JP7251277B2 - 無線通信特性評価方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の無線通信端末が無線通信を行う無線通信システムにおいて、現行通信規格の無線通信端末で測定または計算した無線通信特性（スループット値）から新通信規格の無線通信端末における無線通信特性（スループット値）を算出する無線通信特性評価方法に関する。
スマートフォンやＩｏＴ端末の普及に伴い、無線通信が広く使用されるようになり、アンライセンス帯で利用できる無線ＬＡＮの需要が高くなっている。また、ビデオ動画やＶＲなど無線通信を利用するコンテンツも大容量化が進み、無線通信も高速化が求められている。無線ＬＡＮは、その規格が新しく標準化される度に物理層やＭＡＣ層の高速化が実現されており、実際にシステムスループットも改善されてきた。
無線ＬＡＮのスループット値を評価するには、規格毎に異なる物理層やＭＡＣ層のパラメータや動作を模倣し、一意に設定された測定箇所ごとに当該規格に則った計算機シミュレーションを使用するのが一般的である。ただし、計算機シミュレーションは高価なもの、または動作が完全には保証されていないものが多く、低コストでスループット評価を実施することは難しい。
"IEEE P802.11-2016," December 2016 "11ax Evaluation Methodology," doc.:IEEE802.11-14/0571r12 Jan 2016
無線ＬＡＮを快適に利用するために、利用するエリアの大きさや周囲の干渉状況を勘案してエリア設計を行うことがある。無線ＬＡＮは今後も高速化が期待されているが、新通信規格の無線ＬＡＮ機器の使用を想定して無線ＬＡＮのエリア設計のために、高価な新通信規格の無線ＬＡＮ機器を用意することはコストがかかる。
一方、簡易な無線ＬＡＮエリア設計のために、無線ＬＡＮの通信規格に基づいてスループットを計算しようとしても、外部環境である周辺からのチャネル干渉やパケット衝突によるエラー率などが影響し、実際のスループットを簡易に計算することは困難である。なお、簡易に計算することとは、例えば、一般的な表計算ソフトウェアのように算術計算で完結し、計算機シミュレータのように高級なプログラムを必要しない計算のことを示す。
本発明は、現行通信規格の無線通信端末における無線通信特性（スループット）の測定または計算が可能なときに、当該データを用いて新通信規格の無線通信端末の無線通信特性（スループット）を簡易に計算することができる無線通信特性評価方法を提供することを目的とする。
本発明は、複数の無線通信端末が信号を送信または交換して通信を行う無線通信システムの無線通信特性を評価する無線通信特性評価方法において、新通信規格の無線通信端末のスループットを取得したい測定ポイントで、現行通信規格の無線通信端末の無線通信特性（スループット）を測定または計算するステップ１と、現行通信規格の無線通信端末の無線通信特性の測定時または計算時の物理層およびＭＡＣ層のパラメータを取得するステップ２と、現行通信規格の無線通信端末について測定または計算した無線通信特性（スループット）と、その時の物理層およびＭＡＣ層のパラメータを入力として、新通信規格の無線通信端末のパラメータに応じた無線通信特性（スループット）を計算するステップ３とを有する。
本発明の無線通信特性評価方法において、ステップ３は、現行通信規格の無線通信端末で測定または計算された無線通信特性（スループット）と１シーケンス時間から、単位時間内で正常受信した正常受信回数Ｎを計算し、当該正常受信回数Ｎを新通信規格の無線通信端末における正常受信回数Ｎと想定するステップ１１と、新通信規格の無線通信端末における正常受信回数Ｎとパラメータから単位時間内に正常に受信可能なデータビット数を計算し、データビット数／単位時間から新通信規格における無線通信特性（スループット）を算出するステップ１２とを有する。
本発明の無線通信特性評価方法において、ステップ３は、現行通信規格の無線通信端末で測定または計算された無線通信特性（スループット）と１シーケンス時間から、単位時間内で正常受信した正常受信回数Ｎを計算し、この正常受信回数Ｎ×１シーケンス時間で、現行通信規格の無線通信端末が単位時間に占有した正常送信・受信の時間割合Ｒを計算するステップ２１と、時間割合Ｒを新通信規格の無線通信端末における正常受信時に占有した時間割合Ｒと想定するステップ２２と、時間割合Ｒと新通信規格の無線通信端末の１シーケンス時間から正常受信回数Ｍを計算するステップ２３と、新通信規格の無線通信端末が正常受信回数Ｍから正常に受信可能なデータビット数を計算し、データビット数／単位時間から新通信規格における無線通信特性（スループット）を算出するステップ２４とを有する。
