JP6625758B2 - 無線通信システムおよび無線通信方法 - Google Patents
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Description
本発明は、無線基地局と複数の無線端末が無線通信を行う無線通信システムおよび無線通信方法に関する。本明細書では、無線基地局と無線端末を総称して無線通信装置といい、必要に応じて無線基地局をAPと略称し、無線端末をSTAと略称する。
近年、IEEE802.11で規定される無線LAN規格に準拠した無線通信装置が急激に普及し、 2.4GHzや5GHzのアンライセンスバンドを利用する無線通信装置が多数配置されるようになった。アンライセンスバンドでは事前のキャリアセンスにより送信予定のチャネルの状態を判定し、送信可能な状態の場合に送信を開始する。そのため、アンライセンスバンドに多数の無線通信装置が混在している環境では、ある無線通信装置が送信している間に周辺の複数の無線通信装置が送信待機することとなり、スループットが低下する。
ところで、IEEE802.11axでは、キャリアセンスによりチャネル状態を判定するために利用する干渉検出閾値を制御する技術の導入が見込まれている(非特許文献1)。当該技術では干渉検出閾値を従来よりも高くなるように制御することにより、周辺の無線通信セルからの干渉電力を観測してもチャネルを送信可能と判定する機会が多くなる。なお、干渉検出閾値は、無線LANの場合にはキャリアセンス閾値に相当するものである。
また、非特許文献1には、干渉検出閾値の制御とともに送信電力値を制御する技術が開示されている。さらに、干渉検出閾値および送信電力値に関して上限を設けるとともに、それぞれの値を連動して制御する手順も導入される見込みである。
これらの制御により、互いに干渉し合うことで無線通信装置同士の送信機会が低減していた環境で、送信機会をこれまでよりも多く獲得してスループットを改善することが期待されている。さらに、LTE信号をアンライセンスバンドで送信する場合も同様の手順が適用されるため、干渉検出閾値および送信電力値の制御はアンライセンスバンドの通信品質に大きく関わると考えられる。
さらに、非特許文献2では、複数の無線通信装置から収集された干渉情報を利用して同じチャネル上で互いに干渉を抑圧する技術の開示があり、個々の無線通信装置ではなく無線通信システム全体の周波数利用効率を向上させる制御が可能になっている。
IEEE P802.11ax Draft 0.1, March 2016
山本高至、アベセカラヒランタ、"無線LANにおける送信電力・キャリア検出閾値反比例設定の解析,"信学技報,2016年6月
IEEE802.11axでの規定は、個々のAPが独立に干渉検出閾値を制御することが想定されている。しかしながら、その場合は自APのスループット改善は可能でも、周辺のAPのスループットを逆に低下させてしまう可能性がある。その第1の理由は、干渉検出閾値を高く制御したり送信電力値を下げたりすることで、新たにさらし端末や隠れ端末となる無線通信装置が発生する可能性があるためである。その第2の理由は、通信エリア内に存在する無線通信装置からの送信機会が増大することにより、宛先端末が受信した無線フレームのSINRが劣化する可能性があるためである。
この課題を解決するために非特許文献2では、集中制御局を設けて全体の周波数利用効率が低下しないように、干渉検出閾値と送信電力値を制御する技術が提案されている。しかしながら、非特許文献2ではシャノン容量を用いて統計的な手法でスループット期待値を算出しているため、具体的に無線通信の宛先を考慮した場合には改善の余地があると考えられる。すなわち、送信側と受信側の距離が近くSINRが良好であれば、送信電力値を下げ、干渉検出閾値を上げる機会がある。一方、送信側と受信側の距離が遠くてSINRが不良であれば、送信電力値および干渉検出閾値を維持する方が全体のスループット向上に寄与する可能性もある。このように、制御対象となるAP周辺の情報をより多く活用することで、さらなるスループット向上が期待される。
本発明は、複数の無線基地局が互いに干渉し合う無線通信システムのスループットを改善するために、各無線基地局の送信電力値および干渉検出閾値を制御する無線通信システムおよび無線通信方法を提供することを目的とする。
