JP2009130466A - 無線ネットワークシステム、無線通信方法及び通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の端末のそれぞれが同時並行的にビームフォーミングを実行し、ネットワーク全体でのスループットの低下を抑制する。
【解決手段】第１の通信装置は、複数ある他の通信装置に同時並行的にビームフォーミングを実行させるために、トレーニング信号をマルチキャスト又はブロードキャストにて送信するトレーニング信号送信手段を含む。複数ある他の通信装置のそれぞれは、トレーニング信号受信手段、算出手段、ビームフォーミング手段を含む。トレーニング信号受信手段は、トレーニング信号を受信する。算出手段は、受信したトレーニング信号からビームフォーミングの補正量を算出する。ビームフォーミング手段、算出された補正量に応じて自身が送信する信号に対するビームフォーミングを実行する。これにより、複数ある他の通信装置のそれぞれが同時並行的にビームフォーミングを実行する。
【選択図】図８

Description

本発明は、一般に無線ネットワークシステムに係り、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎによって規定されたＯＦＤＭ−ＭＩＭＯ方式を採用した無線ネットワークシステムに関する。

無線ＬＡＮの新しい規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎが現在策定中である。このドラフト２．０によれば、２つの通信装置間で適切な伝送を行うために空間伝播状況に応じて送信信号を補正することが規定されている。空間伝播状況を把握及び送信信号の補正を含む一連の手順をビームフォーミングという。ビームフォーミングには、送信信号を補正する第一の装置と、ビームフォーミングを手助けする第二の装置とによって行われる。

ドラフト２．０によれば、エクスプリシットとインプリシットと呼ばれる２種類のビームフォーミングが規定されている。エクスプリシットは、第一の装置は第二の装置へ既知の信号を送信し、第二の装置は受信した信号と既知の信号との差分から送信信号の補正量を算出し、補正量を第一の装置へ送信し、第一の装置は受信した補正量を送信信号に適用する方式である。既知の信号は、トレーニング信号と呼ばれることもある。このように、エクスプリシットでは、第二の装置が補正量を算出する。

一方、インプリシットは、第一の装置が補正量を算出する方式である。インプリシットでは、第一の装置が第二の装置に既知の信号の送信要求を送信し、第二の装置が既知の信号を第一の装置に送信する。第一の装置は受信した信号と既知の信号との差分から補正量を計算し、補正量を自身の送信信号に用いる。既知信号は第二の装置から第一の装置に送信されるため、目的とする送信信号の送信方向とは反対であるが、送信方向（送信回線）と受信方向（受信回線）との各伝播状況が類似していることを前提としている。

エクスプリシットでは、送信信号と既知信号とがともに同一方向に送信されるため伝播路の推定精度が相対的に高く、補正精度の観点からは有利である。但し、エクスプリシットでは、第二の装置に補正量の計算を行わせるため、第二の装置の計算負荷が重い。特に、第二の装置が、多数の端末と通信するアクセスポイントであれば、アクセスポイントのパフォーマンスが一時的に低下する可能性がある。

一方、インプリシットでは、送信信号の送信方向と既知信号の送信方向とが逆方向であるため伝播路の推定精度が相対的に低く、補正精度は劣る可能性がある。但し、補正量の計算は自装置で行うため、自装置の負荷状況に応じてビームフォーミングを行うことができる。

ビームフォーミングにおける補正量の具体的な算出方法も提案されている（特許文献１、特許文献２）。また、ＭＩＭＯ（マルチインプット・マルチアウトプット）方式を用いてブロードキャストを行うために、最適なＭＩＭＯパラメータを決定する方法が提案されている（特許文献３）。

アクセスポイントと端末とを備えたネットワークでは、すべての端末がアクセスポイントを経由して通信を行う。アクセスポイントと全端末間の伝播状況が全て同じではないため、個々の端末とアクセスポイント間でビームフォーミングが実行されなければならない。アクセスポイントが自己の送信信号を補正するためのビームフォーミングでは、インプリシット、エクスプリシットのどちらの方法でも、端末ごとに個別にビームフォーミングを実行すればよい。しかし、端末の送信信号を補正するためのビームフォーミングの場合、エクスプリシットでは、端末が既知の信号を送信し、アクセスポイントが受信した信号から補正量を計算するため、アクセスポイントの計算の負荷が重くなりやすい。特に、端末台数が多ければ多いほど所要時間が長くなるため、ネットワーク内で通信遅延などが発生しうる。よって、エクスプリシットは好ましい方式ではないかもしれない。

