３－２の重複エリアに位置し、端末１４－２はサービスエリア１２３－１、１２３－２、１２３－３の重複エリアに位置し、端末１４－３はサービスエリア１２３－２、１２３－３の重複エリアに位置している。
マスタ基地局１２１は上位ＡＰとして機能し、スレーブ基地局１２２は下位ＡＰとして機能する。例えば、マスタ基地局１２１は、ＬＬＣ（Logical Link Control）層の処理及びＭＡＣ（Medium Access Control）層の第１部分の処理を行う。ＭＡＣ層の第１部分の処理は、ＭＡＣフレームの生成、ＭＡＣフレームからのデータ抽出、端末帰属の管理、並びに、パラメータ（例えばアクセスパラメータ）の設定、メンテナンス、及び通知を含む。スレーブ基地局１２２は、ＭＡＣ層の第２部分の処理及びＰＨＹ（Physical）層の処理を行う。スレーブ基地局１２２は、端末１４に無線信号を送信したり、端末１４から無線信号を受信したりする。
スレーブ基地局１２２は、端末１４との通信の際に、マスタ基地局１２１の無線モジュールに割り当てられたＭＡＣアドレスを自身のＭＡＣアドレスとして使用する。言い換えると、スレーブ基地局１２２のそれぞれから送信される無線信号は、ＡＰのＭＡＣアドレスを格納するフィールドに同じＭＡＣアドレスを含む。これは、マスタ基地局１２１においてＭＡＣフレームを生成することにより達成することができる。
スレーブ基地局１２２は同じ周波数チャネルを使用する。周波数チャネル、変調方式、及び符号化方式は、マスタ基地局１２１により指定される。スレーブ基地局１２２は同じ情報（例えば同じＢＳＳＩＤ（Basic Service Set identifier））を含むビーコンを送信する。端末１４は、ビーコンを受信することによりＡＰの存在を検出する。端末１４は、ビーコンに含まれる情報（例えばチャネル識別情報及びアクセスパラメータ）に従ってチャネルにアクセスし、基地局システム１２との間で認証及びアソシエーションを行う。それにより、端末１４と基地局システム１２との間の無線リンクが確立する。無線リンクの確立は、いずれのスレーブ基地局１２２を介して実行されてもよい。この後に、端末１４は基地局システム１２とデータ交換する。
基地局システム１２は、複数のスレーブ基地局１２２を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）（ＭＵ－ＭＩＭＯ）送信を行うことにより、複数の端末１４宛ての複数のデータを同時に送信することができる。例えば、マスタ基地局１２１がネットワーク１６から端末１４－１宛ての第１のデータ及び端末１４－２宛ての第２のデータを受信したとする。この場合、マスタ基地局１２１は、第１及び第２のデータを端末１４－１、１４－２にそれぞれ送信するために、スレーブ基地局１２２－１、１２２－２を協調的に使用してＭＵ－ＭＩＭＯ送信を行う。これと対照に、協調ＭＵ－ＭＩＭＯ送信を行わず、スレーブ基地局１２２－１が第１のデータを含む無線信号を送信し、それと同時にスレーブ基地局１２２－２が第２のデータを含む無線信号を送信する場合、サービスエリア１２３－１、１２３－２の重複エリアでは相互干渉が生じ、端末１４－１及び／又は１４－２は信号を正常に受信できないことがある。複数のスレーブ基地局１２２を用いた協調ＭＵ－ＭＩＭＯ送信は、そのような相互干渉を低減することができる。
図２は、マスタ基地局１２１のハードウェア構成例を概略的に示している。図２に示すように、マスタ基地局１２１は、コントローラ２１、データメモリ２２、ＷＡＮ（Wide Area Network）モジュール２３、ルーティングモジュール２４、無線モジュール２５、及び有線モジュール２６を備える。
コントローラ２１は、データ処理を行うとともに、他のハードウェア構成要素を制御する。コントローラ２１は、プロセッサ２１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）２１２、及びプログラムメモリ２１３を備える。
プロセッサ２１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの汎用プロセッサであってよいが、これに限定されない。ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの専用プロセッサが使用されてもよい。なお、コントローラ２１は２つ以上のプロセッサを備えてもよい。
ＲＡＭ２１２はワーキングメモリとしてプロセッサ２１１により使用される。ＲＡＭ２１２はＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリを含む。プログラムメモリ２１３は、ファームウェアなど、プロセッサ２１１により実行されるプログラムを記憶する。プログラムメモリ２１３として、例えば、ＲＯＭ（Read-Only Memory）が使用される。
コントローラ２１はプログラムに従って動作する。例えば、プロセッサ２１１は、プログラムメモリ２１３に記憶されたプログラムをＲＡＭ２１２に展開し、プログラムを解釈及び実行することにより、データ処理及び制御を行う。
データメモリ２２はデータを記憶する。データメモリ２２は、例えば、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを含む。データメモリ２２の一部領域がプログラムメモリ２１３として使用されてもよい。
ＷＡＮモジュール２３は、マスタ基地局１２１がネットワーク１６を介して図示しないサーバと通信するためのインタフェースを含むモジュールである。ＷＡＮモジュール２３は、例えば、光回線を介してネットワーク１６に接続するように構成されている。
ルーティングモジュール２４は、ＷＡＮモジュール２３に接続され、ＷＡＮモジュール２３からのＩＰパケットの宛先情報に従ってルーティングをするように構成されている。なお、マスタ基地局１２１は、ルーティングモジュール２４を備えていなくてもよい。マスタ基地局１２１は、無線通信又は有線通信によってマスタ基地局１２１の外部に設けられたルータにアクセスし、ルータを経由してネットワーク１６に接続するように構成されていてもよい。
無線モジュール２５は、端末１４との無線通信に関する処理を行うように構成される。無線モジュール２５は、Ｗｉ－Ｆｉなどの無線ＬＡＮ規格に準拠し得る。無線モジュール２５は、プロセッサとメモリとを含む処理回路を備える。無線モジュール２５は例えばチップセットとして提供されてよい。無線モジュール２５は、認証とアソシエーションとを含む、端末１４との無線リンクを確立するための処理を行う。また、無線モジュール２５は、コントローラ２１からデータを受け取り、受け取ったデータに基づいてＭＡＣフレームを生成し、生成したＭＡＣフレームをスレーブ基地局１２２のいずれかに送信する。ＭＡＣフレームはＡＰのＭＡＣアドレス及び誤り検出符号（ＦＣＳ：Frame Check Sequence）を含む。ＡＰのＭＡＣアドレスはＭＡＣフレームのヘッダに格納される。ＡＰのＭＡＣアドレスは無線モジュール２５に割り当てられたＭＡＣアドレスであり得る。また、無線モジュール２５は、端末１４からスレーブ基地局１２２のいずれかを介して送信されてきたＭＡＣフレームからデータを抽出し、抽出したデータをコントローラ２１に送出する。
