JP2017225091A

JP2017225091A - 無線通信システム及び方法

Info

Publication number: JP2017225091A
Application number: JP2016121154A
Authority: JP
Inventors: ジンマ; Jing Ma; ガブリエルポルトヴィラーデイ; Gabriel Porto Villardi; 健太郎石津; Kentaro Ishizu; 史秀児島; Fumihide Kojima
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: JP6687943B2

Abstract

【課題】送信機会の増加を図るとともに、通信干渉を減少させることが可能な無線通信システム及び方法を提供する。【解決手段】一の無線通信ネットワーク１０ｂにおける基地局３ｂと無線端末２ｂとの間でデータの送受信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、他の無線通信ネットワーク１０ａから無線信号を検知した場合、当該無線信号が無線通信ネットワーク１０と電波のカバーエリアが重複し、かつ同一の周波数帯域で無線通信を行う他の無線通信ネットワーク１０ａによるＯＢＳＳトラフィックであるか否かを判別し、ＯＢＳＳトラフィックである旨を判別した場合には、その無線信号が当該他の無線通信ネットワーク１０ａ内における無線端末２ａから基地局３ａへ送信する上りデータ送信であるか否かを判別し、上りデータ送信である旨を判別した場合には、基地局３ｂから無線端末２ｂに対してデータを送信する下りデータ送信を行うように制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線端末と基地局間で無線通信を行う２以上の無線通信ネットワークが共存する無線通信システム及び方法に関し、特に無線通信ネットワーク間において通信干渉が生じるのを防止する上で好適な無線通信システム及び方法に関するものである。

近年、スマートフォンやタブレット端末が急速に普及している。これに伴い、移動通信トラフィック量は爆発的に増加している。今後も４Ｋ解像度の高精細動画の伝送需要の増大や、モバイルとクラウド・コンピューティングサービスとの連携拡大等も期待できることから、移動通信トラフィック量の増加が更に継続するものと予想される。特にソーシャルネットワークサービスやネットワークを介した触覚通信、拡張現実感等のサービスやアプリケーションの高度化および多様化を考慮し、新たな無線アクセス技術を盛り込んだ第５世代移動通信システム（５Ｇ）の研究開発が急務となっている。その中で低コストかつ柔軟性をもつ無線通信ネットワークは、携帯電話回線のトラフィックをデータオフロードする用途や、屋内の位置推定、緊急時の通信等において幅広く用いられている。中でもIEEE 802.11無線ＬＡＮは自律分散的なアクセス方式（CSMA/CA:Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）を具備し、ISM(Industrial, Scientific and Medical)帯等のアンライセンスバンドでの使用が基本であるため、簡単な構成であれば他方式の無線技術と比較して低コストでしかも簡易に設置することができる利点がある。このIEEE 802.11無線ＬＡＮによれば、伝送速度は数Mbps〜数Gbpsと用途や状況に応じて選択でき、歩行者程度の速度であれば移動通信に利用することも可能である。更にこのIEEE 802.11無線ＬＡＮによれば、業務用途には十分な安全性を有するセキュリティ機能を持ち、数千台に達するアクセスポイントからなるネットワークを構築できる柔軟なスケーラビリティもある。このため、近年ではオフィスや学校等においても普及が進んできている。

ところで、このようなIEEE 802.11等に基づく無線通信ネットワークでは、通信トラフィック量の増大に伴い、基地局や無線端末が密に設置される場合が多くなる。これに伴い、通信干渉や、スループット・接続性の悪化、帯域不足などの問題が顕在化している。このため、無線通信ネットワークが過密に設置された環境下で干渉を回避し、高効率な無線通信を行うことが強く求められている。

