JP6146802B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置にかかり、特に、複数の無線通信回路を用いてデータの送受信が可能な無線通信装置に関する。

無線通信システムにおいて、広い通信エリアと高速通信を実現するために、伝送レート制御は必須の機能である。例えば、近距離にある無線端末との通信には、できる限り高速な伝送レートを使用し、遠距離の無線端末との通信には、低速な伝送レートを使用することで、幅広い通信エリアで最適な無線通信を提供する伝送レート制御が一般的である。このような伝送レート制御方式は、通信可能な範囲でもっとも高速な伝送レートを使用する。

一方で、地球レベルでの温暖化防止対策、および、電力需要削減対策として、消費電力量を削減することが急務となっている。そして、上述したような無線通信方式では、最も高速な伝送レートを使用することで、電力効率も最大となっていた。

ところが、IEEE802.11nに代表される、MIMO(Multiple Input Multiple Output)をサポートする無線通信方式においては、高速な伝送レートを使用することにより、電力効率は必ずしも良くならない。MIMO通信方式をサポートする無線基地局は、高速な伝送レートを実現するために、これまでは１つであった無線通信回路（ＲＦチェイン）を、複数搭載して使用するためである。

ここで、非特許文献１では、IEEE802.11nにおいて、MIMO空間多重数が増えても電力が単純に倍にはならないこと、高速伝送レートが常に電力効率が高い訳ではないこと、短いパケットに関しては常に単一ＲＦチェインによる運用が最も電力効率に優れること、を示している。

また、非特許文献２では、MIMOを利用するIEEE802.11n通信方式では、高速な伝送レートを用いることが必ずしも電力効率が最適にならず、最適な設定は、無線通信時の信号対雑音比(SNR)、通信トラフィックパタン、伝送レート、MIMOの空間多重数の相互作用で動的に変化する、という報告がなされている。

以上の問題のために、MIMOを利用する無線通信方式においては、無線通信環境、通信利用状況、伝送レートの相互作用により通信時の電力効率は最適とならず、消費電力が増大する、という結果となる。

D. Halperin, B. Greenstein, A. Sheth, and D. Wetherall,"Demystifying 802.11n power consumption," Proc. HotPower 2010, p.1,Oct. 2010 I. Pefkianakis, S. B. Lee, and S. Lu, "MIPS: MIMO power save in802.11n wireless networks," UCLA, Comput. Sci. Dept., Los Angeles, CA,Tech. Rep. TR-100040-2010, 2010.

このような背景のもと、消費電力の削減と高速通信の提供を両立するために、市販されている無線基地局の一種である無線LAN（Local Area Network）ルータ製品においては、省電力モードを搭載した製品が存在する。

省電力モードは、無線基地局が複数搭載しているＲＦチェインの内、通信のために最低限必要となる１つのチェインのみ使用し、他のチェインを未使用（低電力状態あるいは電源ＯＦＦ）とすることで、消費電力を削減している。このような場合、例えば、２つのＲＦチェインを持つ無線基地局を使用している時、省電力モードを使用してＲＦチェイン数を１つとした時には、伝送レートの上限が通常時の半分となることを許容しなければならない。

また、ユーザがあらかじめ指定したスケジュール通りに省電力モード使用・未使用を切り替えること、あるいは無線通信の利用者が現れた場合に省電力モードの使用／未使用を切り替えることは可能である。ところが、無線通信時のSNRなど無線通信環境に合わせて、自動的に電力効率が最適となる伝送レートを利用することはできない。

以上のことから、MIMO通信方式を利用する無線基地局において、無線通信環境、通信利用状況に応じたＲＦチェイン数及び伝送レートを自動的に選択することができず、消費電力の削減と高速通信との両立を図ることができない、という問題があった。また、MIMO通信方式の無線基地局に限らず、あらゆる無線通信装置において、上述同様に消費電力の削減と高速通信との両立を図ることができない、という問題が生じる。

このため、本発明の目的は、上述した課題である、無線通信装置における消費電力の削減と高速通信との両立を図ることができない、ことを解決することにある。

本発明の一形態である無線通信装置は、
同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路で信号を送受信する動作を制御する無線通信制御部と、
無線通信回路にて送受信した信号の特性を検出して、信号特性情報として信号特性データベースに記憶する無線通信監視部と、
前記無線通信回路の数を表すＲＦチェイン数と、当該ＲＦチェイン数の無線通信回路で信号を送受信する際に利用可能な伝送レートと、を関連付けて記憶した伝送レートテーブルと、
前記信号特性データベースに記憶されている送受信した信号の信号特性情報に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する状態制御部と、を備え、
前記無線通信制御部は、前記伝送レートテーブルから前記状態制御部にて選択された前記ＲＦチェイン数に関連付けられた前記伝送レートを取得し、当該伝送レート毎に当該伝送レート及び前記ＲＦチェイン数で信号を送受信した場合の消費電力効率の推定値を予め設定された算出式により算出して、当該推定値に基づいて信号の送受信を行う伝送レートを選択する、
という構成をとる。

また、本発明の他の形態であるプログラムは、
無線通信装置に、
同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路で信号を送受信する動作を制御する無線通信制御部と、
無線通信回路にて送受信した信号の特性を検出して、信号特性情報として信号特性データベースに記憶する無線通信監視部と、
前記信号特性データベースに記憶されている送受信した信号の信号特性情報に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する状態制御部と、
を実現させると共に、
前記無線通信制御部は、前記無線通信回路の数を表すＲＦチェイン数と、当該ＲＦチェイン数の無線通信回路で信号を送受信する際に利用可能な伝送レートと、が関連付けられて記憶された伝送レートテーブルから、前記状態制御部にて選択された前記ＲＦチェイン数に関連付けられた前記伝送レートを取得し、当該伝送レート毎に当該伝送レート及び前記ＲＦチェイン数で信号を送受信した場合の消費電力効率の推定値を予め設定された算出式により算出して、当該推定値に基づいて信号の送受信を行う伝送レートを選択する、
ことを実現させるためのプログラムである。