有線モジュール２６は、スレーブ基地局１２２との有線通信のための処理を行うように構成される。例えば、有線モジュール２６は、スレーブ基地局１２２のそれぞれとケーブルを介して接続される。接続方式としては、同軸ケーブル又はＲｏＦ（Radio on Fiber）などを使用することができる。接続方式としてＲｏＦを使用する場合、有線モジュール２６は、電気信号を光信号に変換する電気光（Ｅ／Ｏ）変換器、及び光信号を電気信号に変換する光電気（Ｏ／Ｅ）変換器を備える。有線モジュール２６が送信した信号がスレーブ基地局１２２のうちの目的のスレーブ基地局で受信され、スレーブ基地局１２２が送信した信号が有線モジュール２６で受信されるように構成されていれば、有線モジュール２６は、任意の有線通信方式を採用してよい。
図３は、スレーブ基地局１２２のハードウェア構成例を概略的に示している。図３に示すスレーブ基地局１２２は、図１に示したスレーブ基地局１２２の各々に相当する。図３に示すように、スレーブ基地局１２２は、コントローラ３１、データメモリ３２、無線モジュール３３、及び有線モジュール３４を備える。
コントローラ３１は、データ処理を行うとともに、他のハードウェア構成要素を制御する。コントローラ３１は、プロセッサ３１１、ＲＡＭ３１２、及びプログラムメモリ３１３を備える。
プロセッサ３１１は、ＣＰＵなどの汎用プロセッサであってもよく、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの専用プロセッサであってもよい。なお、コントローラ３１は２つ以上のプロセッサを備えてもよい。
ＲＡＭ３１２はワーキングメモリとしてプロセッサ３１１により使用される。ＲＡＭ３１２はＳＤＲＡＭなどの揮発性メモリを含む。プログラムメモリ３１３は、ファームウェアなどのプログラムを記憶する。プログラムメモリ３１３として、例えば、ＲＯＭが使用される。コントローラ３１はプログラムに従って動作する。例えば、プロセッサ３１１は、プログラムメモリ３１３に記憶されたプログラムをＲＡＭ３１２に展開し、プログラムを解釈及び実行することにより、データ処理及び制御を行う。
データメモリ３２はデータを記憶する。データメモリ３２として、例えば、フラッシュメモリが使用される。データメモリ３２の一部領域がプログラムメモリ３１３として使用されもよい。
無線モジュール３３は、無線通信に関する処理を行うように構成される。無線モジュール３３は、Ｗｉ－Ｆｉなどの無線ＬＡＮ規格に準拠し得る。無線モジュール３３は、プロセッサとメモリとを含む処理回路、ＲＦ（Radio Frequency）回路、及びアンテナを備える。無線モジュール３３はチップセットとして提供されてよい。無線モジュール３３は、有線モジュール３４を介してマスタ基地局１２１からＭＡＣフレームを受信し、ＲＦ回路によりＭＡＣフレームを無線信号に変換し、アンテナを介して無線信号を放射する。変換前に、無線モジュール３３は、ＭＡＣフレームに物理ヘッダを付加する。また、無線モジュール３３は、アンテナを介して無線信号を受信し、受信した無線信号からＭＡＣフレームを抽出し、抽出したＭＡＣフレームをマスタ基地局１２１に送信する。
有線モジュール３４は、マスタ基地局１２１との有線通信のための処理を行うように構成される。例えば、有線モジュール３４は、ケーブルを介してマスタ基地局１２１と接続される。接続方式としては、同軸ケーブル又はＲｏＦなどを使用することができる。接続方式としてＲｏＦを使用する場合、有線モジュール３４は、電気光変換器及び光電気変換器を備える。有線モジュール３４が送信した信号がマスタ基地局１２１で受信され、マスタ基地局１２１が送信した信号が有線モジュール３４で受信されるように構成されていれば、有線モジュール３４は、任意の有線通信方式を採用してもよい。
図４は、端末１４のハードウェア構成例を概略的に示している。図４に示す端末１４は、図１に示した端末１４の各々に相当する。図４に示す例では、端末１４は携帯端末である。端末１４は、コントローラ４１、データメモリ４２、無線モジュール４３、ユーザインタフェース４４、及びバッテリ４５を備える。
コントローラ４１は、データ処理を行うとともに、他のハードウェア構成要素を制御する。コントローラ４１は、プロセッサ４１１、ＲＡＭ４１２、及びプログラムメモリ４１３を備える。
プロセッサ４１１は、ＣＰＵなどの汎用プロセッサであってもよく、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの専用プロセッサであってもよい。なお、コントローラ４１は複数のプロセッサを備えてもよい。ＲＡＭ４１２はワーキングメモリとしてプロセッサ４１１により使用される。ＲＡＭ４１２はＳＤＲＡＭなどの揮発性メモリを含む。プログラムメモリ４１３は、ＯＳ（Operating System）、ファームウェア、アプリケーションなどのプログラムを記憶する。プログラムメモリ４１３として、例えば、ＲＯＭが使用される。
コントローラ４１はプログラムに従って動作する。例えば、プロセッサ４１１は、プログラムメモリ４１３に記憶されたプログラムをＲＡＭ４１２に展開し、プログラムを解釈及び実行することにより、データ処理及び制御を行う。
データメモリ４２はデータを記憶する。データメモリ４２として、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）又はフラッシュメモリが使用される。データメモリ４２の一部領域がプログラムメモリ４１３として使用されてもよい。
無線モジュール４３は、無線通信に関する処理を行うように構成される。無線モジュール４３は、Ｗｉ－Ｆｉなどの無線ＬＡＮ規格に準拠し得る。無線モジュール４３は、プロセッサとメモリとを含む処理回路、ＲＦ回路、及びアンテナを備える。無線モジュール４３はチップセットとして提供されてよい。
無線モジュール４３は、認証とアソシエーションとを含む、基地局システム１２との無線リンクを確立するための処理を行う。また、無線モジュール４３は、コントローラ４１からデータを受け取り、受け取ったデータに基づいてＭＡＣフレームを生成し、ＲＦ回路によりＭＡＣフレームを無線信号に変換し、アンテナを介して無線信号を放射する。ＭＡＣフレームは無線モジュール４３に割り当てられたＭＡＣアドレス及び誤り検出符号（ＦＣＳ）を含む。ＭＡＣアドレスはＭＡＣフレームのヘッダに格納される。また、無線モジュール４３は、アンテナを介して無線信号を受信し、受信した無線信号からデータを抽出し、抽出したデータをコントローラ４１に送出する。
ユーザインタフェース４４は、ユーザとの間で情報をやり取りするためのインタフェースである。一例として、ユーザインタフェース４４は、タッチスクリーン、スピーカ、及びマイクロフォンを含む。タッチスクリーンはディスプレイ及びタッチパネルを含む。
バッテリ４５は、リチウムイオン二次電池などの充電式バッテリであり得る。バッテリ４５は、他のハードウェア構成要素に電力を供給する。