第1の発明は、互いに干渉し合う複数の無線基地局と、当該無線基地局に接続される複数の無線端末と、当該無線基地局と接続される集中管理局とを備える無線通信システムにおいて、集中管理局は、無線基地局の干渉源となる周辺の無線基地局の受信電力値を含む干渉電力情報と、無線基地局の宛先となる無線端末からの受信電力値と、無線基地局の送信電力値を含む送信電力情報を収集する情報収集手段と、収集した情報から干渉関係に基づいて計算される送信機会獲得頻度およびスループット概算値に応じて、無線基地局における干渉検出閾値および送信電力値を決定し、制御値として無線基地局に通知する制御値決定手段とを備え、無線基地局は、集中管理局から通知された制御値に基づいて干渉検出閾値および送信電力値の制御を行う構成である。
第1の発明の無線通信システムにおいて、無線基地局は、集中管理局から通知された干渉検出閾値および送信電力値を配下の無線端末に通知し、該無線端末が通知された干渉検出閾値および送信電力値に基づく制御を行う構成である。
第1の発明の無線通信システムにおいて、制御値決定手段は、干渉検出閾値および送信電力値の仮決定と、仮決定値を用いた制御後のスループット概算値を計算し、スループットが改善する場合に仮決定値を制御値とする構成である。
第1の発明の無線通信システムにおいて、制御値決定手段は、送信機会獲得頻度が高い無線基地局から順に干渉検出閾値および送信電力値を決定する構成である。
第1の発明の無線通信システムにおいて、制御値決定手段は、制御対象の無線基地局の中で送信機会獲得頻度が閾値より高い無線基地局に対して送信電力値を下げる制御を実施し、送信機会獲得頻度が閾値より低い無線基地局に対して干渉検出閾値を上げる制御を実施する構成である。
さらに、制御値決定手段は、情報収集手段で収集した宛先となる無線端末からの受信電力値を利用して、目標とする変復調方式で最低限必要となるSINR値から送信電力値の下限値を設定する構成である。また、制御値決定手段は、無線基地局の送信電力値を下げる場合に、当該無線基地局が観測する受信電力値のうち、干渉検出閾値よりも高い無線基地局の受信電力値を基準とする構成である。また、制御値決定手段は、無線基地局の送信電力値を下げる場合に、当該無線基地局から送信される無線信号による干渉電力が所定値以上またはSINRが所定値以下になる無線基地局の受信電力値を基準とする構成である。また、制御値決定手段は、無線基地局の干渉検出閾値を上げる場合に、当該無線基地局が観測する受信電力値のうち、現在の干渉検出閾値より高く、かつ最も近い受信電力値を基準とする構成である。
第1の発明の無線通信システムにおいて、制御値決定手段は、粒子群最適化法(PSO)を用いて干渉検出閾値および送信電力値を探索する際に、送信機会獲得頻度が所定の閾値より高い無線基地局に対して干渉検出閾値および送信電力値の変化量の係数を基準値より低い値に設定し、送信機会獲得頻度が該所定の閾値より低い無線基地局に対して干渉検出閾値および送信電力値の変化量の係数を該基準値より高い値に設定する構成である。
第2の発明は、互いに干渉し合う複数の無線基地局と、当該無線基地局に接続される複数の無線端末と、当該無線基地局と接続される集中管理局とを備え、集中管理局が無線基地局の送信電力値および干渉検出閾値を制御する無線通信方法において、集中管理局は、無線基地局の干渉源となる周辺の無線基地局の受信電力値を含む干渉電力情報と、無線基地局の宛先となる無線端末からの受信電力値と、無線基地局の送信電力値を含む送信電力情報を収集し、収集した情報から干渉関係に基づいて計算される送信機会獲得頻度およびスループット概算値に応じて、無線基地局における干渉検出閾値および送信電力値を決定し、制御値として無線基地局に通知し、無線基地局は、集中管理局から通知された制御値に基づいて干渉検出閾値および送信電力値の制御を行う。
本発明は、キャリアセンスにより送信機会を得られる複数の無線基地局が干渉し合いスループットが低下する環境において、集中管理局が各無線基地局の送信電力値と干渉検出閾値について、各々の送信機会獲得頻度とスループットを概算で確認しながら制御することができる。これにより、各々の無線基地局がスループットを低下させることなく無線通信システム全体のスループット向上を図ることができる。
図1は、本発明の無線通信システムの構成例を示す。
図1において、各無線基地局(AP)10と集中管理局20は、それぞれの情報信号入出力部11,21を介して情報交換が可能な構成になっている。例えば、集中管理局20は、AP10から情報を収集するための制御信号や、AP10の干渉検出閾値や送信電力値を変更するための制御信号をAP10に送信する。AP10は、無線信号送受信部14および受信電力値情報収集部12で収集した受信電力値を集中管理局20に送信する。
