JPWO2008069245A1 - 無線通信システム、無線端末局、無線基地局および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数方向に形成された指向性ビームを用いて通信を行う無線通信システムであって、無線基地局（０）から指定された期間にわたって、送信可能なすべての方向へビームの送信方向識別情報を送信する第１の無線端末局（１）と、無線基地局（０）から指定された期間にわたって、すべての受信方向に対して第１の無線端末局（１）から送信された送信方向識別情報の受信動作を行い、送信方向識別情報を受信した際の受信方向識別情報と送信方向識別情報とを組み合わせて指向方向組み合わせ情報として特定し、指向方向組み合わせ情報を第１の無線端末局（１）に対して送信する第２の無線端末局（２）と、を少なくとも備え、第１の無線端末局（１）および第２の無線端末局（２）は、指向方向組合せ情報が示す方向に対して指向性ビームを形成することにより直接通信を行う。

Description

本発明は、指向性ビームを用いて通信を行う無線通信システムに関するものであり、特に、共通の無線基地局に収容されている無線端末局同士が直接通信を行う場合に使用する指向性ビームの組み合わせを特定する機能を有する無線通信システムに関するものである。

従来の無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムや超広帯域（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）無線システムで使用されるアンテナは、そのシステムで使用される周波数帯の特性にも依然し、比較的広角の指向性を持ったものが多い。そのため、利用可能なアプリケーションや対応可能な環境も多岐に渡り、今後も普及していくことが予想される。しかしながら、近年の無線通信の伝送速度の高速化への要求は益々高まり、さらに超広帯域が確保可能なミリ波帯等を使用した無線通信システムの検討が行われてきている（たとえばIEEE802.15.3c）。

ミリ波帯はマイクロ波帯と比較して、直進性が高く干渉の影響が少ないことと合わせ秘匿性を確保できるメリットがあり、これまでも有線通信の代替として、ビル間通信（図５９参照）、家庭用テレビの映像伝送システム等として一部で使用されており、標準規格としても「ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６９」，「ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ７４」等が策定されている。

ここで、一般的に、ミリ波帯はマイクロ波帯等と比較して、空間における電力の減衰が大きいため、通信エリアが限定され、使用環境やアプリケーションが限定されてしまう。また、比較的狭い指向性パターン（指向性ビームあるいはアンテナビームとも呼ぶ）であるために、事業者などが予め指向性を合わせて無線装置を設置する必要がある。

一方、無線装置を設置後、環境等の変化により指向性の調整が必要となる場合が考えられるため、効率的な指向性の調整を実現するための技術も検討されている（たとえば、下記特許文献１および２）。下記特許文献１では、経路制御と並行して一般的なアンテナ制御技術を用いて指向性を調整することにより効率化を図る技術が開示されている。また、下記非特許文献２では、通信相手から受け取った位置情報などに基づいて指向性アンテナを制御することで端末間の指向性ビームを向き合わせる技術が開示されている。

また、今までも、物理的な伝送速度の向上を実現させるために、多値変調方式、空間多重（ＭＩＭＯ）、広帯域化などが行われ、その伝送速度に見合うＭＡＣ効率を実現するために、Ｓｕｐｅｒｆｒａｍｅの構成、アクセス方式の改良、ＡＲＱ方式の改良などがシステムごとに行われてきた。

その中で、伝送速度に応じて、伝送効率を向上させるＭＡＣ技術として、複数の短いパケットを連結して１つの大きなパケットにして送信するようなフレームアグリゲーション（Frame Aggregation）技術が提案されている。従来の無線ＬＡＮシステムにおいては、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎと呼ばれる標準規格においてＡ−ＭＳＤＵ（Aggregate MAC Service Data Unit）方式と、Ａ−ＭＰＤＵ（Aggregate MAC Protocol Data Unit）方式が提案されている（例えば、下記非特許文献１）。また、超広帯域無線システムにおいてもＭＳＤＵに対するフレームアグリゲーション技術が提案されている（下記非特許文献２参照）。

特開２００３−３０９５０８号公報 特開２００４−３２０６２号公報 ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ−Ｄｒａｆｔ１．０６，７．２．２．１節 Ａ−ＭＳＤＵ， ７．４節 Ａ−ＭＰＤＵ Ｈｉｇｈ Ｒａｔｅ Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅｂａｎｄ ＰＨＹ ａｎｄ ＭＡＣ Ｓｔａｎｄａｒｄ，（ＥＣＭＡ−３６８，３６９）

しかしながら、上記特許文献１および２に記載された無線通信システムは、複数の無線端末局を収容するなどの多元アクセス方式を目的とするものではなく、さらには無線基地局の制御により、割り当てられた時間期間内で無線端末局同士が通信を行うことを目的とするものではなかった。

また、上記特許文献２に記載された無線通信システムでは、ミリ波帯を使用した通信に使用する指向性アンテナの制御技術に関する記載がされているが、指向性アンテナを制御するために、無指向性の周波数帯（ミリ波帯よりも低い周波数帯）の制御信号を用いるため、端末が複数の変復調器、制御部を有する必要があるなど、コストが高くなる、という問題があった。

また、伝送効率に関しては、以下に示すような課題が存在する。

上述した超高速無線ＬＡＮにおいて規定されているＰＨＹフレームフォーマットは、図６０に示したように、同期用のＰｒｅａｍｂｌｅ部と、以降のＰＳＤＵ部分の変調方式・符号化率とＰＳＤＵ長などを含むＰＬＣＰ Ｈｅａｄｅｒ部と、データ部分であるＰＳＤＵ部から構成される。また必要に応じてＴａｉｌ ＢｉｔやＰａｄが付加される構成である。さらに、ＰＳＤＵ部は、ＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒと実データ部分のＭＳＤＵと、ＭＰＤＵの正誤を判定するＦＣＳ（Frame Check Sequence）から構成される。そのため、Ａ−ＭＳＤＵまたはＡ−ＭＰＤＵが非常に構築しやすいフレームフォーマットとなっている。

しかしながら、一般的にＰＳＤＵは、ＰＬＣＰ Ｈｅａｄｅｒよりも高効率な伝送方式／符号化率で送信されることから、多くの情報を効率的に送信できるが、ＰＬＣＰ Ｈｅａｄｅｒと比較してＢＥＲ（Bit Error Rate）が悪くなる。そのため、ＰＬＣＰ Ｈｅａｄｅｒは正常に受信されるもののＭＰＤＵがＦＣＳによって誤りが生じるような場合には、ＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒ内部の情報が読み取れないケースが生じる。

その場合には、フレームの受信側では、フレームの存在を検出することは出来ても、単にＦｒａｍｅ Ｂｏｄｙを解読できないだけではなく、ＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒ内に含まれる制御情報（例えば、仮想キャリアセンス情報、宛先／送信元アドレスなど）を受信できず、最低限必要とする情報が取得できないといった問題が発生する。また、ＭＰＤＵの構成上、Ａ−ＭＳＤＵを使用する場合など、ＭＳＤＵ長が長くなった場合には、ＭＡＣ効率が上がる反面、ＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒのロバスト性が低下するといった問題がある。

一方で、超広帯域無線システムにおいて規定されている、ＰＨＹフレームフォーマットは、ＰＬＣＰ Ｈｅａｄｅｒ内部にＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒを含む構成となっている。そのため、ＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒが、比較的ロバストな伝送方式／符号化率で送信できる。しかしながら、超広帯域無線システムにおいて提案されているフレームアグリゲーション技術は、複数のＭＳＤＵを束ね、その束ねられたフレームに対して、ＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒと、ＦＣＳが付加される構成である。そのために、伝播路が悪い状況においては、フレーム長を長くすることが出来ない、あるいは、フレーム再送が多くなりスループットが上がらない、という問題がある。さらには、フレームアグリゲーションを行う対象が、Ｄａｔａフレームのみであるため、他のＡＣＫフレームや、Ｃｏｍｍａｎｄフレームとのフレームアグリゲーションが行えない構成になっている。そのため、双方向のトラフィックが発生している場合には、束ねられたデータフレーム（Aggregated Dataフレーム）とは別に、受信したフレームに対するＡＣＫフレームを送信する必要が出てくる、などの問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、特別な構成を必要とせずに指向性アンテナの制御を実現し、無線端末局同士の直接通信を実現する無線通信システムを得ることを目的とする。また、ミリ波帯を使用することにより速い伝送速度及び秘匿性を確保しながら、広範囲なエリアおよび複数の無線端末局を収容することができる無線通信システムを得ることを目的とする。また、帯域を効率的に利用する無線通信システム、無線端末局、無線基地局および無線通信方法を得ることを目的とする。さらに、複数のフレームを束ねる、あるいは、フラグメント化して送信することにより、高効率な伝送を実現することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数方向に形成された指向性ビームを用いて通信を行う無線端末局を含んだ無線通信システムであって、前記無線端末局として、自身を収容している無線基地局から指定された期間にわたって、当該無線基地局へ予め通知しておいたビーム切り替え実行間隔で、送信可能なすべての方向へビームの送信方向識別情報を送信する第１の無線端末局と、前記第１の無線端末局と同一の無線基地局に収容されている場合に、当該無線基地局から指定された期間にわたって、当該無線基地局から指定されたアンテナ切り替え実行間隔で、すべての受信方向に対して前記第１の無線端末局から送信された送信方向識別情報の受信動作を行い、当該送信方向識別情報を受信した際の受信方向識別情報と当該送信方向識別情報とを組み合わせて指向方向組み合わせ情報として特定し、当該指向方向組み合わせ情報を前記第１の無線端末局に対して送信する第２の無線端末局と、を少なくとも備え、さらに、前記第１および前記第２の無線端末局から通知された指向性ビームの指向方向数、および前記ビーム切り替え実行間隔に基づいて、前記期間および前記アンテナ切り替え実行間隔を決定する無線基地局、を備え、前記第１の無線端末局および前記第２の無線端末局は、前記指向方向組合せ情報が示す方向に対して指向性ビームを形成することにより直接通信を行うことを特徴とする。

この発明によれば、同一基地局に収容された無線通信端末同士が、指向性ビームに関する情報のやりとりを行い、直接通信の際に使用するお互いの指向性ビームの情報を共有するようにしたので、指向性ビームを使用した直接通信を実現することができる、という効果を奏する。また、基地局を介して通信を行う場合と比較して、帯域を効率的に利用できるようになる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。 図２は、無線基地局の回路構成例を示す図である。 図３は、無線基地局と無線端末局との間でやり取りされるＰＨＹフレームフォーマットの一例を示す図である。 図４は、無線基地局と無線端末局との間でやり取りされるＭＡＣフレームフォーマットの一例を示す図である。 図５は、報知情報フレームの一例を示す図である。 図６は、独自に定義したＩＥ（ＤＢＩＥ）の構成例を示す図である。 図７は、ＤＢＩＥに含まれる情報の一例を示す図である。 図８は、従来の"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"の構成例を示す図である。 図９は、拡張した"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"の構成例を示す図である。 図１０は、"Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"の構成例を示す図である。 図１１は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。 図１２は、無線端末局が無線基地局をスキャンする際のシーケンスの一例を示す図である。 図１３は、無線端末局が無線基地局をスキャンする動作を説明するための図である。 図１４は、無線基地局のサービスエリア内に設置された無線端末局同士での直接端末間通信を説明するための図である。 図１５は、無線端末局１と無線端末局２が直接端末間通信を行う場合に各装置が実行する手順を示すシーケンス図である。 図１６は、無線基地局と無線端末局が通信する様子を示す図である。 図１７は、Ｄｅｖｉｃｅ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙフレームの構成例を示す図である。 図１８は、無線端末局１と無線端末局２の間で行われるデバイスディスカバリー動作を説明するための図である。 図１９は、ＰＬＣＰプリアンブル部の一例を示す図である。 図２０は、ＰＬＣＰプリアンブル部およびＰＬＣＰヘッダ部の一例を示す図である。 図２１は、検索方法を指定したデバイスディスカバリーの詳細手順を示す図である。 図２２は、実施の形態３のデバイスディスカバリー手順の一例を示す図である。 図２３は、実施の形態３のＤＤ期間における動作（Delayed-Device Discovery）の一例を示す図である。 図２４は、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｂｅａｍ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ＩＥの構成例を示す図である。 図２５は、Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ＭＡＰの構成例を示す図である。 図２６は、実施の形態４の無線通信システムの構成例を示す図である。 図２７は、実施の形態４のデバイスディスカバリー手順の一例を示すシーケンス図である。 図２８は、実施の形態４のデバイスディスカバリー手順の一例を示す図である。 図２９は、実施の形態５の無線基地局の回路構成例を示す図である。 図３０は、従来のアグリゲーションと帯域割り当ての時の課題を説明するための図である。 図３１は、実施の形態５において使用するフレームの構成例を示す図である。 図３２は、準固定長のフレームを作成する方法を説明するための図である。 図３３は、Frame Type field encording例を示す図である。 図３４は、実施の形態５において使用するフレームの構成例を示す図である。 図３５は、実施の形態６において使用するフレームの構成例を示す図である。 図３６は、Ａ−ＭＰＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ部の構成例を示す図である。 図３７は、実施の形態５において使用するフレームの構成例を示す図である。 図３８は、準固定長のフレームを作成する方法を説明するための図である。 図３９は、Frame Type field encording例を示す図である。 図４０は、実施の形態７において使用するフレームの構成例を示す図である。 図４１は、実施の形態７において使用するフレームの構成例を示す図である。 図４２は、実施の形態７において使用するフレームの構成例を示す図である。 図４３は、実施の形態７において使用するフレームの構成例を示す図である。 図４４は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態８の構成例を示す図である。 図４５は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。 図４６は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。 図４７は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態８の構成例を示す図である。 図４８は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。 図４９は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。 図５０は、参入制限ＩＥの構成例を示す図である。 図５１は、ベンダ独自拡張ＩＥの構成例を示す図である。 図５２は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態９の構成例を示す図である。 図５３は、実施の形態９の無線基地局の回路構成例を示す図である。 図５４は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。 図５５は、実施の形態９において使用するフレームの構成例を示す図である。 図５６は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。 図５７は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。 図５８は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。 図５９は、従来技術を説明するための図である。 図６０は、従来技術の課題を説明するための図である。

符号の説明

０ 無線基地局
１、２、３、４ 無線端末局
１０ インタフェース部
２０ 情報記憶部
３０ ＭＡＣ制御部
３１ スケジューラー
３２ フレーム解析部
３３ 再送制御部
３４ データ加工部
４０ 変復調部
４１ 送信部
４２ 受信部
４３ 品質測定部
５０、５０ａ ビーム制御部
６０ アンテナ（アンテナ部）
７０ 無指向性アンテナ部

以下に、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態１の構成例を示す図である。この無線通信システムは、たとえば有線ネットワークであるＬＡＮに接続された無線基地局（ＰＮＣまたはＡＰと呼ぶこともある）０と、無線基地局０のサービスエリア内に設置された複数の無線端末局（ＤＥＶまたはＳＴＡと呼ぶこともある）１、２および３と、により構成される。なお、図１において、無線基地局０の周りに配した点線で区切られたエリアは、本実施の形態において便宜上設定した指向性ビームの方向を示すものである。そして無線基地局０は、それぞれの方向にデータ等を送信する際には、そのエリアに示されたビーム番号（ｂ００，ｂ０１，…，ｂ０５）の指向性ビームを設定することにより、所望の方向に形成された指向性ビームを使用して送信することが出来ることを示している。各無線端末局１，２，３の周りに配した点線についても同様である。また、指向性ビームは、複数のアンテナから構成されるようなビームフォーミングのようなものでも良いし、指向性アンテナを複数持っていて、それを切り替えて使用することで、指向性ビームを作っても良い。

ここで、無線端末局１〜３は、例えばパソコン、テレビ、ビデオ、音楽プレーヤーといった情報端末である。なお、無線基地局０は、本実施の形態で有線ネットワーク（ＬＡＮ）に接続しているが、無線端末局１〜３と同様にパソコン、テレビ、ビデオ、音楽プレーヤーといった情報端末であっても構わない。また、そのネットワークのインタフェースは、有線接続ではなく無線接続用のものであってもよい。

上記無線基地局０は、各無線端末局１〜３と指向性ビームを使用して通信を行うようになっており、図１には無線基地局０と無線端末局１が指向性ビーム＃Ｂ０を使用して通信を行う様子が描かれている。一例として、前記無線基地局０が無線端末局１と通信するために使用するものを指向性ビーム＃ｂ０１とし、無線端末局１が無線基地局０と通信するために使用するものを指向性ビーム＃ｂ１４とする。なお、前記無線基地局０と前記無線端末局１は、指向性ビームを使用しているので、図１においては、お互いの指向性を向かい合わせる制御を行ったうえで通信を行っている状態である。

本実施の形態において、各無線端末局１、２および３は、上述したような情報端末であるが、一度設置されるとその設置位置が変更されにくいものである。したがって、設置場所が異なる無線端末局毎にそれぞれ最適な方向や指向性ビームが存在している。

本実施の形態では、無線基地局０の指向性ビームが、便宜上予め６つの指向性ビーム（指向性ビーム＃ｂ０１〜＃ｂ０５）に分かれている場合の例について説明するが、無線基地局０が提供可能な指向性ビームは、本実施の形態の個数に限らず、予め有限個の方向およびパターンに分割されたものであっても良いし、有限個の方向およびパターンに無線端末局毎に調整されるもの（通信を行う無線端末局毎に異なる方向およびパターンを適宜変更するもの）のどちらでも構わない。

また、無線端末局２および３は、対応する無線基地局０に対して通信を行う場合は、無線基地局０と無線端末局１の通信と同様に指向性ビームが使用される。ただし、各無線端末局の指向性ビームの方向およびパターンを図１に示したものに限定するものではない。

また、本実施の形態では無線端末局と、無線端末局に区別してインフラストラクチャーモードとして説明を行うが、これに限定するものではない。たとえば無線端末局が適応的に無線基地局として動作するようなネットワーク形態に対しても適応可能であるし、無線端末局が自立分散的に協調動作するＡｄ−ｈｏｃ（アドホック）モードに対しても適応可能である。

図２は、無線基地局０の回路構成例を示す図である。この無線基地局０は、有線ネットワークや機器に対する入出力制御を行うインタフェース部１０と、アンテナ／指向性ビーム方向の情報を保持する情報記憶部２０と、送受信のアクセス制御を行うＭＡＣ制御部３０と、送受信信号の変復調を行う変復調部４０と、アンテナ選択またはアンテナ調整により指向性ビームの選択および制御を行うビーム制御部５０と、送受信共用の複数のアンテナ（アンテナ部）６０と、備え、複数の指向性ビームを送受信することができる。

ＭＡＣ制御部３０は、データの送信タイミングを決定するスケジューラー部３１と、受信したフレームの内容を解析するフレーム解析部３２と、受信フレームの再送が必要な場合にフレームの再送を指示する再送制御部３３とを含む。変復調部４０は、送信データの誤り訂正および変調を行う送信部４１と、受信データを解析し、復調および誤り訂正を行う受信部４２と、受信部４２からの受信電力，Ｓ／Ｎ，Ｃ／Ｎなどの情報から受信したフレームの品質を測定する品質測定部４３とを含む。

アンテナ部６０は、他の無線通信装置（他の無線基地局や無線端末局）との間でデータを送受信するためのアンテナにより構成され、ビーム制御部５０によって制御されるものである。アンテナ６０を構成するアンテナは、たとえば、指向性を有し、かつ指向方向が可変なフェーズドアレイアンテナである。また、指向方向をモータなどにより機械的に変更可能な指向性アンテナであってもよい。さらに、複数の指向性アンテナから構成され、適応的にアンテナを切り替えることにより指向方向を変更できる指向性アンテナであってもよい。

次に、上記構成の無線基地局０におけるデータの送受信動作を図２に基づいて説明する。

インタフェース部１０では、一例として有線ＬＡＮへのインタフェースを備える場合には、有線ＬＡＮから入力されるデータに対してフレームチェックを行い、ヘッダなどの処理を行った後に、ＭＡＣ制御部３０に引き渡す。また、ＭＡＣ制御部３０から受け取った（無線端末局からの）受信データを、有線ＬＡＮの形式となるようにヘッダや、フレームチェックシーケンスを付加した後に、有線ＬＡＮへ出力する。その他の例としては、ＰＣＭＣＩＡ、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＳＤＩ／Ｏ、ＨＤＭＩなどの情報端末向けのインタフェースなどを搭載することも可能である。

