(57)【要約】　　　（修正有）【課題】複数のアクセスポイントから複数のユーザ端末に並列にデータ伝送を行うことによりシステムトータルのスループットを向上する無線伝送方式と無線通信システムを構成する無線装置を提供する。【解決手段】アクセスポイント１０７からユーザ端末１０８へのダウンリンクトラヒックを測定するための送信キューと、ユーザ端末１０８からアクセスポイント１０７へのアップリンクトラヒックを測定する受信キューをアクセスポイントまたは管理サーバに設け、送受信キュー長からアップリンクの時間とダウンリンクの時間を決定し、複数のアクセスポイントとユーザ端末を決定した送信時間に制御することにより、ユーザ端末が周囲のユーザ端末に与える干渉によるパケット衝突をなくし、システムスループットを向上する。【選択図】　図１１
2004032015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザ端末がアクセスポイントを経由して有線ネットワークに接続する通信システムにおいて、
上記アクセスポイントは、ビームをユーザ端末に向ける指向性アンテナおよび送信電力制御機能の少なくとも一つを有し、
上記アクセスポイントからユーザ端末（ダウンリンク）へと上記ユーザ端末からアクセスポイント（アップリンク）へとで、送受信の電力分布関係が非対称であり、
上記アクセスポイントからユーザ端末へのダウンリンクトラヒックを測定するための送信キューと、上記ユーザ端末からアクセスポイントへのアップリンクトラヒックを測定するための受信キューを用いて、アップリンクのデータパケット送信時間（アップリンク時間）とダウンリンクのデータパケット送信時間（ダウンリンク時間）を決定する管理サーバを有し、
該管理サーバからの制御情報に従って上記アクセスポイントおよびユーザ端末のデータ伝送時間を制御する通信システム。
【請求項２】
上記アクセスポイントは、
無線信号を送受信するための指向性アンテナと、
無線信号処理を行う無線インタフェースと、
有線信号処理を行う有線インタフェースと、
上記無線インタフェースから上記有線インタフェースへのデータパケットを蓄積する受信キューと、
上記有線インタフェースから上記無線インタフェースへのデータパケットを蓄積する送信キューと、
上記送受信キュー長の変化を測定する送受信キュー長測定部と、
上記送受信キュー長測定部の測定結果を上記管理サーバに通知する制御信号の作成および上記管理サーバからダウンリンク時間とアップリンク時間のデータパケット送受信時間に関する制御信号を受け取る制御信号処理部と、
上記送信キューから上記無線インタフェースへの書き込みタイミングと上記受信キューから上記有線インタフェースへの書き込みタイミングを上記制御信号処理部の情報に基づいて制御する送受信タイミング制御部と、
送受信タイミングを管理するための時間情報を提供するタイマと、
他のアクセスポイントと上記タイマの時間情報を同期させるための同期用パイロット信号を生成する同期用パイロット信号生成部と、
上記同期用パイロット信号を上記無線インタフェースまたは有線インタフェース経由で送信する手段と、
上記無線インタフェースまたは上記有線インタフェース経由で得られた同期用パイロット信号を検出しタイマの時間情報を補正する同期用パイロット信号検出部を持つ請求項１記載の通信システム。
【請求項３】
上記ユーザ端末は、
無線信号を送受信するための無指向性アンテナと、
無線信号処理を行う無線インタフェースと、
外部接続用の信号処理を行う外部インタフェースと、
上記無線インタフェースから外部インタフェースへのデータパケットを蓄積する受信キューと、
外部インタフェースから無線インタフェースへのデータパケットを蓄積する送信キューと、
上記アクセスポイントからデータパケット送信時間に関する制御信号を受け取る制御信号処理部と、
送信キューから無線インタフェースへの書き込みタイミングと受信キューから外部インタフェースの書き込みタイミングを上記制御信号処理部の情報に基づいて制御する送受信タイミング制御部と、
送受信タイミングを管理するための時間情報を提供するタイマと、
アクセスポイントとタイマの時間情報を同期させるための同期用パイロット信号を上記無線インタフェース経由で得て、タイマの時間情報を補正する同期用パイロット信号検出部を持つ請求項１記載の通信システム。
【請求項４】
上記管理サーバは、
有線信号処理を行う有線インタフェースと、
アクセスポイントの送受信キュー長測定結果を記録するアクセスポイント送受信キュー長データと、
上記アクセスポイント送受信キュー長データに基づいてアクセスポイントとユーザ端末のデータパケット送信時間を制御する周期（以降、「制御フレーム長」と呼ぶ）と、
制御フレームにおいてユーザ端末からアクセスポイントへのデータパケット送信時間の比率（以降、「アップリンク比率」と呼ぶ）を計算する制御フレーム長・アップリンク比率計算部と、
管理サーバとアクセスポイント間の制御信号の生成・解釈を行う制御信号処理部と、
複数のアクセスポイントを同期させるための基準信号として同期用パイロット信号生成部を持つ請求項１記載の通信システム。
【請求項５】
上記管理サーバは、
有線信号処理を行う有線インタフェースと、
管理サーバからアクセスポイントへのデータパケットを蓄積する送信キューと、
アクセスポイントから管理サーバ経由有線ネットワークへのデータパケットを蓄積する受信キューと、
送受信キュー長の変化を測定する送受信キュー長測定部と、
測定した送受信キュー長を記録する送受信キュー長データを持ち、上記送受信キュー長データに基づいてアクセスポイントとユーザ端末のデータパケット送信時間を制御する周期（制御フレーム長）と、制御フレームにおいてユーザ端末からアクセスポイントへのデータパケット送信時間の比率（アップリンク比率）を計算する制御フレーム長・アップリンク比率計算部と、
管理サーバとアクセスポイント間の制御信号の生成・解釈を行う制御信号処理部と、
複数のアクセスポイントを同期させるための基準信号として同期用パイロット信号生成部と、
受信キューのデータパケットと制御信号処理部からの制御信号と同期用パイロット信号生成部からの同期信号を送信キューに振り分けるスイッチを持つ請求項１記載の通信システム。
【請求項６】
第一のアクセスポイントから送信されて第一のユーザ端末で受信されたデータパケットと、隣接する第二のアクセスポイントから送信されたデータパケットに対して第二のユーザ端末から送信された応答パケット（Ａｃｋパケット）が衝突をおこさないことを目的として、第一および第二のユーザ端末から応答パケットが送信される時間をそろえて、第一および第二のアクセスポイントが備える指向性アンテナによってそれぞれのユーザ端末からの応答パケットのみを受信するように、送信するデータパケットの送信終了時間を第一のアクセスポイントと第二のアクセスポイントで同一タイミングにそろえるスケジューリングを行う請求項２記載の通信システム。
【請求項７】
第一のアクセスポイントから送信されて第一のユーザ端末で受信されたデータパケットと、隣接する第二のアクセスポイントから送信されたデータパケットに対して第二のユーザ端末から送信された応答パケット（Ａｃｋパケット）が衝突をおこさないことを目的として、ダウンリンク時間においてユーザ端末から応答パケットが送信されないようにブロードキャストパケットを用い、宛先情報を入れたヘッダとデータをブロードキャストパケットにマッピングするＭＡＣラッパを持ち、ユーザ端末のＭＡＣラッパでブロードキャストパケットのヘッダを除去し、アップリンク時間に応答パケットをユーザ端末からアクセスポイントに送る請求項２記載の通信システム。
