JP5391816B2 - 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

Description

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）を適用して複数ユーザー全体でのスループットを向上させ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、ＲＤ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）プロトコルを導入して、排他的なチャネル利用期間（ＴＸＯＰ）内での空間多重フレームをさらに効率的に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。

ＩＥＥＥ８０２．１１を始めして多くの無線ＬＡＮシステムでは、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ ＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ 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、各通信局はランダム・チャネル・アクセス時におけるキャリアの衝突を回避するようにしている。すなわち、送信要求が発生した通信局は、まず所定のフレーム間隔ＤＩＦＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）だけメディア状態を監視し、この間に送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行ない、さらにこの間にも送信信号が存在しない場合に、排他的なチャネルの利用送信権（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｙ：ＴＸＯＰ）を得て、フレームを送信することができる。また、無線通信における隠れ端末問題を解決する方法論として、「仮想キャリアセンス」を挙げることができる。具体的には、通信局は、自局宛てでない受信フレーム中にメディアを予約するためのＤｕｒａｔｉｏｎ（持続時間）情報が記載されている場合には、Ｄｕｒａｔｉｏｎ情報に応じた期間はメディアが使用されているものと予想すなわち仮想キャリアセンスして、送信停止期間（ＮＡＶ：Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ Ｖｅｃｔｏｒ）を設定する。これによって、ＴＸＯＰにおけるチャネルの排他的利用が保証される。

ところで、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。

例えば、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）。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、排他的なチャネル利用期間（ＴＸＯＰ）内でのデータ伝送をさらに効率化するために、ＲＤ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）プロトコルを導入している。通常のＴＸＯＰでは、排他的なチャネル利用権を得た通信局がデータ・フレームを送信する一方向のデータ伝送のみが行なわれる。これに対し、ＲＤプロトコルでは、ＲＤイニシエーターとＲＤレスポンダーという２つの役割が定義され、ＲＤイニシエーターが（ダウンリンクで）送信するＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）フレーム内の特定のフィールドでＲＤＧ（ＲＤ Ｇｒａｎｔ）すなわち逆方向のデータ伝送を許可若しくは委譲することを示すことで、ＲＤレスポンダーは同じＴＸＯＰ内で引き続きＲＤイニシエーター宛てに逆方向（アップリンク）のデータ・フレームを送信することができる（例えば、特許文献２を参照のこと）。

ここで、空間分割多元接続を行なう通信システムは、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が（前述）、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎで規定されているＲＤプロトコルを適用することによって、ＴＸＯＰ内での空間多重フレームをさらに効率的にすることができると思料される。

しかしながら、例えばアクセスポイントがＲＤイニシエーターとして、複数の端末局がＲＤレスポンダーとして、それぞれ役割を果たすという運用形態を考えた場合、複数の端末局からアクセスポイントへアップリングでデータ・フレームを送信する際には、各通信局が同一時間上でフレームを多重しなければ、アクセスポイントはユーザー分離を行なうことができない。

また、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。ところが、各通信局から送信するフレーム長が異なると、アクセスポイント側では、フレーム多重化数が増減することに伴って受信電力が急激に変化し、自動利得制御（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）の点で不安定な動作を誘発することとなり、また、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。

要言すると、複数のＲＤレスポンダーは、アクセスポイント宛てにフレームを同一時間上で送信する必要があり、且つ、上位層から長さが異なる複数のフレームが送られてくるとしても、最終的にＰＨＹ層から送信されるフレームの長さを揃えるようにする必要がある。

特開２００４−３２８５７０号公報 特開２００６−３５２７１１号公報、段落０００６〜０００７

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、ＲＤプロトコルを導入して、ＴＸＯＰ内での空間多重フレームをさらに効率的にすることができる、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、複数のＲＤレスポンダーが、互いのフレーム長を同一にするとともに、同一時間上で送信して、ＲＤイニシエーターへの空間分割多元接続を実現することができる、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、
送受信フレームを処理するデータ処理部と、
フレームを送受信する通信部と、
を備え、
前記データ処理部は、同一時間上で送信すべき複数のフレームの各々に、逆方向のフレーム送信を許可することを示した逆方向許可情報を付加し、
前記通信部は、前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信するとともに、前記複数のフレームを受信した各通信装置から前記逆方向許可情報に従った各フレームを受信する、
ことを特徴と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に係る通信装置の通信部は、重み付けをしてアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能することができる複数のアンテナ素子を備え、前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信するとともに、他の通信装置から同一時間上で送信された複数の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３に記載の発明によれば、請求項１に係る通信装置のデータ処理部は、前記逆方向許可情報で逆方向に送信するフレームのフレーム長を指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１に係る通信装置のデータ処理部は、前記逆方向許可情報で逆方向に送信するフレームの送信開始時刻を指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、
送受信フレームを処理するデータ処理部と、
フレームを送受信する通信部と、
を備え、
逆方向付加情報が付加されたフレームを受信したことに応答して、前記データ処理部は、前記逆方向付加情報で指定されているフレーム長からなる逆方向フレームを生成し、前記通信部は前記逆方向フレームを所定のタイミングで送信する、
ことを特徴とする通信装置である。

また、本願の請求項６に記載の発明は、
送受信フレームを処理するデータ処理部と、
フレームを送受信する通信部と、
を備え、
逆方向付加情報が付加されたフレームを受信したことに応答して、前記データ処理部は逆方向フレームを生成し、前記通信部は前記逆方向付加情報で指定されている送信開始時刻に前記逆方向フレームを送信する、
ことを特徴とする通信装置である。

