无线通信系统以及无线通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有效利用频率资源进行无线通信的无线通信系统以及无线通信方法。
[0002] 本申请是基于对日本的专利申请（特愿2012-160845、特愿2012-160872、特愿 2012-160873)的申请，设为该日本申请的记载内容被并入为本说明书的一部分的申请。
【背景技术】
[0003] 近年来，作为使用2. 4GHz带或5GHz带的高速无线访问系统，IEEE802. llg规范、 IEEE802. 11a规范等的普及异常显著。在这些系统中，使用作为用于使多路径衰落环境中的 特性稳定的技术的正交频分复用（OFDM :Orthogonal Frequency Division Multiplexing， 正交频分复用）调制方式，实现最大为54Mbps的物理层传送速度（例如，参照非专利文献 1、4)〇
[0004] 但是，此处的传送速度是物理层上的传送速度，实际上，MAC(Medium Access Control :介质访问控制）层中的传送效率为50%~70%左右，因此实际吞吐量的上限值为 30Mbps左右，如果想要发送信息的无线通信站增加，则该特性进一步下降。另一方面，在有 线 LAN(Local Area Network :局域网）中，以 Ethernet (注册商标）的 100Base-T 接口为 首，由于在各家庭中也普及使用光纤的FTTH(Fiber to the home:光纤到户），因此100Mbps 的高速线路的提供正在普及，在无线LAN中也寻求传送速度的进一步的高速化。
[0005] 作为用于高速化的技术，在IEEE802. lln规范中引入了信道频带宽度的扩大、 空间复用技术（MIMO:Multiple Input Multiple Output，多输入多输出）。另外，在 IEEE802. llac规范的草案中，正在研宄信道频频带宽度度的进一步扩大、应用了对空间 复用技术进行了扩展的空分多址连接技术（SDMA:Space Division Multiple Access， 空分复用接入）的多用户MMO(MU-MMO)发送方法（例如参照非专利文献2)。另外，在 IEEE802. llac规范的草案中，规定了组ID(GroupID :GID)这样的新概念。能够通过使用组 ID，从而对属于由帧的GID字段指定的组的无线终端的全部或一部分一齐发送数据。
[0006] 在上述高速化技术中，与空间复用技术、空分多址连接技术相比，利用信道频 带宽度的扩大的高速化方法安装容易，因此成为被安装于很多装置的功能。例如，把在 IEEE802. 11a规范中固定为20MHz的信道频带宽度在IEEE802. lln规范中扩大至40MHz而 谋求高速化。另外，在IEEE802.il TGac(Task Group ac:任务组ac)中，现今在当前被进 展为规范化的IEEE802. llac规范的草案中，正在进行将信道宽度扩大至80MHz、160MHz的 研宄。在此，例如，在使用40MHz宽度的情况下，使用邻接的两个20MHz信道，在使用80MHz 宽度的情况下，使用邻接的四个20MHz信道。
[0007] 在IEEE802. 11规范的无线LAN系统中，即使在无线基站装置（存在被称为接入点 (Access Point)的情况，以下称为无线基站）如上述那样具有在40MHz、80MHz或者160MHz 等宽频带下进行发送和接收的能力、功能的情况下，在实际的发送和接收中能够使用的信 道频带宽度也被限制于该无线基站下属的无线终端装置（以下称为无线终端）所支持的信 道频带宽度。即，如果无线终端不能对40MHz、80MHz或者160MHz等宽频带的信号进行发送 和接收，则无线基站需要使用各个无线终端能够对应的范围中的信道频带宽度进行数据的 发送和接收。
[0008] 例如，考虑无线基站在IEEE802. 1 lac规范（草案）准则下，能够进行使用80MHz 频带的数据的发送和接收的情况。此时，如果该无线基站下属的无线终端也能够在 IEEE802. llac规范（草案）准则下使用80MHz模式，则成为能够在该无线基站与无线终端 之间进行全都在80MHz频带中的数据发送和接收。但是，如果是IEEE802. 11a规范准则的 无线终端，则由于能够使用的是20MHz，因此变成在上述无线基站与无线终端之间的数据发 送在20MHz的一个信道上进行。
