JP2017224949A - Radio communication system and radio communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線LAN(Local Area Network)の稠密環境において、各無線局のCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)制御に起因するスループットの低下を改善する無線通信システムおよび無線通信方法に関する。 The present invention relates to a wireless communication system and a wireless communication method that improve a decrease in throughput caused by CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) control of each wireless station in a dense environment of a wireless LAN (Local Area Network). .
近年、ノートパソコンやスマートフォン等の持ち運び可能で高性能な無線端末の普及により企業や公共スペースだけではなく、一般家庭でもIEEE802.11標準規格の無線LANが広く使われるようになっている。IEEE802.11標準規格の無線LANには、 2.4GHz帯を用いるIEEE802.11b/g/n 規格の無線LANと、5GHz帯を用いるIEEE802.11a/n/ac規格の無線LANがある。 In recent years, with the spread of portable and high-performance wireless terminals such as laptop computers and smartphones, wireless LANs based on the IEEE 802.11 standard have been widely used not only in businesses and public spaces, but also in general homes. The IEEE802.11 standard wireless LAN includes an IEEE802.11b / g / n standard wireless LAN using the 2.4 GHz band and an IEEE802.11a / n / ac standard wireless LAN using the 5 GHz band.
IEEE802.11b規格やIEEE802.11g規格の無線LANでは、2400MHzから2483.5MHz間に5MHz間隔で13チャネルが用意されている。ただし、同一場所で複数のチャネルを使用する際は、干渉を避けるためスペクトルが重ならないようにチャネルを使用すると最大で3チャネル、場合によっては4チャネルまで同時に使用できる。 In the wireless LAN of IEEE802.11b standard or IEEE802.11g standard, 13 channels are prepared at intervals of 5 MHz between 2400 MHz and 2483.5 MHz. However, when a plurality of channels are used at the same location, if the channels are used so that the spectra do not overlap in order to avoid interference, a maximum of 3 channels, and in some cases, 4 channels can be used simultaneously.
IEEE802.11a規格の無線LANでは、日本の場合は、5170MHzから5330MHz間と、5490MHzから5710MHz間で、それぞれ互いに重ならない8チャネルおよび11チャネルの合計19チャネルが規定されている。なお、IEEE802.11a規格では、チャネル当たりの帯域幅が20MHzに固定されている。 In the wireless LAN of IEEE802.11a standard, in Japan, a total of 19 channels of 8 channels and 11 channels that do not overlap each other are defined between 5170 MHz and 5330 MHz and between 5490 MHz and 5710 MHz. In the IEEE802.11a standard, the bandwidth per channel is fixed at 20 MHz.
無線LANの最大伝送速度は、IEEE802.11b規格の場合は11Mbps であり、IEEE802.11a規格やIEEE802.11g規格の場合は54Mbps である。ただし、ここでの伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度である。実際にはMAC(Medium Access Control )レイヤでの伝送効率が50〜70%程度であるため、実際のスループットの上限値はIEEE802.11b規格では5Mbps 程度、IEEE802.11a規格やIEEE802.11g規格では30Mbps 程度である。また、伝送速度は、情報を送信しようとする無線局が増えればさらに低下する。 The maximum transmission speed of the wireless LAN is 11 Mbps for the IEEE802.11b standard, and 54 Mbps for the IEEE802.11a standard or the IEEE802.11g standard. However, the transmission rate here is the transmission rate on the physical layer. Actually, since the transmission efficiency in the MAC (Medium Access Control) layer is about 50 to 70%, the upper limit of the actual throughput is about 5 Mbps in the IEEE802.11b standard, and 30 Mbps in the IEEE802.11a standard and the IEEE802.11g standard. Degree. Further, the transmission rate further decreases as the number of wireless stations that attempt to transmit information increases.
一方で、有線LANでは、Ethernet(登録商標)の100Base-T インタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたFTTH(Fiber to the home)の普及から、 100Mbps 〜1Gbps 級の高速回線の提供が普及しており、無線LANにおいても更なる伝送速度の高速化が求められている。 On the other hand, in wired LANs, the introduction of Ethernet (registered trademark) 100Base-T interface and the spread of FTTH (Fiber to the home) using optical fiber in each home has led to the provision of high-speed lines of 100 Mbps to 1 Gbps. It is widespread, and further increase in transmission speed is required even in wireless LAN.
そのため、2009年に標準化が完了したIEEE802.11n規格では、これまで20MHzと固定されていたチャネル帯域幅が最大で40MHzに拡大され、また、空間多重送信技術(MIMO:Multiple input multiple output)技術の導入が決定された。IEEE802.11n規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で 600Mbps の通信速度を実現可能である。 Therefore, in the IEEE802.11n standard, which was standardized in 2009, the channel bandwidth, which had been fixed at 20 MHz, has been expanded to a maximum of 40 MHz, and the multiple input multiple output (MIMO) technology The introduction was decided. When transmission / reception is performed by applying all functions defined in the IEEE802.11n standard, a maximum communication speed of 600 Mbps can be realized in the physical layer.
