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RADIO COMMUNICATIONS SYSTEM, RADIO COMMUNICATION METHOD AND RADIO BASE STATION

Patent code P200016856
File No. 6087
Posted date May 11, 2020
Application number P2018-127735
Publication number P2020-010115A
Date of filing Jul 4, 2018
Date of publication of application Jan 16, 2020
Inventor
  • (In Japanese)アベセカラ ヒランタ
  • (In Japanese)石原 浩一
  • (In Japanese)松井 宗大
  • (In Japanese)山本 高至
Applicant
  • (In Japanese)日本電信電話株式会社
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title RADIO COMMUNICATIONS SYSTEM, RADIO COMMUNICATION METHOD AND RADIO BASE STATION
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To improve through-put and to shorten a delay time by increasing simultaneous transmission opportunities of a plurality of radio terminal stations.
SOLUTION: A radio base station comprises: a radio environment information acquisition part which acquires radio environment information on a plurality of radio terminal stations belonging to its cell; a radio terminal station grouping part which groups the plurality of radio terminal stations belonging to its cell based upon the radio environment information; a scheduling part which adjusts transmission opportunities of respective groups generated by the radio terminal station grouping parts; and a parameter control part which calculates and sets parameters, needed for simultaneous transmission according to the radio environment information, to the respective groups generated by the radio terminal station grouping part, thereby optimizing the grouping of radio terminal stations to perform simultaneous transmission by OFDMA and a CCA threshold to be set to radio terminal stations in each group.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

近年、ノートパソコンやスマートフォン等の持ち運び可能で高性能な無線端末の普及により企業や公共スペースだけではなく、一般家庭でもIEEE802.11標準規格の無線LANが広く使われるようになっている。IEEE802.11標準規格の無線LANには、 2.4GHz帯を用いるIEEE802.11b/g/n 規格の無線LANと、5GHz帯を用いるIEEE802.11a/n/ac規格の無線LANがある。

IEEE802.11b規格やIEEE802.11g規格の無線LANでは、2400MHzから2483.5MHz間に5MHz間隔で13チャネルが用意されている。ただし、同一場所で複数のチャネルを使用する際は、干渉を避けるためスペクトルが重ならないようにチャネルを使用すると最大で3チャネル、場合によっては4チャネルまで同時に使用できる。

IEEE802.11a規格の無線LANでは、日本の場合は、5170MHzから5330MHz間と、5490MHzから5710MHz間で、それぞれ互いに重ならない8チャネルおよび11チャネルの合計19チャネルが規定されている。なお、IEEE802.11a規格では、チャネル当たりの帯域幅が20MHzに固定されている。

無線LANの最大伝送速度は、IEEE802.11b規格の場合は11Mbps であり、IEEE802.11a規格やIEEE802.11g規格の場合は54Mbps である。ただし、ここでの伝送速度は物理レイヤ上での伝送速度である。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、実際のスループットの上限値はIEEE802.11b規格では5Mbps 程度、IEEE802.11a規格やIEEE802.11g規格では30Mbps 程度である。また、伝送速度は、情報を送信しようとする無線局が増えればさらに低下する。

一方で、有線LANでは、Ethernet(登録商標)の100Base-T インタフェースをはじめ、各家庭にも光ファイバを用いたFTTH(Fiber to the home)の普及から、 100Mbps ~1Gbps 級の高速回線の提供が普及しており、無線LANにおいても更なる伝送速度の高速化が求められている。

そのため、2009年に標準化が完了したIEEE802.11n規格では、これまで20MHzと固定されていたチャネル帯域幅が最大で40MHzに拡大され、また、空間多重送信技術(MIMO:Multiple input multiple output)技術の導入が決定された。IEEE802.11n規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で 600Mbps の通信速度を実現可能である。

さらに、2013年に標準化が完了したIEEE802.11ac規格では、チャネル帯域幅を80MHzや最大で 160MHz(または80+80MHz)まで拡大することや、空間分割多元接続(SDMA:Space Division Multiple Access)を適用したマルチユーザMIMO(MU-MIMO)送信方法の導入が決定している。IEEE802.11ac規格で規定されているすべての機能を適用して送受信を行うと、物理レイヤでは最大で約 6.9Gbps の通信速度を実現可能である。

