WO2013183615A1 - 無線通信装置、無線通信方法、無線通信システム、処理装置 - Google Patents

無線通信装置、無線通信方法、無線通信システム、処理装置 Download PDF

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WO2013183615A1
WO2013183615A1 PCT/JP2013/065424 JP2013065424W WO2013183615A1 WO 2013183615 A1 WO2013183615 A1 WO 2013183615A1 JP 2013065424 W JP2013065424 W JP 2013065424W WO 2013183615 A1 WO2013183615 A1 WO 2013183615A1
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WO
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value
wireless terminal
base station
terminal station
wireless
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Application number
PCT/JP2013/065424
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English (en)
French (fr)
Inventor
陽子 増田
難波　秀夫
毅 小野寺
宏道 留場
窪田　稔
Original Assignee
シャープ株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0808—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using carrier sensing, e.g. carrier sense multiple access [CSMA]
    • H04W74/0816—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using carrier sensing, e.g. carrier sense multiple access [CSMA] with collision avoidance

Definitions

  • the present invention relates to wireless communication technology.
  • CSMA / CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
  • CSMA / CA avoids collision of transmission data called random backoff control after each wireless terminal station that wants to transmit a frame performs carrier sense (confirmation of wireless channel usage) in advance. This is a method of starting transmission using the control to perform.
  • Random back-off control is defined by the wireless terminal station after the wireless terminal station holding transmission data performs carrier sense and the channel used for data transmission is in the idle state for DIFS (Distributed Coordination Function Inter Inter Frame Space). This is a control that generates a random number within the CW (Contention Window) range and determines the random backoff time based on the random number.
  • DIFS Distributed Coordination Function Inter Inter Frame Space
  • the CW range is further expanded to avoid transmission timing collision by performing retransmission.
  • the CW size can be increased from 15 to 1023 through six stages.
  • the CW size reaches the maximum value, the CW range is not expanded to a predetermined maximum number of retransmissions, and the maximum value is maintained. If it fails even after the maximum number of retransmissions, the transmission frame is discarded.
  • the model assumed by the conventional IEEE802.11 standard is that one node repeatedly transmits to an AP (Access Point) in uplink communication. Therefore, the IEEE802.11 standard adopts a technique called DCF (Distributed Coordination Function) using the above-described CSMA / CA so that a plurality of terminals simultaneously transmit to the AP and do not collide.
  • DCF Distributed Coordination Function
  • the wireless terminal station that holds the transmission data sends RTS (transmission request: Request to Send) to the AP, and the AP sends CTS (Clear to Send) to the wireless terminal station.
  • RTS transmission request: Request to Send
  • CTS Charge to Send
  • the transmission data collision caused by is avoided.
  • This series of flows is called RTS / CTS exchange, and RTS / CTS exchange is performed based on dot11RTSThreshold. When a frame shorter than dot11RTSThreshold is transmitted, RTS / CTS exchange is not performed.
  • DCF technology is employed so that transmission timing between wireless terminals does not collide as much as possible.
  • MU-MIMO Multi-User-Multi-Input-Multi-Output-
  • MU-MIMO technology it is important that the data transmission timings of a plurality of terminals are the same, and the frequency band to be used is the same.
  • Patent Document 1 realizes MU-MIMO by extending DCF (additional RTS / CTS exchange).
  • Patent Document 1 there is a problem that the throughput is lowered because RTS / CTS exchange is performed even when the transmission packet length is short.
  • the base station needs to specify the transmission timing.
  • Patent Document 2 since a back-off value is assigned to all combinations of terminals that transmit simultaneously, there is a problem that the back-off value becomes long depending on the combination. In addition, it is necessary for the transmitting terminal to maintain a table of back-off values for all combinations.
  • the purpose of the present invention is to realize MU-MIMO without changing the mechanism of DCF. It is another object of the present invention to allow transmission timing to be specified on the terminal side.
  • a wireless terminal station device used in a wireless communication system including one wireless base station and a plurality of wireless terminal stations, the wireless terminal station device being one of a plurality of groups.
  • the back-off value when performing random back-off of the wireless terminal station devices belonging to at least one group and belonging to at least one group is a set of values composed of a predetermined limited number.
  • a wireless terminal station device including a back-off control unit that performs control so as to be selected from a set of off-value candidates.
  • the set of back-off value candidates is configured by the predetermined limited number selected from continuous values from a back-off value candidate range to 0 based on the number of retransmissions of transmission data held by the wireless terminal station
  • a set of values may be used, and as the set of back-off value candidates, a set of integers continuous from 0 configured by the predetermined limited number may be used.
  • the set of backoff value candidates it is possible to use a set that is configured by the predetermined limited number and uses a predetermined value as an expected value of the set, or as the set of backoff value candidates, A set determined using the control variable notified from the radio base station or a set notified from the radio base station may be used.
  • the set of backoff value candidates may be determined based on a frame length of transmission data held by the wireless terminal station device to which the wireless terminal station device belongs.
  • the back-off value countdown is stopped halfway, if the back-off value in the stopped state is a value that is not included in the set of back-off value candidates, the back-off value is changed to the back-off value. It is preferable to correct to a value included in the set of value candidates.
  • the present invention is also a radio base station apparatus used in a radio communication system composed of one radio base station and a plurality of radio terminal stations, wherein the radio terminal stations belong to any of a plurality of groups.
  • Control variable for controlling the number of values included in a set of backoff value candidates that are candidates for backoff values selected by the wireless terminal station devices belonging to at least one group, which are allocated to
  • a radio base station apparatus having a random back-off control variable determination unit that determines
  • the random backoff control variable determining unit is configured to determine the control variable based on at least one of a number of radio terminal station devices accommodated by a radio base station device and a number of antennas included in the radio base station device. Can be determined.
  • a set of backoff value candidates obtained by selecting the number of values included in the backoff value from values from 0 to a backoff value candidate range based on the number of retransmissions of transmission data held by the wireless terminal station.
  • a random backoff value candidate set generation unit may be further included.
  • the random back-off value set generation unit when generating a set of back-off value candidates for a plurality of groups, controls so that the values included in each set of back-off value candidates are different. Also good.
  • the back-off value candidate set generation unit may set an expected value of a value included in the random back-off value candidate set to a predetermined value.
  • At least one of the control variable and the set of back-off value candidates may be notified to the wireless terminal station device for each update.
  • a radio communication method in a radio terminal station apparatus used in a radio communication system including one radio base station and a plurality of radio terminal stations, wherein the radio terminal station apparatus includes: A value configured by a predetermined limited number of backoff values when performing random backoff of the wireless terminal station devices that are assigned to belong to any of a plurality of groups and belong to at least one group
  • a wireless communication method comprising a step of performing control to select from a set of back-off value candidates that is a set of
  • the present invention is a processing device that causes a wireless terminal station device used in a wireless communication system composed of one wireless base station and a plurality of wireless terminal stations to perform a predetermined function, the wireless terminal station device Are assigned to belong to one of a plurality of groups, and the back-off value when performing random back-off of the wireless terminal station device belonging to at least one group is configured by a predetermined limited number
  • a processing apparatus that exhibits a control function of selecting from a set of back-off value candidates that is a set of values.
  • the present invention is also a radio communication method in a radio base station apparatus used in a radio communication system composed of one radio base station and a plurality of radio terminal stations, wherein the radio terminal station is one of a plurality of groups.
  • the number of values included in a set of backoff value candidates that are candidates for backoff values selected by the wireless terminal station device belonging to at least one group used in the system is controlled.
  • a wireless communication method comprising a step of determining a control variable for the purpose.
  • the present invention is a processing device that causes a radio base station apparatus used in a radio communication system composed of one radio base station and a plurality of radio terminal stations to perform a predetermined function. Values included in a set of back-off value candidates that are assigned to belong to any one of a plurality of groups and are used in the system and that are back-off value candidates selected by the wireless terminal station device belonging to at least one group It is a processing device characterized by exhibiting a function of determining a control variable for controlling the number of
  • the present invention is a radio communication system including one radio base station and a plurality of radio terminal stations, wherein the radio terminal station devices are distributed so as to belong to any of a plurality of groups, and at least 1
  • the wireless terminal station devices belonging to one group are controlled to select a back-off value when performing random back-off from a set of back-off value candidates, which is a set of values composed of a predetermined limited number.
  • a random backoff for determining a control variable for controlling the number of values included in the set of backoff value candidates to be used in the system.
  • a radio communication system having a radio base station apparatus having a control variable determination unit may be used.
  • the transmission timing can be determined on the wireless terminal station side.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a flow of association establishment processing from when a wireless base station receives a connection request until notification of an AID (Association ID) and a preamble transmission resource. It is a figure explaining the transmission resource allocation process of the preamble of a terminal.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a flow of operation of each element in FIG. 2. It is a functional block diagram which shows the example of 1 structure of the radio
  • FIG. 6 is a timing chart when MU-MIMO transmission is performed when transmission timings of wireless transmission terminal stations overlap when a wireless terminal station attempts to transmit to a wireless base station. It is a figure which shows the expected value of the collision station number of a transmission timing with respect to the number of accommodation terminal stations in the case of using the random backoff control variable shown by Formula (5), and the case of the conventional IEEE802.11a standard.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a processing flow until a radio base station determines a random backoff random value candidate set used by a terminal to be subjected to MU-MIMO and finishes receiving a signal from the radio terminal station.
  • FIG. 7 is a diagram in which a random back-off random number holding unit is inserted instead of the CW size changing unit in FIG. 6. It is a flowchart figure which shows the flow of a process after transmitting the transmission frame after receiving the set of the random backoff value candidates for the terminal station which wants to perform MU-MIMO of the wireless terminal station.
  • wireless terminal station is shown. It is a flowchart figure which shows the flow of a process of a radio
  • FIG. 10 is a flowchart from when a radio base station notifies a set of random backoff value candidates for each group until data is received from a certain radio terminal station. It is a functional block diagram which shows the example of 1 structure of the terminal station of the radio
  • FIG. 1 It is a flowchart figure which shows the flow of a process of the radio
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a schematic configuration example of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.
  • the radio communication system A includes a radio base station 1 and radio terminal stations 2 to 5. It is assumed that each communication station 1 to 5 accommodates all communication stations within the communication range.
  • the radio communication system A shown in FIG. 1 includes, for example, a radio base station 1 that is an access point (AP) and radio terminal stations 2 to 5 having the same transmission frequency.
  • the radio base station 1 has a plurality of antennas, and each of the radio terminal stations 2 to 5 has one antenna.
  • the number of antennas of the wireless terminal stations 2 to 5 is set to 1 for simplicity of explanation, but a plurality of antennas may be provided.
  • the number of antennas possessed by the wireless base station 1 can be changed.
  • the transmission frame length is shorter than dot11RTSThreshold in IEEE802.11, and RTS / CTS exchange is not performed.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of the radio base station 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the radio base station 1 shown in FIG. 2 includes two antennas 100a and 100b, two first radio communication units 101a and second radio communication stations 101b corresponding to each antenna, a switch (SW) 102, a transmission unit 104, and frame generation.
  • the control unit 111 controls transmission frame generation, random backoff control variable setting, and preamble transmission resource allocation from the received signal.
  • an example of a method for determining the preamble transmission resource allocation is shown below.
  • a preamble transmission resource is allocated to each number of terminals accommodated by the radio base station 1.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of association establishment processing from when the wireless base station 1 receives a connection request until notification of an AID (Association ID) and a preamble transmission resource.
  • AID Association ID
  • the wireless base station uses a method of assigning an AID to each wireless terminal station based on the MAC address as one of the parameters. ing. AID is assigned in the range of 1 to 2007.
  • the radio base station 1 stands by until a connection request is received by the antenna 100a or the antenna 100b (step S1).
  • the connection request signal including the transmitted MAC address of the terminal is transmitted to the control unit 111 via the wireless communication unit 101a or 101b, the switch 102, and the reception unit 103. Is input. It is assumed that the control unit 111 cannot connect to the radio base station when all hash values are used (step S15). If there is an unused hash value, the control unit 111 assigns the AID of the terminal that transmitted the connection request (step S2). In the present embodiment, the subsequent processing is different from the conventional one.
  • the AID set by the control unit 111 is mapped with a hash function (step S3). This hash value is assigned from 1 to the limit number. In the present embodiment, this limit number is set to 4 and mapped to values of 1 to 4. An example of the hash function is shown below.
  • step S4 It is confirmed whether the set hash value is already set in another accommodated terminal (step S4). If it is not set in the other terminal (YES), AID and preamble transmission resources Is transmitted to the terminal that has requested connection (step S5). If the same hash has already been used for the accommodating terminal in step S4 (NO), 1 is added to the current hash value, or 1 if the current hash value is the maximum value (step S16)) again. Confirm in step S4. In step S15, if all hash values are used, connection is not allowed, so that the terminal performing step S4 can assign any hash value from 1 to 4.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the processing for assigning the preamble transmission resources of the terminal.
  • every four subcarrier numbers of OFDM are allocated to each hash value as shown in FIG.
  • OFDM subcarriers are as shown in FIG. 4B, so that there are 52 subcarriers in total.
  • the subcarriers are allocated to four hash values mapped.
  • the channel estimation method is shown in the following equation. First, a predetermined preamble A is expressed by the following equation.
  • the signal R i received from the wireless terminal station i is expressed by the following equation.
  • the frequency to which no transmission resource is allocated is interpolated using a sinc function or the like.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation flow of each element in FIG.
  • the radio base station 1 periodically checks the number of accommodated terminals and the number of antennas held by the radio base station, and obtains a random backoff control variable (step S6).
  • the determined back-off control variable is input to the frame generation unit 116, and the radio terminal station that is the accommodating terminal of the radio base station 1 via the transmission unit 104, the switch 102, the radio communication unit 101a or 101b, and the antenna 100a or 100b. 2 to 5 are transmitted (step S7).
  • the radio base station 1 waits for reception of a preamble (step S8).
