(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信ネットワークに属する任意の無線セルにおいて、基地局および複数の端末局が前記無線セルに存在する通信構成における無線通信方法であって、
間接収集方法と直接収集方法を組み合わせて、前記無線セル内の前記端末局から前記基地局へチャネル情報の収集を行うステップと、
前記間接収集方法と前記直接収集方法を組み合わせる際に、前記無線セル内の前記端末局の中から、当該無線セル外の前記端末局それぞれの通信可能エリア内に当該無線セル内の前記端末局が少なくとも１つあるようにして間接チャネル情報収集を適用する最小限の前記端末局を選択し、選択されなかった当該無線セル内の前記端末局に直接収集方法を適用することにより、最小限にした前記端末局がＲＴＳ／ＣＴＳフレームにより行う無線媒体の予約が、全セル内の前記端末局がＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる無線媒体の予約と同等になるように予約を行うステップと、
前記間接収集方法と前記直接収集方法を組み合わせる際に、直接チャネル情報収集に用いるＣＳＩフレームのフレーム時間長が最短とするための変調符号方式及び多元接続方式を適用するステップと、
前記無線セル内の前記端末局から前記基地局へチャネル情報の収集を行った後、前記基地局が前記チャネル情報に基づいて通信品質指標が向上するように無線リソースを割り当て、無線セル内の前記端末局に割り当て結果を通知するステップと、
前記割り当て結果が通知された無線セルの前記端末局が、割り当て結果に則って前記基地局と情報伝送を行い、前記基地局に対して成否応答を行うステップと
を有することを特徴とする無線通信方法。
【請求項２】
無線通信ネットワークに属する任意の無線セルにおいて、基地局および複数の端末局が前記無線セルに存在する通信構成における無線通信システムであって、
間接収集方法と直接収集方法を組み合わせて、前記無線セル内の前記端末局から前記基地局へチャネル情報の収集を行う手段と、
前記間接収集方法と前記直接収集方法を組み合わせる際に、前記無線セル内の前記端末局の中から、当該無線セル外の前記端末局それぞれの通信可能エリア内に当該無線セル内の前記端末局が少なくとも１つあるようにして間接チャネル情報収集を適用する最小限の前記端末局を選択し、選択されなかった当該無線セル内の前記端末局に直接収集方法を適用することにより、最小限にした前記端末局がＲＴＳ／ＣＴＳフレームにより行う無線媒体の予約が、全セル内の端末局が前記ＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる無線媒体の予約と同等になるように予約を行う手段と、
前記間接収集方法と前記直接収集方法を組み合わせる際に、直接チャネル情報収集に用いるＣＳＩフレームのフレーム時間長が最短とするための変調符号方式及び多元接続方式を適用する手段と、
前記無線セル内の前記端末局から前記基地局へチャネル情報の収集を行った後、前記基地局が前記チャネル情報に基づいて通信品質指標が向上するように無線リソースを割り当て、無線セル内の前記端末局に割り当て結果を通知する手段と、
前記割り当て結果が通知された無線セルの前記端末局が、割り当て結果に則って前記基地局と情報伝送を行い、前記基地局に対して成否応答を行う手段と
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
コンピュータに、請求項１に記載の無線通信方法を実行させるための無線通信プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信ネットワークにおける通信方法、通信プロトコルに係り、特に、セル単位で構成される無線ネットワークにおいて、各セルの基地局がそのセルの端末局との間で無線通信を行う無線通信方法、無線通信システム及び無線通信プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、無線ＬＡＮシステムは、無線局免許を必要としないアンライセンスバンドにおいて運用されており、他の無線システムとの周波数帯域の共有を図るため、無線ＬＡＮシステムは、媒体アクセス制御方式としてＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式を採用している。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式とは、ＩＥＥＥ  ８０２．１１標準規格（例えば、非特許文献１参照）においてＤＣＦ（Distributed Coordination Function）方式として規定されている自律分散型の媒体アクセス制御方式である。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いることで、各端末はキャリアセンスおよびランダムバックオフによって信号の衝突を回避しつつ、自律分散的に送信権を獲得できる。
【０００３】
しかしながら、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる場合、端末はあくまでランダムに送信権の獲得を試みるため、同一ＢＳＳ（Basic Service Set）内にＱｏＳ（Quality of Service）を要求する端末が存在する場合でも、システムはＱｏＳを保証した通信を行うことができない。また、各端末のチャネル状況は無線伝播路のフェージングの影響によって受信ＳＮＲ（Signal-to-Noise power Ratio）が低下した端末が送信権を獲得した場合、無線リソースの利用効率は低下し、受信ＳＮＲが高い端末が送信権を獲得した場合と比較してスループットが低下する。
【０００４】
ＱｏＳを高い確率で保証し、無線リソースの利用効率を向上することにより高いスループットを達成するには、各端末のトラヒック状況およびチャネル状況に関する情報を収集し、収集したそれらの情報に基づいて無線リソースの割り当てを行う必要がある。そのような伝送を実現する手法として、セルラシステムのように無線リソースを集中管理するオペレータが、端末の状況に応じて動的に無線リソースを割り当てる集中制御型リソースマネージメントが考えられる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、アンライセンスバンドにおいて運用される規格の異なるすべてのシステムを、セルラシステムのようにオペレータが集中管理することは容易ではないため、セルラシステムにおける集中制御型リソースマネージメントを無線ＬＡＮシステムに直接導入することは望ましくない。