ＭＡＣ制御部３０は、無線端末局へのデータ送信時にはインタフェース部１０から受け取ったデータに対してＭＡＣヘッダ、フレームチェックシーケンスを付加した後、スケジューラー部３１において決定されるタイミングに従い、変復調部４０の送信部４１へデータを引き渡す。このとき、情報記憶部２０から、送信相手先の指向性ビーム番号の情報を読みだし、ビーム制御部５０に対して送信を行いたい指向性ビーム番号を通知する。たとえば各機器が図１に示したように設置された状態において無線端末局１へ送信する場合であれば、ＭＡＣ制御部３０は、ビーム制御部５０に対して「指向性ビーム＃ｂ０１」を使用するように通知する。

また、ＭＡＣ制御部３０は、データ受信時には、受信を行いたいビーム方向をビーム制御部５０に通知する。たとえば各機器が図１に示したように設置された状態において無線端末局１からのデータを受信する場合であれば、指向性ビーム＃ｂ０１の方向に指向性を向けることにより、無線端末局１からのデータを受信することが出来るようになる。受信データは、変復調部４０からＭＡＣ制御部３０に引き渡され、ＭＡＣ制御部３０では、フレームチェックシーケンスと、ＭＡＣヘッダ内の宛先アドレスをフレーム解析部３２で確認する。その結果、フレームが間違っている場合や、自端末宛以外のフレームの場合は、フレームを破棄する。ＮＡＣＫが返送されてきた場合には、その旨を再送制御部３３へ通知し、データを再送するように指示を行う。応答が必要なフレームであれば、スケジューラー部３１に対して通知されたタイミングで応答フレームを送信するように指示する。また、フレーム解析部３２は、正常に受信されたデータフレームをインタフェース部１０へ引き渡す。

さらに、ＭＡＣ制御部３０は、変復調部４０の品質測定部４３が測定した受信品質などに関する情報を受け取り、この情報に含まれる端末ＩＤ（識別番号），ＣＨ番号，指向性ビーム番号，通信先の指向性ビーム総数，受信電力値，干渉電力値，などの情報を情報記憶部２０に随時記録し、更新を行う。このような動作を行うことにより、ＭＡＣ制御部３０は、情報記憶部２０から読み出した情報を使用して指向性ビームを制御し、所望の無線端末局と通信する。

以上、基地局０の構成およびデータ送受信時の各部の動作に説明したが、無線端末局１〜３の構成および各部の動作についても同様である。なお、アンテナ数、指向性ビーム数については、無線基地局０および各無線端末局の間で異なっていても構わない。

図３は、無線基地局０と各無線端末局１〜３との間でやり取りされるＰＨＹフレームフォーマットの一例を示す図である。ＰＨＹフレームは、時間同期／周波数同期／ＡＧＣ、キャリア検出などを行うＰＬＣＰ（Physical Layer Convergence Protocol）プリアンブル部と、ＰＳＤＵ（PLCP Protocol Data Unit）を復調するための情報が含まれるＰＬＣＰヘッダ（PLCP Header）部と、フレームボディ（Frame Body）部と、必要に応じて付加されるＴａｉｌビットとＰａｄビットから構成されるＰＳＤＵ部と、により構成される。

ＰＬＣＰヘッダ部には、ＰＳＤＵ部を復調するためのＲａｔｅ情報，ＰＳＤＵ長を示すＬｅｎｇｔｈ情報，プリアンブルタイプ情報，などを含んだＰＨＹヘッダ（PHY Header）、指向性ビーム番号情報（Beam Num）、および、必要に応じて付加されるＭＡＣヘッダ（MAC Header）、ＦＣＳ（Frame Chacke Sequence）、Ｔａｉｌビット（Tail Bits）が含まれている。なお、データの受信側では、ＰＨＹヘッダに含まれるＲａｔｅ情報、Ｌｅｎｇｔｈ情報、スクランブラ初期値（Scrambler Init）およびプリアンブルタイプ（Preamble Type）に基づいて、その後のＰＳＤＵ部の復調を行う。なお、"Ｂｅａｍ Ｎｕｍ"、"Ａ−ＭＰＤＵ Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ"、"Ａ−ＭＳＤＵ Ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ"、"Ｒｅｌａｙ"は、ＰＬＣＰヘッダではなく、ＭＡＣヘッダまたは情報要素（Information Element）に含んでも構わない。また、ＰＬＣＰヘッダの情報要素については、このフォーマットに限るものではなく、一部のパラメータを高効率化のために削除しても構わないし、必要な情報が含まれるものであればこのフォーマットでなくてもよい。上記指向性ビーム番号情報は、ＭＡＣヘッダに含まれる"ＭＡＣ ＩＤ"と共に情報記憶部（基地局であれば図２に示した情報記憶部２０）に記憶される。

ＰＳＤＵ部は、ＭＡＣフレームのフレームボディと、Ｔａｉｌビットと、Ｐａｄビットとを含む。さらに、ＰＬＣＰヘッダ部がＭＡＣヘッダを含んでいない場合には、ＭＡＣヘッダを含む。

なお、ＰＬＣＰプリアンブル（PLCP Preamble）部に拡散コードなどの識別コードを含ませることにより、ここに指向性ビーム番号情報等を埋め込むことも可能である。

図４は、無線基地局０と各無線端末局１〜３との間でやり取りされるＭＡＣフレームフォーマットの一例を示す図である。ＭＡＣフレームは、フレームの種別や宛先からなるＭＡＣヘッダ（MAC Header）部と、フレームペイロード（Frame Payload）部およびフレームの正誤を判定するＦＣＳ（Frame Chacke Sequence）からなるフレームボディと、により構成される。なお、ＭＡＣヘッダ部は、フレームペイロードとは異なる伝送レートで送信されても構わないし、同じ伝送レートで送信されても構わない。また、個別にＦＣＳが付加されるような構成でも構わない。

なお、無線基地局および各無線端末局は、ＭＡＣフレームを複数束ねて送信するフレームアグリゲーションを行っても構わない。その際には、フレーム先頭位置を検出するためのユニークワード、長さ、個別宛先などを含むデリミタを含むことも可能である。

ＭＡＣヘッダ部は、フレームコントロール（Frame Control）フィールド、ネットワーク識別ＩＤであるネットワークＩＤ（Network ID）、宛先アドレス、送信元アドレス、シーケンス番号およびフラグメント番号を管理するシーケンスコントロール（Sequence Control）、アクセス方式に関する情報を通知するアクセスインフォメーション（Access Information）、などから構成される。なお、宛先アドレス、送信元アドレスのほかに、ルーティング用のアドレス、通知用フィールドなどが含まれることもある。

また、フレームコントロールフィールドは、プロトコル種別を示すプロトコルバージョン（Protocol Version）、セキュリティフレームであるかどうかを示す情報（Secure）、ＡＣＫの送信方法（Imm-ACK，BlockACK，No-ACKなど）を通知するＡｃｋポリシー（Ack Policy）、フレームの種別を示すフレームタイプ（Frame Type）およびサブタイプ（Sub type）、再送フレームかどうかを通知する情報（Retry）、更なるデータが存在するかどうかを通知するモアデータ（More data）、などから構成される。

なお、フレームペイロード部には、フレーム種別で指定された、Ｐｒｏｂｅ情報、帯域要求情報、報知情報などのマネージメントメッセージや、ＡＣＫ情報（BlockACK、Imm-ACK）、帯域予約情報、帯域割り当て情報、などの制御メッセージや、データなどが含まれる。

図５は、本実施の形態における報知情報（Beaconとも呼ぶ）フレームの一例を示す図である。報知情報フレームは、基地局が一定周期毎にサービスエリアに対して送信するものであり、本実施の形態においては、たとえば指向性ビーム＃ｂ０１，＃ｂ０２，・・・，＃ｂ０５（図１，図２参照）を使用して、それぞれの指向性ビームによって区切られるサブサービスエリアにおいて順番に送信する。なお、同じタイミングですべてのサブサービスエリアに対して報知情報フレームを送信しても構わない。報知情報フレームは、ＭＡＣヘッダおよびフレームボディ（フレームペイロードとＦＣＳを含んでいる）により構成される。フレームペイロードは、複数のＩＥ（Information Element）すなわち情報セットを含み、ＩＥには、"Ｃｈａｎｎｅｌ ｔｉｍｅ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ"，"ＢＳＩＤ"，"ｐａｒｅｎｔ ｐｉｃｏｎｅｔ"，"ＤＥＶ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ"，"ＰＮＣ ｓｈｕｔｄｏｗｎ"，"接続する無線端末局リスト"，…などの情報が含まれる。

なお、ＩＥは、報知情報フレームのみに含まれるものではなく、認証フレーム、接続要求フレーム、ＤＤ（Device Discovery）フレーム、ＤＤレポートリクエスト（Device Discovery report request）フレーム、ＤＤレポート（Device Discovery report）フレームなどにも含まれる。また、同様の内容のフィールドが含まれるのであれば、ＩＥと限定するものではない。

次に、本発明において独自に定義し、新規に設定するＩＥについて説明する。本実施の形態では、この新規設定するＩＥを便宜上ＤＢＩＥ（Directional Beam Information Element）と呼ぶ。

図６は、上記独自に定義したＩＥ（DBIE）の構成例を示す図である。図６に示したように、ＤＢＩＥは、エレメントを識別するためのエレメントＩＤ（Element ID）情報と、現在使用している指向性ビーム番号（またはアンテナ番号）を示す使用中ビーム番号（Current Beam Number）情報と、装置（ここでは、無線基地局０または無線端末局１〜３）が制御可能な指向性ビーム数（またはアンテナ数）を示す総ビーム数（Total Beam Number）情報と、１つの装置（無線基地局０または無線端末局１〜３）がどの程度のレンジをカバーできるかを示すサポートレンジ（Support Range）情報と、１指向性ビーム（アンテナ）がどの程度のレンジをカバーできるかを示すビームレンジ（Beam Range）情報と、指向性ビーム切り替えに必要とする最小時間（指向性ビーム切り替え実行間隔）を示す最小切替時間（Switching Time）情報と、他の無線端末局（または無線基地局）を検索するためのデバイスディスカバリー（Device Discovery）機能をサポートするかどうかを示すデバイスディスカバリー機能サポート（Device Discovery Support）情報と、直接端末間通信を行えるかまたは通信中に他の無線基地局と通信を行えるかどうかを示す端末間通信サポート（Direct Transmission Support）情報と、を含む。なお、ＤＢＩＥに含まれる情報および並び順は、これに限定するものではないし、サブセットとしてもよい。

たとえば、図１に示した無線基地局０がサブサービスエリアに対して送信するビーコンフレーム内のＤＢＩＥの情報は、図７に示したような構成（内容）となる。

つづいて、従来の"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"を拡張して指向性ビーム情報を通知する場合の例について示す。まず、従来の"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"を説明する。図８は、従来の"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"の構成例を示す図である。図８に示したように、"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"は、"Ｅｌｅｍｅｎｔ ＩＤ"、"Ｌｅｎｔｈ"および"Ｏｖｅｒａｌｌ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ"の３つのフィールドにより構成される。さらに"Ｏｖｅｒａｌｌ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ"フィールドは、無線基地局の情報を通知するための"ＰＮＣ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ"フィールドおよび無線端末局の情報を通知するための"ＤＥＶ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ"フィールドを含んでいる。またさらに、これらのフィールドは、複数の情報要素を含んでいる。従来の方式では、この"Ｏｖｅｒａｌｌ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ"フィールドを認証フレーム（Association request/response）、ＰＮＣハンドオーバーフレーム（PNC handover request/response/information）、ＰＮＣインフォメーションフレーム（PNC information/PNC information request）、アナウンスフレーム（Announce）、チャネル状況の通知フレーム（Channel status request／response）などに含むことによって、無線基地局と無線端末局との機能情報（capabilities information）を通知している。

次に、本実施の形態において使用するために拡張した"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"を説明する。拡張された"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"では、現在使用している指向性ビーム番号（またはアンテナ番号）を示す使用中ビーム番号（Current Beam Number）情報と、装置（ここでは、無線基地局０または無線端末局１〜３）が制御可能な指向性ビーム数（またはアンテナ数）を示す総ビーム数（Total Beam Number）情報と、１つの装置（無線基地局０または無線端末局１〜３）がどの程度のレンジをカバーできるかを示すサポートレンジ（Support Rante）情報と、１指向性ビーム（アンテナ）がどの程度のレンジをカバーできるかを示すビームレンジ（Beam Range）情報と、指向性ビーム切り替えに必要とする最小時間を示す最小切替時間（Switching Time）情報と、他の無線端末局（または無線基地局）を検索するためのデバイスディスカバリー（Device Discovery）機能をサポートするかどうかを示すデバイスディスカバリー機能サポート（Device Discovery Support）情報と、直接端末間通信を行えるかまたは通信中に他の無線基地局と通信を行えるかどうかを示す端末間通信サポート（Direct Transmission Support）情報と、を追加で含むものとする。なお、拡張された"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"に含まれる情報、並び順は、これに限るものではない。また、従来の"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"で使用していたエレメントＩＤを使用しても構わないし、新規に"Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"のエレメントＩＤを作成してもよい。新規に作成する場合には、追加された差分のフィールドから構成されるものでも構わない。なお、各フィールドの詳細は、上述したＤＢＩＥの各フィールドと同様である。

以上のように、従来の"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"に対して、指向性ビーム情報に関係するパラメータを追加することによって、無線基地局および無線端末局はこの"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"を交換することにより端末のそれぞれの端末が、お互いの通信が可能な指向性アンテナ番号などを特定することができ、無線基地局および無線端末局はその情報を情報記憶部２０に書き込むことによって、通信時に適切に指向性ビームなどを選択できるようになる。

つづいて、本発明を適用した無線通信システムにおいて、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスについて図を用いて具体的に説明する。ここでは、図１に示した無線通信システムにおいて無線端末局１が無線基地局０に接続する場合の例を説明する。なお、図１１は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。

図１に示した無線通信システムにおいて、無線基地局０は、定期的に各サービスエリアに対して、指向性ビームを用いて報知情報フレームを送信している。この報知情報フレームには、基地局ＩＤ（基地局識別子）や、基地局の送信可能な伝送レート情報、接続無線端末局情報などのほかに、現在送信している報知情報フレームの指向性ビーム番号、アンテナ番号、指向性ビームの最大数、ＤＢＩＥ（図６および図７参照）などが含まれている。

一方、無線端末局１は、起動すると、近隣の無線基地局を検索するためにＳｃａｎ（スキャンシーケンス）を開始する。スキャンシーケンスでは、無線基地局からの報知情報フレームを受信するために、自身のアンテナ／指向性ビームと周波数を切り替え、通信可能な無線基地局リスト（アンテナ番号／指向性ビーム番号、周波数、基地局ＩＤ、受信電力などの情報を含む）を作成し、その中から最適な無線基地局を選択する。詳細なスキャンシーケンスおよびスキャン動作は、たとえば図１２および図１３のように示すことができる。具体的には、無線端末局１は、動作周波数（ＣＨ［ｉ］）およびアンテナ／指向性ビーム（Ａｎｔ［ｊ］）を順次切り替えながら、すべての条件（選択可能なｉおよびｊのすべての組み合わせ）においてスキャンを行い、無線基地局を検出した場合、その基地局情報（内容の詳細は後述する）を基地局情報データベースへ格納する。ここで、基地局情報データベースは、無線端末局１の情報記憶部（図２に示した無線基地局の情報記憶部２０に相当する部分）に構築されている。なお、図６，７などに示した"Switching Time"に相当するアンテナ／指向性ビームの切り替え時間（一旦切り替えを実行後、次の切り替え実行までの時間）および周波数切り替え時間（一旦切り替えを実行後、次の切り替え実行までの時間）については、無線基地局からの報知情報フレームを受信するために十分な時間間隔とし、一般的に報知情報フレーム送信間隔よりも長い値が望ましい。すべての条件でのスキャンが終了し、無線基地局を検出した場合、検出した無線基地局の中から接続先を選択し、待ち受けを開始する。

図１に示した例では、Ｓｃａｎを実行した結果、無線端末局１が無線基地局０からの報知情報フレームを検出し、無線基地局０が使用する指向性ビーム番号（この例ではｂ０１となる），指向性ビーム総数（この例では６となる），周波数情報，自端末が無線基地局０と通信するために使用する指向性ビーム番号（この例ではｂ１４となる），などがＳｃａｎ結果として得られる。無線端末局１は、このＳｃａｎ結果を基地局情報として基地局情報データベースに保存しておく。

上記Ｓｃａｎを実行し、無線端末局１が接続先として選択した無線基地局０に対して接続を行う際の詳細動作を以下に説明する。ここでは、無線基地局０を接続先とする場合の動作について説明する。

無線基地局０を接続先とする場合、無線端末局１は、接続する無線基地局０と対応するアンテナ／指向性ビーム（この例では番号がｂ１４のもの）を選択し、無線基地局０の報知情報フレームを受信する。そして、受信した報知情報フレームに含まれる接続要求スロット／帯域割り当てスロット（帯域要求のための割り当て時間期間）を把握する。

次に、無線端末局１は、接続要求スロット／帯域要求スロットを用いて、選択した番号のアンテナ／指向性ビーム＃ｂ１４を用いて自端末の機能に関するＩＥ（Information Elements）を含む接続要求メッセージ（Probe requestとも呼ぶ）を無線基地局０に対して送信する。なお、ＩＥには、デバイスディスカバリー（Device Discovery）機能に対応しているかどうか、指向性ビーム数、現在通信を行っている指向性ビーム番号、指向性ビーム切り替え最小時間（指向性ビーム切り替えを実行する時間間隔の最小値）、サポートする変調方式、符号化率、などの情報が含まれている（図６，図７，図９，図１０参照）。

無線基地局０は、無線端末局１からの接続要求メッセージを受信すると、これに含まれる情報（無線端末局１の機能に関するＩＥ）に基づいて無線端末局１と通信可能なアンテナ番号（指向性ビーム番号）などの組み合わせを特定し、その情報を図２に示した情報記憶部２０に記憶しておく。ここでは、無線端末局１のＩＤ、指向性ビーム番号（ここでは＃ｂ１４）および指向性ビーム総数（ここでは６）に加え、無線基地局０が使用する指向性ビーム番号（ここでは＃ｂ０１）、などを記憶する。また、無線端末局１の機能に関するＩＥに含まれる情報を接続無線端末データベースに保存しておく。なお接続無線端末データベースは、たとえば情報記憶部２０に構築されている。さらに無線基地局０は、必要に応じて、接続応答メッセージ（Probe responseとも呼ぶ）を無線端末局１に対して送信する。

そして、無線基地局０と無線端末局１は、お互いに判明したアンテナ／指向性ビーム番号の組み合わせ（ｂ０１およびｂ１４）を用いて通信を行い、認証などを行う。以上をもって、無線端末局１は、無線基地局０に接続が完了し、通信シーケンスに移行してデータ通信を行うことが出来るようになる。

なお、ここでは無線基地局０および無線端末局１が通信を行う場合の動作（接続シーケンス）について説明を行ったが、他の無線端末局２，３などが無線基地局０に接続する際の動作も同様である。また、認証などを含む接続シーケンスにおいては、各無線端末局は、無線基地局０に対して、Ｓｃａｎシーケンスで検出された他の無線基地局または無線端末局との指向性ビーム番号の組み合わせと品質情報（受信電力など）を通知することも可能である。そして無線端末局０は、通知された情報を情報記憶部２０に保持しておき、無線端末局が他の無線基地局にハンドオーバーする際に使用することができる。また、ある無線端末局が他の無線端末局と直接通信を行いたい場合に、既に情報記憶部２０に情報があれば、デバイスディスカバリー（Device Discovery）手順を簡略化したり省略したりすることも可能である。

つづいて、無線基地局０のサービスエリア内に設置された無線端末局同士が無線基地局０を介さずに直接通信（直接端末間通信）を行う際の手順について説明する。ここでは特に、通信相手先となる無線端末局を探査し、直接通信を行う際に使用する指向性ビーム（アンテナ）の方向を特定する手順（デバイスディスカバリー手順）について詳しく説明する。

