JP5931768B2 - 無線アクセス制御方法および無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を用いる無線ＬＡＮなどの無線通信システムにおいて、隣接する送信局からの干渉が許容以下の受信局に対して同時送信を行って通信容量を改善する無線アクセス制御方法および無線通信装置に関する。

ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮの基本アクセス手順である自律分散制御（ＤＣＦ：Distributed Coordination Function ）では、各送信局は無線チャネルの使用状況をキャリアセンスによって確認し、無線チャネルがアイドルのときに送信し、ビジーのときに送信を見合わせることによって衝突を回避するＣＳＭＡ／ＣＡ方式が用いられている（非特許文献１）。

しかし、従来のＣＳＭＡ／ＣＡでは衝突を回避して通信を行うため、送信局数の増加に伴い衝突確率が増加し、衝突および再送の影響により通信効率が低下する。

そこで、希望波と干渉波の電力差により希望波の受信に成功するキャプチャ効果と呼ばれる現象を利用して、互いに干渉源となる複数の送信局が同時に送信を行うことにより、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づいて送信を行う送信局の増加に伴う通信効率の低下を低減するアクセス制御方法が提案されている（非特許文献２）。

図１０は、キャプチャ効果を利用する無線通信システムの構成例を示す。
図１０において、送信局Ｔ１と送信局Ｔ２は互いのキャリアセンス範囲内に存在し、互いの送信信号を検知可能である。受信局Ｒ１は送信局Ｔ１に従属し、受信局Ｒ２および受信局Ｒ３は送信局Ｔ２に従属している。受信局Ｒ１および受信局Ｒ２は、それぞれ他方の送信局からの送信信号が干渉信号となるものの、それぞれ送信局Ｔ１および送信局Ｔ２の近くに存在するためキャプチャ効果を生じやすい環境にある。受信局Ｒ３は送信局Ｔ２から遠い位置に存在し、送信局Ｔ２と送信局Ｔ１からの送信信号が互いに干渉してキャプチャ効果は得られない。すなわち、送信局Ｔ１が受信局Ｒ１へ送信し、かつ送信局Ｔ２が受信局Ｒ２へ送信する場合はキャプチャ効果を期待しての同時送信が可能になる。一方、送信局Ｔ２が受信局Ｒ３へ送信する場合はキャプチャ効果を期待しての同時送信はできないので、単独送信となる。

ここでは、送信局Ｔ１，Ｔ２がキャプチャ効果を期待して同時送信が可能な受信局Ｒ１，Ｒ２に送信する場合は固定のバックオフ時間が設定され、キャプチャ効果による同時送信ができない受信局Ｒ３に単独送信する場合は、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式による通常のランダムなバックオフ時間が設定される。

図１１は、キャプチャ効果を利用する従来の無線通信装置の構成を示す。
図１１において、送信データはバッファ（ＦＩＦＯ）５１に蓄積され、蓄積された送信データは順番に送信待機に入る。同時送信判定部５２では、送信データの宛先受信局に対して同時送信が可能か否かの判定を行い、送信データおよび判定結果をバックオフ制御部５４に出力する。この判定は、同時送信管理部５３に記録された情報を参照して行われる。

同時送信管理部５３では、送受信部５６から他の送信局が送信した信号のＲＳＳＩ情報、受信局におけるＳＩＮＲ情報や受信局から送信された信号のＲＳＳＩ情報またはＲＳＳＩから求めたＳＩＲ情報が入力され、他の送信局が送信した信号のＲＳＳI 情報から同時送信を行う他の送信局の選択を行うとともに、受信局におけるＳＩＮＲ情報や受信局から送信された信号のＲＳＳＩ情報またはＲＳＳＩから求めたＳＩＲ情報を、受信局のＭＡＣアドレスと結び付けて管理する。

バックオフ制御部５４は、同時送信判定部５２の判定結果に基づいてバックオフ値を決定する。すなわち、同時送信が可能と判定されている場合には、固定バックオフタイマ５５の参照値を設定し、同時送信が不可と判定されている場合には、現在のコンテンションウィンドウ（ＣＷ）から参照値以外の値をランダムに選択して設定し、それぞれのバックオフ値のカウントダウンを行う。チャネルが使用中（ビジー）のときはカウントを停止し、チャネルが使用中でない（アイドル）のときはカウントを継続する。カウントが０になったときに、送受信部５６から送信データを含むデータフレームが送信される。

固定バックオフタイマ５５は、複数の送信局間で共有した任意のバックオフ値（固定バックオフ値）を設定してカウントダウンを行う。チャネルがビジーのときはカウントを停止し、チャネルがアイドルのときはカウントを継続する。カウントが０になったときは再度固定バックオフ値を設定し、カウントダウンを行う。

送受信部５６ではキャリアセンスを行い、チャネルがビジーであるか、アイドルであるかをバックオフ制御部５４および固定バックオフタイマ５５に通知する。また、バッファ５１から入力された送信データを変調してアンテナを介して送信し、アンテナを介して受信された受信データを復調する。受信データのうち、受信局のＳＩＮＲ情報や信号のＲＳＳＩ情報またはＲＳＳＩから求めたＳＩＲ情報を同時送信管理部５３に入力する。

このような無線通信装置では、複数の送信局でキャプチャ効果による同時送信が期待できる場合には、同一の固定バックオフ値を用いて送信待機するため、同じタイミングで送信することが可能となる。しかも、ＣＳＭＡ／ＣＡと共存したうえで同時送信を実現することができる。

IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Par 11: Wireless LAN MAC and PHY Specifications, June 2007 岩渕匡史, 岸田朗, 新宅俊之, 阪田徹, "フェージングを考慮した同時送信アクセス制御に関する検討", 信学技報, RCS2012-77, July 2012

