JP6897604B2 - 無線通信方法および基地局 - Google Patents

Description

本発明は、基地局が複数の通信性能に個別に対応する複数の無線通信部を備え、接続する端末局に対してその通信方式に応じた無線通信部を選択する制御を行う無線通信方法および基地局に関する。

５ＧHz帯の電波を用いた高速無線アクセスシステムとして、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ規格、１１ｎ規格、１１ａｃ規格に基づくものがある。１１ａ規格では、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ:Orthogonal Frequency Division Multiplexing ）変調方式をベースとして、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させて、最大54Ｍbit/s の伝送速度を実現している。さらに、１１ｎ規格では、複数アンテナを用いて同一の無線チャネルで空間分割多重を行うＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）や、20ＭHzの周波数チャネルを２つ同時に利用して40ＭHzの周波数チャネルを利用するチャネルボンディング技術を用いて、最大 600Ｍbit/s の伝送速度を実現している。また、１１ａｃの規格では、20ＭHzの周波数チャネルを８つまで同時に利用し最大 160ＭHzの周波数チャネルとして利用するチャネルボンディング技術や、同一の無線チャネルで複数の宛先に対して異なる信号を同時伝送する下り回線のマルチユーザＭＩＭＯ技術等を利用し、１１ｎ規格より高速かつ高効率な無線通信を実現している（非特許文献１）。

現在では、伝送速度の向上に加えて伝送効率の向上にも焦点を当てたＩＥＥＥ８０２．１１ａｘ規格の策定も進められている。１１ａｘでは、同時伝送による空間的な周波数再利用の促進、ＯＦＤＭ変調方式の効率改善、また、マルチユーザ伝送として、上下回線のＯＦＤＭＡ伝送と上り回線のマルチユーザＭＩＭＯ伝送が利用される予定である。

また、上記規格に基づくような高速無線アクセスシステムでは、後方互換性を保つため、旧規格を拡張しながら規格策定が進められており、多くの製品には最新規格だけではなく、旧規格との互換性が備えられる。それにより、最新規格に対応した無線局と、旧規格のみ対応した無線局とが、互いに通信することが可能となっている。

IEEE Std 802.11ac-2013, Dec. 2013.

これまで、規格や通信方式が異なる端末局が混在する実際の通信環境では、複数の規格や通信方式に対応できる無線通信部を搭載する無線基地局を配置することで、それぞれの端末局と無線通信を行っている。このような混在環境の場合、後方互換性を担保するため、新規格の無線フレームが利用できる状態でも旧規格に合わせた無線フレームを利用することがある。すなわち、新規格で規定された高効率な無線フレームを利用できない場合がある。また、伝送効率の劣る旧規格の無線フレームが混在することで、システム全体の伝送効率が低下する課題がある。

本発明は、基地局が複数の通信性能に個別に対応する複数の無線通信部を備え、接続する端末局に対してその通信方式に応じた無線通信部を選択する制御を行うことができる無線通信方法および基地局を提供することを目的とする。

第１の発明は、異なる通信方式が設定可能な複数の無線通信部を搭載する複数の基地局と、特定の通信方式で基地局の無線通信部と無線通信が可能な端末局とを備えた無線通信システムの無線通信方法において、基地局は、無線通信部に対して通信方式の設定ポリシーに基づいて異なる通信方式を設定し、端末局が接続する無線通信部の選択に用いる切替ポリシーを設定するステップと、端末局が基地局に接続または再接続を行ったときに、端末局が選択可能な通信方式に関する通信方式情報を収集するステップと、通信方式情報、設定ポリシーおよび切替ポリシーに従い、端末局が接続する無線通信部を選択するステップと、通信方式情報に基づいて無線通信部の設定ポリシーおよび切替ポリシーを更新するステップとを有する。