図１４は、無線基地局０のサービスエリア内に設置された無線端末局同士での直接端末間通信を説明するための図であり、図１に示した無線通信システムにおいて無線端末局１および２が直接端末間通信を行う様子を示している。なお、上述した、無線基地局０および無線端末局１が通信を行う場合の動作（接続シーケンス）と異なる部分を中心に説明を行う。

まず、図１４に示した無線通信システムの状況について説明する。図１４は、無線基地局０が指向性ビーム＃Ｂ３を使用して無線端末局３と通信を行っており、一方で、無線端末局１と無線端末局２が指向性ビーム＃Ｂａを使用して直接端末間通信を行っている様子を示している。

さらに詳しくは、無線基地局０が指向性ビーム＃ｂ０３を使用し、無線端末局３が指向性ビーム＃ｂ３０を使用することにより通信を行っている。なお、図１４に示した状態の無線基地局０と無線端末局３は、指向性ビームを使用しているので、上述した無線基地局０と無線端末局１が通信を行う場合と同様に、お互いの指向性を向かい合わせる制御を行ったうえで通信を行っている。

また、無線端末局１が指向性ビーム＃ｂ１３を使用し、無線端末局２が指向性ビーム＃ｂ２２を使用することにより通信を行っている。なお、図１４に示した状態の無線端末局１と無線端末局２は、指向性ビームを使用しているので、上述した無線基地局０と無線端末局１が通信を行う場合と同様に、お互いの指向性を向かい合わせる制御を行ったうえで通信を行っている。

なお、無線基地局０と各無線端末局は指向性ビームを使用しているので、図１４に示した状態においてお互いのビームが干渉していないものとする。

次に、デバイスディスカバリー手順について図１５を用いて詳細に説明する。なお、図１５は、無線端末局１と無線端末局２が直接端末間通信を行う場合に各装置（無線基地局および各無線端末局）が実行する手順を示すシーケンス図である。

無線端末局１は、上記図１１を用いて示した無線端末局１が無線基地局０に接続する際の動作（シーケンス）を実行して通信シーケンスへ移行する（ステップＳ１）。また、無線端末局２も同様に、無線基地局０に接続する際の動作を実行して通信シーケンスへ移行する（ステップＳ２）。そして、無線端末局１および２は、無線基地局０から定期的に送信される報知情報フレームを受信することによって、無線基地局０に接続しているすべての無線端末局の情報を受信し認識している。このような状況下で、無線端末局１において無線端末局２に対する通信が発生すると、無線端末局１は、無線基地局０により割り当てられた通信時間期間またはランダムアクセス期間を用いて、「無線端末局２との直接通信要求」を含む通信要求フレームを送信する（ステップＳ３１）。例えば、本実施の形態では「直接通信リクエスト」フレームを送信する。

この「直接通信リクエスト」フレームには、ＤＢＩＥ（Directional Beam Information Element）または拡張された"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"、無線端末局１が必要とするデバイスディスカバリーのための時間期間、直接通信で必要とする帯域情報、などが含まれている。この無線端末局１が必要とするデバイスディスカバリーのための時間期間は、無線端末局１が、すべての指向性ビーム方向に対して、後述するＤＤフレーム（Device Discoveryフレーム）を送信するのに必要な時間などから決められるものである。

無線基地局０は、無線端末局１からの「直接通信リクエスト」フレームを受信すると、そのフレームにおいて通信相手先として指定された無線端末局２が自身のサービスエリア内に存在するかどうかを判断する。無線端末局２が自身のサービスエリア内に存在するのであれば、情報記憶部２０内の接続無線端末局データベースから無線端末局２の接続情報（探査機能サポート情報、端末間通信サポート情報など）と、情報記憶部２０に記憶されているアンテナ情報などを読み出し、これらの読み出した情報に基づいて、無線端末局２が無線端末局１からの「直接通信リクエスト」に対応できるかどうかを判断する。

ここで、無線端末局２が「直接通信リクエスト」に対応できない端末局であると判断した場合、無線基地局０は、無線端末局１に対して、「直接通信レスポンス」フレームを送ることによって、無線端末局２が直接通信に対応していない事を通知することも可能である。ただし本実施の形態においては、無線端末局２が直接通信を行うための機能を有するケース（つまり、探査機能サポート情報および端末間通信サポート情報がＥｎａｂｌｅである場合）について、その後の説明を行う。

無線端末局２が無線端末局１からの「直接通信リクエスト」に対応できるものと判断した場合、無線基地局０は、さらに無線端末局２が無線端末局１との直接通信を行える状況にあるかどうかを確認するために、「直接通信確認」フレームを無線端末局２に対して送信する（ステップＳ３２）。「直接通信確認」フレームを受信すると、無線端末局２は、自端末の通信トラフィックやＱｏＳを考慮して通信が行えるかどうかの判断を行う。ここで、直接通信が可能であると判断した場合、無線端末局２は、ＤＢＩＥまたは拡張された"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"を含んだ「直接通信確認」応答フレームを無線基地局０に対して送信する（ステップＳ３３）。なお、無線基地局０が、事前に無線端末局２のＤＢＩＥまたは拡張された"Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ＩＥ"受信済みで、その中に含まれる情報を保持している場合には、この「直接通信確認」の要求／応答シーケンス（ステップＳ３２およびＳ３３）を省略してもよい。

図１６は、無線基地局０と無線端末局２が通信する様子を示す図である。この際、無線基地局０と無線端末局２は、指向性ビーム＃Ｂ２を用いて通信を行っており、無線基地局０は指向性ビーム＃ｂ０２、無線端末局２は、指向性ビーム＃ｂ２２を使用する。

図１５に示したデバイスディスカバリー手順の説明に戻り、無線基地局０は、接続する無線端末局１および２の指向性ビーム数に基づいて、無線端末局１のＤＤ（Device Discovery）フレームの送信時間およびフレーム送信方法を決定する。本実施の形態においては、無線端末局１は、６方向の指向性ビーム使用してフレームを送受信でき、無線端末局２は、３方向の指向性ビーム使用してフレームを送受信できるため、すべての組み合わせを行う場合には、１８フレーム送信する必要がある。また、指向性ビームの切り替え時間（図６，７などに示した"Switching Time"に相当）から、ＤＤフレームの送信に必要な最大時間を求めることが可能である。

次に、無線基地局０は、無線端末局１および２に対して、デバイスディスカバリーの開始および終了時間（Device Discovery Period、以下、ＤＤ期間と記載する）、指向性ビーム切り替えタイミング、アクセス方法、などの情報を含む「Device Discovery開始通知」を報知情報フレームまたは個別のフレームを用いて送信する（ステップＳ３４）。また、このフレームを受信した他の無線端末局３は、ＤＤ（Device Discovery）期間が開始されたことを認識して一定時間通信を行わないようにする。

つづいて、本実施の形態におけるデバイスディスカバリー方式である"Imm−Device Discovery"方式について説明する。この"Imm−Device Discovery"方式では、ＤＤ期間において、要求元無線端末局（ここでは無線端末局１）が、要求先無線端末局（ここでは無線端末局２）に対して、ＤＤフレームを送信し（ステップＳ３５）、要求先無線端末局が、ＤＤフレームを受信したならば、予め割り当てられたタイミングで、ＤＤ応答（Device Discovery response）フレームを要求元無線端末局に送信する（ステップＳ３６）ことによって、お互いの指向性ビーム番号等から構成される情報テーブルを更新する。

なお、図１７に示したように、ＤＤフレームには、フレーム種別、送信元アドレス、現在使用している指向性ビーム番号（送信元指向性ビーム番号）、などの情報が含まれる。さらに、必要に応じて宛先アドレス（ブロードキャスト、マルチキャスト、個別アドレスのいずれでも構わない）、ＤＢＩＥなどの情報が含まれる。

ここで、図１８を用いて具体的な"Imm-Device Discovery"方式について説明する。無線端末局１は、無線基地局０によって割り当てられた時間期間および送信方法に従い自身が現在使用している指向性ビーム番号を含むＤＤフレームを送信する。ここでは、無線端末局１および無線端末局２で取り得る指向性ビーム番号の組み合わせ数である１８をＤＤフレームの送信回数とする。

以下、無線端末局１がＤＤフレームを指向性ビーム方向を切り替えながら送信し、その後、各指向性ビーム方向から、ＤＤ応答フレームを受信したかどうかを確認することで、デバイスディスカバリーを実施する動作について図１５および図１８を参照しながら説明する。

まず、各無線端末局は、無線基地局０から上記「Device Discovery開始通知」を受信すると初期設定を行い（図１５参照）、指定された時刻から無線端末局１は、各指向性ビームを番号がｂ１０，ｂ１１，…，ｂ１５となる順番で使用してＤＤフレームを送信する。なお、このＤＤフレームは、先に説明したように、無線端末局１の使用する指向性ビーム番号の情報が含まれているものである。無線端末局２は、予め無線基地局０によって通知された切り替えタイミングでアンテナを切り替え、ＤＤフレームの受信を試みる（図１８参照）。ここでは、無線端末局２は、指向性ビーム＃ｂ２２にて、無線端末局１からの指向性ビーム番号情報（ここではｂ１３）を含むＤＤフレーム（図１８においてはＤＤ３と表記している）を受信する。

無線端末局２は、無線端末局１からのＤＤフレームを受信すると、その際に使用していた指向性ビームの番号（ここではｂ２２）およびＤＤフレームに含まれていた無線端末局１が使用した指向性ビームの番号（ここではｂ１３）を組み合わせた指向性ビーム組合せ情報を受信電力値、端末ＩＤなどと共に情報記憶部２０に記憶する。なお、ここで記憶する具体的な情報は「ｂ１３，ｂ２２，無線端末局１、・・・」となる。

次に、無線端末局１は、すべての指向性ビーム番号にてＤＤフレームを送信すると、一定時間、スケジュールされた指向性ビーム番号にて、無線通信端末２からの応答（Device Discovery Response）フレームを待つ。

本実施の形態では、無線端末局２が、ＤＤフレームを受信しているので、無線端末局２は、予め決められたタイミングでＤＤフレームに対する応答フレームを無線端末局１に返送する。このとき、上記情報記憶部２０に記憶した指向性ビーム組合せ情報に基づいて選択した指向性ビーム（ＤＤフレームを受信した際に使用していた指向性のビーム）を使用する。

応答フレームは、送信元の無線端末局２のアドレス、現在使用している指向性ビーム番号（ここではｂ２２）、および無線端末局１からＤＤフレームを受信した指向性ビーム番号（ここではｂ１３）を含むものとする。さらに、宛先無線端末局アドレス（ここでは無線端末局１のアドレス）を含んでも構わない。

無線端末局１は、無線端末局２からの応答フレームを受信すると、直接通信が可能であることを認識し、応答フレームにて通知された情報（無線端末２のアドレス、指向性ビーム番号など）を情報記憶部２０に記憶する。以降、無線基地局０から通知された方法に従って、所定回数・所定時間まで同様の動作を繰り返す。また、複数の組み合わせによって無線端末局１と無線端末局２が通信できることが判明した場合には、通信品質に基づいて適切な組み合わせを選択すればよい。ＤＤ期間が完了すると、各無線端末局は予め指定された指向性ビーム番号／動作周波数を選択する。また、各無線端末局は、必要に応じて無線基地局０からのフレームを受信、または、無線基地局０にフレームを送信するための指向性ビーム番号／動作周波数を選択する。

なお、本実施の形態でのＤＤ期間内のＤＤフレームの送信シーケンスに関しては、先に説明したものに限定するわけではなく、無線端末局同士が指向性ビーム番号をやり取りし、通信できる指向性ビーム番号（アンテナ番号）を共有するものであればいかなる方法でも構わない。また、ＤＤフレーム、応答フレームが伝播路の状況に応じてエラーが発生することに備えて、これらのフレームを複数回連送したり、送信電力を一時的に上げたり、通常のフレームよりもロバストな変調方式や符号化率を使って送信しても構わない。また、ＤＤフレームのやり取りは、無線基地局０の動作周波数と同じでも構わないし、未使用の周波数を利用してもよく、その情報は無線基地局０が予め各無線端末局に通知することによって実現可能である。

図１５に示したデバイスディスカバリー手順の説明に戻り、無線端末局１と無線端末局２に割り当てたＤＤ期間が終了すると、無線端末局１は、ＤＤ期間で得られた結果を無線基地局０に通知する（ステップＳ３７）。この際、無線端末局１と無線端末局２とが直接通信可能な指向性ビーム番号の組み合わせ情報「ｂ１３，ｂ２２」などを通知する（Device Discovery Report）。また、前記ＤＤ期間に無線端末局２からの応答がないために、直接通信が出来ないと判断したときには、無線端末局１は、「検出できず」の内容を含む結果を無線基地局０に通知する。なお、ＤＤ期間の結果の通知（Device Discovery Report）に関しては、無線端末局１と無線端末局２が個別に行っても構わないし、直接通信を要求した無線端末局１のみが通知しても構わない。

無線基地局０は、ＤＤの結果（Device Discovery Report）を受信すると、接続無線端末局の直接通信が可能な端末組み合わせのデータベースを更新する。以降、各無線端末局１，２からの直接通信要求があった際には、無線基地局０が直接通信の時間を無線端末局１，２に報知信号等を用いて通知し、無線端末局１，２は、割り当てられた時間期間でファイルデータ等のデータ通信を実施する（図１４参照）。なお、無線基地局０は、無線端末局同士が直接通信を行う場合に、自身の動作周波数と同一の周波数チャネル／空間チャネルを割り当てても構わないし、異なる周波数チャネル／空間チャネルを割り当てても構わない。

このように、本実施の形態においては、無線端末局１は、無線基地局０に対して「直接通信リクエスト」を送信し、無線基地局０は、データベースを照合した結果、直接通信が可能と判断すれば、対応する無線端末局２（無線端末局１が直接通信の相手として指定したもの）に対して「直接通信確認」を行い、無線端末局１との接続シーケンスにおいて取得しておいた情報および無線端末局２との接続シーケンスにおいて取得しておいた情報に基づいて、決定したデバイスディスカバリーの時間期間・方法を無線端末局１および２に通知し、ＤＤ期間を割り当てる。そして、ＤＤ期間を割り当てられた無線端末局は、自端末の指向性ビーム番号（指向性ビーム情報）を含むフレームを送信しあうことにより、無線端末局間同士で通信できる指向ビーム番号を共有することが可能となる。さらには、そのデバイスディスカバリーの結果（Device Discovery Report）を無線基地局０に通知することにより、無線基地局０は直接通信が可能な無線端末局と指向性ビーム番号の組み合わせを保持することが可能となる。そして、その後は、各無線端末局は予め指定された帯域、タイミングにて「直接通信リクエスト」を行うことにより、無線基地局０に割り当てられた時間期間にて直接通信が可能となる。

したがって、従来は、無線端末局１から無線端末局２に対してデータを送信する場合、一度無線基地局０に送信して保持し、その後、無線基地局０が無線端末局２に対して転送する必要があった（すなわち基地局０を介してデータ通信を行う必要があった）が、本発明により無線端末局同士が直接通信を行うことが可能となるため、帯域を有効利用することが可能となる。また、指向性を有するビームを使用するので、無線基地局０の管理の下で無線端末局１，２が直接通信を行っている期間に、同時に無線基地局０が他の無線端末局３と通信するようなＳＤＭＡ（Space Division Multiple Access）を実現することが可能となり、帯域の利用効率を大幅に上げることができる。

なお、本実施の形態においては、図１７に示したようにＤＤフレームを規定したが、例えば、図１９に示したようにＰＬＣＰプリアンブル（PLCP Preamble）部にＭＡＣ ＩＤと指向性ビーム番号を意味するコード（Beam Num）を挿入したものを繰り返し送信することも可能である。この場合、ＰＬＣＰヘッダ部およびＰＳＤＵ部を削減できるため、ＤＤフレームの送信時に高効率な送信方法を実現できる。また、ＤＤフレームを受信する無線端末局はＰＬＣプリアンブル部のみの処理となり、ＰＬＣＰヘッダ部およびＰＳＤＵ部を復調するよりも簡略化することが可能となる。また、コード化したパケットをＤＤフレームと定義していれば、本パケットを受信すればＤＤフレームとして受信無線端末局は認識することが出来る。もちろん、Ｔｙｐｅ／Ｓｕｂｔｙｐｅをコード化して入れても構わない。

また、図２０に示すように、プリアンブル（PLCP Preamble）部とヘッダ（PLCP Header）部からなるフォーマットを利用することも可能である、この場合、ヘッダに含まれるＰＨＹ Ｈｅａｄｅｒ，ＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒの情報を利用できるため、ＤＤフレームの受信者はより多くの情報を利用できる。

これらの図１９および図２０に示した構成のＤＤは、後述する実施の形態に対しても適用可能である。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明を行う。本実施の形態においては、上述した実施の形態１と比較してＤＤフレームを効率的に送信し、デバイスディスカバリー（Device Discovery）を行う動作について説明する。なお、前提条件（無線通信システムの構成）および基本的なシーケンスは、実施の形態１で説明した図１４および図１５と同一であるため、本実施の形態においては異なる部分のみを説明する。

まず、図１５に示した無線基地局０が無線端末局１に対して「Device Discovery開始通知」を行うまでの動作は、実施の形態１と同一である。「Device Discovery開始通知」から説明する。

無線基地局０は、無線端末局１と無線端末局２に対して、デバイスディスカバリーの開始および終了時間（ＤＤ期間）、指向性ビーム切り替えタイミング、アクセス方法、などを含む「Device Discovery開始通知」を報知情報フレームまたは個別のフレームを用いて送信する。また、このフレームを受信した他の無線端末局３は、ＤＤ期間が開始されたことを認識して、一定時間（ＤＤ期間の間は）通信を取りやめる。

ここで、本実施の形態では、無線基地局０が無線端末局１，２のそれぞれ通信を行う指向性ビーム番号の組み合わせを予め参照する。基地局０は、各無線端末局の接続シーケンス（図１１参照）などの通信履歴に関する情報を情報記憶部２０へ記憶している。そのため、無線基地局０は、情報記憶部２０に保持している情報に基づいて、各無線端末局の大まかな位置を推測することができ、効率的なＤＤフレームの送信方法を通知することが可能である。

すなわち、上述した実施の形態１の手順において無線基地局０が無線端末局１に通知する情報に対して「指向性ビーム＃ｂ１４から、反時計回りにデバイスディスカバリーを実施する」ことを示す情報を追加して「Device Discovery開始通知」を送信する。また、無線端末局２に対しては「指向性ビーム＃ｂ２２から、時計回りにデバイスディスカバリーを実施する」ことを示す情報を「Device Discovery開始通知」に追加して通知することによって早期検索を可能とする。

以下に、具体的なＤＤフレームの送信方法について説明する。図２１は、検索方法を指定したデバイスディスカバリーの詳細手順を示す図である。本実施の形態では、予め無線端末局１に対しては指向性ビーム番号がｂ１４，ｂ１３，ｂ１２，ｂ１１，ｂ１０，ｂ１５の順で、無線端末局２に対しては指向性ビーム番号がｂ２２，ｂ２０，ｂ２１の順と指定しているので、各無線端末局は、初期設定において、指向性ビーム番号ｂ１４，ｂ２２を設定する。この後は無線端末局１がＤＤフレームを送信する手順が実行されるが、実施の形態１で示した手順と同じであるため、その説明は省略する。

このように、本実施の形態では、無線基地局０が直接通信を行う各無線端末局の大まかな位置を推測し、効率的に相手端末を検出できるように各無線端末局に対して指向性ビームの使用順番を通知するようにした。これにより、実施の形態１で示したデバイスディスカバリー手順（図１８参照）と比較して、無線端末局１が２番目に送信するＤＤ３フレームに対して、無線端末局２が応答することが可能となり、実施の形態１の場合と比較して早期に相手端末（無線端末局２）を検出することができる。

