特許 6387541 無線通信装置および無線通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6387541

(24)【登録日】2018年8月24日

(45)【発行日】2018年9月12日

(54)【発明の名称】無線通信装置および無線通信方法

(51)【国際特許分類】

   H04W 72/04 20090101AFI20180903BHJP

   H04W 72/08 20090101ALI20180903BHJP

   H04W 74/08 20090101ALI20180903BHJP

【ＦＩ】

   H04W72/04 132

   H04W72/04 111

   H04W72/08 110

   H04W74/08

   H04W72/04 150

【請求項の数】8

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-218970(P2016-218970)

(22)【出願日】2016年11月9日

(65)【公開番号】特開2018-78447(P2018-78447A)

(43)【公開日】2018年5月17日

【審査請求日】2016年12月16日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、支出負担行為担当官、総務省大臣官房会計課企画官、研究テーマ「複数周波数帯域の同時利用による周波数利用効率向上技術の研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】393031586

【氏名又は名称】株式会社国際電気通信基礎技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100109162

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 將行

(72)【発明者】

【氏名】塚本 悟司

(72)【発明者】

【氏名】矢野 一人

(72)【発明者】

【氏名】江頭 直人

(72)【発明者】

【氏名】ウェバー ジュリアン

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 智明

【審査官】 桑原 聡一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３０６１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６７９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１２０８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０８４４６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−０８８９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９１４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０９３５１４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ７／２４−７／２６

Ｈ０４Ｗ ４／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を実行し、前記複数の周波数帯の複数の無線チャネルの少なくとも１つを利用して、信号を送信するための無線通信装置であって、
送信パケットに対応するデジタル信号を生成するためのデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号を高周波信号に変換するための複数の高周波信号処理部と、
前記複数の周波数帯において前記複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネルセンシングを実行するチャネル利用状況観測部と、
前記チャネル利用状況観測部による前記複数の無線チャネルの所定のグループごとのチャネルセンシング結果に応じて、前記複数の無線チャネルからセンシング対象チャネルを選択し、前記選択された無線チャネルに対してキャリアセンスを実行させた結果に基づき、前記高周波処理部から信号を送信させるアクセス制御部と、
観測された前記チャネル利用状況に応じて、統計分析解析による予測に基づいて、選択された前記センシング対象チャネルが共通にアイドル状態の可能性が高いと予測されるセンシング期間を示す予測情報を生成するチャネル利用状況予測部とを備え、
前記アクセス制御部は、前記予測情報に基づいて、前記センシング期間において送信時のキャリアセンスを実行し、アイドル状態が検出されることに応じて、前記高周波処理部から信号を送信させる、無線通信装置。

【請求項2】

前記無線通信装置は、他の無線通信装置に、チャネルセンシングの実行を依頼し、
前記チャネル利用状況観測部は、自身のチャネルセンシング結果および当該他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を前記利用状況として出力する、請求項１記載の無線通信装置。

【請求項3】

前記無線通信装置は、他の無線通信装置と、前記無線チャネルの前記所定のグループについてチャネルセンシングを行う無線チャネルを分担し、
前記チャネル利用状況観測部は、自身のチャネルセンシング結果および当該他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を前記利用状況として出力する、請求項１または２記載の無線通信装置。

【請求項4】

互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を実行し、前記複数の周波数帯の複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信装置であって、
送信データを前記複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各前記周波数帯ごとに送信パケットを生成するためのデジタル信号処理部と、
各前記周波数帯ごとに設けられ、前記デジタル信号を対応する前記周波数帯ごとの高周波信号に変換するための複数の高周波信号処理部と、
前記複数の高周波処理部に共通に設けられ、前記複数の高周波処理部で使用されるクロック信号を生成するための局部発振器と、
前記複数の周波数帯において前記複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネル利用状況を観測するチャネルセンシングを実行するチャネル利用状況観測部と、
前記チャネル利用状況観測部による前記複数の無線チャネルの所定のグループごとのチャネルセンシング結果に応じて、前記複数の無線チャネルからセンシング対象チャネルを選択し、前記選択された無線チャネルに対してキャリアセンスを実行させた結果に基づき、前記高周波処理部から各前記部分データを前記複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信開始するアクセス制御部と、
観測された前記チャネル利用状況に応じて、統計分析解析による予測に基づいて、選択された前記センシング対象チャネルが共通にアイドル状態の可能性が高いと予測されるセンシング期間を示す予測情報を生成するチャネル利用状況予測部とを備え、
前記アクセス制御部は、前記予測情報に基づいて、前記センシング期間において送信時のキャリアセンスを実行し、アイドル状態が検出されることに応じて、前記高周波処理部から信号を送信させる、無線通信装置。

【請求項5】

前記無線通信装置は、他の無線通信装置に、チャネルセンシングの実行を依頼し、
前記チャネル利用状況観測部は、自身のチャネルセンシング結果および当該他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を前記利用状況として出力する、請求項４記載の無線通信装置。

【請求項6】

前記無線通信装置は、他の無線通信装置と、前記無線チャネルの前記所定のグループについてチャネルセンシングを行う無線チャネルを分担し、
前記チャネル利用状況観測部は、自身のチャネルセンシング結果および当該他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を前記利用状況として出力する、請求項４または５記載の無線通信装置。

【請求項7】

互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている無線通信装置が、複数の無線チャネルの少なくとも１つを利用して、信号を送信するための無線通信方法であって、
送信パケットに対応するデジタル信号を生成するステップと、
前記デジタル信号を高周波信号に変換するステップと、
前記複数の周波数帯において前記複数の無線チャネルの所定のグループごとに前記複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネルセンシングを実行するステップと、
観測された前記利用状況に応じて、統計分析解析による予測に基づいて、選択された前記センシング対象チャネルが共通にアイドル状態の可能性が高いと予測されるセンシング期間を示す予測情報を生成するステップと、
前記チャネルセンシングの結果に応じて、前記複数の無線チャネルからセンシング対象チャネルを選択し、前記予測情報に基づいて、前記センシング期間において送信時のキャリアセンスを前記選択された無線チャネルに対して実行し、アイドル状態が検出されることに応じて、前記高周波信号を送信させるステップとを備える、無線通信方法。

【請求項8】

互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている無線通信装置が、複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信方法であって、
送信データを前記複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各前記周波数帯ごとに送信パケットを生成するステップと、
各前記周波数帯ごとに、前記デジタル信号を対応する前記周波数帯ごとの高周波信号に変換するステップと、
前記複数の周波数帯に共通に設けられる局部発振器により、前記高周波信号に変換する処理のためのクロック信号を生成するステップと、
前記複数の周波数帯において前記複数の無線チャネルの所定のグループごとに前記複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネルセンシングを実行するステップと、
観測された前記利用状況に応じて、統計分析解析による予測に基づいて、選択された前記センシング対象チャネルが共通にアイドル状態の可能性が高いと予測されるセンシング期間を示す予測情報を生成するステップと、
前記チャネルセンシングの結果に応じて、前記複数の無線チャネルからセンシング対象チャネルを選択し、前記予測情報に基づいて、前記センシング期間において送信時のキャリアセンスを前記選択された無線チャネルに対して実行し、アイドル状態が検出されることに応じて、前記高周波信号を、各前記部分データを前記複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信開始するステップとを備える、無線通信方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信装置および無線通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

無線ＬＡＮの利用拡大や無線監視カメラなど通信機能を有する機器の増加により無線通信のトラヒックが急激に増大しており、周波数利用効率を向上させて、限りある無線リソースにより多くのトラヒックを収容することが求められている。

【0003】

ＩＳＭ（Industry-Science-Medical）帯のような複数システム共用周波数帯域では、各システムが自律分散的に使用周波数を決定するため、使用周波数チャネルに偏りが生じる。