【０００６】
そこで、異種の無線システムとの周波数共用を図りつつ、ＱｏＳ保証および無線リソースの利用効率の向上を図る手法として、ＢＳＳ内集中制御型ＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）無線ＬＡＮシステムが提案されている（例えば、非特許文献３参照）。
【０００７】
ＢＳＳ内集中制御型ＯＦＤＭＡ無線ＬＡＮシステムでは、ＢＳＳ内のＡＰ（基地局；Ａｃｃｅｓｓ  Ｐｏｉｎｔ）に接続する端末（以下、ＢＳＳ内端末と称する）がＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いて送信権を獲得した後、ＲＴＳ（Request to Send）フレームを送信し、ＡＰがこれを受信後ＣＴＳ（Clear to Send）フレームを送信する。その後ＢＳＳ内の各端末がＣＴＳフレームを順に送信する。これらの制御フレームを受信した、ＢＳＳに参加していない他の端末（以下、ＢＳＳ外端末と称する）に、無線リソースを占有する時間を通知することで無線媒体の予約をして、予約した無線リソースをＢＳＳ内で共有できる。
【０００８】
以上の手順によって、ＢＳＳ内端末で構成されるシステムは周辺の他の無線システムとの周波数共用を図りつつ、ＡＰを中心とした集中制御型リソースマネージメントを行っている。また、ＡＰはＲＴＳフレームおよびＣＴＳフレームによって各端末のトラヒック状況を収集しつつチャネル状況の推定を行う。集約したこれらの情報を基に、ＱｏＳを要求する端末に優先的に無線リソースを割り当てることにより高確率でＱｏＳを保証する。また、あるサブチャネルに関して最も受信ＳＮＲの高い端末にそのサブチャネルを割り当てることでデータフレームの伝送レートを向上しスループットの向上を図っている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】IEEE 802.11-2012, “IEEE Standard for Information Technology- Telecommunications and Information Exchange Between Systems- Local and Metropolitan Area Networks- Specific Requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, ” 2012.
【非特許文献２】S. Xie, Y. Liu, Y. Zhang, and R. Yu, “A Parallel Cooperative Spectrum Sensing in Cognitive Radio Networks, ”IEEE Trans. Vehic. Technol.，vol. 59, pp. 4079-4092, Oct. 2010.
【非特許文献３】S. Miyamoto, S. Sampei, and W. Jiang，“Novel DCF-Based Multi-User MAC Protocol for Centralized Radio Resource Management in OFDMA WLAN Systems, ” IEICE Trans. Commun., Vol. E96-B, no. 9, pp. 2301-2312, Sept. 2013.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮシステムにおいては、以下に示す（１）、（２）を行うことが必要である。
（１）高い確率でＱｏＳを保証しながらより高いスループットを達成できるように無線リソースを割り当てるには、全ＢＳＳ内端末のトラヒック情報およびチャネル情報をＡＰへ収集すること。
（２）無線リソースの占有中に干渉源になり得る各ＢＳＳ外端末との衝突を防止するため、それらのＢＳＳ外端末に対して、無線媒体を占有する時間長を通知する形で無線媒体の予約を行うこと。
【００１１】
一方、その「ＢＳＳ内端末の情報をＡＰへ収集」と「ＢＳＳ外端末に対する無線媒体予約」は本来送信したい情報を格納したデータフレームそのものではなく、データフレームを高品質高効率に伝送するための前処理に過ぎない。従って、最終的に高いシステムスループットを達成するには、これらの前処理から発生する制御フレームやマネジメントフレーム（以下、前処理フレームと称する）のフレーム時間長を最短にし、前処理フレームが無線媒体を占有する期間を最短にするのが望ましい。情報伝送に対する前処理フレームの存在については様々な呼び方があり、シグナリングオーバヘッド、ＭＡＣオーバヘッド、制御オーバヘッド、通信オーバヘッドなどと呼ばれることがある。本質はまったく同様なことである。
【００１２】
以下では、まず、「チャネル情報推定」と「無線媒体予約」と「前処理フレームの時間長」との三者間の関係を整理する。次に、従来技術であるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮシステムの課題を示す。
【００１３】
＜チャネル情報推定と前処理フレーム時間長との関係＞
無線ＬＡＮを含めて、現在の多くの無線システムでは同期検波方式を採用されている。その場合、前処理フレーム（それ以外の無線フレームも同様であるが、ここでは前処理フレームに焦点を絞って説明する）には通常トレーニング信号部分とデータ信号部分は含まれる。送信局から受信局へ前処理フレームが送信した場合、受信局ではまず、受信したトレーニング信号部分に基づいてチャネル情報ＣＳＩ（Channel State Information）を推定する。次に、推定で得られたチャネル情報ＣＳＩに基づいて復調・復号などの一連の信号処理を通じてデータ信号部分に格納された送信情報の復元を試みる。  
【００１４】
このようにトレーニング信号による高精度のチャネル推定は信頼性ある通信の前提であるため、通常トレーニング信号は固定パターン信号を用いることが多く、その時間長の調節は基本的にできない。
【００１５】
