JP6667169B2 - 基地局装置、無線端末装置および無線通信方法 - Google Patents

Description

本開示は、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線通信を行う基地局装置、無線端末装置および無線通信方法に関する。

高速な無線データ通信を実現するシステムとして、ＩＥＥＥ（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.）８０２．１１に準拠した無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムが広く使われている。ＩＥＥＥ８０２．１１の無線ＬＡＮシステムは、無線周波数によって、大きく２種類に分類できる。

１つは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ｂ，ｇ，ｎ，ａｃ等、６ＧＨｚ以下のマイクロ波帯で使用するシステムであって、ｎｏｎ−ＤＭＧと呼ばれる。もう１つは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ等、ミリ波帯で使用するシステムであって、ＤＭＧと呼ばれる。なお、ＤＭＧとは、Directional Multi Gigabitの略称である。

ミリ波帯で使用されるＤＭＧデバイスは、使用する電波の直進性の高さから、ビームフォーミング技術や空間多重等の技術により、干渉による有効帯域の圧迫を抑え、有効スループットで１Ｇｂｐｓを超える高速な無線ネットワークを提供することが期待されている。

ＩＥＥＥ８０２．１１−２０１２ ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ−２０１２

上述したＤＭＧのように、ミリ波帯を用いた無線通信において、良好な通信を確立するためには、接続前にビームフォームトレーニングと呼ばれる、通信に最適なビーム（指向性の高い電波）を選択する一連の動作を行う。

しかしながら、ビームフォーミングトレーニングは、正味のデータ転送に使用される通信ではないことや、接続開始からデータ転送の開始までの時間に影響することから、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短くしたいという要望がある。

ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄのビームフォーミングトレーニングには、セクタレベルスイープ（ＳＬＳ：Sector Level Sweep）プロトコルと、ビーム微細化プロトコル（ＢＲＰ：Beam Refinement Protocol）とが定義されている。ＳＬＳよりもＢＲＰの方が１回のビームフォーミングトレーニングに要する時間が短いため、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短縮するためには、ＳＬＳよりもＢＲＰを用いることが望ましい。

また、ビームフォーミングトレーニングを、送信ビームのトレーニングから始めるのではなく、受信ビームのトレーニングから始めることによって、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短縮できる。これは、受信ビームトレーニングでは、一方の無線端末装置から他方の無線端末装置にフィードバックを返す工程を省略でき、また、レスポンダ側の無線端末装置内のビームに送受間対称性（reciprocity）がある場合には、１往復の間に送受両方のビームトレーニングが完了するからである。

しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．１１では、基地局装置が、低レート通信用無線端末装置との接続を可能にするため、ビームフォーミングトレーニングをＢＲＰから始めること、および、受信ビームのトレーニングから始めること、は、規格対象外とされている。ところが、接続後に高レート通信が行われる場合、基地局装置は、高レート通信が可能な無線端末装置と接続できれば良いので、ビームフォーミングトレーニングは、上記の規定に縛られる必要が無い。

このため、高レート通信が行われる場合、低レート通信用無線端末装置と接続することを予め排除することが望ましい。本開示は、上記の点に鑑み、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線通信システムにおいて、接続後に高レート通信が行われる場合に、低レート通信用無線端末装置との接続を予め排除することができ、かつ、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短縮できる基地局装置、無線端末装置および無線通信方法を提供する。

本開示の基地局装置は、ビームフォーミングトレーニングに用いるフレームのうち、受信ビームトレーニングに用いる第１のトレーニングフレームを生成するフレーム生成部と、前記第１のトレーニングフレームの送信に用いるビームを無指向性に設定するビーム制御部と、前記第１のトレーニングフレームをＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで送信する送信部と、前記第１のトレーニングフレームを送信してから一定時間経過後、前記第1のトレーニングフレームを受信した無線端末装置からの第１の応答フレーム及び第２の応答フレームを受信する受信部と、前記受信した第１の応答フレームが、受信ビームトレーニングに対する応答か否か、を判断するフレーム判断部と、を含み、前記受信した第１の応答フレームが、前記受信ビームトレーニングに対する応答である場合、前記ビーム制御部は、前記受信部において受信されるビームを指向性ビームに設定し、前記受信部は、前記第２の応答フレームを指向性ビームを用いて受信する。

本開示の無線端末装置は、基地局装置からのビームフォーミングトレーニングに用いる第１のトレーニングフレームを無指向性ビームを用いて受信した後、ビームフォーミングトレーニングに用いる１つ以上の第２のトレーニングフレームを受信する受信部と、前記第１のトレーニングフレームが受信ビームトレーニングを指定している否かを判断するフレーム判断部と、前記第１のトレーニングフレームが前記受信ビームトレーニングを指定している場合、前記受信部のビーム特性を指向性ビームに変更するビーム制御部と、前記受信部が指向性ビームを用いて受信した前記１つ以上の第２のトレーニングフレームによる受信ビーム特性を判定する判定部と、前記判定部の判定結果を含む第１の応答フレームを生成するフレーム生成部と、前記第１の応答フレームをＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで無指向性送信する送信部と、を含む。

本開示の無線通信方法は、無線端末装置と基地局装置とがＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線通信を行う無線通信方法であって、前記基地局装置が、前記無線端末装置に対して、ビームフォーミングトレーニングに用いるフレームのうち、受信ビームトレーニングに用いる第１のトレーニングフレーム及び１つ以上の第２のトレーニングフレームを生成し、前記第１のトレーニングフレーム及び前記１つ以上の第２のトレーニングフレームの送信に用いるビームを無指向性に設定し、前記第１のトレーニングフレーム及び前記１つ以上の第２のトレーニングフレームを前記ＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで送信し、前記無線端末装置が、前記ビームフォーミングトレーニングに用いる第１のトレーニングフレームを無指向性ビームを用いて受信し、前記第１のトレーニングフレームが受信ビームトレーニングを指定している否かを判断し、前記第１のトレーニングフレームが前記受信ビームトレーニングを指定している場合、受信ビーム特性を指向性ビームに変更し、前記１つ以上の第２のトレーニングフレームを指向性ビームを用いて受信し、前記受信した１つ以上の第２のトレーニングフレームによる前記無線端末装置の受信ビーム特性を判定し、前記前記無線端末装置の受信ビーム特性を含む第１の応答フレームを生成し、前記第１の応答フレームを前記ＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで無指向性送信し、前記基地局装置が、前記第１のトレーニングフレームを送信してから一定時間経過後、前記無線端末装置からの前記第１の応答フレーム及び前記１つ以上の第２の応答フレームを受信し、前記受信した第１の応答フレームが、受信ビームトレーニングに対する応答か否か、を判断し、前記受信した第１の応答フレームが、前記受信ビームトレーニングに対する応答である場合、前記基地局装置の受信ビームを指向性ビームに設定し、前記１つ以上の第２の応答フレームを指向性ビームを用いて受信する。

本開示によれば、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線通信システムにおいて低レート通信用無線端末装置との接続を予め排除することができ、かつ、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短縮できる。

図１は、ＳＬＳによるビームフォーミングシーケンスの一例を示す図である。 図２は、ＢＲＰによるビームフォーミングシーケンスの一例を示す図である。 図３Ａは、ＳＬＳを用いた送信ビームトレーニングに要する時間を説明するためのシーケンス図である。 図３Ｂは、ＳＬＳを用いた受信ビームトレーニングに要する時間を説明するためのシーケンス図である。 図４Ａは、ＢＲＰを用いた送信ビームトレーニングに要する時間を説明するためのシーケンス図である。 図４Ｂは、ＢＲＰを用いた受信ビームトレーニングに要する時間を説明するためのシーケンス図である。 図５は、ＭＣＳと受信感度との対応を示す図である。 図６は、アクセスポイントＡＰの構成の一例を示すブロック図である。 図７は、ＳＴＡの構成の一例を示す図である。 図８は、本実施の形態に係る無線通信システムにおける処理の流れを説明するためのシーケンス図である。 図９は、ＡＰとの初期接続（リンクセットアップ）を行う時のＳＴＡ側の動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、ＡＰとの初期接続（リンクセットアップ）を行う時のＳＴＡ側の動作の一例を示すフローチャートである。 図１１は、ＡＰとの初期リンクセットアップ完了後のＳＴＡ側の動作の一例を示すフローチャートである。 図１２は、ＡＰとの初期リンクセットアップ完了後のＳＴＡ側の動作の一例を示すフローチャートである。 図１３は、ＳＴＡとの初期リンクセットアップを行う時のＡＰ側の動作の一例を示すフローチャートである。 図１４は、ＳＴＡとの初期リンクセットアップを行う時のＡＰ側の動作の一例を示すフローチャートである。

