JP2010177854A

JP2010177854A - 無線通信システム、無線中継装置および無線中継方法

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Publication number: JP2010177854A
Application number: JP2009016441A
Authority: JP
Inventors: Akira Kishida; 朗岸田; Takeshi Hirakuri; 健史平栗; Masakatsu Ogawa; 将克小川; Kengo Nagata; 健悟永田; Makoto Umeuchi; 誠梅内; Toshihiro Manabe; 利裕眞部
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】各無線ネットワークに対応するアンテナの近接による漏洩電力が干渉を生じさせる状況において、干渉を低減して各無線ネットワーク間の中継処理を行う無線通信システム、無線中継装置および無線中継方法を提供する。
【解決手段】一方の無線ネットワークの通信期間に他方の無線ネットワークの配下の無線端末を送信禁止とし、無線ネットワーク間の干渉を回避する。無線中継装置は、第１無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２無線ネットワークの送受信タイミングを制御するスケジューラを備え、スケジューラは、第１無線ネットワークの通信期間とスリープ期間を取得し、第１無線ネットワークの通信期間を第２無線ネットワークの通信禁止期間として設定する構成であり、第２無線ネットワーク制御部は、通信禁止期間を通知する制御信号を無線端末に送信する構成であり、無線端末は、制御信号で通知された通信禁止期間の送信を停止する構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、近接する周波数チャネルを用いる無線ネットワーク間の通信を中継する無線通信システム、無線中継装置および無線中継方法に関する。特に、各無線ネットワークに対応するアンテナの近接による漏洩電力が干渉を生じさせる状況において、干渉を低減しながら各無線ネットワーク間の中継処理を行う無線通信システム、無線中継装置および無線中継方法に関する。

医療機器や家電など様々な機器が無線免許不要で利用可能なＩＳＭ（Industry-Science-Medical) 帯と呼ばれる 2.4ＧHz帯のチャネルでは、無線ＬＡＮ等の自律分散制御によるアクセス制御手順を用いた無線ネットワークが普及している。この自律分散制御による無線ネットワークは、小電力および狭通信エリアを特徴としており、ＩＳＭ帯を用いる無線ネットワーク同士で干渉を与えあうことを前提としたアクセス制御方式（例えばＣＳＭＡ／ＣＡ）が採用されている。

一方、このＩＳＭ帯の近接周波数には、ＷｉＭＡＸ(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 等のように、ＴＤＤ(Time Division Duplexing) またはＦＤＤ(Frequency Division Multiplexing) によりアクセス制御を行う集中制御の無線ネットワークがある。この集中制御による無線ネットワークの多くは、通信事業者が免許を必要とするものであり、無線ネットワーク同士が干渉しあうことは想定されていない。また、大電力および広域通信エリアを特徴としている。

なお、自律分散制御による無線ネットワークとしては無線ＬＡＮの他にＺigＢeeなどがあり、集中制御による無線ネットワークとしてはＷｉＭＡＸの他に次世代ＰＨＳ（ＸＧ−ＰＨＳ）などがある。

近年では、これら複数の無線ネットワークを統合し、また互いの無線ネットワークを補完して利用することが期待されており、１つの筐体内に複数の無線ネットワークに対応する無線インタフェースをもつ無線端末が出現している。例えば、無線ＬＡＮと第三世代携帯電話の無線インタフェースを実装したスマートフォンと呼ばれる携帯端末や、無線ＬＡＮと第三世代携帯電話を中継するメディア変換機能を備えた無線中継装置が製品化されている。この無線中継装置を用いることにより、無線ＬＡＮ端末は第三世代携帯電話のような広域通信エリアの無線ネットワークに接続することができ、無線ＬＡＮを使用できる場所を容易に拡大させ、ユーザの利便性を向上させることができる。

図４は、無線中継装置を含む無線通信システムの構成例を示す。
図において、無線中継装置５０は、無線ＬＡＮ機能を用いて無線ＬＡＮ端末６０と無線接続し、かつＷｉＭＡＸ機能を用いてＷｉＭＡＸ基地局７０に無線接続し、ＷｉＭＡＸ基地局７０を介してネットワーク８０に接続する。このとき、無線ＬＡＮ端末６０は、無線中継装置５０のサービスエリア内にいれば、無線中継装置５０を介してネットワーク８０に接続することができる。