ところで、従来の技術では、１つのバッファに蓄積された先頭の送信データから処理が開始されるため、複数の送信局が同時送信を行うには、それぞれのバッファ先頭の送信データの宛先受信局の全てにおいて同時送信可能な状況になければ、同時送信が行われず単独送信となり、通信効率が低下してしまう。例えば、図１０の例では、送信局Ｔ１，Ｔ２の各バッファの先頭に、それぞれ受信局Ｒ１，Ｒ２宛ての送信データがあれば同時送信が可能であるが、送信局Ｔ１のバッファの先頭に受信局Ｒ１宛ての送信データがあり、送信局Ｔ２のバッファの先頭に受信局Ｒ３宛ての送信データがあれば、同時送信はできない。すなわち、送信局Ｔ１，Ｔ２に互いに同時送信可能な受信局Ｒ１，Ｒ２が従属しているにも関わらず、同時送信不可の受信局Ｒ３が存在している場合、各受信局へ送信する順番を送信局Ｔ１，Ｔ２間で予め調整していないと、最悪の場合は全く同時送信が行われない場合がある。

図１２は、従来のアクセス制御例を示す。ここでは、図１０に示す構成において、送信局Ｔ１のバッファには、同時送信可能の受信局Ｒ１宛ての送信データＡ１，Ａ２，Ａ３の順に格納され、送信局Ｔ２のバッファには、同時送信可能の受信局Ｒ２宛ての送信データＢ１、同時送信不可（単独送信）の受信局Ｒ３宛ての送信データＣ１、同時送信可能の受信局Ｒ２宛ての送信データＢ２，Ｂ３の順に格納されているものとする。

図１２(1),(2) において、送信局Ｔ１が送信データＡ１を送信し、送信局Ｔ２が送信データＢ１を送信する際に、それぞれ固定バックオフ値３を設定し、カウント０で送信データＡ１，Ｂ１が同時送信される（t1）。そして、ＡＣＫ信号をそれぞれ受信してＤＩＦＳ後に、送信局Ｔ１は送信データＡ２、送信局Ｔ２は送信データＣ１の送信処理に入る。ここで、送信局Ｔ１は固定バックオフ値３を再設定するが、送信局Ｔ２は送信データＣ１の宛先である受信局Ｒ３が単独送信であるので、固定バックオフ値３と異なるバックオフ値をＣＷの範囲からランダムに選択して設定する。図１２(1) は固定バックオフ値３より小さいランダムバックオフ値１が選択され、図１２(2) は固定バックオフ値３より大きいランダムバックオフ値４が選択される例を示す。

図１２(1) の場合、ランダムバックオフ値１の送信局Ｔ２から送信データＣ１が先に送信され、このときビジーとなって固定バックオフタイマがカウント２で停止し、送信局Ｔ１の送信データＡ２の送信が持ち越される（t2）。送信データＣ１およびＡＣＫ信号の送受信後、送信局Ｔ１，Ｔ２は固定バックオフタイマの参照値２をバックオフ値として設定し、カウント０で送信データＡ２，Ｂ２が同時送信される（t3）。送信データＡ２，Ｂ２およびＡＣＫ信号の送受信後、送信局Ｔ１，Ｔ２は固定バックオフ値３を再設定し、カウント０で送信データＡ３，Ｂ３が同時送信される（t4）。

図１２(2) の場合、バックオフ値３の送信局Ｔ１から送信データＡ２が先に送信され、送信局Ｔ２のバックオフタイマがカウント１で停止して送信局Ｔ２の送信データＣ１の送信が持ち越される（t2）。送信データＡ２およびＡＣＫ信号の送受信後、送信局Ｔ１は固定バックオフ値３を再設定して送信データＡ３の送信処理に入り、送信局Ｔ２はバックオフ値１からカウントを開始して送信データＣ１の送信処理に入る。ここで、送信局Ｔ２の送信データＣ１が先に送信され、このときビジーとなって固定バックオフタイマがカウント２で停止し、送信局Ｔ１の送信データＡ３の送信が持ち越される（t3）。送信データＣ１およびＡＣＫ信号の送受信後、送信局Ｔ１，Ｔ２は固定バックオフタイマの参照値２をバックオフ値として設定し、カウント０で送信データＡ３，Ｂ２が同時送信される（t4）。

このように、送信局Ｔ１のバッファに送信データＡ１，Ａ２，Ａ３の順に格納され、送信局Ｔ２のバッファに送信データＢ１，Ｃ１，Ｂ２，Ｂ３の順に格納されている場合、図１３(1) のように、送信局Ｔ２が送信データＣ１を単独送信する際のランダムバックオフ値として、「固定バックオフタイマの参照値＞ランダムバックオフ値」となる値を設定すると、同時送信と単独送信を順序よく行うことができる。ただし、単独送信する送信データが連続し、固定バックオフタイマの参照値が１になれば、それより小さいランダムバックオフ値を設定することができなくなる問題がある。

一方、図１２(2) のように、送信局Ｔ２が送信データＣ１を単独送信する際のランダムバックオフ値として、「固定バックオフタイマの参照値＜ランダムバックオフ値」となる値を設定すると、送信局Ｔ１のバックオフタイマが先にカウント０となり、本来は同時送信が可能な送信データＡ２が単独送信されることになる。すなわち、同時送信可能なタイミングがあったとしても、ランダムバックオフ値を用いた単独送信が完了するまで同時送信が行われないため、効率が悪い。このとき、送信局Ｔ２において、送信データＣ１の前に送信データＢ２の割込みが可能であれば、送信データＡ２は単独送信になることなく送信データＢ２と同時送信されることになる。