＜発明に至る経緯＞
ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ−２０１２では、ビームフォーミングトレーニング手続きとして、上述したように、ＳＬＳ（Sector Level Sweep）とＢＲＰ（Beam Refinement Protocol）とが規定されている。以下では、これらについて簡単に説明する。

まず、ＳＬＳについて説明する。図１は、ＳＬＳによるビームフォーミングシーケンスの一例を示す図である。図１において、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒとは、トレーニングを開始する無線通信装置であり、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒとは、開始に呼応して、トレーニングを実施する無線通信装置である。ＩｎｉｔｉａｔｏｒまたはＲｅｓｐｏｎｄｅｒには、基地局装置と無線端末装置のいずれがなってもよい。

まず、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒの送信ビームトレーニングおよびＲｅｓｐｏｎｄｅｒの送信ビームトレーニングについて説明する。最初にＩｎｉｔｉａｔｏｒのスイープ期間であるＩＳＳ（Initiator Sector Sweep）期間において、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒは、複数のＳＳＷ（Sector SWeep）フレームを、ビームをスイープして送信する。各ＳＳＷフレームには、送信している無線通信装置によってスイープされているビームに関する情報、すなわちビームのＩＤが含まれている。図１に示すように、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒの送信するＳＳＷフレームのビームＩＤは、＃０から＃ｎまでが用意されており、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒからは全部でｎ＋１個のＳＳＷフレームが送信される。

Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒは、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒから複数送信されたＳＳＷフレームのうちのいくつかを受信する。Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒは、受信したＳＳＷフレームのうち、最良の受信が行なわれたＳＳＷフレームのビームＩＤ（例えば、＃ｋとする）を記憶する。ここまでがＩＳＳ期間である。

次に、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒのスイープ期間であるＲＳＳ（Responder Sector Sweep）期間において、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒは、ＩＳＳ期間にて記憶したビームＩＤ（例えば、＃ｋ）を含む複数のＳＳＷフレームを、ビームをスイープして送信する。各ＳＳＷフレームには、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒによって送信されたＳＳＷフレームとは異なるビームＩＤが含まれている。図１に示すように、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒの送信するＳＳＷフレームのビームＩＤは、＃０から＃ｍまでが用意されており、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒからは全部でｍ＋１個のＳＳＷフレームが送信される。

Ｉｎｉｔｉａｔｏｒは、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒによって送信された複数のＳＳＷフレームのうちのいくつかを受信する。Ｉｎｉｔｉａｔｏｒは、受信したＳＳＷフレームを参照し、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒが送信したＳＳＷフレームのうち、＃ｋが最良であったことを把握する。そして、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒは、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒから受信したＳＳＷフレームのうち、最良の受信が行なわれたＳＳＷフレームのビームＩＤ（例えば、＃ｌ）を記憶する。ここまでがＲＳＳ期間である。

次に、ＩｎｉｔｉａｔｏｒからＲｅｓｐｏｎｄｅｒに、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒが送信したＳＳＷフレームのうちのいずれが最良であったかをフィードバックするＦＢ（FeedBack）期間となる。ＦＢ期間において、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒは、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒから受信したＳＳＷフレームのうち、＃ｌが最良であったことを示すＳＳＷ−ＦＢフレームを送信する。Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒは、ＳＳＷ−ＦＢフレームを受信し、＃ｌが最良であったことを把握する。

ＦＢ期間の後に、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒが最良のＳＳＷフレームを把握したことを知らせるＳＳＷ−ＡＣＫフレームをＩｎｉｔｉａｔｏｒに対して送信するＡＣＫ期間があってもよい。

次に、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒの受信ビームトレーニングおよびＲｅｓｐｏｎｄｅｒの送信ビームトレーニングの場合について説明する。ＩＳＳ期間では、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒは、複数のＳＳＷフレームを、ビームを一定にして送信する。Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒは、受信ビームを順次スイープして受信する。そして、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒは、最良の受信が行なわれた受信ビームのＩＤを記憶する。

次にＲＳＳ期間において、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒは、複数のＳＳＷフレームを、ビームを一定にして送信する。Ｉｎｉｔｉａｔｏｒは、受信ビームを順次スイープして受信する。Ｉｎｉｔｉａｔｏｒは、最良の受信が行なわれた受信ビームのＩＤを記憶する。

さらに、ＦＢ期間において、Ｉｎｉｔｉａｔｏｒは、ＳＳＷ−ＦＢフレームを送信し、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒは、ＳＳＷ−ＦＢフレームを受信する。これにより、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒは、ＩｎｉｔｉａｔｏｒがどのＳＳＷフレームが最良であったかを把握する。そして、ＦＢ期間の後に、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒが最良のＳＳＷフレームを把握したことを知らせるＳＳＷ−ＡＣＫフレームをＩｎｉｔｉａｔｏｒに対して送信するＡＣＫ期間があってもよい。

以上、ＳＬＳの手順について説明した。次に、ＢＲＰ（Beam Refinement Protocol）についても簡単に説明する。図２は、ＢＲＰによるビームフォーミングシーケンスの一例を示す図である。ＢＲＰの手続きは、ＳＬＳの手続きとほぼ同様であるが、相違点は、フレーム毎にビームを切り替えるのではなく、フレーム後端に付加されるトレーラ（Trailer）において、ビームを切り替える切り替え（スイープ）を行う点である。なお、トレーラには、ＰＨＹレイヤにおけるＡＧＣフィールドおよびＴＲＮ−Ｒ／Ｔフィールドが含まれる。ＡＧＣ（Automatic Gain Control）フィールドは、自動利得制御に関するフィールドであり、ＴＲＮ−Ｒ／Ｔフィールドは、トレーニングに関するフィールドであるである。なお、−Ｒ／Ｔは、−Ｒまたは−Ｔの意味であり、Ｒは受信（ＲＸ）、Ｔは送信（ＴＸ）である。

ＢＲＰは、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄ−２０１２では、ＳＬＳに追加して行う精調整用のトレーニングとして用いられる。ＳＬＳである程度無線通信装置間の接続（リンク）を確立した後に、ＢＲＰのトレーニングが実施されるためである。

次に、ビームフォーミングトレーニングに要する時間、すなわちビームフォーミングトレーニングを開始してから完了するまでの時間を比較する。図３Ａは、ＳＬＳを用いた送信ビームトレーニングに要する時間を説明するためのシーケンス図である。また、図３Ｂは、ＳＬＳを用いた受信ビームトレーニングに要する時間を説明するためのシーケンス図である。そして、図４Ａは、ＢＲＰを用いた送信ビームトレーニングに要する時間を説明するためのシーケンス図である。図４Ｂは、ＢＲＰを用いた受信ビームトレーニングに要する時間を説明するためのシーケンス図である。

図３Ａでは、フレームを４つにスイープして送信している。図３Ｂでは、フレームを４つにスイープして受信している。１つのフレームの送信あるいは受信に要する時間は、例えば２０マイクロ秒であり、フレーム間は例えば１マイクロ秒である。１つのフレームを４つにスイープして送信する場合、１回の送信または受信に少なくとも８３マイクロ秒が必要である。

図４Ａでは、フレームの送信の後、４つのトレーラをスイープして送信している。図４Ｂでは、フレームの受信の後、４つのトレーラをスイープして受信している。１つのトレーラの送信に要する時間は、例えば２マイクロ秒である。この場合、１回の送信または受信に２８マイクロ秒が必要である。