第２の発明は、異なる通信方式が設定可能な複数の無線通信部を搭載する複数の基地局と、特定の通信方式で基地局の無線通信部と無線通信が可能な端末局とを備えた無線通信システムの無線通信方法において、基地局は、無線通信部に対して通信方式の設定ポリシーに基づいて異なる通信方式を設定し、端末局が接続する無線通信部の選択に用いる切替ポリシーを設定するステップと、基地局に接続済みの端末局に対して、端末局が選択可能な通信方式に関する通信方式情報を収集するステップと、通信方式情報、設定ポリシーおよび切替ポリシーに従い、端末局が接続する無線通信部を選択するステップと、通信方式情報に基づいて無線通信部の設定ポリシーおよび切替ポリシーを更新するステップとを有する。

第１または第２の発明の無線通信方法において、設定ポリシーおよび切替ポリシーは、シングルユーザＭＩＭＯ伝送またはマルチユーザＭＩＭＯ伝送の対応可否に応じて設定される。

第１または第２の発明の無線通信方法において、設定ポリシーおよび切替ポリシーは、マルチユーザＲＴＳ−ＣＴＳの対応可否に応じて設定される。

第３の発明は、異なる通信方式が設定可能な複数の無線通信部を搭載する複数の基地局と、特定の通信方式で基地局の無線通信部と無線通信が可能な端末局とを備えた無線通信システムの基地局において、無線通信部に対して通信方式の設定ポリシーに基づいて異なる通信方式を設定し、端末局が接続する無線通信部の選択に用いる切替ポリシーを設定する手段と、端末局が基地局に接続または再接続を行ったときに、端末局が選択可能な通信方式に関する通信方式情報を収集する手段と、通信方式情報、設定ポリシーおよび切替ポリシーに従い、端末局が接続する無線通信部を選択する手段と、通信方式情報に基づいて無線通信部の設定ポリシーおよび切替ポリシーを更新する手段とを備える。

第４の発明は、異なる通信方式が設定可能な複数の無線通信部を搭載する複数の基地局と、特定の通信方式で基地局の無線通信部と無線通信が可能な端末局とを備えた無線通信システムの基地局において、無線通信部に対して通信方式の設定ポリシーに基づいて異なる通信方式を設定し、端末局が接続する無線通信部の選択に用いる切替ポリシーを設定する手段と、基地局に接続済みの端末局に対して、端末局が選択可能な通信方式に関する通信方式情報を収集する手段と、通信方式情報、設定ポリシーおよび切替ポリシーに従い、端末局が接続する無線通信部を選択する手段と、通信方式情報に基づいて無線通信部の設定ポリシーおよび切替ポリシーを更新する手段とを備える。

本発明は、基地局が異なる通信方式の設定可能な複数の無線通信部に対し、通信方式の設定ポリシーによって特徴づけを行った上で、切替ポリシーに従って端末局を指定の無線通信部に接続させることで、各無線フレームの効果最大化および伝送効率の向上ができる。

本発明における無線通信システムの構成例を示す図である。 基地局および第１端末局の構成例を示す図である。 本発明における端末局の種別の例を示す図である。 １つの無線通信部に複数の種別の端末局を収容した例を示すタイムチャートである。 端末局の種別ごとに各無線通信部に収容する例を示すタイムチャートである。 本発明における設定ポリシー、切替ポリシーによる制御手順例を示すフローチャートである。 本発明における設定ポリシーと切替ポリシーの関係を示す図である。 本発明における設定ポリシー、切替ポリシーの更新手順例を示すフローチャートである。 設定／切替ポリシーの更新例を示す図である。

図１は、本発明における無線通信システムの構成例を示す。
図１において、複数の無線通信部を備える基地局１０と、基地局１０と無線通信可能な範囲であるサービスエリア内に存在する第１端末局２０−１と、第１端末局とは異なる規格または通信方式の第２端末局３０−１と、第１端末局および第２端末局とは異なる規格または通信方式の第３端末局４０−１〜４０−３により構成される。ここで、第１端末局〜第３端末局はそれぞれ１以上であればよい。