  • the preamble is input to the preamble receiving unit 105 from the two antennas 100a and 100b via the wireless communication units 101a and 101b, the switch 102, and the receiving unit 103, respectively.
  • the channel estimation unit 106 estimates a channel from the received preamble (step S9).
  • the preamble receiver 105 checks the transmission resource of the received signal. The number of terminals that transmitted the preamble can be obtained by confirming the actually transmitted resource with respect to the allocated transmission resource.
  • the preamble receiver 105 checks whether the received signal has been received from a plurality of terminals (step S10). When signals from a plurality of terminals are received, the MIMO separation unit 107 performs MIMO separation using the channel estimation value (step S11), and the demodulation unit 108 performs demodulation (step S12). If not transmitted from a plurality of terminals in step S10, the demodulation processing unit 108 performs demodulation (step S12).
  • An error check is performed on the signal demodulated by the demodulation unit 108 by the error check unit 109 (step S13), and the presence / absence of an error is input to the frame generation unit 116.
  • the frame generation unit 116 generates an ACK (Acknowledge) frame based on the result of the error check, and transmits the ACK frame via the transmission unit 104, the switch 102, one wireless communication unit 101b, and one antenna 100b. Transmit (step S14).
  • the wireless base station 1 After transmitting the ACK frame, the wireless base station 1 starts waiting for reception of the next frame.
  • FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration example of the wireless terminal station 2 according to the first embodiment of the present invention.
  • the wireless terminal station 2 includes an antenna 200, a wireless communication unit 201, a switch 202, a reception unit 203, a transmission unit 204, a demodulation unit 205, a frame generation unit 206, an error check unit 207, a control unit 208, A data holding unit 209, a CW size changing unit 210, and a random back-off setting unit 211 are provided.
  • the control unit 208, the CW size changing unit 210, and the random backoff setting unit 211 are collectively referred to as a backoff control unit 212.
  • a uniform random number (integer) of [0, CW size] is set, and transmission is started at the timing obtained by multiplying the integer selected from the uniform random number by the slot time.
  • the CW size is determined by a predetermined method.
  • the number of terminals accommodated by the radio base station 1 and the number of terminals accommodated by the CW size determined by the conventional method are as follows. Change to narrow based on at least one of the number of antennas. As an example of the change, there is a method in which a random back-off control variable ( ⁇ 1) is multiplied by a CW size determined by a conventional method to obtain a CW size for a terminal that is desired to be MU-MIMO. This reduces the CW size shared between terminals that want to be MU-MIMO.
  • ⁇ 1 a random back-off control variable
  • N is the number of accommodated terminals
  • CW min is the smallest size among the CW sizes determined by the conventional method.
  • the new CW size CW MU-MIMO of the terminal that wants to be MU-MIMO at this time is shown in Equation 6.
  • CW is the CW size defined by the conventional method.
  • the CW size is in the range of 15 to 1023 and is increased each time retransmission is performed.
  • Formula 7 shows how to obtain the CW size in the conventional IEE802.11a.
  • n number of retransmissions.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing from when the wireless terminal station 2 requests connection to the wireless base station 1 until the association is established.
  • the wireless terminal station 2 transmits a connection request to the wireless base station 1 (step S100), and waits to receive a connection permission frame (including a connection permission notification, a preamble transmission resource, and an AID) from the wireless base station 1. (Step S101).
  • the error check unit 207 performs an error check via the wireless communication unit 201, the switch 202, the reception unit 203, and the demodulation unit 205 (step S102). If there is no error in step S102, the connection is successful and the process ends. If an error occurs in step S102, a connection request frame is generated by the frame generation unit 206, and the connection request is transmitted again from the antenna 200 via the transmission unit 204, the switch 202, and the wireless communication 201.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing for transmitting data from the wireless terminal station 2 to the wireless base station 1.
  • the radio terminal station 2 in FIG. 6 receives the signal (limit signal) including the random backoff control variable transmitted from the radio base station 1 by the antenna 200 (step S103).
  • the received signal is input to the error check unit 207 via the wireless communication unit 201, the switch 202, the reception unit 203, and the demodulation unit 205.
  • the signal (limit signal) including the random back-off control variable input to the error check unit 207 is subjected to an error check by the error check unit 207 and input to the back-off control unit 212.
  • the signal input to the back-off control unit 212 is input to the CW size changing unit 210 via the control unit 208.
  • the CW size changing unit 210 performs control to change the CW size of the wireless terminal station 2 based on the notified random backoff control variable (step S130).
  • the frame generation unit 206 When transmission data is generated, the frame generation unit 206 generates a transmission frame (step S105). The generated transmission frame is input to the transmission unit 204. Based on the CW size changed by the CW size changing unit 210, the random back-off setting unit 211 determines a back-off value using a set of consecutive integers from 0 to CW size as a uniform random number (step S106). . Next, the wireless terminal station 2 performs carrier sense and determines whether the channel is not busy (step S104). If the channel is busy in step S104, it waits until it becomes idle. If the channel is not busy in step S104, it is confirmed whether the back-off value is 0 (step S107).
  • step S107 If the back-off value is not 0 in step S107, the back-off value is decreased by 1 (step S112).
  • step S112 When the back-off value is decreased, after waiting for the slot time in IEEE802.11, carrier sense is performed again, and the channel state is confirmed (step S104).
  • step S107 when the back-off value is 0, the transmission frame generated by the frame generation unit 206 is transmitted from the antenna 200 via the switch 202 and the wireless communication unit 201 in the order of the preamble and transmission data as the transmission timing. Transmit (step S108).
  • step S108 after the transmission data of the wireless terminal station 2 is transmitted, it waits until ACK is received (step S113).
  • the above ACK is not known until it is received and demodulated. If ACK is received in step S113, it is confirmed whether the received ACK is for itself (step S109).
  • step S113 if the ACK is not transmitted corresponding to “SIFS (Short Inter Frame Space) time + ACK frame length” in IEEE802.11, it is assumed that the transmission has failed, and the CW size changing unit 210 changes the CW size.
  • Step S114 The backoff value is set again by the random backoff setting unit 211 (Step S106). The method for changing the CW size conforms to the IEEE802.11 standard. If the ACK received in step S109 is directed to the user, the process ends. If the received ACK is not intended for itself, it waits for the ACK to be received again (step S113).
  • FIG. 9 is a timing diagram when MU-MIMO transmission is performed when the transmission timings of the wireless transmission terminal stations A and C overlap when the wireless terminal stations A to C transmit to the wireless base station.
  • Wireless terminal stations A to C wait for a certain time after the previous frame ends and start backoff.
  • the blank period 300 at this time corresponds to an IEEE802.11 DIFS (DCF Inter Frame Space) time.
  • Blank times 301 to 309 correspond to slot times in IEEE 802.11, respectively.
  • the wireless terminal station A having a small selected backoff value. C obtain transmission right at the same time. Since there are two terminals that transmit a transmission frame to the radio base station, MU-MIMO of two terminals is realized.
  • the CW size is limited by a random backoff control variable in order to increase the probability that each backoff value selected by a plurality of terminals takes the same value.
  • the wireless terminal station A transmits the preamble 310 using transmission resources allocated in advance. Subsequently, the data 311 is transmitted to the radio base station in the occupied band of the radio terminal station A. Similarly, the wireless terminal station C also transmits the preamble 312 and the data 313 to the wireless base station. At this time, the occupied bands of the wireless terminal stations A and C are the same.
  • the wireless base station that simultaneously receives data from the two terminals transmits ACK (A) 314 for the wireless terminal station A and ACK (C) 315 for the wireless terminal station C to the wireless terminal stations A and C, respectively.
  • the blank time 316 at this time corresponds to the SIFS (Short / Inter / Frame / Space) time in the IEEE802.11 standard.
  • SIFS Short / Inter / Frame / Space
  • the SIFS time interval is provided each time a plurality of ACKs are transmitted.
  • ACK (A) 314 and ACK (C) 315 May be transmitted continuously without leaving SIFS time.
  • the wireless terminal station B After the blank time 310 again, the wireless terminal station B starts counting down the back-off 309 for the carry-over. Thereafter, when the preamble 317 and data 318 are transmitted to the radio base station and the ACK (B) 319 for the radio terminal station B is received, the transmission from the radio terminal station B is terminated.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an expected value of the number of collision stations at the transmission timing with respect to the number of accommodated terminal stations in the case of using the random backoff control variable expressed by the equation (5) and the case of the conventional IEEE802.11a standard. It is. However, in the comparison shown in FIG. 10, since transmission is the first time, the conventional CW size and CW min are 15. This is the minimum value of the IEEE802.11a standard. When a uniform random number of [0, CW] is used for random backoff, assuming that the number of accommodated terminals is N, an expected value E of the number of stations with which transmission timing collides in the conventional method is shown below.
  • the probability of collision of transmission timings of a plurality of terminals is improved, and MU-MIMO in uplink communication can be realized.
  • the method described in this embodiment is easy to implement because there are few changes to the conventional method.
  • the transmission terminal can determine the transmission timing.
  • the CW size is limited in order to reduce the number of random backoff value candidates.
  • radio base stations that perform similar control in the vicinity
  • radio terminals that communicate with the respective radio base stations Station transmissions may collide and communication errors may occur.
  • discrete random backoff value candidates are selected, and different candidate values are used between neighboring radio base stations.
  • a terminal that wants to perform MU-MIMO and a conventional terminal transmit to a common AP is shown. Also in the present embodiment, it is based on the IEEE802.11 standard and the IEEE802.11a standard unless otherwise specified. Unless otherwise specified, it is assumed that the transmission frame length is shorter than dot11RTSThreshold in IEEE802.11, and RTS / CTS exchange is not performed. As described above, in this embodiment, MU-MIMO can be realized with almost no change in the DCF mechanism.
  • FIG. 11 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the radio base station 1 according to the second embodiment.
  • a random backoff value candidate set generation unit 250 is added between the random backoff control variable determination unit 115 and the frame generation unit 116 of FIG. To the control unit 111.
  • a CW size holding unit 117 is added between the control unit 111 and the random backoff value candidate set generation unit 250.
  • a wireless terminal station that wants to MU-MIMO a set of common random backoff value candidates determined by the AP improves the transmission timing collision probability.
  • the set of random back-off value candidates here is a set of back-off value candidates selected by a terminal to be subjected to MU-MIMO.
  • a terminal that wants to MU-MIMO selects a back-off value by using all integers included in the set of random back-off value candidates as a uniform random number.
  • a series of flows in which the wireless base station 1 receives a connection request from any one of the wireless terminal stations 2 to 5 and transmits a connection permission frame to the wireless terminal station that has transmitted the connection request is described in the first embodiment. Since it is the same as that described with reference to FIGS.
  • FIG. 12 shows a processing flow until the radio base station 1 determines a set of random backoff random value candidates used by a terminal to be MU-MIMO and completes reception of a signal from the radio terminal station 2. It is a flowchart figure. In addition, about the process equivalent to 1st Embodiment and the process of FIG. 5, it has described using the same number.
  • the radio base station 1 uses the random backoff control variable determining unit 115 in FIG. 11 to randomly determine the random backoff control variable for the radio terminal station to be MU-MIMO based on the number of accommodated terminals and the number of antennas of the radio base station. Is determined (step S6). Based on the determined random back-off control variable, the random back-off value candidate set generation unit 250 obtains a set of random back-off value candidates of the wireless terminal station to be subjected to MU-MIMO (step S17). That is, in this embodiment, each wireless terminal station that wants to perform MU-MIMO does not determine the CW size, but the wireless base station determines the CW size.
  • a CW size obtained by a method similar to the conventional method is 'CW size / 2', and the number of random backoff value candidates is 'floor ((1 + CW size) * random backoff control variable)' Set as follows.
  • the expected value of the random backoff value candidate As described above, the expected value of the backoff value selected by the conventional terminal and the terminal that wants to perform MU-MIMO when the CW size is the same.
  • the random back-off control variable ( ⁇ 1) here is the same as that described in the first embodiment.
  • FIG. 24 shows an example of a set of random back-off value candidates of terminals desired to be MU-MIMO and a set of random back-off value candidates of conventional terminals in this embodiment.
  • blank times 502 to 510 correspond to slot times in the IEEE 802.11 standard.
  • the numbers (1 to 15) written in the spaces are the values of the back-off counter.
  • the example of FIG. 24 shows a case where the CW size of the terminal that is to be MU-MIMO and the CW size of the conventional terminal are equal to 15.
  • the expected value of the random back-off value candidate set is 7.5, and the number of integers included in the value candidate set is 4.
  • ⁇ 1, 5, 9, 15 ⁇ is used as an example of a set of random backoff value candidates that satisfy the above relationship.
  • backoff times 502, 506, and 510 are candidates for random backoff values used by a terminal that wants to perform MU-MIMO.
  • the set of random backoff value candidates of the conventional terminal is [0, 15]. Each is a uniform random number.
  • the determined set of random backoff value candidates is input to the frame generation unit 116 and transmitted to the radio terminal stations 2 and 4 via the transmission unit 104, the switch 102, the radio communication unit 101a or 101b, and the antenna 100a or 100b. (Step S18).
  • the radio base station 1 waits for reception of the preamble (step S8).
  • the process from the reception of the preamble (step S8) to the demodulation process (step S12) is the same as that of the first embodiment, and is omitted because it has been described with reference to FIG.
  • the received signal demodulated by the demodulator 108 is checked for errors by the error checker 109 (step S19). If no error occurs in the error check unit 109, the radio base station 1 generates an ACK frame for the terminal of the received signal in the frame generation unit 116, and transmits the transmission unit 104, the switch 102, the radio communication unit 101a or ACK is transmitted to each of the antennas 100a and 100b via 100b (step S14). If an error occurs in step S19, the CW size held in the CW size holding unit 117 is changed in order to reset the set of random backoff value candidates of the terminal that is desired to be MU-MIMO (step S12). . As an example, the CW size can be changed by using a method similar to the conventional IEEE 802.11 method.