さらに、2013年に標準化が完了したIEEE802.11ac規格では、チャネル帯域幅を80MHzや最大で 160MHz(または80+80MHz)まで拡大することや、空間分割多元接続(SDMA:Space Division Multiple Access)を適用したマルチユーザMIMO(MU−MIMO)送信方法の導入が決定している。IEEE802.11ac規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で約 6.9Gbps の通信速度を実現可能である。 In addition, the IEEE802.11ac standard, which was standardized in 2013, expanded the channel bandwidth to 80 MHz and up to 160 MHz (or 80 + 80 MHz), and applied multiple divisions using space division multiple access (SDMA). The introduction of the user MIMO (MU-MIMO) transmission method has been decided. If transmission and reception are performed by applying all the functions specified in the IEEE802.11ac standard, a maximum communication speed of about 6.9 Gbps can be realized in the physical layer.
IEEE802.11規格の無線LANは、 2.4GHz帯または5GHz帯の免許不要な周波数帯で運用するため、IEEE802.11規格の無線基地局は、無線LANセル(BSS:Basic Service Set )を形成する際に、自無線基地局で対応可能な周波数チャネルの中から1つの周波数チャネルを選択して運用する。 The IEEE802.11 standard wireless LAN operates in the 2.4 GHz band or the 5 GHz band in the license-free frequency band. Therefore, the IEEE802.11 standard wireless base station forms a wireless LAN cell (BSS: Basic Service Set). In addition, one frequency channel is selected from the frequency channels that can be handled by the own radio base station.
自セルで使用するチャネル、帯域幅およびそれ以外のパラメータの設定値および自無線基地局において対応可能なその他のパラメータは、定期的に送信するBeaconフレームや、無線端末から受信するProbe Request フレームに対するProbe responseフレーム等に記載し、運用が決定された周波数チャネル上でフレームを送信し、配下の無線端末および周辺の他無線局に通知することで、セルの運用を行っている。 The channel used in the own cell, bandwidth and other parameter settings, and other parameters that can be supported by the own radio base station are the Beacon frame that is periodically transmitted and the Probe for the Probe Request frame that is received from the radio terminal. A cell is operated by transmitting a frame on a frequency channel described in a response frame or the like and determined to be used, and notifying the subordinate radio terminal and other neighboring radio stations.
無線基地局において、周波数チャネルや帯域幅およびその他のパラメータの選択および設定方法には、次の4つの方法がある。
(1) 無線基地局の製造メーカで設定されたデフォルトのパラメータ値をそのまま使用する方法
(2) 無線基地局を運用するユーザが手動で設定した値を使用する方法
(3) 各無線基地局が起動時に自局において検知する無線環境情報に基づいて自律的にパラメータ値を選択して設定する方法
(4) 無線LANコントローラなどの集中制御局で決定されたパラメータ値を設定する方法
In the radio base station, there are the following four methods for selecting and setting the frequency channel, bandwidth and other parameters.
(1) Using the default parameter values set by the wireless base station manufacturer as they are
(2) Method to use manually set values by users operating radio base stations
(3) A method for autonomously selecting and setting parameter values based on the radio environment information detected by each radio base station at startup
(4) Method for setting parameter values determined by a central control station such as a wireless LAN controller
また、同一場所で同時に使えるチャネル数は、通信に用いるチャネル帯域幅によって、 2.4GHz帯の無線LANでは3つ、5GHz帯の無線LANでは2つ,4つ,9つ,または19のチャネルになるので、実際に無線LANを導入する際には無線基地局が自BSS内で使用するチャネルを選択する必要がある(非特許文献1)。 Also, the number of channels that can be used simultaneously in the same location is 3, 2.4, 9 or 19 for 2.4 GHz wireless LAN depending on the channel bandwidth used for communication. Therefore, when actually introducing a wireless LAN, it is necessary to select a channel used by the wireless base station within its own BSS (Non-Patent Document 1).
チャネル帯域幅を40MHz、80MHz、 160MHzまたは80+80MHzと広くする場合、5GHz帯において同一場所で同時に使えるチャネル数は、チャネル帯域幅が20MHzで19チャネルだったものが、9チャネル、4チャネル、2チャネルと少なくなる。すなわち、チャネル帯域幅が増加するにつれて、使えるチャネル数が低減することになる。 When the channel bandwidth is widened to 40 MHz, 80 MHz, 160 MHz or 80 + 80 MHz, the number of channels that can be used simultaneously in the same place in the 5 GHz band is 19 channels with a channel bandwidth of 20 MHz. Less. That is, as the channel bandwidth increases, the number of usable channels decreases.