図２は、基地局および第１端末局の構成例を示す。
図２において、基地局１０は、アンテナ１１、複数の無線通信部１２−１〜１２−ｎ、設定部１３、情報収集部１４、ポリシー部１５により構成される。なお、一般的に基地局に搭載される機能ブロックについては省略している。

アンテナ１１は、無線通信部１２−１〜１２−ｎに接続され、無線通信部１２−１〜１２−ｎから入力する無線フレームを送信し、受信した無線フレームを無線通信部１２−１〜１２−ｎに出力する。

無線通信部１２−１〜１２−ｎは、無線通信機能、端末局接続切替機能、情報収集機能の３つの機能を有する。無線通信機能では、アンテナ１１を介して、事前に設定部１３から入力する設定ポリシーによって設定された規格または通信方式を用いて、無線通信部１２−１〜１２−ｎがそれぞれが独立して端末局と無線通信を行う。端末局接続切替機能では、設定部１３から入力する接続可能な端末局の切替ポリシーに基づき、端末局の接続切替を行う。情報収集機能では、端末局が選択できる規格または通信方式の情報および端末局の接続情報を収集し、情報収集部１４に出力する。

設定部１３は、各無線通信部１２−１〜１２−ｎに対する規格または通信方式の設定ポリシーと、端末局が接続する無線通信部を決定するための切替ポリシーの入力を各無線通信部１２−１〜１２−ｎに設定する。

情報収集部１４は、各無線通信部１２−１〜１２−ｎから端末局を選択する規格または通信方式の情報および端末局の接続情報を取得し、その情報をリスト化してポリシー部１５に出力する。

ポリシー部１５は、情報収集部１４から入力した端末局が選択できる規格または通信方式の情報および端末局の接続情報に基づき、各無線通信部１２−１〜１２−ｎに設定する規格または通信方式の設定ポリシーと、端末局が接続する無線通信部を決定するための切替ポリシーを算出し、設定部１３へ出力する。

第１端末局２０は、アンテナ２１、無線通信部２２、規格／通信方式通知部２３により構成される。なお、一般的に端末局に搭載される機能ブロックについては省略している。

アンテナ２１は、無線通信部２２に接続され、無線通信部２２から入力する無線フレームを送信し、受信した無線フレームを無線通信部２２に出力する。規格／通信方式通知部２３は、自局が選択可能な規格または通信方式の情報を無線通信部２２に出力し、無線通信部２２は当該情報を無線パケットとして送信する。

また、第２端末局３０および第３端末局４０も同様の構成であるが、第１端末局２０とは規格または通信方式が異なる。

図３は、本発明における端末局の種別の例を示す。
図３において、第１列は種別を表し、ここでは種別１〜種別３とする。第２列は、基地局１台と端末局１台同士が通信をすることを前提とした伝送方式であり、アンテナ１本同士で伝送を行うＳＩＳＯ（Single-Input Single-Output）伝送もしくは複数アンテナ同士で伝送を行うＳＵ−ＭＩＭＯ（Single-User Multiple-Input Multiple-Output）伝送の可否を表す。第３列は、基地局１台と端末局複数台が同時に通信を行うＭＵ−ＭＩＭＯ（Multiple-User ＭＩＭＯ）伝送の可否を表す。第４列は、隠れ端末対策のためのＲＴＳ（Request to Send ）とＣＴＳ（Clear to Send ）もしくはＭＵ−ＲＴＳとＣＴＳの可否を表す。第５列は、無線パケット通信の応答確認を行うためのＢＡ（Block Acknowledgement)もしくはＭＵ−ＢＡの可否を表す。

ここでは、図１に示す第１端末局２０−１は種別１の通信方式に対応し、第２端末局３０−１は種別２の通信方式に対応し、第３端末局４０−１〜４０−３は種別３の通信方式に対応するものとする。基地局１０の無線通信部１２−１〜１２−ｎは、各種別の端末局に対応する設定を行うが、通常は後方互換性を保つために、すべての種別１〜種別３に対応する設定が行われる。したがって、端末局は種別にかかわらず、基地局１０の無線通信部１２−１〜１２−ｎのいずれかに接続可能になっている。

