(57)【要約】【課題】複数の無線システムが共存する際に、システムスループットの低下を抑制すること。【解決手段】基地局装置は、受信信号の受信信号レベルを検出する受信信号レベル検出部と、受信信号レベルを集中制御局に送信し、自装置のデータ送信を行わないことを判定するための基準となる基準値と、送信電力の値とを制御するための制御係数を集中制御局から受信する情報信号入出力部と、受信された制御係数を用いて、設定されている基準値及び送信電力の値を新たに設定する制御部と、受信信号レベルが、基準値未満である場合に通信相手に対する送信信号を生成する送信信号生成部と、生成された送信信号を通信相手に送信する信号送信部と、を備え、集中制御局は、基地局装置から送信された受信信号レベルに基づいて制御係数を算出する制御係数算出部と、算出された制御係数を基地局装置に送信する情報信号入出力部と、を備える無線通信システム。【選択図】図１
2016021647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局装置と、前記基地局装置を制御する集中制御局とを備える無線通信システムであって、
前記基地局装置は、
受信信号の受信信号レベルを検出する受信信号レベル検出部と、
検出された受信信号レベルを前記集中制御局に送信し、自装置のデータ送信を行わないことを判定するための基準となる基準値と、送信電力の値とを制御するための制御係数を前記集中制御局から受信する情報信号入出力部と、
受信された前記制御係数を用いて、設定されている基準値及び送信電力の値を新たに設定する制御部と、
前記受信信号レベルが、基準値未満である場合に通信相手に対する送信信号を生成する送信信号生成部と、
生成された前記送信信号を前記通信相手に送信する信号送信部と、
を備え、
前記集中制御局は、
前記基地局装置から送信された受信信号レベルに基づいて制御係数を算出する制御係数算出部と、
算出された前記制御係数を前記基地局装置に送信する情報信号入出力部と、
を備える無線通信システム。
【請求項２】
前記制御係数算出部は、受信信号レベルの比の逆数が、前記基地局装置に通知する制御係数の比となるように制御係数を算出する、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記集中制御局は、
制御係数を用いることで互いの送信信号に対する受信電力を基準値以下に設定できる基地局装置の組を検出するグループ検出部をさらに備え、
前記制御係数算出部は、前記組に属する基地局装置から収集した受信信号レベルの比の逆数が、前記組に属する基地局装置に通知する制御係数の比となるように制御係数を算出する、請求項１に記載の無線通信システム。
【請求項４】
前記グループ検出部は、収集された基地局装置間の受信信号レベルが予め定めた第１の設定値以上である場合に、受信信号レベルが予め定めた第１の設定値以上である基地局装置を制御対象から除く、請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項５】
前記グループ検出部は、収集された基地局装置と通信相手間の受信信号レベルが予め定めた第２の設定値未満である場合に、受信信号レベルが予め定めた第２の設定値未満である基地局装置を制御対象から除く、請求項３に記載の無線通信システム。
【請求項６】
基地局装置と、前記基地局装置を制御する集中制御局とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、
前記基地局装置が、受信信号の受信信号レベルを検出する受信信号レベル検出ステップと、
前記基地局装置が、検出された受信信号レベルを前記集中制御局に送信し、自装置のデータ送信を行わないことを判定するための基準となる基準値と、送信電力の値とを制御するための制御係数を前記集中制御局から受信する情報信号入出力ステップと、
前記基地局装置が、受信された前記制御係数を用いて、設定されている基準値及び送信電力の値を新たに設定する制御ステップと、
前記基地局装置が、前記受信信号レベルが、基準値未満である場合に通信相手に対する送信信号を生成する送信信号生成ステップと、
前記基地局装置が、生成された前記送信信号を前記通信相手に送信する信号送信ステップと、
前記集中制御局が、前記基地局装置から送信された受信信号レベルに基づいて制御係数を算出する制御係数算出ステップと、
前記集中制御局が、算出された前記制御係数を前記基地局装置に送信する情報信号入出力ステップと、
を有する無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線ＬＡＮシステムとその他の無線システムが共存するヘテロジニアスネットワークシステムに用いられる無線通信装置及び無線通信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信に求められるトラヒック量は年々増加しており、無線区間全体でのスループットを増加させることが求められている。無線ＬＡＮの標準化規格ＩＥＥＥ８０２．１１では、無線端末が密集しているような環境でもスループットを向上させることを目指し、ＨＥＷ（High efficient wireless LAN）ＳＧ（スタディグループ）を立ち上げ、標準化を目指している。このような中で、無線ＬＡＮシステムにおいて前提条件であるＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance）において、ＣＣＡ（Clear Channel Assessment）レベルを制御することが新たに提案されている。
【０００３】
