JP2005236548A

JP2005236548A - 無線伝送方法、無線伝送装置および無線伝送システム

Info

Publication number: JP2005236548A
Application number: JP2004041605A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Fujiwara; 藤原　　淳; Akira Yamada; 曉山田
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】仮想キャリアセンスにより無線帯域割当制御を行う非同期無線伝送において、無線帯域使用効率の低下を防止することができるとともに、無線帯域割当ての不公平性を解消することのできる無線伝送方法、無線伝送装置および無線伝送システムを提供することを目的とする。
【解決手段】仮想キャリアセンスにより無線帯域割当制御を行う非同期無線伝送方法において、送信禁止期間に該当する無線局が送信要求信号を受信した場合に、送信要求信号を送信した無線局に対し、所定時間の待機の後に送信要求信号を送信すべき旨の送信待機信号を送信する。また、上記送信待機信号を、送信禁止期間を設定した無線局への干渉とならない電力で送信する。
【選択図】図３

Description

本発明は無線伝送方法、無線伝送装置および無線伝送システムに関し、仮想キャリアセンスを行う非同期ディジタル無線伝送における無線帯域割当の制御技術に関するものである。

自律分散制御を前提とした非同期ディジタル無線伝送にあっては、無線信号が互いに到達する無線局間で無線伝送帯域の割当てのために何らかの信号を送受信する必要があり、そのための一手法として仮想キャリアセンスを用いる方式が知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。

ここで、仮想キャリアセンスを用いる方式とは、送受信を行う無線局どうしで「送信要求信号」（ＲＴＳ［Request To Send］パケット）と「受信準備完了信号」（ＣＴＳ［Clear To Send］パケット）を交換し、互いに通信を確立するとともに、これらの信号を受信した他の無線局はこれらの信号に含まれる「送信禁止期間」の情報に基づき、送信要求信号の送信を延期する。また、送信要求信号自身が衝突することを防ぐために、送信禁止期間の情報には乱数により決定される時間が含められる。

これらの機構により、制御信号やデータ信号の衝突を低く抑えつつ、自律分散的に無線伝送帯域が確保できる。
ANSI/IEEE std 802.11, Wireless LAN medium access control(MAC) and physical layer(PHY) specifications,1999.

ところで、全ての無線局が制御信号、データ信号ともに同一の周波数を用いている場合、他の無線局の送信データ信号等により送信要求信号に適切に応答できない場合がある。

例えば、図１に示すように複数の無線局１１〜１４が配置され、各無線局の信号到達距離がそれぞれの無線局に最も近い無線局までであるとする。ここで、無線局１２から無線局１１にデータを伝送している場合（ステップＳ１０１）、無線局１２から無線局１１へのデータ信号は無線局１３にも到達し（ステップＳ１０２）、無線局１３は送信禁止期間に該当している。

このような状態において、無線局１４に無線局１３に対するデータ伝送要求が発生した場合、無線局１４は直ちに無線局１３に向けて送信要求信号を発するが（ステップＳ１０３）、無線局１３は送信禁止期間中であるため、無線局１４へは何の信号も発することができない。このため、無線局１４は、無線局１３が信号到達範囲外に存在する、あるいは、送信要求信号が衝突したもの（ステップＳ１０４）と判断し、所定の待機時間の後に送信要求信号を再送信する。

図２は上記の動作をより詳しく示したシーケンス図であり、無線局１２が無線局１１に対して送信要求信号を送信すると（ステップＳ１１１）、無線局１１は無線局１２に対して受信準備完了信号を送信し（ステップＳ１１２）、無線局１２は無線局１１に対してデータ信号を送信し（ステップＳ１１３）、送信が完了した時点で無線局１１は無線局１２に対して受信確認信号（ＡＣＫ［ACKnowledgement］パケット）を送信する（ステップＳ１１４）。

一方、無線局１２から送信される送信要求信号（ステップＳ１１１）によって無線局１３は送信禁止期間に入り（ステップＳ１１５）、その間に無線局１４から無線局１３に対して送信要求信号が送信されても受け付けられない（ステップＳ１１６、Ｓ１１７）。

