JP2018098604A

JP2018098604A - 無線通信システム及び方法

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Publication number: JP2018098604A
Application number: JP2016240431A
Authority: JP
Inventors: ジンマ; Jing Ma; 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: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-21

Abstract

【課題】基地局や無線端末がＯＢＳＳの影響により自らの通信機会が減少してしまうのを防止する。【解決手段】基地局等において、自らがデータの送信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、無線信号を受信した場合、当該無線信号が自らが属する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し、ＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合には、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力に基づいて受信臨界値を設定し、受信した無線信号における受信レベルと、設定された受信臨界値を比較し、比較の結果、受信レベルが受信臨界値を超える場合には、送信データフレームの送信を待機し、受信レベルが受信臨界値以下の場合には、送信データフレームの送信処理を続行する。【選択図】図２

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。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ＬＡＮシステムは、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。無線ＬＡＮシステムは、これからも家庭や公衆スポット（スタジアムや駅、店舗内等）からスマートカーに至るまで幅広く利用されるものと想定される。

ところで、上述の如き無線ＬＡＮシステムは、一のセルＢＳＳ（Basic Service Set :BSS）としての無線通信ネットワークに対して割り当てられた一の基地局（アクセスポイント：ＡＰ）と複数の無線端末（ＳＴＡ）により構成される。このような無線ＬＡＮシステムの利用が拡大するにつれて、各無線通信ネットワークにおける基地局が高密度に配置され、また無線端末も過度に込み合う環境に至ってしまう。

このため、一貫性と信頼性の高いスループットを維持しつつ、より多くのユーザが同時に無線アクセス可能なシステムを提供するために、メディアアクセスの競合と干渉管理に関するダイナミックキャリアセンス技術が盛んに議論されている。

IEEE 802.11無線ＬＡＮでは、フレームの衝突をできるだけ回避するために、自律分散的なアクセス方式（CSMA/CA:Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）を具備している（例えば、非特許文献１参照。）。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。

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り、ネットワーク全体のスループットも低下してしまう。このため、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けるシステム性能を向上すると共に、周波数リソースを効率的に利用するために、空間的に近接した無線通信ネットワーク間で周波数チャネルを再利用する技術として、ダイナミックキャリアセンス技術が提案されている（例えば、非特許文献２〜４参照。）。

このダイナミックキャリアセンス技術では、基地局や無線端末が送信電力制御に伴いＯＢＳＳらの信号を識別し、その識別情報に基づいて、メディアアクセスの競合との間で干渉を防止する処理動作を動的に行うものである。具体的には、基地局や無線端末が検出したPPDU（PLCP Protocol Data Unit）に含まれる情報を確認し、無線通信ネットワーク（ＢＳＳ）内の(intra-BSS)PPDUであれば、受信感度としてのキャリアセンス閾値を用いてチャネルがIDLEかBUSYかを判断する。

一方、検出したPPDUが無線通信ネットワーク（ＢＳＳ）間の(inter-BSS)PPDUである旨を識別した場合には、送信電力制御に伴いキャリアセンス閾値を調整し、調整した閾値を用いてチャネルがIDLEかBUSYかを判断する。これにより、基地局や無線端末が更に高密度に設置された環境下においても、OBSSによる通信との間で互いに共存することができ、各ＢＢＳは、OBSSの影響により、メディアアクセスを控える状況が生じにくくなる。

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 Bo Li, Qiao Qu, Zhongjiang Yan, and Mao Yang, "Survey on OFDMA based MAC Protocols for the Next Generation WLAN", 2015 IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC) IEEE TGax, "11-15-0132-17-00ax-spec-framework", 2016

従来におけるCSMA/CAアクセス方式におけるキャリアセンスに対するＭＡＣ層−物理層のクロスレイヤの例を図５に示す。従来におけるキャリアセンスでは、各基地局や各無線端末が検出した無線信号の受信電力と、予め決定したキャリアセンス閾値とを比較することにより、チャネルがIDLE状態かBUSY状態かを判断する。

