JP5529246B1

JP5529246B1 - 無線通信システム、無線通信制御装置および無線通信制御方法

Info

Publication number: JP5529246B1
Application number: JP2012270160A
Authority: JP
Inventors: 房夫布; 喜代彦糸川; 俊之新宅
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: JP2014116826A

Abstract

【課題】複数の無線基地局が同一周波数チャネルを使用しながら干渉を回避し、システム全体で伝送に必要となる時間を短縮する。
【解決手段】複数の無線基地局の中で現在送信中の無線基地局を示し、かつ送信開始／終了ごとに更新される送信基地局マップと、無線基地局ごとに、その無線基地局が送信すると干渉になる無線基地局を示す干渉基地局マップと、メッセージの送信を要求する送信要求を入力し、送信基地局マップと、当該メッセージを送信する無線基地局における干渉基地局マップとを比較し、当該メッセージを送信すると干渉になる無線基地局が現在送信中であれば送信不可とし、現在送信中でなければ送信可とする判断を行う送信可否判断部と、送信可のときに当該メッセージを送信させ、送信不可のときに当該メッセージの送信を抑制する送信処理部とを含む送信制御手段とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の無線基地局が同一周波数チャネルを使用しながら干渉を回避する無線通信システム、無線通信制御装置および無線通信制御方法に関する。

通信エリアを面的展開した無線通信システムにおいて、通信エリア（セル) 間の干渉を抑制するために、隣接する通信エリアで互いに異なる周波数チャネルを使用し、かつ干渉にならない離れた通信エリアでは同一周波数チャネルを再利用する無線通信システムがある（非特許文献１）。また、このような無線通信システムにおいて、効率的な周波数配置方法の検討も進められている（非特許文献２）。

一方、災害時などに用いる業務用無線通信システムでは、通信に割り当てられた周波数帯域が狭く、干渉回避のために隣接する通信エリアで互いに異なる周波数チャネルを割り当てることが困難なため、同一周波数チャネルを用いて面的展開をせざるを得ない。同一周波数チャネルを用いながら干渉を抑制する方法としては、干渉にならない無線基地局同士をグループ化し、同一時間に単一のグループに属する無線基地局にのみ送信を許可する方法がある。

図６は、同一周波数チャネルを用いる従来の無線通信システムのグループ割り当て例を示す。
図６において、無線通信システムは、無線基地局＃１〜＃15のうち同時にメッセージを送信しても干渉しない（ここでは互いに隣接しない）無線基地局を１つのグループにまとめ、全体で３つのグループを形成する。グループ１は無線基地局＃１，＃６，＃７，＃12，＃13とし、グループ２は無線基地局＃２，＃４，＃８，＃10，＃14とし、グループ３は無線基地局＃３，＃５，＃９，＃11，＃15とする。送信は、グループごとに時分割で行われる。１つのグループに属するすべての無線基地局がメッセージ送信完了後に、次のグループがメッセージを送信することにより、異なるグループの無線基地局が同時に送信することはなく、干渉を回避することができる。各グループに複数の無線基地局が属している場合、各無線基地局はパラレルにメッセージを送信する。１つの無線基地局が複数の端末を収容し、これらに送信する複数のメッセージがある場合、各メッセージはシリアルに送信される。

また、特許文献１には、複数の無線基地局で同一無線チャネル、同一時間で送信するが、相互に干渉しない通信方式を用いる方法が示されている。しかし、干渉を抑制するために高度でかつ複数の通信方式を無線基地局およびその配下の端末に実装する必要があり、技術的に複雑でありかつシステム構築コストが増加する課題がある。

特開平１１−２８５０６１号公報

http://www.ieice-hbkb.org/files/04/04gun 03hen 02.pdf#page=2、2-1-2 セル構成 (3) 繰り返しパターン 2012年電子情報通信学会総合大会B-5-28、「ＦＦＲを用いた基地局連携セル間干渉キャンセラのチャネル推定誤差環境下における特性評価」

図６に示す無線通信システムにおけるグループごとの送信時間は、グループに属する無線基地局のうち、最も多くの送信メッセージをもつ、すなわち最も多くの端末を収容する無線基地局の送信時間によって決まる。