また、本発明の他の形態である無線通信方法は、
同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路で信号を送受信する動作を制御する無線通信制御部を備えた無線通信装置にて、
無線通信回路にて送受信した信号の特性を検出して、信号特性情報として信号特性データベースに記憶し、
前記信号特性データベースに記憶されている送受信した信号の信号特性情報に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択し、
前記無線通信回路の数を表すＲＦチェイン数と、当該ＲＦチェイン数の無線通信回路で信号を送受信する際に利用可能な伝送レートと、が関連付けられて記憶された伝送レートテーブルから、前記選択されたＲＦチェイン数に関連付けられた前記伝送レートを取得し、当該伝送レート毎に当該伝送レート及び前記ＲＦチェイン数で信号を送受信した場合の消費電力効率の推定値を予め設定された算出式により算出して、当該推定値に基づいて信号の送受信を行う伝送レートを選択する、
という構成をとる。

本発明は、以上のように構成されることにより、無線通信装置における消費電力の削減と高速通信との両立を図ることができる。

本発明の実施形態１における無線通信システムの全体構成を示す概略図である。 図１に開示した無線基地局の構成を示すブロック図である。 図２に開示した無線基地局に記憶される伝送レートテーブルの一例を示す図である。 図２に開示した無線基地局に記憶される伝送レートテーブルの一例を示す図である。 図２に開示した無線基地局に記憶される送受信無線フレーム表の一例を示す図である。 図２に開示した無線基地局の状態遷移の様子を示す図である。 図２に開示した無線基地局におけるＲＦチェイン数を選択するときの動作を示すフローチャートである。 図２に開示した無線基地局における伝送レートを選択するときの動作を示すフローチャートである。 図２に開示した無線基地局における伝送レートを選択するときの動作を示すフローチャートである。 図２に開示した無線基地局において使用する消費電力推定モデルの計算式を示す図である。 図２に開示した無線基地局における各伝送レート毎の消費電力の実測値を示す図である。 図２に開示した無線基地局における、各伝送レート毎の消費電力の実測値と、消費電力推定モデルを使用した計算値と、の比較を示す図である。 図２に開示した無線基地局における、各伝送レート毎の消費電力の実測値と、消費電力推定モデルを使用した計算値と、の比較を示す図である。 本発明の実施形態２における無線基地局の構成を示すブロック図である。 図１０に開示した無線基地局に記憶される送受信無線フレーム表の一例を示す図である。 図１０に開示した無線基地局の状態遷移の様子を示す図である。 図１０に開示した無線基地局におけるＲＦチェイン数を選択するときの一例の様子を示す図である。 図１０に開示した無線基地局におけるＲＦチェイン数を選択するときの他の例で使用するテーブルを示す図である。 本発明の付記１における無線通信装置の構成を示すブロック図である。

＜実施形態１＞
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図９を参照して説明する。図１乃至図４は、無線通信システムの構成を示す図であり、図５乃至図９は、無線通信システムの動作を示す図である。

図１は、本実施形態における無線通信システムの概略図である。無線通信システムは、無線基地局１、無線端末２、および、基幹ネットワークＮからなる。本実施形態における無線基地局１（無線通信装置）は、同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路（ＲＦチェイン）で信号を送受信するMIMO通信方式を利用するものである。無線端末２は、無線基地局１を経由して、基幹ネットワークＮに対して通信パケットを送受信する。なお、図１では、無線基地局１には無線端末２は１台しか帰属していないが、無線端末２は１台に限らず複数あっても良い。

また、本実施形態では、無線通信装置の一例としてMIMO通信方式の無線基地局を例示して説明するが、無線通信装置は無線通信基地局であることに限定されない。例えば、無線通信装置としては、MIMO通信方式を利用する無線端末においても適用でき、その他の無線通信装置であってもよい。たとえば、IEEE802.11n通信方式では、無線端末向けに規定されているSMPS（Spatial Multiplexing Power Save）ではＲＦチェイン数の変更による消費電力削減が可能であるが、高速通信との両立は考慮されない。本発明を用いることで、SMPSより優れた消費電力の削減と高速通信との両立が可能となる。

図２は、本実施形態における無線基地局１の構成を示す機能ブロック図である。この図に示すように、無線基地局１は、無線通信制御部１１、複数のＲＦチェイン部１２、他の通信制御部１３、無線通信監視部１４、状態制御部１５、消費電力推定モデル計算部１６、データベース（ＤＢ）２０、を備えている。なお、無線基地局１は、演算装置と記憶装置とを備えた情報処理装置にて構成されており、演算装置にプログラムが組み込まれることで、上記各部１１〜１６が構築されている。

上記無線通信機能部１１は、状態制御部１５、消費電力推定モデル計算部１６から通知される情報をもとに、ＲＦチェイン部１２の使用・未使用を制御できる。つまり、無線通信機能部１１は、後述するように、無線通信に使用するＲＦチェイン数と伝送レートとを制御する。また、上記他の通信制御部１３は、例えば有線ＬＡＮや、３Ｇ、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸ等の携帯電話網への通信を制御する機能であっても良い。なお、無線通信制御部１１と他の通信制御部１３の間でパケットを転送する。