図1において、各無線基地局(AP)10と集中管理局20は、それぞれの情報信号入出力部11,21を介して情報交換が可能な構成になっている。例えば、集中管理局20は、AP10から情報を収集するための制御信号や、AP10の干渉検出閾値や送信電力値を変更するための制御信号をAP10に送信する。AP10は、無線信号送受信部14および受信電力値情報収集部12で収集した受信電力値を集中管理局20に送信する。
集中管理局20では、情報信号入出力部21に入力した情報を情報管理部22に送り、情報管理部22で収集した受信電力値、送信電力値、干渉検出閾値、ターゲットMCSなどが、接続しているAPごとに管理される。さらに、情報管理部22に接続される制御値決定部23はスループットの概算値を計算し、各AP10における送信電力値および干渉検出閾値を決定し、それを情報信号入出力部21から各AP10に送信する。AP10は、情報信号入出力部11に入力した送信電力値および干渉検出閾値を送信電力/干渉検出閾値制御部13に送り、送信電力/干渉検出閾値制御部13で無線信号送受信部14の送信電力値および干渉検出閾値を変更する。無線信号送受信部14には、例えばCSMA/CAによるアクセス制御を行うアクセス制御部15が接続される。
また、AP10に設定される送信電力値および干渉検出閾値は、無線信号送受信部14から図示しない配下の無線端末(STA)に送信され、STAの送信電力値および干渉検出閾値を制御する。
なお、集中管理局20の機能は、複数のAP10のいずれか1つに組み込まれる構成であってもよい。その場合には、当該APは、APとしての機能と集中管理局としての機能を並行して実行することになる。
なお、集中管理局20の機能は、複数のAP10のいずれか1つに組み込まれる構成であってもよい。その場合には、当該APは、APとしての機能と集中管理局としての機能を並行して実行することになる。
図2は、本発明の無線通信システムの想定例を示す。
図2において、集中管理局20には、複数のAP1,AP2,AP3が接続され、さらに各APの宛先となるSTA1,STA2,STA3がそれぞれ接続される。集中管理局20とAP1〜AP3との間の情報信号伝達用の接続は実線で示している。また、AP1〜AP3とそれぞれ宛先となるSTA1〜STA3との間の接続は、実線矢印で示している。さらに、各AP間や、APとその宛先以外のSTAとの間は干渉信号となり、破線矢印で示している。
図2において、集中管理局20には、複数のAP1,AP2,AP3が接続され、さらに各APの宛先となるSTA1,STA2,STA3がそれぞれ接続される。集中管理局20とAP1〜AP3との間の情報信号伝達用の接続は実線で示している。また、AP1〜AP3とそれぞれ宛先となるSTA1〜STA3との間の接続は、実線矢印で示している。さらに、各AP間や、APとその宛先以外のSTAとの間は干渉信号となり、破線矢印で示している。
初期状態として、AP1とAP2との間の受信電力値は−60dBm であり、AP1とAP3との間の受信電力値は−80dBm であり、AP2とAP3との間の受信電力値は−62dBm である。また、全APの干渉検出閾値は−76dBm であり、AP1とAP2、AP2とAP3が互いに干渉検出閾値以上の受信電力を検出しているものとする。
図3〜図6は、各APの送信電力値および干渉検出閾値を決定する集中管理局の処理手順例を示す。
図3および図4において、集中管理局は、まず接続して制御対象のAPから情報を収集しておく(S11)。次に、各AP間の干渉関係に応じて各APの送信機会獲得頻度を算出し、さらに送信機会獲得時に同時に送信する周辺無線通信局の干渉電力値などを考慮し、宛先とするSTAへ無線信号を送信した際のSINRなどから最適なMCSを選択し、全APのスループット概算値を算出する(S12)。さらに、算出した送信機会獲得頻度の降順、すなわち高い順にAP情報を並べる(S13)。次に、送信機会獲得頻度の降順で各APに対して、制御値として送信電力値および干渉検出閾値を決定するための以下の処理を実行する(S14)。
制御値決定の手順では、まず当該APの送信機会獲得頻度が閾値を超えているか否かを判定する(S15)。判定に用いる閾値は、送信機会獲得頻度の平均値や中央値、パーセンタイル値などの統計値を用いてもよいし、送信機会獲得頻度の高いAPと低いAPが同数になるなど判定されるAP数から閾値を設定してもよい。