例えば図７に示すように、各無線基地局＃ｉが収容する端末数をＮ(#i)として、Ｎ(#3)＝１、Ｎ(#5)＝４、Ｎ(#10) ＝４、Ｎ(#12) ＝３の場合を想定する。ここで、グループ１（＃１，＃６，＃７，＃12，＃13）の送信時間は、最も多くの端末を収容する無線基地局＃12の端末数３に対応する送信時間となる。グループ２（＃２，＃４，＃８，＃10，＃14）の送信時間は、最も多くの端末を収容する無線基地局＃10の端末数４に対応する送信時間となる。グループ３（＃３，＃５，＃９，＃11，＃15）の送信時間は、最も多くの端末を収容する無線基地局＃５の端末数４に対応する送信時間となる。

このすべてのグループの送信が完了するには、各グループの送信時間の和となり、無線基地局＃12の送信時間＋無線基地局＃10の送信時間＋無線基地局＃５の送信時間となる。端末当たりに必要となる送信時間をＴとすると、すべてのグループの送信が完了する時間は（３＋４＋４）×Ｔとなる。例えば、グループの数を10、無線基地局当たりの最大収容端末数を50、端末当たりに必要となる送信時間を５秒とすると、すべてのグループの送信が完了する１サイクルの時間は、10×50×５＝2500秒、約42分となる。

ところで、図６および図７に示す無線通信システムではグループごとに送信を行うが、グループを構成するすべての無線基地局が送信するわけではなく、収容する端末や送信メッセージがない無線基地局は送信しない。図７の例では、グループ２の無線基地局＃10が送信するとき、その他の無線基地局＃２，＃４，＃８，＃14は送信しないが、グループ２の各無線基地局に隣接するグループ１およびグループ３の無線基地局はすべて送信が禁止される。すなわち、グループ２の無線基地局＃10が送信するときに干渉を起すのは、無線基地局＃７，＃11，＃13のみであり、グループ１およびグループ３のその他の無線基地局は送信しても干渉を起さないにもかかわらず、送信が禁止されている。

このように、従来はグループごとに送信を行い、当該グループに隣接するグループの無線基地局は一律に送信が禁止される。また、あるグループの送信にかかる時間は、グループ内の無線基地局のうち最も多くの送信メッセージをもつ無線基地局の送信時間によって決まり、グループ全体の送信メッセージが少ない場合（送信しない無線基地局がある場合）でも伝送時間が長くなることがある。そのため、無線通信システム全体では、グループ数およびグループを構成する無線基地局数に応じて送信待ち時間が増え、スループットが低下する問題があった。

本発明は、複数の無線基地局が同一周波数チャネルを使用し、それぞれの通信エリア内の端末にメッセージを送信する無線通信システムにおいて、干渉を回避しつつシステム全体で伝送に必要となる時間を短縮することができる無線通信システム、無線通信制御装置および無線通信制御方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数の無線基地局が同一周波数チャネルを使用し、それぞれの通信エリア内の端末にメッセージを送信する無線通信システムにおいて、複数の無線基地局の中で現在送信中の無線基地局を示し、かつ送信開始および送信終了ごとに更新される送信基地局マップと、無線基地局ごとに、その無線基地局が送信すると干渉になる無線基地局を示す干渉基地局マップと、複数の無線基地局のいずれかの無線基地局からメッセージの送信を要求する送信要求を入力し、送信基地局マップと、当該メッセージを送信する無線基地局における干渉基地局マップとを比較し、当該メッセージを送信すると干渉になる無線基地局が現在送信中であれば送信不可とし、現在送信中でなければ送信可とする判断を行う送信可否判断部と、送信可のときに当該メッセージを送信させ、送信不可のときに当該メッセージの送信を抑制する送信処理部とを含む送信制御手段とを備える。