次に、無線基地局１の具体的な構成及び動作を説明する。なお、本実施形態では、ＭＩＭＯ空間多重数、つまり、同一周波数帯域にて同時に使用するＲＦチェイン数の最小値の上限が「２」である場合を例示して説明する。ただし、ＲＦチェイン数の上限は、「２」より大きい値でも良い。

図３Ａは、無線基地局１が使用可能なＲＦチェイン数と伝送レートとが関連付けられた伝送レートテーブルを示す。この伝送レートテーブルは、ＤＢ２０に予め記憶されており、後述するように状態制御部１５および消費電力推定モデル計算部１６で使用される。具体的に、伝送レートテーブルは、１つの伝送レートにつき、１秒あたりのデータ転送量を示す転送速度（伝送レート）と、ＭＩＭＯ空間多重数（ＲＦチェイン数）との情報を持つ。

本実施形態では、ＭＩＭＯ空間多重数の上限が「２」で、１６種類の伝送レートが利用可能な場合の伝送レートテーブルを示しており、図３Ａに示す「伝送レートテーブル０」は、ＭＩＭＯ空間多重数が「１」，「２」全ての伝送レートを列挙したものである。なお、図３Ｂ（１）に示す「伝送レートテーブル１」は、ＭＩＭＯ空間多重数が「１」の伝送レートを列挙したものであり、図３Ｂ（２）に示す「伝送レートテーブル２」は、ＭＩＭＯ空間多重数が「２」の伝送レートを列挙したものである。このように、本実施形態では、伝送レートテーブルは、予めＭＩＭＯ空間多重数毎に区別されてＤＢ２０に記憶されている。但し、全ての伝送レートが列挙されたテーブルから、必要に応じてＭＩＭＯ空間多重数毎に区別したテーブルを生成してもよい。なお、ＭＩＭＯ空間多重数の上限は「２」であることに限定されず、伝送レートの種類も１６種類であることに限定されない。

図４は、ＤＢ２０に記憶される「送受信無線フレーム表」の一例を示す図である。無線通信監視部１４は、ＲＦチェイン１２を介して１つの無線フレームを送受信するごとに、その時の受信強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）を無線通信制御部１１から取得し、ＤＢ２０に保存する。なお、本実施形態では、送受信したフレームのRSSIを送受信フレーム表に記憶しているが、実施形態２に示すように、送受信したフレームの他の信号特性を表す情報を検出して記憶してもよい。

図５は、状態制御部１５による無線基地局１の状態遷移の一例を示す図である。図５（Ｂ）に示す無線基地局１は、初期状態、待機状態、通信状態、省電力状態を持つ。「初期状態」とは、無線基地局１に電源が投入されて無線通信能力を提供するための準備中の状態で、無線通信はできない状態である。「待機状態」は、無線通信能力を提供しているが、実際には通信していない状態であり、無線通信自体は可能な状態である。「通信状態」は、無線通信能力を提供しており、かつ無線通信中の状態で、無線通信が可能な状態である。「省電力状態」は、待機状態よりも消費電力を削減しており、実際には通信していない状態であり、無線通信自体は可能な状態でも不可能な状態でもよい。

そして、図５（Ｂ）に示す無線基地局１は、楕円の点線で図示した状態のときに、後述するようにＲＦチェイン数を設定する。例えば、初期状態から待機状態に遷移するとき、待機状態と省電力状態間で遷移するとき、待機状態のとき、のそれぞれのタイミングで、ＲＦチェイン数を設定する。

なお、図５（Ａ）に示すように、無線基地局１は「省電力状態」を持たなくてもよい。この場合には、初期状態から待機状態に遷移するとき、待機状態のとき、のそれぞれのタイミングで、ＲＦチェイン数を設定する。

次に、図６のフローチャートを参照して、状態制御部１５による状態遷移時の処理を説明する。状態遷移時に、まず、無線基地局１は、ＲＦチェイン省電力制御が有効であるか（Ｏｎになっているか）を確認する（ステップＳ１）。ＲＦチェイン省電力制御が無効である場合（Ｏｆｆである場合）（ステップＳ１：Ｎｏ）、状態制御部１５は無線通信制御部１１に対して、「全てのＲＦチェイン」を使用することと、「伝送レートテーブル０」を使用すること、を通知する（ステップＳ６）。

ＲＦチェイン省電力制御が有効である場合（Ｏｎである場合）（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ＤＢ２０から任意のフレームのＲＳＳＩを取得し、その平均値を平均ＲＳＳＩとして計算する（ステップＳ２）。このとき、ＤＢ２０から取得する任意のフレームのＲＳＳＩとしては、例えば、直前（最新）の単位時間あたりに取得されたフレームのＲＳＳＩを用いる。但し、平均を算出するＲＳＳＩは、上記のものに限定されない。

次に、計算した平均ＲＳＳＩの値が、無線基地局１に予め設定されている平均ＲＳＳＩ１チェイン利用閾値より小さいか否かを調べる（ステップＳ３）。平均ＲＳＳＩ値が平均ＲＳＳＩ１チェイン利用閾値より小さいときには（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、状態制御部１５は、ＲＦチェイン数として「１」を選択する。そして、状態制御部１５は、無線通信制御部１１に対して、「ＲＦチェインを１つ」使用することと、ＲＦチェイン数「１」に対応する「伝送レートテーブル１」を使用することを通知する（ステップＳ４）。