送信機会獲得頻度が閾値より高いと判定されたAPに対して(S15:Yes )、送信電力値を下げて周辺のAPが送信機会の獲得頻度を高め、かつ同時に送信される際の干渉電力値が小さくなるように送信電力値を仮決定する(S16a)。ただし、当該APと宛先となるSTAとの通信でターゲットMCSに必要な最低SINRを算出し、送信電力値の下限値として設定する。下限値以下の送信電力値は選択しない。また、図4に示すように、送信電力値に連動して干渉検出閾値が制御される場合は、同時に規定の干渉検出閾値も設定する(S17a)。なお、IEEE802.11axの場合、送信電力値に応じて取り得るCCA閾値であるOBSS PD レベルに制限があり、本発明でもそのような送信電力値および干渉検出閾値の制御を想定している。また、この際も法令や規格などで定められた最大値や最小値を考慮し、これに反する値は選択しない。
次に、仮決定した制御値である送信電力値、または送信電力値と連動する干渉検出閾値に基づき、その制御値を適用した場合の全APのスループット概算値を算出する(S18a)。算出したスループット値の合計値、または各APのスループット値、またはその両方で適用前よりスループット値の劣化が見られるか否かを判定し(S19a)、劣化している場合は当該仮決定値を適用しない(S19a:No)。逆にスループット値の劣化が見られない場合には、当該仮決定値を実行値として記録する(S20a)。
以上の処理を送信機会獲得頻度の降順に、ステップS15の判断で送信機会獲得頻度が閾値を超える各APに対して繰り返し行う。
一方、送信機会獲得頻度が閾値より低いと判定されたAPに対して(S15:No)、干渉検出閾値を高くして送信機会獲得頻度が高くなるように干渉検出閾値を仮決定する(S16b)。また、図4に示すように、干渉検出閾値に連動して送信電力値が制御される場合は、同時に規定の送信電力値も設定する(S17b)。なお、IEEE802.11axの場合、送信電力値に応じて取り得るCCA閾値であるOBSS PD レベルに制限があり、本発明でもそのような送信電力値および干渉検出閾値の制御を意識しておく。ただし、法令や規格などで定められた最大値や最小値を考慮し、これに反する値は選択しない。
次に、仮決定した制御値である干渉検出閾値、または干渉検出閾値と連動する送信電力値に基づき、その制御値を適用した場合の全APのスループット概算値を算出する(S18b)。算出したスループット値の合計値、または各APのスループット値、またはその両方で適用前よりスループット値の劣化が見られるか否かを判定し(S19b)、劣化している場合は当該仮決定値を適用しない(S19b:No)。逆にスループット値の劣化が見られない場合には、当該仮決定値を実行値として記録する(S20b)。
以上の処理を送信機会獲得頻度の降順に、ステップS15の判断で送信機会獲得頻度が閾値より低いと判定される残りの各APに対して繰り返し行う。これにより、送信機会獲得頻度の降順にすべてのAPに対してスループットが最良となる制御値として送信電力値および干渉検出閾値が決定される。
さらに、必要ならばステップS14の処理手順を複数回繰り返す。例えば、すべてのAPの制御値の選択過程において、現在の制御値から変更しないと判断されるまで繰り返してもよいし、計算時間を考慮して有限数を繰り返し計算の上限として設定してもよい。
図5の処理手順例は図3の処理手順例の変形であり、図6の処理手順例は図4の処理手順例の変形である。
図3および図4におけるステップS16a/b〜S20a/bの処理は、ある送信機会獲得頻度のAPに対して、制御値として送信電力値および干渉検出閾値の仮決定を行い、その制御値を適用して算出される全APのスループット概算値が劣化する場合は仮決定値を採用せず、全APのスループット概算値が劣化しなければ仮決定値を採用する。それを送信機会獲得頻度の高いAPから順番に行う。ただし、APごとに制御値の仮決定処理は1回である。
図3および図4におけるステップS16a/b〜S20a/bの処理は、ある送信機会獲得頻度のAPに対して、制御値として送信電力値および干渉検出閾値の仮決定を行い、その制御値を適用して算出される全APのスループット概算値が劣化する場合は仮決定値を採用せず、全APのスループット概算値が劣化しなければ仮決定値を採用する。それを送信機会獲得頻度の高いAPから順番に行う。ただし、APごとに制御値の仮決定処理は1回である。
図5および図6に示す処理手順例では、この制御値として送信電力値および干渉検出閾値の仮決定処理を制限値に達するまで繰り返した後に、次の送信機会獲得頻度のAPに移行することを特徴とする。