ここで、図３Ａに示すＳＬＳを用いた送信ビームトレーニングに要する時間と、図４Ａに示すＢＲＰを用いた送信ビームトレーニングに要する時間とを比較する場合、１回の送受信にかかる時間はＢＲＰの方が短くて済む。このため、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短くするためには、ＢＲＰを用いたビームフォーミングトレーニングを行うことが望ましい。

また、図４Ａに示すＢＲＰを用いた送信ビームトレーニングに要する時間と、図４Ｂに示すＢＲＰを用いた受信ビームトレーニングに要する時間とを比較する場合、フィードバックを一方の端末から他方の端末に返すステップがない分、図４Ｂにおける受信ビームによるビームトレーニングの方が時間が短くて済む。また、Ｒｅｓｐｏｎｄｅｒである無線端末装置（図４に示す端末Ｂ）のビームに送受間対称性がある場合は、ＩｎｉｔｉａｔｏｒからＲｅｓｐｏｎｄｅｒへの送信が済んだ時点で双方のビームフォーミングトレーニングが完了するため、受信ビームトレーニングに要する時間は送信ビームトレーニングに要する時間の半分以下で済む。

送受間対称性（reciprocity）とは、実装により、送信ビームパターンと受信ビームパターンの間に生じる対称性である。送受間対称性が生じている場合には、送信あるいは受信どちらか一方のベストビームが定まると、その結果を他方（送信なら受信へ、受信なら送信へ）のビームに反映し、その後の通信に使用することができる。

以上のことから、ビームフォーミングトレーニングを短い時間で完了するためには、ＢＲＰを用いたビームフォーミングトレーニングを行った方がよく、また送信よりも受信ビームトレーニングの方がよい。しかしながら、ＩＥＥＥ８０２．１１では、基地局装置が、低レート通信用無線端末装置との接続を可能とするため、ビームフォーミングトレーニングをＢＲＰから始めること、および、受信ビームのトレーニングから始めること、は通信規格外である。しかし、接続後に高レート通信を行いたい場合は、低レート通信用無線端末装置とは接続しないことが望ましい。本開示による無線通信装置は、このような経緯から、接続後に高レート通信が行われる場合に、低レート通信用無線端末装置との接続を予め排除でき、かつ、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短くすることができる。

＜本開示の前提事項の説明＞
［無線変調方式について］
ＩＥＥＥ８０２．１１は、変調方式として、複数のＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）をサポートしている。ＭＣＳは、複数のデータレートの変調方式に割り当てられたインデックスである。図５は、ＭＣＳと受信感度との対応を示す図である。インデックスの数字が小さい程低レートであり、大きくなるほど高レートである。図５に示すように、ＭＣＳのインデックスは０から３１まで設定されているが、使用頻度の高いＭＣＳは、例えば、ＭＣＳ０からＭＣＳ９までである。

図５に示すように、ＭＣＳ０とＭＣＳ１との受信感度の差（１０ｄＢｍ）は、他の隣接する２つのインデックス間の受信感度（ＭＣＳ１からＭＣＳ９では１ｏｒ２ｄＢｍ程度）と比較して、大きくなるように設定されている。すなわち、ＭＣＳ０は他ＭＣＳと比較して低レートである。ＩＥＥＥ８０２．１１では、ＭＣＳ０は制御用途、すなわち、例えばＢｅａｃｏｎ（他無線通信装置との通信のために出力される自無線通信装置の情報）要素やビームフォーミングトレーニングに利用される。本実施の形態においては、上記した「低レート」とは、例えばＭＣＳ０を指し、「高レート」とは、例えばＭＣＳ９を指す。

［ネットワークの構成について］
ＩＥＥＥ８０２．１１では、ネットワークの構成として、主にＩＢＳＳ（Independent Basic Service Set）、ＢＳＳ（Basic Service Set）、ＰＢＳＳ（Personal Basic Service Set）等の通信モードがある。ＩＢＳＳはアドホックモード、ＢＳＳはインフラストラクチャモード等と呼ばれている。このうち、ＢＳＳあるいはＰＢＳＳでは、接続を管理する基地局装置に相当する無線通信装置として、ＡＰ（Access Point）、およびＰＣＰ（PBSS Control Point）がそれぞれ定義されている。これらをまとめて、以下ＰＣＰ／ＡＰと記載する。また、基地局装置に接続する無線端末装置に相当する無線通信装置として、ｎｏｎ−ＡＰ ＳＴＡ（STAtion）およびｎｏｎ−ＰＣＰ ＳＴＡが定義される。これら、無線端末装置に相当する無線通信装置をまとめて、以下ｎｏｎ−ＰＣＰ／ＡＰ ＳＴＡと記載する。

＜本開示の実施の形態＞
以上説明した経緯を踏まえて、以下では、本開示の実施の形態について説明する。まず、基地局装置（ＰＣＰ／ＡＰ）の一例としてのアクセスポイントＡＰの構成について説明する。図６は、アクセスポイントＡＰの構成の一例を示すブロック図である。

図６はアクセスポイントＡＰの構成の一例を示すブロック図である。図６に示すように、ＡＰは無線送信器１０１、無線受信器１０２、ＢＦＴ（Beam Forming Training）結果判定器１０３、フレーム判定器１０４、ビーム制御ブロック１０５、フレーム生成器１０６、ＴＸＯＰタイマ１０７、ＴＸＯＰオーナ判定器１０８、Ｂａｃｋｏｆｆ（ＣＳＭＡ／ＣＡ）タイマ１０９、ＴＢＴＴタイマ１１０、即時応答送信タイマ１１１を有する。なお、ＡＰの構成として説明するこれらの構成のうち、無線送信器１０１および無線受信器１０２を除く構成は、ＭＡＣ（Media Access Control）層における構成である。

無線送信器１０１および無線受信器１０２は、他の無線通信装置、例えばＳＴＡとフレームの送受信を行う。無線送信器１０１および無線受信器１０２は、少なくとも１つのアンテナと、ビーム偏向機能を有し、ビームの方向を変化させることができる。無線送信器１０１および無線受信器１０２は、後述するビーム制御ブロック１０５の制御に従って、ビームのスイープを行い、ビームフォーミングトレーニングを実現する。

ＢＦＴ結果判定器１０３は、他の基地局装置とのビームフォーミングトレーニングの結果を判定する。具体的には、ＢＦＴ結果判定器１０３は、受信ビームトレーニングの結果、例えばどのビームが最適であったかを判定し、判定結果をビーム制御ブロック１０５に出力する。

無線受信器１０２から受信された、他の無線通信装置からのフレームは、フレーム判定器１０４によってフレームの内容が判別される。フレーム判定器１０４は、他の無線通信装置から受信したフレームの内容が、他の無線通信装置からの受信ビームトレーニング要求であった場合には、その旨を後述するビーム制御ブロック１０５に出力する。

ビーム制御ブロック１０５は、無線送信器１０１および無線受信器１０２のビーム制御を行う。ビーム制御ブロック１０５は、ＢＦＴ結果判定器１０３から出力されるビームフォーミングトレーニングの結果、フレーム判定器１０４から出力されるビームフォーミングトレーニング要求の有無、および上位層（ネットワーク層以上）からの設定情報に基づいて、無線送信器１０１および無線受信器１０２のビーム制御を行う。なお、ビーム制御とは、無線送信器１０１および無線受信器１０２のビームを指向性あるいは無指向性（omni）および準無指向性（quasi-omni）に制御することを意味している。

また、ビーム制御ブロック１０５は、フレーム生成器１０６に対して、受信ビームトレーニングを指定するコンテンツを含むフレームを生成する指示を出力し、フレーム生成器１０６から出力されるＭＡＣフレームに対してＰＨＹ（物理）ヘッダおよび／またはＰＨＹトレーラを付加する指示を出力する。