使用可能なチャネル数よりもBSS数が多い無線LANの稠密環境では、複数のBSSが同一チャネルを使うことになる(OBSS:Overlapping BSS )。そのため無線LANでは、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を用いて、キャリアセンスによりチャネルが空いているときにのみデータの送信を行う自律分散的なアクセス制御が使われている。 In a dense environment of wireless LAN where the number of BSSs is larger than the number of usable channels, a plurality of BSSs use the same channel (OBSS: Overlapping BSS). Therefore, in the wireless LAN, autonomous distributed access control that uses CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) to transmit data only when a channel is free due to carrier sense is used.
具体的には、送信要求が発生した無線局は、まず所定のセンシング期間(DIFS:Distributed Inter-Frame Space )だけキャリアセンスを行って無線媒体の状態を監視し、この間に他の無線局による送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行う。無線局は、引き続きランダム・バックオフ期間中もキャリアセンスを行うが、この間にも他の無線局による送信信号が存在しない場合に、チャネルの利用権を得る。なお、他の無線局による送受信は、予め設定されたキャリアセンス閾値よりも大きな信号を受信するか否かで判断される。チャネルの利用権を得た無線局は、同一BSS内の他の無線局にデータを送信し、またそれらの無線局からデータを受信できる。このようなCSMA/CA制御を行う場合、同一チャネルを使用する無線LANの稠密環境では、キャリアセンスによりチャネルがビジーになる頻度が高くなるためスループットが低下する。したがって、周辺環境をモニタリングし、適切なチャネル、使用する送信電力、使用するキャリアセンス閾値、使用する減衰値を選択することが重要になる。 Specifically, a wireless station that has made a transmission request first performs carrier sense for a predetermined sensing period (DIFS: Distributed Inter-Frame Space) to monitor the state of the wireless medium, and during this time, transmission by other wireless stations is performed. If no signal is present, a random backoff is performed. The radio station continues to perform carrier sense during the random back-off period, and obtains the right to use the channel when there is no transmission signal from another radio station during this period. Note that transmission / reception by other radio stations is determined by whether or not a signal larger than a preset carrier sense threshold is received. A radio station that has obtained the right to use a channel can transmit data to other radio stations in the same BSS and receive data from those radio stations. When performing such CSMA / CA control, in a dense environment of a wireless LAN using the same channel, the frequency of the channel becoming busy due to carrier sense increases, and the throughput decreases. Therefore, it is important to monitor the surrounding environment and select an appropriate channel, transmission power to be used, carrier sense threshold to be used, and attenuation value to be used.
無線基地局におけるチャネルの選択方法は、IEEE802.11標準規格で定まっていないため、各ベンダーが独自の方法を採用しているが、最も一般的なチャネル選択方法としては、干渉電力の最も少ないチャネルを自律分散的に選択する方法がある。無線基地局は、一定期間すべてのチャネルをキャリアセンスして最も干渉電力が小さいチャネルを選択し、選択したチャネル上で配下の端末装置とデータの送受信を行う。なお、干渉電力とは、近隣BSSや他システムから受信する信号のレベルである。 The channel selection method in the radio base station is not determined by the IEEE802.11 standard, so each vendor adopts its own method, but the most common channel selection method is the channel with the least interference power. There is a method for selecting the items in an autonomous and distributed manner. The radio base station performs carrier sense on all channels for a certain period, selects the channel with the lowest interference power, and transmits / receives data to / from the terminal devices under the selected channel. The interference power is a level of a signal received from a neighboring BSS or another system.
IEEE802.11標準規格では、BSS周辺の無線状況が変化した場合におけるチャネルの変更手順が規定されているが、基本的に、レーダ検出などによる強制移行以外は、一度選択したチャネルの再選択を行っていない。すなわち、現状無線LANでは、無線状況の変化に応じたチャネルの最適化は行われていない。 The IEEE802.11 standard stipulates the procedure for changing the channel when the radio conditions around the BSS change. Basically, the selected channel is reselected except for forced transition by radar detection. Not. That is, in the current wireless LAN, the channel is not optimized according to changes in the wireless status.
また、IEEE802.11標準規格では、各国で定められている電波法に従って送信する信号の最大送信出力値を規定している。キャリアセンス閾値として検知信号が無線LAN信号の場合は−82dBmであり、それ以外の場合は−62dBmと規定されている。 The IEEE802.11 standard defines the maximum transmission output value of a signal to be transmitted in accordance with the radio wave law defined in each country. The carrier sense threshold is defined as -82 dBm when the detection signal is a wireless LAN signal, and -62 dBm otherwise.
このように、送信電力およびキャリアセンス閾値の最大値が規定されているが、同一チャネル上で複数の無線局が送受信を行う際に、無線状況の変化に応じた最適値については規定されていない(非特許文献2)。 As described above, the maximum values of the transmission power and the carrier sense threshold are defined, but the optimum value according to the change in the radio conditions is not defined when a plurality of radio stations perform transmission / reception on the same channel. (Non-patent document 2).