無線ＬＡＮ端末は、他の無線ＬＡＮ端末から受信した信号の受信信号レベルがＣＣＡレベル未満であれば、送信を行えるため、ＣＣＡレベルを高く設定することで送信権の取得率を向上することができる。しかしながら、その一方で、送信権の取得率を向上するために各無線ＬＡＮ端末が勝手にＣＣＡレベルを高く設定すると全ての無線ＬＡＮ端末が自由に送信を開始し、干渉の増大によりシステムスループットが低下してしまう。システムスループットとは、個々の無線ＬＡＮ端末におけるスループットではなく、複数の無線ＬＡＮ端末を備える無線ＬＡＮシステム全体のスループットである。このような問題によりシステムスループットが低下しないように非特許文献１ではＣＣＡレベルを高くすると同時に送信電力を下げるように制御を行うことを想定している。しかしながら、個別の無線ＬＡＮ端末が自己最適化を図ろうとすれば、ＣＣＡレベルを高くすることを優先してしまうリスクがある。
【０００４】
図１２は、従来の無線ＬＡＮにおける無線端末２の構成を示すブロック図である。図１２に示す無線端末２は、アンテナ１０、無線システム信号送受信回路１２、送信変調回路１３、受信復号回路１４、受信レベル取得回路１６及び情報信号入出力回路１７を備える。無線端末２は、アンテナ１０を介して、無線信号を無線システム信号送受信回路１２において受信する。無線システム信号送受信回路１２は、受信信号に同期を行った後でアナログ・デジタル変換を行うことによって受信信号をデジタル信号に変換する。その後、無線システム信号送受信回路１２は、デジタル信号を受信復号回路１４に出力するとともに、受信信号の受信信号レベルに関する情報を受信レベル取得回路１６に出力する。
【０００５】
受信レベル取得回路１６は、入力された受信信号レベルが予め定められたＣＣＡレベルより高い場合、信号検出を情報信号入出力回路１７に通知する。また、受信レベル取得回路１６は、入力された受信信号レベルが予め定められたＣＣＡレベルより低くなった際には、信号検出状態を取り消す旨を情報信号入出力回路１７に通知する。情報信号入出力回路１７が考慮するＣＣＡレベルは、受信信号が未知のシステムである場合と、無線端末２と同種の無線システムである場合とで異なる値を用いることができる。
【０００６】
受信復号回路１４は、無線システム信号送受信回路１２から入力されたデジタル信号に対し、復号を行い、得られた信号が自無線端末２宛ての信号である場合には、得られたデータビットを情報信号入出力回路１７に出力する。一方、受信復号回路１４は、復号されたデータビットが自無線端末２宛てではない場合には、復号を行わないこともできる。受信復号回路１４は、復号したビットが誤りなく取得されたと判定された場合、無線システム信号送受信回路１２に信号を正常に受信した旨を通知する。無線システム信号送受信回路１２は、正常に受信した旨が入力されると、正常に受信した旨を示すＡＣＫ（Acknowledge）信号を生成し、送信に適したアナログ信号に変換し、搬送波周波数にアップコンバートした上で、アンテナ１０を介して送信する。
【０００７】
情報信号入出力回路１７に他の無線端末宛ての送信信号が入力された場合、情報信号入出力回路１７は自装置が信号検出状態であるか否か判定する。自装置が信号検出状態である場合、情報信号入出力回路１７は信号検出状態が受信レベル取得回路１６から取り消されるまで待機する。一方、自装置が信号検出状態ではない、又は、受信レベル取得回路１６から信号検出状態が取り消された場合、情報信号入出力回路１７はＣＳＭＡ／ＣＡの規定に従いランダム時間待機した後、データビットを送信変調回路１３に出力する。送信変調回路１３は、入力されたデータビットに変調を行うことによって変調信号を生成し、生成した変調信号を無線システム信号送受信回路１２に出力する。無線システム信号送受信回路１２は、入力された変調信号をアナログ信号へ変換し、アップコンバートし、アンテナ１０を介して通信相手となる無線端末に送信する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Koichi Ishihara, et al., "Simultaneous Transmission Technologies for HEW," IEEE 11-13/1395r2, Nov. 2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、各無線端末が自己のスループット最適化のため、受信信号レベル判定におけるＣＣＡレベルを自由にコントロールすると、システムスループットが大きく低下する。すなわち、ＣＳＭＡ／ＣＡに基づく無線システムにおいて、各無線端末が自己のスループットを最大化するようにＣＣＡレベルを大きくすると、干渉の増大によりシステムスループットが大きく低下してしまうという問題がある。
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明は、複数の無線システムが共存する際に、システムスループットの低下を抑制することができる技術の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、基地局装置と、前記基地局装置を制御する集中制御局とを備える無線通信システムであって、前記基地局装置は、受信信号の受信信号レベルを検出する受信信号レベル検出部と、検出された受信信号レベルを前記集中制御局に送信し、自装置のデータ送信を行わないことを判定するための基準となる基準値と、送信電力の値とを制御するための制御係数を前記集中制御局から受信する情報信号入出力部と、受信された前記制御係数を用いて、設定されている基準値及び送信電力の値を新たに設定する制御部と、前記受信信号レベルが、基準値未満である場合に通信相手に対する送信信号を生成する送信信号生成部と、生成された前記送信信号を前記通信相手に送信する信号送信部と、を備え、前記集中制御局は、前記基地局装置から送信された受信信号レベルに基づいて制御係数を算出する制御係数算出部と、算出された前記制御係数を前記基地局装置に送信する情報信号入出力部と、を備える無線通信システムである。
【００１２】