図５は、基地局システム１２と端末１４との通信の際のＭＡＣ層の処理を示す図である。図５に示すＭＡＣ層の処理は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に従っている。図５では、送信側の処理と受信側の処理との両方が示されている。基地局システム１２と端末１４とのうちの一方の無線モジュールが送信側の処理をするとき、他方の無線モジュールが受信側の処理をする。以下の例では、送信側と受信側の無線モジュールを区別せずに記載する。
まず、送信側の処理について説明する。ステップＳ１０において、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、ＬＬＣ層から入力される複数のＬＬＣパケットを結合してＡ－ＭＳＤＵ（Aggregate-MAC service data unit）を生成する。
ステップＳ１１において、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵにシーケンスナンバー（ＳＮ）を割り当てる。シーケンスナンバーは、Ａ－ＭＳＤＵを特定するための一意の番号である。
ステップＳ１２において、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵを複数のＭＰＤＵ（MAC protocol data unit）にフラグメント（分割）する。
ステップＳ１３において、無線モジュールは、それぞれのＭＰＤＵを暗号化し、暗号化ＭＰＤＵを生成する。
ステップＳ１４において、無線モジュールは、それぞれの暗号化ＭＰＤＵにＭＡＣヘッダと誤り検出符号（ＦＣＳ）とを付加する。誤り検出符号は、例えばＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）符号である。
ステップＳ１５において、無線モジュールは、Ａ－ＭＰＤＵアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、複数のＭＰＤＵを結合し、ＭＡＣフレームとしてのＡ－ＭＰＤＵ（Aggregate-MAC protocol data unit）を生成する。
ステップＳ１５の後、無線モジュールは、ＭＡＣフレームに対して物理層の処理を行う。
以上の送信側の処理において、送信側が基地局システム１２であるとき、マスタ基地局１２１の無線モジュール２５がステップＳ１１からステップＳ１５までのＭＡＣ層の処理を行い、スレーブ基地局１２２の無線モジュール３３が物理層の処理を行う。また、送信側が端末１４であるとき、端末１４の無線モジュール４３はステップＳ１０からステップＳ１５までのＭＡＣ層の処理と物理層の処理とを行う。
次に、受信側の処理について説明する。無線モジュールは、無線信号を受信すると、物理層の処理を行って無線信号からＭＡＣフレームを取得する。その後、無線モジュールは、図５に示すＭＡＣ層の処理を行う。
ステップＳ２０において、無線モジュールは、Ａ－ＭＰＤＵデアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、Ａ－ＭＰＤＵをＭＰＤＵの単位に分割する。
ステップＳ２１において、無線モジュールは、誤り検出をする。例えば、無線モジュールは、ＣＲＣにより、無線信号の受信が成功したか否かを判定する。無線信号の受信が失敗したときには、無線モジュールは、再送要求をしてよい。このとき、無線モジュールは、ＭＰＤＵの単位で再送を要求してよい。一方、無線信号の受信が成功したときには、無線モジュールは、次の処理を行う。
ステップＳ２２において、無線モジュールは、アドレス検出を行う。このとき、無線モジュールは、それぞれのＭＰＤＵのＭＡＣヘッダに記録されているアドレスにより、送られてきたＭＰＤＵが自分宛であるか否かを判定する。自分宛でないときには、無線モジュールは、次の処理を行わない。自分宛であるときには、無線モジュールは、次の処理を行う。
ステップＳ２３において、無線モジュールは、暗号化されているＭＰＤＵを復号する。
ステップＳ２４において、無線モジュールは、ＭＰＤＵに対してデフラグメントを行う。つまり、無線モジュールは、複数のＭＰＤＵからＡ－ＭＳＤＵを復元する。
ステップＳ２５において、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵデアグリゲーションを行う。具体的には、無線モジュールは、Ａ－ＭＳＤＵをＭＳＤＵ単位のＬＬＣパケットを復元する。
ステップＳ２５の後、無線モジュールは、ＬＬＣパケットをＭＡＣ層の上位層に出力する。上位層は、例えばＬＬＣ層である。
以上の受信側の処理において、受信側が基地局システム１２であるとき、スレーブ基地局１２２の無線モジュール３３が物理層の処理とステップＳ２０からステップＳ２２までのＭＡＣ層の処理を行い、マスタ基地局１２１の無線モジュール２５がステップＳ２３からステップＳ２５までのＭＡＣ層の処理を行う。また、受信側が端末１４であるとき、端末１４の無線モジュール４３は物理層の処理とステップＳ２０からステップＳ２５までのＭＡＣ層の処理とを行う。
図６は、マスタ基地局１２１の機能構成例を概略的に示している。図６に示すように、マスタ基地局１２１は、ＬＬＣ処理部６１、ＬＬＣインタフェース６２、ＭＡＣ処理部６３、ネットワークインタフェース６４、端末管理部６５、及びキャリアセンス制御部６６を備える。これらは、例えば、図２に示したコントローラ２１、無線モジュール２５、及び有線モジュール２６によって実現される。
ＬＬＣ処理部６１は、端末１４との無線通信に関するＬＬＣ層の処理を行う。ダウンリンク伝送では、マスタ基地局１２１がネットワーク１６上のサーバから端末１４宛てのデータを受信すると、ＬＬＣ処理部６１は、マスタ基地局１２１の上位層からデータを受け取り、データを含むＬＬＣパケットを生成する。ＬＬＣパケットの生成は、データにＤＳＡＰ（Destination Service Access Point）ヘッダ及びＳＳＡＰ（Source Service Access Point）ヘッダを付加する処理を含む。アップリンク伝送では、ＬＬＣ処理部６１は、ＬＬＣパケットからデータを抽出し、抽出したデータを上位層に送出する。上位層は、例えば、アプリケーション層である。
ＬＬＣインタフェース６２は、ＬＬＣ処理部６１とＭＡＣ処理部６３との間で信号を中継する。ＬＬＣインタフェース６２はキューを備えてよい。ＬＬＣインタフェース６２は、ＬＬＣ処理部６１からＬＬＣパケットを受け取り、ＬＬＣパケットをキューに一時的に格納し、ＬＬＣパケットをＭＡＣ処理部６３に送出する。また、ＬＬＣインタフェース６２は、ＭＡＣ処理部６３からＬＬＣパケットを受け取り、ＬＬＣパケットをキューに一時的に格納し、ＬＬＣパケットをＬＬＣ処理部６１に送出する。
