JP6061389B2 - 無線通信システム、及び送信電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、及び送信電力制御方法に関する。

無線ＬＡＮ(Local Area Network)では、利用可能なチャネル数が制限されており、同一チャネルを異なるＡＰ装置で再利用しなければならない。そのため、無線ＬＡＮでは、同一チャネル干渉(以下、ＣＣＩ「co-channel interference」という)によりスループットが劣化してしまう。これまで、ＣＣＩを低減するチャネル再利用を目的として、チャネル棲み分けに基づく動的チャネル配置（以下、ＣＳ−ＤＣＡ「channel segregation based dynamic channel assignment」という）の無線ＬＡＮへの適用が検討されてきた（例えば、非特許文献１参照）。ＣＳ−ＤＣＡは、各アクセスポイント装置（以下、ＡＰ「Access Point」装置という）が独立して利用チャネルを決定するアルゴリズムであり、周辺端末装置(以下、ＳＴＡ「Station」装置という)から受ける全チャネルの受信ＣＣＩを測定して、周辺ＳＴＡ装置に与えるＣＣＩを最小化するようなチャネル再利用パターンを形成する。

例えば、図１３に示すように、各ＡＰ装置５０が、チャネル優先度を示すＣＣＩテーブルを備え、周辺セルからの上りリンク（ＳＴＡ装置からＡＰ装置へのリンク）ＣＣＩを一定時間ごとに測定する。そして、各ＡＰ装置５０は、各チャネルの平均ＣＣＩ電力値、すなわち過去のＣＣＩ電力値の平均値をＣＣＩテーブルに記憶させる。送信時には、平均ＣＣＩ電力値が最小のチャネルを使用する。これにより、ＡＰ装置５０周辺電波環境の変化に適応して、他ＳＴＡ装置６０に与えるＣＣＩを最小とするようなチャネル再利用パターンが自律的に形成される。

ところで、無線ＬＡＮでは、所定の送信電力で通信を行うのが一般的である。しかし、ＳＴＡ装置が、ＡＰ装置に近いときには伝搬損が小さいため過剰な送信電力になる。そのため、同一チャネルを利用している隣接セルに対してＣＣＩを与えてしまい、スループットを低下させてしまう。そこで、このようなときには、周辺ＡＰ装置や周辺ＳＴＡ装置に与えるＣＣＩを低く抑えるため、所要品質を満たす必要最小な送信電力となるように送信電力制御（以下、ＴＰＣ「transmit power control」という）を行う必要がある。例えば、非特許文献２に記載の技術では、ＳＴＡ装置が、受信電界レベルを測定して、その測定値をＡＰ装置に送信する。ＡＰ装置は、最適と判断される予め定めた受信電界レベルとＳＴＡ装置から受信する受信電界レベルとの差に基づいて、送信電力値を増減させ、これにより送信電力が過剰にならないように制御している。

Y. Matsumura, S. Kumagai, T. Obara, T. Yamamoto, and F. Adachi, "Channel Segregation Based Dynamic Channel Assignment for WLAN," 2012 IEEE The 13th International Conference on Communication Systems, Singapore, 21-23 Nov. 2012. 荒井隆之、若原俊彦、松本充司、"IEEE802.11b無線LANにおける送信電力制御方式の提案"、電子情報通信学会総合大会、B-5-211、2003年3月

しかしながら、実際の環境下では、最適となる受信電界レベルは、他のＡＰ装置等からの干渉電力の強度によって変動する値である。そのため、非特許文献２に記載の技術では、受信電界レベルの最適値が変動している場合、適切な送信電力にすることができない。その結果、受信電界レベルが必要以上の値になったり、また、逆に、受信品質を劣化させたりしてしまうという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、他の装置からの干渉による影響を考慮しつつ適切な送信電力値を選択することを可能にする無線通信システム、及び送信電力制御方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一態様は、無線アクセスポイント装置と、無線端末装置とを備える無線通信システムであって、前記無線アクセスポイント装置は、他装置からの干渉の影響を受け得る複数チャネルについて一定間隔で測定する瞬時受信干渉電力値に基づいてチャネルごとの平均干渉電力値を算出する平均干渉電力算出部と、前記算出ごとに、算出された前記平均干渉電力値の最小値と、当該最小値に対応するチャネルを示す情報とを含むビーコン信号を当該チャネルを通じて予め定められた送信電力値で送信する送受信部と、を備え、前記無線端末装置は、前記ビーコン信号を受信する送受信部と、前記受信の際に測定する前記ビーコン信号の受信電力値と、前記ビーコン信号の送信電力値とに基づいて合計伝搬損失値を算出する合計伝搬損失算出部と、を備え、前記無線端末装置、または前記無線アクセスポイント装置は、前記合計伝搬損失値と、前記平均干渉電力値の最小値とに基づいて、前記送受信部が前記平均干渉電力値の最小値に対応するチャネルを通じて送信信号を送信する際の送信電力値を算出する送信電力算出部を備えることを特徴とする無線通信システムである。

