JP4019976B2 - 無線通信制御方式および無線装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムにおける無線アクセス方式および伝送方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線アクセスシステムでは、無線LANに代表されるように、ユーザ端末はアクセスポイントを介して有線ネットワークに接続し、インターネットサービスを享受することができる。従来の無線LANシステムでは、複数のユーザ端末・アクセスポイント間の通信時間を、共通の周波数帯を用いて通信を行っている他の通信装置を検出するキャリアセンスの仕組みによって時分割することで干渉を回避しているが、単位時間あたりに伝送できるデータ量が増えないため、アクセスポイントの数を増やしてもシステム全体のスループットが増えず、アクセスポイント一つあたりのスループットが低下するという問題があげられる。
【０００３】
同出願人が先に出願した特願2002-180775では、上記問題に対する対策として、複数のアクセスポイント間で同時に通信することによりシステム全体のスループットを増加させる仕組みを提供している。
【０００４】
図１に、アクセスポイント並列伝送によるスループット向上方法の説明図を示す。アクセスポイント101a・101b・101cが、同時にユーザ端末102a・102b・102cに通信を行なっている様子を示している。このとき、アクセスポイント101aから送信したデータの電波が、アクセスポイント101bのキャリアセンスで検出されないように、アクセスポイント101aの電波到達範囲を抑制することで、同時通信を実現している。キャリアセンスで検出されない条件は、アクセスポイント101aが送信した電波をアクセスポイント101bで受信した電力が、アクセスポイント101bで設定した基準受信電力（以降ではキャリアセンス閾値と呼ぶ)よりも下回っていればよい。
【０００５】
同様に、アクセスポイント101bが送信した電波が、アクセスポイント101cのキャリアセンスで検出されないように、並列伝送を行なうアクセスポイント間で電波到達範囲を制御する仕組みを特願2002-180775で提供している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の無線アクセス方式では、データ通信パケットが同時に送信できる条件を満たすように制御する仕組みが述べられているが、送信されたパケットが他のデータ通信の干渉により正しく受信されず、廃棄される場合があるという問題については述べられていない。
【０００７】
図２に、無線アクセスシステムにおける受信対干渉電力の説明図を示す。アクセスポイント101aが送信電力AP1_TXPでデータパケットを送信し、ユーザ端末102aは受信電力AP1_STA1_RXPで所望信号として受信する。また、アクセスポイント102aがユーザ端末102bに対して送信電力AP2_TXPでデータパケットを送信した信号を、ユーザ端末102aは受信電力AP2_STA1_RXPで干渉信号として受信する。このとき、所望信号と干渉信号の電力比が受信対干渉電力 となる。受信器の復調能力に依存するが、受信対干渉電力SIRが所要受信対干渉電力SIR_req以上であれば、データ信号が正しく復調され、所要受信対干渉電力SIR_req以下であればパケット衝突によりデータが誤って復調される。
【０００８】
図３に、受信対干渉電力SIRの地理的分布例のグラフ図を示す。10m四方の部屋を想定し、部屋のコーナーにアクセスポイント101aとアクセスポイント101bを設置した場合、両アクセスポイントが同一無線通信チャネルで等しい送信電力でデータ通信を行なったときの受信場所を変えたときの受信対干渉電力SIRの大きさを示している。所要受信対干渉電力SIR_reqを10dBとすると、アクセスポイントの周囲4m程度の範囲では、上記二つのアクセスポイントが同時通信を行なっても所要受信対干渉電力SIR_reqを満たす。所要受信対干渉電力SIR_reqを満たす領域を、以降では非干渉領域と呼ぶ。アクセスポイントから4m以上離れた領域では、所要受信対干渉電力SIR_reqを満たすことができない。この領域を、以降では干渉領域と呼ぶ。この干渉領域にあるユーザ端末に対して、上記二つのアクセスポイントが同時通信を行なうと、パケット衝突によりデータが損失してしまうという問題があげられる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の問題に対して、非干渉領域にあるユーザ端末のスループットを向上させることを目的として、アクセスポイントに所属するユーザ端末が干渉領域にあるか非干渉領域にあるかを判断する手段と、非干渉領域にあるユーザ端末と干渉領域にあるユーザ端末へのアクセスポイントからの送信時間を時分割する手段を用いることにより、非干渉領域にあるユーザ端末に対しては複数のアクセスポイントで同時通信を行ない、干渉領域にあるユーザ端末に対してはキャリアセンスによる時分割通信を行なうことにより、データパケット衝突によるスループット劣化を抑制する無線アクセスシステムを提供する。
【００１０】
さらに具体的には、アクセスポイントには、定期的なビーコン信号を送信する手段と、他アクセスポイントのビーコン信号の受信電力を測定する手段と、測定した受信電力とビーコン送信電力設定値を通知する手段と、ユーザ端末ごとに指定された送信タイミングと送信電力を設定して送信する手段と、複数のアクセスポイントで同時に送信するために時間を同期する手段を具備する。また、ユーザ端末にはアクセスポイントのビーコン信号受信電力を測定する手段と、前記測定した受信電力情報を通知する手段を具備する。さらに、複数のアクセスポイントによるデータ通信を統合的に管理する装置（以降では管理サーバと呼ぶ）を設け、この管理サーバには、アクセスポイントおよびユーザ端末で測定したビーコン信号受信電力情報およびビーコン信号送信電力の情報を収集する手段と、前記収集した情報を用いてユーザ端末が干渉領域にあるか非干渉領域にあるかを判断する手段と、干渉領域にあるユーザ端末と非干渉領域にあるユーザ端末に対するデータ送信タイミングを計算する手段と、各ユーザ端末に対する送信電力を計算する手段と、計算した送信タイミングと送信電力をアクセスポイントに通知する手段と、複数アクセスポイントで同時通信を行なうためにアクセスポイント間を同期する信号を生成する手段を具備する。これらの装置によりシステムを構成し、非干渉領域にあるユーザ端末と干渉領域にあるユーザ端末への送信時間を時分割することにより、データパケット衝突を避けて非干渉領域にあるユーザ端末のスループット劣化を抑制して、システム全体のスループットを向上する無線アクセスシステムを提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図４に、本発明の実施形態における各ユーザ端末に対する送信時間の時分割方法の説明図を示す。アクセスポイント101aからユーザ端末102a・102cに、アクセスポイント101bからユーザ端末102b・102dにデータ通信を行なう場合を例として説明する。ここで、ユーザ端末102aとユーザ端末102bは非干渉領域に存在するものとし、ユーザ端末102cとユーザ端末102dは干渉領域に存在するものとする。まず、非干渉領域に存在するユーザ端末102aとユーザ端末102bに対してアクセスポイント101aとアクセスポイント101bから同時通信を行なう場合を説明する。このように同時通信を行う時間を、以降では無干渉伝送時間T_nointと呼ぶ。無干渉伝送時間T_nointでは、複数のアクセスポイントが同時通信を行なっても、ユーザ端末において所要受信対干渉電力SIR_reqが満たされるため、アクセスポイントはキャリアセンスを無効化して通信を行なう。
【００１３】
次に、アクセスポイント101aは非干渉領域にあるユーザ端末102aと通信し、アクセスポイント101bは干渉領域にあるユーザ端末102dと通信を行なう場合を説明する。この通信時間をAP1非干渉伝送時間T_AP1と呼ぶ。AP1非干渉伝送時間では、ユーザ端末102dにおいてアクセスポイント101aからの干渉信号によってパケット衝突の可能性があるため、アクセスポイント101bのキャリアセンスを有効にする。アクセスポイント101aのキャリアセンスは無効のままとする。
【００１４】
