JP5967768B2 - 無線通信システム及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信を行う基地局装置を制御する技術に関する。

近年、２．４ＧＨｚ帯又は５ＧＨｚ帯を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格などに基づいた基地局装置（ＡＰ：Access point）が広く普及している。これらの規格に基づいたシステムでは、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させるための技術である直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用い、最大で５４Ｍｂｐｓの伝送速度を実現している。

ただし、上述した伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度であり、ユーザにとって有効なデータのスループットではない。実際には、ＭＡＣ（Medium Access Control）レイヤでの伝送効率が５０〜７０％程度であるために、スループットは３０Ｍｂｐｓ程度が上限値となっている。

一方、有線ＬＡＮの通信速度もＦＴＴＨ（Fiber to the home）の普及から、上昇の一途をたどっている。そのため、今後無線ＬＡＮにおいても更なる伝送速度の高速化が求められることが想定される。無線区間のスループット増大のために、ＭＩＭＯやマルチユーザＭＩＭＯなど様々な空間信号処理技術が検討されているが、他の方法として通信周波数帯域の拡大も行なわれている。ＩＥＥＥ８０２．１１ａでは、各チャネル２０ＭＨｚの周波数帯域が用いられていたが、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、４０ＭＨｚの周波数帯域が用いられている。さらに、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃでは、オプションを含めると１６０ＭＨｚまで検討されている。このように、チャネルの帯域拡大が進んでいる。

このように、チャネルの周波数帯域はＩＥＥＥ８０２．１１ａから１１ａｃまでで、８倍に拡大している。しかし、無線ＬＡＮに用いることのできる周波数帯域全体については、大きな拡張が認められていない。よって、無線端末の普及に伴い、周波数資源は十分でなくなりつつある。例えば、複数の基地局装置が同じ周波数帯域を用いる環境が増加している。このため、基地局装置が選択したチャネルによっては、通信セルが互いにオーバーラップする他の基地局装置からのパケット信号の影響によって、スループットが低下したり、システム全体のスループット効率が低下したりするという問題があった。更に、各基地局装置が選択しうるチャネルの帯域幅も多様化している。そのため、集中制御局（ＡＣ:Access point controller）を用いて基地局装置の周波数チャネルを管理する場合、どの周波数を用いるかだけでなく、どの周波数帯域を用いるかも判断する必要がある。

複数の基地局装置を集中制御局に接続し、各基地局装置にチャネルを割り当てる方法については特許文献１に記載されている。特許文献１では、基地局装置におけるスループットなどの通信状態を入力情報として用い、システムスループットを最大化するようにチャネルを選択することができる。

特開２００７−７４０９７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、無線通信システムにおいて制御可能な基地局装置の近隣に干渉源が存在することは想定されていない。例えば、無線通信システムにおいて制御できない基地局装置が干渉源として存在する場合に、干渉源が様々な周波数帯域のチャネルを用いて通信するような状況は想定されていない。無線ＬＡＮの例では、近隣に２０〜１６０ＭＨｚのチャネルを用いる基地局装置が存在する中で、集中制御局がどのようなチャネルを用い、それらをどのように接続された基地局装置に割り当てるかは明らかにされていない。
上記事情に鑑み、本発明は、干渉源が近隣に存在し干渉信号が生じている無線通信システムにおいて、無線通信の効率を向上させる技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、集中制御局と、前記集中制御局によって制御され端末装置と無線通信する基地局装置とを備えた無線通信システムであって、前記基地局装置は、他の無線装置の通信品質情報を収集する情報収集部と、前記情報収集部が収集した前記通信品質情報を前記集中制御局に通知する通知部と、端末装置との無線通信に用いるパラメータを、前記集中制御局から通知されたパラメータに設定するパラメータ設定部と、前記集中制御局は、前記基地局装置より通知された前記通信品質情報に基づいて、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定するパラメータ決定部と、前記通信パラメータを前記基地局装置に通知する通知部と、を備える無線通信システムである。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記パラメータ決定部は、前記システムスループットが最大となるように、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定する。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記パラメータ決定部は、各基地局装置のスループットの和が最大となるように、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定する。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記パラメータ決定部は、各基地局装置のスループットの積が最大となるように、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定する。

本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記基地局装置は、前記パラメータ設定部が前記パラメータを設定した後に前記端末装置との間の無線通信におけるスループットを前記集中制御局に通知するスループット通知部を更に備え、前記集中制御局は、前記基地局装置から通知された前記スループットを集計し、システムスループットが低下したか否か判断する判断部を更に備え、前記パラメータ決定部は、前記判断部が前記システムスループットが低下したと判断した場合、前回決定した通信パラメータとは異なるように、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定する。