図４は、１つの無線通信部に複数の種別の端末局を収容した例を示す。
図４において、種別１の第１端末局２０−１は、マルチユーザ伝送であるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送ができない種別であるため、当該端末局単体で無線通信することとなる。具体的には、種別１の第１端末局２０−１は事前にＲＴＳ／ＣＴＳを実施し、ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送を行い、最後にＢＡとなる。

一方、種別２の第２端末局３０−１および種別３の第３端末局４０−１〜４０−３は、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送ができるため、種別２と種別３および種別３同士の組み合わせでＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う。種別２の第２端末局３０−１と種別３の第３端末局４０−１によるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送では、種別３は種別２との互換性を保つために、種別２に合わせてＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行う。具体的には、ＲＴＳ／ＣＴＳを端末局ごとに実施し、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行い、最後にＢＡＲ（ＢＡ Request）を用いて個別に応答確認を行う。

種別３同士の第３端末局４０−２と第３端末局４０−３によるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送では、ＭＵ−ＲＴＳ／ＣＴＳを利用することができるが、本システムでは、これらのフレームを受信することができない種別１および種別２の端末局が存在するため、これらのフレームの効果をシステム全体に波及させることができない。そのため、他の種別に合わせたＭＵ−ＭＩＭＯ伝送が選択されることがある。具体的には、ＲＴＳ／ＣＴＳを端末局ごとに実施し、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行い、最後にＭＵ−ＢＡ（Multi User BA ）を用いて一括で応答確認を行う。

このように、多数の種別が存在する環境では、新たに規定された無線フレームの効果を十分に発揮することができない場合がある。

図５は、端末局の種別ごとに各無線通信部に収容する例を示す。
図５(1) は、基地局１０の無線通信部１２−１に、種別１の第１端末局２０−１および種別２の第２端末局３０−１を接続する。種別１の第１端末局２０−１は、マルチユーザ伝送であるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送ができない種別であるため、種別１の第１端末局２０−１および種別２の第２端末局３０−１は事前にＲＴＳ／ＣＴＳを実施し、ＳＵ−ＭＩＭＯ伝送を行い、最後にＢＡとなる。

図５(2) は、基地局１０の無線通信部１２−２に、種別３の第３端末局４０−１〜４０−３を接続する。種別３同士の端末局によるＭＵ−ＭＩＭＯ伝送では、ＭＵ−ＲＴＳ／ＣＴＳを利用することができるので、ＭＵ−ＲＴＳ／ＣＴＳを端末局ごとに実施し、ＭＵ−ＭＩＭＯ伝送を行い、最後にＭＵ−ＢＡを用いて一括で応答確認を行う。

このように、種別３の端末局の機能を最大限に引き出すには、それ以前の種別１および種別２の端末局と分離して、各無線通信部に収容することが望ましい。そのため、各無線通信部１２−１〜１２−ｎには、端末局が選択できる規格または通信方式に対応する設定ポリシーと、端末局が接続する無線通信部を決定するための切替ポリシーを設定する。

図６は、本発明における設定ポリシー、切替ポリシーによる制御手順例を示す。
ここで、従来の無線通信システムでは、基地局１０に接続しようとする端末局は、基地局１０の無線通信部１２−１〜１２−ｎを無作為に選択して接続する。本発明では、端末局が接続する無線通信部を指定するために、各無線通信部に設定される設定ポリシーおよび切替ポリシーを用いた制御を行うことが特徴である。

図２および図６において、基地局１０のポリシー部１５は、端末局の種別に対する設定ポリシーおよび切替ポリシーを算出する（Ｓ１）。基地局１０は、端末局の種別に対する設定ポリシーおよび切替ポリシーを無線通信部１２−１〜１２−ｎに設定する（Ｓ２）。以上が初期設定である。

