JP5754815B2 - Wireless communication system and wireless communication method - Google Patents

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Description

本発明は、複数の端末からアクセスポイントへの上りリンク通信を行う無線通信システム、及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 for performing uplink communication from a plurality of terminals to an access point.

無線通信では、限られた周波数資源の中で膨大な数の端末を収容し、高品質な通信サービスを提供するために、周波数資源の利用効率を向上することが望まれている。このため、例えばアンライセンスバンドにて周波数共用を図るための自律分散型媒体アクセス制御方式として、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance、衝突回避機能付きキャリア感知多重アクセス)方式が用いられている(例えば非特許文献1参照)。非特許文献1において、DCF(Distributed Coordination Function)として規定されているCSMA/CA方式では、各端末は、確率的に均等に送信権を獲得し、送信権を獲得した端末が無線リソースを占有して伝送する。この場合、送信権の獲得は各端末の伝搬路状況とは無関係であり、獲得した無線リソースは単一の端末が占有する。このため、時間選択性フェージング環境下、及び周波数選択性フェージング環境下では、十分に高い周波数利用効率が得られずに無線リソースを十分に有効に利用することができず、高いスループットを得ることができない。   In wireless communication, it is desired to improve the use efficiency of frequency resources in order to accommodate a huge number of terminals in a limited frequency resource and provide a high-quality communication service. For this reason, for example, a CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) method is used as an autonomous distributed medium access control method for frequency sharing in an unlicensed band. (For example, refer nonpatent literature 1). In Non-Patent Document 1, in the CSMA / CA system defined as DCF (Distributed Coordination Function), each terminal acquires a transmission right in a random manner, and the terminal that has acquired the transmission right occupies radio resources. And transmit. In this case, acquisition of the transmission right is irrelevant to the propagation path status of each terminal, and a single terminal occupies the acquired radio resource. For this reason, in a time selective fading environment and a frequency selective fading environment, sufficiently high frequency utilization efficiency cannot be obtained, and radio resources cannot be utilized sufficiently effectively, and high throughput can be obtained. Can not.

一方、上述のようなフェージング環境下において、伝搬路状況の良好な端末が送信権を獲得し易くする優先制御型CSMA/CAを導入することによりスループットの向上を図る手法が提案されている(例えば非特許文献2参照)。しかし、この手法の場合、伝搬路状況が良好な端末ほど、より送信権を獲得し易くなり、端末によって送信権獲得頻度が異なる。また、非特許文献1と同様、獲得した無線リソースは、単一の端末が占有することから、周波数選択性フェージング環境下では、部分的に利得の低い周波数帯域が存在し、無線リソースを十分に活用できず、高いスループットを得ることはできない。   On the other hand, in the fading environment as described above, a technique for improving throughput by introducing priority control type CSMA / CA that facilitates acquisition of a transmission right by a terminal having a good propagation path condition has been proposed (for example, Non-patent document 2). However, in the case of this method, the transmission right is more easily acquired as the terminal has a better propagation path condition, and the transmission right acquisition frequency varies depending on the terminal. Similarly to Non-Patent Document 1, since a single terminal occupies the acquired radio resource, there is a partially low frequency band in the frequency-selective fading environment, and the radio resource is sufficient. It cannot be used and high throughput cannot be obtained.

IEEE 802.11-2007, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) SpecificationsIEEE 802.11-2007, IEEE Standard for Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications Chan-soo Hwang, John M. Cioffi , “Opportunistic CSMA/CA for achieving multi-user diversity in wireless LAN IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 8, no. 6, pp. 2972 - 2982, June 2009.Chan-soo Hwang, John M. Cioffi, “Opportunistic CSMA / CA for achieving multi-user diversity in wireless LAN IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 8, no. 6, pp. 2972-2982, June 2009.

上述のように、非特許文献1、及び2による無線通信方法では、送信権の獲得は、各端末の伝搬路状況を十分考慮しておらず、単一の端末が獲得した無線リソースを占有することから、時間選択性、周波数選択性、及び空間選択性フェージング環境下では、無線リソースを十分に有効に利用することができず、高いスループットを得ることはできないという問題がある。   As described above, in the wireless communication methods according to Non-Patent Documents 1 and 2, acquisition of a transmission right does not sufficiently consider the propagation path status of each terminal, and occupies the wireless resources acquired by a single terminal. For this reason, there is a problem in that radio resources cannot be used sufficiently effectively and high throughput cannot be obtained under a time selective, frequency selective, and spatial selective fading environment.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、無線リソースを有効利用し、スループットを高めることができる無線通信システム、及び無線通信方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a radio communication system and a radio communication method capable of effectively using radio resources and increasing throughput.