  • the CW size for the terminal that wants to perform MU-MIMO that has been processed based on (Equation 5) is input to the CW size holding unit 117.
  • the random backoff value candidate set generation unit 250 determines a set of backoff value candidates, and the antenna 100a or 100b is transmitted via the frame generation unit 118, the transmission unit 104, the switch 102, and the wireless communication unit 101a or 101b.
  • a new set of random backoff value candidates is transmitted to the accommodated wireless terminal stations (wireless terminal stations 2 and 4).
  • FIG. 13 is a functional block diagram showing a configuration example of the wireless terminal station 2 that is a terminal that wants to perform MU-MIMO.
  • a random back-off random number holding unit 300 is inserted instead of the CW size changing unit 210 of FIG. 6.
  • This random back-off value candidate set holding unit 300 holds a set of random back-off value candidates used by a terminal to be subjected to MU-MIMO notified by the radio base station 1.
  • the control unit 208, the random back-off random number holding unit 300, and the random back-off setting unit 211 are collectively referred to as a back-off control unit 213.
  • Each wireless terminal station holds a set of random backoff value candidates used by the terminals that want to use the common MU-MIMO, which increases the probability that the transmission timing of the terminals that want to use MU-MIMO will collide. Realize.
  • the random backoff value candidate set holding unit 300 continues to hold the current set of backoff value candidates until the notification is received again.
  • FIG. 14 shows a flow of processing from reception of a set of random backoff value candidates for a terminal station to be subjected to MU-MIMO, until transmission of a transmission frame, in the wireless terminal station 2 in the present embodiment. It is a flowchart figure. However, at this time, the wireless terminal station 2 is a terminal that is desired to be MU-MIMO. The flowchart from the time when the wireless terminal station 2 transmits a connection request to the wireless base station until the establishment of the association may be the same as that described with reference to FIG. In FIG. 14, instead of receiving the random back-off control variable (step S103) and changing the CW size (step S130) in FIG.
  • step S150 receiving a random back-off value candidate set (step S150) is inserted, and changing the CW size (step S114).
  • step S120 receiving confirmation of a random backoff value candidate set (step S120) and rewriting of the random backoff value candidate set (step S151).
  • the wireless terminal station 2 receives a set of random backoff value candidates notified from the wireless base station 1 (step S150).
  • a signal from the radio base station 1 including a set of random backoff value candidates is input to the error check unit 207 via the radio communication unit 201, the switch 202, and the reception unit 203.
  • the signal including the set of random backoff value candidates subjected to the error check by the error check unit 207 is input to and held in the random backoff value candidate set holding unit 300.
  • the frame generation unit 206 When transmission data is generated, the frame generation unit 206 generates a transmission frame (step S105). The generated transmission frame is input to the transmission unit 204.
  • the random backoff setting unit 211 randomly determines the backoff value so that each number included in the set held by the random backoff value candidate set holding unit 300 is selected with the same probability (step S106). ).
  • carrier sense is performed to check whether the channel is not busy (step S104). If the channel is busy in step S104, it waits until it becomes idle. If the channel is not busy, it is checked whether the back-off value is 0 (step S107). If the back-off value is 0 in step S107, it is regarded as the transmission timing. If the back-off value is not 0, the transmission unit 204 decrements the current back-off value count by one (step S112).
  • the slot time is waited and the process returns to the step immediately after the random back-off setting (step S106).
  • the transmission timing is regarded as the transmission timing in step S107, the transmission frame generated by the frame generation unit 206 is transmitted from the antenna 200 via the switch 202 and the wireless communication unit 201 in the order of the preamble and the transmission data (step S108).
  • the preamble is transmitted using the transmission resource assigned by the radio base station, and the transmission data is transmitted in the occupied band of the radio terminal station 2.
  • step S113 After the transmission data of the wireless terminal station 2 is transmitted, it waits until ACK is received for a predetermined time (step S113). To which terminal the ACK is the ACK is not known until reception and demodulation. Further, the predetermined time here is “SIFS time + ACK frame length” in the IEEE802.11 standard. If ACK is received in time in step S113, the ACK received by the demodulation unit 205 is demodulated through the wireless communication unit 201, the switch 202, and the reception unit 203, and whether the received ACK is directed to itself. Confirmation (step S109). If no ACK is received in step S113, it is confirmed again whether a set of random backoff value candidates is received (step S120).
  • the received signal including the set of random backoff value candidates is transmitted to the error check unit 207 via the wireless communication unit 201, the switch unit 202, the reception unit 203, and the demodulation unit 205. Is input.
  • the signal subjected to the error check by the error check unit 207 is input to the back-off control unit 213.
  • the signal input to the back-off control unit 213 rewrites the random back-off value candidate set held in the random back-off value candidate set holding unit 300 via the control unit 208 (step S151).
  • the setting is resumed from the setting of the random back-off value by the off setting unit 211 (step S106).
  • step S120 When a set of random backoff value candidates is not received in step S120, rewriting is not performed, and the random backoff setting unit 211 resumes from the random backoff setting (step S106). If the ACK received in step S109 is directed to the user, the process ends. If the received ACK is not intended for itself, it waits for the ACK to be received again (step S113).
  • Conventional wireless terminal stations 3 and 5 perform data transmission based on the conventional IEEE802.11 standard.
  • FIG. 15 is a functional block diagram showing a configuration example of the wireless terminal station 3.
  • FIG. 15 shows the wireless terminal station 3 in FIG.
  • the CW size changing unit 210 in FIG. 6 and the CW size changing unit 260 in FIG. 15 are different in operation, they are given different numbers.
  • the CW size changing unit 260 in the present embodiment does not change the CW size using a random backoff control variable.
  • the method for increasing the CW size when transmission fails is the same as in the first embodiment, and an example conforming to the IEEE 802.11 method is taken as an example.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a processing flow of the wireless terminal station 3. The process shown in FIG. 16 is obtained by eliminating the random back-off control variable reception process (step S103) and the CW size change process (step S130) in FIG.
  • the wireless terminal station 3 When the transmission data is generated, the wireless terminal station 3 generates a transmission frame by the frame generation unit 206 (step S105). The generated transmission frame is input to the transmission unit 204.
  • the random back-off setting unit 211 determines a back-off value as a uniform random number of [0, CW size] based on the CW size of the terminal (step S106).
  • the back-off setting (step S106) to end is assumed to be the same as that of the first embodiment and has been described above with reference to FIG.
  • the CW size changing unit 210 in the first embodiment is the CW size changing unit 260 in the present embodiment.
  • FIG. 17 is a timing chart of the present embodiment.
  • the wireless terminal stations A and C are terminals that want to perform MU-MIMO, and the wireless terminal station B is a conventional terminal.
  • the radio base station has two antennas.
  • FIG. 17 shows a case where the back-off values selected by the wireless terminal stations A, B, and CC for the first time are all combined.
  • the blank time 401 is a slot time in the IEEE802.11 standard.
  • the transmission frames 402, 403, and 404 of the three terminals are transmitted simultaneously.
  • the transmission frame 402 is a transmission frame of the wireless terminal station A.
  • the contents of the transmission frame 402 are a preamble signal to be transmitted using the specified resource and transmission data to be transmitted in the occupied band of the wireless terminal station A.
  • the transmission frame 403 is a transmission frame of the wireless terminal station B
  • the transmission frame 404 is a transmission frame of the wireless terminal station C.
  • the radio base station received transmission frames from 3 terminals at the same time, so MIMO separation is not possible and an error occurs. Therefore, a new random back-off value candidate set 405 is transmitted to the accommodating wireless terminal station.
  • the blank time 410 here corresponds to the SIFS time in the IEEE802.11 standard.
  • the wireless terminal stations A and C set backoff values again.
  • a wireless terminal station which is a conventional terminal, widens the CW size and sets the backoff value again. After waiting for DIFS time, each terminal starts counting down the backoff value.
  • the wireless terminal stations A and C have selected 2 for the backoff value set again and the wireless terminal station B has selected 4 for the backoff value set again, the transmission frames of the wireless terminal stations A and C are transmitted first. Is done. Therefore, the wireless terminal station B uses the 2-count slot time 421 held by the wireless terminal station B in the next transmission.
  • the wireless terminal stations A and C transmit the transmission frames 406 and 407, respectively.
  • the transmission frames 406 and 407 are frames having the same contents as the transmission frames 402 and 404 generated to be transmitted last time. This is because the wireless terminal stations A and C were retransmitted because they could not receive the ACK directed to themselves last time.
  • the radio base station Since the radio base station has received from two terminals, it transmits ACK (A) 408 and ACK (B) 409 to each terminal.
  • ACK A 408
  • ACK B 409
  • wireless terminal stations A and B each receive an ACK for itself, transmission is terminated.
  • a method for selecting a terminal that is desired to be MU-MIMO is not particularly specified, but an example is a method of selecting according to the size of a transmission frame.
  • the selection threshold for this transmission frame is the dot11RTSThreshold of the IEEE802.11 standard
  • the wireless terminal station that does not perform RTS / CTS exchange performs MU-MIMO
  • the terminal that performs RTS / CTS exchange is one terminal. Therefore, the probability that an RTS signal transmitted from a certain terminal and a data frame transmitted from a certain terminal collide with each other is reduced.
  • both terminals that are desired to be MU-MIMO and conventional terminals can be simultaneously connected to the AP.
  • the accommodated wireless terminal stations are divided into two groups according to the size of the transmission frame, and the random back-off value candidates that can be taken by each group are distributed so as not to overlap, thereby transmitting between the groups. A case where data collision is avoided will be described.
  • an embodiment of a system model configured by the wireless base station 1 of FIG. 1 and wireless terminal stations 2 to 5 accommodated in the wireless base station 1 is shown.
  • FIG. 19 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the radio base station 1 according to the third embodiment. 19 eliminates the random backoff control variable determination unit 115 and the random backoff value candidate set generation unit 250 in FIG. 11, and replaces the random backoff value candidate distribution unit 501 with the control unit 111 and the frame generation unit 116. Inserted in between.
  • FIG. 20 shows a flowchart from when the radio base station 1 notifies a set of random backoff value candidates of each group until data is received from a certain radio terminal station. Note that the process from receiving a connection request from a wireless terminal station to establishing an association is the same as in the first embodiment, and has been described with reference to FIGS.
  • the random backoff value candidate distribution unit 501 in FIG. 19 periodically distributes a set of random backoff value candidates for each group from a set of [0, CW size] (step S200).
  • An example of the distribution method at this time is shown below.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of random backoff value candidates when the CW size is 15. As illustrated in FIG. However, the time 500 in FIG. 18 corresponds to the slot time in the IEEE802.11 standard.
  • a frame including the set of random back-off value candidates is generated by the frame generation unit 116, via the transmission unit 104, the switch 102, and the wireless communication unit 101. Then, it transmits from the antenna 100 to the accommodation terminal of the radio base station (step S18). When transmission to each terminal is completed, it waits for reception of a preamble (step S8).
  • the steps from the preamble reception (step S8) to the demodulation process (step S12) are the same as those in the first embodiment and have been described with reference to FIG.
  • FIG. 21 is a functional block diagram showing a configuration example of the terminal station 2 for wireless communication in the present embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram in which the control unit 208 and the data holding unit 209 in FIG. 13 are connected bidirectionally.
  • FIG. 22 is a flowchart showing a flow of processing relating to FIG.
  • the radio terminal station 2 receives a signal including a set of random backoff value candidates for each group from the radio base station via the antenna 200 (step S150).
  • the received signal is input to the error check unit 207 via the wireless communication unit 201, the switch 202, the reception unit 203, and the demodulation unit 205.
  • the signal that has been confirmed by the error check unit 207 that there is no error starts processing by the control unit and is input to the random backoff value candidate set holding unit 300.
  • the random back-off value candidate set holding unit 300 holds a set of back-off value candidates that each group can take.
  • the random backoff value candidate set holding unit 300 is the same as that described in the second embodiment until the current backoff value candidate set is received from the radio base station 1 again until the random backoff value candidate set is notified. Keep holding.
  • the data in the data holding unit 209 is input to the frame generation unit 206, and a transmission frame is generated (step S105). Grouping is performed based on the generated frame (step S201). An example of grouping will be described below.
  • the length of the transmission frame length is used for grouping.
  • a certain threshold for the frame length of transmission data it is divided into two groups.
  • this threshold value is referred to as a “grouping threshold value”. If “transmission frame length ⁇ grouping threshold value”, group 1 is set, and if “transmission frame length> grouping threshold value”, group 2 is set.
  • this grouping threshold is set to dot11RTSThreshold of the IEEE802.11 standard, the possibility that the transmission timing of the wireless terminal station that does not perform RTS / CTS exchange and the terminal that performs RTS / CTS exchange collides decreases. .
  • the random backoff setting unit 211 sets a backoff value (step S106).
  • step S104 carrier sense is performed to check whether the channel is busy. If the channel is busy, backoff value correction is performed (step S152). In the backoff value correction, the current backoff value is corrected to a value included in a set of random backoff value candidates to which one's group is assigned. Therefore, there is no need for correction immediately after the back-off setting (step S106). Step S152 will be described after the back-off value is reduced (step S112). If the channel is not busy in step S104, it is confirmed whether the back-off value is 0 (step S107). If the back-off counter is not 0, carrier sense is performed again to check whether the channel is busy. If the channel is busy, it is determined that another terminal has already started transmission.
  • the current back-off value after the count-down is held and transmission is attempted again.
  • the back-off value that can be taken for each group is divided, so that the remaining count is distributed to the own group. It may not be the backoff value.
  • the back-off value is corrected to a value included in the set of random back-off value candidates to which the own group is assigned (step S152).
  • this correction method include: “Adjust back to the value closest to the current count among the back-off values assigned to my group” or “Value lower than the remaining count in my group, Further, it is possible to use “correction to a value closest to the remaining count”, or “if within the same group, it is highly likely that the current back-off value stopped is equal and no correction is performed”.
