JP7032721B2 - チャネル状態予測装置、チャネル状態予測方法、無線通信装置および無線通信方法 - Google Patents
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Description
[送信装置の構成]
図3は、本実施の形態の送信装置1000の構成を説明するための機能ブロック図である。
(チャネル利用状況統計量予測部1070の構成および動作)
以下では、チャネル利用状況統計量予測部1070の構成および動作について説明する。
ii)各無線チャネルのbusy継続時間
ii-1)受信中のフレームの物理ヘッダに記載されているフレーム長
ii-2)受信中のフレームのMACヘッダに記載されているNAVの値(仮想キャリアセンス結果)
NAVとは、Network Allocation Vector(送信禁止期間)のことである。
ii)busy状態とidle状態の継続時間の確率分布 (導出方法については後述)
iii)直前のビジー/アイドル状態継続時間に対するidle/busy状態の継続時間の発生確率分布(たとえば、確率密度関数(PDF:probability density function)や累積確率(CDF:cumulative distribution function))
iv)busy状態とidle状態の発生パターン(周期とduty比 : 背景トラフィックが周期的な場合)
なお、用語の説明のために、無線LANにおいて、各端末からの送信の衝突を回避する一般的な方法について簡単に説明する。
a2)即座に伝送を開始すると、送信データの伝送遅延が所定値以下
a3)即座に伝送を開始すると、スループットが所定量以上増加
a4)送信機会が確保できた無線チャネルで送信を行うと、無線チャネル間の使用率の分散 and/or 平均が小さくなる
a5)送信機会が確保できた無線チャネルで伝送を行うと、伝送に要する消費エネルギーが所定量以下
a6)所定の無線チャネルで送信機会が得られている
a7)送信機会の喪失が許されない場合
以上のような条件a1)~a7)のいずれか1つの条件が満たされるか、あるいは、条件a1)~a7)の所定の組合せ(2つの条件以上の組合せ)が成り立つ場合は、アクセス制御部1080は、送信機会が確保できている無線チャネルを用いて即座に伝送を開始する。すなわち、アクセス制御部1080は、伝送パラメータの決定と送信データのマッピングを行い(S108)、S/P変換部1010と無線フレーム生成部1020.1~1020.3とを制御して、選択した周波数帯および無線チャネルでフレームを送信し(S110)、処理をステップS100に復帰させる。
また、伝送レートと送信電力の決定に必要な伝搬路情報は、例えば、以下のような方法で入手可能である。
送信開始タイミングの決定については、以下のように利用状況情報による予測情報を利用する。
これには、以下のような情報を用いることで、「いつまで待てばよいか?」を予測することができる。
b1-2)任意の時刻後における各無線チャネルのビジー(busy)状態発生の有無 (周期的な背景トラフィックであれば、ビジー(busy)状態とアイドル(idle)状態の周期とデューティ(duty)から予測可能)
b1-3)これまでのビジー(busy)継続時間を踏まえた、今後の待ち時間に対するアイドル(idle)発生確率 (ビジー(busy)状態とアイドル(idle)状態のCDFから算出可能)
b2)アイドル(idle)な無線チャネルがビジー(busy)になるまでの所要時間の予測 (「いつまで待てるか?」の予測)
b2-1)任意の時刻後における各無線チャネルのビジー(busy)状態発生の有無 (周期的な背景トラフィックであれば、ビジー(busy)状態とアイドル(idle)状態の周期とdutyから予測可能)
b2-2)これまでのアイドル(idle)継続時間を踏まえた、今後の待ち時間に対するビジー(busy)発生確率 (ビジー(busy)状態とアイドル(idle)状態のCDFから算出可能)
アクセス制御部1080は、上述したような「ビジー(busy)状態にある無線チャネルがアイドル(idle)状態になるまでの所要時間の予測」と、「アイドル(idle)な無線チャネルがビジー(busy)になるまでの所要時間の予測」とを組み合わせることで、「伝送速度の期待値が最大となる」送信タイミングを算出する。