第２の発明は、複数の無線基地局が同一周波数チャネルを使用し、それぞれの通信エリア内の端末にメッセージを送信する無線通信システムに備えられ、当該メッセージを送信する無線基地局の与干渉の有無に応じて送信可否を制御する無線通信制御装置において、複数の無線基地局の中で現在送信中の無線基地局を示し、かつ送信開始および送信終了ごとに更新される送信基地局マップと、無線基地局ごとに、その無線基地局が送信すると干渉になる無線基地局を示す干渉基地局マップと、複数の無線基地局のいずれかの無線基地局からメッセージの送信を要求する送信要求を入力し、送信基地局マップと、当該メッセージを送信する無線基地局における干渉基地局マップとを比較し、当該メッセージを送信すると干渉になる無線基地局が現在送信中であれば送信不可とし、現在送信中でなければ送信可とする判断を行う送信可否判断部と、送信可のときに当該メッセージを送信させ、送信不可のときに当該メッセージの送信を抑制する送信処理部とを含む送信制御手段とを備える。

第２の発明の無線通信制御装置において、送信制御手段は、送信要求が複数あるときに、送信可否判断部と送信処理部とを並列に実行する構成である。

第２の発明の無線通信制御装置において、送信制御手段の送信可否判断部は、送信要求を送信待ちキューで保持し、送信不可となったメッセージの送信要求を送信待ちキューに戻す構成である。

第２の発明の無線通信制御装置において、送信制御手段の送信処理部は、メッセージの送信が失敗したときに送信回数をカウントアップし、当該送信回数が上限値に達していないときに、送信失敗となったメッセージの送信要求を送信待ちキューに戻す構成である。

第３の発明は、複数の無線基地局が同一周波数チャネルを使用し、それぞれの通信エリア内の端末にメッセージを送信する無線通信システムであって、当該メッセージを送信する無線基地局の与干渉の有無に応じて送信可否を制御する無線通信制御方法において、複数の無線基地局の中で現在送信中の無線基地局を示し、かつ送信開始および送信終了ごとに更新される送信基地局マップと、無線基地局ごとに、その無線基地局が送信すると干渉になる無線基地局を示す干渉基地局マップとを有し、複数の無線基地局のいずれかの無線基地局からメッセージの送信を要求する送信要求を入力し、送信基地局マップと、当該メッセージを送信する無線基地局における干渉基地局マップとを比較し、当該メッセージを送信すると干渉になる無線基地局が現在送信中であれば送信不可とし、現在送信中でなければ送信可とする判断を行い、送信可のときに当該メッセージを送信させ、送信不可のときに当該メッセージの送信を抑制する。

第３の発明の無線通信制御方法において、送信要求が複数あるときに、送信可否を判断する処理とメッセージの送信／抑制の処理とを並列に実行する。

本発明は、メッセージを送信すると干渉になる無線基地局が現在送信中であれば送信不可とし、現在送信中でなければ送信可とする制御を行うことにより、同一周波数チャネルを用いる複数の無線基地局をグループ化せずに与干渉を回避しながら効率的な送信処理を実現することができる。

本発明の無線通信システムの実施例構成を示す図である。メッセージ送信サーバ13の機能を説明する図である。無線基地局＃10が送信中のときに無線基地局＃５の送信可否を判断する例を示す図である。無線基地局＃５，＃10が送信中のときに無線基地局＃８の送信可否を判断する例を示す図である。メッセージ送信サーバ１３の送信制御部の構成例および処理手順を示す図である。同一周波数チャネルを用いる従来の無線通信システムのグループ割り当て例を示す図である。同一周波数チャネルを用いる従来の無線通信システムの課題を説明する図である。

図１は、本発明の無線通信システムの実施例構成を示す。
図１において、無線通信システムは、無線基地局１１，１２、メッセージ送信サーバ１３および遠隔制御装置１４がＩＰネットワーク１５を介して接続される構成である。メッセージ送信サーバ１３は、遠隔制御装置１４からのメッセージ送信要求に対して、各無線基地局１１，１２を介してそれぞれの通信エリア内の端末１６，１７にメッセージを送信する制御を行う。ここで、無線基地局１１，１２は同一無線チャネルを用いており、相互に干渉が発生しないようにメッセージ送信サーバ１３によって送信タイミングが制御される。

図２は、メッセージ送信サーバ１３の機能を示す。
図２において、メッセージ送信サーバ１３は、無線通信システムを構成する全無線基地局の中で現在送信中の無線基地局を示す送信基地局マップと、無線通信システムを構成する無線基地局ごとに、その無線基地局が送信すると干渉になる無線基地局を示す干渉基地局マップとを備える。

