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JP4284354B2 - 無線通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、キャリアセンス状態に基づいてメディアアクセス制御を行う無線通信装置に関する。
近年、無線ＬＡＮ (Local Area Network)がオフィスから家庭内、公共場所のHot Spotサービスにまで急速に普及している。主流になっているのは、5GHz帯を利用するIEEE802.11aや、2.4GHz帯を用いるIEEE802.11b/gなどの規格であるが、IEEE802.11a/b/g上のMAC (Medium Access Control)層に対しQoS (Quality of Service)機能を拡張したIEEE802.11eも規格として成立している。また現在、100Mbps以上の実効スループット達成を目標として物理層及びMAC層の双方の拡張を行うIEEE802.11nの標準化活動も進められている。
IEEE802.11nでは、伝送速度の高速化を実現するためのアプローチの一つとして、通信帯域を拡張する方法が提案されている。従来、IEEE 802.11系無線ＬＡＮで使用されている1チャネルの帯域幅は20MHzであるが、これを同時に2チャネル使用し、2倍の帯域幅を有する40MHz帯域通信を実現するというものである。これに伴い、通信帯域拡張時には同一周波数内に混在する異なるチャネルを対象にメディアアクセス制御を行うことが必要となる。IEEE802.11nでは、特許文献１に記述されているような集中制御局が複数の周波数チャネルを１チャネルずつ順番に予約するというメディアアクセス制御方式と、非特許文献１に記されているような各端末が自律分散的にIEEE802.11と同様のCSMA/CAを行いメディアアクセスする方式が考えられている。前者の集中制御局が複数の周波数チャネルを１チャネルずつ順番に予約するというメディアアクセス制御方式はＰＣＯ(Phased Coexistence Operation)モードと呼ばれており、単数チャネルを用いた狭帯域通信(20MHz)の期間と複数チャネルを用いた広帯域通信(40MHz)の期間とを時分割する方式である。一方、後者の各端末が自律分散的に通信帯域拡張時にもIEEE802.11と同様のCSMA/CAを行いメディアアクセスする方式は20/40MHzモードと呼ばれており、単数チャネルを用いた狭帯域(20MHz)フレームと複数チャネルを用いた広帯域(40MHz)フレームとの間のフレーム単位での通信の切替えをすることが許容されている。
特開２００４−２４２８９３公報 EWC MAC Specification Version V1.0 September 12th, 2005, インターネット＜URL：http://www.enhancedwirelessconsortium.org/＞
上記のようにIEEE802.11nにはＢＳＳの運用モードとして、ＰＣＯモード、20/40MHzモード、従来のIEEE802.11と同様に単数チャネルを用いた狭帯域(20MHz)通信のみを行う20MHzオンリー・モードが存在する。ＢＳＳ運用モードは集中制御局が選択しＢＳＳ内の端末に通知する。このとき、集中制御局が適切にＢＳＳ運用モードを選択しないとＢＳＳのスループット低下を招くという技術的課題がある。
例えば、ＢＳＳ内に40MHz端末が存在する場合にＢＳＳ運用モードとして20MHzオンリー・モードが選択されると、端末は40MHz通信能力を有しているにもかかわらず20MHz帯域を用いた通信しか行うことができず、低スループットとなる。反対に、ＢＳＳ内に20MHz端末しか存在しない場合にＢＳＳ運用モードとしてＰＣＯモードが選択されると、40MHz帯域で送信する端末が存在しないにもかかわらず40MHz期間が設定され、20MHzと40MHzの切り替えも発生するため、時間を浪費してスループットが劣化する。
このように、集中制御局は当該ＢＳＳ内の環境や使用するチャネルの状態などに応じて適切に運用ＢＳＳモードを選択しないと、伝送速度の高速化を目的としてIEEE802.11nに導入された帯域拡張の効果を十分に得ることができず、かえってスループットが劣化する可能性もある。
そこで本発明は、ＢＳＳ運用モードを適切に選択することでＢＳＳ内のスループット劣化を低減することができる無線通信装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点に係る無線通信装置は、第１の帯域幅をそれぞれ有する２つの第１チャネルのうちの一方の第１チャネルを用いる第１の無線通信と、前記第１帯域幅より広い第２の帯域幅を有しかつ前記２つの第１チャネルと重複する帯域を持つ第２チャネルを用いる第２の無線通信とを行う無線通信装置であって、前記２つの第１チャネルのうちの他方の第１チャネルの負荷量に基づいてＢＳＳ（Basic Service Set）運用モードを選択する選択部と、前記ＢＳＳモード選択部により選択されたＢＳＳ運用モードを示す管理フレームを生成する生成部と、前記管理フレームを送信する送信部とを具備する。
本発明によれば、不適切なＢＳＳ運用モード選択によるＢＳＳ内のスループット劣化を回避し、IEEE802.11nに導入された帯域拡張の効果を十分に得ることができる。
以下、図面を参照しながら発明の実施の形態を説明する。
集中制御により端末がフレーム送信を行うシステムとして、IEEE Std. 802.11-1999 (revision 2003はISO/IEC 8802-11:1999(E) ANSI/IEEE Std 802.11、1999 edition、IEEE Std 802.11a-1999、IEEE Std 802.11b-1999、IEEE Std 802.11b-1999/Cor 1-2001とIEEE Std 802.11d-2001を含む)に基づく無線ＬＡＮシステムを取り上げて説明する。以下ではIEEE 802.11無線ＬＡＮシステムに基づき、基本的なシステム構成を説明する。IEEE 802.11標準規格は物理(Physical: PHY)層と媒体アクセス制御(Medium Access Control: MAC)層に関する規格である。以下の処理は主にＭＡＣ層での処理に注目し、説明する。
なお、ここで記述するIEEE 802.11標準規格にはIEEE 802.11標準規格のamendmentやrecommended practiceなどとして位置付けられる標準規格も含む。
参考文献３「IEEE802.11n Working Group, "Draft Amendment to STANDARD [FOR] Information Technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and Metropolitan networks-Specific requirements-Part 11: Wireless ＬＡＮ Medium Access Control and Physical Layer specifications: Enhancements for Higher Throughput," IEEE P802.11nTM/D1.0, January 2006.」によれば、IEEE802.11nでは20MHz帯域幅を持つ隣接するチャネルを２つ束ねて使用し、40MHz通信を実現する。２つのチャネルのうち片方を制御チャネル(control channel)と呼び、20MHz通信やＢＳＳ管理のための制御情報の交換に使用する。他方のチャネルを拡張チャネル(extension channel)と呼び、40MHz通信時に帯域を拡張するためのチャネルとして使用される。拡張チャネルは他のシステムやＢＳＳ、特にIEEE802.11/a/b/gといった20MHz帯域のみを使用する機器が使用していることがある。
