JP2013115503A - 無線通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】集中制御局と、集中制御局に接続された複数の基地局装置とを備え、基地局装置において干渉信号が受信される環境で無線通信を行う無線通信システムの基地局装置は、干渉信号に関する情報である干渉関係情報を推定し、推定された干渉関係情報を集中制御局に通知し、端末装置との無線通信に用いるチャネルを、集中制御局から通知されたチャネルに変更する。集中制御局は、基地局装置毎に、周波数帯域が異なる複数のチャネルを含むチャネル候補の中から、2つ以上のチャネル候補のスループット指標を計算し、計算されたスループット指標に基づいて基地局装置のチャネルを決定し、決定されたチャネルを、基地局装置に通知する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の一実施形態として無線システム1の概略を表す図である。無線システム1は、集中制御局ACと、複数台の基地局装置を備える。各基地局装置は、自装置の配下に接続された端末と無線通信によって通信する。複数台の基地局装置(AP1、AP2、AP3、AP4、AP6)が集中制御局ACに接続されている。一方、基地局装置AP0、AP5、AP7、AP8、AP9、AP10は、集中制御局ACに接続されていない。以下の説明では、集中制御局ACに接続された基地局装置を「システムAP」と呼ぶ。また、集中制御局ACに接続されていない基地局装置を「干渉AP」と呼ぶ。
無線システム1では、システムAPのスループットを向上させる。
本発明の第1実施形態について説明する。第1実施形態における集中制御局ACは、選択するチャネルの中で通信を行うシステムAPの数、または、システムAPと端末の数を用いてスループット指標を計算する。そして、集中制御局ACは、計算された指標に基づいてチャネルを決定する。以下、第1実施形態について詳細に説明する。
次に、チャネルの評価指標の一つの具体例として、スループット指標について説明する。スループット指標とは、システムAPが、異なる周波数帯域幅を含む複数のチャネルから、どのチャネルを選択するべきか判定する際に用いる指標である。j番目のシステムAPのスループット指標Tjを、活用周波数帯域指標Bjと、帯域内に存在する他の干渉APやシステムAPにより影響されるスループット劣化率ρjと、を用いて式1のように表すことができる。
m(j)+l(j)が大きいと、f(m(j)+l(j))を小さくするか、または負の値をとるようにし、m(j)+l(j)が小さいと、f(m(j)+l(j))を大きくしたり、正の値としたりするようにf(m(j)+l(j))を定義することもできる。
スループット指標Tjは、以下の式9のように表されても良い。この場合、集中制御局ACは、j番目の基地局装置が選択しているチャネルにおいて、独立に動作する基地局装置のグループ(以下、「APグループ」という。)の数を調査する。そして、独立に動作するAPグループがn個存在する場合には、これらの数に応じたj番目の基地局に対する独立APペナルティΓn,jをスループット指標に反映させることができる。
図5は、各基地局装置が用いるチャネルを決定していく処理の具体例(チャネル決定フロー1−1)を示す図である。図5に示される具体例は、図4のようにスループット指標Tjが得られた場合において、スループットの候補の大きいものから順に一つずつ決定していく処理の流れを示す。図4では、システムAP間のチャネルの使用は考慮されていない。そのため、システムAPのチャネルが決定されるにつれ、候補となるチャネルとそのスループット指標Tjを更新する必要がある。まず図3Bに示されるシステムAPの検出結果と、図3Aに示される干渉APの検出結果とをマージして縦軸に表す。また、検出されるシステムAP及び干渉APの使用チャネルを横軸に表す。図5Aは、この状態における表の状態を表す。各システムAPがどのチャネルを使うかは未定であるので、システムAPの関係として丸印をつけている。
例えば、スループットを低下させるシステムAPの数だけ、減衰係数γを乗算することができる。ここで、γを0.8とすると、スループット候補は、A:76.8,E:48,L:40,O:40,C:38.4,D:38.4,G:32,H:32,I:32,J:32,・・・として得られる。この場合でも、チャネルAが最も大きい値をとるため、集中制御局ACはAP6のチャネルとしてチャネルAを選択する。図5Cは、この状態を示す関係表を表す。