上述した課題を解決するために、本発明は、複数の端末からアクセスポイントに対して情報伝送を行う上りリンクマルチユーザ通信を行う無線通信システムであって、前記複数の端末は、少なくとも1回以上のキャリアセンスを実施するキャリアセンス実行部と、前記キャリアセンス実行部によるキャリアセンスに応じて、前記アクセスポイントからサブチャネルが割当てられたか否かを判定するサブチャネル割当判定部と、前記サブチャネル割当判定部によりサブチャネルが割当てられていないと判定された場合に、前記キャリアセンス実行部による2回目以降のキャリアセンスのランダムバックオフ時間を決定するランダムバックオフ時間決定部とを備え、前記アクセスポイントは、前記端末からのキャリアセンスに応じて、空きサブチャネルがあるか否かを判定する空きサブチャネル判定部と、前記サブチャネル判定部により空きチャネルがあると判定された場合に、空きサブチャネルの中から、送信権を獲得した端末に割当てるサブチャネルを決定するサブチャネル決定部とを備えることを特徴とする無線通信システムである。   In order to solve the above-described problem, the present invention is a wireless communication system that performs uplink multi-user communication in which information is transmitted from a plurality of terminals to an access point, and the plurality of terminals are at least once or more. A carrier sense execution unit that performs carrier sense of the sub-channel, a sub-channel assignment determination unit that determines whether a sub-channel is assigned from the access point according to carrier sense by the carrier sense execution unit, and the sub-channel assignment A random backoff time determination unit that determines a random backoff time of carrier sense for the second and subsequent times by the carrier sense execution unit when the determination unit determines that a subchannel is not allocated, and the access point Is a free sub-channel according to the carrier sense from the terminal. A free subchannel determination unit that determines whether or not there is a channel, and a subchannel that is assigned to a terminal that has acquired a transmission right from the free subchannels when the subchannel determination unit determines that there is a free channel And a sub-channel determination unit that determines a sub-channel.

本発明は、上記の発明において、前記空きサブチャネル判定部は、時間軸、周波数軸、空間軸、もしくはそれらの組合せに従って、通信チャネルをサブチャネルに分割し、各サブチャネルの伝搬路状況に基づいて、割当てられていない空きサブチャネルを決定することを特徴とする。   According to the present invention, in the above invention, the empty subchannel determination unit divides the communication channel into subchannels according to a time axis, a frequency axis, a spatial axis, or a combination thereof, and is based on a propagation path condition of each subchannel. Thus, an unassigned free subchannel is determined.

本発明は、上記の発明において、前記ランダムバックオフ時間決定部は、空きサブチャネルの伝搬路状況が良好であるほど短くなるように、キャリアセンスのランダムバックオフ時間を決定することを特徴とする。   The present invention is characterized in that, in the above invention, the random back-off time determination unit determines the random back-off time of carrier sense so that the better the propagation path condition of the empty sub-channel, the shorter it becomes. .

また、上述した課題を解決するために、本発明は、複数の端末からアクセスポイントに対して情報伝送を行う上りリンクマルチユーザ通信を行う無線通信方法であって、前記複数の端末が、1回目のキャリアセンスを実施するステップと、前記複数の端末が、キャリアセンスに応じて、前記アクセスポイントからサブチャネルが割当てられたか否かを判定するステップと、前記複数の端末が、サブチャネルが割当てられていないと判定された場合に、前記キャリアセンスのランダムバックオフ時間を決定するステップと、前記複数の端末が、前記ランダムバックオフ時間に基づいて、2回目以降のキャリアセンスを実施するステップと、前記アクセスポイントが、前記端末からのキャリアセンスに応じて、空きサブチャネルがあるか否かを判定するステップと、前記アクセスポイントが、空きチャネルがあると判定された場合に、空きサブチャネルの中から、送信権を獲得した端末に割当てるサブチャネルを決定するステップとを含むことを特徴とする無線通信方法である。   In order to solve the above-described problem, the present invention provides a wireless communication method for performing uplink multi-user communication in which information is transmitted from a plurality of terminals to an access point. Performing the carrier sense of the plurality of terminals, determining whether the plurality of terminals are assigned subchannels from the access point according to carrier sense, and assigning the subchannels to the plurality of terminals. Determining a random backoff time of the carrier sense when it is determined that it is not, a step of performing the second and subsequent carrier senses based on the random backoff time when the plurality of terminals, The access point determines whether there is a free subchannel according to the carrier sense from the terminal. And a step of determining a subchannel to be allocated to a terminal that has acquired a transmission right from among the free subchannels when the access point determines that there is a free channel. It is a communication method.