ＭＡＣ処理部６３は、端末１４との無線通信に関するＭＡＣ層の処理を行う。ダウンリンク伝送では、ＭＡＣ処理部６３は、ＬＬＣインタフェース６２を介してＬＬＣ処理部６１からＬＬＣパケットを受け取り、ＬＬＣパケットを含むＭＡＣフレームを生成する。ＭＡＣフレームの生成は、例えば、図５に示したステップＳ１０からステップＳ１５の処理に従って行われる。ＭＡＣ処理部６３は、後述するキャリアセンス制御部６６により通知されるキャリアセンス結果に従って、スレーブ基地局１２２の中からＭＡＣフレームの送信に使用するスレーブ基地局１２２を選択する。ＭＡＣ処理部６３は、ネットワークインタフェース６４を介して選択したスレーブ基地局１２２にＭＡＣフレームを送信する。
複数のスレーブ基地局１２２を協調したＭＵ－ＭＩＭＯは、これらのスレーブ基地局１２２のアンテナでビームフォーミングを行うことを含み、ＭＡＣ処理部６３は、ビームフォーミングのための送信重みを決定する。送信重みは、アンテナにおいて送信する信号に重畳する係数である。送信重みの決定は、例えば、次のように行われる。ＭＡＣ処理部６３は、スレーブ基地局１２２を介して端末１４に、チャネル推定を行うための既知信号（例えばサウンディング信号）を送信する。端末１４は、スレーブ基地局１２２から既知信号を受信し、既知信号に基づいてチャネル推定を行う。なお、複数のスレーブ基地局１２２が協調ＭＵ－ＭＩＭＯをするための送信重みを決定するためには、各端末１４は、既知信号を受信できる各スレーブ基地局１２２との間でのチャネル推定を行ってマスタ基地局１２１に通知する必要がある。ＭＡＣ処理部６３は、スレーブ基地局１２２を介して端末１４からチャネル推定結果を受信する。ＭＡＣ処理部６３は、協調ＭＵ－ＭＩＭＯ送信に使用する複数のスレーブ基地局１２２の各々のアンテナと宛先となる複数の端末１４の各々のアンテナとの間のチャネル情報から、送信重みを算出する。ＭＡＣ処理部６３は、各端末１４において別の端末１４宛ての信号がキャンセルされるように、送信重みを算出する。ＭＡＣ処理部６３は、スレーブ基地局１２２に送信重みを通知する。ＭＡＣ処理部６３は上述した手法とは異なる手法で送信重みを決定してもよい。
ＭＡＣ処理部６３は、スレーブ基地局１２２へＰＨＹ処理に必要な情報を送信する。ＰＨＹ処理に必要な情報は、ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）を示す情報、周波数チャネルを示す情報、及び送信重みを示す情報を含み得る。ＭＣＳを示す情報は、使用すべき変調方式及び符号化方式を指定する。
アップリンク伝送では、ＭＡＣ処理部６３は、ネットワークインタフェース６４を介してスレーブ基地局１２２からＭＡＣフレームを受信し、ＭＡＣフレームからＬＬＣパケットを抽出する。ＬＬＣパケットの抽出は、図５に示したステップＳ２２からステップＳ２５の処理に従って行われる。ＭＡＣ処理部６３は、ＬＬＣインタフェース６２を介してＬＬＣパケットをＬＬＣ処理部６１に送出する。
ネットワークインタフェース６４は、スレーブ基地局１２２と信号をやり取りする。図６に示す例では、ネットワークインタフェース６４－１はスレーブ基地局１２２－１と信号をやり取りし、ネットワークインタフェース６４－２はスレーブ基地局１２２－２と信号をやり取りし、ネットワークインタフェース６４－３はスレーブ基地局１２２－３と信号をやり取りする。ネットワークインタフェース６４は、図２に示した有線モジュール２６によって実現され、スレーブ基地局１２２と有線で通信する。接続方式としてＲｏＦを使用する場合、ネットワークインタフェース６４は、スレーブ基地局１２２に送信する信号に対して電気光変換を行う。さらに、ネットワークインタフェース６４は、スレーブ基地局１２２から受信した信号に対して光電気変換を行う。
ネットワークインタフェース６４は、ＭＡＣ処理部６３からＭＡＣフレームを受け取り、ＭＡＣフレームをスレーブ基地局１２２に送信する。また、ネットワークインタフェース６４は、スレーブ基地局１２２からＭＡＣフレームを受信し、ＭＡＣフレームをＭＡＣ処理部６３に送出する。さらに、ネットワークインタフェース６４は、スレーブ基地局１２２からキャリアセンス情報を受信し、キャリアセンス情報をキャリアセンス制御部６６に送出する。ネットワークインタフェース６４は、スレーブ基地局１２２から端末１４に関する受信電力（例えば受信信号強度（ＲＳＳＩ；Received Signal Strength Indicator）を示す情報を受信し、情報を端末管理部６５に送出する。ネットワークインタフェース６４はキューを有し、キューは、スレーブ基地局１２２へ送信する信号（例えばＭＡＣフレーム）を一時的に格納し、スレーブ基地局１２２から受信した信号（例えばＭＡＣフレーム）を一時的に格納する。
端末管理部６５は、ＡＰに帰属している端末１４とスレーブ基地局１２２との間の通信状態を管理する。本実施形態では、通信状態をプライマリ、セカンダリ、及び通信不可能という３つの状態に分類する。プライマリ及びセカンダリは、スレーブ基地局１２２が端末１４と通信可能である状態に対応する。
端末管理部６５は、各スレーブ基地局１２２から通知される各端末１４に関する受信電力に基づいて対応関係を管理する。例えば、スレーブ基地局１２２が端末１４から受信した信号のＲＳＳＩを測定し、端末管理部６５は、スレーブ基地局１２２から端末１４に関するＲＳＳＩを示す情報を受け取り、ＲＳＳＩと閾値との比較に基づいて端末１４との通信が可能か不可能かを判断する。端末管理部６５は、通信可能なスレーブ基地局１２２のうちＲＳＳＩが最も高いスレーブ基地局１２２をプライマリに決定し、通信可能なスレーブ基地局１２２の残りをセカンダリに決定する。端末管理部６５は、対処すべき端末１４を示す情報を、その端末１４に対するプライマリに決定されたスレーブ基地局１２２に送信する。
各端末１４は、主として、それに対するプライマリに決定されたスレーブ基地局１２２を介してマスタ基地局１２１と信号をやり取りする。例えば、スレーブ基地局１２２は、端末１４から無線信号を受信すると、自身が端末１４に対するプライマリであるか否かを判断する。スレーブ基地局１２２は、自身が端末１４に対するプライマリである場合、受信した無線信号から抽出したＭＡＣフレームをマスタ基地局１２１に送信する。このとき、スレーブ基地局１２２は、無線信号の受信に応答してＡｃｋを端末１４に送信する。一方、スレーブ基地局１２２が端末１４に対するプライマリでない場合、スレーブ基地局１２２は受信した無線信号を破棄してよい。
図７は、端末管理部６５が保持する通信状態情報を概略的に示している。図７に示す通信状態情報は、端末１４－１、１４－２、及び１４－３がＡＰに帰属している図１に示した状況に相当する。図７に示す例では、端末１４－１（端末＃１）に関して、スレーブ基地局１２２－１（ＡＰ＃１）がプライマリであり、スレーブ基地局１２２－２（ＡＰ＃２）がセカンダリであり、スレーブ基地局１２２－３（ＡＰ＃３）が通信不可能である。端末１４－２（端末＃２）に関して、スレーブ基地局１２２－２がプライマリであり、スレーブ基地局１２２－１及びスレーブ基地局１２２－３がセカンダリである。端末１４－３（端末＃３）に関して、スレーブ基地局１２２－３がプライマリであり、スレーブ基地局１２２－２がセカンダリであり、スレーブ基地局１２２－１が通信不可能である。