本実施の形態では、予め無線基地局０が無線端末局１および２のそれぞれ通信を行う指向性ビーム番号の組み合わせを参照し、無線基地局０は、情報記憶部２０に保持している情報に基づいて無線端末局１および２の大まかな位置を推測し、効率的なＤＤフレームの送信方法を通知することによって、デバイスディスカバリー（Device Discovery）シーケンスにおいて、早期に指向性ビーム番号の組み合わせを把握することが出来ることになったが、送信するＤＤフレームの総数が変わらない。しかしながら、例えば、無線端末局１に対しては「指向性ビーム＃ｂ１４から、反時計回りにｂ１２までデバイスディスカバリーを実施する（ｂ１４，ｂ１３，ｂ１２に対してＤＤフレームを送信するように制約）」、無線端末局２に対しては「指向性ビーム＃ｂ２０から、時計回りにｂ２１までデバイスディスカバリーを実施する（ｂ２０，ｂ２１に制約）」ことを示す制限付の情報を通知することによってシーケンスを簡略化し、さらなる効率的な検索が可能となる。したがって、本実施の形態のように無線端末局１が指向性ビーム総数６、無線端末局２が指向性ビーム総数３のような場合には、元々の組み合わせも多くないので、実施の効果は少ないが、指向性ビーム総数が多い場合については、非常に有効な手段と言える。

実施の形態３．
つづいて、実施の形態３について説明する。本実施の形態においては、高効率なデバイスディスカバリー手順について説明する。なお、無線通信システムの構成は上述した実施の形態１（図１４など参照）と同様である。

図２２は、実施の形態３のデバイスディスカバリー手順の一例を示す図である。なお、「Device Discovery開始通知」までの手順は、上述した実施の形態１と同様であるため、この部分の説明は省略する。

無線基地局０は、無線端末局１と無線端末局２に対して、デバイスディスカバリーの開始および終了時間（ＤＤ期間）、指向性ビーム切り替えタイミング、アクセス方法、などを含む「Device Discovery開始通知」を報知情報フレームまたは個別のフレームを用いて送信する（ステップＳ３１）。また、このフレームを受信した他の無線端末局３は、ＤＤ期間が開始されたことを認識して、一定時間（ＤＤ期間の間は）通信を取りやめる。

以下、本実施の形態におけるデバイスディスカバリー手順について説明する。なお、このデバイスディスカバリー手順を"Delayed-Device Discovery"と呼ぶ。本実施の形態のデバイスディスカバリーでは、ＤＤ期間において、要求元無線端末局（ここでは無線端末局１）が、要求先無線端末局（ここでは無線端末局２）に対して、ＤＤフレームを送信する点は上述した実施の形態１および２と同様であるが、その結果（Device Discovery Report）を要求先無線端末局（無線端末局２）が無線基地局０へ通知する点が異なる。

図２３は、実施の形態３のＤＤ期間における動作（Delayed-Device Discovery）の一例を示す図である。まず、各無線端末局１，２は、ステップＳ３４において無線基地局０によって通知された「Device Discovery開始通知」に基づいて初期設定を行う。例えば無線端末局２は指向性ビーム番号をb２２に変更して、Ｓｃａｎを開始する。一方、無線端末局１は、予め決められた送信タイミングおよび送信回数で指向性ビームを切り替えながらＤＤフレームを順番に送信する（ステップＳ３５）。本実施の形態では、予め無線基地局０から、ｂ１４，ｂ１３，ｂ１２，ｂ１１，ｂ１０，ｂ１５，・・・の順でＤＤフレームを送信するように指示されているものとする。また、送信タイミングは、各無線端末局１，２の指向性ビーム切り替え時間等を考慮して決められるものである。そして、無線端末局１は、予め決められた送信タイミング、アクセス方法、送信回数によるＤＤフレーム送信を終了すると、所定の指向性ビーム番号に戻す。同様に、無線端末局２も、所定のＤＤフレーム送信期間において、ＤＤフレームを受信した場合には、自身の指向性ビーム番号との組み合わせ情報を情報記憶部に保存し、決められた指向性ビーム番号切り替え時間に指向性ビーム番号を切り替えながら、ＤＤフレームが受信されるかどうかのＳｃａｎを繰り返す。そして、ＤＤフレーム送信期間が終了すると、所定の指向性ビーム番号に戻す。以上をもって、本実施のＤＤフレーム送信期間を終了する。

図２２に示したデバイスディスカバリー手順の説明に戻り、ＤＤフレーム送信期間終了後、要求先無線端末局（ここでは無線端末局２）はＤＤフレームの受信可否レポート「Device Discovery report」を送信し（ステップＳ３６ａ）、無線基地局０がこのレポートを受信する。「Device Discovery report」には、無線端末局１と無線端末局２とが直接通信可能な指向性ビーム番号の組み合わせ情報「ｂ１３，ｂ２２」、無線端末局２が無線端末局１からの直接通信を受け入れるかどうかの情報、受け入れ可能な場合の帯域量情報、などが含まれる。

なお、このシーケンスは、予め無線基地局０が無線端末局２に対して「DD report」の送信タイミングを割り当てておいても構わないし（図２２に示したシーケンス）、無線基地局０からの要求フレーム「DD report request」を無線端末局２に対して送信し、無線端末局２が、「DD report」を送信するようなシーケンスでも構わない。なお、前記ＤＤ期間において無線端末局２が無線端末局１を検出できなかった場合、「検出できず」を示す結果を無線基地局０に通知する。

無線端末局０は、ＤＤの結果（Device Discovery Report）を受信すると、接続端末局の直接通信が可能な端末組み合わせのデータベースを更新する。

そして、無線基地局０は、報知情報フレームまたは個別フレームを使用して、要求元無線端末局（無線端末局１）と要求先無線端末局（無線端末局２）の指向性アンテナ番号の組み合わせを含む情報フレームを要求元無線端末局へ通知する。

例えば、本実施の形態においては、図２４に示した"Directional Beam Combination IE"を含む情報フレームとする。この"Directional Beam Combination IE"は、ＩＥを識別する識別子（Element ID）、通知する端末数（組み合わせ数）を示す情報（Station Number）、該当する無線端末局のＭＡＣ識別子（MAC ID）、通信可能な指向性ビーム番号の組み合わせを示す情報（Combination MAP）、などのフィールドフォーマットを持つものとする。なお、このＩＥは、実施の形態１において使用したもの（図６，図９，図１０参照）を拡張したものとしても良い。また、端末３台以上に通知する場合には、"Station Number"のフィールドを３，４，・・・，ｎと拡張し、さらに"MAC ID"のフィールドを３，４，・・・，ｎと拡張すればよい。また、複数の情報（例えば、サポートレンジ、ＱｏＳ情報など）を加えて通知したい場合には、"Combination MAP"を拡張すればよい。

ここで、"Combination MAP"は、たとえば無線端末局１および２の間での指向性ビーム番号の組み合わせ情報のみを通知する場合、図２５に示したような内容となる。

以上のようにすることで、無線端末局１が指向性ビーム番号の組み合わせを特定することが可能となる。以降、各無線端末局１，２から直接通信要求があった場合、無線基地局０が直接通信の時間を無線端末局１および２に報知信号等を用いて通知し、無線端末局１おうおび２は割り当てられた時間期間でファイルデータ等のデータ通信を実施する。

このように、本実施の形態では、予め無線基地局０が無線端末局１および２のそれぞれ通信を行う指向性ビーム番号の組み合わせを参照し、無線基地局０は、情報記憶部２０に保持している情報に基づいた無線端末局１および２の大まかな位置情報を利用し、効率的なＤＤフレームの送信方法を通知することにした。これにより、デバイスディスカバリーシーケンスにおいて、早期に指向性ビーム番号の組み合わせを把握することができる。

また、「Device Discovery response」の送受信期間を省略し、ＤＤ期間（Device Discovery Period）終了後に、要求先無線端末局（無線端末局２）から、「DD report」を受信するような構成にし、無線基地局０が、無線端末局１を含む無線端末局に対して報知情報フレームまたは個別フレームを使用して指向性ビーム番号の組み合わせ情報を通知することとした。これにより、各無線端末局１および２と、無線基地局０との間で、指向性ビームの組み合わせを特定することが可能になり、実施の形態２の場合と比較してさらに大幅にシーケンスの簡略化およびデバイスディスカバリー手順を効率化することができる。

実施の形態４．
つづいて、実施の形態４について説明する。上述した形態１〜３においては、無線端末局が無線基地局を検出する方法、および無線基地局から通知された情報に基づいて直接通信の要求元無線端末局が特定の要求先無線端末局との直接通信を行うためのデバイスディスカバリー手順について説明したが、本実施の形態では、要求元無線端末局が、周囲に存在する直接通信が可能な無線端末局を検出する手順について説明する。

図２６は、実施の形態４の無線通信システムの構成例を示す図である。この無線通信システムは、上述した実施の形態１〜３の無線システムに対して無線端末局４が追加設置されたものであり、無線基地局０と無線端末局１〜３の設置位置は実施の形態１〜３と同様である。

また、図２６は、無線基地局０が指向性ビーム＃Ｂ３を用いて、無線端末局３と通信を行っている様子を示している。一例として、本実施の形態においては、無線基地局０が、無線端末局３と通信するために使用する指向性ビームの番号をｂ０３とし、無線端末局３が、無線基地局０と通信するために使用する指向性ビーム番号をｂ３０とする。なお、無線基地局０と無線端末局３は、指向性ビームを使用しているので、図２６においては、お互いの指向性を向かい合わせる制御を行ったうえで通信を行っている状態である。本実施の形態においては、無線端末局３が、周囲に存在する直接通信が可能な無線端末局を検出する場合のデバイスディスカバリー手順について説明する。

以下、本実施の形態におけるデバイスディスカバリー手順を図２７に基づいてについて説明する。図２７は、実施の形態４におけるデバイスディスカバリー手順の一例を示すシーケンス図である。図２７では、無線端末局１、２および４は、既に無線基地局０への接続シーケンスが完了しており、通信シーケンスが行える状態であり、無線端末局３が無線基地局０に対して接続シーケンスを開始する例が示されている。なお、接続シーケンスの詳細については上述した実施の形態１と同様であるため、その説明は省略する。

図２７に示したシーケンスにおいて、無線基地局０は、無線端末局３の接続シーケンスが完了すると、無線端末局３に対するデバイスディスカバリー手順を開始する。この時点で、無線基地局０は、接続シーケンスにおいて各無線端末局から得られたＤＢＩＥなどの情報から指向性ビーム番号等の組み合わせを情報記憶部２０に保持している。そのため、「すべて、または一部の接続無線端末局（ここでは無線端末局１〜４）の指向性ビーム数に基づいて、無線端末局３のＤＤフレームの送信時間、フレーム送信方法、アクセス方式、などを決定する」。なお、無線端末局０は、直接通信をサポートしない無線端末局が存在する場合には、ＱｏＳ情報やＤＢＩＥにおいて、その直接通信をサポートしない端末に関する情報を省略しても構わない。

次に、無線端末局０は「Device Discovery開始通知」を報知情報フレームまたは個別のフレームを用いて各無線端末局に対して通知する（ステップＳ３４）。上記フレームを受信した各無線端末局１、２および４は、自端末の指向性ビーム番号切り替え時間（タイミング）、送信方法（デバイスディスカバリー結果の送信方法）、デバイスディスカバリーの開始および終了時間（ＤＤ期間）、などの情報通知を受ける。一方、無線端末局３は、ＤＤフレームの送信タイミング、指向性ビーム番号切り替え時間（タイミング）、送信方法（デバイスディスカバリー結果の送信方法）、デバイスディスカバリーの開始および終了時間（ＤＤ期間）、などの情報通知を受ける。

次に「Device Discovery開始通知」によって通知された開始時間から、ＤＤ期間となる。なお、ＤＤ期間においては、要求元無線端末局（ここでは無線端末局３）以外の無線端末局の中で予め割り当てられたものが、許可された時間（図１５に示した手順の場合など）においてのみ送信が可能となる。本実施の形態においては、図２２に示した手順に従いデバイスディスカバリーを実行するものとして、無線端末局３以外は、ＤＤ期間において送信が出来ないこととする。なお、上記送信禁止時間の通知については、「Device Discovery開始通知」で行っても良いし、他の報知情報フレームによって行っても構わない。

ここで、ＤＤ期間における各無線端末局の具体的な動作について図２８を参照して説明する。図２８は、実施の形態４のデバイスディスカバリー手順の一例を示す図である。各無線端末局１〜４は、「Device Discovery開始通知」によって通知されたパラメータに基づいて初期設定を行う。次に、要求元無線端末局である無線端末局３は、指向性ビーム＃ｂ３０，ｂ３１，ｂ３２，ｂ３３，ｂ３４，ｂ３５を順番に使用してＤＤフレームを送信する（図２７のステップＳ３５）。無線端末局１、２および４は、ＤＤフレームを受信すると、ＤＤフレームに含まれる無線端末局３のその時点での指向性ビーム番号と、自端末が受信した指向性ビーム番号の組み合わせを、情報記憶部２０に記憶する。また、各無線端末局１、２および４は、予め「Device Discovery開始通知」によって通知されたアンテナ／指向性ビーム切り替えタイミングに基づいて決定したタイミングで、アンテナ／指向性ビームを切り替え、ＤＤフレームの受信を試みる。本実施の形態においては、無線端末局３が、全方向に指向性ビームを送信した後（すなわち、指向性ビーム＃ｂ３５を使用してＤＤフレームを送信した後）のタイミングにて、各無線端末局１、２および４は自身のＳｃａｎ用のアンテナ／指向性ビームを切り替える。

なお、各無線端末局１、２および４のアンテナ／指向性ビームの切り替え最小時間は、ＤＢＩＥ等で通知されている切り替え時間情報に基づいて、すべての端末が十分に切り替えられる時間を無線基地局０が決定し、「Device Discovery開始通知」によって通知することも可能である。また、無線端末局３がＤＤフレームを送信するタイミングも、ＤＢＩＥ等で通知した切り替え時間情報に基づいて無線基地局０が決定すればよい。

図２８に示した例では、無線端末局２は、番号がＢ２１の指向性アンテナを使用してＳｃａｎを行った場合に無線端末局３からＤＤフレームを受信する。ＤＤフレームには無線端末局３のアドレスおよび、無線端末局３がＤＤフレームを送信するに当たって使用した指向性ビーム番号（ここではｂ３１）が含まれており、無線端末局２は、ＤＤフレームを正常に受信した場合には、その指向性ビーム番号の組み合わせ情報を自端末内の情報記憶部２０に記憶する。

同様に、無線端末局４は、番号がＢ４２の指向性アンテナを使用した場合にＤＤフレームを受信し、その指向性ビーム番号の組み合わせ情報を自端末内の情報記憶部２０に記憶する。

また、図２８は、無線端末局１が、伝播環境が悪い、端末間の距離が離れている、指向性ビームのサポートエリア外、またはフレームエラーのためにＤＤフレームを正常に受信できなかった、などの理由によりＤＤ期間においてＤＤフレームが受信できなかったケースについて示しており、ＤＤ期間終了時までに、指向性ビーム番号の組み合わせが見つからなかった例を示している。

図２７に示したデバイスディスカバリー手順の説明に戻り、ＤＤ期間の終了後、各無線端末局はＤＤレポート（Device Discovery Report）を送信し（ステップＳ３６ｂ）、無線基地局０は、このＤＤレポートを受信する。なお、ＤＤレポートの通知方法は、上述した実施の形態１などと同様に、無線基地局０が「Device Discovery開始通知」にてＤＤレポートの送信時間（タイミング）を通知しておき、無線端末局１、２および４は、その割り当てられた時間に通知するようにしてもよいし、無線端末局０が各無線端末局にＤＤレポートリクエストフレーム（DD report Requestフレーム）を送信し、その応答として各無線端末局がＤＤレポートフレームを送信するようにしてもよい。

なお、図２７に示した例においては、無線端末局１からは、「検出なし」の情報を含んだＤＤレポートが通知され、無線端末局２からは、「指向性ビーム番号の組み合わせｂ２１，ｂ３１」の情報を含んだＤＤレポートが通知される。また、無線端末局４からは、「指向性ビーム番号の組み合わせｂ４２，ｂ３５」の情報を含むＤＤレポートが通知される。各無線端末局からのＤＤレポートを受信した無線基地局０は、接続無線局の直接通信が可能な端末組み合わせ（指向性ビーム番号の組み合わせなどを含む）データベースを更新する。そして、各無線端末局に対して、「指向性ビーム番号の組み合わせ情報」を報知情報フレームまたは個別フレームで通知する（ステップＳ３８）。各無線端末局は、通知された「指向性ビーム番号の組み合わせ情報」を情報記憶部に保持しておき、以降、直接端末間通信を行う場合には、この保持している情報に基づいて、使用する指向性ビームを選択する。

このように、本実施の形態では、無線基地局０が特定の無線端末局（上記例では無線端末局３）に対してＤＤ期間を割り当て、特定の無線端末局が指向性ビームを用いて、ＤＤフレームを送信する。一方、ＤＤフレームを受信した他の無線端末局が、その結果を無線基地局０に対してＤＤレポートで通知し、無線基地局０はデータベースを更新する。さらに、無線基地局０が指向性ビーム番号の組み合わせ（直接通信が可能な無線端末局の組み合わせ）情報を報知情報フレームまたは個別フレームを使用して送信することによって、無線基地局０に接続する各無線端末局に対して通知することとした。これにより、無線端末局が他の無線端末局を検出することができ、直接端末間通信が可能となる。

なお、本実施の形態では、無線基地局０によって、無線端末局３の接続シーケンス直後にデバイスディスカバリーを実行する場合の例について説明したが、このシーケンス（すなわち無線端末局が接続シーケンスを実行した場合に、引き続いてデバイスディスカバリーを実行するシーケンス）に限定するものではない。例えば、各端末に対して一定周期毎にデバイスディスカバリーを行わせてもよいし、各端末が移動したことや回線状況が悪くなったことを無線基地局が検出し、それをトリガーにしてデバイスディスカバリーを行わせるようにしてもよい。

実施の形態５．
つづいて、実施の形態５について説明する。上述した形態１〜４においては、無線端末局が無線基地局を検出する方法、および無線基地局から通知された情報に基づいて直接通信の要求元無線端末局が特定の要求先無線端末局との直接通信を行うためのデバイスディスカバリー手順、要求元無線端末局が、周囲に存在する直接通信が可能な無線端末局を検出する手順について説明したが、本実施の形態においては、高効率な通信を実現するために無線基地局および無線端末局の間、または、無線端末局間でやり取りされるフレームフォーマット（Ａ−ＭＳＤＵ）について説明する。

なお、本実施の形態において説明するフレームフォーマットは、上述した形態１〜４のいずれの無線通信システムに対しても適用可能である。

図２９は、実施の形態５の無線基地局の回路構成例を示す図である。この無線基地局は、上述した実施の形態１〜４において説明した無線基地局０の回路構成例に対して、データ加工部３４を追加したものである。その他の部分については、基地局０と同様であるため、同一の符号を付してその説明は省略する。データ加工部３４では、インタフェース部１０から引き渡される送信データに対して、伝播環境、ＱｏＳなどに基づいて、スケジューラー部３１からの指示に従い、シーケンス番号の付与、フラグメンテーション番号の付与、ＭＡＣヘッダの付与、フレームアグリゲーション及びフラグメンテーションなどを行い、送信フレームを作成する。また、フレーム解析部３２では、もし受信したフレームがアグリゲーションされている場合には、フレームをＭＳＤＵ毎に分割してインタフェース部１０に引き渡す、あるいはフラグメンテーションされている場合には、複数のフラグメントから、ＭＳＤＵを作成しインタフェース部１０に引き渡す機能を持つ。

ここで、上述したように、従来の超広帯域無線システムにおいて規定されているＰＨＹフレームフォーマットは、ＰＬＣＰヘッダ内部にＭＡＣヘッダを含む構成となっている。そのため、ＭＡＣヘッダが、比較的ロバストな伝送方式／符号化率で送信できる。しかしながら、超広帯域無線システムにおいて提案されているフレームアグリゲーション技術は、複数のＭＳＤＵを束ね、その束ねられたフレームに対して、ＭＡＣヘッダと、ＦＣＳが付加される構成である。そのために、伝播路が悪い状況においては、フレーム長を長くすることが出来ない、あるいは、フレーム再送が多くなりスループットが上がらない、という問題がある。また、フレームアグリゲーションを行う対象が、Ｄａｔａフレームのみであるため、他のＡＣＫフレームや、Ｃｏｍｍａｎｄフレームとのフレームアグリゲーションが行えない構成になっている。そのため、双方向のトラフィックが発生している場合には、束ねられたデータフレーム（Aggregated Dataフレーム）とは別に、受信したフレームに対するＡＣＫフレームを送信する必要が出てくるなどの問題があった。