先ず物理層７１において、受信電力がキャリアセンス閾値以下であることが判別された場合、ＭＡＣ層７２には、PHY-CCA.indication (IDLE)プリミティブを通知する（ステップＳ８１）。これにより、ＭＡＣ層７１は、IDLE状態である旨を認識することができる。一方、物理層７１において、受信電力がキャリアセンス閾値を超えることが判別された場合、ＭＡＣ層７２にPHY-CCA.indication (BUSY)プリミティブを通知する（ステップＳ８２）。これにより、ＭＡＣ層７１においてチャネルがBUSY状態である旨を判別することが可能となる。またＭＡＣ層７１においてチャネルがBUSY状態である旨が判別された場合、backoff time のカウントダウンを停止する。

ところで、上述したキャリアセンス方式に対応する物理層７１、ＭＡＣ層７２のクロスレイヤ設計をそのままダイナミックキャリアセンス方式に適用する場合、各基地局や各無線端末が検出したPPDUが、(intra-BSS)PPDUであれば、図５に示すように、キャリアセンス閾値(受信感度)を介して、チャネルがIDLE状態かBUSY状態かを判断すればよい。

即ち、図５に示すようにプリアンブル９１、物理ヘッダ９２、実データ９３からなるフレームデータを受信した場合には、物理層７１からＭＡＣ層７２に対して、ステップＳ８３において、受信するデータの詳細情報を通知する。また、物理層７１からＭＡＣ層７２に対して、ステップＳ８４において、実データ９３を受信していることをプリミティブを通じて通知する。更に実データの終了報告を物理層７１からＭＡＣ層７２に対して行い（ステップＳ８５）、最後にステップＳ８６においてチャネルがIDLE状態である旨を同様に物理層７１からＭＡＣ層７２に対して通知する。これらの送受信が全て終了した後、再びbackoff timeのカウントダウンを再開する。

このように従来のキャリアセンス方式によれば、何れも物理層７１からＭＡＣ層７２に向けて一方的に通知されていることが分かる。

一方、受信したPPDUが(inter-BSS)PPDUである旨を識別した場合には、送信電力制御に伴い、キャリアセンス閾値を調整し、調整した閾値を用いてチャネルがIDLE状態かBUSY状態かを判別する必要がある。特に受信したPPDUが、上述したOBSSのものであれば、図５に示すように、物理ヘッダ９２の受信を受けて、物理層７１からＭＡＣ層７２に送られる情報に基づき、適切な送信電力をＭＡＣ層７２側で決定すると共に、通信干渉を防止する観点から、その決定した送信電力に基づくキャリアセンス閾値をＭＡＣ層７２側で決定し、これを物理層７１に送信する必要がある。

しかしながら、上述した図５に示す従来のキャリアセンス方式によれば、物理層７１からＭＡＣ層７２に向けて一方的に通知されるため、ＭＡＣ層７２側から物理層７１に向けてキャリアセンス閾値に関する情報を送ることができないという問題点があった。

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、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おいて、いわゆるダイナミックキャリアセンスに効率的に機能させることができ、基地局や無線端末がＯＢＳＳの影響により自らの通信機会が減少してしまうのを防止す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。

本発明者らは、上述した課題を解決するために、基地局又は無線端末において、自らがデータの送信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、無線信号を受信した場合、当該無線信号が自らが属する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し、ＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合には、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力に基づいて受信臨界値を設定し、受信した上記無線信号における受信レベルと、上記設定された受信臨界値を比較し、比較の結果、上記受信レベルが上記受信臨界値を超える場合には、上記送信データフレームの送信を待機し、上記受信レベルが上記受信臨界値以下の場合には、上記送信データフレームの送信処理を続行する無線通信システム及び方法を発明した。