  • step S152 When the channel is in an idle state, after waiting for the DIFS time in IEEE802.11, the backoff value corrected in step S152 is used to start the countdown of the backoff value again. If the back-off value is 0 in step S110, the transmission data is regarded as transmission timing (step S108).
  • step S108 After data transmission (step S108), it waits for ACK to be received (step S113). If ACK is received, it is confirmed whether the ACK is for itself (step S109). If ACK is not received in step S113, it is confirmed whether or not a signal including a set of random backoff value candidates is received again (step S120). When the set of random backoff value candidates is received again, the backoff value is set again using the candidate values (step S106). When the set of random backoff value candidates is not received in step S120, the set of random backoff value candidates and the group are not changed, and the backoff value is determined again (step S106).
  • step S109 If the ACK received in step S109 is directed to the user, the process ends. If the received ACK is not for you, wait for the ACK to be received again.
  • FIG. 23 is a timing chart of the present embodiment.
  • the grouping threshold is a predetermined value smaller than dot11RTSThreshold of the IEEE802.11 standard.
  • FIG. 23 includes one wireless base station and wireless terminal stations A to C.
  • the groups are divided according to the frame length of the transmission data.
  • FIG. 23 shows the group to which the terminal belongs after the transmission data is generated in advance.
  • each terminal After the transmission of the previous frame is completed, after waiting for the DIFS time (blank time 600) in the IEEE802.11 standard, each terminal starts counting down the backoff value.
  • all blank times 601 correspond to slot times in the IEEE 802.11 standard.
  • the back-off value of wireless terminal stations A and C belonging to group 1 is selected as 3
  • the back-off value of wireless terminal station B belonging to group 2 is selected as 4. And Therefore, the wireless terminal stations A and C simultaneously transmit the transmission frame 602 and the transmission frame 603 to the wireless base station, thereby realizing MU-MIMO communication.
  • the transmission frame 602 is a transmission frame of the wireless terminal station A, and is a preamble that is transmitted using the specified preamble resource and transmission data that is transmitted in the occupied band of the wireless terminal station A.
  • the transmission frame 603 is a transmission frame transmitted by the wireless terminal station C.
  • the wireless base station that has received the transmission frames from the two terminals simultaneously waits for a time corresponding to the SIFS time in IEEE802.11 standard (blank time 604) for each of the wireless terminal stations A and C, and then ACK (A) 605 and SIFS. After waiting for time, ACK (C) 606 is transmitted.
  • ACK (A) 605 is an ACK for the wireless terminal station A
  • ACK (C) 606 is an ACK for the wireless terminal station C.
  • the terminal with the transmission data starts the countdown of the backoff value using the reset backoff value.
  • the remaining back-off value of the wireless terminal station B that is in the middle of the count-down of the back-off value is 1.
  • the wireless terminal station B transmits the transmission frame 607 immediately after waiting for the DIFS time (blank time 600).
  • a transmission frame 607 is a preamble transmitted by the wireless terminal station B using a preamble transmission resource designated as a wireless base station, and transmission data transmitted in the occupied band of the wireless terminal station B.
  • the wireless base station that has received the transmission frame 607 from the wireless terminal station B transmits ACK (B) 610 to the wireless terminal station B.
  • ACK ACK
  • this embodiment also describes the case where a blank time is inserted between ACKs when transmitting a plurality of ACKs from the radio base station. However, there is no blank time between ACKs. There is also a possibility.
  • MU-MIMO communication can be realized with almost no change in the conventional IEE802.11 standard. Further, since the back-off values that can be taken are different for each group, it is possible to avoid a collision of transmission frames between groups.
  • Each component of the present invention can be arbitrarily selected, and an invention having a selected configuration is also included in the present invention.
  • a program for realizing the functions described in the present embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed to execute processing of each unit. May be performed.
  • the “computer system” here includes an OS and hardware such as peripheral devices.
  • the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
  • the “computer-readable recording medium” means a storage device such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case is also used to hold a program for a certain period of time.
  • the program may be a program for realizing a part of the above-described functions, or may be a program that can realize the above-described functions in combination with a program already recorded in a computer system. At least a part of the functions may be realized by hardware such as an integrated circuit (sometimes referred to as a processing device).
  • the present invention can be used for communication devices.
  • a ... wireless communication system 1 ... wireless base station, 2-5 ... wireless terminal station, 100a / 100b ... antenna, 101a ... first wireless communication unit, 101b ... second wireless communication station, 102 ... switch (SW), 104 DESCRIPTION OF SYMBOLS Transmission part 116 ... Frame generation part 111 ... Control part 110 ... Preamble transmission resource allocation determination part 115 ... Random backoff control variable determination part 105 ... Preamble reception part 106 ... Channel estimation part 107 ... MIMO demodulation , 108 ... demodulator, 109 ... error checker, 200 ... antenna, 201 ... wireless communication unit, 202 ... switch, 203 ... receiver, 204 ... transmitter, 205 ... demodulator, 206 ... frame generator, 207 ... Error checking unit, 208 ... control unit, 209 ... data holding unit, 210 ... CW size changing unit, 211 ... random backoff Tough.

Landscapes

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Abstract

　DCFの仕組みを殆ど変えずにMU-MIMOを実現する。１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線端末局装置であって、前記無線端末局装置は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置の、ランダムバックオフを行う際のバックオフ値を、所定の制限をされた数で構成された値の集合であるバックオフ値候補の集合から選ぶように制御するバックオフ制御部を有することを特徴とする無線端末局装置。

Description

無線通信装置、無線通信方法、無線通信システム、処理装置
　本発明は、無線通信技術に関する。
　IEEE802.11の規格では、同一の周波数を複数端末が共有できるようにアクセス制御が行われている。そのアクセス制御例としてCSMA／CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance:衝突回避機能付きキャリア感知多重アクセス方式)が採用されている。CSMA／CAとは、フレームの送信をしようとするそれぞれの無線端末局が、事前に、キャリアセンス(無線チャネルの使用状況の確認)を行ってから、ランダムバックオフ制御という送信データの衝突を回避する制御を用いて送信を開始する方式である。ランダムバックオフ制御とは、送信データを保有する無線端末局がキャリアセンスをして、データ送信に用いるチャネルがDIFS(Distributed Coordination Function Inter Frame Space)時間アイドル状態となった後に、無線端末局は規定のCW(Contention Window)範囲内で乱数を発生させ、その乱数をもとにランダムバックオフ時間を決定する制御のことをいう。
　また、各無線端末局の送信タイミングが衝突してしまった場合、CWの範囲をさらに広くして、再送をすることにより送信タイミングの衝突を避けるようにしている。IEEE802.11a規格においては、CWサイズが１５から１０２３まで６段階を通して広げることが可能となっている。また、CWサイズが最大値に達した場合は、あらかじめ決められた最大再送回数までCWの範囲を広げず、最大値のままとする。最大再送回数を超えても失敗する場合は、送信フレームは破棄される。