続いて、アクセスポイント101aは干渉領域にあるユーザ端末102cと通信し、アクセスポイント101bは非干渉領域にあるユーザ端末102bと通信を行なう場合を説明する。この通信時間をAP2非干渉伝送時間T_AP2と呼ぶ。AP2非干渉伝送時間では、アクセスポイント101aのキャリアセンスを有効にする。アクセスポイント101bのキャリアセンスは無効とする。
【００１５】
最後に、アクセスポイント101aは干渉領域にあるユーザ端末102cと通信し、アクセスポイント101bは干渉領域にあるユーザ端末102dと通信を行なう場合を説明する。この場合は、各アクセスポイントと端末との間でCSMA/CA方式等により通信を行う。この通信時間をランダムアクセス時間T_rndと呼ぶ。このとき、アクセスポイント101a・101b両方のキャリアセンスを有効にする。
【００１６】
図５に、本発明の実施形態におけるシステム構成図を示す。図５のシステムでは、アクセスポイント101aとユーザ端末102a、そしてアクセスポイントを管理する管理サーバ501から構成される。ただし、管理サーバ501一つで、複数のアクセスポイントとユーザ端末を管理することができるものとする。
【００１７】
管理サーバ501は、複数アクセスポイントで同時通信するタイミングを合わせるための同期信号を生成する同期信号生成部502と、複数アクセスポイントとの通信を行なうための有線インタフェース信号処理部505と、複数のアクセスポイントおよびユーザ端末で測定したビーコン信号受信電力情報およびビーコン信号送信電力の情報を収集する送信制御用データベース504と、送信制御用データベース504を用いて干渉領域にあるユーザ端末と非干渉領域にあるユーザ端末に対するデータ送信タイミングと、各ユーザ端末に対する送信電力を計算し、計算した送信タイミングと送信電力をアクセスポイントに通知する送信制御情報計算部503で構成される。
【００１８】
アクセスポイント101aは、管理サーバ501と通信するための有線インタフェース信号処理部506と、アクセスポイント間、またはユーザ端末との間の伝搬路における電波伝搬状況を調べるのに必要なビーコン信号を定期的に送信するビーコン生成部508と、無線伝送路上を誤りなく通信するためにビーコン信号やデータ信号などの送信信号を符号化および変調して無線信号を送信する無線送信器511と、受信した無線信号を元の信号に戻す復調・復号を行なう無線受信器512と、他アクセスポイントからのビーコン信号の受信電力を測定して、アクセスポイントに設定してあるビーコン送信電力値・キャリアセンス閾値と、測定したビーコン受信電力値を管理サーバ501に通知する測定情報通知部510と、管理サーバ501の送信制御情報計算部503から指定された送信タイミングと送信電力をユーザ端末ごとに設定してユーザデータを送信する送信制御部509と、複数のアクセスポイントで同時送信を行なうために管理サーバ501の同期信号生成部502で生成した同期信号に同期して送信制御部等のタイミングを制御する同期タイマ507で構成される。
【００１９】
ユーザ端末102aは、アクセスポイントからの無線信号を受信するための無線受信器513と、アクセスポイントのビーコン信号受信電力を測定する無線受信電力測定部515と、アクセスポイントへ受信電力測定の結果及びデータ信号などの無線信号を送信するための無線送信器514とで構成される。受信電力測定の結果は、アクセスポイントを介して管理サーバ501に通知される。
【００２０】
制御信号の流れとしては、アクセスポイント101aの測定情報通知部508とユーザ端末102aの無線受信電力測定部515から測定情報を管理サーバ501の送信制御用データベース504に収集し、この送信制御用データベース504を用いて送信制御情報計算部503がアクセスポイント101aの送信制御部507に対して各端末毎に送信タイミングと送信電力を計算し、該当するアクセスポイントに通知する。送信制御部507は、ユーザデータ信号に対して指定された送信タイミングと送信電力で通信を行なうように制御する。
【００２１】
図６に本発明の実施形態における制御シーケンス図を示す。まず、アクセスポイント101aはビーコン送信電力値やキャリアセンス閾値等のアクセスポイントの設定値をアクセスポイント設定情報として管理サーバ501に通知する。また、他のアクセスポイント101bが送信しているビーコン信号の受信電力を測定し、ビーコン受信電力情報として管理サーバ501に通知する。また、アクセスポイント101aからユーザ端末へのトラフィック（ダウンリンクトラフィック）情報も管理サーバ501に通知する。アクセスポイント101aのセル内にあり、アクセスポイント101aからデータを受信するユーザ端末102aは、アクセスポイント101aおよびアクセスポイント101bのビーコン信号を受信し、受信電力を測定してビーコン受信電力情報として管理サーバ501に通知する。
【００２２】
管理サーバ501では、上記の通知された情報を送信制御用データベース504に記録し、この情報をもとにアクセスポイント101aからユーザ端末102aへのデータパケットの送信タイミング、または送信電力などの送信制御情報を計算する。計算した結果を送信制御信号としてアクセスポイント101aに通知する。アクセスポイント101aと同様にして送信制御信号をアクセスポイント101bにも通知を行なう。アクセスポイント101aは指定された送信タイミングと送信電力でユーザデータをユーザ端末102aに送信する。
【００２３】
図７に本発明の実施形態における送信制御用データベース情報の説明図を示す。送信制御用データベースは、各アクセスポイントAPiにおけるビーコン送信電力(APi_Btxp)とキャリアセンス閾値(APi_CSthr)を示したアクセスポイント設定情報と、アクセスポイントAPjにおける他のアクセスポイントAPiからのビーコン受信電力情報(APi_APj_Brxp)と、ユーザ端末STAjにおけるアクセスポイントAPiからのビーコン受信電力情報（APi_STAj_Brxp）と、アクセスポイントAPiからユーザ端末STAjへのトラフィック情報（APi_STAj_TRA）とで構成される。図６の制御シーケンスによって、複数のアクセスポイント、ユーザ端末から上記の情報が収集される。
【００２４】
アクセスポイントAPiにおけるトラフィック情報（APi_STAj_TRA）の測定方法としては、送信制御部509の持つ送信バッファーのキューに入ってくるトラフィックを単位時間あたりの情報量である実施例を示している。別の実施例としては、送信制御部509の持つ送信バッファーのキュー平均長をトラフィック情報とすることもできる。
【００２５】
図８・図９・図１０に、本発明の実施形態における送信制御情報計算アルゴリズムを示す。
【００２６】
送信制御情報計算アルゴリズムは、大きく分けて次の三つのステップをとる。
Step1: 各アクセスポイントAPiに所属する端末STAjへの所要送信電力を計算する。
Step2: 各アクセスポイントAPiに所属する端末STAjが干渉領域にあるか非干渉領域にあるかを判断し、非干渉領域と干渉領域における通信量を比較する。例えば、非干渉領域にある端末の数の割合、あるいは非干渉領域にある端末に対するトラフィックの割合（以降では非干渉確率Piと呼ぶ）を計算する。
Step3: Step2で求めた非干渉確率Piを用いて、図４で説明したアクセスポイントAPiの送信タイミング情報（無干渉伝送時間T_noint、APi非干渉時間T_APi 、APj非干渉時間T_APj、ランダムアクセス時間T_rnd）を計算する。
【００２７】
以降では、各ステップの詳細について図を用いて説明する。
図８を用いてStep1を説明する。アクセスポイントAPiを一つ選択し、アクセスポイントAPiに所属する端末STAjへのユーザデータの所要送信電力APi_STAj_Dtxp を数１によって求める。
【００２８】
【数１】
【００２９】
ここで、各記号は次の意味を表すものとする。
・APi_Btxp：アクセスポイントAPiのビーコン送信電力（送信制御用データベースから読み込んだ値）
・APi_STAj_Brxp：アクセスポイントAPiのビーコンをユーザ端末STAjが受信したビーコン受信電力（送信制御用データベースから読み込んだ値）
・Min_Drxp：ユーザデータを正しく復号・復調するのに必要な最低受信電力（固定値）
・α：受信電力変動に対するマージン（固定値）
すべてのアクセスポイントに対して、数１を用いて所要送信電力を求める。ここでは、他の通信への干渉をなるべく少なくするよう、不必要に高い送信電力で送信を行わないようにしている。
【００３０】
図９を用いてStep2を説明する。アクセスポイントAPiを一つ選択し、アクセスポイントAPiに所属する端末STAｊにおける受信対干渉電力SIRjを数２によって求める。
