JP5875371B2

JP5875371B2 - 基地局、基地局の制御方法およびプログラム

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Publication number: JP5875371B2
Application number: JP2012000683A
Authority: JP
Inventors: 和敏原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-01-05
Also published as: JP2013141152A

Description

本発明は、空間多重し、データを複数の端末装置に対して送信する無線基地局に関する。

複数のアンテナを利用し、同じ周波数帯域で複数の異なるデータストリームを空間多重して通信するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ多入力多出力）による通信方式が、無線ＬＡＮやセルラシステムなどで提案されている。さらに、ＭＩＭＯを利用してシステム全体の通信効率を高める技術として、複数のユーザに向けてＭＩＭＯ通信を行う方式（ＭｕｌｔｉＵｓｅｒＭＩＭＯ（以下ＭＵ−ＭＩＭＯ））がある（例えば、特許文献１）。ＭＵ−ＭＩＭＯにおいて空間多重する信号は、受信する複数の端末装置間において、相互に干渉が少なくなるようにビームフォーミングを行う必要がある。ビームフォーミングとは、各端末装置のアンテナに自端末が受信すべき信号のみが到来するよう、基地局が送信する電波の方向性を制御する技術である。ビームフォーミングの実現に当たっては、夫々の端末装置に他の端末装置が受信すべき信号が到来しないよう、他の端末装置が受信すべき信号を弱める信号を含めて送信する。
また、複数の端末装置間で相関が少なくなるように、各端末装置からのＣＱＩ（ＣｈａｎｎｅｌＱｕａｌｉｔｙＩｎｄｉｃａｔｉｏｎ）を利用して、同時にデータ送信する端末装置の組み合わせを適切に選択する（ユーザスケジュール技術）必要もある。次世代の無線ＬＡＮの規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａｃでは、ＭＵ−ＭＩＭＯのダウンリンクにおいて、同時にデータを送信する端末装置の組み合わせをあらかじめグループ化し、そのグループに対してデータを送信する方法が提案されている。

特開２０１０−２８７３７

ＭＵ−ＭＩＭＯのダウンリンクにおいて、同時にデータを送信する複数の端末装置をグループ化する場合、端末装置が省電力モードの端末装置かどうかを判別せずに、グループ化を行っていた。省電力モードに移行した端末装置は、通信回路に電源を供給しないため、基地局から送信されたデータは受信できない。そのため、基地局は、省電力モードの端末装置が属するグループにＭＵ−ＭＩＭＯ方式でデータを送信する場合、データを受信できない相手のために通信資源を割り当ててしまうと伝送効率が悪くなってしまう。さらに、省電力モードの端末装置宛のフレームを他の端末装置が受信しないように弱める信号が他の端末装置が受信すべき信号のノイズとなってしまい、さらに伝送効率が悪くなってしまう。即ち、省電力モードの端末装置が属するグループにＭＵ−ＭＩＭＯ方式でデータを送信することは、受信できないデータを送信するための無駄な通信資源を割り当てるとともに、グループに属する他の端末装置の受信効率も悪くなるとういう弊害が生じてしまう。
本願発明は、上述の課題を鑑みてなされた発明であり、省電力モードの端末を含むＭＵ−ＭＩＭＯシステムにおいて、システム全体の伝送効率を向上させることを目的とする。

また、上述の課題を解決するための他の手段として、複数の通信装置が属するグループにデータを送信する基地局であって、複数のアンテナを用いて、前記グループに属する前記複数の通信装置の夫々に対応するデータを空間多重して、当該グループに対して無線送信する送信手段と、前記基地局に接続する第１通信装置が省電力モードに対応しているか判定する判定手段と、前記送信手段によるデータの送信対象となる複数の通信装置が属するグループを形成する形成手段であって、前記第１通信装置が省電力モードに対応していることを前記判定手段により判定した場合、前記第１通信装置が省電力モードではない場合に使用する、前記第１通信装置を含む第１グループと、前記第１通信装置が省電力モードである場合に使用する、前記第１通信装置を含まない第２グループとを形成する形成手段と、を有することを特徴とする基地局を提供する。

ＭＵ−ＭＩＭＯシステムにおいて、省電力モードの通信装置を考慮した動作を行うのでシステム全体で伝送効率を向上させることができる。

本実施例におけるシステム構成を示す図である。本実施例におけるにおける基地局の構成を示す図である。本実施例におけるシステムのシーケンスを示す図である。本実施例における送信処理を示すフローチャートである。