前述した周波数チャネルや帯域幅およびその他のパラメータの選択および設定方法 (1)〜(4) のうち、特に安価な無線基地局は、(1) の製造メーカで設定されたデフォルトのパラメータをそのまま使用することが多い。しかし、近くに同じ製造メーカの無線基地局が複数台設置された環境の場合は、全ての無線基地局が同じ周波数チャネルや送信電力値を使うことになるので、無線基地局間で干渉が発生してしまい通信品質が劣化する問題がある。 How to select and set the frequency channel, bandwidth and other parameters described above (1) to (4), especially for the inexpensive base station, use the default parameters set by the manufacturer of (1) as they are. Often to do. However, in an environment where multiple wireless base stations of the same manufacturer are installed nearby, all wireless base stations use the same frequency channel and transmission power value, so interference occurs between wireless base stations. As a result, there is a problem that communication quality deteriorates.
一般家庭など比較的小規模なネットワークでは、(2) の無線LANを運用するユーザが適切なパラメータを設定することが考えられる。しかし、外部干渉源がない環境では各種パラメータの設定は可能だが、都市部や集合住宅など周りで無線LANが使われている環境、または中規模や大規模なネットワークでは、ユーザまたは管理者による適切なパラメータ設定が困難である。 In a relatively small network such as a general home, it is conceivable that a user operating the wireless LAN (2) sets appropriate parameters. However, although it is possible to set various parameters in an environment where there is no external interference source, it is appropriate for users or managers in environments where wireless LAN is used in urban areas, apartment buildings, etc., or in medium or large networks. Parameter setting is difficult.
自律分散動作が可能な無線基地局は、(3) の各無線基地局が起動時に自局において検知する無線環境情報に基づいて自律的にパラメータ値の選択が可能である。しかし、無線基地局が起動される順番によって適切なパラメータ値が異なる。 A radio base station capable of autonomous distributed operation can autonomously select parameter values based on radio environment information detected by each radio base station in (3) when it is activated. However, appropriate parameter values differ depending on the order in which the radio base stations are activated.
また、起動中の無線基地局数の変化、各々の無線基地局配下の無線端末装置の変化、各々のセル内の無線装置により送出されるデータ量の変化などの環境変化が起きたときに、使用チャネル、使用送信電力、使用キャリアセンス閾値、使用減衰値の最適化を行っていないため、各々のセルのスループット間で差が生じたり、システム全体でもスループットが劣化したりする問題がある。 In addition, when an environmental change occurs, such as a change in the number of active radio base stations, a change in radio terminal devices under each radio base station, or a change in the amount of data transmitted by radio devices in each cell, Since the use channel, use transmission power, use carrier sense threshold, and use attenuation value are not optimized, there is a problem that a difference occurs between the throughputs of the respective cells or the throughput of the entire system deteriorates.
本発明は、共用無線周波数帯を用いる無線通信局が密集している環境において、データ送信を行う無線通信局の周辺の無線環境情報および宛先通信局における信号電力対干渉電力比(SINR)を用いて、データ送信の際に使用する最適なキャリアセンス閾値および送信電力値、または減衰値を算出することができ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。 The present invention uses radio environment information around a radio communication station that performs data transmission and signal power to interference power ratio (SINR) at a destination communication station in an environment where radio communication stations using a shared radio frequency band are dense. Thus, an object of the present invention is to provide a radio communication system and a radio communication method capable of calculating the optimum carrier sense threshold value and transmission power value or attenuation value used for data transmission.
第1の発明は、共用周波数帯上で無線通信を行う複数の無線通信局を備えた無線通信システムにおいて、無線通信局は、周辺の無線環境情報および宛先通信局における信号電力対干渉電力比SINRの情報を取得する無線環境情報取得手段と、宛先通信局におけるSINRと、自局で検知される共用周波数帯を用いる周辺の無線通信局数に応じて、宛先通信局のスループットが最大となる自局の送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値を同時に算出して設定するパラメータ設定手段とを備える。 A first aspect of the present invention is a wireless communication system including a plurality of wireless communication stations that perform wireless communication on a shared frequency band, wherein the wireless communication station is configured to receive a peripheral wireless environment information and a signal power to interference power ratio SINR at a destination communication station. Depending on the radio environment information acquisition means for acquiring the information of the mobile station, the SINR at the destination communication station, and the number of wireless communication stations in the vicinity using the shared frequency band detected by the local station, the throughput of the destination communication station is maximized. Parameter setting means for simultaneously calculating and setting the transmission power value of the station and the correction value of the carrier sense threshold value.
第1の発明の無線通信システムにおいて、パラメータ設定手段は、送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値に応じて減衰器の減衰値を設定する構成である。 In the wireless communication system of the first invention, the parameter setting means is configured to set the attenuation value of the attenuator according to the transmission power value and the correction value of the carrier sense threshold.