フレーム生成器１０６は、他の無線通信装置に対して送信するフレームを生成する。送信するフレームの種類は本実施の形態では特に限定しない。フレーム生成器１０６は、ビーム制御ブロック１０５から受信ビームトレーニングを指定するコンテンツを含むフレームを生成する指示を取得した場合には、生成するＭＡＣフレームに受信ビームトレーニングを指定するコンテンツを含めて生成する。

ＴＸＯＰタイマ１０７は、ＴＸＯＰの期間計測ならびに開始・終了通知を行うタイマである。ＴＸＯＰ（Transmission OPportunity）とは、無線通信装置が通信チャネルを占有する期間である。ＴＸＯＰタイマ１０７によるＴＸＯＰの開始判定の方法については、本開示では特に限定しない。

ＴＸＯＰオーナ判定器１０８は、ＴＸＯＰタイマ１０７がＴＸＯＰ期間あるいは送信禁止期間が開始したと判定した場合、ＴＸＯＰを獲得した無線通信装置（オーナ）を判定する。すなわち、自無線通信装置がＴＸＯＰを獲得しているか、他無線通信装置がＴＸＯＰを獲得しているかを判定する。ＴＸＯＰオーナ判定器１０８によるＴＸＯＰを獲得した無線通信装置の特定方法については、本開示では特に限定しない。

また、ＴＸＯＰタイマ１０７およびＴＸＯＰオーナ判定器１０８は、自無線通信装置または他無線通信装置のＴＸＯＰ期間が開始した後、これが終了したか否かの終了判定を行う。ＴＸＯＰが終了したと判定された場合、スイッチＳＷ１が接続され、フレーム生成器１０６により生成されたＭＡＣフレームを無線送信器１０１に出力し、周囲に送信させる。なお、フレーム生成器１０６は、ＭＡＣフレームに対してＰＨＹ（物理）ヘッダおよび／またはＰＨＹトレーラを付加する。ＰＨＹトレーラは、ビームフォーミングトレーニングのためのトレーラである。また、ＴＸＯＰ期間中であると判定された場合、スイッチＳＷ３が接続される。

Ｂａｃｋｏｆｆ（ＣＳＭＡ／ＣＡ）タイマ１０９は、バックオフ（フレームの衝突を回避するための時間）を計測するタイマである。なお、ＣＳＭＡ／ＣＡは、Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidanceの略であり、ＩＥＥＥ８０２．１１の通信手順として採用されている。Ｂａｃｋｏｆｆタイマ１０９がバックオフ時間が終了したと判定した場合、スイッチＳＷ２が接続された後、フレーム生成器１０６が生成したＭＡＣフレームが無線送信器１０１から周囲の無線通信装置に送信される。

ＴＢＴＴタイマ１１０は、Ｂｅａｃｏｎフレームの送信周期が訪れたか否かの判定を行う。Ｂｅａｃｏｎフレームは、他無線通信装置が自無線通信装置（ＡＰ）との接続を開始するために用いるＡＰに関する情報を含むフレームである。Ｂｅａｃｏｎフレームの送信周期が訪れたと判定された場合、スイッチＳＷ４が接続され、Ｂｅａｃｏｎフレームが無線送信器１０１から周囲の無線通信装置に送信される。

即時応答送信タイマ１１１は、Ｄａｔａフレームを受信した後のＡＣＫフレームの送信、または、ＲＴＳフレームを受信をした後のＣＴＳフレームの送信、を行う場合に、ＤａｔａフレームまたはＲＴＳフレームの受信後に起動され、規定時間が終了したと判定した後に、スイッチＳＷ５を接続し、フレーム生成器１０４が生成したＡＣＫフレームまたはＣＴＳフレーム等の即時応答フレーム等が無線送信機１０１から周囲の無線通信装置に送信される。

［ｎｏｎ−ＰＣＰ／ＡＰ ＳＴＡ］
次に、図７は、ｎｏｎ−ＰＣＰ／ＡＰ ＳＴＡの一例としてのＳＴＡの構成の一例を示す図である。なお、ｎｏｎ−ＰＣＰ／ＡＰ ＳＴＡは、本開示の無線端末装置に対応している。すなわち、図７に示すＳＴＡは、本開示の無線端末装置の一例である。図７に示すように、ＳＴＡは、無線送信器２０１、無線受信器２０２、ＢＦＴ結果判定器２０３、フレーム判定器２０４、ビーム制御ブロック２０５、フレーム生成器２０６、ＴＸＯＰタイマ２０７、ＴＸＯＰオーナ判定器２０８、Ｂａｃｋｏｆｆ（ＣＳＭＡ／ＣＡ）タイマ２０９、即時応答送信タイマ２１１を有する。

無線送信器２０１、無線受信器２０２、ＴＸＯＰタイマ２０７、Ｂａｃｋｏｆｆタイマ２０９、即時応答送信タイマ２１１に関しては、図６に関連づけて説明したＡＰの同名の構成とほぼ同じ動作をするため、ここでは説明を省略する。

フレーム判定器２０４は、無線受信器２０２が他の無線通信装置、特に基地局装置としてのＡＰから受信したフレームの内容を判定する。具体的には、フレームの内容とは、ＡＰからのＢｅａｃｏｎ情報、および、ＡＰからの受信ビームトレーニング要求等である。なお、ＡＰからのＢｅａｃｏｎ情報がフレームに含まれていた場合、上位層から自ＳＴＡと接続を希望するＡＰのリスト（自ＳＴＡと接続を希望するＡＰが複数ある場合）を取得し、リストに記載されている各ＡＰに関する情報と、Ｂｅａｃｏｎ情報に基づいて得たＡＰに関する情報とを比較し、比較結果とＡＰからの受信ビームトレーニング要求とを、ビーム制御ブロック２０５に出力する。

ビーム制御ブロック２０５は、無線送信器２０１および無線受信器２０２のビーム制御を行う。ビーム制御ブロック２０５は、ＢＦＴ結果判定器２０３から出力されるビームフォーミングトレーニングの結果、フレーム判定器２０４から出力されるビームフォーミングトレーニング要求の有無、および上位層（ネットワーク層以上）からの設定情報に基づいて、無線送信器２０１および無線受信器２０２のビーム制御を行う。なお、ビーム制御とは、無線送信器２０１および無線受信器２０２のビームを指向性あるいは無指向性（omni）および準無指向性（quasi-omni）に制御することを意味する。

また、ビーム制御ブロック２０５は、フレーム生成器２０６に対して、受信ビームトレーニングを指定するコンテンツを含むフレームを生成する指示を出力し、フレーム生成器２０６から出力されるＭＡＣフレームに対してＰＨＹ（物理）ヘッダおよび／またはＰＨＹトレーラを付加する指示を出力する。ＰＨＹトレーラは、ビームフォーミングトレーニングのためのトレーラである。

フレーム生成器２０６は、他の無線通信装置に対して送信するフレームを生成する。送信するフレームの種類では特に限定しない。フレーム生成器２０６は、ビーム制御ブロック２０５から受信ビームトレーニングを指定するコンテンツを含むフレームを生成する指示を取得した場合には、生成するＭＡＣフレームに受信ビームトレーニングを指定するコンテンツを含めて生成する。

［処理の流れ］
図８は、本実施の形態に係る無線通信システムにおける処理の流れを説明するためのシーケンス図である。図８では、本実施の形態に係る無線通信システムの一例として、１つのＡＰと複数のＳＴＡとの通信シーケンスについて具体的に説明する。

図８に示す通信シーケンスにおいて、ＡＰとＳＴＡ１との通信中にＳＴＡ２が起動し、ＳＴＡ２は、スキャン（接続先を探すこと）を開始する。図８に示す通信シーケンスでは、ＡＰとＳＴＡ１間の通信は、ＡＰによって開始される。