一方、データ信号は受信局が高精度なチャネル情報ＣＳＩに基づいて復調・復号処理を通じて最終的に送信された情報を正確に復元さえできれば良い。従って、高効率な情報伝送ができるように、許容な誤り率範囲内で多様な変調方式・符号方式・多元接続方式などを適宜に組み合わせてデータ信号を構築することがよくある。その結果、データ信号の時間長が最短となるように、許容な誤り率範囲内で変調符号方式や多元接続方式などを選び、データ信号による無線媒体の占有期間を最短にすることができる。
【００１６】
従って、前処理フレームの時間長の調節も基本的には、トレーニング信号部分ではなく、データ信号部分の時間長の調節によって実現される。実際の無線ＬＡＮシステム（非特許文献１）では、固定パターン信号であるプリアンブル部分は前処理フレームのトレーニング信号部分に相当する。
【００１７】
一方、適応変調符号化や多元接続方式などが適用できるペイロード部分は前処理フレームのデータ信号部分に相当する。チャネル情報ＣＳＩの推定に用いるプリアンブル部分の時間長は調整できないが、ペイロード部分の時間長は許容な誤り率範囲内で変調符号方式や多元接続方式を選べば、最短にすることができる。このようにペイロード部分を最短化することで無線ＬＡＮの前処理フレームの時間長を最短にできる。
【００１８】
＜無線媒体予約と前処理フレーム時間長との関係＞
無線媒体の占有中にＢＳＳ外端末との衝突を防止するため、干渉源になり得る各ＢＳＳ外端末に対して、無線媒体を占有する時間長を通知することで無線媒体を予約する必要がある。
【００１９】
現在の無線ＬＡＮでは、この無線媒体の予約はＡＰとＢＳＳ内端末との間でのＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換によって実現できる。このＲＴＳ／ＣＴＳフレームは無線ＬＡＮの前処理フレームの一種であり、同じくトレーニング信号部分であるプリアンブル部分とデータ信号部分であるペイロード部分が含まれる。
【００２０】
ＲＴＳ／ＣＴＳフレームのプリアンブル部分は、他の無線ＬＡＮの前処理フレームと同様に、受信局がチャネル情報ＣＳＩの推定ができるようにトレーニング信号として固定パターンの信号で構成されている。そのため、プリアンブル部分の時間長の短縮はできない。
【００２１】
一方、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームのペイロード部分は、無線媒体の予約情報が記載されている。無線媒体の予約という目的を最大限に果たせるように、つまりＢＳＳ外端末で受信された際にその誤り率が最小となるように、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームのペイロード部分は、低効率高信頼性の変調符号方式による６Ｍｂｐｓモードしか適用できない。その結果、他の無線ＬＡＮの前処理フレームと異なり、許容の誤り率範囲内で変調符号方式や多元接続方式を選ぶことでペイロード部分の時間長を最短にすることはできない。
【００２２】
このように、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームの時間長は、他の無線ＬＡＮの前処理フレームと同様にペイロード部分を最短にすることでＲＴＳ／ＣＴＳフレームの時間長を最短にすることはできない。言い換えれば、個々のＲＴＳ／ＣＴＳフレームのフレーム時間長の調節はできないため、ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換による無線媒体の占有期間を短縮させるには、ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換に用いるＲＴＳ／ＣＴＳフレームの数を減らす以外の方法はない。
【００２３】
＜従来ＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮシステムの課題＞
前述した従来ＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮシステムでは、以下の（３）、（４）を行うことが必要である。
（３）高い確率でＱｏＳを保証しながらより高いスループットを達成できるように無線リソースを割り当てるには、全ＢＳＳ内端末のトラヒック情報およびチャネル情報をＡＰへ収集すること。
（４）無線リソースの占有中に干渉源になり得る各ＢＳＳ外端末との衝突を防止するため、それらのＢＳＳ外端末に対して、無線媒体を占有する時間長を通知することで無線媒体の予約を行うこと。
【００２４】
従来ＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮは、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームのプリアンブル部分はチャネル情報の推定に利用できることとペイロード部分は無線媒体の予約に利用できることに着目し、各ＢＳＳ内端末とＡＰとの間でのＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換という前処理を通じて（３）と（４）を実現している。
【００２５】
具体的には、ＡＰと各ＢＳＳ内端末との間でＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換をして、個々のＢＳＳ内端末からのＲＴＳ／ＣＴＳフレームのプリアンブル部分を利用して該当ＢＳＳ内端末のチャネル情報を推定することで、全ＢＳＳ内端末のチャネル情報を収集する（前述の（３））。同時に、個々のＢＳＳ内端末からのＲＴＳ／ＣＴＳフレームのペイロード部分は干渉源となり得る各ＢＳＳ外端末に媒体占有の時間長を通知して、無線媒体の予約を行う（前述の（４））。
【００２６】
しかし、個々のＲＴＳ／ＣＴＳフレームはプリアンブル部分だけではなく、ペイロード部分も（受信誤り率が最小となるように、変調符号方式の適応による）時間長の調節はできない。すなわち、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームの時間長は短縮できない。従って、ＢＳＳ内端末の数が増えるとＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換に用いるフレーム数も比例して増えるため、その結果前処理フレームの媒体占有期間が長くなり、システムスループットの低下を招いてしまうという問題がある。