本発明は、キャプチャ効果を積極的に利用して複数の送信局による同時送信を可能にするとともに、送信局のバッファに同時送信可能な受信局宛の送信データが蓄積していた場合に確実に同時送信となり、通信効率を向上させることができる無線アクセス制御方法および無線通信装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、送信局および受信局により構成される複数の通信セルが重複して配置された無線通信システムの送信局間で、バックオフ値を調整して同一のバックオフ値を設定することにより同時送信を実現する無線アクセス制御方法において、受信局の各々が、当該受信局と通信を行う送信局からの希望信号電力と、当該送信局以外の送信局からの干渉信号電力をそれぞれ測定し、希望信号電力と干渉信号電力の比を送信局に通知する第１のステップと、受信局から送信局に通知された希望信号電力と干渉信号電力の比が閾値を超えていた場合には当該受信局を同時送信の対象として設定し、そうでない場合には当該受信局を単独送信の対象として設定する第２のステップと、送信データの宛先となる受信局から当該送信データが同時送信か単独送信かを判定し、それぞれ対応する同時送信用バッファまたは単独送信用バッファに蓄積する第３のステップと、送信データのバッファ蓄積後バックオフ待機に入る前に、第１のステップおよび第２のステップにより送信データが同時送信か単独送信かを再度判定し、それぞれ対応する同時送信用バックオフ待機部または単独送信用バックオフ待機部で１フレームずつバックオフ待機する第４のステップと、同時送信用バックオフ待機部で待機している送信データに対して送信局間で同一のバックオフ値を設定し、単独送信用バックオフ待機部で待機している送信データに対して該バックオフ値と異なるランダムなバックオフ値を設定し、それぞれ設定したバックオフ値が小さい送信データから送信を開始する第５のステップとを有する。

第１の発明の無線アクセス制御方法において、同時送信用バッファまたは単独送信用バッファの少なくとも一方を複数備え、さらに同時送信用バックオフ待機部または単独送信用バックオフ待機部の少なくとも一方を複数備え、第３のステップで、送信データのフレーム長または優先度に応じて、あるいは送信データの蓄積状況に応じて、複数のバッファを使い分け、第４のステップで、送信データのフレーム長または優先度に応じて、あるいは送信データの待機状況に応じて、複数のバックオフ待機部を使い分け、第５のステップで、複数のバックオフ待機部の送信データに対して互いに異なるバックオフ値を設定する。

第２の発明は、送信局および受信局により構成される複数の通信セルが重複して配置された無線通信システムの送信局間で、バックオフ値を調整して同一のバックオフ値を設定することにより同時送信を実現する無線通信装置において、受信局の各々が、当該受信局と通信を行う送信局からの希望信号電力と、当該送信局以外の送信局からの干渉信号電力をそれぞれ測定し、希望信号電力と干渉信号電力の比を送信局に通知する第１の手段と、受信局から送信局に通知された希望信号電力と干渉信号電力の比が閾値を超えていた場合には当該受信局を同時送信の対象として設定し、そうでない場合には当該受信局を単独送信の対象として設定する第２の手段と、送信データの宛先となる受信局から当該送信データが同時送信か単独送信かを判定し、それぞれ対応する同時送信用バッファまたは単独送信用バッファに蓄積する第３の手段と、送信データのバッファ蓄積後バックオフ待機に入る前に、第１のステップおよび第２のステップにより送信データが同時送信か単独送信かを再度判定し、それぞれ対応する同時送信用バックオフ待機部または単独送信用バックオフ待機部で１フレームずつバックオフ待機する第４の手段と、同時送信用バックオフ待機部で待機している送信データに対して送信局間で同一のバックオフ値を設定し、単独送信用バックオフ待機部で待機している送信データに対して該バックオフ値と異なるランダムなバックオフ値を設定し、それぞれ設定したバックオフ値が小さい送信データから送信を開始する第５の手段とを備える。

第２の発明の無線通信装置において、同時送信用バッファまたは単独送信用バッファの少なくとも一方を複数備え、さらに同時送信用バックオフ待機部または単独送信用バックオフ待機部の少なくとも一方を複数備え、第３の手段は、送信データのフレーム長または優先度に応じて、あるいは送信データの蓄積状況に応じて、複数のバッファを使い分ける構成であり、第４の手段は、送信データのフレーム長または優先度に応じて、あるいは送信データの待機状況に応じて、複数のバックオフ待機部を使い分ける構成であり、第５の手段は、複数のバックオフ待機部の送信データに対して互いに異なるバックオフ値を設定する構成である。

本発明により、送信局において同時送信の送信データと単独送信の送信データが混在する場合に、それぞれ専用のバッファに蓄積して互いに異なるバックオフ値を設定してバックオフ制御を行うことにより、同時送信の送信データについて確実に同時送信させることができる。これにより、キャプチャ効果を利用した無線通信システムの通信効率の向上させることができる。

本発明の実施例１における無線通信装置の構成例を示す図である。 送信局情報管理テーブルの一例を示す図である。 受信局情報管理テーブルの一例を示す図である。 同時送信管理テーブルの一例を示す図である。 本発明の実施例１におけるアクセス制御例を示すタイムチャートである。 本発明の実施例２における無線通信装置の構成例を示す図である。 本発明の実施例２におけるアクセス制御例を示すタイムチャートである。 本発明の実施例３における無線通信装置の構成例を示す図である。 本発明の実施例４における無線通信装置の構成例を示す図である。 キャプチャ効果を利用する無線通信システムの構成例を示す図である。 キャプチャ効果を利用する従来の無線通信装置の構成を示す図である。 従来のアクセス制御例を示すタイムチャートである。

本発明の機能は、無線ＬＡＮシステムにおける基地局と端末局の双方に搭載できるものであるが、実施例として、図１０の送信局Ｔ１，Ｔ２（基地局）から図１０の受信局Ｒ１〜Ｒ３（端末局）への送信を例に説明する。

本実施例の送信局（無線通信装置）は、同時送信可能な受信局宛ての送信データを蓄積するバッファと、同時送信不可（単独送信）の受信局宛ての送信データを蓄積するバッファをそれぞれ備え、送信局が同時送信の可否を判定し、その結果により送信データを蓄積するバッファを切り替えることを特徴とする。さらに、キャプチャ効果を利用した同時送信を可能にする無線アクセス制御を、各バッファに蓄積された送信データに対して独立に適用することを特徴とする。

