JP2010081360A - 無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】MU-MIMOで可能になるネットワーク通信容量拡大の可能性をできるだけ無駄なく引き出すことができるメディアアクセス制御を実現する。
【解決手段】 現在から将来にかけてのある時系列の通信に関与する自無線通信装置および他の無線通信装置のストリーム分離能力を取得する第１の取得手段と、前記時系列の各時点で行われる通信のストリーム数を取得する第２の取得手段と、前記時系列のうちの一定期間において前記ストリーム分離能力が前記ストリーム数を上回る場合、その差分を許容ストリーム数として記憶する記憶手段と、前記許容ストリーム数の範囲内の送信に関して無線媒体を空きと判定する判定手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のストリームを空間多重する無線通信装置及び無線通信方法に関する。

メディアアクセス制御(MAC: Media Access Control)は、同一のメディアを共有して通信を行う複数の通信装置がメディアをどのように利用して通信データを送信するかを決める制御である。メディアアクセス制御を行うことにより、同時に二つ以上の通信装置が同一のメディアを利用して通信データの送信を行っても、受信側の通信装置が通信データを分離できなくなるという事象（いわゆる衝突）が少なくなる。送信要求を持つ通信装置が存在するにもかかわらず、メディアがいずれの通信装置によっても利用されないという事象も、メディアアクセス制御によって少なくなる。

無線通信においては、通信装置がデータを送信しながら送信データをモニタすることは困難であることから、衝突検出を前提としないメディアアクセス制御が必要である。無線ＬＡＮ(Local Area Network)の代表的な技術標準であるIEEE 802.11では、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を採用している。

IEEE 802.11におけるCSMA/CAでは、MACフレームのヘッダに、当該MACフレームに続く一つ以上のフレーム交換からなる一連のシーケンスが終了するまでの期間（デュレーションと呼ばれる）が設定される。デュレーションにおいて当該シーケンスに関係がなく送信権を持たない通信装置は、メディアの仮想的な占有状態を判断することにより送信を待機する。これによって衝突の発生が回避される。一方、当該シーケンスで送信権を持つ通信装置は、実際にメディアが占有されている期間を除き、メディアは使用されていないものと認識する。

IEEE 802.11では、前者のようなMAC層の仮想キャリアセンスと、後者のような物理層の物理キャリアセンスとの組み合わせによってメディアの状態を判定し、それに基づいてメディアアクセス制御を行う旨が規定されている。

現在仕様策定中のIEEE802.11nでは、複数送信アンテナ・複数受信アンテナを用いることで伝送速度を上げるMIMO(Multiple Input Multiple Output)を導入する予定である。

最近の論文などではMIMOをSDMA(Spatial Division Multiplex Access；空間多重)と組み合わせるような形で拡張する、Multi User MIMO(MU-MIMO)が議論されている。これは、例えば基地局が複数の端末に対して、同時に独立のMIMOストリーム（例えば、1つの基地局から2つの端末に対して各々2ストリーム、合計4ストリーム）を互いに干渉しない形で送信する、あるいは逆に複数の端末から単一の基地局に対して同時に独立なMIMOストリームを送信するようなものである。

IEEE802.11nのCSMA/CA MACでは同時には1対1の無線通信装置間の通信しか許容されないのでMU-MIMOには対応できないが、IEEE802.11のようなCSMA的なMACとMU-MIMOを組み合わせる技術として例えば下記特許文献１に記載のものが知られている。
特開２００５−１９２１２７号公報

IEEE802.11nは最大でMIMOの4ストリーム(4多重)まで可能にする予定である。また、IEEE802.11nよりも更に伝送速度・容量を上げようとすると、周波数帯域の制約から、更にMIMOの多重数を上げるのが選択肢の一つになりうる。しかしながら、無線通信装置のコスト、消費電力、サイズの制約を考慮すると、ネットワークを構成する全ての装置が、仕様の許容する最大のMIMO多重が可能ではない状況も多いと思われる。従来のCSMA/CAでは、可能な多重度の低い装置の通信中でもメディアは塞がり(busy)と判断されることから、可能な多重度の高い他の装置により更にMIMO多重(空間多重)が可能な状況であっても、ネットワークの通信容量を活かしきれない状況が生じる。従って、サービス要求に応じた装置のスケーラビリティ（ここでは特にアンテナ数の相違）を許容しつつ、ネットワークの通信容量を最大限に活用できる技術が望まれる。このために無線LANにMU-MIMOを適用することが考えられる。

また、免許の必要なセルラー網などと異なり、無線LANで用いる周波数帯は免許なしで自由に無線通信装置を用いることができるため、基地局が端末を一元管理することで互いに干渉が生じないように通信を制御することは困難である。このため、CSMAのように分散制御できるメディアアクセス方式が好ましい。

上記特許文献１は上記の目的を部分的には達成しているが、以下に例示するような点で不十分であると考えられる。

(1)様々なアンテナ数を持つ無線通信装置が存在するときに、ネットワークの通信容量を最大限に活用できない点である。例えば、送信装置側のアンテナ数の合計が受信装置のアンテナ数の最小値以下であることが要求されるが、この条件を満たさなくても、例えば送信装置側で送信ストリーム数を超える分のアンテナを干渉除去するための自由度として用いることで空間多重を実現できる場合がある。上記特許文献１ではこの点が考慮されていない。

(2)OFDMの空きサブキャリアをある規則でMIMOストリームに割り当て、ビジートーン（シグネチャ信号）として用いることが提案されているが、これは送信しようとする無線通信装置がキャリアセンスをしている期間の空塞状況がわかるだけで、将来の状況は不明である。このため、ある瞬間に空きと判断して送信を開始しても、その送信が継続している期間中に平行して送受信している無線通信装置の組み合わせが変化し、干渉が発生する可能性がある。なお、IEEE802.11では、例えば受信したDATAフレームに対してACKフレームを送信するような場合にはキャリアセンスを行わないため、送受信が交代するような場合にこのような干渉が発生する可能性が大きい。

(3)OFDMの空きサブキャリアをある規則でMIMOストリームに割り当て、ビジートーン（シグネチャ信号）として用いるため、システムの最大MIMO多重数が増えるほど、利用可能なOFDMサブキャリアが少なくなってしまう。

そこで本発明の目的は、分散制御可能であるためライセンスフリーな周波数帯域の活用に適しているというCSMAのメディアアクセス制御の特性を残しつつ、MU-MIMOで可能になるネットワーク通信容量拡大の可能性をできるだけ無駄なく引き出すことができるメディアアクセス制御を実現する無線通信装置および無線通信方法を提供することにある。

本発明の第１の観点によると、現在から将来にかけてのある時系列の通信に関与する自無線通信装置が分離可能なストリーム数を記憶する第１の記憶手段と、前記通信に関与する、少なくとも１つ以上の他の無線通信装置が分離可能なストリーム数を取得する第１の取得手段と、前記自無線通信装置および前記他の無線通信装置が前記時系列の各時点で行う通信のストリーム数を取得する第２の取得手段と、前記自無線通信装置が分離可能なストリーム数が、前記時系列の各時点で行う通信のストリーム数の和を上回る場合、その差分を許容ストリーム数として記憶する第２の記憶手段と、前記自無線通信装置が新たに行う通信のスリーム数が前記許容ストリーム数以下である場合、無線媒体を空きと判定する判定手段とを具備することを特徴とする無線通信装置が提供される。

本発明によれば、分散制御可能であるためライセンスフリーな周波数帯域の活用に適しているというCSMAのメディアアクセス制御の特性を残しつつ、MU-MIMOで可能になるネットワーク通信容量拡大の可能性をできるだけ無駄なく引き出すことができるメディアアクセス制御を実現する無線通信装置および無線通信方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。無線通信装置は、アンテナ１、無線送受信部２、ベースバンド処理部３、メディアアクセス制御部４、リンク層部５、TCP/IP層部６、アプリケーション部７を有する。本実施形態はIEEE802.11に規定されるような無線LANを想定するが、本発明はIEEE802.11無線LANに限らず実施可能である。

いわゆるMIMO(Multiple Input Multiple Output)技術を適用することを想定するが、MIMOの無線通信装置と以下に説明するメディアアクセス制御方式で共存できる限り、SISOの無線通信装置でも構わない。無線通信装置がMIMOを実現できる場合にはアンテナ１は複数であるが、送信と受信のアンテナの本数は異なっていても構わない。無線通信装置がSISOのみ実現する場合にはアンテナ１は1本で構わないが、空間ダイバーシティ利用などのために切り替え可能な複数のアンテナを持っていても構わない。

無線送受信部２は、アンテナ１と送信部・受信部間の接続を切り替えるスイッチ、送信および受信の帯域フィルタ、受信用の低雑音増幅器、送信用の電力増幅器、ベースバンド処理部３で扱う周波数と無線周波数間の周波数変換機能、受信信号をベースバンド処理部３で扱えるデジタル信号に変換するアナログデジタル変換、ベースバンド処理部３からのデジタル送信信号をアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換などの一般的な構成（図示せず）で良い。受信電力測定部８による受信電力情報は、低雑音増幅器のゲインを制御するのに使われると共に、ベースバンド処理部３の物理キャリアセンス部９に入力され、物理的にメディアが空いているか塞がっているかを判断するためにも使用される。

ベースバンド処理部３は、同期、変復調機能、インタリーバ・デインタリーバ、符号化・復号化、スクランブラ・デスクランブラなどを持つ一般的な構成（図示せず）を持つ。

物理キャリアセンス部９は、無線送受信部２の受信電力測定部８からの受信電力情報、および物理層ヘッダ（図２参照）に含まれるフレーム長、変調およびコーディング方式に関する情報から、メディアが空いているか塞がっているかを判断する。受信電力によるものは瞬間的な空塞情報であるが、一方、物理層ヘッダの情報（前記のフレーム長、変調およびコーディング方式）によるものはフレームが継続する期間を塞がりと判断するものである。例えばIEEE802.11 の仕様に記載されているような方法で判断しても良い。なお、後述するように、本実施形態においては物理層キャリアセンスが塞がりと判断しても、更にMIMOによる空間多重可能な状況である場合には、仮想キャリアセンス部１５がメディアを空きと判定する場合があり、従来のIEEE802.11のキャリアセンスとは異なっている。

伝送路推定部１０は、物理(PHY)フレームのプリアンブル（図２参照）に含まれる既知信号を元に、該物理フレームを送信した無線通信装置と受信側の自無線通信装置間の伝送路情報を推定する機能を実現する。MIMOを想定しているため、一般には送信側の各アンテナと受信側の各アンテナ間のマトリックス伝送路情報を得るものである。また、過去に得た伝送路情報を蓄積し、要求に応じて検索・利用するための機能も実現する。

空間多重分離部１１は、複数の送信MIMOストリームに適切な重みを与えて多重化（与干渉を防ぐことを含む）、あるいは受信信号を個別のMIMOストリームに分離（不要な干渉信号の除去を含む）を行う。

送信電力制御部１２は、主にメディアアクセス制御部４からの要求に応じて送信電力の大きさを制御するもので、例えば無線送受信部２の電力増幅器の利得やベースバンド処理部３における前処理を適切に制御する。

メディアアクセス制御部４は、送信処理を行う送信部１３、受信処理を行う受信部１４、およびメディアアクセスプロトコルによって交換される論理的な情報に基づいてメディアの空塞状況を判定する仮想キャリアセンス部１５を有する。

仮想キャリアセンス部１５は、現在から将来にかけてのある時系列の通信に関与する各無線通信装置のストリーム分離能力を取得または推定するストリーム分離能力取得・推定部１６、該時系列の各時点で行われる通信のストリーム数を取得または推定するストリーム数取得・推定部１７、該時系列のうちの一定期間において前記ストリーム分離能力が前記ストリーム数を上回る場合その差分を許容ストリーム数として記憶する許容ストリーム数算定・記憶部１８、および許容ストリーム数の範囲内の送信に関して無線媒体を空きと判定するキャリア状態判定部１９を有する。

このように構成された本実施形態に係る無線通信装置が送信し、あるいは受信するフレームのフォーマットの一例を図２に示す。

PHYフレーム（あるいはPPDU: PHY Protocol Data Unit）は、プリアンブル２０、物理層ヘッダ２１、およびMACフレーム(物理層ペイロードに相当)を有する。プリアンブル２０は、タイミングや周波数の同期の確立、および伝送路の推定などのために用いられる既知信号である。伝送路推定のための既知信号は、一般には各アンテナ、あるいは各MIMOストリーム(アンテナとMIMOストリームは1対1に対応する場合もあるが、例えば3アンテナで2ストリームを送信あるいは受信することもある)の伝送路を各々独立して推定できるようにするため、何らかの方式で互いに直交させておくのが一般的である。プリアンブル２０は、例えば、IEEE802.11nに採用されているように構成されていても良い。

物理層ヘッダ２１は、主にMACフレームを復号するために必要な情報を含み、例えば、フレーム長、変調方式、コーディング方式などの情報を含む。これらの情報は、前述のように物理キャリアセンス部９によるメディアの空塞の判断にも用いられる。すなわち、物理キャリアセンス部９は、変調方式、コーディング方式からデータレートを算出し、これとフレーム長からフレームの継続時間中はメディアが塞がりと判断できる。

MACフレーム(あるいはMPDU: MAC Protocol Data Unit)は、MAC層ヘッダ２２、MAC層ペイロード２３、およびＦＣＳ２４を有する。MACフレームの例として、図３に本発明による送信要求フレーム（以下MU-RTSと呼ぶ）のフォーマットの例、図４に本発明による送信許可フレーム（以下MU-CTSと呼ぶ）のフォーマットの例、図５に本発明によるデータフレーム（以下DATAと呼ぶ）のフォーマットの例を示す。これらのフレームは、既存のIEEE802.11に規定されるRTSフレーム、CTSフレーム、DATAフレームを、本発明に必要な情報が交換できるように拡張したものである。これらのフレームの交換や、フレームを構成する各フィールドの利用などについては、以下の実施形態において具体的に説明する。