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ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式に基づいて無線通信を行う無線通信システムにおいて、上記基地局又は上記無線端末は、自らがデータの送信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、無線信号を受信した場合、当該無線信号が自らが属する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、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力に基づいて受信臨界値を設定する受信臨界値設定手段と、受信した上記無線信号における受信レベルと、上記受信臨界値設定手段により設定された受信臨界値を比較する比較手段と、上記比較手段による比較の結果、上記受信レベルが上記受信臨界値を超える場合には、上記送信データフレームの送信を待機し、上記受信レベルが上記受信臨界値以下の場合には、上記送信データフレームの送信処理を続行する送信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判別手段は、上記無線信号を受信した場合において、上記送信データフレームの送信のために上記ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づいて行われるbackoff timeのカウントダウンを一時的に停止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、上記受信レベルが上記受信臨界値以下の場合には、一時的に停止させていたbackoff timeのカウントダウンを再開することにより、上記送信データフレームの送信処理を続行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発明の何れかにおいて、上記受信臨界値設定手段は、ＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合には、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力と、標準送信電力とを比較し、上記送信電力に対する標準送信電力の乖離度に基づいて、上記受信臨界値を決定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発明の何れかにおいて、上記ＯＢＳＳ判別手段及び上記受信臨界値設定手段は、ＭＡＣ層において行われ、上記ＭＡＣ層は、上記受信臨界値設定手段において生成した上記受信臨界値を、上記比較手段に動作を行う物理層に通知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において一以上の無線端末と基地局間でＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式に基づいて無線通信を行う無線通信方法であって、上記基地局又は上記無線端末において、自らがデータの送信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、無線信号を受信した場合、当該無線信号が自らが属する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判別ステップにより、ＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合には、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力に基づいて受信臨界値を設定する受信臨界値設定ステップと、受信した上記無線信号における受信レベルと、上記設定された受信臨界値を比較する比較ステップと、上記比較ステップによる比較の結果、上記受信レベルが上記受信臨界値を超える場合には、上記送信データフレームの送信を待機し、上記受信レベルが上記受信臨界値以下の場合には、上記送信データフレームの送信処理を続行する送信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、ＭＡＣ層側において送信電力に基づいて受信臨界値を最適化し、これを物理層に通知するフローを新たに導入している。これにより、キャリアセンス閾値をダイナミックに変動させるいわゆるダイナミックキャリアセンスに効率的に機能させることができる。即ち、ＯＢＳＳトラフィック上の無線信号を受信した場合には、通常のキャリアセンス閾値よりも高めの受信臨界値をダイナミックに変動させることにより、ＯＢＳＳの場合には、受信電力が通常よりも高めであってもIDLE状態と判別して自らの送信フレームデータを送信する機会を高くすることができる。その結果、基地局や無線端末がＯＢＳＳの影響により自らの通信機会が減少してしまうのを防止す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の処理動作方法を示すタイムチャートである。ＭＡＣ層における受信臨界値αの設定例を示す図である。ＭＡＣ層における受信臨界値αの他の設定例を示す図である。 CSMA/CAアクセス方式におけるキャリアセンスに対するＭＡＣ層−物理層のクロスレイヤの例を示す図である。

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。またこの無線通信ネットワーク１０ａ、１０ｂは、電波のカバーエリアが重複し、互いに同一周波数を使用して通信を行うＯＢＳＳである場合もあれば、互いに異なる周波数を使用して通信を行うセルの場合もある。

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に対して送信されるデータを上りデータという。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に対して送信されるデータ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に示すタイムチャートに基づいて処理動作を実行する。本処理動作の主体は、無線通信ネットワーク１０を構成する基地局３又は無線端末２である。以下の説明において、処理動作主体が無線通信ネットワーク１０ａを構成する基地局３ａである場合を例にとり説明をする。

先ず基地局３ａは、自らがデータの送信を行うためのチャネルの空き状況を確認するべく、CSMA/CAアクセス方式に基づいて、AIFS（Arbitration Inter Frame Space）と呼ばれるパラメータがセットされ、コンテンションウィンドウと呼ばれるスロット数の範囲内にあるbackoff timeをカウントダウンする間は送信待機する。通常であれば、このbackoff timeが０になった場合に、自らのデータフレームを送信することになるが。このbackoff time期間中に他からの無線信号を受信した場合には、以下に説明する処理動作を実行する。

他から受信した無線信号は、図２に示すようにプリアンブル４１、物理ヘッダ４２、実データ４３からなるフレーム構成からなる。この無線信号を構成するデータフレームにおけるプリアンブル４１がちょうどbackoff timeのタイミングにおいて受信された場合であっても、物理層３２に到達するのは、復号化を行うための期間(Decoding delay)分だけ遅延することとなる。物理層３２がプリアンブル４１を検知して、ＭＡＣ層３１に対してPHY-CCA.indication (BUSY)プリミティブを介してチャネルがＢＵＳＹになることを通知する（ステップＳ１０）。