送信基地局マップは、無線通信システム内で現在送信中の無線基地局の該当個所に「１」が表示されるものであり、無線基地局の送信開始および送信停止ごとに更新される。すなわち、送信を開始した無線基地局の該当個所が「０」から「１」に変更され、送信を停止した無線基地局の該当個所が「１」から「０」に変更される。図２に示す送信基地局マップ(1) は無線基地局＃10が送信中を示し、送信基地局マップ(2) は無線基地局＃10が送信中のときに無線基地局＃５が送信を開始した状況を示し、送信基地局マップ(3) は無線基地局＃10が送信を停止したが無線基地局＃５が送信中の状況を示す。

干渉基地局マップは、無線通信システムを構成する無線基地局についてそれぞれ予め登録される。図２に示す干渉基地局マップは無線基地局＃５の例であり、無線基地局＃５が送信すると干渉になる（ここでは隣接する）無線基地局＃１，＃２，＃４，＃６，＃７，＃８の該当個所に「１」が表示され、干渉にならない無線基地局＃３，＃５，＃９，＃10，＃11，＃12の該当個所に「０」が表示される。

メッセージ送信サーバ１３では、無線基地局＃ｉから送信すべきメッセージが発生し、無線基地局＃ｉの送信可否を判断するために、送信基地局マップと無線基地局＃ｉの干渉基地局マップとを比較し、干渉とならない場合は送信し、干渉となる場合は送信を延期する。

図３は、無線基地局＃10が送信中のときに無線基地局＃５の送信可否を判断する例を示す。送信基地局マップと無線基地局＃５の干渉基地局マップの論理積（ＡＮＤ）を計算し、すべてが「０」であるので無線基地局＃５の送信は可能と判断する。

図４は、無線基地局＃５，＃10が送信中のときに無線基地局＃８の送信可否を判断する例を示す。送信基地局マップと無線基地局＃８の干渉基地局マップの論理積（ＡＮＤ）を計算し、「１」となる個所があることから無線基地局＃８の送信は不可と判断する。このＡＮＤ結果の「１」は、無線基地局＃８が送信すると干渉となる無線基地局の中に、現在送信中の無線基地局＃５があることを示している。

図５は、メッセージ送信サーバ１３の送信制御部の構成例および処理手順を示す。図５(1) は送信制御部の構成、図５(2) は送信可否判断部２２の処理手順、図５(3) は送信処理部２３の処理手順を示す。

メッセージ送信サーバ１３の送信制御部は、送信待ちキュー２１、送信可否判断部２２および送信処理部２３により構成される。送信すべきメッセージが発生すると、送信情報を作成して送信待ちキュー２１に入れる。送信情報は、送信メッセージ、送信する無線基地局、送信回数、等により構成される。送信待ちキュー２１に送信情報があれば、その先頭の送信情報が送信可否判断部２２に出力される。送信可否判断部２２は、送信基地局マップおよび干渉基地局マップを比較し（Ｓ１）、図２〜図４を参照して説明したアルゴリズムにより送信可否を判断する（Ｓ２）。ここで、送信可であれば、送信基地局マップを更新し（Ｓ３）、送信情報を送信処理部２３に出力する（Ｓ４）。一方、送信不可であれば、送信情報を送信待ちキュー２１の最後尾に入れる（Ｓ５）。

送信処理部２３は、送信可と判断された送信情報を入力し、送信情報に含まれる無線基地局から送信メッセージを送信してＡＣＫ処理を行い（Ｓ６，Ｓ８）、送信基地局マップを更新する（Ｓ７）。ここで、送信成功であれば処理を終了する。送信失敗であれば、送信回数が上限値に達しているか否かを判定し（Ｓ９）、送信回数が上限値に達していれば処理を終了する。送信回数が上限値に達していなければ、送信情報の送信回数をカウントアップし（Ｓ10）、送信情報を送信待ちキュー２１の最後尾に入れる（Ｓ11）。なお、ステップＳ９とステップＳ10の処理の順番は逆でもよい。