[0009] 如上述那样，在IEEE802. 11准则的系统中，在无线终端和无线基站中支持的信道 频带宽度存在差异的情况下，不能充分地发挥无线基站的能力。另外，随着像这样的低功能 /能力的无线终端增加，系统整体的频率利用效率、吞吐量特性劣化。
[0010] 接着，说明IEEE802. 11无线LAN系统中的利用无线进行的数据的发送和接收方 法。在ffiEE802. 11准则的无线LAN系统中，采取基于CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance(具有避免冲突的载波侦听多重访问）：载波感测多重 访问）的访问控制过程，各无线通信站（将无线基站和无线终端进行统称而称为无线通信 站）避免与其它的无线通信站之间的信号冲突。发生发送请求的无线通信站首先仅在规定 的侦听期间（DIFS 〖Distributed Inter-Frame Space:分布式帧间间隔）监视无线媒体的 状态，如果在此间不存在其它无线通信站的发送信号，则视为信道为未使用状态（也称为 空闲状态），开始随机补偿过程（是如下处理：发生在所决定的范围内的随机数，基于其值 决定用于冲突避免控制的等待时间，仅在该时间期间对发送进行待机）。虽然无线通信站 在随机补偿期间中也继续监视无线媒体，但是在此间也不存在其它无线通信站的发送信号 的情况下，得到经过规定期间的排他的信道发送权（TXOP transmission Opportunity，传 输机会）。像这样得到了发送权（TX0P)的无线通信站被称为TXOP Holder (传输机会拥有 者）（以下称为发送权取得无线通信站）。成为发送权取得无线通信站的无线通信站能够在 在TX0P期间内不再次实施CSMA/CA的情况下以被称为SIFS (Short Inter-Frame Space : 短帧间间隔）的非常短的时间间隔连续地发送帧。
[0011] 另外，作为解决无线通信中的隐藏终端问题的方法，可列举"假想载波侦听"。具体 地，无线通信站在接收到帧时包含有通知无线介质的使用时间的持续使用期间（^Duration) 信息的情况下，设为与该持续使用期间信息对应的期间为正在使用介质的期间（虚拟载波 侦听），将该期间设定为发送停止期间（NAV(Network Allocation Vector:网络分配矢量） 期间），使得在NAV期间不进行帧的发送。由此，保证TX0P期间中的信道的排他的利用。
[0012] 在无线通信站中，当接收到帧时，在按照上述那样对应于需要设定NAV的同时，如 果接收到的帧是开始TX0P期间的帧，则事先记录识别接收到的帧的发送源无线通信站（所 谓的发送权取得无线通信站）的信息（例如MAC地址）（例如参照非专利文献3)。当TX0P 期间结束时，删除所存储的识别发送权取得无线通信站的信息。此外，开始TX0P期间的帧 不是特别的帧，例如是通过发送RTS(Request To Send:发送请求）帧那样的控制帧来经过 固定期间预约信道的信号。
[0013] 无线通信站当在TX0P期间内再次接收到帧时，确认该接收帧的发送源地址和作 为识别发送权取得无线通信站的信息而存储的MAC地址是否相同。如果相同，则判断为接 收帧的发送源无线通信站是发送权取得无线通信站，与本站内的NAV的设定有无无关地发 送需要的回复帧。由此，发送权取得无线通信站能够在同一 TXOP期间内与不同的多个无线 通信站进行数据的发送和接收。
[0014] 以下，参照图52~图54说明在无线通信站之间进行的帧的发送和接收动作。图 52是示出由1台无线基站API以及3台无线终端STA11~STA13构成的无线LAN的小区A 的图。无线基站API以及无线终端STA13遵照IEEE802. llac规范，设为作为发送和接收 频带宽度支持20MHz、40MHz、80MHz这三种的基站和无线终端。另外，无线终端STA11遵照 IEEE802. 11a规范，无线终端STA12遵照IEEE802. lln规范，设为分别支持20MHz的发送和 接收频带宽度、以及支持20MHz和40MHz的发送和接收频带宽度的无线终端。
