JP6362331B2 - 基地局および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、無線ＬＡＮシステムの基地局、端末局および無線通信システムに関する。

ＩＥＥＥ８０２．１１規格で規定されている無線ＬＡＮシステムのうち、２．４ＧＨｚ帯を使用する無線ＬＡＮシステムにおいては、５ＭＨｚ間隔で１３のチャネルが規定されている（非特許文献１参照）。インフラストラクチャモードで動作する無線ＬＡＮ基地局（ＡＰ：Access Point）はユーザが設定した固定のチャネルで動作し、無線ＬＡＮ端末局（ＳＴＡ：Station）はＡＰと接続し、無線ＬＡＮシステムとして動作する。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の無線ＬＡＮシステムでは、アクセス方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance）を採用している。ＩＥＥＥ８０２．１１規格のＣＳＭＡ／ＣＡでは、送信動作の前に一定期間キャリア検出を行い、キャリアを検知しなかった場合は送信を行う。一方、キャリアを検知した場合は、ランダム待ち時間を設定、保持して送信を待機する。その後、キャリアがいなくなったことを検知すると、保持しているランダム待ち時間だけキャリア検出を行う。ランダム待ち時間中に再度キャリアを検知した場合は、現在のランダム待ち時間を保持してキャリアがいなくなるまで待機する。上記動作を送信が完了するまで繰り返す。

上述したように、２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮシステムでは５ＭＨｚ間隔にチャネルが割り当てられており、使用するチャネルをどのチャネルに設定するかはユーザが自由に決定できる。しかしながら、通信帯域幅は約２２ＭＨｚのため既設の無線ＬＡＮシステムと５チャネル以上離れていないとシステム間で干渉が発生する。

ここで、使用するチャネルを既設システム（周囲の他の無線ＬＡＮシステム）と同一チャネルに設定した場合の問題点、および、既設システムと１ｃｈ以上かつ５ｃｈ未満離れたチャネルに設定した場合の問題点について説明する。

まず、使用するチャネルを既設システムと同一チャネルに設定した場合の問題は、既設システムと帯域をシェアすることである。既設システムからの電波強度が低い場合にも、受信処理直後は自システムの信号と区別がつかないため、送信を待機せざるを得ない。

また、使用するチャネルを既設システムと１ｃｈ以上かつ５チャネル未満に設定した場合の問題は、通信帯域の重複によりＳＩＲ（Signal Interference Ratio）が低下し、復調時にデータ誤りが発生することである。当然ながら、既設システムからの電波強度が高いとＣＳＭＡ／ＣＡによる送信待機時間が発生する。

特許文献１には、上記のような干渉問題を解決するための技術、具体的には、ＡＰが候補チャネルそれぞれについての干渉影響度（他のチャネルから受ける影響の度合い）を算出し、干渉影響度が最も低いチャネルを選択する技術が記載されている。

特開２００８−０７８６９８号公報

ＩＥＥＥ８０２．１１ Ｓｔａｎｄａｒｄ ２０１２ "Part 11:Wireless LAN Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications）"

上記特許文献１に記載された技術は、ＡＰにおける各チャネルの品質（干渉影響度）を考慮して使用するチャネルを選択するものであるが、無線ＬＡＮシステムの干渉問題はＡＰおよびＳＴＡ双方で発生するため、ＡＰ側の状態だけを考慮してチャネルを選択する場合、最適なチャネルを選択できないおそれがある。加えて、既設システムから受ける干渉量は通信機器（ＡＰ，ＳＴＡ）ごとに異なるため、無線ＬＡＮシステム全体として最適な使用チャネルを選択するには、既設システムに対して最も干渉を受ける通信機器を考慮した上でチャネルを設定する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、他システムからの干渉が少ない無線チャネルを使用チャネルとして選択する基地局、端末局および無線通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、無線ＬＡＮシステムの基地局であって、予め規定されている条件を満たした場合に、収容している端末局に対して基地局探索動作の実行を指示するとともに、他の基地局を探索する基地局探索手段と、前記基地局探索手段における基地局探索結果である第１の探索結果と、収容している端末局の各々における基地局探索結果である第２の探索結果とに基づいて、使用可能な無線チャネル各々の品質を評価するチャネル品質評価手段と、前記チャネル品質評価手段における評価結果に基づいて、収容している端末局との通信で使用する無線チャネルを選択するチャネル選択手段と、前記チャネル選択手段が選択した無線チャネルに切り替えて通信を行うよう、収容している端末局に指示するとともに、自身が使用する無線チャネルを前記チャネル選択手段が選択した無線チャネルに切り替えるチャネル切り替え手段と、を備え、前記チャネル品質評価手段は、前記第１の探索結果および前記第２の探索結果に基づいて、他の基地局による通信の影響を受けない無線チャネルであるクリアチャネルの有無を判別し、クリアチャネルが存在しない場合には、自システム内の通信が他の基地局による通信から受ける影響量の算出、および他の基地局が通信を行うことにより自身の通信機会が減少するか否かの判定を無線チャネル毎に行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、基地局は、システム内の各端末局における通信品質も考慮した上で、多システムからの干渉が少ない無線チャネルを使用チャネルとして選択することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる基地局および端末局を備えた無線通信システムの構成例を示す図である。 図２は、基地局（ＡＰ）の構成例を示す図である。 図３は、端末局（ＳＴＡ）の構成例を示す図である。 図４は、使用チャネル変更動作の一例を示すシーケンス図である。 図５は、ＡＰのＢｅａｃｏｎ保持部が保持する情報の一例を示す図である。 図６は、ＳＴＡのＢｅａｃｏｎ保持部が保持する情報の一例を示す図である。 図７は、ＳＴＡのＢｅａｃｏｎ保持部が保持する情報の一例を示す図である。 図８は、空きチャネル検出部が作成する情報テーブルの一例を示す図である。 図９は、受信電力推定部およびキャリアセンス推定部が作成する情報テーブルの一例を示す図である。 図１０は、受信電力推定部およびキャリアセンス推定部が作成する情報テーブルの一例を示す図である。 図１１は、ＳＩＮＲ計算部が作成する情報テーブルの一例を示す図である。