図１に、本発明の実施例１における無線通信装置の構成例を示す。
図１において、無線通信装置は、同時送信管理部１１、判定部１２、単独送信用バッファ１３、同時送信用バッファ１４、固定バックオフタイマ１５、バックオフ値設定部１６、スイッチ部１７、送受信部１８により構成される。

同時送信管理部１１には、送受信部１８において受信・測定された、周辺の送信局および配下の受信局から送信された信号のＲＳＳＩ情報が入力される。入力された情報と周辺の送信局および配下の受信局のＭＡＣアドレスとを結びつけ、周辺の送信局の情報を管理する送信局情報管理テーブル、および配下の受信局の情報を管理する受信局情報管理テーブルを作成する。

図２は、送信局情報管理テーブルの一例を示す。
送信局情報管理テーブルには、他の送信局のＭＡＣアドレス、他の送信局から送信された制御信号のＲＳＳＩ、その制御信号に含まれていた固定バックオフ値、制御信号受信時刻、制御信号送信間隔が記録される。同時送信管理部１１は、それらの情報を送受信部１８から受け取る度にテーブルを更新する。

図３は、受信局情報管理テーブルの一例を示す。
受信局情報管理テーブルには、配下の受信局のＭＡＣアドレス、配下の受信局から送信された信号のＲＳＳＩが記録れる。ＲＳＳＩに代えて、配下の受信局から送信されたＳＩＮＲ情報としてもよい。同時送信管理部１１は、これらの情報を送受信部１８から受け取る度にテーブルを更新する。

図４は、同時送信管理テーブルの一例を示す。
同時送信管理テーブルは、同時送信が可能な送信局と配下の受信局の組合せを示し、周囲の送信局のＭＡＣアドレス、配下の受信局のＭＡＣアドレス、ある１つの送信局と受信局との関係におけるＳＩＮＲ情報またはＳＩＲ情報、固定バックオフ値により構成される。これらの情報は、送信局情報管理テーブルと受信局情報管理テーブルを用いて得られ、周囲の全ての送信局と配下の全ての受信局との間でＳＩＮＲまたはＳＩＲから同時送信の可否を判定し、同時送信が可能な組合せをテーブルに記録する。送信局情報管理テーブルもしくは受信局情報管理テーブルが更新されたときに、同時送信管理テーブルも更新する。

また、同時送信管理部１１で更新された同時送信管理テーブルの情報は判定部１２に入力され、同時送信管理部１１で管理される固定バックオフ値は、固定バックオフタイマ１５に入力される。

判定部１２は、送信データを入力すると、同時送信管理部１１から入力された同時送信管理テーブルに基づいて、その送信データの送信先から同時送信か単独送信かを判定する。同時送信の送信データは同時送信用バッファ１４へ入力し、単独送信の送信データは単独送信用バッファ１３へ入力する。

単独送信用バッファ１３および同時送信用バッファ１４は、それぞれ入力した送信データを蓄積し、バックオフ値設定部１６の制御により先頭の送信データからバックオフによる送信待機に入る。

固定バックオフタイマ１５は、複数の送信局間で共有する任意の固定バックオフ値に基づいて、同時送信時に設定するバックオフ値を管理する。固定バックオフタイマ１５は、チャネルがビジー（使用中）のときはカウントダウンを停止し、チャネルがアイドル（未使用）のときはカウントダウンを継続する。カウントが０になったとき、再度固定バックオフ値を設定してカウントダウンを行う。

複数の同時送信用バッファ１４を備える場合、それぞれ対応する複数の固定バックオフタイマ１５を備える。

バックオフ値設定部１６は、送信データがバックオフによる送信待機に入る際、バックオフタイマにバックオフ値を設定する。同時送信を行う送信データに対しては、固定バックオフタイマ１５の参照値（参照時点のカウント値）を設定する。単独送信を行う送信データに対しては、ＣＷ内で固定バックオフタイマ１５の参照値かつ（参照値＋固定バックオフ値の整数倍）以外の値をランダムに選択した値を設定する。バックオフタイマは、設定されたバックオフ値からカウントダウンを開始する。そして、チャネルがビジーのときはカウントダウンを停止し、チャネルがアイドルのときはカウントダウンを継続する。

また、バックオフ値設定部１６はスイッチ部１７に対して、各バッファ対応のバックオフ値の情報を通知する。単独送信を行う送信データと同時送信を行う送信データがともに存在した場合は、バックオフ値設定部１６がそれぞれに設定したバックオフ値を比較し、バックオフ待機が終了する順番をスイッチ部１７に通知する。スイッチ部１７は、バックオフ値設定部１６から通知されたバックオフ待機が終了する（バックオフタイマのカウント値が０になる）順番に従って、単独送信用バッファ１３または同時送信用バッファ１４から読み出した送信データを送受信部１８へ入力する。

送受信部１８は、送信データを変調してアンテナを介して送信する処理と、アンテナを介して受信した信号を復調する処理と、無線チャネルを使用している電波の電波強度を測定する処理を行う。ＳＩＮＲ情報が取得できる場合はＳＩＮＲ情報を、ＲＳＳＩ情報が取得できる場合はＲＳＳＩ情報を同時送信管理部１１へ通知する。また、取得したＲＳＳＩ情報に基づいてＳＩＲを計算し、その情報を通知してもよい。併せて、その信号を送信した端末のＭＡＣアドレスを同時送信管理部１１へ通知する。さらに、受信信号内に固定バックオフ値の情報がある場合には、その情報も同時送信管理部１１へ通知する。