このような無線中継装置５０は、例えば図５(1) に示すように、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸ制御部５１に接続されるアンテナ５４と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮ制御部５２に接続されるアンテナ５５が同一筐体内で近接すると、アンテナ間の漏洩電力による干渉が発生する。ここで、無線ＬＡＮの利用周波数帯域外に放射される送信電力とＷｉＭＡＸの受信電力との関係を図５(2) に示す。無線ＬＡＮの利用周波数帯域外に放射される送信電力は伝搬損失がわずかであるので、伝搬損失が大きいＷｉＭＡＸの受信信号に干渉を与え、受信信号特性を大幅に劣化させる。ＷｉＭＡＸの送信信号と無線ＬＡＮの受信信号との間においても同様である。

この問題に対して、非特許文献１では、ＷｉＭＡＸのスリープ機能を用いて両無線ネットワーク間で時間棲み分けを行い、チャネルを同時利用することなく時分割で共有することによる干渉回避方式を提案している。

図６は、干渉回避のための従来の無線中継装置５０の構成例を示す。
図において、無線中継装置５０は、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸ制御部５１と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮ制御部５２とを備える。ここで、無線ＬＡＮは自律分散制御による無線ネットワークであり、ＷｉＭＡＸは集中制御による無線ネットワークである。それぞれの無線制御部の送受信期間を決定するスケジューラ５３が両制御部間に存在する。

ＷｉＭＡＸ制御部（ＷｉＭＡＸ端末）５１は、ＷｉＭＡＸ基地局から通信期間およびスリープ期間の情報を取得し、この情報をスケジューラ５３に通知する。スケジューラ５３は、ＷｉＭＡＸのスリープ期間のタイミングで無線ＬＡＮの通信期間を設定し、無線ＬＡＮ制御部５２に通知する。無線ＬＡＮ制御部５２は、通知された通信期間において無線ＬＡＮ端末との間でデータを送受信する。

この無線ＬＡＮの通信期間は、ＷｉＭＡＸがスリープ機能によって送受信を行わない期間である。したがって、無線中継装置において無線ＬＡＮとＷｉＭＡＸを同時に利用する場合には、ＷｉＭＡＸのスリープ期間中に無線ＬＡＮがデータの送受信を行う時分割制御により、相互干渉を回避することができる。

ところで、スケジューラ５３は、ＷｉＭＡＸのスリープ期間から無線ＬＡＮの通信期間を設定するとともに、ＷｉＭＡＸの通信期間から無線ＬＡＮの通信禁止期間を設定することができる。しかし、スケジューラ５３が設定する無線ＬＡＮの通信禁止期間では、無線ＬＡＮ制御部（無線ＬＡＮ基地局）５２が配下の無線ＬＡＮ端末に対する送信を禁止できるが、無線ＬＡＮ端末から無線ＬＡＮ基地局に対する送信を禁止させることはできない。それは、無線ＬＡＮ端末がＷｉＭＡＸの通信期間を知らないためである。そのため、無線ＬＡＮ制御部（無線ＬＡＮ基地局）５２では、配下の無線ＬＡＮ端末からの受信信号がＷｉＭＡＸ制御部５１の送信信号と干渉し、正常に受信できない場合が生ずる。

また、図７に示すように、無線ＬＡＮ基地局が無線ＬＡＮ端末の送信信号を受信すると、無線ＬＡＮ規格の規定に従って受信確認応答（ＡＣＫ）を返信する。無線ＬＡＮ端末の送信信号がＷｉＭＡＸの干渉要因になることは少ないが、無線ＬＡＮ基地局が返信するＡＣＫは図５に示すようにＷｉＭＡＸの干渉要因になる。

さらに、無線ＬＡＮ基地局において、無線ＬＡＮの受信信号がＷｉＭＡＸの送信信号と干渉し、無線ＬＡＮの受信信号に対するＡＣＫを返信できない場合、あるいはＷｉＭＡＸへの干渉を考慮してＡＣＫを返信しないように制御すると、無線ＬＡＮ端末は再送を繰り返し、再送を起因とするパケット損失が増加することになる。

なお、以上の説明では、互いに干渉が生じる無線ネットワークとして無線ＬＡＮとＷｉＭＡＸを例にしたが、一般にアクセス側の無線ネットワークと中継側の無線ネットワークとの間で、時分割制御による同様の干渉回避が可能でありながら、上述の干渉問題やパケット損失の問題が生ずると考えられる。