一方、AP4のチャネルとしてチャネルOを選択した場合、AP2のスループット指標は40×0.6=24に低下する。
集中制御局ACは、予め設定されたポリシーに従ってチャネルを選択する。システムスループットを最大化するポリシーが設定されている場合には、他のシステムAPのスループット指標を低下させる際に、低下したスループット指標をペナルティγ’として、スループット指標の候補から減算することもできる。すなわち、最後のAP4のチャネル選択においてE(X)を選択すると、AP1のスループット指標が38.4低下し、Oを選択するとAP4のスループット指標が16低下する。この値をγ’としてスループット指標から引くと、AP4の選択可能なチャネルはE(X):80×0.6×0.6−36.6=−7.6、O:40×0.6−16=8となり、チャネルOが選択される。
図6は、各基地局装置が用いるチャネルを決定していく処理の具体例(チャネル決定フロー1−2)を示す図である。図6に示される具体例は、図4のようにスループット指標Tiが得られた場合において、スループットの候補の低いものから順に一つずつ決定していく処理の流れを示す。このような順で処理が行われることにより、フェアネスを得られる効果や、システムAPの最小スループットを最大化する効果が得られる。
本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態における集中制御局ACは、プライマリチャネルだけでなく、通信のため用いているセカンダリチャネルの全てにも基づいて各システムAPのチャネルを決定する。図7は、干渉AP及びシステムAPの検出結果の例を示す図である。図7Aは、集中制御局ACに接続されたシステムAPによって検出された干渉APが用いているプライマリチャネル及びセカンダリチャネルの表である。丸印は、基本となる20MHzのチャネルと同じ40MHzチャネル内に存在するセカンダリチャネルを表す。三角印は、同じ80MHzチャネル内に存在する他方の40MHzのセカンダリチャネルを表す。四角印は、同じ160MHzチャネル内に存在する他方の80MHzに対応するセカンダリチャネルを表す。図7Bにおいて丸印は、同じ周波数帯の信号を用いた場合に干渉することを表す。ここで、AP0はチャネルA(プライマリチャネルはチャネルT)、AP5はチャネルE(X)、AP7はチャネルA(Q)、AP8はチャネルN(ε)、AP9はチャネルM(β)、AP10はチャネルF(ε)をチャネルとして用いている。
図9及び図10は、各基地局装置が用いるチャネルを決定していく処理の具体例(チャネル決定フロー2−1)を示す図である。図9及び図10に示される具体例は、図8のようにスループット指標Tjが得られた場合において、スループットの候補の大きいものから順に一つずつ決定していく処理の流れを示す。図8では、システムAP間のチャネルの使用は考慮されていない。そのため、システムAPのチャネルが決定されるにつれ、候補となるチャネルとそのスループット指標Tjを更新する必要がある。まず、図7Bに示されるシステムAPの検出結果と、図7Aに示される干渉APの検出結果とをマージして縦軸に表す。また、検出されるシステムAP及び干渉APの使用チャネルを横軸に表す。図9Aは、この状態における表の状態を表す。各システムAPがどのチャネルを使うかは未定であるので、各システムAPの関係として丸印をつけている。
ここでは、チャネルEを選択したが、システムAPのスループットを低下させることを考慮したうえで、第一の実施例と同様、様々なポリシーに基づき決定できる。例えば、スループットを低下させるシステムAPの数だけ、γを乗算し、スループット指標を低く評価しても良い。また、スループットに影響を与えるシステムAPのスループット指標との和、または積が最大となるチャネルを選択することができる。
図11及び図12は、各基地局装置が用いるチャネルを決定していく処理の具体例(チャネル決定フロー2−2)を示す図である。図11及び図12に示される具体例は、検出されている干渉APのチャネル数が多いシステムAPから順に一つずつチャネルを決定していく処理の流れを示す。図8では、システムAP間のチャネルの使用は考慮されていない。そのため、システムAPのチャネルが決定されるにつれ、候補となるチャネルとそのスループット指標とを更新する必要がある。図7BのシステムAPの検出結果と、図7Aの干渉APのチャネルの検出結果とをマージして縦軸に表す。検出されるシステムAP及び干渉APの使用チャネルを横軸に表す。この時点の表の内容は、図10Aに表されているものと同じである。