この発明によれば、無線リソースの有効利用を図り、スループットを高めることができる。   According to the present invention, it is possible to effectively use radio resources and increase throughput.

本実施形態によるアクセスポイント(基地局)AP、及び端末の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of access point (base station) AP and a terminal by this embodiment. 本実施形態によるアクセスポイントAP、及び端末の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement of access point AP and a terminal by this embodiment. 本実施形態において、IEEE802.11無線LANシステムへ適用した具体的な通信プロトコルを示す概念図である。In this embodiment, it is a conceptual diagram which shows the concrete communication protocol applied to the IEEE802.11 wireless LAN system. 本実施形態において、空きサブチャネル有無の判定方法の例を示す概念図である。In this embodiment, it is a conceptual diagram which shows the example of the determination method of the presence or absence of an empty subchannel. 本実施形態において、空きサブチャネルの伝搬路状況とランダムバックオフ時間との関係を示す概念図である。In this embodiment, it is a conceptual diagram which shows the relationship between the propagation path condition of an empty subchannel, and random backoff time. 本実施形態において、サブチャネルの割当方法の例を示す概念図である。In this embodiment, it is a conceptual diagram which shows the example of the allocation method of a subchannel. 従来技術のMAC(Media Access Control)プロトコルを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the MAC (Media Access Control) protocol of a prior art. 本発明と従来技術における、端末数と最大スループットの関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the number of terminals and maximum throughput in this invention and a prior art.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
A.実施形態
図1は、本実施形態の無線通信システムにおけるアクセスポイント(基地局)AP、及び端末の主要構成を示すブロック図である。図1において、アクセスポイントAPは、空きサブチャネル判定部10と、サブチャネル決定部11と、マルチユーザ伝送成否応答部12とを備えている。空きサブチャネル判定部10は、各端末からのキャリアセンスに応じて、各サブチャネルの伝搬路状況から空きサブチャネルがあるか否かを判定する。サブチャネル決定部11は、空きサブチャネルの中から、送信権を獲得した端末に割当てるサブチャネルを決定する。マルチユーザ伝送成否応答部12は、複数の端末から上りリンクマルチユーザ伝送の成否を応答する(ACKの送信)。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
A. Embodiment FIG. 1 is a block diagram showing main configurations of an access point (base station) AP and a terminal in a wireless communication system of the present embodiment. In FIG. 1, the access point AP includes a free subchannel determination unit 10, a subchannel determination unit 11, and a multiuser transmission success / failure response unit 12. The free subchannel determination unit 10 determines whether there is a free subchannel from the propagation path status of each subchannel, according to carrier sense from each terminal. The subchannel determination unit 11 determines a subchannel to be allocated to the terminal that has acquired the transmission right from among the free subchannels. The multiuser transmission success / failure response unit 12 responds to the success / failure of uplink multiuser transmission from a plurality of terminals (transmission of ACK).

端末#1、#2(本実施形態では2つの端末を想定)は、キャリアセンス実行部20と、サブチャネル割当判定部21と、ランダムバックオフ時間決定部22とを備えている。キャリアセンス実行部20は、1回目に通常のキャリアセンスを実行し、該キャリアセンスでサブチャネルを獲得できない場合には、後述するランダムバックオフ時間に従って、サブチャネルを獲得できるまで、キャリアセンスを繰り返し実行する。サブチャネル割当判定部21は、キャリアセンス実行部20によるキャリアセンスに応じて、アクセスポイントAPによってサブチャネルが割当てられたか否かを判定する。ランダムバックオフ時間決定部22は、サブチャネルが割当てられない場合に、空きサブチャネルの伝搬路状況(受信SNRなど)が良好であるほど短くなるようにランダムバックオフ時間を決定する。   Terminals # 1 and # 2 (assuming two terminals in this embodiment) include a carrier sense execution unit 20, a subchannel allocation determination unit 21, and a random backoff time determination unit 22. The carrier sense execution unit 20 executes normal carrier sense for the first time, and if the carrier sense cannot acquire a subchannel, repeats carrier sense until a subchannel can be acquired according to a random backoff time described later. Run. The subchannel allocation determination unit 21 determines whether a subchannel is allocated by the access point AP according to the carrier sense by the carrier sense execution unit 20. The random back-off time determination unit 22 determines the random back-off time so that the sub-channel is not allocated, and the shorter the channel condition (reception SNR, etc.) of the empty sub-channel is, the shorter it is.