端末管理部６５は、任意のタイミングで通信状態情報を更新してよい。端末管理部６５は、通信状態情報を更新すると、更新後の通信状態情報をＭＡＣ処理部６３に送出する。例えば端末１４－１がスレーブ基地局１２２－２に近づくと、スレーブ基地局１２２－２における端末１４－１のＲＳＳＩがスレーブ基地局１２２－１における端末１４－１のＲＳＳＩよりも高くなる。この場合、端末管理部６５は、端末１４－１に対するプライマリをスレーブ基地局１２２－１からスレーブ基地局１２２－２に変更し、スレーブ基地局１２２－２が端末１４－１に対するプライマリであることをスレーブ基地局１２２－２に通知する。
図６を再び参照すると、キャリアセンス制御部６６は、ネットワークインタフェース６４を介してスレーブ基地局１２２からキャリアセンス情報を受信し、キャリアセンス情報に基づいてスレーブ基地局１２２それぞれについてキャリアセンスを行う。キャリアセンスは、チャネルの使用状態を検出する処理であり、チャネルが空き状態（アイドル状態）であるかビジー状態であるかを判定する。キャリアセンスは、例えば、ＣＣＡ（Clear Channel Assessment）を用いて行われてよい。ＣＣＡは、ＲＳＳＩに基づいてチャネルの使用状態を判定する手法である。この場合、各スレーブ基地局１２２がチャネルのＲＳＳＩを測定し、キャリアセンス情報はＲＳＳＩの測定値を含む。
キャリアセンス制御部６６は、スレーブ基地局１２２に共通するアクセスパラメータを使用して、スレーブ基地局１２２のそれぞれについてキャリアセンスを行う。アクセス制御方式としては、例えば、ＣＳＭＡ／ＣＡ又はＥＤＣＡ（Enhanced Distribution Channel Access）を使用することができる。ＥＤＣＡでは４つのアクセスカテゴリ（ＡＣ）に異なるアクセスパラメータセットが設定され、アクセスカテゴリごとに独立にＥＤＣＡが実行される。４つのアクセスカテゴリは、ＡＣ＿ＶＯ（Voice）、ＡＣ＿ＶＩ（Video）、ＡＣ＿ＢＥ（Best effort）、ＡＣ＿ＢＫ（Background）である。パラメータセットは、ＣＷｍａｘ、ＣＷｍｉｎ、ＡＩＦＳ、ＴＸＯＰＬｉｍｉｔを含む。ＣＷｍａｘ及びＣＷｍｉｎは衝突回避のための送信待ちの時間であるコンテンションウインドウＣＷ（Contention Window）の最大値及び最小値である。ＡＩＦＳ（Arbitration Inter Frame Space）は優先制御機能を備える衝突回避制御のためにアクセスカテゴリごとに設定された固定の送信待ちの時間である。ＴＸＯＰＬｉｍｉｔはチャネルの占有時間であるＴＸＯＰ（Transmission Opportunity）の上限値である。
キャリアセンス制御部６６は、ＲＳＳＩがキャリアセンス期間に渡って閾値を下回っている場合に、チャネルが空き状態であると判定し、そうでなければチャネルがビジー状態であると判定する。キャリアセンス期間は、ＡＩＦＳにランダムバックオフ期間を加算することにより得られる。ランダムバックオフ期間は、単位スロット時間に乱数を乗算することにより得られる。キャリアセンス制御部６６は、チャネルが空き状態であるスレーブ基地局１２２を特定する情報（例えば識別子）をキャリアセンス結果としてＭＡＣ処理部６３に送出する。
図８は、スレーブ基地局１２２の機能構成例を概略的に示している。図８に示すスレーブ基地局１２２は、図１に示したスレーブ基地局１２２の各々に相当する。図８に示すように、スレーブ基地局１２２は、ネットワークインタフェース８１、ＰＨＹ処理部８２、誤り検出部８３、判定部８４、及びＡＣＫ生成部８５を備える。これらは、例えば、図３に示した無線モジュール３３及び有線モジュール３４により実現される。
ネットワークインタフェース８１は、マスタ基地局１２１と信号をやり取りする。ネットワークインタフェース８１は、図３に示した有線モジュール３４によって実現され、マスタ基地局１２１と有線で通信する。接続方式としてＲｏＦを使用する場合、ネットワークインタフェース８１は、マスタ基地局１２１から受信した信号に対して光電気変換を行う。また、ネットワークインタフェース８１は、マスタ基地局１２１に送信する信号に対して電気光変換を行う。
ネットワークインタフェース８１は、マスタ基地局１２１から信号を受信し、この信号をＰＨＹ処理部８２に送出する。信号は、例えば、ＭＡＣフレーム又はＰＨＹ処理に必要な情報であり得る。ＰＨＹ処理に必要な情報は、ＭＣＳを示す情報、周波数チャネルを示す情報、及び送信重みを示す情報を含み得る。また、ネットワークインタフェース８１は、ＰＨＹ処理部８２又は判定部８４から信号を受け取り、この信号をマスタ基地局１２１に送信する。信号は、例えば、ＭＡＣフレーム、キャリアセンス情報などであり得る。ネットワークインタフェース８１はキューを有し、このキューは、マスタ基地局１２１から受信した信号を一時的に格納し、マスタ基地局１２１へ送信する信号を一時的に格納する。
ＰＨＹ処理部８２は、端末１４との無線通信に関する物理層の処理を行う。ダウンリンク伝送では、ＰＨＹ処理部８２は、ネットワークインタフェース８１を介してマスタ基地局１２１からＭＡＣフレームを受信し、ＭＡＣフレームを無線信号に変換し、無線信号を端末１４に送信する。基地局システム１２が協調ＭＵ－ＭＩＭＯ送信を行う場合、ＰＨＹ処理部８２は、マスタ基地局１２１により通知された送信重みに基づいてビームフォーミングを行う。ビームフォーミング処理には、例えば、ｚｅｒｏ－ｆｏｒｃｉｎｇ法、ＭＬＤ（Maximum Likelihood Detection）法、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error）法などを適用することができる。アップリンク伝送では、ＰＨＹ処理部８２は、端末１４から無線信号を受信し、無線信号からＭＡＣフレームを抽出し、ＭＡＣフレームを誤り検出部８３に送出する。
さらに、ＰＨＹ処理部８２は、キャリアセンスを実施するために必要な情報を測定してキャリアセンス情報を生成する。例えば、ＰＨＹ処理部８２はＲＳＳＩを測定し、キャリアセンス情報はＲＳＳＩの測定値を含む。ＰＨＹ処理部８２は、ネットワークインタフェース８１を介してマスタ基地局１２１にキャリアセンス情報を送信する。また、ＰＨＹ処理部８２はビーコンをブロードキャストする。
誤り検出部８３は、端末１４により送信された信号が正常に受信されたか否かを判定するために、ＭＡＣフレームに対して誤り検出を行う。誤り検出はＭＡＣフレームに含まれるＦＣＳを用いて行われる。誤り検出はＭＰＤＵ単位で行われてよい。誤り検出部８３は、ＭＡＣフレームに誤りがないときには、そのＭＡＣフレームを判定部８４に送出するとともに、受信の成功を示すアクノリッジ（ＡＣＫ）を生成することをＡＣＫ生成部８５にリクエストする。一方、誤り検出部８３は、ＭＡＣフレームに誤りがあるときには、そのＭＡＣフレームを破棄する。