【0004】

図１４は、東京駅と品川駅とで平日に測定された２．４ＧＨｚ帯の使用状況を示す図である。

【0005】

横軸は、周波数であるので、使用されるチャネルに相当し、縦軸は時間を表す。図中、基本的には、白色に近いほど、測定点で受信された電波強度が強いことを表す。

【0006】

図１４（ａ）は、東京駅での平日１０時台のチャネル使用状況であり、図１４（ｂ）は、品川駅での平日９時台のチャネル使用状況を示す。

【0007】

また、ＩＳＭ帯で運用されている代表的なシステムである無線ＬＡＮは、２．４ＧＨｚ帯のほかに５ＧＨｚ帯など複数帯域の割当てがあるが、複数帯域に対応した機器が一般化している現在でも、周波数チャネルと同様に使用帯域に偏りが生じている。

【0008】

図１５は、東京駅周辺での２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚの受信電波強度を示す図である。

【0009】

図１５（ａ）は、東京駅での平日１５時台の２．４ＧＨｚ帯のチャネル使用状況であり、図１５（ｂ）は、同日同時刻帯での５ＧＨｚ帯のチャネル使用状況を示す。

【0010】

図１５に示すように、ある時間帯を見ると、未利用の無線リソースが存在している。例えば図１５では、２．４ＧＨｚ帯に混雑が見られるのに対し、５．６ＧＨｚ帯では空きがあることがわかる。

【0011】

一方で、従来の無線通信方式、たとえば、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）で標準化が行なわれた無線通信システムであるＬＴＥ（Long Term Evolution）リリース８（Rel-8）は、最大２０ＭＨｚの帯域を利用して通信を行うことが可能である。

【0012】

さらに、ＬＴＥの発展版であるＬＴＥ−Ａ（Long Term Evolution-Advanced）では、ＬＴＥとの後方互換性を確保しつつ、更なる高速伝送を実現するため、ＬＴＥでサポートされる帯域幅を基本単位としたコンポーネントキャリア(ＣＣ：Component Carrier）を複数束ねて同時に用いるキャリアアグリゲーション（ＣＡ：Career Aggregation）技術が採用され、最大で５ＣＣ（１００ＭＨｚ幅）を用いて１００ＭＨｚ幅の広帯域伝送が実現可能である。ただし、このようなキャリアアグリゲーションは、近接する周波数バンドでの異なるチャネルを用いた伝送である。

【0013】

上記のような高速化が図られてはいるものの、近年、 スマートフォン等の高機能な携帯端末の普及に伴って、移動通信トラヒックの需要が急激に増大している。

【0014】

その結果、従来からの無線ＬＡＮ（Local Area Network）の利用拡大に加え、スマートフォンの普及によるモバイルデータトラヒックの増大により無線ＬＡＮへのオフロードが進展し、免許不要帯域（２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯）でのトラヒックが急増している。

【0015】

また、ＩｏＴ（Internet Of Things）／Ｍ２Ｍ(Machine to Machine)社会の進展により、 上記周波数帯および９２０ＭＨｚ帯の更なる逼迫が懸念され、これらの周波数帯の周波数利用効率向上は喫緊の課題となっている。

【0016】

ここで、無線リソースの利用状況は、上述のように時間・場所・周波数帯や無線チャネル等によって変動するため、一部の周波数帯（や無線チャネル）のみが混雑する状況が発生し得る。

【0017】

しかしながら、既存の自営系無線システム（例えばＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ）は単一の周波数帯を用いるか、予め使用する帯域をひとつ決めてから通信を行う。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎは２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯のいずれを使用するかを予め設定する。このため、既存の自営系無線システム全体として無線リソースに空きがある場合であっても、輻輳が発生するおそれがある。

【0018】

ここで、無線通信リソースの有効利用を図るためコグニティブ無線技術が注目されている。コグニティブ無線技術とは、無線端末が周囲の電波の利用状況を認識し、その状況に応じて利用する無線通信リソースを変えることをいう。コグニティブ無線技術には、異なる無線通信規格を状況に応じて選択して使うヘテロジニアス型と、無線端末が空き周波数を探し出して必要な通信帯域を確保する周波数共用型とがある。

【0019】

ヘテロジニアス型においては、コグニティブ無線機は、周辺で運用されている複数の無線システムを認識し、各システムの利用度や実現可能な伝送品質に関する情報を入手し、適切な無線システムに接続する。即ち、ヘテロジニアス型のコグニティブ無線は、周辺に存在する無線システムの利用効率を高めることにより、間接的に周波数資源の利用効率を高めるものである。

【0020】

一方、周波数共用型においては、コグニティブ無線機は、他の無線システムが運用されている周波数帯域において、一時的、または局所的に利用されていない周波数資源（これは、ｗｈｉｔｅ ｓｐａｃｅと呼ばれる）の存在を検知し、これを利用して信号伝送を行う。即ち、周波数共用型のコグニティブ無線は、ある周波数帯域における周波数資源の利用効率を直接的に高めるものである。

【0021】

そして、上述したような免許不要帯域におけるトラヒックの増大の問題を解決する一手法として、使用周波数帯の異なる複数の無線ＬＡＮ規格（例えば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ規格と５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮ規格）を選択あるいは並行利用する、ヘテロジニアス型コグニティブ無線的アプローチが考えられる（たとえば、特許文献１、特許文献２）。

【0022】

しかし、このヘテロジニアス型コグニティブ無線的アプローチでは送信データを適宜分割し、それぞれどの周波数帯で伝送するかを事前に振り分けておく必要がある。この結果、各周波数帯の混雑度合いによっては使用周波数帯によって伝送遅延が大きく異なったり、データが宛先に到着する順番が入れ替わる、等の問題が新たに発生してしまう。

【0023】

そこで、互いに大きく分離した複数の周波数帯、たとえば、２．４ＧＨｚ帯無線ＬＡＮと５ＧＨｚ帯無線ＬＡＮにおいて、既存システムと周波数を共用して、コグニティブな無線通信を実現することが望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0024】

【特許文献1】特開２０１１−２１１４３３号明細書

【特許文献2】特開２０１３−１８７５６１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0025】

しかしながら、まず、上述したように複数の互いに分離した周波数帯域のいずれかで選択的に通信を行うという構成の場合において、次の送信タイミングで、いずれの周波数帯を使用するかを決定するためには、対象帯域内の多チャネルについてセンシングを行う必要がある。

【0026】

さらに、帯域内の複数チャネルをキャリアセンスし、帯域全体から送信時点で使用可能な周波数チャネルを複数同時に選択して通信を行う。

【0027】

一方、複数周波数帯域で同時送受信を行う場合には、候補となる対象帯域をセンシングして使用可能なチャネルを即時選択し使用することが必要になる。この場合は、対象帯域全体となるような多チャネルについて送信時に同時にキャリアセンスを行う必要があり、より一層のセンシングの効率化が必要となる。

【0028】

すなわち、複数周波数帯域同時送受信を行うため、混雑時にも出来るだけ高い確率で使用可能な空きチャネルを見つけるためには対象帯域全体を同時センシングするのが望ましい。しかし、多チャネルの同時センシングを単純な回路並列化で行うと回路規模や消費電力の増加を招き、コスト増やバッテリ動作可能時間の短縮が生じる。一方、センシング対象チャネルを無計画に減らすと混雑時に通信に必要な数の送信可能な周波数チャネルを確保できない可能性が高まる。また、時分割センシングなどの観測時間短縮を伴うセンシングでは精度が低下することで他局の送信時に送信を行ってしまいエラーが増加する懸念がある。そのため、センシングの効率化が必要となる。