一方、インプリシットであれば、アクセスポイントが送信した既知信号を各端末が受信して補正量を計算する。よって、インプリシットがネットワークの通信に与える影響は、エクスプリシットのそれに比べて小さい。よって、端末からアクセスポイントへ送信される送信信号のビームフォーミングの場合、インプリシットが好ましいだろう。
特開２００７−０８９１６５号公報 特開２００６−２７９９０５号公報 特開２００７−０９６７４４号公報

端末からアクセスポイントへ送信される送信信号についてのビームフォーミングをインプリシット方式で行う場合、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎではアクセスポイントと各端末とが一対一で行うように規定されている。一対一でビームフォーミングを行うと、ビームフォーミングを実行することを必要としている端末が増えれば増えるほど、アクセスポイントがビームフォーミングに関与する時間も増大してしまう。一対一でのビームフォーミングでは、同時にビームフォーミングを実行できる端末は１台限りのため、残りの他の端末は待機していなければならないからである。よって、ビームフォーミングが完了するまでに必要となる時間は、端末の台数に比例することになる。特に、ビームフォーミング中は他の通信を実行できないため、ネットワーク全体でのスループットが低下してしまう。

そこで、本発明は、このような課題および他の課題のうち、少なくとも１つを解決することを目的とする。例えば、本発明は、ビームフォーミングを実行する際に発生しうるネットワーク全体でのスループットの低下を抑制することを目的とする。なお、他の課題については明細書の全体を通して理解できよう。

本発明は、例えば、複数の通信装置を含み、空間伝播状況に合わせてビームフォーミングを実行する無線ネットワークシステムに適用できる。第１の通信装置は、複数ある他の通信装置に同時並行的にビームフォーミングを実行させるために、トレーニング信号をマルチキャスト又はブロードキャストにて送信するトレーニング信号送信手段を含む。複数ある他の通信装置のそれぞれは、トレーニング信号受信手段、算出手段、ビームフォーミング手段を含む。トレーニング信号受信手段は、トレーニング信号を受信する。算出手段は、受信したトレーニング信号からビームフォーミングの補正量を算出する。ビームフォーミング手段、算出された補正量に応じて自身が送信する信号に対するビームフォーミングを実行する。これにより、複数ある他の通信装置のそれぞれが同時並行的にビームフォーミングを実行する。

本発明によれば、複数の端末のそれぞれが同時並行的にビームフォーミングを実行できるようにしたので、ネットワーク全体でのスループットの低下を抑制できる。

以下に本発明の一実施形態を示す。以下で説明される個別の実施形態は、本発明の上位概念、中位概念および下位概念など種々の概念を理解するために役立つであろう。また、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態に係るＭＩＭＯ方式を採用したネットワークシステムの一例を示す図である。このネットワークシステムは、アクセスポイントと複数の端末とを含み、空間伝播状況に合わせてビームフォーミングを実行するＭＩＭＯ方式により通信する無線ネットワークシステムの一例である。

アクセスポイント１０１は、基地局とも呼ばれ、複数の端末１０２、１０３と無線通信する無線通信装置である。複数の端末１０２、１０３は、アクセスポイント１０１を経由して他の端末と通信する無線通信装置である。一般に、アクセスポイントを経由した無線ＬＡＮ通信をインフラストラクチャモードと呼ぶ。また、インフラストラクチャネットワークは、複数の通信装置により構成され、アクセスポイントは、複数の通信装置の中の第１の通信装置、端末は、複数ある他の通信装置と言い換えることもできる。

図２は、実施形態に係るＭＩＭＯ方式を採用したネットワークシステムの他の例を示す図である。図２によれば、２つの端末１０２及び端末１０３がアクセスポイントを経由せずに通信を行っている。一般に、アクセスポイントを経由しない無線ＬＡＮ通信をアドホックモードと呼ぶ。

図３は、実施形態に係るアクセスポイントの一例を示すブロック図である。制御部３０１は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭを備え、アクセスポイント１０１における各種の動作を統括的に制御するユニットである。パケット生成部３０２は、制御部３０１から出力される送信データにヘッダなどを付加して送信用のパケットを生成するユニットである。変調部３０３は、送信用のパケットに対して変調処理を実行するユニットである。ビームフォーミング部３０４は、ＭＩＭＯ用のアンテナ３０５におけるＭＩＭＯパラメータ（指向性、位相など）を調整するためのビームフォーミングを実行するユニットである。アンテナ３０５は、信号を端末に送信したり、端末からの信号を受信したりするための空中線である。復調部３０６は、アンテナ３０５により受信された信号を復調するユニットである。パケット分解部３０７は、復調されたパケットを分解してヘッダやペイロード（受信データ）を抽出するユニットである。なお、制御部３０１は、受信したヘッダや受信データに応じて再送を要求したり、ビームフォーミングを実行したりする。