要求ストリーム数フィールド３０には、MU-RTSを送信する無線通信装置が、MU-RTSとMU-CTSの交換に引き続いて送信するDATAフレームのストリーム数の要求値が設定され、相互にストリーム数を折衝するために用いる。分離能力フィールド３１は、MU-RTS、MU-CTS、あるいはDATAフレームを送信する無線通信装置自身の分離能力を、他の無線通信装置に示すために用いる。伝送路状態要求フィールド３２は、MU-RTSを送信する無線通信装置が、受信側無線通信装置が伝送路状態を返送するように要求するために用いる。送信電力フィールド３３には、MU-RTSを送信する無線通信装置が、MU-RTSの送信電力値が設定され、受信側の無線通信装置が伝送路損失を推定できるようにするために用いる。許可ストリーム数フィールド４０は、MU-RTSを受信しMU-CTSを送信する無線通信装置が、MU-RTSの要求ストリーム数フィールド３０で要求されたストリーム数以下で、かつ自無線装置が要求されている時間に周囲の通信状況を考慮して受信可能なストリーム数を回答するために用いられる。伝送路状態情報フィールド４１は、伝送路状態を返送するように要求され、MU-CTSあるいはDATAフレームを送信する無線通信装置が、伝送路状態を要求側の無線通信装置に返送するために用いられる。なお、伝送路状態情報フィールド４１は、伝送路状態を返送するように要求する情報を含んでも良い。送信・受信電力フィールド４２の送信電力値部分には、MU-CTSまたはDATAフレームを送信する無線通信装置が、MU-CTSまたはDATAフレームの送信電力値が設定され、受信側の無線通信装置が伝送路損失を推定できるようにするために用いる。送信・受信電力フィールド４２の受信電力部分には、MU-CTSまたはDATAフレームを送信する無線通信装置が、直前に受信したフレーム（例えばMU-RTS）の受信電力値を設定し、装置間の伝送路損失を受信側および周囲の無線通信装置に伝えるために用いられる。

送達確認フレーム（以下BAと呼ぶ）は、従来のIEEE802.11nに規定されるBlock Ackフレームが利用できる。

図２において、MAC層ヘッダ２２は、プロトコルバージョン、フレームタイプやその他の制御情報を含むフレーム制御フィールド、メディアを占有する予定期間を示す期間(duration)フィールド、送受信に関与する無線通信装置のアドレス、一群の無線通信装置を識別するサービス識別子(BSSID)、要求ストリーム数、許可ストリーム数、空間多重分離能力、伝送路状態情報の要求とそれに対する伝送路状態情報の応答、送信電力と受信電力などの情報を含む。

また、MAC層ペイロード２３は、データフレームの場合にはデータを有するが、制御フレームに分類される送信要求フレームや送信許可フレームに例示されるように、データが存在しない場合もある。

ＦＣＳ２４は、MAC層ヘッダ２２とMAC層ペイロード２３に生じ得る誤りを検出するためにMAC層ヘッダ２２およびMAC層ペイロード２３に関して計算されたCRC情報を含む。なお、MAC層ヘッダ２２とMAC層ペイロード２３の誤りを個別に検出したい場合には、それぞれに対し独立したCRCを計算しても良い。

なお、IEEE802.11nで採用されるA-MPDUのように、単一のPHYペイロードに複数のMACフレームを連結するように構成しても良い。この場合には、各MACフレームを分離するための情報が適切な形式で追加される。

図３に示すMU-RTSフレーム、図４に示すMU-RTSフレーム、図５に示すDATAフレームについて、従来のIEEE802.11のRTS、CTS、およびDATAフレームに対して追加したフィールドに関して簡単に説明する。要求ストリーム数フィールド３０には、MU-RTSを送信する無線通信装置が、MU-RTSとMU-CTSの交換に引き続いて送信するDATAフレームのストリーム数の要求値が設定され、相互にストリーム数を折衝するために用いる。分離能力フィールド３１は、MU-RTS、MU-CTS、あるいはDATAフレームを送信する無線通信装置自身の分離能力を、他の無線通信装置に示すために用いる。伝送路状態要求フィールド３２は、MU-RTSを送信する無線通信装置が、受信側無線通信装置が伝送路状態を返送するように要求するために用いる。送信電力フィールド３３には、MU-RTSを送信する無線通信装置が、MU-RTSの送信電力値が設定され、受信側の無線通信装置が伝送路損失を推定できるようにするために用いる。許可ストリーム数フィールド４０は、MU-RTSを受信しMU-CTSを送信する無線通信装置が、MU-RTSの要求ストリーム数で要求されたストリーム数以下で、かつ自無線装置が要求されている時間に周囲の通信状況を考慮して受信可能なストリーム数を回答するために用いられる。伝送路状態情報フィールド４１は、伝送路状態を返送するように要求され、MU-CTSあるいはDATAフレームを送信する無線通信装置が、伝送路状態を要求側の無線通信装置に返送するために用いられる。なお、伝送路状態情報フィールド４１は、伝送路状態を返送するように要求する情報を含んでも良い。送信・受信電力フィールド４２の送信電力値部分には、MU-CTSまたはDATAフレームを送信する無線通信装置が、MU-CTSまたはDATAフレームの送信電力値が設定され、受信側の無線通信装置が伝送路損失を推定できるようにするために用いる。送信・受信電力フィールド４２の受信電力部分には、MU-CTSまたはDATAフレームを送信する無線通信装置が、直前に受信したフレーム（例えばMU-RTS）の受信電力値を設定し、装置間の伝送路損失を受信側および周囲の無線通信装置に伝えるために用いられる。

複数の無線通信装置によって構成されるネットワークの一例を図６に示す。無線通信装置STA1,STA2,STA5は、各々が2本のアンテナを持ち、各々が最大2ストリームまでの空間多重分離能力を持つとする。無線通信装置STA3,STA4,STA6は各々が4本のアンテナを持ち、各々が最大4ストリームまでの空間多重分離能力を持つとする。無線通信装置STA7,STA8は各々が1本のアンテナを持ち、各々が最大1ストリームまでの空間多重分離能力を持つとする（あるいは空間多重分離能力を持たないと言っても良い）。

無線通信装置STA9,STA10は各々が6本のアンテナを持ち、各々が最大6ストリームまでの空間多重分離能力を持つとする。

一方、無線通信装置STA11は、既存のIEEE802.11n仕様に基づく装置であり、2本のアンテナを持ち、最大2ストリームまでの空間多重能力を持つ。つまり、ある単一の無線通信装置に2ストリームまでの送信を行い、ある単一の無線通信装置による2ストリームまでの送信を受信することができる。しかし、無線通信装置STA11は、本発明の実施形態に係る無線通信装置とは異なり、所望の無線通信装置との通信中に、他装置からの干渉のキャンセル、あるいは他装置への与干渉の抑圧を行う機能を持たない。

ここで、全ての無線通信装置が、対等な端末としての役目を果たすいわゆるアドホックモードで動作してもよく、いずれかの無線通信装置が基地局となり他の無線通信装置を管理するいわゆるインフラストラクチャモードで動作しても良い。これは、IEEE802.11が基地局を置く場合であっても、基地局を含めCSMA/CAのメディアアクセス制御をベースとして動作するのと同じである。

図６において、全ての無線通信装置が他の無線通信装置の送信するPHYフレームを受信できる状況（無線メディアを共有している状況）にあると仮定する。この状況で、仮にSTA2がSTA1に対して2ストリームのPHYフレームを送信しているとする。従来のIEEE802.11に採用されている通常のCSMA/CAでは、他の全ての無線通信装置が該フレーム送信の間、メディアを塞がり状態(busy)と判断し、通信を行うことができなくなる。しかし、例えばSTA4とSTA3の空間多重分離能力を用いれば、STA2-STA1間の通信に干渉を与えること無く、STA4はSTA3に対して2ストリームのPHYフレームを同時並列的に送信することが可能である。一方、STA5、STA7、STA8 は十分な空間多重分離能力が無いため、STA2-STA1間の通信に干渉を与えることなく同時並列的に送信することはできない。従って、この例においては、STA4はSTA3宛てに送信しようとする場合にはメディアを2ストリームまでの空き状態、一方、STA5、STA7、STA8はそれぞれメディアを塞がり状態と認識でき、かつ空塞状態に応じて送信を制御できるメディアアクセス制御を実現することができれば、周波数利用効率を向上させることができる。

以下、このような方法について例を挙げながら詳細に述べる。

以下で検討するフレーム交換の一例を図７に示す。また、想定する無線通信装置とフレーム送信の組み合わせ内容を、複数の無線通信装置が並列に通信を行う第一の例に関して図８に示す。ここでは流れの概略を説明し、各段階で必要な処理の詳細については後述する。

図７に示すように、まず、無線通信装置STA2が、メディアを空きと判断し、バックオフを行った後、送信要求フレームMU-RTS1(multi-user request to send)を無線通信装置STA1に送信する。無線通信装置STA1は、要求された内容に従う送信を受信できると判断すると、無線通信装置STA2に対して受信許可フレームMU-CTS1(multi-user clear to send)を返送する。無線通信装置STA2は、MU-CTS1を受信することで要求した送信が行えることを知り、データフレームDATA1を無線通信装置STA1に対して送信する。

データフレームDATA1の送信中、無線通信装置STA4は先立って行われたMU-RTS1とMU-CTS1で交換された情報と自無線通信装置の空間多重分離能力から、ストリーム数2までは同時並列的に送信できることを把握している。この際、それに加えて、無線通信装置STA4が無線通信装置STA3の空間多重分離能力をも把握していれば、更に正確に送信可能か否かを判断できるが、この知識は必須ではない。

無線通信装置STA4は2ストリームを送信する送信要求フレームMU-RTS2を無線通信装置STA3に対して送信する。無線通信装置STA3は、要求された内容に従う送信を受信できると判断すると、無線通信装置STA4に対して受信許可フレームMU-CTS2を返送する。無線通信装置STA4は、MU-CTS2を受信することで、要求した送信が行えることを知りデータフレームDATA2を無線通信装置STA3に対して送信する。

データフレームDATA2の受信完了後、無線通信装置STA3はその受信結果に応じた内容の送達確認フレームBA2(Block Ack)を無線通信装置STA4に送信する。なお、ここでBA2の送信は、DATA1の送信完了後に開始され、BA1の送信完了前に終了されるように制御がなされる。この制御を前提としてMU-RTS2の期間フィールドは設定されている。これは、与えられた空間多重分離能力によって干渉無しに可能であるように、予定される並列送信を完了できるかを予め判断するために必要である。

データフレームDATA1の受信完了後、無線通信装置STA1はその受信結果に応じた内容の送達確認フレームBA1(Block Ack)を無線通信装置STA2に送信する。

上記のように動作する場合に、無線通信装置STA4がキャリアセンスを行うために必要な情報等について、図９に示す複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第一の例のキャリアセンス状態管理（１）、および図１０に示す複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第一の例のキャリアセンス状態管理（２）に関して説明する。

以下では関連する各無線通信装置の動作を説明するが、無線通信装置STA2が無線通信装置STA1と通信を始めてから、それと並列して通信を開始できると判断する無線通信装置STA4、およびそれと対になって通信を行う無線通信装置STA3の動作に特徴があるので、これらの動作を重点的に説明する。

これらの図９，図１０において時間は左から右に流れる。初期状態t0からt1の間は、STA1〜STA11のいずれの無線通信装置も送信を行っておらず、全ての無線通信装置から見て、メディアが無条件に空き状態(idle)であることを仮定する。

無線通信装置STA2は、この期間バックオフカウンタを減じて、ゼロになった時点(t1)で無線通信装置STA1に対して、2ストリームで期間がt6-t5秒掛かるデータフレームDATA1の送信を要求するための送信要求フレームMU-RTS1の送信を開始する。時刻t2にMU-RTS1の送信は終了する。無線通信装置STA1は、メディアが完全に空いており、この条件では自装置の空間多重分離能力の範囲(2多重まで)で要求されたデータフレームDATA1を受信できるため、この送信要求を受けられると判断し、SIFS(Shortest Inter Frame Space)後の時刻t3に、無線通信装置STA2に送信許可フレームMU-CTS1の送信を開始する。MU-CTS1の送信は時刻t4に終了する。

無線通信装置STA4は送信要求フレームMU-RTS1をモニタする。無線送受信部２の受信電力測定部８で受信電力を測定し、低雑音増幅器の利得を制御すると共に、キャリアの空塞状況を判断するために、物理キャリアセンス部９に情報を送る。

また、無線通信装置STA4が送信を行う際に無線通信装置STA1に与える干渉の程度を見積もるための情報として用いるために、メディアアクセス制御部４の送信部１３にこの情報を記憶する。ただし、無線通信装置STA2の識別子（MACアドレス）はMACフレームに含まれているため、この情報と送信元の無線通信装置STA2との対応付けは、この後MACフレームの復号が終わってから完了する。以下、無線通信装置STA2と様々な情報の対応付けは、特に説明しなくても上記と同様の時点で完了する。

また、無線通信装置STA4のベースバンド処理部３は必要な同期処理を行う。更に無線通信装置STA4の伝送路推定部１０は送信要求フレームMU-RTS1のプリアンブル２０を用いて、無線通信装置STA2との間の伝送路情報を推定する。この情報は、物理層ヘッダ２１およびMAC フレームを復号するために用いられる。それに加えて、この情報は、無線通信装置STA4が送信を行う際に、それが無線通信装置STA2に対する干渉とならないように空間多重分離部１１を制御するために用いる情報として、メディアアクセス制御部４の送信部１３に記憶される。ここで、プリアンブル２０は、無線通信装置STA2の全アンテナに関する情報を与えるような構成で付与されていると仮定する。

無線通信装置STA4のベースバンド処理部３は、必要なら空間多重分離部１１によりMU-RTS1のMIMOストリームを分離し、更に物理層ヘッダ２１を復調する。物理層ヘッダ２１に含まれる変調方式、コーディング方式、およびフレーム長の情報は、MACフレームの復号に用いられると同時に、物理キャリアセンス部９に送られる。