本発明は、一方の無線ネットワークの通信期間に他方の無線ネットワークの配下の無線端末を送信禁止とし、無線ネットワーク間の干渉を回避しながら各無線ネットワークのスループットを向上させることができる無線通信システム、無線中継装置および無線中継方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、近接する周波数チャネルを用いる第１無線ネットワークと第２無線ネットワークとの間の通信を中継する無線中継装置と、第２無線ネットワークの子局である無線端末とを含む無線通信システムにおいて、無線中継装置は、第１無線ネットワークの子局として機能する第１無線ネットワーク制御部と、第２無線ネットワークの親局として機能する第２無線ネットワーク制御部と、第１無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２無線ネットワークの送受信タイミングを制御するスケジューラとを備え、スケジューラは、第１無線ネットワークの通信期間とスリープ期間を取得し、第１無線ネットワークの通信期間を第２無線ネットワークの通信禁止期間として設定する構成であり、第２無線ネットワーク制御部は、通信禁止期間を通知する制御信号を無線端末に送信する構成であり、無線端末は、制御信号で通知された通信禁止期間の送信を停止する構成である。

第１の発明の無線通信システムにおける第２無線ネットワーク制御部は、スケジューラから通知される第１無線ネットワークの通信期間の直前に、制御信号に通信禁止期間としてＮＡＶを設定して送信する構成としてもよい。また、制御信号は、ＮＡＶを設定したＣＴＳ信号としてもよい。

第２の発明は、近接する周波数チャネルを用いる第１無線ネットワークと第２無線ネットワークとの間の通信を中継する無線中継装置において、第１無線ネットワークの子局として機能する第１無線ネットワーク制御部と、第２無線ネットワークの親局として機能する第２無線ネットワーク制御部と、第１無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２無線ネットワークの送受信タイミングを制御するスケジューラとを備え、スケジューラは、第１無線ネットワークの通信期間とスリープ期間を取得し、第１無線ネットワークの通信期間を第２無線ネットワークの通信禁止期間として設定する構成であり、第２無線ネットワーク制御部は、通信禁止期間を通知する制御信号を、第２無線ネットワークの子局である無線端末に送信する構成である。

第２の発明の無線中継装置における第２無線ネットワーク制御部は、スケジューラから通知される第１無線ネットワークの通信期間の直前に、制御信号に通信禁止期間としてＮＡＶを設定して送信する構成としてもよい。また、制御信号は、ＮＡＶを設定したＣＴＳ信号としてもよい。

第３の発明は、近接する周波数チャネルを用いる第１無線ネットワークと第２無線ネットワークとの間の通信を中継する無線中継装置の無線中継方法において、無線中継装置は、第１無線ネットワークの子局として機能する第１無線ネットワーク制御部と、第２無線ネットワークの親局として機能する第２無線ネットワーク制御部と、第１無線ネットワークの送受信タイミングに同期して第２無線ネットワークの送受信タイミングを制御するスケジューラとを備え、スケジューラは、第１無線ネットワークの通信期間とスリープ期間を取得し、第１無線ネットワークの通信期間を第２無線ネットワークの通信禁止期間として設定し、第２無線ネットワーク制御部は、通信禁止期間を通知する制御信号を、第２無線ネットワークの子局である無線端末に送信する。

第３の発明の無線中継方法における第２無線ネットワーク制御部は、スケジューラから通知される第１無線ネットワークの通信期間の直前に、制御信号に通信禁止期間としてＮＡＶを設定して送信するようにしてもよい。また、制御信号は、ＮＡＶを設定したＣＴＳ信号としてもよい。

本発明は、第１無線ネットワークの通信期間を第２無線ネットワークの通信禁止期間として設定し、第１無線ネットワークの通信期間が始まる前に、第２無線ネットワーク制御部から第２無線ネットワークの端末装置に通信禁止期間を通知する制御信号を送信する。これにより、第１無線ネットワークの通信期間に、第２無線ネットワーク制御部から端末装置への下り信号の送信が禁止され、かつ端末装置から第２無線ネットワーク制御部への上り信号の送信が禁止されるので、第１無線ネットワークの通信に対する干渉を回避することができる。