本実施形態では、アクセスポイントAPが、端末によるキャリアセンスに応じて、受信SNR等から伝搬路状況を推定し、該伝搬路状況に基づき割当ての可否を判定し、空きサブチャネルがある限り、再度、キャリアセンスを受け付け、端末は、2回目のRTS(Request To Send)以降、CTS(Clear To Send)の受信SNR等から伝搬路状況を推定し、該伝搬路状況に基づいてバックオフ時間を決定して、アクセスポイントAPに対してアクセスし、割当てられた端末は、アクセスポイントAPに対してOFDMAなどの多元接続方式によりユーザ通信を行う。つまり、マルチユーザ通信の実現のために、アクセスポイントAPが集中制御的に複数の端末を各サブチャネルにマッピングするのではなく、各端末が複数回のCSMA/CAを実施することによって自律分散的にマッピングする。これにより、各端末が自律的に良好な伝搬路状況のサブチャネルを選択してユーザ通信を行うため、無線リソースの有効利用を図ることができる。   In this embodiment, the access point AP estimates the propagation path status from the received SNR, etc. according to the carrier sense by the terminal, determines whether or not the allocation is possible based on the propagation path status, and as long as there is an empty subchannel, The carrier sense is received, and after the second RTS (Request To Send), the terminal estimates the propagation path condition from the reception SNR of CTS (Clear To Send) and determines the back-off time based on the propagation path condition. Then, the access point AP accesses the allocated terminal and performs user communication with the access point AP by a multiple access method such as OFDMA. That is, in order to realize multi-user communication, the access point AP does not centrally map a plurality of terminals to each subchannel, but each terminal performs CSMA / CA multiple times to perform autonomous decentralization. To map. Thereby, since each terminal autonomously selects a subchannel with a good propagation path condition and performs user communication, it is possible to effectively use radio resources.

図2は、本実施形態によるアクセスポイントAP、及び端末の動作を説明するためのフローチャートである。まず、各端末は、通常のキャリアセンスを実行する(ステップS1)。例えば、IEEE802.11無線LANシステムで用いているCSMA/CA方式によって端末の送信権獲得を行う。   FIG. 2 is a flowchart for explaining operations of the access point AP and the terminal according to the present embodiment. First, each terminal performs normal carrier sense (step S1). For example, the transmission right of the terminal is acquired by the CSMA / CA method used in the IEEE 802.11 wireless LAN system.

次に、アクセスポイントAPは、上記キャリアセンスを受けて、空きサブチャネルがあるか否かを判定する(ステップS2)。より具体的には、アクセスポイントAPは、送信権獲得時において送信権を獲得した端末との間の各サブチャネルの伝搬路状況を推定する。ここで、各サブチャネルとは、無線リソースを、時間軸、周波数軸、もしくは空間軸で分割して得られる無線リソースである。アクセスポイントAPは、ステップS1において送信権を獲得した端末との間の各サブチャネルの伝搬路状況から空きサブチャネルの有無を判別する。   Next, the access point AP receives the carrier sense and determines whether there is an empty subchannel (step S2). More specifically, the access point AP estimates the propagation path condition of each subchannel with the terminal that has acquired the transmission right when the transmission right is acquired. Here, each subchannel is a radio resource obtained by dividing a radio resource by a time axis, a frequency axis, or a space axis. The access point AP determines the presence / absence of an empty subchannel from the propagation path status of each subchannel with the terminal that has acquired the transmission right in step S1.

そして、空きサブチャネルがある場合には(ステップS2のYES)、端末は、k(k≧2)回目のCSMA/CAの実施に移行する(ステップS3)。すなわち、ステップS1で送信権を獲得した端末以外の端末は、CSMA/CAに従って送信権の獲得を試みる。ここでは、空きサブチャネルを有効に利用できる端末が優先的に送信権を獲得できるよう、CSMA/CAでのランダムバックオフ値を決定する。   If there is an empty subchannel (YES in step S2), the terminal shifts to k (k ≧ 2) CSMA / CA implementation (step S3). That is, terminals other than the terminal that has acquired the transmission right in step S1 try to acquire the transmission right according to CSMA / CA. Here, a random backoff value in CSMA / CA is determined so that a terminal that can effectively use an empty subchannel can preferentially acquire a transmission right.