本発明では、現行通信規格の無線通信端末を設置して測定したデータなどをもとに、現行通信規格と異なる新通信規格の無線通信端末を設置したときに再測定することなく無線通信特性（スループット）を簡易的に評価することができる。特に、干渉やパケット衝突など外部要因によってスループットが左右されるような環境においても、事前に取得したデータをもとに机上計算のみで当該環境の評価が可能になる。よって、当該機器を購入する費用をかけることなくエリア設計を行うことができる。
本発明における無線通信特性の計算手順の概要を示すフローチャートである。 新通信規格の無線通信端末のスループットの簡易計算手順例１を示すフローチャートである。 新通信規格の無線通信端末のスループットの簡易計算手順例２を示すフローチャートである。
図１は、本発明における無線通信特性の計算手順の概要を示す。
ここでは、無線通信特性としてスループットの測定または計算が可能な現行通信規格の無線通信端末のデータを用いて、現行通信規格と異なる新通信規格の無線通信端末のスループットを簡易に計算する計算手順を示す。
図１において、新通信規格の無線通信端末のスループットを取得したい測定ポイントで、現行通信規格の無線通信端末のスループットを測定または計算する（Ｓ１）。次に、当該スループットの測定時または計算時の物理層およびＭＡＣ層のパラメータを取得する（Ｓ２）。さらに、現行通信規格の無線通信端末について測定または計算したスループットと、その時の物理層およびＭＡＣ層のパラメータを入力として、新通信規格の無線通信端末のパラメータに応じたスループットを簡易計算する（Ｓ３）。ここで、簡易計算とは、一般的な表計算ソフトウェアや机上の計算が可能なものであり、以下に詳しく説明する。この計算結果から、実際には設置していない新通信規格の無線通信端末のスループットを取得し、評価することができる。
（簡易計算手順例１）
図２は、新通信規格の無線通信端末のスループットの簡易計算手順例１を示す。
本簡易計算では、図１のステップＳ１，Ｓ２で示したとおり、現行通信規格の無線通信端末について測定または計算されたスループットと、測定時または計算時の物理層およびＭＡＣ層のパラメータが入力値となる。なお、物理層およびＭＡＣ層のパラメータとは、無線通信端末のアンテナ数、チャネル帯域幅、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication ）、Ａ－ＭＰＤＵ（Aggregate MAC Protocol Data Unit）のアグリゲーション数、マルチユーザ送信の可否などのデータである。
図２において、まず、当該パラメータのＲＳＳＩやＮＦ（Noise Figure）から、当該測定ポイントでスループット測定時のおよそのＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise power Ratio ）を計算し決定する（Ｓ11）。ＲＳＳＩから受信電力値、ＮＦからNoise Floor 値が判明するため、当該測定ポイントで想定されるＳＩＮＲを計算することができる。なお、干渉電力が不明な場合でも、干渉電力によるパケットエラーやパケットロスの影響はステップＳ14～Ｓ15で考慮することができるため、まずは干渉電力がないと仮定して計算する。
次に、スループット測定に使用した無線通信端末のアンテナ数から算出される空間ストリーム数およびチャネル帯域幅などから、当該ＳＩＮＲに対応するＭＣＳを決定する（Ｓ12）。ここで、当該ＳＩＮＲに対応するＭＣＳは例えば、空間ストリーム数やチャネル帯域幅毎に各変復調方式に対して、ＳＩＮＲ対ＰＥＲのデータを用い、当該ＳＩＮＲで一定のＰＥＲを下回るＭＣＳを選択することで一意に決定できる。
次に、入力値として設定したアグリゲーション数またはスループット測定時に使用した規格で定められた数値から算出できるアグリゲーション数を用いて、１シーケンス時間を計算し決定する（Ｓ13）。ここで、無線ＬＡＮにおける１シーケンス時間とは、チャネルアクセスに必要な時間の平均値と、データ送信時間および応答フレーム時間など、正常な１回のフレーム送信で必要な時間である。
次に、現行通信規格の無線通信端末について事前に測定または計算したスループット値から、その１シーケンス時間を元に、単位時間内（例：１秒間）で正常受信したシーケンス数またはＰＰＤＵ数（無線フレーム数）を計算する（Ｓ14）。例えば、スループット測定時に使用した規格がＩＥＥＥ802.11ｎであり、測定したスループットが50Ｍbps で、先に求められたＭＣＳなどからアグリゲーション数が45であった場合、単位時間に含まれるシーケンス数またはＰＰＤＵ数は94.35 となる。
次に、このシーケンス数またはＰＰＤＵ数を、現行通信規格の無線通信端末が単位時間に送信機会を獲得し正常に送信成功した回数または正常受信回数Ｎとし、そのまま新通信規格の無線通信端末の正常受信回数Ｎとして想定する（Ｓ15）。