図５は、本発明の実施例１におけるアクセス制御例を示す。
ここでは、図１０，図１２と同様の送信局Ｔ１，Ｔ２、受信局Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の構成において、送信局Ｔ１の同時送信用バッファ１４に配下の受信局Ｒ１宛の送信データＡ１，Ａ２，Ａ３が蓄積され、送信局Ｔ２の同時送信用バッファ１４に配下の受信局Ｒ２宛の送信データＢ１，Ｂ２，Ｂ３が蓄積され、送信局Ｔ２の単独送信用バッファ１３に配下の受信局Ｒ３宛の送信データＣ１が蓄積されているものとする。

送信局Ｔ１では、受信局Ｒ１宛の送信データＡ１が送信待機となる。バックオフ値設定部１６は、送信データＡ１に対して、固定バックオフタイマ１５の参照値（＝固定バックオフ値３）をバックオフ値として設定する。

送信局Ｔ２では、受信局Ｒ２宛の送信データＢ１と受信局Ｒ３宛の送信データＣ１が同時に送信待機となる。バックオフ値設定部１６は、送信データＢ１に対して、固定バックオフタイマ１５の参照値（＝固定バックオフ値３）をバックオフ値として設定し、送信データＣ１には、上記の条件に従って３，６，９，…以外でＣＷからランダムに選択されたランダムバックオフ値（＝７）を設定する。

送信局Ｔ１，Ｔ２が送信処理を開始すると、まず、バックオフ値が小さい送信データＡ１，Ｂ１の同時送信が行われる。このとき、単独送信で待機している受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント４で停止する。

送信データＡ１，Ｂ１の同時送信が完了するとバックオフタイマが動作を再開する。ここで、送信局Ｔ１，Ｔ２は、受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ２，Ｂ２に対して、固定バックオフタイマ１５の参照値（＝固定バックオフ値３）を設定し、カウントダウンを行う。一方、受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント４からカウントダウンを再開する。したがって、次の送信もバックオフ値が小さい送信データＡ２，Ｂ２の同時送信が行われることになる。このとき、受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント１で停止する。

送信データＡ２，Ｂ２の同時送信が完了するとバックオフタイマが動作を再開する。ここで、送信局Ｔ１，Ｔ２は、受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ３，Ｂ３に対して、固定バックオフタイマ１５の参照値（＝固定バックオフ値３）を設定し、カウントダウンを行う。一方、受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント１となっているため、次の送信は送信データＣ１の単独送信が行われる。このとき、固定バックオフタイマ１５および受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ３，Ｂ３のバックオフタイマは、カウント２で停止する。

送信データＣ１の単独送信が完了するとバックオフタイマが動作を再開する。ここで、送信局Ｔ１，Ｔ２は、受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ３，Ｂ３に対して、バックオフタイマのカウント２からカウントダウンを行う。また、送信局Ｔ２に単独送信となる受信局Ｒ３宛の送信データＣ２があれば、固定バックオフタイマ１５の参照値（＝２）をもとに上記の条件に従って２，５，８，…以外でＣＷからランダムに選択されたランダムバックオフ値（＝６）を設定することになる。

このように、判定部１２で同時送信か単独送信かを判定し、それぞれ単独送信用バッファ１３または同時送信用バッファ１４で送信データを待機させることにより、単独送信の送信データが送信待機中である場合にも同時送信を実行することが可能になる。

なお、図５において、送信局Ｔ２が受信局Ｒ３宛の送信データＣ１に対して設定するランダムバックオフ値として、ＣＷ内で固定バックオフタイマ１５の参照値かつ（参照値＋固定バックオフ値の整数倍）以外の値を選択するとき、固定バックオフタイマ１５の参照値３に対して、ランダムバックオフ値４または５を設定した場合には、送信データＡ２，Ｂ２の同時送信と、送信データＣ１の単独送信の順番が入れ代わるだけである。同様に、送信データＣ１に対して、ランダムバックオフ値１または２を設定した場合には、最初に送信データＣ１の単独送信が行われ、続いて送信データＡ１，Ｂ１、送信データＡ２，Ｂ２の同時送信が行われることになる。このような順番は本発明では問題ではなく、図１２(2) で説明したように、本来同時送信されるべき送信データが単独送信になる事態を回避することが本発明による効果である。

スイッチ部１７は、バックオフ値設定部１６が各送信データに設定するバックオフ値の情報を入力し、バックオフ待機が終了する（バックオフタイマのカウント値が０になる）順番に従って、単独送信用バッファ１３または同時送信用バッファ１４から送信データを読み出すことになる。

ここで、バックオフ値設定部１６が単独送信する送信データに対して設定するランダムバックオフ値として、ＣＷ内で固定バックオフタイマ１５の参照値かつ（参照値＋固定バックオフ値の整数倍）以外の値としたのは、単独送信の送信データと同時送信の送信データのバックオフ待機が同時に終了することがないようにしたものである。したがって、バックオフ値設定部１６でこの処理が機能していれば、スイッチ部１７を用いずに、単独送信用バッファ１３または同時送信用バッファ１４からバックオフ待機が終了した送信データを読み出して送受信部１８に直接入力してもよい。

一方、バックオフ値設定部１６が単独送信する送信データに対して設定するランダムバックオフ値として、ＣＷ内という条件のみに限定すれば、同時送信の送信データに対して設定するバックオフ値と同一値となり、バックオフ待機が同時に終了することがある。この場合に、バックオフ値設定部１６はスイッチ部１７に対して、例えば同時送信用バッファ１４からの読み出しを許可し、単独送信用バッファ１３からの読み出しを待機させる制御を行う。この待機した単独送信の送信データは、スイッチ部１７によって送信が許可された同時送信の送信データの送信の終了後に送信されるように制御する。

本実施例では、同時送信の送信データと単独送信の送信データが同時にそれぞれのバッファに蓄積されている場合であるが、それぞれの蓄積タイミングにずれがあってもよい。例えば同時送信を行っているときに遅れて単独送信の送信データが発生しても、当該単独送信の送信データを折り込みながら、同時送信を効率よく実施することができる。