本発明の一態様は、集中制御局と、前記集中制御局によって制御され端末装置と無線通信する基地局装置とを備えた無線通信システムが行う無線通信方法であって、前記基地局装置が、他の無線装置の通信品質情報を収集する情報収集ステップと、前記基地局装置が、収集した前記通信品質情報を前記集中制御局に通知する通知ステップと、前記集中制御局が、前記基地局装置から通知された前記通信品質情報に基づいて、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定するパラメータ決定ステップと、前記集中制御局が、前記通信パラメータを前記基地局装置に通知する通知ステップと、前記基地局装置が、前記端末装置との無線通信に用いるパラメータを、前記集中制御局から通知されたパラメータに設定するパラメータ設定ステップとを有する無線通信方法である。

本発明により、干渉源が近隣に存在し干渉信号が生じている無線通信システムにおいて、無線通信の効率を向上させることが可能となる。

本発明における無線通信システムのシステム構成を示す図である。 本発明で使用するチャネル及び帯域幅の一例である。 集中制御局１０及び基地局装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。 本発明の第一動作例におけるパラメータ決定方法の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第二動作例におけるパラメータ決定方法の処理の流れを示すフローチャートである。 無線通信システムにおける効果の具体例を示す図である。 チャネルのみが選択可能な場合のスループットの計算結果を表す図である。 チャネル及び端末数が選択可能な場合のスループットの計算結果を表す図である。 ＬＵＴ記憶部が記憶しているＬＵＴの具体例の一部を示す図である。 ＬＵＴ記憶部が記憶しているＬＵＴの具体例の一部を示す図である。 チャネル及び端末数が選択可能な場合において、各基地局装置２０のスループットの実測値の積が最大となるように動作させた場合の計算結果を表す図である。 スループットの実測値の積が最大となるように動作させた場合の公平性を示す指標を表す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における無線通信システムのシステム構成を示す図である。本発明の無線通信システムは、集中制御局（ＡＣ）１０、複数の基地局装置（ＡＰ−ｃ）２０、複数の端末装置３０を備える。無線通信システムの近傍には単数もしくは複数の干渉ＡＰ４０およびその干渉ＡＰ４０に従属する単数もしくは複数の端末装置５０が存在する。
以下の説明では、説明の簡略のため、基地局装置２０の台数を２台、端末装置３０の台数を１０台、干渉ＡＰ４０の台数を１台、干渉端末装置５０の台数を５台とする。

集中制御局１０は、情報処理装置を用いて構成され、複数の基地局装置２０と通信可能に接続される。集中制御局１０は、各基地局装置２０の動作を制御する。
基地局装置２０は、無線ＬＡＮのアクセスポイントであり、自装置に接続された端末装置３０と無線通信を行う。基地局装置２０は、集中制御局１０による制御にしたがって各端末装置３０と無線通信する。

端末装置３０は、例えばスマートフォン、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯ゲーム装置、タブレット装置、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置を用いて構成される。端末装置３０は、基地局装置２０と無線通信を行う。
干渉ＡＰ４０および干渉端末装置５０は、基地局装置２０と端末装置３０とが送受信する無線信号に干渉する信号を出力する装置である。干渉ＡＰ４０は、集中制御局１０による制御を受けない。

図２は、本発明で使用するチャネル及び帯域幅の一例である。各基地局装置２０は、予め定められた複数のモードのいずれか一つで動作する。基地局装置２０は、例えば４０ＭＨｚモード、８０ＭＨｚモード、１６０ＮＨｚモードの３つのいずれかのモードで動作する。基地局装置２０が使用可能な帯域は、５．１７ＧＨｚから５．３３ＧＨｚまでの１６０ＭＨｚ帯域（８つの２０ＭＨｚチャネル）である。使用可能なチャネルを左から順に４０ＭＨｚずつに分け、順に１、２、３、４とし、８０ＭＨｚのチャネルを５、６とし、１６０ＭＨｚのチャネルを７とする。なお、使用しているチャネルを“１”、使用していないチャネルを“０”で表す。例えば、（０，０，１，１）は、帯域３及び帯域４を用いて８０ＭＨｚモードで動作していることを表している。

各基地局装置２０は、通信を行うために１から７のいずれかのチャネルを用いる。各基地局装置２０が用いるチャネルの集合Ｃｉは、Ｃｉ＝｛（０，０，０，１），（０，０，１，０），（０，１，０，０），（１，０，０，０），（０，０，１，１），（１，１，０，０），（１，１，１，１）｝である。