次に、アクセスポイントAPは、サブチャネルを決定する(ステップS4)。アクセスポイントAPは、空きサブチャネルの中から、ステップS3で送信権を獲得した端末に割当てるサブチャネルを決定する。その後、ステップS2に戻り、上述した処理を繰り返す。   Next, the access point AP determines a subchannel (step S4). The access point AP determines a subchannel to be allocated to the terminal that has acquired the transmission right in step S3 from among the free subchannels. Then, it returns to step S2 and repeats the process mentioned above.

一方、空きサブチャネルがなくなった場合には(ステップS2のNO)、既に無線リソースが十分に活用されているものと判定し、マルチユーザ伝送の実施に移行する(ステップS5)。上記ステップS1〜S4による複数回のキャリアセンスを通して決定した複数の端末からアクセスポイントAP宛の上りリンクマルチユーザ伝送を実施する。アクセスポイントAPは、マルチユーザ伝送の成否を応答する(ステップS6)。具体的には、アクセスポイントAPは、各端末から伝送されたデータの受信成否を検査し、ACKを返信する。   On the other hand, when there are no free subchannels (NO in step S2), it is determined that radio resources are already fully utilized, and the process shifts to multiuser transmission (step S5). Uplink multiuser transmission addressed to the access point AP is performed from a plurality of terminals determined through a plurality of carrier senses in steps S1 to S4. The access point AP responds with the success or failure of multiuser transmission (step S6). Specifically, the access point AP checks whether or not the data transmitted from each terminal has been successfully received, and returns an ACK.

図3は、本実施形態において、IEEE802.11無線LANシステムへ適用した具体的な通信プロトコルを示す概念図である。図3において、(1)では、各端末がCSMA/CA方式に従って、DIFS(DCF Inter Frame Space)時間とランダムバックオフ時間のキャリアセンスを実施する。ここで、ランダムバックオフ時間は、通常のCSMA/CA方式と同様に決定される。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing a specific communication protocol applied to the IEEE 802.11 wireless LAN system in the present embodiment. In FIG. 3, in (1), each terminal performs carrier sense of a DIFS (DCF Inter Frame Space) time and a random backoff time according to the CSMA / CA method. Here, the random back-off time is determined in the same manner as in the normal CSMA / CA system.

(2)では、ランダムバックオフ時間が最短であった端末が、RTSフレームをアクセスポイントAP宛に伝送し、送信権を獲得する。図3では、端末#1が送信権を獲得し、RTSフレームを伝送するものとしている。アクセスポイントAPは、受信したRTSフレームから、当該端末#1の各サブチャネルの伝搬路状況を推定する。推定結果に基づいて、端末#1に割当てるサブチャネル、及び端末#1に割当てないサブチャネル(空きサブチャネル)を決定する。例えば、図4に示すように、4つのサブチャネルがある場合、各サブチャネルの受信信号電力対雑音電力比(受信SNR)が、所定の閾値γよりも小さい場合に、空きサブチャネルとする方法が考えられる。   In (2), the terminal having the shortest random backoff time transmits the RTS frame to the access point AP and acquires the transmission right. In FIG. 3, the terminal # 1 acquires the transmission right and transmits the RTS frame. The access point AP estimates the propagation path status of each subchannel of the terminal # 1 from the received RTS frame. Based on the estimation result, a subchannel to be assigned to terminal # 1 and a subchannel not to be assigned to terminal # 1 (empty subchannel) are determined. For example, as shown in FIG. 4, when there are four subchannels, a method of setting an empty subchannel when the received signal power to noise power ratio (received SNR) of each subchannel is smaller than a predetermined threshold γ. Can be considered.

(3)では、アクセスポイントAPは、グループ内全端末宛にCTSフレームを伝送する。CTSフレームには、空きサブチャネル番号が記載されている。また、各端末は、受信したCTSフレームから空きサブチャネルの伝搬路状況を推定する。   In (3), the access point AP transmits a CTS frame addressed to all terminals in the group. An empty subchannel number is described in the CTS frame. In addition, each terminal estimates a propagation state of an empty subchannel from the received CTS frame.

(4)では、各端末は、再度、CSMA/CA方式に従って、ランダムバックオフを開始する。ここで、ランダムバックオフ時間は、空きサブチャネルの伝搬路状況(受信SNRなど)が良好であるほど短くなるように決定する。図5は、本実施形態において、空きサブチャネルの伝搬路状況とランダムバックオフ時間(CW(Contention Window))との関係を示す概念図である。受信SNRが良いほど、段階的に、CWの値を小さくしていることが分かる。   In (4), each terminal starts random backoff again according to the CSMA / CA scheme. Here, the random back-off time is determined so as to become shorter as the propagation state (reception SNR, etc.) of the empty subchannel is better. FIG. 5 is a conceptual diagram showing the relationship between the propagation state of the empty subchannel and the random backoff time (CW (Contention Window)) in the present embodiment. It can be seen that the better the received SNR, the smaller the value of CW is.

