WO2010128607A1 - 通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システム - Google Patents

通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システム Download PDF

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users
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裕昭 高野
和之 迫田
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ソニー株式会社
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    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming

Definitions

  • the present invention relates to a communication apparatus and communication method, a computer program, and a communication system that apply a space division multiple access (SDMA) in which wireless resources on a spatial axis are shared by a plurality of users.
  • SDMA space division multiple access
  • the present invention relates to a communication apparatus and communication method, a computer program, and a communication system that multiplex and transmit frames of variable length frame format addressed to a plurality of users.
  • Wireless communication is being used as a technology that eliminates the burden of wiring work in traditional wired communication, and further realizes mobile communication.
  • IEEE The Institute of Electrical and Electronics Engineers 802.11 can be cited as a standard for wireless LANs (Local Area Networks). IEEE 802.11a / g is already widely used.
  • the IEEE 802.11a / g standard achieves a maximum (physical layer data rate) communication speed of 54 Mbps using Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) in 2.4 GHz or 5 GHz band frequencies. Supports modulation method.
  • IEEE 802.11n which is an extended standard, employs a MIMO (Multi-Input Multi-Output) communication method to realize a higher bit rate.
  • MIMO is a communication system that includes a plurality of antenna elements on both the transmitter side and the receiver side, and realizes a spatially multiplexed stream (well known).
  • IEEE 802.11n can achieve a high throughput (High Throughput: HT) exceeding 100 Mbps, further increase in the information amount of transmission content is required.
  • the IEEE 802.11ac working group aims to establish a wireless LAN standard that uses a frequency band of 6 GHz or less and that has a data transmission rate exceeding 1 Gbps.
  • multi-user MIMO MU-MIMO
  • SDMA A space division multiple access method in which wireless resources on the space axis are shared by a plurality of users, such as Space Division (Multiple Access), is promising.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • PHS Personal Handyphone System
  • LTE Long Term Evolution
  • variable-length frames are multiplexed on the same time axis.
  • the transmission data length for each of multiple users is the same, there is no problem.
  • the frame length to be multiplexed varies depending on the transmission data length, the number of frame multiplexing increases and decreases during the transmission period. As a result, the total transmission power changes sharply.
  • the receiving side induces unstable operation in terms of automatic gain control (Automatic Gain Control: AGC), and RCPI (Received Channel) standardized by IEEE 802.11.
  • AGC Automatic Gain Control
  • RCPI Receiveived Channel
  • An object of the present invention is to provide an excellent communication apparatus and communication method, a computer program, and a computer program that can suitably perform a communication operation by applying space division multiple access in which wireless resources on a space axis are shared by a plurality of users. It is to provide a communication system.
  • a further object of the present invention is to provide an excellent communication apparatus and communication method, a computer program, and a communication system that can suitably multiplex and transmit a variable-length frame format frame addressed to a plurality of users. It is in.
  • a further object of the present invention is to provide a variable-length frame format while avoiding steep changes in the total transmission power on the transmission side, even when the transmission data length for each of a plurality of users is not always uniform. It is an object to provide an excellent communication apparatus and communication method, a computer program, and a communication system that can suitably multiplex frames and transmit them.
  • a communication unit that supports space division multiple access that multiplexes frames by allocating radio resources on the spatial axis to multiple users, A modem unit that modulates and demodulates a frame for each of the plurality of users in the communication unit; Within the communication unit, a frequency bandwidth setting unit for setting a frequency bandwidth used in a frame for each of the plurality of users, A data processing unit for processing a frame for each of the plurality of users and determining a modulation scheme applied in the modulation / demodulation unit and a frequency bandwidth set in the frequency bandwidth setting unit; With The data processing unit determines different frequency bandwidths for the plurality of users, and the communication unit multiplexes and transmits simultaneously frames having different frequency bandwidths. It is a communication device.
  • the data processing unit of the communication device according to claim 1 is configured so that the lengths of frames simultaneously transmitted to each of the plurality of users are the same.
  • Each frequency bandwidth is configured to be determined.
  • the data processing unit of the communication apparatus according to claim 1 is configured so that the length of frames transmitted simultaneously to each of the plurality of users is the same. Each frequency bandwidth and modulation scheme are determined.
  • the data processing unit of the communication apparatus when the data processing unit of the communication apparatus according to claim 3 cannot adjust the length of the frame only by determining the frequency bandwidth for each user, the data processing unit further sets The modulation scheme is determined.
  • the invention according to claim 5 of the present application is A spatial division multiple access unit that multiplexes frames by allocating radio resources on the spatial axis to multiple users; A frequency bandwidth setting unit for setting a frequency bandwidth used in a frame for each of the plurality of users; A data processing unit for processing a frame for each of the plurality of users and determining a frequency bandwidth set by the frequency bandwidth setting unit; With The frequency band setting unit can set a minimum frequency bandwidth at a plurality of positions over all usable frequency bands, and can set a frequency band that duplicates the minimum frequency band at two or more positions.
  • the data processing unit transmits a transmission request (RTS) frame to each of the plurality of users and then receives a confirmation notification (CTS) frame from each of the plurality of users and then starts transmission of a data frame
  • RTS transmission request
  • CTS confirmation notification
  • the transmission request frame is transmitted by duplicating a minimum frequency bandwidth in all of the plurality of positions. It is a communication device.
  • the communication unit of the communication device has a frequency bandwidth for transmitting a data frame to each of the plurality of users, and is transmitted from each of the plurality of users.
  • the confirmation notification frame is received.
  • the data processing unit of the communication device described in claim 5 includes an RTS frame including an RTS 802.11 field that conforms to the conventional standard and an RTS add field that does not need to conform to the conventional standard.
  • RTS add field A frequency bandwidth and a frequency position that are generated and used in a transmission frame for each of the plurality of users are described in the RTS add field.
  • the invention according to claim 8 of the present application is a communication method for multiplexing a frame by allocating radio resources on a spatial axis to a plurality of users, Determining different frequency bandwidths for the plurality of users; Multiplexing and transmitting simultaneously frames having different frequency bandwidths; Is a communication method.
  • the invention according to claim 9 of the present application is a communication method for multiplexing a frame by assigning radio resources on a spatial axis to a plurality of users, A minimum frequency bandwidth can be set at a plurality of positions across all usable frequency bands, and a frequency band that is a duplicate of the minimum frequency band can be set at two or more positions.
  • CTS confirmation notification
  • RTS transmission request
  • the transmission request frame is transmitted by duplicating a minimum frequency bandwidth in all of the plurality of positions. It is a communication method.
  • the invention according to claim 10 of the present application provides a communication unit corresponding to space division multiple access that multiplexes frames by assigning radio resources on a spatial axis to a plurality of users,
  • a process for controlling a communication operation in a communication apparatus including a modulation / demodulation unit that modulates / demodulates a frame for each of the frames and a frequency bandwidth setting unit that sets a frequency bandwidth used in the frame for each of the plurality of users in the communication unit;
  • a computer program written in a computer-readable format for execution on a computer The computer processes a frame for each of the plurality of users, and functions as a data processing unit that determines a modulation scheme applied in the modulation / demodulation unit and a frequency bandwidth set in the frequency bandwidth setting unit,
  • the data processing unit determines different frequency bandwidths for the plurality of users, multiplexes frames having different frequency bandwidths, and transmits them simultaneously. It is a computer program.
  • the invention according to claim 11 of the present application provides a communication unit corresponding to space division multiple access that multiplexes frames by allocating radio resources on a space axis to a plurality of users, and the communication unit A computer program written in a computer-readable format so that a process for controlling communication operations in a communication apparatus having a frequency bandwidth setting unit for setting a frequency bandwidth used for each frame is executed on the computer.
  • the frequency band setting unit can set a minimum frequency bandwidth at a plurality of positions over all usable frequency bands, and can set a frequency band that duplicates the minimum frequency band at two or more positions.
  • the computer functions as a data processing unit that processes a frame for each of the plurality of users and determines a frequency bandwidth set by the frequency bandwidth setting unit,
  • the data processing unit transmits a transmission request (RTS) frame to each of the plurality of users and then receives a confirmation notification (CTS) frame from each of the plurality of users and then starts transmission of a data frame
  • RTS transmission request
  • CTS confirmation notification
  • the transmission request frame is transmitted by duplicating a minimum frequency bandwidth in all of the plurality of positions. It is a computer program.
  • Each computer program according to claims 10 and 11 of the present application defines a computer program described in a computer-readable format so as to realize predetermined processing on a computer.
  • a cooperative action is exhibited on the computer, which is the same as the communication apparatus according to claims 1 and 5 of the present application.
  • the invention according to claim 12 of the present application is A first communication device that determines a frequency bandwidth to be used for frame transmission to a plurality of users, assigns radio resources on a spatial axis to a plurality of users, multiplexes frames having different frequency bandwidths, and transmits them simultaneously; A plurality of second communication devices corresponding to each of the plurality of users and receiving frames addressed to the user; It is a communication system provided with.
  • system here refers to a logical collection of a plurality of devices (or functional modules that realize specific functions), and each device or functional module is in a single housing. It does not matter whether or not (hereinafter the same).
  • a minimum frequency bandwidth can be set at a plurality of positions over all usable frequency bands, and a frequency obtained by duplicating the minimum frequency band at two or more positions.
  • a communication system capable of setting a bandwidth, Duplicate the minimum frequency bandwidth at all of the plurality of positions, transmit a transmission request (RTS) frame to each of the plurality of users, and receive a confirmation notification (CTS) frame from each of the plurality of users.
  • RTS transmission request
  • CTS confirmation notification
  • a first communication device that starts transmitting data frames after A plurality of second communication devices that receive the transmission request (RTS) frame addressed to the local station and return the confirmation notification (CTS) frame; It is a communication system provided with.
  • an excellent communication apparatus and communication method, a computer program, and a computer program that can suitably perform communication operations by applying space division multiple access in which wireless resources on the space axis are shared by a plurality of users, and A communication system can be provided.
  • variable length frame even when the transmission data length for each of a plurality of users is not always uniform, a variable length frame It is possible to provide an excellent communication device and communication method, computer program, and communication system capable of suitably multiplexing and transmitting format frames.
  • the present invention it is possible to improve the throughput for a plurality of users by using two methods of space division multiple access and frequency bandwidth expansion, and to use the modulation used in a transmission frame addressed to each user.
  • an excellent communication apparatus and communication method, a computer program, and a communication system which can adaptively set a method and a frequency bandwidth and can multiplex and transmit a frame of a variable length frame format. be able to.
  • the time for which transmission is continued by narrowing the transmission frame addressed to a certain user to be smaller than the original frequency bandwidth.
  • the frequency bandwidth By making the frequency bandwidth larger than the original frequency bandwidth, the time for which transmission is continued can be shortened.
  • the length of frames addressed to each user who transmits at the same time is different, there is a problem in that the operation on the receiving side becomes unstable due to the abrupt change in the total transmission power, and the communicable bandwidth is wasted.
  • the invention described in claim 2 of the present application by determining the frequency bandwidth for each user, it is possible to align the lengths of a plurality of frames to be transmitted at the same time, and to solve the above problems. Can do. In addition, since the frame lengths are equalized without padding, the bandwidth is not wasted.
  • a communication apparatus that performs space division multiple access can control the frame length of each spatially multiplexed frame by combining the frequency bandwidth and the modulation method.
  • the frame length is doubled by setting it to half the original frequency bandwidth, but when the communication quality is sufficiently high, the frame length is shortened by switching to a modulation scheme with a larger number of states, Finer frame length control can be performed.
  • the frame length can be increased by switching to a modulation scheme with a smaller number of states, and the frame length can be further increased by making the original frequency band narrower than the field. can do.
  • the modulation method for each user is further determined to be more precise.
  • the length of the frame can be controlled.
  • the invention according to claims 5, 9, 11, and 13 of the present application is a wireless LAN environment in which a minimum frequency bandwidth can be set at a plurality of positions over all usable frequency bands such as 20 MHz, 40 MHz, and 80 MHz. Can be applied to. In such a wireless LAN environment, it is necessary to secure a band over all frequency bands to be used. According to the inventions described in claims 5, 9, 11, and 13 of the present application, a hidden terminal that conforms to a conventional standard that can operate only with a minimum frequency bandwidth can also receive an RTS frame. Therefore, collision avoidance can be realized while maintaining backward compatibility by using the conventional RTS / CTS handshake.
  • each communication station that is the transmission destination of the RTS frame returns a CTS frame in accordance with a conventional standard that can operate only with the minimum frequency bandwidth, and receives data from the transmission source of the RTS frame. ⁇
  • the frame can be received.
  • the communication device Based on the received confirmation notification frame, the antenna weight for space division multiple access can be learned.
  • the transmission source of the RTS frame can specify the use bandwidth for each terminal station that is the transmission destination of the multiplexed frame.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a communication device that applies space division multiple access and operates as an access point.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a communication device that applies space division multiple access and operates as a terminal station.
  • FIG. 4 is a diagram showing a format example of an RTS frame that can be used for learning weights of an adaptive array antenna.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a format example of a CTS frame that can be used for learning weights of an adaptive array antenna.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a format of an ACK frame that can be used for learning weights of an adaptive array antenna.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a communication device that applies space division multiple access and
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of a communication sequence in which STA0 as an access point in the communication system shown in FIG. 1 transmits multiple frames to communication stations STA1 to STA3 by applying space division multiple access.
  • FIG. 8 shows a state in which the lengths of the frames A and B multiplexed on the same time axis are different.
  • FIG. 9 is a flowchart of a processing procedure for a communication apparatus performing space division multiple access to control the frame length by combining the frequency bandwidth and the modulation method.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which frames having different frequency bandwidths are multiplexed on the space axis.
  • FIG. 11 is a diagram showing a state in which a 20 MHz band is transmitted in four duplicate modes using the 80 MHz band (frequency bands used when transmitting RTS 802.11, RTS add, and CTS 802.11). .
  • FIG. 12 is a diagram showing a frequency band used when transmitting the CTS add field (and the data frame and the ACK frame).
  • FIG. 13A is a diagram illustrating a signal transmission / reception sequence example of an access point (AP) serving as an RTS transmission source in the RTS / CTS handshake using the frequency configuration illustrated in FIGS. 11 and 12.
  • FIG. AP access point
  • FIG. 13B is a diagram illustrating a signal transmission / reception sequence example of a terminal station (STA) on the RTS receiving side in the RTS / CTS handshake using the frequency configuration illustrated in FIGS. 11 and 12.
  • FIG. 14 is a diagram showing a modification of the RTS frame format.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a state in which a plurality of CTS transmitting stations transmit a CTS add field including RANDPAT at the same time.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the communication system according to the present embodiment conforms to, for example, IEEE 802.11, and uses an RTS / CTS handshake in combination with a CSMA / CA control procedure.
  • the illustrated communication system includes a communication station STA0 that operates as an access point (AP) and a plurality of communication stations STA1, STA2, and STA3 that operate as terminal stations (MT).
  • Each of the communication stations STA1, STA2, and STA3 accommodates the communication station STA0 within its communication range, and can directly communicate with the STA0 (in other words, each of the communication stations STA1, STA2, and STA3 serves as an access point) Of STA0 and configure BSS (Basic Service Set).
  • BSS Basic Service Set
  • the communication stations STA1, STA2, and STA3 as terminal stations do not need to exist within the communication range of each other, and direct communication between the terminal stations is not described below.
  • STA0 as an access point is composed of a communication device having a plurality of antennas and performing space division multiple access using an adaptive array antenna, and multiplexes frame communication by assigning radio resources on the space axis to a plurality of users.