ちなみに基地局３ａは受信した無線信号における物理ヘッダ４２に記述されている情報をＭＡＣ層３１へ通知する。具体的には、ステップＳ１１に示すように、受信した無線信号における物理ヘッダ４２に記述されている情報をPHY-RXSTART.indication (RXVECTOR)プリミティブに載せてＭＡＣ層３１へ通知する。

次に、ＭＡＣ層３１は、このような物理層３２からのPHY-RXSTART.indication (RXVECTOR)プリミティブを読み取ることにより、この受信した無線信号が、無線通信ネットワーク１０ｂの如く電波のカバーエリアが重複し、互いに同一周波数を使用して通信を行うＯＢＳＳトラフィックであるか否かを判別する。この判別はＭＡＣ３１が実行し、物理ヘッダ４２に含まれる情報を確認することにより行う。ＭＡＣ層３１は、受信した無線信号が係るＯＢＳＳトラフィックである旨を判別した場合には、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力に基づいて受信臨界値を設定する。またＯＢＳＳトラフィックでない旨を判別した場合の処理動作は後段において詳述する。

ＭＡＣ層３１は、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力と、標準送信電力とを比較する。ここでいう標準送信電力とは、過去のデータに基づいて決定した送信電力の平均値であってもよいし、様々な文献に基づいてシステム側又はユーザ側において予め決定した値であってもよい。またこの標準送信電力は公衆通信網を介して取得した値に基づくものであってもよい。

このようにして決定した標準送信電力と、送信データフレームの送信電力とを比較し、送信データフレームの送信電力に対する標準送信電力の乖離度を判別する。受信臨界値αは、この判別した乖離度に基づいて決定するようにしてもよい。

図３は、このＭＡＣ層３１における受信臨界値αの設定例を示している。ここでいうキャリアセンス閾値は受信感度と同等であるものと仮定する。このとき、送信データフレームの送信電力が標準送信電力と同値である場合には、乖離度が０であるため、受信臨界値としての標準ＣＣＡ−ＳＤ閾値α０を、キャリアセンス閾値に設定する。送信データフレームの送信電力が標準送信電力未満である場合は、受信臨界値αを標準ＣＣＡ−ＳＤ閾値α０より高くなるように設定する。このとき、送信電力が標準送信電力から低くなる方に乖離するにつれて、受信臨界値が受信臨界値を標準ＣＣＡ−ＳＤ閾値から高くなるように設定する。例えば、送信電力が標準送信電力から僅かに低くなる場合には、受信臨界値をα４に設定し、送信電力が標準送信電力からより低くなるにつれて、受信臨界値をα５、α６、・・と高くなるように設定する。この受信臨界値αの設定上限は、CCA＿ED以下とする。ここでいう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。また送信データフレームの送信電力が標準送信電力以上の場合には、受信臨界値αをキャリアセンス閾値とするようにしてもよい。

また図４は、他の受信臨界値の設定例を示している。送信データフレームの送信電力が標準送信電力と同値である場合には、乖離度が０であるため、受信臨界値を標準ＣＣＡ−ＳＤ閾値α０に設定する。この標準ＣＣＡ−ＳＤ閾値α０は、乖離度が０である場合に予め決定しておいた所定の閾値である。このとき送信電力が標準送信電力から低くなる方に乖離するにつれて、受信臨界値が受信臨界値を標準ＣＣＡ−ＳＤ閾値から高くなるように設定する。例えば、送信電力が標準送信電力から僅かに低くなる場合には、受信臨界値をα４に設定し、送信電力が標準送信電力からより低くなるにつれて、受信臨界値をα５、α６、・・と高くなるように設定する。また送信電力が標準送信電力から高くなる方向に乖離するにつれて、受信臨界値が受信臨界値を標準ＣＣＡ−ＳＤ閾値から低くなるように設定する。例えば、送信電力が標準送信電力から僅かに高くなる場合には、受信臨界値をα１に設定し、送信電力が標準送信電力からより高くなるにつれて、受信臨界値をα５、α６、・・と低くなるように設定する。なお、この受信臨界値αの設定例は、上述した形態に限定されるものではなく、受信電力に基づくものであればいかなる方法により決定してもよい。