　従来のIEEE802.11の規格が想定するモデルは、上り通信において、１ノードがAP（Access Point）に送信することを順番に繰り返すものであった。そのため、IEEE802.11の規格ではAPに複数の端末が同時に送信して衝突をおこさないように、上記のCSMA/CAを用いたDCF(Distributed Coordination Function：分散コーディネーション)という技術を採用している。DCF技術とは、送信データを保有する無線端末局がAPにRTS(送信要求：Request to Send)を送り、APはそれに対し無線端末局にCTS(Clear to Send)を送ることで、隠れ端末問題によって生じる送信データの衝突を回避している。この一連の流れをRTS/CTS交換と呼び、RTS/CTS交換はdot11RTSThresholdに基づいて行っている。dot11RTSThresholdより短いフレームを送信する際は、RTS/CTS交換を行わないものとなっている。
　以上のように、IEEE802.11規格では、無線端末間の送信タイミングができるだけ衝突をしないようなDCF技術が採用されている。
　また、近年、上り通信において、複数の端末が同時に同じチャネルを用いてデータを送信するMU-MIMO(Multi User-Multi Input Multi Output )技術が検討されている。MU-MIMO技術では、複数の端末のデータ送信タイミングが同時である点と、使用する周波数帯域が同じである点が重要である。
　下記特許文献１に記載の技術では、DCFを拡張する形(追加のRTS/CTS交換を行う)ことにより、MU－MIMOを実現している。
　また、下記特許文献２に記載の技術では、バックオフ値の制御により同時送信を実現している。
特開２０１０－１３０６２５号公報 特開２０１１－２１７２３４号公報
　特許文献１では、送信パケット長が短い場合でもRTS/CTS交換を行うためスループットが低下するという問題がある。また、送信タイミングを基地局が指定する必要がある。
　また、特許文献２では、同時送信する端末の組み合わせ全てにバックオフ値を割り当てるため、組み合わせによっては、バックオフ値が長いものとなるという問題がある。また、全ての組み合わせに対するバックオフ値のテーブルを送信端末が保持する必要がある。
　上り通信においてMU-MIMO技術を実現しようとする場合、現在のDCFを採用すると、複数端末が同時送信しないという問題がある。
　本発明は、DCFの仕組みを殆ど変えずにMU-MIMOの実現することを目的とする。また、送信タイミングを端末側で指定できるようにすることを目的とする。
　本発明の一観点によれば、１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線端末局装置であって、前記無線端末局装置は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置の、ランダムバックオフを行う際のバックオフ値を、所定の制限をされた数で構成された値の集合であるバックオフ値候補の集合から選ぶように制御するバックオフ制御部を有することを特徴とする無線端末局装置が提供される。
　このように、バックオフ値候補の集合を制御することで、従来方式からのプロトコルの変更を少なくして同時に複数の無線端末局との通信を行うことができる。
　前記バックオフ値候補の集合として、前記無線端末局が有する送信データの再送回数に基づいたバックオフ値候補範囲から０までの連続した値から選択された、前記所定の制限をされた数で構成された値の集合を用いるようにしても良く、前記バックオフ値候補の集合として、前記所定の制限をされた数で構成された０から連続した整数の集合を用いても良い。また、前記バックオフ値候補の集合として、前記所定の制限をされた数で構成され、所定の値を集合の期待値とする集合を用いても良いし、前記バックオフ値候補の集合として、前記無線基地局から通知された制御変数を用いて決定した集合、または前記無線基地局から通知された集合を用いても良い。
　前記バックオフ値候補の集合を、前記無線端末局装置が保持する送信データのフレーム長に基づき、前記無線端末局装置が属するグループを決定するようにしても良い。
　また、前記バックオフ値のカウントダウンが途中で停止した場合に、停止した状態のバックオフ値が前記バックオフ値候補の集合の中に含まれない値である場合、前記バックオフ値を前記バックオフ値候補の集合に含まれる値に補正するようにすると良い。
　また、本発明は、１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線基地局装置であって、前記無線端末局は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、前記システムで使用する、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置が選択するバックオフ値の候補であるバックオフ値候補の集合に含まれる値の数を制御する為の制御変数を決定するランダムバックオフ制御変数決定部を有することを特徴とする無線基地局装置である。
　前記ランダムバックオフ制御変数決定部は、前記制御変数を、無線基地局装置が収容する無線端末局装置の数と、前記無線基地局装置が有するアンテナの数の、少なくともいずれか一方の値に基づいて決定することができる。
　また、前記無線端末局が有する送信データの再送回数に基づいたバックオフ値候補範囲から０までの値から、前記バックオフ値に含まれる値の数選択したものを、前記バックオフ値候補の集合とするランダムバックオフ値候補の集合生成部を更に備えるようにしても良い。
　前記ランダムバックオフ値の集合生成部は、複数のグル―プのバックオフ値候補の集合を生成する場合、其々のバックオフ値候補の集合に含まれる値が異なるように制御するようにしても良い。
　前記バックオフ値候補の集合生成部は、前記ランダムバックオフ値候補の集合に含まれる値の期待値を所定の値にすることもできる。
　前記制御変数と、前記バックオフ値候補の集合の、少なくともいずれか一方を、更新毎に前記無線端末局装置に通知するようにしても良い。
　本発明の他の観点によれば、１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線端末局装置における無線通信方法であって、前記無線端末局装置は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置の、ランダムバックオフを行う際のバックオフ値を、所定の制限をされた数で構成された値の集合であるバックオフ値候補の集合から選ぶように制御を行うステップを有することを特徴とする無線通信方法が提供される。
　また、本発明は、１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線端末局装置に所定の機能を発揮させる処理装置であって、前記無線端末局装置は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置の、ランダムバックオフを行う際のバックオフ値を、所定の制限をされた数で構成された値の集合であるバックオフ値候補の集合から選ぶ制御機能を発揮させることを特徴とする処理装置である。
　また、本発明は、１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線基地局装置における無線通信方法であって、前記無線端末局は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、前記システムで使用する、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置が選択するバックオフ値の候補であるバックオフ値候補の集合に含まれる値の数を制御する為の制御変数を決定するステップを有することを特徴とする無線通信方法である。
　また、本発明は、１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線基地局装置に所定の機能を発揮させる処理装置であって、前記無線端末局は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、前記システムで使用する、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置が選択するバックオフ値の候補であるバックオフ値候補の集合に含まれる値の数を制御する為の制御変数を決定する機能を発揮させることを特徴とする処理装置である。
　また、本発明は、１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムであって、前記無線端末局装置は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置の、ランダムバックオフを行う際のバックオフ値を、所定の制限をされた数で構成された値の集合であるバックオフ値候補の集合から選ぶように制御するバックオフ制御部を有することを特徴とする無線端末局装置と、前記システムで使用する、前記バックオフ値候補の集合に含まれる値の数を制御する為の制御変数を決定するランダムバックオフ制御変数決定部を有することを特徴とする無線基地局装置と、を有する無線通信システムであっても良い。
　バックオフ値候補の集合を制御することで、従来方式からのプロトコルの変更を少なくして同時に複数の無線端末局との通信を行うことができる。また、送信するタイミングを無線端末局側で決めることが可能である。
本発明の実施形態による無線通信システムの概略構成例を示す機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態による無線基地局１の一構成例を示す機能ブロック図である。 無線基地局が接続要求をうけてから、AID(Association ID)と、プリアンブルの送信リソースの通知を行うまでのアソシエーション確立処理の流れを示すフローチャート図である。 端末のプリアンブルの送信リソースの割り当て処理を説明する図である。 図２の各要素の動作の流れを示すフローチャート図である。 本発明の第１の実施形態による無線端末局２の一構成例を示す機能ブロック図である。 無線端末局が無線基地局に接続要求し、アソシエーションが確立するまでの処理の流れを示すフローチャート図である。 無線端末局から、無線基地局にデータを送信する処理の流れを示すフローチャート図である。 無線端末局が無線基地局に送信しようとした場合、無線送信端末局の送信タイミングが重なりMU-MIMO送信する際のタイミング図である。 式（５）で示したランダムバックオフ制御変数を用いた場合と、従来のIEEE802.11a規格の場合での収容端末局数に対する、送信タイミングの衝突局数の期待値を示す図である。 第２の実施形態による無線基地局１の一構成例を示す機能ブロック図である。 無線基地局が、MU-MIMOさせたい端末が用いるランダムバックオフの乱数値候補の集合を決定し、無線端末局からの信号を受信し終わるまででの処理の流れを示すフローチャート図である。 図６のCWサイズ変更部の代わりにランダムバックオフ乱数保持部が挿入された図である。 無線端末局の、MU-MIMOをさせたい端末局用のランダムバックオフ値候補の集合を受信してから、送信フレームを送信するまでの処理の流れを示すフローチャート図である。 無線端末局の一構成例を示す機能ブロック図を示す。 無線端末局の処理の流れを示すフローチャート図である。 本実施形態のタイミング図である。 CWサイズが１５の時のランダムバックオフ値候補の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態による無線基地局の一構成例を示す機能ブロック図である。 無線基地局がそれぞれのグループのランダムバックオフ値候補の集合を通知してから、ある無線端末局からデータを受信するまでのフローチャート図である。 本実施形態における無線通信の端末局の一構成例を示す機能ブロック図である。 図２１に示す無線端末局の処理の流れを示すフローチャート図である。 本実施形態の通信におけるタイミング図である。 本実施形態のMU-MIMOさせたい端末のランダムバックオフ値候補の集合と従来方式の端末のランダムバックオフ値候補の集合の例を示す図である。
(第１の実施形態)
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態による無線通信技術について詳細に説明する。尚、以下においては、特に記載していない限り、基本的にIEEE802.11規格、ならびにIEEE802.11a規格に基づくことを前提とする。
　図１は、本発明の実施形態による無線通信システムの概略構成例を示す機能ブロック図である。
　図１に示すように、本実施形態による無線通信システムＡは、無線基地局１と、無線端末局２から５までと、を有している。各通信局１から５までは、それぞれの通信範囲内に全ての通信局を収容するものとする。図１に示す無線通信システムＡでは、例えば、アクセスポイント(AP)である無線基地局１と、送信周波数が等しい無線端末局２から５までと、を有して構成されている。また、無線基地局１は、複数のアンテナを持っており、無線端末局２から５までは、それぞれ１アンテナずつ持っている。尚、本発明の全ての実施形態においては、説明を簡単にするため無線端末局２から５までが持つアンテナ数を１としたが、複数のアンテナを持つようにしても良い。同様に、無線基地局１が持つアンテナ数も変更可能である。また、本実施形態では、特に記載がない場合は、送信フレーム長はIEEE802.11におけるdot11RTSThresholdより短いものとし、RTS/CTS交換は行わないものとする。
　図２は、本発明の第１の実施形態に係る無線基地局１の一構成例を示す機能ブロック図である。図２に示す無線基地局１は、２つのアンテナ１００ａ・１００ｂ、各アンテナに対応する２つの第１無線通信部１０１ａ・第２無線通信局１０１ｂ、スイッチ（ＳＷ）１０２、送信部１０４、フレーム生成部１１６、制御部１１１、プリアンブル送信リソース割り当て決定部１１０、ランダムバックオフ制御変数決定部１１５、プリアンブル受信部１０５、チャネル推定部１０６、MIMO復調部１０７、復調部１０８、エラーチェック部１０９、を備える。制御部１１１では、受信した信号から、送信フレームの生成、ランダムバックオフ制御変数の設定、プリアンブル送信リソースの割り当てを制御する。ここでプリアンブル送信リソース割り当ての決定方法の一例を以下に示す。
　本実施形態においては、無線基地局１が収容する端末数それぞれに、プリアンブルの送信リソースを割り当てるものとする。
　図３は、無線基地局１が接続要求をうけてから、AID(Association ID)と、プリアンブルの送信リソースの通知を行うまでのアソシエーション確立処理の流れを示すフローチャート図である。IEEE802.11規格では、無線端末局と無線基地局とのアソシエーションの確立時には、無線基地局はパラメータの１つとして、MACアドレスをもとに各無線端末局にAIDの割り当てを行う方式を採用している。AIDは１～２００７までの範囲で割り当てられる。図３に示すフローチャートでは、最初はアンテナ１００ａまたはアンテナ１００ｂで接続要求を受けるまで、無線基地局１は待機している(ステップＳ１)。接続要求をアンテナ１００ａまたはアンテナ１００ｂで受信すると（ＹＥＳ）、送信した端末のMACアドレスが含まれた接続要求信号が、無線通信部１０１ａまたは１０１ｂ、スイッチ１０２、受信部１０３を介して、制御部１１１に入力される。制御部１１１では、全てのハッシュ値が使用されている場合は無線基地局には接続できないとする(ステップＳ１５)。使用されていないハッシュ値がある場合、制御部１１１で接続要求を送信した端末のAIDを割り当てる(ステップＳ２)。この後の処理が、本実施形態では、特に従来とは異なる部分となる。制御部１１１で設定されたAIDをハッシュ関数でマッピングする（ステップＳ３）。このハッシュ値は１～制限数までを割り当てるとする。本実施形態では、この制限数を４として、１～４の値にマッピングする。ハッシュ関数の一例として以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　設定されたハッシュ値は、収容されている他の端末に既に設定されていないかを確認し（ステップＳ４）、他端末に設定されていないようであれば（ＹＥＳ）、AIDとプリアンブルの送信リソースを接続要求してきた端末に送信する（ステップＳ５）。また、ステップＳ４で収容端末に同じハッシュがすでに使用されていたら（ＮＯ）、現在のハッシュ値に１を加算するか、または、現在のハッシュ値が最大値なら１にして(ステップＳ１６))再びステップＳ４で確認する。ステップＳ１５で、全てのハッシュ値が利用されている場合は接続できないようにしているため、ステップＳ４を行っている端末は１から４までのいずれかのハッシュ値は割り当てる事が可能である。
　図４は、端末のプリアンブルの送信リソースの割り当て処理を説明する図である。