ステップS15の判断で送信機会獲得頻度が閾値より高いと判定される各APに対しては、仮決定した制御値である送信電力値、または送信電力値と連動する干渉検出閾値に基づき、その制御値を適用した場合の全APのスループット概算値を算出する(S16a〜S18a)。算出したスループット値の合計値、または各APのスループット値、またはその両方で適用前よりスループット値の劣化が見られるか否かを判定し(S19a)、スループット値の劣化が見られない場合は、さらに仮決定した制御値が制限値に到達しているか否かを判定し(S21a)、制限値に達していない場合は送信電力値を下げて同じ処理を繰り返す(S16a〜S19a)。そして、仮決定した制御値が制限値に達した場合は、当該仮決定値を実行値として記録する(S20a)。または、送信電力値を下げてスループット値の劣化が見られた場合は(S19a:No)、1つ前の仮決定値に戻し(S22a)、当該仮決定値を実行値として記録する(S20a)。
また、ステップS15の判断で送信機会獲得頻度が低いと判定される各APに対しては、仮決定した制御値である干渉検出閾値、または干渉検出閾値と連動する送信電力値に基づき、その制御値を適用した場合の全APのスループット概算値を算出する(S16b〜S18b)。算出したスループット値の合計値、または各APのスループット値、またはその両方で適用前よりスループット値の劣化が見られるか否かを判定し(S19b)、スループット値の劣化が見られない場合は、さらに仮決定した制御値が制限値に到達しているか否かを判定し(S21b)、制限値に達していない場合は干渉検出閾値を高くして同じ処理を繰り返す(S16b〜S19b)。そして、仮決定した制御値が制限値に達した場合は、当該仮決定値を実行値として記録する(S20b)。または、干渉検出閾値を高くしてスループット値の劣化が見られた場合は(S19b:No)、1つ前の仮決定値に戻し(S22b)、当該仮決定値を実行値として記録する(S20b)。
図5,図6のステップS16aにおいて、送信電力値の仮決定値が制限値に到達していないときに送信電力値を下げる制御を実施する場合、宛先となるSTAの受信電力値から計算したターゲットMCSに最低限必要なSINRを確保できる最低送信電力を最初から制御値として設定してもよい。しかし、干渉検出閾値と送信電力値が連動して制御される場合、すなわち送信電力値を下げて干渉検出閾値を上げる場合、干渉検出閾値の上昇により送信機会獲得頻度も高くなり周辺APの送信機会を妨げる原因となってしまう可能性がある。そのような場合を考慮すると、対象APおよび全体のスループットが向上することを確認しながら、段階的に送信電力を下げる制御が有効となる。
(送信電力値の仮決定方法1)
段階的に送信電力を下げる第1の方法は、周辺のAPの干渉検出電力値から送信電力値を決める方法である。(1) 送信電力を下げる制御を実施するAPが選出される。図2の例では、AP1の無線信号の受信電力値を参照し、この中から現時点で干渉検出閾値より受信電力値が高く観測されるAP2が選出される。同様に、AP2に対してAP1およびAP3が選出され、AP3に対してAP2を選出される。(2) 選出されたAPのうち、現時点での各干渉検出閾値と当該受信電力値の差が最小となるAPを決定し、当該APの干渉検出閾値と当該受信電力値の差を計算し、送信電力値を下げる制御値とする。図2の例では、AP2における干渉検出閾値と受信電力値の差が−76−(−62)=14dBで最小となり、その分だけAP2の送信電力値を下げる。なお、このとき送信電力値の下限値や連動して制御される干渉検出閾値の制限があれば、合わせて下げられる値を制限する。また、伝搬チャネル特性を考慮し、送信電力を下げる際にマージン値を設けても構わない。この方法では当該APと同時送信可能なAPの数を増やす効果が期待できる。
段階的に送信電力を下げる第1の方法は、周辺のAPの干渉検出電力値から送信電力値を決める方法である。(1) 送信電力を下げる制御を実施するAPが選出される。図2の例では、AP1の無線信号の受信電力値を参照し、この中から現時点で干渉検出閾値より受信電力値が高く観測されるAP2が選出される。同様に、AP2に対してAP1およびAP3が選出され、AP3に対してAP2を選出される。(2) 選出されたAPのうち、現時点での各干渉検出閾値と当該受信電力値の差が最小となるAPを決定し、当該APの干渉検出閾値と当該受信電力値の差を計算し、送信電力値を下げる制御値とする。図2の例では、AP2における干渉検出閾値と受信電力値の差が−76−(−62)=14dBで最小となり、その分だけAP2の送信電力値を下げる。なお、このとき送信電力値の下限値や連動して制御される干渉検出閾値の制限があれば、合わせて下げられる値を制限する。また、伝搬チャネル特性を考慮し、送信電力を下げる際にマージン値を設けても構わない。この方法では当該APと同時送信可能なAPの数を増やす効果が期待できる。