次に、現行通信規格と新通信規格で１シーケンス時間が同程度とし、新通信規格の無線通信端末が単位時間にＮ回だけ正常送信・受信できるとして、正常受信回数Ｎから正常に送信・受信可能なビット数（＝１回で送信するデータサイズ×Ｎ）を計算し、当該ビット数を単位時間で割ることでスループットを計算する（Ｓ16）。すなわち、ここでは現行通信規格と新通信規格で１シーケンス時間および単位時間の正常受信回数Ｎを同程度としているので、１回で送信するデータサイズの違いがスループットの違いとして計算される。なお、新通信規格の無線通信端末の送信・受信可能なビット数も、空間ストリーム数やチャネル帯域幅や同じＳＩＮＲから想定されるＭＣＳおよびアグリゲーション数などから計算されるものとする。
（簡易計算手順例２）
図３は、新通信規格の無線通信端末のスループットの簡易計算手順例２を示す。
図３において、ステップＳ21～Ｓ24は、図２に示す簡易計算手順例１のステップＳ11～Ｓ14と同じである。
次に、ＰＰＤＵの正常受信回数Ｎ×１シーケンス時間において、スループット測定または評価時に使用した現行通信規格の無線通信端末が当該測定ポイントにて測定した際に、単位時間に占有した正常送信・受信の時間割合Ｒを計算する（Ｓ25）。本例では0.41である。
次に、この時間割合Ｒをそのまま新通信規格の無線通信端末における正常受信時に占有した時間割合Ｒと想定する（Ｓ26）。
次に、時間割合Ｒと新通信規格の無線通信端末の１シーケンス時間から正常受信回数Ｍを計算する（Ｓ27）。すなわち、図２に示す簡易計算手順例１では、現行通信規格の無線通信端末の正常受信回数Ｎをそのまま新通信規格の無線通信端末の正常受信回数Ｎとして想定したが、簡易計算手順例２では新通信規格の無線通信端末の１シーケンス時間を考慮した正常受信回数Ｍに反映される。なお、新通信規格の無線通信端末の１シーケンス時間も空間ストリーム数やチャネル帯域幅や同じＳＩＮＲから想定されるＭＣＳおよびアグリゲーション数などから計算されるものとする。
次に、新通信規格の無線通信端末が当該Ｍ回だけ正常送信・受信できるとして、正常受信回数Ｍから正常に送信・受信可能なビット数（＝１回で送信するデータサイズ×Ｍ）を計算し、当該ビット数を単位時間で割ることでスループットを計算する（Ｓ28）。すなわち、ここでは現行通信規格と新通信規格で、通信環境に依存する正常送信・受信の時間割合Ｒを同程度とするが、１シーケンス時間の違いによる正常受信回数Ｎ，Ｍの違いと、１回で送信するデータサイズの違いがスループットの違いとして計算される。

Claims (3)

  1. 複数の無線通信端末が信号を送信または交換して通信を行う無線通信システムの無線通
    信特性を評価する無線通信特性評価方法において、
    新通信規格の無線通信端末のスループットを取得したい測定ポイントで、現行通信規格の無線通信端末の無線通信特性（スループット）を測定または計算するステップ１と、
    前記現行通信規格の無線通信端末の無線通信特性の測定時または計算時の物理層およびＭＡＣ層のパラメータを取得するステップ２と、
    前記現行通信規格の無線通信端末について測定または計算した無線通信特性（スループット）と、前記ステップ２で取得した物理層およびＭＡＣ層のパラメータを入力として、前記新通信規格の無線通信端末のパラメータに応じた無線通信特性（スループット）を計算するステップ３と
    を有することを特徴とする無線通信特性評価方法。
  2. 請求項１に記載の無線通信特性評価方法において、
    前記ステップ３は、
    前記現行通信規格の無線通信端末で測定または計算された無線通信特性（スループット）と１シーケンス時間から、単位時間内で正常受信した正常受信回数Ｎを計算し、当該正常受信回数Ｎを新通信規格の無線通信端末における正常受信回数Ｎと想定するステップ１１と、
    前記新通信規格の無線通信端末における正常受信回数Ｎと前記パラメータから単位時間内に正常に受信可能なデータビット数を計算し、データビット数／単位時間から前記新通信規格における無線通信特性（スループット）を算出するステップ１２と
    を有することを特徴とする無線通信特性評価方法。
  3. 請求項１に記載の無線通信特性評価方法において、
    前記ステップ３は、
    前記現行通信規格の無線通信端末で測定または計算された無線通信特性（スループット）と１シーケンス時間から、単位時間内で正常受信した正常受信回数Ｎを計算し、この正常受信回数Ｎ×１シーケンス時間で、前記現行通信規格の無線通信端末が単位時間に占有した正常送信・受信の時間割合Ｒを計算するステップ２１と、
    前記時間割合Ｒを前記新通信規格の無線通信端末における正常受信時に占有した時間割合Ｒと想定するステップ２２と、
    前記時間割合Ｒと新通信規格の無線通信端末の１シーケンス時間から正常受信回数Ｍを計算するステップ２３と、
    前記新通信規格の無線通信端末が前記正常受信回数Ｍから正常に受信可能なデータビット数を計算し、データビット数／単位時間から前記新通信規格における無線通信特性（スループット）を算出するステップ２４と
    を有することを特徴とする無線通信特性評価方法。
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