  • STA0 is a communication device that complies with a new standard such as IEEE802.11ac, and multiplexes two or more frames with different destination communication stations on the same time axis, or two or more communication stations have the same time.
  • One-to-many frame communication is performed by separating, for each transmission source, a frame addressed to the own station that has been multiplexed and transmitted on the axis.
  • STA0 can increase the number of terminal stations capable of spatial multiplexing by installing more antennas.
  • STA0 not only performs one-to-many frame communication with each communication station STA1, STA2, and STA3 by applying space division multiple access, but also has a one-to-one frame with each communication station STA1, STA2, and STA3. Communication may be performed.
  • the communication stations STA1, STA2, and STA3 as terminal stations are composed of communication devices that are equipped with a plurality of antennas and perform space division multiple access using an adaptive array antenna, but perform user separation only at the time of reception, and users at the time of transmission Since separation, that is, multiplexing of transmission frames is not performed, it is not necessary to equip the number of antennas as many as the access points.
  • the terminal stations placed under the STA0 as an access point may be a communication device compliant with a conventional standard such as IEEE802.11a.
  • the communication system shown in FIG. 1 is a communication environment in which the new standard communication devices are mixed with conventional communication devices.
  • FIG. 2 shows a configuration example of a communication apparatus to which space division multiple access is applied.
  • a communication station STA0 that operates as an access point has the configuration shown in FIG. 2 and performs communication operations in accordance with the new standard.
  • the communication apparatus shown in the figure includes a plurality (four in the example shown) of antenna elements 21-1, 21-2,..., An RF processing unit 22, and functional blocks 23 to 28 that realize an adaptive array antenna function.
  • the communication station STA0 as an access point performs space division multiple access using an adaptive array antenna. However, by having many antenna elements, it is possible to improve the number of terminal stations that can be accommodated by multiple access.
  • the data processing unit 29 generates transmission data in response to a transmission request from an upper layer application (not shown).
  • the mapper 35 sequentially maps the transmission data series to the signal space designated by the data processing unit 29.
  • the mapper 35 switches the modulation method for the frame addressed to each user to be spatially multiplexed in accordance with an instruction from the data processing unit 29.
  • the data processing unit 29 determines the modulation method in accordance with the communication quality of the channel for each user and switches the modulation method for the purpose of controlling the frame length. Details of this point will be described later.
  • the frequency axis assigning unit 34 sequentially assigns the mapped transmission data series to each subcarrier on the frequency axis.
  • the frequency axis allocating unit 34 sets frequency bandwidths to be used for frames addressed to each user to be spatially multiplexed in accordance with instructions from the data processing unit 29.
  • the data processing unit 29 switches the frequency bandwidth for the purpose of controlling the frame length, and details of this point will be described later.
  • the transmission weight multiplication unit 33 multiplies the transmission data sequence by the transmission weight, performs spatial separation, and applies the transmission branch to each antenna element 21-1, 21-2,.
  • spatial separation at the time of transmission here means only user separation in which space separation is performed for each user who transmits frames simultaneously.
  • the IFFT (Inverse Fast Fourier Transform Fast Fourier Inverse Transform) unit 32 converts the subcarriers for each transmission branch arranged in the frequency domain into a time axis signal, and a GI (guard interval) insertion unit 31 adds a guard interval. To do. Then, the band is limited by a transmission digital filter 30 composed of an FIR (finite impulse response) filter or the like, and then converted into an analog transmission baseband signal.
  • FIR finite impulse response
  • the RF unit 22 removes signal components other than the desired band by an analog LPF, up-converts the center frequency to a desired RF (Radio Frequency) frequency band, and further amplifies the signal amplitude by power amplification. Then, the RF transmission signal for each transmission branch is emitted to the space from each antenna element 21-1, 21-2,.
  • the RF unit 22 performs low-noise amplification on the received signals from the antenna elements 21-1, 21-2,..., Downconverts them to analog baseband signals, and further converts them into digital received baseband signals.
  • the reception digital filter 23 is composed of an FIR filter or the like, and limits the band on the digital reception signal.
  • a digital filter having the same characteristics as that of the transmission side is used on the reception side.
  • the synchronization and GI (guard interval) removal unit 24 acquires frame synchronization from the digital received signal after band limitation, performs frequency offset correction and noise estimation, and adds it to the head of the data transmission section. Removed guard intervals Then, an FFT (Fast Fourier Transform Fast Fourier Transform) unit 25 converts the time axis signal for each reception branch into a frequency axis signal.
  • FFT Fast Fourier Transform Fast Fourier Transform
  • the reception weight multiplying unit 26 performs spatial separation by multiplying the reception data signal for each reception branch by the reception weight in accordance with the instruction from the data processing unit 29.
  • the “spatial separation” at the time of reception mentioned here includes both user separation for spatial separation for each user who transmits frames simultaneously and channel separation for separating spatially multiplexed MIMO channels into a plurality of original streams. Including meaning.
  • the frequency demultiplexing unit 27 demultiplexes the received data series from each subcarrier on the frequency axis in accordance with an instruction from the data processing unit 29.
  • the demapper 28 demaps signal points on the signal space from the separated received data series, and reproduces the original transmission data series.
  • the data processing unit 29 passes the reproduced transmission data to an upper layer application (not shown).
  • FIG. 3 shows another configuration example of a communication apparatus to which space division multiple access is applied.
  • the one corresponding to space division multiple access has the configuration shown in FIG. 3 and performs communication operation in accordance with the new standard.
  • the communication apparatus shown in the figure is a receiving device comprising a plurality (two in the example shown) of antenna elements 41-1 and 41-2, an RF processing unit 42, and functional blocks 43 to 48 for realizing an adaptive array antenna function.
  • a transmission branch including a processing unit, a data processing unit 49, and functional blocks 50 to 55 is provided.
  • the data processing unit 49 generates transmission data in response to a transmission request from an upper layer application (not shown).
  • the mapper 55 sequentially maps the transmission data series to the signal space designated by the data processing unit 49.
  • the frequency axis allocating unit 54 sequentially allocates the mapped transmission data sequence to each subcarrier on the frequency axis in accordance with an instruction from the data processing unit 49.
  • the training signal adding unit 53 distributes the transmission data series to the transmission branches for the antenna elements 41-1 and 41-2 according to the instruction from the data processing unit 49, and learns the weight of the adaptive array antenna at the transmission destination.
  • a training signal used for the purpose is added.
  • the training signal is composed of a known sequence unique to each of the terminal stations STA1 to STA3, for example.
  • the IFFT unit 52 converts the subcarriers for each transmission branch arranged in the frequency domain into a time axis signal, and further adds a guard interval by the guard insertion unit 51. Then, after the band is limited by the transmission digital filter 50, it is converted into an analog transmission baseband signal.
  • the RF unit 42 removes signal components other than the desired band by the analog LPF, up-converts the center frequency to the desired RF frequency band, and further amplifies the signal amplitude by power amplification. Then, the RF transmission signal for each transmission branch is emitted to the space from each of the antenna elements 41-1 and 41-2.
  • the RF unit 42 amplifies the received signals at the antenna elements 41-1 and 41-2 with low noise, down-converts them into analog baseband signals, and further converts them into digital received baseband signals.
  • the reception digital filter 43 limits the band on the digital reception signal.
  • a digital filter having the same characteristics as that of the transmission side is used on the reception side.
  • the synchronization and guard removal unit 44 obtains frame synchronization from the digital received signal after band limitation, performs frequency offset correction and noise estimation, and also adds a guard interval added to the head of the data transmission section. Remove. Then, the FFT unit 45 converts the time axis signal for each reception branch into a frequency axis signal.
  • the reception weight multiplication unit 46 multiplies the reception data signal for each reception branch by the reception weight in accordance with an instruction from the data processing unit 49 to perform spatial separation.
  • spatial separation at the time of reception mentioned here includes both user separation for spatial separation for each user who transmits frames simultaneously and channel separation for separating spatially multiplexed MIMO channels into a plurality of original streams. Including meaning.
  • the frequency separation unit 47 separates the received data series from each subcarrier on the frequency axis in accordance with an instruction from the data processing unit 49.
  • the demapper 48 demaps signal points on the signal space from the separated received data series, and reproduces the original transmission data series.
  • the data processing unit 49 passes the reproduced transmission data to an upper layer application (not shown).
  • STA0 as an access point obtains a transfer function between each antenna element included in the adaptive array antenna included in the local station and each antenna element included in the communication stations STA1 to STA3.
  • adaptive array antenna weights can be learned by using a predetermined adaptive algorithm such as RLS (Recursive Last Square) for a training signal composed of a known sequence received from each communication partner STA1 to STA3. .
  • RLS Recursive Last Square
  • STA0 forms directivity for each of the communication stations STA1 to STA3 based on the weight of the adaptive array antenna learned by any method.
  • STA0 spatially separates transmission frames addressed to each of the communication stations STA1 to STA3 multiplexed on the same time axis or reception frames from the communication stations STA1 to STA3 multiplexed on the same time.
  • STA0 as an access point can learn the weight of the adaptive array antenna using, for example, an RTS / CTS handshake performed in parallel with the communication stations STA1 to STA3.
  • 4 to 6 show examples of formats of RTS, CTS, and ACK frames that can be used for learning the weight of the adaptive array antenna.
  • the RTS frame format shown in FIG. 4 conforms to the field RTS 802.11 according to the conventional standard IEEE 802.11 and a new standard that applies space division multiple access (that is, is not backward compatible with the conventional standard).
  • the field according to the former conventional standard includes a frame control (Frame Control) consisting of 2 octets, a duration (Duration) consisting of 2 octets, and a receiver address consisting of 6 octets each ( It consists of a Receiver Address (RA), a transmitter address (Transmiter Address: TA), and a frame check sequence (Frame Check Sequence: FCS) consisting of 4 octets.
  • a frame control Frae Control
  • Duration consisting of 2 octets
  • FCS Frame Check Sequence
  • the frame control has a further subdivided format, and describes various information such as frame type, protocol version, presence / absence of retransmission, and data path information.
  • Duration is provided to specify the time.
  • Each communication station that has received the RTS frame grasps the time to refrain from the communication operation based on the time described in the duration when the address of the local station is not described in the receiver address (RA). be able to.
  • a counter value called NAV Network Allocation Vector
  • the receiver address (RA) field an address of a communication station that wants to receive the frame is described.
  • the transmitter address (T A) field describes the address of a communication station that transmits the frame.
  • the frame check sequence (FCS) is a 32-bit CRC (Cyclic Redundancy Check).
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • the communication station that has received the frame recalculates the frame check sequence and checks whether they match. If it does not match the sent frame check sequence, the frame is discarded as being destroyed, and only the correct MAC (Media Access Control) frame is recognized and processed. become.
  • the field (RTS add) according to the latter new standard in the RTS frame includes MANUM IV, a plurality of receiver addresses (RA2, RA3,...), And a second frame check sequence (FCS2). .
  • MANUM describes the number of terminal stations that perform space division multiple access using an adaptive array antenna.
  • the number described in MANUM is three.
  • receiver addresses are provided for the number of terminal stations that perform space division multiple access.
  • the second frame check sequence (FCS2) is a CRC check for these added RTS add fields.
  • the RTS add field is provided with the number of receiver addresses obtained by subtracting 1 from MANUM because the RTS 802.11 field includes another receiver address (RA) field.
  • RA receiver address
  • the reason why the RTS frame shown in FIG. 4 includes the RTS add field according to the new standard is that, for example, when applying space division multiple access, the access point needs to transmit RTS frames to a plurality of terminal stations. is there.
  • the reason why the first half is a conventional format and a new element is added to the second half is that coexistence with a terminal conforming only to a conventional standard that can understand only a conventional RTS frame is considered.
  • a terminal station that can only understand RTS frames in the conventional format performs a CRC check based on the FCS in the RTS 802.11 field according to the former conventional standard among the RTS frames, and then performs a NAV counter based on the duration. By setting a value and refraining from transmission operation for an appropriate period, it is possible to avoid collision with the RTS / CTS handshake according to the new standard.
  • the gist of the present invention is not limited to a specific RTS frame format as shown in FIG.
  • the CTS frame format shown in FIG. 5 conforms to the CTS 802.11 field according to the conventional IEEE 802.11 standard and a new standard that applies space division multiple access (ie, is not backward compatible with the conventional standard). Contains a CTS add field.
  • the ACK frame format shown in FIG. 6 conforms to an ACK 802.11 field conforming to IEEE 802.11, which is a conventional standard, and a new standard that applies space division multiple access (ie, is not backward compatible with the conventional standard). Includes an additional ACK add field.
  • the CTS 802.11 field and ACK 802.11 field according to the former conventional standard are a frame control consisting of 2 octets, a duration consisting of 2 octets, a receiver address consisting of 6 octets, and a frame check consisting of 4 octets. -Consists of sequences.
  • the meaning of each element is the same as that in the field according to the conventional standard in the RTS frame.
  • the receiver address is a value obtained by copying the value of the transmitter address described in the RTS frame by the communication station that has received the RTS frame addressed to itself.
  • One difference between the CTS 802.11 field of these CTS frames and the ACK 802.11 field of the ACK frame relative to the RTS 802.11 field of the RTS frame is that no transmitter address is provided.
  • the CTS add field in accordance with the latter new standard in the CTS frame includes a transmitter address (TA), a second frame check sequence (FCS2), and a RANDPAT.
  • TA transmitter address
  • FCS2 second frame check sequence
  • RANDPAT RANDPAT
  • the second frame check sequence (FCS2) is a CRC check for the newly added transmitter address (TA).
  • FCS2 is a CRC check for the newly added transmitter address (TA).
  • RANDPAT is a random sequence used to learn adaptive array antenna weights, is known to the destination station of the CTS frame performing the learning (ie, the access point that is the source of the RTS frame) and It consists of unique reference information (unique sequence) for each transmitting station of the CTS frame. Note that no parity check is performed for RANDPAT, but this depends on the fact that RANDPAT is used in the physical layer, although it is defined in the MAC layer.
  • the ACK add field according to the latter new standard in the ACK frame shown in FIG. 6 is basically the same as the CTS add field of the CTS frame, the transmitter address (TA) and the second frame check field. It consists of a sequence (FCS2) and RANDPAT.
  • the RANDPAT of the ACK frame mainly aims to make the learned weight adaptively follow the environmental change, so that the sequence length can be made shorter than the RANDPAT in the CTS frame.
  • the CTS add field shown in FIG. 5 and the ACK add field shown in FIG. 6 each have a transmitter address (TA).
  • TA transmitter address
  • the access point receives a plurality of CTS and ACK frames at the same time, and identifies the transmission source of each frame (in other words, a terminal that has received an acknowledgment) This is because it is necessary to identify the station.
  • CTS 802.11 fields and ACK 802.11 fields conforming to the conventional format are used in the first half, and new elements CTS add and ACK add are added to the second half so that only conventional CTS and ACK frames can be understood. This is because the coexistence with a terminal that can only comply with the conventional standard is considered.
  • the gist of the present invention is not limited to the specific CTS and ACK frame formats as shown in FIGS.
  • FIG. 7 shows an example of a communication sequence in which, in the communication system shown in FIG. 1, STA0 as an access point applies multi-frame transmission with a plurality of communication stations STA1 to STA3 by applying space division multiple access. .
  • STA0 as an access point applies multi-frame transmission with a plurality of communication stations STA1 to STA3 by applying space division multiple access.
  • the communication station STA4 in FIG. 7 is not included in FIG. 1, but is compliant with the conventional standard (that is, each of RTS add and CTS add add according to the new standard in the frames shown in FIGS. 4 to 6). It is assumed that the communication station cannot understand the field, and is a hidden terminal that exists within at least one communication range among the communication stations STA0 to STA3.