(5)では、2回目のランダムバックオフ時間が最短であった端末が、2nd−RTSフレームをアクセスポイントAP宛に伝送し、空きサブチャネルを利用する候補端末として送信する。図3では、端末#2が2nd−RTSフレームを伝送するものとしている。アクセスポイントAPは、2nd−RTSフレームから端末#2の伝搬路状況を推定する。   In (5), the terminal having the shortest random backoff time for the second time transmits a 2nd-RTS frame to the access point AP and transmits it as a candidate terminal using an empty subchannel. In FIG. 3, it is assumed that terminal # 2 transmits a 2nd-RTS frame. The access point AP estimates the propagation path condition of the terminal # 2 from the 2nd-RTS frame.

(6)では、アクセスポイントAPは、1回目のCSMA/CAで送信権を獲得した端末#1、及び2回目のCSMA/CAで送信権を獲得した端末#2の伝搬路状況に基づいて、上りリンクマルチユーザ通信で各端末が利用するサブチャネルを決定する。例えば、図6に示すように、1回目の送信権を獲得した端末#1と2回目の送信権を獲得した端末#2の、各サブチャネルの受信SNRを比較し、受信SNRの高い端末にサブチャネルを割当てる方法が考えられる。サブチャネルを割当てた結果は、ARBIフレームにて通知される。   In (6), the access point AP is based on the channel conditions of the terminal # 1 that has acquired the transmission right by the first CSMA / CA and the terminal # 2 that has acquired the transmission right by the second CSMA / CA. A subchannel used by each terminal is determined in uplink multiuser communication. For example, as shown in FIG. 6, the received SNR of each subchannel is compared between the terminal # 1 that has acquired the first transmission right and the terminal # 2 that has acquired the second transmission right. A method of assigning subchannels is conceivable. The result of allocating the subchannel is notified in the ARBI frame.

(7)では、サブチャネルを割当てられた端末は、OFDMAやSDMAなどの多元接続方式を用いて、アクセスポイントAP宛にデータを伝送する(マルチユーザ通信)。
(8)では、アクセスポイントAPは、各端末からのデータの受信成否を検査し、ACKを返信する。ACKには、マルチユーザ通信で各端末から伝送されたデータの受信成否が記載されている。
In (7), a terminal to which a subchannel is assigned transmits data to the access point AP using a multiple access scheme such as OFDMA or SDMA (multiuser communication).
In (8), the access point AP checks the success or failure of data reception from each terminal and returns an ACK. The ACK describes the success or failure of receiving data transmitted from each terminal in multiuser communication.

本実施形態では、下り(あるいは上り)リンク通信に、端末が1つしかない場合、つまり、事実上、単一端末とアクセスポイントAP、あるいは基地局BSとの間のシングルユーザ通信となった場合には、マルチキャリア多重伝送方式OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)、あるいはマルチアンテナ多重伝送方式SDM(Space Division Multiplexing)、あるいはマルチアンテナ時空間符号方式STC(Space Time Code)、あるいはインタ−リーバ多重伝送方式IDM(Interleaved Division Multiplexing)、もしくはそれらの多重伝送方式の組合せを適用する。   In the present embodiment, when there is only one terminal for downlink (or uplink) link communication, that is, when single user communication is actually performed between a single terminal and an access point AP or a base station BS. Includes multi-carrier multiplexing transmission system OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), multi-antenna multiplexing transmission system SDM (Space Division Multiplexing), multi-antenna space-time code system STC (Space Time Code), or interleaver multiplexing transmission system IDM (Interleaved Division Multiplexing) or a combination of these multiple transmission schemes is applied.