また、処理の対象とするシステムAPの順序によって、上述のように各システムAPのスループットが変わる。このことから、集中制御局ACは、複数のシステムAPの選択順序でチャネルの決定を行い、通信状態に応じて最適なチャネルを選択しても良い。例えば、図9及び図10のようにシステムAPのチャネルを決定した場合には、AP4スループットが最も低い。一方、図11及び図12のように決定すると、AP5のスループットが最も低い。例えば、データ通信の頻度や、データ通信のビット量や、優先度、などが高いシステムAPがAP4であった場合には、集中制御局ACは、図11及び図12に示される処理の結果として得られるチャネル配置を選択し、各システムAPに当該チャネルを用いるように通知する。
本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態におけるシステムAPは、干渉APやシステムAP、およびそれらと通信する端末のアドレス情報に加えて、干渉APの通信頻度に関する情報(通信頻度情報)も推定する。図13は、干渉APのチャネル検出結果を表す図である。
集中制御局ACによって干渉関係情報の推定が指示されると、各システムAPは、干渉APの通信パケットを受信する頻度や、アクセス権の取得している時間率等に関する情報(通信頻度情報)を推定し取得する。すなわち、通信頻度情報は、干渉関係情報の一具体例である。集中制御局ACは、干渉APkの通信の頻度を干渉頻度指標Ψkとして取得する。干渉頻度指標Ψkは、当該干渉APkの通信の頻度を表す係数でもよいし、当該干渉APkの通信時間率や干渉APkに所属する端末数全体の通信の頻度を表す係数でもよい。当該干渉APkに属する端末数をUkとし、i番目の干渉APkと通信する端末の通信頻度をΛk,iとし、当該干渉APkの通信頻度をΛk,0とする。この場合、干渉頻度指標Ψkは、以下の式10のように表される。
例として、Λj,0=0,Λj,i=10とし、AP1、2、3、4、6が通信を行う端末の数を、10、2、5、7、3とした場合について、チャネルの決定方法を示す。各システムAP(AP1、AP2、AP3、AP4、AP6)に対する通信頻度指標は、それぞれ100、20、50、70、30となる。
第3実施形態において、集中制御局ACがシステムAP毎に順番にチャネルを決定していく処理の具体例を示す。チャネルを決定するシステムAPの順番は、上述した第1実施形態や第2実施形態と同様である。本説明では、干渉APの通信頻度の和の多い順に処理を行う。
干渉頻度の和を全チャネルで取ると、AP1〜AP6に対しそれぞれ、90×4+20×8+30×8=760、20×8+30×6+20×2+10×2=400、30×4+70×2+30×2+10×2=340、90×4+20×10+30×8=800、30×6+70×2+20×2+10×2=380として得られる。
まず、集中制御局ACは、AP4のチャネル候補とスループット指標を式12に基づき算出する。AP4のチャネル候補及びスループット指標は、A:160×0.5×(70/(70+90+20))=31.1、B:160×0.5×(70/(70+30+20))=46.7、C:80×0.5×(70/(70+90+20))=15.6、D:80×0.5×(70/(70+30+20))=23.3、E:80×1×70/(70+30)=56、F:80×1×70/(70+20)=62.2、G:7.8、(H:7.8)、I:11.7、(J:11.7)、K:40×1×70/(70+30)=28、(L:28)、M:40、N:31.1、O:40として得られる。高いスループット指標が得られるのはチャネルEまたはFであるので、集中制御局ACは、これらの一方をAP4のチャネルとして選択する。集中制御局ACは、チャネルMに空きがあるチャネルFを選択しても良いし、ランダムにいずれか一方を選んでも良いし、候補を複数保持したまま次のシステムAPの処理に移行しても良い。本説明では、集中制御局ACは、E(X)およびF(ε)の両方を候補として保持し、次のシステムAPの処理に移行する場合のフローについて説明する。また、ここでは、集中制御局ACが同じスループット指標の候補を複数記憶する例を示したが、同じスループット指標とならなくても、スループット指標の高い候補を複数記憶して、それぞれに対して他のシステムAPのスループット指標がどのような値をとるか評価しても良い。