以下に、本発明にかかる基地局、端末局および無線通信システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる基地局および端末局を備えた無線ＬＡＮシステムの構成例を示す図である。図１においては、本発明にかかる無線通信システムとしての無線ＬＡＮシステムと他の無線ＬＡＮシステムの位置関係の一例を併せて記載している。基地局（以下、ＡＰ(Access Point)）１００と端末局（以下、ＳＴＡ(Station)）１０１および１０２とが本発明にかかる基地局および端末局に相当する。ＡＰ２００、３００、４００および５００は、他の無線ＬＡＮシステムの基地局（ＡＰ）である。他の無線ＬＡＮシステムの端末局（ＳＴＡ）、すなわち、ＡＰ２００、３００、４００および５００に接続しているＳＴＡについては図示を省略している。ＡＰ１００、２００、３００、４００および５００は、２．４ＧＨｚ帯で動作するものとし、使用可能な１３の無線チャネルの中から選択した１チャネルを使用してＳＴＡとそれぞれ通信するものとする。無線チャネルの構成（周波数、チャネル間隔）は上記の非特許文献１の規定に従うものとする。

本実施の形態では、例えば建屋内ですでにＡＰ２００を１ｃｈ、ＡＰ３００を６ｃｈ、ＡＰ４００を１１ｃｈ、ＡＰ５００を５ｃｈにして運用しているものとし、ここに、新たにＡＰ１００を加えて運用するものとして説明を行う。ＡＰ１００にはＳＴＡ１０１とＳＴＡ１０２が接続するものとする。

次に、ＡＰ１００の構成を説明する。図２は、ＡＰ１００の構成例を示す図である。

図２に示したように、ＡＰ１００は、無線通信送受信部１０１、チャネル設定部１０２、チャネル選択部１０３、周囲ＡＰ測定部１０４、Ｂｅａｃｏｎ保持部１０５、空きチャネル検出部１０６、受信電力推定部１０７、キャリアセンス推定部１０８、ＳＩＮＲ計算部１０９およびチャネル更新トリガ発生部１１０を備える。

ＡＰ１００において、無線通信送受信部１０１は、無線信号を送受信する。

チャネル切り替え手段としてのチャネル設定部１０２は、無線通信送受信部１０１が送受信する無線チャネルを設定するとともに、自ＡＰ（ＡＰ１００）に接続中のＳＴＡに対し、無線通信送受信部１０１が送受信する無線チャネルと同じ無線チャネルを使用するよう指示する。

チャネル選択部１０３は、無線通信送受信部１０１が送受信する無線チャネル、すなわち、自無線ＬＡＮシステムで使用するチャネルを選択する。

基地局探索手段としての周囲ＡＰ測定部１０４は、使用するチャネルの選択動作開始を指示するチャネル更新トリガが発生した場合に、自ＡＰに接続中の各ＳＴＡに対してＡＰ探索動作を実行するよう指示するとともに、自ＡＰの周囲に存在するＡＰを探索してＢｅａｃｏｎ情報を収集する。

Ｂｅａｃｏｎ保持部１０５は、周囲ＡＰ測定部１０４で収集されたＢｅａｃｏｎ情報と、自ＡＰに接続中の各ＳＴＡがＡＰ探索を実行して収集したＢｅａｃｏｎ情報および各ＳＴＡの送信電力情報をと、を受け取って保持する。

空きチャネル検出部１０６は、Ｂｅａｃｏｎ保持部１０５で保持されているＢｅａｃｏｎ情報に基づき、他の無線ＬＡＮシステムなどから干渉を受けていない空きチャネルを検出する。

受信電力推定部１０７は、空きチャネルが存在しない場合に、使用可能な１３の無線チャネルそれぞれにおける受信電力（他の無線ＬＡＮシステムから受ける干渉電力）を推定する。

キャリアセンス推定部１０８は、使用可能な１３の無線チャネルそれぞれについて、キャリアセンスによりキャリアを検知するかどうか（キャリア検知により送信待機が発生するかどうか）を推定する。

ＳＩＮＲ計算部１０９は、使用可能な１３の無線チャネルそれぞれにおけるＳＩＮＲ（Signal−to−Interference plus Noise power Ratio）を計算する。