また、現在策定中のIEEE802.11ax規格では、上記の20MHz,40MHz,80MHz, 160MHz,80+80MHzのチャネルを細かいサブチャネルに分け、フレームの送受信ができるOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) が規定される見込みである。OFDMAを用いると、上記チャネルを細かいサブチャネルに分けてリソースユニット単位で複数の無線局による同時送信が可能となる。さらに、IEEE802.11ax規格では、キャリアセンス閾値(CCA閾値)制御により周辺の他セルからの干渉を抑えつつ通信機会を増大する機能が規定される見込みである(非特許文献1)。

IEEE802.11規格の無線LANは、 2.4GHz帯または5GHz帯の免許不要な周波数帯で運用するため、IEEE802.11規格の無線基地局は、無線LANセル(BSS:Basic Service Set )を形成する際に、自無線基地局で対応可能な周波数チャネルの中から1つの周波数チャネルを選択して運用する。

自セルで使用するチャネル、帯域幅およびそれ以外のパラメータの設定値および自無線基地局において対応可能なその他のパラメータは、定期的に送信するBeaconフレームや、無線端末から受信するProbe Request フレームに対するProbe responseフレーム等に記載し、運用が決定された周波数チャネル上でフレームを送信し、配下の無線端末および周辺の他無線局に通知することで、セルの運用を行っている。

無線基地局において、周波数チャネルや帯域幅およびその他のパラメータの選択および設定方法には、次の4つの方法がある。
(1) 無線基地局の製造メーカで設定されたデフォルトのパラメータ値をそのまま使用する方法
(2) 無線基地局を運用するユーザが手動で設定した値を使用する方法
(3) 各無線基地局が起動時に自局において検知する無線環境情報に基づいて自律的にパラメータ値を選択して設定する方法
(4) 無線LANコントローラなどの集中制御局で決定されたパラメータ値を設定する方法

また、同一場所で同時に使えるチャネル数は、通信に用いるチャネル帯域幅によって、 2.4GHz帯の無線LANでは3つ、5GHz帯の無線LANでは2つ,4つ,9つ,または19のチャネルになるので、実際に無線LANを導入する際には無線基地局が自BSS内で使用するチャネルを選択する必要がある(非特許文献2)。

チャネル帯域幅を40MHz、80MHz、 160MHzまたは80+80MHzと広くする場合、5GHz帯において同一場所で同時に使えるチャネル数は、チャネル帯域幅が20MHzで19チャネルだったものが、9チャネル、4チャネル、2チャネルと少なくなる。すなわち、チャネル帯域幅が増加するにつれて、使えるチャネル数が低減することになる。

使用可能なチャネル数よりもBSS数が多い無線LANの稠密環境では、複数のBSSが同一チャネルを使うことになる(OBSS:Overlapping BSS )。そのため無線LANでは、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)を用いて、キャリアセンスによりチャネルが空いているときにのみデータの送信を行う自律分散的なアクセス制御が使われている。

具体的には、送信要求が発生した無線局は、まず所定のセンシング期間(DIFS:Distributed Inter-Frame Space )だけキャリアセンスを行って無線媒体の状態を監視し、この間に他の無線局による送信信号が存在しなければ、ランダム・バックオフを行う。無線局は、引き続きランダム・バックオフ期間中もキャリアセンスを行うが、この間にも他の無線局による送信信号が存在しない場合に、チャネルの利用権を得る。なお、他の無線局による送受信は、予め設定されたキャリアセンス閾値よりも大きな信号を受信するか否かで判断される。チャネルの利用権を得た無線局は、同一BSS内の他の無線局にデータを送信し、またそれらの無線局からデータを受信できる。このようなCSMA/CA制御を行う場合、同一チャネルを使用する無線LANの稠密環境では、キャリアセンスによりチャネルがビジーになる頻度が高くなるためスループットが低下する。したがって、周辺環境をモニタリングし、使用するチャネル、送信電力値、キャリアセンス閾値、減衰値、OFDMAリソースユニット、収容トラヒック量や、環境情報に応じて同時送信の選定などを適切に実施することが重要になる。