【0029】

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の互いに分離した周波数帯域で使用する周波数帯を選択的に通信をする場合に、多チャネルの同時センシングを効率的に実行可能な無線通信装置および無線通信方法を提供することである。

【0030】

またこの発明の他の目的は、複数の互いに分離した周波数帯域で同時並行に通信をする場合に、多チャネルの同時センシングを効率的に実行可能な無線通信装置および無線通信方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0031】

この発明の１つの局面に従うと、互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を実行し、複数の周波数帯の複数の無線チャネルの少なくとも１つを利用して、信号を送信するための無線通信装置であって、送信パケットに対応するデジタル信号を生成するためのデジタル信号処理部と、デジタル信号を高周波信号に変換するための複数の高周波信号処理部と、複数の周波数帯において複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネルセンシングを実行するチャネル利用状況観測部と、チャネル利用状況観測部による複数の無線チャネルの所定のグループごとのチャネルセンシング結果に応じて、複数の無線チャネルからセンシング対象チャネルを選択し、選択された無線チャネルに対してキャリアセンスを実行させた結果に基づき、高周波処理部から信号を送信させるアクセス制御部と、観測されたチャネル利用状況に応じて、統計分析解析による予測に基づいて、選択されたセンシング対象チャネルが共通にアイドル状態の可能性が高いと予測されるセンシング期間を示す予測情報を生成するチャネル利用状況予測部とを備え、アクセス制御部は、予測情報に基づいて、センシング期間において送信時のキャリアセンスを実行し、アイドル状態が検出されることに応じて、高周波処理部から信号を送信させる。

【0032】

好ましくは、無線通信装置は、他の無線通信装置に、チャネルセンシングの実行を依頼し、チャネル利用状況観測部は、自身のチャネルセンシング結果および当該他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を利用状況として出力する。

【0033】

好ましくは、無線通信装置は、他の無線通信装置と、無線チャネルの所定のグループについてチャネルセンシングを行う無線チャネルを分担し、チャネル利用状況観測部は、自身のチャネルセンシング結果および当該他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を利用状況として出力する。

【0035】

この発明の他の局面に従うと、互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を実行し、複数の周波数帯の複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信装置であって、送信データを複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各周波数帯ごとに送信パケットを生成するためのデジタル信号処理部と、各周波数帯ごとに設けられ、デジタル信号を対応する周波数帯ごとの高周波信号に変換するための複数の高周波信号処理部と、複数の高周波処理部に共通に設けられ、複数の高周波処理部で使用されるクロック信号を生成するための局部発振器と、複数の周波数帯において複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネル利用状況を観測するチャネルセンシングを実行するチャネル利用状況観測部と、チャネル利用状況観測部による複数の無線チャネルの所定のグループごとのチャネルセンシング結果に応じて、複数の無線チャネルからセンシング対象チャネルを選択し、選択された無線チャネルに対してキャリアセンスを実行させた結果に基づき、高周波処理部から各部分データを複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信開始するアクセス制御部と、観測されたチャネル利用状況に応じて、統計分析解析による予測に基づいて、選択されたセンシング対象チャネルが共通にアイドル状態の可能性が高いと予測されるセンシング期間を示す予測情報を生成するチャネル利用状況予測部とを備え、アクセス制御部は、予測情報に基づいて、センシング期間において送信時のキャリアセンスを実行し、アイドル状態が検出されることに応じて、高周波処理部から信号を送信させる。

【0036】

好ましくは、無線通信装置は、他の無線通信装置に、チャネルセンシングの実行を依頼し、チャネル利用状況観測部は、自身のチャネルセンシング結果および当該他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を利用状況として出力する。

【0037】

好ましくは、無線通信装置は、他の無線通信装置と、無線チャネルの所定のグループについてチャネルセンシングを行う無線チャネルを分担し、チャネル利用状況観測部は、自身のチャネルセンシング結果および当該他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を利用状況として出力する。

【0039】

この発明のさらに他の局面に従うと、互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている無線通信装置が、複数の無線チャネルの少なくとも１つを利用して、信号を送信するための無線通信方法であって、送信パケットに対応するデジタル信号を生成するステップと、デジタル信号を高周波信号に変換するステップと、 複数の周波数帯において複数の無線チャネルの所定のグループごとに複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネルセンシングを実行するステップと、観測された利用状況に応じて、統計分析解析による予測に基づいて、選択されたセンシング対象チャネルが共通にアイドル状態の可能性が高いと予測されるセンシング期間を示す予測情報を生成するステップと、チャネルセンシングの結果に応じて、複数の無線チャネルからセンシング対象チャネルを選択し、予測情報に基づいて、センシング期間において送信時のキャリアセンスを選択された無線チャネルに対して実行し、アイドル状態が検出されることに応じて、高周波信号を送信させるステップとを備える。

【0040】

この発明のさらに他の局面に従うと、互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている無線通信装置が、複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信方法であって、送信データを複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各周波数帯ごとに送信パケットを生成するステップと、各周波数帯ごとに、デジタル信号を対応する周波数帯ごとの高周波信号に変換するステップと、複数の周波数帯に共通に設けられる局部発振器により、高周波信号に変換する処理のためのクロック信号を生成するステップと、複数の周波数帯において複数の無線チャネルの所定のグループごとに複数の無線チャネルの利用状況を観測するチャネルセンシングを実行するステップと、観測された利用状況に応じて、統計分析解析による予測に基づいて、選択されたセンシング対象チャネルが共通にアイドル状態の可能性が高いと予測されるセンシング期間を示す予測情報を生成するステップと、チャネルセンシングの結果に応じて、複数の無線チャネルからセンシング対象チャネルを選択し、予測情報に基づいて、センシング期間において送信時のキャリアセンスを選択された無線チャネルに対して実行し、アイドル状態が検出されることに応じて、高周波信号を、各部分データを複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信開始するステップとを備える。

【発明の効果】

【0041】

この発明によれば、多チャネルの同時センシングを効率的に実行可能である。

【0042】

また、この発明によれば、センシング結果により送信データを複数周波数帯域にマッピングし、送信タイミングを調整してデータ伝送を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】自局と相手局との通信におけるチャネルセンシングの概念を示す図である。

【図2】複数の互いに分離した周波数帯域における無線チャネルを説明するための概念図である。

【図3】図１で示した構成において実行されるチャネルセンシングを説明するための概念図である。

【図4】実施の形態１の送信機１０００の構成を説明するための機能ブロック図である。

【図5】実施の形態１の送信機１０００が他の送信機と共同して実施する「領域分担センシング」について説明するための概念図である。

【図6】チャネル分担センシングの構成を説明するための概念図である。

【図7】対象帯域の多チャネルのキャリアセンスを行う際に、予測センシングによりセンシングの対象チャネル数を削減する概念を説明するための図である。

【図8】実施の形態２の無線通信システムの構成を説明するための概念図である。

【図9】送信データを複数帯域にマッピングして送信し、受信側で一括受信して統合するための具体例を説明するための図である。

【図10】実施の形態２の送信装置１０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。

【図11】送信装置１０００´のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。

【図12】実施の形態２の受信装置２０００の構成を説明するための機能ブロック図である。

【図13】受信装置２０００のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。

【図14】東京駅と品川駅とで平日に測定された２．４ＧＨｚ帯の使用状況を示す図である。

【図15】東京駅周辺での２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚの受信電波強度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

以下、本発明の実施の形態の無線通信システムおよび無線通信装置の構成を説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。

【0045】

なお、以下では、本発明の受信装置を説明する一例として、上述したような互いに大きく分離した複数の既存の免許不要帯域（たとえば、ＩｏＴなどに使用される９２０ＭＨｚ帯、無線ＬＡＮに使用される２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯）において、既存システムと周波数を共用して、コグニティブな無線通信を行うことが可能な無線通信システムにおける送信装置を例とする実施の形態を説明する。