チャネル更新トリガ発生部１１０は、ＳＴＡとの通信で使用するチャネルの更新（再選択）動作実行条件が満たされたかどうかを監視し、条件が満たされた場合には、チャネル更新トリガを周囲ＡＰ測定部１０４に対して出力して無線チャネルの選択動作を開始させる。チャネル更新トリガ発生部１１０は、例えば、内部タイマを有し、内部タイマが満了するごとに（一定時間が経過するごとに）、実行条件（無線チャネルの選択動作実行条件）が満たされたと判断するように構成してもよいし、ユーザにより無線チャネルの選択動作実行を指示する操作が行われた場合に実行条件が満たされたと判断するように構成してもよい。また、ＳＴＡから要求を受けた場合に実行条件が満たされたと判断するように構成してもよく、ＳＴＡとの通信品質劣化を検出した場合に実行条件が満たされたと判断するように構成してもよい。これら以外であっても構わない。

なお、空きチャネル検出部１０６、受信電力推定部１０７、キャリアセンス推定部１０８およびＳＩＮＲ計算部１０９がチャネル品質評価手段を構成する。

次に、ＡＰ１００に接続するＳＴＡ１０１および１０２の構成を説明する。なお、ＳＴＡ１０１および１０２の構成は同じである。図３は、ＳＴＡ１０１および１０２の構成例を示す図である。

図３に示したように、ＳＴＡ１０１および１０２は、無線通信送受信部１２１、チャネル設定部１２２、再接続部１２３、周囲ＡＰ測定部１２４、情報通知部１２５およびＢｅａｃｏｎ保持部１２６を備える。

ＳＴＡ１０１および１０２において、無線通信送受信部１２１は、無線信号を送受信する。

チャネル切り替え手段としてのチャネル設定部１２２は、ＡＰ１００で選択された無線チャネルの通知を受けると、通知された無線チャネルを送受信するよう、無線通信送受信部１２１の設定を変更する。

再接続部１２３は、ＡＰ１００との通信で使用するチャネルが変更された後にＡＰ１００との再接続処理を実行する。

基地局探索手段としての周囲ＡＰ測定部１２４は、ＡＰ１００からの指示に応じて、自ＳＴＡの周囲に存在するＡＰを探索してＢｅａｃｏｎ情報を収集する。

情報通知部１２５は、周囲ＡＰ測定部１２４で収集されたＢｅａｃｏｎ情報と、自ＳＴＡが無線信号を送信する際の送信電力の情報とをＡＰ１００へ通知する。

Ｂｅａｃｏｎ保持部１２６は、周囲ＡＰ測定部１２４で収集されたＢｅａｃｏｎ情報を受け取って保持する。

次に、本実施の形態の無線通信システムにおけるＡＰ１００、ＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２の動作、具体的には、使用するチャネルを変更する動作の例を説明する。本実施の形態においては、一例として、ＡＰ１００が起動してからチャネルの変更が完了するまでの動作について、図４を用いて説明する。図４は、使用チャネル変更動作の一例を示すシーケンス図である。

まず、ＡＰ１００の電源を投入して起動する。このとき初期チャネルはデフォルト値（例えば１ｃｈ）を使用する。その後、ＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２を起動し、それぞれＡＰ１００と接続する。

ＡＰ１００においては、チャネル更新トリガ発生部１１０が、使用するチャネルの更新（再設定）動作の実行条件が満たされたかどうかを監視している。条件が満たされた場合には、チャネル更新トリガが周囲ＡＰ測定部１０４に対して出力され、使用するチャネルの変更動作を開始する。チャネル更新トリガは、例えば、ＡＰ１００での内部タイマ満了時、ユーザが使用チャネルの変更要求操作を行ったとき、スループット低下や再送率の増加などが閾値以上になったとき、などを条件として出力する。

ＡＰ１００の周囲ＡＰ測定部１０４は、チャネル更新トリガが発生すると、ＳＴＡ１０１および１０２に対してスキャン動作の実施を指示し（ステップＳ１１−１，Ｓ１１−２）、自身もスキャン動作を実施する（ステップＳ１２）。ここで、スキャン動作とは、機器（ＡＰ，ＳＴＡ）が、周囲のＡＰを探索する動作である。スキャン動作においては、使用可能な無線チャネル（本実施の形態では１３の無線チャネル）を切り替えながら一定時間にわたって各無線チャネルでの受信動作を行い、ＡＰから一定周期で送信される、ビーコン（Ｂｅａｃｏｎ）情報を含んだ信号（以下、ビーコン信号と称する）を受信してビーコン情報を収集する。ビーコン情報には、送信元ＡＰのＭＡＣアドレス、ＳＳＩＤ（Service Set Identifier）などの情報が含まれている。各無線チャネルにおいては、少なくともビーコン信号の送信周期よりも長い時間にわたって受信動作を行う。