【００２７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、システムスループット低下を抑えることができる無線通信方法、無線通信システム及び無線通信プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、無線通信ネットワークに属する任意の無線セルにおいて、基地局および複数の端末局が前記無線セルに存在する通信構成における無線通信方法であって、間接収集方法と直接収集方法を組み合わせて、前記無線セル内の前記端末局から前記基地局へチャネル情報の収集を行うステップと、前記間接収集方法と前記直接収集方法を組み合わせる際に、前記無線セル内の前記端末局の中から、当該無線セル外の前記端末局それぞれの通信可能エリア内に当該無線セル内の前記端末局が少なくとも１つあるようにして間接チャネル情報収集を適用する最小限の前記端末局を選択し、選択されなかった当該無線セル内の前記端末局に直接収集方法を適用することにより、最小限にした前記端末局がＲＴＳ／ＣＴＳフレームにより行う無線媒体の予約が、全セル内の前記端末局がＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる無線媒体の予約と同等になるように予約を行うステップと、前記間接収集方法と前記直接収集方法を組み合わせる際に、直接チャネル情報収集に用いるＣＳＩフレームのフレーム時間長が最短とするための変調符号方式及び多元接続方式を適用するステップと、前記無線セル内の前記端末局から前記基地局へチャネル情報の収集を行った後、前記基地局が前記チャネル情報に基づいて通信品質指標が向上するように無線リソースを割り当て、無線セル内の前記端末局に割り当て結果を通知するステップと、前記割り当て結果が通知された無線セルの前記端末局が、割り当て結果に則って前記基地局と情報伝送を行い、前記基地局に対して成否応答を行うステップとを有することを特徴とする。
【００２９】
本発明は、無線通信ネットワークに属する任意の無線セルにおいて、基地局および複数の端末局が前記無線セルに存在する通信構成における無線通信システムであって、間接収集方法と直接収集方法を組み合わせて、前記無線セル内の前記端末局から前記基地局へチャネル情報の収集を行う手段と、前記間接収集方法と前記直接収集方法を組み合わせる際に、前記無線セル内の前記端末局の中から、当該無線セル外の前記端末局それぞれの通信可能エリア内に当該無線セル内の前記端末局が少なくとも１つあるようにして間接チャネル情報収集を適用する最小限の前記端末局を選択し、選択されなかった当該無線セル内の前記端末局に直接収集方法を適用することにより、最小限にした前記端末局がＲＴＳ／ＣＴＳフレームにより行う無線媒体の予約が、全セル内の前記端末局がＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる無線媒体の予約と同等になるように予約を行う手段と、前記間接収集方法と前記直接収集方法を組み合わせる際に、直接チャネル情報収集に用いるＣＳＩフレームのフレーム時間長が最短とするための変調符号方式及び多元接続方式を適用する手段と、前記無線セル内の前記端末局から前記基地局へチャネル情報の収集を行った後、前記基地局が前記チャネル情報に基づいて通信品質指標が向上するように無線リソースを割り当て、無線セル内の前記端末局に割り当て結果を通知する手段と、前記割り当て結果が通知された無線セルの前記端末局が、割り当て結果に則って前記基地局と情報伝送を行い、前記基地局に対して成否応答を行う手段とを備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明は、コンピュータに、前記無線通信方法を実行させるための無線通信プログラムである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、従来技術を適用した無線ネットワークに比べ、同等のＱｏＳを確保しながら、より高いシステムスループット、短い伝送遅延などの通信品質向上を実現することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】対象無線セルにおける無線局配置の一例を示す図である。
【図２】従来技術によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮ技術を示す図である。
【図３】本発明の実施形態によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮ技術を示す図である。
【図４】対象無線セルにおける無線局配置の一例を示す図である。
【図５】従来技術によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮ技術を示す図である。
【図６】本発明の実施形態によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮ技術を示す図である。
【図７】上りリンク通信のシミュレーションの設定例を示す図である。
【図８】ＮＲＴ端末とオーバヘッド率の関係を示す図である。
【図９】ＮＲＴ端末数とＢＳＳ内合計スループットの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態による無線通信システムを説明する。始めに、チャネル情報収集の方法を整理した上、本発明の実施形態による無線通信システムを説明する。各ＢＳＳ内端末からＡＰへチャネル情報を収集する方法として、通常間接収集方法（Implicit CSI Feedback）と直接収集方法（Explicit CSI Feedback）の２つがある。以下では無線ＬＡＮを例にしながら２つの方法を説明する。
【００３４】
間接収集方法では、各ＢＳＳ内端末からチャネル情報の推定に必要なプリアンブル信号をＡＰへ送り、ＡＰは受信したプリアンブル信号に基づいてチャネル情報を推定する形で全ＢＳＳ内端末のチャネル情報を収集する。
【００３５】