【請求項８】
ユーザ端末がアクセスポイントを経由して有線ネットワークに接続する無線アクセスシステムにおいて、アクセスポイントはビームをユーザ端末に向ける指向性アンテナを持ち送信電力制御機能を有し、ユーザ端末はビームを特定方向に定めない無指向性アンテナを持ち送信電力制御機能を有する無線通信システムにおいて、アクセスポイントからユーザ端末へ通信予約を行う制御パケットに対する応答パケットに、送信抑制時間とユーザ端末の送信電力、アクセスポイントからの制御パケットの受信電力、受信電力に対する所望対干渉電力比の情報を付加することにより、応答パケットを受信した他のユーザ端末が応答パケットを送信したユーザ端末に干渉を与えない送信電力に制御することにより、複数のアクセスポイントから複数のユーザ端末への並列伝送を可能とするユーザ端末装置。
【請求項９】
複数のユーザ端末と複数のアクセスポイントを含む通信システムにおいて、
上記各アクセスポイントは所望のユーザ端末へ送信する際に、他のアクセスポイントあるいはユーザ端末に干渉を与えずに送信が可能な構成を有し、
上記各ユーザ端末は所望のアクセスポイントへ送信する際に、他のアクセスポイントあるいはユーザ端末に干渉を与えずに送信が不可能な構成を有し、
上記アクセスポイントから上記ユーザ端末に送信を行うダウンリンク時間と、上記ユーザ端末から上記アクセスポイントへ送信を行うアップリンク時間を規定してアクセス制御を行い、
上記ダウンリンク時間には複数のアクセスポイントが所定のユーザ端末に対して同時に送信することを許容し、かつ、ユーザ端末に対してはデータの送信を禁止し、
上記アップリンク時間には同時には一つのユーザ端末に対して送信を許容することを特徴とする通信システム。
【請求項１０】
上記各アクセスポイントは指向性アンテナおよび出力制御回路のうち少なくとも一つを用いて所望のユーザ端末に対して送信を行う請求項９記載の通信システム。
【請求項１１】
上記アクセスポイントを管理する管理サーバを有し、
該管理サーバは、上記アクセスポイントが上記ユーザ端末に対して送信を行う際に、送信先のユーザ端末に干渉を与える範囲にあるユーザ端末の送信を禁止する制御を行う請求項１０記載の通信システム。
【請求項１２】
上記管理サーバは、上記アクセスポイントを介して、ユーザ端末の制御を行い、
上記管理サーバの指示を受けた上記アクセスポイントは、送信を禁止すべきユーザ端末に対して、送信制御通知を送付することにより、所望の期間ユーザ端末の送信を禁止する請求項１１記載の通信システム。
【請求項１３】
上記ダウンリンク時間には複数のアクセスポイントが所定のユーザ端末に対して同時に送信することを許容し、かつ、ユーザ端末に対してはＡｃｋパケットおよびデータの送信を禁止、Ａｃｋパケットをアップリンク時間に出すように制御する請求項１２記載の通信システム。
【請求項１４】
上記ダウンリンク時間には複数のアクセスポイントが所定のユーザ端末に対して同時に送信することを許容し、かつ、ユーザ端末に対してはデータの送信を禁止するが、Ａｃｋパケットの送信を許容し、
し、Ａｃｋパケット送信タイミングを各ユーザ端末で同期させるように制御する請求項１２記載の通信システム。
【請求項１５】
上記各アクセスポイントは、上記送信データパケットを蓄積する送信キューと、上記受信データパケットを蓄積する受信キューと、上記送受信キューの状態を管理サーバに報告する第１の制御信号処理部を有し、
上記管理サーバは、上記送信キューの状態からダウンリンク時間を計算し、上記受信キューの状態からアップリンク時間を計算し、制御フレーム長（ダウンリンク時間とアップリンク時間の合計）と制御フレーム長に占めるアップリンク時間の比率（アップリンク時間比率）を計算する計算部と、
上記計算部の計算結果に基づいて制御信号を形成する第２の制御信号処理部と、上記制御信号を各アクセスポイントに送付するインターフェースを有する請求項１２記載の通信システム。
【請求項１６】
上記送信キューおよび受信キューの状態とは、キューの長さである請求項１５記載の通信システム。
【請求項１７】
複数のアクセスポイントを含む通信システムにおいて、
上記各アクセスポイントは所望のユーザ端末へ送信する際に、アクセスポイントから送信される電波の到達範囲を制限する構成を有し、
上記アクセスポイントから上記ユーザ端末に送信を行うダウンリンク時間と、上記ユーザ端末から上記アクセスポイントへ送信を行うアップリンク時間を規定してアクセス制御を行い、
上記ダウンリンク時間には複数のアクセスポイントが所定のユーザ端末に対して同時に送信することを許容し、かつ、ユーザ端末のデータの少なくとも一部の送信を禁止し、
上記アップリンク時間には同時には一つのユーザ端末に対して送信を許容することを特徴とする通信システム。
【請求項１８】
上記アクセスポイントと交信可能な管理サーバを有し、
該管理サーバからの制御情報に従って、上記アクセス制御、送信の許可及び禁止を行う請求項１７記載の通信システム。
【請求項１９】
上記ユーザ端末に対しては、上記管理サーバから上記アクセスポイントを介して制御信号を送信する請求項１８記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムにおける無線アクセス方式および伝送方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線アクセスシステムでは、無線ＬＡＮに代表されるように、ユーザ端末はアクセスポイントを介して有線ネットワークに接続し、インターネットサービスを享受することができる。
【０００３】
図１に無線アクセスシステムにおけるシステム構成の例を示す。ユーザ端末１０８ａ・１０８ｂ・１０８ｃは、それぞれアクセスポイント１０７ａ・１０７ｂ・１０７ｃを経由し、ＩＰルータ１０６を介してプロバイダネットワーク１０５に接続することができる。プロバイダネットワーク１０５とインターネット１０３はゲートウェイ装置１０４を介して接続されているので、ユーザ端末１０８ａ・１０８ｂ・１０８ｃは、インターネット１０３上のコンテンツ事業者１０１のＷｅｂサーバ１０２にアクセスしてコンテンツをダウンロードすることができる。アクセスポイント１０７ａ・１０７ｂ・１０７ｃは、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ　Ｌｉｎｅ）や光ファイバによってＩＰルータ１０６に有線接続されている。
【０００４】
無線アクセスシステムでは、アクセスポイントの設置はアクセスポイントを購入したユーザが行う場合が多く、アクセスポイント間で同一通信チャネルを用いた場合に通信が干渉するということを設置時に考慮しないケースが多い。
【０００５】
図２に、上記アクセスポイント間の干渉問題に対して、無線ＬＡＮ規格ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）副層で規定されているアクセス方式の説明図を示す。
【０００６】