また、単に可変長のフレームを束ねて送信することになり、バースト毎にフレーム長が大幅に変わるため、図３０に示したように、アグリゲーションを行って割り当てられた時間期間を有効に使用しようとしても、アグリゲーションを行うことによって無線端末に割り当てられた時間期間を超えてしまう場合にはアグリゲーションが出来ない。そのため、結果として割り当てられた時間期間を有効に使えない問題があった。また、バースト毎にフレームサイズが異なるために、一定のＰＥＲ（Packet Error Rate）をシステムとして保証できない問題があった。

そのため、本実施の形態においては、このような問題点を解決するためのフレームアグリゲーション方式について説明する。図３１は、本実施の形態の無線基地局と各無線端末局との間でやり取りされるＡ−ＭＳＤＵを行う際のＰＨＹフレームフォーマットの一例を示す図である。

図３１に示したように、このＰＨＹフレームは、時間同期／周波数同期／ＡＧＣ、キャリア検出などを行うＰＬＣＰ（Physical Layer Convergence Protocol）プリアンブル部と、ＰＳＤＵ（PLCP Protocol Data Unit）を復調するための情報が含まれるＰＬＣＰヘッダ（PLCP Header）部と、フレームボディ（Frame Body）部と、必要に応じて付加されるＴａｉｌビットとＰａｄビットから構成されるＰＳＤＵ部と、により構成される。

フレームボディ部は、フレームペイロード部（ＭＳＤＵとも呼ぶ）とＦＣＳ部から構成される。なお、本実施の形態のＡ−ＭＳＤＵでは、フレームペイロード部は、複数のＡ−ＭＳＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ部（サブ・フレームペイロード部とも呼ぶ）と、Ａ−ＭＳＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅの個数を示すＮｕｍ（Number）部から構成されるものとする。

Ａ−ＭＳＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ部は、ＭＳＤＵ長を示すＬｅｎｇｔｈ部と、フラグメンテーション及びフレームシーケンス番号から構成されるＦｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ部と、１つのＭＳＤＵから構成される。

なお、本実施の形態においてＭＡＣヘッダ内部のＦｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌフィールド内のＲｅｓｅｒｖｅｄ Ｂｉｔ（例えば、ｂ１１）をＡ−ＭＳＤＵであることを示すために用いることも可能である。また、複数のシーケンス番号を含まないようなＡ−ＭＳＤＵのケースにおいては、Ａ−ＭＳＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ部のＦｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ部を省略しても構わない。また、Ｎｕｍ部はＭＡＣヘッダに含めても良いし、各Ａ−ＭＳＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ内で、次のＡ−ＭＳＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅの存在を示すＭｏｒｅ Ａ−ＭＳＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅフィールドを用いる方法でも構わない。

次に、上述したフレームフォーマットを用いて、準固定長フレームを作成して、効率的に帯域を利用する方法について説明する。

以下に、フラグメンテーション（Fragmentation）とアグリゲーション（Aggregation）を組み合わせて使用して準固定長のフレームを作成する方法について説明する。図３２に示した例では、上位レイヤ（例えばインタフェース部１０など）から引き渡されるデータに対して、データ加工部３４では、それぞれに対してシーケンス番号を付加する。さらに、ＭＳＤＵ２に対してフラグメンテーションを実施することにより２つ（ＭＳＤＵ２ Ｆｒａｇ１，ＭＳＤＵ２ Ｆｒａｇ２）に分割し、さらに、ＭＳＤＵ１とＭＳＤＵ２ Ｆｒａｇ１とをアグリゲーションすることによって準固定長のフレームを作成している様子を示している。

なお、図３２に示した例では、フラグメンテーション実施後にアグリゲーションを行っているが、同一宛先、同一種別のＤａｔａに対しては、事前にアグリゲーションを実施して長いフレームを作成した後にフラグメンテーションを実施し、準固定長のフレームを切り出すような制御を行うことも可能である。

次に、本発明において新たに規定するフレームタイプ（Frame Type）フィールドについて説明する。本実施の形態においては、従来のフレームタイプフィールドに対して、新規にＤａｔａ＋ＡＣＫ，Ｄａｔａ＋Ｃｏｍｍａｎｄなどの複数のフレームを相乗りさせたフレームフォーマットを規定する（図３３参照）。

これにより、複数種別のフレームをアグリゲーションし、一度に送信することが可能になる。すなわち、ＤａｔａフレームとＡＣＫフレームをアグリゲーションしたり、ＤａｔａフレームとＣｏｍｍａｎｄフレームをアグリゲーションしたりすることが可能となる。また、複数のフレームタイプを相乗りさせる場合には、予めＡＣＫあるいはＣｏｍｍａｎｄのフレームの位置をＡ−ＭＳＤＵの先頭に挿入させることとすれば、簡易にフレームを解析することが可能になる。

なお、Ｆｒａｍｅ Ｔｙｐｅフィールドを拡張せずに、図３４に示した例のように、Ａ−ＭＳＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ内にそれぞれのＭＳＤＵの種別を示すためのＦｒａｍｅ Ｔｙｐｅフィールド、Ｆｒａｍｅ ＳｕｂＴｙｐｅフィールド（フレームサブタイプフィールド）を追加する構成にしても構わない（例えば、ＬｅｎとＦｒａｇ Ｃｏｎｔｒｏｌの間に挿入した構成とする）。

このように本実施の形態においては、Ａ−ＭＳＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ内に新規にＦｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌフィールドを付加することとしたので、たとえばインタフェース部１０から引き渡された複数の可変長データに対して、データ加工部３４が必要に応じてフラグメンテーションを行い、さらにアグリゲーションを行うことにより準固定長のデータフレームを完成させることが出来、受信側のバッファ管理が簡素化できる。また、短いパケットを繰り返し送信することなしに、１つのパケットにアグリゲーションすることにより、ＰＨＹオーバヘッドと、キャリアセンスおよびバックオフアルゴリズムといったプロトコルオーバヘッドを削減することが可能になり、高効率化を実現することができる。さらに、複数種別のフレームを１つのフレームに相乗りさせることによって、ＰＨＹオーバヘッドと、キャリアセンスおよびバックオフアルゴリズムといったプロトコルオーバヘッドを削減することが可能になり、高効率化を実現することができる。なお、アグリゲーションとフラグメンテーションは本実施の形態において示したように同時に使用しても良いし、排他的に使用しても構わない。また、本実施の形態では、一例として無線基地局の動作について説明を行ったが、無線端末局に対しても適用可能である。すなわち、無線基地局間と無線端末局との間の通信、無線端末局同士の通信、のいずれに対しても適用可能である。

実施の形態６．
つづいて、実施の形態６について説明する。上述した形態１〜５においては、無線端末局が無線基地局を検出する方法、および無線基地局から通知された情報に基づいて直接通信の要求元無線端末局が特定の要求先無線端末局との直接通信を行うためのデバイスディスカバリー手順、要求元無線端末局が、周囲に存在する直接通信が可能な無線端末局を検出する手順、ＭＳＤＵアグリゲーションについて説明したが、本実施の形態においては、高効率な通信を実現するために無線基地局および無線端末局の間、または、無線端末局間でやり取りされるフレームフォーマット（Ａ−ＭＰＤＵ）について説明する。

なお、本実施の形態において説明するフレームフォーマットは、上述した形態１〜４のいずれの無線通信システムに対しても適用可能である。また、フラグメンテーションとアグリゲーションの組み合わせ方法、Ｔｙｐｅフィールドのパラメータについては、上述した実施の形態５と同様であるため説明を省略する。

上述した実施の形態５においても説明したように、従来の超広帯域無線システムにおいて提案されているフレームアグリゲーション技術（方式）には、伝播路が悪い状況においてスループットが上がらない、アグリゲーションの対象がデータフレームのみである、時間期間を有効に使用できない、ＰＥＲをシステムとして保証できない、などの問題があった。そのため、本実施の形態においては、このような問題点を解決するためのフレームアグリゲーション方式であって、実施の形態５で示した方式とは異なるフレームアグリゲーション方式について説明する。

図３５は、本実施の形態の無線基地局と各無線端末局１〜３との間でやり取りされるＡ−ＭＰＤＵを行う際のＰＨＹフレームフォーマットの一例を示す図である。

図３５に示したように、このＰＨＹフレームは、時間同期／周波数同期／ＡＧＣ、キャリア検出などを行うＰＬＣＰ（Physical Layer Convergence Protocol）プリアンブル部と、ＰＳＤＵ（PLCP Protocol Data Unit）を復調するための情報が含まれるＰＬＣＰヘッダ（PLCP Header）部と、フレームボディ（Frame Body）部と、必要に応じて付加されるＴａｉｌビットとＰａｄビットから構成されるＰＳＤＵ部と、により構成される。

また、ＰＳＤＵのフレームボディ部は、複数のＡ−ＭＰＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ部（A-MPDU Subframe1，A-MPDU Subframe2，…）から構成されるものとする。Ａ−ＭＰＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ部は、Ａ−ＭＰＤＵ Ｈｅａｄｅｒ部とＭＰＤＵ部から構成される。

さらに、図３６に示したように、Ａ−ＭＰＤＵヘッダ部は、ＭＰＤＵ部のフレーム長を示すＬｅｎｇｔｈフィールドと、フレームを検出するためのユニークワードからなるＤｅｌｉｍｉｔｅｒ部と、ヘッダ部に対するヘッダチェックシーケンスであるＣＲＣと、から構成される。また、ＭＰＤＵ部は、ＭＡＣヘッダ部と、フレームペイロードに当たるＭＳＤＵ部と、フレームの正誤を判別するＦＣＳと、から構成される。

なお、ＭＡＣヘッダ部は、ＰＬＣＰヘッダ部内にあるものと重複するため、部分的に省略することが可能であり、その際は、図３７に示すように、部分的にＴｙｐｅ／ＳｕｂＴｙｐｅフィールド、Ｆｒｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ（Fragmentation Control）フィールドを含むような構成としてもよい。

以下に、フラグメンテーション（Fragmentation）とアグリゲーション（Aggregation）を組み合わせて使用して準固定長のフレームを作成する方法について説明する。図３８に示した例では、上位レイヤ（例えばインタフェース部１０など）から引き渡されるデータに対して、データ加工部３４では、それぞれに対してシーケンス番号を付加する。さらに、ＭＳＤＵ２に対してフラグメンテーションを実施することにより２つ（ＭＳＤＵ２ Ｆｒａｇ１，ＭＳＤＵ２ Ｆｒａｇ２）に分割し、さらに、ＭＳＤＵ１とＭＳＤＵ２ Ｆｒａｇ１とをアグリゲーションすることによって準固定長のフレームを作成している様子を示している。

なお、図３８に示した例では、フラグメンテーション実施後にアグリゲーションを行っているが、同一宛先、同一種別のＤａｔａに対しては、事前にアグリゲーションを実施して長いフレームを作成した後にフラグメンテーションを実施し、準固定長のフレームを切り出すような制御を行うことも可能である。

次に、本発明において規定する新規Ｆｒａｍｅ Ｔｙｐｅフィールドについて説明する。本実施の形態においては、従来のＦｒａｍｅ Ｔｙｐｅフィールドに対して、新規にＤａｔａ＋ＡＣＫ，Ｄａｔａ＋Ｃｏｍｍａｎｄなどの複数のフレームを相乗りさせたフレームフォーマットを規定する（図３９参照）。

これにより、複数種別のフレームをアグリゲーションし、一度に送信することが可能になる。また、複数のフレームタイプを相乗りさせる場合には、予めＡＣＫあるいはＣｏｍｍａｎｄのフレームの位置をＡ−ＭＳＤＵの先頭に挿入させることとすれば、簡易にフレームを解析することが可能になる。

従来の超広帯域無線システム（ＵＷＢ）等では、Ａ−ＭＰＤＵが実装されていなかったが、本発明で示すように、ＭＡＣヘッダ部がＰＬＣＰヘッダ部に含まれるようなＰＨＹフレームフォーマットにおいて、Ａ−ＭＰＤＵフレームフォーマットを実現することにより、ミリ波の大容量無線通信システムにおいても、Ａ−ＭＳＤＵ時と同様に効率的にデータフレームを送信することが可能になる。

とりわけ、本発明では、各フレームに対して必要なヘッダ部とＦＣＳ部を付加することが出来、その結果、部分的にＡ−ＭＰＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅがフェージング、干渉、衝突などの要因によって欠落したとしても、欠落したＡ−ＭＰＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ以外のＡ−ＭＰＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅを切り分けて受信することが可能になるために、数Ｋｂｙｔｅ〜数十Ｋｂｙｔｅの長いフレームを作成した場合にも、フレーム全体を再送する必要はなく、必要に応じて部分的に選択再送することにより、再送効率を向上することが可能である。また、送達確認フレームであるＡＣＫフレームを必要としないケースにおいても、フレーム全体が欠落するのではなく、部分的にデータが欠落するだけになるので、多少のパケットエラーは強要できるが、遅延を許容できないようなストリーミング、音声などに対して非常に効率的なデータ配送が可能となる。

なお、本実施の形態では、一例として無線基地局の動作について説明を行ったが、実施の形態５と同様に、無線端末局に対しても適用可能である。

実施の形態７．
つづいて、実施の形態７について説明する。上述した形態１〜６においては、無線端末局が無線基地局を検出する方法、および無線基地局から通知された情報に基づいて直接通信の要求元無線端末局が特定の要求先無線端末局との直接通信を行うためのデバイスディスカバリー手順、要求元無線端末局が、周囲に存在する直接通信が可能な無線端末局を検出する手順、ＭＳＤＵアグリゲーション、ＭＰＤＵアグリゲーションについて説明したが、本実施の形態においても、実施の形態５および６と同様に、高効率な通信を実現するために無線基地局と無線端末局の間、または、無線端末局間でやり取りされるフレームフォーマットについて説明する。

なお、本実施の形態において説明するフレームフォーマットは、上述した形態１〜４のいずれの無線通信システムに対しても適用可能である。また、フレームアグリゲーションを使用しない方式と、フレームアグリゲーションを使用方式（Ａ−ＭＳＤＵ，Ａ−ＭＰＤＵ）とをフレーム内のフィールド（情報）から識別することが可能である。そのため、端末ごと、アプリケーションごと、またはそれらの組み合わせなどによって自由に使い分けることが可能である。また、説明の便宜上フレーム内のアンテナ番号等のフィールドについての記載を省略しているが、上述した実施の形態１〜４の方法（デバイスディスカバリー動作など）にも適用可能である。なお、当然のことながら、フレームフォーマットを限定するものではない。また、フラグメンテーションとアグリゲーションの組み合わせ方法、ＴＹＰＥフィールドのパラメータについては、上述した実施の形態５および６と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図４０は、本実施の形態の無線基地局と各無線端末局１〜３との間でやり取りされる、Ａ−ＭＰＤＵを行う際のＰＨＹフレームフォーマットの一例を示す図である。図４０に示したように、このＰＨＹフレームは、時間同期／周波数同期／ＡＧＣ、キャリア検出などを行うＰＬＣＰ（Physical Layer Convergence Protocol）プリアンブル部と、ＰＳＤＵ（PLCP Protocol Data Unit）を復調するための情報が含まれるＰＬＣＰヘッダ（PLCP Header）部と、フレームボディ（Frame Body）部と、必要に応じて付加されるＴａｉｌビットとＰａｄビットから構成されるＰＳＤＵ部と、により構成される。

ここで、実施の形態６で示したＰＨＹフレーム（図３５および図３６参照）との差異について説明する。本実施の形態のＰＨＹフレームは、実施の形態６で示したＰＨＹフレームと比較して、冗長となる部分をＭＡＣヘッダ（MAC Header）から削除し、ＰＬＣＰヘッダの高効率化を図っている。なお、アグリゲーションを行っていることを通知するＡ−ＭＰＤＵビットについては、上述した実施の形態５または６で示したように、ＰＬＣＰプリアンブルに拡散コードなどの識別コードとして配置してもよいし、ＰＬＣＰヘッダ内に配置してもよい、さらに、ＭＡＣヘッダ内に配置しても構わない。また、Ａ−ＭＰＤＵサブフレーム（A-MPDU Subframe）には、必要に応じてデータ長を予め決定しておいたｂｙｔｅ長でＢｏｕｎｄａｒｙするためのＰａｄｄｉｎｇを挿入する。なお、Ａ−ＭＰＤＵの通知に関しては、ＭＡＣ Ｈｅａｄｅｒに挿入してもよいし、実施の形態１で示したように、ＰＬＣＰ Ｈｅａｄｅｒ内に挿入してもよいし、ＰＬＣＰ Ｐｒｅａｍｂｌｅ部にフレーム構成を示す情報をコード化しパターン検出を行うことでフレーム構成を検出しても構わない。

Ａ−ＭＰＤＵヘッダ部は、Ａ−ＭＰＤＵサブフレーム内のＭＰＤＵの情報を示すために、フレームコントロール（Frame Control）フィールド、フレームタイプ／サブタイプ（Type/SubType）フィールド、フラグメンテーションコントロール（Frg Control）フィールド、ストリームインデックス（Stream Index）フィールド、レングス（Length）フィールド、デリミタ（Delimiter）フィールド、ＣＲＣフィールド、ＱｏＳを識別するためのフィールド、などから構成される。

このような構成とすることにより、各Ａ−ＭＰＤＵサブフレームはＭＰＤＵのフレーム種別を示すフレームタイプ／サブタイプフィールドを個別に有することとなり、例えばＤａｔａとＢｌｏｃｋＡＣＫ，ＤａｔａとＭａｎａｇｅｍｅｎｔＦｒａｍｅ，ＤａｔａとＣｏｍｍａｎｄフレーム，などのような異なるフレーム種別のフレームを多重することが可能になる。また、同一種別のフレームを扱う場合、Ｓｔｒｅａｍ Ｉｎｄｅｘフィールドと、Ｆｒｇ Ｃｏｎｔｒｏｌフィールド内のシーケンス番号を用いることにより、例えば、ベストエフォートのデータと、ＶｏＩＰのデータなど、異なるストリームレベル、またはＱｏＳレベルのフレームを効率的に多重することが可能となる。

また、複数のフレームタイプを相乗りさせる場合には、予めＡＣＫあるいはＣｏｍｍａｎｄのフレームの位置をＡ−ＭＰＤＵの先頭に挿入させることとすれば、簡易にフレームを解析することが可能になる。また、複数のＭＰＤＵに対するＡＣＫを要求するためのＢｌｏｃｋ ＡＣＫ要求などのフレームを相乗りさせる場合には、対応する最後のＭＰＤＵの次のＡ−ＭＰＤＵサブフレームに割り当てたり、最終Ａ−ＭＰＤＵサブフレームに割り当てたりする。これにより、フレームの受信側は、フレーム種別ごとの順序制御を行う必要がなくなるため、簡易にフレームを解析することが可能となる。

また、上述した実施の形態５や６と同様に、事前にアグリゲーションを実施して長いフレームを作成した後にフラグメンテーションを実施し、準固定長のフレームを切り出すような制御を行うことも可能である。なお、Ａ−ＭＰＤＵヘッダに含まれる、Ｆｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌと、Ｆｒｇ Ｃｏｎｔｒｏｌと、Ｓｔｒｅａｍ Ｉｎｄｅｘと、についてはＭＰＤＵ内のＭＳＤＵフレームの前に含まれるような構成でも構わない。また、Ａ−ＭＰＤＵヘッダ内のフィールドの順序は本実施の形態の順序に限定するものではない。

このように、従来の超広帯域無線システム(ＵＷＢ)等では、Ａ−ＭＰＤＵが実装されていなかったが、本発明で示すように、ＭＡＣヘッダ部がＰＬＣＰヘッダ部に含まれるようなＰＨＹフレームフォーマットにおいてＡ−ＭＰＤＵフレームフォーマットを実現することにより、ミリ波の大容量無線通信システムにおいても、Ａ−ＭＳＤＵ時と同様に効率的にデータフレームを送信することが可能になる。