(送信電力値の仮決定方法2)
段階的に送信電力を下げる第2の方法は、周辺のAPのSINRまたは干渉電力値から送信電力値を決める方法である。(1) 送信電力を下げる制御を実施するAPが選出される。図2の例ではAP1から送信された無線信号の受信電力値を参照し、この中から現時点で当該APから送信される無線信号が与える干渉のためにSINRが最悪となるAP、または与える干渉電力が最大となるAPが選出される。ただし、上記の手順で選出されるAPは、当該APの受信電力値が干渉検出閾値以下のものが対象となる。図2の例ではAP3となる。(2) 選出されたAPがターゲットMCSを満足するSINRとなるか、他のAPからの干渉電力値と等しくなるまで送信電力値を下げる。この方法では当該APと同時送信するAPの通信品質が改善する効果が期待できる。
段階的に送信電力を下げる第2の方法は、周辺のAPのSINRまたは干渉電力値から送信電力値を決める方法である。(1) 送信電力を下げる制御を実施するAPが選出される。図2の例ではAP1から送信された無線信号の受信電力値を参照し、この中から現時点で当該APから送信される無線信号が与える干渉のためにSINRが最悪となるAP、または与える干渉電力が最大となるAPが選出される。ただし、上記の手順で選出されるAPは、当該APの受信電力値が干渉検出閾値以下のものが対象となる。図2の例ではAP3となる。(2) 選出されたAPがターゲットMCSを満足するSINRとなるか、他のAPからの干渉電力値と等しくなるまで送信電力値を下げる。この方法では当該APと同時送信するAPの通信品質が改善する効果が期待できる。
(干渉検出閾値の仮決定方法)
図5〜図6のステップS16bにおいて、干渉検出閾値の仮決定値が制限値に到達していないときに干渉検出閾値を上げる制御を実施する場合は次のようになる。この制御は、送信機会獲得頻度を高くすることが目的であるため、周辺のAPから送信される無線信号の受信電力値を参照し、受信電力値が現在の干渉検出閾値より高く、かつ最も近い受信電力値との差を干渉検出閾値の仮決定値とする。この方法では当該APの同時送信機会を増やす効果が期待できる。
図5〜図6のステップS16bにおいて、干渉検出閾値の仮決定値が制限値に到達していないときに干渉検出閾値を上げる制御を実施する場合は次のようになる。この制御は、送信機会獲得頻度を高くすることが目的であるため、周辺のAPから送信される無線信号の受信電力値を参照し、受信電力値が現在の干渉検出閾値より高く、かつ最も近い受信電力値との差を干渉検出閾値の仮決定値とする。この方法では当該APの同時送信機会を増やす効果が期待できる。
また、図5,図6のステップS16aにおいて送信電力値を下げる制御を実施する場合、あるいは図5,図6のステップS16bにおいて干渉検出閾値を上げる制御を実施する場合に、遺伝アルゴリズムを採用し、確率(1−P)で上記の仮決定方法をとりながら、確率Pでとりうる値の範囲内でランダムな値を選択し、仮決定値としてもよい。
また、送信電力値および干渉検出閾値の決定については、ランダム性をもつ一方で、群全体の情報を個々でも共有しながら最適化を目指す多値変数の最適化法である粒子群最適化法(PSO)を用いてもよい。本発明に適用する場合には、送信機会獲得頻度を基にPSOのパラメータを調整することで探索性能を改善することができる。処理手順の一例を図7に示す。なお、本処理は、図3〜図6の処理手順に代わるものである。
図7において、情報収集および事前のMCS最適化を行い(S31)、送信機会獲得頻度およびスループット概算値の算出を行う(S32)。なお、これらの処理は、図3〜図6のステップS11,S12,S18の処理と同様である。次に、例えばスループットまたはスループットを基にした計算結果からPSOで使う評価関数値を算出し(S33)、評価関数値が最良な場合の送信電力値および干渉検出閾値を記録する(S34)。次に、送信機会獲得頻度が高いAPは、送信電力値および干渉検出閾値の変化量の係数を基準値より低い値に設定して探索範囲を狭くし、送信機会獲得頻度が低いAPは、当該係数を基準値より高い値に設定して探索範囲を広くする(S35)。次に、PSOの手法に基づき決定した係数(重み)を使って、各APの送信電力値および干渉検出閾値を更新する(S36)。以上の処理について終了条件を満たすまで繰り返す(S37)。終了条件としては、送信機会獲得頻度およびスループットの改善がほぼ収束した場合などを用いる。