ＡＰ１００において、周囲ＡＰ測定部１０４は、スキャン動作が終了すると、収集したビーコン情報をＢｅａｃｏｎ保持部１０５へ格納する。Ｂｅａｃｏｎ保持部１０５は、受け取ったビーコン情報を、図５に示したようにＡＰ毎に情報を分けて保持する。図示したように、保持する情報は、ＭＡＣアドレス、チャネル番号、受信電力およびＳＳＩＤとする。これら以外の情報を併せて保持するようにしてもよい。なお、ＭＡＣアドレスはスキャン動作により発見したＡＰのＭＡＣアドレス、チャネル番号はビーコン信号を受信した無線チャネルの番号であり、ビーコン信号の受信元ＡＰが使用中の無線チャネルを示す。受信電力はビーコン信号の受信電力、ＳＳＩＤはスキャン動作により発見したＡＰのＳＳＩＤである。受信電力以外の情報はビーコン情報から抽出する。

ＡＰ１００は、スキャン動作が完了すると、元の無線チャネル（ここでは１ｃｈとなる）での運用を再開する。

一方、ＳＴＡ１０１および１０２は、スキャン動作の実施が指示されると、周囲ＡＰ測定部１２４が、ＡＰ１００の周囲ＡＰ測定部１０４と同様にスキャン動作を行い、使用可能な１３の無線チャネルそれぞれにおいて、周囲のＡＰから送信されるビーコン信号を受信し、ビーコン情報を収集する（ステップＳ１３−１，Ｓ１３−２）。

ＳＴＡ１０１および１０２において、周囲ＡＰ測定部１２４は、スキャン動作が終了すると、収集したビーコン情報をＢｅａｃｏｎ保持部１２６へ格納する。また、再接続部１２３が、元の無線チャネル（ここでは１ｃｈとなる）を使用してＡＰ１００に再接続し、運用を再開する。Ｂｅａｃｏｎ保持部１２６は、ビーコン情報が格納されると、それを情報通知部１２５へ通知し、情報通知部１２５は、Ｂｅａｃｏｎ保持部１２６から受け取ったビーコン情報をＡＰ１００へ通知する。このとき、信号の送信電力も併せて通知する（ステップＳ１４−１，Ｓ１４−２）。

なお、ＳＴＡ１０１のＢｅａｃｏｎ保持部１２６が保持する情報を図６に示し、ＳＴＡ１０２のＢｅａｃｏｎ保持部１２６が保持する情報を図７に示す。図示したように、ＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２のＢｅａｃｏｎ保持部１２６は、ＡＰ１００のＢｅａｃｏｎ保持部１０５と同様に、ＭＡＣアドレス、チャネル番号、受信電力およびＳＳＩＤを保持する。

ＡＰ１００は、ＳＴＡ（ＳＴＡ１０１，ＳＴＡ１０２）からビーコン情報および送信電力情報の通知を受けると、通知された情報をＢｅａｃｏｎ保持部１０５に格納して保持する。

ＡＰ１００は、自身に接続中の全てのＳＴＡ（ここではＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２）からビーコン情報および送信電力が通知されると、Ｂｅａｃｏｎ保持部１０５で保持している情報、すなわち、各ＳＴＡから通知されたビーコン情報および送信電力と、上記ステップＳ１２を実行して収集したビーコン情報とを以下の手順で解析し（ステップＳ１５）、使用するチャネルを選択する（ステップＳ１６）。

＜情報解析動作＞
ここで、上記ステップＳ１５における情報解析動作について、詳しく説明する。情報解析動作は、チャネル品質評価手段を構成している空きチャネル検出部１０６、受信電力推定部１０７、キャリアセンス推定部１０８およびＳＩＮＲ計算部１０９が行う。

ＡＰ１００においては、まず、Ｂｅａｃｏｎ保持部１０５が保持している情報から図８に示した構成の情報テーブル（チャネル番号、ＡＰ有およびＡＰ影響有の各情報を含んだテーブル）を作成する。なお、Ｂｅａｃｏｎ保持部１０５が保持している情報は、図５、図６および図７に示した情報と、送信電力（ＳＴＡがＡＰ１００に対して送信する信号の電力）の情報である。「ＡＰ有」は、対応するチャネル番号の無線チャネルを使用中のＡＰが存在するか否か（無線チャネルが使用中か否か）を示し、ＡＰが存在する場合は「１」、存在しない場合には「０」となる。図８の例では、１ｃｈ、５ｃｈ、６ｃｈおよび１１ｃｈの無線チャネルが使用中となっている。「ＡＰ影響有」は、対応する無線チャネルが周囲のＡＰから影響（干渉）を受けているかどうかを示し、影響がある場合は「１」、影響がない場合には「０」となる。