ちなみに、上述のようにして新たに決定される受信臨界値α０、・・、α６、・・・は、キャリアセンス閾値よりも高く設定される場合を前提としているが、これに限定されるものではなく、設定され得る受信臨界値αの一部がこのキャリアセンス閾値以下となる場合も含まれる。キャリアセンス閾値は、通常のＯＢＳＳ以外の無線信号（例えば(intra-BSS)PPDU等）の受信の可否を判断する閾値である。

ＭＡＣ層３１は、上述の如く受信臨界値αを決定した後、その決定した受信臨界値αを物理層３２へ通知する（ステップＳ１２）。物理層３２は、このＭＡＣ層３１からの通知内容に基づき、実際に設定された受信臨界値αを取得することが可能となる。

次に物理層３２は、受信したＯＢＳＳトラフィック上にある無線信号における受信レベルと、この取得した受信臨界値αとを比較する。その比較の結果、無線信号の受信レベルが受信臨界値αを超える場合には、自らが送信しようとする送信データフレームの送信を待機し、そのままＯＢＳＳトラフィック上にある無線信号及びそのPPDUを受信し続ける。

一方、無線信号の受信レベルが受信臨界値α以下の場合には、自らが送信しようとする送信データフレームの送信を続行する。かかる場合にはステップＳ１３へ移行し、物理層３２からPHY-RXEND.indication (Filtered)プリミティブをＭＡＣ層３１へ通知する。このPHY-RXEND.indication (Filtered)プリミティブには、今回の受信の終了を伝えるメッセージが含まれている。

次にステップＳ１４へ移行し、物理層３２は、PHY-CCA.indication (IDLE)プリミティブを生成してこれをＭＡＣ層３１に通知する。このPHY-CCA.indication (IDLE)プリミティブには、チャネルが空き状態（IDLE状態）となっている旨のメッセージが含まれている。ＭＡＣ層３１は、このPHY-CCA.indication (IDLE)プリミティブを受信することにより、今まで中断していたbackoff time のカウントダウンを再開する。そして、このbackoff timeが０になった場合に、自ら送信しようとする送信データフレームの送信を行うこととなる。

このようにして、本発明によれば、受信した無線信号がＯＢＳＳトラフィック上のものであることを判別した場合には、実際にその無線信号を検知するための受信臨界値αを調整し、調整した受信臨界値αを用いてチャネルがIDLE状態かBUSY状態かを判別する。このとき、自ら送信しようとする送信データフレームの送信電力に基づいてその受信臨界値αを決定することができる。即ち、送信データフレームの送信電力が小さい場合には、受信臨界値αを高くすることで、受信した無線信号の受信電力がよほど大きくない限り検知されることがなく、IDLE状態と判別される可能性が高くすることができる。つまり、自ら送信しようとする送信データフレームの送信電力が小さい場合には、その分において相手側の通信に干渉を与える可能性が低くなる。このため、IDLE状態と判別される可能性を高くすることで相手側の通信を許容しつつ、自らの通信も同時に行うこととなる。

一方、送信データフレームの送信電力が大きい場合には、受信臨界値αを低くすることで、受信した無線信号の受信電力が少しでも高い場合にはすぐにその受信臨界値αを超えてしまい、BUSY状態と判別される可能性が高くなる。つまり、自ら送信しようとする送信データフレームの送信電力が大きい場合には、その分において相手側の通信に干渉を与える可能性が高くなる。このため、BUSY状態と判別される可能性を高くすることで自らの通信を抑制する。

また、ＯＢＳＳトラフィックでないことを判別した場合で、かつ、検出したPPDUが無線通信ネットワーク１０間の(inter-BSS)PPDUである旨を識別した場合には、ダイナミック的にキャリアセンス閾値を調整することなく、デフォルトのキャリアセンス閾値に基づいて、受信の有無を判別する。これにより、(inter-BSS)PPDUについては、よりBUSY状態である旨が判別されることで、通信干渉をより確実に防止することができる。