２台の基地局装置２０は集中制御局１０に接続されている。そのため、集中制御局１０の制御に応じて連携して動作することが可能である。チャネルと端末数を通信パラメータとして選択可能な場合には、２台の基地局装置２０間で、計１０台の端末装置３０をどちらの基地局装置２０にも割り当てることができる。１台目の基地局装置２０に接続される端末装置３０の数に関する集合Ｍ１２は、Ｍ１２＝｛１，２，３，４，５，６，７，８，９｝となる。たとえば、Ｍ１２＝３の場合、１台目の基地局装置２０と無線通信する端末装置３０の台数は３台であり、２台目の基地局装置２０と無線通信する端末装置３０の台数は７台である。

基地局装置２０及び干渉ＡＰ４０をまとめて通信装置ｉとして表現する。通信装置ｉが形成するセルをセルｉとし、セルｉのトータルスループットをｕ（ａｉ，ａ−ｉ）とする。
３台の通信装置が使用するチャネルの一部又は全てがオーバーラップする場合、上記３台の全ての装置のチャネルがオーバーラップしているチャネルをプライマリチャネルとして設定する。また、上記３台のうち２台の装置の使用するチャネルの一部又は全てがオーバーラップする場合、オーバーラップしているチャネルをプライマリとして設定する。

また、通信装置ｉの帯域内に２つの直交するチャネルを使用する通信装置ｊ及び通信装置ｋが存在する場合、通信装置ｉは通信装置ｊ又は通信装置ｋのプライマリチャネルと自身のプライマリチャネルとを揃える必要がある。しかし、本発明においては、通信装置１（１台目の基地局装置２０）と通信装置２（２台目の基地局装置２０）とは連携動作する。そのため、通信装置１と通信装置２が使用するチャネルがオーバーラップしており、プライマリチャネルを揃えることが可能な場合は、優先してプライマリチャネルを揃えて動作する。
なお、スループットの計算方法の具体例は以下の文献に記載されている。
花田, 山本, 工藤, 石原, 守倉, “無線LAN システムにおける基地局連携チャネル選択のゲーム理論的解析,” 信学技報RCS2011-304, pp.211-216, Jan 2012.

図３は、集中制御局１０及び基地局装置２０の機能構成を表す概略ブロック図である。まず、集中制御局１０の機能構成を説明する。集中制御局１０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、制御プログラムを実行する。制御プログラムの実行によって、集中制御局１０は、受信部１０１、通信品質情報記憶部１０２、計算部１０３、パラメータ決定部１０４、スループット記憶部１０５、判断部１０６、通知部１０７を備える装置として機能する。なお、集中制御局１０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。また、制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されても良い。

受信部１０１は、基地局装置２０から通知された情報（例えば干渉ＡＰ４０の通信品質情報、基地局装置２０のスループット）を受信する。受信部１０１は、基地局装置２０との間で無線通信を行っても良いし有線通信を行っても良い。
通信品質情報記憶部１０２は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。通信品質情報記憶部１０２は、基地局装置２０から通知された干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方の通信品質情報を記憶する。通信品質情報とは、干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方が行っている無線通信に関する情報である。通信品質情報は、例えば使用チャネルや、帯域幅、通信頻度、トラヒック量、信号強度、位置情報、ＱｏＳ（Quality of Service）などを表す。また、干渉ＡＰ４０に接続している端末数を表しても良い。

計算部１０３は、各基地局装置２０に対してある通信パラメータを設定した場合のシステムスループットの推定値（以下、「スループット指標」という。）を算出する。システムスループットとは、個々の基地局装置２０におけるスループットではなく、複数の基地局装置２０を備える無線通信システム全体のスループットである。

以下、計算部１０３の処理の具体例について説明する。計算部１０３は、通信品質情報記憶部１０２が記憶している通信品質情報に基づいて、各基地局装置２０に対して割り当てるべき通信パラメータの候補（以下、「通信パラメータ候補」という。）を複数決定する。通信パラメータとは、基地局装置２０と端末装置３０との間で行われる無線通信に関するパラメータである。通信パラメータは、例えば、使用されるチャネルと、基地局装置２０に従属する端末数とを表す。計算部１０３は、例えば干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方において利用されていないチャネル、干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方のトラヒック量の少ないチャネル、干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方による無線信号の信号強度が弱いチャネルなどを、その干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方の近傍に位置する基地局装置２０に割り当てる通信パラメータ候補のチャネルとして選択する。また、計算部１０３は、選択されたチャネルに応じて、各基地局装置２０に割り当てられる端末装置３０の数を、通信パラメータ候補の端末数として選択する。計算部１０３は、パラメータ候補毎に、そのパラメータ候補で各基地局装置２０が無線通信を行った場合のスループット指標を計算する。

パラメータ決定部１０４は、スループット指標に基づいて、通信パラメータ候補の中から一つの通信パラメータを決定する。例えば、パラメータ決定部１０４は、計算部１０３が計算したスル−プット指標に基づいて、無線通信システムのシステムスループットが最大となるように通信パラメータを決定する。