とりわけ、本発明では、各フレームに対して必要なヘッダ部とＦＣＳ部を付加することが出来、その結果、部分的にＡ−ＭＰＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅがフェージング、干渉、衝突などの要因によって欠落したとしても、欠落したＡ−ＭＰＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅ以外のＡ−ＭＰＤＵ Ｓｕｂｆｒａｍｅを切り分けて受信することが可能になるために、数Ｋｂｙｔｅ〜数十Ｋｂｙｔｅの長いフレームを作成した場合にも、フレーム全体を再送する必要はなく、必要に応じて部分的に選択再送することにより、再送効率を向上することが可能である。また、送達確認フレームであるＡＣＫフレームを必要としないケースにおいても、フレーム全体が欠落するのではなく、部分的にデータが欠落するだけになるので、多少のパケットエラーは強要できるが、遅延を許容できないようなストリーミング、音声などに対して非常に効率的なデータ配送が可能となる。

また、図４１に示したように、ＰＳＤＵに対して個別にアグリゲーションヘッダ（Aggregation Header）を追加することも可能である。この場合、アグリゲーションヘッダは、サブフレームの個数を示すサブフレーム数（Subframe Count）と、それぞれのサブフレーム長を示す複数個のレングスフィールド（Length Set）と、必要に応じてデータ長を予め決めたｂｙｔｅ長でＢｏｕｎｄａｒｙするためのＰａｄｄｉｎｇと、から構成される。なお、このサブフレーム内のレングス（Length Set）は、Ａ−ＭＰＤＵヘッダ内のレングスと重複するため、排他的に利用するようにしてもよい。すなわち、サブフレーム内のレングスと、Ａ−ＭＰＤＵヘッダ内のレングスのどちらかを削除することが可能である。

なお、実施の形態５で示した図３１および図３４では、Ａ−ＭＳＤＵサブフレームがＬｅｎ、Ｆｒｇ ＣｏｎｔｒｏｌおよびＭＳＤＵから構成されるフレームについて示したが、フレーム先頭位置を検出するためのデリミタ、サブフレーム単位のＦＣＳおよびＰａｄｄｉｎｇが挿入された構成としてもよい。すなわち、図４２または図４３に示したような構成としてもよい。この場合、回路規模を削減するためにフレームボディのＦＣＳを省略してもよい。

このように、本実施の形態では、異なるフレーム種別のフレームをＡ−ＭＰＤＵで多重化可能なＰＨＹフレームフォーマットを新規に定義し、新たに定義したフォーマットを使用してＡ−ＭＰＤＵを行うこととした。これにより、従来は不可能であった複数種類のフレームをアグリゲーションして送信することが可能になる。

実施の形態８．
つづいて、実施の形態８について説明する。上述した形態１〜７においては、無線端末局が無線基地局を検出する方法、および無線基地局から通知された情報に基づいて直接通信の要求元無線端末局が特定の要求先無線端末局との直接通信を行うためのデバイスディスカバリー手順、要求元無線端末局が、周囲に存在する直接通信が可能な無線端末局を検出する手順、ＭＳＤＵアグリゲーション、ＭＰＤＵアグリゲーション、について説明したが、本実施の形態では、意図しない新規無線端末局および新規無線基地局に対する接続制御方式を規定することにより、干渉となりうる無線端末局および新規無線基地局からの不用意な接続要求、Ｂｅａｃｏｎ等の報知信号の送信等を抑制する方法について説明する。

図４４は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態８の構成例を示す図である。この無線通信システムは、例えば有線ネットワークであるＬＡＮに接続された無線基地局（ＰＮＣまたはＡＰとよぶこともある）０と、無線基地局０のサービスエリア内に設置された無線端末局（ＤＥＶまたはＳＴＡと呼ぶこともある）３と、新規に立ち上がった無線端末局４と、により構成される。なお、上述した実施の形態１などと同様に、無線基地局０と、無線端末局３および４の周りに配した点線で区切られたエリアは、便宜上設定した指向性ビームの方向を示すものである。そして無線基地局０は、それぞれの方向にデータ等を送信する際には、そのエリア(セクタとも呼ぶ)に示されたビーム番号(ｂ００、ｂ０１、ｂ０２)の指向性ビームを設定することにより、所望の方向に形成された指向性ビームを使用して送信できることを示している。なお、各無線端末局３，４の周りに配した点線についても同様である。また、指向性ビームは、複数のアンテナから構成されるようなビームフォーミングのようなものでも良いし、指向性アンテナを複数持っていて、それを切り替えて使用することで、指向性ビームを作っても良い。

ここで、本実施の形態の各通信装置（無線基地局，無線端末局）は、上述した実施の形態とは異なり、特定の方向に対してのみ指向性ビームを向けて通信ができるシステムを想定している。なお、指向性ビームの方向、角度、切り替え数などについては、本実施の形態に示したものに限定されない。図４４に示した例では、無線基地局０が指向性ビーム番号ｂ０１にて送信した信号は、無線端末局３の指向性ビーム番号ｂ３２、無線端末局４の指向性ビーム番号ｂ４０にて受信できる状態を示している。

指向性の強い無線アクセスシステムでは、通信エリア内（双方の装置が指向性ビームを向き合わせれば通信が可能なエリア内）にいるにも関わらず、無線基地局を検出することが出来ないことがある。そのため、新規に立ち上がった無線端末局４が無線基地局として動作する機能を有し、かつ既存の無線基地局を検出できない場合には、自身が新規基地局として動作し、新規ネットワークを形成してしまう問題がある。また、ランダムアクセス期間であるＣＡＰ期間（Contention Access Period）に他端末からの不用意な接続要求や、新規基地局からの報知信号送信により、既存の無線基地局と通信中の端末に対して十分な帯域を保証することができなくなる問題がある。そのため、本発明では、既存のネットワーク（ピコネットとも言う）に対して干渉となりうる無線端末局からの送信を抑制する仕組みを提供する。

なお、本実施の形態では、無線端末局４は、新規に立ち上がった無線端末として説明を行うが、無線端末局に限定するものではなく。新規に立ち上がった無線基地局に対しても後述する制御動作を適用できる。さらに、例えば無線ＰＡＮ（Personal Area Network）のようなシステムでは、無線端末局が起動し、同期する無線基地局が見つからなかった時には、自身が無線基地局として動作することもある。すなわち、無線端末局は無線基地局として動作する可能性もあるし、同様に無線基地局は無線端末局として動作することもある。

図４５は、無線端末局が無線基地局に接続する際のシーケンスの一例を示す図である。無線基地局０は、ブロードキャストまたはマルチキャストで送信する報知信号内（Beaconなど）に、参入制限情報として「参入禁止（Admission）」、「禁止時間（Duration）」、「接続可能クラス（QoS LEVEL）」、などを追加する。

参入禁止情報は、例えば、「０：すべて許可」、「１：無線端末局（ＤＥＶ）としての参入禁止」、「２：無線端末局（ＤＥＶ）としての参入禁止かつ新規ネットワーク立上げ禁止」、「３：無線端末局（ＤＥＶ）としての参入は禁止であるが、基地局（ＰＮＣ）が見えない場合には、新規基地局（ＰＮＣ）を立ち上げても良い」、「４：参入許可」などとする。なお、種別は上記に限定するものではない。また、端末毎のＱｏＳレベルに応じて参入禁止を制御するようにしてもよい。さらに、フレーム種別毎にＱｏＳレベルを設けるようにしてもよい。たとえば、接続クラスを、「０：すべてのフレームの送信を許可」、「１：接続要求フレームのみの送信を許可」、「２：帯域要求フレームのみの送信を許可」、「３：緊急情報のフレームの送信のみを許可」、「４：制御フレームのみの送信を許可」などとしてフレーム種別毎にＱｏＳクラスを設け、送信可能なＱｏＳレベルを指定する。なお、種別は上記に限定するものではないし、組み合わせた種別を設定してもよい。また、参入禁止情報、接続可能クラス情報は、個別に設定するように記載されているが、本実施の形態で示したものに限定するものではなく、組み合わせて使用するようにしてもよい。

また、禁止時間は、例えば、次の参入許可までの時間期間を示すために用いる。禁止期間は、報知信号送信時間単位（Superframe Period単位、Beacon Period単位とも言う）で指定しても良いし、実時間単位で指定ても良い。なお、禁止期間を常に最大値とすることにより、恒久的に禁止期間を設定することが可能である。また、禁止時間については、待機時間と最長待ち時間を使用して設定することも可能である。その場合には、待機時間は、例えば次に報知信号（Beacon）を確認すべき時刻を、現在のSuperframe長単位にて指定する。ただし、Superframe長がSuperframe毎に変更される場合には、チェックすべき時刻が待機Superframe数で示す値とは限らない。最長待ち時間は、現時点から示された時間後に無線端末局が接続要求を行うことが許されることを示す。上述した禁止時間と同様に、新規無線端末局は、参入制限が解除されるまで待たなければならない。なお、Superframe長単位ではなく、実時間（msec、μsecなど）で通知することも可能である。

以下に、本実施の形態の動作を図４５に基づいて説明する。縦軸は時間軸を示しており、横軸は、フレームの送受信またはプリミティブの送受信を示している。

まず、新規無線端末局４（ＤＥＶ−４）は、無線基地局０（ＰＮＣ）および無線端末局３（ＤＥＶ−３）のいずれにも接続していない状態である。また、無線端末局４は、どの無線基地局に対しても接続および同期していない状態であるものとする。

図４５に示した例では、新規無線端末局４は、起動すると、まずＤＭＥ（Device Management Entity）サブレイヤから、ＭＡＣ／ＭＬＭＥに対して、アソシエート（ASSOCIATE）実施要求であるＭＬＭＥ−ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ．ｒｅｑプリミティブを発行する（ステップＳ８１）。要求プリミティブを受け取ったＭＡＣ／ＭＬＭＥは、予め規定されている時間だけチャネルをスキャンし、報知信号（Beacon）を受信する。なお、具体的な起動時のＳｃａｎシーケンスについては特に規定しないが、たとえば実施の形態１で説明した図１２に記載の手順を用いる。図４５では、無線端末局４が無線基地局０から報知信号（Beacon）を受信する様子を示しており（ステップＳ８２）、詳細には、「参入禁止（Admission）＝２：無線端末局（DEV）としての参入禁止かつ新規ネットワーク立上げ禁止」と、「禁止期間＝0xFFFF(最大値)」と、「接続クラス＝３：緊急情報のフレームの送信のみを許可」と、を示す報知信号を受信する様子を示している。

次に、無線基地局から報知信号を受信した無線端末局４のＭＡＣ／ＭＬＭＥは、上記ステップＳ８１で受信したＭＬＭＥ−ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ．ｒｅｑに対する応答として、ＭＬＭＥ−ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ．ｃｆｍプリミティブをＤＭＥに対して発行する（ステップＳ８３）。この例では、ＭＬＭＥ−ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ．ｃｆｍには、「Reason Code＝９（接続不可、基地局としての起動不可）」、「Result Code＝COMPLETE（Ｒｅｑプリミティブを正常に処理完了）」、などが含まれており、接続可能な無線基地局が存在しなかったことを通知する。この場合、無線端末局４は、該当するチャネルにおいて、新規無線端末局としても、新規無線基地局としても動作を行わない。

なお、本実施の形態では、１つの無線基地局０に対するスキャン結果を、ＭＬＭＥ−ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ．ｃｆｍプリミティブにて通知しているが、複数の無線基地局を発見した（複数の基地局から報知信号を受信した）場合には、そのパラメータセットを通知する。また、複数の無線基地局を発見し、その中に接続可能な無線基地局が存在する場合には、該当する無線基地局に対してＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮを実行し、処理が終了後、実行完了結果をＭＬＭＥ−ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ．ｃｆｍとして通知する。なお、ＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮ動作の詳細については後述する。

接続可能な無線基地局が発見できなかった場合、ＭＬＭＥ−ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ．ｃｆｍを受信した無線端末局４のＤＭＥは、スキャン／デバイスディスカバリーの状態まで戻る（ステップＳ８４）。ＤＭＥは、必要に応じて、上位レイヤに対してＳｃａｎ結果を通知し、装置のユーザーに対して、接続可能な無線基地局が検出されなかったことと、無線基地局として立ち上がることが禁止されていることを通知する。さらに、一定時間経過後、図１２に示した起動時のＳｃａｎシーケンスを実施するようにしてもよい。

なお、本実施の形態では、接続期間を最大値とし、恒久的に参入禁止状態となっている様子を示しているが、先に説明したように、周期的に参入許可を行う場合には、次の「禁止解除」までの時間期間を通知する。

また、図４５ではＡＳＳＯＣＩＡＴＥプリミティブを用いたが、図４６に示した様にスキャン／ＤｅｖｉｃｅＤｉｓｃｏｖｅｒｙ時に接続制御を実行するようにしてもよい。この場合、無線端末局４（DEV-4）のＤＭＥからのＭＬＭＥ−Ｓｃａｎ．ｒｅｑ（ステップＳ８１ａ）に対して、ＭＬＭＥ−Ｓｃａｎ．ｃｆｍ（ステップＳ８３ａ）にて応答することにより、接続制御を実施する。

ところで、ＩＥＥＥ８０２．１５で規定されているＭＬＭＥ−Ｓｃａｎ．ｒｅｑ／ｃｆｍは、要求された時間／チャネル／アンテナ(指向性ビーム番号、セクタ)に対して、ＰＮＩＤ（またはＢＳＩＤ）を検索するものであり、基本的に無線基地局がブロードキャストまたはマルチキャストで送信する報知信号（Beaconなど）を受信するものであった。そのため、たとえば図４７に示した状態（無線端末４の指向性ビームが無線基地局０の方向に向いていない状態）の場合、新規無線端末局４が無線基地局０からの報知信号を受信できなければ、たとえ新規無線端末局４が無線基地局０に接続している無線端末局３からのフレームを受信できる場合であっても、無線基地局０が新規無線端末局４に対して接続制御を行うことはできない。

このような問題を解決するため、本発明では、新規に規定したＭＬＭＥ−ＡＬＬ−Ｓｃａｎ．ｒｅｑ／ｃｆｍを使用して接続制御を行う。具体的には、すべてのフレームに対してＳｃａｎを実行し、候補となるＰＮＩＤ（またはＢＳＩＤ）を検索することによって、新規無線端末局４の接続制御と、新規ネットワーク立上げに対する制御を実現する。

以下に、図４８に基づいて、新たに規定したＭＬＭＥ−ＡＬＬ−Ｓｃａｎ．ｒｅｑ／ｃｆｍを使用した場合の接続制御動作を説明する。縦軸は時間軸を示しており、横軸は、フレームの送受信あるいは、プリミティブの送受信を示している。

まず、新規無線端末局４（ＤＥＶ−４に相当）は、無線基地局０（ＰＮＣに相当）および無線端末局３（ＤＥＶ−３に相当）のいずれにも接続していない状態である。また、無線端末局４は、どの無線基地局に対しても接続および同期していない状態であるものとする。

新規無線端末局４は、起動すると、まずＤＭＥサブレイヤから、ＭＡＣ／ＭＬＭＥに対して、Ｓｃａｎ実施要求であるＭＬＭＥ−ＡＬＬ−Ｓｃａｎ．ｒｅｑプリミティブを発行する（ステップＳ８１ｂ）。要求プリミティブを受け取ったＭＡＣ／ＭＬＭＥは、予め規定されている時間だけチャネルをスキャンし、報知信号を受信する。なお、具体的な起動時のＳｃａｎシーケンスについては特に規定しないが、たとえば実施の形態１で説明した図１２に記載の手順を用いる。図４８では、無線端末局４が無線端末局３からＰＮＣ向けのデータフレーム（無線端末局４向けではないデータフレーム）を受信する様子を示しており（ステップＳ８５）、詳細には、無線基地局０が形成するネットワーク識別子であるＰＮＩＤが含まれているデータフレームを受信する様子を示している。

次に、無線端末局３から、ＰＮＩＤを含むデータフレームを受信した無線端末局４のＭＡＣ／ＭＬＭＥは、上記ステップＳ８１ｂで受信したＭＬＭＥ−ＡＬＬ−Ｓｃａｎ．ｒｅｑに対する応答として、ＭＬＭＥ−ＡＬＬ−Ｓｃａｎ．ｃｆｍプリミティブをＤＭＥに対して発行する（ステップＳ８３ｂ）。

この例では、ＭＬＭＥ−ＡＬＬ−Ｓｃａｎ．ｃｆｍには、スキャンプロセルの間に見つかったピコネットの個数を示す「NumberOfPiconets」と、見つかったピコネットの情報セットである「PiconetDescriptionSet」と、直接ＰＮＣからのフレームは受信できなかったが無線端末局からのフレームを受信したことによりピコネットの可能性があるＰＮＩＤに対する情報セットである「PotentialPiconetsDescriptionSet」と、スキャンした周波数チャネル情報である「NumberOfChannels」と、検出されたチャネルに対する推奨度を示す「ChannelRatingList」と、上記ステップＳ８１ｂでＭＬＭＥから受信した要求プリミティブに対する「ResultCode」と、が含まれている。なお、複数の無線端末局から、同一のＰＮＩＤ（ＢＳＩＤ）、チャネルナンバーなどの情報を受信した場合には、受信電力等の伝送路情報を元に、より信頼性の高い情報を選択する。

以上の動作を行うことにより、新規無線端末局４は、他の無線端末局経由で受け取ったＰＮＩＤから無線基地局０が存在することを把握する。そして、無線端末局４は、本チャネルでの動作を諦めて、上記「PiconetDescriptionSet」にて通知された他のチャネルで動作する無線基地局に接続する動作、または、他の空きチャネルで、自身が無線基地局として立ち上がる動作を行う。

つづいて、上述のＭＬＭＥ−ＡＬＬ−Ｓｃａｎ．ｒｅｑ／ｃｆｍを使用した手順とは異なる手順を使用した新規無線端末局４の接続動作例について説明する。この例では、接続制御を行っている無線基地局０に登録された無線端末局３が送信するフレーム内にも「参入禁止（Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ）」と、「禁止時間（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）」と、「接続可能クラス（ＱｏＳ Ｌｅｖｅｌ）」と、を追加する。なお、複数台の無線端末局が接続している場合には、すべての無線端末局が同様のフレームを送信する。さらに、無線基地局０が送信するブロードキャスト、マルチキャストで送信する報知信号以外のフレーム内にも、上記フィールドを追加する。

以下に、接続制御動作を図４９に基づいて説明する。縦軸は時間軸を示しており、横軸は、フレームの送受信あるいは、プリミティブの送受信を示している。なお、無線端末局３（ＤＥＶ−３）は、無線基地局０（ＰＮＣ）に接続されていない状態から動作を行うものとする。また、無線端末局４（ＤＥＶ−４）は、無線端末局３の無線基地局０への接続制御が終了後に動作を開始する（立ち上がる）ものとして説明を行う。また、プリミティブの発行など、上述の図４５に基づいた説明と重複する部分については同一のステップ番号を付して説明を省略する。

まず、無線端末局３が無線基地局０に接続する際の動作について説明する。無線端末局３は、チャネルスキャン時間（SyncTimeout）に無線基地局０からの報知信号を受信し、その内容が参入可能（ここでは、「Admission＝Yes、Duration＝0x0000」であり参入可能状態を示す）を示していると（ステップＳ８２）、次に接続要求／認証用のタイマー（AssocTimeout）を設定し、接続処理を実施する。具体的には、無線端末局３が、ＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｑｕｅｓｔＣｏｍｍａｎｄフレームを送信し（ステップＳ８６）、無線基地局０が肯定メッセージを含むＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｓｐｏｎｓｅＣｏｍｍａｎｄフレームを返送し（ステップＳ８７）、デバイスアドレス等の設定を行う。さらに、アソシエーションの結果を、ＭＬＭＥ−ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ．ｃｆｍにてＤＭＥに通知する（ステップＳ８４）ことにより、無線端末局３は無線基地局０とアソシエーションされた状態となる。同様に、無線基地局０も、無線端末局３からのＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｑｕｅｓｔＣｏｍｍａｎｄフレームに対するＩｍｍ−Ａｃｋ（確認フレーム）の送信が完了すると（ステップＳ８８，Ｓ８９）、ＭＬＭＥ−ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ．ｉｎｄのプリミティブをＤＭＥへ発行し（ステップＳ９０）、無線端末局３とアソシエーションされた状態となる。