第1の発明の無線通信システムにおいて、パラメータ設定手段は、無線通信局iにおける送信電力の最大値P、リンクゲインをGii、キャリアセンス閾値の最小値Θとしたときの無線通信局iにおけるSINRを用い、無線通信局iにおける送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値ai 、周辺の無線通信局数M、伝搬係数αに対してδ=2/αとしたときに、該補正値ai に対するスループットが
第1の発明の無線通信システムにおいて、パラメータ設定手段は、全ての無線通信局における送信電力の最大値P、リンクゲインをG、キャリアセンス閾値の最小値Θとしたときの無線通信局におけるSINRを用い、送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値a、一定期間内における周辺の無線通信局の平均台数E[ M] 、伝搬係数αに対してδ=2/αとしたときに、該補正値aに対するスループットが
第2の発明は、共用周波数帯上で無線通信を行う複数の無線通信局を備えた無線通信方法において、無線通信局は、周辺の無線環境情報および宛先通信局における信号電力対干渉電力比SINRの情報を取得する無線環境情報取得ステップと、宛先通信局におけるSINRと、自局で検知される共用周波数帯を用いる周辺の無線通信局数に応じて、宛先通信局のスループットが最大となる自局の送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値を同時に算出して設定するパラメータ設定ステップとを有する。 According to a second aspect of the present invention, in the wireless communication method including a plurality of wireless communication stations that perform wireless communication on a shared frequency band, the wireless communication station is configured to include the surrounding wireless environment information and the signal power to interference power ratio SINR in the destination communication station. Wireless environment information acquisition step for acquiring information on the destination, the SINR at the destination communication station, and the number of wireless communication stations in the vicinity that use the shared frequency band detected by the local station. A parameter setting step for simultaneously calculating and setting the transmission power value of the station and the correction value of the carrier sense threshold value.
第2の発明の無線通信方法において、パラメータ設定ステップは、送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値に応じて減衰器の減衰値を設定する。 In the wireless communication method of the second invention, the parameter setting step sets the attenuation value of the attenuator according to the transmission power value and the correction value of the carrier sense threshold.
第2の発明の無線通信方法において、パラメータ設定ステップは、無線通信局iにおける送信電力の最大値P、リンクゲインをGii、キャリアセンス閾値の最小値Θとしたときの無線通信局iにおけるSINRを用い、無線通信局iにおける送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値ai 、周辺の無線通信局数M、伝搬係数αに対してδ=2/αとしたときに、該補正値ai に対するスループットが
第2の発明の無線通信方法において、パラメータ設定ステップは、全ての無線通信局における送信電力の最大値P、リンクゲインをG、キャリアセンス閾値の最小値Θとしたときの無線通信局におけるSINRを用い、送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値a、一定期間内における周辺の無線通信局の平均数台数E[ M] 、伝搬係数αに対してδ=2/αとしたときに、該補正値aに対するスループットが
本発明は、共用無線周波数帯を用いる無線通信局が密集している環境において、無線通信局がデータ送信を行う際のアクセス権(チャネル利用権)を獲得するまでの待機時間が短くなる。そのため、受信する無線通信局のスループットが改善され、使用アプリケーションの通信品質とユーザの体感品質が向上する効果が得られる。 According to the present invention, in an environment where radio communication stations using a shared radio frequency band are densely populated, the waiting time until the radio communication station acquires an access right (channel use right) when performing data transmission is shortened. As a result, the throughput of the receiving radio communication station is improved, and the communication quality of the application being used and the quality of experience of the user are improved.
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、無線基地局AP1〜AP5は、共用無線周波数帯でそれぞれ帰属端末と無線通信を行う。AP1は帰属端末STA11〜STA13と無線通信を行い、AP2は帰属端末STA21と無線通信を行い、AP3は帰属端末STA31と無線通信を行い、AP4は帰属端末STA41〜STA42と無線通信を行い、AP5は帰属端末STA51と無線通信を行う。
FIG. 1 shows a configuration example of a wireless communication system of the present invention.
In FIG. 1, radio base stations AP1 to AP5 each perform radio communication with the belonging terminal in the shared radio frequency band. AP1 performs wireless communication with the belonging terminals STA11 to STA13, AP2 performs wireless communication with the belonging terminal STA21, AP3 performs wireless communication with the belonging terminal STA31, AP4 performs wireless communication with the belonging terminals STA41 to STA42, and AP5 Wireless communication is performed with the belonging terminal STA51.