次に、新規接続の端末局または切替未実施の端末局があるか否かを判断し（Ｓ３）、あれば端末局から選択可能な規格または通信方式の情報を収集し（Ｓ４）、切替ポリシーに従って端末局を指定の無線通信部に接続または切り替えを行い（Ｓ５）、切替未実施の端末局がなくなるまで繰り返して終了する。

なお、端末局の接続先を別の無線通信部１２へ切り替える際の具体的な切り替え方法としては、端末局との間の無線接続を、基地局１０がDeauthenticationフレームやDisassociationフレームなどを送信して切断し、切替後の接続先となる無線通信部以外の無線通信部に対する再接続要求を無視または拒否したり、指定した無線通信部に接続し直すよう端末局に指示することができる。

図７は、本発明における設定ポリシーと切替ポリシーの関係を示す。
図７において、端末局の種別１および種別２に対応する設定を設定ポリシー１および切替ポリシー１とし、端末局の種別３に対応する設定を設定ポリシー２および切替ポリシー３とする。ここでは、設定ポリシーと切替ポリシーが同一になっているが、異なっていてもよい。

図５の例では、基地局１０の無線通信部１２−１に設定ポリシー１および切替ポリシー１が設定され、種別１の第１端末局２０−１および種別２の第２端末局３０−１が接続されるように制御する。仮に、無線通信部１２−１に種別３の第３端末局４０−１が接続されている場合には、切替ポリシー２に従って種別３の端末局を収容する設定ポリシー２の無線通信部１２−２に切り替えが行われる。

また、基地局１０の無線通信部１２−２に設定ポリシー２および切替ポリシー２が設定され、種別３の第３端末局４０−１〜４０−３が接続されるように制御する。仮に、無線通信部１２−２に種別１の第１端末局２０−１が接続されている場合には、切替ポリシー１に従って種別１の端末局を収容する設定ポリシー１の無線通信部１２−１に切り替えが行われる。

図８は、本発明における設定ポリシー、切替ポリシーの更新手順例を示す。
図８において、基地局１０は、各端末局から選択可能な規格または通信方式の情報を収集し（Ｓ11）、収集した情報に基づき、端末局の種別、設定ポリシー、切替ポリシーの更新が必要な場合に、更新を行う（Ｓ12）。次に、端末局の種別、設定ポリシー、切替ポリシーのうちいずれか１つでも更新した場合には、無線通信部１２−１〜１２−ｎに対し更新内容を設定する（Ｓ13）。各無線通信部１２−１〜１２−ｎは、設定ポリシーおよび切替ポリシーの設定内容に基づき、端末局を指定の無線通信部に接続または切り替えを行う（Ｓ14）。

図９は、設定／切替ポリシーの更新例を示す。
図９において、当初は、無線通信部に収容可能な端末局台数ごとに種別１〜種別５が設定され、種別１を設定／切替ポリシー１とし、種別２を設定／切替ポリシー２とし、種別３〜種別５を設定／切替ポリシー３とする。ここで、優先される端末局が存在する場合に、その優先順位を考慮した設定／切替ポリシーの更新を行う。優先局を含む端末局台数５を種別１とし、以下端末局台数ごとの種別を切り下げ、種別１を設定／切替ポリシー１とし、種別２を設定／切替ポリシー２とし、種別３〜種別５を設定／切替ポリシー３とする。

また、切替ポリシーとして、例えば接続している時間やトラヒック、通信アプリケーションなどの情報を用いてもよい。

１０ 基地局
１１ アンテナ
１２ 無線通信部
１３ 設定部
１４ 情報収集部
１５ ポリシー部
２０ 第１端末局
２１ アンテナ
２２ 無線通信部
２３ 規格／通信方式通知部

Claims (6)