従来において、基地局が過密に設置された環境下において、干渉を回避しつつ高効率に無線通信を行うための研究が各種行われている。中でも非特許文献１には、データの衝突をできるだけ回避するために、無線チャネルの使用状況を確認してからデータを送信するか否かを決定するCSMA/CAアクセス方式が提案されている。このCSMA/CAアクセス方式によれば、データの送信を試みようとする基地局が事前にキャリアセンスを行うことで無線チャネルの使用状況を確認し、他の無線端末からのデータの送信が行われている間、基地局からの送信を待機することで衝突を回避する。一方、キャリアセンスを行った結果、一定期間未使用であるＩＤＬＥ状態である場合には、他の無線端末によりデータが送信されていない旨を判別し、基地局からの送信を開始する。仮にその無線チャネルが使用中であることを意味するＢＵＳＹ状態である場合には、ＩＤＬＥ状態になるまで送信を延期する。

図９は、従来のCSMA/CAアクセス方式の動作例を示すタイムチャートである。先ずデータの送信を試みるデバイス７１、７３は、一定期間（ＤＩＦＳ）に亘りチャネルがＩＤＬＥ状態になっていることを確認したあと、所定のＣＷの範囲内において乱数を発生させ、その乱数値に基づいてランダムな時間（backoff time）が決定される。図９の例では、送信デバイス７１が受信デバイス７２に対してデータを送信する機会が付与されたこととなる。

送信デバイス７１が受信デバイス７２にデータを送信している間は、チャネルがＢＵＳＹ状態であることから、他のデバイス７３は送信を延期する。送信デバイス７１から受信デバイス７２にデータを送信した後、受信デバイス７２は送信デバイス７１へＡＣＫを送信する。他のデバイス７３は、一定期間（DIFS）に亘りＩＤＬＥ状態になった後、１回目においてカウントしたbackoff timeの残りをカウントダウンする。

ちなみにキャリアセンスは、予めキャリアセンスレベル（CCA threshold）と、受信信号の電力レベル（Rx power）とを比較する。このRx powerがCCA thresholdを超える場合には、チャネルがＢＵＳＹ状態である旨を判別し、送信待機状態となる。一方、Rx powerがCCA threshold以下の場合には、チャネルがＩＤＬＥ状態である旨を判別し、キャリアセンスをランダム時間（DIFS＋backoff time）に亘り行う。

非特許文献１の開示技術によれば、上述したCSMA/CAアクセス方式に基づいて、衝突を回避しつつ、同一チャネルを共有した無線通信が実現できる。

しかしながら、基地局や無線端末が更に高密度に設置された場合には、同一周波数チャネルを用いて通信を行うセルが多数重複する状態(Overlapping Basic Service Set:ＯＢＳＳ)となる。かかる場合には、干渉や接続性の悪化などの状況が増え、IEEE 802.11に基づくCSMA/CAアクセス方式が対応しきれなくなる。このため、このような基地局や無線端末が更に高密度に設置される環境下において、CSMA/CAアクセス方式を改善し、無線通信ネットワーク間の干渉を回避しつつ、同時送信によるシステム容量拡大するための検討が更に進められている。

非特許文献２には、OBSSトラフィックに対して、キャリアセンスレベルを高く設定することによって、多く送信機会を与えるコンセプトが提案されている。しかしながら、キャリアセンスレベルを高く設定すると送信機会が増えることにより、通信干渉・通信衝突の可能性も高くなる。このため、キャリアセンスレベル調整による送信機会の増加と、通信干渉・通信衝突の増加のトレードオフを検討する必要がある。

IEEE 802.11, " Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications" 2012 H.M. Alnuweiri, Y. Pourmohammadi Fallah, P. Nasiopoulos and S. Khan, "OFDMA-Based Medium Access Control for Next-Generation WLANs," EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking 2009:512865 DOI: 10.1155/2009/512865

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、２以上の無線通信ネットワークが共存する無線通信システム及び方法において、送信機会の増加を図るとともに、通信干渉・通信衝突を減少させることが可能な無線通信システム及び方法を提供することにある。