図４は、実施形態に係る無線ＬＡＮ端末の一例を示すブロック図である。制御部４０１は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭを備え、端末における各種の動作を統括的に制御するユニットである。パケット生成部４０２は、制御部４０１から出力される送信データにヘッダなどを付加して送信用のパケットを生成するユニットである。変調部４０３は、送信用のパケットに対して変調処理を実行するユニットである。ビームフォーミング部４０４は、ＭＩＭＯ用のアンテナ４０５におけるＭＩＭＯパラメータ（指向性、位相など）を調整するためのビームフォーミングを実行するユニットである。アンテナ４０５は、信号を端末に送信したり、端末からの信号を受信したりするための空中線である。復調部４０６は、アンテナ４０５により受信された信号を復調するユニットである。パケット分解部４０７は、復調されたパケットを分解してヘッダやペイロード（受信データ）を抽出するユニットである。なお、制御部４０１は、受信したヘッダや受信データに応じて再送を要求したり、ビームフォーミングを実行したりする。補正量算出部４０８は、受信したトレーニング信号と自己が保持している既知のトレーニングとの差分から補正量を算出し、算出した補正量をビームフォーミング部４０４に供給するユニットである。ビームフォーミング部４０４は、供給された補正量に応じて自身が送信する信号に対するビームフォーミングを実行する。

図５は、実施形態に係るアクセスポイントが実行するインプリシット方式のビームフォーミングを示すフローチャートである。同図において、ＢＣはブロードキャスト形式の通信を示す。ＵＣは、端末宛のアドレスがパケットに含まれる、ユニキャスト形式の通信を示す。ＢＦは、ビームフォーミングの略称である。ここでは、アクセスポイント１０１の手助けを借りて、端末１０３がアクセスポイント１０１へ送信する送信信号を補正するものとする。

ステップＳ５０１で、アクセスポイント１０１の制御部３０１は、初期化を実行して、同時並行的にビームフォーミングを実行するか否かを決定するために必要となる各種の情報を収集する。各種の情報とは、アクセスポイントに接続している端末台数、端末との通信に適用されている伝送レート、端末への情報の再送回数、所定伝送レート以下の伝送レートを適用している端末の台数、前回のビームフォーミングの実行時刻から経過した時間などである。

ステップＳ５０２で、制御部３０１は、同時並行的にビームフォーミングを実行するか否かを判定する。例えば、取得した情報が、同時並行的にビームフォーミングを実行するための条件に合致しているか否かが判定される。条件としては、例えば、以下に示す条件のうちの少なくとも１つを使用する。もちろん、２つ以上の条件を組み合わせ、そのすべてが満たされることを判定基準としてもよい。

１）アクセスポイントに接続している端末の台数が予め規定された台数を超えたとき
２）端末との通信に適用されている伝送レートが予め規定された伝送レートを下回ったとき
３）端末への情報の再送回数が予め規定された回数を超えたとき
４）予め規定された伝送レート以下の伝送レートを適用している端末の台数が予め定め規定された台数よりも増加したとき
５）前回のビームフォーミングの実行時刻から経過した時間が所定時間を超えたとき
同時並行的にビームフォーミングを実行すべきでなければ、ステップＳ５０３に進む。ステップＳ５０３で、制御部３０１は、ビームフォーミングを実行しない（ビームフォーミングのパラメータをそのまま維持し）、通常の通信処理を実行する。

一方、同時並行的にビームフォーミングを実行すべきであれば、ステップＳ５０４に進む。ステップＳ５０４で、制御部３０１は、同時並行的にビームフォーミングを予告するための予告信号をブロードキャストで送信する。このように、制御部、パケット生成部及び変調部など予告信号の送信に関与するユニットは、ビームフォーミングの開始信号を送信するのに先立ってビームフォーミングの開始を予告するための予告信号を送信する予告信号送信手段の一例である。

ステップＳ５０５で、制御部３０１は、予告信号を送信すると所定時間の計時を開始し、所定時間が経過するまで待機する。この所定時間は、一種の待機時間であり、複数の端末がビームフォーミングを開始するために必要となる準備時間でもある。制御部３０１が備える内部タイマーにより計時された時間が準備時間になるまで待ってからステップＳ５０６に進む。端末は、予告信号を受信すると、ビームフォーミングを準備する。制御部やその内部タイマーは、予告信号を送信すると計時を開始する計時手段の一例である。また、制御部は、計時手段により計時された時間が、複数の端末がビームフォーミングを開始するために必要となる準備時間になったか否かを判定する判定手段の一例である。