図2は、本発明の無線通信システムの無線通信局の構成例を示す。なお、無線通信局は、無線基地局APまたは帰属端末STAであり、どちらも同じ構成である。
図2において、無線通信局は、宛先局とデータ送受信を行う無線通信部11と、周辺の無線環境情報のスキャニングを実施し、周辺の無線通信局の使用パラメータ等の無線環境情報および宛先通信局における信号電力対干渉電力比SINRの情報を取得する無線環境情報取得部12と、取得した無線環境情報を用いて送信電力値、キャリアセンス閾値、減衰値などのパラメータを算出するパラメータ算出部13と、算出した送信電力値、キャリアセンス閾値、減衰値などのパラメータを設定するパラメータ設定部14と、設定されたパラメータを用いたキャリアセンスによりアクセス権を獲得するアクセス権獲得部15とにより構成される。
FIG. 2 shows a configuration example of a wireless communication station of the wireless communication system of the present invention. Note that the radio communication station is a radio base station AP or an affiliated terminal STA, both of which have the same configuration.
In FIG. 2, the wireless communication station performs scanning of the surrounding wireless environment information with the
図3は、本発明の無線通信システムの無線通信局の処理手順例1を示す。
図3において、無線通信局の無線環境情報取得部12は、周辺の無線通信局の使用パラメータ等の無線環境情報を取得し(S11)、現在運用中の送信電力値における宛先通信局での信号電力対干渉電力比SINRの情報を取得する(S12)。次に、パラメータ算出部13は、各取得情報を用いて当該無線通信局における最適な送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値を算出する(S13)。次に、パラメータ設定部14は、算出された補正値を用いて送信電力値およびキャリアセンス閾値を設定し(S14)、運用を開始する。
FIG. 3 shows a processing procedure example 1 of the wireless communication station of the wireless communication system of the present invention.
In FIG. 3, the radio environment
本発明の特徴は、送信電力値を下げた分だけキャリアセンス閾値を上げることにより、キャリアセンスによるアクセス権を取得しやすくするとともに、SINRが大幅に低下しないように制御するところにある。すなわち、送信電力をa[dB]下げると、宛先の無線通信局におけるSINRが劣化し、スループットが減少する。一方、キャリアセンス閾値をa[dB]上げると、周辺の無線通信局数が減り、アクセス権が取得しやすくなってスループットが増加する。したがって、送信電力値およびキャリアセンス閾値には、スループットを最大化しながらSINRが大幅に低下しない最適な補正値aがあり、本発明はその最適な補正値aを算出する方法を示す。 The feature of the present invention resides in that it is easy to acquire the access right by carrier sense by increasing the carrier sense threshold by the amount corresponding to the decrease in the transmission power value, and control is performed so that the SINR is not significantly lowered. That is, when the transmission power is reduced by a [dB], the SINR in the destination wireless communication station deteriorates and the throughput decreases. On the other hand, when the carrier sense threshold is increased by a [dB], the number of peripheral wireless communication stations is reduced, access rights are easily acquired, and throughput is increased. Therefore, the transmission power value and the carrier sense threshold have an optimum correction value a that maximizes the throughput and does not significantly reduce the SINR, and the present invention shows a method for calculating the optimum correction value a.
ここで、送信電力値をa[dB]下げ、同時にキャリアセンス閾値をa[dB]上げることは、無線通信局の減衰器(アッテネータ)の減衰値をa[dB]大きくすることと等価である。すなわち、減衰値を現在の値に対してa[dB]大きくすると、無線通信局の送信電力がa[dB]下がり、また当該無線通信局における受信電力がa[dB]減少するので、キャリアセンス閾値をa[dB]上げたことと等価になる。したがって、例えばキャリアセンス閾値の変更ができない無線通信局、または送信電力値の補正値とキャリアセンス閾値の補正値を正負対称の値に調整できない無線通信局においては、減衰値を調整する方法がとられる。 Here, lowering the transmission power value by a [dB] and simultaneously raising the carrier sense threshold by a [dB] is equivalent to increasing the attenuation value of the attenuator (attenuator) of the radio communication station by a [dB]. . That is, if the attenuation value is increased by a [dB] with respect to the current value, the transmission power of the wireless communication station decreases by a [dB], and the reception power at the wireless communication station decreases by a [dB]. This is equivalent to increasing the threshold by a [dB]. Therefore, for example, in a radio communication station in which the carrier sense threshold cannot be changed, or in a radio communication station in which the correction value of the transmission power value and the correction value of the carrier sense threshold cannot be adjusted to a positive / negative symmetric value, there is a method of adjusting the attenuation value. It is done.
(実施例1)
実施例1では、SINRを考慮した場合の減衰値の補正値aを算出する方法について説明する。なお、送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値aでもよい。また、無線通信局の送信電力値およびキャリアセンス閾値、または減衰値は、以下の方法で算出された補正値aで補正された値とする。
Example 1
In the first embodiment, a method for calculating the correction value a of the attenuation value in consideration of SINR will be described. The transmission power value and the carrier sense threshold correction value a may be used. The transmission power value and carrier sense threshold value or attenuation value of the wireless communication station are values corrected by the correction value a calculated by the following method.