また、本願の請求項７に記載の発明は、
逆方向のフレーム送信を許可することを示した逆方向許可情報を付加した複数のフレームを生成するステップと、
前記複数のフレームを同一時間上で送信するステップと、
前記複数のフレームを受信した各通信装置から前記逆方向許可情報に従った各フレームを受信するステップと、
を有することを特徴とする通信方法である。

また、本願の請求項８に記載の発明は、通信装置がフレームを送信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、
送受信フレームを処理するデータ処理部、
フレームを送受信する通信部、
として機能させ、
前記データ処理部は、同一時間上で送信すべき複数のフレームの各々に、逆方向のフレーム送信を許可することを示した逆方向許可情報を付加し、
前記通信部は、前記複数のフレームを同一時間上で多重して送信するとともに、前記複数のフレームを受信した各通信装置から前記逆方向許可情報に従った各フレームを受信する、
ことを特徴とするコンピューター・プログラムである。

本願の請求項８に係るコンピューター・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８に係るコンピューター・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に係る通信装置と同様の作用効果を得ることができる。

また、本願の請求項９に記載の発明は、
逆方向のフレーム送信を許可することを示した逆方向許可情報を付加した複数のフレームを同一時間上で送信する第１の通信装置と、
前記複数のフレームのうち自局宛てのものを受信し、前記逆方向許可情報の指定に従って前記第１の通信局宛ての逆方向フレームを送信する複数の第２の通信装置と、
で構成され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。

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。

本願の請求項１、２、７乃至９に記載の発明によれば、空間分割多元接続を行なう通信システムに、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎで規定されているＲＤプロトコルを適用することによって、例えばアクセスポイントが獲得したＴＸＯＰ内で複数の端末局宛てに空間多重フレームを送信したのに引き続き、各端末局から逆方向にフレーム送信を行なうことができるので、ＴＸＯＰ内での空間多重フレームをさらに効率的にすることができる。

逆方向許可情報に従って送信される逆方向のフレームの長さが同じでない場合、複数の逆方向フレームを受信する側では、受信中にフレーム多重化数が増減することに伴って、ＡＧＣの点で不安定な動作を発生してしまうという問題がある。これに対し、本願の請求項３、５に記載の発明によれば、逆方向許可情報で逆方向に送信するフレームのフレーム長を指定するので、逆方向フレームの各送信側が指定を遵守してフレーム長を均一化することによって、ＡＧＣの動作が不安定になるのを回避することができる。

また、逆方向許可情報を付加した複数のフレームのフレーム長が同じでない場合には、各フレームの宛て先局がフレーム受信を終了してから逆方向のフレームを送信開始するタイミングが区々となり、複数の逆方向フレームが同一時間上で多重されなくなってしまう。これに対し、本願の請求項４、６に記載の発明によれば、逆方向許可情報で逆方向フレームの送信開始時刻を指定するので、逆方向フレームの各送信側が指定を遵守して同一時間上で送信することによって、複数の逆方向フレームを好適に多重することができる。

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、複数ユーザーの多重化を行なうことができ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せず、ＩＥＥＥ８０２．１１ａなどの従来規格に準拠した通信装置の構成例を示した図である。 図４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動作する通信局ＳＴＡ０がデータ送信元となり、端末局として動作する各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がデータ送信先となり、ＳＴＡ０が各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３宛ての送信フレームを空間軸上で多重して同時送信する場合の通信シーケンス例を示した図である。 図５は、図４に示した通信シーケンス例に、ＲＤプロトコルを適用した変形例を示した図である。 図６は、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０がデータ送信元となり、端末局として動作する各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がデータ送信先となる場合において、ＲＤプロトコルを適用して各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３が逆方向に送信するフレームのフレーム長を同一にする通信シーケンス例を示した図である。 図７は、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０がデータ送信元となり、端末局として動作する各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がデータ送信先となる場合において、ＲＤプロトコルを適用して各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３が逆方向のデータ・フレームを同一時間上で送信する通信シーケンス例を示した図である。 図８は、図２に示した通信装置が、図５乃至図７に示した通信シーケンスにおいて、アクセスポイント（ＳＴＡ０）として動作して、複数の通信局宛てのフレームを同一時間上で多重送信するための処理手順を示したフローチャートである。 図９は、図２に示した通信装置が、図５乃至図７に示した通信シーケンスにおいて、いずれかの端末局（ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３）として動作して、複数の通信局宛てのフレームを同一時間上で多重送信するための処理手順を示したフローチャートである。

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。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、端末局のうち少なくとも一部の端末局は、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し、複数ユーザーの多重化を行なうことができ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や、端末局として動作する通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３のうち一部の空間分割多元接続に対応したものは、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、それぞれアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎを備えたＮ本の送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎと、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎと接続して、送受信データの処理を行なうデータ処理部２５で構成される（但し、Ｎは２以上の整数）。これら複数のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎは、適当なアダプティブ・アレイ・アンテナの重みをかけることによって、アダプティブ・アレイ・アンテナとして機能することができる。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。

各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎ内では、各アンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎが、共用器２２−１、２２−２、…、２２−Ｎを介して、送信処理部２３−１、２３−２、…、２３−Ｎ並びに受信処理部２４−１、２４−２、…、２４−Ｎに接続されている。