無線基地局におけるチャネルの選択などの上記パラメータの選択方法は、IEEE802.11標準規格で定まっていないため、各ベンダーが独自の方法を採用している。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、無線LAN(Local Area Network)の稠密環境において、各無線局のCSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)制御に起因するスループットの低下を改善する無線通信システム、無線通信方法および無線基地局に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
共用無線周波数帯上で、無線基地局の自セルに属する複数の無線端末局がOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) を用いて同時送信する無線通信システムにおいて、
前記無線基地局は、
前記自セルに属する複数の無線端末局の無線環境情報を取得する無線環境情報取得部と、
前記無線環境情報に基づいて前記自セルに属する複数の無線端末局のグルーピングを行う無線端末局グルーピング部と、
前記無線端末局グルーピング部で生成された各グループの送信機会を調整するスケジューリング部と、
前記無線端末局グルーピング部で生成された各グループに、前記無線環境情報に応じて前記同時送信に必要なパラメータを算出して設定するパラメータ制御部と
を備え、
前記各グループの複数の無線端末局は、前記スケジューリング部で調整された送信機会に、前記パラメータ制御部で設定された前記パラメータを用いて前記同時送信を行う構成である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】
 
請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線環境情報取得部は、前記無線基地局と前記無線端末局との間の信号強度を示すRSSI値を取得する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】
 
請求項2に記載の無線通信システムにおいて、
前記無線端末局グルーピング部は、前記同時送信が可能な無線端末局の台数を上限に、前記RSSI値が近接する複数の無線端末局を同一グループに振り分ける構成である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項4】
 
請求項1に記載の無線通信システムにおいて、
前記スケジューリング部は、前記各グループに対して所定の順番に前記送信機会を与えるアクセス権をスケジューリングする構成である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項5】
 
請求項2に記載の無線通信システムにおいて、
前記パラメータ制御部は、前記パラメータとして、同一グループの複数の無線端末局の中から最小の前記RSSI値に対応する当該グループのCCA閾値を算出し、同一グループの複数の無線端末局に同一のCCA閾値を設定する構成である
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項6】
 
共用無線周波数帯上で、無線基地局の自セルに属する複数の無線端末局がOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) を用いて同時送信する無線通信方法において、
前記無線基地局は、
前記自セルに属する複数の無線端末局の無線環境情報を取得する無線環境情報取得ステップと、
前記無線環境情報に基づいて前記自セルに属する複数の無線端末局のグルーピングを行う無線端末局グルーピングステップと、
前記無線端末局グルーピングステップで生成された各グループの送信機会を調整するスケジューリングステップと、
前記無線端末局グルーピングステップで生成された各グループに、前記無線環境情報に応じて前記同時送信に必要なパラメータを算出して設定するパラメータ制御ステップと
を有し、
前記各グループの複数の無線端末局は、前記スケジューリングステップで調整された送信機会に、前記パラメータ制御ステップで設定された前記パラメータを用いて前記同時送信を行う
ことを特徴とする無線通信方法。

【請求項7】
 
請求項6に記載の無線通信方法において、
前記無線環境情報取得ステップは、前記無線基地局と前記無線端末局との間の信号強度を示すRSSI値を取得する処理を行い、
前記無線端末局グルーピングステップは、前記同時送信が可能な無線端末局の台数を上限に、前記RSSI値が近接する複数の無線端末局を同一グループに振り分ける処理を行い、
前記スケジューリングステップは、前記各グループに対して所定の順番に前記送信機会を与えるアクセス権をスケジューリングする処理を行い、
前記パラメータ制御ステップは、前記パラメータとして、同一グループの複数の無線端末局の中から最小の前記RSSI値に対応する当該グループのCCA閾値を算出し、同一グループの複数の無線端末局に同一のCCA閾値を設定する処理を行う
ことを特徴とする無線通信方法。

【請求項8】
 
共用無線周波数帯上で、無線基地局の自セルに属する複数の無線端末局がOFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) を用いて同時送信する無線通信システムの無線基地局において、
前記自セルに属する複数の無線端末局の無線環境情報を取得する無線環境情報取得部と、
前記無線環境情報に基づいて前記自セルに属する複数の無線端末局のグルーピングを行う無線端末局グルーピング部と、
前記無線端末局グルーピング部で生成された各グループの送信機会を調整するスケジューリング部と、
前記無線端末局グルーピング部で生成された各グループに、前記無線環境情報に応じて前記同時送信に必要なパラメータを算出して設定するパラメータ制御部と
を備え、
前記各グループの複数の無線端末局に対して、前記スケジューリング部で調整された送信機会に、前記パラメータ制御部で設定された前記パラメータを用いて前記同時送信を行わせる構成であることを特徴とする無線基地局。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018127735thum.jpg
State of application right Published
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