無線端末局３とアソシエーションされると、無線基地局０は、以降の報知信号（Beacon）内に、無線端末局３がアソシエートされたことを示す情報を挿入し、配下の無線端末局に対して送信する（ステップＳ９１）。また、無線基地局０は、これ以上の無線端末局を収容できない（無線端末局の収容数が上限に達した）と判断した場合、上述した様に（図４５，図４６参照）、「参入禁止」および、「禁止期間」などの情報を含む報知信号を送信し、新規無線端末局の接続を抑制する。

上記ステップＳ９１で無線基地局０から送信された報知信号を受信した無線端末局３は、これ以降のデータフレーム送信動作では、当該受診報知信号に含まれている「参入禁止」、「禁止期間」などの接続制御の情報を自身の送信するフレームに含めて送信する（ステップＳ９２−１，Ｓ９２−２）。

このように、図４９に示した接続制御では、アソシエーションが完了した無線端末局は、無線基地局から通知される接続制御情報を複製して、自身が送信するフレームに埋め込んで送信する。これにより、例えば、新規無線端末局４が、無線基地局０からの報知信号は受信できないが、無線基地局０に接続している無線端末局３からのフレームを受信できる場合に、無線端末局４が不用意な接続要求を行うことを抑制することが可能になる。さらに、接続制御情報によっては、新規無線基地局として動作することを抑制することが可能になり、干渉となりうる無線基地局が新たに立ち上がることを抑制することが可能になる。

なお、図４９に示した接続制御では、無線基地局０と無線端末局３（無線基地局０との間でアソシエーションが完了している無線端末局）が、参入禁止の接続制御を行うことによって、新規無線端末局の接続要求および新規無線基地局の動作を抑制する方法について説明した。しかしながら、このような制御を行ったにもかかわらず、不幸にも他無線端末局または他無線基地局からの干渉を受信してしまう場合、当該無線基地局０は、現在使用しているチャネルを変更するような制御を組み合わせてもよい。この場合、無線端末局／無線基地局は、ＭＬＭＥ−ＳＣＡＮ．ｒｅｑ／ｃｆｍシーケンスを通じて、空きチャネルを把握しているため、その情報を用いてチャネル変更を行えばよい。また、無線基地局に接続中の無線端末局に対して変更予定のチャネルを事前通知することで、シーケンスを簡略化することも可能である。

図４９のシーケンスに対して現在使用中のチャネルを変更する制御を組み合わせる場合、無線基地局は、保持している空きチャネルテーブルに基づいて移行先候補のチャネルを再スキャンし、チャネルが未使用あるいは、ＣｈａｎｎｅｌＲａｔｉｎｇが高ければ移行を行うようにする。なお、チャネルを移行した際に、接続していた無線端末局が無線基地局に対して周波数／時間同期が出来ないのであれば、必要に応じて、Ｓｃａｎを使用しないＰＨＹレベルの接続（Ｓｙｎｃ）シーケンスを実施することも可能である。

加えて、自端末の通信状況が悪いと判断した場合、無線端末局または無線基地局が自発的にＳｃａｎを実施する。たとえば、無線基地局は、ＰＮＩＤ毎に一番強い受信電力値を示すＲＳＳＩ値を保持しておき、他端末からの干渉を受けた場合、上述したシーケンスに従った手順を実行して使用チャネルを変更する。また、他端末を発見した無線端末局は、接続している無線基地局に対して干渉となる（干渉を受けている）無線基地局／干渉無線端末局の存在を通知し、無線基地局が必要に応じて上述したシーケンスに従った手順を実行して使用チャネルを変更する。

さらに、無線端末局が立ち上がった際にＳｃａｎを実行した結果、複数の無線基地局を発見した場合、例えば、参入可能である無線基地局に対して、干渉となりうることを通知して使用チャネルの変更を促し、その後、本来接続したい無線基地局に対して接続要求を行う。

なお、参入制限情報は、例えば、参入制限ＩＥ（Information Element）として、図５０に示したＩＥを規定し、上述した報知信号（Beacon）、AssociationなどのCommandフレームを含む、すべてのフレームに挿入することも可能である。その場合には、フレームを受信した無線端末局あるいは無線基地局は、当該ＩＥのElement IDが含まれるかどうかを解析し、参入制限ＩＥが含まれる場合には本実施の形態に示すように動作し、含まれない場合には、参入制限情報がなく、参入可能な状態として動作することが可能である。また、参入制限情報は、ＰＬＣＰヘッダ内に挿入してもよいし、ＭＡＣヘッダ内に挿入してもよいし、またフレームボディ内に挿入することも可能である。

また、無線端末局あるいは無線基地局の性能によっては、参入制限IEを解釈できる無線局が混在する場合がある。その場合には、例えば図５１に示したような、ベンダ独自の拡張を許容する、ベンダ独自拡張ＩＥを予め必須機能として規定し、参入制限情報を通知することも可能である。その場合、ＩＥは、Element IDと、Lengthと、Typeと、Vendor OUI（Organizational Unique Identifier）と、Vender Specific Informationと、などから構成される。なお、Typeフィールドには、無線基地局との調停の要否や、対応必須かどうかを示す情報などを挿入し、例えば、「０：対応必須であり、対応できない場合には参入不可」、「１：対応必須であり、対応できない場合には参入不可、かつ同一周波数での無線基地局の立上げ不可」、「２：アソシエーション後に調停し、調停の可否で参入を制限する（例えば、強制的にDiassociationを行う）」、「３：アソシエーション後に調停するが、調停内容はInformativeなものとして扱う」、などを記す。その後のVendor OUIにて、参入制限を通知し、Vender Specific informationにて、参入制限情報を通知することも可能である。

こうすることによって、例えば、Typeフィールドが「０」を示し、さらにVendor OUIにて、参入制限を示した場合には、参入制限の内容を理解できなかった場合には、必ず参入することが出来ないことを示しているため、すべての無線端末局あるいは無線基地局に対して参入制限を行うことが可能となる。なお、Vendor OUIおよび、Vender Specific Informationについては、本実施の形態に限らず、先の実施の形態で示したデバイスディスカバリーや、認証や、使用する変調方式（例えば、シングルキャリア、マルチキャリア、あるいは、シングルキャリアとマルチキャリアの共存方式、など）の通知、などにも使用することが可能である。なお、Typeフィールドの設定は、本実施の形態で示した限りではない。

また、本実施の形態では、新規ＩＥのTypeフィールドを用いて調停の要否や、参入制限に関する情報を通知したが、既存のＩＥの中にあるReserved Bitsあるいは、既存のＩＥのフィールドの拡張などを用いて実現することも可能である。その際には、例えばCTAStatusIEや、CapabilityIEや、DEV AssociationIEやなどのReserved Bitsを割り当てても良いし、既存のIEのLengthを拡張して挿入しても良い。

さらには、新規無線端末局がAssociation要求時に、参入条件に対する調停の必要の可否を無線基地局に通知し、その結果、例えば、調停が必要な場合に対しては、無線基地局は調停自体を行わず、Associationを拒否することも可能であるし、調停を行う場合には、調停が成立しない場合には、無線基地局は新規無線端末を強制的にDiassociationする。その際、新規無線端末局は調停が終了するまで、自発的なDiassociation要求と無線基地局からのフレームに対する応答以外の送信を禁止することによって、調停中の新規無線端末局からの不用意なフレームの送信を抑制することが可能になる。また、無線基地局は調停が完了するまで新規無線端末の情報を報知信号内で、接続済みの他無線端末局に対して通知しないものとすれば、接続済みの他無線端末局から、新規無線端末局に対するフレームの送信も禁止することが可能である。

また、本実施の形態に限らず、上述した実施の形態１から７においても、各端末が把握するＳｕｐｅｒｆｒａｍｅの基準タイミングは、先頭のＢｅａｃｏｎ＃０及び先頭のＢｅａｃｏｎ＃０から端末が受信するいずれかのＢｅａｃｏｎまでのオフセット時間に基づいても良いし、端末が受信したいずれかのビーコンのタイミングを基準にしても良い。すなわち、基地局が生成するＳｕｐｅｒｆｒａｍｅ毎の先頭タイミングを端末が把握してもしなくても、Ｓｕｐｅｒｆｒａｍｅの周期と端末が受信するいずれかのＢｅａｃｏｎ以降のＳｕｐｅｒｆｒａｍｅ構成情報を端末が認識できれば良い。オフセット時間を用いる場合には、例えばそれぞれのＢｅａｃｏｎ内でオフセット情報を時間、シンボル数またはビーム数等により基地局が報知する。

このように、本実施の形態では、無線基地局または無線端末局が送信するフレーム内に、参入制限情報として、「参入禁止」、「禁止時間」、「接続可能クラス」、などの新規参入を制御するための情報を含めることとした。また、無線基地局とアソシエーション済みの無線端末局は、無線基地局から受け取った新規参入を制御するための情報をフレームに含めて送信することとした。また、新規無線端末局に対する参入抑制の制御を行ったにもかかわらず、干渉を受ける場合には、使用チャネルを変更することとした。これにより、干渉となりうる新規無線端末局からの不用意な接続要求と、干渉となりうる無線基地局が新たに立ち上がることと、を抑制しつつ、必要に応じて他の無線チャネルに移動するまたは移動させることができ、指向性の強い無線アクセスシステムにおける問題を解決することができる。

実施の形態９．
つづいて、実施の形態９について説明する。上述した形態１〜８においては、無線端末局が無線基地局を検出する方法、および無線基地局から通知された情報に基づいて直接通信の要求元無線端末局が特定の要求先無線端末局との直接通信を行うためのデバイスディスカバリー手順、要求元無線端末局が、周囲に存在する直接通信が可能な無線端末局を検出する手順、ＭＳＤＵアグリゲーション、ＭＰＤＵアグリゲーション、新規無線端末局に対する接続制御について説明したが、本実施の形態においては、無線基地局／無線端末局が指向性ビーム（Directionalとも呼ぶ）だけではなく、無指向性ビーム（Omniとも呼ぶ）を用いたデバイスディスカバリー手順にについて説明する。なお、本実施の形態において説明するフレームフォーマットは、上述した形態１〜８のいずれの無線通信システムに対しても適用可能である。

図５２は、本発明にかかる無線通信システムの実施の形態９の構成例を示す図である。この無線通信システムは、無線基地局（ＰＮＣまたはＡＰとよぶこともある）０と、無線基地局０のサービスエリア内に設置された無線端末局（ＤＥＶまたはＳＴＡと呼ぶこともある）１および２と、により構成される。なお、上述した実施の形態１などとは異なり、無線基地局０は指向性ビームに加えて、無指向性ビームを使用した通信が可能である。なお、無指向性ビームは、複数の指向性アンテナあるいは指向性ビームを組み合わせた構成でも良いし、物理的に無指向性アンテナを、指向性ビーム作成用のアンテナとは別に具備しても構わない。また、上述した実施の形態１などと同様に、無線基地局０と、無線端末局１および２の周りに配した点線で区切られたエリアは、便宜上設定した指向性ビームの方向を示すものである。

ここで、送信電力が同一の場合、無指向性ビームを使用した送信は、指向性ビームを使用した送信よりも送信距離（信号到達距離）が短くなることが知られている。そのため、本実施の形態の無線基地局０は、たとえば、無指向性ビームにて送信する場合には、指向性ビームで送信する場合と比較して伝送速度を落として所要Ｓ／Ｎを下げ、さらに、使用帯域幅を狭めることによって、送信電力密度を向上させ、アンテナゲインの差を補うものとする。すなわち、指向性ビームで送信したフレーム到達範囲と無指向性ビームで送信したフレームの到達範囲は同等なものとして以降の説明を行う。なお、無指向性ビームにて送信した場合には、指向性ビームと比較して、変調方式（変調多値数）および帯域幅の少なくとも一方が非常に小さい値になっているため、同一のフレームを送信した場合に必要となる送信時間は非常に大きくなる。

また、図５３は、実施の形態９の無線基地局の回路構成例を示す図である。この無線基地局は、実施の形態１の無線基地局（図２参照）のビーム制御部５０に代えてビーム制御部５０ａを備え、さらに無指向性アンテナ部７０が追加された構成をとる。その他の部分については実施の形態１の無線基地局と同様であるため、その説明を省略する。

この無線基地局のＭＡＣ制御部３０は、無指向性ビームを送信する場合、インタフェース部１０から受け取ったデータに対して、変調方式および帯域幅、またはその両方を制御するための制御信号を付加してから変復調部４０へ渡す。これにより、無線基地局０は、フレーム送信毎に、指向性ビームと無指向性ビームの送受信制御を行うことができる。ビーム制御部５０ａは変復調部４０を介して受け取ったデータに付加された情報（変調方式および帯域幅、またはその両方を制御するための制御信号、など）に基づいて指向性アンテナ部６０および無指向性アンテナ部７０の制御を行う。無指向性アンテナ部７０は、無指向性ビームを送信する際に使用され、ビーム制御部５０ａにより制御される。

なお、指向性ビームおよび無指向性ビームを送信するための回路構成は、図５３に示したものに限定されない。たとえば、無指向性アンテナと指向性アンテナを物理的に独立させた構成とするのではなく、複数の指向性アンテナまたは指向性ビームを組み合わせて無指向性ビームを形成するようにしてもよい。また、使用する伝送方式は、シングルキャリアによるものでもよいし、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）のようなマルチキャリアによるものでもよい、さらに、コード拡散を行っても構わない、また、周波数軸上に複数のシングルキャリアまたはマルチキャリアを並列に用いたマルチバンド方式でもよいし、ＭＩＭＯのような空間多重を用いても構わない。また、シングルキャリアとマルチキャリアを無指向性ビーム使用時と、無指向性ビーム使用時で使い分けることも可能である。すなわち、本実施の形態での説明が変復調方式を限定するものではない。

本実施の形態のデバイスディスカバリー動作を図面に基づいて説明する。以下、無指向性ビームを使用して行うデバイスディスカバリーおよび指向性ビームを使用して行うデバイスディスカバリーを順に説明する。なお、無線基地局と各端末局との位置関係は図５２に示した状態にあるものとして説明を行う。

図５４は、無指向性ビームを使用してデバイスディスカバリーを行う場合のシーケンス例を示す図であり、無線基地局０と無線端末２の動作例を示している。図５４に示したように、このデバイスディスカバリー動作では、無線基地局０が、無指向性ビームを用いて、定期的に報知信号（Beacon）を送信する。一方、無線端末局２は、先の実施の形態１で説明した無線端末局と同様に、指向性ビーム番号を適宜切り替えながら無線基地局０からの報知信号をスキャンする。図５２で示したように、無線端末局２は、ビーム番号がｂ２２の指向性ビームを使用して無線基地局０と通信が可能であるので、番号がｂ２２の指向性ビームに切り替えた際に、無線基地局０より報知信号を受信する。報知信号を受信すると、無線端末局２は、無線基地局０との通信で使用するビーム番号（この例ではｂ２２）を把握する。無線端末局２は、無線基地局０との通信で使用するビーム番号を把握すると、そのビーム番号の情報を情報記憶部２０に記憶する。

そして、無線端末局２は、報知信号に含まれるスーパーフレーム（Superframe）構成情報から、ランダムアクセス期間であるＣＡＰ（Contention Access Period）と、帯域予約期間であるＣＴＡＰ（Channel Time Allocation Period）などのスーパーフレーム構成を把握する。なお、ＣＴＡＰは、主に無線基地局０によるネットワークの管理を行うＭＣＴＡ（Management ＣＴＡ）と、主に無線基地局０によるデータ通信に用いられるＣＴＡを持つ構成でも良い。図５５は、スーパーフレームの構成例を示す図である。

無線端末局２は、ＣＡＰ期間に接続要求（Probe要求、Association要求、Authentication要求、などとも呼ぶ）フレームを無線基地局０に対して送信する。ここで、無線基地局０が無指向性ビームにて受信を行っているのであれば、無線基地局０は、無指向性ビームを用いて、無線端末局２からの接続要求を受信する。

なお、この時点では、無線基地局０は、無線端末局２の存在を認識することが出来るが、無線端末局２に対して使用可能な指向性ビーム番号（無線端末局２との通信で使用する指向性ビームの番号）については、決まっていない。そのため、無線基地局０は、無線端末局２と高速通信を行うための指向性ビーム番号を決定する必要がある。以下、図５６に基づいて、無線基地局０が指向性ビーム番号を特定する動作について説明する。図５６は、無線基地局が指向性ビーム番号を特定する場合のシーケンス例を示す図である。

図５６に示したように、無線基地局０は、無線端末局２からの接続要求を受信後、最初に送信する報知信号を使用して、無線端末局２からの接続要求を受け取ったことを報知（無線端末局２へ通知）しつつＣＴＡＰ期間のＭＣＴＡ／ＣＴＡ（ここでは、ＭＣＴＡ＃１）でデバイスディスカバリーを行うように（ＤＤパケットを送信するように）指示を行う。また、この報知信号送信では、自身の指向性ビーム番号数に応じて決定した送信回数および送信タイミングを無線端末局２へ通知する。報知信号を受信した無線端末局２は、それに含まれる情報が示すＭＣＴＡ／ＣＴＡ（ここでは、ＭＣＴＡ＃１）期間に、先の実施の形態１のデバイスディスカバリー手順（図１８など参照）と同様に、ＤＤパケット（ＤＤフレーム）を連続して送信する。一方で、無線基地局０は、デバイスディスカバリーの実行指示で指定したＭＣＴＡ／ＣＴＡ（ここでは、ＭＣＴＡ＃１）期間で、指向性ビーム番号をｂ００、ｂ０１、…、ｂ０５と切り替えて無線端末局２からのＤＤパケット受信を試みる。この例では、無線基地局０は、指向性ビーム番号ｂ０２にて、無線端末局２からのフレームを受信する。さらに、無線基地局０は、受信した指向性ビーム番号ｂ０２を実施の形態１のデバイスディスカバリー動作時と同様に、情報記憶部２０に保存する。以上の動作を実行することにより、無線基地局０は無線端末局２に対して使用する指向性ビーム（番号）を特定できる。以降、無線基地局０は、番号がｂ０２の指向性ビームを選択して通信を行ことで、無線端末局２との間で高速データ通信が可能となる。指向性ビームを特定した後の各装置の動作は、上述した実施の形態１と同様である。

なお、無線基地局０が、無線端末局２からの接続要求フレームを指向性ビームで受信することも可能である。以下、指向性ビームを使用して行うデバイスディスカバリーについて説明する。

無線端末局２からの接続要求フレームを指向性ビームで受信する場合のデバイスディスカバリーでは、無線基地局０は、たとえば、スーパーフレーム毎にＣＡＰで使用する指向性ビームを切り替えながら接続要求フレームの受信動作を行う、または、１つのＣＡＰ内で指向性ビームを切り替えながら受信動作を行う。これにより、無線基地局０は、ＤＤパケットを用いたデバイスディスカバリーを実施しなくても無線端末局２との通信で使用する指向性ビーム（番号）を認識することが可能となる。一例として、スーパーフレーム毎にＣＡＰで使用する指向性ビームを切り替えながら接続要求フレームの受信動作を行う場合のシーケンスを図５７に示す。

図５７に示したシーケンスでは、無線基地局０がＣＡＰごとに使用する指向性ビーム番号をｂ００、ｂ０１、ｂ０２、…と切り替える。そのため、無線端末局２がＳｕｐｅｒｆｒａｍｅ ｎやＳｕｐｅｒｆｒａｍｅ ｎ＋１で接続要求フレームを送信しても、無線基地局０が選択する指向性ビーム（番号）が異なるため、接続要求フレームが受信できない。しかし、次のＳｕｐｅｒｆｒａｍｅ ｎ＋２では、無線基地局０が番号ｂ０２の指向性ビームを選択し、無線端末局２からの接続要求フレームを受信する。そして、正常に接続要求フレームを受信したことを次のＢｅａｃｏｎ送信で無線端末局２へ通知している。

このように、ＣＡＰで使用する指向性ビームを無線基地局０側で切り替えながら受信動作を行うことにより、無線端末側が複数回接続要求フレームを送信する必要があるものの、ＭＣＴＡを用いてデバイスディスカバリーを行う必要が無くなる。また、無線基地局０は、指向性ビームを用いてフレームを受信することにより、無指向性ビームを用いて受信するよりも、周辺からの干渉を受けずに済む利点がある。