ＡＰは、まず、ＣＳＭＡ／ＣＡに従って、複数の無線通信装置による通信がほぼ同時に行われることによるフレームの衝突を防止するためのバックオフ手順（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎによる調停）を行う。バックオフ手順を終えると、ＡＰは、図８に示す通信を開始すべく、宛先アドレスをＳＴＡ１に設定したＲＴＳ（Request to Send）フレームをＳＴＡ１に向けて送信する。ＲＴＳフレームは、到達性を高めるために、例えばＭＣＳ０等、低いレート（データ通信速度）に設定された変調方式を使用して送信される。

ＳＴＡ１は、ＳＴＡ１（自無線通信装置）宛てのＲＴＳフレームを受信した後、ＣＴＳ（Clear to Send）フレームで応答する。ＡＰは、ＳＴＡ１からＣＴＳフレームを受信した後、所定の期間に亘り、送信機会ＴＸＯＰ（Transmission OPportunity）を獲得する。

ＡＰは、ＳＴＡ１からのＣＴＳフレーム受信によって、受信時から所定の期間、送信機会を獲得したことを把握し、よりよい通信を行うために（通信品質向上）、送信および受信のビームをＳＴＡ１へ向ける。その一方で、ＲＴＳフレームの送信後、ＣＴＳフレームをより確実に受信するために、ＣＴＳ受信前に、ビームをＳＴＡ１に向けていてもよい。

ＡＰは、獲得したＴＸＯＰの期間内において、フレームの送信を継続する。ＳＴＡ１は、ＡＰの獲得したＴＸＯＰの期間内において、データの送受信や、適宜、ＡＣＫ（Acknoledge）フレームやＢＡ（Block Ack）フレームによって、到達確認の応答送信を行う。なお、ＡＰによって獲得されたＴＸＯＰ期間中に、ＲＤ（Reverse Direction）等の機能を用い、一時的にデータの送信機会をＡＰがＳＴＡ１に明け渡して、ＳＴＡ１が通信を行ってもよい。

なお、ＡＰがＳＴＡ１と通信を行っている間、ＳＴＡ２が起動し、リンクセットアップのためにＰｒｏｂｅ Ｒｅｑｕｅｓｔフレーム（ＰｒｂＲｅｑ）を周囲の無線通信装置に送信する。しかしながら、ＰｒｂＲｅｑフレームを受信して応答するＡＰは、ＳＴＡ１に対して指向性のビームを送受信しており、ＳＴＡ２からのビームは受信困難である。このため、ＳＴＡ２は接続相手を探して、ＰｒｂＲｅｑフレームを繰り返し送信する。

ＡＰは、ＴＸＯＰ期間が満了した場合、あるいは、ＴＸＯＰ期間中に、ＴＸＯＰの必要がなくなった場合（例えば、送信するものがなくなった等）には、ＴＸＯＰの解放（リリース）を、ＣＦ−ＥＮＤフレームの送信によって、周囲に存在するＳＴＡに対して、宣言ならびに報知する。ＣＦ−ＥＮＤフレームとは、ＴＸＯＰの終了を周囲の無線通信装置に通知するフレームである。なお、ＡＰが送信するＣＦ−ＥＮＤフレームは、受信ビームトレーニング用のトレーラが付加されている。

具体的には、送信されるＣＦ−ＥＮＤフレームは、図４Ｂに示す受信トレーニング部分（前半部分）に相当する。図４Ｂに示すフレームがＣＦ−ＥＮＤフレームに対応し、トレーラ部分が受信ビームトレーニング用のトレーラに相当する。ＡＰは、ＴＸＯＰの終了時に、ＣＦ−ＥＮＤフレームに受信ビームトレーニング用のトレーラを付加して周囲の無線通信装置に対して送信することにより、低レート通信用無線通信装置との接続を回避し、次に接続する無線通信装置とのビームフォーミングトレーニングを短時間で行うことができる。

［ＡＰおよびＳＴＡの動作例］
以下、ＡＰとＳＴＡの動作例について具体的に説明する。説明の都合上、ＳＴＡの動作例から説明する。以下の動作例において、ＡＰおよびＳＴＡの送受信するビーム間には対称性（reciprocity）がある。

図９および図１０は、ＡＰとの初期接続（リンクセットアップ）時における、ＳＴＡの動作の一例を示すフローチャートである。なお、図９および図１０におけるＳＴＡは、未だＡＰとの初期接続（リンクセットアップ）を行っていないＳＴＡである。

ステップＳ１０１において、ＳＴＡは、受信ビームを準無指向性（quasi-omni）に設定する。そして、ステップＳ１０２において、ＳＴＡは、他の無線通信装置（以下では、例えばＡＰとする）から何らかのフレームを受信する。ステップＳ１０３において、ＳＴＡは、ステップＳ１０２で受信したフレームがビームフォーミングトレーニング用のフレームであるか否かを判定する。ビームフォーミングトレーニング用のフレームであると判定された場合（ステップＳ１０３，ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０４に進み、そうでない場合（ステップＳ１０３，ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０４において、ＳＴＡは、ビームフォーミングトレーニングが特定の用途、例えば高速ＭＣＳを利用した通信、またはＵＳＲ（Ultra Short Range：ここでは、ミリ波帯での非接触高速伝送を想定）のために開始されるトレーニングであるか否かの判定を行う。特定の用途のためのトレーニングではないと判定された場合（ステップＳ１０４，ｎｏ）、処理はステップＳ１０５に進み、そうでない場合（ステップＳ１０４，ｙｅｓ）、ステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１０５において、ＳＴＡは、Ｓ１０２において受信したフレームの指示内容が、受信ビームトレーニングを用いたビームフォーミングトレーニングであるか否かの判定を行う。指示内容が、受信ビームトレーニングを用いたビームフォーミングトレーニングである場合（ステップＳ１０５，ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０１に戻り、そうでない場合（ステップＳ１０５，ｎｏ）、図１０に示すステップＳ１０６に進む。

図１０に示すステップＳ１０６において、ＳＴＡは、ステップＳ１０２において受信したフレームの送信元であるＡＰの送信ビームトレーニングを実施する。そして、ステップＳ１０７において、ＳＴＡは、ＡＰのＢｅａｃｏｎ情報を取得する。

ステップＳ１０８において、ＳＴＡは、ステップＳ１０２においてフレームの送信元であるＡＰが、リンクセットアップを希望するＡＰであるか否かを判定する。当該判定は、例えば上位層から取得したリンクセットアップ希望ＡＰリストとＢｅａｃｏｎ情報とを照会することにより行えばよい。ステップＳ１０８において、リンクセットアップを希望するＡＰであると判定された場合（ステップＳ１０８，ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０９に進み、そうでない場合（ステップＳ１０８，ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０９において、ＳＴＡは、ビームフォーミングトレーニングの応答フレームを送信ビームトレーニングで送信する。本ステップは、図４Ｂに示す端末Ｂ（ＳＴＡ）の「送信」シーケンスに対応している。

ステップＳ１１０において、ＳＴＡは、ＳＴＡにおける送信ビームトレーニングを実施し、ＳＴＡにとって最適であったＡＰからの送信ビームを示す送信ビームトレーニングの結果を送信する。

ステップＳ１１１において、ＳＴＡは、ＡＰからのビームフォーミングトレーニングの応答フレームを受信する。そして、Ｓ１１２において、ステップＳ１１１において受信したＡＰからのビームフォーミングトレーニングの応答フレームに基づいて、送信ビームトレーニングの結果（ＡＰにとって最適であったＳＴＡからの送信ビームに関する情報）を取得する。

そして、ステップＳ１１３において、ＳＴＡは、ステップＳ１１２において得られた結果に基づく送信コンフィグ（送信に最適なビームに関する情報）を受信ビームにも適用して記録する。これにより、ＳＴＡは、送信ビームトレーニングに要する時間で受信ビームトレーニングを省略して、送受信両方のビームフォーミングトレーニングを完了することができ、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短縮できる。

一方、図９に示すステップＳ１１４において、ＳＴＡは、ステップＳ１０２において受信したフレームは、指示内容が受信ビームトレーニングを用いたビームフォーミングトレーニングであるか否かの判定を行う。指示内容が受信ビームトレーニングを用いたビームフォーミングトレーニングである場合（ステップＳ１１４，ｙｅｓ）、処理は図１０に示すステップＳ１１５に進み、そうでない場合（ステップＳ１１４，ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻る。