　プリアンブルの送信リソースの割り当てとしては、本実施形態では、図４（ａ）のように、それぞれのハッシュ値にＯＦＤＭのサブキャリア番号を４つおきに割り当てる。その割り当てる番号を、ハッシュ値ごとに１ずつ、ずらすことにより、各ハッシュ値を持つ端末のプリアンブルの送信リソースが重ならないようにすることができる。IEEE802.11aではＯＦＤＭのサブキャリアは、図４（ｂ）に示すようになっているので、全体で５２サブキャリアある。そのサブキャリアを本実施形態では、４つにマッピングされたハッシュ値に割り当てる。チャネル推定の方法を以下の式に示す。まず、あらかじめ決められたプリアンブルＡを以下の式で表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　同様に、無線端末局iから受信した信号Riを以下の式で表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　プリアンブルから、チャネル推定をする際は、送信リソースが割り当てられていない周波数に関してはsinc関数等を使用して補間する。
　図５は、図２の各要素の動作の流れを示すフローチャート図である。
　無線基地局１は、定期的に収容端末数や無線基地局がもつアンテナ数を確認し、ランダムバックオフ制御変数を求める(ステップＳ６)。決定したバックオフ制御変数は、フレーム生成部１１６に入力され、送信部１０４、スイッチ１０２、無線通信部１０１ａまたは１０１ｂ、アンテナ１００ａまたは１００ｂを介して、無線基地局１の収容端末である無線端末局２から５に送信される(ステップＳ７)。
　無線基地局１は、プリアンブルが受信されるのを待つ(ステップＳ８)。プリアンブルを受信したら、２つのアンテナ１００ａ・１００ｂから、それぞれの無線通信部１０１ａ・１０１ｂ、スイッチ１０２、受信部１０３を介して、プリアンブル受信部１０５にプリアンブルを入力する。チャネル推定部１０６では、受信したプリアンブルから、チャネルが推定される(ステップＳ９)。
　また、プリアンブル受信部１０５では、受信信号の送信リソースを確認する。割り当てた送信リソースに対して、実際に送信されたリソースを確認することで、プリアンブルを送信した端末数を求めることができる。プリアンブル受信部１０５で、受信した信号が複数端末から受信したかを確認する(ステップＳ１０)。複数端末からの信号を受信した場合、チャネル推定値を用いてMIMO分離部１０７でそれぞれの端末からの信号をMIMO分離し(ステップＳ１１)、復調部１０８において復調を行う(ステップＳ１２)。ステップＳ１０で、複数端末から送信されていない場合、復調処理部１０８で復調を行う(ステップＳ１２)。
　復調部１０８で復調された信号に対し、エラーチェック部１０９でエラーチェックを行い(ステップＳ１３)、エラーの有無をフレーム生成部１１６に入力する。
　フレーム生成部１１６は、エラーチェックの結果に基づいたACK(Acknowledge:肯定確認応答)フレームを生成し、送信部１０４、スイッチ１０２、１つの無線通信部１０１ｂ、１つのアンテナ１００ｂを介してACKフレームを送信する(ステップＳ１４)。
　無線基地局１は、ACKフレームを送信した後は、次のフレーム受信待ちを開始する。
　図６は、本発明の第１の実施形態に係る無線端末局２の一構成例を示す機能ブロック図である。図６に示すように、無線端末局２は、アンテナ２００、無線通信部２０１、スイッチ２０２、受信部２０３、送信部２０４、復調部２０５、フレーム生成部２０６、エラーチェック部２０７、制御部２０８、データ保持部２０９、CWサイズ変更部２１０、ランダムバックオフ設定部２１１を備える。また、図において制御部２０８と、CWサイズ変更部２１０と、ランダムバックオフ設定部２１１と、を合わせてバックオフ制御部２１２とする。
　従来のランダムバックオフの設定では、[０，CWサイズ]の一様乱数(整数)を設定し、一様乱数から選ばれた整数にスロット・タイムを掛け合わせたタイミングで送信を開始する。
　従来方式では、CWサイズは予め決められた方式により定められているが、本実施形態では、従来の方式で定められたCWサイズを、無線基地局１が収容する端末数と、収容する端末が持つアンテナの数の少なくともいずれか一方に基づき狭めるように変更する。変更の一例としては、ランダムバックオフ制御変数(≦１)を従来方式で定められたCWサイズに掛け合わせたものを、MU-MIMOさせたい端末用のCWサイズとする方式が挙げられる。これにより、MU-MIMOさせたい端末同士が共有するCWサイズが小さくなる。一例として、無線基地局１が収容する端末数に基づいたランダムバックオフ制御変数Xの求め方の一例を以下の数式で示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、Nは収容端末数、CWminは従来の方式で定められたCWサイズの中で最小の大きさである。この時の、MU-MIMOさせたい端末の新たなCWサイズCWMU-MIMOを式６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ここでCWとは、従来の方式で定められているCWサイズである。IEEE802.11aの規格では、CWサイズは１５～１０２３までの範囲で、再送が行われるたびに広くしていく。従来のIEE802.11aにおけるCWサイズの求め方を式７に示す。ただし、n＝再送回数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式５で求めたランダムバックオフ制御変数Xによる効果については、本実施形態で図１０を参照して後述する。
　図７、８の無線端末局のフローチャートを用いて、図６の各要素の動作について説明する。
　図７は、無線端末局２が無線基地局１に接続要求し、アソシエーションが確立するまでの処理の流れを示すフローチャート図である。無線端末局２は、無線基地局１に接続要求を送信し(ステップＳ１００)、無線基地局１から、接続許可フレーム(接続の許可通知、プリアンブル送信リソース、AIDを含む)を受信するのを待つ(ステップＳ１０１)。アンテナ２００で、接続許可フレームを受信すると、無線通信部２０１、スイッチ２０２、受信部２０３、復調部２０５を介して、エラーチェック部２０７でエラーチェックを行う(ステップＳ１０２)。ステップＳ１０２でエラーがないようだったら、接続が成功となり、処理を終了する。ステップＳ１０２でエラーが発生したら、接続要求フレームをフレーム生成部２０６で生成して、送信部２０４、スイッチ２０２、無線通信２０１を介して、アンテナ２００から、再度、接続要求を送信する。
　図８は、無線端末局２から、無線基地局１にデータを送信する処理の流れを示すフローチャート図である。図６の無線端末局２は、無線基地局１から送信された、ランダムバックオフの制御変数を含む信号（制限信号）をアンテナ２００で受信する(ステップＳ１０３)。受信した信号は、無線通信部２０１、スイッチ２０２、受信部２０３、復調部２０５を介して、エラーチェック部２０７に入力される。エラーチェック部２０７に入力されたランダムバックオフ制御変数を含む信号（制限信号）は、エラーチェック部２０７でエラーチェックを受け、バックオフ制御部２１２に入力される。バックオフ制御部２１２に入力された信号は、制御部２０８を介してCWサイズ変更部２１０に入力される。CWサイズ変更部２１０では、通知されたランダムバックオフ制御変数により、無線端末局２のCWサイズを変更する制御が行われる(ステップＳ１３０)。
　送信データが発生したら、フレーム生成部２０６で送信フレームを生成する(ステップＳ１０５)。生成した送信フレームは送信部２０４に入力される。ランダムバックオフ設定部２１１では、CWサイズ変更部２１０で変更されたCWサイズをもとに、０からCWサイズまでの連続した整数の集合を一様乱数としバックオフ値を決定する(ステップＳ１０６)。次に、無線端末局２はキャリアセンスをして、チャネルがビジー状態でないか判断する(ステップＳ１０４)。ステップＳ１０４でチャネルがビジーであった場合、アイドル状態になるまで待機する。ステップＳ１０４でチャネルがビジー状態でない場合、バックオフ値が０であるか確認する(ステップＳ１０７)。ステップＳ１０７でバックオフ値が０でない場合、バックオフ値を１だけ減らす(ステップＳ１１２)。バックオフ値を減らしたら、IEEE802.11におけるスロット・タイム待機した後、再度キャリアセンスをし、チャネル状態を確認する(ステップＳ１０４)。ステップＳ１０７で、バックオフ値が０である場合、送信タイミングであるとして、フレーム生成部２０６で生成した送信フレームを、スイッチ２０２、無線通信部２０１を介して、アンテナ２００よりプリアンブル、送信データの順に送信する(ステップＳ１０８)。
　ステップＳ１０８で、無線端末局２の送信データが送信された後、ACKを受信するまで待つ(ステップＳ１１３)。上記のACKとは、どの端末に対するACKかは、受信して復調するまで分からない。ステップＳ１１３でACKを受信したら、受信したACKが自分に向けたものなのかを確認する(ステップＳ１０９)。ステップＳ１１３で、ACKがIEEE802.11での「SIFS(Short Inter Frame Space )時間＋ACKフレーム長」相当送信されなかった場合、送信が失敗だったとし、CWサイズ変更部２１０でCWサイズを変更して(ステップＳ１１４)、再度ランダムバックオフ設定部２１１でバックオフ値を設定する(ステップＳ１０６)。CWサイズの変更方法はIEEE802.11の規格に準ずるものとする。ステップＳ１０９で受信したACKが自分に向けたものであった場合終了となる。受信したACKが自分向けでなかった場合、再度ACKが受信されるのを待つ(ステップＳ１１３)。
　図９は、無線端末局ＡからＣが無線基地局に送信しようとした場合、無線送信端末局Ａ，Ｃの送信タイミングが重なりMU-MIMO送信する際のタイミング図である。
　無線端末局ＡからＣは、前フレームが終了してから一定時間待ち、バックオフを始める。この時の空白期間３００は、IEEE802.11のDIFS（DCF Inter Frame Space）時間に相当するものである。空白時間３０１から３０９は、それぞれ、IEEE802.11におけるスロット・タイムに相当する。図９の例では、無線端末局ＡとＣの選択したバックオフ値が４で、無線端末局Ｂが選択したバックオフ値が５であるため、選択したバックオフの値が小さい無線端末局Ａ、Ｃが同時に送信権を得る。無線基地局に送信フレームを送信する端末が２端末である為、２端末のMU－MIMOが実現する。本実施形態では、このように複数の端末が選択するそれぞれのバックオフ値が同じ値をとる確率を上げる為に、ランダムバックオフ制御変数によりCWサイズを制限する。無線端末局Ａは、あらかじめ割り当てられた送信リソースでプリアンブル３１０を送信する。続いて、無線端末局Ａの占有帯域でデータ３１１を無線基地局に送信する。同様に無線端末局Ｃもプリアンブル３１２、データ３１３を無線基地局に送信する。この時、無線端末局Ａ、Ｃの占有帯域は同じである。
　２端末から、同時にデータを受信した無線基地局は、それぞれの無線端末局Ａ，Ｃに無線端末局Ａに対するACK(A)３１４、無線端末局Ｃに対するACK(C)３１５を送信する。この時の空白時間３１６は、IEEE802.11の規格におけるSIFS(Short Inter Frame Space )時間に相当する。図９のタイミング図では、複数のACKを送信する度にSIFS時間空けたが、無線端末局はACKが受信されるまで受信動作をしている為、ACK(A)３１４とACK(C)３１５は、SIFS時間空けずに連続送信しても良い。無線端末局Ａ,ＣがそれぞれのACKを受信したら、再びデータの送受信が開始される。無線端末局Ｂは再び空白時間３１０の後、繰越分のバックオフ３０９のカウントダウンを始める。その後、プリアンブル３１７、データ３１８を無線基地局に送信し、無線端末局Ｂに対するACK(B)３１９を受信すると、無線端末局Ｂからの送信は終了となる。
　図１０は、式（５）で示したランダムバックオフ制御変数を用いた場合と、従来のIEEE802.11a規格の場合での収容端末局数に対する、送信タイミングの衝突局数の期待値を示す図である。ただし、図１０において示す比較では、送信は初回であるため、従来のCWサイズとCWminは１５である。これはIEEE802.11aの規格の最小値である。[０，CW]の一様乱数をランダムバックオフに用いた場合、収容端末数をNとすると、従来方式での、送信タイミングが衝突する局数の期待値Eを以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　図１０に示した提案方式ではCWを（式５）、（式６）を用いて求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　また、今の例ではCW=CWminなので（式９）はCWMU-MIMO＝N／２となる。このCWMU-MIMOを（式８）のCWに代入することで、提案方式における期待値Eが求められる。
　図１０からもわかるように、CWサイズを小さくする事により複数端末の送信タイミングの衝突する確率が向上し、上り通信におけるMU-MIMOが実現できる。本実施形態で説明した方式では、従来方式に対して変更点が少ないため、実現が簡単である。また、送信タイミングは送信端末が決めることができる。本実施形態では、ランダムバックオフ値候補数を減らすためにCWサイズに制限を加えているが、近隣で同様の制御を行う無線基地局がある場合、それぞれの無線基地局と通信を行う無線端末局の送信が衝突し、通信エラーが発生する可能性がある。このような場合は、ランダムバックオフ値の候補数を減らす方法として、ランダムバックオフ値の候補を離散的な値を選択するものとし、近隣の無線基地局間で異なる候補値が使用されるようにしても良い。
(第２の実施形態)
　本実施形態では、MU-MIMOをさせたい端末と、従来方式の端末が共通のAPに送信する場合の一実施形態を示す。本実施形態においても、特に記載されていない場合はIEEE802.11規格ならびに、IEEE802.11a規格に基づくものとする。また、特に記載がない場合は、送信フレーム長はIEEE802.11におけるdot11RTSThresholdより短いものとし、RTS/CTS交換は行わないものとする。以上のように、本実施形態では、DCFの仕組みを殆ど変えずにMU-MIMOの実現が可能である。
　図１において、無線基地局１と、MU-MIMOをさせたい無線端末局２、４と、それ以外の無線端末局３、５と、のシステムモデルを想定した実施形態について説明する。図１１は、第２の実施形態に係る無線基地局１の一構成例を示す機能ブロック図である。ここで、図１１の機能ブロック図は、図２のランダムバックオフ制御変数決定部１１５とフレーム生成部１１６との間に、ランダムバックオフ値候補の集合生成部２５０を追加し、エラーチェック部１０９から制御部１１１に繋いだ構成を有する。また、制御部１１１とランダムバックオフ値候補の集合生成部２５０との間にCWサイズ保持部１１７を加えたものである。
　本実施形態では、APが決めた共通のランダムバックオフ値候補の集合をMU-MIMOさせたい無線端末局同士が用いることにより、送信タイミングの衝突確率が向上する。ここでのランダムバックオフ値候補の集合とは、MU-MIMOさせたい端末が選択するバックオフ値の候補の集合である。ランダムバックオフ値候補の集合に含まれる全ての整数を一様乱数として、MU-MIMOさせたい端末はバックオフ値を選択する。
　無線基地局１が無線端末局２から５までのいずれかから接続要求を受信し、接続要求を送信した無線端末局に対して接続許可フレームを送信する一連の流れについては、第１の実施形態と同様であるものとし、図３、図４を用いて説明したので省略する。
　図１２は、無線基地局１が、MU-MIMOさせたい端末が用いるランダムバックオフの乱数値候補の集合を決定し、無線端末局２からの信号を受信し終わるまででの処理の流れを示すフローチャート図である。尚、第１の実施形態、図５の処理と同等の処理については同じ番号を使用して表記している。
　無線基地局１は、図１１のランダムバックオフ制御変数決定部１１５で、定期的に収容端末数や無線基地局がもつアンテナ数から、MU-MIMOさせたい無線端末局用のランダムバックオフ制御変数を決定する(ステップＳ６)。決定されたランダムバックオフ制御変数をもとに、ランダムバックオフ値候補の集合生成部２５０では、MU-MIMOさせたい無線端末局のランダムバックオフ値候補の集合を求める(ステップＳ１７)。つまり、本実施形態では、MU-MIMOさせたい無線端末局それぞれがCWサイズを決定するのではなく、無線基地局がCWサイズを決定する。
　本実施形態での、ランダムバックオフ値候補の集合の求め方の一例を以下に示す。
　本実施形態でのランダムバックオフ値候補の集合決定法の一例としては、従来方式と同様の方式で求められるCWサイズを用いることが可能である。MU-MIMOさせたい無線端末局のランダムバックオフの候補の期待値が‘CWサイズ／２’、ランダムバックオフ値候補数が‘floor((１＋CWサイズ)*ランダムバックオフ制御変数)’と、なるように設定する。ここでの‘floor(x)’は整数a に対して、xの値が‘a≦x<a+1’の場合、‘floor(x)=a’とする。
　ランダムバックオフ値候補の期待値を上記のようにすることにより、CWサイズが同じ場合の、MU-MIMOをさせたい端末と、従来の端末が選ぶバックオフ値の期待値が等しくなる。
　これにより、MU-MIMOさせたい端末(本実施形態において無線端末局２、４)と従来の端末(本実施例においては無線端末局3，5)の間に優位差がなくなる。ここでのランダムバックオフ制御変数(≦１)は第１の実施形態で説明したものと同様のものである。MU-MIMOさせたい端末のランダムバックオフ値候補の集合を定期的に変更することで、さらに２種類の端末(MU-MIMOさせたい端末と従来の端末)の端末間での優位差がなくなる。