データ通信をランダムアクセスで行う通信アクセス方式を採用しており、通信ノード同士のデータパケットが衝突しないようにキャリアセンスによる衝突回避を行うＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｓｅｎｓｅ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）方式を採用している。キャリアセンスで、各送信ノードで通信伝送路が空いているかどうかを判断してからデータパケットを送る。キャリアセンスの方法は、データパケット送信前に一定時間（衝突回避ウィンドウ）内でランダムパルスを送信する。パルスを送信していないときは伝送路を監視し、自ノードで送信してないパルスが検出されない場合はデータパケットを送信し、送信していないパルスを検出した場合はデータパケットの送信を取りやめて、ランダムに選択された一定時間待ってから再度キャリアセンスを行う。
【０００７】
図２に示すように、アクセスポイント１０７ｂがユーザ端末１０８ｂにＤａｔａパケットを送っている間は、アクセスポイント１０７ｃはキャリアセンスで他ノードが通信中であることを知り、一定時間待ってから再度キャリアセンスを行い、伝送路があいたことを確認してからユーザ端末１０８ｃにＤａｔａパケットを送る。このようにして、時間を分割してアクセスポイント間の通信が干渉しない仕組みが提供されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の無線アクセスシステムでは、キャリアセンスの仕組みによって通信時間を分けることで干渉を回避しているが、単位時間あたりに伝送できるデータ量が増えないため、アクセスポイントの数を増やしてもシステム全体のスループットが増えず、アクセスポイント一つあたりのスループットが低下するという問題があげられる。
【０００９】
図３にアクセスポイントの並列伝送によるスループット向上方法の説明図を示す。図２では、アクセスポイントの干渉範囲内に他のアクセスポイントが存在していたが、他のアクセスポイントを干渉範囲外になるようにすればよい。具体的には、送信電力を絞り、送受信アンテナの指向性をユーザ端末に絞ることによって、アクセスポイント間で電波が届かなくなるため、図３に示すようにアクセスポイント１０７ａがユーザ端末１０８ａにＤａｔａパケットを送っている間に、アクセスポイント１０７ｂはＤａｔａパケットをユーザ端末１０８ｂに送ることが可能となる。各アクセスポイントとユーザ端末間の伝送路が独立な場合は、伝送容量が増加してシステム全体のスループットが増加する。しかし、ユーザ端末が指向性アンテナを持ち電力制御機能を有するのは高機能であるためコストがかかる。このため、アクセスポイントは指向性アンテナを持ちおよび／または電力制御機能を有し、ユーザ端末は無指向性アンテナを持ちおよび／または電力制御機能を持たないことにより、アップリンクとダウンリンクとで送受信の電力関係が非対称なシステムが存在する。要するに、アクセスポイント側は任意のユーザ端末と交信可能であり、ユーザ端末側はそのような選択性を持たないシステムである。アクセスポイント側の機能としては、例えば、送信する電波の到達範囲を制限する機能を備える。典型的な例としては、指向性アンテナ、送信電力制御機能、あるいは、これらの組み合わせである。ユーザ端末としては、通常の送信機能（無指向性アンテナ）を有するものでよい。
【００１０】
なお、原理的にはアクセスポイントとユーザ端末の機能を逆にしても良いが、現状では、ユーザ端末に指向性アンテナなどを備えることは技術的に難易度が高い。
【００１１】
図４に、アクセスポイントが指向性アンテナを持ち電力制御機能を有し、ユーザ端末が無指向性アンテナを持ち電力制御機能を持たない無線通信システムにおける課題の説明図を示す。
【００１２】
アクセスポイント１０７ａがＤａｔａパケットをユーザ端末１０８ａに送っているときに、ユーザ端末１０８ｂはキャリアセンスを行ってもアクセスポイント１０７ａからの電波を検出することができないため、アクセスポイント１０７ｂにＤａｔａパケットを送信する。このとき、ユーザ端末１０８ａにおいて、アクセスポイント１０７ａから送信されたＤａｔａパケットとユーザ端末１０８ｂから送信されたＤａｔａパケットが衝突を起こし、復号するのに必要な所要ＣＩＲ（Ｃａｒｒｉｅｒ　ｔｏ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｒａｔｉｏ）を満たすことができずにＤａｔａパケットが消失する。アクセスポイント１０７ａは、Ｄａｔａパケットに対するＡｃｋが返ってこないため再送を行う。このようなパケット消失の問題は、隠れ端末問題として知られており、この対策として仮想キャリアセンスによるパケット衝突回避方法が考えられる。
【００１３】
図５に仮想キャリアセンスによるパケット衝突回避方法の説明図を示す。アクセスポイント１０７ａがユーザ端末１０８ａにデータを送る際に、ＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ　ｔｏ　Ｓｅｎｄ）と呼ばれる制御パケットに伝送路を使用する予定時間をいれて送信する。ユーザ端末１０８ａは、ＲＴＳ制御パケットを受け取ると、ＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ　ｔｏ　Ｓｅｎｄ）と呼ばれる制御パケットに伝送路を使用する予定時間をいれて送信する。ユーザ端末１０８ｂがＣＴＳ制御パケットを受け取ると、アクセスポイント１０７ａが伝送路を使用する予定時間の間、ユーザ端末１０８ｂの送信が禁止されるのでＤａｔａパケットの衝突が回避される。この方法を用いると図２に示したキャリアセンスの場合と同様に、送信時間が時間分割されるため、パケットの衝突回避はできても、アクセスポイントを増やしてもシステム全体のスループットが増えないという課題が解決されない。
【００１４】
図６に仮想キャリアセンスを用いてもスループットが増えない理由の説明図を示す。アクセスポイントは指向性アンテナを持ち電力制御機能を有し、ユーザ端末は無指向性アンテナを持ち電力制御機能を持たない送受信の電力関係が非対称なシステムで、各アクセスポイントから各ユーザ端末へのダウンリンクトラヒックを同時に伝送を行なう状況を想定する。
【００１５】
まず、アクセスポイント１０７ａからユーザ端末１０８ａにデータ伝送を行うためにＲＴＳ・ＣＴＳ制御パケットによる仮想キャリアセンスが実行される。ユーザ端末１０８ａからのＣＴＳ制御パケットによってユーザ端末１０８ｂは送信禁止状態となる。次に、アクセスポイント１０７ｂからユーザ端末１０８ｂにデータ伝送を行なうためにＲＴＳ制御パケットを送信する。ユーザ端末１０８ｂはＲＴＳ制御パケットを受け取っても、送信禁止状態であるためにＣＴＳ制御パケットを送り返すことができない。アクセスポイント１０７ａは、ＣＴＳ制御パケットが受け取れるまで、ＲＴＳ制御パケットの送信を所定上限回数まで再試行する。ユーザ端末１０８ｂの送信禁止状態が解除されてから通信可能となるため、アクセスポイント１０７ａとアクセスポイント１０７ｂはＲＴＳ・ＣＴＳ制御のために同時に送信することができない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題の考慮した上での本願発明の構成は、複数のユーザ端末と複数のアクセスポイントを含む通信システムにおいて、各アクセスポイントは所望のユーザ端末へ送信する際に、他のアクセスポイントあるいはユーザ端末に干渉を与えずに送信が可能な構成を有する。また、各ユーザ端末は所望のアクセスポイントへ送信する際に、他のアクセスポイントあるいはユーザ端末に干渉を与えずに送信が可能な構成を有さない。このような、システム構成において、アクセスポイントからユーザ端末に送信を行うダウンリンク時間と、ユーザ端末から上記アクセスポイントへ送信を行うアップリンク時間を規定してアクセス制御を行う。