スループット記憶部１０５は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。スループット記憶部１０５は、受信部１０１が受信した各基地局装置２０のスループットの実測値を記憶する。
判断部１０６は、スループット記憶部１０５が記憶している基地局装置２０毎のスループットの実測値に基づいて、無線通信システムのシステムスループットの実測値を算出する。例えば、判断部１０６は、基地局装置２０毎のスループットの実測値の和をシステムスループットの実測値として算出しても良い。判断部１０６は、算出したシステムスループットの実測値に基づいて、通信パラメータの再設定が必要か否かを判断する。
通知部１０７は、パラメータ決定部１０４が決定したパラメータを各基地局装置２０に通知する。

次に、基地局装置２０の機能構成を説明する。基地局装置２０は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、基地局プログラムを実行する。基地局プログラムの実行によって、基地局装置２０は、情報収集部２０１、検出部２０２、スループット算出部２０３、受信部２０４、パラメータ設定部２０５、パラメータ記憶部２０６、通信部２０７、通知部２０８を備える装置として機能する。なお、基地局装置２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されても良い。また、基地局プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、基地局プログラムは、電気通信回線を介して送受信されても良い。

情報収集部２０１は、自装置（基地局装置２０）の近傍に位置する干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方の通信品質情報を収集する。近傍に位置する干渉ＡＰ４０もしくは干渉端末装置５０とは、すなわち自装置（基地局装置２０）においてその干渉ＡＰ４０もしくは干渉端末装置５０から送出された無線信号を受信可能な干渉ＡＰ４０もしくは干渉端末装置５０である。
検出部２０２は、情報収集部２０１が収集した通信品質情報の変化を検出する。

スループット算出部２０３は、自装置（基地局装置２０）と端末装置３０との間の無線通信におけるスループットを算出する。例えば、スループット算出部２０３は、パラメータ設定直後と、一定時間経過後（例えば、５秒後、３０秒後、１分後、５分後など）とで、端末装置３０との間で行われる無線通信におけるスループット実測値を算出する。
受信部２０４は、集中制御局１０から通知される情報（例えば、通信パラメータ）を受信する。

パラメータ設定部２０５は、受信部２０４が受信した通信パラメータを、自装置（基地局装置２０）が行う無線通信の通信パラメータとして設定する。具体的には、パラメータ設定部２０５は、受信部２０４が受信した通信パラメータを用いて、パラメータ記憶部２０６に記憶されている通信パラメータを上書きする。

パラメータ記憶部２０６は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。パラメータ記憶部２０６は、パラメータ設定部２０５によって設定された通信パラメータを記憶する。
通信部２０７は、パラメータ設定部２０５が設定した通信パラメータで、端末装置３０との間で無線通信を行う。
通知部２０８は、通信品質情報やスループット実測値を集中制御局１０に通知する。

［第一動作例］
図４は、本発明の第一動作例におけるパラメータ決定方法の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、基地局装置２０の情報収集部２０１は、干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方の通信品質情報を収集する。通知部２０８は、収集した通信品質情報を集中制御局１０に通知する。集中制御局１０の受信部１０１は、各基地局装置２０から通信品質情報を収集する（ステップＳ１０１）。受信部１０１は、各基地局装置２０から受信した通信品質情報を通信品質情報記憶部１０２に記録する。次に、計算部１０３は、通信品質情報に基づいてスループット指標を計算する。パラメータ決定部１０４は、スループット指標に基づいて、各基地局装置２０が使用する通信パラメータを決定する。通知部１０７は、決定した通信パラメータを各基地局装置２０に通知する（ステップＳ１０２）。

基地局装置２０の受信部２０４は、集中制御局１０から通知された通信パラメータを受信する。パラメータ設定部２０５は、受信された通信パラメータを、自装置が行う無線通信の通信パラメータとして設定する（ステップＳ１０３）。通信部２０７は、設定された通信パラメータで端末装置３０と無線通信を行う（ステップＳ１０４）。スループット算出部２０３は、パラメータ設定直後及び一定時間経過後に端末装置３０との間の無線通信におけるスループットを算出する。通知部２０８は、算出されたスループットを集中制御局１０に通知する（ステップＳ１０５）。

集中制御局１０の受信部１０１は、各基地局装置２０から通知されたスループットを収集し、スループット記憶部１０５に記録する。判断部１０６は、パラメータ設定直後のシステムスループットの実測値と、一定時間経過後のシステムスループットの実測値とに基づいて、通信パラメータの再設定の要否を判定する（ステップＳ１０６）。判断部１０６は、システムスループットの実測値が既定値以上減少している場合に、通信パラメータの再設定が必要であると判定する（ステップＳ１０６−ＹＥＳ）。この場合、無線通信システムはステップＳ１０１から処理を繰り返し実行する。そして、ステップＳ１０２の処理において、パラメータ決定部１０４は、前回のステップＳ１０２の処理で決定された通信パラメータとは異なる通信パラメータを決定し通知する。