無線通信装置STA4の物理キャリアセンス部９は、変調方式、コーディング方式からデータレートを算出し、これとフレーム長からフレームの継続時間を算出する。これにより時刻t1から時刻t2までの間、2ストリームのメディアが塞がりと判断できる。ここで、送信ストリーム数に関する情報は、変調方式に含まれていると仮定する。

無線通信装置STA4の物理キャリアセンス部９は、受信電力に関する情報と、時刻t1から時刻t2までの期間にわたり2ストリームのメディアが塞がるという情報を、メディアアクセス制御部４の仮想キャリアセンス部１５に上げる。この時点でストリーム分離能力取得・推定部１６には、無線通信装置STA2に関する情報は無く、自装置STA4に関する情報(最大4多重・分離)のみがある。ストリーム数取得・推定部１７には、時刻t1から時刻t2の期間、2ストリームが占有されるという情報があるが、まだMACフレームの復号がなされていないため、この時点ではそれが無線通信装置STA2が無線通信装置STA1に送信しているものであるということはわかっていない。宛先である無線通信装置STA1に対して干渉を与えてはならないということがわからないと、送信を行った際に空間多重分離部１１を制御して無線通信装置STA1に対する与干渉を抑圧することができない。従って、許容ストリーム数記憶部には、時刻t1から時刻t2の期間は許容ストリーム数がゼロであると記録される。これにより、送信部１３から仮想キャリアセンス部１５に対して空塞状況の問い合わせがある場合には、キャリア状態判定部１９は塞がりと判定して回答する。

無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部４は、ベースバンド処理部３によって復号されたMACフレームを受信する。受信部１４はMACヘッダを解析し、フレーム制御の情報から送信要求フレームであること、期間の情報から時刻t8まで継続するフレームシーケンスを予定していること、受信アドレスから送信相手先が無線通信装置STA1であること、送信アドレスからこの送信要求を行っているのが無線通信装置STA2であること、要求ストリーム数からデータフレームDATA1は2ストリームで送信される予定であること、分離能力は最大2多重であること、無線通信装置STA1に対して伝送路状態を返すように要求していること、送信電力の値などを把握する。

無線通信装置STA3も同時に送信要求フレームMU-RTS1をモニタしている。動作は基本的に無線通信装置STA4と同様であるため、詳細は省略する。

時刻t3から時刻t4の間に無線通信装置STA4は、無線通信装置STA1が送信した送信許可フレームMU-CTS1を受信する。無線通信装置STA4による受信処理は、上述の送信要求フレームMU-RTS1の受信処理と本質的には変わらないため、詳細は省略する。受信処理は時刻t5以前に完了するものと仮定する。

時刻t5において無線通信装置STA4は以下のような情報を得ている。これらの情報が得られる理由をそれぞれに対応して付記する。

(I1)無線通信装置STA2が無線通信装置STA1に対し、時刻t5から時刻t6の期間に、最大ストリーム数2のデータフレームDATA1を送信する。

（理由）送信要求フレームMU-RTS1の送信要求が送信許可フレームMU-CTS1で許可されたので、今後、許可された内容の通信が発生する筈である。MU-CTS1の許可ストリーム数から最大ストリーム数がわかる。MU-CTS1が持つ期間に関する情報からフレームシーケンスが時刻t8で終了することがわかる。ここでフレームシーケンスはデータフレーム−送達確認フレームという単純なシーケンスを仮定する（より複雑なフレームシーケンスを許容する場合には、たとえば期間に関する情報をより詳細化すればよい）。また、送達確認フレームは固定長であり、これを送信するための変調方式、コーディング方式などがある規則により予め定まっているため、送達確認フレームを送信するために掛かる時間は計算できるものとする（送達確認フレームの変調方式、コーディング方式が、先行するデータフレームの変調方式、コーディング方式に依存して決定される場合には、データフレームDATA1の物理層ヘッダ２１を受信するまで待ってから、この計算を行うことになる）。データフレームと送達確認フレームの時間間隔はSIFSで固定されているとする。時刻t6は、時刻t8から、送達確認フレームBA1の送信に掛かる時間およびSIFS時間を差し引くことによって求められる。ストリーム数取得・推定部１７がこの処理を行い、結果を記憶する。

(I2)無線通信端末STA1が無線通信装置STA2に対し、時刻t7から時刻t8の期間に、最大ストリーム数2の送達確認フレームBA1を送信する。

（理由）時刻t8から、送達確認フレームBA1の送信に掛かる時間を差し引くことにより、時刻t7が求められる。ストリーム数取得・推定部１７がこの処理を行い、結果を記憶する。

(I3)無線通信装置STA1の多重分離能力は最大2多重である。

（理由）送信許可フレームMU-CTS1が示している分離能力からわかる。ストリーム分離能力取得・推定部１６がこの処理を行い、結果を記憶する。

(I4)無線通信装置STA2の多重分離能力は最大2多重である。

（理由）送信要求フレームMU-RTS1が示している分離能力からわかる。ストリーム分離能力取得・推定部１６がこの処理を行い、結果を記憶する。

(I5)無線通信装置(自装置)STA4の多重分離能力は最大4多重である。

（理由）自装置の能力なので、予め装置内に登録されている。ストリーム分離能力取得・推定部１６に記憶されている。

(I6)無線通信装置STA1と無線通信装置STA2間の伝送路状態と経路損失。

（理由）送信許可フレームMU-CTS1が示す伝送路状態情報から伝送路状態がわかる。送信要求フレームMU-RTS1の送信電力と、送信許可フレームMU-CTS1の受信電力を比較することで、経路損失がわかる。メディアアクセス制御部４の送信部１３がこの結果を記憶する。

(I7)無線通信装置STA1と無線通信装置(自装置)STA4間の伝送路状態と経路損失。

（理由）無線通信装置STA1の送信許可フレームMU-CTS1のプリアンブルから、無線通信装置STA4は伝送路状態を推定できる。無線通信装置STA1の送信許可フレームMU-CTS1に含まれる送信電力と、無線通信装置STA4が受信した際の受信電力（受信電力測定部８が測定）を比較することで、経路損失がわかる。メディアアクセス制御部４の送信部１３がこの結果を記憶する。

(I8)無線通信装置STA2と無線通信装置(自装置)STA4間の伝送路状態と経路損失。

（理由）無線通信装置STA1の送信許可フレームMU-CTS1のプリアンブルから、無線通信装置STA4は伝送路状態を推定できる。無線通信装置STA1の送信許可フレームMU-CTS1に含まれる送信電力と、無線通信装置STA4が受信した際の受信電力（受信電力測定部８が測定）を比較することで、経路損失がわかる。メディアアクセス制御部４の送信部１３がこの結果を記憶する。

(I9)時刻t5から時刻t6までの期間の許容ストリーム数は最大で2ストリームである。ただし、無線通信装置STA1に干渉を与えないように、送信時に空間多重分離部１１を制御することが前提である。また、応答を受信する際には、無線通信装置STA2からの干渉をキャンセルするように、空間多重分離部１１を制御することが前提である。

（理由）上記(I1)と(I5)の情報から、無線通信装置（自装置）STA4の空間多重分離部１１は、時刻t5から時刻t6までの通信に干渉を与えないような制御を行った上で、更に自身の送受信のために2つの自由度を残すことがわかる。ここで無線通信装置（自装置）STA4が送信を行うときに、送信中の無線通信装置STA2に対して干渉を与えるのは問題ないので、このために空間多重分離部１１の自由度が減ることないが、受信中の無線通信装置STA1に対する干渉は抑圧しなければならないので、このために空間多重分離部１１の自由度が2つ必要になる。一方、無線通信装置（自装置）STA4が受信を行うときには、無線通信装置STA2が送信している2ストリームを干渉としてキャンセルするために、空間多重分離部１１の自由度が2つ必要になる。また、上記(I3)および(I5)の情報から、無線通信装置STA1およびSTA2側では干渉をキャンセルする自由度は残っていないので、結局干渉キャンセルに使える自由度は、無線通信装置（自装置）STA4の空間多重分離部１１に残される自由度2だけになる。このため、許容ストリーム数は最大で2 ストリームであることがわかる。この算定は、許容ストリーム数算定・記憶部１８によって行われ、結果が記憶される。

(I10)時刻t6から時刻t7までの期間の許容ストリーム数は最大で4ストリームである。

（理由）上記(I1)と(I2)から、時刻t6から時刻t7までの間は、SIFSのフレーム時間間隔で、フレーム送信が行われないと算定される。この算定は、許容ストリーム数算定・記憶部１８によって行われ、結果が記憶される。

(I11)時刻t7から時刻t8までの期間の許容ストリーム数は最大で2ストリームである。ただし、無線通信装置STA2に干渉を与えないように、送信時に空間多重分離部１１を制御することが前提である。また、応答を受信する際には、無線通信装置STA1からの干渉をキャンセルするように、空間多重分離部１１を制御することが前提である。

（理由）(I9)と同様に算定。この算定は、許容ストリーム数算定・記憶部１８によって行われ、結果が記憶される。

時刻t5において無線通信装置STA4は、無線通信装置STA2が送信するデータフレームDATA1の信号を干渉としてキャンセルするように空間多重分離部１１を制御する。これは、上記(I1)の情報により時刻t5から無線通信装置STA2が2ストリーム通信を開始することを予見して、送信部１３が保持している無線通信装置STA2と自装置間の伝送路情報を用いて行うことができる。このように形成されるものを、「予測待ち受けビーム」と呼ぶことにする。予測待ち受けビームにより、無線通信装置STA4は、干渉が取り除かれた後の信号を自受信する。干渉が取り除かれた後の信号は、背景雑音のみかもしれないし、無線通信装置STA2以外が送信した信号かもしれない。このような制御は、ランダムアクセスの特性を持つメディアアクセス制御なので、他の無線通信装置が送信するかもしれない別のフレームを待ち受けるために必要である。また、物理キャリアセンス部９への入力としても用いられる。

また予期できないフレームを受信し始めた際にも、その伝送路情報が判明した時点で、空間多重分離部１１を制御して、そのフレームによる干渉をキャンセルするように、「遅延待ち受けビーム」を作るものとする。説明の便宜上形成される契機の相違を名前で区別しているが、ビームが形成された後は実質的に同じように機能する。なお、いずれの待ち受けビームも、受信しているフレームのストリーム数が、空間多重分離部１１の分離能力を示す最大多重度以下である場合にのみ形成される。

無線通信装置STA4が、時刻t5に無線通信装置STA3に送信すべきデータを持っていたとする。この送信が他の無線通信装置からの送信と衝突する可能性を減らすため、送信部１３はバックオフ処理を開始する。バックオフ処理は、ある規則で決まる最大値までの正整数乱数を生成し、一スロット期間にわたってメディアが空である場合にその値を一つずつ減じ、値が0になった時点で送信を開始する処理である。メディアが塞がっている期間はこの値は変化せず、その後メディアが空き状態になれば減算処理が再開される。

時刻t5から、バックオフ処理を行うため無線通信装置STA4の送信部１３は仮想キャリアセンス部１５に対し、メディアの空塞状況を継続的に問い合わせる。仮想キャリアセンス部１５のキャリア状態判定部１９は、更に物理キャリアセンス部９に状態を問い合わせる。空間多重分離部１１の処理を通す前はキャリアセンスで塞がりと判定すべき閾値以上の受信電力を検出しているが、予測待ち受けビームによる受信では受信電力が閾値以下であることが通知される。キャリア状態判定部１９は、これにより(I1)で予測した通信しか行われていないことが推定できる。即ちメディアは空きと判断する。更にキャリア状態判定部１９は、許容ストリーム数算定・記憶部１８の情報を参照し、送信時に無線通信装置STA1への与干渉抑圧、受信時に無線通信装置STA2からの干渉の除去を行う限り、時刻t8までの間、継続的に最大で2ストリームのメディアが空いていることを通知する。ただし、時刻t5から時刻t6の期間と、時刻t7から時刻t8の期間では、干渉抑制に関する処理が異なるという条件が付与される。ここで、不必要に処理を複雑にしないため、時刻t6 から時刻t7は最大ストリーム数が4であることは無視している。

時刻t5から開始されたバックオフ処理が時刻s1で完了したとする。無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部４の送信部１３は、無線通信装置STA3に対して、送信要求フレームMU-RTS2を送信する。送信部１３は、無線通信装置（自装置）STA4と無線通信装置STA1との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA1に干渉を与えないよう空間多重分離部１１を制御する。更に必要なら、経路損失の情報を考慮して、無線通信装置STA1への干渉を一層低減するように、送信電力を制御しても良い。

また、メディアアクセス制御部４の送信部１３からの要求に従って、ベースバンド処理部３は、このフレームの物理層ヘッダ２１のフレーム長、変調方式、コーディング方式を設定する。このフレームの終了時刻が時刻s2になる。

無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部４の送信部１３は、以下のように送信要求フレームMU-RTS2を構成する。フレーム制御にはこのMACフレームが送信要求フレームである情報が示される。期間は時刻s7から時刻s2を差し引いた値が設定される。ここで、時刻s7は時刻t8に先行しているが、時刻t8までは継続的に2ストリーム分のメディアが空く予定であることを考慮して定められている。

なお、送信を予定されるデータフレームDATA2の長さは、この制約を満足するように定められる。受信アドレスには無線通信装置STA3のアドレス、送信アドレスには無線通信装置（自装置）STA4のアドレスが設定される。前記理由で要求ストリーム数は2 である。分離能力には最大4多重が設定される。また、無線通信装置STA3に伝送路状態を返送するように要求する情報が設定される。

このフレームを送信する際の送信電力の情報が設定される。MACフレーム全体に対しCRCが計算され、この値がＦＣＳ２４に設定される。

なお、無線通信装置STA3の分離能力がここでの仮定の最大4多重より小さい場合には、それに応じて動作が変更される。無線通信装置STA3の分離能力が最大3多重であれば、要求ストリーム数を1に減らし、かつ送信要求フレームMU-RTS2自体を1ストリームで送信する必要がある。無線通信装置STA3の分離能力が最大2多重である場合には、干渉除去能力の不足のため、時刻t5から時刻t8までの期間に無線通信装置STA3とは相互通信できないため、送信要求フレームMU-RTS2を送信しない。