アクセス制御においては、ダウンリンク時間には複数のアクセスポイントが所定のユーザ端末に対して同時に送信することを許容し、かつ、ユーザ端末に対してはデータの送信を禁止する。さらに、アップリンク時間には同時には一つのユーザ端末に対して送信を許容する。
【００１７】
アクセスポイントとユーザ端末相互の干渉を制御する具体的手段としては、アクセスポイントは指向性アンテナおよび出力制御回路のうち少なくとも一つを用いて所望のユーザ端末のみに送信を行う。
【００１８】
アクセス制御のためには、アクセスポイントを管理する管理サーバを準備し、管理サーバは、アクセスポイントがユーザ端末に対して送信を行う際に、送信先のユーザ端末に干渉を与える範囲にあるユーザ端末の送信を禁止する制御を行うことが望ましい。
【００１９】
さらに具体的には、管理サーバはアクセスポイントを介して、ユーザ端末の制御を行う。例えば、管理サーバの指示を受けたアクセスポイントは、送信を禁止すべきユーザ端末に対して、送信制御通知を送付することにより、所望の期間ユーザ端末の送信を禁止することができる。
【００２０】
ＭＡＣ層プロトコルでは一つのパケットに対して一つの送達確認応答パケット（Ａｃｋパケット）を送信側に返信する。このため、ユーザ端末からアクセスポイントにＡｃｋパケットが返信されるため、他のユーザ端末ではアクセスポイントから送られたＤａｔａパケットとユーザ端末から送られたＡｃｋパケットが衝突する可能性がある。
【００２１】
そこで、ダウンリンク時間には複数のアクセスポイントが所定のユーザ端末に対して同時に送信することを許容し、かつ、ユーザ端末に対してはＡｃｋパケットおよびデータの送信を禁止、Ａｃｋパケットをアップリンク時間に出すように制御する。
【００２２】
あるいは、ダウンリンク時間には複数のアクセスポイントが所定のユーザ端末に対して同時に送信することを許容し、かつ、ユーザ端末に対してはデータの送信を禁止するが、Ａｃｋパケットの送信を許容し、Ａｃｋパケット送信タイミングを各ユーザ端末で同期させるように制御する。
【００２３】
制御シーケンスの一具体例としては、各アクセスポイントは、送信データパケットを蓄積する送信キューと、受信データパケットを蓄積する受信キューと、送受信キューの状態を管理サーバに報告する第１の制御信号処理部を有し、管理サーバは、送信キューの状態からダウンリンク時間を計算し、受信キューの状態からアップリンク時間を計算し、制御フレーム長（ダウンリンク時間とアップリンク時間の合計）と制御フレーム長に占めるアップリンク時間の比率（アップリンク時間比率）を計算する計算部と、計算部の計算結果に基づいて制御信号を形成する第２の制御信号処理部と、制御信号を各アクセスポイントに送付するインターフェースを有する。このとき、送信キューおよび受信キューの状態とは、キューの長さとすることができる。
本発明の他の一態様としては、複数のアクセスポイントを含む通信システムにおいて、各アクセスポイントは所望のユーザ端末へ送信する際に、他のアクセスポイントあるいはユーザ端末に干渉を与えずに送信が可能な構成を有し、アクセスポイントからユーザ端末に送信を行うダウンリンク時間と、ユーザ端末から上記アクセスポイントへ送信を行うアップリンク時間を規定してアクセス制御を行い、ダウンリンク時間には複数のアクセスポイントが所定のユーザ端末に対して同時に送信することを許容し、かつ、ユーザ端末に対してはデータの送信を禁止し、アップリンク時間には同時には一つのユーザ端末に対して送信を許容することを特徴とする。ここで、ダウンリンク時間には、ユーザ端末の通常のデータの送信を禁止するにとどめ、Ａｃｋパケットの送信は一定条件下で許容してもよい。この態様の本願発明と、送受信に指向性アンテナを用いていない通常の端末を組み合わせて使用することができる。端末には、必要に応じて、制御に必要なソフトウエア（ドライバソフト）をインストールすればよい。
上述の課題として無線アクセスシステム全体のスループットを向上させることを目的として、アクセスポイントからユーザ端末へ電波の到達範囲を制限する手段と、ユーザ端末からアクセスポイントへ電波の到達範囲を制限する手段とを有し、アクセスポイントからユーザ端末（ダウンリンク）とユーザ端末からアクセスポイント（アップリンク）の送信時間を時間分割する手段を用いることにより、アクセスポイント間、ユーザ端末間、またはアクセスポイントとユーザ端末間の電波干渉を低減する無線アクセスシステムを提供する。
さらに具体的には、アクセスポイントが指向性アンテナを持ち電力制御機能を有し、ユーザ端末が無指向性アンテナを持ち電力制御機能を持たない無線通信システムにおいて、アクセスポイントからユーザ端末にデータパケットを同時送信することにより、システム全体のスループットを向上させることを目的とし、アクセスポイントとユーザ端末のデータパケット送信時間を集中管理する管理サーバと、管理サーバからの送信時間制御情報に従ってデータ伝送を行うアクセスポイントおよびユーザ端末からなる無線通信システムを提供する。
【００２４】
上記アクセスポイントは無線信号と有線信号をやりとりするために、無線信号を送受信するための指向性アンテナと無線信号処理を行う無線インタフェースと有線信号処理を行う有線インタフェースを持ち、無線インタフェースから有線インタフェースへのデータパケットを蓄積する受信キューと、有線インタフェースから無線インタフェースへのデータパケットを蓄積する送信キューを持ち、送受信キュー長の変化を測定する送受信キュー長測定部を持ち、送受信キュー長測定部の測定結果を管理サーバに通知する制御信号の作成および管理サーバからデータパケット送信時間に関する制御信号を受け取る制御信号処理部を持ち、送信キューから無線インタフェースへの書き込みタイミングと受信キューから有線インタフェースへの書き込みタイミングを上記制御信号処理部の情報に基づいて制御する送受信タイミング制御部と、送受信タイミングを管理するための時間情報を提供するタイマを持ち、他のアクセスポイントとタイマの時間情報を同期させるための信号を同期用パイロット信号生成部で生成し、同期用パイロット信号を上記無線インタフェースまたは有線インタフェース経由で送信し、無線インタフェースまたは有線インタフェース経由で得られた同期用パイロット信号を検出する同期用パイロット信号検出部によってタイマの時間情報を補正し、アクセスポイント間の時刻同期をとることによって、アクセスポイント間で同時にデータ伝送することを可能とする構成を持つ。
【００２５】