平均ＲＳＳＩ値が平均ＲＳＳＩ１チェイン利用閾値以上であるときには（ステップＳ３：Ｎｏ）、状態制御部１５は、ＲＦチェイン数として「２」を選択する。そして、状態制御部１５は、無線通信制御部１１に対して、「ＲＦチェインを２つ」使用することと、ＲＦチェイン数「２」に対応する「伝送レートテーブル２」を使用することを通知する（ステップＳ５）。

図７は、無線通信制御部１１による伝送レート選択処理を示すフローチャートである。まず、図７Ａを参照して、無線通信制御部１１が状態制御部１５から伝送レートテーブルの通知を受けた時の処理内容を説明する。

無線通信制御部１１は、状態制御部１５から伝送レートテーブルの通知を受けると、該当する伝送レートテーブルをＤＢ２０から読み出して入力する（ステップＳ１１）。そして、入力された各伝送レートについて、消費電力推定モデル計算部１６に情報を入力し、予め設定された消費電力推定モデルに基づく計算式により、消費電力効率値を、ビット当たりの消費電力として計算させる（ステップＳ１２）。なお、消費電力推定モデルの計算式は、図８及び下記（１）式に示すものである。
Ｅｍ＝Ｎ・（Ｐｃｄ＋Ｐａ・Ｒａ）＋Ｐｄ・Ｓｍ （１）

上述した計算式（１）は、ＭＩＭＯ空間多重数Ｎ、空間伝搬時に消費されるエネルギーを表すＰｃｄ、１つのＲＦチェインの消費電力を表すＰａ、１つのＲＦチェインの稼働率を表すＲａ、待機状態の無線通信制御部１１の消費電力を表すＰｄ、および、転送速度Ｓｍからなる。そして、上記Ｎには、利用するＲＦチェイン数、ＰｃｄとＰａには、現実的な消費電力値、Ｒａには、稼働率の値を入力することで、消費電力値Ｅｍを推定できる。なお、上述したパラメータの値は固定値でも良いし、別の計算式を用いて算出してもよい。

そして、通知を受けた伝送レートテーブル内の全ての伝送レートについてそれぞれ消費電力効率値（ビット当たりの消費電力）を計算した後に、当該電力効率が最大となる、つまり、ビット当たりの消費電力が最小となる伝送レートを、使用する伝送レートとして選択する（ステップＳ１３）。なお、伝送レートの選択は、上述した方法に限定されず、他の方法により選択してもよい。

次に、図７Ｂを参照して、状態制御部１５から伝送レートテーブルの通知を受けた時以外の処理内容を示す。無線通信制御部１１は、従来型のレート選択処理（すなわち無線基地局１が標準的に搭載しているレート選択処理）を実施して、伝送レートを１つ選びだす（ステップＳ２１）。もし選ばれた伝送レートが、前回選択された伝送レート（最後に使用された伝送レート）から変更されている場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、選ばれた伝送レート以下の転送速度を持つ伝送レートを、利用可能な伝送レートとし（ステップＳ２３）、この利用可能な伝送レートの中からビット当たりの消費電力が最小となる伝送レートを選択する（ステップＳ２４）。もし選ばれた伝送レートが、前回選択された伝送レートから変更されていない場合、従来型レート選択処理が選択した伝送レート（すなわち前回選択された伝送レート）を選択する（ステップＳ２５）。

なお、上記では、従来型レート選択処理とモデル推定を併用する方式を示したが、従来型レート選択を用いずに、消費電力推定モデルのみで伝送レートを選択するような方式であっても良い。

図９に、実際のIEEE802.11n無線基地局における実測値、モデル計算値と実測値を比較したグラフを示す。図９Ａの消費電力のグラフでは、実際にＲＦチェイン数が最大２であるIEEE802.11n無線基地局のＲＦチェイン数と伝送レートとを設定して、消費電力を測定した値である。伝送レート番号０〜７は、ＲＦチェイン数１の時、伝送レート番号８〜１５は、ＲＦチェイン数２の時の測定値である。この図から、消費電力の値は、伝送レートごとの影響はほとんどなく、ＲＦチェイン数の影響によってほぼ決定されることがわかる。

また、図９Ｂは、ビット当たりの消費電力として消費電力効率を計算し、実測値と比較したグラフである。このグラフでは、縦軸の値であるビット当たりの消費電力の値が小さいほど、電力効率が高いことを意味している。このグラフによると、消費電力推定モデルでの値は実測値と大きな差がなく、伝送レートごとの消費電力効率の傾向を正確に推定できるものであることがわかる。このことから、図９Ｃの点線に示すように、上述した図６及び図７に示す処理によって、電力効率の高い伝送レート番号４〜７と伝送レート番号１２〜１５といった伝送レートが積極的に選択される。

以上により、本実施形態における無線基地局は、無線通信環境、つまり、送受信フレームのRSSIの値に応じて、自動的に、消費電力の小さい１チェインの設定と高速通信を提供可能な２チェインの設定を切り替えて運用できるようになる。また、通信時にはビットあたりの消費電力が小さい、すなわち電力効率が高い伝送レートを自動的に選択できるようになる。その結果、無線基地局は、自動的に消費電力を削減しつつ高速通信能力を提供することができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の第２の実施形態を、図１０乃至図１４を参照して説明する。図１０乃至図１１は、実施形態２における無線基地局の構成を説明する図であり、図１２乃至図１３は、無線基地局の動作を説明するための図である。また、図１４は、無線基地局の他の構成を説明する図である。