そして、無線局１４は先の送信禁止期間の終了後に再び送信要求信号の送信を行うが（ステップＳ１１９）、無線局１２から無線局１１へのデータ伝送が継続している場合、あるいは新たなデータ伝送が行われている場合は、引き続き無線局１３は応答しない。

このような状況が続くと、無線局１４に通信機会が与えられず、更にその周辺に存在する無線局１５は送信禁止期間が継続することとなり（ステップＳ１１８）、無駄な送信要求信号が無線局１４によって再送されることによって無線帯域の使用効率が低下するとともに、無線帯域割当ての不公平性が顕著となる。

仮想キャリアセンスを用いる無線帯域割当方式では、送信禁止期間の一部に乱数による待機時間が含まれる。このため、複数の無線局に同時に送信要求が発生した場合でも、送信要求信号の衝突をある程度防ぐことができる。しかし、この乱数による時間は帯域使用効率のため、あまり長くすることはできない。そのために、各無線局は送信禁止期間に関する情報を互いに受信できていることが期待される。図１に示した配置の場合、無線局１４が無線局１１あるいは無線局１２の信号を受信できれば、送信禁止期間終了後にある確率で無線帯域を確保できることが期待できるが、無線局１４は無線局１１および無線局１２の信号がともに受信できない配置にあるため、送信禁止期間に関する情報が入手できず、送信要求信号は無線局１１および無線局１２のデータ伝送タイミングと無関係に送出せざるを得ず、これが無線帯域使用効率の低下に結びつく。特に、図１において、無線局１１の信号が無線局１２のみならず、無線局１３までかろうじて到達するような配置にあっては、無線局１１〜１３は互いに信号を送受信することで一群となって動作することができるが、このグループからはみ出した無線局１４およびその周囲の無線局１５等は不当に通信機会を奪われることになる。

本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、仮想キャリアセンスにより無線帯域割当制御を行う非同期無線伝送において、無線帯域使用効率の低下を防止することができるとともに、無線帯域割当ての不公平性を解消することのできる無線伝送方法、無線伝送装置および無線伝送システムを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明にあっては、請求項１に記載されるように、仮想キャリアセンスにより無線帯域割当制御を行う非同期無線伝送方法において、送信禁止期間に該当する無線局が送信要求信号を受信した場合に、送信要求信号を送信した無線局に対し、所定時間の待機の後に送信要求信号を送信すべき旨の送信待機信号を送信するようにしている。これにより、送信禁止期間に関する情報が入手できず不当に通信機会を奪われている可能性のある無線局に対して通信機会が与えられることになり、無線帯域使用効率の低下を防止することができるとともに無線帯域割当ての不公平性を解消することができる。

また、請求項２に記載されるように、上記送信待機信号を、送信禁止期間を設定した無線局への干渉とならない電力で送信するようにすることができる。これにより、既に行われている他の無線局間のデータ伝送に影響を与えることなく送信待機信号を送信することができる。

また、請求項３に記載されるように、上記送信要求信号の受信信号レベルにより、上記送信待機信号を送信するか否かを決定するようにすることができる。これにより、既に行われている他の無線局間のデータ伝送に影響を与えない場合にのみ送信待機信号を送信するようにすることができる。

また、請求項４に記載されるように、上記送信要求信号の受信信号レベルにより、上記送信待機信号の送信電力を決定するようにすることができる。これにより、既に行われている他の無線局間のデータ伝送に影響を与えない適切な送信電力で送信待機信号を送信することができる。

また、請求項５に記載されるように、上記送信待機信号で指定する待機の時間を通常の仮想キャリアセンスにより設定される時間よりも短い時間に設定するようにすることができる。これにより、送信待機信号に応答して送信される送信要求信号が他の無線局から送信される送信要求信号に先んじられて受け付けられなくなる可能性をいっそう低減することができる。

また、請求項６に記載されるように、仮想キャリアセンスにより無線帯域割当制御を行う非同期無線伝送装置において、送信禁止期間に該当する無線局が送信要求信号を受信した場合に、送信要求信号を送信した無線局に対し、所定時間の待機の後に送信要求信号を送信すべき旨の送信待機信号を送信する機能を備えた無線伝送装置として構成することができる。