すなわち、Ｂｅａｃｏｎ保持部１０５が保持している情報を空きチャネル検出部１０６が解析し、ＡＰを検出した無線チャネルのチャネル番号に対応する「ＡＰ有」の欄に「１」を設定し、ＡＰを検出しなかった無線チャネルのチャネル番号に対応する「ＡＰ有」の欄には「０」を設定する。図５、図６および図７より、ＡＰ１００、ＳＴＡ１０１およびＳＴＡは、いずれも、１ｃｈ、５ｃｈ、６ｃｈおよび１１ｃｈでＡＰを検出している。そのため、これらのチャネルに対応する「ＡＰ有」の欄に「１」を設定し、その他の「ＡＰ有」の欄には「０」を設定する。さらに、「ＡＰ影響有」の欄には、ＡＰを検出した無線チャネルの前後４チャネルに「１」を設定し、それ以外には「０」を設定する。ＡＰを検出した無線チャネルの前後４チャネルに「１」を設定する（ＡＰの影響有りとして扱う）理由は、使用可能な１３の無線チャネルの各々が、隣接する４つの無線チャネルとの間で帯域が一部重複するように配置されているためである。上記のように、１ｃｈ、５ｃｈ、６ｃｈおよび１１ｃｈでＡＰが検出されており、ＡＰが検出された無線チャネル同士の間隔は、いずれも４チャネル以下のため、全チャネルの「ＡＰ影響有」の欄に「１」を設定する。ここで、「ＡＰ影響有」の欄に「０」が設定されている場合には、他の無線ＬＡＮでの通信の影響を受けない（影響が十分に小さい）クリアなチャネル（空きチャネル）であるため、空きチャネルが存在する場合には、そのチャネルを使用する。空きチャネルが存在する場合、チャネル選択部１０３は、空きチャネルの中から使用するチャネルを選択する。

図８では、全ての「ＡＰ影響有」の欄が「１」のため、空きチャネルが存在しないと判定する。空きチャネルが存在しない場合、さらに、受信電力推定部１０７およびキャリアセンス推定部１０８が、Ｂｅａｃｏｎ保持部１０５が保持している情報を解析し、他の無線ＬＡＮシステムからの受信電力を無線チャネルごとに推定するなどして図９および図１０に示した構成の情報テーブル（チャンネル番号、ＡＰ有、ＡＰ影響有、受信電力推定値および送信待機ＡＰ数を含んだテーブル）を作成する。図９および図１０に示した情報テーブルは、図８に示した情報テーブル（すなわち、空きチャネル検出部１０６が作成した情報テーブル）に対して受信電力推定値および送信待機ＡＰ数を追加したものである。図９は作成途中の情報テーブルの一例を示し、図１０は作成が完了した情報テーブルの一例を示している。「受信電力推定値」は、対応するチャネル番号の無線チャネルにおける受信電力の推定値であり、「送信待機ＡＰ数」は、自無線ＬＡＮシステム内の機器（ＡＰ１００、ＳＴＡ１０１、ＳＴＡ１０２）のいずれかにおいて発生する送信待機（キャリアセンスにおけるキャリア検知）の要因となるＡＰの数、換言すれば、自無線ＬＡＮシステム内の通信に対し、送信待機が発生する程度に大きな影響を与えるＡＰの数である。送信待機ＡＰ数は少ない方が望ましく、この数値が大きくなると、送信待機が発生する可能性が高くなり、通信効率（スループット）が低下する。なお、送信待機ＡＰ数に代えて、単に送信待機の発生要因となるＡＰが存在するか否かを示す情報を保持するようにしても構わない。「受信電力推定値」は受信電力推定部１０７により算出され、「送信待機ＡＰ数」はキャリアセンス推定部１０８により算出される。

［受信電力推定値の算出動作］
ここで、受信電力推定部１０７が受信電力推定値を算出動作する動作について詳しく説明する。なお、他の無線ＬＡＮシステムで１ｃｈを使用した送信が行われた場合における受信電力推定値の算出動作を説明する。

受信電力推定部１０７は、図５から図７の各情報テーブルを参照し、まず、１ｃｈに存在するＡＰ２００（１ｃｈを使用しているＡＰ２００）からの受信電力が最も高いＳＴＡ１０１の受信電力（−７６ｄＢｍ、図６参照）を、１ｃｈの受信電力推定値として入力する。次に、２ｃｈにはＡＰが存在しないため、１ｃｈに存在するＡＰ２００の受信電力から２ｃｈの受信電力推定値を算出する。本実施の形態では、ＡＰが２チャネル離れたチャネルに存在すると受信電力が半分になる、すなわち３ｄＢ低下するものとし、１チャネル離れたチャネルでは１．５ｄＢ低下するものとして受信電力推定値を算出し、算出値（−７７．５ｄＢｍ）を２ｃｈの受信電力推定値とする（情報テーブルに書き込む）。なお、１チャネル離れたチャネルでの受信電力推定値の低下量は、ＡＰ１００やＳＴＡ１０１、ＳＴＡ１０２の受信性能に応じて変更してもよい。その後、同様にして３ｃｈ、４ｃｈおよび５ｃｈの受信電力推定値を算出する。５チャネル離れた６ｃｈは通信帯域が重複しないため、非特許文献１におけるスペクトル規定を鑑み、１ｃｈの受信電力推定値から３０ｄＢを減算した値を６ｃｈの受信電力推定値とする。さらに、７ｃｈの受信電力推定値は、６ｃｈの受信電力推定値から１．５ｄＢを減算した値とし、７チャネル離れた８ｃｈの受信電力推定値は、１ｃｈの受信電力推定値から５０ｄＢを減算した値とする。さらに、９ｃｈ、１０ｃｈ、１１ｃｈ、１２ｃｈおよび１３ｃｈの受信電力推定値は、８ｃｈの受信電力推定値から１．５ｄＢずつ減算して得られた受信電力推定値とする。このようにして、各チャネルの受信電力推定値を求める。