【００３１】
【数２】
【００３２】
次に、アクセスポイント に所属する端末の全体集合をUとし、端末STAｊにおける受信対干渉電力SIRjが所要受信対干渉電力SIR_req以上である端末の集合をSとする。このとき、上記非干渉確率Piは、数３または数４のいずれかによって求めることができる。
【００３３】
【数３】
【００３４】
【数４】
【００３５】
ここで、各記号は次の意味を表すものとする。
・Num_S：端末STAjにおける受信対干渉電力SIRjが所要受信対干渉電力SIR_req以上である端末の集合Sの端末数（送信制御用データベースから求める）
・Num_U：アクセスポイントAPiに所属する端末全体集合Uの端末数（送信制御用データベースから求める）
・APi_STAj_TRA：アクセスポイントAPiからユーザ端末STAjへのトラフィック情報（送信制御用データベースから読み込む）
非干渉確率Piを他のアクセスポイントについても求める。
【００３６】
図１０を用いてStep3を説明する。伝送時間を、複数アクセスポイントが同時に通信を行う時間及びランダムアクセスによる通信を行う時間等に分けるために、複数アクセスポイントを１グループとして取扱い、グループ内の全てのアクセスポイントが各種通信を行うタイミングをまとめて管理する必要がある。このようなアクセスポイントのグループを干渉アクセスポイント集合と呼ぶことにする。アクセスポイントAPiを一つ選択し、アクセスポイントAPiに対して数５を満たすアクセスポイントAPjの集合J（干渉アクセスポイント集合）を求める。
【００３７】
【数５】
【００３８】
ここで、各記号は次の意味を表すものとする。
・APj_Btxp：アクセスポイントAPjのビーコン送信電力（送信制御用データベースより読み込み）
・APj_APi_Brxp ：アクセスポイントAPjが送信したビーコン信号をアクセスポイントAPiで受信したビーコン受信信号電力（送信制御用データベースより読み込み）
・APi_CSthr：アクセスポイントAPiのキャリアセンス閾値（送信制御用データベースより読み込み）
次に、先に求めたアクセスポイントAPiの非干渉確率Piと、干渉アクセスポイント集合に属するアクセスポイントAPjの非干渉確率Pjを用いて、送信タイミング制御情報として、無干渉伝送時間T_noint、APi非干渉時間T_APi、APj非干渉時間T_APj、ランダムアクセス時間T_rndを数６、７、８、９によって求める。
【００３９】
【数６】
【００４０】
【数７】
【００４１】
【数８】
【００４２】
【数９】
【００４３】
また別の実施の形態では、APi非干渉時間T_APi、APj非干渉時間T_APj を0として、無干渉伝送時間T_noint、とランダムアクセス時間T_rndを数１０、１１によって求める。
【００４４】
【数１０】
【００４５】
【数１１】
【００４６】
ただし、上記数式の無干渉伝送時間等は、制御フレーム時間で正規化されたものである。数１で求めた送信電力情報とあわせて、数６、７、８、９もしくは数１０、１１で求めた送信タイミング情報を送信制御信号としてアクセスポイントAPiに通知する。
【００４７】
上記の処理を全てのアクセスポイントに対して行なう。
【００４８】
図１１に本発明の実施形態における、管理サーバからアクセスポイントへの送信制御信号の説明図を示す。１制御フレーム時間T_frameは、アクセスポイントAPiが所属する端末へのダウンリンクトラフィックを発生する時間の長さを表す。無干渉伝送時間T_nointで非干渉領域の端末宛に送信する。干渉アクセスポイントの数AP_numを通知し、AP_num分アクセスポイントAPiのID（アドレスなど）AP_IDと各APi非干渉時間T_APiを通知する。同一の干渉アクセスポイント集合内では、アクセスポイントIDを昇順に並べることにより、複数のアクセスポイント間での送信順序を保つ。なお、アクセスポイントAP1の干渉アクセスポイント集合とアクセスポイントAP2の干渉アクセスポイント集合の要素が異なる場合は、共通要素となるアクセスポイントを先に、異なる要素となるアクセスポイントを後にグループ分けして、グループ内でのアクセスポイントIDの昇順を保つものとする。
【００４９】
アクセスポイントAPiは非干渉時間T_ APiの間、非干渉領域にある端末にユーザデータを送信することができ、それ以外の時間は干渉領域にある端末に送信する。ランダムアクセス時間T_rndでは、干渉領域にある端末にユーザデータを送信することができる。
【００５０】
端末個数STA_Numで、アクセスポイントが管理する端末数を通知する。所要受信対干渉電力SIR_reqで干渉領域か非干渉領域にあるかの判断基準となるSIRを示す。各端末STAjごとに端末ID（アドレスなどSTA_ID ）と、数２で求めた受信対干渉電力SIRjと、数１で求めた所要送信電力APi_STAj_Dtxp を通知する。あるいは、所要受信対干渉電力SIR_reqと各端末における受信対干渉電力SIRjを通知する変わりに、各端末が非干渉領域にあるか干渉領域にあるかを管理サーバで判断した結果をフラグとして通知しても良い。アクセスポイントAPiは、通知された送信タイミングと送信電力に従って図１１に示すように端末毎に制御を行なう。
【００５１】
図１２に本発明の実施形態におけるアクセスポイントの送信制御部の構成例を示す。送信制御部は、管理サーバからの送信制御信号の情報に従って、端末毎に送信タイミングと送信電力を設定する機能を担う。
【００５２】
まず、ユーザデータパケットが送信制御部に到達すると、送信キュー振分け部1201で、パケットにある宛先アドレスを読み取って送信キュー1202a・1202b・1202cに振り分ける。送信キューへの割り振り方法としては、次の二つがあげられる。
・送信キュー１つに端末を１つずつ割り付ける方法
・端末の受信対干渉電力SIRjが所要受信対干渉電力SIR_reqを満たしているものを送信キュー１つにまとめ、満たしていないものを別の送信キューにまとめる。
これらの送信キューでパケット数をカウントすれば、アクセスポイントからユーザ端末へのトラフィック情報や非干渉領域と干渉領域の通信の割合を求めるために用いることができる。
次に、送信時間制御部1203では指定された送信タイミング情報に従って送信キューからパケットを取り出す。同期タイマ507に１制御フレーム時間T_frame、無干渉伝送時間T_noint、APi非干渉時間T_APi、APj非干渉時間T_APj、ランダムアクセス時間T_rndの情報をもとに周期割り込みの設定を行ない、割り込み時に無干渉伝送時間T_noint、APi非干渉時間T_APiの場合には非干渉領域用の端末に割り当てた送信キューからパケットを取り出す。
【００５３】
送信電力設定部1204では、端末STAjに対する所要送信電力APi_STAj_Dtxpを無線送信器511に設定する。
【００５４】
再送制御部1205では、無線送信器511に送ったパケットを送信バッファ1206に保持し、端末からのデータ到達応答パケットAckを受け取ったことを無線受信器512から通知されるのを待つ。同期タイマ507にAck待ち時間を設定して、Ackタイムアウトが先に生じた場合は、送信バッファ1206に保持したパケットを送信キュー振分け1201に戻すことにより、再送制御パケットも送信タイミングに従って送信されることになる。
【００５５】
管理サーバの管理下にある複数のアクセスポイントが、該管理サーバを介してネットワークに接続されるような構成とすることもできる。この場合には、トラフィック情報や非干渉領域と干渉領域における通信の割合などを、管理サーバにおいて直接把握することが可能になり、管理サーバと各アクセスポイント間の制御情報のトラフィックを低減することができる。なお、この場合においても、アクセスポイント間及びアクセスポイントとユーザ端末間における伝搬路状況の検出及びデータ送信のためのタイミングと送信電力の制御は同様に行われる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、無線アクセスシステムにおいて端末が複数のアクセスポイントから同時に送信したデータパケットを同時に受信し、データパケットが衝突することによって所望信号を正しく復調することができない端末に対しては、衝突が起きないようにアクセスポイントの送信タイミングを時分割し、データパケットが衝突しても受信対干渉電力が大きい場合に所望信号を正しく復調することができる端末に対しては、アクセスポイントの送信タイミングを同時送信することにより、システムトータルのスループットを向上させることができる。