ＢＳＳ運用モードを適切に選択するという技術的課題に対し発明者らは、参考文献１「宇都宮依子，旦代智哉，足立朋子，高木雅裕，“IEEE802.11n 高速無線ＬＡＮ実現に向けた20/40MHz端末共存方式”，信学論B，vol.J89-B，no.2，Feb. 2006.」及び参考文献２「Yoriko Utsunomiya, Tomoya Tandai, Tomoko Adachi and Masahiro Takagi, "A MAC Protocol for Coexistence between 20/40 MHz STAs for High Throughput WLAN", VTC 2006 spring (Vehicular Technology Conference), May 2006.」に示すようにさまざまな検討を行ったところ、ＢＳＳの運用モードを効果的に選択し切り替えるためには、他のシステムや他のＢＳＳによる拡張チャネルの負荷量が重要なパラメータとなることがわかってきた。拡張チャネルの負荷量は、その拡張チャネルを使用中の他ＢＳＳの端末数やトラヒック量、拡張チャネルで受信される他ＢＳＳからの干渉信号受信時間や干渉信号強度でおおよそ把握することができる。
一例として、図１に拡張チャネルを使用中の他ＢＳＳの端末数に対する、20MHzオンリー・モード、ＰＣＯモード、20/40MHzモードのスループット特性を示す。図１より、ＰＣＯモード（Ｌ１〜Ｌ４）は、拡張チャネルを使用中の他ＢＳＳの有無に関係なく高スループットを達成することができる一方、拡張チャネル上に他ＢＳＳが存在しない場合には20/40MHzモード（Ｌ５）の方が高スループットになることがわかる。
また、20MHzオンリー・モードと20/40MHzモードは、制御の簡単さの点、20/40MHz切り替えのオーバーヘッドが存在しない点でＰＣＯモードと比較して優れている。従って図２に示すように、拡張チャネルの負荷量が少なくＰＣＯと同等の特性を達成できる場合には20MHzオンリー・モードまたは20/40MHzモードのＢＳＳ運用（Ｍ１）が好ましく、拡張チャネルの負荷量が増加して20/40MHzモードの特性が大きく劣化する場合には20MHzオンリー・モードまたはＰＣＯモード（Ｍ２）を選択することが好ましいといえる。
拡張チャネルにおける他システムやＢＳＳの負荷量に基づいて、適切なＢＳＳモードを選択する無線通信装置の構成と動作を以下の実施形態で説明する。
（第１の実施形態）
図３に、本実施形態に係る無線通信システムの構成例を示す。ここでは１台のアクセスポイント(AP)に対して２台の無線端末(STA1,STA2)が接続し、１つのＢＳＳ（Basic Service Set）３を形成している。このＢＳＳ３は、APが集中的に管理している。
ＢＳＳ３内では周波数帯域幅が異なる２種類のチャネルを使用してフレームの送信や受信を行う。すなわち、第１の通信帯域幅を持つ第１チャネルと、第１の通信帯域幅より帯域幅が広い第２の通信帯域幅を持つ第２チャネルである。本実施形態では、第１の通信帯域幅は20MHz、第２の通信帯域幅は40ＭＨzとする。
図３におけるアクセスポイント（AP）とSTA１は20/40MHz双方の帯域幅に対応しており、40M_ch、20M_ch_aいずれを用いた送信、受信とも可能である。データフレーム送受信に40M_ch、20M_ch_aの両方を使用してもよいし、データフレームについては40M_chで送受信し制御情報フレームについては20M_ch_aで送受信する、というように使い分けてもよい。STA2は20MHzの帯域幅のみに対応した端末であり、20M_ch_aを用いた送受信のみを行う。アクセスポイントに接続する無線端末の台数や、端末種類毎の台数は、特定の台数に限定されない。例えば、STA2が存在しない、20/40MHz端末のみのＢＳＳも考えられる。
図４に、チャネルの模式図を示す。X MHz〜(X+20)MHzの周波数帯域を用いる20MHzのチャネル20M_ch_a（図４（ｂ））と、XMHz〜(X+40)MHzの周波数帯域を用いる40MHzのチャネル40M_ch（図４（ａ））を有する。従って、X MHz〜(X+20)MHzの周波数帯域は、20MHzのチャネルと40MHzのチャネルとで重複して利用される。チャネル20M_ch_aを当該ＢＳＳ内では「制御チャネル」と呼び、20MHz通信やＢＳＳ管理のための制御情報の交換に使用する。(X+20)MHz〜(X+40)MHzの周波数帯域を用いるもう一つの20MHzのチャネル20M_ch_bは、20M_ch_aと合わせて、40M_chを形成する。この20M_ch_bを当該ＢＳＳ内では「拡張チャネル」と呼ぶ。チャネル20M_ch_b単独では図３のＢＳＳの20MHz通信には使用されないが、図５に示すように、他のシステムや他のＢＳＳ５ではチャネル20M_ch_bが使用される場合がある。特にIEEE802.11/a/b/gといった20MHz帯域のみを使用するＢＳＳが使用していることがある。
図５では、２つのＢＳＳ３，５が近接して存在する様子を示している。図５において、ＢＳＳ３は図３に示したものと同一のＢＳＳであって、APとSTA１は20/40MHz双方の帯域幅に対応しており、20MHz通信時には制御チャネル、40MHz通信時には制御チャネルと拡張チャネルを両方とも用いる。STA２は20MHz帯域のみに対応した端末であり、制御チャネルを用いた通信のみを行う。一方、図５においてＢＳＳ５は、20MHz帯域のみに対応したAP2、STA3、STA4から構成されており、拡張チャネルのみを用いた20MHz通信を行っている。両ＢＳＳ３，５は拡張チャネル上においてオーバーラップしているため、メディアを共有して使用する必要がある。
図５におけるＢＳＳ３内では、これに近接するＢＳＳ５との共存方式として、20MHzオンリー・モード、20/40MHzモード、ＰＣＯモードのいずれかのＢＳＳ運用モードがAPにより選択され、メディアアクセス制御が行われる。いずれもCSMA/CAをベースとした方式である。
APは上記３種類のＢＳＳ運用モードのうちいずれかを選択し、制御情報フレームを用いて当該ＢＳＳ３内の端末にＢＳＳ運用モードを通知する。ＢＳＳ３内の端末は通知されたＢＳＳ運用モードに従って、自端末装置を動作させる。
図６に、実施形態に係る無線通信装置の構成例を示す。図６に示す無線通信装置は、ここでは20/40MHz APとする。この20/40MHz APは、図６に示すように物理層６０１とＭＡＣ層６０２を有する。
物理層６０１は、第１の通信帯域幅を持つ第１チャネルを用いて通信を行うための物理層プロトコル処理を行う第１の物理層プロトコル処理部６０４と、第１の通信帯域幅より帯域幅が広い第２の通信帯域幅を持つ第２チャネルを用いて通信を行うための物理層プロトコル処理を行う第２の物理層プロトコル処理部６０７と、チャネルの空塞(ビジー/アイドル)情報を測定するキャリアセンス部６０３を有する。第１の物理層プロトコル処理部６０４は受信処理部６０５及び送信処理部６０６を有する。第２の物理層プロトコル処理部６０７は送信処理部６０８及び受信処理部６０９を有する。
第１の物理層プロトコル処理部６０４と第２の物理層プロトコル処理部６０７は、利用するチャネルの周波数帯域幅が異なる。本実施形態では、20MHz帯域通信のための物理層信号処理を行う信号処理部は第１の物理層プロトコル処理部６０４であるとし、40MHz帯域通信のための物理層信号処理を行う信号処理部は第２の物理層プロトコル処理部６０７であるとする。
第１の物理層プロトコル処理部６０４及び第２の物理層プロトコル処理部６０７は、実装上は両者の間で回路の共用などがしばしば行われ、必ずしも図６のように独立しているとは限らない。また、第１の物理層プロトコル処理部６０４で信号処理を行う第１の通信帯域幅を持つ複数の第１チャネルのうち、１つの第１チャネルを制御チャネル、制御チャネルとは別の１つの第１チャネルを拡張チャネルとして以降の説明に用いる。制御チャネルは20MHz通信やＢＳＳ管理のための制御情報の交換に使用され、拡張チャネルは40MHz通信時に帯域を拡張するためのチャネルとして使用される。
第１の物理層プロトコル処理部６０４が処理するプロトコルは、例えば少なくともIEEE 802.11aに規定される物理層プロトコルを含む。本実施形態では、第１の物理層プロトコル処理部６０４が利用する第１の通信帯域幅は前述したように20MHzである。第１の物理層プロトコル処理部６０４は、送信側と受信側でそれぞれ複数のアンテナを用いる、いわゆるＭＩＭＯ(Multiple Input Multiple Output) 技術を用いてもよい。
第２の物理層プロトコル処理部６０７は、ＳＩＳＯ(Single Input Single Output)及びＭＩＭＯのいずれか、ないしは両方の技術を用いるものとする。第２の物理層プロトコル処理部６０７が使用する第２の通信帯域幅は、前述したようにここでは40MHzである。第１の通信帯域幅は、第２の通信帯域幅内に存在している。