［送信待機ＡＰ数の算出動作］
次に、キャリアセンス推定部１０８が送信待機ＡＰ数を算出する動作について詳しく説明する。なお、他の無線ＬＡＮシステムで１ｃｈを使用した送信が行われた場合における送信待機ＡＰ数の算出動作を説明する。

受信電力推定部１０７による受信電力推定値の算出が終了すると、次に、キャリアセンス推定部１０８が、１ｃｈを使用しているＡＰ２００が送信を行った場合に送信待機が発生するチャネルを求め、求めた結果を「送信待機ＡＰ数」の欄に書き込む。ここで、ＡＰ１００、ＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２におけるキャリアセンス閾値は、これらの各機器の送信電力に応じて異なる値となる。非特許文献１では、キャリアセンスで検出する必要がある受信電力は、送信電力が１００ｍＷよりも大きい場合には−８０ｄＢｍ、送信電力が５０ｍＷより大きく１００ｍＷ以下の場合には−７６ｄＢｍ、送信電力が５０ｍＷ以下の場合には−７０ｄＢｍと規定されている。本実施の形態では、簡単化のため、全ての機器が１００ｍＷで送信するものと仮定して説明を続ける。従って、−７６ｄＢｍ以上のキャリアを受信するチャネルは送信待ち時間が発生する。上述したように、ＡＰ２００が送信を行った場合の受信電力推定値は、１ｃｈが−７６ｄＢｍで最大となっている。そのため、受信電力推定値がキャリアセンス閾値（−７６ｄＢｍ）以上となるのは１ｃｈのみ、すなわち、ＡＰ２００が送信を行った場合に送信待機が発生するチャネルはｃｈ１のみとなる。よって、１ｃｈの送信待機ＡＰ数に対して１を加算し、他のチャネルの送信待機ＡＰ数は変更しない。この結果、図９に示した内容の情報テーブルとなる。

受信電力推定部１０７およびキャリアセンス推定部１０８は、以上の処理（［受信電力推定値の算出動作］、［送信待機ＡＰ数の算出動作］）を５ｃｈ、６ｃｈおよび１１ｃｈ（「ＡＰ有」の欄に「１」が設定されているチャネル）を対象として順次実行し、図９に示した状態の情報テーブルを更新していく。具体的には、各チャネルの「受信電力推定値」および「送信待機ＡＰ数」を更新していく。ただし、更新する際に入力する受信電力推定値よりも大きい値が入力されている場合には上書きをしない。５ｃｈ、６ｃｈおよび１１ｃｈを対象とした処理が完了すると、図１０に示した情報テーブルが得られる。

このようにして図１０に示した情報テーブルを作成することで、他のシステムから最も影響を受けるＡＰまたはＳＴＡに対する干渉電力を、使用可能な無線チャネルごとに求めることができる。

受信電力推定部１０７およびキャリアセンス推定部１０８による処理が完了して図１０に示した情報テーブルが得られた後は、ＳＩＮＲ計算部１０９が、使用可能な各無線チャネルのＳＩＮＲを計算し、図１１に示した構成の情報テーブルを作成する。図１１に示した情報テーブルは、図１０に示した情報テーブル（空きチャネル検出部１０６、受信電力推定部１０７およびキャリアセンス推定部１０８が作成した情報テーブル）に対してＳＩＮＲ推定値を追加したものである。

なお、ＡＰ１００、ＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２の送信電力はいずれも１００ｍＷとする。また、ＡＰ１００側におけるＳＴＡからの受信信号電力とＳＴＡ側におけるＡＰ１００からの受信信号電力（ビーコン情報として通知される受信電力のうち、ＡＰ１００に対応する受信電力）は同じとする。例えば、ＳＴＡ１０１が１００ｍＷで送信した信号のＡＰ１００における受信電力と、ＡＰ１００が１００ｍＷで送信した信号のＳＴＡ１０１における受信電力は同じ値になるものとする。ただし、ＡＰ１００側における受信信号電力とＳＴＡ側における受信信号電力の値が異なる場合、ＳＩＮＲ計算部１０９は、それを考慮してＳＩＮＲを計算する。

ＳＩＮＲ推定値は、例えば１ｃｈの場合であれば、他の無線ＬＡＮシステムから最も影響を受けるＳＴＡ１０１とＡＰ２００の差分とし、この場合、ＳＴＡ１０１における、ＡＰ１００からの受信電力（−４８ｄＢｍ、図６参照）とＡＰ２００からの受信電力（−７６ｄＢｍ、図６参照）の差分、すなわち２８ｄＢとなる。以下、上述した受信電力推定部１０７による受信電力推定値と同様に、各チャネルのＳＩＮＲ推定値を算出する。すなわち、ＡＰが存在しない２ｃｈや３ｃｈなどのＳＩＮＲは、ＡＰが２チャネル離れたチャネルに存在すると受信電力が半分になる（３ｄＢ低下する）ことを考慮して求める。その結果、図１１に示した情報テーブルが完成する。