なお、上述した実施の形態においては、処理動作主体が無線通信ネットワーク１０ａを構成する基地局３ａである場合を例にとり説明をしたが、当該処理動作主体が無線通信ネットワーク１０ａにおける無線端末２ａ、無線通信ネットワーク１０ｂにおける無線端末２ｂ、３ｂの場合も同様である。

上述の如き処理動作を実現するために、本発明によれば、ＭＡＣ層３１側において送信電力に基づいて受信臨界値αを最適化し、これを物理層３２に通知するフローを新たに導入している。これにより、キャリアセンス閾値をダイナミックに変動させるいわゆるダイナミックキャリアセンスに効率的に機能させることができる。即ち、ＯＢＳＳトラフィック上の無線信号を受信した場合には、通常のキャリアセンス閾値よりも高めの受信臨界値αをダイナミックに変動させることにより、ＯＢＳＳの場合には、受信電力が通常よりも高めであってもIDLE状態と判別して自らの送信フレームデータを送信する機会を高くすることができる。その結果、基地局３や無線端末２がＯＢＳＳの影響により自らの通信機会が減少してしまうのを防止することが可能となる。

本発明では、基地局３や無線端末２が高密度に設置される環境下において、高効率的なＭＡＣ層３１及び物理層３２のクロスレイヤ設計を実現することができ、効率的にダイナミックキャリアセンスを機能させることができる。その結果、ＯＢＳＳの影響でメディアアクセスを控える状況が抑えつつ自らの送信機会を増加させることができ、ひいては無線通信システム１全体のパフォーマンスを改善すること可能となる。

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
３１ＭＡＣ層
３２物理層
４１プリアンブル
４２物理ヘッダ
４３実データ

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ＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式に基づいて無線通信を行う無線通信システムにおいて、
上記基地局又は上記無線端末は、
自らがデータの送信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、無線信号を受信した場合、当該無線信号が自らが属する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、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力に基づいて受信臨界値を設定する受信臨界値設定手段と、
受信した上記無線信号における受信レベルと、上記受信臨界値設定手段により設定された受信臨界値を比較する比較手段と、
上記比較手段による比較の結果、上記受信レベルが上記受信臨界値を超える場合には、上記送信データフレームの送信を待機し、上記受信レベルが上記受信臨界値以下の場合には、上記送信データフレームの送信処理を続行する送信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判別手段は、上記無線信号を受信した場合において、上記送信データフレームの送信のために上記ＣＳＭＡ／ＣＡ方式に基づいて行われるbackoff timeのカウントダウンを一時的に停止すること
を特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
上記受信レベルが上記受信臨界値以下の場合には、一時的に停止させていたbackoff timeのカウントダウンを再開することにより、上記送信データフレームの送信処理を続行すること
を特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
上記受信臨界値設定手段は、ＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合には、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力と、標準送信電力とを比較し、上記送信電力に対する標準送信電力の乖離度に基づいて、上記受信臨界値を決定すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載の無線通信システム。
上記ＯＢＳＳ判別手段及び上記受信臨界値設定手段は、ＭＡＣ層において行われ、
上記ＭＡＣ層は、上記受信臨界値設定手段において生成した上記受信臨界値を、上記比較手段に動作を行う物理層に通知すること
を特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項に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において一以上の無線端末と基地局間でＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）／ＣＡ（Collision Avoidance）方式に基づいて無線通信を行う無線通信方法であって、
上記基地局又は上記無線端末において、自らがデータの送信を行うためのチャネルの空き状況を確認する際に、無線信号を受信した場合、当該無線信号が自らが属する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判別ステップにより、ＯＢＳＳトラフィックである旨が判別された場合には、自らが送信しようとする送信データフレームの送信電力に基づいて受信臨界値を設定する受信臨界値設定ステップと、
受信した上記無線信号における受信レベルと、上記設定された受信臨界値を比較する比較ステップと、
上記比較ステップによる比較の結果、上記受信レベルが上記受信臨界値を超える場合には、上記送信データフレームの送信を待機し、上記受信レベルが上記受信臨界値以下の場合には、上記送信データフレームの送信処理を続行する送信ステップとを有すること
を特徴とする無線通信方法。