本発明の無線通信システムおよび無線中継装置の構成例を示す図である。本発明の無線中継装置の処理手順を示すフローチャートである。本発明の無線通信システムの動作例を示すタイミングチャートである。無線中継装置を含む無線通信システムの構成例を示す図である。無線中継装置の干渉要因を説明する図である。干渉回避のための従来の無線中継装置５０の構成例を示す図である。従来の無線中継装置５０の動作例を示すタイミングチャートである。

図１は、本発明の無線通信システムおよび無線中継装置の構成例を示す。図２は、本発明の無線中継装置の処理手順を示す。図３は、本発明の無線通信システムの動作例を示す。ここでは、図４に示すネットワーク構成におけるＷｉＭＡＸネットワークと無線ＬＡＮとの間で中継を行う無線中継装置を例に説明するが、本発明はＷｉＭＡＸネットワークと無線ＬＡＮに限らず、双方の無線ネットワークで送受信タイミングの同期制御が可能な無線ネットワーク間の中継に適用することができる。

本実施例の無線中継装置１０は、ＷｉＭＡＸ端末として機能するＷｉＭＡＸ制御部１１と、無線ＬＡＮ基地局として機能する無線ＬＡＮ制御部１２と、スケジューラ１３とを備える。ここで、ＷｉＭＡＸ制御部（ＷｉＭＡＸ端末）１１には、ＷｉＭＡＸ基地局７０からＷｉＭＡＸフレームのヘッダ等を用いて、ＷｉＭＡＸの通信期間およびスリープ期間の情報が通知される。ＷｉＭＡＸ制御部１１は、このＷｉＭＡＸの通信期間およびスリープ期間の情報をスケジューラ１３に通知する。

スケジューラ１３は、図２に示すように、ＷｉＭＡＸの通信期間およびスリープ期間の情報を取得すると（Ｓ１）、ＷｉＭＡＸのスリープ期間を無線ＬＡＮの通信期間として設定し、ＷｉＭＡＸの通信期間を無線ＬＡＮの通信禁止期間として設定し、無線ＬＡＮ制御部（無線ＬＡＮ基地局）１２に通知する（Ｓ２）。

無線ＬＡＮ制御部（無線ＬＡＮ基地局）１２は、図３に示すように、ＷｉＭＡＸの通信期間の直前に、無線ＬＡＮの通信禁止期間を設定した制御信号を配下の無線ＬＡＮ端末６０に送信する（Ｓ３）。制御信号には、例えば通信禁止期間としてＮＡＶ(Network Allocation Vector) を設定したＣＴＳ(Clear to Send) 信号を用いる。なお、ＮＡＶはＣＴＳフレームのデュレーション領域に設定される。無線ＬＡＮ端末６０はこのＣＴＳ信号を受信すると、ＮＡＶで設定される送信禁止期間は仮想キャリアセンスによるビジーとして送信処理を停止する。また、無線ＬＡＮの通信禁止期間を通知する制御信号は、例えば無線ＬＡＮ基地局が配下の無線ＬＡＮ端末に送信するブロードキャスト／マルチキャストフレームを利用してもよい。

なお、無線ＬＡＮの規格であるIEEE802.11g では、 802.11g端末がデータフレームを送信する前に、自分宛てのＣＴＳフレームを送信し、ＮＡＶによって 802.11b端末の送信を抑制する手順が規定されているが、本実施例では無線ＬＡＮ制御部（無線ＬＡＮ基地局）１２がこの手順を利用する。ただし、本実施例では無線ＬＡＮ基地局が自分のデータフレームを送信するためにではなく、配下の無線ＬＡＮ端末を含む無線ＬＡＮ全体の通信を禁止してＷｉＭＡＸの通信に干渉を与えないために、ＣＴＳフレームが用いられる。

１０，５０無線中継装置
１１，５１ＷｉＭＡＸ制御部（ＷｉＭＡＸ端末）
１２，５２無線ＬＡＮ制御部（無線ＬＡＮ基地局）
１３，５３スケジューラ
６０無線ＬＡＮ端末
７０ＷｉＭＡＸ基地局