本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記制御係数算出部は、受信信号レベルの比の逆数が、前記基地局装置に通知する制御係数の比となるように制御係数を算出する。
【００１３】
本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記集中制御局は、制御係数を用いることで互いの送信信号に対する受信電力を基準値以下に設定できる基地局装置の組を検出するグループ検出部をさらに備え、前記制御係数算出部は、前記組に属する基地局装置から収集した受信信号レベルの比の逆数が、前記組に属する基地局装置に通知する制御係数の比となるように制御係数を算出する。
【００１４】
本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記グループ検出部は、収集された基地局装置間の受信信号レベルが予め定めた第１の設定値以上である場合に、受信信号レベルが予め定めた第１の設定値以上である基地局装置を制御対象から除く。
【００１５】
本発明の一態様は、上記の無線通信システムであって、前記グループ検出部は、収集された基地局装置と通信相手間の受信信号レベルが予め定めた第２の設定値未満である場合に、受信信号レベルが予め定めた第２の設定値未満である基地局装置を制御対象から除く。
【００１６】
本発明の一態様は、基地局装置と、前記基地局装置を制御する集中制御局とを備える無線通信システムにおける無線通信方法であって、前記基地局装置が、受信信号の受信信号レベルを検出する受信信号レベル検出ステップと、前記基地局装置が、検出された受信信号レベルを前記集中制御局に送信し、自装置のデータ送信を行わないことを判定するための基準となる基準値と、送信電力の値とを制御するための制御係数を前記集中制御局から受信する情報信号入出力ステップと、前記基地局装置が、受信された前記制御係数を用いて、設定されている基準値及び送信電力の値を新たに設定する制御ステップと、前記基地局装置が、前記受信信号レベルが、基準値未満である場合に通信相手に対する送信信号を生成する送信信号生成ステップと、前記基地局装置が、生成された前記送信信号を前記通信相手に送信する信号送信ステップと、前記集中制御局が、前記基地局装置から送信された受信信号レベルに基づいて制御係数を算出する制御係数算出ステップと、前記集中制御局が、算出された前記制御係数を前記基地局装置に送信する情報信号入出力ステップと、を有する無線通信方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、複数の無線システムが共存する際に、システムスループットの低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における無線通信システムのシステム構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本実施形態による無線通信システムの効果を示すために定義した無線端末間のチャネル条件を示す図である。
【図３】パラメータの一例を示す説明図である。
【図４】送信電力ＣＣＡ制御係数ａの値を制御した場合の周波数利用効率の増大を表したグラフである。
【図５】２．４ＧＨｚの無線ＬＡＮ基地局４台（無線ＬＡＮ基地局＃１、＃２、＃３、＃４）によるスループット評価実験の実験図である。
【図６】総スループットの変化を表す図である。
【図７】装置間の距離がＤ＝１６ｍである無線ＬＡＮ基地局＃１と＃３の個別のスループットの結果を示す図である。
【図８】集中制御局２００の処理の流れを表すフローチャートである。
【図９】基地局装置１００の設定処理の流れを表すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態における無線通信システムのシステム構成を示す概略ブロック図である。
【図１１】集中制御局２００ａの処理の流れを表すフローチャートである。
【図１２】従来の無線ＬＡＮにおける無線端末２の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の具体的な構成例（第１実施形態及び第２実施形態）について、図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態における無線通信システムのシステム構成を示す概略ブロック図である。第１実施形態における無線通信システムは、基地局装置１００−１〜１００−Ｍ（Ｍは２以上の整数）及び集中制御局２００を備える。集中制御局２００には、基地局装置１００−１〜１００−Ｍが接続される。なお、以下の説明では、基地局装置１００−１〜１００−Ｍについて特に区別しない場合には基地局装置１００と記載する。
【００２０】
基地局装置１００は、集中制御局２００の制御に従って自装置の基準値及び送信電力の値を新たに設定する。基準値は、基地局装置１００のデータ送信を行わないことを判定するための基準となる値であり、例えばＣＣＡレベルの値である。なお、以下の説明では、基準値がＣＣＡレベルの値である場合を例に説明する。
集中制御局２００は、各基地局装置１００から受信した情報に基づいて各基地局装置１００のＣＣＡレベルの値及び送信電力の値を制御する。集中制御局２００は、各基地局装置１００から受信した受信信号レベル（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）の値に基づいて、基地局装置１００のＣＣＡレベルの値及び送信電力の値を制御するための値（以下、「送信電力ＣＣＡ制御係数」という。）を算出し、算出した送信電力ＣＣＡ制御係数（制御係数）を基地局装置１００に送信する。
以下、基地局装置１００及び集中制御局２００それぞれについて具体的に説明する。
【００２１】