無線ＬＡＮで間接収集方法を実施する場合、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームはプリアンブル部分を含むため、前処理としてのＲＴＳ／ＣＴＳフレーム交換を利用すれば、全ＢＳＳ内端末から順にＡＰへプリアンブルを送ることができる。ＡＰは順に受信したこれらのプリアンブルに基づいてチャネル情報を推定する形で間接的に全ＢＳＳ内端末のチャネル情報を収集する。従来技術によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮ（非特許文献３）のチャネル情報収集方法はこの間接収集方法に分類できる。
【００３６】
ＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる間接チャネル情報収集の長所は、ペイロード部分は低速高信頼性の６Ｍｂｐｓモードが採用されているため媒体予約に向いていて、ペイロードによる媒体予約とプリアンブルによるチャネル情報収集の両方が同時にできることである。一方、その短所は、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームはプリアンブル部分とペイロード部分の両方が時間長の短縮ができず、ＢＳＳ内端末数が増えるとＲＴＳ／ＣＴＳ交換に用いるＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数も比例して増加するため、前処理フレームの媒体占有期間が長くなり、システムスループットの低下を招いてしまう。
【００３７】
直接収集方法では、ＡＰからチャネル情報の推定に必要なプリアンブル信号を各ＢＳＳ内端末へ送信し、各ＢＳＳ内端末は受信したプリアンブル信号に基づいて、まず各自のチャネル情報を推定し、次に推定したチャネル情報をＣＳＩフレームのペイロード部分に格納してＡＰへ送り返す。ＡＰは受信したこれらのＣＳＩフレームのペイロード部分に格納されたチャネル情報を受取る形で全ＢＳＳ内端末のチャネル情報を収集する。
【００３８】
無線ＬＡＮで直接収集方法を実施する場合、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームはプリアンブル部分を含むため、まずＡＰから各ＢＳＳ内端末へＲＴＳ／ＣＴＳフレームを送信することが考えられる。次に、各ＢＳＳ内端末はＡＰからのプリアンブルに基づいて各自のチャネル情報をまず推定し、次に推定したチャネル情報をＣＳＩフレームのペイロードに格納してＡＰへ送り返せば、ＡＰはチャネル情報を受取る形で直接的に全ＢＳＳ内端末のチャネル情報を収集する。
【００３９】
ＣＳＩフレームによる直接チャネル情報収集の長所は、ペイロード部分は許容誤り率範囲内で高効率な変調方式や多元接続方式の適用による時間長の短縮ができることである。その結果ＣＳＩフレームも短縮され、前処理の媒体占有期間が短縮となり、システムスループットが向上になる。一方、その短所は、ＣＳＩフレームのペイロード部分は高効率な変調方式や多元接続方式を適用するゆえに、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームのペイロード部分で適用する低効率高信頼の６Ｍｂｐｓモードに比較して受信誤り率が高くなり、媒体予約情報を各ＢＳＳ外端末に周知する媒体予約目的を最大限に果たすことは困難である。
【００４０】
勿論、媒体予約をしないという選択肢もあるが、その場合ＡＰとＢＳＳ内端末との間の情報伝送期間中に同一周波数帯域を利用する周辺の無線システムと干渉し合う、衝突し合う可能性がある。特に、無線ＬＡＮを初めとするアンライセンス無線帯域で運用される無線機が急増する今日の通信情勢では、媒体予約をせずに情報伝送を開始することは、他システムとの干渉や衝突の可能性が高く、結果的に無線ネットワーク全体のスループット低下を招いてしまう恐れがある。
【００４１】
このように、チャネル情報に関する間接収集方法と直接収集方法はそれぞれの長所と短所ある。従来技術によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮのチャネル情報収集方法はこの間接収集方法に分類できるため、間接方法の長所と短所の両方を受けることになる。
【００４２】
本実施形態では、両チャネル情報収集方法の長所が最大限に発揮できるように、短所が最大限に回避できるように、間接収集方法と直接収集方法を組み合わせて、ＢＳＳ内端末からＡＰへのチャネル情報収集を行う。
【００４３】
また、間接収集方法と直接収集方法を組み合わせる際に、ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数の増加に起因する無線媒体占有期間の長期化を回避するため、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる間接チャネル情報収集を適用する無線セル内端末数を最小限にする。
【００４４】
また、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる間接チャネル情報収集方法を適用する無線セル内端末数を最小限にする際、その最小限にした端末がＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる無線媒体の予約と、全セル内端末がＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる無線媒体の予約と同等若しくはそれに近い予約効果を確保する。
【００４５】
また、間接収集方法と直接収集方法を組み合わせる際に、直接チャネル情報収集方法に用いるＣＳＩフレームの構成方針としてフレーム時間長が最短となるように、多様な高効率な変調符号方式や多元接続方式の適用を許容する。
【００４６】
また、無線セル内の端末から基地局ＡＰへのチャネル情報を収集した後、基地局ＡＰがそれらのチャネル情報に基づいてシステムスループットやＱｏＳなどの通信品質指標が向上するように無線リソースを割り当てること、及び無線セル内の端末に割り当て結果を周知する。
【００４７】
さらに、割り当て結果が周知された無線セルの端末がその割り当て結果に則って基地局ＡＰと情報伝送を行うこと、及びＡＰと成否応答を行う。
【００４８】
＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態による無線通信システムを説明する。図１、図２、図３は、ＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮシステムにおける上りリンク通信について示している。図１は、対象無線セルにおける無線局配置の一例を示す図である。図２は、従来技術によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮ技術を示す図である。図３は、本発明の実施形態によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮ技術を示す図である。
【００４９】
従来技術（図２）では、まず、ＢＳＳ内の端末＃１は、ランダムバックオフ後ＲＴＳフレームを送信する。これを受信したＡＰは、ＣＴＳフレームを送信し、ＲＴＳフレームを送信した端末＃１以外の全ＢＳＳ内端末にＣＴＳフレームの送信を要求する。
【００５０】
端末＃１以外のＢＳＳ内端末＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７は、順にＣＴＳフレームを送信し、干渉源になり得るＢＳＳ外端末＃ａ、＃ｂ、＃ｃに対して無線媒体の予約を行う。
【００５１】
ここまでＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７が送信したＲＴＳ／ＣＴＳフレームの中には各自のトラヒック情報が記載されているため、ＡＰはこれらのＲＴＳ／ＣＴＳフレームを受信することで各ＢＳＳ内端末のトラヒック情報を収集できる。
【００５２】
また、ＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７が送信したＲＴＳ／ＣＴＳフレームの中にはチャネル情報の推定に用いるプリアンブル部分が含まれているため、ＡＰはこれらのＲＴＳ／ＣＴＳフレームを受信することで各ＢＳＳ内端末のチャネル情報を推定する形で全ＢＳＳ内端末のチャネル情報を間接的に収集できる。
【００５３】
ＡＰはこれらのフレームによって収集した情報を基に、通信リソースの割り当てを実施し、更にリソース割り当ての結果をＡＲＢＩフレームで全端末に割り当て結果を通知する。ＡＲＢＩフレームを受信した各ＢＳＳ内端末は割り当て結果に沿ってデータフレームの伝送を行い、ＡＰからの成否応答を受け取った後通信権を解放する。
【００５４】
次に、図３を参照して、本実施形態による無線通信システムを説明する。まず、ＢＳＳ内の端末＃１は、ランダムバックオフ後ＲＴＳフレームを送信する（図３（１））。
【００５５】
これを受信したＡＰは、全ＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７がＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる無線媒体の予約は予約空間の重複があったり必要以上に広げたりする傾向に着目し、その全端末による予約と同等若しくはそれに近い予約効果を最小限のＢＳＳ内端末数＃２と＃７の２台だけでＣＴＳフレームの送信で確保するように決定する。
【００５６】
一方、ＣＴＳフレームを送信することで無線媒体の予約をしなくて良いＢＳＳ内端末＃３、＃４、＃５、＃６については、それらの端末のチャネル情報の収集はＣＳＩフレームの送信による直接収集で行うと決定する。更に、これらの決定をＡＰが送信するＣＴＳフレームに記載して各ＢＳＳ内端末に通知する（図３（２））。
【００５７】
次に、ＢＳＳ内端末＃２と＃７は、ＡＰからのＣＴＳフレームに記載された決定に基づいて、ＣＴＳフレームを送信し、ＢＳＳ外端末＃ａ、＃ｂ、＃ｃに対して無線媒体の予約を行う（図３（３））。図１に示す無線局の配置であれば、この場合は従来技術のように全ＢＳＳ内端末による無線媒体予約と同等の予約効果が得られる。
【００５８】
次に、ＢＳＳ内端末＃３、＃４、＃５、＃６は、まず、ＡＰからのＣＴＳフレームのプリアンブル部分に基づいて各自のチャネル情報ＣＳＩを推定する。続いて、推定で得られたチャネル情報ＣＳＩをＣＳＩフレームのペイロード部分に記載してＡＰに送信する。この場合、ＣＳＩフレームの構成方針としてはフレーム時間長が短くなるように、許容の誤り率範囲内で高効率な変調符号方式や多元接続方式の適用を許容する（図３（４））。
【００５９】
次に、ここまでＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７が送信したＲＴＳ／ＣＴＳフレームおよびＣＳＩフレームの中には各自のトラヒック情報が記載されているため、ＡＰはこれらのフレームを受信することで各ＢＳＳ内端末のトラヒック情報を収集できる。また、ＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃７が送信したＲＴＳ／ＣＴＳフレームの中にはチャネル情報の推定に用いるプリアンブル部分が含まれているため、ＡＰはこれらのＲＴＳ／ＣＴＳフレームを受信することでＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃７のチャネル情報を推定する形で該当端末のチャネル情報を間接的に収集することができる。
【００６０】
一方、ＢＳＳ内＃３、＃４、＃５、＃６が送信したＣＳＩフレームの中にはチャネル情報を記載したペイロード部分が含まれているため、ＡＰはこれらのＣＳＩフレームを受信することでＢＳＳ内端末＃３、＃４、＃５、＃６のチャネル情報を直接的に収集することができる（図３（５））。
【００６１】
このように、本実施形態では、無線媒体予約効果を維持しつつ、チャネル情報の間接収集方法と直接収集方法を組み合わせることで全ＢＳＳ内端末のチャネル情報をＡＰへ収集することができる。ただし、ここで言うチャネル情報ＣＳＩ（Channel State Information）とは無線伝播路の伝播応答だけに限定する必要はなく、伝播応答に応じた変復調符号方式ＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）や、若しくはそれ以外のチャネル状況を反映する指標の総称である。ＡＰはこれらの収集した情報を基に、通信リソースの割り当てを実施し、更にリソース割り当ての結果をＡＲＢＩフレームで全端末に割り当て結果を通知する。
【００６２】
次に、ＡＲＢＩフレームを受信した各ＢＳＳ内端末は割り当て結果に沿ってデータフレームの伝送を行う（図３（６））。
【００６３】
次に、各ＢＳＳ内端末はＡＰからの成否応答を受け取った後通信権を解放する（図３（７））。