  • STA0 operating as an access point performs physical carrier sense in advance, confirms that the medium is clear, and transmits a RTS frame after backoff. Since STA0 has not yet learned the weight of the adaptive array antenna at the time of transmitting the RTS frame (that is, a plurality of antenna elements are not functioning as an adaptive array antenna), it is omnidirectional. To transmit an RTS frame. In this RTS frame, addresses of communication stations STA1, STA2, and STA3 that are candidates for space division multiple access are described as receiver addresses (RA, RA2, and RA3).
  • the STA4 When the STA4 according to the conventional standard receives the RTS frame not including its own destination, it sets the NAV counter value based on the information described in the duration in the first half of the RTS 802.11 field. Refrain from sending operation.
  • STA0 After completing the transmission of the RTS frame, STA0 waits to receive CTS frames returned from the destination stations STA1, STA2, and STA3 of the RTS frame. Since STA0 does not learn the adaptive array antenna at the time of receiving the CTS frame, it is necessary to simultaneously receive a plurality of CTS frames using any one of the antenna elements. Here, when the following three conditions are satisfied, STA0 can simultaneously receive a plurality of CTS 802.11 field portions while avoiding a collision.
  • the OFDM modulation method is used.
  • the oscillators of the communication stations STA1, STA2, and STA3 operate so as to correct the frequency error with the oscillator used in STA0.
  • (3) The description contents of the CTS 802.11 fields transmitted by the communication stations STA1, STA2, and STA3 are all the same.
  • condition (1) is strong against multipath fading.
  • condition (2) can be satisfied when each of the communication stations STA1, STA2, and STA3 performs frequency correction when receiving the RTS frame from the STA0. By performing the frequency correction, it is ensured that the delay time at which the CTS frames simultaneously transmitted from the communication stations STA1, STA2, and STA3 reach STA0 is within the guard interval.
  • condition (3) if the CTS 802.11 fields of the communication stations STA1, STA2, and STA3 have the same description, they can be handled in the same way as a normal delayed wave. It becomes possible to receive simultaneously using an antenna element.
  • Each communication station STA1, STA2, and STA3 transmits a CTS add field following the CTS 802.11 field having the same description content.
  • the transmitter address (TA) is described in the CTS add field, and the STA0 can specify the transmission source of each received CTS add field.
  • STA0 uses a predetermined adaptive algorithm such as the RLS algorithm based on the known sequence RANDPAT included in each of the antenna elements. Learn weights. Thereafter, the plurality of antenna elements possessed by STA0 function as an adaptive array antenna, and STA0 can perform space division multiple access.
  • the STA4 when the STA4 according to the conventional standard receives the CTS frame that does not include the local station as a destination, the STA4 sets the NAV counter value based on the information described in the duration in the first half of the CTS 802.11 field. And refrain from the transmission operation.
  • STA0 receives a data frame (Fragment1- 1) addressed to each of the communication stations STA1, STA2, and STA3 after a predetermined frame interval SIFS has elapsed since the completion of reception of the CTS frames from the communication stations STA1, STA2, and STA3. 0, Fragment 2-0, Fragment 3-0), respectively.
  • STA0 can perform space division multiplexing of a plurality of data frames and transmit them simultaneously.
  • the plurality of antenna elements of STA0 are already functioning as adaptive antennas, and a plurality of simultaneously received ACK frames (ACK1-0, ACK2-0, ACK3-0) can be spatially separated.
  • the ACK frame has the frame format shown in FIG. 6, and the addresses of the communication stations STA1, STA2, and STA3 are described in the transmitter addresses. Therefore, STA0 transmits each received ACK frame.
  • the origin can be specified.
  • STA0 adaptively follows the weight of the learned adaptive array antenna using the predetermined adaptive algorithm such as the RLS algorithm based on the RANDPAT included in each received ACK frame. be able to.
  • the STA4 When the STA4 according to the conventional standard receives the data frame not addressed to itself, it sets the NAV counter value based on the information described in the duration and refrains from the transmission operation. Further, when the STA 4 according to the conventional standard receives the frame A that is not addressed to its own station, the STA 4 sets the NAV counter value based on the information described in the duration and refrains from the transmission operation.
  • Wireless LAN generally adopts a packet communication method, but the amount of traffic that each user wants to communicate varies. Also, link adaptation is often performed to adaptively switch the modulation method so as to guarantee a certain communication quality according to changes in the communication environment. For these reasons, the packet (frame) length is different.
  • problems such as inducing unstable operation on the receiving side if a sudden change in total transmission power occurs due to a difference in frame length (See above).
  • the communicable bandwidth cannot be used effectively, reducing the effect of space division multiple access. It is done.
  • the frames A and B multiplexed on the same time axis have different lengths. In the example shown in the figure, the length of the frame B is short, and it can be seen that the communicable band is wasted after the transmission of the frame B is completed.
  • the frames multiplexed on the same time axis need to be finally transmitted with the same frame length even if the transmission data length for each user varies.
  • a method of padding a short frame among a plurality of spatially multiplexed frames to match a frame with a long frame length can be considered, but embedding meaningless data in a payload or the like leads to wasted bandwidth.
  • the frame length is shortened by switching to a modulation scheme having a large number of states such as 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation) and 256QAM, and BPSK (Binary Phase Shift Keying: two-phase shift keying)
  • a modulation scheme having a large number of states such as 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation) and 256QAM, and BPSK (Binary Phase Shift Keying: two-phase shift keying)
  • QPSK Quadrature PSK
  • the modulation method should be determined to equalize link adaptation, that is, the communication quality
  • the modulation method for each frame is determined so as to equalize the length of the frames to be multiplexed
  • the communication quality will not be uniform. End up. For example, when a modulation scheme with a small number of states is selected in order to increase the frame length, a modulation scheme that is excessively safer than the communication quality of traffic is used, which increases waste.
  • the present inventors propose a method for making the lengths of frames multiplexed on the same time axis uniform while taking into consideration the problems of both the modulation method and the frequency bandwidth.
  • Table 1 shows the ratio of the amount of data that can be transmitted in each modulation bandwidth and each frequency bandwidth.
  • Table 2 shows the ratio between the modulation method and the frame length transmitted in each frequency band.
  • the frame length can be increased by switching to a modulation scheme with a smaller number of states. If the frame length is still insufficient compared to other frames to be multiplexed, the frame length can be increased by switching the frequency bandwidth from the 40 MHz band to the 20 MHz band.
  • FIG. 9 shows, in the form of a flowchart, a processing procedure for a communication apparatus that performs space division multiple access to control the frame length of each spatially multiplexed frame by combining the frequency bandwidth and the modulation method. Yes.
  • the modulation method and frequency bandwidth of the frame to be controlled are set so that the length of the frame becomes the shortest.
  • the communication quality of each channel that is spatially separated for each user who is a frame transmission destination is investigated, and a modulation method corresponding to the communication quality is determined (step S1).
  • the modulation scheme suitable for the communication quality of the channel is recognized as 16QAM.
  • step S2 whether or not it is necessary to further increase the frame length in terms of the maximum frequency bandwidth of 80 MHz according to the channel modulation scheme certified in step S1.
  • Check step S2).
  • step S3 when it is determined that it is not necessary to increase the frame length any longer, in other words, when it is desired to shorten the frame length (No in step S2), the frequency bandwidth cannot be further expanded to shorten the frame length. In addition, switching to a modulation scheme having a larger number of states is not preferable because communication quality deteriorates. Therefore, instead of the frame, it is determined to adjust the length of other frames spatially multiplexed with the frame (step S3).
  • step S2 if it is determined that the frame length is to be further increased (Yes in step S2), then it is checked whether the frame length can be controlled by reducing the frequency bandwidth of the frame (step S2). S4).
  • the frequency bandwidth is set to 20 MHz or 40 MHz, which is narrower than the initial setting of 80 MHz (step S5). Note that even if the narrow frequency bandwidth is set, if the length is not uniform between the multiplexed frames, the shorter frame may be padded to make the length uniform.
  • step S6 If the frequency bandwidth of the frame cannot be reduced any more (No in step S4), whether the frame length can be controlled by switching the modulation method to one with a smaller number of states. Is checked (step S6).
  • the allowable range for switching the modulation method is limited to two stages. This is because switching to a modulation scheme with three or more states and a small number of states uses a modulation scheme that is excessively safer than the communication quality of traffic, resulting in increased waste.
  • the modulation system is switched to a modulation system having a smaller number of states within two stages (step S7). ). For example, if the current modulation scheme is 16QAM, it can be switched to QPSK or BPSK.
  • step S6 when the control of the frame length is no longer possible even when switching to a modulation scheme with a smaller number of states (No in step S6), the frame is padded and adjusted to a desired frame length (step S8). ).
  • control is performed only in the direction of increasing the frame length, and control is not performed in the direction of shortening.
  • the communication apparatus can sequentially apply the processing shown in FIG. 9 for each transmission frame so that the lengths of the respective frames are aligned as much as possible.
  • the control of the frame length becomes more flexible, the lengths of the multiplexed frames are made uniform, and efficient space division multiplex communication is performed. Can be performed.
  • FIG. 10 illustrates a state in which frames having different frequency bandwidths are multiplexed on the spatial axis.
  • the horizontal axis is the frequency axis
  • the vertical axis is the spatial axis.
  • One OFDM symbol in the 40 MHz band consists of 114 subcarriers
  • one OFDM symbol in the 20 MHz band consists of 56 subcarriers, which is about half of the 40 MHz band. Therefore, as shown in the figure, one 40 MHz band frame and two 20 MHz band frames have substantially the same bandwidth, and are multiplexed on the space axis. That is, efficient communication can be realized by multiplexing two streams on the space axis.
  • collision avoidance is implemented by adopting an access control procedure based on carrier sense such as CSMA / CA (CarrierSense Multiple Access with Collision Avoidance). I have to. Furthermore, “virtual carrier sense” based on the RTS / CTS handshake is used together as a methodology for solving the hidden terminal problem.
  • carrier sense such as CSMA / CA (CarrierSense Multiple Access with Collision Avoidance).
  • RTS / CTS handshake is used together as a methodology for solving the hidden terminal problem.
  • the signal transmission / reception sequence of the RTS / CTS handshake is as shown in FIG. A so-called hidden terminal sets an NAV counter value based on the duration of a received frame not addressed to itself (RTS, CTS, DATA, ACK, etc.) and refrains from transmission operation for an appropriate period, thereby allowing an RTS / CTS handshake. Collisions can be avoided.
  • Each communication station can basically receive a frame within the range of the frequency band used by itself, but cannot receive a frame beyond the range of the frequency band used.
  • a communication terminal using the 20 MHz band can receive only the same 20 MHz band frame.
  • a communication terminal using the 40 MHz band can receive a 20 MHz band frame, but cannot receive an 80 MHz band frame.
  • a communication terminal using the 80 MHz band can receive any frame in the 40 MHz band and the 20 MHz band.
  • the 80 MHz band is used, and the 20 MHz band is divided into four duplicate modes of RTS and CTS frames (the RTS 802.11 field according to the conventional standard, the CTS). (802.11 field part) is transmitted.
  • the communication station STA0 operating as an access point transmits an RTS frame, but it is expected to have the ability to transmit in four duplicate modes as shown in FIG. Can do.
  • a plurality of communication stations STA1, STA2,... Operating as terminal stations return CTS frames, but not all terminal stations have the capability of transmitting frames in four duplicate modes. It is assumed that each communication station STA1, STA2,... Returns a CTS frame with a bandwidth of each capability (or with a bandwidth that originally receives a data frame).
  • each frame of RTS and CTS The field describing the duration is transmitted using 4 bands of 20 MHz bandwidth (ie, in 4 duplicate modes). As a result, even a communication station that can only receive a 20 MHz bandwidth of any one of the four bands can receive a frame in the used band and set the NAV counter value appropriately.
  • the example shown in FIG. 11 is a frequency used when transmitting each field of RTS 802.11, RTS add, and CTS 802.11.
  • FIG. 12 shows the frequency used when transmitting the CTS add field.
  • the CTS add field includes a known sequence RANDPAT used for learning of an adaptive array antenna on the CTS frame receiving side (described above).
  • the RTS transmitting station needs to learn the adaptive array antenna from the received CTS add field in the frequency band used when transmitting the data frame. Therefore, the CTS transmitting station transmits the CTS add field in the frequency band used at the time of data packet communication.
  • the RTS receiving station that communicates the 80 MHz band data packet receives the RTS frame transmitted in the four duplicate modes as shown in FIG. 11, it transmits the CTS add field using the 80 MHz band.
  • An RTS receiving station that communicates data packets in the 40 MHz band transmits a CTS add field in the 40 MHz band, and those that communicate data packets in the 20 MHz band transmit in the 20 MHz band, respectively.
  • two CTS add fields of the lower 40 MHz band and the upper 40 MHz band can be multiplexed by frequency division.
  • the upper 40 MHz band can be divided into 20 MHz bands to form two duplicate modes, and three CTS add fields can be multiplexed together with the lower 40 MHz band by frequency division.
  • the upper 40 MHz band and the lower 40 MHz band can be divided into 20 MHz bands, respectively, so that four duplicate modes can be obtained as a whole, and four CTS add fields can be multiplexed by frequency division.
  • the CTS receiving station (that is, the access point that transmits the RTS frame) is provided with the antenna elements of the number that can spatially multiplex up to four streams at the same frequency and the same time. Assumption.
  • the CTS add field containing training signals is returned simultaneously from a maximum of 10 RTS receiving stations. In other words, it is possible to multiplex four CTS add fields spatially (by time division or code division), but when combined with the frequency direction, the adaptive array antenna can be used for up to 10 users. Learning can be done.
  • the RTS transmitting station that has received the CTS frame transmits a data frame thereafter, it suffices to multiplex data frames addressed to a plurality of users with the same frequency configuration as in FIG. Subsequently, when the CTS transmitting station that has received the data frame returns an ACK frame, it may be transmitted in all 20 MHz bands included in the frequency bandwidth to be used.
  • the RTS / CTS handshake can be performed between the access point (AP) serving as the RTS transmission source and the terminal station (STA) serving as the RTS receiving side.
  • 13A and 13B show signal transmission / reception sequence examples of an access point (AP) serving as an RTS transmission source and a terminal station (STA) serving as an RTS reception side, respectively.
  • AP access point
  • STA terminal station
  • FIG. 14 shows a modification of the RTS frame format.
  • the RTS 802.11 field is the same as the frame format example shown in FIG.
  • the RTS add field differs from FIG. 4 in that it further includes BW RA, BW RA1,... That specify the bandwidth used (Band Width: BW) for each RTS frame transmission destination (ie, transmitter address). To do. Therefore, according to the frame format shown in FIG. 14, the access point that transmits the RTS frame can specify the use bandwidth for each terminal station that is the transmission destination of the multiplexed frame.
  • the access point performs physical carrier sense in advance to confirm that the media is clear, and then backs off. Thereafter, the RTS frame is transmitted using two bands of 20 MHz bandwidth (ie, in two duplicate modes). As a result, even a communication station that can receive only in one 20 MHz bandwidth of the two bands can receive a frame in the used band and set the NAV counter value appropriately. .
  • the terminal station STA which is the destination station of the RTS frame, returns a CTS frame with the bandwidth specified by RTS add after a predetermined frame interval SIFS has elapsed since the completion of reception of the RTS frame. That is, when the STA operates in the 20 MHz bandwidth of either the upper or the lower, the CTS 802.11 field and the subsequent CTS add field are returned in the 20 MHz band. In addition, when the STA operates using two bands of 20 MHz bandwidth (ie, in two duplicate modes), the CTS 802.11 field and the subsequent CTS add field can be used in two duplicate modes of 20 MHz bandwidth. Reply with. When the STA operates in the 40 MHz bandwidth, it first returns the CTS 802.11 field in two duplicate modes of the 20 MHz bandwidth, and then returns the CTS add field in the 40 MHz bandwidth.