【００５７】
図１３に、本発明の実施形態においてスループットを評価したグラフ図を示す。
【００５８】
無干渉伝送時間では、アクセスポイント101aは端末102aに、アクセスポイント101bは端末102bにデータを送信している。端末102aと端末102bともに非干渉領域にあるため、スループットは6Mbit/s以上を出していることが分かる。
【００５９】
AP1非干渉伝送時間では、アクセスポイント101aは端末102aに、アクセスポイント101bは端末102dにデータを送信している。端末102aは6Mbit/s以上を出しているが、端末102dは非干渉領域であるため、アクセスポイント101aからのデータパケット衝突によってデータ通信速度が3Mbit/s程度に劣化する。
【００６０】
AP2非干渉伝送時間では、アクセスポイント101aは端末102cに、アクセスポイント101bは端末102bにデータを送信している。今度は同様な理由で端末102cが3Mbit/s程度で、端末102bは6Mbit/s以上を出している。
【００６１】
ランダムアクセス時間は、アクセスポイント101aは端末102cに、アクセスポイント101bは端末102dにデータを送信している。端末が両方とも非干渉領域にあるため、端末102c・端末102dともに3Mbit/s程度である。
【００６２】
図１４に本発明の実施形態における効果に関するグラフ図を示す。アクセスポイント101aの非干渉確率P1とアクセスポイント101bの非干渉確率P2を同一の値Pとし、システム全体のスループットを評価したものである。従来は、アクセスポイント101aとアクセスポイント101bが固定送信電力で運用していたため、キャリアセンスによって時分割されていたため、システムスループットが6Mbit/s程度であったが、本発明により非干渉確率の値が１のとき2倍の12Mbit/s程度まで高めることができることを示している。なお、アクセスポイントの台数が増えれば、非干渉確率の値が１のとき台数に比例した効果となる。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】無線アクセスシステムにおけるアクセスポイント並列伝送によるスループット向上方法の説明図。
【図２】無線アクセスシステムにおける受信対干渉電力の説明図。
【図３】受信対干渉電力の地理的分布特性例のグラフ図。
【図４】本発明の実施形態におけるユーザ端末への送信時間の時分割方法の説明図。
【図５】本発明の実施形態におけるシステム構成図。
【図６】本発明の実施形態における制御シーケンス図。
【図７】本発明の実施形態における送信制御用データベース情報の説明図。
【図８】本発明の実施形態における送信制御情報計算アルゴリズム（その１）。
【図９】本発明の実施形態における送信制御情報計算アルゴリズム（その２）。
【図１０】本発明の実施形態における送信制御情報計算アルゴリズム（その３）。
【図１１】本発明の実施形態における送信制御信号の説明図。
【図１２】本発明の実施形態におけるアクセスポイントの送信制御部の説明図。
【図１３】本発明の実施形態においてスループットを評価したグラフ図。
【図１４】本発明の実施形態における効果に関するグラフ図。
【符号の説明】
１０１a・１０１ｂ・１０１ｃ アクセスポイント
１０２a・１０２ｂ・１０２ｃ・１０２ｄ ユーザ端末
５０１ 管理サーバ
５０２ 同期信号生成部
５０３ 送信制御情報計算部
５０４ 送信制御用データベース
５０５ 有線インタフェース信号処理部
５０６ 有線インタフェース信号処理部
５０７ 同期タイマ
５０８ ビーコン生成部
５０９ 送信制御部
５１０ 測定情報通知部
５１１ 無線送信器
５１２ 無線受信器
５１３ 無線受信器
５１４ 無線送信器
５１５ 無線受信電力測定部
１２０１ 送信キュー振分け
１２０２a・１２０２ｂ・１２０２ｃ 送信キュー
１２０３ 送信時間制御
１２０４ 送信電力設定
１２０５ 再送制御
１２０６ 送信バッファ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムにおける無線アクセス方式および伝送方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線アクセスシステムでは、無線LANに代表されるように、ユーザ端末はアクセスポイントを介して有線ネットワークに接続し、インターネットサービスを享受することができる。従来の無線LANシステムでは、複数のユーザ端末・アクセスポイント間の通信時間を、共通の周波数帯を用いて通信を行っている他の通信装置を検出するキャリアセンスの仕組みによって時分割することで干渉を回避しているが、単位時間あたりに伝送できるデータ量が増えないため、アクセスポイントの数を増やしてもシステム全体のスループットが増えず、アクセスポイント一つあたりのスループットが低下するという問題があげられる。
【０００３】
同出願人が先に出願した特願2002-180775では、上記問題に対する対策として、複数のアクセスポイント間で同時に通信することによりシステム全体のスループットを増加させる仕組みを提供している。
【０００４】
図１に、アクセスポイント並列伝送によるスループット向上方法の説明図を示す。アクセスポイント101a・101b・101cが、同時にユーザ端末102a・102b・102cに通信を行なっている様子を示している。このとき、アクセスポイント101aから送信したデータの電波が、アクセスポイント101bのキャリアセンスで検出されないように、アクセスポイント101aの電波到達範囲を抑制することで、同時通信を実現している。キャリアセンスで検出されない条件は、アクセスポイント101aが送信した電波をアクセスポイント101bで受信した電力が、アクセスポイント101bで設定した基準受信電力（以降ではキャリアセンス閾値と呼ぶ)よりも下回っていればよい。
【０００５】
同様に、アクセスポイント101bが送信した電波が、アクセスポイント101cのキャリアセンスで検出されないように、並列伝送を行なうアクセスポイント間で電波到達範囲を制御する仕組みを特願2002-180775で提供している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の無線アクセス方式では、データ通信パケットが同時に送信できる条件を満たすように制御する仕組みが述べられているが、送信されたパケットが他のデータ通信の干渉により正しく受信されず、廃棄される場合があるという問題については述べられていない。
【０００７】
図２に、無線アクセスシステムにおける受信対干渉電力の説明図を示す。アクセスポイント101aが送信電力AP1_TXPでデータパケットを送信し、ユーザ端末102aは受信電力AP1_STA1_RXPで所望信号として受信する。また、アクセスポイント102aがユーザ端末102bに対して送信電力AP2_TXPでデータパケットを送信した信号を、ユーザ端末102aは受信電力AP2_STA1_RXPで干渉信号として受信する。このとき、所望信号と干渉信号の電力比が受信対干渉電力 となる。受信器の復調能力に依存するが、受信対干渉電力SIRが所要受信対干渉電力SIR_req以上であれば、データ信号が正しく復調され、所要受信対干渉電力SIR_req以下であればパケット衝突によりデータが誤って復調される。
【０００８】
図３に、受信対干渉電力SIRの地理的分布例のグラフ図を示す。10m四方の部屋を想定し、部屋のコーナーにアクセスポイント101aとアクセスポイント101bを設置した場合、両アクセスポイントが同一無線通信チャネルで等しい送信電力でデータ通信を行なったときの受信場所を変えたときの受信対干渉電力SIRの大きさを示している。所要受信対干渉電力SIR_reqを10dBとすると、アクセスポイントの周囲4m程度の範囲では、上記二つのアクセスポイントが同時通信を行なっても所要受信対干渉電力SIR_reqを満たす。所要受信対干渉電力SIR_reqを満たす領域を、以降では非干渉領域と呼ぶ。アクセスポイントから4m以上離れた領域では、所要受信対干渉電力SIR_reqを満たすことができない。この領域を、以降では干渉領域と呼ぶ。この干渉領域にあるユーザ端末に対して、上記二つのアクセスポイントが同時通信を行なうと、パケット衝突によりデータが損失してしまうという問題があげられる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の問題に対して、非干渉領域にあるユーザ端末のスループットを向上させることを目的として、アクセスポイントに所属するユーザ端末が干渉領域にあるか非干渉領域にあるかを判断する手段と、非干渉領域にあるユーザ端末と干渉領域にあるユーザ端末へのアクセスポイントからの送信時間を時分割する手段を用いることにより、非干渉領域にあるユーザ端末に対しては複数のアクセスポイントで同時通信を行ない、干渉領域にあるユーザ端末に対してはキャリアセンスによる時分割通信を行なうことにより、データパケット衝突によるスループット劣化を抑制する無線アクセスシステムを提供する。