上記ユーザ端末は、無線信号を送受信するための無指向性アンテナと無線信号処理を行う無線インタフェースとスピーカなど外部接続用の信号処理を行う外部インタフェースを持ち、無線インタフェースから外部インタフェースへのデータパケットを蓄積する受信キューと、外部インタフェースから無線インタフェースへのデータパケットを蓄積する送信キューを持ち、アクセスポイントからデータパケット送信時間に関する制御信号を受け取る制御信号処理部を持ち、送信キューから無線インタフェースへの書き込みタイミングと受信キューから外部インタフェースへの書き込みタイミングを上記制御信号処理部の情報に基づいて制御する送受信タイミング制御部と、送受信タイミングを管理するための時間情報を提供するタイマを持ち、アクセスポイントとタイマの時間情報を同期させるための同期用パイロット信号を上記無線インタフェース経由で得て、同期用パイロット信号検出部によってタイマの時間情報を補正してアクセスポイントとの時刻同期をとることにより、アクセスポイント送信時間中は送信を控えてパケット衝突回避を行うことが可能となる構成を持つ。
【００２６】
上記管理サーバは、有線信号処理を行う有線インタフェースを持ち、アクセスポイントの送受信キュー長測定結果を記録するアクセスポイント送受信キュー長データを持ち、上記アクセスポイント送受信キュー長データに基づいてアクセスポイントとユーザ端末のデータパケット送信時間を制御する周期（制御フレーム長）と、制御フレームにおいてユーザ端末からアクセスポイントへのデータパケット送信時間の比率（アップリンク比率）を計算する制御フレーム長・アップリンク比率計算部を持ち、管理サーバとアクセスポイント間の制御信号の生成・解釈を行う制御信号処理部を持ち、複数のアクセスポイントを同期させるための基準信号として同期用パイロット生成部を持つことにより、アクセスポイント・ユーザ端末のデータ送信時間を集中管理制御することが可能な構成を持つ。
【００２７】
また上記管理サーバは、上記アクセスポイントにある送信キューと受信キューを管理サーバ内に保持することにより、管理サーバからアクセスポイントへのデータパケットを蓄積する送信キューと、アクセスポイントから管理サーバ経由有線ネットワークへのデータパケットを蓄積する受信キューを持ち、送受信キュー長の変化を測定する送受信キュー長測定部を備え、送受信キュー長測定部の結果を送受信キュー長データとして記録し、送受信キュー長データに基づいてアクセスポイントとユーザ端末のデータパケット送信時間を制御する周期（制御フレーム長）と、制御フレームにおいてユーザ端末からアクセスポイントへのデータパケット送信時間の比率（アップリンク比率）を計算する制御フレーム長・アップリンク比率計算部を持ち、管理サーバとアクセスポイント間の制御信号の生成・解釈を行う制御信号処理部を持ち、複数のアクセスポイントを同期させるための基準信号として同期用パイロット生成部を持つことにより、アクセスポイント・ユーザ端末のデータ送信時間を集中管理制御することが可能な構成を持つものであってもよい。
【００２８】
また、アクセスポイントが指向性アンテナを持ち電力制御機能を有し、ユーザ端末が無指向性アンテナを持ち電力制御機能を有する無線通信システムにおいて、複数のアクセスポイントから複数のユーザ端末にデータパケットを同時送信することにより、システム全体のスループットを向上させることを目的とし、アクセスポイントからユーザ端末へのデータパケットと他のユーザ端末からのデータパケットの衝突を回避するための上記仮想キャリアセンス方式において、他のユーザ端末の送信を予想通信時間の間送信禁止状態にするのではなく、データパケットの衝突が発生するかどうか判断するための電力情報を応答パケットにのせて、他のユーザ端末で送信判断を自律的に行うことにより、不要な送信禁止状態をなくすことにより、複数のアクセスポイントから複数のユーザ端末に同時通信することを可能とする無線通信システムを提供する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００３０】
図７に本発明の第一の実施形態における集中管理型のトラヒック制御方法を表す説明図を示す。管理サーバ７０１は、管理対象であるアクセスポイント１０７ａ・１０７ｂとユーザ端末１０８ａ・１０８ｂ間のトラヒック情報を把握し、アクセスポイントからユーザ端末へのデータパケット送信時間（ダウンリンク時間）とユーザ端末からアクセスポイントへのデータパケット送信時間（アップリンク時間）の間隔を計算し、各アクセスポイントおよびユーザ端末に対して送信制御通知を行うことにより、トラヒックの集中管理制御を行う。これにより、アクセスポイント１０７ａと１０７ｂはユーザ端末１０８ａと１０８ｂに対して同時にデータパケットを送信することが可能となり、システム全体のスループットを向上することができる。
【００３１】
ただし、ＭＡＣ層プロトコルでは一つのパケットに対して一つの送達確認応答パケット（Ａｃｋパケット）を送信側に返信する。このため、ダウンリンク時間にアクセスポイント１０７ｂからユーザ端末１０８ｂに一つのＤａｔａパケットを送信すると、ユーザ端末１０８ｂからアクセスポイント１０７ｂに一つのＡｃｋパケットが返信されるため、ユーザ端末１０８ａはアクセスポイント１０７ａから送られたＤａｔａパケットとユーザ端末１０７ｂから送られたＡｃｋパケットが衝突する可能性がある。
【００３２】
図８に、本発明の第一の実施形態におけるＡｃｋパケットとデータパケットの衝突の問題に関する説明図を示す。アクセスポイント１０７ａからユーザ端末１０８ａに送信されたＤａｔａパケットと、ユーザ端末１０８ｂからアクセスポイント１０７ｂに送信されたＡｃｋパケットが、ダウンリンク時間内で衝突している様子を示している。この課題に対する方法として、ダウンリンク時間内にＡｃｋパケットが出ることを認めた場合はＡｃｋパケット送信タイミングをそろえる方法と、ダウンリンク時間内にＡｃｋパケットが出ることを認めずに、Ａｃｋパケットをアップリンク時間に出すように制御する方法の二つが考えられる。
【００３３】
図９に、本発明の第一の実施形態におけるダウンリンク時間内にＡｃｋパケットの送信タイミングをそろえる方法の説明図を示す。アクセスポイント１０７ａからユーザ端末１０８ａへのＤａｔａパケットの送信終了時間と、アクセスポイント１０７ｂからユーザ端末１０８ｂへのＤａｔａパケットの送信終了時間をそろえるように送信時間を調整する。ユーザ端末１０８ａ・１０８ｂは、Ｄａｔａパケットを受けとってから一定時間（ＳＩＦＳ：Ｓｈｏｒｔ　Ｉｎｔｅｒ　Ｆｒａｍｅ　Ｓｐａｃｅ）後にＡｃｋパケットを送信するため、Ａｃｋパケット送信タイミングが同じ時間に調整される。それぞれのＡｃｋパケットは、アクセスポイント１０７ａ・１０７ｂにおいて指向性アンテナで受信されるため、同時に送信されてもユーザ端末１０８ａから出たＡｃｋパケットはアクセスポイント１０７ｂに届かないし、ユーザ端末１０８ｂから出たＡｃｋパケットはアクセスポイント１０７ａに届かないため、Ａｃｋパケット同士が同一時間に送信されても問題ない。
【００３４】
図１０に、本発明の第一の実施形態におけるＡｃｋパケットをアップリンク時間に出すように制御する方法の説明図を示す。ダウンリンク時間にユーザ端末１０８ａ・１０８ｂからのＡｃｋパケットを発生させないように、アクセスポイントのＭＡＣラッパ１００１においてブロードキャストパケットに宛先情報をブロードキャスト用ヘッダとして付加し、データをマッピングして送信する。ユーザ端末のＭＡＣラッパ１００３では、ブロードキャストパケットのヘッダを読んで自分宛のパケットであることを確認し、ブロードキャスト用ヘッダの除去を行う。これにより、ダウンリンク時間にユーザ端末１０８ａ・１０８ｂからＡｃｋパケットが送信されない。また、アップリンク時間にユーザ端末のＭＡＣラッパ１００３がＡｃｋパケットをアクセスポイントに送信することで誤り訂正能力を劣化させないようにしている。