なお、送信可否判断部２２と送信処理部２３は並列に動作し、送信可能なメッセージが複数ある場合は、複数の送信可否判断処理と送信処理が並列に実行される。

１１，１２無線基地局
１３メッセージ送信サーバ
１４遠隔制御装置
１５ＩＰネットワーク
１６，１７端末
２１送信待ちキュー
２２送信可否判断部
２３送信処理部

Claims

複数の無線基地局が同一周波数チャネルを使用し、それぞれの通信エリア内の端末にメッセージを送信する無線通信システムにおいて、
前記複数の無線基地局の中で現在送信中の無線基地局を示し、かつ送信開始および送信終了ごとに更新される送信基地局マップと、
前記無線基地局ごとに、その無線基地局が送信すると干渉になる無線基地局を示す干渉基地局マップと、
前記複数の無線基地局のいずれかの無線基地局からメッセージの送信を要求する送信要求を入力し、前記送信基地局マップと、当該メッセージを送信する無線基地局における前記干渉基地局マップとを比較し、当該メッセージを送信すると干渉になる無線基地局が現在送信中であれば送信不可とし、現在送信中でなければ送信可とする判断を行う送信可否判断部と、送信可のときに当該メッセージを送信させ、送信不可のときに当該メッセージの送信を抑制する送信処理部とを含む送信制御手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
複数の無線基地局が同一周波数チャネルを使用し、それぞれの通信エリア内の端末にメッセージを送信する無線通信システムに備えられ、当該メッセージを送信する無線基地局の与干渉の有無に応じて送信可否を制御する無線通信制御装置において、
前記複数の無線基地局の中で現在送信中の無線基地局を示し、かつ送信開始および送信終了ごとに更新される送信基地局マップと、
前記無線基地局ごとに、その無線基地局が送信すると干渉になる無線基地局を示す干渉基地局マップと、
前記複数の無線基地局のいずれかの無線基地局からメッセージの送信を要求する送信要求を入力し、前記送信基地局マップと、当該メッセージを送信する無線基地局における前記干渉基地局マップとを比較し、当該メッセージを送信すると干渉になる無線基地局が現在送信中であれば送信不可とし、現在送信中でなければ送信可とする判断を行う送信可否判断部と、送信可のときに当該メッセージを送信させ、送信不可のときに当該メッセージの送信を抑制する送信処理部とを含む送信制御手段と
を備えたことを特徴とする無線通信制御装置。
請求項２に記載の無線通信制御装置において、
前記送信制御手段は、前記送信要求が複数あるときに、前記送信可否判断部と前記送信処理部とを並列に実行する構成である
ことを特徴とする無線通信制御装置。
請求項２に記載の無線通信制御装置において、
前記送信制御手段の送信可否判断部は、前記送信要求を送信待ちキューで保持し、前記送信不可となったメッセージの送信要求を送信待ちキューに戻す構成である
ことを特徴とする無線通信制御装置。
請求項４に記載の無線通信制御装置において、
前記送信制御手段の送信処理部は、前記メッセージの送信が失敗したときに送信回数をカウントアップし、当該送信回数が上限値に達していないときに、送信失敗となったメッセージの送信要求を送信待ちキューに戻す構成である
ことを特徴とする無線通信制御装置。
複数の無線基地局が同一周波数チャネルを使用し、それぞれの通信エリア内の端末にメッセージを送信する無線通信システムであって、当該メッセージを送信する無線基地局の与干渉の有無に応じて送信可否を制御する無線通信制御方法において、
前記複数の無線基地局の中で現在送信中の無線基地局を示し、かつ送信開始および送信終了ごとに更新される送信基地局マップと、前記無線基地局ごとに、その無線基地局が送信すると干渉になる無線基地局を示す干渉基地局マップとを有し、
前記複数の無線基地局のいずれかの無線基地局からメッセージの送信を要求する送信要求を入力し、前記送信基地局マップと、当該メッセージを送信する無線基地局における前記干渉基地局マップとを比較し、当該メッセージを送信すると干渉になる無線基地局が現在送信中であれば送信不可とし、現在送信中でなければ送信可とする判断を行い、送信可のときに当該メッセージを送信させ、送信不可のときに当該メッセージの送信を抑制する
ことを特徴とする無線通信制御方法。
請求項６に記載の無線通信制御方法において、
前記送信要求が複数あるときに、前記送信可否を判断する処理と前記メッセージの送信／抑制の処理とを並列に実行する
ことを特徴とする無線通信制御方法。