【0046】

また、以下では、「キャリアセンス」とは、電力検出または受信信号の復号を伴う仮想キャリアセンスにより、対象とする無線チャネルの信号の存在の有無を検出し送信タイミングの判断を行うためのセンシングを意味し、「チャネルセンシング」とは、キャリアセンスとしてのセンシングに加えて、対象チャネルの使用状況を把握するために、通信のモニタなどを実行するセンシングを意味するものとする。
［実施の形態１］
まず、複数の互いに分離した周波数帯域のいずれか少なくとも１つで選択的に通信を行うという構成の場合において、次の送信タイミングで、いずれの周波数帯を使用するかを決定するために、対象帯域の多チャネルの同時チャネルセンシングを行う構成について説明する。

【0047】

図１は、自局と相手局との通信におけるチャネルセンシングの概念を示す図である。

【0048】

自局１０は、これから相手局２０に対して、送信を行おうとする場合は、まず、使用帯域のうちの複数のチャネルについて、使用状況を確認するためにチャネルセンシングを行う。

【0049】

ここで、自局１０の近辺で、使用可能帯域のチャネルのいずれかを使用する他の通信装置３０．１〜３０．４がある場合は、これらは、干渉源となり、干渉波の影響を避けて通信を行うことになるために、自局１０は、空いている周波数帯のチャネルを検出し使用して、相手局２０と通信を行う。

【0050】

図２は、複数の互いに分離した周波数帯域における無線チャネルを説明するための概念図である。

【0051】

図２では、例として、横軸を周波数とし、免許不要帯域として、上述した９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯を示す。各周波数帯域には、それぞれ、通信において選択的に使用される複数の無線チャネルが含まれる。

【0052】

図３は、図１で示した構成において実行されるチャネルセンシングを説明するための概念図である。

【0053】

一例として、図３においては、まず、受信期間または待機期間において、自局１０が、上記複数の無線帯域における無線チャネルについて、無線チャネルの所定のグループごとに、センシングするものとする。ここでは、このような「無線チャネルの所定のグループごとのチャネルセンシング」を、センシング１、センシング２、センシング３、…、センシングｎと呼んでいる。「無線チャネルの所定のグループ」とは、それぞれの周波数帯域について複数の無線チャネルをいくつかのグループに分けていてもよく、また、複数の周波数帯域の無線チャネルを、各周波数帯域ごとにグループと呼んでもよい。このように、複数の無線帯域における複数の無線チャネルを、グループ分けしてチャネルセンシングすることで、チャネルセンシングに要する機器の負荷を抑制することが可能である。このような「無線チャネルの所定のグループごとのチャネルセンシング」は、所定グループについて巡回的に実施する構成としてもよい。

【0054】

そして、このような受信期間または待機期間において、自局１０が、実施するチャネルセンシングを、「バックグラウンドセンシング」と呼ぶことにする。

【0055】

なお、このようなバックグラウンドセンシングとしてのチャネルセンシングは、後に説明するように、自局１０の無線通信装置単独で実施されてもよいし、他局の無線通信装置と協調して実行されてもよい。

【0056】

さらに、自局１０が、バックグラウンドセンシングにより得られた無線チャネルの利用状況に基づいて、送信期間において、自局１０からの送信タイミングを決定するために、無線チャネルの空きを探索するために実行するキャリアセンスを、リアルタイムセンシングと呼ぶ。

【0057】

リアルタイムセンシングにおいては、バックグラウンドセンシングで得られた情報に基づき、以下のようにして、センシングを実行する対象となる無線チャネルを選択して、キャリアセンスを実行する。

【0058】

ｉ）バックグラウンドセンシングにおいて、所定期間中に使用される率（使用率）が所定以下であった無線チャネルをセンシング対象として選択する（あるいは、使用される率が所定以上であった無線チャネルを対象から除外する）。

【0059】

ｉｉ）後述するように、バックグラウンドセンシングにおける利用状況からの予測に基づいて、複数の無線チャネルごとに、アイドル状態となっている可能性が高いと予測される期間においてキャリアセンスを実行する。

【0060】

図４は、実施の形態１の送信機１０００の構成を説明するための機能ブロック図である。

【0061】

図４を参照して、送信装置１０００は、送信データに対して、誤り訂正符号化処理を行うための誤り訂正符号化部１１１０と、誤り訂正符号化後のデータに対してインターリーブ処理を行うインターリーブ部１１１２と、アクセス制御部１０８０からの指示に応じて、選択される周波数帯の通信に対応したマッピング処理や物理ヘッダの付加など所定の無線通信方式で通信するための無線フレーム（パケット）を形成するデジタル処理を実行するための無線フレーム生成部１０１６と、無線フレーム生成部１０１６からのデジタル信号に対して、アクセス制御部１０８０からの指示に応じて、選択された周波数帯域について後続する処理へとデータを選択的に与えるための帯域選択部１０１８．１〜１０１８．３と、それぞれ、対応する周波数帯について、デジタルアナログ変換処理、所定の変調方式への変調処理（たとえば、所定の多値変調方式のための直交変調処理）、アップコンバート処理、電力増幅処理などを実行する高周波処理部（ＲＦ部）１０４０．１〜１０４０．３と、ＲＦ部１０４０．１〜１０４０．３の高周波信号をそれぞれ送出するためのアンテナ１０５０．１〜１０５０．３とを含む。

【0062】

さらに、送信装置１０００は、各周波数帯（各周波数帯の中では１つ以上の無線チャネル）の利用状況（各無線チャネルの空き状況など）を観測するチャネル利用状況観測部１０６０と、チャネル利用状況観測部１０６０の観測結果（利用状況情報）に基づいて、所定のタイミングでのチャネル利用状況を予測するチャネル利用状況予測部１０７０と、無線フレーム生成部１０１６、帯域選択部１０１８．１〜１０１８．３、ＲＦ部１０４０．１〜１０４０．３およびチャネル利用状況観測部１０６０を制御して、制御された送信タイミングにおいて所定の期間につき、リアルタイムセンシングで未使用であると判明した周波数帯・無線チャネルを選択して、無線パケットを送信するように制御するアクセス制御部１０８０とを含む。ここでは、チャネル利用状況観測部１０６０が上述したキャリアセンスおよびチャネルセンシングを実行する構成とする。

【0063】

なお、後述するように、チャネル利用状況を予測することは、本実施の形態において必須ではなく、単に、バックグラウンドセンシングでの利用状況、たとえば使用率に基づいて、リアルタイムセンシングの対象となる無線チャネルを選択する構成であってもよい。
（領域分担センシング）
図５は、実施の形態１の送信機１０００が他の送信機と共同して実施する「領域分担センシング」について説明するための概念図である。

【0064】

このような「領域分担センシング」は、図３で説明したバックグラウンドセンシングにおいて実行されるものとして説明する。

【0065】

図３で説明したバックグラウンドセンシングの時に、自局１０では、障害物などのために、干渉源３０．１〜３０．３からの信号が受信できず、相手局２０では受信信号が弱く復調が出来ないことで各干渉源の信号を分離識別できず、通信の開始時刻や継続時間の判定が難しい場合が存在しうる。

【0066】

そこで、自局１０は、近隣の他局４０に対して、センシングを依頼することで、自局１０と他局４０とで、ある時刻におけるチャネルセンシングを分担して行う構成とすることができる。なお、他局４０は、基地局だけでなく、端末であってもよい。