データ処理部２５は、上位層アプリケーションからの送信要求に応じて送信データを生成すると、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎに振り分ける。また、通信装置がアクセスポイントとして動作するＳＴＡ０の場合、データ処理部２５は、上位層アプリケーションからの送信要求に応じて、複数のユーザーすなわち各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３宛ての送信データを生成すると、送受信ブランチ毎のアダプティブ・アレイ・アンテナの送信重みを乗算して空間分離してから、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎ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。

各送信処理部２３−１、２３−２、…、２３−Ｎは、データ処理部２５から供給されたディジタル・ベースバンド送信信号に対し、符号化、変調などの所定の信号処理を施した後にＤ／Ａ変換して、さらにＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号へのアップコンバートし、電力増幅する。そして、かかる送信ＲＦ信号は、共用器２２−１、２２−２、…、２２−Ｎを介してアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎに供給され、空中に放出される。

一方、各受信処理部２４−１、２４−２、…、２４−Ｎでは、アンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−ＮからのＲＦ受信信号が共用器２２−１、２２−２、…、２２−Ｎを介して供給されると、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、その後にＤ／Ａ変換し、さらに所定の復号、復調などの所定の信号処理を施す。

データ処理部２５は、各受信処理部２４−１、２４−２、…、２４−Ｎから入力されるディジタル受信信号に対してアダプティブ・アレイ・アンテナの受信重みをそれぞれ乗算して空間分離し、ユーザー毎すなわち通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各々からの送信データを再現すると、上位層アプリケーションに渡す。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。

ここで、データ処理部２５は、複数のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎは、アダプティブ・アレイ・アンテナを機能させるために、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎに振り分けた送信データに対してアダプティブ・アレイ・アンテナの送信重みをかけ、また、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎからの受信データに対してアダプティブ・アレイ・アンテナの受信重みをかけるよう、各送信処理部２３−１、２３−２、…、２３−Ｎ並びに各受信処理部２４−１、２４−２、…、２４−Ｎを制御する。また、データ処理部２５は、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３との空間分割多元接続に先立ち、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習しておく。例えば、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（後述）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。

データ処理部２５は、例えば図１に示す通信システムで実装されるメディア・アクセス制御（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＭＡＣ）方式における通信プロトコルの各層の処理を実行する。また、各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎは、例えばＰＨＹ層に相当する処理を実行する。後述するように、上位層から送られてくるフレームを最終的にＰＨＹ層から送信される際に所定の長さとなるように調整するようになっている。但し、かかるフレーム長の制御は、データ処理部２５又は各送受信ブランチ２０−１、２０−２、…、２０−Ｎのいずれで行なうかは特に限定されない。

なお、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。

また、図３には、空間分割多元接続を適用せず、ＩＥＥＥ８０２．１１ａなどの従来規格に準拠した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、端末局として動作する通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３の中には、図３に示した構成を備え、従来規格に則ってのみ通信動作を行なうものも存在する。

図示の通信装置は、アンテナ素子３１を備えた送受信ブランチ３０と、この送受信ブランチ３０と接続して、送受信データの処理を行なうデータ処理部３５で構成される。また、送受信ブランチ３０内では、アンテナ素子３１が、共用器３２を介して、送信処理部３３並びに受信処理部３４に接続されている。

データ処理部３５は、上位層アプリケーションからの送信要求に応じて送信データを生成して、送受信ブランチ３０に出力する。送信処理部３３は、ディジタル・ベースバンド送信信号に対し、符号化、変調などの所定の信号処理を施した後、Ｄ／Ａ変換し、さらにＲＦ信号へのアップコンバートし、電力増幅する。そして、かかる送信ＲＦ信号は、共用器３２を介してアンテナ素子３１に供給され、空中に放出される。

一方、受信処理部３４では、アンテナ素子３１からのＲＦ受信信号が共用器３２を介して供給されると、低雑音増幅してからアナログ・ベースバンド信号へアップコンバートし、その後にＤ／Ａ変換して、さらに所定の復号、復調などの所定の信号処理を施す。データ処理部３５は、受信処理部３４から入力されるディジタル受信信号から元の送信データを再現して、上位層アプリケーションに渡す。

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、複数本のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎに対してアダプティブ・アレイ・アンテナの重みをかけることによってアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能させて、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３に対する指向性を形成することができる。この結果、空間軸上の無線リソースをユーザー毎に分離して、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３宛ての複数のフレームを多重化して同時送信することができる。また、ＳＴＡ０は、アダプティブ・アレイ・アンテナとして機能することによって、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３から同時送信された各フレームを空間軸上でユーザー毎に分離して受信処理することができる。

ここで、複数本のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎがアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能するためには、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習を事前に行なう必要がある。例えば、ＳＴＡ０は、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３からそれぞれ受信した既知シーケンスからなるトレーニング信号から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ことができる。あるいは、ＳＴＡ０は、複数の通信相手の各々から受信した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直接行なうことができる。

いずれの方法にせよ、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習を行なうＳＴＡ０は、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３にトレーニング信号を送ってもらう必要がある。また、従来規格にのみ従う通信装置が混在する通信環境下では、通常のフレーム交換シーケンスをキャリアの衝突を回避しながら実施しなければならないのと同様に、従来規格にのみ従う通信装置による干渉を回避しながら、トレーニング信号を伝送させなければならない。すなわち、ＳＴＡ０は、従来規格との下位互換性を保ちながらアダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習を行なう必要がある。