［実施例１］
実施例１の通信システムの全体構成図は、図１となる。図１において、基地局１００、端末装置１０１、端末装置１０２、端末装置１０３、端末装置１０４は、無線ネットワークを形成している。基地局１００は、構築したネットワークを管理および制御し、端末装置１０１〜端末装置１０４と通信を行う。端末装置１０１〜端末装置１０４は、ネットワークを構築した基地局１００と接続し、基地局１００と通信を行う。なお、端末装置１０１〜１０４は、アクティブ状態と比べて消費電力が低減されるＩＥＥＥ８０２．１１で規定されている省電力モードに移行することができる。本実施形態における基地局１００の構成図は図２になる。基地局１００はＣＰＵ２００、メモリ２０１、省電力モード検知部２０２、グループ形成部２０３、無線部２０４、パケット送信部２０５、パケット受信部２０６、通信制御部２０７からなる。ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２００は、メモリ２０１に格納された制御プログラムに基づいて、基地局１００全体を制御する。省電力モード検知部２０２は、構築したネットワークに接続している端末装置の省電力モードへの移行を検出する。また、省電力モード検知部２０２は、構築したネットワークに接続している端末装置の省電力モードからアクティブ状態の移行を検出する（省電力モードの解除検知）。グループ形成部２０３は、複数のデータストリームを空間多重し、複数の端末装置を宛先とする信号を送信する端末装置のグループを形成する。グループ形成部２０３は、端末装置から収集したＣＱＩ（ＣｈａｎｎｅｌＱｕａｌｉｔｙＩｎｄｉｃａｔｉｏｎ）情報を利用し、複数の端末装置をグループ化する。ここで、ＣＱＩ情報とは無線端末装置が測定した受信品質を示す制御情報である。グループ形成部２０３は、各端末装置から受信したＣＱＩ情報により互いに相関が少なくなるような端末装置の組み合わせを送信対象とするグループとして形成する。無線部２０４は、複数のアンテナを有し、パケット送信部２０５で生成された無線パケットを空中に送信する。無線部２０４は、複数のアンテナを用いて、同一の周波数帯域で同時に複数のデータストリームを空間多重し、異なる複数の端末装置に無線送信する（ＭＵ−ＭＩＭＯ）ことができる。また、無線部２０４は、端末装置が送信した電波を受信し、パケット受信部２０６に送る。パケット送信部２０５は、無線部２０４を介して送信するデータを所定のパケットとして生成する。パケット受信部２０６は、無線部２０４が受信した電波を用いて所定のパケットを生成する。通信制御部２０７は、データを送信する際に必要な演算や制御を行う。

以上の構成を有する通信システムの動作を説明する。まず、図３のシーケンス図を用いて通信システムの全体の動作について説明を行う。図３において、基地局１００（ＡＰ１００）は、端末装置１０１〜端末装置１０４（ＳＴＡ１０１〜ＳＴＡ１０４）にＣＱＩ情報を送信するよう要求を行う。そして、各端末装置から送信されたＣＱＩ情報をもとにスケジューリングをグループ形成部２０３にて行う。ここでは、グループ形成部２０３は、ＣＱＩ情報により端末装置１０１、１０２、１０３、１０４は互いに相関が少なく一つのグループとして送信を行えると判定し、端末装置１０１、１０２、１０３、１０４を１つのグループとして形成する（Ｓ３００）。そして、グループ形成部２０３は、形成した端末装置１０１〜端末装置１０４が属するグループのＩＤをＧ１と設定する。なお、Ｓ３００において、複数のグループを形成しても構わない。

そして、パケット送信部２０５は、形成したグループ構成を通知するためにＩＥＥＥ８０２．１１で規定されたＡｃｔｉｏｎフレームのＧｒｏｕｐＩＤＭａｎａｇｅｍｅｎｔに形成したグループ構成に関する情報を入力し、パケットを形成する。そして、無線部２０４は、形成されたパケットを端末装置１０１、１０２、１０３、１０４に送信する（Ｓ３０１）。