　図２４に、本実施形態のMU-MIMOさせたい端末のランダムバックオフ値候補の集合と従来方式の端末のランダムバックオフ値候補の集合の例を示す。図２４において、空白時間５０２から５１０はそれぞれ、IEEE802.11の規格におけるスロット・タイムに相当する。また、それぞれ空白の中に書かれた数字(１から１５)はバックオフカウンタの値である。図２４の例では、MU-MIMOさせたい端末のCWサイズと従来端末のCWサイズが１５で等しい場合を示す。
　ランダムバックオフ制御変数Ｘ＝０．２５である時、ランダムバックオフ値候補の集合の期待値は７．５、値候補の集合に含まれる整数の数は４である。図２４では、上記の関係を満たすランダムバックオフ値候補の集合の一例として｛１,５,９,１５｝を用いる。図２４では、バックオフ時間５０２、５０６、５１０はMU-MIMOさせたい端末が使用するランダムバックオフ値の候補である。また、従来の端末はCWサイズ内なら全てのバックオフ値を取りうるので、従来の端末のランダムバックオフ値候補の集合は[０，１５]となる。それぞれ一様乱数である。
　決定したランダムバックオフ値候補の集合は、フレーム生成部１１６に入力され、送信部１０４、スイッチ１０２、無線通信部１０１ａまたは１０１ｂ、アンテナ１００ａまたは１００ｂを介して無線端末局２、４に送信される(ステップＳ１８)。無線基地局１は、プリアンブルを受信するのを待つ(ステップＳ８)。プリアンブルを受信してから(ステップＳ８)、復調処理を行うまで(ステップＳ１２)は、第１の実施形態と同様であるものとし、図５で説明したので省略する。
　復調部１０８で復調処理された受信信号は、エラーチェック部１０９でエラーチェックを行う(ステップＳ１９)。エラーチェック部１０９でエラーが発生しなかった場合は、無線基地局1は受信した信号の端末分、フレーム生成部１１６でACKフレームを生成して、送信部１０４、スイッチ１０２、無線通信部１０１ａまたは１００ｂを介して、アンテナ１００ａまたは１００ｂより、それぞれにACKを送信する(ステップＳ１４)。ステップＳ１９でエラーが発生した場合、MU-MIMOさせたい端末のランダムバックオフ値の候補の集合の再設定をするため、CWサイズ保持部１１７で保持されているCWサイズを変更する(ステップＳ１２)。CWサイズの変更については、一例として従来のIEEE802.11の方式と同様の方式を用いることができる。
　変更したCWサイズとランダムバックオフ制御変数を用いて、（式５）に基づいた処理を行ったMU-MIMOさせたい端末用のCWサイズをCWサイズ保持部１１７に入力する。その後、ランダムバックオフ値候補の集合生成部２５０で、バックオフ値候補の集合を決定し、フレーム生成部１１８、送信部１０４、スイッチ１０２、無線通信部１０１ａまたは１０１ｂを介して、アンテナ１００ａまたは１００ｂより、新しいランダムバックオフ値候補の集合を収容無線端末局(無線端末局２、４)に送信する。
　図１３は、MU-MIMOをさせたい端末である無線端末局２の一構成例を示す機能ブロック図である。図１３に示す構成例は、図６のCWサイズ変更部２１０の代わりにランダムバックオフ乱数保持部３００が挿入されたものである。このランダムバックオフ値候補の集合保持部３００で、無線基地局１が通知した、MU-MIMOをさせたい端末が使用するランダムバックオフ値候補の集合を保持する。また、図において制御部２０８と、ランダムバックオフ乱数保持部３００と、ランダムバックオフ設定部２１１と、を合わせてバックオフ制御部２１３とする。
　共通のMU-MIMOさせたい端末が使用するランダムバックオフ値候補の集合を各無線端末局が保持することで、MU-MIMOさせたい端末の送信タイミング衝突する確率が上がり、上りMU-MIMO通信が実現する。このランダムバックオフ値候補の集合保持部３００では、再度通知を受けるまでの間、現在のバックオフ値候補の集合を保持し続ける。
　図１４は、本実施形態での無線端末局２の、MU-MIMOをさせたい端末局用のランダムバックオフ値候補の集合を受信してから、送信フレームを送信するまでの処理の流れを示すフローチャート図である。但し、この時、無線端末局２は、MU-MIMOさせたい端末である。また、無線端末局２が接続要求を無線基地局に送信してから、アソシエーションを確立するまでのフローチャート図は、第１実施形態例の図７で説明したものと同じでよいため省略する。図１４は、図８のランダムバックオフ制御変数受信(ステップＳ１０３)とCWサイズ変更(ステップＳ１３０)の代わりにランダムバックオフ値候補集合の受信(ステップＳ１５０)を挿入し、CWサイズ変更(ステップＳ１１４)の代わりにランダムバックオフ値候補の集合の受信確認(ステップＳ１２０)とランダムバックオフ値候補集合の書き換え(ステップＳ１５１)を挿入したものである。
　無線端末局２は、無線基地局１から通知されたランダムバックオフ値候補の集合を受信する(ステップＳ１５０)。ランダムバックオフ値候補の集合を含む無線基地局１からの信号は、無線通信部２０１、スイッチ２０２、受信部２０３を介してエラーチェック部２０７に入力される。エラーチェック部２０７で、エラーチェックを受けたランダムバックオフ値候補の集合を含む信号はランダムバックオフ値候補の集合保持部３００に入力され、保持される。
　送信データが発生したら、フレーム生成部２０６で送信フレームを生成する(ステップＳ１０５)。生成した送信フレームは送信部２０４に入力される。ランダムバックオフ設定部２１１では、ランダムバックオフ値候補の集合保持部３００で保持されている集合に含まれるそれぞれの数が同じ確率で選ばれるようにしてランダムにバックオフ値を決定する(ステップＳ１０６)。バックオフ値が決定したら、キャリアセンスをして、チャネルがビジー状態でないか確認をする(ステップＳ１０４)。ステップＳ１０４でチャネルがビジーであった場合、アイドル状態になるまで、待機する。チャネルがビジー状態でない場合、バックオフ値が０ではないか確認する(ステップＳ１０７)。ステップＳ１０７でバックオフ値が０である場合、送信タイミングとみなす。バックオフ値が０でなかった場合、送信部２０４では現在のバックオフ値のカウントを１つ減らす(ステップＳ１１２)。
　バックオフカウンタを減らしたら、スロット・タイム待って、ランダムバックオフ設定(ステップＳ１０６)直後のステップに戻る。ステップＳ１０７で送信タイミングとみなされた場合、フレーム生成部２０６で生成した送信フレームを、スイッチ２０２、無線通信部２０１を介して、アンテナ２００よりプリアンブル、送信データの順に送信する(ステップＳ１０８)。ただし、プリアンブルは無線基地局より割り当てられた送信リソースで送信され、送信データは無線端末局２の占有帯域で送信される。
　無線端末局２の送信データが送信された後、所定の時間の間、ACKを受信するまで待つ(ステップＳ１１３)。上記のACKが、どの端末に対するACKであるかは、受信して復調するまで分からない。また、ここでの所定の時間とは、IEEE802.11の規格における‘SIFS時間＋ACKフレーム長’である。ステップＳ１１３で時間内にACKが受信されたら、無線通信部２０１、スイッチ２０２、受信部２０３を介して復調部２０５で受信したACKを復調し、受信されたACKが自分に向けたものなのかを確認する(ステップＳ１０９)。ステップＳ１１３で、ACKが受信されなかったら、再度ランダムバックオフ値候補の集合を受信するか確認する(ステップＳ１２０)。ランダムバックオフ値候補の集合が受信された場合、受信したランダムバックオフ値候補の集合を含んだ信号は無線通信部２０１、スイッチ部２０２、受信部２０３、復調部２０５を介してエラーチェック部２０７に入力される。エラーチェック部２０７でエラーチェックを受けた信号は、バックオフ制御部２１３に入力される。バックオフ制御部２１３に入力された信号は、制御部２０８を介してランダムバックオフ値候補の集合保持部３００で保持されている、ランダムバックオフ値候補の集合を書き換え(ステップＳ１５１)、ランダムバックオフ設定部２１１でランダムバックオフ値の設定(ステップＳ１０６)から再開する。ステップＳ１２０でランダムバックオフ値候補の集合が受信されなかった場合、書き換えを行わず、ランダムバックオフ設定部２１１におけるランダムバックオフ設定(ステップＳ１０６)から再開する。ステップＳ１０９で受信されたACKが自分に向けたものであった場合終了となる。受信されたACKが自分向けでなかった場合、再度ACKが受信されるのを待つ(ステップＳ１１３)。
　従来の無線端末局３、５は、従来のIEEE802.11の規格に基づいたデータ送信を行う。
　図１５は、無線端末局３の一構成例を示す機能ブロック図を示す。図１５は、図６の無線端末局２を無線端末局３にしたものである。ただし、図６のCWサイズ変更部２１０と、図１５のCWサイズ変更部２６０は動作が異なるので、異なる番号が付されている。本実施形態でのCWサイズ変更部２６０では、第１実施形態とは異なり、ランダムバックオフ制御変数によりCWサイズを変更しない。ただし、送信が失敗した場合のCWサイズを広げる方式は第１の実施形態と同様でIEEE802.11方式に準ずるものを一例とする。
　図１６は、無線端末局３の処理の流れを示すフローチャート図である。図１６に示す処理は、図８のランダムバックオフ制御変数受信処理(ステップＳ１０３)とCWサイズ変更処理(ステップＳ１３０)を無くしたものである。
　無線端末局３は、送信データが発生すると、フレーム生成部２０６で送信フレームを生成する(ステップＳ１０５)。生成した送信フレームは、送信部２０４に入力される。ランダムバックオフ設定部２１１では、端末が持つCWサイズをもとに、[０，CWサイズ]の一様乱数として、バックオフ値を決定する(ステップＳ１０６)。
　バックオフの設定(ステップＳ１０６)からendまでは第１実施形態と同等であるものとし、図８を用いて上記において説明したので説明を省略する。但し、第１実施形態でのCWサイズ変更部２１０は、本実施形態ではCWサイズ変更部２６０である。
　図１７は、本実施形態のタイミング図である。無線端末局Ａ，ＣがMU-MIMOをさせたい端末であり、無線端末局Ｂは従来端末である。また、無線基地局はアンテナを２本持っている。図１７では、無線端末局Ａ、Ｂ，ＣCが１回目に選択したバックオフ値が全て一緒になってしまった場合を示している。前フレームの送信が終わった後、IEEE802.11におけるDIFS時間(空白時間４００)だけ待機してから、それぞれの無線端末局のバックオフ値のカウントダウンを開始する。ここで、空白時間４０１はIEEE802.11規格における、スロット・タイムである。無線端末局Ａ、Ｂ，Ｃは３端末ともバックオフ値が３であった為、３端末の送信フレーム４０２、４０３、４０４が同時に送信される。ここで、送信フレーム４０２は無線端末局Ａの送信フレームである。また送信フレーム４０２の中身は、指定されたリソースで送信するプリアンブル信号と、無線端末局Ａの占有帯域で送信する送信データである。同様に、送信フレーム４０３は、無線端末局Ｂの送信フレームであり、送信フレーム４０４は無線端末局Ｃの送信フレームである。
　無線基地局は３端末から同時に送信フレームを受けた為、MIMO分離できず、エラーとなる。そこで、新しいランダムバックオフ値候補の集合４０５を、収容する無線端末局に送信する。ここでの空白時間４１０はIEEE802.11規格におけるSIFS時間に相当するものである。
　新しいランダムバックオフ値候補の集合から、無線端末局Ａ，Ｃは、再度バックオフ値を設定する。従来の端末である無線端末局は、CWサイズを広くして再度バックオフ値を設定する。DIFS時間相当待機した後、それぞれの端末はバックオフ値のカウントダウンを開始する。ここで無線端末局Ａ、Ｃは再度設定したバックオフ値に２を、無線端末局Ｂは再度設定したバックオフ値に４を選択した為、無線端末局Ａ，Ｃの送信フレームが先に送信される。その為、無線端末局Ｂが保持している、２カウント分のスロット・タイム４２１は次回の送信の際に無線端末局Ｂが利用する。
　無線端末局Ａ，Ｃは、バックオフ値が０になると、それぞれの送信フレーム４０６、４０７を送信する。送信フレーム４０６、４０７は、前回送信しようとして生成した送信フレーム４０２、４０４と等しい内容のフレームである。これは、無線端末局Ａ，Ｃは、それぞれ自分に向けたACKを前回受信できなかったので再送となったためである。
　無線基地局は、２端末から受信したので、それぞれの端末にACK(A)４０８、ACK(B)４０９を送信する。無線端末局Ａ，Ｂがそれぞれ自分に対するACKを受信すると、送信が終了となる。
　尚、本実施形態では、MU-MIMOさせたい端末の選択方法は特に指定しないが、例として送信フレームの大きさによって選択する方式が挙げられる。この送信フレームに対する、選択のしきい値を、IEEE802.11の規格のdot11RTSThresholdにした場合、RTS/CTS交換を行わない無線端末局はMU-MIMOを行い、RTS/CTS交換を行う端末は１端末のみで送信することができるため、ある端末が送信するRTS信号と、ある端末が送信するデータフレームが衝突する確率が下がる。
　以上の様に、本実施形態では、MU-MIMOさせたい端末のバックオフ値候補の集合を制限することで、MU-MIMOさせたい端末も、従来方式の端末も同時にAPに接続可能である。
(第３の実施形態)
　本実施形態では、収容している無線端末局を送信フレームの大きさで、２つのグループに分け、それぞれのグループが取りうるランダムバックオフ値候補が重複しないように振り分けることにより、グループ同士の送信データの衝突を避ける場合について説明する。本実施形態では、図１の無線基地局１と、無線基地局１に収容される無線端末局２から５までとで構成されているシステムモデルの実施形態を示す。
　図１９は、第３の実施形態に係る無線基地局１の一構成例を示す機能ブロック図である。図１９は、図１１のランダムバックオフ制御変数決定部１１５、ランダムバックオフ値候補の集合の生成部２５０を無くし、ランダムバックオフ値候補の振り分け部５０１を制御部１１１とフレーム生成部１１６との間に挿入したものである。
　図２０は、無線基地局１がそれぞれのグループのランダムバックオフ値候補の集合を通知してから、ある無線端末局からデータを受信するまでのフローチャートを示す。なお、無線端末局から接続要求を受け、アソシエーションが確立するまでについては、第１の実施形態と同様であるものとし図３、図４を用いて説明したので省略する。
　図１９のランダムバックオフ値候補の振り分け部５０１では、各グループのランダムバックオフ値候補の集合を、定期的に[０，CWサイズ]の集合から振り分ける(ステップＳ２００)。この時の振り分け方の一例を以下に示す。
　各グループの乱数値候補の集合の期待値がCWサイズ／２、ランダムバックオフ値の候補数がfloor((CWサイズ＋１)／２)、となるようにする。この時、２つのグループのランダムバックオフ値の候補が同じ値をとらないようにする。図１８は、CWサイズが１５の時のランダムバックオフ値の候補の一例を示す図である。ただし、図１８の時間５００は、IEEE802.11の規格におけるスロット・タイムに相当する。
　それぞれのグループにランダムバックオフ値候補の振り分けが終わったら、それらのランダムバックオフ値候補の集合を含むフレームをフレーム生成部１１６で生成して、送信部１０４、スイッチ１０２、無線通信部１０１を介して、アンテナ１００より無線基地局の収容端末に送信する(ステップＳ１８)。それぞれの端末に送信し終わったら、プリアンブルを受信するのを待機する(ステップＳ８)。プリアンブル受信(ステップＳ８)から復調処理(ステップＳ１２)までは、第１の実施形態と同様であるものとし、図５を用いて説明したので省略する。
　復調処理された信号はエラーチェック部１０９でエラーチェックを行う(ステップＳ１９)。もしエラーがなかった場合、データを送信した端末それぞれに対するACKを返す。もしステップＳ１９でエラーが発生していた場合、CWサイズ保持部１１７で、保持するCWのサイズを広げる(ステップＳ２０２)。広げるCWサイズは、従来のIEEE802.11の規格と同様であるものとして、（式７）により求めるものとする。図２１は、本実施形態における無線通信の端末局２の一構成例を示す機能ブロック図である。図２１は、図１３の制御部２０８とデータ保持部２０９とを、双方向につなげたものである。図２２は、図２１に関する処理の流れを示すフローチャート図である。
　無線端末局２は、無線基地局から各グループのランダムバックオフ値候補の集合を含んだ信号をアンテナ２００で受信する(ステップＳ１５０)。受信した信号は無線通信部２０１、スイッチ２０２、受信部２０３、復調部２０５を介してエラーチェック部２０７に入力される。エラーチェック部２０７でエラーがないことを確認された信号は、制御部による処理を開始し、ランダムバックオフ値候補の集合保持部３００に入力される。このランダムバックオフ値候補の集合保持部３００は、各グループが取り得るバックオフ値の候補の集合を保持する。ランダムバックオフ値候補の集合保持部３００は第２の実施形態で説明したもの同様に、無線基地局１から再度ランダムバックオフ値候補の集合の通知を受けるまで、現在のバックオフ値候補の集合を保持し続ける。