物理層６０１のキャリアセンス部６０３は、受信処理部６０５又は受信処理部６０９において信号が受信されると、その受信信号強度を閾値と比較し、制御チャネル、拡張チャネル、40MHzチャネルにおいて、キャリアを検出したか否か（ビジーまたはアイドル）を判断する。受信信号強度が閾値よりも高い場合はビジーと判断し、低い場合にはアイドルと判断する。短時間の雑音の影響を避けるために、ある一定時間で平均した受信信号強度を用いるようにしてもよい。閾値は、ＭＡＣ層６０２が物理層６０１の実キャリアセンス部６０３に状況（おかれた環境における干渉の発生状況など）に応じた値を設定しても良いし、あるいは予め設定された値の中から状況に応じて適当なものを選択してもよいし、常に固定値であっても良い。キャリアセンス部６０３は、キャリアセンス結果をＭＡＣ層６０２のチャネル状態管理部６１０に通知する。
物理層６０１のキャリアセンス部６０３では、上記の動作に加えて、次に説明するような閾値の適用を行うこともできる。受信信号が物理ヘッダの少なくとも一部とみなせる場合にこれを有意信号と判断して、有意信号に対して用いられる閾値を適用し、それ以外の受信信号は非有意信号と判断して、非有意信号に対して用いられる閾値を適用する動作である。この動作は、例えばIEEE802.11a規格書の"CCA"、"CCA Sensitivity"、"Receive PLCP"といった節に規定されている。多くの場合、有意信号に対するキャリアセンスは、非有意信号に対するキャリアセンスよりも、感度（閾値）が高く設定されている。例えば、IEEE802.11aの場合、20MHzチャネルの有意信号の感度は−８２［ｄＢｍ］、非有意信号の感度は−６２［ｄＢｍ］と規定されている。
ただし、拡張チャネルで有意信号を検出するためには、無線通信装置が、拡張チャネルにおける物理フレームを検出し、少なくとも物理ヘッダの一部を復号できる機能を具備している必要があるが、装置コストや実現性の観点から、この機能は省略される場合がある。従って、拡張チャネルのキャリアセンスに関しては、受信信号中に物理ヘッダの検出を行わず、受信信号のエネルギー測定のみを実施してもよい。
物理層６０１のキャリアセンス部６０３では、20MHzフィルタ、40MHzフィルタが、それぞれ20MHzチャネル、40MHzチャネルの信号強度測定のために用いられる。制御チャネルと拡張チャネルの信号強度の測定を20MHzチャネルで行う際に、１つの20MHzフィルタを制御チャネル用又は拡張チャネルに切り替えて使っても良い。あるいは、それぞれ独立な20MHzフィルタを制御チャネルと拡張チャネルに割り当てても良い。また、制御チャネル用の20MHzフィルタと40MHzフィルタで測定した信号強度の差分を拡張チャネルの信号強度としても良い。逆に、制御チャネル用の20MHzフィルタと拡張チャネル用の20MHzフィルタの、それぞれに対して得た信号強度の和を計算して40MHzチャネルの信号強度としても良い。またMIMOのように複数のアンテナが同時に受信に用いられる構成の場合には、それぞれのＡ／Ｄ変換器から各フィルタへの信号の入力が行われる。複数のアンテナの受信信号強度を適切に足し合わせて、各チャネルにおける受信信号強度とする。ただし、消費電力削減等の目的で、単一アンテナのみの受信信号強度を測定してもよい。尚、フィルタはデジタル処理により実現されることを前提とするが、アナログ処理により実現してもよい。
ＭＡＣ層６０２はチャネル状態管理部６１０、拡張チャネルの干渉測定部６１１、ＢＳＳモード選択部６１２、端末情報管理テーブル６１３、及び管理フレーム生成部６１４を有する。
チャネル状態管理部６１０は、物理層６０１のキャリアセンス部６０３で測定したキャリアセンス結果とＭＡＣ層６０２のプロトコルにより得られる仮想キャリアセンス情報とを合わせてキャリアセンス状態を管理することによって、チャネルの空塞（アイドル／ビジー）状態を判断し、判断結果を拡張チャネルの干渉測定部６１１に通知する。本実施形態では、チャネル状態管理部６１０は単一のチャネルの空塞状態を管理しているのではなく、第１の通信帯域幅を持つ２つの第１チャネルのうちの一方の第１チャネル（制御チャネル）と、２つの第１チャネルのうちの他方の第１チャネル（拡張チャネル）の空塞状態を管理している。ただし、拡張チャネルの空塞状態に関しては、ＭＡＣ層６０２のプロトコルにより得られる仮想キャリアセンス情報は用いずに、物理層６０１のキャリアセンス部６０３で測定したキャリアセンス結果のみに基づいてチャネルの空塞状態を判断してもよい。
拡張チャネルの干渉測定部６１１は、拡張チャネル上の負荷量を測定する。負荷量を測定する指標としては、拡張チャネルの干渉信号強度や、干渉受信時間または干渉受信頻度、拡張チャネルを使用している他のＢＳＳやシステムの端末数、などが挙げられる。本実施形態では、拡張チャネルの干渉信号強度と、干渉受信時間または干渉受信頻度とを用いる。拡張チャネルの干渉測定部６１１は、拡張チャネルの干渉信号強度を物理層６０１のキャリアセンス部６０３から取得する。このとき、ＭＡＣ層６０２のチャネル状態管理部６１０を経由して、拡張チャネルの干渉信号強度を取得してもよい。
また、拡張チャネルの干渉測定部６１１は、チャネル状態管理部６１０から得たチャネルの空塞状態を基に、拡張チャネルの干渉受信時間または干渉受信頻度を測定する。具体的には、チャネル状態管理部６１０から得た拡張チャネルの空塞状態を基に、１ビーコンインターバル内に拡張チャネルの状態がビジーであった時間長を統計情報として記憶しておく。または、チャネル状態管理部６１０から得た40MHzチャネルと制御チャネルの空塞状態を基に、１ビーコンインターバル内に40MHzチャネルと制御チャネルがそれぞれビジーであった時間長を測り、40MHzチャネルのビジー時間長から制御チャネルのビジー時間長を引いた差分を拡張チャネルのビジー時間長とみなして記憶してもよい。また、自無線通信装置が40MHzフレームを送信しようとしたときに、40MHzチャネルのキャリアセンスを行い、物理層６０１のキャリアセンス部６０３で拡張チャネルがビジーであった確率を統計情報として計測し、これを用いてもよい。拡張チャネルではなく、40MHzチャネルがビジーであった確率でもよい。
拡張チャネルの干渉測定部６１１は、上記の拡張チャネルの干渉信号強度と、干渉受信時間または干渉受信頻度を、ＢＳＳモード選択部６１２に通知する。例えば、ＢＳＳモード選択部６１２から要求があった場合に、ＢＳＳモード選択部６１２に通知する。
ＢＳＳモード選択部６１２は、20MHzオンリー・モード、20/40MHzモード、ＰＣＯモードのうち、当該ＢＳＳに適用するＢＳＳ運用モードとしていずれかを選択する。
図７にＢＳＳモード選択部６１２における選択アルゴリズムを示す。まず、図６の無線端末装置(ここでは20/40MHz AP)が管理している当該ＢＳＳ内に40MHz端末が存在するかどうかをチェックする（ステップＳ１）。例えばIEEE802.11系無線ＬＡＮでは、ステーションがＢＳＳに加入する際、自端末装置の能力をAPに通知する。従って、20/40MHz APは、全端末の能力を端末情報管理テーブル６１３として保持することができる。20/40MHz APはこの端末情報管理テーブル６１３を参照し、当該ＢＳＳ内に所属する端末の能力をチェックすることで、40MHz帯域に対応した端末が存在するかどうかを把握することが可能である。当該ＢＳＳ内に40MHz端末が存在せず20MHz端末のみ存在する場合には、ＢＳＳ運用モードとして20MHzオンリー・モードを選択する（ステップＳ２）。
40MHz端末が存在する場合には、拡張チャネルの干渉測定部６１１から拡張チャネルの干渉信号強度（干渉レベル）と、干渉受信時間または干渉受信頻度（１ビーコンインターバル内のビジー時間長）を取得し、それぞれに対応する閾値と比較する（ステップＳ３）。
図７に示すように、１ビーコンインターバル内のビジー時間長が閾値Ｔｈ１を上回り、かつ干渉レベルが閾値Ｔｈ２を上回る場合は、ＰＣＯモードを選択し（ステップＳ５）、それ以外の場合には20/40MHzモードを選択する（ステップＳ４）。
上記閾値は図７に示されるものに限定せず、図８及び図９に示すような設定であってもよい。これらは、システム設計のポリシーや周辺環境、無線通信装置の性能などに依る。例えば、図８（ａ）は、１ビーコンインターバル内のビジー時間長に依らず、干渉レベルがＴｈ２を上回る場合はＰＣＯモードを選択し、それ以外の場合には20/40MHzモードを選択するＢＳＳ運用モード選択例を示している。図８（ｂ）は、１ビーコンインターバル内のビジー時間長がＴｈ１を下回り、かつ干渉レベルがＴｈ２を下回る場合に20/40MHzモードを選択し、それ以外の場合にはＰＣＯモードを選択するＢＳＳ運用モード選択例を示している。図８（ｃ）は、干渉レベルに依らず、１ビーコンインターバル内のビジー時間長がＴｈ１を上回る場合はＰＣＯモードを選択し、それ以外の場合には20/40MHzモードを選択するＢＳＳ運用モード選択例を示している。