その後、端末装置１０１は、省電力モードに設定することを通知するパケットを基地局１００に送信する。これは、ＩＥＥＥ８０２．１１に規定されているＭＡＣフレーム中のＰＭビットを１にして送る。省電力モードに設定することを通知するパケットを送信した端末装置１０１は、その後省電力モードに移行する（Ｓ３０５）。なお、図３においては、後述するＳ３０３、Ｓ３０４の処理の後に省電力モード状態になるようなシーケンスだが、これに限らずＳ３０２のメッセージの送信直後に省電力モード状態になるよう構成しても構わない。基地局１００において、省電力モード検知部２０２は、端末装置１０１が送信した省電力モード設定のデータパケットの受信により、端末装置１０１が省電力モードに移行することを検知する。基地局１００は、接続している端末装置が省電力モードに移行することを検知すると、再びスケジューリング処理を開始する（Ｓ３０３）。Ｓ３０３における再スケジューリング処理では、少なくとも省電力モードに設定した端末装置１０１を他の端末装置と同じグループに設定しないようにグループ構成の再構成を行う。つまり、省電力モードに移行した端末装置１０１には、ＭＵ−ＭＩＭＯ方式によるデータ送信を行わないようなグループを新たに設定する。グループ形成部２０３は、端末装置１０１が属しているグループから端末装置１０１をメンバーとして外した新たなグループを形成する。本実施例においては、グループ形成部２０３は、端末装置１０２、端末装置１０３、端末装置１０４を１つのグループとしてグループを形成する。また、グループ形成部２０３は、端末装置１０２〜端末装置１０４が属するグループのＩＤをＧ２と設定する。そして、パケット送信部２０５は、ＩＥＥＥ８０２．１１に規定されているＡｃｔｉｏｎフレームのＧｒｏｕｐＩＤＭａｎａｇｅｍｅｎｔに形成したグループ構成を通知するための情報を入力する。そして、作成したパケットを無線部２０４を介して端末装置１０２、１０３、１０４に送信する（Ｓ３０４）。

続いて、端末装置１０１が、省電力モード中の場合に、端末装置１０２〜１０４に送信すべきデータがある場合は、ＭＵ−ＭＩＭＯ方式により、Ｓ３０３の再スケジューリング処理により形成されたグループにデータを送信する。即ち、データはグループＩＤ：Ｇ２のグループ（端末装置１０２〜１０４）に同時に送信することになる（Ｓ３０６）。即ち、省電力モード中の端末がいる場合は、該端末装置が属するグループにはＭＵ−ＭＩＭＯ方式によるデータ送信は行われないよう制御を行う。Ｓ３０６の送信処理をさらに詳細に図４に示すフローチャートを用いて説明を行う。

Ｓ４０１おいて、通信制御部２０７は、送信キューにデータがあるかを判定する。送信キューにデータがない場合は、処理を終了する。送信キューにデータがある場合は、Ｓ４０２おいて、通信制御部２０７は、送信キューにあるデータの宛先が省電力モード中の端末装置かを確認する。省電力モードの端末装置の場合は、Ｓ４０３に処理を進め、通信制御部２０７は、送信を保留するよう制御を行い、処理を終了する。なお、省電力モードの端末装置宛てのデータは、該端末装置から要求があった場合もしくは該端末装置が省電力モードを解除した場合に改めて送信される。

宛先が省電力モードの端末装置でない場合は、Ｓ４０４においてデータの宛先の端末装置が属し、かつ、省電力モード中の端末装置が属さないＭＵ−ＭＩＭＯグループがあるかを確認する。なお、本実施例においては、Ｓ３０３において省電力モード中の端末装置１０１が属さないで、かつ、他の端末装置１０２〜１０４が全て同じＭＵ−ＭＩＭＯグループ（Ｇ２）を作成するためＳ４０７に処理が進むことはない。しかしながら、他の端末装置との相関が高すぎるため、ＭＵ−ＭＩＭＯ方式によるデータ送信では正常にデータが受信できない場合は何れのグループにも属さない端末装置が登場し得る。したがって、このような端末装置の場合は、Ｓ４０７に処理を進める。

データの宛先の端末装置が属するＭＵ−ＭＩＭＯグループがない場合は、Ｓ４０７に処理を進める。Ｓ４０７においては、基地局１００はＳＵ−ＭＩＭＯ（ＳｉｎｇｌｅＵｓｅｒＭＩＭＯ）又はＳＩＳＯ（Ｓｉｎｇｌｅ−ＩｎｐｕｔＳｉｎｇｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）によりデータを送信することを決定する。決定した方式によりパケット送信部２０５、無線部２０４はデータを送信する。なお、基地局１００は、宛先の端末装置がＭＩＭＯに対応している場合は、複数のデータストリームにより送信すべきデータを該端末装置１台に送信する（ＳＵ−ＭＩＭＯ）。宛先の端末装置が複数のアンテナを有しおらずＭＩＭＯに対応してない場合はＳＩＳＯにより送信を行う。