ステップＳ５０６で、制御部３０１は、ビームフォーミングの開始信号（ＢＦ Ｓｔａｒｔ）をブロードキャストにて送信する。このように、制御部、パケット生成部及び変調部など開始信号の送信に関与するユニットは、ビームフォーミングの実行開始を示す開始信号をブロードキャストにて送信する開始信号送信手段の一例である。

ステップＳ５０７で、制御部３０１は、トレーニング信号を含んだ１つ以上の計測パケットをブロードキャストにて送信する。計測パケットは、例えば、Ｎｕｌｌ Ｄａｔａ Ｐａｃｋｅｔ（ＮＤＰ）などを用いる。なお、トレーニング信号は、トレーニングシーケンス、トレーニングパターン、トレーニングデータ、トレーニングシンボルと呼ばれることもあるが、いずれも受信側にとって既知の信号である。既知の信号であるため、受信した信号と比較すれば、伝送路において受けた影響を推定できるのである。このように、制御部、パケット生成部及び変調部など計測パケットの送信に関与するユニットは、ビームフォーミングを実行する端末に対して空間伝播状況を取得するためのトレーニング信号を送信するトレーニング信号送信手段の一例である。

図６は、実施形態に係る各端末が実行するインプリシット方式のビームフォーミングを示すフローチャートである。ステップＳ６０１で、端末の制御部４０１は、アクセスポイント１０１からブロードキャストで送信されたのビームフォーミングの予告信号を受信したか否かを判定する。予告信号を受信していなければ、ステップＳ６０２に進む。ステップＳ６０２で、制御部４０１は、通常の通信処理を実行する。

一方、予告信号を受信したのであれば、制御部４０１は、ビームフォーミングの準備をすべく、ステップＳ６０３に進む。なお、制御部、復調部及びパケット分解部など予告信号の受信に関与するユニットは、ビームフォーミングの開始信号を受信する開始信号受信手段の一例である。

ステップＳ６０３で、制御部４０１は、自端末がビームフォーミングを実行するか否かを判定する。ビームフォーミングを実行するか否かは、例えば、通信品質や、前回ビームフォーミングを実行してからの経過時間などを判定基準とすればよい。例えば、次のような条件のうちの少なくとも１つを採用してもよい。もちろん、２つ以上の条件を組み合わせ、そのすべてが満たされることを判定基準としてもよい。

１）アクセスポイントとの通信に適用されている伝送レートが予め規定された伝送レートを下回ったとき
２）アクセスポイントへの情報の再送回数が予め規定された回数を超えたとき
３）前回のビームフォーミングの実行時刻から経過した時間が所定時間を超えたとき
判定の結果、ビームフォーミングを実行しない場合は、ステップＳ６０２へ進む。ビームフォーミングを実行する場合は、ステップＳ６０４へ進む。

ステップＳ６０４で、制御部４０１は、アクセスポイント１０１から開始信号（ＢＦ Ｓｔａｒｔ）を受信するまで待機する。待機している間に、準備として、例えば、計測パケットの保存エリアの確保や、実行中の通信処理の中断処理などを制御部４０１が実行する。

開始信号を受信すると、ステップＳ６０５に進む。ステップＳ６０５で、制御部４０１は、計測パケットを受信する。このように、制御部、復調部及びパケット分解部などトレーニング信号の受信に関与するユニットは、トレーニング信号を受信するトレーニング信号受信手段の一例である。

ステップＳ６０６で、制御部４０１は、計測パケット（トレーニング信号）を補正量算出部４０８に転送し、補正量算出部４０８は、受信した計測パケットから補正量を算出する。受信した計測パケットが複数ある場合は、平均値を算出したり、既知の計測パケットから最も歪の大きい受信計測パケットを選択したりしてもよい。このように、補正量算出部４０８は、受信したトレーニング信号からビームフォーミングの補正量を算出する算出手段の一例である。

補正量の算出方法は、種々考えられる。例えば、特許文献１や２において開示されている方法が採用されてもよい。補正量は、基本的に、伝送路の特性を反転させたような特性を有している。

ステップＳ６０７で、補正量算出部４０８は、算出した補正量をビームフォーミング部４０４に供給し、ビームフォーミング部４０４が補正量に応じてビームフォーミング（送信信号の補正）を実行する。このように、ビームフォーミング部４０４は、算出された補正量に応じてビームフォーミングを実行するビームフォーミング手段の一例である。

図７は、比較例を説明するためのシーケンス図である。ここで、本発明が奏する効果を説明するために、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ（ドラフト２．０）が規定するビームフォーミング処理について説明する。