【００１０】
さらに具体的には、アクセスポイントには、定期的なビーコン信号を送信する手段と、他アクセスポイントのビーコン信号の受信電力を測定する手段と、測定した受信電力とビーコン送信電力設定値を通知する手段と、ユーザ端末ごとに指定された送信タイミングと送信電力を設定して送信する手段と、複数のアクセスポイントで同時に送信するために時間を同期する手段を具備する。また、ユーザ端末にはアクセスポイントのビーコン信号受信電力を測定する手段と、前記測定した受信電力情報を通知する手段を具備する。さらに、複数のアクセスポイントによるデータ通信を統合的に管理する装置（以降では管理サーバと呼ぶ）を設け、この管理サーバには、アクセスポイントおよびユーザ端末で測定したビーコン信号受信電力情報およびビーコン信号送信電力の情報を収集する手段と、前記収集した情報を用いてユーザ端末が干渉領域にあるか非干渉領域にあるかを判断する手段と、干渉領域にあるユーザ端末と非干渉領域にあるユーザ端末に対するデータ送信タイミングを計算する手段と、各ユーザ端末に対する送信電力を計算する手段と、計算した送信タイミングと送信電力をアクセスポイントに通知する手段と、複数アクセスポイントで同時通信を行なうためにアクセスポイント間を同期する信号を生成する手段を具備する。これらの装置によりシステムを構成し、非干渉領域にあるユーザ端末と干渉領域にあるユーザ端末への送信時間を時分割することにより、データパケット衝突を避けて非干渉領域にあるユーザ端末のスループット劣化を抑制して、システム全体のスループットを向上する無線アクセスシステムを提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図４に、本発明の実施形態における各ユーザ端末に対する送信時間の時分割方法の説明図を示す。アクセスポイント101aからユーザ端末102a・102cに、アクセスポイント101bからユーザ端末102b・102dにデータ通信を行なう場合を例として説明する。ここで、ユーザ端末102aとユーザ端末102bは非干渉領域に存在するものとし、ユーザ端末102cとユーザ端末102dは干渉領域に存在するものとする。まず、非干渉領域に存在するユーザ端末102aとユーザ端末102bに対してアクセスポイント101aとアクセスポイント101bから同時通信を行なう場合を説明する。このように同時通信を行う時間を、以降では無干渉伝送時間T_nointと呼ぶ。無干渉伝送時間T_nointでは、複数のアクセスポイントが同時通信を行なっても、ユーザ端末において所要受信対干渉電力SIR_reqが満たされるため、アクセスポイントはキャリアセンスを無効化して通信を行なう。
【００１３】
次に、アクセスポイント101aは非干渉領域にあるユーザ端末102aと通信し、アクセスポイント101bは干渉領域にあるユーザ端末102dと通信を行なう場合を説明する。この通信時間をAP1非干渉伝送時間T_AP1と呼ぶ。AP1非干渉伝送時間では、ユーザ端末102dにおいてアクセスポイント101aからの干渉信号によってパケット衝突の可能性があるため、アクセスポイント101bのキャリアセンスを有効にする。アクセスポイント101aのキャリアセンスは無効のままとする。
【００１４】
続いて、アクセスポイント101aは干渉領域にあるユーザ端末102cと通信し、アクセスポイント101bは非干渉領域にあるユーザ端末102bと通信を行なう場合を説明する。この通信時間をAP2非干渉伝送時間T_AP2と呼ぶ。AP2非干渉伝送時間では、アクセスポイント101aのキャリアセンスを有効にする。アクセスポイント101bのキャリアセンスは無効とする。
【００１５】
最後に、アクセスポイント101aは干渉領域にあるユーザ端末102cと通信し、アクセスポイント101bは干渉領域にあるユーザ端末102dと通信を行なう場合を説明する。この場合は、各アクセスポイントと端末との間でCSMA/CA方式等により通信を行う。この通信時間をランダムアクセス時間T_rndと呼ぶ。このとき、アクセスポイント101a・101b両方のキャリアセンスを有効にする。
【００１６】
図５に、本発明の実施形態におけるシステム構成図を示す。図５のシステムでは、アクセスポイント101aとユーザ端末102a、そしてアクセスポイントを管理する管理サーバ501から構成される。ただし、管理サーバ501一つで、複数のアクセスポイントとユーザ端末を管理することができるものとする。
【００１７】
管理サーバ501は、複数アクセスポイントで同時通信するタイミングを合わせるための同期信号を生成する同期信号生成部502と、複数アクセスポイントとの通信を行なうための有線インタフェース信号処理部505と、複数のアクセスポイントおよびユーザ端末で測定したビーコン信号受信電力情報およびビーコン信号送信電力の情報を収集する送信制御用データベース504と、送信制御用データベース504を用いて干渉領域にあるユーザ端末と非干渉領域にあるユーザ端末に対するデータ送信タイミングと、各ユーザ端末に対する送信電力を計算し、計算した送信タイミングと送信電力をアクセスポイントに通知する送信制御情報計算部503で構成される。
【００１８】
アクセスポイント101aは、管理サーバ501と通信するための有線インタフェース信号処理部506と、アクセスポイント間、またはユーザ端末との間の伝搬路における電波伝搬状況を調べるのに必要なビーコン信号を定期的に送信するビーコン生成部508と、無線伝送路上を誤りなく通信するためにビーコン信号やデータ信号などの送信信号を符号化および変調して無線信号を送信する無線送信器511と、受信した無線信号を元の信号に戻す復調・復号を行なう無線受信器512と、他アクセスポイントからのビーコン信号の受信電力を測定して、アクセスポイントに設定してあるビーコン送信電力値・キャリアセンス閾値と、測定したビーコン受信電力値を管理サーバ501に通知する測定情報通知部510と、管理サーバ501の送信制御情報計算部503から指定された送信タイミングと送信電力をユーザ端末ごとに設定してユーザデータを送信する送信制御部509と、複数のアクセスポイントで同時送信を行なうために管理サーバ501の同期信号生成部502で生成した同期信号に同期して送信制御部等のタイミングを制御する同期タイマ507で構成される。
【００１９】
ユーザ端末102aは、アクセスポイントからの無線信号を受信するための無線受信器513と、アクセスポイントのビーコン信号受信電力を測定する無線受信電力測定部515と、アクセスポイントへ受信電力測定の結果及びデータ信号などの無線信号を送信するための無線送信器514とで構成される。受信電力測定の結果は、アクセスポイントを介して管理サーバ501に通知される。
【００２０】
制御信号の流れとしては、アクセスポイント101aの測定情報通知部508とユーザ端末102aの無線受信電力測定部515から測定情報を管理サーバ501の送信制御用データベース504に収集し、この送信制御用データベース504を用いて送信制御情報計算部503がアクセスポイント101aの送信制御部507に対して各端末毎に送信タイミングと送信電力を計算し、該当するアクセスポイントに通知する。送信制御部507は、ユーザデータ信号に対して指定された送信タイミングと送信電力で通信を行なうように制御する。
【００２１】
図６に本発明の実施形態における制御シーケンス図を示す。まず、アクセスポイント101aはビーコン送信電力値やキャリアセンス閾値等のアクセスポイントの設定値をアクセスポイント設定情報として管理サーバ501に通知する。また、他のアクセスポイント101bが送信しているビーコン信号の受信電力を測定し、ビーコン受信電力情報として管理サーバ501に通知する。また、アクセスポイント101aからユーザ端末へのトラフィック（ダウンリンクトラフィック）情報も管理サーバ501に通知する。アクセスポイント101aのセル内にあり、アクセスポイント101aからデータを受信するユーザ端末102aは、アクセスポイント101aおよびアクセスポイント101bのビーコン信号を受信し、受信電力を測定してビーコン受信電力情報として管理サーバ501に通知する。