一方、Ｓ４０４において、データの宛先の端末装置が属するＭＵ−ＭＩＭＯグループがある場合は、Ｓ４０５に移る。なお、本処理において上記の条件を満たすグループが複数ある場合は、通信制御部２０７は、Ｓ３０３において作成されたグループ優先的に選択し、以降の処理を行うものとする。通信制御部２０７は、送信キューを検索し、同じＭＵ−ＭＩＭＯグループに属するデータがあるかを確認し、あれば可能な限り取得する。そして、Ｓ４０６おいて、パケット送信部２０５は通信制御部２０７が取得したデータによりＭＵ−ＭＩＭＯパケットを作成し、無線部２０４を介して送信を行う。

図３に戻り、Ｓ３０６において、図４の処理を行った結果、ＳＴＡ１０１が省電力モード中のため、端末装置１０２〜１０４が宛先のデータが送信キューに存在する場合、あらかじめ作成されているＭＵ−ＭＩＭＯグループＧ２が選択される。そして、グループＧ２に属する端末装置１０２〜１０４が宛先のデータをＭＵ−ＭＩＭＯパケットとして送信することになる。

その後、Ｓ３０７にて、端末装置１０１は、省電力モードを解除する場合、省電力モードを解除することを通知するパケットを基地局１００に対して送信する（Ｓ３０７）。これは、ＩＥＥＥ８０２．１１に規定されているＭＡＣフレームのＰＭビットを０にして送ることで、省電力モードを解除することを意味している。基地局１００は、この省電力モード解除を意味するデータパケットを受信すると、省電力モードに移行することを検知した際に実行した再スケジューリング処理（Ｓ３０３）により形成したグループ情報を削除する（Ｓ３０８）。その後のデータ送信が行われる場合は再び図４に示す処理が行われる結果、Ｇ１のグループにＭＵ−ＭＩＭＯデータの送信を再開することになる（Ｓ３０９）。

以上、説明した本実施例によれば、省電力モードに移行した端末装置に対しては、ＭＵ−ＭＩＭＯ方式により他の端末装置と同時にはデータを送信しない。換言すると、ネットワークに接続している端末装置が省電力モード中の間は、該端末装置が属しているＭＵ−ＭＩＭＯグループには送信を行わない。したがって、無駄な通信資源を割り当てないため、通信資源を有効活用でき、システム全体で伝送効率のよい通信方法を提供することができる。例えば、本実施例によれば、省電力モードに移行した端末装置に対して受信できないデータを送信するために割り当てなければならなかった通信資源を他の通信装置に割り当てることができる。つまり、本実施例によれば例えば４ストリーム同時に送信可能な基地局であれば、省電力モードに移行した端末装置に対して受信できないデータを送信するために割り当てなければならなかった少なくとも１ストリームを他の端末装置に割り当てることができる。即ち、基地局１００は、省電力モードに移行した端末装置１０１に割り当てていた１データストリームを端末装置１０２〜１０５の何れかにさらに割り当てることができるので、システム全体としてのスル―プットを向上することができる。

また、省電力モードの端末装置宛てのデータ送信を他の端末装置の受信において打ち消すための信号を送信すること必要がないので、他の端末装置が受信するＭＵ−ＭＩＭＯパケットのＳ／Ｎ比が上がり、他の端末装置のデータ受信効率があがる。

また、端末装置が省電力モードに移行することを通知したタイミングで、該端末装置が属さないグループを作成するので、伝送効率が向上するであろう端末装置の組み合わせを新たに形成することができる。

なお、本実施例において、Ｓ３０３に示した再スケジューリング処理において、先に形成したグループから省電力モードに移行する端末を除いたグループをさらに形成する処理を説明した。しかしながら、これに限らず、最新のＣＱＩ基づいて、省電力中の端末を含めないように、新たにグループ構成を設定してもよい。省電力中の端末がいない場合の伝搬環境に基づいて、より実環境にて適したグループ構成の再構成を行うことができる。また、Ｓ３０８において作成したグループに関する情報を削除する構成としたが、これに限らず、フラグなどで省電力モードに端末装置が移行した場合にのみ作成したグループを用いるよう管理する構成として良い。このようにすることで端末装置が省電力モードに入るたびに新たにグループを作成する必要がない。