実施例１は、単独送信用バッファ１３および同時送信用バッファ１４としてそれぞれ１つが備えられる構成であった。実施例２では、単独送信用バッファ１３または同時送信用バッファ１４、あるいは両方が複数となる構成を示す。

図６は、本発明の実施例２における無線通信装置の構成例を示す。
図６において、実施例２の無線通信装置は、図１に示す実施例１の無線送信装置の構成において、複数の同時送信用バッファ１４−１，１４−２と、判定部１２に接続されるバッファ管理部１９を備える構成である。

ここで、複数の同時送信用バッファ１４−１，１４−２は、例えば同時送信の送信データのフレーム長や優先度に応じて使い分ける構成とする。バッファ管理部１９は、単独送信の送信データと、同時送信の送信データのフレーム長や優先度に応じて、送信データを入力する単独送信用バッファ１３と同時送信用バッファ１４−１，１４−２を選択する制御および管理を行う。固定バックオフタイマ１５は、同時送信の送信データのフレーム長や優先度に応じて、互いに異なる固定バックオフ値を有する複数の固定バックオフタイマとなる。

例えば、同時送信の送信データをフレーム長で区別する場合には、短フレーム長には相対的に小さい固定バックオフ値を設定し、長フレーム長には相対的に大きい固定バックオフ値を設定する。あるいはその逆でもよく、先に同時送信させたい方の固定バックオフ値を小さくすればよい。これにより、キャプチャ効果を利用して同時送信を行う送信局は、互いに同程度のフレーム長の送信データを同時に送信することができ、同時送信における帯域の占有時間をトータルで短縮し、伝送効率を向上させることができる。また、各同時送信用バッファに蓄積する送信データのフレーム長の上限（範囲）をそれぞれ設定し、上限に満たない送信データに対してパッディングビットを挿入し、上限のフレーム長にした後に対応する同時送信用バッファに振り分けるようにしてもよい。

また、同時送信の送信データの優先度で区別する場合には、高優先の送信データには相対的に小さい固定バックオフ値を設定し、低優先度の送信データには相対的に大きい固定バックオフ値を設定する。これにより、高優先度の送信データを低優先度の送信データより先に同時送信することができる。

このとき、単独送信する送信データに設定するランダムバックオフ値は、ＣＷ内で複数の固定バックオフタイマの各参照値かつ（各参照値＋各固定バックオフ値の整数倍）以外の値をランダムに選択した値を設定する。例えば、複数の固定バックオフ値が３，５で固定バックオフタイマの参照値が３，５であれば、単独送信用のランダムバックオフ値は、３，５，６，９，１０，…以外の値となる。複数の固定バックオフ値が３，５で固定バックオフタイマの参照値が２，４であれば、単独送信用のランダムバックオフ値は、２，４，５，８，９，…以外の値となる。

また、単独送信用バッファ１３についても、単独送信の送信データのフレーム長の長短や優先度などの属性によって、複数の単独送信用バッファ１３を使い分けるようにしてもよい。その場合には、それぞれのランダムバックオフ値も互いに異なるように設定する。

また、単独送信用バッファ１３や同時送信用バッファ１４が複数あるときに、送信データのフレーム長の長短や優先度などの属性によって使い分けず、第１のバッファが飽和状態になったら第２のバッファに振り分けるような使い方をしてもよい。この場合も、第１のバッファと第２のバッファに対して、互いに異なる固定バックオフ値あるいはランダムバックオフ値を設定する。

さらに、同時送信を行う場合、スループットは向上するが、単独送信に比べて再送が発生しやすくなる。そこで、例えば「スループットは要求しないが低遅延な通信」を要求する送信データに対して、同時送信が可能な場合でも単独送信用バッファに蓄積し、単独送信の送信データとして扱ってもよい。

また、複数のバッファに対して、同時送信の送信データと単独送信の送信データの数量比に応じて、同時送信用バッファおよび単独送信用バッファに割り当てる割合を決めてもよい。例えば、図６の例では、単独送信用バッファ１３に２つのバッファ、同時送信用バッファ１４に１つのバッファを割り当ててもよい。

図７は、本発明の実施例２におけるアクセス制御例を示す。
ここでは、図１０，図１２と同様の送信局Ｔ１，Ｔ２、受信局Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の構成において、送信局Ｔ１の同時送信用バッファ１４−１に配下の受信局Ｒ１宛の送信データＡ１，Ａ３，Ａ４が蓄積され、送信局Ｔ１の同時送信用バッファ１４−２に配下の受信局Ｒ１宛の送信データＡ２が蓄積され、送信局Ｔ２の同時送信用バッファ１４−１に配下の受信局Ｒ２宛の送信データＢ１，Ｂ３，Ｂ４が蓄積され、送信局Ｔ２の同時送信用バッファ１４−２に配下の受信局Ｒ２宛の送信データＢ２が蓄積され、送信局Ｔ２の単独送信用バッファ１３に配下の受信局Ｒ３宛の送信データＣ１が蓄積されているものとする。なお、同時送信用の２つのバッファに蓄積される送信データの違いは、上記のようにフレーム長の差でもよいし、優先度の差でもよい。ただし、それぞれの固定バックオフ値として前者は３、後者は５が設定されるものとする。

送信局Ｔ１では、受信局Ｒ１宛の送信データＡ１，Ａ２が送信待機となる。バックオフ値設定部１６は、送信データＡ１に対して、固定バックオフタイマ１５の参照値（＝固定バックオフ値３）をバックオフ値として設定し、送信データＡ２に対して、固定バックオフタイマ１５−２の参照値（＝固定バックオフ値５）をバックオフ値として設定する。