図８（ｄ）は、１ビーコンインターバル内のビジー時間長に対する閾値Ｔｈ１と干渉レベルに対する閾値Ｔｈ２とを結ぶ直線によって、ＰＣＯモードを選択する領域と20/40MHzモードを選択する領域とを区分した例を示している。同様に、図９（ａ）は、１ビーコンインターバル内のビジー時間長に対する閾値Ｔｈ１と干渉レベルに対する閾値Ｔｈ２とを結ぶ曲線によって、ＰＣＯモードを選択する領域と20/40MHzモードを選択する領域とを区分した例を示している。図９（ｂ）は、唯一の閾値Ｔｈによって規定される曲線によってＰＣＯモードを選択する領域と20/40MHzモードを選択する領域とを区分した例を示している。
＜簡易的なＢＳＳモード選択＞
尚、ＢＳＳモード選択部６１２は、拡張チャネルへの干渉を考慮せずに、当該ＢＳＳ内に40MHz端末が存在するかどうかのみをチェックし、存在する場合にはＰＣＯモード、存在しない場合には20MHzオンリー・モードを選択してもよい。
各ＢＳＳモードでは、具体的には以下のようなメディアアクセスを行う。
＜20MHzオンリー・モード＞
図１０に、20MHzオンリー・モードのメディアアクセスの様子を示す。20MHzオンリー・モードのＢＳＳでは、制御チャネル上でCSMA/CAによる20MHz通信のみが行われる。
送信するデータフレームを有する端末はまず物理的なキャリアセンス１０１を行い、制御チャネルのビジー／アイドルを検出する。制御チャネルがアイドル状態である場合、一定時間制御チャネル上に信号が検出されなければ20MHzのデータフレーム１０２を送信する。送信チャネルアクセス時に制御チャネルがビジー状態である場合は、このビジー状態の終了後、一定時間にわたり制御チャネル上に信号が検出されなければ、さらにランダム時間経過後にデータフレーム１０２を送信する。宛先端末はデータフレーム１０２の受信に成功した場合、データフレームの受信終了時刻から一定時間経過後に送信端末へ送達確認(Acknowledgment: ACK)フレーム１０３を返信する。他の端末と同時にフレーム送信を開始し、衝突が生じた場合、宛先端末が受信したデータフレーム１０２を正しく復号できないことがある。このような場合には、宛先端末はACKフレーム１０３を返信しない。もしくは、正しく受信できなかった旨を記したフレームを送信する。
20MHzオンリー・モードでは、以上のフレーム交換はすべて制御チャネルのみを用いて行われる。このようなメディアアクセスを行うシステム例としては、IEEE802.11a/b/gといった無線ＬＡＮが挙げられる。
図１１に、拡張チャネルを他のＢＳＳが使用していない場合（ａ）と、使用している場合（ｂ）のチャネルアクセスの様子を示す。拡張チャネル上の他ＢＳＳの有無が制御チャネルの通信に影響を及ぼすことはないため、20MHzオンリー・モードは拡張チャネルの状態に関係なく一定のスループット特性を保つことができる。制御チャネル上のフレームと拡張チャネル上のフレームとが衝突することはなく、当該ＢＳＳのフレームの衝突は制御チャネル上のみで発生する。厳密に言えば隣接チャネル干渉により多少の影響を受ける可能性はあるが、ここでは詳しく言及しない。
＜20/40MHzモード＞
次に、20/40MHzモードのメディアアクセスの様子を図１２に示す。20/40MHzモードのＢＳＳでは、各端末が自律分散的に20MHzオンリー・モードと同様のCSMA/CAを行いメディアアクセスする。単数チャネルを用いた狭帯域(20MHz)フレームと複数チャネルを用いた広帯域(40MHz)フレームとの間のフレーム単位での通信の切替えをすることが許容されている。20/40MHzモード時に20MHzフレームを送信する場合には、20MHzオンリー・モードと同様に制御チャネルのキャリアセンス１２１を行い、IDLEであれば制御チャネル上で20MHzフレーム１２２を送信する。一方、40MHzフレームを送信する際には、制御チャネルと拡張チャネルが両方とも同時にIDLE状態になるまでキャリアセンス１２３を継続し、両チャネルがIDLE状態になったら、両チャネルを使用して40MHzフレーム１２４を送信する。
図１３に20/40MHzモードの別のメディアアクセスの様子を示す。図１２との違いは、40MHzフレーム送信時のキャリアセンス方法である。図１２では制御チャネルと拡張チャネルを両方ともキャリアセンスし、両チャネルがIDLEになったら40MHzフレームを送信していたが、図１３では制御チャネルのみについてキャリアセンス１３０を行い、制御チャネルがIDLEになれば40MHzフレーム１３１を送信する。40MHzフレーム送信時には図１２と図１３のいずれの方式を用いてもかまわない。
図１４（ａ）（ｂ）に、それぞれ図１２の場合でかつ拡張チャネルを他のＢＳＳが使用している場合と、同図１２の場合でかつ拡張チャネルを他のＢＳＳが使用していない場合のチャネルアクセスの様子を示す。拡張チャネルを他のＢＳＳが使用していると、制御チャネルと拡張チャネルが両方とも同時にIDLE状態になる機会は少なく、両チャネルが同時にIDLE状態になるまで40MHzフレームの送信を待たなければならない。このため、スループット特性は劣化する傾向にある。特に、拡張チャネル上の負荷量が多いとスループット特性劣化は大きくなる。
図１５（ａ）（ｂ）に、それぞれ図１３の場合でかつ拡張チャネルを他のＢＳＳが使用している場合と、同図１３の場合でかつ拡張チャネルを他のＢＳＳが使用していない場合のチャネルアクセスの様子を示す。この場合は、拡張チャネルを使用している他ＢＳＳの有無に関係なく40MHzフレームを送信することができるが、40MHzフレーム送信時に拡張チャネル上で他ＢＳＳの20MHzフレームが送信されていると、両フレームが衝突し、宛先端末は正常にフレームを受信できない。従って、拡張チャネルを他のＢＳＳが使用していると、スループット特性は劣化する。特に、拡張チャネル上の負荷量が多いと40MHzフレームと拡張チャネル上の他ＢＳＳの20MHzフレームの衝突が頻発し、スループット特性劣化は大きくなる。
ただし、当該ＢＳＳと拡張チャネル上の他ＢＳＳとの距離が大きく離れている場合には他ＢＳＳから当該ＢＳＳ内の通信が受ける干渉受信電力は小さく、40MHzフレームと拡張チャネル上の他ＢＳＳの20MHzフレームが衝突しても受信端末は正常にフレームを復号することができるので、当該ＢＳＳ内のスループットは劣化しない。このような場合には、拡張チャネル上の負荷量が多くても当該ＢＳＳ内のスループット特性には影響しない。
＜ＰＣＯモード＞
次に、図１６にＰＣＯモードのメディアアクセスの様子を示す。ＰＣＯモードのＢＳＳでは、集中制御局が複数の周波数チャネルを１チャネルずつ順番に予約し、単数チャネルを用いた狭帯域通信(20MHz)の期間と複数チャネルを用いた広帯域通信(40MHz)の期間とを時分割する。図１６の例においては、集中制御局である20/40M APが、制御チャネルを用いて20MHz通信を行う期間（20MHz期間）１６０と制御チャネル と拡張チャネルを両方用いた40M_chにより40MHz通信を行う期間（40MHz期間）１６１との切り替えを、当該ＢＳＳ全体に指示する。20MHz期間１６０内及び40MHz期間１６１内においては、APがSTA1,STA2をポーリングしてメディアアクセス制御を行うモード（ＰＣＦまたはＨＣＣＡ）が実行されていてもよく、各端末が対等に自律分散的にメディアアクセス制御を行うモード（ＤＣＦまたはＥＤＣＡ）が実行されていても構わない。
図１６は、ＢＳＳ内で当初は制御チャネルを用いて20MHz通信を行っており、この後に40MHz期間をはさんで、再び20MHz期間に戻る様子を示している。当該ＢＳＳ内においては制御チャネルと40M_chとを通信に利用するが、40M_chを使用するために40M_chと重なり合う周波数を用いている拡張チャネルは他の通信に利用できないようにする。拡張チャネルは別のシステムやＢＳＳで用いられているかもしれないし、まったく用いられていないかもしれない。