一方、ステップＳ１１５において、ＳＴＡは、受信ビームトレーニングを実施し、受信ビームトレーニングの結果を受信する。ステップＳ１１６において、ＳＴＡは、ステップＳ１１５において得られた結果に基づく受信コンフィグ（受信に最適なビームに関する情報）を送信ビームにも適用して記録する。そして、ステップＳ１１７において、ＳＴＡは、ＡＰのＢｅａｃｏｎ情報を取得する。

ステップＳ１１８において、ＳＴＡは、ステップＳ１０２においてフレームの送信元のＡＰが、リンクセットアップを希望するＡＰであるか否かを判定する。リンクセットアップを希望するＡＰであると判定された場合（ステップＳ１１８，ｙｅｓ）、処理はステップＳ１１９に進み、そうでない場合（ステップＳ１１８，ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１１９において、ＳＴＡは、ビームフォーミングトレーニングとして受信ビームトレーニングを指定する。そして、ステップＳ１２０において、ＳＴＡは、ビームフォーミングトレーニングの応答フレームを受信ビームトレーニングを用いて送信する。

図９および図１０に示すＳＴＡの動作例によれば、ＳＴＡは、ＡＰから高速通信のためのビームフォーミングトレーニング用のフレームを受信した場合には、quasi-omniを用いて受信ビームトレーニングを待ち受ける。これにより、低速通信用ＡＰとの接続を回避でき、ビームフォーミングトレーニングにおいて、対称性により受信ビームトレーニングの結果を送信ビームにも適用することができ、応答の手間が省けるので、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短縮できる。

次に、初期リンクセットアップが完了した後のＳＴＡの動作例について説明する。図１１および図１２は、ＡＰとの初期リンクセットアップ完了後のＳＴＡ側の動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１において、ＳＴＡは、他の無線通信装置（以下では、例えばＡＰとする）から何らかのフレームを受信する。ステップＳ２０２において、ＳＴＡは、ステップＳ１０２で受信したフレームがビームフォーミングトレーニング用のフレームであるか否かを判定する。ビームフォーミングトレーニング用のフレームであると判定された場合（ステップＳ２０２，ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０３に進み、そうでない場合（ステップＳ２０２，ｎｏ）、ステップＳ２０１に戻る。

ステップＳ２０３において、ＳＴＡは、Ｓ２０１において受信したフレームは、指示内容が受信ビームトレーニングを用いたビームフォーミングトレーニングであるか否かの判定を行う。指示内容が受信ビームトレーニングを用いたビームフォーミングトレーニングである場合（ステップＳ２０３，ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０１に戻り、そうでない場合（ステップＳ２０３，ｎｏ）、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４において、ＳＴＡは、ステップＳ２０１において受信したフレームの送信元であるＡＰの送信ビームトレーニングを実施する。

次に、図１２に示すステップＳ２０５において、ＳＴＡは、ビームフォーミングトレーニングの応答フレームを送信ビームトレーニングで送信する。本ステップは、図４Ｂに示す端末Ｂ（ＳＴＡ）の「送信」シーケンスに対応している。

ステップＳ２０６において、ＳＴＡは、ＳＴＡにおける送信ビームトレーニングを実施し、ＳＴＡにとって最適なＡＰからの送信ビームを示す送信ビームトレーニングの結果を送信する。

ステップＳ２０７において、ＳＴＡは、ＡＰからのビームフォーミングトレーニングの応答フレームを受信する。そして、Ｓ２０８において、ステップＳ２０７において受信したＡＰからのビームフォーミングトレーニングの応答フレームに基づいて、送信ビームトレーニングの結果（ＡＰにとって最適なＳＴＡからの送信ビーム）を取得する。

そして、ステップＳ２０９において、ＳＴＡは、ステップＳ２０８において得られた結果に基づく送信コンフィグ（送信に最適なビームに関する情報）を受信ビームにも適用して記録する。これにより、ＳＴＡは、送信ビームトレーニングに要する時間によって、受信ビームトレーニングを省略して、送受信両方のビームフォーミングトレーニングを完了でき、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短縮できる。

図１１および図１２に示すＳＴＡの動作例によれば、初期リンクセットアップ後に、受信したビームフォーミングトレーニング用のフレームが、ビームフォーミングトレーニングとして「受信ＢＦトレーニング」を指示している場合、ＡＰが、高速通信あるいはＵＳＲを用いて初期リンクセットアップを行うＳＴＡのために開始したビームフォーミングトレーニングであることが推定されるため、ＢＦトレーニングを省略して、ステップＳ２０１へ戻る。

これにより、新規にＡＰへ接続（初期リンクセットアップ）しようとするＳＴＡのビームフォーミング動作に対する妨害がないため、初期リンクセットアップを行う後発のＳＴＡに対してもビームフォーミングトレーニングに要する時間が短縮できる。

次に、ＡＰの動作例について説明する。図１３および図１４は、ＳＴＡとの初期リンクセットアップを行うＡＰの動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ３０１において、ＡＰは、自無線通信装置の、あるいは自無線通信装置と通信していた他の無線通信装置のＴＸＯＰ期間を終了させる。元々通信が行われていなかった場合は、特に何もしない。そして、ステップＳ３０２において、ＡＰは、送信ビームをquasi-omniに設定する。ステップＳ３０３において、ＡＰは、例えばビームフォーミングトレーニングを特定用途、例えば高速通信かＵＳＲ（Ultra Short Range）のために行うか否かを判定する。ビームフォーミングトレーニングが特定用途のためではないと判定した場合（ステップＳ３０３，ｎｏ）、処理はステップＳ３０４に進み、そうでない場合（ステップＳ３０３，ｙｅｓ）、ステップＳ３１１に進む。

ステップＳ３０４において、ＡＰは、ビームフォーミングトレーニングとして送信ビームトレーニングを指定する。そして、ステップＳ３０５において、ＡＰは、ビームフォーミングトレーニング用のフレームを例えばＳＴＡに送信する。そして、図１４に示すステップＳ３０６において、ＡＰは、ステップＳ３０５において送信した送信ビームトレーニング用のフレームに対するＳＴＡの応答が所定時間内に戻ってくるか否かを判定する。所定時間内に応答があった場合（ステップＳ３０６、ｎｏ）、ステップＳ３０７に進み、そうでない場合（ステップＳ３０６，ｙｅｓ）ステップＳ３０１に戻る。

ステップＳ３０７において、ＡＰは、ビームフォーミングトレーニングの応答フレームをＳＴＡから受信する。そして、ＡＰは、ステップＳ３０８において、送信ビームトレーニングを実施し、ステップＳ３０７において受信したＳＴＡからのビームフォーミングトレーニングの応答フレームに基づいて、送信ビームトレーニングの結果（ＳＴＡにとって最適なＡＰからの送信ビーム）を取得する。

そして、ステップＳ３０９において、ＡＰは、ステップＳ３０８において得られた結果に基づく送信コンフィグ（送信に最適なビームに関する情報）を受信ビームにも適用して記録する。そして、ステップＳＴ３１０において、ＡＰは、ＳＴＡに関する情報を取得する。

一方、図１３に戻り、高速通信かＵＳＲのためのビームフォーミングトレーニングであると判定した場合は、ステップＳ３１１において、ＡＰは、ビームフォーミングトレーニングとして受信ビームトレーニングを指定する。ステップＳ３１２において、ビームフォーミングトレーニング用のフレームに付加するトレーラ（図２を参照）を６４個以下に限定する。そして、ステップＳ３１３において、ＡＰは、ＭＣＳ０を用いて、ビームフォーミングトレーニング用のフレームをＳＴＡに送信する。

ここで、トレーラの数を限定するのは、以下の理由による。ＳＴＡには、ＡＰの有効なビーム数を予め知ることは困難である。そこで、ＡＰによって、ビームの数を予め制限することで、フレーム長が肥大化することにより有効帯域が圧迫される事態を回避する。