c2)伝送完了までに発生する空きリソース量を最小化
c3)所定の時間内に伝送可能なデータ量を最大化
c4)各無線チャネルの使用率の分散と平均を最小化 (無線リソースを有効利用しつつ、極端に混雑するチャネルをなくすため。)
c5)一定時間内に送信データの伝送が完了する条件下で、所要送信エネルギーを最小化
c6)送信アウテージ(伝送失敗・送信機会喪失)確率が所定値以下
c7)自身による特定の無線チャネルの使用率が所定値以下 (920MHz帯のように送信時間制限がある周波数帯において、当該周波数帯の時間利用率を制限内に収めるため。)
(ビジー/アイドル継続時間の発生確率予測)
以下では、チャネル利用状況統計量予測部1070によるビジー/アイドル継続時間の発生確率予測の手順について説明する。
iv)ビジー/アイドル継続時間の予測誤差の分散が学習完了時と比べて所定の量(あるいは比率)以上大きくなった場合。
(計測および予測実験の結果)
図11は、以上説明したような予測処理に対して行った実験の構成を説明する図である。
[無線通信装置の詳細な構成]
図14は、送信装置1000のより詳細な構成の例を説明するための機能ブロック図である。
[受信装置の構成]
以下では、図2で説明したような無線通信システムで使用される受信装置の構成について説明する。
Claims (5)
- 対象となる周波数帯でランダムアクセス制御を行っている無線チャネルのビジー状態およびアイドル状態の継続時間を予測するためのチャネル状態予測装置であって、
前記周波数帯において前記無線チャネルの利用状況を複数の計測時点において観測するチャネル利用状況観測部と、
観測された前記複数の計測時点における前記利用状況に応じて、前記複数の計測時点に対する自己回帰モデルにより、次の時点でのチャネル利用状況を予測して予測情報を生成するチャネル利用状況予測部とを備え、
前記チャネル利用状況予測部は、
前記無線チャネルのビジー/アイドル状態の判定を行い、ビジー/アイドル状態の継続時間を計測するビジー/アイドル継続時間取得部と、
取得した前記ビジー/アイドル継続時間から次のビジー/アイドル発生時間を予測して、前記チャネル利用状況観測部による測定値に対する予測誤差の発生確率を算出する継続時間予測誤差確率取得部とを含み、前記継続時間予測誤差確率取得部は、取得した前記ビジー/アイドル継続時間で前記自己回帰モデルの予測式のパラメータを学習し、学習した前記パラメータを用いて次のビジー/アイドル発生時間を予測して、前記チャネル利用状況観測部による測定値に対する予測誤差の発生確率を算出し、
前記予測誤差の発生確率に基づいて、次のビジー/アイドル継続時間の発生確率を予測する継続時間発生確率予測部をさらに含む、チャネル状態予測装置。 - 対象となる周波数帯でランダムアクセス制御を行っている無線チャネルのビジー状態およびアイドル状態の継続時間を予測するためのチャネル状態予測方法であって、
前記周波数帯において前記無線チャネルの利用状況を複数の計測時点において観測するチャネル利用状況観測ステップと、
観測された前記複数の計測時点における前記利用状況に応じて、前記複数の計測時点に対する自己回帰モデルにより、次の時点でのチャネル利用状況を予測して予測情報を生成するステップとを備え、
前記予測情報を生成するステップは、
前記無線チャネルのビジー/アイドル状態の判定を行い、ビジー/アイドル状態の継続時間を計測するビジー/アイドル継続時間取得ステップと、
取得した前記ビジー/アイドル継続時間から次のビジー/アイドル発生時間を予測して、前記チャネル利用状況観測ステップにおける測定値に対する予測誤差の発生確率を算出する継続時間予測誤差確率取得ステップとを含み、前記継続時間予測誤差確率取得ステップにおいては、取得した前記ビジー/アイドル継続時間で前記自己回帰モデルの予測式のパラメータを学習し、学習した前記パラメータを用いて次のビジー/アイドル発生時間を予測して、前記チャネル利用状況観測ステップにおける測定値に対する予測誤差の発生確率を算出し、
前記予測誤差の発生確率に基づいて、次のビジー/アイドル継続時間の発生確率を予測する継続時間発生確率予測ステップをさらに含む、チャネル状態予測方法。 - 互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信装置であって、