【0067】

この場合、チャネル利用状況観測部１０６０は、自身のチャネルセンシング結果だけでなく、チャネルセンシングを依頼した他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を図示しない受信部を介して受信する。そして、自身および他の無線通信装置からの情報を、利用状況情報として、チャネル利用状況予測部１０７０に与える。

【0068】

分担センシングにより、自局のチャネルセンシングの結果のみならず、各干渉源の送信周期や送信継続時間またはその統計処理結果を他局からも提供してもらうことで、無線チャネルの使用率の判定や、後述するようなアイドル状態の継続時間およびビジー状態の継続時間の予測が可能となる。この結果、干渉波の受信状態をより検知しやすい領域に存在する局（端末）から通知されるセンシング情報を利用することができるので、無線チャネルの使用率の判定の精度や、送信時のキャリアセンスの対象とする空きの可能性が高い期間の予測精度を高めることができる。
（チャネル分担センシング）
さらに、バックグラウンドセンシングにおけるセンシングチャネル数を削減するため、近傍の端末間でセンシングする無線チャネルを分担する構成とすることも可能である。

【0069】

図６は、チャネル分担センシングの構成を説明するための概念図である。

【0070】

センシングチャネル数削減のため、近傍の局または端末間で無線チャネルのセンシングを分担する。図６においては、各周波数帯において周波数チャネルを自局１０、分担局４０．１および分担局４０．２で分担する構成としてる。ここでは、たとえば、各周波数帯において、自局１０がチャネル１（ＣＨ１）を、分担局４０．１がチャネル２（ＣＨ２）を、分担局４０．２がチャネル３（ＣＨ３）を分担することとしている。各周波数帯において、自局および各分担局が担当する無線チャネルの個数は、上記のように１つでもよいし、２以上であってもよい。

【0071】

ただし、分担するチャネルの配分方法としては、周波数帯域で分けて、例えば、自局１０が２．４ＧＨｚ帯の複数チャネルを、分担局４０．１が５ＧＨｚ帯低域の複数チャネルを、分担局４０．２が５ＧＨｚ帯高域の複数チャネルを分担するというように、周波数の所定の帯域ごとにそれぞれが複数の無線チャネルを分担する構成としてもよい。

【0072】

これらの場合、チャネル利用状況観測部１０６０は、自身のチャネルセンシング結果だけでなく、チャネルセンシングを分担した他の無線通信装置からのチャネルセンシング結果を図示しない受信部を介して受信する。そして、自身および他の無線通信装置からの情報を、利用状況情報として、チャネル利用状況予測部１０７０に与える。

【0073】

このような分担については、分担の配分方式および分担する局（端末）数については予め定められており、分配方式で定められた各分担チャネルを、どの局（端末）が分担するかは、所定のタイミングで、近傍の局（端末）間でのネゴシエーションにより定める構成とすることができる。そして、自局および各分担局は、相互にチャネルセンシングの結果を通信することで共有する。

【0074】

また、自局の送信中には送信周波数チャネルやその近傍の周波数をセンシングすることが難しいので、送信の影響を受けにくい分担局がこの帯域の周波数チャネルのセンシングすることで同一の周波数チャネルのセンシングにおいてタイミングを分担して情報を補う方法もある。

【0075】

このようにして、１つの局（端末）あたりで、センシング対象とするチャネルの数を削減することが可能である。

【0076】

なお、「領域分担センシング」と「チャネル分担センシング」とを組み合わせて実施することも可能である。
（予測センシング：アイドル期間の予測によるセンシング対象チャネル数の削減）
以下では、バックグラウンドセンシング中に得られた利用状況情報に基づき、チャネル利用状況予測部１０７０により、リアルタイムにキャリアセンスを行う無線チャネルを選択しセンシングする期間を予測して設定する構成について説明する。まず、チャネル利用状況観測部１０６０およびチャネル利用状況予測部１０７０の動作を説明する前提として、用語の説明のために、無線ＬＡＮにおいて、各端末からの送信の衝突を回避する一般的な方法について簡単に説明する。

【0077】

無線ＬＡＮでは、お互いに送信を待ち合わせないとパケットが衝突して効率的な通信が成り立たないため、ほかに送信信号がないことを確認してから送信することで複数の端末が同じ回線を共用する「ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）」と呼ばれる方式が採用されている。送信時には、「待ち時間（ＤＩＦＳ：Distributed access Inter Frame Space）」及び「コンテンション・ウィンドウ（ＣＷ：Contention Window）」と呼ぶランダム性を有する待ち時間を設け、その後に、ほかに送信信号がないことを確認してから送信する。このような方式を「ＣＡ（Collision Avoidance、衝突回避）」と呼ぶ。

【0078】

また、送信後には、必ず「ＡＣＫ（ACKnowledgement、到着確認応答）」を待ち、ＡＣＫが戻らない場合は衝突などが起きたと判断して再送信を行う。これは無線の場合、送信中に衝突を確実に検出するのが困難なためである。

【0079】

これ以外にも、無線ＬＡＮ固有のアクセス制御の仕組みとして、たとえば、隠れ端末対策のために考案された「ＲＴＳ／ＣＴＳ（Request to Send/Clear to Send）」がある。ここで、隠れ端末とは、自分からは電波圏外だが、通信相手の電波圏内にいる端末のことである。その存在を直接知ることはできないが、干渉を引き起こす。

【0080】

電波の到達距離をＬｍと仮定すると、無線端末Ａの通信相手Ｂ（アクセスポイント）がＬｍ先におり、さらにそのＬｍ先に別の無線端末Ｃがいるという状況を考える。

【0081】

このとき、端末Ｃの電波は端末Ａまで届かないため、端末Ａがほかの端末が信号を送出しているか調べても（キャリアセンスしても）端末Ｃの存在がわからないことから、端末Ｃは端末Ａの隠れ端末になる。何も対策をとらないと、端末ＣがアクセスポイントＢに送信中であっても、端末ＡもアクセスポイントＢにデータを送信してしまうことが起きてしまうことになる。これは、アクセスポイントＢで衝突を引き起こし、スループットを下げる要因になる。

【0082】

ＲＴＳ／ＣＴＳとは、無線機器が送信前に「ＲＴＳ（送信要求）」のパケットを送信し、受信側がＲＴＳを受信した場合には「ＣＴＳ（受信可能）」で応答する仕組みである。前述の例では、端末ＣはアクセスポイントＢにまずＲＴＳを送信する。ただし、このＲＴＳは、端末Ａには届かないとする。

【0083】

その後、アクセスポイントＢは、端末Ｃに対してＣＴＳを送信することで受信可能なことを通知する。このＣＴＳは、端末Ａにも届くため、端末Ａは近隣で通信が行なわれることを察知し、送信を延期する。ＲＴＳ／ＣＴＳのパケットには、チャネルの占有予定期間が書かれており、その間これを受信した端末は通信を保留する。この期間を「ＮＡＶ（Network Allocation Vector、送信禁止期間）」と呼ぶ。

【0084】

チャネル利用状況観測部１０６０からチャネル利用状況予測部１０７０に与えられる所定期間についての観測・計測の結果から、チャネル利用状況予測部１０７０が算出および予測する各無線チャネルの利用状況統計量としては、以下のようなものがある。

【0085】

ａ）ビジー（busy）状態となる確率（時間的利用率）
ｂ）ビジー（busy）状態とアイドル（idle）状態の継続時間の確率分布
ｃ）直前のビジー（busy）/アイドル（idle）状態継続時間に対するアイドル（idle）/ビジー（busy）状態の継続時間の発生確率分布（たとえば、確率密度関数（ＰＤＦ：probability density function）や累積確率（ＣＤＦ：cumulative distribution function））
ｄ）ビジー（busy）状態とアイドル（idle）状態の発生パターン（周期とduty比 : 背景トラヒックが周期的な場合）
以下では、上記のうち、チャネル利用状況予測部１０７０が算出する予測情報の具体例を説明する。

【0086】

１）「アイドル（idle）状態の継続時間の発生確率分布」の算出方法
無線ＬＡＮのフレーム到来間隔τの確率密度関数（PDF）p(τ)は、以下の式（１）で表されるパレート（Pareto）分布に概ね従うことが知られている（以下の文献１を参照）。

【0087】

文献１：Dashdorj Yamkhin and Youjip Won, ”Modeling and analysis of wireless LAN traffic，” Journal of Information Science and Engineering, vol. 25, no. 6, pp. 1783-1801, Nov. 2009.