図１４に示すステップＳ３１４において、ＡＰは、ＳＴＡから所定時間内に何らかのフレームを受信したか否かを判定する。何らかのフレームを受信した場合（ステップＳ３１４，ｎｏ）、ステップＳ３１５に進み、そうでない場合（ステップＳ３１４，ｙｅｓ）はステップＳ３０１に戻る。

ステップＳ３１５において、ＡＰは、何らかのフレームをＳＴＡから受信する。そして、ＡＰは、ステップＳ３１６において、ステップＳ３１５で受信したフレームがビームフォーミングトレーニング用のフレームであるか否かを判定する。判定の結果、ビームフォーミングトレーニング用のフレームであった場合（ステップＳ３１６，ｙｅｓ）、ステップＳ３１７に進み、そうでない場合（ステップＳ３１６，ｎｏ）、ステップＳ３０１に戻る。

ステップＳ３１７において、ＡＰは、受信したビームフォーミングトレーニングの応答フレームを受信ビームトレーニングで受信したか否かを判定する。受信したビームフォーミングトレーニングの応答フレームを受信ビームトレーニングで受信した場合（ステップＳ３１７，ｙｅｓ）、ステップＳ３１８に進み、そうでない場合（ステップＳ３１７，ｎｏ）、ステップＳ３０１に戻る。

ステップＳ３１８において、ＡＰは、受信ビームトレーニングを実施し、受信ビームトレーニングの結果を受信する。

そして、ステップＳ３１９において、ＡＰは、ステップＳ３１８において得られた結果に基づく受信コンフィグ（受信に最適なビームに関する情報）を送信ビームにも適用して記録する。ＡＰは、送信ビームトレーニングを省略でき、受信ビームトレーニングに要する時間によって送受信両方のビームフォーミングトレーニングを完了できるため、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短縮できる。そして、ステップＳ３２０において、ＡＰは、ＳＴＡに関する情報を取得する。

図１３および図１４に示すＡＰの動作例によれば、ＡＰは高速通信のためのビームフォーミングトレーニングの場合には、quasi-omniで送信ビームトレーニングを開始する。そして、所定時間内にＳＴＡから受信したフレームがビームフォーミングトレーニング用のフレームであった場合には、受信ビームトレーニングを行う。これにより、低速通信用ＳＴＡである接続先を予め排除できる。

以上説明したように、本開示の基地局装置（ＡＰ）は、無線端末装置とＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線通信を行う基地局装置であって、前記無線端末装置に対して、ビームフォーミングトレーニング用のフレームを、前記ＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで無指向性送信し、前記ビームフォーミングトレーニング用のフレームを送信してから一定時間経過後、前記無線端末装置からの応答フレームに対して受信ビームトレーニングを行う。

また、本開示の無線端末装置（ＳＴＡ）は、基地局装置とＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線通信を行う無線端末装置であって、前記基地局装置からのビームフォーミングトレーニング用のフレームを無指向性受信し、前記ビームフォーミングトレーニング用のフレームに対して受信ビームトレーニングを行い、前記ビームフォーミングトレーニング用のフレームを指向性受信した場合、前記基地局装置に対して、応答フレームを、前記ＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで無指向性送信する。

また、本開示の無線通信方法は、無線端末装置と基地局装置とがＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線通信を行う無線通信システムにおける前記無線端末装置と前記基地局装置との間の無線通信方法であって、前記基地局装置が、前記無線端末装置に対して、ビームフォーミングトレーニング用のフレームを、前記ＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで無指向性送信し、前記無線端末装置が、前記ビームフォーミングトレーニング用のフレームを無指向性受信し、その後、前記ビームフォーミングトレーニング用のフレームに対して受信ビームトレーニングを行い、前記ビームフォーミングトレーニング用のフレームを指向性受信した場合、前記基地局装置に対して、応答フレームを、前記ＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで無指向性送信し、前記基地局装置が、前記ビームフォーミングトレーニング用のフレームを送信してから一定時間経過後、前記応答フレームに対して受信ビームトレーニングを行う。

このような構成により、本開示では、ＳＴＡは、低速通信用ＡＰとの接続を回避でき、ビームフォーミングトレーニングにおいて、対称性により受信ビームトレーニングの結果を送信ビームにも適用でき、応答の手間が省けるので、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短縮できる。

なお、ＳＴＡよりもＡＰの方が筐体の設計自由度が高く、大電力であり、冷却性能も大きい場合が多い。このため、ＡＰは、高い設計自由度から、アンテナ素子を多く配することがＳＴＡと比較して容易であり、また使用可能電力量の関係から、絞ったビームを得やすく、送信出力を上げやすい。すなわち、ＡＰからの指向性を有し（beamed）、かつ高レート（ＭＣＳ１以上）のビームは、ＳＴＡからのquasi-omniかつＭＣＳ０のビームより遠くまで届く。このため、ＡＰから送信されるbeamedかつ高レートのビームを用いてビームフォーミングトレーニングを行った場合、リンクセットアップに成功したＳＴＡが高い送信能力を持たない（低速通信用ＳＴＡ）可能性を排除することができない。

本開示では、ビームフォーミングトレーニングをquasi-omniを用いて行うことにより、ＡＰから送信されるビームが不必要に遠くまで届くことがないため、リンクセットアップ完了後の通信で低レート通信用ＳＴＡである接続先を予め排除できる。

また、本実施の形態の無線通信システムでは、ビームフォーミングトレーニングをＳＴＡの受信トレーニングで開始し、受信のスイープを行う。このため、図２に示すように応答の手間を省くことができ、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短くできる。

また、本実施の形態の無線通信システムでは、ＡＰは、受信ビームトレーニングにおいて、スイープするビームの数を６４以下の特定の値に固定する。一般的には受信トレーニングの開始側（ＳＴＡ）ＡＰの有効なビーム数を予め知ることは困難であるが、本実施の形態では、ＡＰによってビームの数を予め制限することで、フレーム長が肥大化することにより有効帯域が圧迫される事態を回避できる。

また、本実施の形態の無線通信システムでは、送受ビーム間に対称性（reciprocity）を有し、受信トレーニング結果を、送信ビーム用に反映し、逆方向のビームフォーミングトレーニング用のフレームを送信する。これにより、受信トレーニングの結果を即時に送信に反映できるので、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短くできる。

また、本実施の形態の無線通信システムでは、ＡＰが送信したビームトレーニングフレームは、ＴＸＯＰ（Transmission OPportunity）の終わり、あるいは直後に送信される。これにより、スキャン動作（接続先を探索する動作）を含めた、初期リンクセットアップに要する時間を短くすることができる。

また、本実施の形態の無線通信システムでは、ＡＰが送信したビームトレーニングフレームは、ＡＰに関する情報（Ｂｅａｃｏｎ情報）を含む。これにより、スキャン動作（接続先を探索する動作）を含めた、初期リンクセットアップに要する時間を短くできる。

なお、本実施の形態の無線通信システムでは、ビームフォーミングトレーニングは、受信ビームのスイープを個別のＰＰＤＵ（PLCP Protocol Data Unit）によって行うようにしてもよい。これにより、ＭＡＣフレーム（ＭＰＤＵ：MAC（Medimum Access control） protocol data unit）のオーバーヘッドをなくすことができるので、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短くできる。

さらに、本実施の形態の無線通信システムでは、ビームフォーミングトレーニングは、受信ビームスイープに用いるトレーラフィールドを、個別のＰＰＤＵではなく、ＭＰＤＵの後ろに従える（持つ）フレーム（ＰＰＤＵ）で行う。これにより、ＭＡＣフレーム（ＭＰＤＵ）のオーバーヘッドをなくすことができるので、ビームフォーミングトレーニングに要する時間を短くできる。