  • the CTS 802.11 field may be the same as the frame format shown in FIG.
  • Each terminal station transmits the CTS add field including RANDPAT, which is a learning signal for the adaptive array antenna, in time division or at the same time as shown in FIG.
  • the access point learns the weight of the adaptive array antenna using the learning known sequence in the CTS add frame received from the terminal station.
  • the access point then starts to transmit data frames after a predetermined frame interval SIFS has elapsed after receiving the CTS frame from each terminal station STA.
  • the frequency bandwidth used for the data frame addressed to each terminal station is specified in the RTS add field, and the access point appropriately multiplexes data frames addressed to a plurality of terminal stations in the spatial axis and frequency axis directions. Send.
  • the terminal station waits to receive a data frame in the frequency band specified in the RTS add field. Then, after a predetermined frame interval SIFS has elapsed after receiving the data frame, the terminal station sends back an ACK frame with a bandwidth specified by RTS add. That is, when the STA operates in the 20 MHz bandwidth of either the upper or the lower, the STA returns an ACK frame in the 20 MHz band. Also, when the STA operates using two bands of 20 MHz bandwidth (that is, in two duplicate modes), the STA returns an ACK frame in two duplicate modes of the 20 MHz bandwidth. The STA also returns an ACK frame in two duplicate modes with a 20 MHz bandwidth when operating with a 40 MHz bandwidth.
  • a freely defined frame format can be used for the data frame and the ACK frame. This is because the hidden terminal is forced to refrain from the transmission operation by setting the NAV counter value based on the duration of RTS 802.11 and CTS 802.11.
  • stream channels from a plurality of users can be efficiently spatially multiplexed in a wireless LAN environment as shown in FIG. It is also possible to operate a conventional standard communication device that is not connected simultaneously.
  • the embodiment applied to a new wireless LAN standard such as IEEE802.11ac aiming at realizing ultra-high throughput of 1 Gbps has been mainly described, but the gist of the present invention is not limited to this. Absent.
  • the present invention can be similarly applied to other wireless LAN systems in which wireless resources on the space axis are shared by a plurality of users and various wireless systems other than the LAN.

Abstract

　空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続を適用して好適に通信動作を行なう。　通信品質が高い場合、周波数幅を２０ＭＨｚ帯域に狭くすると、伝送可能なデータ量が約半分に、フレーム長を倍にできる。フレーム長がむしろ長く過ぎると、状態数のより多い変調方式に切り換えて、フレーム長を短くする。他方、通信品質が低い場合、状態数のより少ない変調方式に切り換えて、フレーム長を長くする。フレーム長がまだ足りない場合は、狭い周波数幅に切り換えて、フレーム長を長くする。

Description

通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システム
　本発明は、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続（Ｓｐａｃｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｕｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ：ＳＤＭＡ）を適用する通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムに係り、特に、複数のユーザー宛ての可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して伝送する通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムに関する。
　無線通信は、旧来の有線通信における配線作業の負担を解消し、さらには移動体通信を実現する技術として利用に供されている。例えば、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）に関する標準的な規格として、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１を挙げることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇは既に広く普及している。
　ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇの規格では、２．４ＧＨｚ帯あるいは５ＧＨｚ帯周波数において、直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）を利用して、最大（物理層データレート）で５４Ｍｂｐｓの通信速度を達成する変調方式をサポートしている。また、その拡張規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ－Ｉｎｐｕｔ　Ｍｕｌｔｉ－Ｏｕｔｐｕｔ）通信方式を採用して、さらなる高ビットレートを実現している。ここで、ＭＩＭＯとは、送信機側と受信機側の双方において複数のアンテナ素子を備え、空間多重したストリームを実現する通信方式である（周知）。ＩＥＥＥ８０２．１１ｎによって１００Ｍｂｐｓ超の高スループット（Ｈｉｇｈ　Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ：ＨＴ）を達成できるものの、伝送コンテンツの情報量の増大に伴い、さらなる高速化が求められている。
　例えば、ＭＩＭＯ通信機のアンテナ本数を増やして空間多重するストリーム数が増加することによって、下位互換性を保ちながら、１対１の通信におけるスループットを向上させることができる。しかしながら、将来は、通信におけるユーザー当たりのスループットに加え、複数ユーザー全体でのスループットを向上させることが要求されている。
　ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃの作業部会では、６ＧＨｚ以下の周波数帯を使い、データ伝送速度が１Ｇｂｐｓを超える無線ＬＡＮ規格の策定を目指しているが、その実現には、マルチユーザーＭＩＭＯ（ＭＵ－ＭＩＭＯ）若しくはＳＤＭＡ（Ｓｐａｃｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｕｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ）のように、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続方式が有力である。
　現在のところ、空間分割多元接続は、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）やＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）などの時分割多元接続（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ：ＴＤＭＡ）をベースにした次世代携帯電話系システムの基盤技術の１つとして検討されている。また、無線ＬＡＮ分野では、上記のように１対多の通信が注目されつつあるが、適用例はほとんどない。これは、パケット通信において複数のユーザーを効率よく多重化することが難しいことにも依拠すると思料される。
　ちなみに、従来からのＩＥＥＥ８０２．１１規格とは下位互換性を保つパケット・フォーマットからなるＲＴＳ、ＣＴＳ、ＡＣＫパケットを用いて、従来からのＩＥＥＥ８０２．１１規格におけるキャリアセンスとアダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分割多元接続という２つの技術を組み合わせた通信システムについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
　ここで、空間分割多元接続を無線ＬＡＮに適用する場合、可変長のフレームを同一の時間軸上で多重化するケースが考えられる。複数ユーザーの各々に対する送信データ長がすべて同じ大きさであれば問題ないが、送信データ長の相違により多重化するフレーム長がまちまちになると、送信期間中にフレーム多重化数が増減することに伴って総送信電力が急峻に変化する。長さの異なるフレームをそのまま多重化して送信すると、受信側では自動利得制御（Ａｕｔｏ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）の点で不安定な動作を誘発する、ＩＥＥＥ８０２．１１で規格化されているＲＣＰＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：受信チャネル電力インジケーター）についてフレーム内の電力分布が一定でなくなる、などのさまざまな観点から問題が生じる可能性がある。このため、同一時間軸上で多重されるフレームは、ユーザー毎の送信データ長がまちまちであったとしても、最終的には同じフレーム長で送信される必要がある。
　例えば、従来のセルラーシステムのような固定フレーム・フォーマットのシステムにおいては、ダイバーシティー用データの挿入や（例えば、特許文献２を参照のこと）、割り当て時間のスケジューリング（例えば、特許文献３を参照のこと）、可変データ・レート（例えば、特許文献４、５を参照のこと）、可変チャネル構成（例えば、特許文献６を参照のこと）によりフレームなどの埋め合わせを行なうことができる。これに対し、無線ＬＡＮのような可変長フレーム・フォーマットを採用するシステムとは根本的に構造が異なることから、これらの従来技術を適用することは困難である。
特開２００４－３２８５７０号公報 特開２００１－１４８６４６号公報 特表２００９－５０６６７９号公報 特開２００８－２３６０６５号公報 特許第２８５５１７２号公報 特開２００７－８９１１３号公報
　本発明の目的は、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続を適用して好適に通信動作を行なうことができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することにある。
　本発明のさらなる目的は、複数のユーザー宛ての可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することにある。
　本発明のさらなる目的は、複数ユーザーの各々に対する送信データ長が均一であるとは限らない場合であっても、送信側での総送信電力の急峻な変化を回避しながら、可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することにある。
　本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
　空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する空間分割多元接続に対応した通信部と、
　前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームを変復調する変復調部と、
　前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームで用いる周波数帯域幅を設定する周波数帯域幅設定部と、
　前記複数ユーザーの各々に対するフレームを処理するとともに、前記変復調部において適用する変調方式及び前記周波数帯域幅設定部で設定する周波数帯域幅をそれぞれ決定するデータ処理部と、
を備え、
　前記データ処理部は前記複数ユーザーに対して異なる周波数帯域幅を決定し、前記通信部は、周波数帯域幅の異なるフレームを多重化して同時送信する、
通信装置である。
　本願の請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置のデータ処理部は、前記複数ユーザーの各々に対して同時に送信するフレームの長さが同じになるように、ユーザー毎の周波数帯域幅を決定するように構成されている。
　本願の請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の通信装置のデータ処理部は、前記複数ユーザーの各々に対して同時に送信するフレームの長さが同じになるように、ユーザー毎の周波数帯域幅及び変調方式を決定するように構成されている。
　本願の請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の通信装置のデータ処理部は、ユーザー毎の周波数帯域幅を決定するのみではフレームの長さを調整できないときには、さらにユーザー毎の変調方式を決定するように構成されている。
　本願の請求項５に記載の発明は、
　空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する空間分割多元接続部と、
　前記複数ユーザーの各々に対するフレームで用いる周波数帯域幅を設定する周波数帯域幅設定部と、
　前記複数ユーザーの各々に対するフレームを処理するとともに、前記周波数帯域幅設定部で設定する周波数帯域幅をそれぞれ決定するデータ処理部と、
を備え、
　前記周波数帯域設定部は、使用可能な全周波数帯域にわたる複数の位置で最小の周波数帯域幅を設定可能であるとともに、２以上の位置で前記最小の周波数帯域をデュプリケートした周波数帯域を設定可能であり、
　前記データ処理部は、前記複数ユーザーの各々に対して送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信した後に前記複数ユーザーの各々から確認通知（ＣＴＳ）フレームを受信してからデータ・フレームの送信を開始する通信シーケンスを行なう際に、前記複数の位置のすべてにおいて最小の周波数帯域幅をデュプリケートして前記送信要求フレームを送信するようにする、
通信装置である。
　本願の請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の通信装置の通信部は、データ・フレームを前記複数ユーザーの各々に送信する周波数帯域幅で、前記複数ユーザーの各々からの前記確認通知フレームを受信するように構成されている。
　本願の請求項７に記載の発明によれば、請求項５に記載の通信装置のデータ処理部は、従来規格に従うＲＴＳ　８０２．１１フィールドと従来規格に従う必要のないＲＴＳ　ａｄｄフィールドを含むＲＴＳフレームを生成し、且つ、前記ＲＴＳ　ａｄｄフィールドに前記複数ユーザーの各々に対する送信フレームに用いる周波数帯域幅及び周波数位置を記載するように構成されている。
　また、本願の請求項８に記載の発明は、空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する通信方法であって、
　前記複数ユーザーに対して異なる周波数帯域幅を決定するステップと、
　周波数帯域幅の異なるフレームを多重化して同時送信するステップと、
を有する通信方法である。
　また、本願の請求項９に記載の発明は、空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する通信方法であって、
　使用可能な全周波数帯域にわたる複数の位置で最小の周波数帯域幅を設定可能であるとともに、２以上の位置で前記最小の周波数帯域をデュプリケートした周波数帯域を設定可能であり、
　前記複数ユーザーの各々に対して送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信した後に前記複数ユーザーの各々から確認通知（ＣＴＳ）フレームを受信してからデータ・フレームの送信を開始する通信シーケンスを行なう際に、前記複数の位置のすべてにおいて最小の周波数帯域幅をデュプリケートして前記送信要求フレームを送信するようにする、
通信方法である。