【００２２】
管理サーバ501では、上記の通知された情報を送信制御用データベース504に記録し、この情報をもとにアクセスポイント101aからユーザ端末102aへのデータパケットの送信タイミング、または送信電力などの送信制御情報を計算する。計算した結果を送信制御信号としてアクセスポイント101aに通知する。アクセスポイント101aと同様にして送信制御信号をアクセスポイント101bにも通知を行なう。アクセスポイント101aは指定された送信タイミングと送信電力でユーザデータをユーザ端末102aに送信する。
【００２３】
図７に本発明の実施形態における送信制御用データベース情報の説明図を示す。送信制御用データベースは、各アクセスポイントAPiにおけるビーコン送信電力(APi_Btxp)とキャリアセンス閾値(APi_CSthr)を示したアクセスポイント設定情報と、アクセスポイントAPjにおける他のアクセスポイントAPiからのビーコン受信電力情報(APi_APj_Brxp)と、ユーザ端末STAjにおけるアクセスポイントAPiからのビーコン受信電力情報（APi_STAj_Brxp）と、アクセスポイントAPiからユーザ端末STAjへのトラフィック情報（APi_STAj_TRA）とで構成される。図６の制御シーケンスによって、複数のアクセスポイント、ユーザ端末から上記の情報が収集される。
【００２４】
アクセスポイントAPiにおけるトラフィック情報（APi_STAj_TRA）の測定方法としては、送信制御部509の持つ送信バッファーのキューに入ってくるトラフィックを単位時間あたりの情報量である実施例を示している。別の実施例としては、送信制御部509の持つ送信バッファーのキュー平均長をトラフィック情報とすることもできる。
【００２５】
図８・図９・図１０に、本発明の実施形態における送信制御情報計算アルゴリズムを示す。
【００２６】
送信制御情報計算アルゴリズムは、大きく分けて次の三つのステップをとる。
Step1: 各アクセスポイントAPiに所属する端末STAjへの所要送信電力を計算する。
Step2: 各アクセスポイントAPiに所属する端末STAjが干渉領域にあるか非干渉領域にあるかを判断し、非干渉領域と干渉領域における通信量を比較する。例えば、非干渉領域にある端末の数の割合、あるいは非干渉領域にある端末に対するトラフィックの割合（以降では非干渉確率Piと呼ぶ）を計算する。
Step3: Step2で求めた非干渉確率Piを用いて、図４で説明したアクセスポイントAPiの送信タイミング情報（無干渉伝送時間T_noint、APi非干渉時間T_APi 、APj非干渉時間T_APj、ランダムアクセス時間T_rnd）を計算する。
【００２７】
以降では、各ステップの詳細について図を用いて説明する。
図８を用いてStep1を説明する。アクセスポイントAPiを一つ選択し、アクセスポイントAPiに所属する端末STAjへのユーザデータの所要送信電力APi_STAj_Dtxp を数１によって求める。
【００２８】
【数１】
ここで、各記号は次の意味を表すものとする。
・APi_Btxp：アクセスポイントAPiのビーコン送信電力（送信制御用データベースから読み込んだ値）
・APi_STAj_Brxp：アクセスポイントAPiのビーコンをユーザ端末STAjが受信したビーコン受信電力（送信制御用データベースから読み込んだ値）
・Min_Drxp：ユーザデータを正しく復号・復調するのに必要な最低受信電力（固定値）
・α：受信電力変動に対するマージン（固定値）
すべてのアクセスポイントに対して、数１を用いて所要送信電力を求める。ここでは、他の通信への干渉をなるべく少なくするよう、不必要に高い送信電力で送信を行わないようにしている。
【００３０】
図９を用いてStep2を説明する。アクセスポイントAPiを一つ選択し、アクセスポイントAPiに所属する端末STAｊにおける受信対干渉電力SIRjを数２によって求める。
【００３１】
【数２】
次に、アクセスポイント に所属する端末の全体集合をUとし、端末STAｊにおける受信対干渉電力SIRjが所要受信対干渉電力SIR_req以上である端末の集合をSとする。このとき、上記非干渉確率Piは、数３または数４のいずれかによって求めることができる。
【００３３】
【数３】
【数４】
ここで、各記号は次の意味を表すものとする。
・Num_S：端末STAjにおける受信対干渉電力SIRjが所要受信対干渉電力SIR_req以上である端末の集合Sの端末数（送信制御用データベースから求める）
・Num_U：アクセスポイントAPiに所属する端末全体集合Uの端末数（送信制御用データベースから求める）
・APi_STAj_TRA：アクセスポイントAPiからユーザ端末STAjへのトラフィック情報（送信制御用データベースから読み込む）
非干渉確率Piを他のアクセスポイントについても求める。
【００３６】
図１０を用いてStep3を説明する。伝送時間を、複数アクセスポイントが同時に通信を行う時間及びランダムアクセスによる通信を行う時間等に分けるために、複数アクセスポイントを１グループとして取扱い、グループ内の全てのアクセスポイントが各種通信を行うタイミングをまとめて管理する必要がある。このようなアクセスポイントのグループを干渉アクセスポイント集合と呼ぶことにする。アクセスポイントAPiを一つ選択し、アクセスポイントAPiに対して数５を満たすアクセスポイントAPjの集合J（干渉アクセスポイント集合）を求める。
【００３７】
【数５】
ここで、各記号は次の意味を表すものとする。
・APj_Btxp：アクセスポイントAPjのビーコン送信電力（送信制御用データベースより読み込み）
・APj_APi_Brxp ：アクセスポイントAPjが送信したビーコン信号をアクセスポイントAPiで受信したビーコン受信信号電力（送信制御用データベースより読み込み）
・APi_CSthr：アクセスポイントAPiのキャリアセンス閾値（送信制御用データベースより読み込み）
次に、先に求めたアクセスポイントAPiの非干渉確率Piと、干渉アクセスポイント集合に属するアクセスポイントAPjの非干渉確率Pjを用いて、送信タイミング制御情報として、無干渉伝送時間T_noint、APi非干渉時間T_APi、APj非干渉時間T_APj、ランダムアクセス時間T_rndを数６、７、８、９によって求める。
【００３９】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
また別の実施の形態では、APi非干渉時間T_APi、APj非干渉時間T_APj を0として、無干渉伝送時間T_noint、とランダムアクセス時間T_rndを数１０、１１によって求める。
【００４４】
【数１０】
【数１１】
ただし、上記数式の無干渉伝送時間等は、制御フレーム時間で正規化されたものである。数１で求めた送信電力情報とあわせて、数６、７、８、９もしくは数１０、１１で求めた送信タイミング情報を送信制御信号としてアクセスポイントAPiに通知する。
【００４７】
上記の処理を全てのアクセスポイントに対して行なう。
【００４８】
図１１に本発明の実施形態における、管理サーバからアクセスポイントへの送信制御信号の説明図を示す。１制御フレーム時間T_frameは、アクセスポイントAPiが所属する端末へのダウンリンクトラフィックを発生する時間の長さを表す。無干渉伝送時間T_nointで非干渉領域の端末宛に送信する。干渉アクセスポイントの数AP_numを通知し、AP_num分アクセスポイントAPiのID（アドレスなど）AP_IDと各APi非干渉時間T_APiを通知する。同一の干渉アクセスポイント集合内では、アクセスポイントIDを昇順に並べることにより、複数のアクセスポイント間での送信順序を保つ。なお、アクセスポイントAP1の干渉アクセスポイント集合とアクセスポイントAP2の干渉アクセスポイント集合の要素が異なる場合は、共通要素となるアクセスポイントを先に、異なる要素となるアクセスポイントを後にグループ分けして、グループ内でのアクセスポイントIDの昇順を保つものとする。
【００４９】
アクセスポイントAPiは非干渉時間T_ APiの間、非干渉領域にある端末にユーザデータを送信することができ、それ以外の時間は干渉領域にある端末に送信する。ランダムアクセス時間T_rndでは、干渉領域にある端末にユーザデータを送信することができる。
【００５０】