ＳＩＮＲ計算部１０９がＳＩＮＲ推定値を算出し、図１１に示した情報テーブルが完成すると、図４に示したステップＳ１５の情報解析処理が終了となる。

図４に示したステップＳ１６において、チャネル選択部１０３は、「送信待機ＡＰ数」が「０」であり、なおかつＳＩＮＲ推定値が所定の閾値（一定レベルの通信品質を保証するための閾値）以上の無線チャネルのうち、「ＳＩＮＲ推定値」が最大の無線チャネルを使用チャネルとして選択する。これにより、ＡＰ１００の無線ＬＡＮシステムにおいて、ＡＰ１００のチャネル選択部１０３は、キャリアセンスによる待機時間が発生せず、さらにＡＰ１００に接続するＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２との通信に対して一定以上の通信品質を確保できる無線チャネルを選択するようになる。

なお、上記条件を満たす無線チャネル（送信待機ＡＰ数＝０かつＳＩＮＲ推定値が閾値以上の無線チャネル）が存在しない場合、チャネル選択部１０３は、受信電力推定値が最大のチャネルを選択する。これは、良好なチャネルが存在しない場合、あえて受信電力が最も高いチャネルと同じチャネルを選択することにより、ＣＳＭＡ／ＣＡによるアクセス方式が正常に働くようにしてスループットの低下を抑えるためである。

また、例えば、ユーザがチャネル選択部１０３に対して事前にＳＳＩＤを登録しておき、上記条件を満たす無線チャネル（送信待機ＡＰ数＝０かつＳＩＮＲ推定値が閾値以上の無線チャネル）が存在しない場合、チャネル選択部１０３は、登録されているＳＳＩＤの他のＡＰ（他の無線ＬＡＮシステム）が使用するチャネルを避けてチャネルを選択するようにして、自システムのスループットを優先するチャネル選択方法や、そのＳＳＩＤの他のＡＰが使用するチャネルと同一チャネルを選択し、他システムのスループットを確保するチャネル選択を行うようにしてもよい。チャネル選択部１０３には、自システムに影響を与える他のＡＰのＳＳＩＤを登録しておく。

図４の説明に戻り、ＡＰ１００は、使用するチャネルの選択（ステップＳ１６）が完了すると、選択した無線チャネルへの変更指示をＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２に対して行う（ステップＳ１７−１，Ｓ１７−２）。ＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２への指示は１台ずつ個別に行ってもよいし、同報送信を用いて指示してもよい。同報送信は、例えば、ビーコン情報に変更後の無線チャネルの情報を含ませて送信する。この場合、ＡＰ１００は、ＳＴＡ１０１やＳＴＡ１０２がビーコン情報（変更後の無線チャネルの情報）を受信できたかどうか分からないため、変更後の無線チャネルの情報を含ませたビーコン情報を複数回にわたって送信するようにしてもよい。ＡＰ１００は、使用するチャネルの変更指示を行った後、所定のタイミングで、自身が使用するチャネルをステップＳ１６で選択した無線チャネルに変更する（ステップＳ１８）。

なお、上記のステップＳ１７−１、Ｓ１７−２およびＳ１８の処理はチャネル設定部１０２が行う。チャネルの変更が必要ない場合（スキャン動作を開始する前に使用していた無線チャネルが最適なものである場合）、チャネル設定部１０２は、ステップＳ１７−１、Ｓ１７−２およびＳ１８の処理を実行しない。

使用するチャネルの変更指示をＡＰ１００から受けたＳＴＡ１０１およびＳＴＡ１０２においては、指示された無線チャネルを使用するための設定変更をチャネル設定部１２２が行い（ステップＳ１９−１，Ｓ１９−２）、再接続部１２３が、変更後の無線チャネルを使用した再接続をＡＰ１００に対して行う。

また、ＡＰ１００は、各ＳＴＡに対する使用チャネル変更指示を、変更後の無線チャネルの情報を含ませたビーコン情報を送信することにより行う場合、例えば、変更後の無線チャネルの情報に加え、無線チャネルを変更するタイミングの情報（以下、チャネル変更タイミング情報）をビーコン情報に含ませて送信し、自身（ＡＰ１００）および各ＳＴＡ（ＳＴＡ１０１，ＳＴＡ１０２）が同じタイミングで使用チャネルを切り替えるようにしてもよい。チャネル変更タイミング情報は、例えば、無線チャネルを変更するまでの間にビーコン信号を送信する回数とすることができる。すなわち、チャネル変更タイミング情報の残り送信回数（＝指示回数）を含んだビーコン情報を送信し、残り送信回数が０となった時点で、各機器（ＡＰ１００，ＳＴＡ１０１，ＳＴＡ１０２）は変更動作を開始する。

このように、本実施の形態の無線通信システムにおいて、ＡＰ１００は、所定のタイミングで自システム内の各ＳＴＡに対してＡＰのスキャン動作を指示し、各ＳＴＡにおけるスキャン結果（ビーコン情報）を収集し、収集したビーコン情報と自身がスキャンを行って取得したビーコン情報に基づいて、使用可能な各無線チャネルの品質を評価し、評価結果に基づいて、使用するチャネルを選択することとした。これにより、システム内の各ＳＴＡにおける通信品質を考慮したチャネル選択が可能となるので、システム全体としての通信品質を向上させることができる。また、キャリアセンスによる待機時間が発生しない無線チャネルを選択するので、スループットの低下を抑制し、帯域の利用効率を向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる基地局、端末局および無線通信システムは、基地局と端末局が複数の無線チャネルの中から選択した無線チャネルを固定的に使用して通信を行う構成の通信システムに有用である。