J.Lei, Y.Yunsong, W.Xuyong, J.Segev, "Sleep Mode Timing Amendment Proposal", IEEE 802.16 WG Letter Ballot Recirc #26a, January 2008 IEEE P802.11n/D3.02, Draft STANDARD for Information Technology Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks Specific requirements, 9.15 PSMP Operation, December 2007

Claims

近接する周波数チャネルを用いる第１無線ネットワークと第２無線ネットワークとの間の通信を中継する無線中継装置と、前記第２無線ネットワークの子局である無線端末とを含む無線通信システムにおいて、
前記無線中継装置は、
前記第１無線ネットワークの子局として機能する第１無線ネットワーク制御部と、
前記第２無線ネットワークの親局として機能する第２無線ネットワーク制御部と、
前記第１無線ネットワークの送受信タイミングに同期して前記第２無線ネットワークの送受信タイミングを制御するスケジューラと
を備え、
前記スケジューラは、前記第１無線ネットワークの通信期間とスリープ期間を取得し、前記第１無線ネットワークの通信期間を前記第２無線ネットワークの通信禁止期間として設定する構成であり、
前記第２無線ネットワーク制御部は、前記通信禁止期間を通知する制御信号を前記無線端末に送信する構成であり、
前記無線端末は、前記制御信号で通知された前記通信禁止期間の送信を停止する構成である
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、
前記第２無線ネットワーク制御部は、前記スケジューラから通知される前記第１無線ネットワークの通信期間の直前に、前記制御信号に前記通信禁止期間としてＮＡＶ(Network Allocation Vector) を設定して送信する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。
請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
前記制御信号は、前記ＮＡＶを設定したＣＴＳ(Clear to Send) 信号である
ことを特徴とする無線通信システム。
近接する周波数チャネルを用いる第１無線ネットワークと第２無線ネットワークとの間の通信を中継する無線中継装置において、
前記第１無線ネットワークの子局として機能する第１無線ネットワーク制御部と、
前記第２無線ネットワークの親局として機能する第２無線ネットワーク制御部と、
前記第１無線ネットワークの送受信タイミングに同期して前記第２無線ネットワークの送受信タイミングを制御するスケジューラと
を備え、
前記スケジューラは、前記第１無線ネットワークの通信期間とスリープ期間を取得し、前記第１無線ネットワークの通信期間を前記第２無線ネットワークの通信禁止期間として設定する構成であり、
前記第２無線ネットワーク制御部は、前記通信禁止期間を通知する制御信号を、前記第２無線ネットワークの子局である無線端末に送信する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
請求項４に記載の無線中継装置において、
前記第２無線ネットワーク制御部は、前記スケジューラから通知される前記第１無線ネットワークの通信期間の直前に、前記制御信号に前記通信禁止期間としてＮＡＶ(Network Allocation Vector) を設定して送信する構成である
ことを特徴とする無線中継装置。
請求項５に記載の無線中継装置において、
前記制御信号は、前記ＮＡＶを設定したＣＴＳ(Clear to Send) 信号である
ことを特徴とする無線中継装置。
近接する周波数チャネルを用いる第１無線ネットワークと第２無線ネットワークとの間の通信を中継する無線中継装置の無線中継方法において、
前記無線中継装置は、
前記第１無線ネットワークの子局として機能する第１無線ネットワーク制御部と、
前記第２無線ネットワークの親局として機能する第２無線ネットワーク制御部と、
前記第１無線ネットワークの送受信タイミングに同期して前記第２無線ネットワークの送受信タイミングを制御するスケジューラと
を備え、
前記スケジューラは、前記第１無線ネットワークの通信期間とスリープ期間を取得し、前記第１無線ネットワークの通信期間を前記第２無線ネットワークの通信禁止期間として設定し、
前記第２無線ネットワーク制御部は、前記通信禁止期間を通知する制御信号を、前記第２無線ネットワークの子局である無線端末に送信する
ことを特徴とする無線中継方法。
請求項７に記載の無線中継方法において、
前記第２無線ネットワーク制御部は、前記スケジューラから通知される前記第１無線ネットワークの通信期間の直前に、前記制御信号に前記通信禁止期間としてＮＡＶ(Network Allocation Vector) を設定して送信する
ことを特徴とする無線中継方法。
請求項８に記載の無線中継方法において、
前記制御信号は、前記ＮＡＶを設定したＣＴＳ(Clear to Send) 信号である
ことを特徴とする無線中継方法。