端末個数STA_Numで、アクセスポイントが管理する端末数を通知する。所要受信対干渉電力SIR_reqで干渉領域か非干渉領域にあるかの判断基準となるSIRを示す。各端末STAjごとに端末ID（アドレスなどSTA_ID ）と、数２で求めた受信対干渉電力SIRjと、数１で求めた所要送信電力APi_STAj_Dtxp を通知する。あるいは、所要受信対干渉電力SIR_reqと各端末における受信対干渉電力SIRjを通知する変わりに、各端末が非干渉領域にあるか干渉領域にあるかを管理サーバで判断した結果をフラグとして通知しても良い。アクセスポイントAPiは、通知された送信タイミングと送信電力に従って図１１に示すように端末毎に制御を行なう。
【００５１】
図１２に本発明の実施形態におけるアクセスポイントの送信制御部の構成例を示す。送信制御部は、管理サーバからの送信制御信号の情報に従って、端末毎に送信タイミングと送信電力を設定する機能を担う。
【００５２】
まず、ユーザデータパケットが送信制御部に到達すると、送信キュー振分け部1201で、パケットにある宛先アドレスを読み取って送信キュー1202a・1202b・1202cに振り分ける。送信キューへの割り振り方法としては、次の二つがあげられる。
・送信キュー１つに端末を１つずつ割り付ける方法
・端末の受信対干渉電力SIRjが所要受信対干渉電力SIR_reqを満たしているものを送信キュー１つにまとめ、満たしていないものを別の送信キューにまとめる。
これらの送信キューでパケット数をカウントすれば、アクセスポイントからユーザ端末へのトラフィック情報や非干渉領域と干渉領域の通信の割合を求めるために用いることができる。
次に、送信時間制御部1203では指定された送信タイミング情報に従って送信キューからパケットを取り出す。同期タイマ507に１制御フレーム時間T_frame、無干渉伝送時間T_noint、APi非干渉時間T_APi、APj非干渉時間T_APj、ランダムアクセス時間T_rndの情報をもとに周期割り込みの設定を行ない、割り込み時に無干渉伝送時間T_noint、APi非干渉時間T_APiの場合には非干渉領域用の端末に割り当てた送信キューからパケットを取り出す。
【００５３】
送信電力設定部1204では、端末STAjに対する所要送信電力APi_STAj_Dtxpを無線送信器511に設定する。
【００５４】
再送制御部1205では、無線送信器511に送ったパケットを送信バッファ1206に保持し、端末からのデータ到達応答パケットAckを受け取ったことを無線受信器512から通知されるのを待つ。同期タイマ507にAck待ち時間を設定して、Ackタイムアウトが先に生じた場合は、送信バッファ1206に保持したパケットを送信キュー振分け1201に戻すことにより、再送制御パケットも送信タイミングに従って送信されることになる。
【００５５】
管理サーバの管理下にある複数のアクセスポイントが、該管理サーバを介してネットワークに接続されるような構成とすることもできる。この場合には、トラフィック情報や非干渉領域と干渉領域における通信の割合などを、管理サーバにおいて直接把握することが可能になり、管理サーバと各アクセスポイント間の制御情報のトラフィックを低減することができる。なお、この場合においても、アクセスポイント間及びアクセスポイントとユーザ端末間における伝搬路状況の検出及びデータ送信のためのタイミングと送信電力の制御は同様に行われる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、無線アクセスシステムにおいて端末が複数のアクセスポイントから同時に送信したデータパケットを同時に受信し、データパケットが衝突することによって所望信号を正しく復調することができない端末に対しては、衝突が起きないようにアクセスポイントの送信タイミングを時分割し、データパケットが衝突しても受信対干渉電力が大きい場合に所望信号を正しく復調することができる端末に対しては、アクセスポイントの送信タイミングを同時送信することにより、システムトータルのスループットを向上させることができる。
【００５７】
図１３に、本発明の実施形態においてスループットを評価したグラフ図を示す。
【００５８】
無干渉伝送時間では、アクセスポイント101aは端末102aに、アクセスポイント101bは端末102bにデータを送信している。端末102aと端末102bともに非干渉領域にあるため、スループットは6Mbit/s以上を出していることが分かる。
【００５９】
AP1非干渉伝送時間では、アクセスポイント101aは端末102aに、アクセスポイント101bは端末102dにデータを送信している。端末102aは6Mbit/s以上を出しているが、端末102dは非干渉領域であるため、アクセスポイント101aからのデータパケット衝突によってデータ通信速度が3Mbit/s程度に劣化する。
【００６０】
AP2非干渉伝送時間では、アクセスポイント101aは端末102cに、アクセスポイント101bは端末102bにデータを送信している。今度は同様な理由で端末102cが3Mbit/s程度で、端末102bは6Mbit/s以上を出している。
【００６１】
ランダムアクセス時間は、アクセスポイント101aは端末102cに、アクセスポイント101bは端末102dにデータを送信している。端末が両方とも非干渉領域にあるため、端末102c・端末102dともに3Mbit/s程度である。
【００６２】
図１４に本発明の実施形態における効果に関するグラフ図を示す。アクセスポイント101aの非干渉確率P1とアクセスポイント101bの非干渉確率P2を同一の値Pとし、システム全体のスループットを評価したものである。従来は、アクセスポイント101aとアクセスポイント101bが固定送信電力で運用していたため、キャリアセンスによって時分割されていたため、システムスループットが6Mbit/s程度であったが、本発明により非干渉確率の値が１のとき2倍の12Mbit/s程度まで高めることができることを示している。なお、アクセスポイントの台数が増えれば、非干渉確率の値が１のとき台数に比例した効果となる。
【００６３】
【図面の簡単な説明】
【図１】無線アクセスシステムにおけるアクセスポイント並列伝送によるスループット向上方法の説明図。
【図２】無線アクセスシステムにおける受信対干渉電力の説明図。
【図３】受信対干渉電力の地理的分布特性例のグラフ図。
【図４】本発明の実施形態におけるユーザ端末への送信時間の時分割方法の説明図。
【図５】本発明の実施形態におけるシステム構成図。
【図６】本発明の実施形態における制御シーケンス図。
【図７】本発明の実施形態における送信制御用データベース情報の説明図。
【図８】本発明の実施形態における送信制御情報計算アルゴリズム（その１）。
【図９】本発明の実施形態における送信制御情報計算アルゴリズム（その２）。
【図１０】本発明の実施形態における送信制御情報計算アルゴリズム（その３）。
【図１１】本発明の実施形態における送信制御信号の説明図。
【図１２】本発明の実施形態におけるアクセスポイントの送信制御部の説明図。
【図１３】本発明の実施形態においてスループットを評価したグラフ図。
【図１４】本発明の実施形態における効果に関するグラフ図。
【符号の説明】
１０１a・１０１ｂ・１０１ｃ アクセスポイント
１０２a・１０２ｂ・１０２ｃ・１０２ｄ ユーザ端末
５０１ 管理サーバ
５０２ 同期信号生成部
５０３ 送信制御情報計算部
５０４ 送信制御用データベース
５０５ 有線インタフェース信号処理部
５０６ 有線インタフェース信号処理部
５０７ 同期タイマ
５０８ ビーコン生成部
５０９ 送信制御部
５１０ 測定情報通知部
５１１ 無線送信器
５１２ 無線受信器
５１３ 無線受信器
５１４ 無線送信器
５１５ 無線受信電力測定部
１２０１ 送信キュー振分け
１２０２a・１２０２ｂ・１２０２ｃ 送信キュー
１２０３ 送信時間制御
１２０４ 送信電力設定
１２０５ 再送制御
１２０６ 送信バッファ。
Claims (21)
- 無線通信を行うユーザ端末がアクセスポイントを経由して有線ネットワークに接続する通信システムにおける通信制御方法であって、
複数のアクセスポイントが送信する信号の受信電力をユーザ端末で測定し、ユーザ端末が所属するアクセスポイントの信号受信電力とそれ以外のアクセスポイントの信号受信電力の比によって所望信号対干渉電力比を求め、
該信号対干渉電力比が所定の所要信号対干渉電力比と比べて大きい場合は非干渉領域、小さい場合は干渉領域にあると判断し、
非干渉領域にあるユーザ端末と干渉領域にあるユーザ端末へのアクセスポイントからの送信時間を時分割してそれぞれ第１の時間帯と第２の時間帯とし、
上記第１の時間帯には、非干渉領域にある複数のユーザ端末に対して対応する複数のアクセスポイントから同時に通信を行い、