図１０に示すように、本実施形態における無線基地局１は、上述した実施形態１における構成に加え、統計処理部１７を備えている。統計処理部１７は、後述するように、ＤＢ２０に記憶された情報をもとに、統計的に無線通信環境、通信利用状況を推定する。そして、無線基地局１は、統計処理部１７にて推定した無線通信環境や通信利用状況に応じて、ＲＦチェイン数と伝送レートを選択するよう構成されている。

次に、本実施形態における無線基地局１の具体的な構成及び動作を、図１１乃至図１４を参照して説明する。なお、本実施形態では、ＲＦチェイン数が「２」である場合を説明するが、ＲＦチェイン数は「２」より大きい値でも良い。

図１１にＤＢ２０が保持する情報を示す。本実施形態におけるＤＢ２０に記憶される送受信無線フレーム表は、無線通信監視部１４で登録される受信信号に関する情報であり、実施形態１で図４を参照して説明したRSSIに加えて、タイムスタンプ、Ａｃｋ、フレームサイズ、転送速度の情報を持つように構成される。ここで、タイムスタンプは、フレームを送受信した日時を表す。Ａｃｋは、無線フレームが送受信に成功した時はｏｋ、失敗したときはｎｇを表す。フレームサイズは、送受信したフレームのデータサイズを表す。転送速度は、伝送レートテーブルにある転送速度の値を表す。なお、上記送受信無線フレーム表の値は、後述するように、統計処理部１７の計算で用いられる。

図１２に、状態制御部１５による無線通信端末１の状態遷移の一例を示す。状態制御部１５は、図５の状態遷移に加えて、楕円の点線で示すように、待機状態と通信状態の間の状態遷移間で、ＲＦチェイン数を設定するように構成してもよい。

次に、統計処理部１７による計算処理を説明する。統計処理部１７は、単位時間ごとに、ＤＢ２０に格納された該当時間分のフレームの情報に対して統計的な計算処理を実施する。例えば、単位時間は、１秒、１分、１時間、１日と指定してよい。単位時間を１秒とした時、１回の計算処理の計算対象とするフレームは、ＤＢ２０に保持されている全情報の中から、現在の時刻から１秒前を起点に、現在の時刻までの１秒の間に該当するフレームをタイムスタンプ情報から特定する。なお、統計処理部１７は、一度に１つの単位時間だけでなく、一度に複数の単位時間に対して計算処理しても良い。

統計処理部１７は、単位時間ごとに、フレーム数、平均ＲＳＳＩ、平均ＦＥＲ、平均フレームサイズ、平均スループットを計算し、その値を状態制御部１５に通知する。ここで、フレーム数は、該当単位時間内のフレームの数、平均ＲＳＳＩは、該当単位時間内の全フレームのＲＳＳＩの平均値、平均ＦＥＲは、該当単位時間内の全フレームのＡｃｋのｏｋの割合、平均フレームサイズは、該当単位時間内の全フレームのフレームサイズの平均値、平均スループットは、該当単位時間内の全フレームのスループットの平均値、である。

このように、統計処理部１７は、無線基地局１にて送受信した信号の特性を表すRSSIやフレームサイズなどの平均値というように、信号の特性情報の統計値を算出する。そして、かかる統計値に基づいて、後述するように、状態制御部１５によりＲＦチェイン数が選択される。なお、統計処理部１７にて算出される値は、上述した信号の特性に限定されず、他の特性を表す値を算出してもよい。

図１３に、状態制御部１５における状態遷移時の様子を示す。状態制御部１１は、図６のＲＦチェイン数の決定処理の代わりに、定義されたルールに基づいたＲＦチェイン数の決定方法を用いて、ＲＦチェイン数を選択する。

ルールの一例を、図１３を参照して説明する。まず、ここでは、統計処理部１７により図１３のように単位時間ごとのフレーム数が計算されていることとする。そして、単位時間毎に、状態制御部１５が、以下のようにしてＲＦチェイン数の決定処理を行う。

状態制御部１５は、フレーム数の値が、あらかじめ指定された「フレーム数１チェイン下側閾値」以下となったときに（図１３の矢印Ｙ１参照）、無線通信制御部１１にＲＦチェイン数「１」を通知する。また、状態制御部１５は、あらかじめ指定された「フレーム１チェイン上側閾値」以上になったときに（図１３の矢印Ｙ２参照）、無線通信制御部１１にＲＦチェイン数「２」を通知する。このとき場合における状態制御部１５によるＲＦチェイン数の決定ルールは、下記のルール１である。

（ルール１）
if "フレーム数" >=フレーム数１チェイン上側閾値, then 無線通信制御部に２チェイン設定
if "フレーム数" <=フレーム数１チェイン下側閾値, then 無線通信制御部に１チェイン設定

なお、状態制御部１５によるＲＦチェイン数の決定ルールは、上述したルールに限定されない。ルールで用いる統計処理部１７の統計結果は、フレーム数に限らず、平均ＲＳＳＩ、平均ＦＥＲ、平均フレームサイズ、平均スループットを用いたルールであってもよい。つまり、平均ＲＳＳＩ、平均ＦＥＲ、平均フレームサイズ、平均スループットが予め設定された閾値以上か否かに応じて、ＲＦチェイン数を決定してもよい。ルールの他の例を以下に示す。

（ルール２）
if "平均RSSI" >=平均RSSI１チェイン上側閾値, then 無線通信制御部に２チェイン設定
if "平均RSSI" <=平均RSSI１チェイン下側閾値, then 無線通信制御部に１チェイン設定
（ルール３）
if "平均FER" >=平均FER１チェイン上側閾値, then 無線通信制御部に２チェイン設定
if "平均FER" <=平均FER１チェイン下側閾値, then 無線通信制御部に１チェイン設定
（ルール４）
if "平均レート" >=平均レート１チェイン上側閾値, then 無線通信制御部に２チェイン設定
if "平均レート" <=平均レート１チェイン下側閾値, then 無線通信制御部に１チェイン設定