第１発明に係る無線通信システムは、２以上の無線通信ネットワークが共存し、上記各無線通信ネットワークは、一以上の無線端末と基地局間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、上記一の無線通信ネットワークにおける第１の基地局は、上記一の無線通信ネットワークにおける第１の無線端末との間でデータの送受信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、他の無線通信ネットワークから無線信号を検知した場合、当該無線信号が上記一の無線通信ネットワークと電波のカバーエリアが重複し、かつ同一の周波数帯域で無線通信を行う他の無線通信ネットワークによるＯＢＳＳトラフィックであるか否かを判別するＯＢＳＳ判別手段と、上記ＯＢＳＳ判別手段により、ＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合には、その無線信号が当該他の無線通信ネットワーク内における第２の無線端末から第２の基地局へ送信する上りデータ送信であるか否かを判別する送信方向判別手段と、上記送信方向判別手段により上りデータ送信である旨が判別された場合には、上記第１の無線端末に対してデータを送信する下りデータ送信を行うように制御する通信制御手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る無線通信システムは、第１発明において、上記ＯＢＳＳ判別手段によりＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合に、上記無線信号の受信電力レベルと、受信感度より高くなるように設定したキャリアセンスレベルとを比較する比較手段を更に備え、上記通信制御手段は、上記比較手段による比較の結果、上記受信電力レベルが上記キャリアセンスレベル以下の場合には、上記チャネルにて上記第１の無線端末との間で上記データの送受信を開始するように制御し、上記送信方向判別手段は、上記比較手段による比較の結果、上記受信電力レベルが上記キャリアセンスレベルを超える場合には、上りデータ送信であるか否かの判別を開始することを特徴とする。

第３発明に係る無線通信システムは、第２発明において、上記比較手段は、上記無線信号の受信電力レベルと、上記キャリアセンスレベルよりも高い最高臨界値とを比較し、上記送信方向判別手段は、上記比較手段による比較の結果、上記受信電力レベルが上記最高臨界値未満の場合に、上りデータ送信であるか否かの判別を開始することを特徴とする。

第４発明に係る無線通信システムは、第１〜第３のうち何れかにおいて、上記ＯＢＳＳ判別手段は、上記無線信号のプリアンブルに記述されたＯＢＳＳトラフィックであるか否かを示すビットデータを読み取ることにより、ＯＢＳＳトラフィックであるか否かを判別することを特徴とする。

第５発明に係る無線通信システムは、第１〜第４のうち何れかにおいて、上記送信方向判別手段は、上記無線信号のプリアンブルに記述された上りデータ送信であるか否かを示すビットデータを読み取ることにより、上りデータ送信であるか否かを判別することを特徴とする。

第６発明に係る無線通信方法は、２以上の無線通信ネットワークが共存し、上記各無線通信ネットワークは、一以上の無線端末と基地局間で無線通信を行う無線通信方法において、上記一の無線通信ネットワークにおける第１の基地局と第１の無線端末との間でデータの送受信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、他の無線通信ネットワークから無線信号を検知した場合、当該無線信号が上記一の無線通信ネットワークと電波のカバーエリアが重複し、かつ同一の周波数帯域で無線通信を行う他の無線通信ネットワークによるＯＢＳＳトラフィックであるか否かを判別するＯＢＳＳ判別ステップと、上記ＯＢＳＳ判別ステップにおいて、ＯＢＳＳトラフィックである旨を判別した場合には、その無線信号が当該他の無線通信ネットワーク内における第２の無線端末から第２の基地局へ送信する上りデータ送信であるか否かを判別する送信方向判別ステップと、上記送信方向判別ステップにおいて上りデータ送信である旨を判別した場合には、上記第１の基地局から上記第１の無線端末に対してデータを送信する下りデータ送信を行うように制御する通信制御ステップとを有することを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、基地局や無線端末が更に高密度に設置された場合において、ＯＢＳＳが多数重複する状態となっていた場合においても、CSMA/CAアクセス方式の下で、無線通信ネットワーク間の通信干渉・通信衝突の可能性を低くすることができ、送信機会の増加を図ることが可能となる。