最初の時点では、20/40M AP、STA１、STA２は制御チャネルを用いて送受信を行っている。この状態で、20/40M APが40M_chに切り替えを行う手順を開始すると決定したとする。40M/20M APは制御チャネルのキャリアセンスを行い、一定期間にわたりIDLE状態が継続すると、制御チャネルの空き条件を満たしたと判定する。その後、制御チャネルを占有することを宣言するフレーム（以下、制御チャネル占有宣言フレームという）１６２を生成し、これを制御チャネルにより送信する。制御チャネル占有宣言フレーム１６２は、同時に当該ＢＳＳを20MHz期間から40M期間に切り替えることを伝える。STA2は、制御チャネル占有宣言フレーム１６２を受信すると、フレーム送信を禁止される。
次に、40M/20M APは拡張チャネルのキャリアセンスを行い、一定期間にわたりIDLE状態が継続すると、拡張チャネルの空き条件を満たしたと判定する。その後、拡張チャネルを占有することを宣言するフレーム（以下、拡張チャネル占有宣言フレームという）１６３を生成し、これを拡張チャネルにより送信する。STA３は拡張チャネル占有宣言フレーム１６３を受信し、フレーム送信を禁止される。
さらに40M/20M AP は、それまで占有していた40M_chを開放するフレーム（以下、40M_ch開放フレームという）１６４を送信する。STA1は、40M_ch開放フレーム１６４を受信すると、40MHzフレーム送信を開始する。以後、通常のメディアアクセスによりメディアを確保して、40M_chのフレーム交換１６５が行われる。
次に、当該ＢＳＳを40MHz期間から20MHz期間に切り替える手順について説明する。図１６に示されるように、40M/20M AP が明示的に40M_ch期間終了を通知するフレーム（以下、40M_ch期間終了フレームという）１６６を送信しても構わないし、制御チャネル占有フレーム１６２や拡張チャネル占有フレーム１６３によりあらかじめ40MHz_ch期間長を当該ＢＳＳ内に通知しておき、40MHz_ch期間終了予定時刻になったら40MHz期間から20M期間に切り替えてもよい。
次に、20/40MHz APは、拡張チャネルの占有状態を開放するフレーム（以下、拡張チャネル開放フレームという）１６７を送信する。なお、拡張チャネルの占有期間を40M_ch期間の終了に引き続いて終了するように予め設定しておくことにより、拡張チャネルの占有期間を自然に終了させても構わない。STA3は拡張チャネル開放フレーム１６７を受信した場合、あるいは拡張チャネル占有期間が自然に終了した場合、フレーム送信禁止状態を解除され、拡張チャネルを用いてフレーム交換を開始できる。
次に、20/40MHz APは、制御チャネルの占有状態を開放するフレーム（以下、制御チャネル開放フレームという）１６８を送信する。制御チャネルの占有期間が、40M_ch期間の終了と拡張チャネルの占有期間の終了に引き続いて終了するように予め設定しておくことにより、制御チャネルの占有期間を自然に終了させても構わない。STA1、STA2は、制御チャネル開放フレーム１６８を受信した場合、あるいは制御チャネルの占有期間が自然に終了した場合、フレーム送信禁止状態を解除され制御チャネルを用いてフレーム交換を開始できる。
このようにして、APの制御により、ビーコンインターバル毎に40MHz期間１６１と20MHz期間１６０が交互に繰り返される。なお、ここでは１ビーコンインターバルを40MHz期間と20MHz期間に時分割する例を示しているが、ビーコン周期に関係なく40MHz期間と20MHz期間を設定したり、１ビーコンインターバル内に複数回の40MHz期間と20MHz期間の切り替えがあってもよい。
図１７（ａ）（ｂ）に、それぞれ拡張チャネルを他のＢＳＳが使用している場合と、使用していない場合のチャネルアクセスの様子を示す。ＰＣＯモードでは40MHz期間と20MHz期間が時分割され、40MHz期間中は拡張チャネル上の20MHzフレーム送信が禁止される。これにより、40MHzフレーム送信時に拡張チャネルがIDLEになるまで待つ必要がない。また、拡張チャネル上の20MHzフレームとの衝突がなく、他ＢＳＳの有無に関係なく当該ＢＳＳのスループット特性を一定に保つことができる。
ただ、上述したように40MHz期間と20MHz期間の切り替えのオーバーヘッドが生じるため、拡張チャネル上に他ＢＳＳが存在しない場合には、20/40MHzモードの方が高特性となる。これは、当該ＢＳＳと拡張チャネル上の他ＢＳＳとの距離が大きく離れ、他ＢＳＳから当該ＢＳＳ内の通信が受ける干渉受信電力が小さい場合にも同様である。また、当該ＢＳＳ内に20MHz STAのみ、または40MHz STAのみのいずれかしか存在しない場合には、ＰＣＯモードのような40MHz期間と20MHz期間の切り替え制御をあえて行う必要はない。
これら３つのＢＳＳモードを上述のように選択することで、拡張チャネル上に他システムや他ＢＳＳが存在し、当該ＢＳＳ内の40MHzフレームと拡張チャネル上の20MHzフレームの衝突が頻発したり、拡張チャネル上がアイドルになるまでの待ち時間が長く40MHzフレームがなかなか送信できないという環境下ではＰＣＯモードが選択される。これにより拡張チャネル上の他ＢＳＳの有無や負荷量に関係なく高スループットを達成できる。一方、拡張チャネル上に他ＢＳＳや干渉信号が存在しない場合や、他ＢＳＳから当該ＢＳＳ内の通信が受ける干渉受信電力が小さく、干渉信号を受けても受信劣化要因にならない場合には、20/40MHzモードが選択され、図１に示すように他モードを選択した場合よりも高スループットを実現できる。従って、不適切なＢＳＳ運用モード選択によるＢＳＳ内のスループット劣化を回避し、IEEE802.11nに導入された帯域拡張の効果を十分に得て高スループットのＢＳＳを構築することができる。
ＢＳＳモード選択部６１２は、選択したＢＳＳ運用モードを管理フレーム生成部６１４に通知する。これは、ＢＳＳ運用モードを変更した時に通知してもよいし、管理フレーム生成部６１４から要求があった時に通知しても良い。
管理フレーム生成部６１４はＢＳＳ管理フレーム、例えばビーコンフレーム生成時に、ＢＳＳモード選択部６１２で選択されたＢＳＳモードをフレームヘッダに記載する。生成された管理フレームは第１の物理層プロトコル処理部６０４の送信処理部６０６に引き渡される。送信処理部６０６は、この管理フレームを制御チャネルを用いてブロードキャスト送信する。これにより、20/40MHz AP はＢＳＳ内の端末にＢＳＳ運用モードを通知する。ＢＳＳ内の全端末は、20/40MHz APから通知されたＢＳＳ運用モードに従い、自無線通信装置の動作を制御する。
尚、以上の構成要素の一部は、コンピュータに所定の手順を実行させる無線通信プログラムとして実現することができる。この無線通信プログラムは、コンピュータ内のプログラム記憶装置に格納される。プログラム記憶装置は、例えば不揮発性半導体記憶装置や磁気ディスク装置等からなる。上記無線通信プログラムが図示しないＣＰＵからの制御でランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）に読み込まれ、同ＣＰＵにより実行される。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、拡張チャネル上の負荷量を、拡張チャネルの干渉信号強度と、干渉受信時間または干渉受信頻度を用いて測定する例を説明したが、本実施形態では、拡張チャネル上に存在する他ＢＳＳの端末数を負荷量として用いる例を説明する。
第１の実施形態で説明した図３から図５に示すシステム構成、チャネル配置、メディアアクセス方式は、本実施形態でも同様である。
図１８に、本実施形態における無線通信装置構成を示す。第１の実施形態と異なり、キャリアセンス部、チャネル状態管理部、拡張チャネルの干渉測定部が図１８には示されていないが、本実施形態における無線通信装置は、これらの機能部を備えていてもいなくても、どちらでもよい。
図１８に示す無線通信装置(ここでは、20/40MHz AP)は、受信フレーム解析部１８０１において、拡張チャネル上で受信した20MHzフレームを解析し、他ＢＳＳの端末数情報を取得する。他ＢＳＳのビーコンフレームなどＢＳＳ管理フレームに、このＢＳＳに所属する端末数が記載されているかもしれないし、データフレームのヘッダに端末数情報が含まれているかもしれない。また、受信フレームに端末数情報が記載されていなくても、送信元アドレス、宛先アドレス等を収集することで、他ＢＳＳ内の端末数をおおよそ把握する方法も考えられる。