なお、状態制御部１５は、状況に応じて上述した各ルールを選択して用いたり、複数のルールを組み合わせて使用してもよい。例えば、下記ルール５のように設定されている場合には、フレーム数と平均RSSIが、それぞれに設定された「１チェイン上側閾値」以上となったときに２チェインが設定されて、「１チェイン下側閾値」以下となったときに１チェインが設定されることとなる。
（ルール５）
ルール１（フレーム数） ＆ ルール２（RSSI）

次に、図１５を参照して、状態制御部１５における状態遷移時の処理の別の例を示す。状態制御部１５は、図６のＲＦチェイン数の決定処理の代わりに、真理値テーブルに基づいたＲＦチェイン数の決定方法を用いることができる。

真理値テーブルの一例を、図１５とともに説明する。真理値テーブルの入力値は、ＲＳＳＩ、Ａｃｋ、スループット、省電力指定、に基づく０，１の値であり、出力値は、１チェイン、２チェインを表す０，１の値である。具体的に、入力値と出力値は、それぞれ以下のように定義されている。

（入力値）
「RSSI」
０：平均RSSIが、平均RSSI１チェイン閾値未満
１：平均RSSIが、平均RSSI１チェイン閾値以上
「Ack」
０：平均FERが、平均FER１チェイン閾値以上
１：平均FERが、平均FER１チェイン閾値未満
「スループット」
０：平均スループットが、平均スループット１チェイン閾値未満
１：平均スループットが、平均スループット１チェイン閾値以上
「省電力設定」
０：省電力要求なし
１：省電力要求あり

（出力値）
「１チェイン」
０：１チェイン設定を使用しない
１：１チェイン設定を使用する
「２チェイン」
０：２チェイン設定を使用しない
１：２チェイン設定を使用する

上記定義を詳述すると、まず、真理値テーブルの入力値「ＲＳＳＩ」は、統計処理部１７の計算結果である平均ＲＳＳＩが、あらかじめ決められたＲＳＳＩ１チェイン閾値未満である時に「０」とし、あらかじめ決められたＲＳＳＩ１チェイン閾値以上である時に「１」とする。真理値テーブルの入力値「Ａｃｋ」は、統計処理部１７の計算結果である平均ＦＥＲが、あらかじめ決められた平均ＦＥＲ１チェイン閾値以上である時に「０」、あらかじめ決められた平均ＦＥＲ１チェイン閾値未満である時に「１」とする。真理値テーブルの入力値「スループット」は、統計処理部１７の計算結果である平均スループットがあらかじめ決められた平均スループット１チェイン閾値未満である時に「０」、あらかじめ決められた平均スループット１チェイン閾値以上である時に「１」とする。真理値テーブルの入力値「省電力指定」は、無線基地局１の管理者からの省電力要求がない時には「０」、省電力要求があるときには「１」を指定する。

但し、入力値は、統計処理部１７の計算値の他の値を用いてもよい。例えば、省電力指定は、無線基地局１の管理者が無線基地局１に対して直接指定する形で与えても良い。また、無線基地局１の状態を表す状態情報に応じて、例えば、無線基地局１がバッテリーを持つように構成される場合は、「バッテリー残量」（状態情報）の値に応じて、０，１判定しても良い。さらに、真理値テーブルの出力値は、２チェインより多くてもよい。

状態制御部１５は、統計処理部１７から通知された値に対して０，１判定して、真理値テーブルの入力値とする。そして、状態制御部１５は、真理値テーブルの全入力値の組み合わせに従い、出力値「１チェイン」、「２チェイン」を一意に決定する。例えば、全入力値が１である時には、出力値「１チェイン」を「０」、「２チェイン」を「１」とし、他の場合では、出力値「１チェイン」を「１」、「２チェイン」を「０」とする。この場合は、平均ＲＳＳＩが高く、平均ＦＥＲが小さく、平均スループットが高く、かつ省電力要求があるときのみ、ＲＦチェイン数が「２」に設定され、ほかの場合は、ＲＦチェイン数が「１」に設定される。これにより、必要な場合には「２チェイン」で高速通信を提供し、それ以外の場合には、「１チェイン」使用で消費電力を削減する方式を利用する。

その後、状態制御部１５は、実施形態１と同様に、選択したＲＦチェイン数と、当該チェイン数に対応する伝送レートテーブルと、を無線通信制御部１１に通知する。そして、無線通信制御部１１は、実施形態１と同様に、伝送レートの選択処理を行う。

以上のように、本実施形態によると、無線基地局１の管理者により、状態制御部１５は任意のルールの組み合わせによってＲＦチェイン数を設定することができる。あるいは、無線基地局１の管理者により、状態制御部１５は任意の真理値テーブルの入出力値を使用してＲＦチェイン数を設定することができる。その結果、無線基地局１の管理者がルールや真理値テーブルという簡単な指示方法を使用するだけで、無線通信環境、通信使用状況に従って自動的に消費電力の削減し、かつ必要な場合には、瞬時に高速通信の提供がなされるように無線基地局を構成することができる。

そして、上述した無線基地局１のように、伝送レートごとの消費電力効率を推定して、効率の高い伝送レートの選択を可能とする方法と、無線通信状況あるいは無線利用状況の変化に伴い、使用する無線通信回路（ＲＦチェイン数）を自動的に選択する方法によって、利便性を損なうことなく無線基地局の消費電力を低減させる。