まず、基地局装置１００の具体的な機能構成について説明する。基地局装置１００は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、制御プログラムを実行する。制御プログラムの実行によって、基地局装置１００は、無線システム信号送受信回路１０１、受信信号レベル検出部１０２、受信復号回路１０３、ＣＣＡ判定回路１０４、情報信号入出力回路１０５、送信電力／ＣＣＡ制御回路１０６、送信変調回路１０７を備える装置として機能する。なお、基地局装置１００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）や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てもよい。また、制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。また、制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
【００２２】
無線システム信号送受信回路１０１は、アンテナを介して、他の通信装置との間で無線信号を送受信する。例えば、無線システム信号送受信回路１０１は、他の基地局装置１００又は自装置に帰属する通信端末との間で無線信号を送受信する。無線システム信号送受信回路１０１は、受信した無線信号に同期を行った後、アナログ・デジタル変換を行い、得られたデジタル信号を受信信号レベル検出部１０２及び受信復号回路１０３に出力する。また、無線システム信号送受信回路１０１は、受信復号回路１０３から信号を正常に受信した旨の通知が入力されると、正常に受信した旨を示すＡＣＫ信号を生成する。そして、無線システム信号送受信回路１０１は、ＡＣＫ信号を送信に適したアナログ信号に変換し、搬送波周波数にアップコンバートした上でアンテナ１０を介して無線信号の送信元の装置に送信する。
【００２３】
受信信号レベル検出部１０２は、無線システム信号送受信回路１０１によって受信された無線信号の受信信号レベル（ＲＳＳＩ）を検出する。受信信号レベル検出部１０２は、検出した無線信号の受信信号レベル（ＲＳＳＩ）をＣＣＡ判定回路１０４及び情報信号入出力回路１０５に出力する。
受信復号回路１０３は、無線システム信号送受信回路１０１から入力されたデジタル信号に対して復号を行う。得られた信号が自装置宛ての信号である場合には、得られたデータビットを情報信号入出力回路１０５に出力する。一方、受信復号回路１０３は、復号されたデータビットが自装置宛てではない場合には、復号を行わないこともできる。受信復号回路１０３は、復号したビットが誤りなく取得されたと判定された場合、無線システム信号送受信回路１０１に信号を正常に受信した旨を通知する。
【００２４】
ＣＣＡ判定回路１０４は、受信信号レベル検出部１０２によって検出された受信信号レベルがＣＣＡレベル以上であるか否か判定する。受信信号レベルがＣＣＡレベル以上である場合、ＣＣＡ判定回路１０４は信号検出を情報信号入出力回路１０５に通知する。一方、受信信号レベルがＣＣＡレベル未満である場合、ＣＣＡ判定回路１０４は信号検出状態を取り消す旨を情報信号入出力回路１０５に通知する。信号検出状態とは、自装置の通信に影響を及ぼすおそれのある信号を送信している通信装置が自装置の周辺に存在していることを検出している状態を表す。ＣＣＡ判定回路１０４が考慮するＣＣＡレベルは、受信信号が未知のシステムから送信された信号である場合と、無線端末と同種の無線システムから送信された信号である場合とで異なる値を用いることができる。
【００２５】
情報信号入出力回路１０５は、集中制御局２００との間で通信を行う。例えば、情報信号入出力回路１０５は、受信信号レベル検出部１０２から入力された受信信号レベルの情報を含む情報信号を集中制御局２００に送信する。例えば、情報信号入出力回路１０５は、集中制御局２００から送信電力ＣＣＡ制御係数の情報を含む情報信号を受信する。また、情報信号入出力回路１０５は、他の通信装置宛ての送信信号が入力された場合、自装置が信号検出状態であるか否か判定する。自装置が信号検出状態である場合、情報信号入出力回路１０５は信号検出状態がＣＣＡ判定回路１０４から取り消されるまで待機する。一方、自装置が信号検出状態ではない、又は、ＣＣＡ判定回路１０４から信号検出状態が取り消された場合、情報信号入出力回路１０５はＣＳＭＡ／ＣＡの規定に従いランダム時間待機した後、データビットを送信変調回路１０７に出力する。なお、信号検出状態は、ＣＣＡ判定回路１０４から信号検出が通知された場合に基地局装置１００がなる状態である。
【００２６】
送信電力／ＣＣＡ制御回路１０６は、情報信号入出力回路１０５によって受信された情報信号に含まれる送信電力ＣＣＡ制御係数に基づいて自装置のＣＣＡレベルの値及び送信電力を設定する。
送信信号生成部である送信変調回路１０７は、入力されたデータビットに対して変調を行うことによって送信信号を生成する。より具体的には、送信変調回路１０７は、入力されたデータビットに対して、送信電力／ＣＣＡ制御回路１０６で設定された送信電力に対応する変調方式と符号化率からなる変調モードに変更して送信信号を生成する。
【００２７】
次に、集中制御局２００の具体的な機能構成について説明する。集中制御局２００は、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、制御プログラムを実行する。制御プログラムの実行によって、集中制御局２００は、情報信号入出力回路２０１、ＲＳＳＩ情報管理回路２０２、送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３を備える装置として機能する。なお、集中制御局２００の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。また、制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
【００２８】