なお、無線通信装置STA4が無線通信装置STA3の分離能力に関する情報を持っていない場合には、仮に分離能力が最大4 多重あるいは最大3多重であると仮定して、送信要求フレームMU-RTS2を送信しても良い。

無線通信装置STA3は時刻t5の時点で、上記(I1)から(I11)と同等の情報を得ており、これに従って予想待ち受けビームを構成している。予想待ち受けビームより、無線通信装置STA3は、無線通信装置STA2 が先行して並列的に送信中のデータフレームDATA1を干渉信号としてキャンセルし、送信要求フレームMU-RTS2のみを分離された形で受信することができる。

送信要求フレームMU-RTS2を受信した無線通信装置STA3は、上記(I1)から(I11)と同等の情報を得ている。受信部１４が仮想キャリアセンス部１５に問い合わせ、要求された送信を許可しても問題ないという結論を得る。この結論に基づき、無線通信装置STA3は無線通信装置STA4に対し、要求された送信を許可する送信許可フレームMU-CTS2を送信する。送信部１３は、無線通信装置（自装置）STA3 と無線通信装置STA1との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA1に干渉を与えないよう空間多重分離部１１を制御する。更に必要なら、経路損失の情報を考慮して、無線通信装置STA1への干渉を一層低減するように、送信電力を制御しても良い。

無線通信装置STA3のメディアアクセス制御部４の送信部１３は、以下のように送信許可フレームMU-CTS2を構成する。フレーム制御にはこのMACフレームが送信許可フレームである情報が示される。期間は時刻s7から時刻s4を差し引いた値が設定される。ここで、送信要求フレームMU-RTS2の期間から時刻s7を算定し、時刻s7は時刻t8に先行しているが、時刻t8までは継続的に2ストリーム分のメディアが空く予定であることと、を考慮して許可する期間が定められている。受信アドレスには無線通信装置STA4のアドレス、送信アドレスには無線通信装置（自装置）STA3のアドレスが設定される。前記理由で許可ストリーム数は2である。分離能力には最大4多重が設定される。また、伝送路推定部１０から得た、無線通信装置STA4と無線通信装置（自装置）STA3間の伝送路状態情報が設定される。このフレームを送信する際の送信電力の情報と、受信電力測定部８から得た送信要求フレームMU-RTS2の受信電力が設定される。MACフレーム全体に対しCRCが計算され、この値がＦＣＳ２４に設定される。

なお、無線通信装置STA3の空間多重分離部１１の能力がこれまで仮定している最大4多重ではなく、仮に最大3多重であったとすると許可ストリーム数は1になる。ただし、これは送信要求フレームMU-RTS2が2ストリームでなく1ストリームで送られてきた場合にのみ返信可能である。なぜなら、予測待ち受けビームで2ストリームで送信されたMU-RTS2を受信するためには、最大4多重の分離能力が必要であり、最大3多重では受信できない。また、無線通信装置STA3の空間多重分離部１１の能力が、仮に最大2多重であったとすると予測待ち受けビームを構成することができないので、送信要求フレームMU-RTS2を受信できず、当然送信許可フレームMU-CTS2を送信することもできない。

無線通信装置STA4は、予測待ち受けビームを用いて無線通信装置STA2が先行して並列的に送信中のデータフレームDATA1を干渉信号としてキャンセルし、送信許可フレームMU-CTS2を分離して受信する。

要求した送信が許可されたので、無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部４の送信部１３は、無線通信装置STA3に対して、データフレームDATA2を送信する。送信部１３は、無線通信装置（自装置）STA4と無線通信装置STA1との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA1に干渉を与えないよう空間多重分離部１１を制御する。更に必要なら、経路損失の情報を考慮して、無線通信装置STA1への干渉を一層低減するように、送信電力を制御しても良い。

無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部４の送信部１３は、以下のようにデータフレームDATA2を構成する。ここでデータフレームDATA2は、従来のIEEE802.11nに規定されたフォーマットではなく、図５に示されるように拡張されたデータフレームである場合を想定する。フレーム制御にはこのMACフレームがデータフレーム（あるいは図５のように拡張されたデータフレーム）である情報が示される。期間は時刻s7から時刻s5を差し引いた値が設定される。受信アドレスには無線通信装置STA3のアドレス、送信アドレスには無線通信装置（自装置）STA4のアドレスが設定される。前記理由でストリーム数は2である。分離能力には最大4多重が設定される。また、伝送路推定部１０から得た、無線通信装置STA4と無線通信装置（自装置）STA3間の伝送路状態情報が設定される。このフレームを送信する際の送信電力の情報と、受信電力測定部８から得た送信要求フレームMU-CTS2の受信電力が設定される。上位のリンク層部５から入力された送信すべきデータをデータとして設定する。MACフレーム全体に対しCRCが計算され、この値がＦＣＳ２４に設定される。

なお、ここでDATA2は従来のIEEE802.11nなどに規定される、本発明による拡張の無いデータフレームであっても構わない。ただし、図５に規定されるフレーム構造を用いた場合、ストリーム数、分離能力、伝送路状態情報、送信・受信電力などを他の無線通信装置に伝えることができるため、図示しない他の無線通信装置が更に並列的に通信を行う場合にこれらの情報を利用することができる。また、本実施形態に示す無線通信装置STA3と無線通信装置STA4の通信完了後に、これらの情報を各無線通信装置（STA3およびSTA4以外を含む）が利用して、本発明に示すような並列通信を行うことができる。

無線通信装置STA3は、予測待ち受けビームを用いて、無線通信装置STA2が先行して並列的に送信中のデータフレームDATA1を干渉信号としてキャンセルし、データフレームDATA2を分離して受信する。

無線通信装置STA3は、データフレームDATA2の受信状況に応じて、送達確認フレームBA2を構成して無線通信装置STA4に対して送信する。即ちデータフレームDATA2のCRCを計算し、ＦＣＳ２４と一致するかを確認し、正常に受信できたかを判断し、その結果を送達確認フレームBA2の送達確認情報に反映する。なお、データフレームDATA2は、IEEE802.11nに規定されるA-MPDUのように複数の再送単位を含んでいても良く、その場合にはそれぞれに付与されているCRCを個別に確認する。

無線通信装置STA3のメディアアクセス制御部４の送信部１３は、無線通信装置STA4宛ての送達確認フレームBA2の送信に時刻t6から時刻s7までかかることを把握し、この期間のメディアの空塞状況を仮想キャリアセンス部１５に対し問い合わせる。キャリア状態判定部１９は、許容ストリーム数算定・記憶部１８の情報を参照し、時刻t6から時刻t8までの期間の送信時に無線通信装置STA2への与干渉抑圧を行う限り、時刻t8までの間、継続的に最大で2ストリームのメディアが空いていることを通知する。結局、送達確認フレームBA2の送信時刻t6から時刻s7に関しては、無線通信装置STA2 への与干渉抑圧が必要であり、無線通信装置（自装置）STA3と無線通信装置STA2との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA2に干渉を与えないよう空間多重分離部１１を制御する。更に必要なら、経路損失の情報を考慮して、無線通信装置STA2への干渉を一層低減するように、送信電力を制御しても良い。ここで、従来のIEEE802.11は、データフレーム受信後にSIFS(Short Inter Frame Space)で直ちに送達確認フレームを送信する場合には、空塞状況の確認を要求していないため、空塞状況の確認は省略しても良い。ただし、その場合でも与干渉抑圧の制御は必要である。

なお、送達確認フレームBA2の送信時刻t6から時刻s7に関しては、無線通信装置STA2 への与干渉抑圧が必要であり、無線通信装置（自装置）STA3と無線通信装置STA2との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA2に干渉を与えないよう空間多重分離部１１を制御する必要があることは、送信許可フレームMU-CTS2を返送する時点で予測されている。送達確認フレームBA2送信に際し、STA2に干渉を与えないよう空間多重分離部１１を制御することを、予めメディアアクセス制御部４の送信部１３に設定しておき、データフレームDATA2受信から送達確認フレームBA2送信までの間の処理量（仮想キャリアセンス部１５に対する問い合わせ処理など）を削減しても良い。一般に、SIFSで応答する場合には、物理層の処理に時間が掛かり、MAC層の処理に残される時間が少ないため、このような設定は、送達確認フレームBA2を直ちに返送できるように実装するために有効である。

無線通信装置STA3と無線通信装置STA4がこのように制御を行っているため、時刻t1から開始された無線通信装置STA1と無線通信装置STA2間の通信は、無線通信装置STA3と無線通信装置STA4からの干渉を受けることなく、時刻t8に終了する。

フレーム交換の別の例を図１１に示す。これは、図７に示したフレーム交換の例とは、無線通信装置の組み合わせが異なる。また、DATA2を送信する前に、MU-RTS2とMU-CTS2の交換を行っていない点が異なっている。

想定する無線通信装置とフレーム送信の組み合わせ内容を、複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第二の例に関して図１２に示す。第一の例と第二の例では各無線通信装置の空間多重分離能力の組み合わせが異なっている。第一の例においては、もっぱら後から通信を開始する無線通信装置STA4とSTA3が空間多重分離能力を用いて、最初に通信を開始した無線通信装置STA2とSTA1に対する与干渉を抑圧し、および無線通信装置STA2とSTA1からの被干渉をキャンセルしており、無線通信装置STA2とSTA1は干渉抑圧制御には関与していなかった。

これに対し第二の例においては、最初に通信を開始した無線通信装置STA2とSTA6のうちSTA6の空間多重分離能力と、後から通信を開始した無線通信装置STA5とSTA3のうちのSTA3の空間多重分離能力を用いて干渉抑圧制御を行う。

ここでは流れの概略を説明し、各段階で必要な処理の詳細は後述する。図１１に示すように、まず無線通信装置STA2が、メディアを空きと判断し、バックオフを行った後、送信要求フレームMU-RTS1(multi-user request to send)を無線通信装置STA6に送信する。無線通信装置STA6は、要求された内容に従う送信を受信できると判断すると、無線通信装置STA2に対して受信許可フレームMU-CTS1(multi-user clear to send)を返送する。無線通信装置STA2は、MU-CTS1を受信することで要求した送信が行えることを知り、データフレームDATA1を無線通信装置STA6に対して送信する。

データフレームDATA1の送信中、無線通信装置STA5は先立って行われたMU-RTS1とMU-CTS1で交換された情報(2多重の通信)と自無線通信装置の空間多重分離能力（最大2多重）から、ストリーム数2までのフレームを同時並列的に送信しても、無線通信装置STA6はこれを干渉として排除できることを（あるいは、仮に無線通信装置STA6宛てに送信すれば、無線通信装置STA6はそのフレームを分離受信できることを）知る。ここで、仮に無線通信装置STA5が無線通信装置STA3の空間多重分離能力を4多重と把握しているとする。無線通信装置STA5はストリーム数2のフレームを無線通信装置STA3 に対して上記通信と同時並列的に送信しても、無線通信装置STA3は、無線通信装置STA2がSTA6に送信したデータフレームDATA1を干渉として排除することで、無線通信装置STA5からのフレームを分離受信可能であることを知る。

そこで、無線通信装置STA5はストリーム数2のデータフレームDATA2を無線通信装置STA3に送信する。ここで、図７とは異なり、送信要求フレームMU-RTS2と送信許可フレームMU-CTS2の交換は行わない。これは、無線通信装置STA5の空間多重分離能力では、データフレームDATA1を干渉として分離して、MU-CTS2の受信を行うことができないことを把握しているためである。データフレームDATA1を受信中の無線通信装置STA6は、空間多重分離能力を用い、割り込んできたデータフレームDATA2とデータフレームDATA1とを分離してそれぞれ受信する。これにより、無線通信装置STA6は、データフレームDATA2に含まれている、仮想キャリアセンスを制御する情報を把握することができる。データフレームDATA1を干渉として排除している無線通信装置STA3は、空間多重分離能力を用い、データフレームDATA2を所望の信号として分離受信を行う。

データフレームDATA2の受信完了後、無線通信装置STA3はその受信結果に応じた内容の送達確認フレームBA2(Block Ack)を無線通信装置STA5に送信する。無線通信装置STA3は、その空間多重分離能力を用いて、BA1を受信する無線通信装置STA2に干渉を与えないように、この送達確認フレームBA2を送信する。なお、ここでBA2の送信は、DATA1の送信完了後に開始され、BA1の送信完了前に終了されるように制御がなされる。この制御を前提としてDATA2の送信完了時刻とその期間フィールドは設定されている。これは、与えられた空間多重分離能力によって干渉無しに可能であるように、予定される並列送信が完了できるかを予め判断するために必要である。

データフレームDATA1の受信完了後、無線通信装置STA6はその受信結果に応じた内容の送達確認フレームBA1(Block Ack)を無線通信装置STA2に送信する。

無線通信装置STA6はその空間多重分離能力を用いて、BA2を受信する無線通信装置STA5に干渉を与えないように、この送達確認フレームBA1を送信する。このような制御が行えるのは、無線通信装置STA6がデータフレームDATA2を受信することで、無線通信装置STA5との間の伝送路情報と、仮想キャリアセンス制御に必要な情報を把握し、後者により無線通信装置STA5が送達確認フレームBA2を受信中であることを知っているからである。伝送路情報は空間多重分離能力を上述のように制御するために使われる。

上記のように動作する場合に無線通信装置STA4がキャリアセンスを行うために必要な情報について、図１３に示す複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第二の例のキャリアセンス状態管理（１）、および図１４に示す複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第二の例のキャリアセンス状態管理（２）に関して説明する。本質的な部分は第一の例と同様であるため、以下では相違を中心に説明する。

時刻t5において無線通信装置STA5が得る情報は、第一の例で時刻t5において無線通信装置STA4が得る情報と類似である。但し、無線通信装置STA6の多重数、無線通信装置（自装置）STA5の多重数が、第一の例での対応物（それぞれSTA1とSTA4）の多重数と異なる。これに伴い、許容ストリーム数も異なる。