以上説明した無線基地局は、例えば、IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11j, IEEE 802.11n に代表される無線LAN規格における無線基地局(AP)、として利用することができる。また、携帯電話網に代表される高速データ通信網(3G、LTE、WiMAX)の無線通信における基地局(BS, Node B)や、近い将来実現される無線LAN規格（IEEE 802.11ac, IEEE 802.11ah）やスペクトラムセンシングを行うデータ通信規格(IEEE 1900.6)のける無線基地局(AP)、その他、汎用データ網において、ルータおよびLANスイッチのようなデータ転送装置(親機)などとしても利用することができる。

＜付記＞
上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。以下、本発明における無線通信装置（図１５参照）、プログラム、無線通信方法の構成の概略を説明する。但し、本発明は、以下の構成に限定されない。

（付記１）
同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路で信号を送受信する動作を制御する無線通信制御部１０１と、
無線通信回路にて送受信した信号の特性を検出して、信号特性情報として信号特性データベース１１１に記憶する無線通信監視部１０２と、
前記無線通信回路の数を表すＲＦチェイン数と、当該ＲＦチェイン数の無線通信回路で信号を送受信する際に利用可能な伝送レートと、を関連付けて記憶した伝送レートテーブル１１２と、
前記信号特性データベースに記憶されている送受信した信号の信号特性情報に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する状態制御部１０３と、を備え、
前記無線通信制御部１０１は、前記伝送レートテーブルから前記状態制御部にて選択された前記ＲＦチェイン数に関連付けられた前記伝送レートを取得し、当該伝送レート毎に当該伝送レート及び前記ＲＦチェイン数で信号を送受信した場合の消費電力の推定値を予め設定された算出式により算出して、当該推定値に基づいて信号の送受信を行う伝送レートを選択する、
無線通信装置１００。

（付記２）
付記１に記載の無線通信装置であって、
前記状態制御部は、前記信号特性データベースに記憶されている信号特性情報のうち、所定の単位時間に送受信した信号の特性毎における信号特性情報の統計値に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
無線通信装置。

（付記３）
付記２に記載の無線通信装置であって、
前記状態制御部は、前記信号特性データベースに記憶されている信号特性情報のうち、所定の単位時間に送受信した信号の特性毎における信号特性情報の平均値に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
無線通信装置。

（付記４）
付記２又は３に記載の無線通信装置であって、
前記状態制御部は、予め設定された１つの特性における信号特性情報の統計値に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
無線通信装置。

（付記５）
付記２又は３に記載の無線通信装置であって、
前記状態制御部は、予め設定された複数の特性毎における信号特性情報の統計値に基づいて、当該特性毎の真理値を判定し、複数の特性毎の真理値に対する予め設定された論理式に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
無線通信装置。

（付記６）
付記５に記載の無線通信装置であって、
前記状態制御部は、前記無線通信装置の状態を表す状態情報に基づいて、当該状態の真理値を判定し、当該状態の真理値及び信号の特性毎の真理値に対する予め設定された論理式に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
無線通信装置。

（付記７）
付記２乃至６のいずれかに記載の無線通信装置であって、
前記状態制御部は、所定時間が経過するごとに、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
無線通信装置。

（付記８）
付記１乃至７のいずれかに記載の無線通信装置であって、
前記無線通信監視部は、送受信した信号の特性として、当該信号の受信強度、フレーム数、伝送レート、信号の送受信に成功したか否か、を表す情報のうち、少なくとも１つの特性を検出する、
無線通信装置。

（付記９）
無線通信装置に、
同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路で信号を送受信する動作を制御する無線通信制御部と、
無線通信回路にて送受信した信号の特性を検出して、信号特性情報として信号特性データベースに記憶する無線通信監視部と、
前記信号特性データベースに記憶されている送受信した信号の信号特性情報に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する状態制御部と、
を実現させると共に、
前記無線通信制御部は、前記無線通信回路の数を表すＲＦチェイン数と、当該ＲＦチェイン数の無線通信回路で信号を送受信する際に利用可能な伝送レートと、が関連付けられて記憶された伝送レートテーブルから、前記状態制御部にて選択された前記ＲＦチェイン数に関連付けられた前記伝送レートを取得し、当該伝送レート毎に当該伝送レート及び前記ＲＦチェイン数で信号を送受信した場合の消費電力の推定値を予め設定された算出式により算出して、当該推定値に基づいて信号の送受信を行う伝送レートを選択する、
ことを実現させるためのプログラム。

（付記９−２）
付記９に記載のプログラムであって、
前記状態制御部は、前記信号特性データベースに記憶されている信号特性情報のうち、所定の単位時間に送受信した信号の特性毎における信号特性情報の統計値に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
プログラム。

（付記１０）
同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路で信号を送受信する動作を制御する無線通信制御部を備えた無線通信装置にて、
無線通信回路にて送受信した信号の特性を検出して、信号特性情報として信号特性データベースに記憶し、
前記信号特性データベースに記憶されている送受信した信号の信号特性情報に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択し、
前記無線通信回路の数を表すＲＦチェイン数と、当該ＲＦチェイン数の無線通信回路で信号を送受信する際に利用可能な伝送レートと、が関連付けられて記憶された伝送レートテーブルから、前記選択されたＲＦチェイン数に関連付けられた前記伝送レートを取得し、当該伝送レート毎に当該伝送レート及び前記ＲＦチェイン数で信号を送受信した場合の消費電力効率の推定値を予め設定された算出式により算出して、当該推定値に基づいて信号の送受信を行う伝送レートを選択する、
無線通信方法。