【００３５】
図１１に本発明の第一の実施形態における集中管理型のトラヒック制御システムの構成図を示す。アクセスポイント１０７ａ・１０７ｂ・１０７ｃには、送受信データパケットを蓄積するための送信キュー１１０１ａ・１１０１ｂ・１１０１ｃと受信キュー１１０２ａ・１１０２ｂ・１１０２ｃがあり、この送受信キューの長さを管理サーバ７０１に報告する。管理サーバでは、送信キュー長からダウンリンクトラヒックの大きさ、受信キュー長からアップリンクトラヒックの大きさを把握し、これからダウンリンク時間とアップリンク時間を計算して、制御フレーム長（ダウンリンク時間とアップリンク時間の合計）と制御フレーム長に占めるアップリンク時間の比率（アップリンク時間比率）を各アクセスポイント１０８ａ・１０８ｂ・１０８ｃにフィードバックする。
【００３６】
アクセスポイントｉの送信キュー長をＴＸＬ＿ｉ、受信キュー長をＲＸＬ＿ｉとすると、制御フレーム長ＦＬとアップリンク時間比率ｒは、次式（１）（２）で求められる。
ＦＬ　＝　ｍａｘ（ＴＸＬ＿ｉ）＋ΣＲＸＬ＿ｉ　　（１）
ｒ　＝　ΣＲＸＬ＿ｉ／ＦＬ　　　　　　　　　（２）
各アクセスポイント１０８ａ・１０８ｂ・１０８ｃは、制御フレーム長とアップリンク時間比率の情報を受け取ると、送受信タイミング制御１１０３ａ・１１０３ｂ・１１０３ｃで送受信タイミングの同期切替制御を行うことによって、ダウンリンクトラヒックの同時送信を可能にする。ユーザ端末１０８ａ・１０８ｂ・１０８ｃも、アクセスポイントのタイミングに同期して送受信タイミング制御１１０４ａ・１１０４ｂ・１１０４ｃで送受信タイミングをそろえて同期切替制御を行うことにより、アップリンクトラヒックのデータ送信を行なう。
【００３７】
図１２に本発明の第一の実施形態における集中管理型の制御シーケンス図を示す。アクセスポイント１０７ａ・１０７ｂ・１０７ｃで測定した送受信キュー長報告の制御パケットを管理サーバ７０１に定期的に報告し、管理サーバ７０１では上記制御フレーム長とアップリンク時間比率を計算して、各アクセスポイントに送信制御通知の制御パケットを送信する。この送信制御情報に基づいて、図７に示すようにダウンリンク時間とアップリンク時間に分けてアクセスポイントとユーザ端末間のデータ通信が行われる。図１２では、送受信キュー長報告毎に送信制御通知を行う例を示したが、数回の送受信キュー長報告に対して１回の送信制御通知を行なう場合もある。
【００３８】
図１３に本発明の第一の実施形態における送受信キュー長報告と送信制御通知の制御信号フォーマット図を示す。送受信キュー長報告は、メッセージタイプ、局ＩＤ、送信キュー長、受信キュー長を要素として持つ。送信制御通知は、メッセージタイプ、局ＩＤ、制御フレーム長、アップリンク時間比率を要素として持つ。
【００３９】
図１４に本発明の第一の実施形態におけるアクセスポイントの構成図を示す。アクセスポイントは、無線信号を送受信するための指向性アンテナ１４０１と、無線信号処理を行う無線インタフェース１００２と、有線信号処理を行う有線インタフェース１４０２を持ち、無線インタフェース１００２から有線インタフェース１４０２へのデータパケットを蓄積する受信キュー１１０２ａと、有線インタフェース１４０２から無線インタフェース１００２へのデータパケットを蓄積する送信キュー１１０１ａを持ち、送受信キュー長の変化を測定する送受信キュー長測定部１４０５と、送受信キュー長測定部１４０５の測定結果を管理サーバ７０１に通知する制御信号の作成および管理サーバ７０１からデータパケット送信時間に関する制御信号を受け取る制御信号処理部１４１０を持ち、有線インタフェース１４０２からのデータパケットと制御信号処理部１４１０からの制御信号パケットを多重する多重化回路１４０９と、多重化回路１４０９で多重された信号をブロードキャストパケットにマッピングを行うＭＡＣラッパ１００１を持ち、無線インタフェース１００２からの受信パケットを有線インタフェース１４０２へのデータパケットと制御信号処理部１４１０への制御信号パケットに分離する分離回路１４０７を持ち、送信キュー１１０１ａから無線インタフェース１００２への書き込みタイミングと受信キュー１１０２ａから有線インタフェース１４０２への書き込みタイミングを上記制御信号処理部１４１０の情報に基づいて制御する送受信タイミング制御部１１０３ａと、送受信タイミングを管理するための時間情報を提供するタイマ１４０４を持ち、他のアクセスポイントとタイマの時間情報を同期させるための信号を生成する同期用パイロット信号生成部１４０３と、無線インタフェース１００２と有線インタフェース１４０２のどちらから同期信号を得るかを選択する同期モード選択１４０８と、選択された同期用パイロット信号の検出を行う同期用パイロット信号検出部１４０６を持つ構成となっている。
【００４０】
図１５に本発明の第一の実施形態におけるユーザ端末の構成図を示す。
【００４１】
ユーザ端末は、無線信号を送受信するためのアンテナ１５０１と、無線信号処理を行う無線インタフェース１００４と、スピーカなど外部接続用の信号処理を行う外部インタフェース１５０２を持ち、無線インタフェース１００４から外部インタフェース１５０２へのデータパケットを蓄積する受信キュー１１０６ａと、外部インタフェース１５０２から無線インタフェース１００４へのデータパケットを蓄積する送信キュー１１０５ａを持ち、アクセスポイントからデータパケット送信時間に関する制御信号を受け取る制御信号処理部１５０７を持ち、外部インタフェース１５０２からのデータパケットと制御信号処理部１５０７からの制御信号パケットを多重する多重化回路１５０６を持ち、無線インタフェース１００４からの受信パケットに対してブロードキャストパケットのヘッダを読みとってヘッダ部分を除去するＭＡＣラッパ１００３と、ＭＡＣラッパ１００３で処理された信号を外部インタフェース１５０２へのデータパケットと制御信号処理部１５０７への制御信号パケットに分離する分離回路１５０５を持ち、送信キュー１１０５ａから無線インタフェース１００４への書き込みタイミングと受信キュー１１０６ａから外部インタフェース１５０２への書き込みタイミングを制御信号処理部１５０７の情報に基づいて制御する送受信タイミング制御部１１０４ａと、送受信タイミングを管理するための時間情報を提供するタイマ１５０３を持ち、アクセスポイントと同期させるための同期用パイロット信号を無線インタフェース１００４から検出してタイマ１５０３の補正を行う同期用パイロット信号検出部１５０４を持つ構成となっている。
【００４２】
図１６に本発明の第一の実施形態における管理サーバの構成図を示す。
【００４３】
管理サーバは、有線信号処理を行う有線インタフェース１６０５と、アクセスポイントの送受信キュー長測定結果を記録するアクセスポイント送受信キュー長データ１６０３を持ち、アクセスポイント送受信キュー長データ１６０３に基づいてアクセスポイントとユーザ端末のデータパケット送信時間を制御する制御フレーム長と、制御フレームにおいてアップリンクのデータパケット送信時間の比率（アップリンク比率）を計算する制御フレーム長・アップリンク比率計算部１５０２を持ち、管理サーバとアクセスポイント間の制御信号の生成・解釈を行う制御信号処理部１５０４と、複数のアクセスポイントを同期させるための基準信号として同期用パイロット信号生成部１５０１を持つ構成となっている。