(I3-2)無線通信装置STA6の多重分離能力は最大4多重である。

(I5-2)無線通信装置(自装置)STA4の多重分離能力は最大2多重である。

(I9-2)時刻t5から時刻t6までの期間の送信許容ストリーム数は最大で2ストリームである。ただし、無線通信装置STA6と無線通信装置STA3が、その空間多重分離能力を制御して、データフレームDATA1と該2ストリームのフレーム分離することが前提である。また、受信許容ストリーム数は0である（つまり、受信はできない）。

(I10-2)時刻t6から時刻t7までの期間の許容ストリーム数は送信受信共に最大で2ストリームである。

(I11-2)時刻t7から時刻t8までの期間の受信許容ストリーム数は最大で2ストリームである。ここで無線通信装置STA3の送信であり、かつ無線通信装置STA3はその空間多重分離能力を制御して、送達確認フレームBA1を受信する無線通信装置STA2への干渉を抑圧するのが前提である。ただし、送信許容ストリーム数は0である（つまり、送信できない）。

無線通信装置STA5が、時刻t5に無線通信装置STA3に送信すべきデータを持っていたとし、バックオフ処理のために無線通信装置STA5の送信部１３は仮想キャリアセンス部１５に対し、メディアの空塞状況を継続的に問い合わせる。キャリア状態判定部１９は、許容ストリーム数算定・記憶部１８の情報を参照し、(I9-2)と(I10-2)から、時刻t7までの間、無線通信装置STA3に対しては最大で2ストリーム送信可能にメディアが空いていることを通知する。また、時刻t6までの期間は受信ができないことも通知する。

時刻t5から開始されたバックオフ処理が時刻s1で完了したとする。無線通信装置STA5のメディアアクセス制御部４の送信部１３は、無線通信装置STA3に対して、データフレームDATA2を送信する。ここでデータフレームDATA2は、図５に示すフレーム構造を持ち、各フィールドの値は第一の例と同様の考え方で設定されているものとする。無線通信装置STA3は、第一の例と同様に予想待ち受けビームを用いて、データフレームDATA2を受信する。

データフレームDATA1を受信中の無線通信装置STA6は、データフレームDATA2を検出すると、空間多重分離部１１を制御し遅延待ち受けビームを作って、データフレームDATA1とデータフレームDATA2を分離して受信する。無線通信装置STA6は、データフレームDATA2から以下のような情報を得る。

(I1-2')無線通信装置STA5が無線通信装置STA3に対し、時刻s1から時刻s2の期間に、ストリーム数2のデータフレームDATA2を送信する。

(理由)物理層ヘッダ２１、およびMAC層ヘッダ２２に含まれる情報からわかる。

(I2-2')無線通信端末STA3が無線通信装置STA5に対し、時刻t6から時刻s3の期間に、最大ストリーム数2の送達確認フレームBA2を送信する。

(I3-2')無線通信装置STA5の多重分離能力は最大2多重である。

(I4-2')無線通信装置STA3の多重分離能力は不明だが、4多重以上である（推定）。

(理由)無線通信装置STA5が仮想キャリアセンスの規則に従って無線通信装置STA3に対して送信を開始するためには、少なくとも4多重必要であると推定する。

(I5-2')無線通信装置(自装置)STA6の多重分離能力は最大4多重である。

(I6-2')無線通信装置STA5と無線通信装置STA3間の伝送路状態と経路損失は不明である。

(理由)送信要求フレームMU-RTS2と送信許可フレームMU-CTS2の交換が行われていない。

(I7-2')無線通信装置STA5と無線通信装置(自装置)STA6間の伝送路状態と経路損失。

(I8-2')無線通信装置STA3と無線通信装置(自装置)STA6間の伝送路状態と経路損失は不明。

(I9-2')時刻t6から時刻s3までの期間の許容ストリーム数は最大で2ストリームである。ただし、無線通信装置STA5に干渉を与えないように、送信時に空間多重分離部１１を制御することが前提である。また、応答を受信する際には、無線通信装置STA3からの干渉をキャンセルするように、空間多重分離部１１を制御することが前提である。

(I10-2')時刻s3から時刻t8までの期間の許容ストリーム数は最大で4ストリームである。

時刻t6において、無線通信装置STA3は、第一の例と同様に、データフレームDATA2の受信状況に応じて、送達確認フレームBA2を構成して、無線通信装置STA2への与干渉抑圧を行った上で、無線通信装置STA5に対して送信する。

時刻t7において、無線通信装置STA6は、データフレームDATA1の受信状況に応じて、送達確認フレームBA1を構成して、無線通信装置STA5への与干渉抑圧を行ったうえで、無線通信装置STA2に対して送信を行う。この際、無線通信装置STA6のメディアアクセス制御部４の送信部１３は、仮想キャリアセンス部１５の応答に基づき、無線通信装置STA5への与干渉抑圧が必要であることを認識する。この際、仮想キャリアセンス部１５は(I9-2')および(I10-2')の情報を参照する。また、送信部１３は(I7-2')の情報を用いて、空間多重分離部１１を制御し、無線通信装置STA5への干渉を抑圧する。

更に別のフレーム交換の例を図１５に示す。これは、図７に示すフレーム交換と無線通信装置の組み合わせが異なる。想定する無線通信装置とフレーム送信の組み合わせ内容を、図１６に示す複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第三の例に関して説明する。第一の例と第三の例では各無線通信装置の空間多重分離能力の組み合わせが異なっている。無線通信装置STA9が管理する、他の無線通信装置のキャリアセンスの状態を図１７および図１８に示す。DATA2の送信とBA1の送信とが同時に平行して行われる期間がある点で上述した第一又は第二の例とは異なっている。

第一の例においては、もっぱら後から通信を開始する無線通信装置STA4とSTA3が空間多重分離能力を用いて、最初に通信を開始した無線通信装置STA2とSTA1に対する与干渉を抑圧、および無線通信装置STA2とSTA1からの被干渉をキャンセルしているが、与干渉の抑制および被干渉のキャンセルの対象となる無線通信装置は、最大で1台であった。第三の例においては、例えばDATA2の送信期間中にSTA1とSTA2が送信と受信の役割を交代するため、与干渉の抑制および被干渉のキャンセルの対象となる無線通信装置は、最大で2台となる。

図１５に示すように、まず無線通信装置STA2が、メディアを空きと判断し、バックオフを行った後、送信要求フレームMU-RTS1(multi-user request to send)を、無線通信装置STA1に送信する。無線通信装置STA1は、要求された内容に従う送信を受信できると判断すると、無線通信装置STA2に対して受信許可フレームMU-CTS1(multi-user clear to send)を返送する。無線通信装置STA2は、MU-CTS1を受信することで要求した送信が行えることを知り、データフレームDATA1を無線通信装置STA1に対して送信する。

データフレームDATA1の送信中、無線通信装置STA9は、先立って行われたMU-RTS1とMU-CTS1で交換された情報(2多重の通信)と自無線通信装置の空間多重分離能力（最大6多重）から、無線通信装置STA1が受信中にストリーム数4までのフレームを同時並列的に送信しても、自無線通信装置は無線通信装置STA1への与干渉を抑圧できることを把握する。また、無線通信装置STA1の受信中およびそれに引き続く無線通信装置STA2の受信中に継続的にストリーム数2までのフレームを同時並列的に送信しても、自無線通信装置は無線通信装置STA1への与干渉および無線通信装置STA2への与干渉を抑圧できることを把握する。

一方、無線通信装置STA1と無線通信装置STA2間の通信は他装置への与干渉を抑圧することなく行われるので、無線通信装置STA9が無線通信装置STA10と通信を行うにあたっては、無線通信装置STA1および無線通信装置STA2からの被干渉を、無線通信装置STA9および無線通信装置STA10側がキャンセルする必要がある。無線通信装置STA9および無線通信装置STA10は、それぞれストリーム数4の所望信号を受信しながら、2多重までの被干渉信号をキャンセルすることができる。また、無線通信装置STA9および無線通信装置STA10は、それぞれストリーム数2の所望信号を受信しながら、4多重までの被干渉信号をキャンセルすることができる。

ここでは、無線通信装置STA2送信・無線通信装置STA1受信の期間(図１７の時刻t5〜t6)と、無線通信装置STA1送信・無線通信装置STA2受信の期間(図１８の時刻t7〜t8)に跨って、無線通信装置STA9がストリーム数2のデータフレームDATA2を送信するように選択されたとする。ここで、データフレームDATA2を受信する無線通信装置STA10は、無線通信装置STA2が送信するデータフレームDATA1とSTA1が送信する送達確認フレームBA1の合計4多重の被干渉信号をキャンセルすることが前提となる。この選択に基づき、無線通信装置STA9は無線通信装置STA10に対し、時刻s5からs6に掛けてストリーム数2のデータフレームDATA2を送信することを要求する送信要求フレームMU-RTS2を時刻s1〜s2に掛けて送信する。ここで、送信要求フレームMU-RTS2は、データフレームDATA1を受信中の無線通信装置STA1に対する与干渉を抑圧するように送信される。

ここでDATA2受信中にビームは切り替えない前提である。適切にビームを切り替えれば所望信号4多重受信も原理的には可能であるが、タイミング良く瞬時に切り替える必要があり、実装が難しいと思われる。

また、無線通信装置STA1と無線通信装置STA2の送受が切り替わる前に、DATA2をストリーム数4で送り終わるようにするという選択もありえる。これはストリーム数が増えているが、第一の例と本質的には変わらない。

なお、無線通信装置STA9が無線通信装置STA10の分離能力に関する情報を持っていない場合には、仮に分離能力が最大6多重あるいは最大5多重であると仮定して、送信要求フレームMU-RTS2を送信しても良い。

無線通信装置STA10は時刻t5の時点で、先立って行われた送信要求フレームMU-RTS1と送信許可フレームMU-CTS1で交換された情報に基づいて、予想待ち受けビームを構成している。予想待ち受けビームより、無線通信装置STA10は、無線通信装置STA2が先行して並列的に送信中のデータフレームDATA1を干渉信号としてキャンセルし、送信要求フレームMU-RTS2のみが分離された形で受信することができる。

送信要求フレームMU-RTS2を受信した無線通信装置STA10は、先立って行われた送信要求フレームMU-RTS1と送信許可フレームMU-CTS1で交換された情報(2多重の通信)と自無線通信装置の空間多重分離能力（最大6多重）から、ストリーム数2のデータフレームDATA2を受信しながら、無線通信装置STA1と無線通信装置STA2からの合計4多重の被干渉信号をキャンセルできることを把握する。そして、要求された送信を許可する送信許可フレームMU-CTS2を、時刻s3からs4に掛けて、無線通信装置STA9に対して返送する。ここで、送信許可フレームMU-CTS2は、データフレームDATA1を受信中の無線通信装置STA1に対する与干渉を抑圧するように送信される。

送信許可フレームMU-CTS2を受信した無線通信装置STA9は、時刻s5〜s6に掛けて、無線通信装置STA10に対してデータフレームDATA2を送信する。ここで、データフレームDATA2は、データフレームDATA1を受信中の無線通信装置STA1、および送達確認フレームBA1を時刻t7〜t8に受信する予定の無線通信装置STA2に対する与干渉を抑圧するように送信される。

データフレームDATA2の受信完了後、無線通信装置STA10はその受信結果に応じた内容の送達確認フレームBA2 (Block Ack)を、時刻t8〜s7に掛けて無線通信装置STA9に送信する。ここで、時刻t8〜s7に掛けて、同時並列的な通信が行われる予定は把握されていないため、送達確認フレームBA2は、他の無線通信装置への与干渉を特に考慮せずに送信して良い。あるいは、時刻t8付近でクロックの誤差などにより、若干の同時並列的な通信が生じる可能性を考慮して、安全のため、送達確認フレームBA1を時刻t7〜t8に受信する予定の無線通信装置STA2に対する与干渉を抑圧するように送信しても良い。

IEEE802.11a,b,g,nなどの既存無線LANの規格に準拠する無線通信装置は既に広く普及しており、本発明の実施形態に係る無線通信装置と従来からある無線通信装置が同じ周波数チャネルで共存および相互接続できることは重要である。

以下で検討するフレーム交換の例を図１９に示す。ここで、無線通信装置STA7が従来の無線LAN規格に準拠する無線通信装置であり、無線通信装置STA1,STA3,STA4が本発明の実施形態に係る無線通信装置であることを想定しており、従来の無線LAN規格に準拠する無線通信装置STA7が混在している点で、前述の実施形態と異なる。想定する無線通信装置とフレーム送信の組み合わせ内容を、従来の装置を含む複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第四の例に関して、図２０を参照しながら説明する。従来の無線LAN規格に準拠する無線通信装置STA7は、本発明に記述されるような同時並列的な通信を自ら開始することはないので、従来の無線LAN規格による通信が時間的に先行する例となる。

また無線通信装置STA4が管理する、他の無線通信装置のキャリアセンスの状態を図２１および図２２に示す。従来の無線LAN規格に準拠する無線通信装置STA7が混在していることにより相違する事項を説明する。ここで、従来の無線通信装置STA7は、最大1空間多重ストリームを送受信できるIEEE802.11a準拠の無線通信装置であることを仮定する。

無線通信装置STA7は、既存のIEEE802.11a規格で動作するため、本発明の実施形態に係る空間分割多重を考慮したキャリアセンスは行わず、ある周波数の無線チャネルメディアを単一のキャリアセンス状態で管理するため、STA7に対応する線は図２１において一本になっており、busy(TX),busy(RX),idle,SIFSの状態はストリームを分離せずに一体として管理する。一方、本発明の実施形態に係る無線通信装置STA1,無線通信装置STA3,および自装置であるため図示しない無線通信装置STA4においては、空間分割多重を考慮したキャリアセンスを行うために、各ストリームを分離して管理し、無線通信装置STA7が送信した1ストリームを受信中は、1本がbusy(RX)になる。ここで、既存の802.11規格に従う従来の無線通信装置（図示せず）が、無線通信装置STA7以外に複数あったとしても、いずれもある周波数の無線チャネルメディアを単一のキャリアセンス状態で管理するため、「他装置」の線で代表してキャリアセンス状態を示している。