図４には、トレーニング信号に基づいてアダプティブ・アレイ・アンテナの重みを学習するための通信シーケンス例を示している。図示の例では、学習を行なう通信局がトレーニング信号の送信を要求するトレーニング要求（ＴＲＱ：Ｔｒａｉｎｉｎｇ ＲｅＱｕｅｓｔ）フレームを送信し、ＴＲＱフレームを受信した各周辺局がそれぞれ学習に用いる既知シーケンスを含んだトレーニング・フレームを返信するようになっている。なお、図４中の通信局ＳＴＡ４は、図１には含まれないが、従来規格にのみ準拠した通信局であり、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。

アクセスポイントとしてのＳＴＡ０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った後に、排他的にチャネルを利用することができる期間ＴＸＯＰを獲得することができる。アクセスポイントは、このＴＸＯＰを利用して、ＴＲＱフレームを送信する。この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２１−１、２１−２、…、２１−Ｎ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ＴＲＱフレームを送信する。

ＴＲＱフレームは、従来規格であるＩＥＥＥ８０２．１１に従うフィールドを含み、ＴＲＱフレームの宛て先でない通信局（隠れ端末）に対し、一連の信号送受信シーケンスが終了するまで（図示の例では、ＡＣＫの送信が完了するまで）の期間に相当するＮＡＶのカウンター値を設定することを要求するデュレーション情報が記載されているものとする。

従来規格に従うＳＴＡ４は、自局を宛て先に含まない上記ＴＲＱフレームを受信した場合には、当該フレーム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。

また、図１に示した通信局配置では、ＳＴＡ０から送信されたＴＲＱフレームは各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３に届く。これに対し、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３は、宛て先アドレスに自局のアドレスが記載されたＴＲＱフレームを受信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、アダプティブ・アレイ・アンテナの学習に用いることができる既知シーケンスを含んだトレーニング・フレームをそれぞれ返信する。

本実施形態では、従来規格との下位互換性を保ちながらアダプティブ・アレイ・アンテナの重みの学習を行なうために、トレーニング・フレームは、従来規格であるＩＥＥＥ８０２．１１に従う前半のフィールドと、従来規格とは下位互換性のない、トレーニング用の既知シーケンスを含んだ後半のフィールドからなる。前半の従来規格に従うフィールド内では、従来規格に準拠した周辺局が一連の信号送受信シーケンスが終了するまでの期間にわたり送信動作を控えさせるために、後にＡＣＫの送信が完了する時点までは当該トレーニング・フレームが続くと誤認させるよう、記載の偽装（ｓｐｏｏｆｉｎｇ）を施すものとする。なお、Ｓｐｏｏｆｉｎｇ技術の詳細については、例えば本出願人に既に譲渡されている特開２００８−２５２８６７号公報を参照されたい。

また、図４に示す例では、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３は、トレーニング・フレームを同時送信するようになっている。

ここで、各トレーニング・フレームを時分割で送信する方法も考えられる。しかしながら、時分割送信すると、トレーニング・フレームを返信する（すなわち、学習しなければならない）通信局の台数の増加とともにすべてのトレーニング・フレームの送信が終了するまでの期間（すなわち、周辺局にとっての送信待機期間）が長くなってしまうため、システム全体のスループットの低下やオーバーヘッドの増大を招来する。また、時間軸上で後方に送信されるトレーニング・フレームしか受信できない周辺局（隠れ端末）は、トレーニング・フレームが届く前にＮＡＶのカウンター値が消滅して、送信動作を開始してしまう可能性があり、キャリアの衝突を回避できなくなる。これらの理由により、本実施形態では、トレーニング・フレームを同時送信する。

一方、ＳＴＡ０は、ＴＲＱフレームを送信完了した後、ＴＲＱフレームの各宛て先局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３からそれぞれ返信されるトレーニング・フレームを受信待機する。ＳＴＡ０は、トレーニング・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トレーニング・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、同時送信されるトレーニング・フィールドのうち前半の下位互換性を持つフィールド部分を、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が送信するトレーニング・フレームの該当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ＴＲＱ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トレーニング・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の該当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。

また、トレーニング・フレームのうち、従来規格とは下位互換性のない、トレーニング用の既知シーケンスを含んだ後半のフィールドについては、ＳＴＡ０は、複数のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎを用いて受信する。あらかじめ各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３にそれぞれ固有のコード・シーケンスをトレーニング用の既知シーケンスとして割り当てておくことにより、ＳＴＡ０は、各々のシーケンスを空間的に分離することができる。但し、空間分割によって多元接続する通信局の台数が増大すると、各々を区別する必要から、既知シーケンスは自ずと長くなる。

そして、ＳＴＡ０は、各既知シーケンスに基づいて、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２１−１、２１−２、…、２１−Ｎ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、従来規格にのみ従うＳＴＡ４は、自局を宛て先に含まない上記トレーニング・フレームを受信した場合には、ｓｐｏｏｆｉｎｇ（前述）により後続のＡＣＫフレームの送信終了時刻までトレーニング・フレームが継続するものと誤認して、送信動作を控える。