【００４４】
図１７に、本発明の第二の実施形態における集中管理型トラヒック制御方法を表す説明図を示す。
【００４５】
アクセスポイントを経由する全てのデータパケットを管理サーバ７０１でモニターすることにより、各アクセスポイント１０７ａ・１０７ｂ・１０７ｃに送信する送信キュー１７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃと各アクセスポイント１０７ａ・１０７ｂ・１０７ｃから受信した受信キュー１７０２ａ・１７０２ｂ・１７０２ｃの変化からトラヒックの大きさを知ることが可能で、ダウンリンク時間とアップリンク時間の比率を計算して各アクセスポイント１０７ａ・１０７ｂ・１０７ｃに対して送信制御通知を行うことにより、ダウンリンク時間とアップリンク時間を制御することができる。図１１に示した実施例と比べると、管理サーバ７０１は全てのデータパケットのデータ処理が必要となり高機能なものが必要となるが、制御信号をアクセスポイントから受ける必要がなくなり制御信号のオーバヘッドは少ない。
【００４６】
本発明の第二の実施形態におけるユーザ端末の構成は、第一の実施形態と同じ構成である。
【００４７】
本発明の第二の実施形態におけるアクセスポイントの構成は、第一の実施形態の構成で送信キュー、受信キューと送受信キュー長測定部の機能をとり去ったものとなるが、第一の実施形態の構成であってもよい。
【００４８】
図１８に本発明の第二の実施形態における管理サーバの構成図を示す。
【００４９】
管理サーバは、有線信号処理を行う有線インタフェース１６０５を持ち、管理サーバからアクセスポイントへのデータパケットを蓄積する送信キュー１７０１ａ・１７０１ｂ・１７０１ｃと、アクセスポイントから管理サーバへのデータパケットを蓄積する受信キュー１７０２ａ・１７０２ｂ・１７０２ｃを持ち、送信キュー長と受信キュー長を測定する送受信キュー長測定部１８０１と、送受信キュー長測定部１８０１で測定した結果を記録する送受信キュー長データ１８０３を持ち、送受信キュー長データ１８０３に基づいてアクセスポイントとユーザ端末のデータパケット送信時間を制御する制御フレーム長と、制御フレームにおいてアップリンクのデータパケット送信時間の比率（アップリンク比率）を計算する制御フレーム長・アップリンク比率計算部１６０２を持ち、管理サーバとアクセスポイント間の制御信号の生成・解釈を行う制御信号処理部１６０４と、複数のアクセスポイントを同期させるための基準信号として同期用パイロット信号生成部１６０１を持ち、制御信号処理部１６０４からの制御信号と同期用パイロット信号生成部１６０１からの同期信号と受信キュー１７０２ａ・１７０２ｂ・１７０２ｃからのデータパケットをどこの宛先に送るか経路設定を行うスイッチ１８０２を持つ構成となっている。
【００５０】
図１９に、本発明の上記第一・第二の実施例においてアクセスポイントを個別に制御した例を表す説明図を示す。
【００５１】
管理サーバ７０１でアップリンク時間とダウンリンク時間の比率の最適値を求めるが、アクセスポイント１０７ａとユーザ端末１０８ａの組み合わせとアクセスポイント１０７ｂとユーザ端末１０８ｂの組み合わせに対して、必ずしもダウンリンク時間とアップリンク時間の長さを同じにしなければならないわけではなく、例えばユーザ端末１０８ａのデータパケットがユーザ端末１０８ｂへ衝突を起こさずに干渉が問題にならないという設置条件を管理サーバが把握していれば、独立にダウンリンク時間とアップリンク時間の制御を行なうことが可能である。この場合、最もデータパケットを積め込めるように図１６または図１８の制御フレーム長・アップリンク比率計算部１６０２で個々のアクセスポイント毎に最適なアップリンク時間とダウンリンク時間を計算し、各アクセスポイントに異なる送信制御通知を行うことにより実現できる。
【００５２】
図２１に、本発明の第三の実施形態における分散制御によるトラヒック制御方法の説明図を示す。
【００５３】
従来のシステムでは、図６で説明したように、アクセスポイント１０７ａからユーザ端末１０８ａにデータを送る際にＲＴＳ制御パケットで通信予約を行い、ＣＴＳ制御パケットにより周囲のノードを送信禁止にしていた。図２１の例では、ＣＴＳ制御パケットによって周囲ノードを送信禁止するのではなく、ＣＴＳ’制御パケットによって周囲ノードの送信を抑制する。ＣＴＳ’制御パケットは、送信を抑制するかどうか判断するのに必要な電力情報と送信を抑制する時間情報を持つ。ユーザ端末１０８ｂは、ユーザ端末１０８ａからＣＴＳ’制御パケットを受け取ると、電力情報からユーザ端末１０８ａに対して干渉をおよぼすかどうか判断ができる。ユーザ端末１０８ｂは、ＣＴＳ’制御パケットによって送信が抑制されている時間内に、アクセスポイント１０７ｂから送信要求をＲＴＳ制御パケットで受け取ると、ユーザ端末１０８ａに干渉をおよぼさないと判断したときはＣＴＳ’制御パケットをアクセスポイント１０７ｂに返すことができ、アクセスポイント１０７ｂからのＤａｔａパケットを受け取ることができる。このようにして、アクセスポイント１０７ａからユーザ端末１０８ａとアクセスポイント１０７ｂからユーザ端末１０８ｂの通信が同時に行えることにより、本来不要であった送信禁止状態を取り除くことになり、システムスループットを増加することができる。
【００５４】
図２２に本発明の第三の実施形態におけるアクセスポイントとユーザ端末の送信電力と受信電力の関係の説明図を示す。
アクセスポイント１０７ａが送信電力０ｄＢｍで送信したＲＴＳ制御パケットが、ユーザ端末１０８ａで受信電力−６０ｄＢｍ（ＲＸＰ）で受信されたとする。このとき、この受信電力に対して所望対干渉電力比（ＣＩＲ）が３３ｄＢあれば周囲の干渉が問題にならないとする。ユーザ端末１０８ａは、ＣＴＳ’制御パケットを送信電力１５ｄＢｍ（ＴＸＰ）で送信し、上記の受信電力（ＲＸＰ）・所望対干渉電力比（ＣＩＲ）・送信電力（ＴＸＰ）を制御情報としてＣＴＳ’制御パケットにのせて周囲に通知する。ユーザ端末１０８ｂは、ＣＴＳ’制御パケットを受信電力−７０ｄＢｍで受信したとすると、ＣＴＳ’制御パケットの送信電力（ＴＸＰ）との差分から伝搬損が８５ｄＢあることが分かる。ユーザ端末１０８ｂが、アクセスポイント１０７ｂからＲＴＳ制御パケットを受け取ると、ＣＴＳ’制御パケットを送信電力−８ｄＢｍで送信すればユーザ端末１０８ａまで伝搬損８５ｄＢで届くと考えられるため、ユーザ端末１０８ａにおけるＣＴＳ’制御パケットの受信電力が−９３ｄＢｍとなり、所望対干渉電力比（ＣＩＲ）のマージン３３ｄＢを満たしていることが分かり、ユーザ端末１０８ｂがＣＴＳ’制御パケットを送信してもよいと自律的に判断を行うことができる。
【００５５】
図２３に本発明の第三の実施形態におけるＣＴＳ’制御パケットのフォーマット図を示す。従来のＣＴＳ制御情報（送信禁止時間）に加えて、局ＩＤと自局送信電力（ＴＸＰ）・アクセスポイントからの受信電力（ＲＸＰ）・所望対干渉電力比（ＣＩＲ）を要素として持つ。
【００５６】
図２４に本発明の第三の実施形態におけるユーザ端末における送信判断アルゴリズムの説明図を示す。
ＣＴＳ’制御パケットを受け取ったユーザ端末が送信判断をＭＡＣラッパ１００３で行う。まず、ＣＴＳ’制御パケットを受信するとＣＴＳ’制御パケットを送信したユーザ端末までの伝搬損Ｌを次式（３）で求める。