なお、本開示は、上述した実施の形態で説明した無線通信システムに限定されるものではない。例えば、以下のような変形例を取ることもできる。

上述したように、ビームフォーミングトレーニング用フレームを受信したＳＴＡには、受信したフレームが、ＡＰからビームを絞って送信されたもの（beamed）か、あるいは、絞らずに（quasi-omni）送信されたものかを区別することは困難である。これに対応するため、本開示では、例えばＡＰの送信するビームフォーミングトレーニング用フレームに、ビームを絞らずに送信されたことを示すフィールドを付加して送信するようにしてもよい。付加するフィールドは、例えばビームフォーミングトレーニング用フレームの例えばＭＡＣフレーム部分に追加すればよい。

このようにすれば、ＳＴＡは、高速な通信を期待する場合には、当該追加フィールドの内容を参照することにより、このビームフォーミングトレーニングに応じるべきか否かの判断を行うことができ、無用なトレーニングやリンクセットアップの手続きを削減することができる。

また、ＡＰが送信するビームフォーミングトレーニング用のフレームに追加するフィールドは、例えばquasi-omniで送信されたことを示すフィールドや、送信電力（ＥＩＲＰ）や半値幅等のＡＰの無線能力を数値で示すフィールドであってもよい。このようなフィールドの追加によっても上記追加フィールドと同様の効果を得ることができる。

さらに、ＡＰが送信するビームフォーミングトレーニング用のフレームに追加するフィールドは、このフレームにより意図されるビームフォーミングが高速ＭＣＳを利用した通信あるいはＵＳＲ（Ultra Short Range）通信など特定の用途に限定されたものであることを示すフィールドであってもよい。このようなフィールドを追加することにより、ＡＰは、必要な（高速通信等に適した）端末に、リンクセットアップの機会を与えることができる。さらに、既に接続を確立した、通信中のＳＴＡは、不容易にビームフォーミングトレーニングに応答せずに済むとともに、新規に接続を試みる端末のビームフォーミングの機会を奪うことがなくなる。

上述した実施の形態において、指向性がないあるいは小さいビームを準無指向性quasi-omniと記載したが、本開示はこれに限定されず、例えば疑似無指向性（pseudo-omni）や無指向性（omni）のビームを採用してもよい。

本開示は、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線通信を行う基地局装置、無線端末装置および無線通信方法に適用することができる。

１０１ 無線送信器
１０２ 無線受信器
１０３ ＢＦＴ結果判定器
１０４ フレーム判定器
１０５ ビーム制御ブロック
１０６ フレーム生成器
１０７ ＴＸＯＰタイマ
１０８ ＴＸＯＰオーナ判定器
１０９ Ｂａｃｋｏｆｆタイマ
１１０ ＴＢＴＴタイマ
１１１ 即時応答送信タイマ
２０１ 無線送信器
２０２ 無線受信器
２０３ ＢＦＴ結果判定器
２０４ フレーム判定器
２０５ ビーム制御ブロック
２０６ フレーム生成器
２０７ ＴＸＯＰタイマ
２０８ ＴＸＯＰオーナ判定器
２０９ Ｂａｃｋｏｆｆタイマ
２１１ 即時応答送信タイマ

Claims (7)

1. ビームフォーミングトレーニングに用いるフレームのうち、受信ビームトレーニングに用いる第１のトレーニングフレームを生成するフレーム生成部と、
   前記第１のトレーニングフレームの送信に用いるビームを無指向性に設定するビーム制御部と、
   前記第１のトレーニングフレームをＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで送信する送信部と、
   前記第１のトレーニングフレームを送信してから一定時間経過後、前記第1のトレーニングフレームを受信した無線端末装置からの第１の応答フレーム及び第２の応答フレームを受信する受信部と、
   前記受信した第１の応答フレームが、受信ビームトレーニングに対する応答か否か、を判断するフレーム判断部と、
   を含み、
   前記受信した第１の応答フレームが、前記受信ビームトレーニングに対する応答である場合、
   前記ビーム制御部は、前記受信部において受信されるビームを指向性ビームに設定し、
   前記受信部は、前記第２の応答フレームを指向性ビームを用いて受信する、
   基地局装置。
2. 前記受信ビームトレーニングがＢＲＰである場合、
   前記フレーム生成部は、第２のトレーニングフレームとして、１つ以上のトレーラを生成し、
   前記送信部は、第１のトレーニングフレームを無指向性送信した後、前記第２のトレーニングフレームを無指向性送信する、
   請求項１に記載の基地局装置。
3. 前記受信部が指向性ビームを用いて受信した前記第２の応答フレームによる受信ビーム特性を判断する判断部を更に含み、
   前記ビーム制御部は、前記判断部の判断結果を、前記基地局装置の送信ビーム特性として記録する、
   請求項１に記載の基地局装置。
4. 基地局装置からのビームフォーミングトレーニングに用いる第１のトレーニングフレームを無指向性ビームを用いて受信した後、ビームフォーミングトレーニングに用いる１つ以上の第２のトレーニングフレームを受信する受信部と、
   前記第１のトレーニングフレームが受信ビームトレーニングを指定している否かを判断するフレーム判断部と、
   前記第１のトレーニングフレームが前記受信ビームトレーニングを指定している場合、前記受信部のビーム特性を指向性ビームに変更するビーム制御部と、
   前記受信部が指向性ビームを用いて受信した前記１つ以上の第２のトレーニングフレームによる受信ビーム特性を判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果を含む第１の応答フレームを生成するフレーム生成部と、
   前記第１の応答フレームをＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで無指向性送信する送信部と、
   を含む無線端末装置。
5. 前記ビーム制御部は、
   前記判定部の判定結果を前記無線端末装置の送信ビーム特性として記録する、
   請求項４記載に無線端末装置。
6. 前記フレーム生成部は、更に、
   前記基地局装置においてＢＲＰによる前記受信ビームトレーニングに用いる１つ以上の第２の応答フレームを生成し、
   前記送信部は、更に、
   前記第１の応答フレームを無指向性送信した後、前記１つ以上の第２の応答フレームを無指向性送信する、
   請求項４に記載の無線端末装置。
7. 無線端末装置と基地局装置とがＩＥＥＥ８０２．１１に準拠した無線通信を行う無線通信方法であって、
   前記基地局装置が、
   前記無線端末装置に対して、ビームフォーミングトレーニングに用いるフレームのうち、受信ビームトレーニングに用いる第１のトレーニングフレーム及び１つ以上の第２のトレーニングフレームを生成し、
   前記第１のトレーニングフレーム及び前記１つ以上の第２のトレーニングフレームの送信に用いるビームを無指向性に設定し、
   前記第１のトレーニングフレーム及び前記１つ以上の第２のトレーニングフレームを前記ＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで送信し、
   前記無線端末装置が、
   前記ビームフォーミングトレーニングに用いる第１のトレーニングフレームを無指向性ビームを用いて受信し、
   前記第１のトレーニングフレームが受信ビームトレーニングを指定している否かを判断し、
   前記第１のトレーニングフレームが前記受信ビームトレーニングを指定している場合、受信ビーム特性を指向性ビームに変更し、
   前記１つ以上の第２のトレーニングフレームを指向性ビームを用いて受信し、
   前記受信した１つ以上の第２のトレーニングフレームによる前記無線端末装置の受信ビーム特性を判定し、
   前記前記無線端末装置の受信ビーム特性を含む第１の応答フレームを生成し、
   前記第１の応答フレームを前記ＩＥＥＥ８０２．１１で規定された最も低レートのＭＣＳで無指向性送信し、
   前記基地局装置が、
   前記第１のトレーニングフレームを送信してから一定時間経過後、前記無線端末装置からの前記第１の応答フレーム及び前記１つ以上の第２の応答フレームを受信し、
   前記受信した第１の応答フレームが、受信ビームトレーニングに対する応答か否か、を判断し、
   前記受信した第１の応答フレームが、前記受信ビームトレーニングに対する応答である場合、前記基地局装置の受信ビームを指向性ビームに設定し、
   前記１つ以上の第２の応答フレームを指向性ビームを用いて受信する、
   無線通信方法。

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