情報信号入出力回路２０１は、基地局装置１００との間で通信を行う。例えば、情報信号入出力回路２０１は、基地局装置１００から受信信号レベルの情報を含む情報信号を受信する。例えば、情報信号入出力回路２０１は、送信電力ＣＣＡ制御係数の情報を含む情報信号を基地局装置１００に送信する。
ＲＳＳＩ情報管理回路２０２は、受信された情報信号から受信信号レベルの情報を取得する。ＲＳＳＩ情報管理回路２０２は、自装置の通信相手が複数存在する場合、各通信相手との通信の割合の情報も取得する。
送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３は、ＲＳＳＩ情報管理回路２０２によって取得された受信信号レベルの情報に基づいて送信電力ＣＣＡ制御係数を算出する。
【００２９】
図２は、本実施形態による無線通信システムの効果を示すために定義した無線端末間のチャネル条件を示す図である。図２を参照して、ＣＣＡレベル及び送信電力の制御とその効果について説明する。本実施形態による基地局装置１００（図２では、無線端末１−１及び１−３）が通信相手となる無線端末１−２及び１−４にそれぞれデータパケットを送信することを考える。Ｇ２１は無線端末１−１から無線端末１−２へ、Ｇ３１は無線端末１−１から無線端末１−３へ、Ｇ１３は無線端末１−３から無線端末１−１へ、Ｇ４３は無線端末１−３から無線端末１−４へ、Ｇ２３は無線端末１−３から無線端末１−２へ、Ｇ４１は無線端末１−１から無線端末１−４へのチャネル利得をそれぞれ表す。ここで、チャネルの対称性を仮定し、Ｇ３１＝Ｇ１３とし、Ｇｉｊの範囲は０＜Ｇｉｊ＜１とした。ここで、ＣＣＡレベルと送信電力の制御を表すパラメータとして送信電力ＣＣＡ制御係数ａを定義する。これはＣＣＡレベルと送信電力の積の値を一定とすることで、外部への干渉の影響を最小化するための仮定である。つまり、送信電力ＣＣＡ制御係数ａを−１０ｄＢと設定した場合、送信電力を１０ｄＢ下げる代わりに、ＣＣＡレベルを１０ｄＢ上げることを意味する。無線端末１−ｉに適用する送信電力ＣＣＡ制御係数をａｉと定義する。すなわち、無線端末１−ｉに設定される送信電力Ｐｉ＝Ｐｉａｉ、ＣＣＡレベルの初期値をＴとすると、設定されるＣＣＡレベルＴｉ＝Ｔ／ａｉとなっている。ここで、送信電力及びＣＣＡレベルをそれぞれデシベル（ｄＢ）表記で表すと、送信電力Ｐｉ＝Ｐｉ＋ａｉ［ｄＢｍ］、Ｔｉ＝Ｔ―ａｉ［ｄＢｍ］と表せる（ａは負の数）。
【００３０】
集中制御局２は、無線端末１−１及び１−３からＧ３１、Ｇ２１、Ｇ４３の情報を収集し、収集した情報に基づいて、無線端末１−１及び１−３それぞれに対応する送信電力ＣＣＡ制御係数を算出する。そして、集中制御局２は、算出した送信電力ＣＣＡ制御係数を、対応する無線端末１−１及び１−３に通知する。
【００３１】
周辺に同一周波数を用いる他の無線端末は、無線端末が自己スループット最適化のため、受信信号レベル判定におけるＣＣＡレベルを自由にコントロールすると、システムスループットを大きく低下する問題があった。無線端末１−３と無線端末１−１とが互いに検出できる程度に近い場合、Ｇ１３Ｐ＋Ｎ≧Ｔの関係を満たす。ここで、Ｐが送信電力、Ｎは熱雑音レベル、Ｔは無線端末（例えば、基地局装置１００）がデータの送信を行わないことを判定するための基準となるＣＣＡレベルである。
【００３２】
このような条件で無線端末１−３と無線端末１−１が通信相手となる無線端末１−４と無線端末１−２にそれぞれ常に送信を行おうとすると、これら無線端末２台を考慮したシステム全体の周波数利用効率は、以下の式１のように表される。
【数１】
2016021647.tif 000003
シャノン容量により、ＳＩＮＲから、ｌｏｇ２（１＋ＳＩＮＲ）として周波数利用効率を評価した。ログの前についた１／２は、無線端末１−３と無線端末１−１が時間領域を半分ずつシェアしているためである。
【００３３】
本実施形態の構成により、基地局装置１００には集中制御局２００により通知された送信電力ＣＣＡ制御係数ａｉだけ受信信号および送信信号のレベルを低下させることを考える。本実施形態の説明で送信電力ＣＣＡ制御係数と表現していたものはｄＢで表記していたため、真値で表現し、０＜ａｉ≦１となる送信電力ＣＣＡ制御係数は異なる用語で定義したが、どちらも本質的には同じものである。送信電力ＣＣＡ制御係数をａｉで設定した場合の周波数利用効率は、以下の式２のように表される。
【数２】
2016021647.tif 000004
【００３４】
ここではまだＣＣＡレベルを上回る信号が無線端末１−１と無線端末１−３で受信されている。送信電力ＣＣＡ制御係数を受信信号がＣＣＡレベルを下回るように設定すると、
【数３】
2016021647.tif 000005
【００３５】
として周波数利用効率が得られる。すなわち、送信電力ＣＣＡ制御係数の設定により周波数利用効率は、以下の式４のように表される。
【数４】
2016021647.tif 000006
【００３６】
ここで、図３に示すパラメータにより、送信電力ＣＣＡ制御係数ａｉによる周波数利用効率の変化を評価する。送信電力を１３ｄＢｍ、しきい値を−８２ｄＢｍ、ノイズレベルを−９１ｄＢｍ、周波数を２．４ＧＨｚとした。また、以下の説明を簡単にするため、ＳＩＮＲが十分に大きい環境を仮定し、送信電力ＣＣＡ制御係数を用いない従来の周波数利用効率をη０’、送信電力ＣＣＡ制御係数を用いる本実施形態の周波数利用効率をηＳ’として以下の式５及び式６のように定義する。
【００３７】
【数５】
2016021647.tif 000007
【数６】
2016021647.tif 000008
【００３８】