または、他のポリシーに従い、チャネルを決定することもできる。集中制御局ACは、AP2のチャネルをA(T)からD(T)に変更し、AP2のスループット指標を80から40に低下させることで、AP3のチャネルとしてチャネルC:80を選択しても良い。スループット指標の積で考えると、AP2のスループット指標×AP3のスループット指標は、チャネルCを選択する場合、40×80=3200、チャネルOを選択する場合、80×40=3200で同値となる。ランダムでいずれかを決定してもよいし、優先度が高いシステムAPにスループット指標80が得られるように決定してもよい。
また、集中制御局ACは、AP2とAP3のチャネルを、一定時間ごとに上記チャネルの組合せを入れ替えても良い。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。第4実施形態における集中制御局ACは、さらにシステムAPの通信している端末の周波数帯域に対する性能に基づいて処理を行う。
第4実施形態においてチャネルを選択する例を示す。ここまでの例では、チャネルの帯域幅とスループットとを比例させていた。一方、第4実施形態では、各システムAPの端末の機能情報に基づいて式18を用いてスループットBjを計算する。式18において、通信頻度は均等な値1/Ujとした。図18は、各端末の機能を表す表である。AP1、2、3、4、6の通信する端末数を10、2、5、7、3として、各端末の機能は図18に示す通りであるものとする。通信頻度の高いシステムAPから順に処理を行う。したがって、AP1、AP4、AP3、AP6、AP2の順に処理を行う。干渉APからの干渉条件は、図13に示された通りである。
チャネルA:(5×160+3×Min(160,80)+2×Min(160,40))/10×0.5×(100/(100+90+20))=26.7、B:(5×160+3×Min(160,80)+2×Min(160,40))/10×1×(100/(100+70))=86.2、C:(5×Min(80,160)+3×Min(80,80)+2×Min(80,40))/10×0.5×(100/(100+90+20))=17.1、D:(5×Min(80,160)+3×Min(80,80)+2×Min(80,40))/10×0.5×(100/(100+30+20))=24、E:(5×Min(80,160)+3×Min(80,80)+2×Min(80,40))/10×1×(100/(100+30))=55.4、F:80、K:(5×Min(40,160)+3×Min(40,80)+2×Min(40,40))/10×1×(100/(100+30))=30.8、(L:30.8)、M:40、N:40、O:40
次に、集中制御局ACは、AP3のスループット指標について以下のように評価する。A:(3×160+2×Min(160,80))/5=128、C:(3×Min(80,160)+2×Min(80,80))/5=80、D:80、E:80×1×50/(50+30)=50、O:40。
次に、集中制御局ACは、AP6のスループット指標について以下のように評価する。A:(2×160+1×Min(160,40))/3×1×30/(30+50)=45、C:(2×Min(80,160)+1×Min(80,40))/3×30/(30+50)=25、D:25、E:(2×Min(80,160)+1×Min(80,40))/3×1×30/(30+70+30)=15.4、O:40。
最後に、集中制御局ACはAP2について処理を行う。AP2は、端末の機能が最大でも40MHzまでのサポートである。そのため、40MHz以下のチャネルのみに基づいて以下のように評価できる。I:(Min(40,40)+Min(40,20))/2×0.5×20/(20+50+30)=2.5、K:(Min(40,40)+Min(40,20))/2×1×20/(20+70+30)=5、N:(Min(40,40)+Min(40,20))/2×0.1×20/(20+100+30+20)=0.4、O:(Min(40,40)+Min(40,20))/2=30
集中制御局ACは、AP2に最も高いスループット指標となるチャネルOを選択する。
また、図3、7、13のようなAP間の干渉関係の情報は、集中制御局ACから指示を行い、システムAPの通信を停止し、隣接干渉APからの受信信号を用いて取得しても良い。また、集中制御局ACからシステムAPに同じ周波数チャネルを選択する指示し、互いの干渉関係を測定して取得しても良い。また、システムAPが通信のため選択しているチャネル、もしくは受信帯域を送信帯域より広く設定することで検出できるチャネルの情報から取得しても良い。後者の各システムAPが通信に用いているチャネルの情報を収集する場合、干渉APの情報やシステムAPの情報は図3、7、13のように完全には得られない。しかし、不完全なものであっても、本実施形態の方法により、システムAPのチャネル決定の順番を決め、集中制御局ACが取得した範囲の情報からスループット指標が高くなるように各システムAPのチャネルを決定できる。