また、下り(あるいは上り)リンク通信に、端末が複数ある場合、つまり、本格的な複数端末とアクセスポイントAP、あるいは基地局BSとの間のマルチユーザ通信となった場合には、マルチキャリア多元接続方式OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)、あるいはマルチアンテナ多元接続方式SDMA(Space Division Multiple Access)、あるいはインタ−リーバ多元接続方式IDMA(Interleaved Division Multiple Access)、あるいはそれらの多元接続方式の組合せ、あるいはそれらの多元接続方式と上記多重伝送方式との組合せ、例えば、OFDMA−SDMA、OFDMA−SDM、OFDM−SDMAなどを適用する。但し、いかなる伝送方式を適用しても、本発明の範疇を超えるものでない。また、複数回の多元接続の実施について、それぞれ異なる多元接続方式を適用してもよい。例えば、一回目はOFDMA‐SDM、二回目はSDMA−OFDMなどである。   Further, when there are a plurality of terminals in downlink (or uplink) link communication, that is, when multi-user communication is performed between a plurality of full-scale terminals and an access point AP or a base station BS, multicarrier multiple OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), multi-antenna multiple access method SDMA (Space Division Multiple Access), interleaver multiple access method IDMA (Interleaved Division Multiple Access), or a combination of these multiple access methods, or A combination of these multiple access schemes and the multiplex transmission scheme, for example, OFDMA-SDMA, OFDMA-SDM, OFDM-SDMA, or the like is applied. However, whatever transmission method is applied does not exceed the scope of the present invention. Further, different multiple access methods may be applied to multiple access multiple times. For example, the first time is OFDMA-SDM and the second time is SDMA-OFDM.

B.発明の数値実験結果
本発明の実施形態による定量的効果について説明する。比較対象とする従来技術として、IEEE 802.11標準規格にてDCFとして規定されているCSMA/CA方式にて送信権を獲得するシステムを対象とする。
B. Numerical Experiment Results of Invention The quantitative effect according to the embodiment of the present invention will be described. As a conventional technique to be compared, a system that acquires a transmission right by the CSMA / CA method defined as DCF in the IEEE 802.11 standard is targeted.

図7は、従来技術のMAC(Medium Access Control)プロトコルを示す概念図である。この場合、図7に示す従来技術では、CSMA/CA方式での送信権の獲得は、1回のみ実施され、送信権を獲得した端末とアクセスポイントAPとの間でシングルユーザ通信が実施される。   FIG. 7 is a conceptual diagram showing a conventional MAC (Medium Access Control) protocol. In this case, in the prior art shown in FIG. 7, acquisition of the transmission right by the CSMA / CA method is performed only once, and single-user communication is performed between the terminal that has acquired the transmission right and the access point AP. .

図8は、本発明と従来技術における、端末数と最大スループットの関係を示す概念図である。なお、従来技術と発明技術ともに無線LANの標準規格であるIEEE802.11gに準拠するパラメータを適用する。発明技術に用いる上りリンクマルチユーザ通信を実現する多元接続方式としては、直交周波数多元接続OFDMA方式を用いている。簡単化のため、ここでは、発明技術が最大2回のCSMA/CAを実施するように設定した。   FIG. 8 is a conceptual diagram showing the relationship between the number of terminals and the maximum throughput in the present invention and the prior art. Note that parameters conforming to IEEE802.11g, which is a wireless LAN standard, are applied to both the prior art and the invention. An orthogonal frequency multiple access OFDMA scheme is used as a multiple access scheme for realizing uplink multiuser communication used in the inventive technology. For simplicity, the inventive technique is set here to perform CSMA / CA up to two times.

図8に示すように、最大2回のCSMA/CAを実施する本発明の方が、1回のみ実施する従来技術に比べ、最大スループットが向上していることが分かる。勿論、本発明の有効性は、OFDMAに限定するものではないため、空間分割多元接続SDMAやインタリーブ分割多元接続IDMAを適用しても、同様な効果が得られる。   As shown in FIG. 8, it can be seen that the maximum throughput is improved in the present invention in which the CSMA / CA is performed twice at the maximum as compared with the conventional technique in which the CSMA / CA is performed only once. Of course, since the effectiveness of the present invention is not limited to OFDMA, the same effect can be obtained by applying space division multiple access SDMA or interleave division multiple access IDMA.

上述した実施形態によれば、獲得した無線リソースを複数のユーザで利用するマルチユーザ通信を導入すると共に、マルチユーザ通信での同時通信端末を自律分散的に決定するようにしたので、無線リソースの有効利用を図ることができ、スループットを高めることができる。   According to the above-described embodiment, multi-user communication that uses acquired radio resources by a plurality of users is introduced, and simultaneous communication terminals in multi-user communication are determined in an autonomous and distributed manner. Effective use can be achieved and throughput can be increased.