　また、本願の請求項１０に記載の発明は、空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する空間分割多元接続に対応した通信部と、前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームを変復調する変復調部と、前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームで用いる周波数帯域幅を設定する周波数帯域幅設定部を備えた通信装置における通信動作を制御するための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、
　前記コンピューターを、前記複数ユーザーの各々に対するフレームを処理するとともに、前記変復調部において適用する変調方式及び前記周波数帯域幅設定部で設定する周波数帯域幅をそれぞれ決定するデータ処理部として機能させ、
　前記データ処理部は前記複数ユーザーに対して異なる周波数帯域幅を決定し、周波数帯域幅の異なるフレームを多重化して同時送信する、
コンピューター・プログラムである。
　また、本願の請求項１１に記載の発明は、空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する空間分割多元接続に対応した通信部と、前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームで用いる周波数帯域幅を設定する周波数帯域幅設定部を備えた通信装置における通信動作を制御するための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記周波数帯域設定部は、使用可能な全周波数帯域にわたる複数の位置で最小の周波数帯域幅を設定可能であるとともに、２以上の位置で前記最小の周波数帯域をデュプリケートした周波数帯域を設定可能であり、
　前記コンピューターを、前記複数ユーザーの各々に対するフレームを処理するとともに、前記周波数帯域幅設定部で設定する周波数帯域幅をそれぞれ決定するデータ処理部として機能させ、
　前記データ処理部は、前記複数ユーザーの各々に対して送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信した後に前記複数ユーザーの各々から確認通知（ＣＴＳ）フレームを受信してからデータ・フレームの送信を開始する通信シーケンスを行なう際に、前記複数の位置のすべてにおいて最小の周波数帯域幅をデュプリケートして前記送信要求フレームを送信するようにする、
コンピューター・プログラムである。
　本願の請求項１０、１１に係る各コンピューター・プログラムは、コンピューター上で所定の処理を実現するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムを定義したものである。換言すれば、本願の請求項１０、１１に係る各コンピューター・プログラムをコンピューターにインストールすることによって、コンピューター上では協働的作用が発揮され、本願の請求項１、５に係る通信装置と同様の作用効果をそれぞれ得ることができる。
　また、本願の請求項１２に記載の発明は、
　複数ユーザーに対するフレーム送信に用いる周波数帯域幅をそれぞれ決定し、空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当てて、周波数帯域幅の異なるフレームを多重化して同時送信する第１の通信装置と、
　前記複数ユーザーの各々に該当し、自分宛てのフレームを受信する複数の第２の通信装置と、
を備える通信システムである。
　但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない（以下、同様）。
　また、本願の請求項１３に記載の発明は、使用可能な全周波数帯域にわたる複数の位置で最小の周波数帯域幅を設定可能であるとともに、２以上の位置で前記最小の周波数帯域をデュプリケートした周波数帯域を設定可能な通信システムであって、
　前記複数の位置のすべてにおいて最小の周波数帯域幅をデュプリケートして、前記複数ユーザーの各々に対して送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信するとともに、前記複数ユーザーの各々から確認通知（ＣＴＳ）フレームを受信してからデータ・フレームの送信を開始する第１の通信装置と、
　自局宛ての前記送信要求（ＲＴＳ）フレームを受信して、前記確認通知（ＣＴＳ）フレームを返信する複数の第２の通信装置と、
を備える通信システムである。
　本発明によれば、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続を適用して好適に通信動作を行なうことができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することができる。
　また、本発明によれば、複数ユーザーの各々に対する送信データ長が均一であるとは限らない場合であっても、送信側での総送信電力の急峻な変化を回避しながら、可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することができる。
　また、本発明によれば、ユーザー毎の送信データ長がまちまちであったとしても、同一時間軸上で多重される各フレームを最終的には同じフレーム長で送信することによって、送信側での総送信電力の急峻な変化を回避しながら、可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することができる。
　また、本発明によれば、空間分割多元接続と周波数帯域幅の拡大という２つの方法を併用して複数ユーザー全体でのスループットを向上させることができ、且つ、各ユーザー宛ての送信フレームで用いる変調方式と周波数帯域幅を適応的に設定して、可変長フレーム・フォーマットのフレームを多重して好適に伝送することができる、優れた通信装置及び通信方法、コンピューター・プログラム、並びに通信システムを提供することができる。
　本願の請求項１、８、１０、１２に記載の発明によれば、ユーザー毎に異なる周波数帯域幅を決定し、周波数帯域幅の異なるフレームを多重化して同時送信することができる。）
　本願の請求項２に記載の発明によれば、あるユーザー宛ての送信フレームを、本来の周波数帯域幅よりも狭くすることによって、送信を継続する時間を長くすることができる。また逆に、本来の周波数帯域幅よりも大きくすることによって、送信を継続する時間を短くすることができる。同時送信する各ユーザー宛てのフレームの長さが異なる場合、総送信電力が急峻に変化することに起因して受信側で動作が不安定になる、通信可能な帯域に無駄が生じるといった不具合がある。これに対し、本願の請求項２に記載の発明によれば、ユーザー毎の周波数帯域幅を決定することによって同時送信する複数のフレームの長さを揃えることができ、上記の不具合を解消することができる。また、パディングを行なわずにフレームの長さを揃えるので、帯域を浪費しないで済む。
　本願の請求項３に記載の発明によれば、空間分割多元接続を行なう通信装置が、周波数帯域幅と変調方式を組み合わせることにより空間的に多重する各フレームのフレーム長の制御を行なうことができる。例えば、本来の周波数帯域幅よりも半分に設定することでフレーム長は倍になるが、通信品質が十分高いときには、さらに状態数のより多い変調方式に切り換えることによって、フレーム長を短くして、より綿密なフレーム長の制御を行なうことができる。あるいは、通信品質が良好でないときには、状態数のより少ない変調方式に切り換えることによって、フレーム長を長くすることができ、加えて本来の周波数帯域は場よりも狭くすることで、フレーム長をさらに長くすることができる。
　また、本願の請求項４に記載の発明によれば、ユーザー毎の周波数帯域幅を決定するのみではフレームの長さを調整できないときには、さらにユーザー毎の変調方式を決定することで、より綿密にフレームの長さを制御することができる。
　本願の請求項５、９、１１、１３に記載の発明は、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、８０ＭＨｚといったように、使用可能な全周波数帯域にわたる複数の位置で最小の周波数帯域幅を設定可能である無線ＬＡＮ環境に適用することができる。かかる無線ＬＡＮ環境下では、使用するすべての周波数帯域にわたって帯域を確保する必要がある。本願の請求項５、９、１１、１３に記載の発明によれば、最小の周波数帯域幅でしか動作できない従来規格に従う隠れ端末も、ＲＴＳフレームを受信することが可能となる。したがって、旧来からのＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクを利用して、下位互換性を保ちながら衝突回避を実現することができる。
　本願の請求項６に記載の発明によれば、ＲＴＳフレームの送信先となる各通信局は、最小の周波数帯域幅でしか動作できない従来規格に従ってＣＴＳフレームを返して、ＲＴＳフレームの送信元からデータ・フレームを受信できるようになる。また、複数ユーザーの各々からの確認通知フレームに空間分割多元接続のためのアンテナ重みを学習するための既知シーケンスに含めることで、本願の請求項６に記載の通信装置は、複数ユーザーの各々から受信した確認通知フレームに基づいて、空間分割多元接続のためのアンテナ重みを学習することができる。
　本願の請求項７に記載の発明によれば、ＲＴＳフレームの送信元が、多重フレームの送信先となる端末局毎に使用帯域幅を指定することができる。
　本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
図１は、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を模式的に示した図である。 図２は、空間分割多元接続を適用し、アクセスポイントとして動作する通信装置の構成例を示した図である。 図３は、空間分割多元接続を適用し、端末局として動作する通信装置の構成例を示した図である。 図４は、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習に利用することができるＲＴＳフレームのフォーマット例を示した図である。 図５は、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習に利用することができるＣＴＳフレームのフォーマット例を示した図である 図６は、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習に利用することができるＡＣＫフレームのフォーマット例を示した図である 図７は、図１に示した通信システムにおいて、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０が空間分割多元接続を適用して通信局ＳＴＡ１～ＳＴＡ３に対し多重フレーム伝送する通信シーケンス例を示した図である。 図８は、同一時間軸上で多重されるフレームＡ及びフレームＢの長さが異なる様子を示している。 図９は、空間分割多元接続を行なう通信装置が周波数帯域幅と変調方式を組み合わせることによりフレーム長の制御を行なうための処理手順をフローチャートである。 図１０は、周波数帯域幅の異なるフレームを空間軸上で多重化している様子を例示した図である。 図１１は、８０ＭＨｚ帯域を使用して、２０ＭＨｚ帯域を４つのデュプリケート・モードで送信する様子（ＲＴＳ　８０２．１１、ＲＴＳ　ａｄｄ、ＣＴＳ　８０２．１１の送信時に使用する周波数帯域）を示した図である。 図１２は、ＣＴＳ　ａｄｄフィールド（並びに、データ・フレーム、ＡＣＫフレーム）を送信する際に使用する周波数帯域を示した図である。 図１３Ａは、図１１及び図１２に示した周波数構成を用いたＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクにおける、ＲＴＳ送信元となるアクセスポイント（ＡＰ）の信号送受信シーケンス例を示した図である。 図１３Ｂは、図１１及び図１２に示した周波数構成を用いたＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクにおける、ＲＴＳ受信側となる端末局（ＳＴＡ）の信号送受信シーケンス例を示した図である。 図１４は、ＲＴＳフレーム・フォーマットの変形例を示した図である。 図１５は、ＲＡＮＤＰＡＴを含むＣＴＳ　ａｄｄフィールドを複数のＣＴＳ送信局が同一時刻に送信する様子を示した図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
　図１には、本発明の一実施形態に係る通信システムの構成を模式的に示している。本実施形態に係る通信システムは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１に準拠しており、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御手順にＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクを併用するものとする。
　図示の通信システムは、アクセスポイント（ＡＰ）として動作する通信局ＳＴＡ０と、端末局（ＭＴ）として動作する複数の通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３で構成される。各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３はそれぞれの通信範囲内に通信局ＳＴＡ０を収容し、それぞれＳＴＡ０とは直接通信を行なうことができる（言い換えれば、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０の配下に置かれ、ＢＳＳ（Ｂａｓｉｃ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｓｅｔ）を構成する）。但し、端末局としての各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３が互いの通信範囲内に存在する必要はなく、以下では端末局間での直接通信については言及しない。
　ここで、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０は、複数のアンテナを備えアダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分割多元接続を行なう通信装置からなり、空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当てて、フレーム通信を多重化する。すなわち、ＳＴＡ０は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃなどの新規規格に準拠する通信装置であり、宛て先通信局が異なる２以上のフレームを同一の時間軸上で多重化したり、２以上の通信局が同一の時間軸上で多重化送信した自局宛てのフレームを送信元毎に分離したりして、１対多のフレーム通信を行なう。ＳＴＡ０は、より多くのアンテナを装備することで、空間多重が可能な端末局の台数を増大することができる。勿論、ＳＴＡ０は、空間分割多元接続を適用して各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３と１対多のフレーム通信を行なうだけでなく、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３と個別に１対１でフレーム通信を行なってもよい。
　他方、端末局としての通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、複数のアンテナを備えアダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分割多元接続を行なう通信装置からなるが、受信時のみユーザー分離を行ない、送信時のユーザー分離すなわち送信フレームの多重化を行なわないので、アクセスポイントほどのアンテナ本数を装備する必要はない。なお、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０の配下に置かれる端末局のうち少なくとも一部は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａなどの従来規格に準拠した通信装置であってもよい。言い換えれば、図１に示す通信システムは、該新規規格の通信機が従来規格の通信機と混在する通信環境である。
　図２には、空間分割多元接続を適用する通信装置の構成例を示している。図１に示した通信システムにおいて、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０は、図２に示した構成を備え、新規規格に則って通信動作を行なうものとする。
　図示の通信装置は、アダプティブ・アレイ・アンテナ機能を実現する複数（図示の例では４本）のアンテナ素子２１－１、２１－２、…と、ＲＦ処理部２２と、機能ブロック２３～２８からなる受信処理部と、データ処理部２９と、機能ブロック３０～３５からなる送信ブランチを備えている。アクセスポイントとしての通信局ＳＴＡ０は、アダプティブ・アレイ・アンテナによる空間分割多元接続を行なうが、多くのアンテナ素子を持つことで、多元接続により収容可能な端末局台数を向上することが可能である。
　データ処理部２９は、上位層アプリケーション（図示しない）からの送信要求に応じて送信データを生成する。マッパー３５は、送信データ系列を、データ処理部２９から指示された信号空間に順次マッピングしていく。本実施形態では、マッパー３５は、データ処理部２９からの指示に従って、空間的に多重する各ユーザー宛てのフレームに対する変調方式をそれぞれ切り換える。データ処理部２９は、ユーザー毎のチャネルの通信品質に適応して変調方式を決定する他、フレーム長を制御する目的で変調方式を切り換えるが、この点の詳細については後述に譲る。
　周波数軸割り当て部３４は、マッピングした後の送信データ系列を、周波数軸上の各サブキャリアに順次割り当てていく。本実施形態では、周波数軸割り当て部３４は、データ処理部２９からの指示に従って、空間的に多重する各ユーザー宛てのフレームについて用いる周波数帯域幅をそれぞれ設定する。データ処理部２９は、フレーム長を制御する目的で周波数帯域幅を切り換えるが、この点の詳細については後述に譲る。
　送信重み乗算部３３は、データ処理部２９からの指示に従って、送信データ系列に対して送信重みを乗算して、空間分離を施し、アンテナ素子２１－１、２１－２、…毎の送信ブランチに振り分ける。但し、ここで言う送信時の「空間分離」は、フレームを同時送信するユーザー毎に空間分離するユーザー分離のみを意味するものとする。
　ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ　Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ高速フーリエ逆変換）部３２は、周波数領域に並んだ送信ブランチ毎のサブキャリアを時間軸信号に変換し、さらにＧＩ（ガード・インターバル）挿入部３１でガード・インターバルを付加する。そして、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルターなどで構成される送信ディジタル・フィルター３０にて帯域制限した後、アナログ送信ベースバンド信号に変換する。