シーケンスＳ７０１で、アクセスポイント１０１と端末１０２とが通常の通信を行っている。シーケンスＳ７０２で、アクセスポイント１０１と端末１０３とが通常の通信を行っている。

シーケンスＳ７０３で、端末１０２は、自己の判断に基づき、ビームフォーミングの実行を要求するための要求信号をアクセスポイント１０１へ送信する。シーケンスＳ７０４で、アクセスポイント１０１は、端末１０２宛てにユニキャストで開始信号を送信する。シーケンスＳ７０５で、アクセスポイント１０１は、ユニキャストで計測パケットであるＮＤＰを端末１０２へ送信する。シーケンスＳ７０６で、端末１０２は、受信した計測パケットから補正量を計算する。

シーケンスＳ７０７で、端末１０３は、自己の判断に基づき、ビームフォーミングの要求信号をアクセスポイント１０１へ送信する。シーケンスＳ７０８で、アクセスポイント１０１は、端末１０３宛てにユニキャストで開始信号を送信する。シーケンスＳ７０９で、アクセスポイント１０１は、ユニキャストで複数のＮＤＰを端末１０３へ送信する。シーケンＳ７１０で、端末１０３は、受信した計測パケットから補正量を計算する。

なお、シーケンスＳ７０３からＳ７１０までは、アクセスポイント１０１と端末１０２間の通信も、アクセスポイント１０１と端末１０３間の通信も中断している。シーケンスＳ７１１で、端末１０２は、補正量を適用してビームフォーミングを実行し、アクセスポイント１０１との通信に復帰する。同様に、シーケンスＳ７１２で、端末１０３は、補正量を適用してビームフォーミングを実行し、アクセスポイント１０１との通信に復帰する。

図７から明らかなように、複数の端末がシーケンシャルにビームフォーミングを実行するため、端末の台数に比例した処理時間が必要となってしまう。また、いずれかの端末がビームフォーミングを実行している間は、他の端末が通信を中断する必要があるため、ネットワーク全体でのスループットも低下してしまう。

図８は、実施形態に係る発明の効果を説明するためのシーケンス図である。シーケンスＳ８０１で、アクセスポイント１０１と端末１０２とが通常の通信を行っている。シーケンスＳ８０２で、アクセスポイント１０１と端末１０３とが通常の通信を行っている。

シーケンスＳ８０３で、アクセスポイント１０１は、自己の判断に基づき、ビームフォーミングの実行を予告するための予告信号をブロードキャストで各端末へ送信する。シーケンスＳ８０４で、アクセスポイント１０１は、ビームフォーミングを開始するための開始信号をブロードキャストで各端末へ送信する。シーケンスＳ８０５で、アクセスポイント１０１は、ブロードキャストでＮＤＰを各端末へ送信する。

シーケンスＳ８０６で、端末１０２は、受信した計測パケットから補正量を計算する。シーケンスＳ８０７で、端末１０３は、受信した計測パケットから補正量を計算する。シーケンスＳ８０８で、端末１０２は、補正量を適用してビームフォーミングを実行し、アクセスポイント１０１との通信に復帰する。同様に、シーケンスＳ８０９で、端末１０３は、補正量を適用してビームフォーミングを実行し、アクセスポイント１０１との通信に復帰する。

図７と図８とを比較すれば明らかなように、複数の端末が同時並行的にビームフォーミングを実行するため、処理時間が大幅に短縮される。また、通信の中断時間も大幅に短縮されるため、ネットワーク全体でのスループットの低下を抑制できる。

このように、本実施形態によれば、複数の端末のそれぞれが同時並行的にビームフォーミングを実行できるようにしたので、ネットワーク全体でのスループットの低下を抑制できる。

例えば、アクセスポイント１０１が、ビームフォーミングの開始信号を送信するのに先立ってビームフォーミングの開始を予告するための予告信号を送信することで、各端末は、ビームフォーミングの準備を整えやすくなる。なお、ビームフォーミングの準備時間を確保するため、アクセスポイント１０１は、計時された時間が準備時間になるまで待ってから、ビームフォーミングの開始信号を送信してもよい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、アクセスポイント１０１がビームフォーミングのトリガを検出していたが、第２の実施形態では、端末１０２、１０３がトリガを検出するものとする。

図９は、実施形態に係る各端末が実行するインプリシット方式のビームフォーミングを示すフローチャートである。なお、図６と共通するステップには、同一の参照符号を付すことで説明を簡潔にする。ステップＳ９０１で、端末の制御部４０１は、ビームフォーミングの実行を要求するか否かを判定する。この判定基準としては、例えば、次のような条件のうちの少なくとも１つを採用してもよい。もちろん、２つ以上の条件を組み合わせ、そのすべてが満たされることを判定基準としてもよい。