一方、判断部１０６は、システムスループットの実測値が既定値以上減少していない場合に、通信パラメータの再設定が不要であると判定する（ステップＳ１０６−ＮＯ）。この場合、処理は終了する。
基地局装置２０の検出部２０２は、干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方の通信状態の変化を検出した場合、集中制御局１０に通知する（ステップＳ１０８）。また、集中制御局１０に新しく基地局装置２０が接続された場合、接続された基地局装置２０の通知部２０８は、新たに接続されたことを集中制御局１０に通知する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０８又はステップＳ１０９における通知がなされた場合、無線通信システムはステップＳ１０１以降の処理を実行する。

［第二動作例］
図５は、本発明の第二動作例におけるパラメータ決定方法の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、基地局装置２０の情報収集部２０１は、干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方の通信品質情報を収集する。通知部２０８は、収集した通信品質情報を集中制御局１０に通知する。集中制御局１０の受信部１０１は、各基地局装置２０から通信品質情報を収集する（ステップＳ２０１）。受信部１０１は、各基地局装置２０から受信した通信品質情報を通信品質情報記憶部１０２に記録する。次に、計算部１０３は、通信品質情報に基づいてスループット指標を計算する。パラメータ決定部１０４は、スループット指標に基づいて、各基地局装置２０が使用する第一の通信パラメータ（例えばチャネル）を決定する。通知部１０７は、決定した第一の通信パラメータを各基地局装置２０に通知する（ステップＳ２０２）。

基地局装置２０の受信部２０４は、集中制御局１０から通知された第一の通信パラメータを受信する。パラメータ設定部２０５は、受信された第一の通信パラメータを、自装置が行う無線通信の通信パラメータとして設定する（ステップＳ２０３）。通信部２０７は、設定された第一の通信パラメータで端末装置３０と無線通信を行う（ステップＳ２０４）。スループット算出部２０３は、第一のパラメータ設定直後及び一定時間経過後に端末装置３０との間の無線通信におけるスループットを算出する。通知部２０８は、算出されたスループットを集中制御局１０に通知する（ステップＳ２０５）。

集中制御局１０の受信部１０１は、各基地局装置２０が通知したスループットを収集し、スループット記憶部１０５に記録する。判断部１０６は、第一の通信パラメータ設定直後のシステムスループットの実測値と、一定時間経過後のシステムスループットの実測値とに基づいて、第一の通信パラメータの再設定の要否を判定する（ステップＳ２０６）。判断部１０６は、システムスループットの実測値が既定値以上減少している場合に、第一の通信パラメータの再設定が必要であると判定する（ステップＳ２０６−ＹＥＳ）。この場合、無線通信システムはステップＳ２０１から処理を繰り返し実行する。そして、ステップＳ２０２の処理において、パラメータ決定部１０４は、前回のステップＳ２０２の処理で決定された第一の通信パラメータとは異なる第一の通信パラメータを決定し通知する。

一方、判断部１０６は、システムスループットの実測値が既定値以上減少していない場合に、第一の通信パラメータの再設定が不要であると判定する（ステップＳ２０６−ＮＯ）。この場合、基地局装置２０の情報収集部２０１は、干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方の通信品質情報を再び収集する。通知部２０８は、収集した通信品質情報を集中制御局１０に通知する。集中制御局１０の受信部１０１は、各基地局装置２０から通信品質情報を収集する（ステップＳ２０７）。受信部１０１は、各基地局装置２０から受信した通信品質情報を通信品質情報記憶部１０２に記録する。次に、計算部１０３は、通信品質情報に基づいてスループット指標を計算する。パラメータ決定部１０４は、スループット指標に基づいて、各基地局装置２０が使用する第二の通信パラメータ（例えば接続する端末装置の台数）を決定する。通知部１０７は、決定した第二の通信パラメータを各基地局装置２０に通知する（ステップＳ２０８）。

基地局装置２０の受信部２０４は、集中制御局１０から通知された第二の通信パラメータを受信する。パラメータ設定部２０５は、受信された第二の通信パラメータを、自装置が行う無線通信の通信パラメータとして設定する（ステップＳ２０９）。通信部２０７は、設定された第二の通信パラメータで端末装置３０と無線通信を行う（ステップＳ２１０）。スループット算出部２０３は、第二のパラメータ設定直後及び一定時間経過後に端末装置３０との間の無線通信におけるスループットを算出する。通知部２０８は、算出されたスループットを集中制御局１０に通知する（ステップＳ２１１）。