上記第２の時間帯には、干渉領域にあるユーザ端末に対しては複数のアクセスポイントで時間分割して通信を行うことを特徴とする通信制御方法。 - 請求項１記載の通信システムであって、
上記第１の時間帯と上記第２の時間帯の時間配分は、各アクセスポイントごとの上記非干渉領域に属するユーザ端末と上記干渉領域に属するユーザ端末の比率、またはそれぞれの領域へのデータ通信量に基づいて決定されることを特徴とする通信システム。 - 請求項１記載の通信システムであって、
上記第１の時間帯においては、各アクセスポイントは、共通の周波数帯を用いて通信を行っている他の通信装置を検出するキャリアセンスを無効にすることを特徴とする通信システム。 - 請求項１記載の通信システムであって、
各アクセスポイントから所定の送信電力で送信されるビーコン信号が各ユーザ端末に受信された際の受信電力に基づいて、上記非干渉領域と上記干渉領域を区別することを特徴とする通信システム。 - 請求項４記載の通信システムであって、
上記第１の時間帯において、上記ビーコン信号の受信電力に応じて各ユーザ端末へのデータ信号の送信電力を制御することを特徴とする通信システム。 - 複数のアクセスポイントと、上記アクセスポイントを介して有線ネットワークに接続する複数のユーザ端末とを有する無線通信システムにおいて上記複数のアクセスポイント二接続され、上記各アクセスポイントからそれぞれに対応する複数のユーザ端末へのデータ送信を管理する管理サーバであって、
上記複数のアクセスポイントを介して、上記複数のユーザ端末のそれぞれにおける所望信号と干渉信号の受信電力比である所望信号対干渉電力比の通知を受信する通信インタフェース信号処理部と、
上記通信インタフェース信号処理部で受信した情報を保持するデータベースと、
上記データベースに保持された情報をもとに、上記有線インタフェース信号処理部を介して上記複数のアクセスポイントに送信される送信制御情報を生成する送信制御情報計算部とを有し、
上記送信制御情報計算部は、上記所望信号対干渉電力比をもとに上記複数のユーザ端末を非干渉領域にあるユーザ端末と干渉領域にあるユーザ端末に区分し、非干渉領域にあるユーザ端末と干渉領域にあるユーザ端末へのアクセスポイントからの送信時間を時分割してそれぞれ第１の時間帯と第２の時間帯とし、上記複数のアクセスポイントに対し、上記第１の時間帯には、非干渉領域にある複数のユーザ端末に対して対応する複数のアクセスポイントから同時に通信を行い、上記第２の時間帯には、干渉領域にあるユーザ端末に対しては複数のアクセスポイントで時間分割して通信を行うよう指示する制御信号を送信することを特徴とする管理サーバ。 - 請求項６記載の管理サーバであって、
上記送信制御情報計算部は、各アクセスポイントごとの上記非干渉領域に属するユーザ端末と上記干渉領域に属するユーザ端末の比率に基づいて第１の時間帯と上記第２の時間帯の時間配分を決定することを特徴とする管理サーバ。 - 請求項６記載の管理サーバであって、
上記送信制御情報計算部は、各アクセスポイントごとの上記非干渉領域と上記干渉領域へのデータ通信量に基づいて第１の時間帯と上記第２の時間帯の時間配分を決定することを特徴とする管理サーバ。 - 請求項６記載の管理サーバであって、
同期信号を生成する同期信号生成部を有し、上記同期信号は、上記優先インタフェース信号処理部を介して上記複数のアクセスポイントに送信されることを特徴とするサーバ装置。 - 請求項６ないし８のうちいずれかに記載のサーバ装置であって、上記データベースに上記各アクセスポイントから上記複数のユーザ端末へのデータ送信状態についての情報を保持することを特徴とするサーバ装置。
- 請求項１０記載のサーバ装置であって、上記データ送信状態は、上記各アクセスポイントから上記複数のユーザ端末へ送信されるデータパケットを保持する送信キューにおける、端末ごと、または非干渉領域若しくは干渉領域の領域別のパケット数であることを特徴とするサーバ装置。
- 請求項１１記載のサーバ装置であって、上記有線ネットワークから上記複数のアクセスポイントを介して上記複数のユーザ端末に送信されるデータ信号の送信を仲介し、上記送信キューは該サーバ装置内に具備されるものであることを特徴とするサーバ装置。
- 複数のアクセスポイント装置と、上記アクセスポイント装置を介して有線ネットワークに接続する複数のユーザ端末と、上記複数のアクセスポイント装置からそれぞれに対応する複数のユーザ端末へのデータ送信を管理する管理サーバとを有する無線通信システムにおいて複数のユーザ端末と無線通信を行うアクセスポイント装置であって、
上記管理サーバから受信される同期信号に基づいて同期をとる同期タイマと、
上記同期タイマと上記管理サーバから送信される送信制御情報とに基づいて上記複数のユーザ端末への信号送信を制御する送信制御部とを有し、
上記複数のユーザ端末は、それぞれにおける所望信号と干渉信号の受信電力比である所望信号対干渉電力比に基づいて非干渉領域にあるユーザ端末と干渉領域にあるユーザ端末に区分され、
上記送信制御情報は、非干渉領域にあるユーザ端末と干渉領域にあるユーザ端末へのアクセスポイントからの送信時間を時分割してそれぞれ第１の時間帯と第２の時間帯とし、上記複数のアクセスポイントに対し、上記第１の時間帯には、非干渉領域にある複数のユーザ端末に対して対応する他のアクセスポイントと同時に通信を行い、上記第２の時間帯には、干渉領域にあるユーザ端末に対しては他のアクセスポイントと時間分割して通信を行うよう指示する情報であることを特徴とするアクセスポイント装置。 - 請求項１３記載のアクセスポイント装置であって、
上記送信制御情報は、上記各ユーザ端末への信号送信の送信電力情報を含み、
上記送信制御部は、上記送信電力情報に応じた送信電力で上記ユーザ端末への信号送信を行うことを特徴とするアクセスポイント装置。 - 請求項１３記載のアクセスポイント装置であって、
ビーコン生成部を有し、該ビーコン生成部で生成したビーコン信号を無線で送信し、
各ユーザ装置から、そのユーザ装置において受信した該アクセスポイント装置及び他のアクセスポイント装置からのビーコン信号の受信電力の情報を受信して上記管理サーバに転送し、
上記送信制御情報は上記受信電力の情報に基づいて計算されるものであることを特徴とするアクセスポイント装置。 - 請求項１３記載のアクセスポイント装置であって、
上記第１の時間帯においては、各アクセスポイントは、共通の周波数帯を用いて通信を行っている他の通信装置を検出するキャリアセンスを無効にすることを特徴とするアクセスポイント装置。 - 請求項１記載の通信制御方法において、アクセスポイントから端末への通信時間の単位を１フレーム時間として、１つのアクセスポイントに所属するユーザ端末数に対して非干渉領域にあるユーザ端末数の比（非干渉確率）を求め、複数アクセスポイント各々の非干渉確率の積を前記１フレーム時間にかけた時間を、非干渉領域にあるユーザ端末に対して複数アクセスポイントで同時通信を行ない、複数アクセスポイント各々で１から非干渉確率を引いた値（干渉確率）の積を前記１フレーム時間にかけた時間を、干渉領域にあるユーザ端末に対して複数アクセスポイントで時分割により通信を行ない、１フレーム時間の残りの時間については一つのアクセスポイントが非干渉領域にあるユーザ端末と通信し、残りが干渉領域にあるユーザ端末と通信する時間を分割することを特徴とする通信制御方法。
- 請求項１７記載の通信制御方法において、複数アクセスポイントで各々の非干渉確率の最小値を前記１フレーム時間にかけた時間を、複数アクセスポイントで非干渉領域にあるユーザ端末に対する同時通信時間に割り当て、それ以外の時間を干渉領域にあるユーザ端末に対して複数アクセスポイントで時分割により通信することを特徴とする通信制御方法。
- 請求項１７または請求項１８記載の通信制御方法において、非干渉確率を１つのアクセスポイントに所属するユーザ端末のトラフィック総和に対する非干渉領域にあるユーザ端末のトラフィック総和と定義する通信制御方法。
- 請求項１９記載の通信制御方法において、アクセスポイントからユーザ端末へのデータが、アクセスポイントの送信キューに入ってくる単位時間あたりのビット数をトラフィックと定義する通信制御方法。
- 請求項１９記載の通信制御方法において、アクセスポイントからユーザ端末へのデータが、アクセスポイントの送信キューに入っている送信キューの平均長をトラフィックと定義する通信制御方法。
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