以上の図５６や図５７に示した制御を行うことにより、無線基地局が無指向性ビームと指向性ビームを具備し、一方で無線端末局が指向性ビームのみを具備する場合においても、効率的にデバイスディスカバリーを実行することが可能となる。

また、上記説明では、無線基地局のみが指向性ビームと無指向性ビームを使用することとしたが、無線端末局も無指向性ビームと指向性ビームの両方を使用する構成としてもよい。その場合には、無線端末局が送信するＡＣＫフレーム、ＣＴＳ／ＲＴＳのようなコントロールフレーム（コマンドフレームとも呼ぶ）や、接続要求フレームなどのマネージメントフレーム（管理フレームとも呼ぶ）を無指向性ビームで送信し、周囲に無線端末局の存在を通知するように使用することも可能である。さらに、実施の形態１で示したように、フレーム内に指向性ビーム番号等を埋め込むことによって、効率的なデバイスディスカバリーが実現できる。

また、無線端末局同士のデバイスディスカバリーを実行する際には、無線基地局から割り当てられたＭＣＴＡ／ＣＴＡを使用することができる。一例を示すと、図５８に示したように、まず、無指向性ビームを使用して無線端末局１から送信されたＤＤフレーム（ＤＤパケット）を無線端末局２が指向性ビーム（番号）を切り替えながら受信することにより、無線端末局２は、無線端末局１との通信で使用する指向性ビーム番号（ｂ２２）を特定する。つぎに、無線端末局２から無指向性ビームを使用して送信されたＤＤパケットを無線端末局１が指向性ビーム（番号）を切り替えながら受信することにより、無線端末局１は、無線端末局２との通信で使用する指向性ビームの番号（ｂ１３）を特定する。ただし、ここで使用するＤＤフレームは、送信側の指向性ビーム番号情報を含まない。または、送信側が無指向性アンテナを使用していることを示す情報を含む。

なお、図５８の例には、ＭＣＴＡ／ＣＴＡ＃２の期間において、無線端末局２が無指向性ビームを用いて送信したＤＤパケットを無線端末局１が指向性ビーム（番号）を切り替えながら受信し、無線端末局１が使用する指向性ビームの番号（ｂ１３）を特定するシーケンスが示されているが、無線端末局２が使用する指向性ビームの番号（ｂ２２）は、既にＭＣＴＡ／ＣＴＡ＃１の期間で特定されているので、無指向性ビームではなく、特定した指向性ビーム（番号がｂ２２の指向性ビーム）を使用してＤＤパケットを送信するようにしてもよい。上述したように、指向性ビームを使用した場合、無指向性ビームを使用した場合よりも伝送速度が速いため、デバイスディスカバリーに要する時間が短くなる効果が期待できる。指向性ビーム（番号）の特定動作が終了した後の処理は上述した実施の形態１と同様である（図１５など参照）。

以上のように、本実施の形態で示した無指向性ビームを使用したデバイスディスカバリーは、無線基地局と無線端末局の間だけではなく、無線端末局間に対しても適用できる。

このように、本実施の形態のデバイスディスカバリー動作では、データ通信等に使用する指向性ビームを相手側が特定するための信号（報知信号，ＤＤパケット）を無指向性ビームで送信することとした。これにより、報知信号やＤＤパケットの送信側は指向性ビームを切り替えながら送信する必要が無くなり処理が単純になる。

以上のように、本発明にかかる無線通信システムは、指向性を有するビームを使用した無線通信に有用であり、特に、ミリ波帯を使用した無線通信に使用する指向性アンテナ（指向性ビーム）の制御に適している。

Claims (43)

1. 複数方向に形成された指向性ビームを用いて通信を行う無線端末局を含んだ無線通信システムであって、
   前記無線端末局として、
   自身を収容している無線基地局から指定された期間にわたって、当該無線基地局へ予め通知しておいたビーム切り替え実行間隔で、送信可能なすべての方向へビームの送信方向識別情報を送信する第１の無線端末局と、
   前記第１の無線端末局と同一の無線基地局に収容されている場合に、当該無線基地局から指定された期間にわたって、当該無線基地局から指定されたアンテナ切り替え実行間隔で、すべての受信方向に対して前記第１の無線端末局から送信された送信方向識別情報の受信動作を行い、当該送信方向識別情報を受信した際の受信方向識別情報と当該送信方向識別情報とを組み合わせて指向方向組み合わせ情報として特定し、当該指向方向組み合わせ情報を前記第１の無線端末局に対して送信する第２の無線端末局と、
   を少なくとも備え、
   さらに、
   前記第１および前記第２の無線端末局から通知された指向性ビームの指向方向数、および前記ビーム切り替え実行間隔に基づいて、前記期間および前記アンテナ切り替え実行間隔を決定する無線基地局、
   を備え、
   前記第１の無線端末局および前記第２の無線端末局は、前記指向方向組合せ情報が示す方向に対して指向性ビームを形成することにより直接通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
2. 複数方向に形成された指向性ビームを用いて通信を行う無線端末局を含んだ無線通信システムであって、
   前記無線端末局として、
   自身を収容している無線基地局から指定された期間にわたって、当該無線基地局へ予め通知しておいたビーム切り替え実行間隔で、送信可能なすべての方向へビームの送信方向識別情報を送信する第１の無線端末局と、
   前記第１の無線端末局と同一の無線基地局に収容されている場合に、当該無線基地局から指定された期間にわたって、当該無線基地局から指定されたアンテナ切り替え実行間隔で、すべての受信方向に対して前記第１の無線端末局から送信された送信方向識別情報の受信動作を行い、当該送信方向識別情報を受信した際の受信方向識別情報と当該送信方向識別情報とを組み合わせて指向方向組み合わせ情報として特定し、当該指向方向組み合わせ情報を当該無線基地局に対して送信する第２の無線端末局と、
   を少なくとも備え、
   さらに、
   前記第１および前記第２の無線端末局から通知された指向性ビームの指向方向数、および前記ビーム切り替え実行間隔に基づいて、前記期間および前記アンテナ切り替え実行間隔を決定し、また、当該第２の無線端末局から前記指向方向組合せ情報を受信した場合には、当該受信した指向方向組合せ情報を当該第１の無線端末局に対して通知する無線基地局、
   を備え、
   前記第１の無線端末局および前記第２の無線端末局は、前記指向方向組合せ情報が示す方向に対して指向性ビームを形成することにより直接通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
3. 前記無線基地局は、
   通信履歴に基づいて前記第１の無線端末局の位置および前記第２の無線端末局の位置を推測し、当該推測結果を考慮して、当該第１の無線端末局が前記送信方向識別情報を送信する際の指向性ビーム使用順および当該第２の無線端末局が前記送信方向識別情報を受信する際の受信方向切り替え順を、前記期間および前記アンテナ切り替え実行間隔とともに当該第１の無線端末局および当該第２の無線端末局に対して通知し、
   前記第１の無線端末局は、前記無線基地局から通知された指向性ビーム使用順で、各方向へ送信方向識別情報を送信し、
   前記第２の無線端末局は、前記無線基地局から通知された受信方向切り替え順で、各方向に対して送信方向識別情報の受信動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信システム。
4. 複数方向に形成された指向性ビームを用いて通信を行う無線端末局を含んだ無線通信システムであって、
   前記無線端末局として、
   自身を収容している無線基地局から指定された期間にわたって、当該無線基地局へ予め通知しておいたビーム切り替え実行間隔で、送信可能なすべての方向へビームの送信方向識別情報を送信する第１の無線端末局と、
   前記第１の無線端末局と同一の無線基地局に収容されている場合に、当該無線基地局から指定された期間にわたって、当該無線基地局から指定されたアンテナ切り替え実行間隔で、すべての受信方向に対して前記第１の無線端末局から送信された送信方向識別情報の受信動作を行い、当該送信方向識別情報を受信した際の受信方向識別情報と当該送信方向識別情報とを組み合わせて指向方向組み合わせ情報として特定し、当該指向方向組み合わせ情報を当該無線基地局に対して送信する複数の第２の無線端末局と、
   を備え、
   さらに、
   前記第１および前記第２の無線端末局から通知された指向性ビームの指向方向数、および前記ビーム切り替え実行間隔に基づいて、前記期間および前記アンテナ切り替え実行間隔を決定し、また、当該第２の無線端末局から前記指向方向組合せ情報を受信した場合には、当該受信した指向方向組合せ情報を当該第１の無線端末局に対して通知する無線基地局、
   を備え、
   前記第１の無線端末局は、前記複数の第２の無線端末局との間で、対応する前記指向方向組合せ情報が示す方向に対して指向性ビームを形成することにより直接通信を行うことを特徴とする無線通信システム。
5. 前記第１の無線端末局は、
   前記送信方向識別情報を送信するためのフレームとして独自に定義したデバイスディスカバリーフレームを使用し、そのフレームボディ部に当該指向性ビーム識別情報を含ませて送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の無線通信システム。
6. 前記第１の無線端末局は、
   前記送信方向識別情報を送信するためのフレームとして独自に定義したデバイスディスカバリーフレームを使用し、そのヘッダ部に当該指向性ビーム識別情報を含ませ、かつそのフレームボディ部を省略して送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の無線通信システム。
7. 前記第１の無線端末局は、
   前記送信方向識別情報を送信するためのフレームとして独自に定義したデバイスディスカバリーフレームを使用し、そのプリアンブル部に当該指向性ビーム識別情報を含ませ、かつそのヘッダ部およびフレームボディ部を省略して送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の無線通信システム。
8. 前記無線基地局は、
   指向性ビームを使用した通信機能を有し、
   指向性ビームの方向を切り替えながら無線端末局から送信された接続要求信号の受信動作を実行し、
   接続要求信号を受信した場合、受信時に使用していた指向性ビームの方向を当該接続要求信号の送信元無線端末局との通信で使用する指向性ビームの方向として特定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の無線通信システム。
9. 前記無線基地局は、
   方向を切り替え可能な指向性ビームおよび無指向性ビームを選択的に使用する機能を有する場合、
   無指向性ビームを使用して報知信号の送信および無線端末局からの接続要求信号の受信を行い、
   報知信号を受信した無線端末局からの接続要求信号を受信した場合、所定信号を送信するように、当該無線端末局に対して無指向性ビームを使用して指示を行い、その後、指向性ビームの方向を切り替えながら当該無線端末局から送信された前記所定信号の受信動作を実行し、
   前記所定信号を受信した際の指向性ビームの方向を、前記無線端末局との通信で使用する指向性ビームの方向として特定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の無線通信システム。
10. 前記無線基地局は、
    方向を切り替え可能な指向性ビームおよび無指向性ビームを選択的に使用する機能を有する場合、
    無指向性ビームを使用して報知信号を送信し、
    報知信号を受信した無線端末局からの接続要求信号受信動作を指向性ビームの方向を切り替えながら実行し、
    接続要求信号を受信した場合、受信時に使用していた指向性ビームの方向を当該接続要求信号の送信元無線端末局との通信で使用する指向性ビームの方向として特定することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の無線通信システム。
11. 前記無線端末局は、
    指向性ビームの方向を切り替えながら前記無線基地局から送信された報知信号の受信動作を行い、報知信号を受信した際の方向を当該無線基地局との通信で使用する指向性ビームの方向として特定することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の無線通信システム。
12. 前記無線端末局が方向を切り替え可能な指向性ビームおよび無指向性ビームを選択的に使用する機能を有する場合、
    前記第１の無線端末局は、
    無指向性ビームを使用し、自身を収容している無線基地局から指定された第１の期間にわたって、当該無線基地局へ予め通知しておいた第１の間隔で、自局が保持する第１の所定信号を送信し、
    前記第２の無線端末局は、
    前記第１の期間にわたって、前記無線基地局から指定された第１の間隔で指向性ビームの方向を切り替えながら、前記第１の無線端末局から送信された前記第１の所定信号の受信動作を行い、当該第１の所定信号を受信した際の方向を当該第１の無線端末局との直接通信で使用する指向性ビームの方向として特定し、さらに、無指向性ビームまたは当該特定した方向へ向けた指向性ビームを使用して、当該無線基地局から指定された第２の期間にわたって、当該無線基地局へ予め通知しておいた第２の間隔で、自局が保持する第２の所定信号を送信し、
    さらに、
    前記第１の無線端末局は、前記第１の所定信号の送信動作を終了後、前記第２の期間にわたって、前記無線基地局から指定された第２の間隔で指向性ビームの方向を切り替えながら前記第２の無線端末局から送信された前記第２の所定信号の受信動作を行い、当該第２の所定信号を受信した際の方向を当該第２の無線端末局との直接通信で使用する指向性ビームの方向として特定することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の無線通信システム。
13. 請求項１〜１２のいずれか一つに記載の無線通信システムを構成する第１の無線端末局の機能を有することを特徴とする無線端末局。
14. 複数フレームを束ねて送信することにより、プロトコルオーバヘッドを削減する機能を有することを特徴とする請求項１３に記載の無線端末局。
15. ＭＡＣヘッダがＰＬＣＰヘッダに含まれるような物理フォーマットのフレームが、フレームアグリゲーションを実施する際に必要となるフラグメンテーションコントロールフィールドと、フレームタイプフィールドと、フレームサブタイプフィールドと、レングスフィールドとを含むことにより、Ａ−ＭＰＤＵ（Aggregate MAC Protocol Data Unit）機能を有することを特徴とする請求項１３または１４に記載の無線端末局。
16. 前記フレームタイプフィールドと、前記フレームサブタイプフィールドを用いることにより、複数種別のフレームを効率的にアグリゲーションし、高効率な伝送を行うことができることを特徴とする請求項１５に記載の無線端末局。
17. フレームアグリゲーションを実行して生成されたＡ−ＭＰＤＵサブフレームを前記物理フォーマットフレームのフレームボディ部に含み、
    前記Ａ−ＭＰＤＵサブフレームのヘッダ内に、ラグメンテーションコントロールフィールド、フレームタイプフィールド、フレームサブタイプフィールドおよびレングスフィールドを含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載の無線端末局。
18. 前記フレームアグリゲーション処理では、生成されるＡ−ＭＰＤＵサブフレームが所定サイズとなるように、処理対象のフレームを必要に応じて分割してからアグリゲーションすることを特徴とする請求項１５、１６または１７に記載の無線端末局。
19. 起動処理において、接続候補として選択した無線基地局から報知信号を受信し、当該報知信号の内容に基づいて、当該無線基地局へ接続するかどうかを判断することを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一つに記載の無線端末局。
20. 他の無線端末局が無線基地局へ送信する信号をモニタし、モニタ結果に基づいて当該無線基地局を検出することを特徴とする請求項１３〜１９のいずれか一つに記載の無線端末局。
21. 無線基地局へのアソシエーション処理で「他の無線端末局からの新たな接続を許可するかどうかを示す情報」を取得した場合、以降の送信動作では当該情報を含んだフレームを送信することを特徴とする請求項１３〜２０のいずれか一つに記載の無線端末局。
22. 請求項１〜１２のいずれか一つに記載の無線通信システムを構成する第２の無線端末局の機能を有することを特徴とする無線端末局。
23. 複数フレームを束ねて送信することにより、プロトコルオーバヘッドを削減する機能を有することを特徴とする請求項２２に記載の無線端末局。
24. ＭＡＣヘッダがＰＬＣＰヘッダに含まれるような物理フォーマットのフレームが、フレームアグリゲーションを実施する際に必要となるフラグメンテーションコントロールフィールドと、フレームタイプフィールドと、フレームサブタイプフィールドと、レングスフィールドとを含むことにより、Ａ−ＭＰＤＵ（Aggregate MAC Protocol Data Unit）機能を有することを特徴とする請求項２２または２３に記載の無線端末局。
25. 前記フレームタイプフィールドと、前記フレームサブタイプフィールドを用いることにより、複数種別のフレームを効率的にアグリゲーションし、高効率な伝送を行うことができることを特徴とする請求項２４に記載の無線端末局。
26. フレームアグリゲーションを実行して生成されたＡ−ＭＰＤＵサブフレームを前記物理フォーマットフレームのフレームボディ部に含み、
    前記Ａ−ＭＰＤＵサブフレームのヘッダ内に、フラグメンテーションコントロールフィールド、フレームタイプフィールド、フレームサブタイプフィールドおよびレングスフィールドを含むことを特徴とする請求項２４または２５に記載の無線端末局。
27. 前記フレームアグリゲーション処理では、生成されるＡ−ＭＰＤＵサブフレームが所定サイズとなるように、処理対象のフレームを必要に応じて分割してからアグリゲーションすることを特徴とする請求項２４、２５または２６に記載の無線端末局。
28. 起動処理において、接続候補として選択した無線基地局から報知信号を受信し、当該報知信号の内容に基づいて、当該無線基地局へ接続するかどうかを判断することを特徴とする請求項２２〜２７のいずれか一つに記載の無線端末局。
29. 他の無線端末局が無線基地局へ送信する信号をモニタし、モニタ結果に基づいて当該無線基地局を検出することを特徴とする請求項２２〜２８のいずれか一つに記載の無線端末局。
30. 無線基地局へのアソシエーション処理で「他の無線端末局からの新たな接続を許可するかどうかを示す情報」を取得した場合、以降の送信動作では当該情報を含んだフレームを送信することを特徴とする請求項２２〜２９のいずれか一つに記載の無線端末局。
31. 請求項１〜１２のいずれか一つに記載の無線通信システムを構成する無線基地局の機能を有することを特徴とする無線基地局。
32. 複数フレームを束ねて送信することにより、プロトコルオーバヘッドを削減する機能を有することを特徴とする請求項３１に記載の無線基地局。
33. ＭＡＣヘッダがＰＬＣＰヘッダに含まれるような物理フォーマットのフレームが、フレームアグリゲーションを実施する際に必要となるフラグメンテーションコントロールフィールドと、フレームタイプフィールドと、フレームサブタイプフィールドと、レングスフィールドとを含むことにより、Ａ−ＭＰＤＵ（Aggregate MAC Protocol Data Unit）機能を有することを特徴とする請求項３１または３２に記載の無線基地局。
34. 前記フレームタイプフィールドと、前記フレームサブタイプフィールドを用いることにより、複数種別のフレームを効率的にアグリゲーションし、高効率な伝送を行うことができることを特徴とする請求項３３に記載の無線基地局。
35. フレームアグリゲーションを実行して生成されたＡ−ＭＰＤＵサブフレームを前記物理フォーマットフレームのフレームボディ部に含み、
    前記Ａ−ＭＰＤＵサブフレームのヘッダ内に、フラグメンテーションコントロールフィールド、フレームタイプフィールド、フレームサブタイプフィールドおよびレングスフィールドを含むことを特徴とする請求項３３または３４に記載の無線基地局。
36. 前記フレームアグリゲーション処理では、生成されるＡ−ＭＰＤＵサブフレームが所定サイズとなるように、処理対象のフレームを必要に応じて分割してからアグリゲーションすることを特徴とする請求項３３、３４または３５に記載の無線基地局。
37. 自局に対する新たな接続を制限するかどうかを示す情報を報知信号に含めて送信し、自局にアクセスする無線端末局数を制御することを特徴とする請求項３１〜３６のいずれか一つに記載の無線基地局。
38. 自エリア内で新たな無線基地局が起動するのを制限するかどうかを示す情報を報知信号に含めて送信し、自エリア内に存在する他の基地局数を制御することを特徴とする請求項３１〜３７のいずれか一つに記載の無線基地局。
39. 起動処理を開始後、周囲の無線基地局から送信された信号および周囲の無線端末局から送信された信号をモニタし、モニタを行った送信信号に無線基地局の起動を制限する旨を示す情報が含まれる場合には、起動処理を中止することを特徴とする３１〜３８のいずれか一つに記載の無線基地局。
40. 請求項１〜１２のいずれか一つに記載の無線通信システムにおける、無線基地局、第１の無線端末局および第２の無線端末局による各処理、
    を含むことを特徴とする無線通信方法。
41. 請求項１３〜２１のいずれか一つに記載の無線端末局による処理、
    を含むことを特徴とする無線通信方法。
42. 請求項２２〜３０のいずれか一つに記載の無線端末局による処理、
    を含むことを特徴とする無線通信方法。
43. 請求項３１〜３９のいずれか一つに記載の無線基地局による処理、
    を含むことを特徴とする無線通信方法。

Images