AP アクセスポイント
10 空きサブチャネル判定部
11 サブチャネル決定部
12 マルチユーザ伝送成否応答部
#1、#2 端末
20 キャリアセンス実行部
21 サブチャネル割当判定部
22 ランダムバックオフ時間決定部
AP access point 10 Free subchannel determination unit 11 Subchannel determination unit 12 Multiuser transmission success / failure response unit # 1, # 2 Terminal 20 Carrier sense execution unit 21 Subchannel allocation determination unit 22 Random backoff time determination unit

Claims (4)

複数の端末からアクセスポイントに対して情報伝送を行う上りリンクマルチユーザ通信を行う無線通信システムであって、
前記複数の端末は、
少なくとも1回以上のキャリアセンスを実施するキャリアセンス実行部と、
前記キャリアセンス実行部によるキャリアセンスに応じて、前記アクセスポイントからサブチャネルが割当てられたか否かを判定するサブチャネル割当判定部と、
前記サブチャネル割当判定部によりサブチャネルが割当てられていないと判定された場合に、前記キャリアセンス実行部による2回目以降のキャリアセンスのランダムバックオフ時間を決定するランダムバックオフ時間決定部と
を備え、
前記アクセスポイントは、
前記端末からのキャリアセンスに応じて、空きサブチャネルがあるか否かを判定する空きサブチャネル判定部と、
前記サブチャネル判定部により空きチャネルがあると判定された場合に、空きサブチャネルの中から、送信権を獲得した端末に割当てるサブチャネルを決定するサブチャネル決定部と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
A wireless communication system for performing uplink multi-user communication for transmitting information from a plurality of terminals to an access point,
The plurality of terminals are:
A carrier sense execution unit that performs at least one carrier sense;
A subchannel allocation determination unit that determines whether a subchannel is allocated from the access point according to carrier sense by the carrier sense execution unit;
A random backoff time determination unit that determines a random backoff time of carrier sense for the second and subsequent times by the carrier sense execution unit when it is determined by the subchannel allocation determination unit that no subchannel is allocated. ,
The access point is
A free subchannel determination unit that determines whether there is a free subchannel according to carrier sense from the terminal;
And a subchannel determining unit that determines a subchannel to be allocated to a terminal that has acquired a transmission right from among the free subchannels when the subchannel determining unit determines that there is a free channel. Communications system.
前記空きサブチャネル判定部は、
時間軸、周波数軸、空間軸、もしくはそれらの組合せに従って、通信チャネルをサブチャネルに分割し、各サブチャネルの伝搬路状況に基づいて、割当てられていない空きサブチャネルを決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
The empty subchannel determination unit
A communication channel is divided into subchannels according to a time axis, a frequency axis, a space axis, or a combination thereof, and an unassigned subchannel is determined based on a propagation path condition of each subchannel. The wireless communication system according to claim 1.
前記ランダムバックオフ時間決定部は、
空きサブチャネルの伝搬路状況が良好であるほど短くなるように、キャリアセンスのランダムバックオフ時間を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の無線通信システム。
The random back-off time determination unit
The wireless communication system according to claim 1, wherein the random back-off time of carrier sense is determined so that the better the propagation path condition of the empty subchannel, the shorter.
複数の端末からアクセスポイントに対して情報伝送を行う上りリンクマルチユーザ通信を行う無線通信方法であって、
前記複数の端末が、1回目のキャリアセンスを実施するステップと、
前記複数の端末が、キャリアセンスに応じて、前記アクセスポイントからサブチャネルが割当てられたか否かを判定するステップと、
前記複数の端末が、サブチャネルが割当てられていないと判定された場合に、前記キャリアセンスのランダムバックオフ時間を決定するステップと、
前記複数の端末が、前記ランダムバックオフ時間に基づいて、2回目以降のキャリアセンスを実施するステップと、
前記アクセスポイントが、前記端末からのキャリアセンスに応じて、空きサブチャネルがあるか否かを判定するステップと、
前記アクセスポイントが、空きチャネルがあると判定された場合に、空きサブチャネルの中から、送信権を獲得した端末に割当てるサブチャネルを決定するステップと
を含むことを特徴とする無線通信方法。
A wireless communication method for performing uplink multi-user communication for transmitting information from a plurality of terminals to an access point,
The plurality of terminals performing a first carrier sense;
The plurality of terminals determining whether a subchannel has been allocated from the access point according to carrier sense;
Determining a random backoff time of the carrier sense if the plurality of terminals are determined not to be assigned subchannels;
The plurality of terminals performing carrier sense for the second and subsequent times based on the random backoff time;
The access point determining whether there is a free subchannel according to carrier sense from the terminal;
And determining a subchannel to be allocated to a terminal that has acquired a transmission right from among the free subchannels when the access point determines that there is a free channel.
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