　ＲＦ部２２では、アナログＬＰＦにより所望帯域以外の信号成分を除去し、所望のＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）周波数帯へ中心周波数をアップコンバートし、さらに電力増幅によって信号振幅を増幅させる。そして、送信ブランチ毎のＲＦ送信信号は、各アンテナ素子２１－１、２１－２、…から空間に放出される。
　また、ＲＦ部２２では、各アンテナ素子２１－１、２１－２、…での受信信号を低雑音増幅してからアナログ・ベースバンド信号へダウンコンバートし、さらにディジタル受信ベースバンド信号に変換する。
　受信ディジタル・フィルター２３は、ＦＩＲフィルターなどで構成され、ディジタル受信信号に対し帯域の制限をかける。通常の通信機では、受信側でも送信側と同じ特性のディジタル・フィルターが使用される。同期及びＧＩ（ガード・インターバル）除去部２４は、帯域制限が施された後のディジタル受信信号から、フレーム同期を獲得し、さらに周波数オフセット補正、ノイズ推定を行なうとともに、データ送信区間の先頭に付加されたガード・インターバルを除去する。そして、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ高速フーリエ変換）部２５は、受信ブランチ毎の時間軸信号を周波数軸信号に変換する。
　受信重み乗算部２６は、データ処理部２９からの指示に従って、受信ブランチ毎の受信データ信号に対して受信重みを乗算して、空間分離を施す。但し、ここで言う受信時の「空間分離」には、フレームを同時送信するユーザー毎に空間分離するユーザー分離と、空間多重されたＭＩＭＯチャネルを元の複数のストリームに分離するチャネル分離の双方の意味を含むものとする。
　周波数分離部２７は、データ処理部２９からの指示に従って、周波数軸上の各サブキャリアから受信データ系列を分離する。デマッパー２８は、データ処理部２９からの指示に従って、分離された受信データ系列から信号空間上の信号点をデマップして、元の送信データ系列を再現する。データ処理部２９は、再現された送信データを上位層アプリケーション（図示しない）に渡す。
　図３には、空間分割多元接続を適用する通信装置の他の構成例を示している。図１に示した通信システムにおいて、端末局として動作する通信局ＳＴＡ１～ＳＴＡ３のうち空間分割多元接続に対応したものは、図３に示した構成を備え、新規規格に則って通信動作を行なうものとする。
　図示の通信装置は、アダプティブ・アレイ・アンテナ機能を実現する複数（図示の例では２本）のアンテナ素子４１－１、４１－２と、ＲＦ処理部４２と、機能ブロック４３～４８からなる受信処理部と、データ処理部４９と、機能ブロック５０～５５からなる送信ブランチを備えている。
　データ処理部４９は、上位層アプリケーション（図示しない）からの送信要求に応じて送信データを生成する。マッパー５５は、送信データ系列を、データ処理部４９から指示された信号空間に順次マッピングしていく。周波数軸割り当て部５４は、マッピングした後の送信データ系列を、データ処理部４９からの指示に従って、周波数軸上の各サブキャリアに順次割り当てていく。トレーニング信号付加部５３は、データ処理部４９からの指示に従って、送信データ系列をアンテナ素子４１－１、４１－２毎の送信ブランチに振り分けるとともに、送信先でアダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習するために用いるトレーニング信号を付加する。トレーニング信号は、例えば端末局ＳＴＡ１～ＳＴＡ３ごとに固有の既知シーケンスからなる。
　ＩＦＦＴ部５２は、周波数領域に並んだ送信ブランチ毎のサブキャリアを時間軸信号に変換し、さらにガード挿入部５１でガード・インターバルを付加する。そして、送信ディジタル・フィルター５０にて帯域制限した後、アナログ送信ベースバンド信号に変換する。
　ＲＦ部４２では、アナログＬＰＦにより所望帯域以外の信号成分を除去し、所望のＲＦ周波数帯へ中心周波数をアップコンバートし、さらに電力増幅によって信号振幅を増幅させる。そして、送信ブランチ毎のＲＦ送信信号は、各アンテナ素子４１－１、４１－２から空間に放出される。
　また、ＲＦ部４２では、各アンテナ素子４１－１、４１－２での受信信号を低雑音増幅してからアナログ・ベースバンド信号へダウンコンバートし、さらにディジタル受信ベースバンド信号に変換する。
　受信ディジタル・フィルター４３は、ディジタル受信信号に対し帯域の制限をかける。通常の通信機では、受信側でも送信側と同じ特性のディジタル・フィルターが使用される。同期及びガード除去部４４は、帯域制限が施された後のディジタル受信信号から、フレーム同期を獲得し、さらに周波数オフセット補正、ノイズ推定を行なうとともに、データ送信区間の先頭に付加されたガード・インターバルを除去する。そして、ＦＦＴ部４５は、受信ブランチ毎の時間軸信号を周波数軸信号に変換する。
　受信重み乗算部４６は、データ処理部４９からの指示に従って、受信ブランチ毎の受信データ信号に対して受信重みを乗算して、空間分離を施す。但し、ここで言う受信時の「空間分離」には、フレームを同時送信するユーザー毎に空間分離するユーザー分離と、空間多重されたＭＩＭＯチャネルを元の複数のストリームに分離するチャネル分離の双方の意味を含むものとする。
　周波数分離部４７は、データ処理部４９からの指示に従って、周波数軸上の各サブキャリアから受信データ系列を分離する。デマッパー４８は、データ処理部４９からの指示に従って、分離された受信データ系列から信号空間上の信号点をデマップして、元の送信データ系列を再現する。データ処理部４９は、再現された送信データを上位層アプリケーション（図示しない）に渡す。
　図１に示した通信システムにおいて、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０は、自局が備えるアダプティブ・アレイ・アンテナに含まれる各アンテナ素子と通信局ＳＴＡ１～ＳＴＡ３が備える各アンテナ素子との間の伝達関数を取得することによって、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習する。あるいは、各通信相手ＳＴＡ１～ＳＴＡ３から受信した既知シーケンスからなるトレーニング信号に対してＲＬＳ（Ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ　Ｌｅａｓｔ　Ｓｑｕａｒｅ）などの所定の適応アルゴリズムを用いて、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習を行なうことができる。そして、ＳＴＡ０は、いずれかの方法によって学習したアダプティブ・アレイ・アンテナの重みに基づいて各通信局ＳＴＡ１～ＳＴＡ３に対する指向性を形成する。これによって、ＳＴＡ０は、同一時間軸上で多重化した通信局ＳＴＡ１～ＳＴＡ３の各々に宛てた送信フレーム、あるいは同一時間上で多重化された各通信局ＳＴＡ１～ＳＴＡ３からの受信フレームを空間分離することが可能となり、すなわち、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有する空間分割多元接続を実現することができる。
　アクセスポイントとしてのＳＴＡ０は、例えば、通信局ＳＴＡ１～ＳＴＡ３との間で同時並行して行なうＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクを利用して、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習を行なうことができる。
　図４～図６には、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習に利用することができる、ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＡＣＫの各フレームのフォーマット例をそれぞれ示している。
　図４に示すＲＴＳフレーム・フォーマットは、従来規格であるＩＥＥＥ８０２．１１に従うフィールドＲＴＳ　８０２．１１と、空間分割多元接続を適用する新規規格に従う（すなわち、従来規格とは下位互換性のない）付加的なフィールドＲＴＳ　ａｄｄを含んでいる。
　ＲＴＳフレームのうち前者の従来規格に従うフィールド（ＲＴＳ　８０２．１１）は、２オクテットからなるフレーム・コントロール（Ｆｒａｍｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）と、２オクテットからなるデュレーション（Ｄｕｒａｔｉｏｎ）と、それぞれ６オクテットからなるレシーバ・アドレス（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　Ａｄｄｒｅｓｓ：ＲＡ）及びトランスミッタ・アドレス（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ　Ａｄｄｒｅｓｓ：ＴＡ）と、４オクテットからなるフレーム・チェック・シーケンス（Ｆｒａｍｅ　Ｃｈｅｃｋ　Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：ＦＣＳ）で構成される。
　フレーム・コントロールは、さらに細分化されたフォーマットを有するものであり、例えば、フレームの種別やプロトコルのバージョン、再送の有無、データの経路情報といった各種情報が記述される。
　デュレーションは、時間の指定を行なうために設けられる。ＲＴＳフレームを受信した各通信局は、レシーバ・アドレス（ＲＡ）に自局のアドレスが記述されていない場合には、このデュレーションに記述された時間に基づいて、通信動作を控えるべき時間を把握することができる。具体的には、このデュレーションには、ＮＡＶ（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｖｅｃｔｏｒ）と称されるカウンター値が設定される。
　レシーバ・アドレス（ＲＡ）フィールドには、当該フレームを受信させたい通信局のアドレスが記述される。また、トランスミッタ・アドレス（Ｔ Ａ ）フィールドには、当該フレームを送信する通信局のアドレスが記述される。
　フレーム・チェック・シーケンス（ＦＣＳ）は、３２ビットのＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ　Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ　Ｃｈｅｃｋ）である。当該フレームを受信した通信局は、このフレーム・チェック・シーケンスを再計算して、両者が一致するか否かをチェックする。そして、送られてきたフレーム・チェック・シーケンスと一致しなかった場合には、そのフレームは破壊されたものとして廃棄することにより、正しいＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）フレームのみを認識し、処理を行なうことになる。
　また、ＲＴＳフレームのうち後者の新規規格に従うフィールド（ＲＴＳ　ａｄｄ）は、ＭＡＮＵＭ と、複数のレシーバ・アドレス（ＲＡ２，ＲＡ３，…）と、第２のフレーム・チェック・シーケンス（ＦＣＳ２）を備えている。
　ＭＡＮＵＭには、アダプティブ・アレイ・アンテナを用いて空間分割多元接続を行なう端末局の台数が記述される。図１に示す通信システム例では、ＭＡＮＵＭに記述される数は３となる。レシーバ・アドレス（ＲＡ２，ＲＡ３，…）は、（ＭＡＮＵＭに記述された個数－１）個だけ設けられる。すなわち、空間分割多元接続を適用するに際しては、多重化する複数の端末局の各々に対してＣＴＳフレームの返信を要求するために複数の宛て先を指定する必要があることから、ＲＴＳフレームには、合計で、空間分割多元接続を行なう端末局の台数だけレシーバ・アドレスが設けられる。第２のフレーム・チェック・シーケンス（ＦＣＳ２）は、これら付加されたＲＴＳ　ａｄｄフィールドに対するＣＲＣチェックである。なお、ＲＴＳ　ａｄｄフィールドにはＭＡＮＵＭから１を引いた個数のレシーバ・アドレスが設けられるのは、ＲＴＳ　８０２．１１フィールド内にもう１つのレシーバ・アドレス（ＲＡ）フィールドを含むからである。あるいは、ＲＴＳ　８０２．１１フィールドとのレシーバ・アドレスの重複を許容しながら、ＲＴＳ　ａｄｄフィールド内にＭＡＮＵＭの個数だけレシーバ・アドレスを設けるようにしてもよい。
　図４に示すＲＴＳフレームが新規規格に従う上記のＲＴＳ　ａｄｄフィールドを備えるのは、空間分割多元接続を適用する場合に、例えばアクセスポイントは複数の端末局宛てにＲＴＳフレームを送信する必要があるからである。また、前半部分を従来のフォーマットとし、後半部分に新たな要素を付加したのは、従来のＲＴＳフレームしか理解することができない従来規格のみに従う端末との共存を考慮したためである。
　従来フォーマットのＲＴＳフレームしか理解できない端末局（隠れ端末）は、ＲＴＳフレームのうち前者の従来規格に従うＲＴＳ　８０２．１１フィールド内のＦＣＳに基づいてＣＲＣチェックを済ませた後、デュレーションに基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して適当な期間だけ送信動作を控えることで、新規規格に従うＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクとの衝突を回避することができる。
　但し、本発明の要旨は、図４に示したような特定のＲＴＳフレーム・フォーマットに限定されるものではない。
　図５に示すＣＴＳフレーム・フォーマットは、従来規格であるＩＥＥＥ８０２．１１に従うＣＴＳ　８０２．１１フィールドと、空間分割多元接続を適用する新規規格に従う（すなわち、従来規格とは下位互換性のない）付加的なＣＴＳ　ａｄｄフィールドを含んでいる。また、図６に示すＡＣＫフレーム・フォーマットは、従来規格であるＩＥＥＥ８０２．１１に従うＡＣＫ　８０２．１１フィールドと、空間分割多元接続を適用する新規規格に従う（すなわち、従来規格とは下位互換性のない）付加的なＡＣＫ　ａｄｄフィールドを含んでいる。
　前者の従来規格に従うＣＴＳ　８０２．１１フィールド並びにＡＣＫ　８０２．１１フィールドは、２オクテットからなるフレーム・コントロールと、２オクテットからなるデュレーションと、６オクテットからなるレシーバ・アドレスと、４オクテットからなるフレーム・チェック・シーケンスで構成される。これら各要素の意味は、ＲＴＳフレーム中の従来規格に従うフィールドにおけるものと同様である。このうち、レシーバ・アドレスは、自局宛てのＲＴＳフレームを受信した通信局が当該ＲＴＳフレームに記述されたトランスミッタ・アドレスの値をコピーしたものである。ＲＴＳフレームのＲＴＳ　８０２．１１フィールドに対するこれらＣＴＳフレームのＣＴＳ　８０２．１１フィールド及びＡＣＫフレームのＡＣＫ　８０２．１１フィールドの１つの相違は、トランスミッタ・アドレスが設けられていないことである。
　また、ＣＴＳフレームのうち後者の新規規格に従うＣＴＳ　ａｄｄフィールドは、トランスミッタ・アドレス（ＴＡ）と、第２のフレーム・チェック・シーケンス（ＦＣＳ２）と、ＲＡＮＤＰＡＴとを備えている。
　トランスミッタ・アドレス（ＴＡ）には、当該ＣＴＳフレームの送信元アドレスが記述される。第２のフレーム・チェック・シーケンス（ＦＣＳ２）は、新たに付加されたトランスミッタ・アドレス（ＴＡ）に対するＣＲＣチェックである。ＲＡＮＤＰＡＴは、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習するために用いられるランダム・シーケンスであり、当該学習を行なうＣＴＳフレームの宛て先局（すなわち、ＲＴＳフレームの送信元であるアクセスポイント）にとって既知で且つＣＴＳフレームの送信局毎に固有の参照情報（ユニーク・シーケンス）からなる。なお、ＲＡＮＤＰＡＴに対しては、パリティ・チェックは行なわれないが、これはＲＡＮＤＰＡＴがＭＡＣ層で定義されているものの、物理層の用途であることに依拠する。
　また、図６に示すＡＣＫフレームのうち後者の新規規格に従うＡＣＫ　ａｄｄフィールドは、基本的には、ＣＴＳフレームのＣＴＳ　ａｄｄフィールドと同様に、トランスミッタ・アドレス（ＴＡ）と、第２のフレーム・チェック・シーケンス（ＦＣＳ２）と、ＲＡＮＤＰＡＴで構成される。但し、ＡＣＫフレームのＲＡＮＤＰＡＴは、一旦学習した重みを環境変化に適応的に追従させることを主な目的とすることから、ＣＴＳフレームにおけるＲＡＮＤＰＡＴよりもシーケンス長を短くすることができる。
　図５に示すＣＴＳ　ａｄｄフィールド、並びに、図６に示すＡＣＫ　ａｄｄフィールドがトランスミッタ・アドレス（ＴＡ）をそれぞれ備える。これは、空間分割多元接続を適用する場合に、例えばアクセスポイントは複数のＣＴＳ、ＡＣＫフレームを同時に受信することになり、各々のフレームの送信元を識別する（言い換えれば、確認応答がとれた端末局を特定する）必要があるからである。また、前半部分を従来のフォーマットに従うＣＴＳ　８０２．１１フィールド、ＡＣＫ　８０２．１１フィールドとし、後半部分に新たな要素ＣＴＳ　ａｄｄ、ＡＣＫ　ａｄｄを付加したのは、従来のＣＴＳ、ＡＣＫフレームしか理解することができない従来規格にのみ従う端末との共存を考慮したためである。但し、本発明の要旨は、図５、６に示したような特定のＣＴＳ、ＡＣＫのフレーム・フォーマットに限定されるものではない。
　図７には、図１に示した通信システムにおいて、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０が空間分割多元接続を適用して複数の通信局ＳＴＡ１～ＳＴＡ３との間で多重フレーム伝送する通信シーケンス例を示している。図示の例では、ＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクを併用したＣＳＭＡ／ＣＡ手順が実施され、また、図４～図６に示したフレーム・フォーマットが適宜利用されるものとする。なお、図７中の通信局ＳＴＡ４は、図１には含まれないが、従来規格に準拠した（すなわち、図４～図６に示したフレーム中の新規規格に従うＲＴＳ　ａｄｄ、ＣＴＳ　ａｄｄ　ａｄｄの各フィールドを理解できない）通信局であり、通信局ＳＴＡ０～ＳＴＡ３のうち少なくとも１つの通信範囲内の存在する隠れ端末であるとする。
　まず、アクセスポイントとして動作するＳＴＡ０は、事前に物理キャリアセンスを行ない、メディアがクリアであることを確認し、さらにバックオフを行なった後にＲＴＳフレームを送信する。ＳＴＡ０は、ＲＴＳフレームを送信する時点では、まだアダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習していない（すなわち、複数本のアンテナ素子がアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能していない）ことから、無指向性でＲＴＳフレームを送信する。このＲＴＳフレームには、レシーバ・アドレス（ＲＡ，ＲＡ２，ＲＡ３）として、空間分割多元接続を行なう候補である各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３のアドレスが記述される。
　従来規格に従うＳＴＡ４は、自局を宛て先に含まない上記ＲＴＳフレームを受信した場合には、前半のＲＴＳ　８０２．１１フィールド内のデュレーションに記述された情報に基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して、送信動作を控える。