また、請求項７に記載されるように、上記送信待機信号を送信禁止期間を設定した無線局への干渉とならない電力で送信する機能を備えるようにすることができる。

また、請求項８に記載されるように、仮想キャリアセンスにより無線帯域割当制御を行い、送信禁止期間に該当する無線局が送信要求信号を受信した場合に、送信要求信号を送信した無線局に対し、所定時間の待機の後に送信要求信号を送信すべき旨の送信待機信号を送信する機能を有する複数の無線伝送装置により構成される無線伝送システムとして構成することができる。

本発明にあっては、無線帯域使用効率の低下を防止することができるとともに、無線帯域割当ての不公平性を解消することができる。

以下、本発明の好適な実施例につき図面を参照して説明する。

図３は本発明の一実施形態にかかる無線伝送システムの構成図である。

図３において、無線局１〜４は図示の距離関係に配置されており、各無線局は隣接する無線局とは十分な信号強度で通信が可能であるとともに、無線局１の信号は無線局２のみならず無線局３まで到達するが、無線局４までは到達できないものとする。また、無線局２の信号は無線局４に到達できないものとする。

ここで、無線局２が無線局１に対してデータ伝送を行う必要が生じた場合を想定すると、先ず無線局２は無線局１に対して送信要求信号を送信し（ステップＳ１）、無線局１は無線局２に対して受信準備完了信号を送信する（ステップＳ３）。また、無線局２からの送信要求信号および無線局１からの受信準備完了信号は無線局３にも到達し（ステップＳ２、Ｓ４）、無線局３は送信禁止期間に入る（ステップＳ５）。

無線局３が送信禁止期間に該当している間に無線局４が無線局３に対してデータ伝送を行う必要が生じた場合、無線局４は無線局３に対して送信要求信号を送信する（ステップＳ６）。従来であれば、この送信要求信号に対しては何ら返信が行われないものであるが、本発明にあっては、送信要求信号を送信した無線局４に対して無線局３から送信待機信号を送信する（ステップＳ７）。この送信待機信号は、無線局１および無線局２のデータ伝送終了までの時間に固定時間および乱数による時間を加えた所定時間の待機の後に送信要求信号を送信すべき旨を伝えるものであり、送信待機信号を受信した無線局４はその所定時間の待機後に送信要求を行ってデータ伝送を行うことができる。

図４は上記の動作をより詳しく示すシーケンス図であり、無線局２が無線局１に対して送信要求信号を送信すると（ステップＳ１１）、無線局１は無線局２に対して受信準備完了信号を送信し（ステップＳ１２）、無線局２は無線局１に対してデータ信号を送信し（ステップＳ１３）、送信が完了した時点で無線局１は無線局２に対して受信確認信号を送信する（ステップＳ１４）。

一方、無線局２から送信される送信要求信号（ステップＳ１１）によって無線局３は送信禁止期間に入るが（ステップＳ１５）、その間に無線局４から無線局３に対して送信要求信号が送信された場合（ステップＳ１６）、無線局３は無線局４に対して送信待機信号を送信する（ステップＳ１７）。

送信待機信号を受信した無線局４は、送信待機信号で設定された所定時間の待機の後、送信要求信号を無線局３に対して送信し（ステップＳ１８）、これが正常に受け付けられると、無線局３は無線局４に対して受信準備完了信号を送信し（ステップＳ１９）、無線局４は無線局３に対してデータ信号を送信する（ステップＳ２０）。

なお、無線局４から送信される送信要求信号（ステップＳ１８）は、タイミングによっては無線局１等から行われる送信要求信号（ステップＳ２１）に先んじられて受け付けられなくなる可能性があるが、そのような可能性を減らして無線局４に優先的に通信機会を与えるため、送信待機信号で指定する待機の時間を通常の仮想キャリアセンスにより設定される時間よりも短い時間に設定するのが効果的である。待機時間は送信禁止期間が終了するまでの時間に固定時間および乱数による時間を加えたものであるが、例えば、固定時間の部分を若干短めに設定するか、乱数の範囲を狭く設定することで対応が可能である。これにより送信禁止期間の終了から送信要求信号（ステップＳ１８）の送信までの時間（図４にｔで示す時間）が無線局１の送信要求信号（ステップＳ２１）の送信までの時間よりも短くなり、無線局４の送信要求信号が受け付けられる可能性が高くなる。