ＳＴＡ０は、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３からのトレーニング・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（ＤＡＴＡ０−１、ＤＡＴＡ０−２、ＤＡＴＡ０−３）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（ＤＡＴＡ０−１、ＤＡＴＡ０−２、ＤＡＴＡ０−３）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２１−１、２１−２、…、２１−Ｎ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）をユーザー毎に空間分離することができる。例えば、各ＡＣＫフレームに各々のトランスミッタ・アドレスとして通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３のアドレスがそれぞれ記載しておくことにより、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、ＡＣＫフレームにもトレーニング用の既知シーケンスを含ませておくと、ＳＴＡ０は、受信した各ＡＣＫフレームに含まれる既知シーケンスに基づいて、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ＡＣＫ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４に例示した通信シーケンスからも分かるように、空間分割多元接続を行なうＳＴＡ０は、アダプティブ・アレイ・アンテナの重みを好適に学習することができるとともに、さらに学習した後は、空間軸上の無線リソースを複数のユーザーで共有して複数ユーザー宛ての複数のデータ・フレームを多重化して送信することで、１対多すなわち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。

既に述べたように、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、ＴＸＯＰ内でのデータ伝送をさらに効率化するために、ＲＤプロトコルを導入している。図５には、図４に示した通信シーケンス例に、ＲＤプロトコルを適用した変形例を示している。この場合、各端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３からアクセスポイントへデータ・フレームを同時送信することで、１つのＴＸＯＰ内で、アップリンクとダウンリンクのデータ伝送が行なわれる。但し、図５では、アクセスポイントとしてのＳＴＡ０がＲＤイニシエーターとなり、各端末局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がＲＤレスポンダーとして動作するものとする。

アクセスポイントとしてのＳＴＡ０は、事前のキャリアセンスとバックオフを行なって、ＴＸＯＰを獲得すると、まず、ＴＲＱフレームを送信する。

これに対し、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３は、宛て先アドレスに自局のアドレスが記載されたＴＲＱ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、アダプティブ・アレイ・アンテナの学習に用いることができる既知シーケンスを含んだトレーニング・フレームを同時に返信する。

ＳＴＡ０は、各トレーニング・フレームに含まれる既知シーケンスに基づいて、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２１−１、２１−２、…、２１−Ｎ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。

そして、ＳＴＡ０は、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３からのトレーニング・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、ダウンリンク、すなわち各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各々に宛てたデータ・フレーム（ＤＡＴＡ０−１、ＤＡＴＡ０−２、ＤＡＴＡ０−３）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。

また、ＳＴＡ０は、各データ・フレーム（ＤＡＴＡ０−１、ＤＡＴＡ０−２、ＤＡＴＡ０−３）のＭＡＣフレーム内で、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３に対して、ＲＤＧ（ＲＤ Ｇｒａｎｔ：逆方向許可）を示す。

各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、ＲＤプロトコルにより逆方向すなわちアップリンクのデータ伝送が許可若しくは委譲されていることを認識すると、データ・フレームを受信完了して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）を同時に返信し、さらに引き続いてＳＴＡ０宛ての逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）をそれぞれ送信する。

ＳＴＡ０は、複数本のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎが既にアダプティブ・アンテナとして機能しており、同時受信した複数の逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）をユーザー毎に空間分離することができる。そして、ＳＴＡ０は、各データ・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宛てのＡＣＫフレームを同時に返信する。

図５に示した通信シーケンス例では、ＲＤプロトコルに従って各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３から同時送信される逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）を同一のフレーム長として描いている。しかしながら、多くの無線ＬＡＮシステムでは、可変長フレーム・フォーマットが採用されており、上位層から渡される時点でユーザー毎のフレーム長が区々であることが想定される。そして、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３のＰＨＹ層から最終的に出力される各データ・フレームのフレーム長も区々のままでは、これらを受信するＳＴＡ０では、データ・フレームの受信中にフレーム多重化数が増減することに伴って、ＡＧＣの点で不安定な動作を発生してしまう。

そこで、本実施形態では、ＲＤプロトコルに従ってＳＴＡ０に対しアップリンクでデータ・フレームを同時送信する各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、各々の逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）を、最終的にＰＨＹ層から出力する際のフレーム長を揃えて出力するようにしている。

なお、ここで言うフレームの「長さ」とは、時間的な長さ、シンボル数、ビット数、データ・サイズの意味を含むものとする。また、フレームへのパッディングは、ビットあるいはシンボルを最小単位として行なうことができる。

図６には、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０がデータ送信元となり、端末局として動作する各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がデータ送信先となる場合において、ＲＤプロトコルを適用して各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３が逆方向に送信するフレームのフレーム長を同一にする通信シーケンス例を示している。

アクセスポイントとしてのＳＴＡ０は、事前のキャリアセンスとバックオフを行なって、ＴＸＯＰを獲得すると、まず、ＴＲＱフレームを送信する。

これに対し、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３は、宛て先アドレスに自局のアドレスが記載されたＴＲＱ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、アダプティブ・アレイ・アンテナの学習に用いることができる既知シーケンスを含んだトレーニング・フレームを同時に返信する。

ＳＴＡ０は、各トレーニング・フレームに含まれる既知シーケンスに基づいて、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２１−１、２１−２、…、２１−Ｎ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。

そして、ＳＴＡ０は、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３からのトレーニング・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、ダウンリンク、すなわち各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各々に宛てたデータ・フレーム（ＤＡＴＡ０−１、ＤＡＴＡ０−２、ＤＡＴＡ０−３）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。

また、ＳＴＡ０は、各データ・フレーム（ＤＡＴＡ０−１、ＤＡＴＡ０−２、ＤＡＴＡ０−３）のＭＡＣフレーム内で、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３に対して、ＲＤＧ（ＲＤ Ｇｒａｎｔ：逆方向許可）を示す。