受信フレームから取得した他ＢＳＳ内の端末数を、端末情報管理テーブル１８０２に引渡し、記憶する。20/40MHz APはＢＳＳ運用モード選択時に、ＢＳＳモード選択部１８０３から端末情報管理テーブル１８０２を参照し、他ＢＳＳ内の端末数を取得する。
ＢＳＳモード選択部１８０３は、20MHzオンリー・モード、20/40MHzモード、ＰＣＯモードのうち、当該ＢＳＳに適用するＢＳＳ運用モードとしていずれかを選択する。図１９に本実施形態におけるＢＳＳモード選択部１８０３における選択アルゴリズムを示す。まず、図１８の無線端末装置(ここでは20/40MHz AP)が管理している当該ＢＳＳ内に40MHz端末が存在するかどうかをチェックする（ステップＳ１）。例えばIEEE802.11系無線ＬＡＮでは、ステーションがＢＳＳに加入する際、自端末装置の能力をAPに通知する。従って、20/40MHz APは、全端末の能力を端末情報管理テーブル１８０２として保持することができる。20/40MHz APはこの端末情報管理テーブル１８０２を参照し、当該ＢＳＳ内の所属ステーションの能力をチェックすることで、40MHz帯域に対応した端末が存在するかどうかを把握することが可能である。当該ＢＳＳ内に40MHz端末が存在せず20MHz端末のみ存在する場合には、ＢＳＳ運用モードとして20MHzオンリー・モードを選択する。
40MHz端末が存在する場合には、端末情報管理テーブル１８０２を参照して拡張チャネル上の他ＢＳＳの端末数を取得し、この端末数が予め定めた閾値以上であればＰＣＯモードを選択し（ステップＳ３）、それ以外の場合には20/40MHzモードを選択する（ステップＳ４）。このように、他ＢＳＳの端末数を調べることで、拡張チャネル上の負荷量を推定することができる。他ＢＳＳの端末数が多い場合には、一端末のトラヒック量が少なくても、多数の端末が相互にフレームを送信するので、拡張チャネル上の負荷量は多いと考えられる。反対に、他ＢＳＳの端末数が少ない場合には、一端末のトラヒック量によるが、拡張チャネル上の負荷量は比較的少ないと考えられる。
従って、他ＢＳＳの端末数に基づいてＢＳＳ運用モードを選択することで、拡張チャネル上に他システムや他ＢＳＳが存在し、その負荷量が多い場合にはＰＣＯモード、拡張チャネル上に他ＢＳＳや干渉信号が存在しない場合や、拡張チャネル上の負荷量が少ない場合には20/40MHzモードが選択され、第１の実施形態と同様の効果を得られる。
ＢＳＳモード選択部１８０３は、選択したＢＳＳ運用モードを管理フレーム生成部１８０４に通知する。これは、ＢＳＳ運用モードを変更した時に通知してもよいし、管理フレーム生成部１８０４から要求があった時に通知しても良い。
管理フレーム生成部１８０４はＢＳＳ管理フレーム、例えばビーコンフレームの生成時に、ＢＳＳモード選択部１８０３で選択されたＢＳＳモードをフレームヘッダに記載する。生成された管理フレームは第１の物理層プロトコル処理部１８０５の送信処理部１８０６に引き渡され、制御チャネルを用いてブロードキャスト送信される。これにより、20/40MHz APはＢＳＳ内の端末にＢＳＳ運用モードを通知する。ＢＳＳ内の全端末は、20/40MHz APから通知されたＢＳＳ運用モードに従い、自無線通信装置の動作を制御する。
（第３の実施形態）
第１、第２の実施形態では、拡張チャネル上の負荷量に基づいてＢＳＳ運用モードを選択する場合を説明したが、本実施形態では、当該ＢＳＳ内の端末種類と台数に基づいてＢＳＳ運用モードを選択する場合を説明する。第１の実施形態で説明した図３から図５に示すシステム構成、チャネル配置、メディアアクセス方式は、本実施形態でも同様である。
図２０に、本実施形態における無線通信装置構成を示す。第１の実施形態と異なり、キャリアセンス部、チャネル状態管理部、拡張チャネルの干渉測定部が図２０には示されていないが、本実施形態における無線通信装置は、これらの機能部を備えていてもいなくても、どちらでもよい。
図２０に示す無線通信装置(ここでは、20/40MHz AP)は、受信フレーム解析部２００１において、制御チャネル上で受信した20MHzフレームを解析し、フレームヘッダに記載された端末情報を取得する。IEEE802.11系無線ＬＡＮでは、端末がＢＳＳに加入する際、自端末装置の能力をフレームヘッダに記載してAPに通知する。自端末装置の能力としては、例えば、サポートしている帯域幅(20MHz or 40MHz)、ＰＣＯモードをサポートしているかどうか、アンテナの本数などが挙げられる。20/40MHz APは、受信フレーム解析部２００１において取得した各端末の能力情報を、端末情報管理テーブル２００２に書き込む。従って、20/40MHz APの端末情報管理テーブル２００２には当該ＢＳＳ内の端末の能力情報が収集され、記憶されている。20/40MHz APは必要なとき、ここではＢＳＳ運用モード選択時に、この端末情報管理テーブル２００２を参照し、当該ＢＳＳ内の所属端末の能力をチェックする。
ＢＳＳモード選択部２００３は、20MHzオンリー・モード、20/40MHzモード、ＰＣＯモードのうち、当該ＢＳＳに適用するＢＳＳ運用モードとしていずれかを選択する。図２１に本実施形態におけるＢＳＳモード選択部２００３における選択アルゴリズムを示す。まず、端末情報管理テーブル２００２を参照して、図２０の無線端末装置(ここでは20/40MHz AP)が管理している当該ＢＳＳ内に40MHz端末が存在するかどうかをチェックする（ステップＳ１）。当該ＢＳＳ内に40MHz端末が存在せず20MHz端末のみ存在する場合には、ＢＳＳ運用モードとして20MHzオンリー・モードを選択する（ステップＳ２）。
40MHz端末が存在する場合には、再度、端末情報管理テーブル２００２を参照し、ＰＣＯモードをサポートしている端末数を取得する。この端末数が閾値以上の場合にはＰＣＯモードを選択し（ステップＳ３）、それ以外の場合には20/40MHzモードを選択する（ステップＳ４）。
ＢＳＳモード選択部２００３は、選択したＢＳＳ運用モードを管理フレーム生成部２００４に通知する。これは、ＢＳＳ運用モードを変更した時に通知してもよいし、管理フレーム生成部２００４から要求があった時に通知しても良い。
管理フレーム生成部２００４はＢＳＳ管理フレーム、例えばビーコンフレーム生成時に、ＢＳＳモード選択部２００３で選択されたＢＳＳモードをフレームヘッダに記載する。生成された管理フレームは第１の物理層プロトコル処理部２００５の送信処理部２００６に引き渡され、制御チャネルを用いてブロードキャスト送信される。これにより、20/40MHz AP はＢＳＳ内の端末にＢＳＳ運用モードを通知する。ＢＳＳ内の全端末は、20/40MHz APから通知されたＢＳＳ運用モードに従い、自無線通信装置の動作を制御する。
本実施形態のように、当該ＢＳＳ内の端末種類と台数に基づいてＢＳＳ運用モードを選択することで、当該ＢＳＳ内にＰＣＯモードサポート端末が存在しないにも関わらず、ＰＣＯモードを選択する、というような誤選択を防ぐことができる。
（第４の実施形態）
本実施形態では、当該ＢＳＳ内のスループットに基づいてＢＳＳ運用モードを選択する場合を説明する。第１の実施形態で説明した図３から図５に示すシステム構成、チャネル配置、メディアアクセス方式は、本実施形態でも同様である。
図２２に、本実施形態における無線通信装置を示す。図２２に示す無線通信装置(ここでは、20/40MHz AP)は、スループット測定部２２０１において、当該ＢＳＳ内のスループットを測定する。当該ＢＳＳ内のスループットを測定する方法としては、20/40MHz APが送信したデータフレームに対して返信される送達確認応答フレームをチェックし、正しく受信されたフレーム数とフレーム長とから、おおよそのスループットを把握する方法が考えられる。また、20/40MHz APが受信したデータフレームの誤り率や、正しく受信できたフレーム数、およびフレーム長から把握する方法もある。20/40MHz AP自身が送受信したフレームだけでなく、他端末間通信の通信を傍聴してスループットを測定しても良い。さらに、ＢＳＳ内の各端末でスループットを測定し、その測定結果を20/40MHz APに通知することで、20/40MHz APがＢＳＳ内スループットを把握してもよい。スループット測定部２２０１において測定したスループットは、スループット記憶部２２０２に書き込み、記憶させる。