集中制御局１０の受信部１０１は、各基地局装置２０が通知したスループットを収集し、スループット記憶部１０５に記録する。判断部１０６は、第二の通信パラメータ設定直後のシステムスループットの実測値と、一定時間経過後のシステムスループットの実測値とに基づいて、第二の通信パラメータの再設定の要否を判定する（ステップＳ２１２）。判断部１０６は、システムスループットの実測値が既定値以上減少している場合に、第二の通信パラメータの再設定が必要であると判定する（ステップＳ２１２−ＹＥＳ）。この場合、無線通信システムはステップＳ２０７から処理を繰り返し実行する。そして、ステップＳ２０８の処理において、パラメータ決定部１０４は、前回のステップＳ２０８の処理で決定された第二の通信パラメータとは異なる第二の通信パラメータを決定し通知する。

一方、判断部１０６は、システムスループットの実測値が既定値以上減少していない場合に、第二の通信パラメータの再設定が不要であると判定する（ステップＳ２１２−ＮＯ）。この場合、処理は終了する。
基地局装置２０の検出部２０２は、干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方の通信状態の変化を検出した場合、集中制御局１０に通知する（ステップＳ２１４）。また、集中制御局１０に新しく基地局装置２０が接続された場合、接続された基地局装置２０の通知部２０８は、新たに接続されたことを集中制御局１０に通知する（ステップＳ２１５）。ステップＳ２１４又はステップＳ２１５における通知がなされた場合、無線通信システムはステップＳ２０１以降の処理を実行する。

以上のように構成された無線通信システムによれば、干渉ＡＰ４０もしくは干渉端末装置５０の影響に応じてシステムスループットが最大となるように各基地局装置２０の通信パラメータが設定される。そのため、干渉ＡＰ４０と干渉端末装置５０の少なくとも一方が近隣に存在し干渉信号が生じている無線通信システムにおいて、無線通信の効率を向上させることが可能となる。
また、通信パラメータを設定した後にシステムスループットが低下した場合には、他の通信パラメータが改めて設定される。そのため、より確実に無線通信の効率の向上を図ることが可能となる。

図６は、無線通信システムにおける効果の具体例を示す図である。干渉ＡＰ４０が５．２５〜５．３３ＭＨｚの８０ＭＨｚを使用して５台の端末と通信している場合を想定する。１台目の基地局装置２０が５．１７〜５．２５ＭＨｚの８０ＭＨｚを使用して１台の端末装置３０と無線通信し、２台目の基地局装置２０が５．２５〜５．３３ＭＨｚの８０ＭＨｚを使用して９台の端末装置３０と無線通信すると、５．１７〜５．２５ＭＨｚのチャネルの方がトラヒック量（通信頻度）が少なくなる。そのため、干渉ＡＰ４０は、５．１７〜５．２５ＭＨｚのチャネルの方がよりスループットが高く通信できると認識し、そちらのチャネルに遷移する。以上のように、集中制御局１０は、各基地局装置２０のパラメータを設定することによって、干渉ＡＰ４０が用いるチャネルを間接的に制御することができる。そのため、干渉ＡＰ４０のチャネルも含めて、無線通信システム全体のスループット（システムスループット）を向上させることが可能となる。

図７は、チャネルのみが選択可能な場合のスループットの計算結果を表す図である。図８は、チャネル及び端末数が選択可能な場合のスループットの計算結果を表す図である。いずれの図でも、縦軸はシステムスループットを表し、横軸は干渉ＡＰ４０のスループットを表す。なお、図７及び図８におけるシミュレーション諸元は、上述した文献に示す通りである。図７の（ｉ）と図８の（ｉｉ）とからわかるように、チャネルのみ変えられる場合と比べて、端末数も変えることで、システムスループットがより大きく改善されている。図８の（ｉｉ）は、１台目の基地局装置２０が「１，１，０，０」で端末数が９、２台目の基地局装置２０が「０，０，１，１」で端末数が１、干渉ＡＰ４０が「１，１，１，１」で端末数が５である場合の値である。１台目の基地局装置２０の方により多くの端末装置３０を従属させることで、システムスループットが向上している。

＜変形例＞
基地局装置２０は、自身に接続する複数の端末装置３０と無線通信可能な装置であればどのような装置であっても良く、無線ＬＡＮのアクセスポイントに限定される必要は無い。基地局装置２０は、例えば携帯電話通信網の基地局装置であっても良い。なお、無線ＬＡＮシステムの具体例には、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎ／ａｃといったＣＳＭＡ／ＣＡによるシステムがある。