【００６４】
図３から分かるように本実施形態のようにＡＰと端末間の通信を行うことで、従来技術に比べて前処理の無線媒体占有期間が短縮でき、結果的に上りリンクにおけるシステムスループットの向上が実現できる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態による無線通信システムを説明する。図４、図５、図６は、ＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮシステムにおける下りリンク通信について示している。図４は、対象無線セルにおける無線局配置の一例を示す図である。図５は、従来技術によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮ技術を示す図である。図６は、本発明の実施形態によるＢＳＳ内集中制御型無線ＬＡＮ技術を示す図である。
【００６６】
従来技術（図５）では、まず、ＢＳＳ内のＡＰは、ランダムバックオフ後ＲＴＳフレームを送信する。これを受信した各ＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７は、順にＣＴＳフレームを送信し、干渉源になり得るＢＳＳ外端末＃ａ、＃ｂ、＃ｃに対して無線媒体の予約を行う。
【００６７】
ここまでＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７が送信したＣＴＳフレームの中には各自のトラヒック情報が記載されているため、ＡＰはこれらのＲＴＳ／ＣＴＳフレームを受信することで各ＢＳＳ内端末のトラヒック情報を収集できる。
【００６８】
また、ＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７が送信したＣＴＳフレームの中にはチャネル情報の推定に用いるプリアンブル部分が含まれているため、ＡＰはこれらのＲＴＳ／ＣＴＳフレームを受信することで各ＢＳＳ内端末のチャネル情報を推定する形で全ＢＳＳ内端末のチャネル情報を間接的に収集できる。
【００６９】
ＡＰはこれらのフレームによって収集した情報を基に、通信リソースの割り当てを実施し、更にリソース割り当ての結果をＡＲＢＩフレームで全端末に割り当て結果を通知する。ＡＲＢＩフレームを受信した各ＢＳＳ内端末は割り当て結果に沿ってデータフレームの伝送を行い、ＡＰからの成否応答を受け取った後通信権を解放する。
【００７０】
次に、図６を参照して、本実施形態による無線通信システムを説明する。まず、ＢＳＳ内のＡＰは、全ＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７がＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる無線媒体の予約は予約空間の重複があったり必要以上に広げたりする傾向に着目し、その全端末による予約と同等若しくはそれに近い予約効果を最小限のＢＳＳ内端末数＃２と＃７の２台だけでＣＴＳフレームの送信で確保するように決定する。
【００７１】
一方、ＣＴＳフレームを送信することで無線媒体の予約をしなくて良いＢＳＳ内端末＃１、＃３、＃４、＃５、＃６については、それらの端末のチャネル情報の収集はＣＳＩフレームの送信による直接収集で行うと決定する。更に、これらの決定をＡＰが送信するＲＴＳフレームに記載して、ランダムバックオフ後そのＲＴＳフレームを送信する（図６（１））。
【００７２】
次に、ＢＳＳ内端末＃２と＃７は、ＡＰからのＲＴＳフレームに記載された決定に基づいて、ＣＴＳフレームを送信し、ＢＳＳ外端末＃ａ、＃ｂ、＃ｃに対して無線媒体の予約を行う（図６（２））。図４に示す無線局の配置であれば、この場合は従来技術のように全ＢＳＳ内端末による無線媒体予約と同等の予約効果が得られる。
【００７３】
次に、ＢＳＳ内端末＃１、＃３、＃４、＃５、＃６は、まず、ＡＰからのＣＴＳフレームのプリアンブル部分に基づいて各自のチャネル情報ＣＳＩを推定する。続いて、推定で得られたチャネル情報ＣＳＩをＣＳＩフレームのペイロード部分に記載してＡＰに送信する。この場合、ＣＳＩフレームの構成方針としてはフレーム時間長が短くなるように、許容の誤り率範囲内で高効率な変調符号方式や多元接続方式の適用を許容する（図６（３））。
【００７４】
次に、ここまでＢＳＳ内端末＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７が送信したＣＴＳフレームおよびＣＳＩフレームの中には各自のトラヒック情報が記載されているため、ＡＰはこれらのフレームを受信することで各ＢＳＳ内端末のトラヒック情報を収集できる。また、ＢＳＳ内端末＃２、＃７が送信したＣＴＳフレームの中にはチャネル情報の推定に用いるプリアンブル部分が含まれているため、ＡＰはこれらのＲＴＳ／ＣＴＳフレームを受信することでＢＳＳ内端末＃２、＃７のチャネル情報を推定する形で該当端末のチャネル情報を間接的に収集することができる。
【００７５】
一方、ＢＳＳ内＃１、＃３、＃４、＃５、＃６が送信したＣＳＩフレームの中にはチャネル情報を記載したペイロード部分が含まれているため、ＡＰはこれらのＣＳＩフレームを受信することでＢＳＳ内端末＃１、＃３、＃４、＃５、＃６のチャネル情報を直接的に収集することができる。
【００７６】
このように、本実施形態では、無線媒体予約効果を維持しつつ、チャネル情報の間接収集方法と直接収集方法を組み合わせることで全ＢＳＳ内端末のチャネル情報をＡＰへ収集することができる。ただし、ここで言うチャネル情報ＣＳＩ（Channel State Information）とは無線伝播路の伝播応答だけに限定する必要はなく、伝播応答に応じた変復調符号方式ＭＣＳ（Modulation Coding Scheme）や、若しくはそれ以外のチャネル状況を反映する指標の総称である。ＡＰはこれらの収集した情報を基に、通信リソースの割り当てを実施し、更にリソース割り当ての結果をＡＲＢＩフレームで全端末に割り当て結果を通知する（図６（５））。
【００７７】
次に、ＡＲＢＩフレームを受信した各ＢＳＳ内端末は割り当て結果に沿ってデータフレームの伝送を行う（図６（５））。
【００７８】
次に、各ＢＳＳ内端末はＡＰからの成否応答を受け取った後通信権を解放する（図６（６））。
【００７９】