各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、ＲＤプロトコルにより逆方向すなわちアップリンクのデータ伝送が許可若しくは委譲されていることを認識すると、データ・フレームを受信完了して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）を同時に返信し、さらに引き続いてＳＴＡ０宛ての逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）をそれぞれ送信する。

このとき、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、自局のＰＨＹ層が最終的に出力するデータ・フレームのフレーム長が一定になるよう、フレーム長の調整処理を行なう。

ここで、各フレームの長さを同じするための処理方法の一例は、所定長に満たないフレームのデータ部にパッディングを行なうことである。図示の例では、ＤＡＴＡ１−０よりも短いＤＡＴＡ２−０並びにＤＡＴＡ３−０にパッディングがそれぞれ施されている。パッディングに利用されるビット又はシンボルは、パッディングされたフレームを交換する通信装置間で既知であることが好ましい。

また、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３がアップリンクで送信するデータ・フレームの最終的なフレーム長を同じにするためには、揃えるべきフレーム長をあらかじめ各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３に認識させる必要がある。例えば、アクセスポイントＳＴＡ０がＲＤＧを示す際に併せて共通のフレーム長を通知する方法や、アップリンクのフレーム長を通信プロトコルで規定しておく方法を挙げることができる。

なお、図６に示す例では、データ部の後方にパッディング領域をまとめて配置しているが、本発明の要旨は特定のパッディング方法に限定されるものではない。図示しないが、データ部の前方にパッディング領域をまとめて配置する方法や、パッディング領域を細かく分割して、データ部全体にわたって分散してパッディング位置を配置する方法、さらには、データ部内で均一に分散してパッディング位置を配置する方法や、データ部内で不均一に分散してパッディング位置を配置する方法も挙げることができる。

ＳＴＡ０は、複数本のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎが既にアダプティブ・アンテナとして機能しており、同時受信した複数の逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）をユーザー毎に空間分離することができる。そして、ＳＴＡ０は、分離した各データ・フレームからパッディングされたシンボルを取り除き、データを復号する。また、ＳＴＡ０は、各データ・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宛てのＡＣＫフレームを同時に返信する。

また、図５に示した通信シーケンス例では、アクセスポイントＳＴＡ０から各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各々に宛てたデータ・フレーム（ＤＡＴＡ０−１、ＤＡＴＡ０−２、ＤＡＴＡ０−３）を同一のフレーム長として描いている。しかしながら、可変長フレーム・フォーマットが採用されている場合には、これら同一時間上で多重される複数のデータ・フレームのフレーム長が同一であるとは限らない。このような場合、多重されたデータ・フレームの宛て先である各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３が、それぞれ自局でデータ・フレームを受信終了した時刻を基準にしてアップリンクのデータ・フレームの伝送を開始しようとすると、逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）は同一時間上で多重されず、この結果、アクセスポイントＳＴＡ０はユーザー分離を行なうことができなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、ＲＤプロトコルに従ってＳＴＡ０に対しアップリンクでデータ・フレームを同時送信する各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、各々のＲＤＧを示したフレームの受信終了時刻に拘わらず、各々の逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）を、同一時間上で送信するようにしている。また、各々の逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）は一定のフレーム長からなるものとする。

なお、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、アップリンクでフレームを送信する時刻を互いに認識する必要がある。例えば、アクセスポイントＳＴＡ０がＲＤＧを示す際に、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３のフレーム送信時刻の情報を合わせて通知する方法などが挙げられる。

図７には、アクセスポイントとして動作する通信局ＳＴＡ０がデータ送信元となり、端末局として動作する各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３がデータ送信先となる場合において、ＲＤプロトコルを適用して各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３が逆方向のデータ・フレームを同一時間上で送信する通信シーケンス例を示している。

アクセスポイントとしてのＳＴＡ０は、事前のキャリアセンスとバックオフを行なって、ＴＸＯＰを獲得すると、まず、ＴＲＱフレームを送信する。

これに対し、各通信局ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３は、宛て先アドレスに自局のアドレスが記載されたＴＲＱ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、アダプティブ・アレイ・アンテナの学習に用いることができる既知シーケンスを含んだトレーニング・フレームを同時に返信する。

ＳＴＡ０は、各トレーニング・フレームに含まれる既知シーケンスに基づいて、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２１−１、２１−２、…、２１−Ｎ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。

そして、ＳＴＡ０は、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３からのトレーニング・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、ダウンリンク、すなわち各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３の各々に宛てたデータ・フレーム（ＤＡＴＡ０−１、ＤＡＴＡ０−２、ＤＡＴＡ０−３）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。

また、ＳＴＡ０は、各データ・フレーム（ＤＡＴＡ０−１、ＤＡＴＡ０−２、ＤＡＴＡ０−３）のＭＡＣフレーム内で、各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３に対して、ＲＤＧ（ＲＤ Ｇｒａｎｔ：逆方向許可）を示す。但し、ＳＴＡ０が各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３に送信する各データ・フレームのフレーム長は、図示の通り区々であり、ＤＡＴＡ２−０並びにＤＡＴＡ３−０はＤＡＴＡ１−０よりも短い。