図3〜図6のステップS18a/bにおいて、スループット概算値を算出する方法として、図8に示す4つのAPの関係に基づいて説明する。ここでは、全APの干渉検出閾値を−73dBm 、全APの送信電力値の初期値を20dBm 、各宛先端末の受信電力値をそれぞれ−41dBm とする。
AP1〜AP4の相互の受信電力値は図8に示す通りであり、AP1とAP2、AP2とAP3、AP2とAP4、AP3とAP4が互いに干渉検出閾値以上の干渉信号を検出しているものとする。これらのAPが衝突関係にあるものとしてコンテンショングラフで「1」とし、衝突関係にないAPを「0」とする。同時送信可能なAPが最大となる組合せである最大クリークは、AP1とAP3、AP1とAP4となる。APごとに平均をとった値が正規化スループットは{1,0,1/2, 1/2}となる。この値に、各APの伝送レートをかけると、おおよそのスループットがえられる。
次に、正規化スループットが高いAP1,AP3,AP4に対して、ターゲットMCSに必要なSINRの最小値を確保できる送信電力値まで下げる例を示す。AP1,AP3,AP4がSINRを達成しつつ設定可能な干渉検出閾値は、現在の干渉検出閾値からの差分xとして、
(−41−x)−(−73+x)=20
x= 6
となる。したがって、図9に★印で示すように、AP1,AP3,AP4の干渉検出閾値は−73から−67に上げ、送信電力値は20から14に下げる。
(−41−x)−(−73+x)=20
x= 6
となる。したがって、図9に★印で示すように、AP1,AP3,AP4の干渉検出閾値は−73から−67に上げ、送信電力値は20から14に下げる。
これに基づくAP1〜AP4の相互の受信電力値は図9に示す通りであり、AP3とAP4との間の受信電力値−76は干渉検出閾値未満となり、AP1とAP2、AP2とAP3、AP2とAP4が互いに干渉検出閾値以上の干渉信号を検出し、対応するコンテンショングラフが更新される。AP3とAP4は互いに信号を検出しないので、同時送信可能な最大クリークはAP1とAP3とAP4の組合せとなり、最大クリークおよび正規化スループットは{1,0,1,1}となり、スループットが改善する。
次に、正規化スループットが低いAP2に対して、最小のRSSIを上回るように干渉検出閾値を上げる。AP2に対してAP1,AP3,AP4が最も遠いので、RSSIの合計値として、−72dBm ×3フレームの合計値である−67.2dBm を基に、干渉検出閾値および送信電力を決める。したがって、図10に★印で示すように、AP2の干渉検出閾値は−73から−67に上げ、送信電力値は20から14に下げる。
これに基づくAP1〜AP4の相互の受信電力値は図10に示す通りであり、すべてのAPの組合せで受信電力値が干渉検出閾値未満となり、対応するコンテンショングラフが更新される。最大クリークおよび正規化スループットは{1,1,1,1}となり、スループットが最大化される。
AP 無線基地局
STA 無線端末
10 無線基地局(AP)
11 情報信号入出力部
12 受信電力値情報収集部
13 送信電力/干渉検出閾値制御部、
14 無線信号送受信部
15 アクセス制御部
20 集中管理局
21 情報信号入出力部
22 情報管理部
23 制御値決定部
STA 無線端末
10 無線基地局(AP)
11 情報信号入出力部
12 受信電力値情報収集部
13 送信電力/干渉検出閾値制御部、
14 無線信号送受信部
15 アクセス制御部
20 集中管理局
21 情報信号入出力部
22 情報管理部
23 制御値決定部
Claims (11)
- 互いに干渉し合う複数の無線基地局と、当該無線基地局に接続される複数の無線端末と、当該無線基地局と接続される集中管理局とを備える無線通信システムにおいて、
前記集中管理局は、
前記無線基地局の干渉源となる周辺の無線基地局の受信電力値を含む干渉電力情報と、前記無線基地局の宛先となる前記無線端末からの受信電力値と、前記無線基地局の送信電力値を含む送信電力情報を収集する情報収集手段と、
収集した情報から干渉関係に基づいて計算される送信機会獲得頻度およびスループット概算値に応じて、前記無線基地局における干渉検出閾値および送信電力値を決定し、制御値として前記無線基地局に通知する制御値決定手段とを備え、