図20は、本発明におけるチャネル決定方法の処理の流れを示すフローチャートである。以下、本発明におけるチャネル決定方法について、図20を用いて説明する。集中制御局ACは、各システムAPから、干渉APが用いているチャネル、通信の頻度情報を収集する。そして、集中制御局ACは、図3、7、13のようにシステムAPに対する干渉APからの影響を表す干渉関係情報を記憶する(ステップS101)。
集中制御局ACは、j番目のシステムAPに対し、選択しうるチャネルに対し、式1〜16のいずれか一つ又は複数に基づいてスループット指標を計算する(ステップS103)。集中制御局ACは、最も高いスループット指標を有するチャネルを当該システムAPのチャネルに決定する(ステップS104)。全てのシステムAPのチャネルが決まっていない場合は、集中制御局ACは、これまでに決定されたチャネルの割り当てに基づいて干渉関係情報を更新し、j=j+1として、ステップS103の処理に戻る(ステップS106)。
上述した処理が実行されるタイミングは、一定時間ごとにステップS101から実行されても良い。また、常にステップS101の処理は繰り返し実行され、一定時間ごとにステップS102以降の処理が実行されても良い。また、各システムAPは、干渉APの用いているチャネルやパケット信号の通信頻度などの通信状態が変更された場合に、変更後の情報を集中制御局ACに通知し(ステップS109)、集中制御局ACはこの通知をステップS101の開始のトリガとしても良い。
また、S102〜S106までのように、一つずつ決定するのではなく、システムがとりうるチャネルの組み合わせを総当たりでチェックし、最もよい組み合わせを各システムAPへのチャネル割り当てとして決定してもよい。この場合、S102において、全てのシステムAPに対するチャネルが決定され、S107において、各システムAPに通知される。
上述した干渉AP以外の装置であっても、レーダーなどのように干渉信号を出力する装置(干渉装置)が存在する場合には、システムAPが自律的にチャネルを変更することができる。また、干渉装置による信号を観測したシステムAPが自律的にチャネルを変更させた後、仮にチャネルを変更したことを集中制御局ACに通知し、干渉装置に用いられているチャネルを使わない条件で新たに集中制御局ACがシステムAPのチャネルを決定しても良い。
無線システム1において、システムAP及び干渉APの検出が同時に行われても良い。具体的には以下のように行われる。システムAPは、予め集中制御局ACによって指定されたタイミングで、使用可能なチャネルの状況を観測する。システムAPは、受信したビーコンまたは通信パケットに基づいて、送信元端末のアドレスや、送信元端末が接続している基地局装置のアドレス等の情報を収集する。これらの情報の収集によって、干渉APの検出が行われる。このとき、観測されるチャネルにおいて、各システムAPもビーコンや通信パケット等を送信していれば、各システムAPに関する情報の収集も可能となる。すなわち、各システムAPは他のシステムAPの検出と干渉APの検出とを同時に行うことができる。各システムAPは、収集した情報を集中制御局ACに通知する。集中制御局ACは、各システムAPから通知されたアドレスが、システムAPに属する端末又はシステムAPのアドレスであるか判定する。この判定により、各情報が干渉APに関する情報であるかシステムAPに関する情報であるか判定できる。
また、上記ステップS104において、集中制御局ACは、j番目のシステムAPのチャネルを決定する際に、他のシステムAPのスループット指標を低下させる場合に、ペナルティを考慮することができる。スループットを低下させるシステムAPの数だけ、係数γを乗算したり、システムAPのシステムスループットの和、または積の値が高いチャネルを選択するポリシーを用いることで、他のシステムAPのスループット指標を大きく低下させることを防ぐことができる。
また、集中制御局ACは、チャネルを選択する際に、当該チャネルの中に複数の異なるプライマリチャネルを含むこととなるチャネルは選択しないという条件で、チャネルを決定しても良い。
Claims (10)
- 集中制御局と、前記集中制御局に接続された複数の基地局装置とを備え、前記基地局装置において干渉信号が受信される環境で無線通信を行う無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