初期状態t0からt1の間は、STA1〜STA11のいずれの無線通信装置も送信を行っておらず、全ての無線通信装置から見て、メディアが無条件に空き状態であることを仮定する。無線通信装置STA1は、この期間バックオフカウンタを減じてゼロになった時点(t1)で無線通信装置STA7に対して、期間がt6-t5秒掛かるデータフレームDATA1の送信を要求するための従来形式の送信要求フレームRTS1の送信を開始する。時刻t2にRTS1の送信は終了する。ここで、図２３に従来形式の送信要求フレームの構成の一例（IEEE802.11で規定されているもの）を示す。図３に示した本発明の実施形態に係る送信要求フレームの構成の一例と比較すると、従来形式の送信要求フレームRTS1には、要求ストリーム数、分離能力、伝送路状態要求、送信電力の情報が欠如している。

無線通信装置STA7は、メディアが空いており、データフレームDATA1の送信要求を受けられると判断し、SIFS (Shortest Inter Frame Space)後の時刻t3に、無線通信装置STA1に送信許可フレームCTS1の送信を開始する。CTS1の送信は時刻t4に終了する。ここで、図２４に従来形式の送信許可フレームの構成の一例（IEEE802.11で規定されているもの）を示す。図４に示した本発明の実施形態に係る送信許可フレームの構成の一例と比較すると、従来形式の送信許可フレームCTS1には、送信アドレス、許可ストリーム数、分離能力、伝送路状態情報、送信受信電力の情報が欠如している。

ここで、送信要求フレームRTS1には要求ストリーム数の情報が欠如しており、送信許可フレームCTS1には許可ストリーム数の情報が欠如しているが、無線通信装置STA7が受信できるストリーム数の範囲内でDATA1を送信するように制御するのは、無線通信装置STA1の責任である。無線通信装置STA1は、無線通信装置STA7の能力を、例えばアソシエーション（association）時に交換される管理フレームの内容などによって知ることが可能であり、この情報を使って無線通信装置STA1は上記制御を行うことができる。

無線通信装置STA4は送信要求フレームRTS1をモニタする。無線送受信部の受信電力測定部８で受信電力を測定し、低雑音増幅器の利得を制御すると共に、キャリアの空塞状況を判断するために、物理キャリアセンス部９に情報を送る。また、無線通信装置STA4が送信を行う際に無線通信装置STA1に与える干渉の程度を見積もるための情報として用いるために、メディアアクセス制御部４内の送信部１３にこの情報を記憶する。ただし、この情報と送信元の無線通信装置STA1との対応付けは、この後MACフレームの復号が終わってから完了する。以下、無線通信装置STA1と様々な情報の対応付けは、特に説明しなくても上記と同様の時点で完了するものとする。

また、無線通信装置STA4のベースバンド処理部３は必要な同期処理を行う。更に無線通信装置STA4の伝送路推定部１０は送信要求フレームRTS1のプリアンブルを用いて、無線通信装置STA1との間の伝送路情報を推定する。この情報は、物理層ヘッダおよびMACフレームを復号するために用いられる。一方、図８に示した第一の例では、この情報を、無線通信装置STA4が送信を行う際に、それが無線通信装置STA1に対する干渉とならないように空間多重分離部１１を制御するために用いる情報を記憶したが、図８に示した第一の例ではプリアンブルが、無線通信装置STA1の全アンテナに関する情報を与えるような構成で付与されていることが仮定されていた。しかしながら、ここでは送信要求フレームRTS1は、IEEE802.11a,IEEE802.11b,IEEE802.11gなど、MIMOを導入する以前のIEEE802.11規格に則る無線通信装置が受信できる物理フレーム形式で送信されており、プリアンブルは無線通信装置STA1の全アンテナ（2本）それぞれに関する伝送路の情報を与えるような構成で付与されていないとする。これは、IEEE802.11a,IEEE802.11b,IEEE802.11gなど、MIMOを導入する以前のIEEE802.11に則る無線通信装置との共存のために必要な措置である。

無線通信装置STA4のベースバンド処理部３は、物理層ヘッダを復調する。物理層ヘッダに含まれる変調方式、コーディング方式、およびフレーム長の情報は、MACフレームの復号に用いられると同時に、物理キャリアセンス部９に送られる。物理キャリアセンス部９は、変調方式、コーディング方式からデータレートを算出し、これとフレーム長からフレームの継続時間を算出する。これにより時刻t1から時刻t2までの間、1ストリームのメディアが塞がりと判断できる。

ここで、送信要求フレームRTS1は、IEEE802.11a,IEEE802.11b,IEEE802.11gなど、MIMOを導入する以前のIEEE802.11規格に則る無線通信装置が受信できる物理フレーム形式で送信されていると場合を考えているため、送信ストリーム数は1に限定される。

無線通信装置STA4の物理キャリアセンス部９は、受信電力に関する情報と、時刻t1から時刻t2までの期間、1ストリームのメディアが塞がるという情報を、メディアアクセス制御部４内の仮想キャリアセンス部１５に上げる。この時点でストリーム分離能力取得・推定部１６には、無線通信装置STA1に関する情報は無く、自装置STA4に関する情報(最大4多重・分離)のみがある。ストリーム数取得・推定部１７には、時刻t1から時刻t2の期間、1ストリームが占有されるという情報があるが、まだMACフレームの復号がなされていないため、この時点ではそれが無線通信装置STA1が無線通信装置STA7に送信しているものであるということはわかっていない。宛先である無線通信装置STA7に対して干渉を与えてはならないということがわからないと、送信を行った際に空間多重分離部１１を制御して無線通信装置STA7に対する与干渉を抑圧することができない。従って、許容ストリーム数算定・記憶部１８には、時刻t1から時刻t2の期間は許容ストリーム数がゼロであると記録される。これにより、送信部から仮想キャリアセンス部１５に対して空塞状況の問い合わせがある場合には、キャリア状態判定部１９は塞がりと判定して回答する。

無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部４は、ベースバンド処理部３によって復号されたMACフレーム（送信要求フレームRTS1）を受信する。受信部１４はMACヘッダを解析し、フレーム制御の情報から送信要求フレームであること、期間の情報から時刻t8まで継続するフレームシーケンスを予定していること、受信アドレスから送信相手先が無線通信装置STA7であること、送信アドレスからこの送信要求を行っているのが無線通信装置STA1であることなどを把握する。ここで、図８に示した第一の例と異なり、要求ストリーム数、分離能力、送信電力の値などは、従来形式の送信要求フレームRTS1には含まれていないので、把握できない。

無線通信装置STA3も同時に送信要求フレームRTS1をモニタしている。動作は基本的に無線通信装置STA4と同様であるため、詳細は省略する。

時刻t3から時刻t4の間に無線通信装置STA4は、無線通信装置STA7が送信した送信許可フレームCTS1を受信する。無線通信装置STA4による受信処理は、上述の送信要求フレームRTS1の受信処理と本質的には変わらないため、詳細は省略する。受信処理は時刻t5以前に完了するものと仮定する。

この場合、図８に示した第一の例とは異なり、時刻t5において無線通信装置STA4が情報を得ている情報は、無線通信装置STA1と無線通信装置STA7間の通信の妨げないように、無線通信装置STA4と無線通信装置STA3が通信を行うためには不十分である。理由としては、例えば以下のものがある。

(1)無線通信装置STA1が送信するDATA1、および無線通信装置STA7が送信するBA1のストリーム数に関する情報が無く、無線通信装置STA4および無線通信装置STA3がそれぞれの空間多重分離能力の範囲で、無線通信装置STA1および無線通信装置STA7への与干渉の抑圧制御、無線通信装置STA1および無線通信装置STA7からの被干渉のキャンセル制御を行うことができるか否かが不明である。

(2)無線通信装置SATA1が送信する送信要求フレームRTS1、および無線通信装置STA7が送信する送信許可フレームCTS1は、IEEE802.11a,IEEE802.11g,あるいはIEEE802.11bなどMIMO技術導入以前のIEEE802.11規格互換な形式で送信されるため、それぞれには伝送路推定のためのプリアンブルが1アンテナ分しか付与されていない。このため、データフレームDATA1が2ストリームで送信されると仮定すると、無線通信装置STA4と、無線通信装置STA1および無線通信装置STA7の間の伝送路情報、また無線通信装置STA3と、無線通信装置STA1および無線通信装置STA7の間の伝送路情報が不十分である。なぜなら、与干渉の抑圧制御、被干渉のキャンセルを行うためには少なくとも2アンテナ分の伝送路情報が必要だからである。

従って、無線通信装置STA4および無線通信装置STA3は、空間分離多重による同時並行通信を行うために、これら不足している情報を別の手段で入手する必要がある。

時刻t5において、無線通信装置STA1は無線通信装置STA7に対して、ストリーム数1でデータフレームDATA1の送信を開始する。この送信は、例えばIEEE802.11aに規定される物理フレーム形式、およびMACフレーム形式によって行われるとする。

データフレームDATA1は1ストリームで送信されるので、データフレームDATA1には、少なくとも1アンテナ分の伝送路情報を推定するためのプリアンブルが付与されている。また、データフレームDATA1の物理層ヘッダ、つまりPLCP(Physical Layer Convergence Protocol)ヘッダのシグナルフィールドには、MCS(Modulation Coding)情報が有り、これによりストリーム数がわかる。また、シグナルフィールドに含まれるフレーム長に関する情報とMCS情報、チャネル帯域幅（20MHzまたは40MHz）、符号化方式（ビタビ、LDPC、STBCなど）、OFDMのガードインターバル長（ロングまたはショート）などを組み合わせることにより、物理フレームの継続時間もわかる。つまり、これらの情報から伝送レート（伝送速度）がわかるので、フレーム長を伝送レートで除算し、更に物理フレームに付随するオーバヘッド（物理層ヘッダやフレーム長が端数である場合に必要なパディング）を加算することで、物理フレームの継続時間を計算できる。これにより、データフレームDATA1は時刻t6に終了すると計算できたとする。

無線通信装置STA4の物理キャリアセンス部９は、上記情報と計算結果に基づき、データフレームDATA1により、時刻t5+α（上記情報を得るために若干の時間が必要）〜時刻t6までの期間、1ストリームのメディアが塞がるという情報を、メディアアクセス制御部４の仮想キャリアセンス部１５に上げる。まだMACフレームの復号がなされていないため、この時点ではそれが無線通信装置STA1が無線通信装置STA7に送信しているものであるということは確実ではない。しかし、無線通信装置STA1と無線通信装置STA7の間で、送信要求フレームRTS1と送信許可フレームCTS1が交換されたことは把握しているため、データフレームDATA1は、無線通信装置STA1が無線通信装置STA7に対して送信しているものであると推測しても良い。

この時点で、無線通信装置STA4および無線通信装置STA3は、以下のような情報を得ている。

(LI-1)無線通信装置STA1が無線通信装置STA7に対し、時刻t5から時刻t6の期間に、ストリーム数1のデータフレームDATA1を送信する。

(LI-2)無線通信端末STA7が無線通信装置STA1対し、時刻t7から時刻t8の期間に、最大ストリーム数1の送達確認フレームBA1を送信する。

(LI-3)無線通信装置STA1の多重分離能力は不明。従来のRTS/CTSを交換しているため、IEEE802.11a,b,g,nなどの既存無線LANの規格に準拠するレガシー無線通信装置であり、無線通信装置STA11自体が、他装置への与干渉の抑圧、および他装置から自装置への被干渉のキャンセルを行う機能は持たないと仮定する。

(LI-4)無線通信装置STA7の多重分離能力は不明。従来のRTS/CTSを交換しているため、IEEE802.11a,b,g,nなどの既存無線LANの規格に準拠するレガシー無線通信装置であり、無線通信装置STA7自体が、他装置への与干渉の抑圧、および他装置から自装置への被干渉のキャンセルを行う機能は持たないと仮定する。

(LI-5)無線通信装置(自装置)STA4の多重分離能力は最大4多重。

(LI-6)無線通信装置STA1と無線通信装置STA7間の伝送路状態と経路損失の情報は得られていない。

(LI-7)無線通信装置STA1と無線通信装置(自装置)STA4間の伝送路状態と経路損失は1アンテナ分のみ得られている。送信電力が明示的にわからないので、経路損失は送信電力を仮定した場合の推定値である。

(LI-8)無線通信装置STA7と無線通信装置(自装置)STA4間の伝送路状態と経路損失は1アンテナ分のみ得られている。送信電力が明示的にわからないので、経路損失は送信電力を仮定した場合の推定値である。

(LI-9)時刻t5から時刻t6までの期間の許容ストリーム数は最大で3ストリームである。ただし、無線通信装置STA7に干渉を与えないように、送信時に空間多重分離部１１を制御することが前提。また、応答を受信する際には、無線通信装置STA1からの干渉をキャンセルするように、空間多重分離部１１を制御することが前提。なお、ここで無線通信装置STA7のアンテナが1本であることと推定している。この推定は、例えばアソシエーション関連の管理フレームなどを予め受信していれば可能である。ここで、仮にSTA7のアンテナが2本以上であれば、この時点で得られている伝送路情報は干渉抑制のために不十分なので、許容ストリーム数は零になる。

(LI-10)時刻t6から時刻t7までの期間の許容ストリーム数は最大で4ストリームである。

(LI-11)時刻t7から時刻t8までの期間の許容ストリーム数は零である。ここで、アソシエーション関連の管理フレームを予め受信するか、あるいは以前のMU-RTS/MU-CTSの交換を受信するなどにより、無線通信装置STA1が2本のアンテナを持っていることを、無線通信装置（自装置）STA4が把握しているとする。無線通信装置STA1と無線通信装置（自装置）STA4間の伝送路情報はアンテナ1本分しかないので、干渉抑制のために不十分である。