各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３は、ＲＤプロトコルにより逆方向すなわちアップリンクのデータ伝送が許可若しくは委譲されていることを認識すると、それぞれ自局のＰＨＹ層が最終的に出力するデータ・フレームのフレーム長が一定になるよう、フレーム長の調整処理を行なう。上述したように、ＳＴＡ０が各通信局ＳＴＡ１、ＳＴＡ２、ＳＴＡ３に送信する各データ・フレームのフレーム長は区々であり、各通信局でデータ・フレームを受信終了時刻は一致しないが、ＲＤＧに併せて通知された同一時間上で、ＡＣＫフレーム（ＡＣＫ１−０、ＡＣＫ２−０、ＡＣＫ３−０）を同時に返信し、さらに引き続いてＳＴＡ０宛ての逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）をそれぞれ送信するようにする。

ＳＴＡ０は、複数本のアンテナ素子２１−１、２１−２、…、２１−Ｎが既にアダプティブ・アンテナとして機能しており、同時受信した複数の逆方向データ・フレーム（ＤＡＴＡ１−０、ＤＡＴＡ２−０、ＤＡＴＡ３−０）をユーザー毎に空間分離することができる。そして、ＳＴＡ０は、分離した各データ・フレームからパッディングされたシンボルを取り除き、データを復号する。また、ＳＴＡ０は、各データ・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宛てのＡＣＫフレームを同時に返信する。

図８には、図２に示した通信装置が、図５乃至図７に示した通信シーケンスにおいて、アクセスポイント（ＳＴＡ０）として動作して、複数の通信局宛てのフレームを同一時間上で多重送信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。上述したように、通信シーケンスではＲＤプロトコルが適用され、アクセスポイントはＲＤイニシエーターとしての役割を果たす。

当該処理ルーチンは、上位層でデータ送信要求が発生し、又は、アップリンクのデータ受信要求が発生したことに応じて起動する。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などしてＴＸＯＰを獲得すると、データを多重して送信したい（若しくは、アップリンクでデータを受信したい）１以上の端末局（ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３）に対して、トレーニング要求（ＴＲＱ）フレームを送信する（ステップＳ１）。

そして、アクセスポイントは、ＴＲＱフレームを送信完了してから、所定のフレーム間隔ＳＩＦＳ（Ｓｈｏｒｔ Ｉｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ）が経過すると、各トレーニング要求先（ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３）から返信されるトレーニング・フレームの受信を待機する（ステップＳ２）。

ここで、アクセスポイントは、いずれのトレーニング要求先（ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３）からもトレーニング・フレームを受け取ることができなかったときには（ステップＳ３のＮｏ）、ＴＲＱフレームの再送処理に移行する。但し、フレーム再送処理手順の詳細については、説明を省略する。

一方、アクセスポイントは、いずれか１以上のトレーニング要求先（ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３）からトレーニング・フレームを受け取ることができたときには（ステップＳ３のＹｅｓ）、受信できたトレーニング・フレームにそれぞれ含まれている学習用の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。

次いで、アクセスポイントは、トレーニング・フレームを受け取ることができた端末局に対するアップリンクのデータ受信要求があるか、若しくは、当該ＴＸＯＰに余裕があるかどうかをチェックする（ステップＳ４）。

ここで、アップリンクのデータ受信要求がなく、若しくは、当該データ受信要求はあるもののＴＸＯＰに余裕がないときには、アクセスポイントは、ＲＤＧを示すことなく、トレーニング・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、フレームを多重して送信し、本処理ルーチン全体を終了する。

このとき、アクセスポイントは、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、複数の端末局宛てのデータ・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。但し、トレーニング・フレームを受信できなかった端末局に関しては、学習を行なっていないことに加え、そもそも通信可能範囲に存在するかも不明であることから、データ・フレームの送信を差し控えるようにする。また、アクセスポイントは、多重送信する各フレームのフレーム長を均一にするように調整してもよい。

一方、アップリンクのデータ受信要求があり、且つ、当該ＴＸＯＰに余裕があるときには、アクセスポイントは、送信権移譲開始時刻及び送信権移譲終了時刻とフレーム長を指定したＲＤＧフィールドを、各端末局宛てのデータ・フレーム内に記載し（ステップＳ５）、同一時間上で送信する（ステップＳ６）。

このとき、アクセスポイントは、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、複数の端末局宛てのデータ・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。また、アクセスポイントは、多重送信する各データ・フレームのフレーム長を均一にするように調整してもよい。

その後、アクセスポイントは、各端末局から同時送信されるＡＣＫフレーム並びにデータ・フレームを受信待機する（ステップＳ７）。そして、データ・フレームを受信終了すると、所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過した後に、ＡＣＫフレームを送信して、本処理ルーチン全体を終了する。

図９には、図２に示した通信装置が、図５乃至図７に示した通信シーケンスにおいて、いずれかの端末局（ＳＴＡ１〜ＳＴＡ３）として動作して、複数の通信局宛てのフレームを同一時間上で多重送信するための処理手順をフローチャートの形式で示している。上述したように、通信シーケンスではＲＤプロトコルが適用され、端末局はＲＤレスポンダーとしての役割を果たす。

端末局は、アクセスポイントからＴＲＱ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（ステップＳ１１のＹｅｓ）、アクセスポイントに対してトレーニング・フレームを返信する（ステップＳ１２）。

そして、端末局は、トレーニング・フレームを送信完了してから、所定のフレーム間隔ＳＩＦＳが経過すると（ステップＳ１３のＹｅｓ）、アクセスポイントから送信されるデータ・フレームの受信を待機する（ステップＳ１４）。

端末局は、アクセスポイントからダウンリンクのデータ・フレームを受信すると、送信権の移譲を示すＲＤＧフィールドが付加されているか否かをチェックする（ステップＳ１５）。