前記干渉信号に関する情報である干渉関係情報を推定する干渉推定手段と、
推定された干渉関係情報を前記集中制御局に通知する干渉関係情報通知手段と、
端末装置との無線通信に用いるチャネルを、前記集中制御局から通知されたチャネルに変更するチャネル設定手段と、を備え、
前記集中制御局は、
前記基地局装置毎に、周波数帯域が異なる複数のチャネルを含むチャネル候補の中から、2つ以上のチャネル候補のスループット指標を計算し、計算されたスループット指標に基づいて前記基地局装置のチャネルを決定するチャネル決定手段と、
決定されたチャネルを、前記基地局装置に通知するチャネル通知手段と、を備える無線通信システム。 - 前記チャネル決定手段は、接続されている基地局装置のチャネル候補の周波数帯域の範囲内で通信している他の装置であって当該基地局装置と無線通信している前記端末装置以外の装置の数または通信頻度と、前記チャネル候補の周波数帯域幅またはデータサブキャリア数と、に基づいて前記スループット指標を計算する、請求項1に記載の無線通信システム。
- 前記基地局装置は、自装置と通信している前記端末装置の数と、前記端末装置との通信に用いている周波数帯域幅またはデータサブキャリア数と、前記端末装置の通信頻度情報、のうち少なくとも一つを含む端末情報を、前記集中制御局に通知する端末情報通知手段をさらに備え、
前記集中制御局の前記チャネル決定手段は、前記端末情報にさらに基づいて前記スループット指標を計算する、
請求項1〜2のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 前記基地局装置の前記干渉推定手段は、自装置において通信停止中に受信されるビーコンで通知される情報又は通信パケットの送信元アドレス、通信パケットの送信先アドレス、所属する基地局装置のアドレス、通信パケットの時間占有率、のうち少なくとも一つを干渉関係情報として取得する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 前記集中制御局は、前記基地局装置に一定時間通信を行わず、干渉関係情報を収集するように通知する通信停止手段を更に備え、
前記基地局装置の干渉推定手段は、前記集中制御局から通信の停止を指定されると、データ通信を停止し、干渉関係情報を収集する、
請求項4に記載の無線通信システム。 - 前記集中制御局は、前記基地局装置に共通のチャネルを指定する干渉測定指定手段をさらに備え、
前記基地局装置の前記干渉推定手段は、前記集中制御局から指定されたチャネルを用いて、各基地局装置から送信された信号が検出可能か否か判定し、干渉関係情報として取得する、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 前記集中制御局は、前記基地局装置から通知された情報に基づいて、特定のチャネル候補の周波数帯域内のチャネルを用いて、独立に動作する基地局装置のグループの数を判定するカウント手段をさらに備え、
前記チャネル決定手段は、当該チャネル候補内で独立に動作する基地局装置の数を用いて、当該チャネル候補のスループット指標を計算する、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 前記集中制御局は、前記基地局装置から通知された情報に基づいて、接続されていない基地局が用いているチャネルの周波数帯域の中に、当該接続されていない基地局と干渉関係にあり、かつ互いに信号が検出可能な関係ではない複数の前記基地局のチャネルを割り当てる、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 前記チャネル決定手段は、前記基地局装置の用いるチャネルを評価する順番を決定し、決められた順番で基地局装置毎にスループット指標の高い前記チャネルを決定する、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の無線通信システム。 - 前記チャネル決定手段は、前記順番を複数パターン決定し、パターン毎に決められた順番で基地局装置毎に前記チャネルを決定し、前記パターン毎に決定されたチャネルの組み合わせとスループット指標とに基づいて、いずれか一つのパターンにおけるチャネルの組み合わせを選択する、
請求項9に記載の無線通信システム。
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