【0088】

【数1】

ここで、ａは分布形状を決定する係数、τ_mは最小フレーム到来間隔である。

【0089】

また、ａとτ_mが与えられた場合、τの平均μと分散σ²は、ａ＞２では以下の式（２）および（３）で与えられる。

【0090】

【数2】

例えばIEEE 802.11 DCF規格の場合、データフレームの最小到来間隔は、上述したＤＩＦＳ＋ＣＷ以上であるため、ＣＷの最小値をＣＷｍｉｎとしたときτ_m＝ＤＩＦＳ＋ＣＷｍｉｎと設定する。アイドル（idle） 状態の継続時間をフレーム到来間隔とし、チャネルセンシング結果からμやσ²を計測すれば、上の式を用いて、チャネル利用状況予測部１０７０は、ａの値を推定できる。

【0091】

そして、aの値が求まれば、アイドル（idle） 状態が、τ時間以上継続する確率Ｃ（τ）として、チャネル利用状況予測部１０７０は、次式で表される発生確率分布を得る。

【0092】

【数3】

使用予定の無線チャネルが アイドル（idle）状態となった場合、その時点からt後まで アイドル（idle）状態が継続する確率は、Ｃ（τ）から求めることができる。

【0093】

２）センシングの結果、アイドル（idle）継続時間とビジー（busy）継続時間が、それぞれ毎回ほぼ同じ時間であり、チャネル利用状況予測部１０７０がトラヒックが周期的であると判断した場合は、アイドル（idle）状態の継続時間の発生確率分布として、例えば、アイドル（idle）状態開始時時点からアイドル（idle）状態の継続時間の平均値（中央値や最小値でも良い）までの間のアイドル（idle）継続確率を１００％、とし、それ以降は０％とするステップ関数としても良い。

【0094】

３）一方、使用予定の無線チャネルが ビジー（busy）状態の場合（たとえば、後述する図７の５ＧＨｚ帯の現在の状態）、飛来しているパケット（フレーム）の物理ヘッダに記載されているフレーム長や、ＭＡＣフレームに記載されているＮＡＶの値を復号することで、チャネル利用状況予測部１０７０は、ビジー（busy）状態の継続時間を取得しビジー状態の継続時間を予測することができる。

【0095】

図７は、対象帯域の多チャネルのキャリアセンスを行う際に、予測センシングによりセンシングの対象チャネル数を削減する概念を説明するための図である。

【0096】

図７においては、例として、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯を同時にセンシングする場合を説明するが、同時にセンシングする周波数帯は、より多くてもよい。

【0097】

図７に示すように本実施の形態では、たとえば、すべてのチャネルを必ずしも同時にはセンシングせずに、センシング期間を選択してキャリアセンスを行う。

【0098】

この際には、上述したような統計分析解析により各送信の周期等を予測して、空き状態（アイドル状態）の可能性が高いと予測される期間でのみ当該チャネルを送信時のキャリアセンスの対象とする。なお、このキャリアセンス対象チャネル数は送信に必要なチャネル数と同数でもよく、また、予測精度に応じてより多くしてもよい。

【0099】

以上のようにして、アイドル状態の継続時間およびビジー状態の継続時間を予測することで、アイドル状態である確率が高いと予想される期間において、キャリアセンスを行う構成とすることができる。予測結果により空きの可能性が高い期間でのみ当該チャネルを送信時のキャリアセンスの対象とすることで、複数周波数帯域における送受信のためのセンシングを効率的に行うことができる。
［実施の形態２］
実施の形態１で説明したようなチャネルセンシングの技術は、複数帯域の複数チャネルをセンシングし、帯域全体から送信時点で使用可能な周波数チャネルを複数同時に選択して通信を行う、複数周波数帯域同時送受信を行う場合にも使用可能である。

【0100】

ここで、実施の形態２の無線通信装置については、一般的に、互いに分離した複数の周波数帯域を用いて、同一の無線方式で同期したタイミングで同時並行的に通信を行う受信装置に適用することが可能である。また、本発明の無線通信装置においては、後に説明するように、互いに分離した複数の周波数帯域を用いて、異なる無線方式で同期したタイミングで同時並行的に通信を行う受信装置に適用することも可能である。

【0101】

図８は、実施の形態２の無線通信システムの構成を説明するための概念図である。

【0102】

図８を参照して、送信側では、９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯の３つの周波数帯を使用することを前提に、各帯域で無線チャネルを１つずつ使用するものとして、送信フレームを構成する。

【0103】

なお、各周波数帯で、複数チャネルを使用することとしてもよいが、以下では、周波数帯ごとに１チャネルを使用するものとして説明する。

【0104】

実施の形態２では以下の特徴を有する無線アクセス制御を行う。

【0105】

すなわち、まず、送信側では、後述するような方法で複数周波数帯の利用状況（各無線チャネルの空き状況など）をセンシングして観測する。

【0106】

続いて、送信側では、あるタイミングで、１つ以上の未使用な周波数帯・無線チャネルで同時に無線パケット（フレーム）を送信する。このとき、送信データを複数帯域にマッピングして送信する。

【0107】

一方で、受信側では複数帯域を一括受信してデータを統合する。

【0108】

送受信において、このような構成にすると、帯域間で混雑状況に偏りがあっても送信機会を確保できるため周波数利用効率の向上と伝送遅延の低減が期待でき、またデータの到着順番が入れ替わるような問題も発生しない。

【0109】

図９は、送信データを複数帯域にマッピングして送信し、受信側で一括受信して統合するための具体例を説明するための図である。

【0110】

図９に示すように、送信データを送信系列を使用する各帯域の伝送レートＲｉに比例するシンボル数ずつ区切って各帯域に、シリアル／パラレル変換により割り当てる。

【0111】

例えば、（５ＧＨｚ帯伝送レート：２．４ＧＨｚ帯伝送レート：９２０ＭＨｚ帯伝送レート）＝（Ｒ１：Ｒ２：Ｒ３）＝（３：２：１）ならば、送信データの系列を６シンボル毎に区切り、５ＧＨｚ帯（ch1）、２．４ＧＨｚ帯（ch2）、９２０ＭＨｚ帯（ch3）にはその中の３シンボル、２シンボル、１シンボルを割り当てる。なお、送信系列を分割して割り当てる際には、このような場合に限定されず、より一般には、ｍ個の周波数帯を使用する場合は、周波数帯の伝送レートの比を、（Ｒ１：Ｒ２：…：Ｒｍ）（比率は、既約に表現されるとする）とするとき、送信系列を（Ｒ１＋Ｒ２＋…＋Ｒｍ）×ｎ（ｍ，ｎ：自然数）シンボル毎に区切り、各チャネルには、（Ｒ１×ｎ）シンボル、（Ｒ２×ｎ）シンボル、…、（Ｒｍ×ｎ）シンボルを割り当てるものとしてもよい。