時刻t5+αにおいて無線通信装置STA4は、無線通信装置STA1が送信するデータフレームDATA1の信号を干渉としてキャンセルするように空間多重分離部を制御する。これは、上記(LI-1)の情報により時刻t5から無線通信装置STA1が1ストリーム通信を開始していることを把握し、送信部が保持している無線通信装置STA1と自装置間の伝送路情報を用いて行うことができる。このような制御は、ランダムアクセスの特性を持つメディアアクセス制御なので、他の無線通信装置が送信するかもしれない別のフレームを待ち受けるために必要である。また、物理キャリアセンス部９への入力としても用いられる。このように形成されるものを「予測待ち受けビーム」と呼ぶことにする。

無線通信装置STA4が、時刻t5+αに無線通信装置STA3に送信すべきデータを持っており、バックオフ処理を開始したとする。予測待ち受けビームによる受信では受信電力が閾値以下であるため、キャリア状態判定部は、これにより(LI-1)で予測した通信しか行われていないことが推定できる。即ちメディアは空きと判断され、バックオフのカウンタの減算処理が進む。

更にキャリア状態判定部１９は、許容ストリーム数算定・記憶部１８の情報を参照し、送信時に無線通信装置STA7への与干渉抑圧、受信時に無線通信装置STA1からの干渉の除去を行う限り、時刻t6までの間、継続的に最大で3ストリームのメディアが空いていることを通知する。

時刻t5+αから開始されたバックオフ処理が時刻s1で完了したとする。無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部の送信部は、無線通信装置STA3に対して、送信要求フレームMU-RTS2を送信する。送信部１３は、無線通信装置（自装置）STA4と無線通信装置STA1との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA7に干渉を与えないよう空間多重分離部を制御する。更に必要なら、経路損失の情報を考慮して、無線通信装置STA7への干渉を一層低減するように、送信電力を制御しても良い。

また、メディアアクセス制御部４内の送信部１３からの要求に従って、ベースバンド処理部３は、このフレームの物理層ヘッダのフレーム長、変調方式、コーディング方式を設定する。このフレームの終了時刻が時刻s2になる。

無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部４内の送信部４は、以下のように送信要求フレームMU-RTS2を構成する。フレーム制御にはこのMACフレームが送信要求フレームである情報が示される。期間は時刻s8から時刻s2を差し引いた値が設定される。ここで、時刻s8は時刻t6に先行しているが、時刻t6までは継続的に3ストリーム分のメディアが空く予定であることを考慮して期間の値が定められている。なお、送信を予定されるデータフレームDATA2の長さは、この制約を満足するように定められる。受信アドレスには無線通信装置STA3のアドレス、送信アドレスには無線通信装置（自装置）STA4のアドレスが設定される。前記理由で要求ストリーム数は3である。分離能力には最大4多重が設定される。

また、無線通信装置STA3に伝送路状態を返送するように要求する情報が設定される。このフレームを送信する際の送信電力の情報が設定される。MACフレーム全体に対しCRCが計算され、この値がFCSに設定される。

無線通信装置STA3は時刻t5+αの時点で、上記(LI-1)から(LI-11)と同等の情報を得ており、これに従って予想待ち受けビームを構成している。予想待ち受けビームより、無線通信装置STA3は、無線通信装置STA1が先行して並列的に送信中のデータフレームDATA1を干渉信号としてキャンセルし、送信要求フレームMU-RTS2のみを分離された形で受信することができる。

送信要求フレームMU-RTS2を受信した無線通信装置STA3は、上記(LI-1)から(LI-11)と同等の情報を得ている。受信部が仮想キャリアセンス部に問い合わせ、要求された送信を許可しても問題ないという結論を得る。この結論に基づき、無線通信装置STA3は無線通信装置STA4に対し、要求された送信を許可する送信許可フレームMU-CTS2を送信する。送信部は、無線通信装置（自装置）STA3と無線通信装置STA7との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA7に干渉を与えないよう空間多重分離部１１を制御する。更に必要なら、経路損失の情報を考慮して、無線通信装置STA7への干渉を一層低減するように、送信電力を制御しても良い。

無線通信装置STA3のメディアアクセス制御部４内の送信部１３は、以下のように送信許可フレームMU-CTS2を構成する。フレーム制御にはこのMACフレームが送信許可フレームである情報が示される。期間は時刻s8から時刻s4を差し引いた値が設定される。ここで、送信要求フレームMU-RTS2の期間から時刻s8を算定し、時刻s8は時刻t6に先行しているが、時刻t6までは継続的に3ストリーム分のメディアが空く予定であることと、を考慮して許可する期間が定められている。受信アドレスには無線通信装置STA4のアドレス、送信アドレスには無線通信装置（自装置）STA3のアドレスが設定される。前記理由で許可ストリーム数は3である。分離能力には最大4多重が設定される。また、伝送路推定部から得た、無線通信装置STA4と無線通信装置（自装置）STA3間の伝送路状態情報が設定される。このフレームを送信する際の送信電力の情報と、受信電力推定部から得た送信要求フレームMU-RTS2の受信電力が設定される。MACフレーム全体に対しCRCが計算され、この値がFCSに設定される。

無線通信装置STA4は、予測待ち受けビームを用いて無線通信装置STA1が先行して並列的に送信中のデータフレームDATA1を干渉信号としてキャンセルし、送信許可フレームMU-CTS2を分離して受信する。

要求した送信が許可されたので、無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部４内の送信部１３は、無線通信装置STA3に対して、データフレームDATA2を送信する。

送信部１３は、無線通信装置（自装置）STA4と無線通信装置STA7との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA7に干渉を与えないよう空間多重分離部１１を制御する。更に必要なら、経路損失の情報を考慮して、無線通信装置STA7への干渉を一層低減するように、送信電力を制御しても良い。

無線通信装置STA4のメディアアクセス制御部４内の送信部１３は、以下のようにデータフレームDATA2を構成する。ここでデータフレームDATA2は、従来のIEEE802.11nに規定されたフォーマットではなく、図５に示されるように拡張されたデータフレームである場合を想定する。フレーム制御にはこのMACフレームがデータフレーム（あるいは図５に示すように拡張されたデータフレーム）である情報が示される。期間は時刻s8から時刻s5を差し引いた値が設定される。受信アドレスには無線通信装置STA3のアドレス、送信アドレスには無線通信装置（自装置）STA4のアドレスが設定される。前記理由でストリーム数は3である。分離能力には最大4多重が設定される。また、伝送路推定部から得た無線通信装置STA4と無線通信装置（自装置）STA3間の伝送路状態情報が設定される。このフレームを送信する際の送信電力の情報と、受信電力推定部から得た送信許可フレームMU-CTS2の受信電力が設定される。上位のリンク層部５から入力された送信すべきデータをデータとして設定する。MACフレーム全体に対しCRCが計算され、この値がFCSに設定される。

無線通信装置STA3は、予測待ち受けビームを用いて、無線通信装置STA1が先行して並列的に送信中のデータフレームDATA1を干渉信号としてキャンセルし、データフレームDATA2を分離して受信する。

無線通信装置STA3は、データフレームDATA2の受信状況に応じて、送達確認フレームBA2を構成して無線通信装置STA4に対して送信する。即ちデータフレームDATA2のCRCを計算し、FCSと一致するかを確認し、正常に受信できたかを判断し、その結果を送達確認フレームBA2の送達確認情報に反映する。なお、データフレームDATA2は、IEEE802.11nに規定されるA-MPDUのように複数の再送単位を含んでいても良く、その場合にはそれぞれに付与されているCRCを個別に確認する。

無線通信装置STA3のメディアアクセス制御部４内の送信部１３は、無線通信装置STA4宛ての送達確認フレームBA2の送信に時刻s7から時刻s8までかかることを把握し、この期間のメディアの空塞状況を仮想キャリアセンス部１５に対し問い合わせる。キャリア状態判定部１９は、許容ストリーム数算定・記憶部１８の情報を参照し、時刻t5から時刻t6までの期間の送信時に無線通信装置STA7への与干渉抑圧を行う限り、時刻t6までの間、継続的に最大で3ストリームのメディアが空いていることを通知する。結局、送達確認フレームBA2の送信時刻s7から時刻s8に関しては、無線通信装置STA7への与干渉抑圧が必要であり、無線通信装置（自装置）STA3と無線通信装置STA7との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA7に干渉を与えないよう空間多重分離部１１を制御する。更に必要なら、経路損失の情報を考慮して、無線通信装置STA7への干渉を一層低減するように、送信電力を制御しても良い。ここで、従来のIEEE802.11は、データフレーム受信後にSIFS(Short Inter Frame Space)で直ちに送達確認フレームを送信する場合には、空塞状況の確認を要求していないため、空塞状況の確認は省略しても良い。ただし、その場合でも与干渉抑圧の制御は必要である。

なお、送達確認フレームBA2の送信時刻s7から時刻s8に関しては、無線通信装置STA7への与干渉抑圧が必要であり、無線通信装置（自装置）STA3と無線通信装置STA7との間の伝送路状態情報を用いて、このフレームが無線通信装置STA2に干渉を与えないよう空間多重分離部を制御する必要があることは、送信許可フレームMU-CTS2を返送する時点で予測されている。送達確認フレームBA2送信に際し、STA7に干渉を与えないよう空間多重分離部を制御することを、予めメディアアクセス制御部４内の送信部１３に設定しておき、データフレームDATA2受信から送達確認フレームBA2送信までの間の処理量（仮想キャリアセンス部１５に対する問い合わせ処理など）を削減しても良い。一般に、SIFSで応答する場合には、物理層の処理に時間が掛かり、MAC層の処理に残される時間が少ないことから、このような設定は送達確認フレームBA2を直ちに返送できるように実装するために有効である。

無線通信装置STA3と無線通信装置STA4がこのように制御を行っているため、時刻t1から開始された無線通信装置STA1と無線通信装置STA7間の通信は、無線通信装置STA3と無線通信装置STA4からの干渉を受けることなく、時刻t8に終了する。

IEEE802.11nのドラフト規格は、これまでのIEEE802.11にMIMO技術を導入しており、その関係で既に伝送路状態などを交換するプロトコルが規定されている。以下ではこれを活用して、IEEE802.11n（ドラフト）規格に準拠する無線通信装置と、本発明の実施形態に係る通信装置が同じ周波数チャネルで共存および相互接続する例を示す。

以下で検討するフレーム交換の例を図２５に示す。ここで、無線通信装置STA11が従来のIEEE802.11n無線LAN（ドラフト）規格に準拠する無線通信装置、無線通信装置STA2,STA3,STA4が本発明の実施形態に係る無線通信装置であると想定しており、従来の無線LAN規格に準拠する無線通信装置STA11が混在している点で、図８に示した第一の例、図１２に示した第二の例、図１６に示した第三の例と異なる。また、本例では、従来の無線LAN規格に準拠する無線通信装置STA11が複数の並列通信を制御する機能は持たないが、伝送路状態などを交換するプロトコルを持つ点で、図２０に示した第四の例における従来の無線LAN規格に準拠する無線通信装置STA7とは異なる。想定する無線通信装置とフレーム送信の組み合わせ内容を、従来の装置を含む複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第五の例に関して、図２６を参照しながら説明する。

IEEE802.11n規格によると、伝送路状態を交換するプロトコルシーケンスは、例えばHT制御フィールド(HTC: High Throughput Control field) を含むMACフレームを送信することによって制御できる。HT制御フィールドの構成の一例を図２７に示す。HT制御フィールドは、更にリンク適応制御(Link Adaptation Control)、キャリブレーション位置(Calibration Position)、キャリブレーションシーケンス(Calibration Sequence)、CSI/ステアリング(Channel State Information / Steering)、NDPアナウンス(Null Data Packet Announce)、AC制約(Access Category Constraint)、RDG / more PPDU (Reverse Direction Grant / more PHY Protocol Data Unit)といったフィールドから構成される。リンク適応制御フィールドは、トレーニング要求(TRQ: Training Request)、MCS要求(MAI: MCS request or Antenna Selection Indication)、MCSシーケンス(MFSI: MFB Sequence Identifier)、MCS応答(MFB/ASELC: MCS Feedback and Antenna Selection Command / Data)から構成される。

このように構成されるHT制御フィールドは、図２８に示す制御ラッパーフレーム(Control Wrapper frame)に含まれ、またデータフレームや管理フレームに含まれても良い。制御ラッパーフレームは、制御フレームとHT制御フィールドを組み合わせて送信するために定義されている。制御ラッパーフレームの搭載フレーム制御(Carried Frame Control)部には、制御ラッパーフレームによって運ばれる制御フレームのフレーム制御の値が設定される。制御ラッパーフレームの、搭載フレーム(Carried Frame Control)フィールドには、制御ラッパーフレームによって運ばれる制御フレームの第一のアドレスフィールド以降（第一のアドレスフィールドは含まない）の部分（FCSは除く）が設定される。

ここでは、無線通信装置STA2が送信するRTS1(HTC)と、無線通信装置STA11が送信するCTS1(HTC)は、それぞれRTS（図２３）とCTS(図２４)を、HT制御フィールドと共に、制御ラッパーフレームで包んで送信したものである。

既に述べたように、従来の無線LAN規格に従う無線通信装置STA7を含む図２０に示した第四の例においては、通信に関与する全ての無線通信装置が本発明の実施形態に係る並列に通信を行う機能を持つ場合に比べて、無線通信装置STA4が時刻t5で得られる情報に制限が有り、既に行われている通信を妨げないように、無線通信装置STA4と無線通信装置STA3が既存の通信と同時並列的に通信を行うためには不十分である。

しかしながら、図２６に示す第五の例においては時刻t5において十分な情報が得られる場合がある。例えば、RTS1(HTC)とCTS1(HTC)がIEEE802.11n(ドラフト)規格に規定される伝送路推定用物理フレーム(sounding PPDU)として送信される場合が考えられる。ここでsounding PPDUとは、それを受信する無線通信装置（宛先以外の無線通信装置を含む）が、送信無線通信装置の各アンテナと受信無線通信装置の各アンテナ間の伝送路（チャネル）を推定するための物理フレームであり、伝送路推定を可能にするために、送信側無線通信装置の全ての送信アンテナに関して伝送路推定のための既知信号（プリアンブルの一部を構成する）を含むことを特徴としている。プリアンブルに含まれる既知信号は、受信側無線通信装置がその時点で伝送路情報を持っていなくても、各アンテナから送信された既知信号が分離できるように配置される。プリアンブルの具体的な構成例は例えばIEEE802.11n(ドラフト)規格に示されるもので良い。