　データ保持部２０９にあるデータはフレーム生成部２０６に入力され、送信フレームが生成される(ステップＳ１０５)。その生成フレームをもとにグループ分けを行う(ステップＳ２０１)。グループ分けの一例を以下で説明する。
　本実施形態では、グループ分けに送信フレーム長の長さを用いる。送信データのフレーム長に対してあるしきい値を用いることで、２つのグループに分ける。本実施形態では、このしきい値を『グループ化しきい値』と呼ぶ。『送信フレーム長≦グループ化しきい値』の場合、グループ１、送信フレーム長＞グループ化しきい値』の場合、グループ２、というように分けていく。
　尚、一例としてこのグループ化しきい値をIEEE802.11の規格のdot11RTSThresholdにした場合、RTS/CTS交換を行わない無線端末局と、RTS/CTS交換を行う端末の送信タイミングが衝突する可能性が減る。
　以上の方法でグループ分けを行った後、ランダムバックオフ値候補の集合保持部３００に保持されているランダムバックオフ値候補の集合の中から、無線端末局２が割り当てられたグループのランダムバックオフ値候補の集合を用いて、ランダムバックオフ設定部２１１で、バックオフ値を設定する(ステップＳ１０６)。
　バックオフ値の設定が終わったら、キャリアセンスをしてチャネルがビジーでないかを確認する(ステップＳ１０４)。チャネルがビジーであった場合、バックオフ値補正を行う(ステップＳ１５２)。バックオフ値補正とは、自分のグループが振り分けられたランダムバックオフ値候補の集合に含まれた値に、現在のバックオフ値を補正するものである。その為、バックオフ設定(ステップＳ１０６)直後の場合、特に補正の必要はない。ステップＳ１５２に関しては、バックオフ値を減らした(ステップＳ１１２)後に、説明する。ステップＳ１０４でチャネルがビジーでない場合、バックオフ値が０であるか確認する(ステップＳ１０７)。バックオフカウンタが０でない場合、再度キャリアセンスをして、チャネルがビジーでないか確認する。チャネルがビジーである場合、既に他の端末が送信を開始したと判断する。第１、第２の実施形態では、バックオフ値のカウントダウン中に、他の無線端末局が送信を開始した場合、カウントダウンをした現在のバックオフ値を保持しておいて、送信を再び試みる際の保持していたバックオフ値を現在のバックオフ値として使用したのに対し、本実施形態では、グループごとで取り得るバックオフ値を分けているため、残ったカウントが自分のグループが振り分けられたバックオフ値でない可能性がある。
　その為、ランダムバックオフ設定(ステップＳ１０６)直後のステップに戻す前に、バックオフ値を自分のグループが振り分けられたランダムバックオフ値候補の集合に含まれた値に補正する(ステップＳ１５２)。この補正方法の例として、「自分のグループに振り分けられたバックオフ値の中で、最も現在のカウントに近い値に補正する」、または「自分のグループの中で、残ったカウントより低い値、かつ最も残ったカウントに近い値に補正する」、あるいは「同一グループ内であれば停止した現在のバックオフ値が等しい可能性が高いものとし、補正を行わない」などを用いることができる。
　チャネルがアイドル状態になると、IEEE802.11におけるDIFS時間待機後、ステップＳ１５２で補正されたバックオフ値を使用して、再度バックオフ値のカウントダウンを開始する。ステップＳ１１０でバックオフ値が０である場合、送信タイミングとみなし送信データを送信する(ステップＳ１０８)。
　データ送信(ステップＳ１０８)をした後、ACKが受信されるのを待機する(ステップＳ１１３)。ACKが受信されたら、そのACKは自分向けかを確認する(ステップＳ１０９)。ステップＳ１１３でACKが受信されない場合、ランダムバックオフ値候補の集合を含んだ信号を再度受信するか確認する(ステップＳ１２０)。ランダムバックオフ値候補の集合を再度受信した場合、その候補値を使用して再度、バックオフ値の設定を行う(ステップＳ１０６)。ステップＳ１２０でランダムバックオフ値候補の集合を受信しなかった場合はランダムバックオフ値候補の集合やグループの変更はなく、再度バックオフ値を決定する(ステップＳ１０６)。
　ステップＳ１０９で受信したACKが自分向けであった場合、処理は終了となる。受信したACKが自分向けでなかった場合、再度ACKが受信されるのを待機する。
　図２３は、本実施形態のタイミング図である。また図２３の例では、全ての送信フレーム長がIEEE802.11の規格のdot11RTSThreshold以下であるとする。その為、RTS/ CTS交換は行わない。また、図２３の例ではグループ化しきい値はIEEE802.11規格のdot11RTSThresholdより小さい所定の値である。
　図２３に示す例は、無線基地局１台と、無線端末局ＡからＣまでで構成されている。本実施形態では、送信データのフレーム長によりグループを分けるが、図２３では説明を分かりやすくするために、あらかじめ、送信データをフレーム生成した後、端末が属すグループを表記している。
　前フレームの送信が終了した後、IEEE802.11規格におけるDIFS時間(空白時間６００)待機した後、それぞれの端末はバックオフ値のカウントダウンを開始する。ここで空白時間６０１は全てIEEE802.11規格におけるスロット・タイムに相応する。送信フレームの長さにより、グループ１に属している無線端末局Ａ，Ｃのバックオフ値は３が選択され、グループ２に属している無線端末局Ｂのバックオフ値は４が選択されたものとする。その為、無線端末局Ａ，Ｃが同時に送信フレーム６０２、送信フレーム６０３を無線基地局に送信し、MU-MIMO通信を実現する。なお、ここでの送信フレーム６０２は、無線端末局Ａの送信フレームであり、指定されたプリアンブルのリソースで送信するプリアンブルと、無線端末局Ａの占有帯域で送信する送信データである。同様に、送信フレーム６０３は、無線端末局Ｃが送信する送信フレームである。
　２端末から同時に送信フレームを受信した無線基地局は、無線端末局Ａ，ＣそれぞれにIEEE802.11規格におけるSIFS時間に相当する時間(空白時間６０４)待機した後、ACK(A)６０５、さらにSIFS時間相当待機した後、ACK(C)６０６を送信する。ACK(A)６０５は無線端末局Aに対するACKであり、同様にACK(C)６０６は無線端末局Ｃに対するACKである。
　無線端末局Ａ，Ｃに対するACKの送信が終了したら、送信データがある端末は、再設定したバックオフ値を用いて、バックオフ値のカウントダウンを開始する。
　バックオフ値のカウントダウンの途中である無線端末局Ｂの残りのバックオフ値は１である。しかしグループ２が割り当てられたランダムバックオフ値候補の集合には１はなく、無線端末局Ｂのバックオフ値は、グループ2が振り分けられたランダムバックオフ値候補の集合の中で、１より小さく、最も１に近い値である０に補正される。その為、無線端末局ＢはDIFS時間(空白時間６００)だけ待機した後すぐに送信フレーム６０７を送信する。送信フレーム６０７は無線端末局Ｂが無線基地局に指定されたプリアンブルの送信リソースで送信するプリアンブルと、無線端末局Ｂの占有帯域で送信する送信データである。
　無線端末局Ｂからの送信フレーム６０７を受信した無線基地局は、無線端末局Ｂに対してACK(B)６１０を送信する。尚、第２実施形態と同様に本実施形態においても、無線基地局から複数のACKを送信する際にACK間に空白時間を入れる場合について記載しているが、ACK間の空白時間が無い例もありうる。
　以上の様に、本実施形態においても、従来のIEE802.11 の規格の方式をほとんど変えずにMU-MIMO通信を実現することが可能となる。また、グループごとに取りうるバックオフ値が異なるように振り分けられている為、グループ間で送信フレームの衝突が生じる事を避けることが可能となる。
　尚、上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
　また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
　また、本実施の形態で説明した機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
　また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
　また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また前記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。機能の少なくとも一部は、集積回路などのハードウェアで実現しても良い（処理装置などと称することがある）。
　本発明は通信装置に利用可能である。
Ａ…無線通信システム、１…無線基地局、２～５…無線端末局、１００ａ・１００ｂ…アンテナ、１０１ａ…第１無線通信部、１０１ｂ…第２無線通信局、１０２…スイッチ（ＳＷ）、１０４…送信部、１１６…フレーム生成部、１１１…制御部、１１０…プリアンブル送信リソース割り当て決定部、１１５…ランダムバックオフ制御変数決定部、１０５…プリアンブル受信部、１０６…チャネル推定部、１０７…MIMO復調部、１０８…復調部、１０９…エラーチェック部、２００…アンテナ、２０１…無線通信部、２０２…スイッチ、２０３…受信部、２０４…送信部、２０５…復調部、２０６…フレーム生成部、２０７…エラーチェック部、２０８…制御部、２０９…データ保持部、２１０…CWサイズ変更部、２１１…ランダムバックオフ設定部。

Claims (18)

  1. 　１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線端末局装置であって、
    　前記無線端末局装置は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、
    　少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置の、ランダムバックオフを行う際のバックオフ値を、所定の制限をされた数で構成された値の集合であるバックオフ値候補の集合から選ぶように制御するバックオフ制御部を有することを特徴とする無線端末局装置。
  2. 　前記バックオフ値候補の集合として、
    　前記無線端末局が有する送信データの再送回数に基づいたバックオフ値候補範囲から０までの連続した値から選択された、前記所定の制限をされた数で構成された値の集合を用いることを特徴とする請求項１記載の無線端末局装置。
  3. 　前記バックオフ値候補の集合として、
    　前記所定の制限をされた数で構成された０から連続した整数の集合を用いることを特徴とする請求項１記載の無線端末局装置。
  4. 　前記バックオフ値候補の集合として、
    　前記所定の制限をされた数で構成され、所定の値を集合の期待値とする集合を用いることを特徴とする請求項１記載の無線端末局装置。
  5. 　前記バックオフ値候補の集合として、
    前記無線基地局から通知された制御変数を用いて決定した集合、または前記無線基地局から通知された集合を用いることを特徴とする請求項１記載の無線端末局装置。
  6. 　前記バックオフ値候補の集合を、前記無線端末局装置が保持する送信データのフレーム長に基づき、前記無線端末局装置が属するグループを決定することを特徴とする請求項１記載の無線端末局装置。
  7. 　前記バックオフ値のカウントダウンが途中で停止した場合に、停止した状態のバックオフ値が前記バックオフ値候補の集合の中に含まれない値である場合、前記バックオフ値を前記バックオフ値候補の集合に含まれる値に補正することを特徴とする請求項５記載の無線端末局装置。
  8. 　１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線基地局装置であって、
    　前記無線端末局は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、
    　前記システムで使用する、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置が選択するバックオフ値の候補であるバックオフ値候補の集合に含まれる値の数を制御する為の制御変数を決定するランダムバックオフ制御変数決定部を有することを特徴とする無線基地局装置。
  9. 　前記ランダムバックオフ制御変数決定部は、前記制御変数を、無線基地局装置が収容する無線端末局装置の数と、前記無線基地局装置が有するアンテナの数の、少なくともいずれか一方の値に基づいて決定することを特徴とする請求項８記載の無線基地局装置。
  10. 　前記無線端末局が有する送信データの再送回数に基づいたバックオフ値候補範囲から０までの値から、前記バックオフ値に含まれる値の数選択したものを、前記バックオフ値候補の集合とするランダムバックオフ値候補の集合生成部を更に備えることを特徴とする請求項８記載の無線基地局装置。
  11. 　前記ランダムバックオフ値の集合生成部は、
    　複数のグル―プのバックオフ値候補の集合を生成する場合、其々のバックオフ値候補の集合に含まれる値が異なるように制御することを特徴とする請求項１０記載の無線基地局装置。
  12. 　前記バックオフ値候補の集合生成部は、
    　前記ランダムバックオフ値候補の集合に含まれる値の期待値を所定の値にすることを特徴とする請求項８記載の無線基地局装置。
  13. 　前記制御変数と、前記バックオフ値候補の集合の、少なくともいずれか一方を、更新毎に前記無線端末局装置に通知することを特徴とする請求項８、または、請求項１０に記載の無線基地局装置。
  14. 　１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線端末局装置における無線通信方法であって、
    　前記無線端末局装置は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、
    　少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置の、ランダムバックオフを行う際のバックオフ値を、所定の制限をされた数で構成された値の集合であるバックオフ値候補の集合から選ぶように制御を行うステップ
    を有することを特徴とする無線通信方法。
  15. 　１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線端末局装置に所定の機能を発揮させる処理装置であって、
    　前記無線端末局装置は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、
    　少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置の、ランダムバックオフを行う際のバックオフ値を、所定の制限をされた数で構成された値の集合であるバックオフ値候補の集合から選ぶ制御機能を発揮させることを特徴とする処理装置。
  16. 　１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線基地局装置における無線通信方法であって、
    　前記無線端末局は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、
    　前記システムで使用する、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置が選択するバックオフ値の候補であるバックオフ値候補の集合に含まれる値の数を制御する為の制御変数を決定するステップ
    を有することを特徴とする無線通信方法。
  17. 　１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムに使用する無線基地局装置に所定の機能を発揮させる処理装置であって、
    　前記無線端末局は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、
    　前記システムで使用する、少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置が選択するバックオフ値の候補であるバックオフ値候補の集合に含まれる値の数を制御する為の制御変数を決定する機能を発揮させることを特徴とする処理装置。
  18. 　１つの無線基地局と、複数の無線端末局で構成される無線通信システムであって、
    　前記無線端末局装置は複数のグループのいずれかに属するように振り分けられ、
    　少なくとも１つのグループに属する前記無線端末局装置の、ランダムバックオフを行う際のバックオフ値を、所定の制限をされた数で構成された値の集合であるバックオフ値候補の集合から選ぶように制御するバックオフ制御部を有することを特徴とする無線端末局装置と
    　前記システムで使用する、前記バックオフ値候補の集合に含まれる値の数を制御する為の制御変数を決定するランダムバックオフ制御変数決定部を有することを特徴とする無線基地局装置と
    を有する無線通信システム。
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