図６から分かるように本実施形態のようにＡＰと端末間の通信を行うことで、従来技術に比べて前処理の無線媒体占有期間が短縮でき、結果的に下りリンクにおけるシステムスループットの向上が実現できる。
【００８０】
次に、前述した無線通信システムの数値実験について説明する。前述した無線通信システムの伝送特性を評価するため、上りリンク通信について計算機シミュレーションを行った。図７は、上りリンク通信のシミュレーションの設定例を示す図である。シミュレーション諸元と想定する端末配置はここに示す通りである。
【００８１】
ＢＳＳ内端末は、ＡＰからの距離がｄ（ｍ）である円（破線の円）周上に一様ランダムに配置する。なお、ＢＳＳ内端末のうち一台はＱｏＳを要求するパケットを送信するＲＴ（Real Time）端末とし、その他の端末はＱｏＳに関して制約のないパケットを送信するＮＲＴ（Not Real Time）端末とする。
【００８２】
また、ＢＳＳ外端末（ＳＴＡ）を中心とする円はＢＳＳ外端末の信号が検知できる領域を示している。
【００８３】
比較対象として、ＢＳＳ内集中制御型ＯＦＤＭＡ無線ＬＡＮシステム（非特許文献３）を用いる。また、スループット評価では、ＤＣＦ方式との比較も行う。
【００８４】
図８は、ＮＲＴ端末とオーバヘッド率の関係を示す図である。ここで、オーバヘッド率とは、ＢＳＳ内端末がリソースを占有している合計時間のうち、データフレームの伝送が行われていない時間の割合を指す。
【数１】
0006270147.tif 000002
【００８５】
図８に示すように、ＢＳＳ内集中制御型ＯＦＤＭＡ無線ＬＡＮシステム（ｏｒｉｇｉｎａｌ  ＯＦＤＭＡ  ＷＬＡＮ  Ｓｙｓｔｅｍ）に比べ、本発明による無線通信システム（
Ｐｒｏｐｏｓｅｄ  ＯＦＤＭＡ  ＷＬＡＮ  Ｓｙｓｔｅｍ）オーバヘッド率が低下していることが分かる。
【００８６】
これは、無線媒体の予約を行う端末を限定し、トラヒック状況およびチャネル状況の収集のため送信されるＣＳＩフレームの送信に際して高効率な変調符号方式を行ったためである。また、オーバヘッド率の差はＮＲＴ端末数が増加するに従い大きくなり、ＢＳＳ内端末数が増加した環境下でのシグナリングオーバヘッド削減に、前述した無線通信システムが有効であると確認できる。
【００８７】
図９は、ＱｏＳ満足率が９９％以上であるという条件を満たしたうえでの、ＮＲＴ端末数とＢＳＳ内合計スループットの関係を示す図である。ここで、ＱｏＳ満足率とは、ＲＴ端末が送信するすべてのパケットのうち、要求遅延時間内に送信されたパケットの割合を指す。
【数２】
0006270147.tif 000003
【００８８】
従来技術（非特許文献３）では、端末数が増加した場合には、シグナリングオーバヘッドの増加により、ＤＣＦ方式の特性との差が小さくなっていく。
【００８９】
しかし、本発明による無線通信システムでは、前述したシグナリングオーバヘッドの削減により、端末数が増加した場合にも高いスループットを達成できていることが確認できる。また、ＡＰと端末間の距離をそれぞれ２０ｍと４０ｍの場合を示しているが、距離に依存せず本発明による無線通信システムが有効であると確認できる。
【００９０】
以上説明したように、異種の無線通信システムとの周波数共用を図りつつ、ＱｏＳ保証および無線リソースの利用効率の向上を図ることが可能なＢＳＳ（Basic Service Set）内集中制御型無線ＬＡＮシステムでは、ＡＰでのＢＳＳ内の端末情報の収集や、ＢＳＳに参加していない他の端末への無線リソース占有時間の通知などの前処理により、制御フレームやマネジメントフレームのフレーム時間長が長くなり、システムスループットが低下するという問題がある。
【００９１】
本実施形態では、間接収集方法と同等の受信誤り率を直接収集方法で確保できる端末を直接収集方法を行う端末とし、ＡＰに収集するチャネル情報を間接収集方法と直接収集方法を組み合わせて収集することを特徴とする。
【００９２】
この構成により、チャネル情報を間接収集方法と直接収集方法を組み合わせることで全ＢＳＳ内端末のチャネル情報をＡＰへ収集することができる。また、組み合わせる際に、ＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる間接チャネル情報収集を適用する無線セル内端末数を、全セル内端末がＲＴＳ／ＣＴＳフレームによる無線媒体の予約時と同等若しくはそれに近い予約効果を確保できるのに必要最小限のものとするため、ＲＴＳ／ＣＴＳフレーム数の増加に起因する無線媒体占有期間の長期化を回避できる。
【００９３】
また、組み合わせる際に、直接チャネル情報収集方法に用いるＣＳＩフレームの構成方針としてフレーム時間長が最短となるように、多様な高効率な変調符号方式や多元接続方式の適用を許容するため、ＣＳＩフレームの短縮、そして全無線セル内端末のチャネル情報収集に費やす前処理の無線媒体占有期間の短縮ができる。
【００９４】
以上の効果によって、最終的に前述した無線通信ネットワークでは、従来技術を適用した無線通信ネットワークに比べ、同様なＱｏＳを確保しながら、より高いシステムスループット、短い伝送遅延などの向上した通信品質が実現できる。
【００９５】
前述した実施形態におけるＡＰ、端末をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
【００９６】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
従来技術を適用した無線ネットワークに比べ、同等のＱｏＳを確保しながら、より高いシステムスループット、短い伝送遅延などの通信品質向上を実現することが不可欠な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００９８】
ＡＰ・・・アクセスポイント（基地局）、＃１〜＃７・・・ＢＳＳ内端末、＃ａ〜＃ｃ・・・ＢＳＳ外端末
【図１】
0006270147.tif 000004
【図２】
0006270147.tif 000005
【図３】
0006270147.tif 000006
【図４】
0006270147.tif 000007
【図５】
0006270147.tif 000008
【図６】
0006270147.tif 000009
【図７】
0006270147.tif 000010
【図８】
0006270147.tif 000011
【図９】
0006270147.tif 000012