本発明を適用した無線通信システムの構成例を示す図である。本発明を適用した無線通信システムにおける基地局の動作を示すフローチャートである。本発明を適用した無線通信システムにおける無線端末の動作を示すフローチャートである。本発明において無線信号の受信電力レベル（Rx_power）との間で比較を行う比較対象のレベルの関係を示す図である。データの構成例について説明するための図である。電波のカバーエリアが重複する各無線通信ネットワークにおけるデータ送信によるタイムチャートを示す図である。本発明の効果を確認するために行ったシミュレーションの条件について説明するための図である。ネットワークのスループットのシミュレーション結果を示す図である。従来のCSMA/CAアクセス方式の動作例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明をする。図１は、本発明を適用した無線通信システム１の構成例を示している。この無線通信システム１は、２つの無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂから構成されている。無線通信ネットワーク１０ａは、複数の無線端末２ａと、無線端末２ａとの間で情報を送受信する基地局３ａとを備えている。また無線通信ネットワーク１０ｂは、複数の無線端末２ｂと、無線端末２ｂとの間で情報を送受信する基地局３ｂとを備えている。

上述した図１に示す無線通信システム１では、あくまで２つの無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂから構成されている場合を例示しているが、これに限定されるものではなく、３以上の無線通信ネットワーク１０からなるものであってもよい。

これら無線通信ネットワーク１０は、IEEE 802.11無線ＬＡＮのCSMA/CA（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）アクセス方式を基調とした無線通信を無線端末２と基地局３との間で行わせる。

無線端末２は、例えばノート型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯端末、スマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末等の無線通信可能な端末装置で構成されている。このような無線端末２は、基地局３に対してデータを無線通信により送信する。以下、この無線端末２から基地局３に対してデータを送信することを上りデータ送信という。また無線端末２は基地局３から無線通信により送信されてくるデータを受信する。以下、この基地局３から無線端末２に対してデータを送信することを下りデータ送信という。

基地局３は、無線通信ネットワーク１０内の無線端末２との間において無線アクセスポイントとしての役割を果たし、インターネット等を始めとした公衆通信網との間においてインターフェースとしての役割を果たすものである。即ち、基地局３は、これを介して無線端末２がインターネット等を始めとした公衆通信網との間でデータの送受信を行うことを可能とするための中継手段を担うものである。

次に、本発明を適用した無線通信システム１の動作について説明をする。

無線通信システム１は、図２、３に示すフローチャートに基づいて処理動作を実行する。図２は、基地局３の動作フローを示しており、図３は、無線端末２の動作フローを示している。

基地局３は、自身のバッファーに蓄積されているデータを無線端末２へ送信することを試みる場合において、先ず無線チャネルの空き状況を確認するためのキャリアセンスを行う。具体的には、先ずステップＳ１１においてデータの生成を行う。次にステップＳ１２へ移行し、基地局３は、実際にキャリアセンスを行うために、所定のＣＷ（Contention Window）の範囲内で乱数を発生させる。次にステップＳ１３へ移行し、基地局３は、一定期間（DIFS）に亘りＩＤＬＥ状態で待機する。次にステップＳ１４に移行し、ステップＳ１２において発生させた乱数値に基づいてランダムな時間（backoff time）が決定される。

次にステップＳ１５へ移行し、基地局３は、ステップＳ１４において設定したbackoff timeの期間に亘りカウントダウンを行いつつキャリアセンスを行う。その結果、このキャリアセンスの過程で無線端末２からの無線信号を検知した場合、基地局３は、この無線信号の受信電力レベル（Rx_power）と受信感度（CCA_SD）とを比較する。図４は、本発明において無線信号の受信電力レベル（Rx_power）との間で比較を行う比較対象のレベルの関係を示している。Rx_powerがCCA_SDよりも高い場合には、ステップＳ１６へ移行する。これに対して、Rx_powerがCCA_SD以下の場合には、ステップＳ２５へ移行する。

ステップＳ１６に移行した場合おいて、基地局３は、無線信号の受信を継続して行い、受信すべきデータのプリアンブルをデコードして解析する。この解析では、プリアンブルのデコードエラーが発生したか否かを解析する。その結果、ステップＳ１７へ移行し、デコードエラーが発生したものと判別した場合には、ステップＳ１９へ移行する。これに対して、デコードエラーが発生していないものと判断した場合には、ステップＳ１８へ移行する。