単位帯域幅における通信容量(シャノン容量)Cは、次のように与えられる。
共用周波数帯を用いて無線通信を行う周辺の無線通信局数をMとすると、共用周波数帯へのアクセス権を取得する無線通信局の合計数は、(1+M)台となる。したがって、無線通信局1台当たりのスループットは、次のように表される。
ここで、無線通信局iにおける送信電力をpi 、リンクゲインをGii、キャリアセンス閾値をθi とすると、当該無線通信局iにおけるSINRは、次のように表すことができる。
送信電力の最大値をP、キャリアセンス閾値の最小値をΘとすると、無線通信局iにおいて正常な送受信のためには、次の関係が成り立つ。
ここで、無線通信局iの減衰値の補正値ai を設定すると、次の関係が成り立つ。
よって、無線通信局iにおいてスループットを最大化する減衰値の最適な補正値a* は、式(2) および式(5) を用いて次のように表される。
ここで、M(ai) は、無線通信局iの減衰値の補正値ai を設定した場合に検知可能な周辺の無線通信局数である。E[x]は、確率変数xの平均値を示す。 Here, M (a i ) is the number of peripheral wireless communication stations that can be detected when the correction value a i of the attenuation value of the wireless communication station i is set. E [x] represents an average value of the random variable x.
図4は、減衰値の補正値aに対する周辺の無線通信局数の確率分布関数を示す。
図4において、横軸は減衰値の補正値aであり、大きくなるほどセルサイズが小さくなる。縦軸は、周辺の無線通信局数Mの確率である。ここでは、補正値aに対して周辺の無線通信局数Mの確率分布、すなわちチャネル占有率を示す。
FIG. 4 shows a probability distribution function of the number of surrounding wireless communication stations with respect to the attenuation value correction value a.
In FIG. 4, the horizontal axis represents the attenuation value correction value a, and the larger the cell size, the smaller the cell size. The vertical axis represents the probability of the number M of surrounding wireless communication stations. Here, the probability distribution of the number M of surrounding wireless communication stations, that is, the channel occupancy rate is shown with respect to the correction value a.
伝搬係数をαとし、δ=2/αとすると、無線通信局M台が二項点過程(BPP)に従って一様に配置される場合に、最適な補正値a* は次のように表すことができる。
また、スループットの下限値(Lower bound )を用いて最適な補正値a* は次のように表すことができる。
さらに、スループットの近似値(Approximated)を用いて最適な補正値a* は次のように表すことができる。
(実施例2)
実施例2では、無線通信局がポアソン点過程(PPP)に従って一様に配置される場合を考える。すなわち、複数の無線通信局が同一減衰値の補正値aを採用するものとし、検知可能な周辺の無線通信局の平均台数をE[M]とする。全ての無線通信局において、pi =p、θi =θとし、全ての無線通信局は減衰値の補正値ai =aを用いるとすると、スループットの式(7),(8) の中で検知可能な周辺の無線通信局数M(ai) =M(a)に関する部分は、次のように表すことができる。
In the second embodiment, consider a case where wireless communication stations are uniformly arranged according to a Poisson point process (PPP). That is, a plurality of wireless communication stations adopt the same attenuation value correction value a, and the average number of peripheral wireless communication stations that can be detected is E [M]. Assuming that all wireless communication stations use p i = p and θ i = θ, and all wireless communication stations use the attenuation correction value a i = a, the following formulas (7) and (8) are used. The portion relating to the number of peripheral wireless communication stations M (a i ) = M (a) that can be detected by the above can be expressed as follows.
よって、無線通信局がポアソン点過程(PPP)に従って一様に配置される環境において、全ての無線通信局は減衰値の補正値を用いる場合に、全ての無線通信局においてスループットを最大化する減衰値の最適な補正値a* は、次のように表すことができる。ただし、リンクゲインは全ての無線通信局においてGii=Gとする。
AP 無線基地局
STA 帰属端末
11 無線通信部
12 無線環境情報取得部
13 パラメータ算出部
14 パラメータ設定部
15 アクセス権獲得部
AP radio base station
Claims (8)
前記無線通信局は、
周辺の無線環境情報および宛先通信局における信号電力対干渉電力比SINRの情報を取得する無線環境情報取得手段と、
前記宛先通信局における前記SINRと、自局で検知される前記共用周波数帯を用いる周辺の無線通信局数に応じて、前記宛先通信局のスループットが最大となる自局の送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値を同時に算出して設定するパラメータ設定手段と を備えたことを特徴とする無線通信システム。 In a wireless communication system including a plurality of wireless communication stations that perform wireless communication on a shared frequency band,
The wireless communication station is
Radio environment information acquisition means for acquiring peripheral radio environment information and information of signal power to interference power ratio SINR in the destination communication station;
Depending on the SINR at the destination communication station and the number of surrounding wireless communication stations using the shared frequency band detected by the own station, the transmission power value and carrier sense of the own station that maximizes the throughput of the destination communication station A wireless communication system comprising: parameter setting means for simultaneously calculating and setting a threshold correction value.