上記第一動作例のステップＳ１０６の処理、第二動作例のステップＳ２０６の処理及びＳ２１２の処理において、システムスループットの実測値が既定値以上減少しているか否かに基づいて分岐の判断を行うのではなく、所定回数Ｓ１０１〜Ｓ１０５等の処理を繰り返してから処理を終了又は次の処理に移行するように構成されても良い。また、上記各処理において、システムスループットの実測値が閾値を超えた場合に、処理を終了又は次の処理に移行するように構成されても良い。

通信品質情報を収集する装置は、基地局装置２０に限定される必要は無く、端末装置３０であっても良いし、他の装置であっても良い。このように構成されることにより、隠れ端末問題に対する特性劣化を低減することができる。
集中制御局１０は、ＬＵＴ記憶部を更に備えるように構成されても良い。ＬＵＴ記憶部は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。ＬＵＴ記憶部は、シミュレーションなどにより予め求められたＬＵＴ（Look Up Table）のデータを記憶している。

図９及び図１０は、ＬＵＴ記憶部が記憶しているＬＵＴの具体例の一部を示す図である。図９は、チャネルのみが選択可能な場合のＬＵＴであり、図１０は、チャネル及び端末数が選択可能な場合のＬＵＴである。ＬＵＴ記憶部が記憶しているＬＵＴは、各基地局装置２０に割り当てられるパラメータの組み合わせ毎に、そのパラメータの元で各基地局装置２０が動作した場合の各装置のスループットの予測値を定義したＬＵＴである。この場合、計算部１０３は、ＬＵＴ記憶部に記憶されているＬＵＴを参照することによって、スループット指標を取得しても良い。

図９及び図１０のＬＵＴについてより詳細に説明する。縦に基地局装置２０のチャネル使用情報を示し、横に干渉源４０のチャネル使用情報を並べ、各組み合わせにおける各通信装置のスループットを表している。例えば、「１，１，０，０」の場合は、図２における「５」のようなチャネルの使用を行った場合に相当する。なお、カッコ内の数字は、各通信装置に従属されている端末数を示し、ＬＵＴ内の数値は左から順に１台目の基地局装置２０、２台目の基地局装置２０、干渉源４０のスループットをそれぞれ表す。※は、ゲーム理論におけるナッシュ均衡点を表している。

上述した本実施形態では、集中制御局１０は、システムスループットが最大となるように制御を行う。即ち、集中制御局１０は、基地局装置２０毎のスループットの実測値の和が最大となるように制御を行う。これに対し、集中制御局１０は、基地局装置２０毎のスループットの実測値の積が最大となるように制御を行ってもよい。
その際、例えば、以下のような処理が行われる。具体例として、図４のフローチャートを用いて説明する。また、ステップＳ１０１からステップＳ１０５までの処理は、図４と同様のため説明を省略する。

集中制御局１０の判断部１０６は、パラメータ設定直後の各基地局装置２０から収集したスループットの実測値の積と、一定時間経過後の各基地局装置２０から収集したスループットの実測値の積とに基づいて、通信パラメータの再設定の要否を判定する（ステップＳ１０６）。一定時間経過後の各基地局装置２０から収集したスループットの実測値の積が既定値以上減少している場合（ステップＳ１０６−ＹＥＳ）、無線通信システムはステップＳ１０１以降の処理を繰り返し実行する。そして、ステップＳ１０２の処理において、パラメータ決定部１０４は、前回のステップＳ１０２の処理で決定された通信パラメータとは異なる通信パラメータを決定し通知する。
一方、一定時間経過後の各基地局装置２０から収集したスループットの実測値の積が既定値以上減少していない場合（ステップＳ１０６−ＮＯ）、無線通信システムは処理を終了する。

図１１は、チャネル及び端末数が選択可能な場合において、各基地局装置２０のスループットの実測値の積が最大となるように動作させた場合の計算結果を表す図である。
図１１の縦軸はシステムスループットを表し、横軸は干渉ＡＰ４０のスループットを表す。なお、シミュレーション諸元は、上述した文献（花田, 山本, 工藤, 石原, 守倉, “無線LAN システムにおける基地局連携チャネル選択のゲーム理論的解析,” 信学技報RCS2011-304, pp.211-216, Jan 2012.）に示す通りである。また、図１１のチャネル及び端末数が選択可能な場合において各基地局装置２０のスループットの実測値の積が最大となるように動作させた場合の計算結果と、図８のチャネル及び端末数が選択可能な場合のスループットの計算結果とを比較すると、図１１にはナッシュ均衡点が存在している。