ステップＳ１８へ移行した場合には、ＯＢＳＳ(Overlapping Basic Service Set)トラフィックであるか否かを判別する。ここでＯＢＳＳトラフィックとは、基地局３や無線端末２が高密度に設置された結果、同一の周波数帯域で無線通信を行う他の無線通信ネットワークによる無線通信を示すものである。例えば図１に示すように無線通信ネットワーク１０ｂにおける基地局３ｂは、自らのネットワーク内にある各無線端末２との間で無線通信を行う。このとき、無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂが近接している場合を仮定した場合、基地局３ｂは、電波のカバーエリアが重複する他の無線通信ネットワーク１０ａ内にある無線端末２ａからの無線信号が到達する場合もある。この無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂが同一周波数チャネルを用いて通信を行う場合、このような基地局３ｂが受信する無線端末２ａからの無線信号をＯＢＳＳトラフィックという。

このステップＳ１８におけるＯＢＳＳトラフィックであるか否かの判断は、周知のいかなる手法を用いるようにしてもよいが、例えば図５に示すデータ構成に示すように、主データ４２の前段に設けられたプリアンブル４１内にあるBSS color bits４３を介して判断するようにしてもよい。このBSS color bits４３には、無線通信ネットワーク１０に応じたＩＤが記述されている。つまり、このBSS color bits４３に記述されているＩＤを読み取ることにより、受信した無線信号がＯＢＳＳトラフィックであるか否かを判別することが可能となる。このステップＳ１８においてＯＢＳＳトラフィックである旨を判別した場合には、ステップＳ２０へ移行する。一方、ＯＢＳＳトラフィックでないものと判断した場合には、ステップＳ２３へ移行する。

ステップＳ１９に移行した場合、受信電力レベル（Rx_power）と、キャリアセンスレベル（PD_th）よりも高い最高臨界値（CCA_ED）とを比較する。CCA_EDは、これを超えると明らかにＢＵＳＹ状態になる場合のレベルに相当し、一般的には固定値とする。例えば使用するチャネルが２０ＭＨｚを前提としたとき、IEEE802.11標準に基づき、このCCA_EDを-62dBmに設定するようにしてもよい。Rx_power＞CCA_EDである場合には、ステップＳ２３へ移行する。つまり明らかにＢＵＳＹ状態になりえるレベルの無線信号については、ステップＳ２３へ移行し、その後の中断処理を実行する。これに対して、Rx_power≦CCA_EDの場合には、ステップＳ２１へ移行する。

ステップＳ２１に移行した場合、Rx_powerとPD_thとを比較する。ここでいうPD_thは、図４に示すようにCCA_SDよりも高くなるように設定されている。Rx_power＞PD_thである場合には、ステップＳ２２へ移行する。これに対して、Rx_power≦PD_thの場合には、ステップＳ２５へ移行する。ＯＢＳＳトラフィックである場合において、Rx_powerが受信感度（CCA_SD）よりも高い場合であってもPD_thよりも低い場合には、ステップＳ２５のＩＤＬＥ状態に移行してもほぼ滞りなく無線通信を行うことができためである。PD_thをCCA_SDよりも高くなるように設定することで、ＯＢＳＳトラフィックの場合においてデータの送信機会を多くすることができ、ネットワークの通信容量の拡大を図ることが可能となる。

ステップＳ２２に移行した場合には、Rx_powerがPD_thよりも高いため、このままステップＳ２５のＩＤＬＥ状態に移行してしまうと通信干渉が生じてしまうことを意味している。このため、このステップＳ２２において以下に説明する処理動作を実行する。

図６は、無線通信ネットワーク１０ａにおいて無線通信する無線端末２ａと基地局３ａ、並びに無線通信ネットワーク１０ｂにおいて無線通信する無線端末２ｂと基地局３ｂのデータ送信によるタイムチャートを示している。