送信データを前記複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各前記周波数帯ごとに送信パケットのデジタル信号を生成するためのデジタル信号処理部と、
各前記周波数帯ごとに設けられ、前記デジタル信号を対応する前記周波数帯ごとの高周波信号に変換するための複数の高周波信号処理部と、
前記複数の周波数帯において前記無線チャネルの利用状況を複数の計測時点において観測するチャネル利用状況観測部と、
観測された前記複数の計測時点における前記利用状況に応じて、前記複数の計測時点に対する自己回帰モデルにより、次の時点でのチャネル利用状況を予測して予測情報を生成するチャネル利用状況予測部とを備え、
前記チャネル利用状況予測部は、
前記無線チャネルのビジー/アイドル状態の判定を行い、ビジー/アイドル状態の継続時間を計測するビジー/アイドル継続時間取得部と、
取得した前記ビジー/アイドル継続時間から次のビジー/アイドル発生時間を予測して、前記チャネル利用状況観測部による測定値に対する予測誤差の発生確率を算出する継続時間予測誤差確率取得部とを含み、前記継続時間予測誤差確率取得部は、取得した前記ビジー/アイドル継続時間で前記自己回帰モデルの予測式のパラメータを学習し、学習した前記パラメータを用いて次のビジー/アイドル発生時間を予測して、前記チャネル利用状況観測部による測定値に対する予測誤差の発生確率を算出し、
前記予測誤差の発生確率に基づいて、次のビジー/アイドル継続時間の発生確率を予測する継続時間発生確率予測部をさらに含み、
前記予測情報に基づいて、前記デジタル信号処理部および前記高周波信号処理部を制御し、前記複数の無線チャネルにより、各前記部分データを前記複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信するアクセス制御部とを備える、無線通信装置。 - 前記継続時間予測誤差確率取得部は、トラフィック状況に応じて、前記予測式の前記パラメータを更新する処理を実行する、請求項3記載の無線通信装置。
- 互いに分離した複数の周波数帯のそれぞれでランダムアクセス制御を行っている複数の無線チャネルを利用して、信号を送信するための無線通信方法であって、
送信データを前記複数の周波数帯のそれぞれに対応して複数の部分データに分割し、各前記周波数帯ごとに送信パケットのデジタル信号を生成するステップと、
各前記周波数帯ごとに、前記デジタル信号を対応する前記周波数帯ごとの高周波信号に変換するステップと、
前記複数の周波数帯において前記無線チャネルの利用状況を複数の計測時点において観測するチャネル利用状況観測ステップと、
観測された前記複数の計測時点における前記利用状況に応じて、前記複数の計測時点に対する自己回帰モデルにより、次の時点でのチャネル利用状況を予測して予測情報を生成するステップとを備え、
前記予測情報を生成するステップは、
前記無線チャネルのビジー/アイドル状態の判定を行い、ビジー/アイドル状態の継続時間を計測するビジー/アイドル継続時間取得ステップと、
取得した前記ビジー/アイドル継続時間から次のビジー/アイドル発生時間を予測して、前記チャネル利用状況観測ステップにおける測定値に対する予測誤差の発生確率を算出する継続時間予測誤差確率取得ステップとを含み、前記継続時間予測誤差確率取得ステップにおいては、取得した前記ビジー/アイドル継続時間で前記自己回帰モデルの予測式のパラメータを学習し、学習した前記パラメータを用いて次のビジー/アイドル発生時間を予測して、前記チャネル利用状況観測ステップにおける測定値に対する予測誤差の発生確率を算出し、
前記予測誤差の発生確率に基づいて、次のビジー/アイドル継続時間の発生確率を予測する継続時間発生確率予測ステップをさらに含み、
前記予測情報に基づいて、前記複数の無線チャネルにより、各前記部分データを前記複数の周波数帯ごとのパケットとして、同期して同一のタイミングで送信するステップとを備える、無線通信方法。
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