受信したデータ・フレームにＲＤＧフィールドが付加されていない場合には（ステップＳ１５のＮｏ）、端末局は、データ・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、アクセスポイントに対してＡＣＫフレームを返信して、当該処理ルーチンを終了する。

受信したデータ・フレームにＲＤＧフィールドが付加されている場合には、端末局は、データ・フレームの送信元であるアクセスポイント宛てのアップリンクの送信データが存在するかどうかを、さらにチェックする（ステップＳ１６）。

アクセスポイント宛てのアップリンクの送信データが存在しないときには（ステップＳ１６のＮｏ）、端末局は、データ・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、アクセスポイントに対してＡＣＫフレームを返信して、当該処理ルーチンを終了する。

一方、アクセスポイント宛てのアップリンクの送信データが存在する場合には（ステップＳ１６のＹｅｓ）、端末局は、データ・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、アクセスポイントに対してＡＣＫフレームとアップリンクのデータ・フレームを続けて送信する。その際、端末局は、ＲＤＧフィールド内で指定される送信開始時刻及びフレーム長を遵守して、データ・フレームを送信し（ステップＳ１７）、本処理ルーチン全体を終了する。

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。

２０−１、２０−２、…送受信ブランチ
２１−１、２１−２、…アンテナ素子
２２−１、２２−２、…共用器
２３−１、２３−２、…送信処理部
２４−１、２４−２、…受信処理部
２５…データ処理部
３０…送受信ブランチ
３１…アンテナ素子
３２…共用器
３３…送信処理部
３４…受信処理部
３５…データ処理部

Claims (8)

1. 送受信フレームを処理するデータ処理部と、
   重み付けをしてアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能することができる複数のアンテナ素子を用いてフレームを送受信する通信部と、
   を備え、
   前記データ処理部は、複数の通信装置の各々に宛てて同一時間上で送信すべき複数のフレームの各々に、逆方向のフレーム送信を許可することを示した逆方向許可情報を付加し、
   前記通信部は、前記複数のフレームを同一時間上で多重して前記複数のアンテナ素子から送信するとともに、前記複数のフレームの各々を受信した各通信装置から前記逆方向許可情報が付加されたフレーム受信に基づく同一時間上でフレーム長を揃えて送信された各フレームを前記複数のアンテナ素子を用いて受信して分離する、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記データ処理部は、前記複数のフレームの各々に付加する前記逆方向許可情報で、各フレームを受信した各通信装置が同一時間上で逆方向に送信するフレームのフレーム長を指定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記データ処理部は、前記複数のフレームの各々に付加する前記逆方向許可情報で、各フレームを受信した各通信装置が同一時間上で逆方向に送信するフレームの送信開始時刻を指定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. 送受信フレームを処理するデータ処理部と、
   フレームを送受信する通信部と、
   を備え、
   他の通信装置とともに逆方向付加情報を付加して同一時間上で送信されたフレームを受信したことに応答して、前記データ処理部は、前記逆方向付加情報で指定されている前記他の通信装置とフレーム長が揃った逆方向フレームを生成し、前記通信部は前記逆方向フレームを前記他の通信装置とともに前記逆方向許可情報が付加されたフレームの受信に基づく同一時間上で送信する、
   ことを特徴とする通信装置。
5. 前記通信部は、前記逆方向付加情報で指定されている同一の送信開始時刻に前記他の通信装置とともに前記逆方向フレームを送信する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
6. 逆方向のフレーム送信を許可することを示した逆方向許可情報を付加した複数の通信装置の各々に宛てた複数のフレームを生成するステップと、
   前記複数の通信装置の各々に宛てた前記複数のフレームを同一時間上で複数のアンテナ素子から送信するステップと、
   前記複数のフレームの各々を受信した各通信装置から前記逆方向許可情報が付加されたフレーム受信に基づく同一時間上でフレーム長を揃えて送信された各フレームを前記複数のアンテナ素子を用いて受信して分離するステップと、
   を有することを特徴とする通信方法。
7. 通信装置がフレームを送信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、
   送受信フレームを処理するデータ処理部、
   重み付けをしてアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能することができる複数のアンテナ素子を用いてフレームを送受信する通信部、
   として機能させ、
   前記データ処理部は、複数の通信装置の各々に宛てて同一時間上で送信すべき複数のフレームの各々に、逆方向のフレーム送信を許可することを示した逆方向許可情報を付加し、
   前記通信部は、前記複数のフレームを同一時間上で多重して前記複数のアンテナ素子から送信するとともに、前記複数のフレームの各々を受信した各通信装置から前記逆方向許可情報が付加されたフレーム受信に基づく同一時間上でフレーム長を揃えて送信された各フレームを前記複数のアンテナ素子を用いて受信して分離する、
   ことを特徴とするコンピューター・プログラム。
8. 逆方向のフレーム送信を許可することを示した逆方向許可情報を付加した複数の通信装置の各々に宛てて複数のフレームを、重み付けをしてアダプティブ・アレイ・アンテナとして機能することができる複数のアンテナ素子を用いて同一時間上で送信する第１の通信装置と、
   前記複数のフレームのうち自局宛てのものを受信し、前記逆方向許可情報が付加された他のフレームを受信した他の通信装置とともに、フレーム長が揃った逆方向フレームを生成して、前記逆方向許可情報が付加されたフレームの受信に基づく同一時間上で送信する複数の第２の通信装置と、
   で構成される通信システム。

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