また、伝搬ロスとしては自由空間を仮定し、Ｇｊｉ＝（λ／４πＤｊｉ）２としている。ここで、テザリングで用いられるような無線端末間距離が非常に短い環境を考え、Ｄ２１＝Ｄ４３＝１［ｍ］、Ｄ３１＝Ｄ４１＝Ｄ２３＝Ｄとした。本実施形態の構成では、送信側のみ可変ＡＴＴ（不図示）を用いるものとし、ａ２＝ａ４＝１とした。さらに、周波数利用効率の評価式はどんなに高いＳＩＮＲに対しても実用的な変調方式が存在し、かつ、理論的な上限値となる条件となっているため、実際のシステムのパフォーマンスとはずれが生じる問題がある。このため、無線ＬＡＮの標準化規格ＩＥＥＥ８０２．１１ａで用いられている最も高い変調方式（６４ＱＡＭ）と符号化率（３／４）におけるビットレート、２．７ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚを上限として用いた。
【００３９】
さらに、ＳＩＮＲに対する周波数利用効率を実用の変調方式と符号化率に対して近似した文献を参照し、ＳＩＮＲに対する周波数利用効率の評価式をｃ（ＳＩＮＲ）＝ｌｏｇ２（１＋ＳＩＮＲ）とする代わりに、ｃ（ＳＩＮＲ）＝ｍｉｎ｛２．７，０．５２ｌｏｇ２（１＋０．２５ＳＩＮＲ）とした。
【００４０】
図４は、無線端末１−１と無線端末１−２との間の距離Ｄ１２と、無線端末１−３と無線端末１−２との間の距離Ｄ３４の大きさに応じて、送信電力ＣＣＡ制御係数ａの値を制御した場合の周波数利用効率の増大を表したグラフである。図４では、送信電力、ＣＣＡレベルの制御を行わない場合の周波数利用効率が２．７ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚであり、これより高い周波数利用効率を得られる条件が確認できる。図４から距離Ｄ１２とＤ３４が同じ場合に最も効果が高いが、ずれがある場合には無線端末１−１及び１−３に設定するべき送信電力ＣＣＡ制御係数ａの最適値が同じにはならないことが確認できる。具体的には通信相手との距離が遠い無線端末１−３の送信電力ＣＣＡ制御係数ａ３より通信相手との距離が近い無線端末１−１の送信電力ＣＣＡ制御係数ａ１を大きく設定する必要がある。送信電力ＣＣＡ制御係数ａの設定値の違いはＲＳＳＩの違いと言い換えることもできる。よって、本実施形態では、集中制御局２００が基地局装置１００と端末間のＲＳＳＩの情報を各基地局装置１００から収集し、ＲＳＳＩのずれに応じた送信電力ＣＣＡ制御係数ａのずれに基づいて各基地局装置のＣＣＡレベル及び送信電力を制御する。
【００４１】
ＲＳＳＩのずれに応じた送信電力ＣＣＡ制御係数ａのずれは、設定できる送信電力ＣＣＡ制御係数ａがａ１とａ３のみで、かつ、セル間干渉条件Ｇ２３とＧ４１に大きなずれがないとすると、上記式６の右辺の一行目の２つの項が等しくなるようにａ１とａ３を設定することで得られる。すなわち、以下の式７を満たすようにａ１とａ３を設定すればよい。
【数７】
2016021647.tif 000009
【００４２】
チャネル利得Ｇ２１、Ｇ４３を用いて、送信電力ＣＣＡ制御係数a１、ａ３を決定するためには、上記式７を満たしつつ、上記式３で表せるηSの条件となるように設定すればよい。すなわち、下記式８で示されるように、
【数８】
2016021647.tif 000010
を満たすように設定される。
【００４３】
また、以下のように、マージンβを考慮し、装置の個体差を考慮した設計にすることができる。βは１より小さく、０より大きい値で設定される（０＜β＜１）。この場合、以下の式９が用いられる。
【数９】
2016021647.tif 000011
【００４４】
そして、式９に式７を代入すると、以下の式１０に示すように送信電力ＣＣＡ制御係数が得られる。
【数１０】
2016021647.tif 000012
送信電力をできるだけ大きくしたいことから、送信電力ＣＣＡ制御係数aは上記式１０の等号の際の値をとることができる。
【００４５】
次に、マージンβの具体的な決定方法について実験結果を用いて具体的に説明する。図５にＩＥＥＥ８０２．１１ｇによる２．４ＧＨｚの無線ＬＡＮ基地局４台（無線ＬＡＮ基地局＃１、＃２、＃３、＃４）によるスループット評価実験の実験図を示す。図２の無線端末１−１、１−２、１−３、１−４にそれぞれ対応させるように無線ＬＡＮ基地局＃１、＃２、＃３、＃４を用意し、送信電力ＣＣＡ制御係数を、ＡＴＴを挿入することで模擬し、電波暗室内で、無線ＬＡＮ基地局＃１と＃３の距離Ｄを４ｍ、８ｍ、１６ｍと変化させ、送信電力ＣＣＡ制御係数に対するスループットの特性を評価した。
【００４６】
総スループットの変化を図６に示す。Ｄが１６ｍの場合に送信電力ＣＣＡ制御係数を−２３ｄＢとした場合に総スループットのピークがみられるが、送信電力ＣＣＡ制御係数をこのピーク位置より大きく設定するとスループットが緩やかに下がっているのが確認できる。図７は、装置間の距離がＤ＝１６ｍである無線ＬＡＮ基地局＃１と＃３の個別のスループットの結果を示す図である。送信電力ＣＣＡ制御係数−１６ｄＢの場合に、無線ＬＡＮ基地局＃１（図７の場合、ＡＰ１）と＃３（図７の場合、ＡＰ３）に大きなスループットの開きがあるのが確認できる。これは、同じ送信電力ＣＣＡ制御係数を２つの基地局装置に与えても、アンテナ指向性や装置の個体差により、ＣＣＡレベルを上回るか否かの判定にずれが生じることを示している。このような装置間のギャップを防ぐようにβが設定できる。図７のケースでは、βを−１０〜−５ｄＢと設定することで、どちらか一方のみが信号を検出する非対称を生じることを防げる。
【００４７】
図８は、集中制御局２００の処理の流れを表すフローチャートである。
情報信号入出力回路２０１は、複数の基地局装置１００から送信された受信信号レベルの情報を含む情報信号を受信する（ステップＳ１０１）。情報信号入出力回路２０１は、受信した情報信号をＲＳＳＩ情報管理回路２０２に出力する。ＲＳＳＩ情報管理回路２０２は、入力された情報信号から受信信号レベルの情報を取得する（ステップＳ１０２）。送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３は、取得された受信信号レベルの情報に基づいて送信電力ＣＣＡ制御係数を算出する（ステップＳ１０３）。具体的には、送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３は、上記式１〜１０に基づいて送信電力ＣＣＡ制御係数を算出する。情報信号入出力回路２０１は、算出された送信電力ＣＣＡ制御係数を、対応する基地局装置１００に通知する（ステップＳ１０４）。