送信局Ｔ２では、受信局Ｒ２宛の送信データＢ１，Ｂ２と受信局Ｒ３宛の送信データＣ１が同時に送信待機となる。バックオフ値設定部１６は、送信データＢ１に対して、固定バックオフタイマ１５−１の参照値（＝固定バックオフ値３）をバックオフ値として設定し、送信データＢ２に対して、固定バックオフタイマ１５−２の参照値（＝固定バックオフ値５）をバックオフ値として設定し、送信データＣ１には、上記の条件に従って３，５，６，９，10，…以外でＣＷからランダムに選択されたランダムバックオフ値（＝７）を設定する。

送信局Ｔ１，Ｔ２が送信処理を開始すると、まず、バックオフ値が小さい送信データＡ１，Ｂ１の同時送信が行われる。このとき、同時送信で待機している送信データＡ２，Ｂ２のバックオフタイマはカウント２で停止し、単独送信で待機している受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント４で停止する。

送信データＡ１，Ｂ１の同時送信が完了するとバックオフタイマが動作を再開する。ここで、送信局Ｔ１，Ｔ２は、受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ２，Ｂ２に対して、バックオフタイマのカウント２からカウントダウンを再開し、送信データＡ３，Ｂ３に対して、固定バックオフタイマ１５の参照値（＝固定バックオフ値３）を設定してカウントダウンを行う。一方、受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント４からカウントダウンを再開する。したがって、次は、バックオフ値が小さい送信データＡ２，Ｂ２の同時送信が行われることになる。このとき、受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ３，Ｂ３のバックオフタイマはカウント１で停止し、受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント２で停止する。

送信データＡ２，Ｂ２の同時送信が完了するとバックオフタイマが動作を再開する。ここで、送信局Ｔ１，Ｔ２は、受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ３，Ｂ３に対して、バックオフタイマのカウント１からカウントダウンを再開する。一方、受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント２からカウントダウンを再開する。したがって、次は、バックオフ値が小さい送信データＡ３，Ｂ３の同時送信が行われることになる。このとき、受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント１で停止する。

送信データＡ３，Ｂ３の同時送信が完了するとバックオフタイマが動作を再開する。ここで、送信局Ｔ１，Ｔ２は、受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ４，Ｂ４に対して、固定バックオフタイマ１５の参照値（＝固定バックオフ値３）を設定してカウントダウンを行う。一方、受信局Ｒ３宛の送信データＣ１のバックオフタイマはカウント１からカウントダウンするため、次の送信は送信データＣ１の単独送信が行われる。このとき、固定バックオフタイマ１５および受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ４，Ｂ４のバックオフタイマは、カウント２で停止する。

送信データＣ１の単独送信が完了するとバックオフタイマが動作を再開する。ここで、送信局Ｔ１，Ｔ２は、受信局Ｒ１，Ｒ２宛の送信データＡ４，Ｂ４に対して、バックオフタイマのカウント２からカウントダウンを行う。

実施例１の単独送信用バッファ１３および同時送信用バッファ１４は、送信データをバッファリングする機能と、バックオフ値設定部１６の制御により送信データのバックオフ待機を行う機能を併せもっている。実施例３では、それらの機能を分けた構成例を示すが、基本的な動作は実施例１と同様である。

図８は、本発明の実施例３における無線通信装置の構成例を示す。
図８において、実施例３の無線通信装置は、図１に示す実施例１の無線送信装置の構成における判定部１２、単独送信用バッファ１３および同時送信用バッファ１４に代えて、送信データがバッファに蓄積される前に同時送信か単独送信かを判定する前段判定部１２Ａと、送信データがバックオフ待機に入る前に同時送信か単独送信かを判定する後段判定部１２Ｂと、送信データを蓄積する単独送信用バッファ２１および同時送信用バッファ２２と、１フレームずつバックオフ待機を行う単独送信用バックオフ待機部２３および同時送信用バックオフ待機部２４を備える。

前段判定部１２Ａは、同時送信管理部１１が保持する同時送信管理テーブルの情報に基づいて、単独送信の送信データを単独送信用バッファ２１へ振り分け、同時送信の送信データを同時送信用バッファ２２へ振り分ける。

後段判定部１２Ｂは、単独送信用バッファ２１および同時送信用バッファ２２の送信データがバックオフ待機に入る際、同時送信管理部１１が保持する同時送信管理テーブルの情報に基づいて、単独送信の送信データを単独送信用バックオフ待機部２３へ振り分け、同時送信の送信データを同時送信用バックオフ待機部２４へ振り分ける。

単独送信用バックオフ待機部２３および同時送信用バックオフ待機部２４は、バックオフ値設定部１６により設定されたバックオフ値を用いて送信データの送信を待機する。バックオフタイマがカウント０となり、スイッチ部１７により送信データの送信を許可されている場合、待機していた送信データを送受信部１８に入力する。

このように、バックオフ待機直前において再度判定を行うことにより、バッファ内で送信を待機している間に、同時送信の可否に変化が生じた場合に対応することができる。

実施例２の単独送信用バッファ１３および同時送信用バッファ１４−１，１４−２は、送信データをバッファリングする機能と、バックオフ値設定部１６の制御により送信データのバックオフ待機を行う機能を併せもっている。実施例４では、それらの機能を分けた構成例を示すが、基本的な動作は実施例２と同様である。

図９は、本発明の実施例４における無線通信装置の構成例を示す。
図９において、実施例４の無線通信装置は、図６に示す実施例２の無線送信装置の構成における判定部１２、単独送信用バッファ１３および同時送信用バッファ１４−１，１４−２に代えて、送信データがバッファに蓄積される前に同時送信か単独送信かを判定する前段判定部１２Ａと、送信データがバックオフ待機に入る前に同時送信か単独送信かを判定する後段判定部１２Ｂと、送信データを蓄積する単独送信用バッファ２１および同時送信用バッファ２２−１，２２−２と、１フレームずつバックオフ待機を行う単独送信用バックオフ待機部２３および同時送信用バックオフ待機部２４−１，２４−２を備える。