　各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、受信したＲＴＳフレームが自局宛てであることを認識すると、ＲＴＳ　ａｄｄフィールドを受信終了してから所定のフレーム間隔ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ　Ｉｎｔｅｒ　Ｆｒａｍｅ　Ｓｐａｃｅ）が経過した後に、ＲＴＳフレームの送信元であるＳＴＡ０宛てのＣＴＳフレームを同時に送信する。
　ＳＴＡ０は、ＲＴＳフレームを送信完了した後、ＲＴＳフレームの各宛て先局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３からそれぞれ返信されるＣＴＳフレームを受信待機する。ＳＴＡ０は、ＣＴＳフレームを受信する時点では、アダプティブ・アレイ・アンテナの学習を行なっていないことから、いずれか１つのアンテナ素子を用いて同時に複数のＣＴＳフレームを受信する必要がある。ここで、以下の３つの条件を満たす場合には、ＳＴＡ０は、同時に複数のＣＴＳ　８０２．１１フィールド部分を、衝突を回避して受信することが可能となる。
（１）ＯＦＤＭ変調方式を用いていること。
（２）各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の発振器がＳＴＡ０で用いる発振器との周波数誤差を補正するように動作すること。
（３）各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３が送信するＣＴＳ　８０２．１１フィールドの記載内容がすべて同一であること。
　条件（１）のＯＦＤＭ変調方式は、マルチパス・フェージングに強いことが知られている。また、条件（２）は、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３が、ＳＴＡ０からのＲＴＳフレーム受信時に周波数補正を実施することで満足することができる。周波数補正を実施することにより、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３から同時送信されるＣＴＳフレームがＳＴＡ０に到達する遅延時刻は、ガード・インターバル内に収まることが保証される。そして、条件（３）で挙げるように、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３のＣＴＳ　８０２．１１フィールドが同一の記載内容であれば、これらを通常の遅延波と同様に扱うことができ、１つのアンテナ素子を用いて同時に受信することが可能になる。
　各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、同一の記載内容からなるＣＴＳ　８０２．１１フィールドに続いて、ＣＴＳ　ａｄｄフィールドをそれぞれ送信する。図５に示したように、ＣＴＳ　ａｄｄフィールドには、トランスミッタ・アドレス（ＴＡ）が記載されており、ＳＴＡ０は、受信した各々のＣＴＳ　ａｄｄフィールドの送信元を特定することができる。そして、ＳＴＡ０は、これら同時送信されたＣＴＳ　ａｄｄフィールドを複数のアンテナ素子で受信すると、各々に含まれる既知シーケンスＲＡＮＤＰＡＴに基づいて、ＲＬＳアルゴリズムなどの所定の適応アルゴリズムを用いてアダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習する。以降、ＳＴＡ０が持つ複数本のアンテナ素子はアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能し、ＳＴＡ０は空間分割多元接続を行なうことが可能になる。
　他方、従来規格に従うＳＴＡ４は、自局を宛て先に含まない上記ＣＴＳフレームを受信した場合には、前半のＣＴＳ　８０２．１１フィールド内のデュレーションに記述された情報に基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して、送信動作を控える。
　ＳＴＡ０は、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３からのＣＴＳフレームを受信完了してから所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各々に宛てたデータ・フレーム（Ｆｒａｇｍｅｎｔ１－０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ２－０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ３－０）をそれぞれ送信する。ＳＴＡ０は、上記の学習したアダプティブ・アレイ・アンテナの重みを利用することで、複数のデータ・フレームを空間分割多重して同時送信することができる。
　これに対し、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、それぞれ自局宛てのデータ・フレーム（Ｆｒａｇｍｅｎｔ１－０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ２－０、Ｆｒａｇｍｅｎｔ３－０）を受信完了すると、所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、ＡＣＫフレーム（ＡＣＫ１－０、ＡＣＫ２－０、ＡＣＫ３－０）を同時に返信する。
　ＳＴＡ０の複数本のアンテナ素子は既にアダプティブ・アンテナとして機能しており、同時受信した複数のＡＣＫフレーム（ＡＣＫ１－０、ＡＣＫ２－０、ＡＣＫ３－０）を空間分離することができる。ＡＣＫフレームは、図６に示したフレーム・フォーマットからなり、各々のトランスミッタ・アドレスには通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３のアドレスがそれぞれ記載されていることから、ＳＴＡ０は、受信した各ＡＣＫフレームの送信元を特定することができる。また、ＳＴＡ０は、受信した各ＡＣＫフレームに含まれるＲＡＮＤＰＡＴに基づいて、ＲＬＳアルゴリズムなどの所定の適応アルゴリズムを用いて、学習済みのアダプティブ・アレイ・アンテナの重みを、環境変化に適応的に追従させることができる。
　従来規格に従うＳＴＡ４は、自局宛てでない上記データ・フレームを受信した場合には、そのデュレーションに記述された情報に基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して、送信動作を控える。また、従来規格に従うＳＴＡ４は、自局宛てでない上記Ａそのフレームを受信した場合には、そのデュレーションに記述された情報に基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して、送信動作を控える。
　図７に例示した通信シーケンスからも分かるように、空間分割多元接続方式によれば、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有することで、複数ユーザー全体でのスループットを向上させることができる。また、さらにスループットを向上させるために、周波数帯域幅を拡大する方法が挙げられる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは２０ＭＨｚと４０ＭＨｚの帯域幅を使用するが、次世代の無線ＬＡＮ規格ではさらに８０ＭＨｚの帯域幅も使用する可能性がある。
　無線ＬＡＮは、一般にパケット通信方式を採用するが、各ユーザーが通信したいトラフィックの量はまちまちである。また、通信環境の変化に応じて、一定の通信品質を保証するように、変調方式を適応的に切り換えるリンク・アダプテーションが行なわれることが多い。これらの理由により、パケット（フレーム）の長さに相違が生じる。空間分割多元接続により複数のユーザー宛てのフレームを多重化して同時送信する場合、フレーム長の相違により総送信電力の急峻な変化が生じると、受信側での不安定な動作を誘発するなどの問題がある（前述）。また、多重化するフレームの一部が先に終了し、その他のフレームの送信が継続していると、通信可能な帯域を有効に利用できていないことになり、空間分割多元接続の効果が減じられる。図８に示す例では、同一時間軸上で多重されるフレームＡ及びフレームＢの長さが異なる様子を示している。図示の例では、フレームＢの長さが短く、フレームＢを送信終了した以降は通信可能な帯域が無駄になっていることが分かる。
　このため、同一時間軸上で多重されるフレームは、ユーザー毎の送信データ長がまちまちであったとしても、最終的には同じフレーム長で送信される必要がある。
　空間的に多重する複数のフレームのうち短いものに対しパディングを施してフレーム長の長いものに合わせるという方法が考えられるが、ペイロードなどに意味のないデータを埋め込むことは帯域の浪費につながる。
　また、同じ情報ビット数であれば、６４ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）、２５６ＱＡＭのように状態数の多い変調方式に切り換えればフレーム長は短くなり、ＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ：２位相偏移変調）、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　ＰＳＫ：４位相偏移変調）のように状態数の少ない変調方式に切り換えればフレーム長は長くなる。トラフィック量に応じて変調方式を切り換えれば、各ユーザー宛ての複数のフレームの長さを均一化できることは、容易に想到される。しかしながら、リンク・アダプテーションすなわち通信品質を均一化するために変調方式を決定すべきところ、多重化するフレームの長さを均一化するようにフレーム毎の変調方式を決定すると、通信品質が均一でなくなってしまう。例えば、フレーム長を長くするために状態数の少ない変調方式を選択した場合、トラフィックの通信品質よりも過剰に安全となる変調方式を用いることになり、無駄が多くなる。
　他方、周波数帯域幅の異なるフレームが存在する場合、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、８０ＭＨｚそれぞれの帯域幅毎にフレームを仕分けして、同じ周波数帯域幅のフレーム同士を多重化しようとすると、フレーム数が少ない帯域幅のフレームについては多重化して送信する機会が少なくなり、スループットの低下を招く可能性がある。
　そこで、本発明者らは、変調方式と周波数帯域幅の双方の問題を考慮しつつ、同一時間軸上で多重されるフレームの長さを均一にする方法について、以下に提案する。
　２０ＭＨｚの周波数帯域幅を用いる場合、４０ＭＨｚの周波数帯域幅を用いる場合に比べると、約半分のデータ量しか送ることができない。同様に、４０ＭＨｚの周波数帯域幅を用いる場合は、８０ＭＨｚの周波数帯域幅を用いる場合に比べて、約半分のデータ量しか送ることができない。以下の表１には、変調方式と各周波数帯域幅で伝送可能なデータ量の比率を示している。また、表２には、変調方式と各周波数帯域で伝送するフレーム長の比率を示している。同じ変調方式で帯域幅を拡張すると、フレーム長の比率が高くなることから、帯域幅の切り換えには通信品質の劣化を十分考慮すべきである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　例えば、最初に４０ＭＨｚ帯域幅を基準とし、４０ＭＨｚ帯域幅換算でフレームＡの長さを長くする方法は、フレームＡを伝送するチャネルの通信品質に応じて以下の２通りがある。
（１）フレームＡを伝送するチャネルの通信品質が高い場合
　まず、２０ＭＨｚ帯域で送ることにより、伝送可能なデータ量が約半分になるために、フレーム長を倍にすることが可能となる。周波数帯域幅を狭くした結果として、フレーム長がむしろ長過ぎる場合には、チャネルの通信品質が高いので、状態数のより多い変調方式に切り換えることによって、フレーム長を短くすることができる。
（２）フレームＡを伝送するチャネルの通信品質が低い場合
　まず、状態数のより少ない変調方式に切り換えることによって、フレーム長を長くすることができる。それでも、多重化する他のフレームと比較してフレーム長が足りない場合は、周波数帯域幅を４０ＭＨｚ帯域から２０ＭＨｚ帯域に切り換えることにより、フレーム長を長くすることができる。
　図９には、空間分割多元接続を行なう通信装置が、周波数帯域幅と変調方式を組み合わせることにより空間的に多重する各フレームのフレーム長の制御を行なうための処理手順をフローチャートの形式で示している。
　図示の処理手順の初期設定とし、制御対象となるフレームの変調方式及び周波数帯域幅を、当該フレームの長さが最も短くなるものにしておく。
　まず、フレームの送信先となるユーザー毎に空間分離された各チャネルの通信品質を調査し、当該通信品質に応じた変調方式を決定する（ステップＳ１）。例えば、チャネルの通信品質に適した変調方式は１６ＱＡＭであると認定する。
　次いで、上記の表２を参照して、上記ステップＳ１で認定したチャネルの変調方式による最大の周波数帯域幅８０ＭＨｚでのフレーム長に換算して、フレーム長をさらに長くする必要があるか否かをチェックする（ステップＳ２）。
　ここで、フレーム長をこれ以上長くする必要がない、言い換えれば、フレーム長を短くしたいと判断した場合（ステップＳ２のＮｏ）、周波数帯域幅をさらに拡張してフレーム長を短くすることはできず、また、より状態数の多い変調方式に切り換えると通信品質が劣化するため好ましくない。そこで、当該フレームに代えて、当該フレームと空間多重するその他のフレームの長さを調整することに決定する（ステップＳ３）。
　他方、フレーム長をさらに長くしたいと判断した場合には（ステップＳ２のＹｅｓ）、続いて、当該フレームの周波数帯域幅を狭くすることでフレーム長の制御が可能であるかどうかをチェックする（ステップＳ４）。
　当該フレームの周波数帯域幅をさらに狭くすることが可能であるときには（ステップＳ４のＹｅｓ）、周波数帯域幅を、初期設定の８０ＭＨｚよりも狭い２０ＭＨｚ又は４０ＭＨｚに設定する（ステップＳ５）。なお、いずれかの狭い周波数帯域幅に設定しても、多重するフレーム間で長さが揃わないときには、短い方のフレームにパディングを施して長さを均一化するようにしてもよい。
　また、当該フレームの周波数帯域幅をこれ以上狭くすることはできないときには（ステップＳ４のＮｏ）、続いて、変調方式をより状態数の少ないものに切り換えることでフレーム長の制御が可能であるかどうかをチェックする（ステップＳ６）。但し、変調方式を切り換える許容範囲は２段階までとする。３段階以上状態数の少ない変調方式に切り換えると、トラフィックの通信品質よりも過剰に安全となる変調方式を用いることになり、無駄が多くなるからである。
　そして、変調方式をより状態数の少ないものに切り換えることでフレーム長の制御が可能であれば（ステップＳ６のＹｅｓ）、２段階以内の範囲で、状態数のより少ない変調方式に切り換える（ステップＳ７）。例えば、現在の変調方式が１６ＱＡＭであれば、ＱＰＳＫ又はＢＰＳＫに切り換えることができる。
　また、もはや状態数のより少ない変調方式に切り換えてもフレーム長の制御に対応できないときには（ステップＳ６のＮｏ）、当該フレームにパディングを施して、所望のフレーム長となるように調整する（ステップＳ８）。
　なお、図９に示した実施形態では、フレーム長を長くする方向にのみ制御を行なうものとし、短くする方向には制御しないものとする。通信装置は、複数のフレームを空間的に多重する際には、送信フレーム毎に図９に示した処理を順次適用することで、各フレームの長さが極力揃うようにすることができる。
　以上のように、周波数帯域幅と変調方式を組み合わせることにより、フレーム長の制御がより自由度が高くなり、多重化されるフレーム同士の長さを均一化して、効率的な空間分割多重通信を行なうことが可能となる。
　図１０には、周波数帯域幅の異なるフレームを空間軸上で多重化している様子を例示している。同図において、横軸は周波数軸、縦軸は空間軸である。４０ＭＨｚ帯域のＯＦＤＭシンボル１個は１１４個のサブキャリアからなるのに対し、２０ＭＨｚ帯域のＯＦＤＭシンボル１個は５６個のサブキャリアからなり４０ＭＨｚ帯域の約半分である。したがって、図示のように、４０ＭＨｚ帯域のフレーム１個と、２０ＭＨｚ帯域のフレーム２個で帯域幅がほぼ同じになり、空間軸上で多重化している。すなわち、空間軸上で２つのストリームを多重化することで、効率的な通信を実現することができる。
　また、無線ＬＡＮにおいて、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、８０ＭＨｚという複数の周波数帯域が混在する通信環境下で、空間分割多元接続を実現するには、使用する周波数帯域全体にわたって衝突回避を実現する必要がある。
　ＩＥＥＥ８０２．１１ａやＩＥＥＥ８０２．１１ｎを始め多くの無線ＬＡＮシステムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（ＣａｒｒｉｅｒＳｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：搬送波感知多重アクセス）などのキャリアセンスに基づくアクセス制御手順を採り入れて、衝突回避を行なうようにしている。さらに隠れ端末問題を解決する方法論として、ＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクに基づく「仮想キャリアセンス」を併用している。
　ＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクの信号送受信シーケンスは図７にも示した通りである。いわゆる隠れ端末は、自局宛てでない受信フレーム（ＲＴＳ、ＣＴＳ、ＤＡＴＡ、ＡＣＫなど）のデュレーションに基づいてＮＡＶのカウンター値を設定して適当な期間だけ送信動作を控えることで、ＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクとの衝突を回避することができる。
　上述したような複数の周波数帯域が混在する通信環境下では、使用するすべての周波数帯域にわたって、隠れ端末にＮＡＶのカウンター値を適切に設定させ、帯域を確保する必要がある。
　各通信局は、基本的に、自分が使用する周波数帯域の範囲ではフレームを受信することができるが、使用する周波数帯域の範囲を超えてフレームを受信することはできない。具体的には、２０ＭＨｚ帯域を使用する通信端末は、同じ２０ＭＨｚ帯域のフレームしか受信することができない。４０ＭＨｚ帯域を使用する通信端末は、２０ＭＨｚ帯域のフレームを受信することができるが、８０ＭＨｚ帯域のフレームを受信できない。また、８０ＭＨｚ帯域を使用する通信端末は、４０ＭＨｚ帯域、並びに２０ＭＨｚ帯域のいずれのフレームも受信することができる。
　そこで、ＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクにおいて、図１１に示すように、８０ＭＨｚ帯域を使用して、２０ＭＨｚ帯域を４つのデュプリケート・モードでＲＴＳ、並びにＣＴＳの各フレーム（従来規格に従うＲＴＳ　８０２．１１フィールド、ＣＴＳ　８０２．１１フィールドの部分）を送信するようにする。