ところで、無線局３から無線局４に対して送信される送信待機信号（ステップＳ１７）は、隣接する無線局２においては干渉信号となってしまうため、送信電力制御により送信待機信号の送信電力を適切な値に制限することが必要となる。すなわち、送信禁止期間はデータパケットの衝突を避けるために導入されたものであり、その間に送信待機信号を送信するにあたってはデータパケットの衝突が生じないようにする配慮が必要である。以下に送信電力の制御について説明する。

図４において、無線局２および無線局１からそれぞれ所定の電力で送信される送信要求信号（ステップＳ１１）および受信準備完了信号（ステップＳ１２）に対し、無線局３はこれらの信号を受信すると、その受信電力から、無線局３における送信電力と無線局１および無線局２における受信電力の関係を導き、ひいては、無線局１および無線局２への干渉とならない送信電力を求める。

一方、無線局１および無線局２がデータ伝送を行っている間、すなわち無線局３が送信禁止期間に該当する間に無線局４から送信要求信号（ステップＳ１６）を受信できた場合、その信号の受信電力から、無線局４において信号が受信できるための最小の送信電力を算出する。

そして、この送信電力と、先に求めた無線局１および無線局２への干渉とならないための送信電力とを比較し、前者が小さい場合には、前者の送信電力で無線局４に向けて送信待機信号（ステップＳ１７）を送信する。これにより、無線局３は無線局１および無線局２への干渉を引き起こさずに、無線局４に対して送信待機信号を送信することができる。また、上記の送信電力の比較の結果、前者が大きい場合には送信待機信号の送信を行わない。なお、無線局１の信号が無線局２のみならず、無線局３までかろうじて到達するような配置にあっては、上記の送信電力の比較の結果、前者が小さくなるケースが多く、実用上十分な効果が期待できる。

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。

従来の無線伝送システムの構成図である。従来の無線伝送システムの動作を示すシーケンス図である。本発明の一実施形態にかかる無線伝送システムの構成図である。本発明の一実施形態の動作を示すシーケンス図である。

符号の説明

１〜４無線局

Claims

仮想キャリアセンスにより無線帯域割当制御を行う非同期無線伝送方法において、
送信禁止期間に該当する無線局が送信要求信号を受信した場合に、送信要求信号を送信した無線局に対し、所定時間の待機の後に送信要求信号を送信すべき旨の送信待機信号を送信することを特徴とする無線伝送方法。
上記送信待機信号を、送信禁止期間を設定した無線局への干渉とならない電力で送信することを特徴とする請求項１に記載の無線伝送方法。
上記送信要求信号の受信信号レベルにより、上記送信待機信号を送信するか否かを決定することを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の無線伝送方法。
上記送信要求信号の受信信号レベルにより、上記送信待機信号の送信電力を決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無線伝送方法。
上記送信待機信号で指定する待機の時間を通常の仮想キャリアセンスにより設定される時間よりも短い時間に設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無線伝送方法。
仮想キャリアセンスにより無線帯域割当制御を行う非同期無線伝送装置において、
送信禁止期間に該当する無線局が送信要求信号を受信した場合に、送信要求信号を送信した無線局に対し、所定時間の待機の後に送信要求信号を送信すべき旨の送信待機信号を送信する機能を備えたことを特徴とする無線伝送装置。
上記送信待機信号を送信禁止期間を設定した無線局への干渉とならない電力で送信する機能を備えたことを特徴とする請求項６に記載の無線伝送装置。
仮想キャリアセンスにより無線帯域割当制御を行い、送信禁止期間に該当する無線局が送信要求信号を受信した場合に、送信要求信号を送信した無線局に対し、所定時間の待機の後に送信要求信号を送信すべき旨の送信待機信号を送信する機能を有する複数の無線伝送装置により構成されることを特徴とする無線伝送システム。