判定部８４は、誤り検出部８３からＭＡＣフレームを受け取り、ＭＡＣフレームのヘッダをデコードして宛先のアドレス及び送信元のアドレスを取得する。判定部８４は、ネットワークインタフェース８１を介してマスタ基地局１２１から、自身がプライマリとして対応付けられた端末１４を示す情報を受信する。判定部８４は、送信元のアドレス及びマスタ基地局１２１から受信した情報に基づいて、自身（スレーブ基地局１２２）がＭＡＣフレームの送信元である端末１４に対するプライマリである否かを判定する。さらに、判定部８４は、宛先のアドレスに基づいて、ＭＡＣフレームの宛先が自局（基地局システム１２）である否かを判定する。自身が送信元の端末１４に対するプライマリである且つ宛先が自局である場合には、判定部８４は、ＭＡＣフレームをネットワークインタフェース８１に送出し、ＡＣＫ生成部８５に通知を送出する。自身が送信元の端末１４に対するプライマリでない又は宛先が自局でない場合には、判定部８４は、ＭＡＣフレームを破棄してよく、ＡＣＫ生成部８５に通知を送出しない。
ＡＣＫ生成部８５は、誤り検出部８３からのリクエスト及び判定部８４からの通知に応答してＡＣＫを生成し、ＡＣＫをＰＨＹ処理部８２に送出する。ＰＨＹ処理部８２は、誤り検出部８３からＡＣＫを受け取ると、ＡＣＫを端末１４に送信する。
ＡＣＫはブロックＡＣＫであってもよい。この場合には、誤り検出部８３は、ＭＡＣフレームに含まれるＭＰＤＵ単位のそれぞれのデータに対して誤り検出を行い、ＡＣＫ生成部８５は、誤り検出の結果を示すビットマップを生成し、ブロックＡＣＫとしてＰＨＹ処理部８２に送出する。
図９は、マスタ基地局１２１が信号送信に使用するスレーブ基地局１２２を決定する処理を概略的に示している。
図９のステップＳ９１において、キャリアセンス制御部６６は、キャリアセンスリクエストを受け取る。例えば、ＭＡＣ処理部６３は、送信すべきデータ（ＬＬＣパケット）をＬＬＣ処理部６１から受け取ると、データからＭＡＣフレームを生成し、キャリアセンスの実行をキャリアセンス制御部６６に要求する。
ステップＳ９２において、キャリアセンス制御部６６は、キャリアセンスリクエストに応答して、スレーブ基地局１２２のそれぞれについてキャリアセンスを実行する。例えば、キャリアセンス制御部６６は、まず、キャリアセンス期間を決定する。キャリアセンス制御部６６は、ＡＩＦＳにランダムバックオフ期間を加算することにより、キャリアセンス期間を求める。キャリアセンス制御部６６は、スレーブ基地局１２２から受信したキャリアセンス情報により示されるＲＳＳＩがキャリアセンス期間に渡って閾値を下回っている場合に、チャネルが空き状態であると判定し、そうでなければチャネルがビジー状態であると判定する。キャリアセンス制御部６６は、チャネルが空き状態であると判定した１又は複数のスレーブ基地局１２２の識別子をＭＡＣ処理部６３に送出する。
チャネルが空き状態であると判定されたスレーブ基地局１２２が複数ある場合（ステップＳ９３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ９４に進む。ステップＳ９４において、ＭＡＣ処理部６３は、チャネルが空き状態であると判定された複数のスレーブ基地局１２２をすべて、送信に使用するスレーブ基地局１２２として選択する。図１０に示す例では、キャリアセンスが完了したときに、スレーブ基地局１２２－１、１２２－２では、チャネルが空き状態であり、スレーブ基地局１２２－３では、チャネルがビジー状態である。この場合、スレーブ基地局１２２－１、１２２－２が選択される。
図９に戻ると、チャネルが空き状態であると判定されたスレーブ基地局１２２が１つである場合（ステップＳ９３；Ｎｏ）、処理はステップＳ９５に進む。ステップＳ９５において、ＭＡＣ処理部６３は、チャネルが空き状態であると判定された１つのスレーブ基地局１２２を、送信に使用するスレーブ基地局１２２として選択する。
図１１は、マスタ基地局１２１がデータを送信する処理を概略的に示している。図１１のステップＳ１１１において、ＭＡＣ処理部６３は、端末１４へ送信すべきデータ（ＬＬＣパケット）をＬＬＣ処理部６１から受け取る。例えば、ＭＡＣ処理部６３は、端末１４－１宛てのデータである第１のデータを受け取り、第１のデータを含む第１のＭＡＣフレームを生成する。
ステップＳ１１２において、ＭＡＣ処理部６３は、キャリアセンス制御部６６に各スレーブ基地局１２２におけるチャネルの使用状態を問い合わせる。これを受けて、キャリアセンス制御部６６は、図９のステップＳ９２に関して説明したように、キャリアセンスを実行する。
ＭＡＣ処理部６３は、キャリアセンス制御部６６からキャリアセンス結果を受け取る前に、ＬＬＣ処理部６１から端末１４－２宛てのデータである第２のデータをさらに受け取ることがある。ＭＡＣ処理部６３は、第２のデータを含む第２のＭＡＣフレームを生成する。
チャネルが空き状態であると判定されたスレーブ基地局１２２が１つである場合（ステップＳ１１３；Ｎｏ）、処理はステップＳ１１７に進む。ステップＳ１１７において、ＭＡＣ処理部６３は、チャネルが空き状態であると判定されたスレーブ基地局１２２を介して端末１４にデータを送信する。例えば、ＭＡＣ処理部６３は、アクセスポイントに帰属している複数の端末の中から、チャネルが空き状態であると判定されたスレーブ基地局１２２がプライマリに設定されている端末を特定し、特定した端末へ送信すべき信号を送信することを決定する。図７に示す例では、スレーブ基地局１２２－１がプライマリに設定されている端末は端末１４－１である。スレーブ基地局１２２－１がチャネルが空き状態であると判定された場合、ＭＡＣ処理部６３は、スレーブ基地局１２２－１を使用して端末１４－１宛てのデータを送信することを決定する。
チャネルが空き状態であるとスレーブ基地局１２２－１が判定された場合、ＭＡＣ処理部６３は、端末管理部６５により通知された通信状態情報に基づいて、スレーブ基地局１２２－１が端末１４－１に対するプライマリであることを特定し、第１のデータを送信することを決定する。ＭＡＣ処理部６３は、スレーブ基地局１２２－１に第１のＭＡＣフレームを送信し、スレーブ基地局１２２－１は、ＭＡＣ処理部６３から受信した第１のＭＡＣフレームを無線信号に変換し、アンテナを介して無線信号を放射する。
ＭＡＣ処理部６３が第１のデータ及び第２のデータを受け取っており、且つ、チャネルが空き状態であるとスレーブ基地局１２２－２が判定された場合、ＭＡＣ処理部６３は、スレーブ基地局１２２－２が端末１４－２に対するプライマリであることを特定し、第２のデータを送信することを決定する。ＭＡＣ処理部６３が第２のデータを受け取っていない（第１のデータのみを受け取っている）、且つ、チャネルが空き状態であるとスレーブ基地局１２２－２が判定された場合において、スレーブ基地局１２２－２は端末１４－１に対するセカンダリであるが、ＭＡＣ処理部６３は第１のデータを送信することを決定してよい。
チャネルが空き状態あると判定されたスレーブ基地局１２２が複数ある場合（ステップＳ１１３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１４に進む。ＭＡＣ処理部６３が端末１４－１宛ての第１のデータ及び端末１４－１宛ての第２のデータを受け取る場合のように、宛先の端末１４が複数ある場合（ステップＳ１１４；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１５に進む。