このタイムチャートでは、無線端末２ａから基地局３ａに向けて図中矢印に示すように上りデータ送信を行う場合を示している。この無線端末２ａは図１に示すように、基地局３ａとの通信範囲に含まれ、かつ基地局３ｂとの通信範囲に含まれる位置にあるものとする。このため、無線端末２ａから基地局３ａに向けて上りデータ送信が行われると、この無線端末２ａからのデータは、基地局３ａにより受信可能であると共に、基地局３ｂにより受信可能である。基地局３ｂは、このようなデータを上述した無線信号として受信し、ステップＳ１１〜ステップＳ２１までの各処理動作を実行し、更にステップＳ２１における処理動作を実行することとなる。

ステップＳ２２では、基地局３ｂは、他の無線通信ネットワーク１０ａ内における無線端末２ａから基地局３ａへ送信する上りデータ送信であるか否かを判別する。この上りデータ送信であるか否かの判別は、図５に示すプリアンブル４１内にあるindication bit４４を介して行うようにしてもよい。indication bit４４には、上りデータ送信であるか、下りデータ送信であるかが記述されており、これを読み出すことによって何れの方向への送信であるかを容易に判別することが可能となる。特に従来のIEEE802.11では、MAC headerを解読することで上りデータ送信であるか、下りデータ送信であるかを判別することができるが、本発明では、単にプリアンブル４１内にあるindication bit４４を読むのみで送信方向を容易に判別することが可能となる。

このステップＳ２２において、基地局３ｂがindication bit４４を読み出した結果、上りデータ送信である旨を判別した場合には、ステップＳ２４へ移行する。これに対して、基地局３ｂがindication bit４４を読み出した結果、下りデータ送信である旨を判別した場合には、ステップＳ２３へ移行する。

ステップＳ２３に移行した場合には、チャネルがＢＵＳＹ状態であることを前提とした各種処理動作を実行する。つまり、backoff timeのカウンタを一端停止するとともに新たなデータの受信を引き続き継続する。

ステップＳ２４以降では、基地局３ｂから無線端末２ｂに向けて下りデータ送信を行うための設定を行う。この基地局３ｂには、図６に示すように無線端末２ａからの上りデータ送信を受信している。この期間においては、無線端末２ａに対して基地局３ｂから下りデータ送信が到達することとなるが、無線端末２ａは基地局３ａに対して上りデータ送信を行っているため、この下りデータ送信を受信しても特段これが検知されることはない。つまり無線端末２ａから基地局３ａに向けた上りデータ送信が、基地局３ｂからの下りデータ送信により影響を受けることは無い。

同様に基地局３ｂが下りデータ送信を行っている間は、無線端末２ａからの上りデータ送信を受信した場合においても、その間においてはこれが基地局３ｂにより検知されることはない。つまり基地局３ｂから無線端末２ｂに向けた下りデータ送信が、無線端末２ａからの上りデータ送信により影響を受けることは無い。

従って、ステップＳ２４以降では、無線通信ネットワーク１０ａ内における無線端末２ａから基地局３ａに対する上りデータ送信と、無線通信ネットワーク１０ｂ内における基地局３ｂから無線端末２ｂに対する下りデータ送信とを互いに干渉することなく同時に行うことができる。また、このステップＳ２４以降において、互いの無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂ間において、共調動作を行うことができ、ネットワークのパフォーマンスを更に改善することが可能となる。

ステップＳ２４へ移行した場合、ＩＤＬＥ状態へ移行する。つまり、空きチャネルが存在するものと仮定し、基地局３ｂから無線端末２ｂに向けた無線通信を行う準備に移行する。

次にステップＳ２５へ移行し、ステップＳ１４において決定し、backoff timeのカウントダウンを開始する。その結果、ステップＳ２６に示すように、backoff timeのカウンタが０になった場合、ステップＳ２７へ移行する。一方、backoff timeのカウンタが０にならない場合は、基地局３に対して他の無線端末２による無線通信が優先されたことを意味するため、一端ステップＳ１５の処理に戻り、上述した処理動作を繰り返す。

ステップＳ２７へ移行した場合、データの送受信を開始する。このとき、基地局３ｂから無線端末２ｂへの下りデータ送信を行う旨を設定した場合には、これに基づいて、先ずは基地局３ｂから無線端末２ｂへ下りデータ送信を行っていくこととなる。