１）アクセスポイントとの通信に適用されている伝送レートが予め規定された伝送レートを下回ったとき
２）アクセスポイントへの情報の再送回数が予め規定された回数を超えたとき
３）前回のビームフォーミングの実行時刻から経過した時間が所定時間を超えたとき
判定の結果、ビームフォーミングの実行を要求しない場合、ステップＳ６０１へ進む。

一方、ビームフォーミングの実行を要求する場合、制御部４０１は、要求信号をアクセスポイント１０１へ送信し、ステップＳ９０２へ進む。

ステップＳ９０２で、制御部４０１は、自分宛てのビームフォーミングの開始信号を受信する前にブロードキャスト形式の予告信号を受信したか否かを判定する。予告信号を受信したときは、ステップＳ９０３に進む。ステップＳ９０３で、制御部４０１は、単一の端末によるビームフォーミング（単一モード）を中止して、複数の端末による同時並行的なビームフォーミング（同時並行モード）を実行するよう、ビームフォーミングモードを切り替える。このように、制御部４０１は、ビームフォーミングモード切り替え手段の一例である。その後、ステップＳ６０４に進み、制御部４０１は、ブロードキャストによる開始信号を待ち受ける。

一方、自分宛てのビームフォーミングの開始信号を受信する前にブロードキャスト形式の予告信号を受信しなければ、ステップＳ９０４に進む。ステップＳ９０４で、制御部４０１は、ユニキャスト送信された自分宛の開始信号を受信する。ステップＳ９０５で、制御部４０１は、計測パケットを受信する。その後、ステップＳ６０６に進み、補正量が算出され、ステップＳ６０７で、補正が実行される。

図１０は、実施形態に係るアクセスポイントが実行するインプリシット方式のビームフォーミングを示すフローチャートである。なお、図５と共通するステップには、同一の参照符号を付すことで説明を簡潔にする。

ステップＳ１００１で、アクセスポイント１０１の制御部３０１は、端末からアクセスポイント宛てのビームフォーミングの実行を要求する要求信号を受信したか否かを判定する。要求信号を受信していなければ、ステップＳ５０２へ進む。一方、要求信号を受信したのであれば、ステップＳ１００２へ進む。このように、制御部、パケット組立部及び復調部などは、複数の端末のずれかからビームフォーミングの実行をアクセスポイントに要求するための要求信号を受信する要求信号受信手段の一例である。ステップＳ５０２を実行する制御部は、要求信号を受信すると、単一の端末についてビームフォーミングを実行すべきか、それとも複数の端末について同時並行的にビームフォーミングを実行すべきかを無線ネットワークの状態から決定する決定手段の一例である。

ステップＳ１００２で、制御部３０１は、ブロードキャストで開始信号を送信するか、ユニキャストで開始信号を送信するかを判定する。すなわち、制御部３０１は、単一の端末についてビームフォーミングを実行すべきか、それとも複数の端末について同時並行的にビームフォーミングを実行すべきかを無線ネットワークの状態から決定する。この決定基準は、例えば、以下の条件のうち少なくとも１つを使用する。以下の条件は、いずれのネットワーク状態の一例である。

１）アクセスポイントに接続している端末の台数が予め規定された台数を超えたとき
２）端末との通信に適用されている伝送レートが予め規定された伝送レートを下回ったとき
３）端末への情報の再送回数が予め規定された回数を超えたとき
４）予め規定された伝送レート以下の伝送レートを適用している端末の台数が予め定め規定された台数よりも増加したとき
５）前回のビームフォーミングの実行時刻から経過した時間が所定時間を超えたとき
複数端末同時にビームフォーミングを実行する場合、ステップＳ５０４に進む。一方、単一の端末にビームフォーミングを実行させる場合、ステップＳ１００３に進む。

ステップＳ１００３で、制御部３０１は、要求信号を送信してきた端末に対して、ユニキャストで開始信号を送信する。ステップＳ１００４で、制御部３０１は、要求信号に含まれていた要求数の計測パケットを送信する。

このように、本実施形態によれば、各端末が自己の必要に応じてビームフォーミングの実行をアクセスポイントに要求することが可能となる。したがって、アクセスポイント１０１に実行の必要性を気付いてもらうまで待つ必要がなくなる。

また、端末が、要求信号を送信した後かつ開始信号を受信する前に、予告信号を受信したときは、単一の端末によるビームフォーミングを中止して、複数の端末による同時並行的なビームフォーミングを実行することが好ましい。なぜなら、複数の端末による同時並行的なビームフォーミングを実行した方が、よりスループットが改善するからである。