図１２は、スループットの実測値の積が最大となるように動作させた場合の公平性を示す指標を表す図である。図１２の縦軸は公平性を示す指標（Jain’s fairness index）を表し、横軸はナッシュ均衡点を表す。図１２に示すように、ナッシュ均衡点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｇ，Ｋ，Ｍの全点において、端末数を集中制御局１０が制御するパラメータに加えることで、Jain’s fairness indexの値が改善され、公平なリソースの配分が可能となっていることが推定できる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１０…集中制御局（ＡＣ）， ２０…基地局装置（ＡＰ−ｃ）， ３０…端末装置， ４０…干渉ＡＰ（ＡＰ−ｎ）， ５０…干渉端末装置， １０１…受信部， １０２…通信品質情報記憶部， １０３…計算部， １０４…パラメータ決定部， １０５…スループット記憶部， １０６…判断部， １０７…通知部， ２０１…情報収集部， ２０２…検出部， ２０３…スループット算出部， ２０４…受信部， ２０５…パラメータ記憶部， ２０６…パラメータ設定部， ２０７…通信部， ２０８…通知部

Claims (6)

1. 集中制御局と、前記集中制御局によって制御され端末装置と無線通信する基地局装置とを備えた無線通信システムであって、
   前記基地局装置は、
   他の無線装置の通信品質情報を収集する情報収集部と、
   前記情報収集部が収集した前記通信品質情報を前記集中制御局に通知する通知部と、
   端末装置との無線通信に用いるパラメータを、前記集中制御局から通知されたパラメータに設定するパラメータ設定部と、
   前記集中制御局は、
   前記基地局装置より通知された前記通信品質情報に基づいて、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定するパラメータ決定部と、
   前記通信パラメータを前記基地局装置に通知する通知部と、
   を備え、
   前記パラメータ決定部は、前記基地局装置毎の通信パラメータとして第一の通信パラメータを決定し、
   前記パラメータ設定部は、前記端末装置との無線通信に用いるパラメータを、前記集中制御局から通知された前記第一の通信パラメータに設定し、
   前記パラメータ決定部は、前記第一の通信パラメータの再設定が不要である場合に、前記基地局装置から再度通知された前記通信品質情報に基づいて、前記第一の通信パラメータとは異なる通信パラメータである第二の通信パラメータを前記基地局装置毎の通信パラメータとして決定し、
   前記パラメータ設定部は、前記端末装置との無線通信に用いるパラメータを、前記集中制御局から通知された前記第二の通信パラメータに設定する無線通信システム。
2. 前記パラメータ決定部は、システムスループットが最大となるように、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定する請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記パラメータ決定部は、各基地局装置のスループットの和が最大となるように、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定する請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記パラメータ決定部は、各基地局装置のスループットの積が最大となるように、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定する請求項２に記載の無線通信システム。
5. 前記基地局装置は、前記パラメータ設定部が前記パラメータを設定した後に前記端末装置との間の無線通信におけるスループットを前記集中制御局に通知するスループット通知部を更に備え、
   前記集中制御局は、前記基地局装置から通知された前記スループットを集計し、システムスループットが低下したか否か判断する判断部を更に備え、
   前記パラメータ決定部は、前記判断部が前記システムスループットが低下したと判断した場合、前回決定した通信パラメータとは異なるように、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
6. 集中制御局と、前記集中制御局によって制御され端末装置と無線通信する基地局装置とを備えた無線通信システムが行う無線通信方法であって、
   前記基地局装置が、他の無線装置の通信品質情報を収集する情報収集ステップと、
   前記基地局装置が、収集した前記通信品質情報を前記集中制御局に通知する通知ステップと、
   前記集中制御局が、前記基地局装置から通知された前記通信品質情報に基づいて、前記基地局装置毎の通信パラメータを決定するパラメータ決定ステップと、
   前記集中制御局が、前記通信パラメータを前記基地局装置に通知する通知ステップと、
   前記基地局装置が、前記端末装置との無線通信に用いるパラメータを、前記集中制御局から通知されたパラメータに設定するパラメータ設定ステップと
   を有し、
   前記集中制御局が、前記パラメータ決定ステップにおいて、前記基地局装置毎の通信パラメータとして第一の通信パラメータを決定し、
   前記基地局装置が、前記パラメータ設定ステップにおいて、前記端末装置との無線通信に用いるパラメータを、前記集中制御局から通知された前記第一の通信パラメータに設定し、
   前記集中制御局が、前記パラメータ決定ステップにおいて、前記第一の通信パラメータの再設定が不要である場合に、前記基地局装置から再度通知された前記通信品質情報に基づいて、前記第一の通信パラメータとは異なる通信パラメータである第二の通信パラメータを前記基地局装置毎の通信パラメータとして決定し、
   前記基地局装置が、前記パラメータ設定ステップにおいて、前記端末装置との無線通信に用いるパラメータを、前記集中制御局から通知された前記第二の通信パラメータに設定する無線通信方法。

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