本発明を適用した無線通信システム１によれば、基地局３や無線端末２が更に高密度に設置された場合において、ＯＢＳＳが多数重複する状態となっていた場合においても、CSMA/CAアクセス方式の下で、無線通信ネットワーク間の通信干渉・通信衝突の可能性を低くすることができ、送信機会の増加を図ることが可能となる。

なお本発明は、上述した構成に限定されるものではなく、例えば上述したステップＳ２０、２１を省略し、ステップＳ１８からステップＳ２２へ直接移行するようにしてもよい。また、ステップＳ２０を省略し、ステップＳ１９からステップＳ２１へ直接移行するようにしてもよい。

無線端末２における動作フローは、図３に示すように先ずステップＳ３１においてデータの生成を行う。次にステップＳ３２へ移行し、ＳＩＦＳ期間に亘り、待機状態となる。またＳＩＦＳ期間とは、データ送信間隔における最短の待ち時間を意味する。次にステップＳ３３に移行し、受信した無線信号の受信電力レベル（Rx_power）と、上述したCCA_EDとを比較する。その結果、Rx_power＞CCA_EDである場合にはステップＳ３４へ移行する。これに対して、Rx_power≦CCA_EDの場合には、ステップＳ３５へ移行する。

ステップＳ３４に移行した場合には、一端フリーズさせた上で再度ステップＳ３３の判断を行う。またステップＳ３５へ移行した場合、ＳＩＦＳ期間が満了したか否か判断する。ＳＩＦＳ期間が満了した場合、ステップＳ３６へ移行する。これに対して、ＳＩＦＳ期間が満了していない場合には、ステップＳ３３に戻る。

以下、本発明の効果を確認するために行った株式会社構造計画研究所製のQualnetを用いてシミュレーションを行った結果について説明をする。シミュレーションでは5GHz帯における20MHz帯域幅と想定し、基地局３と無線端末２とが高密度で配置される条件設定とする。図７は、このシミュレーションシナリオを示している。周波数リユース＝３を前提とし、実際に同じ周波数を利用する無線通信ネットワーク１０を表している。一つの無線通信ネットワーク１０には、中心に一台の基地局３を配置し、４０台の無線端末２をランダムに配置しているものと仮定する。六角形からなる無線通信ネットワーク１０の辺長は１０ｍとし、電波のカバーエリアが重複する無線通信ネットワーク１０間における基地局３間の距離は３０ｍとされる。シミュレーションの条件について表１に示す。

シミュレーションは、ステップＳ２１においてキャリアセンスレベル（PD_th）を−７２ｄＢｍとしつつデータの送信方向制御を行わない比較例１、PD_thを−６２ｄＢｍとしつつデータの送信方向制御を行わない比較例２、PD_thを−７２ｄＢｍとしつつデータの送信方向制御を行う本発明例の３つのシミュレーションシナリオを作成した。シミュレーションシナリオ毎に行ったネットワークのスループットのシミュレーション結果を図８に示す。

図８に示すように、比較例２は、PD_thを−６２ｄＢｍであるため、PD_thを−７２ｄＢｍとした比較例１と比較してスループットがやや低くなっているのが分かった。PD_thを高く設定することにより、ＯＢＳＳトラフィックの場合においてデータの送信機会を多くすることができ、ネットワークの通信容量の拡大を図ることが可能となる。しかしながら、キャリアセンスレベル（PD_th）を高く設定することで、データの送信機会が多くなる分において衝突が増えてしまうため、ネットワークのパフォーマンスが却って劣化してしまう場合もある。このためキャリアセンスレベル（PD_th）の高低の設定は、データの送信機会の増大と、通信衝突との２つの事象間でいわゆるトレードオフの関係にある。

本シミュレーションの結果において比較例２が比較例１よりもスループットが低くなっている原因としては、PD_thを高く設定することによる通信衝突が増えたことが大きく影響したものと考えられる。