（他の実施形態）
上述した実施形態では、ブロードキャストにより、ビームフォーミングの予告信号や開始信号を送信したが、マルチキャストによりこれらの信号が送信されてもよい。これにより、複数ある特定の端末にのみビームフォーミングを実行させることができる。

また、予告信号に、ビームフォーミングを行う端末の条件を指定するための指定情報を搭載してもよい。例えば、ストリーム数を指定することで、該当するストリーム数で送信を行っている端末のみに、同時にビームフォーミングをさせることが可能となろう。

ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、端末が自身の持つ受信系の数よりも少ないストリーム数で通信するとき、受信に最適な受信系を選択するアンテナセレクションという手順が規定されている。アンテナセレクションによれば、相手端末に対し計測パケットの送信要求とともに送信すべき計測パケットの数を要求することができる。また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎではビームフォーミング用の計測パケットとアンテナセレクションに用いる計測パケットが同じものである。よって、上述の実施形態において、ビームフォーミングを実行する代わりに、アンテナセレクションを実行してもよい。この場合、アクセスポイント１０１は、計測パケットをビームフォーミングの場合と比較し、多めに送信する必要がある。しかし、各端末がサポートしているストリーム数と、実際に通信しているストリーム数をアクセスポイント１０１が知ることは容易である。そのため、計測パケットをどの程度多く送信すればよいかは、接続している全端末の情報から導き出せる。

上述した実施形態では、インフラストラクチャモード（図１）に本発明を適用した実施形態であった。しかし、本発明は、アドホックモードに適用されてもよい。アドホックモードでは、上述したアクセスポイント１０１の処理を、アドホックネットワークを構成する複数の通信装置の中の少なくとも１つの通信装置が実行することになる。すなわち、制御部４０１などは、上述した開始信号送信手段やトレーニング信号送信手段として機能することになる。第１の端末１０２が開始信号を送信すると、第２の端末１０３は、他の端末である第１の端末１０２とは異なるさらに他の端末（不図示）とともに同時並行的にビームフォーミングを実行してもよい。

アドホックモードで動作する端末の例は、プリンタやプリンタに接続している無線端末である。一方の端末（例：プリンタやプリンタに接続している無線端末）は、他方の端末（例：パソコンやデジタルカメラ）から送信される印刷データの受信が主となる。そのため、一方の端末が自身の送信信号を補正するよりも、他方の端末が送信信号を補正したほうが効率的であろう。

実施形態に係るＭＩＭＯ方式を採用したネットワークシステムの一例を示す図である。 実施形態に係るＭＩＭＯ方式を採用したネットワークシステムの他の例を示す図である。 実施形態に係るアクセスポイントの一例を示すブロック図である。 実施形態に係る無線ＬＡＮ端末の一例を示すブロック図である。 実施形態に係るアクセスポイントが実行するインプリシット方式のビームフォーミングを示すフローチャートである。 実施形態に係る端末が実行するインプリシット方式のビームフォーミングを示すフローチャートである。 比較例を説明するためのシーケンス図である。 実施形態に係る発明の効果を説明するためのシーケンス図である。 実施形態に係る端末が実行するインプリシット方式のビームフォーミングを示すフローチャートである。 実施形態に係るアクセスポイントが実行するインプリシット方式のビームフォーミングを示すフローチャートである。

Claims (10)