伝搬損（Ｌ）＝送信電力（ＴＸＰ）−ＣＴＳ’受信電力　…（３）
次に、ＣＴＳ’制御パケットを送信したユーザ端末において許容できる干渉許容電力（ＡＰ）を次式（４）で求める。
干渉許容電力（ＡＰ）＝受信電力（ＲＸＰ）−所望対干渉電力比（ＣＩＲ）　…（４）
ＣＴＳ’制御パケットを受信したユーザ端末の送信電力（自局送信電力）が、干渉許容電力（ＡＰ）に伝搬損（Ｌ）を加えた電力よりも大きければ、ＣＴＳ’制御パケットを送信したユーザ端末に対して干渉をおよぼすことになり、送信をとりやめる。逆に、ＣＴＳ’制御パケットを受信したユーザ端末の送信電力を干渉許容電力（ＡＰ）に伝搬損（Ｌ）を加えた電力よりも小さな送信電力に設定することが可能であれば、ＣＴＳ’制御パケットを送信したユーザ端末に対して干渉を与えずに送信することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、アクセスポイントが指向性アンテナを持ち電力制御機能を有し、ユーザ端末が無指向性アンテナを持ち電力制御機能を持たない無線通信システムにおいて、複数のアクセスポイントから複数のユーザ端末にデータパケットを同時送信することが可能となり、システムトータルのスループットを向上させることができる。
【００５８】
図２０に、本発明の第一・第二の実施形態における集中管理型のトラヒック制御の効果に関するグラフ図を示す。
【００５９】
アクセスポイント数とユーザ端末数を同数として扱った場合、アップリンクトラヒックの総トラヒックに占める割合（アップリンクトラヒック比率）が０の場合は、台数に比例してシステムのトータルスループットが向上する。インターネットのトラヒックは、ダウンリンクトラヒックの占める割合が多く、Ｗｅｂ閲覧などではアップリンクトラヒックの比率は約０．１程度である。よって、本発明の適用によりアクセスポイント台数を増やせばシステムトータルのスループットが向上する。
【００６０】
また、アクセスポイントが指向性アンテナを持ち電力制御機能を有し、ユーザ端末が無指向性アンテナを持ち電力制御機能を有する無線通信システムにおいて、ユーザ端末の送信電力を周囲のユーザ端末への干渉を抑制する電力に自律的に調整することにより、複数のアクセスポイントから複数のユーザ端末にデータパケットを同時送信することが可能となり、システムトータルのスループットを向上させることができる。
【００６１】
図２５に、本発明の第三の実施形態における分散型のトラヒック制御の効果に関するグラフ図を示す。本発明では、ユーザ端末１０８ａ・１０８ｂ・１０８ｃの送信電力がお互いに干渉をおよぼさないように調整され、高いスループットを示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】無線アクセスシステムにおけるシステム構成の例。
【図２】無線ＬＡＮ規格ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）副層アクセス方式の説明図。
【図３】アクセスポイントの並列伝送によるスループット向上方法の説明図。
【図４】アクセスポイントとユーザ端末の送受信の電力関係が非対称なシステムにおける課題の説明図。
【図５】仮想キャリアセンスによるパケット衝突回避方法の説明図。
【図６】仮想キャリアセンスを用いてもスループットが上げられない理由の説明図。
【図７】本発明の第一の実施形態における集中管理型のトラヒック制御方法を表す説明図。
【図８】本発明の第一の実施形態におけるＡｃｋパケットとデータパケットの衝突の問題に関する説明図。
【図９】本発明の第一の実施形態におけるダウンリンク時間内にＡｃｋパケットの送信タイミングをそろえる方法の説明図。
【図１０】本発明の第一の実施形態におけるＡｃｋパケットをアップリンク時間に出すように制御する方法の説明図。
【図１１】本発明の第一の実施形態における集中管理型のトラヒック制御システムの構成図。
【図１２】本発明の第一の実施形態における集中管理型の制御シーケンス図。
【図１３】本発明の第一の実施形態における送受信キュー長報告と送信制御通知の制御信号フォーマット図。
【図１４】本発明の第一の実施形態におけるアクセスポイントの構成図。
【図１５】本発明の第一の実施形態におけるユーザ端末の構成図。
【図１６】本発明の第一の実施形態における管理サーバの構成図。
【図１７】本発明の第二の実施形態における集中管理型トラヒック制御方法を表す説明図。
【図１８】本発明の第二の実施形態における管理サーバの構成図。
【図１９】本発明の上記第一・第二の実施例においてアクセスポイントを個別に制御した例を表す説明図。
【図２０】本発明の第一・第二の実施形態における集中管理型のトラヒック制御の効果に関するグラフ図。
【図２１】本発明の第三の実施形態における分散制御によるトラヒック制御方法の説明図。
【図２２】本発明の第三の実施形態におけるアクセスポイントとユーザ端末の送信電力と受信電力の関係の説明図。
【図２３】本発明の第三の実施形態におけるＣＴＳ’制御パケットのフォーマット図。
【図２４】本発明の第三の実施形態におけるユーザ端末における送信判断アルゴリズム。
【図２５】本発明の第三の実施形態における分散型のトラヒック制御の効果に関するグラフ図。
【符号の説明】
１０１　コンテンツ事業者
１０２　Ｗｅｂサーバ
１０３　インターネット
１０４　ゲートウェイ装置
１０５　プロバイダネットワーク
１０６　ＩＰルータ
１０７ａ・１０７ｂ・１０７ｃ　アクセスポイント
１０８ａ・１０８ｂ・１０８ｃ　ユーザ端末
７０１　管理サーバ
１００１・１００３　ＭＡＣラッパ
１００２・１００４　無線インタフェース（ＭＡＣ／ＰＨＹ）
１１０１ａ・１１０１ｂ・１１０１ｃ　送信キュー
１１０２ａ・１１０２ｂ・１１０２ｃ　受信キュー
１１０３ａ・１１０３ｂ・１１０３ｃ　送受信タイミング制御
１１０４ａ・１１０４ｂ・１１０４ｃ　送受信タイミング制御
１１０５ａ・１１０５ｂ・１１０５ｃ　送信キュー
１１０６ａ・１１０６ｂ・１１０６ｃ　受信キュー
１４０１　指向性アンテナ
１４０２　有線インタフェース
１４０３　同期用パイロット信号生成部
１４０４　タイマ
１４０５　送受信キュー長測定部
１４０６　同期用パイロット信号検出部
１４０７　分離回路
１４０８　同期モード選択
１４０９　多重化回路
１４１０　制御信号処理部
１５０１　アンテナ
１５０２　外部インタフェース
１５０３　タイマ
１５０４　同期用パイロット信号検出部
１５０５　分離回路
１５０６　多重化回路
１５０７　制御信号処理部
１６０１　同期用パイロット信号生成部
１６０２　制御フレーム長・アップリンク比率計算部
１６０３　アクセスポイント送受信キュー長データ
１６０４　制御信号処理部
１６０５　有線インタフェース
１８０１　送受信キュー長測定部
１８０２　スイッチ
１８０３　送受信キュー長データ。
【図１】
2004032015.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004032015.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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