また、上述の実施例では、端末装置が省電力モードに移行した際に、新たにグループを形成する例を説明した。しかしながらこれに限られず、任意のタイミングで予め各端末装置が省電力モードに移行した際に使用するグループを形成しておいても良い。そして、端末装置が省電力モードに移行した際に送信に用いるグループを切替える構成とすればよい。任意のタイミングとしては、新たに端末装置がネットワークに接続するタイミングや周期的に再スケジューリングを行うタイミングとすることができる。また、新たに端末装置がネットワークに接続するタイミングでは、該端末装置が省電力モードに移行することができるかを判定し、該端末装置が省電力モードに移行可能な場合にのみ、省電力モードに移行した際に使用するグループも併せて形成する構成とすればよい。また、構成するグループとして省電力モードに入る可能性のない端末装置を一つのグループとしてグループを形成しておくようにしてもよい。このように構成することで、実施例１において説明を行った端末装置が省電力モードに移行するたびにＳ３０３に示すスケジューリング処理やＳ３０４に示したグループ構成を通知するためのパケットを送信する必要がなくなる。

また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１００基地局
１０１〜１０４端末装置
２００ＣＰＵ
２０１メモリ
２０２省電力モード検知部
２０３グループ形成部
２０４無線部
２０５パケット送信部
２０６パケット受信部
２０７通信制御部

Claims

複数の通信装置が属するグループにデータを送信する基地局であって、
複数のアンテナを用いて、前記グループに属する前記複数の通信装置の夫々に対応するデータを空間多重して、当該グループに対して無線送信する送信手段と、
前記基地局に接続する第１通信装置が省電力モードに対応しているか判定する判定手段と、
前記送信手段によるデータの送信対象となる複数の通信装置が属するグループを形成する形成手段であって、前記第１通信装置が省電力モードに対応していることを前記判定手段により判定した場合、前記第１通信装置が省電力モードではない場合に使用する、前記第１通信装置を含む第１グループと、前記第１通信装置が省電力モードである場合に使用する、前記第１通信装置を含まない第２グループとを形成する形成手段と、
を有することを特徴とする基地局。
前記第１通信装置が省電力モードへ移行したことを検知する検知手段とを更に有し、
前記送信手段は、前記検知手段により前記第１通信装置が省電力モードに移行したことを検知した場合、前記形成手段により形成された前記第１グループに対しての送信を行わないことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
前記第１通信装置が省電力モードへ移行したことを前記検知手段により検知した場合、前記送信手段は、当該検知の前に前記形成手段により形成された前記第２グループに対しての送信を行うことを特徴とする請求項２に記載の基地局。
前記送信手段は、ＭｕｌｔｉＵｓｅｒＭｕｌｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔによりデータを送信することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の基地局。
前記送信手段は、送信対象のデータの宛先である装置が属するグループが形成されていない場合、ＳｉｎｇｌｅＵｓｅｒＭｕｌｔｉｐｌｅ−ＩｎｐｕｔＭｕｌｔｉｐｌｅ−ＯｕｔｐｕｔまたはＳｉｎｇｌｅ−ＩｎｐｕｔＳｉｎｇｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔによりデータを送信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基地局。
前記判定手段は、前記基地局に前記第１通信装置が新たに接続する場合に、当該第１通信装置が省電力モードに対応しているか判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基地局。
前記形成手段は、前記第１通信装置が省電力モードに対応していることを前記判定手段により判定されない場合、前記第１グループを形成し、前記第２グループを形成しないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基地局。
前記形成手段は、前記第１グループを、前記基地局と、前記基地局に接続する通信装置との伝搬環境に基づいて形成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基地局。
前記形成手段は、前記判定手段による判定結果に応じて、省電力モードに対応していない装置のみが属する前記第２グループを形成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基地局。
複数の通信装置が属するグループにデータを送信する基地局の制御方法であって、
複数のアンテナを用いて、前記グループに属する前記複数の通信装置の夫々に対応するデータを空間多重して、当該グループに対して無線送信する送信工程と、
前記基地局に接続する第１通信装置が省電力モードに対応しているか判定する判定工程と、
前記送信工程におけるデータの送信対象となる複数の通信装置が属するグループを形成する形成工程であって、前記第１通信装置が省電力モードに対応していることを前記判定工程において判定した場合、前記第１通信装置が省電力モードではない場合に使用する、前記通信装置を含む第１グループと、前記通信装置が省電力モードである場合に使用する、前記第１通信装置を含まない第２グループとを形成する形成工程と、
を有することを特徴とする基地局の制御方法。
請求項１０に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。