【００４８】
図９は、基地局装置１００の設定処理の流れを表すフローチャートである。
情報信号入出力回路１０５は、集中制御局２００から通知された送信電力ＣＣＡ制御係数の情報を受信する（ステップＳ２０１）。情報信号入出力回路１０５は、受信した送信電力ＣＣＡ制御係数の情報を送信電力／ＣＣＡ制御回路１０６に出力する。送信電力／ＣＣＡ制御回路１０６は、送信電力ＣＣＡ制御係数の情報に基づいて自装置のＣＣＡレベル及び送信電力を設定する（ステップＳ２０２）。具体的には、送信電力／ＣＣＡ制御回路１０６は、ＣＣＡ判定回路１０４の判定基準として設定されているＣＣＡレベルに送信電力ＣＣＡ制御係数を乗算することによって新たなＣＣＡレベルを設定する。また、送信電力／ＣＣＡ制御回路１０６は、送信変調回路１０７の送信電力に送信電力ＣＣＡ制御係数を乗算することによって新たな送信電力を設定する。
【００４９】
以上のように構成された無線通信システムでは、基地局装置１００が通信相手からの受信電力に対応する送信電力ＣＣＡ制御係数を設定し、この送信電力ＣＣＡ制御係数分、ＣＣＡレベルを上げると同時に送信電力を下げ、送信電力に対応する変調モードに変更して送信信号を送信するようにした。また、これらを実現するために、集中制御局２００が各基地局装置１００から受信信号レベルの情報を収集し、収集した受信信号レベルに基づいて送信電力ＣＣＡ制御係数を算出し、基地局装置１００に送信電力ＣＣＡ制御係数を送信する。そして、基地局装置１００が受信した送信電力ＣＣＡ制御係数に応じて送信電力及びＣＣＡレベルを制御する。このように、集中制御局２００が各基地局装置１００から受信した情報に基づいて各基地局装置１００の通信に影響を及ぼすおそれを軽減するように制御する。そのため、システムスループットの低下を防止することができる。
【００５０】
［第２実施形態］
図１０は、本発明の第２実施形態における無線通信システムのシステム構成を示す概略ブロック図である。第２実施形態における無線通信システムは、基地局装置１００ａ−１〜１００ａ−Ｍ（Ｍは２以上の整数）及び集中制御局２００ａを備える。集中制御局２００ａには、基地局装置１００ａ−１〜１００ａ−Ｍが接続される。なお、以下の説明では、基地局装置１００ａ−１〜１００ａ−Ｍについて特に区別しない場合には基地局装置１００ａと記載する。
以下、基地局装置１００及び集中制御局２００それぞれについて具体的に説明する。なお、基地局装置１００ａは、第１実施形態における基地局装置１００と同様の処理を行うため説明を省略し、集中制御局２００ａの具体的な機能構成についてのみ説明する。
【００５１】
次に、集中制御局２００ａの具体的な機能構成について説明する。集中制御局２００ａは、バスで接続されたＣＰＵやメモリや補助記憶装置などを備え、制御プログラムを実行する。制御プログラムの実行によって、集中制御局２００ａは、情報信号入出力回路２０１、ＲＳＳＩ情報管理回路２０２、送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３ａ、グループ検出部２０４を備える装置として機能する。なお、集中制御局２００ａの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣやＰＬＤやＦＰＧＡ等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば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である。また、制御プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
【００５２】
集中制御局２００ａは、送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３に代えて送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３ａを備え、さらにグループ検出部２０４を新たに備える点で集中制御局２００と構成が異なる。集中制御局２００ａは、他の構成については集中制御局２００と同様である。そのため、集中制御局２００ａ全体の説明は省略し、送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３ａ及びグループ検出部２０４について説明する。
【００５３】
グループ検出部２０４は、取得された受信信号レベルに基づいて、互いに送信機会を向上することができる複数の基地局装置１００ａ（例えば、２つの基地局装置１００ａ）を制御対象の基地局装置１００ａの組として検出する。ここで、互いに送信機会を向上することができる条件について説明する。図２において、無線端末１−１と無線端末１−３の送信電力をそれぞれＰ１、Ｐ２とし、アンテナ指向性による利得がないとすると、無線端末１−１と無線端末１−３における平均受信電力はＰ３Ｇ１３、Ｐ１Ｇ１３となる。無線端末１−１と無線端末１−３におけるＣＣＡレベルＴ１とＴ３をそれぞれ送信電力ＣＣＡ制御係数ａ１と送信電力ＣＣＡ制御係数ａ３の逆数分増加させたＣＣＡレベルにより、平均受信電力Ｐ３Ｇ１３、Ｐ１Ｇ１３がそれぞれＴ１／ａ１とＴ３／ａ３をそれぞれ下回る送信電力ＣＣＡ制御係数ａが存在すればよい。送信電力ＣＣＡ制御係数ａは１に近い値であるほど、送信電力の低下を防げるため、予め送信電力ＣＣＡ制御係数ａに許容する値の範囲を定め、上記の条件を満たす送信電力ＣＣＡ制御係数ａが存在すれば、互いに送信機会を向上することができる条件を満たす基地局装置１００ａを選択できる。送信電力ＣＣＡ制御係数ａの許容範囲を徐々に１より下げていくことで、互いに送信機会を向上できることができる複数の基地局装置１００ａの組が現れるまで行い、より１に近い値での基地局装置１００ａの組を抽出することができる。グループ検出部２０４は、このようにして送信電力ＣＣＡ制御係数ａを用いることで互いの送信信号に対する受信電力を基準値以下に設定できる基地局装置１００ａの組を検出する。