ステップＳ１１５において、ＭＡＣ処理部６３は、チャネルが空き状態であると判定された複数のスレーブ基地局１２２を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯ（ＭＵ－ＭＩＭＯ）によりデータを送信する。例えば、チャネルが空き状態であるとスレーブ基地局１２２－１、１２２－２が判定された場合、ＭＡＣ処理部６３は、図６に関して説明したようにして送信重みを決定し、第１のＭＡＣフレーム、第２のＭＡＣフレーム、及び送信重みを示す情報をスレーブ基地局１２２－１、１２２－２の各々に送信する。スレーブ基地局１２２－１、１２２－２の各々は、送信重みに従って第１のＭＡＣフレーム及び第２のＭＡＣフレームを処理して無線信号を生成し、アンテナを介して無線信号を放射する。
ＭＡＣ処理部６３が端末１４－１宛ての第１のデータを受け取るが端末１４－２宛ての第２のデータを受け取らない場合のように、宛先の端末１４が１つである場合（ステップＳ１１４；Ｎｏ）、処理はステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６において、ＭＡＣ処理部６３は、チャネルが空き状態であると判定された複数のスレーブ基地局１２２のいずれかを介してデータを送信する。例えば、チャネルが空き状態であるとスレーブ基地局１２２－１、１２２－２が判定された場合、ＭＡＣ処理部６３は、端末１４－１に対するプライマリであるスレーブ基地局１２２－１を信号送信に使用してよい。この場合、ＭＡＣ処理部６３はスレーブ基地局１２２－１に第１のＭＡＣフレームを送信し、スレーブ基地局１２２－１はＭＡＣ処理部６３から受信した第１のＭＡＣフレームを無線信号に変換してアンテナを介して無線信号を放射する。代替として、ＭＡＣ処理部６３は、スレーブ基地局１２２－１、１２２－２を協調使用して信号送信を行ってもよい。
以上のように、本実施形態では、マスタ基地局１２１は、ＭＡＣフレームの生成や端末帰属の管理などを含むＭＡＣ層の処理の主要部分を行う。例えば、マスタ基地局１２１がスレーブ基地局１２２のキャリアセンスを代表的に行う。具体的には、マスタ基地局１２１は、スレーブ基地局１２２に共通するアクセスパラメータを使用して、スレーブ基地局１２２のそれぞれについてチャネルが空き状態であるかビジー状態であるかを判定する。これにより、スレーブ基地局１２２間で送信タイミングの同期が可能となり、スレーブ基地局１２２を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯを行うことが可能となる。スレーブ基地局１２２を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯを行うことにより、受信側の各端末における干渉を低減することができる。
例えば、マスタ基地局１２１は同じＭＡＣアドレスを含むＭＡＣフレームを生成する。これにより、基地局システム１２が端末１４に対する１つのアクセスポイントとして動作する。例えば、端末１４がスレーブ基地局１２２－１のサービスエリア１２３－１からスレーブ基地局１２２－２のサービスエリア１２３－２に移動したとしても、端末１４と基地局システム１２との間の無線リンクは維持される。基地局システム１２は、広いサービスエリアを提供することができる。
マスタ基地局１２１は、複数のスレーブ基地局１２２を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯ送信を行う際にビームフォーミングのための送信重みを決定する。これにより、送信重みを効率的に決定することができる。
マスタ基地局１２１は、端末１４ごとに、端末１４と通信が可能であるスレーブ基地局１２２のうちの１つをプライマリに、残りをセカンダリに設定し、端末１４に対するプライマリに設定されたスレーブ基地局１２２に、端末１４に対するプライマリに設定されたことを通知する。これにより、２以上のスレーブ基地局１２２からマスタ基地局１２１へ同じ信号が送信されることが回避される。例えば、スレーブ基地局１２２－１、１２２－２が端末１４－１から無線信号を受信した場合、スレーブ基地局１２２－１が無線信号から抽出したＭＡＣフレームをマスタ基地局１２１に送信するが、スレーブ基地局１２２－２は無線信号から抽出したＭＡＣフレームを破棄する。マスタ基地局１２１とスレーブ基地局１２２との間の通信量を削減することができる。
マスタ基地局１２１は、端末１４に信号を送信するために、端末１４に対するプライマリに設定されたスレーブ基地局１２２を使用する。言い換えると、最も通信状態が良いスレーブ基地局１２２が信号送信に使用される。これにより、基地局システム１２と端末１４との間で通信を安定して行うことができる。
［変形例］
上述した実施形態では、マスタ基地局１２１はスレーブ基地局１２２のいずれとも分離している。他の実施形態では、マスタ基地局１２１はスレーブ基地局１２２のうちの１つを備えてよい。
上述した実施形態では、マスタ基地局１２１がＭＡＣ層の一部の処理を行い、各スレーブ基地局１２２がＭＡＣ層の残り部分の処理及び物理層の処理を行う。スレーブ基地局１２２が行うものとして説明した処理の一部をマスタ基地局１２１が行うようにしてもよい。一例では、マスタ基地局１２１がＭＡＣ層の全部の処理を行い、各スレーブ基地局１２２が物理層の処理を行うようにしてもよい。具体的には、図８に示した誤り検出部８３、判定部８４、及びＡＣＫ生成部８５はマスタ基地局１２１に設けられていてもよい。
上述した実施形態では、各スレーブ基地局１２２が１つのＰＨＹ処理部を備える。他の実施形態では、各スレーブ基地局１２２は複数のＰＨＹ処理部を備えてよい。例えば、各スレーブ基地局１２２は、２．４ＧＨｚ帯のＰＨＹ処理部及び５ＧＨｚ帯のＰＨＹ処理部を備えてよい。この場合、キャリアセンスはＰＨＹ処理部ごとに行われる。
上述した処理の少なくとも一部は、プロセッサがプログラム（コンピュータ実行可能命令）を実行することにより実現されてもよい。プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態でマスタ基地局１２１に提供されてよい。この場合、例えば、マスタ基地局１２１は、記憶媒体からデータを読み出すドライブ（図示せず）をさらに備え、記憶媒体からプログラムを取得する。記憶媒体の例は、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－Ｒなど）、光磁気ディスク（ＭＯなど）、半導体メモリを含む。また、プログラムをネットワーク１６上のサーバに格納し、マスタ基地局１２１がサーバからプログラムをダウンロードするようにしてもよい。