　図７に示した通信シーケンス例では、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０がＲＴＳフレームを送信するが、図１１に示すように４つのデュプリケート・モードで送信する能力を装備していると期待することができる。他方、端末局として動作する複数の通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、…がＣＴＳフレームを返信するが、すべての端末局が４つのデュプリケート・モードでフレーム送信できる能力を持つとは限らない。各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、…は、それぞれの能力の帯域幅で（若しくは、データ・フレームを本来受信する帯域幅で）ＣＴＳフレームの返信を行なうものとする。
　２０ＭＨｚ帯域幅のチャネルが４チャネルある場合に、２０ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、８０ＭＨｚの各周波数帯域幅を同時に用いて空間分割多元接続を行なう際には、図１１に示すように、ＲＴＳ、ＣＴＳの各フレームのデュレーションを記載したフィールドを、２０ＭＨｚ帯域幅を４バンド使用して（すなわち、４つのデュプリケート・モードで）送信する。これによって、４バンドのうちいずれか１つの２０ＭＨｚ帯域幅でしか受信できない通信局であっても、当該使用帯域でフレーム受信を行なって、ＮＡＶのカウンター値を適切に設定することができるようになる。図１１に示す例は、ＲＴＳ　８０２．１１、ＲＴＳ　ａｄｄ、及び、ＣＴＳ　８０２．１１の各フィールドを送信する際に使用する周波数である。
　また、図１２には、ＣＴＳ　ａｄｄフィールドを送信する際に使用する周波数を示している。ＣＴＳ　ａｄｄフィールドは、ＣＴＳフレーム受信側でアダプティブ・アレイ・アンテナの学習に用いる既知シーケンスＲＡＮＤＰＡＴを含んでいる（前述）。ＲＴＳ送信局は、受信したＣＴＳ　ａｄｄフィールドから、データ・フレーム送信時に使用する周波数帯域で、アダプティブ・アレイ・アンテナの学習を行なう必要がある。したがって、ＣＴＳ送信局は、データ・パケットの通信時に使用する周波数帯域で、ＣＴＳ　ａｄｄフィールドを送信する。８０ＭＨｚ帯域のデータ・パケットを通信するＲＴＳ受信局は、図１１に示したように４つのデュプリケート・モードで送信されたＲＴＳフレームを受信すると、８０ＭＨｚ帯域を使用してＣＴＳ　ａｄｄフィールドを送信する。また、４０ＭＨｚ帯域のデータ・パケットを通信するＲＴＳ受信局は４０ＭＨｚ帯域で、２０ＭＨｚ帯域でデータ・パケットを通信するものは２０ＭＨｚ帯域で、それぞれＣＴＳ　ａｄｄフィールドを送信する。
　図１２に示すように、ローアー４０ＭＨｚ帯とアッパー４０ＭＨｚ帯の２つのＣＴＳ　ａｄｄフィールドを周波数分割により多重することができる。また、アッパー４０ＭＨｚ帯を２０ＭＨｚ帯に分割して２つのデュプリケート・モードとし、ローアー４０ＭＨｚ帯とともに３つのＣＴＳ　ａｄｄフィールドを周波数分割により多重することができる。また、アッパー４０ＭＨｚ帯並びにローアー４０ＭＨｚ帯をそれぞれ２０ＭＨｚ帯に分割して全体として４つのデュプリケート・モードとし、４つのＣＴＳ　ａｄｄフィールドを周波数分割により多重することができる。
　図１２に示す例では、ＣＴＳ受信局（すなわち、ＲＴＳフレームを送信するアクセスポイント）は、同一周波数及び同一時間で最大４つのストリームを空間多重可能なだけの本数のアンテナ素子を備えていることを前提とする。最大で１０台のＲＴＳ受信局からトレーニング用の信号を含んだＣＴＳ　ａｄｄフィールドが同時に返信される。すなわち、空間的には（時分割又は符号分割により）４つのＣＴＳ　ａｄｄフィールドを多重することが可能であるが、周波数方向も併せると、最大で１０人のユーザーを相手としてアダプティブ・アレイ・アンテナの学習を行なうことができる。
　また、ＣＴＳフレームを受信したＲＴＳ送信局は、その後にデータ・フレームを送信する際には、図１２と同様の周波数構成により、複数のユーザー宛てのデータ・フレームを多重すればよい。続いて、データ・フレームを受信したＣＴＳ送信局がＡＣＫフレームを返信する際には、使用する周波数帯域幅に含まれるすべての２０ＭＨｚ帯域で送信すればよい。
　図１１及び図１２に示した周波数構成を用いて、ＲＴＳ送信元となるアクセスポイント（ＡＰ）と、ＲＴＳ受信側となる端末局（ＳＴＡ）の間でＲＴＳ／ＣＴＳハンドシェイクを行なうことができる。図１３Ａ並びに図１３Ｂには、ＲＴＳ送信元となるアクセスポイント（ＡＰ）と、ＲＴＳ受信側となる端末局（ＳＴＡ）の各信号送受信シーケンス例をそれぞれ示している。但し、各図では、図面の簡素化のため、アッパー又はローアーいずれか一方の４０ＭＨｚ帯と、この４０ＭＨｚ帯に含まれる２つの２０ＭＨｚ帯のみを使用するものとする。
　図１４には、ＲＴＳフレーム・フォーマットの変形例を示している。ＲＴＳ　８０２．１１フィールドは、図４に示したフレーム・フォーマット例と同じである。ＲＴＳ　ａｄｄフィールドについては、ＲＴＳフレームの送信先（すなわち、トランスミッタ・アドレス）毎に使用帯域幅（Ｂａｎｄ　Ｗｉｄｔｈ：ＢＷ）を指定するＢＷ　ＲＡ、ＢＷ　ＲＡ１、…をさらに含む点で、図４とは相違する。したがって、図１４に示すフレーム・フォーマットによれば、ＲＴＳフレームを送信するアクセスポイントは、多重フレームの送信先となる端末局毎に使用帯域幅を指定することができる。
　アクセスポイントは、事前に物理キャリアセンスを行なってメディアがクリアであることを確認し、さらにバックオフを行なう。その後に、ＲＴＳフレームを、２０ＭＨｚ帯域幅を２バンド使用して（すなわち、２つのデュプリケート・モードで）送信する。これによって、２バンドのうちいずれか１つの２０ＭＨｚ帯域幅でしか受信できない通信局であっても、当該使用帯域でフレーム受信を行なって、ＮＡＶのカウンター値を適切に設定することができるようになる。
　ＲＴＳフレームの宛て先局である端末局ＳＴＡは、ＲＴＳフレームを受信完了してから所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、ＲＴＳ　ａｄｄで指定された帯域幅で、ＣＴＳフレームの返信を行なう。すなわち、ＳＴＡは、アッパー又はローアーいずれかの２０ＭＨｚ帯域幅で動作するときには、当該２０ＭＨｚ帯でＣＴＳ　８０２．１１フィールド並びに後続のＣＴＳ　ａｄｄフィールドを返信する。また、ＳＴＡは、２０ＭＨｚ帯域幅を２バンド使用して（すなわち、２つのデュプリケート・モードで）動作するときには、ＣＴＳ　８０２．１１フィールド並びに後続のＣＴＳ　ａｄｄフィールドを、２０ＭＨｚ帯域幅の２つのデュプリケート・モードで返信する。また、ＳＴＡは、４０ＭＨｚ帯域幅で動作するときには、まずＣＴＳ　８０２．１１フィールドを２０ＭＨｚ帯域幅の２つのデュプリケート・モードで返信し、続いてＣＴＳ　ａｄｄフィールドを４０ＭＨｚ帯域幅で返信する。
　ＣＴＳフレームのうちＣＴＳ　８０２．１１フィールドについては、図５に示したフレーム・フォーマットと同様でよい。また、アダプティブ・アレイ・アンテナの学習用信号であるＲＡＮＤＰＡＴを含むＣＴＳ　ａｄｄフィールドについては、各端末局は、時分割で送信するか、又は、図１５に示すように同一時刻に送信する。
　アクセスポイントは、端末局から受信するＣＴＳ　ａｄｄフレーム内の学習用既知シーケンスを用いて、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習する。アクセスポイントは、そして、各端末局ＳＴＡからＣＴＳフレームを受信してから所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、データ・フレームを送信開始する。各端末局宛てのデータ・フレームに使用する周波数帯域幅はＲＴＳ　ａｄｄフィールド内で指定しており、アクセスポイントは、複数の端末局宛てのデータ・フレームを空間軸及び周波数軸方向に適宜多重化して送信する。
　端末局は、ＲＴＳ　ａｄｄフィールド内で指定された周波数帯域で、データ・フレームを受信待ちする。そして、端末局は、データ・フレームを受信してから所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、ＲＴＳ　ａｄｄで指定された帯域幅で、ＡＣＫフレームの返信を行なう。すなわち、ＳＴＡは、アッパー又はローアーいずれかの２０ＭＨｚ帯域幅で動作するときには、当該２０ＭＨｚ帯でＡＣＫフレームを返信する。また、ＳＴＡは、２０ＭＨｚ帯域幅を２バンド使用して（すなわち、２つのデュプリケート・モードで）動作するときには、２０ＭＨｚ帯域幅の２つのデュプリケート・モードでＡＣＫフレームを返信する。また、ＳＴＡは、４０ＭＨｚ帯域幅で動作するときにも、ＡＣＫフレームを２０ＭＨｚ帯域幅の２つのデュプリケート・モードで返信する。
　なお、図１３Ａ、図１３Ｂに示した信号送受信シーケンスでは、データ・フレーム及びＡＣＫフレームは、自由に定義したフレーム・フォーマットを使用することができる。何故ならば、隠れ端末は、ＲＴＳ　８０２．１１及びＣＴＳ　８０２．１１のデュレーションに基づいてＮＡＶのカウンター値を設定することにより、送信動作を控えるよう強制されるからである。
　このように本発明によれば、図１に示したような無線ＬＡＮ環境において、複数ユーザーからのストリーム・チャネルを効率的に空間的多重することが可能になるとともに、空間分割多元接続に対応していない従来規格の通信機の同時動作も可能である。
　以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳細に説明してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
　本明細書では、１Ｇｂｐｓという超高スループットの実現を目指すＩＥＥＥ８０２．１１ａｃのような新規の無線ＬＡＮ規格に適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有するその他の無線ＬＡＮシステムや、ＬＡＮ以外のさまざまな無線システムに対しても、同様に本発明を適用することができる。
　要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
　２１…アンテナ素子
　２２…ＲＦ部
　２３…受信ディジタル・フィルター
　２４…同期及びＧＩ除去部
　２５…ＦＦＴ部
　２６…受信重み乗算部
　２７…周波数分離部
　２８…デマッパー
　２９…データ処理部
　３０…送信ディジタル・フィルター
　３１…ＧＩ挿入部
　３２…ＩＦＦＴ部
　３３…送信重み乗算部
　３４…周波数割り当て部
　３５…マッパー
　４１…アンテナ素子
　４２…ＲＦ部
　４３…受信ディジタル・フィルター
　４４…同期及びＧＩ除去部
　４５…ＦＦＴ部
　４６…受信重み乗算部
　４７…周波数分離部
　２８…デマッパー
　４９…データ処理部
　５０…送信ディジタル・フィルター
　５１…ＧＩ挿入部
　５２…ＩＦＦＴ部
　５３…トレーニング信号付加部
　５４…周波数割り当て部
　５５…マッパー
 

Claims (13)

  1. 　空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する空間分割多元接続に対応した通信部と、
    　前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームを変復調する変復調部と、
    　前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームで用いる周波数帯域幅を設定する周波数帯域幅設定部と、
    　前記複数ユーザーの各々に対するフレームを処理するとともに、前記変復調部において適用する変調方式及び前記周波数帯域幅設定部で設定する周波数帯域幅をそれぞれ決定するデータ処理部と、
    を備え、
    　前記データ処理部は前記複数ユーザーに対して異なる周波数帯域幅を決定し、前記通信部は、周波数帯域幅の異なるフレームを多重化して同時送信する、
    通信装置。
  2. 　前記データ処理部は、前記複数ユーザーの各々に対して同時に送信するフレームの長さが同じになるように、ユーザー毎の周波数帯域幅を決定する、
    る請求項１に記載の通信装置。
  3. 　前記データ処理部は、前記複数ユーザーの各々に対して同時に送信するフレームの長さが同じになるように、ユーザー毎の周波数帯域幅及び変調方式を決定する、
    請求項１に記載の通信装置。
  4. 　前記データ処理部は、ユーザー毎の周波数帯域幅を決定するのみではフレームの長さを調整できないときには、さらにユーザー毎の変調方式を決定する、
    請求項３に記載の通信装置。
  5. 　空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する空間分割多元接続部と、
    　前記複数ユーザーの各々に対するフレームで用いる周波数帯域幅を設定する周波数帯域幅設定部と、
    　前記複数ユーザーの各々に対するフレームを処理するとともに、前記周波数帯域幅設定部で設定する周波数帯域幅をそれぞれ決定するデータ処理部と、
    を備え、
    　前記周波数帯域設定部は、使用可能な全周波数帯域にわたる複数の位置で最小の周波数帯域幅を設定可能であるとともに、２以上の位置で前記最小の周波数帯域をデュプリケートした周波数帯域を設定可能であり、
    　前記データ処理部は、前記複数ユーザーの各々に対して送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信した後に前記複数ユーザーの各々から確認通知（ＣＴＳ）フレームを受信してからデータ・フレームの送信を開始する通信シーケンスを行なう際に、前記複数の位置のすべてにおいて最小の周波数帯域幅をデュプリケートして前記送信要求フレームを送信するようにする、
    通信装置。
  6. 　前記通信部は、データ・フレームを前記複数ユーザーの各々に送信する周波数帯域幅で、前記複数ユーザーの各々からの前記確認通知フレームを受信する、
    請求項５に記載の通信装置。
  7. 　前記データ処理部は、従来規格に従うＲＴＳ　８０２．１１フィールドと従来規格に従う必要のないＲＴＳ　ａｄｄフィールドを含むＲＴＳフレームを生成し、且つ、前記ＲＴＳ　ａｄｄフィールドに前記複数ユーザーの各々に対する送信フレームに用いる周波数帯域幅及び周波数位置を記載する、
    請求項５に記載の通信装置。
  8. 　空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する通信方法であって、
    　前記複数ユーザーに対して異なる周波数帯域幅を決定するステップと、
    　周波数帯域幅の異なるフレームを多重化して同時送信するステップと、
    を有する通信方法。
  9. 　空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する通信方法であって、
    　使用可能な全周波数帯域にわたる複数の位置で最小の周波数帯域幅を設定可能であるとともに、２以上の位置で前記最小の周波数帯域をデュプリケートした周波数帯域を設定可能であり、
    　前記複数ユーザーの各々に対して送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信した後に前記複数ユーザーの各々から確認通知（ＣＴＳ）フレームを受信してからデータ・フレームの送信を開始する通信シーケンスを行なう際に、前記複数の位置のすべてにおいて最小の周波数帯域幅をデュプリケートして前記送信要求フレームを送信するようにする、
    通信方法。
  10. 　空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する空間分割多元接続に対応した通信部と、前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームを変復調する変復調部と、前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームで用いる周波数帯域幅を設定する周波数帯域幅設定部を備えた通信装置における通信動作を制御するための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、
    　前記コンピューターを、前記複数ユーザーの各々に対するフレームを処理するとともに、前記変復調部において適用する変調方式及び前記周波数帯域幅設定部で設定する周波数帯域幅をそれぞれ決定するデータ処理部として機能させ、
    　前記データ処理部は前記複数ユーザーに対して異なる周波数帯域幅を決定し、周波数帯域幅の異なるフレームを多重化して同時送信する、
    コンピューター・プログラム。
  11. 　空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当ててフレームを多重化する空間分割多元接続に対応した通信部と、前記通信部内で、前記複数ユーザーの各々に対するフレームで用いる周波数帯域幅を設定する周波数帯域幅設定部を備えた通信装置における通信動作を制御するための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記周波数帯域設定部は、使用可能な全周波数帯域にわたる複数の位置で最小の周波数帯域幅を設定可能であるとともに、２以上の位置で前記最小の周波数帯域をデュプリケートした周波数帯域を設定可能であり、
    　前記コンピューターを、前記複数ユーザーの各々に対するフレームを処理するとともに、前記周波数帯域幅設定部で設定する周波数帯域幅をそれぞれ決定するデータ処理部として機能させ、
    　前記データ処理部は、前記複数ユーザーの各々に対して送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信した後に前記複数ユーザーの各々から確認通知（ＣＴＳ）フレームを受信してからデータ・フレームの送信を開始する通信シーケンスを行なう際に、前記複数の位置のすべてにおいて最小の周波数帯域幅をデュプリケートして前記送信要求フレームを送信するようにする、
    コンピューター・プログラム。
  12. 　複数ユーザーに対するフレーム送信に用いる周波数帯域幅をそれぞれ決定し、空間軸上の無線リソースを複数ユーザーに割り当てて、周波数帯域幅の異なるフレームを多重化して同時送信する第１の通信装置と、
    　前記複数ユーザーの各々に該当し、自分宛てのフレームを受信する複数の第２の通信装置と、
    を備える通信システム。
  13. 　使用可能な全周波数帯域にわたる複数の位置で最小の周波数帯域幅を設定可能であるとともに、２以上の位置で前記最小の周波数帯域をデュプリケートした周波数帯域を設定可能な通信システムであって、
    　前記複数の位置のすべてにおいて最小の周波数帯域幅をデュプリケートして、前記複数ユーザーの各々に対して送信要求（ＲＴＳ）フレームを送信するとともに、前記複数ユーザーの各々から確認通知（ＣＴＳ）フレームを受信してからデータ・フレームの送信を開始する第１の通信装置と、
    　自局宛ての前記送信要求（ＲＴＳ）フレームを受信して、前記確認通知（ＣＴＳ）フレームを返信する複数の第２の通信装置と、
    を備える通信システム。
     
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