1. 異なる通信方式が設定可能な複数の無線通信部を搭載する複数の基地局と、特定の通信方式で前記基地局の無線通信部と無線通信が可能な端末局とを備えた無線通信システムの無線通信方法において、
   前記基地局は、
   前記無線通信部に対して前記通信方式の設定ポリシーに基づいて異なる通信方式を設定し、前記端末局が接続する前記無線通信部の選択に用いる切替ポリシーを設定するステップと、
   前記端末局が前記基地局に接続または再接続を行ったときに、前記端末局が選択可能な通信方式に関する通信方式情報を収集するステップと、
   前記通信方式情報、前記設定ポリシーおよび前記切替ポリシーに従い、前記端末局が接続する無線通信部を選択するステップと、
   前記通信方式情報に基づいて前記無線通信部の設定ポリシーおよび切替ポリシーを更新するステップと
   を有することを特徴とする無線通信方法。
2. 異なる通信方式が設定可能な複数の無線通信部を搭載する複数の基地局と、特定の通信方式で前記基地局の無線通信部と無線通信が可能な端末局とを備えた無線通信システムの無線通信方法において、
   前記基地局は、
   前記無線通信部に対して前記通信方式の設定ポリシーに基づいて異なる通信方式を設定し、前記端末局が接続する前記無線通信部の選択に用いる切替ポリシーを設定するステップと、
   前記基地局に接続済みの端末局に対して、前記端末局が選択可能な通信方式に関する通信方式情報を収集するステップと、
   前記通信方式情報、前記設定ポリシーおよび前記切替ポリシーに従い、前記端末局が接続する無線通信部を選択するステップと、
   前記通信方式情報に基づいて前記無線通信部の設定ポリシーおよび切替ポリシーを更新するステップと
   を有することを特徴とする無線通信方法。
3. 請求項１または請求項２に記載する無線通信方法において、
   前記設定ポリシーおよび前記切替ポリシーは、シングルユーザＭＩＭＯ伝送またはマルチユーザＭＩＭＯ伝送の対応可否に応じて設定される
   ことを特徴とする無線通信方法。
4. 請求項１または請求項２に記載する無線通信方法において、
   前記設定ポリシーおよび前記切替ポリシーは、マルチユーザＲＴＳ−ＣＴＳの対応可否に応じて設定される
   ことを特徴とする無線通信方法。
5. 異なる通信方式が設定可能な複数の無線通信部を搭載する複数の基地局と、特定の通信方式で前記基地局の無線通信部と無線通信が可能な端末局とを備えた無線通信システムの基地局において、
   前記無線通信部に対して前記通信方式の設定ポリシーに基づいて異なる通信方式を設定し、前記端末局が接続する前記無線通信部の選択に用いる切替ポリシーを設定する手段と、
   前記端末局が前記基地局に接続または再接続を行ったときに、前記端末局が選択可能な通信方式に関する通信方式情報を収集する手段と、
   前記通信方式情報、前記設定ポリシーおよび前記切替ポリシーに従い、前記端末局が接続する無線通信部を選択する手段と、
   前記通信方式情報に基づいて前記無線通信部の設定ポリシーおよび切替ポリシーを更新する手段と
   を備えたことを特徴とする基地局。
6. 異なる通信方式が設定可能な複数の無線通信部を搭載する複数の基地局と、特定の通信方式で前記基地局の無線通信部と無線通信が可能な端末局とを備えた無線通信システムの基地局において、
   前記無線通信部に対して前記通信方式の設定ポリシーに基づいて異なる通信方式を設定し、前記端末局が接続する前記無線通信部の選択に用いる切替ポリシーを設定する手段と、
   前記基地局に接続済みの端末局に対して、前記端末局が選択可能な通信方式に関する通信方式情報を収集する手段と、
   前記通信方式情報、前記設定ポリシーおよび前記切替ポリシーに従い、前記端末局が接続する無線通信部を選択する手段と、
   前記通信方式情報に基づいて前記無線通信部の設定ポリシーおよび切替ポリシーを更新する手段と
   を備えたことを特徴とする基地局。

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