なお、本発明は、上記実施形態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種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
１０…無線通信システム
１２…基地局システム
１２１…マスタ基地局
１２２…スレーブ基地局
１２３…サービスエリア
１４…無線端末
１６…ネットワーク
２１…コントローラ
２１１…プロセッサ
２１２…ＲＡＭ
２１３…プログラムメモリ
２２…データメモリ
２３…ＷＡＮモジュール
２４…ルーティングモジュール
２５…無線モジュール
２６…有線モジュール
３１…コントローラ
３１１…プロセッサ
３１２…ＲＡＭ
３１３…プログラムメモリ
３２…データメモリ
３３…無線モジュール
３４…有線モジュール
４１…コントローラ
４１１…プロセッサ
４１２…ＲＡＭ
４１３…プログラムメモリ
４２…データメモリ
４３…無線モジュール
４４…ユーザインタフェース
４５…バッテリ
６１…ＬＬＣ処理部
６２…ＬＬＣインタフェース
６３…ＭＡＣ処理部
６４…ネットワークインタフェース
６５…端末管理部
６６…キャリアセンス制御部
８１…ネットワークインタフェース
８２…ＰＨＹ処理部
８３…誤り検出部
８４…判定部
８５…ＡＣＫ生成部

Claims (7)

  1. 第１の基地局と複数の第２の基地局とを含み、前記第１の基地局が前記複数の第２の基地局を介して無線通信を行う基地局システムにおける前記第１の基地局として動作する基地局であって、
    前記複数の第２の基地局に共通するアクセスパラメータを使用して、前記複数の第２の基地局のそれぞれについてチャネルが空き状態であるかビジー状態であるかを判定するキャリアセンス制御部と、
    前記チャネルが前記空き状態であると判定された２つ以上の第２の基地局を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯにより、第１の無線端末へ送信すべき第１の信号及び第２の無線端末へ送信すべき第２の信号を送信する処理部と、
    を備え、
    前記マルチユーザＭＩＭＯにより前記第１の信号及び前記第２の信号を送信することは、前記２つ以上の第２の基地局について前記チャネルが前記空き状態であると判定されたことに応答して、前記２つ以上の第２の基地局が前記第１の信号及び前記第２の信号を同期して送信するように、前記第１の信号及び前記第２の信号を前記２つ以上の第２の基地局の各々に送信することを備える、基地局。
  2. 前記処理部は、前記第１の無線端末宛ての第１のデータ及び前記第２の無線端末宛ての第２のデータを取得し、前記第１のデータとアクセスポイントのＭＡＣアドレスとを含むＭＡＣフレームを前記第１の信号として生成し、前記第２のデータと前記アクセスポイントの前記ＭＡＣアドレスとを含むＭＡＣフレームを前記第２の信号として生成する、
    請求項１に記載の基地局。
  3. 前記２つ以上の第２の基地局を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯは、前記２つ以上の第２の基地局に含まれるアンテナでビームフォーミングを行うことを含み、
    前記処理部は、前記ビームフォーミングのための送信重みを示す情報及びＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）を示す情報を前記２つ以上の第２の基地局に送信する、
    請求項１又は２に記載の基地局。
  4. 前記複数の第２の基地局と前記第１の無線端末及び前記第２の無線端末を含む複数の無線端末との間の通信状態を管理する管理部をさらに備え、
    前記管理部は、前記複数の無線端末ごとに、前記無線端末と通信が可能である第２の基地局のうちの１つをプライマリに、残りをセカンダリに設定し、
    前記処理部は、前記無線端末に対するプライマリに設定された第２の基地局に、前記無線端末に対するプライマリに設定されたことを通知する、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基地局。
  5. 前記処理部は、前記複数の無線端末の中から、前記チャネルが空き状態であると判定された第２の基地局がプライマリに設定されている無線端末を特定し、前記特定した無線端末へ送信すべき信号を送信することを決定する、
    請求項４に記載の基地局。
  6. 第１の基地局と、
    前記第１の基地局と接続される複数の第２の基地局と、
    を備え、前記第１の基地局が前記複数の第２の基地局を介して無線通信を行う基地局システムであって、
    前記複数の第２の基地局の各々はアンテナを備え、
    前記第１の基地局は、
    前記複数の第２の基地局に共通するアクセスパラメータを使用して、前記複数の第２の基地局のそれぞれについてチャネルが空き状態であるかビジー状態であるかを判定するキャリアセンス制御部と、
    前記チャネルが前記空き状態であると判定された２つ以上の第２の基地局を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯにより、第１の無線端末へ送信すべき第１の信号及び第２の無線端末へ送信すべき第２の信号を送信する処理部と、
    を備え、
    前記マルチユーザＭＩＭＯにより前記第１の信号及び前記第２の信号を送信することは、前記２つ以上の第２の基地局について前記チャネルが前記空き状態であると判定されたことに応答して、前記２つ以上の第２の基地局が前記第１の信号及び前記第２の信号を同期して送信するように、前記第１の信号及び前記第２の信号を前記２つ以上の第２の基地局の各々に送信することを備え、
    前記２つ以上の第２の基地局の各々は、前記第１の基地局から前記第１の信号及び前記第２の信号を受信し、前記アンテナを介して前記第１の信号及び前記第２の信号を送信する、基地局システム。
  7. 第１の基地局と複数の第２の基地局とを含み、前記第１の基地局が前記複数の第２の基地局を介して無線通信を行う基地局システムにおける前記第１の基地局により実行される通信方法であって、
    前記複数の第２の基地局に共通するアクセスパラメータを使用して、前記複数の第２の基地局のそれぞれについてチャネルが空き状態であるかビジー状態であるかを判定することと、
    前記チャネルが前記空き状態であると判定された２つ以上の第２の基地局を協調使用したマルチユーザＭＩＭＯにより、第１の無線端末へ送信すべき第１の信号及び第２の無線端末へ送信すべき第２の信号を送信することと、
    を備え、
    前記マルチユーザＭＩＭＯにより前記第１の信号及び前記第２の信号を送信することは、前記２つ以上の第２の基地局について前記チャネルが前記空き状態であると判定されたことに応答して、前記２つ以上の第２の基地局が前記第１の信号及び前記第２の信号を同期して送信するように、前記第１の信号及び前記第２の信号を前記２つ以上の第２の基地局の各々に送信することを備える、通信方法。
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