（付記１０−２）
付記１０に記載の無線通信方法であって、
前記信号特性データベースに記憶されている信号特性情報のうち、所定の単位時間に送受信した信号の特性毎における信号特性情報の統計値に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
無線通信方法。

なお、上述したプログラムは、記憶装置に記憶されていたり、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されている。例えば、記録媒体は、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、及び、半導体メモリ等の可搬性を有する媒体である。

以上、上記実施形態等を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。

１ 無線基地局
２ 無線端末
１１ 無線通信制御部
１２ ＲＦチェイン
１３ 他の通信制御部
１４ 無線通信監視部
１５ 状態制御部
１６ 消費電力推定モデル計算部
１７ 統計処理部
２０ ＤＢ

Claims (10)

1. 同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路で信号を送受信する動作を制御する無線通信制御部と、
   無線通信回路にて送受信した信号の特性を検出して、信号特性情報として信号特性データベースに記憶する無線通信監視部と、
   前記無線通信回路の数を表すＲＦチェイン数と、当該ＲＦチェイン数の無線通信回路で信号を送受信する際に利用可能な伝送レートと、を関連付けて記憶した伝送レートテーブルと、
   前記信号特性データベースに記憶されている送受信した信号の信号特性情報に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する状態制御部と、を備え、
   前記無線通信制御部は、前記伝送レートテーブルから前記状態制御部にて選択された前記ＲＦチェイン数に関連付けられた前記伝送レートを取得し、当該伝送レート毎に当該伝送レート及び前記ＲＦチェイン数で信号を送受信した場合の消費電力効率の推定値を予め設定された算出式により算出して、当該推定値に基づいて信号の送受信を行う伝送レートを選択する、
   無線通信装置。
2. 請求項１に記載の無線通信装置であって、
   前記状態制御部は、前記信号特性データベースに記憶されている信号特性情報のうち、所定の単位時間に送受信した信号の特性毎における信号特性情報の統計値に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
   無線通信装置。
3. 請求項２に記載の無線通信装置であって、
   前記状態制御部は、前記信号特性データベースに記憶されている信号特性情報のうち、所定の単位時間に送受信した信号の特性毎における信号特性情報の平均値に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
   無線通信装置。
4. 請求項２又は３に記載の無線通信装置であって、
   前記状態制御部は、予め設定された１つの特性における信号特性情報の統計値に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
   無線通信装置。
5. 請求項２又は３に記載の無線通信装置であって、
   前記状態制御部は、予め設定された複数の特性毎における信号特性情報の統計値に基づいて、当該特性毎の真理値を判定し、複数の特性毎の真理値に対する予め設定された論理式に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
   無線通信装置。
6. 請求項５に記載の無線通信装置であって、
   前記状態制御部は、前記無線通信装置の状態を表す状態情報に基づいて、当該状態の真理値を判定し、当該状態の真理値及び信号の特性毎の真理値に対する予め設定された論理式に基づいて、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
   無線通信装置。
7. 請求項２乃至６のいずれかに記載の無線通信装置であって、
   前記状態制御部は、所定時間が経過するごとに、信号の送受信に使用する前記ＲＦチェイン数を選択する、
   無線通信装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の無線通信装置であって、
   前記無線通信監視部は、送受信した信号の特性として、当該信号の受信強度、フレーム数、伝送レート、信号の送受信に成功したか否か、を表す情報のうち、少なくとも１つの特性を検出する、
   無線通信装置。
9. 無線通信装置に、
   同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路で信号を送受信する動作を制御する無線通信制御部と、
   無線通信回路にて送受信した信号の特性を検出して、信号特性情報として信号特性データベースに記憶する無線通信監視部と、
   前記信号特性データベースに記憶されている送受信した信号の信号特性情報に基づいて、信号の送受信に使用する前記無線通信回路の数を表すＲＦチェイン数を選択する状態制御部と、
   を実現させると共に、
   前記無線通信制御部は、前記ＲＦチェイン数と、当該ＲＦチェイン数の無線通信回路で信号を送受信する際に利用可能な伝送レートと、が関連付けられて記憶された伝送レートテーブルから、前記状態制御部にて選択された前記ＲＦチェイン数に関連付けられた前記伝送レートを取得し、当該伝送レート毎に当該伝送レート及び前記ＲＦチェイン数で信号を送受信した場合の消費電力効率の推定値を予め設定された算出式により算出して、当該推定値に基づいて信号の送受信を行う伝送レートを選択する、
   ことを実現させるためのプログラム。
10. 同一周波数帯域にて同時に複数の無線通信回路で信号を送受信する動作を制御する無線通信制御部を備えた無線通信装置にて、
    無線通信回路にて送受信した信号の特性を検出して、信号特性情報として信号特性データベースに記憶し、
    前記信号特性データベースに記憶されている送受信した信号の信号特性情報に基づいて、信号の送受信に使用する前記無線通信回路の数を表すＲＦチェイン数を選択し、
    前記ＲＦチェイン数と、当該ＲＦチェイン数の無線通信回路で信号を送受信する際に利用可能な伝送レートと、が関連付けられて記憶された伝送レートテーブルから、前記選択されたＲＦチェイン数に関連付けられた前記伝送レートを取得し、当該伝送レート毎に当該伝送レート及び前記ＲＦチェイン数で信号を送受信した場合の消費電力効率の推定値を予め設定された算出式により算出して、当該推定値に基づいて信号の送受信を行う伝送レートを選択する、
    無線通信方法。
    

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