図２０に示した第四の例で述べた時刻t5における情報の不十分な点(1)および(2)は、それぞれ以下のように解消される。

(1')sounding PPDUであるか否かの情報と励起されるアンテナ数（ストリーム数）は、物理ヘッダの信号フィールド(signal field)に含まれており、無線通信装置STA3および無線通信装置STA4は、RTS1(HTC)とCTS1(HTC)がsounding PPDUであることと、無線通信装置STA2と無線通信装置STA11の最大アンテナ数（ストリーム数）を知ることができる。sounding PPDUの定義により、無線通信装置STA2が送信するDATA1、および無線通信装置STA11が送信するBA1のストリーム数は、最大アンテナ数（ストリーム数）を超えないので、これを前提として、無線通信装置STA4および無線通信装置STA3がそれぞれの空間多重分離能力の範囲で、無線通信装置STA2および無線通信装置STA11への与干渉の抑圧制御、無線通信装置STA2および無線通信装置STA11からの被干渉のキャンセル制御を行うことができるか否かを判断することができる。

(2')無線通信装置SAT2が送信する送信要求フレームRTS1(HTC)、および無線通信装置STA11が送信する送信許可フレームCTS1(HTC)は、sounding PPDUとして送信される。このため、無線通信装置STA4と、無線通信装置STA2および無線通信装置STA11の間の伝送路情報、また無線通信装置STA3と、無線通信装置STA2および無線通信装置STA11の間の伝送路情報は与干渉の抑圧制御、被干渉のキャンセルを行うために十分である。

これにより、時刻t5の時点で第五の例における無線通信装置STA3と無線通信装置STA4は、図８に示した第一の例と本質的に同じ情報を持つ。IEEE802.11n(ドラフト)仕様に従う従来の無線通信装置SAT11は自ら与干渉を抑制したり、被干渉をキャンセルする機能は持たないが、第五の例の状況ではこれらの機能は不要である（無線通信装置STA3および無線通信装置STA4のみが与干渉の抑圧、被干渉のキャンセルを行う）ため、以後の通信は第一の例と同様に進めることができる。

一方、先に通信を行っている無線通信装置の与干渉を抑制する機能、被干渉をキャンセルする機能を期待して、同時並列的に通信を行う必要がある場合もある。例えば、図１２に示した第二の例の無線通信装置STA6がこれに相当する。仮に第二の例の無線通信装置STA6が従来の無線通信装置に置き換えられたとすると、それがたとえ4つのアンテナを備え最大4ストリームまで対応できるとしても、与干渉を抑制する機能、被干渉をキャンセルする機能を保持していない場合には、同時並列的な通信は行えない。本発明の実施形態に係る無線通信装置は、各無線通信装置の最大ストリーム数だけではなく、各無線通信装置が与干渉を抑制する機能、被干渉をキャンセルする機能を保持しているか否かの情報も考慮して、先行する通信に後から同時並列的な通信を追加できるか否かを判断する必要がある。

なお、本発明の実施形態に係る無線通信装置STA2は、HTCのトレーニング要求を使うことにより、IEEE802.11n(ドラフト)仕様に従う従来の無線通信装置STA11にsounding PPDUを送信するように指示することができる。これにより、従来の無線通信装置が混在している場合であっても、複数の通信を同時並行的に行う機会を増やし、通信効率を高めることができる。

また、従来の無線通信装置が混在する場合には、本発明の実施形態に係る無線通信装置による空間多重を用いた通信効率の改善を行えない場合も残るため、図２９に示すように、従来の無線通信装置と本発明の実施形態に係る無線通信装置が時分割に共存を行うことも考えられる。このため、例えば空間多重占有開始フレームを定義し、本発明の実施形態に係る無線通信装置がこれを送信することで、従来の無線通信装置に対しては仮想キャリアセンスにより時刻T1から時刻T4の期間がbusyであると認識させ、本発明の実施形態に係る無線通信装置に対しては時刻T2から時刻T3が空間多重占有期間であると認識させる。

空間多重占有期間においては、本発明の実施形態に係る無線通信装置のみが例えば図８に示した第一の例、図１２に示した第二の例あるいは図１６に示した第三の例のような形態で通信を行う。空間多重占有終了フレームを定義し、本発明の実施形態に係る無線通信装置がこれを送信することにより、時刻T4で空間多重占有期間が終了することを示しても良い。あるいは、空間多重占有終了フレームを使わずに、仮想キャリアセンスでbusyと示された期間の終了が、同時に空間多重占有期間の終了を示すことにしても良い。後者の場合には、例えば既存のCF-endフレームを送信して、busy期間を短縮すると共に、空間多重占有期間を終了しても良い。空間多重占有終了フレームやCF-endフレームの送信による明示的な空間多重占有期間の終了は、本発明の実施形態に係る無線通信装置間の通信が予想よりも少なかった場合などに有効である。なお、開始と終了は複数のフレームを組み合わせたフレームシーケンスによって行っても良い。例えば、隠れ端末を減らすために、RTS-CTSと類似のフレーム交換で開始や終了を行うことができる。また、開始と終了は基地局のみが行うようにしても良い。

更に、このように従来の無線通信装置と本発明の実施形態に係る無線通信装置が時分割に共存を行う場合でも、時刻T1以前の通常期間、あるいは時刻T4以降の通常期間に、本発明の実施形態に係る無線通信装置が、例えば図２０に示した第四の例あるいは図２６の第五の例に示したような形で、従来の無線通信装置と同時並列的に通信を行っても構わない。

これまでDataフレーム送信に対してBlock Ackフレームが応答される前提で、時系列的に可能なストリーム数を計算していたが、HT制御フィールドに含まれるRDG(Reverse Direction Grant)を用いて、双方向にDataフレームをやり取りすることもできる。即ち受信DataフレームにRDGを設定したHTフィールドを挿入されている場合、受信側の無線通信装置はBlock Ack応答するだけでなく、送信機会(TXOP)の期限内でDataフレームによって応答することができる。この通信と同時並列的に通信を行う場合、応答されるフレーム長が不定であるため、それを考慮して時系列的に可能なストリーム数を計算する必要がある。一つの方法は、RDGが設定されたDataフレーム長の範囲で一旦同時並列的な通信を中断し、更にその応答フレームの長さが判明した時点で可能であれば同時並列的な通信を再開するものである。別の方法は送信機会(TXOP)の期限内で同時並列的な通信を行うものである。後者の場合は同時並列的な通信の途中で、先行して通信している無線通信装置の対の送信と受信の役割が入れ替わる（図１６に示した第三の例と同様）ので、与干渉の抑圧能力および被干渉のキャンセル能力への要求が、前者（図８に示した第一の例に類似）の場合に比べて高くなる。

また、RDGを用いる場合には、特に図５に示された拡張されたDATAフレーム構造を用いることが有効である。例えば、MU-RTS/MU-CTSの交換を省略しても、RDGを用いれば双方向にDATAフレームを交換することができるので、拡張されたDATAフレームが2つの無線通信装置の間で一旦交換されると、周囲の他無線通信装置には、MU-RTS/MU-CTSが交換された場合とほぼ同等な情報が与えられる。その後、本実施形態において詳細に説明した同時並列的な通信を実行することができる。

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良い。さらに、別の実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図 フレームのフォーマットの一例を示す図 送信要求フレームのフォーマットの一例を示す図 送信許可フレームのフォーマットの一例を示す図 データフレームのフォーマットの一例を示す図 複数の無線通信装置によって構成されるネットワークの一例を示す図 フレーム交換の一例を示す図 複数の無線通信装置が並列に通信を行う第一の例を示す図 複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第一の例のキャリアセンス状態管理（１）を示す図 複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第一の例のキャリアセンス状態管理（２）を示す図 フレーム交換の別の例を示す図 複数の無線通信装置が並列に通信を行う第二の例を示す図 複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第二の例のキャリアセンス状態管理（１）を示す図 複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第二の例のキャリアセンス状態管理（２）を示す図 フレーム交換のさらに別の例を示す図 複数の無線通信装置が並列に通信を行う第三の例を示す図 複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第三の例のキャリアセンス状態管理（１）を示す図 複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第三の例のキャリアセンス状態管理（２）を示す図 フレーム交換のさらに別の例を示す図 従来の装置を含む複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第四の例を示す図 従来の装置を含む複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第四の例のキャリアセンス状態管理（１）を示す図 従来の装置を含む複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第四の例のキャリアセンス状態管理（２）を示す図 従来形式の送信要求フレームの構成の一例を示す図 従来形式の送信許可フレームの構成の一例を示す図 フレーム交換のさらに別の例を示す図 従来の装置を含む複数の無線通信装置対が並列に通信を行う第五の例を示す図 HT制御フィールドの構成の一例を示す図 制御ラッパーフレームの構成の一例を示す図 従来の無線通信装置と本発明の実施形態に係る無線通信装置が時分割に共存を行う例を示す図

符号の説明

１…アンテナ
２…無線送受信部
３…ベースバンド処理部
４…メディアアクセス制御部
５…リンク層部
６…TCP/IP層部
７…アプリケーション部
８…受信電力測定部
９…物理キャリアセンス部
１０…伝送路推定部
１１…空間多重分離部
１２…送信電力制御部
１３…送信部
１４…受信部
１５…仮想キャリアセンス部
１６…ストリーム分離能力取得・推定部
１７…ストリーム数取得・推定部
１８…許容ストリーム数算定・記憶部
１９…キャリア状態判定部

Claims (15)

1. 現在から将来にかけてのある時系列の通信に関与する自無線通信装置が分離可能なストリーム数を記憶する第１の記憶手段と、
   前記通信に関与する、少なくとも１つ以上の他の無線通信装置が分離可能なストリーム数を取得する第１の取得手段と、
   前記自無線通信装置および前記他の無線通信装置が前記時系列の各時点で行う通信のストリーム数を取得する第２の取得手段と、
   前記自無線通信装置が分離可能なストリーム数が、前記時系列の各時点で行う通信のストリーム数の和を上回る場合、その差分を許容ストリーム数として記憶する第２の記憶手段と、
   前記自無線通信装置が新たに行う通信のスリーム数が前記許容ストリーム数以下である場合、無線媒体を空きと判定する判定手段とを具備することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記自無線通信装置の送信中に一貫して送信を行っている前記他の無線通信装置のストリーム分離能力に依らずに、前記許容ストリーム数を算定する第１の算定手段を具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記自無線通信装置の送信中に受信を行う前記他の無線通信装置のストリーム分離能力を考慮して、前記許容ストリーム数を算定する第２の算定手段を具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
4. 前記自無線通信装置の送信中に受信を行う前記他の無線通信装置のストリーム分離能力に関し、当該他の無線通信装置の所望信号のストリーム数が当該他の無線通信装置のストリーム分離能力を下回る場合、余剰分の全てあるいは一部を干渉信号のキャンセルに用いることを前提に、前記許容ストリーム数を算定する第３の算定手段を具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
5. 前記自無線通信装置の送信するストリーム数が当該自無線通信装置のストリーム分離能力を下回る場合、余剰分の全てあるいは一部を前記他の無線通信装置への干渉キャンセルに用いることを前提に、前記許容ストリーム数を算定する第４の算定手段を具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
6. 前記他の無線通信装置の送信するストリーム数が当該他の無線通信装置のストリーム分離能力を下回る場合、余剰分の全てあるいは一部をさらに別の他の無線通信装置または前記自無線通信装置への干渉キャンセルに用いることを前提に、前記許容ストリーム数を算定する第５の算定手段を具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
7. 前記自無線通信装置の識別子および前記自無線通信装置のストリーム分離能力を含んだフレームを送信する第１の送信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
8. 当該フレームまたはそれに引き続いて送信される予定のフレームのストリーム数、その継続時間、宛先無線通信装置の識別子、前記自無線通信装置の識別子を含んだフレームを送信する第２の送信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
9. 当該フレームに引き続いて前記自無線通信装置が受信する予定のフレームのストリーム数、その継続時間、送信元無線通信装置の識別子、前記自無線通信装置の識別子を含んだフレームを送信する第３の送信手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
10. 前記ストリーム分離能力を推定する手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の無線通信装置。
11. 前記ストリーム数を推定する手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の無線通信装置。
12. 前記許容ストリーム数を受信許容ストリーム数と送信許容ストリーム数を別々に算定する請求項１乃至１１のいずれかに記載の無線通信装置。
13. 前記許容ストリーム数を通信相手の無線通信装置別に算定する請求項１乃至１１のいずれかに記載の無線通信装置。
14. 現在から将来にかけてのある時系列の通信に関与する自無線通信装置が分離可能なストリーム数を記憶するステップと、
    前記通信に関与する、少なくとも１つ以上の他の無線通信装置が分離可能なストリーム数を取得するステップと、
    前記自無線通信装置および前記他の無線通信装置が前記時系列の各時点で行う通信のストリーム数を取得するステップと、
    前記自無線通信装置が分離可能なストリーム数が、前記時系列の各時点で行う通信のストリーム数の和を上回る場合、その差分を許容ストリーム数として記憶するステップと、
    前記自無線通信装置が新たに行う通信のスリーム数が前記許容ストリーム数以下である場合、無線媒体を空きと判定するステップとを具備することを特徴とする無線通信方法。
15. 自無線通信装置が分離可能なストリーム数を記憶する第１の記憶手段と、
    少なくとも１つ以上の他の無線通信装置が分離可能なストリーム数を取得する第１の取得手段と、
    前記自無線通信装置および前記他の無線通信装置が行う通信のストリーム数を取得する第２の取得手段と、
    前記自無線通信装置が分離可能なストリーム数が、前記自無線通信装置および前記他の無線通信装置が行う通信のストリーム数の和を上回る場合、その差分を許容ストリーム数として記憶する第２の記憶手段と、
    前記自無線通信装置が新たに行う通信のスリーム数が前記許容ストリーム数以下である場合、無線媒体を空きと判定する判定手段とを具備することを特徴とする無線通信装置。

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