１００ 基地局（ＡＰ）、１０１，１２１ 無線通信送受信部、１０２，１２２ チャネル設定部、１０３ チャネル選択部、１０４，１２４ 周囲ＡＰ測定部、１０５，１２６ Ｂｅａｃｏｎ保持部、１０６ 空きチャネル検出部、１０７ 受信電力推定部、１０８ キャリアセンス推定部、１０９ ＳＩＮＲ計算部、１１０ チャネル更新トリガ発生部、１２３ 再接続部、１２５ 情報通知部。

Claims (12)

1. 無線ＬＡＮシステムの基地局であって、
   予め規定されている条件を満たした場合に、収容している端末局に対して基地局探索動作の実行を指示するとともに、他の基地局を探索する基地局探索手段と、
   前記基地局探索手段における基地局探索結果である第１の探索結果と、収容している端末局の各々における基地局探索結果である第２の探索結果とに基づいて、使用可能な無線チャネル各々の品質を評価するチャネル品質評価手段と、
   前記チャネル品質評価手段における評価結果に基づいて、収容している端末局との通信で使用する無線チャネルを選択するチャネル選択手段と、
   前記チャネル選択手段が選択した無線チャネルに切り替えて通信を行うよう、収容している端末局に指示するとともに、自身が使用する無線チャネルを前記チャネル選択手段が選択した無線チャネルに切り替えるチャネル切り替え手段と、
   を備え、
   前記チャネル品質評価手段は、
   前記第１の探索結果および前記第２の探索結果に基づいて、他の基地局による通信の影響を受けない無線チャネルであるクリアチャネルの有無を判別し、クリアチャネルが存在しない場合には、自システム内の通信が他の基地局による通信から受ける影響量の算出、および他の基地局が通信を行うことにより自身の通信機会が減少するか否かの判定を無線チャネル毎に行う、
   ことを特徴とする基地局。
2. 前記チャネル選択手段は、
   クリアチャネルが存在する場合はクリアチャネルを選択し、クリアチャネルが存在しない場合には、他の基地局が通信を行うことにより自身の通信機会が減少することのない無線チャネルのうち、前記影響量が規定値以下、かつ前記影響量が最小の無線チャネルを選択する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の基地局。
3. 前記チャネル選択手段は、
   クリアチャネルが存在せず、なおかつ、他の基地局が通信を行うことにより自身の通信機会が減少することのない無線チャネルの中に前記影響量が規定値以下のものが存在しない場合には、前記影響量が最大の無線チャネルを選択する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の基地局。
4. 前記チャネル選択手段は、
   クリアチャネルが存在せず、なおかつ、他の基地局が通信を行うことにより自身の通信機会が減少することのない無線チャネルの中に前記影響量が規定値以下のものが存在しない場合、ユーザが事前に指定した他の基地局で使用されている無線チャネルと同じ無線チャネルを選択する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の基地局。
5. 前記チャネル選択手段は、
   クリアチャネルが存在せず、なおかつ、他の基地局が通信を行うことにより自身の通信機会が減少することのない無線チャネルの中に前記影響量が規定値以下のものが存在しない場合、ユーザが事前に指定した他の基地局で使用されている無線チャネルとは異なる無線チャネルを選択する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の基地局。
6. 前記チャネル切り替え手段は、
   前記チャネル選択手段が選択した無線チャネルへの切り替えを、収容している端末局に対して個別に指示する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の基地局。
7. 前記チャネル切り替え手段は、
   前記チャネル選択手段が選択した無線チャネルへの切り替えを、収容している端末局に対して同報送信により一斉に指示する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の基地局。
8. 前記チャネル切り替え手段は、
   前記同報送信による指示において、前記チャネル選択手段が選択した無線チャネルへの切り替えタイミングを指示する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の基地局。
9. 前記チャネル切り替え手段は、
   前記同報送信による指示を一定間隔で複数回にわたって行い、前記チャネル選択手段が選択した無線チャネルへの切り替えタイミングを、前記同報送信による指示の実施回数を使用して指定することを特徴とする請求項８に記載の基地局。
10. 前記チャネル切り替え手段は、
    前記同報送信による指示の実施回数が規定回数に達した時点で、使用する無線チャネルを前記チャネル選択手段が選択した無線チャネルに切り替えることを特徴とする請求項９に記載の基地局。
11. ２．４ＧＨｚ帯を使用して端末局と通信することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載の基地局。
12. 請求項１から１１のいずれか一つに記載の基地局と、
    接続中の基地局から基地局探索動作の実行を指示された場合に、基地局を探索して周辺の各基地局の情報を収集する基地局探索手段と、
    前記基地局探索手段が収集した情報を基地局探索結果として前記接続中の基地局へ通知する情報通知手段と、
    前記接続中の基地局からチャネル切り替え指示を受けて、前記接続中の基地局との通信で使用する無線チャネルを指示された無線チャネルに切り替えるチャネル切り替え手段と、
    を備える端末局と、
    を備えることを特徴とする無線通信システム。

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