前記無線基地局は、前記集中管理局から通知された制御値に基づいて干渉検出閾値および送信電力値の制御を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線基地局は、前記集中管理局から通知された干渉検出閾値および送信電力値を配下の前記無線端末に通知し、該無線端末が通知された干渉検出閾値および送信電力値に基づく制御を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記干渉検出閾値および送信電力値の仮決定と、仮決定値を用いた制御後のスループット概算値を計算し、スループットが改善する場合に仮決定値を前記制御値とする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記送信機会獲得頻度が高い無線基地局から順に前記干渉検出閾値および送信電力値を決定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、制御対象の無線基地局の中で前記送信機会獲得頻度が所定の閾値より高い無線基地局に対して前記送信電力値を下げる制御を実施し、前記送信機会獲得頻度が該所定の閾値より低い無線基地局に対して前記干渉検出閾値を上げる制御を実施する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項5に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記情報収集手段で収集した宛先となる無線端末からの受信電力値を利用して、目標とする変復調方式で最低限必要となるSINR値から前記送信電力値の下限値を設定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項5に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記無線基地局の送信電力値を下げる場合に、当該無線基地局が観測する前記受信電力値のうち、前記干渉検出閾値よりも高い無線基地局の受信電力値を基準とする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項5に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記無線基地局の送信電力値を下げる場合に、当該無線基地局から送信される無線信号による干渉電力が所定値以上またはSINRが所定値以下になる無線基地局の受信電力値を基準とする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項5に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、前記無線基地局の干渉検出閾値を上げる場合に、当該無線基地局が観測する前記受信電力値のうち、現在の干渉検出閾値より高く、かつ最も近い受信電力値を基準とする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御値決定手段は、粒子群最適化法(PSO)を用いて前記干渉検出閾値および送信電力値を探索する際に、前記送信機会獲得頻度が所定の閾値より高い無線基地局に対して前記干渉検出閾値および送信電力値の変化量の係数を基準値より低い値に設定し、前記送信機会獲得頻度が該所定の閾値より低い無線基地局に対して前記干渉検出閾値および送信電力値の変化量の係数を該基準値より高い値に設定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。 - 互いに干渉し合う複数の無線基地局と、当該無線基地局に接続される複数の無線端末と、当該無線基地局と接続される集中管理局とを備え、集中管理局が無線基地局の送信電力値および干渉検出閾値を制御する無線通信方法において、
前記集中管理局は、
前記無線基地局の干渉源となる周辺の無線基地局の受信電力値を含む干渉電力情報と、前記無線基地局の宛先となる前記無線端末からの受信電力値と、前記無線基地局の送信電力値を含む送信電力情報を収集し、
収集した情報から干渉関係に基づいて計算される送信機会獲得頻度およびスループット概算値に応じて、前記無線基地局における干渉検出閾値および送信電力値を決定し、制御値として前記無線基地局に通知し、
前記無線基地局は、前記集中管理局から通知された制御値に基づいて干渉検出閾値および送信電力値の制御を行う
ことを特徴とする無線通信方法。
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