バッファ管理部１９による送信データの属性に応じた制御は、前段判定部１２Ａおよび後段判定部１２Ｂに対して実行する他は、実施例２で説明したものと同じである。また、前段判定部１２Ａ、後段判定部１２Ｂ、単独送信用バックオフ待機部２３および同時送信用バックオフ待機部２４−１，２４−２は、実施例３と同様に動作する。

Ｔ１，Ｔ２ 送信局
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 受信局
１１ 同時送信管理部
１２ 判定部
１３ 単独送信用バッファ
１４ 同時送信用バッファ
１５ 固定バックオフタイマ
１６ バックオフ値設定部
１７ スイッチ部
１８ 送受信部
１９ バッファ管理部
２１ 単独送信用バッファ
２２ 同時送信用バッファ
２３ 単独送信用バックオフ待機部
２４ 同時送信用バックオフ待機部

Claims (4)

1. 送信局および受信局により構成される複数の通信セルが重複して配置された無線通信システムの送信局間で、バックオフ値を調整して同一のバックオフ値を設定することにより同時送信を実現する無線アクセス制御方法において、
   前記受信局の各々が、当該受信局と通信を行う前記送信局からの希望信号電力と、当該送信局以外の前記送信局からの干渉信号電力をそれぞれ測定し、希望信号電力と干渉信号電力の比を前記送信局に通知する第１のステップと、
   前記受信局から前記送信局に通知された前記希望信号電力と前記干渉信号電力の比が閾値を超えていた場合には当該受信局を前記同時送信の対象として設定し、そうでない場合には当該受信局を単独送信の対象として設定する第２のステップと、
   送信データの宛先となる受信局から当該送信データが前記同時送信か前記単独送信かを判定し、それぞれ対応する同時送信用バッファまたは単独送信用バッファに蓄積する第３のステップと、
   前記送信データのバッファ蓄積後バックオフ待機に入る前に、前記第１のステップおよび前記第２のステップにより前記送信データが前記同時送信か前記単独送信かを再度判定し、それぞれ対応する同時送信用バックオフ待機部または単独送信用バックオフ待機部で１フレームずつバックオフ待機する第４のステップと、
   前記同時送信用バックオフ待機部で待機している送信データに対して前記送信局間で同一のバックオフ値を設定し、前記単独送信用バックオフ待機部で待機している送信データに対して該バックオフ値と異なるランダムなバックオフ値を設定し、それぞれ設定したバックオフ値が小さい送信データから送信を開始する第５のステップと
   を有することを特徴とする無線アクセス制御方法。
2. 請求項１に記載の無線アクセス制御方法において、
   前記同時送信用バッファまたは前記単独送信用バッファの少なくとも一方を複数備え、さらに前記同時送信用バックオフ待機部または前記単独送信用バックオフ待機部の少なくとも一方を複数備え、
   前記第３のステップで、前記送信データのフレーム長または優先度に応じて、あるいは前記送信データの蓄積状況に応じて、前記複数のバッファを使い分け、
   前記第４のステップで、前記送信データのフレーム長または優先度に応じて、あるいは前記送信データの待機状況に応じて、前記複数のバックオフ待機部を使い分け、
   前記第５のステップで、前記複数のバックオフ待機部の送信データに対して互いに異なるバックオフ値を設定する
   ことを特徴とする無線アクセス制御方法。
3. 送信局および受信局により構成される複数の通信セルが重複して配置された無線通信システムの送信局間で、バックオフ値を調整して同一のバックオフ値を設定することにより同時送信を実現する無線通信装置において、
   前記受信局の各々が、当該受信局と通信を行う前記送信局からの希望信号電力と、当該送信局以外の前記送信局からの干渉信号電力をそれぞれ測定し、希望信号電力と干渉信号電力の比を前記送信局に通知する第１の手段と、
   前記受信局から前記送信局に通知された前記希望信号電力と前記干渉信号電力の比が閾値を超えていた場合には当該受信局を前記同時送信の対象として設定し、そうでない場合には当該受信局を単独送信の対象として設定する第２の手段と、
   送信データの宛先となる受信局から当該送信データが前記同時送信か前記単独送信かを判定し、それぞれ対応する同時送信用バッファまたは単独送信用バッファに蓄積する第３の手段と、
   前記送信データのバッファ蓄積後バックオフ待機に入る前に、前記第１のステップおよび前記第２のステップにより前記送信データが前記同時送信か前記単独送信かを再度判定し、それぞれ対応する同時送信用バックオフ待機部または単独送信用バックオフ待機部で１フレームずつバックオフ待機する第４の手段と、
   前記同時送信用バックオフ待機部で待機している送信データに対して前記送信局間で同一のバックオフ値を設定し、前記単独送信用バックオフ待機部で待機している送信データに対して該バックオフ値と異なるランダムなバックオフ値を設定し、それぞれ設定したバックオフ値が小さい送信データから送信を開始する第５の手段と
   を備えたことを特徴とする無線通信装置。
4. 請求項３に記載の無線通信装置において、
   前記同時送信用バッファまたは前記単独送信用バッファの少なくとも一方を複数備え、さらに前記同時送信用バックオフ待機部または前記単独送信用バックオフ待機部の少なくとも一方を複数備え、
   前記第３の手段は、前記送信データのフレーム長または優先度に応じて、あるいは前記送信データの蓄積状況に応じて、前記複数のバッファを使い分ける構成であり、
   前記第４の手段は、前記送信データのフレーム長または優先度に応じて、あるいは前記送信データの待機状況に応じて、前記複数のバックオフ待機部を使い分ける構成であり、 前記第５の手段は、前記複数のバックオフ待機部の送信データに対して互いに異なるバックオフ値を設定する構成である
   ことを特徴とする無線通信装置。

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