[0015] 图53是示出当发送权取得无线通信站在TXOP内把多个帧发送给至其它无线通信 站时发送帧的定时的时序图。在该图中，横轴示出时间。帧内的（STA11)等的记载表示目 的地的无线通信站，例如（STA11)示出目的地是无线终端STA11。另外，NAV(RTS)示出在接 收到不是给至本站的RTS之后设定NAV。在此，示出如下的例子：无线基站API以及无线终 端STA11~STA13作为无线通信站而存在，无线基站API收容给至无线终端STA11~STA13的 数据，并发送给至无线终端STA11~STA13的帧。无线基站API取得TXOP，在80MHz信道上对 目的地终端中可以使用最大频带的无线终端STA13发送数据。无线基站API当结束与无线 终端STA13之间的数据通信时，对目的地终端中可以使用第二大频带的无线终端STA12发 送数据，最后对目的地终端中可以使用最小频带的无线终端STA11发送数据。
[0016] 以下，参照图53说明无线基站API以及无线终端STA11~STA13的动作。首先，无 线基站API在产生给至无线终端STA11~STA13的数据时，实施CSMA/CA，确认历遍规定的侦 听期间和随机补偿时间未检测到从其它无线通信站发送的信号而取得发送权（TXOP)。无线 基站API由于取得了发送权因此成为发送权取得无线通信站（TXOP Holder，传输机会拥有 者），进行帧的发送。无线基站API把作为示出帧序列的开始的开始帧的RTS(Request to Send :发送请求）帧发送给至想要发送数据的目的地终端中可以使用最大频带的无线终端 STA13(时刻 tm)。
[0017] 无线终端STA13由于接收到的RTS帧的目的地是本站，另外在本站内没有设定发 送停止期间，因此将CTS(Clear To Send:发送许可）帧回复给至无线基站API (时刻t112)。 由此，无线终端STA13对无线基站API通知处于能够接收数据的状态的意思。
[0018] 另一方面，作为从无线基站API接收到RTS帧的其它无线通信站的无线终端STA11 和无线终端STA12由于RTS帧的目的地不是本站，因此将RTS帧内所包含的持续使用期间 信息所示出的期间设定为NAV期间（发送停止期间），使得在该NAV期间内不进行帧的发 送。另外，通过从无线基站API接收RTS帧，由此检测出TXOP期间（利用发送权期间）开 始，并且无线终端STA11~STA13存储无线基站API是发送权取得无线通信站（TXOP Holder， 传输机会拥有者）。
[0019] 接着，无线基站API当从无线终端STA13接收到CTS帧时，发送给至无线终端 STA13的帧（时刻t 113)。无线终端STA13当正确地接收到给至本站的帧时，对无线基站API 回复BA (Block ACK，块确认）帧（或ACK (Acknowledgement :肯定应答）帧）（时刻t114)，并 结束帧的发送和接收。
[0020] 接着，无线基站API发送给至目的地终端中可以使用第二大频带的无线终端 STA12的数据，因此发送将目的地设为无线终端STA12的RTS帧（时刻t115)。在此，虽然无 线终端STA12在本站内被设定了 NAV，但是由于接收到来自TXOP Holder (传输机会拥有者） 的帧，因此把CTS帧回复给至对发送权取得无线通信站API (时刻t116)。
[0021] 无线终端STA11和无线终端STA13通过接收到给至其它的无线终端的RTS帧从而 设定NAV期间。另外，在已经设定了 NAV期间的情况下，更新该NAV值。无线基站API当从 无线终端STA12正确地接收到CTS帧时，发送给至无线终端STA12的帧（时刻t 117)。无线 终端STA12当从无线基站API正确地接收到帧时，对无线基站API回复BA帧（或ACK帧） (时刻t 118)，并结束帧的发送和接收。
[0022] 接着，无线基站API由于发送给至目的地终端中可以使用最小频带的无线终端 STA11的数据，因此发送将目的地设为无线终端STA11的RTS帧（时刻tll9)。无线终端 STA11由于从作为发送权取得无线通信站的无线基站API接收到RTS帧，因