【0112】

そのような割り当ての後に、各帯域ごとに、送信シンボルに対して物理ヘッダをつけて、パケットとし、これらのパケットを同一タイミングで同時並列的に送信する。

【0113】

送信側で各帯域に割り当てられたシンボル数については、この物理ヘッダ内に情報として格納するか、送信前に制御情報として予め設定される。

【0114】

受信側では、各帯域上の物理ヘッダを利用して同期と復調処理を行う。復調された各系列を送信側と逆の処理で、パラレル／シリアル変換により結合し、フレームの復号を行う。
［送信装置の構成］
図１０は、実施の形態２の送信装置１０００´の構成を説明するための機能ブロック図である。

【0115】

図１０を参照して、送信装置１０００´は、送信系列のデータに対して、誤り訂正符号化処理を行うための誤り訂正符号化部１１１０と、誤り訂正符号化後のデータに対してインターリーブ処理を行うインターリーブ部１１１２と、図６で説明したように各周波数帯域に割り当てる処理をするためのシリアル／パラレル変換（以下、Ｓ／Ｐ変換）部１０１０と、Ｓ／Ｐ変換後のデータに対して、周波数帯域ごとに、マッピング処理や物理ヘッダの付加など、所定の無線通信方式で通信するための無線フレーム（パケット）を形成するデジタル処理を実行するための無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３と、無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３からのデジタル信号に対して、それぞれ、デジタルアナログ変換処理、所定の変調方式への変調処理（たとえば、所定の多値変調方式のための直交変調処理）、アップコンバート処理、電力増幅処理などを実行する高周波処理部（ＲＦ部）１０４０．１〜１０４０．３と、ＲＦ部１０４０．１〜１０４０．３の高周波信号をそれぞれ送出するためのアンテナ１０５０．１〜１０５０．３とを含む。ＲＦ部１０４０．１〜１０４０．３の動作は、これらに共通に設けられた局部発振器１０３０からのクロックに基づいて制御される。

【0116】

さらに、送信装置１０００は、各周波数帯（各周波数帯の中では１つ以上の無線チャネル）の利用状況（各無線チャネルの空き状況など）を観測するチャネル利用状況観測部１０６０と、チャネル利用状況観測部１０６０の観測に基づいて、所定のタイミングでのチャネル利用状況を予測するチャネル利用状況予測部１０７０と、無線フレーム生成部１０２０．１〜１０２０．３の処理タイミングおよびＲＦ部での送信タイミングを制御して、制御された同一の送信タイミングにおいて所定の期間につき未使用な周波数帯・無線チャネルで同時に無線パケットを送信するように制御するアクセス制御部１０８０とを含む。

【0117】

ここでも、チャネル利用状況観測部１０６０が上述したキャリアセンスおよびチャネルセンシングを実行する構成とする。

【0118】

ここで、アクセス制御部１０８０は、送信時に候補となる対象帯域をキャリアセンスした結果に応じて使用可能であると判明したチャネルを選択し使用して、制御された同一の送信タイミングにおいて未使用な周波数帯・無線チャネルで同時に無線パケットを送信することになる。

【0119】

このような構成の送信装置１０００により、図６で説明したように、データを複数帯域にマッピングして送信し、受信側では複数帯域を一括受信してデータを統合する。

【0120】

図１１は、送信装置１０００´のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。

【0121】

図１１に示した機能ブロック図は、一例として、無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式に従う送信装置の構成を示す。

【0122】

すなわち、無線通信規格８０２．１１ａは、５ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ通信方式であるものの、図１１では、２．４ＧＨｚ、９２０ＭＨｚ帯でも、周波数帯が異なるだけで、それ以外は同様の構成の無線通信方式に従う受信部を使用するものとする。

【0123】

したがって、各周波数帯域において、パケットのプリアンブル部分の構成などは、複数の周波数帯について共通であるものとする。

【0124】

ただし、必ずしも、各周波数帯の無線通信方式が同様の構成を有していることは必須ではなく、周波数帯ごとに無線通信方式（信号形式、シンボル長やサブキャリア間隔など）が異なっていてもよい。この場合は、少なくとも単一の送信系列を各帯域に分割して同時に送信し、また、周波数帯が異なる以外は、ＲＦ部の構成が基本的に同一であればよく、パケットのプリアンブル部分の構成（プリアンブルの長さなど）が、複数の周波数帯ごとに異なっていてもよい。

【0125】

図１１では、５ＧＨｚ帯の送信に係る構成を代表して例示的に示す。無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式を想定しているので、伝送する信号は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調するものとする。

【0126】

図１１を参照して、無線フレーム生成部１０２０．３は、Ｓ／Ｐ変換部１０１０から分配された送信データを受けて、マッピング処理を実行するためのマッピング部１１２２と、逆フーリエ変換処理を実行するためのＩＦＦＴ部１１３０と、ガードインターバル部分を付加するためのＧＩ付加部１１４０と、デジタル信号をＩ成分およびＱ成分のアナログ信号に変換するためのデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）１１５０とを含む。

【0127】

高周波処理部１０４０．３は、ＤＡＣ１１５０からの信号を所定の多値変調信号に変調するための直交変調器１２１０と、直交変調器１２１０の出力をアップコンバートするアップコンバータ１２２０と、アップコンバータ１２２０の出力を電力増幅しアンテナ１０５０．３から送出するための電力増幅器１２３０とを含む。

【0128】

その結果、ＲＦ部１０４０．３により、基底帯域ＯＦＤＭ信号は搬送帯域ＯＦＤＭ信号に変換される。

【0129】

さらに、高周波処理部１０４０．３は、局部発振器１０３０からの参照周波数信号を対応する周波数帯域の基準クロック信号に変換するためのクロック周波数変換部１３１０と、クロック周波数変換部１３１０からの基準クロックに基づいて、直交復調器１２１０での変調処理に使用するクロックを生成するクロック生成部１３２０と、クロック周波数変換部１３１０からの基準クロックに基づいて、アップコンバータ１２２０でのアップコンバート処理に使用するクロックを生成するクロック生成部１３４０とを含む。

【0130】

すなわち、局部発振器１０３０からの参照周波数信号は、このような基底帯域ＯＦＤＭ信号から搬送帯域ＯＦＤＭ信号への変換におけるクロック信号として使用される。なお、より一般に、無線通信方式が異なる場合でも、基本的に、局部発振器１０３０からの参照周波数信号は、基底帯域信号から搬送帯域信号への変換におけるクロック信号として使用される。

【0131】

なお、チャネル利用状況観測部１０６０およびチャネル利用状況予測部１０７０の構成および動作については、実施の形態１で説明したものと同様のものを使用することができる。

【0132】

すなわち、チャネル利用状況観測部１０６０は、動作状況に応じて、バックグラウンドセンシングにおいて、「領域分担センシング」と「チャネル分担センシング」との少なくとも一方の処理と、リアルタイムセンシングの処理とを行う。また、チャネル利用状況予測部１０７０は、「予測センシング」で説明した処理を行う。

【0133】

このとき、複数周波数同時送信のために、送信に必要な数のチャネルが同時に空き状態（アイドル状態）となる可能性が高いと予測される期間でのみ当該複数チャネルを送信時のキャリアセンスの対象とする。

【0134】

この場合、「予測センシング」を実行するときは、空き状態（アイドル状態）の可能性が高いと予測される期間でのみ当該チャネルをキャリアセンスするので、少ないキャリアセンス回路で回路数以上のチャネルを効率良くセンシングできるため、送信に必要なチャネル数を獲得できる可能性が高まる。また、必要な送信チャネル数を獲得できる可能性が極めて低いと考えられる場合にはセンシングを行なわない事でキャリアセンスの負荷を低減することが出来る。予測される期間が複数の周波数帯で重なり、かつ、その時点でのキャリアセンスの結果により、複数チャネルが同時にアイドル状態であると判断されたときに、これらの複数チャネルを使用して、複数周波数帯域同時送信を行う。