一方、本発明例におけるスループットが最も高いことが分かった。その原因としては、ステップＳ２１におけるキャリアセンスレベル（PD_th）の調整を行うと共に、ステップＳ２４における、異なる無線通信ネットワーク１０間における送信方向の協調動作も行うためである。その結果、通信衝突が増加することなく多くの送信機会を得ることが可能となり、ネットワークのパフォーマンスをより改善することが可能となる。

１無線通信システム
２無線端末
３基地局
１０無線通信ネットワーク
４１プリアンブル
４２主データ
４３ BSS color bits
４４ indication bit

Claims

２以上の無線通信ネットワークが共存し、上記各無線通信ネットワークは、一以上の無線端末と基地局間で無線通信を行う無線通信システムにおいて、
上記一の無線通信ネットワークにおける第１の基地局は、
上記一の無線通信ネットワークにおける第１の無線端末との間でデータの送受信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、他の無線通信ネットワークから無線信号を検知した場合、当該無線信号が上記一の無線通信ネットワークと電波のカバーエリアが重複し、かつ同一の周波数帯域で無線通信を行う他の無線通信ネットワークによるＯＢＳＳトラフィックであるか否かを判別するＯＢＳＳ判別手段と、
上記ＯＢＳＳ判別手段により、ＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合には、その無線信号が当該他の無線通信ネットワーク内における第２の無線端末から第２の基地局へ送信する上りデータ送信であるか否かを判別する送信方向判別手段と、
上記送信方向判別手段により上りデータ送信である旨が判別された場合には、上記第１の無線端末に対してデータを送信する下りデータ送信を行うように制御する通信制御手段とを備えること
を特徴とする無線通信システム。
上記ＯＢＳＳ判別手段によりＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合に、上記無線信号の受信電力レベルと、受信感度より高くなるように設定したキャリアセンスレベルとを比較する比較手段を更に備え、
上記通信制御手段は、上記比較手段による比較の結果、上記受信電力レベルが上記キャリアセンスレベル以下の場合には、上記チャネルにて上記第１の無線端末との間で上記データの送受信を開始するように制御し、
上記送信方向判別手段は、上記比較手段による比較の結果、上記受信電力レベルが上記キャリアセンスレベルを超える場合には、上りデータ送信であるか否かの判別を開始すること
を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
上記比較手段は、上記無線信号の受信電力レベルと、上記キャリアセンスレベルよりも高い最高臨界値とを比較し、
上記送信方向判別手段は、上記比較手段による比較の結果、上記受信電力レベルが上記最高臨界値未満の場合に、上りデータ送信であるか否かの判別を開始すること
を特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
上記ＯＢＳＳ判別手段は、上記無線信号のプリアンブルに記述されたＯＢＳＳトラフィックであるか否かを示すビットデータを読み取ることにより、ＯＢＳＳトラフィックであるか否かを判別すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の無線通信システム。
上記送信方向判別手段は、上記無線信号のプリアンブルに記述された上りデータ送信であるか否かを示すビットデータを読み取ることにより、上りデータ送信であるか否かを判別すること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載の無線通信システム。
２以上の無線通信ネットワークが共存し、上記各無線通信ネットワークは、一以上の無線端末と基地局間で無線通信を行う無線通信方法において、
上記一の無線通信ネットワークにおける第１の基地局と第１の無線端末との間でデータの送受信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、他の無線通信ネットワークから無線信号を検知した場合、当該無線信号が上記一の無線通信ネットワークと電波のカバーエリアが重複し、かつ同一の周波数帯域で無線通信を行う他の無線通信ネットワークによるＯＢＳＳトラフィックであるか否かを判別するＯＢＳＳ判別ステップと、
上記ＯＢＳＳ判別ステップにおいて、ＯＢＳＳトラフィックである旨を判別した場合には、その無線信号が当該他の無線通信ネットワーク内における第２の無線端末から第２の基地局へ送信する上りデータ送信であるか否かを判別する送信方向判別ステップと、
上記送信方向判別ステップにおいて上りデータ送信である旨を判別した場合には、上記第１の基地局から上記第１の無線端末に対してデータを送信する下りデータ送信を行うように制御する通信制御ステップとを有すること
を特徴とする無線通信方法。