ＢＳＳモード選択部２２０３は、測定した当該ＢＳＳ内のスループットに基づいて、20MHzオンリー・モード、20/40MHzモード、ＰＣＯモードのうち、当該ＢＳＳに適用するＢＳＳ運用モードとしていずれかを選択する。図２３に本実施形態におけるＢＳＳモード選択部２２０３における選択アルゴリズムを示す。まず、ＢＳＳ運用モード選択開始時点で、20MHzオンリー・モードを候補とする（ステップＳ１）。次に端末情報管理テーブルを参照して、図２２の無線端末装置(ここでは20/40MHz AP)が管理している当該ＢＳＳ内に40MHz端末が存在するかどうかをチェックする（ステップＳ２）。当該ＢＳＳ内に40MHz端末が存在せず20MHz端末のみ存在する場合には、ＢＳＳ運用モードとして20MHzオンリー・モードを選択する。
40MHz端末が存在する場合には20/40MHzモードを候補として選択し（ステップＳ３）、20/40MHzモードにおける当該ＢＳＳ内のスループットを測定する。ＢＳＳモード選択部２２０３は、スループット測定部２２０１から測定したスループットを直接取得し、またはスループット記憶部２２０２を参照して記憶された20/40MHzモード時のスループットを取得し、このスループットと所定の閾値を比較する（ステップＳ４）。この閾値には、例えば当該ＢＳＳで達成したい目標スループットや、各端末のトラヒック量に応じて当該ＢＳＳで必要とされるスループットを設定してもよい。
20/40MHzモード時のスループットが閾値以上である場合には、ＢＳＳ運用モードとして20/40MHzモードを選択する。20/40MHzモード時のスループットが閾値よりも低い場合には、さらにＢＳＳ内の端末がＰＣＯモードをサポートしているかどうかをチェックし（ステップＳ５）、ＰＣＯをサポートしている端末が多くＰＣＯモードが実行可能であると判断されれば、ＰＣＯモードに遷移する（ステップＳ６）。当該ＢＳＳ内にＰＣＯサポート端末が存在しないなどにより、ＰＣＯモードを実行不可能であると判断された場合には、そのまま20/40MHzモードを選択する。
ＰＣＯモードにおいて当該ＢＳＳ内のスループットを測定し、このスループットが閾値以上であれば（ステップＳ７）、ＢＳＳ運用モードとしてＰＣＯモードを選択する。スループットが閾値よりも低い場合には、ＰＣＯモードの20/40MHz期間長の設定が不適切である可能性があるので、20/40MHz期間長を調節する（ステップＳ８）。例えば、20MHz期間長と40MHz期間長の割合を、1ビーコンインターバル中で9対１、8対2、7対3、6対4、5対5、4対6、3対7、2対8、1対9というように変え、20/40MHzトータルのスループットが閾値以上となる割合に設定する。どの20/40MHzの割合に設定しても、スループットが閾値よりも低くなる場合には、スループット記憶部２２０２を参照し、最も高スループットと記録されているＢＳＳ運用モードへ遷移する（ステップＳ９）。
ＢＳＳモード選択部２２０３において、図２３のＢＳＳ運用モード選択アルゴリズムは、定期的に実行してもよいし、当該ＢＳＳに何らかの変化が生じたときに実行してもよい。例えば、新しい端末の加入や、所属端末の脱退、端末数の増減、ＢＳＳで使用しているチャネル番号の変更などが実行のトリガとして考えられる。また、継続的にスループットを測定し、スループットが閾値より低くなったことをトリガとして、図２３のフローに従って次のＢＳＳ運用モードに遷移してもよい。
ＢＳＳモード選択部２２０３は、選択したＢＳＳ運用モードを管理フレーム生成部２２０４に通知する。これは、ＢＳＳ運用モードを変更した時に通知してもよいし、管理フレーム生成部２２０４から要求があった時に通知しても良い。
管理フレーム生成部２２０４はＢＳＳ管理フレーム、例えばビーコンフレーム生成時に、ＢＳＳモード選択部２２０３で選択されたＢＳＳモードをフレームヘッダに記載する。生成された管理フレームは第１の物理層プロトコル処理部２２０５の送信処理部２２０６に引き渡され、制御チャネルを用いてブロードキャスト送信される。これにより、20/40MHz AP はＢＳＳ内の端末にＢＳＳ運用モードを通知する。ＢＳＳ内の全端末は、20/40MHz APから通知されたＢＳＳ運用モードに従い、自無線通信装置の動作を制御する。
本実施形態によれば、第１、第２の実施形態のような拡張チャネルの負荷量測定が困難である場合にも、最良のスループット特性となるようにＢＳＳ運用モードを選択することができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
実施形態に係る無線通信システムのスループット特性を示す図 実施形態に係る無線通信システムの各モードの制御の複雑さとスループット特性を示す図 第１の実施形態に係る無線通信システムを示す図 同実施形態に係るチャネルの模式図 同実施形態に係る別の無線通信システムを示す図 同実施形態に係る無線通信装置を示す図 同実施形態に係るＢＳＳモード選択部における選択アルゴリズムを説明するためのフローチャート 同実施形態に係るＢＳＳモード選択部における別の選択アルゴリズムを説明するための図 同実施形態に係るＢＳＳモード選択部におけるさらに別の選択アルゴリズム例を説明するための図 20MHzオンリー・モードにおけるメディアアクセス制御を説明するための図 20MHzオンリー・モードにおける拡張チャネルの負荷による違いを説明するための図 20/40MHzモードにおけるメディアアクセス制御を説明するための図 20/40MHzモードにおける別のメディアアクセス制御を説明するための図 図８及び図９のメディアアクセス制御おける拡張チャネルの負荷による違いを説明するための図 図１０のメディアアクセス制御おける拡張チャネルの負荷による違いを説明するための図 ＰＣＯモードにおけるメディアアクセス制御を説明するための図 ＰＣＯモードにおける拡張チャネルの負荷による違いを説明するための図 第２の実施形態に係る無線通信装置を示す図 第２の実施形態に係るＢＳＳモード選択部における選択アルゴリズムを示すフローチャート 第３の実施形態に係る無線通信装置を示す図 第３の実施形態）に係るＢＳＳモード選択部における選択アルゴリズムを示すフローチャート 第４の実施形態に係る無線通信装置を示す図 第４の実施形態に係るＢＳＳモード選択部における選択アルゴリズムを示すフローチャート

Claims (7)

  1. 第１の帯域幅をそれぞれ有する２つの第１チャネルのうちの一方の第１チャネルを用いる第１の無線通信と、前記第１帯域幅より広い第２の帯域幅を有しかつ前記２つの第１チャネルと重複する帯域を持つ第２チャネルを用いる第２の無線通信とを行う無線通信装置であって、
    前記２つの第１チャネルのうちの他方の第１チャネルのスループットに基づいてＢＳＳ（Basic Service Set）運用モードを選択する選択部と、
    前記ＢＳＳモード選択部により選択されたＢＳＳ運用モードを示す管理フレームを生成する生成部と、
    前記管理フレームを送信する送信部と、
    ＢＳＳ内のスループットを測定するスループット測定部とを具備し、
    前記選択部は、前記スループット測定部で測定したスループットを閾値関数又は過去の測定スループットと比較し、該比較結果と前記ＢＳＳ内に存在する端末種類のいずれか、又は両方に基づいて前記ＢＳＳ運用モードを選択する無線通信装置。
  2. 第１の帯域幅をそれぞれ有する２つの第１チャネルのうちの一方の第１チャネルを用いる第１の無線通信と、前記第１帯域幅より広い第２の帯域幅を有しかつ前記２つの第１チャネルと重複する帯域を持つ第２チャネルを用いる第２の無線通信とを行う無線通信装置であって、
    前記２つの第１チャネルのうちの他方の第１チャネルの端末台数に基づいてＢＳＳ（Basic Service Set）運用モードを選択する選択部と、
    前記ＢＳＳモード選択部により選択されたＢＳＳ運用モードを示す管理フレームを生成する生成部と、
    前記管理フレームを送信する送信部と、
    受信フレームを解析することにより他端末の能力を示す端末情報を取得するフレーム解析部と、
    前記端末情報を記憶する端末情報記憶部とを具備し、
    前記選択部は、前記端末情報記憶部を参照し、前記他方の第１チャネル上に存在する端末種類と端末台数のいずれか、又は両方に基づいて前記ＢＳＳ運用モードを選択する無線通信装置。
  3. 第１の帯域幅をそれぞれ有する２つの第１チャネルのうちの一方の第１チャネルを用いる第１の無線通信と、前記第１帯域幅より広い第２の帯域幅を有しかつ前記２つの第１チャネルと重複する帯域を持つ第２チャネルを用いる第２の無線通信とを行う無線通信装置であって、