1. 複数の通信装置を含み、空間伝播状況に合わせてビームフォーミングを実行する無線ネットワークシステムであって、
   第１の通信装置は、
   複数ある他の通信装置に同時並行的にビームフォーミングを実行させるために、トレーニング信号をマルチキャスト又はブロードキャストにて送信するトレーニング信号送信手段と
   を含み、
   前記複数ある他の通信装置のそれぞれは、
   前記トレーニング信号を受信するトレーニング信号受信手段と、
   受信した前記トレーニング信号から前記ビームフォーミングの補正量を算出する算出手段と、
   算出された前記補正量に応じて自身が送信する信号に対するビームフォーミングを実行するビームフォーミング手段と
   を含み、
   前記複数ある他の通信装置のそれぞれが同時並行的にビームフォーミングを実行することを特徴とする無線ネットワークシステム。
2. トレーニング信号送信手段は、前記トレーニング信号を送信する前に、前記複数ある他の通信装置に同時並行的にビームフォーミングを実行させるために、ビームフォーミングの実行開始を示す開始信号をマルチキャスト又はブロードキャストにて送信することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
3. 前記第１の通信装置は、
   前記ビームフォーミングの開始信号を送信するのに先立ってビームフォーミングの開始を予告するための予告信号を送信する予告信号送信手段と、
   前記予告信号を送信すると、前記複数ある他の通信装置がビームフォーミングを開始するための準備時間としての所定時間を計時する計時手段と、
   前記計時手段により前記所定時間が計時されると、前記トレーニング信号送信手段は、前記ビームフォーミングの開始信号を送信することを特徴とする請求項２に記載の無線ネットワークシステム。
4. 前記第１の通信装置は、
   前記複数ある他の通信装置のいずれかからビームフォーミングの実行を前記第１の通信装置に要求する要求信号を受信する要求信号受信手段と、
   前記要求信号を受信すると、単一の端末についてビームフォーミングを実行すべきか、前記複数の端末について同時並行的にビームフォーミングを実行すべきかを前記無線ネットワークの状態から決定する決定手段と
   を備え、
   前記トレーニング信号送信手段は、前記決定手段により前記単一の端末についてビームフォーミングを実行すべきと決定されると前記トレーニング信号をユニキャストにて送信し、前記複数の端末について同時並行的にビームフォーミングを実行すべきと決定されると、前記トレーニング信号をマルチキャスト又はブロードキャストにて送信することを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
5. 前記第１の通信装置は、
   前記トレーニング信号を送信する前に、ビームフォーミングの実行開始を示す開始信号をマルチキャスト又はブロードキャストにて送信し、かつ、前記ビームフォーミングの開始信号を送信するのに先立ってビームフォーミングの開始を予告するための予告信号を送信し、
   前記複数ある他の通信装置は、
   前記第１の通信装置にビームフォーミングの実行を要求する要求信号を送信した後かつ前記開始信号を受信する前に、前記予告信号を受信したときは、前記単一の端末によるビームフォーミングを中止して、前記複数ある他の通信装置による同時並行的なビームフォーミングを実行するビームフォーミングモード切り替え手段
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
6. 前記無線ネットワークの状態は、
   １）前記第１の通信装置に接続している他の通信装置の台数が予め規定された台数を超えたとき、
   ２）前記第１の通信装置と他の通信装置との通信に適用されている伝送レートが予め規定された伝送レートを下回ったとき、
   ３）前記第１の通信装置に接続する通信装置への情報の再送回数が予め規定された回数を超えたとき、
   ４）予め規定された伝送レート以下の伝送レートを適用している通信装置の台数が予め定め規定された台数よりも増加したとき、
   ５）前回のビームフォーミングの実行時刻から経過した時間が所定時間を超えたとき
   のうち、少なくとも１つの条件を含むことを特徴とする請求項４に記載の無線ネットワークシステム。
7. 前記第１の通信装置は、前記複数ある他の通信装置と通信するアクセスポイントであることを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
8. 前記無線ネットワークシステムは、アクセスポイントを経由せずに無線通信するアドホックネットワークであることを特徴とする請求項１に記載の無線ネットワークシステム。
9. 複数の通信装置を含む無線ネットワークにおいて、空間伝播状況に合わせてビームフォーミングを実行する無線通信方法であって、
   第１の通信装置が、複数の端末に同時並行的にビームフォーミングを実行させるために、前記ビームフォーミングを実行する端末が空間伝播状況を取得するためのトレーニング信号をマルチキャスト又はブロードキャストにて送信する送信工程と、
   前記複数の端末のそれぞれが、前記トレーニング信号を受信する受信工程と、
   前記複数の端末のそれぞれが、受信した前記トレーニング信号から前記ビームフォーミングの補正量を算出する算出工程と、
   前記複数の端末のそれぞれが、算出された前記補正量に応じて自身が送信する信号に対するビームフォーミングを実行するビームフォーミング工程と
   を含み、
   前記複数の端末のそれぞれが同時並行的にビームフォーミングを実行することを特徴とする無線通信方法。
10. 複数の通信装置を有し、空間伝播状況に合わせてビームフォーミングを実行する無線ネットワークシステムにおける第１の通信装置であって、
    前記複数ある他の通信装置に同時並行的にビームフォーミングを実行させるために、ビームフォーミングの実行開始を示す開始信号をマルチキャスト又はブロードキャストにて送信する開始信号送信手段と、
    前記複数ある他の通信装置が送信する信号に対するビームフォーミングを実行させるために、前記複数ある他の通信装置が空間伝播状況を取得するためのトレーニング信号をマルチキャスト又はブロードキャストにて送信するトレーニング信号送信手段と
    を含み、
    前記複数ある他の通信装置のそれぞれに同時並行的にビームフォーミングを実行させることを特徴とする第１の通信装置。

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