前記パラメータ設定手段は、前記送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値に応じて減衰器の減衰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。 The wireless communication system according to claim 1, wherein
The wireless communication system, wherein the parameter setting means is configured to set an attenuation value of an attenuator in accordance with the transmission power value and a correction value of a carrier sense threshold.
前記パラメータ設定手段は、無線通信局iにおける送信電力の最大値P、リンクゲインをGii、キャリアセンス閾値の最小値Θとしたときの無線通信局iにおけるSINRを用い、前記送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値ai 、前記周辺の無線通信局数M、伝搬係数αに対してδ=2/αとしたときに、該補正値ai に対するスループットが
ことを特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 1, wherein
The parameter setting means uses the SINR at the radio communication station i when the maximum value P of the transmission power at the radio communication station i, the link gain is G ii , and the minimum value Θ of the carrier sense threshold, and the transmission power value and the carrier When the correction value a i of the sense threshold, the number of neighboring wireless communication stations M, and the propagation coefficient α are set to δ = 2 / α, the throughput for the correction value a i is
前記パラメータ設定手段は、全ての無線通信局における送信電力の最大値P、リンクゲインをG、キャリアセンス閾値の最小値Θとしたときの無線通信局におけるSINRを用い、前記送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値a、一定期間内における周辺の無線通信局の平均数E[M]、伝搬係数αに対してδ=2/αとしたときに、該補正値aに対するスループットが
ことを特徴とする無線通信システム。 The wireless communication system according to claim 1, wherein
The parameter setting means uses the SINR in the radio communication station when the maximum value P of transmission power in all radio communication stations, the link gain is G, and the minimum value Θ of the carrier sense threshold is used. When the threshold value correction value a, the average number E [M] of neighboring wireless communication stations within a certain period, and δ = 2 / α with respect to the propagation coefficient α, the throughput for the correction value a is
前記無線通信局は、
周辺の無線環境情報および宛先通信局における信号電力対干渉電力比SINRの情報を取得する無線環境情報取得ステップと、
前記宛先通信局における前記SINRと、自局で検知される前記共用周波数帯を用いる周辺の無線通信局数に応じて、前記宛先通信局のスループットが最大となる自局の送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値を同時に算出して設定するパラメータ設定ステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。 In a wireless communication method including a plurality of wireless communication stations that perform wireless communication on a shared frequency band,
The wireless communication station is
A radio environment information acquisition step of acquiring peripheral radio environment information and information of signal power to interference power ratio SINR in the destination communication station;
Depending on the SINR at the destination communication station and the number of surrounding wireless communication stations using the shared frequency band detected by the own station, the transmission power value and carrier sense of the own station that maximizes the throughput of the destination communication station And a parameter setting step for simultaneously calculating and setting a correction value for the threshold value.
前記パラメータ設定ステップは、前記送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値に応じて減衰器の減衰値を設定する
ことを特徴とする無線通信方法。 The wireless communication method according to claim 5, wherein
The parameter setting step sets an attenuation value of an attenuator in accordance with the transmission power value and a correction value of a carrier sense threshold value.
前記パラメータ設定ステップは、無線通信局iにおける送信電力の最大値P、リンクゲインをGii、キャリアセンス閾値の最小値Θとしたときの無線通信局iにおけるSINRを用い、前記送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値ai 、前記周辺の無線通信局数M、伝搬係数αに対してδ=2/αとしたときに、該補正値ai に対するスループットが
ことを特徴とする無線通信方法。 The wireless communication method according to claim 5, wherein
The parameter setting step uses the SINR at the radio communication station i when the maximum value P of the transmission power at the radio communication station i, the link gain is G ii , and the minimum value Θ of the carrier sense threshold, and the transmission power value and the carrier When the correction value a i of the sense threshold, the number of neighboring wireless communication stations M, and the propagation coefficient α are set to δ = 2 / α, the throughput for the correction value a i is
前記パラメータ設定ステップは、全ての無線通信局における送信電力の最大値P、リンクゲインをG、キャリアセンス閾値の最小値Θとしたときの無線通信局におけるSINRを用い、前記送信電力値およびキャリアセンス閾値の補正値a、一定期間内における周辺の無線通信局の平均数E[M]、伝搬係数αに対してδ=2/αとしたときに、該補正値aに対するスループットが
ことを特徴とする無線通信方法。 The wireless communication method according to claim 5, wherein
The parameter setting step uses the SINR in the radio communication station when the maximum value P of the transmission power in all radio communication stations, the link gain is G, and the minimum value Θ of the carrier sense threshold is used, and the transmission power value and the carrier sense When the threshold value correction value a, the average number E [M] of neighboring wireless communication stations within a certain period, and δ = 2 / α with respect to the propagation coefficient α, the throughput for the correction value a is
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