    前記２つの第１チャネルのうちの他方の第１チャネルの負荷量に基づいてＢＳＳ（Basic Service Set）運用モードを選択する選択部と、
    前記ＢＳＳモード選択部により選択されたＢＳＳ運用モードを示す管理フレームを生成する生成部と、
    前記管理フレームを送信する送信部と、
    前記他方の第１チャネル又は前記第２チャネルの空塞情報を判定するキャリアセンス部と、
    前記空塞情報に基づいて前記他方の第１チャネル又は前記第２チャネルの負荷量を測定する負荷量測定部とを具備し、
    前記選択部は、前記負荷量に基づいて、前記第１の無線通信によりフレームを送信する第１のＢＳＳモードと、前記第１の無線通信を行う第１の通信期間と前記第２の無線通信を行う第２の通信期間とを集中制御局が交互に切り替える第２のＢＳＳモードのいずれかを前記ＢＳＳ運用モードとして選択するものであって、ＢＳＳ内に前記第１の無線通信を行う端末のみが存在する場合には前記第１のＢＳＳモードを選択し、該ＢＳＳ内に前記第２の無線通信を行う端末が存在する場合には前記第２のＢＳＳモードを選択する無線通信装置。
  4. 第１の帯域幅をそれぞれ有する２つの第１チャネルのうちの一方の第１チャネルを用いる第１の無線通信と、前記第１帯域幅より広い第２の帯域幅を有しかつ前記２つの第１チャネルと重複する帯域を持つ第２チャネルを用いる第２の無線通信とを行う無線通信装置であって、
    前記２つの第１チャネルのうちの他方の第１チャネルの負荷量に基づいてＢＳＳ（Basic Service Set）運用モードを選択する選択部と、
    前記ＢＳＳモード選択部により選択されたＢＳＳ運用モードを示す管理フレームを生成する生成部と、
    前記管理フレームを送信する送信部と、
    前記他方の第１チャネル又は前記第２チャネルの空塞情報を判定するキャリアセンス部と、
    前記空塞情報に基づいて前記他方の第１チャネル又は前記第２チャネルの負荷量を測定する負荷量測定部とを具備し、
    前記選択部は、前記負荷量に基づいて、前記第１の無線通信によりフレームを送信する第１のＢＳＳモードと、前記第１の無線通信を行う第１の通信期間と前記第２の無線通信を行う第２の通信期間とを集中制御局が交互に切り替える第２のＢＳＳモードと、前記第１の無線通信又は前記第２の無線通信のいずれかによりフレームを送信する第３のＢＳＳモードのうちいずれかを前記ＢＳＳ運用モードとして選択し、
    前記負荷量測定部は、前記他方の第１チャネル上の干渉信号強度を測定する第１測定部と、前記空塞情報に基づいて前記他方の第１チャネル又は前記第２チャネル上の干渉受信時間又は干渉受信頻度を測定する第２測定部を有し、
    前記選択部は、ＢＳＳ内に前記第１の無線通信を行う端末のみが存在する場合には前記第１のＢＳＳモードを選択し、該ＢＳＳ内に前記第２の無線通信を行う端末が存在する場合には、前記干渉受信時間又は干渉受信頻度と前記干渉信号強度を閾値と比較し、前記干渉受信時間又は干渉受信頻度及び前記干渉信号強度が、予め定めた閾値よりも高い場合には前記第２のＢＳＳモードを選択し、前記干渉受信時間又は干渉受信頻度又は前記干渉信号強度が、前記閾値よりも低い場合には前記第３のＢＳＳモードを選択する無線通信装置。
  5. 第１の帯域幅をそれぞれ有する２つの第１チャネルのうちの一方の第１チャネルを用いる第１の無線通信と、前記第１帯域幅より広い第２の帯域幅を有しかつ前記２つの第１チャネルと重複する帯域を持つ第２チャネルを用いる第２の無線通信とを行う無線通信装置であって、
    前記２つの第１チャネルのうちの他方の第１チャネルの負荷量に基づいてＢＳＳ（Basic Service Set）運用モードを選択する選択部と、
    前記ＢＳＳモード選択部により選択されたＢＳＳ運用モードを示す管理フレームを生成する生成部と、
    前記管理フレームを送信する送信部と、
    前記他方の第１チャネル又は前記第２チャネルの空塞情報を判定するキャリアセンス部と、
    前記空塞情報に基づいて前記他方の第１チャネル又は前記第２チャネルの負荷量を測定する負荷量測定部とを具備し、
    前記選択部は、前記負荷量に基づいて、前記第１の無線通信によりフレームを送信する第１のＢＳＳモードと、前記第１の無線通信を行う第１の通信期間と前記第２の無線通信を行う第２の通信期間とを集中制御局が交互に切り替える第２のＢＳＳモードと、前記第１の無線通信又は前記第２の無線通信のいずれかによりフレームを送信する第３のＢＳＳモードのうちいずれかを前記ＢＳＳ運用モードとして選択し、
    前記負荷量測定部は、受信フレームに基づいて他ＢＳＳの端末数情報を取得し、
    前記選択部は、ＢＳＳ内に前記第１の無線通信を行う端末のみが存在する場合には前記第１のＢＳＳモードを選択し、該ＢＳＳ内に前記第２の無線通信を行う端末が存在する場合には、さらに前記負荷量測定部で取得した他ＢＳＳの端末数情報を予め定めた閾値と比較し、前記他ＢＳＳの端末数が前記閾値よりも多い場合には前記第２のＢＳＳモードを選択し、前記他ＢＳＳの端末数が閾値よりも少ない場合には前記第３のＢＳＳモードを選択する無線通信装置。
  6. 第１の帯域幅をそれぞれ有する２つの第１チャネルのうちの一方の第１チャネルを用いる第１の無線通信と、前記第１帯域幅より広い第２の帯域幅を有しかつ前記２つの第１チャネルと重複する帯域を持つ第２チャネルを用いる第２の無線通信とを行う無線通信装置であって、
    前記２つの第１チャネルのうちの他方の第１チャネルのスループットに基づいてＢＳＳ（Basic Service Set）運用モードを選択する選択部と、
    前記ＢＳＳモード選択部により選択されたＢＳＳ運用モードを示す管理フレームを生成する生成部と、
    前記管理フレームを送信する送信部と、
    ＢＳＳ内のスループットを測定するスループット測定部とを具備し、
    前記選択部は、前記ＢＳＳ内に前記第１の無線通信のみを行う端末が存在する場合には、前記第１の無線通信によりフレームを送信する第１のＢＳＳモードを選択し、前記ＢＳＳ内に前記第２の無線通信を行う端末が存在する場合には、さらに前記スループット測定部で測定したスループットを予め定めた閾値又は過去の測定スループットと比較し、前記測定したスループットが前記閾値又は過去の測定スループットよりも高い場合には、前記第１の無線通信を行う第１の通信期間と前記第２の無線通信を行う第２の通信期間とを集中制御局が交互に切り替える第２のＢＳＳモードを選択し、前記スループット測定部で測定したスループットが前記閾値又は過去の測定スループットよりも低い場合には、前記第１の無線通信又は前記第２の無線通信のいずれかによりフレームを送信する第３のＢＳＳモードを選択する無線通信装置。
  7. 第１の帯域幅をそれぞれ有する２つの第１チャネルのうちの一方の第１チャネルを用いる第１の無線通信と、前記第１帯域幅より広い第２の帯域幅を有しかつ前記２つの第１チャネルと重複する帯域を持つ第２チャネルを用いる第２の無線通信とを行う無線通信装置であって、
    前記２つの第１チャネルのうちの他方の第１チャネルの端末数に基づいてＢＳＳ（Basic Service Set）運用モードを選択する選択部と、
    前記ＢＳＳモード選択部により選択されたＢＳＳ運用モードを示す管理フレームを生成する生成部と、
    前記管理フレームを送信する送信部と、
    受信フレームを解析することにより他端末の能力を示す端末情報を取得するフレーム解析部と、
    前記端末情報を記憶する端末情報記憶部とを具備し、
    前記選択部は、ＢＳＳ内に前記第１の無線通信を行う端末のみが存在する場合には、前記第１の無線通信によりフレームを送信する第１のＢＳＳモードを選択し、前記ＢＳＳ内に前記第２の無線通信を行う端末が存在する場合には、前記端末情報記憶部を参照し、前記第１の無線通信を行う第１の通信期間と前記第２の無線通信を行う第２の通信期間とを集中制御局が交互に切り替える第２のＢＳＳモードをサポートしている端末数が予め定めた閾値よりも多い場合には該第２のＢＳＳモードを選択し、前記第２のＢＳＳモードをサポートしている端末数が前記閾値よりも少ない場合には、前記第１の無線通信又は前記第２の無線通信のいずれかによりフレームを送信する第３のＢＳＳモードを選択する無線通信装置。
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