【0135】

すなわち、チャネル利用状況観測部１０６０は、自局のセンシング結果および／または分担局のセンシング結果により、各周波数帯の利用状況（例えば各無線チャネルの空き状況やビジー確率等）を観測し、チャネル利用状況予測部１０７０は、各周波数帯の直近の利用状況を予測し、それに応じて、予測結果により空きの可能性が高い期間でのみ当該チャネルを送信時のキャリアセンスの対象とすることで、複数周波数帯域同時送受信のためのチャネルセンシングを効率的に行うことができる。
［受信装置の構成］
以下では、図８で説明したような無線通信システムで使用される受信装置の構成について説明する。

【0136】

図１２は、実施の形態２の受信装置２０００の構成を説明するための機能ブロック図である。

【0137】

図１２を参照して、受信装置２０００は、複数の周波数帯域（９２０ＭＨｚ帯、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯）の信号をそれぞれ受信するためのアンテナ２０１０．１〜２０１０．３と、アンテナ２０１０．１〜２０１０．３の信号のダウンコンバート処理、復調・復号処理などの受信処理を実行するための受信部２１００．１〜２１００．３と、受信部２１００．１〜２１００．３に対して共通に設けられ、受信部２１００．１〜２１００．３の動作の基準となるクロックである参照周波数信号を生成する局部発振器２０２０と、受信部２１００．１〜２１００．３からの信号の各系列を送信側と逆の処理で、パラレル／シリアル変換により結合するためのパラレル／シリアル変換部２７００とを含む。

【0138】

パラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部２７００からの統合されたフレームの出力は、上位レイヤーに受け渡される。

【0139】

受信装置２０００は、受信した信号のプリアンブル信号から局部発振器２０２０の周波数オフセットの検出を行って、局部発振器２０２０の発振周波数を制御するための信号（発振周波数制御信号）を生成し、搬送波周波数同期処理を行い、また、受信した信号からデジタル信号処理におけるタイミング同期をとるための信号（同期タイミング信号）を生成する同期処理部２６００を含む。

【0140】

受信部２１００．１は、アンテナ２０１０．１からの信号を受けて、低雑音増幅処理、ダウンコンバート処理、所定の変調方式に対する復調処理（たとえば、所定の多値変調方式に対する直交復調処理）、アナログデジタル変換処理等を実行するための高周波処理部（ＲＦ部）２４００．１と、ＲＦ部２４００．１からのデジタル信号に対して、復調・復号処理等のベースバンド処理を実行するためのベースバンド処理部２５００．１を含む。

【0141】

受信部２１００．２も、対応する周波数帯域についての同様の処理を行うための高周波処理部（ＲＦ部）２４００．２ならびにベースバンド処理部２５００．２を含む。また、受信部２１００．３も、対応する周波数帯域についての同様の処理を行うための高周波処理部（ＲＦ部）２４００．３ならびにベースバンド処理部２５００．３を含む。

【0142】

ベースバンド処理部２５００．１〜２５００．３およびパラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部２７００とを総称して、デジタル信号処理部２８００と呼ぶ。

【0143】

図１３は、図１２に示した受信装置２０００のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。

【0144】

図１３に示した機能ブロック図でも、一例として、無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式に従う受信装置の構成を示す。

【0145】

したがって、受信装置の構成は、図１１に示した送信装置の構成に対応するものである。

【0146】

図１３でも、５ＧＨｚ帯の受信部２１００．３の構成を代表して例示的に示す。

【0147】

図１３を参照して、受信部２１００．３のＲＦ部２４００．３は、アンテナ２０１０．３からの受信信号を増幅するための低雑音増幅器３０１０と、低雑音増幅器３０１０の出力を周波数変換するためのダウンコンバータ３０２０と、ダウンコンバータ３０２０の出力を所定の振幅となるように制御するための自動利得制御器３０３０と、所定の多値変調信号を復調するための直交復調器３０４０と、直交復調器３０４０のＩ成分出力およびＱ成分出力をそれぞれデジタル信号に変換するためのアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）３０５０とを含む。

【0148】

ＲＦ部２４００．３は、さらに、局部発振器２０２０からの参照周波数信号を対応する周波数帯域の基準クロック信号に変換するためのクロック周波数変換部３０６０と、クロック周波数変換部３０６０からの基準クロックに基づいて、ダウンコンバータ３０２０でのダウンコンバート処理に使用するクロックを生成するクロック生成部３０７０と、クロック周波数変換部３０６０からの基準クロックに基づいて、直交復調器３０４０での復調処理に使用するクロックを生成するクロック生成部３０８０とを含む。

【0149】

無線通信規格８０２．１１ａと同様の無線通信方式を想定しているので、伝送されてきた信号は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調されている。その結果、ＲＦ部２４００．３により、搬送帯域ＯＦＤＭ信号は、基底帯域ＯＦＤＭ信号に変換される。

【0150】

そして、局部発振器２０２０からの参照周波数信号は、このような搬送帯域ＯＦＤＭ信号から基底帯域ＯＦＤＭ信号への変換における搬送周波数同期に使用される。なお、より一般に、無線通信方式が異なる場合でも、基本的に、局部発振器２０２０からの参照周波数信号は、搬送帯域信号から基底帯域信号への変換における搬送周波数同期に使用される。

【0151】

再び、図１３に戻って、ベースバンド処理部２５００．３は、ＡＤＣ３０５０からの信号を受けて、ガードインターバル部分を除去するためのＧＩ除去部４０１０と、ガードインターバルが除去された信号に対して、高速フーリエ変換を実行するためのＦＦＴ部４０２０と、ＦＦＴ部４０２０の出力に対して、デマッピング処理を実行するためのデマッピング部４０３２とを含む。

【0152】

ベースバンド処理部２５００．１〜２５００．３において、ガードインターバルの除去、ＦＦＴ処理およびデマッピング処理を実施した後に、受信データについて、Ｐ／Ｓ変換部２７００により各周波数帯の信号を結合した後に、デインターリーブ部４０４２によるデインターリーブ処理および誤り訂正部４０４０による誤り訂正処理を実行する。

【0153】

ここで、同期処理部２６００から出力される同期タイミング信号は、ＯＦＤＭシンボルの始まりを検出するためのシンボルタイミング同期などに使用される。

【0154】

より一般に、無線通信方式が異なる場合でも、基本的に、同期処理部２６００から出力される同期タイミング信号は、ベースバンド処理における同期信号として使用される。

【0155】

以上のような構成により、複数の互いに分離した周波数帯域で同時並行に通信をする場合に、多チャネルの同時センシングを効率的に実行できる。また、各送信データを複数周波数帯域にマッピングし、送信タイミングを調整してデータ伝送を行うことが可能である。

【0156】

今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0157】

１０００、１０００´ 送信装置、１０１０ Ｓ／Ｐ変換部、１０１６，１０２０．１〜１０２０．３ 無線フレーム生成部、１０３０ 局部発振器、１０４０．１〜１０４０．３ ＲＦ部、１０５０．１〜１０５０．３ アンテナ、１０６０ チャネル利用状況観測部、１０７０ チャネル利用状況予測部、１０８０ アクセス制御部、１１１０ 誤り訂正符号化部、１１１２ インターリーブ部、２０００ 受信装置、２０１０．１〜２０１０．３ アンテナ、２０２０ 局部発振器、２１００．１〜２１００．３ 受信部、２４００．１〜２４００．３ ＲＦ部、２５００．１〜２５００．３ ベースバンド処理部、２７００ Ｐ／Ｓ変換部、２６００ 同期処理部、２８００ デジタル信号処理部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】