【００５４】
なお、グループ検出部２０４は、基地局間の受信信号レベルが、予め定められた第１の設定値以上である基地局装置１００ａにおいては制御対象から除外する。設定値は、予め設定されていてもよいし、ユーザによって任意に設定されてもよい。第１の設定値は例えば、送信電力ＣＣＡ制御係数ａとして設定可能な最小のａｍを互いに用いても、どちらか一方の受信電力がＣＣＡレベル以下とならない場合をあらかじめ除外するように設定できる。
また、グループ検出部２０４は、基地局装置１００ａとその通信相手となる無線端末の間の受信信号レベルが、予め定められた第２の設定値未満である基地局装置１００ａにおいては制御対象から除外する。第２の設定値は、予め設定されていてもよいし、ユーザによって任意に設定されてもよい。例えば最小のスループットとなる変調方式に求められるＳＮＲが５ｄＢ必要であるとして、基地局装置１００ａと通信相手との間の受信電力が雑音電力に対し、６ｄＢ程度しかない場合に送信電力ＣＣＡ制御係数を用いた通信は行えない。許容される最小のＳＮＲにある程度のマージンを与えた値を第２の設定値とすることができる。
送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３ａは、グループ検出部２０４によって検出された組に属する制御対象の基地局装置１００ａから収集した受信信号レベルに基づいて送信電力ＣＣＡ制御係数を算出する。
【００５５】
図１１は、集中制御局２００ａの処理の流れを表すフローチャートである。なお、図８と同様の処理については、図１１において図８と同様の符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０２までの処理が終了すると、グループ検出部２０４は、取得された受信信号レベルに基づいて、互いに送信機会を向上することができる複数の基地局装置１００ａを制御対象の基地局装置１００ａの組として検出する（ステップＳ２０１）。送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３ａは、制御対象の組に属する基地局装置１００ａから取得された受信信号レベルに基づいて送信電力ＣＣＡ制御係数を算出する（ステップＳ２０２）。具体的には、送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路２０３ａは、制御対象の組に属する基地局装置１００ａから取得された受信信号レベルから上記式１〜１０に基づいて送信電力ＣＣＡ制御係数を算出する。情報信号入出力回路２０１は、算出された送信電力ＣＣＡ制御係数を、対応する基地局装置１００ａに通知する（ステップＳ２０３）。
【００５６】
以上のように構成された無線通信システムでは、基地局装置１００ａが通信相手からの受信電力に対応する送信電力ＣＣＡ制御係数を設定し、この送信電力ＣＣＡ制御係数分、ＣＣＡレベルを上げると同時に送信電力を下げ、送信電力に対応する変調モードに変更して送信信号を送信するようにした。また、これらを実現するために、集中制御局２００ａが各基地局装置１００ａのうち、制御対象となる基地局装置１００ａの組を検出し、検出した制御対象の組の基地局装置１００ａから受信信号レベルの情報を収集し、収集した受信信号レベルに基づいて送信電力ＣＣＡ制御係数を算出し、制御対象の基地局装置１００ａに送信電力ＣＣＡ制御係数を送信する。そして、基地局装置１００ａが受信した送信電力ＣＣＡ制御係数に応じて送信電力及びＣＣＡレベルを制御する。このように、集中制御局２００ａが各基地局装置１００ａから受信した情報に基づいて各基地局装置１００ａの通信に影響を及ぼすおそれを軽減するように制御する。そのため、システムスループットの低下を防止することができる。
【００５７】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００５８】
２…無線端末，  １０…アンテナ，  １２…無線システム信号送受信回路，  １３…送信変調回路，  １４…受信復号回路，  １６…受信レベル取得回路，  １７…情報信号入出力回路，  １００（１００−１〜１００−Ｍ）、１００ａ（１００ａ−１〜１００ａ−Ｍ）…基地局装置，  １０１…無線システム信号送受信回路（信号送信部），  １０２…受信信号レベル検出部，  １０３…受信復号回路，  １０４…ＣＣＡ判定回路，  １０５…情報信号入出力回路（情報信号入出力部），  １０６…送信電力／ＣＣＡ制御回路（制御部），  １０７…送信変調回路（送信信号生成部），  ２００a…集中制御局，  ２０１…情報信号入出力回路（情報信号入出力部），  ２０２…ＲＳＳＩ情報管理回路，  ２０３、２０３ａ…送信電力ＣＣＡ制御係数算出回路（制御係数算出部），  ２０４…グループ検出部
【図１】
2016021647.tif 000013
【図２】
2016021647.tif 000014
【図３】
2016021647.tif 000015
【図４】
2016021647.tif 000016
【図５】
2016021647.tif 000017
【図６】
2016021647.tif 000018
【図７】
2016021647.tif 000019
【図８】
2016021647.tif 000020
【図９】
2016021647.tif 000021
【図１０】
2016021647.tif 000022
【図１１】
2016021647.tif 000023
【図１２】
2016021647.tif 000024