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記無線端末装置の前記送信電力算出部は、前記合計伝搬損失算出部が算出する前記合計伝搬損失値と、前記ビーコン信号に含まれる前記平均干渉電力値の最小値とに基づいて前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出し、前記無線端末装置の前記送受信部は、前記ビーコン信号に含まれる前記チャネルを示す情報に対応するチャネルを選択し、選択したチャネルを通じて前記送信信号を送信することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記無線端末装置の前記送受信部は、前記送信信号を送信する際に、前記送信信号に前記合計伝搬損失算出部が算出する前記合計伝搬損失値を含めて送信し、前記無線アクセスポイント装置において、前記送受信部は、前記送信信号を受信して前記合計伝搬損失値を読み出し、前記送信電力算出部は、読み出した前記合計伝搬損失値を用いて、前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記無線端末装置の前記送信電力算出部、または前記無線アクセスポイント装置の前記送信電力算出部は、前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出する際に、前記合計伝搬損失値及び前記平均干渉電力値の最小値に、予め定められる受信信号対干渉及び雑音電力比の目標値を加えて算出することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、無線アクセスポイント装置が、他装置からの干渉の影響を受け得る複数チャネルについて瞬時受信干渉電力値を測定してチャネルごとの平均干渉電力値を算出し、算出した前記平均干渉電力値の最小値と、当該最小値に対応するチャネルを示す情報とを含むビーコン信号を当該チャネルを通じて予め定められた送信電力値で送信し、無線端末装置が、前記ビーコン信号を受信し、受信の際に測定した前記ビーコン信号の受信電力値と、前記ビーコン信号の送信電力値とに基づいて合計伝搬損失値を算出することを一定間隔で繰り返し、前記無線端末装置、または前記無線アクセスポイント装置が、前記合計伝搬損失値と、前記平均干渉電力値の最小値とに基づいて送信電力値を算出し、前記最小値の平均干渉電力値に対応するチャネルを通じて、算出した前記送信電力値により送信信号を送信することを含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記無線端末装置は、算出した前記合計伝搬損失値と、前記ビーコン信号に含まれる前記平均干渉電力値の最小値とに基づいて前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出し、前記無線端末装置は、前記ビーコン信号に含まれる前記チャネルを示す情報に対応するチャネルを選択し、選択したチャネルを通じて前記送信信号を送信することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記無線端末装置は、前記送信信号を送信する際に、算出した前記合計伝搬損失値を含めて前記送信信号を送信し、前記無線アクセスポイント装置は、前記送信信号を受信して前記合計伝搬損失値を読み出し、読み出した前記合計伝搬損失値を用いて、前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記無線端末装置または前記無線アクセスポイント装置は、前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出する際に、前記合計伝搬損失値及び前記平均干渉電力値の最小値に、予め定められる受信信号対干渉及び雑音電力比の目標値を加えて算出することを特徴とする。

この発明によれば、他の装置からの干渉による影響を考慮しつつ適切な送信電力値を選択することが可能となる。

本発明の実施形態による無線通信システムの構成を示すブロック図である。 同実施形態による無線通信システムが形成する無線セルを説明する図である。 同実施形態による干渉テーブル及び記憶部のデータ構成を示す図である。 同実施形態による無線アクセスポイント装置の処理（その１）を示すフローチャートである。 同実施形態による無線端末装置の処理（その１）を示すフローチャートである。 同実施形態による無線端末装置の処理（その２）を示すフローチャートである。 同実施形態による無線アクセスポイント装置の処理（その２）を示すフローチャートである。 同実施形態による無線アクセスポイント装置の処理（その３）を示すフローチャートである。 同実施形態を適用した計算機シミュレーションによる上下リンクの受信ＳＩＮＲのＰＤＦを示すグラフである。 同実施形態を適用した計算機シミュレーションによるＳＩＮＲの目標値との誤差二乗平均平方根を示す図である。 同実施形態を適用した計算機シミュレーションによる上下リンクの受信ＳＩＮＲのＣＤＦを示すグラフである。 同実施形態を適用した計算機シミュレーションによる正規化された送信電力のＣＤＦを示すグラフである。 ＣＳ−ＤＣＡの一例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態による無線通信システム１の構成を示すブロック図である。無線通信システム１は、無線アクセスポイント装置１０（以下、無線ＡＰ装置１０という）と、無線端末装置３０を備え、上りリンク（無線端末装置３０から無線ＡＰ装置１０への送信）および下りリンク（無線ＡＰ装置１０から無線端末装置３０への送信）の双方向通信を行う。通信方式は、例えば、チャネル棲み分けに基づく動的チャネル配置を用いた無線ＬＡＮの方式が適用されるとともに、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式が適用される。無線通信システム１の全体構成は、図２に示す通りであり、複数の無線ＡＰ装置１０−１、１０−２、…が、例えば、正方の無線セルを形成し、これらの無線セルの間を複数の無線端末装置３０−１、３０−２、…が移動し、各無線ＡＰ装置１０−１、１０−２、…は、自無線セル内に存在する無線端末装置３０−１、３０−２、…と通信を行う構成になっている。全ての無線ＡＰ装置１０−１、１０−２、…は、同一の内部構成を有しており、図１に示す無線ＡＰ装置１０をこれらのうちの任意の１つとして、以下説明する。また、全ての無線端末装置３０−１、３０−２、…も、同一の内部構成を有しており、図１に示す無線端末装置３０をこれらのうちの任意の１つとして、以下説明する。

無線ＡＰ装置１０において、瞬時受信干渉電力測定部１１は、一定間隔で、全チャネルの瞬時の受信干渉電力値（以下、瞬時受信ＣＣＩ電力値という）を測定する。瞬時受信ＣＣＩ電力値の測定手法として、例えば、既知の信号を無線端末装置３０との間で送受信することによって瞬時受信ＣＣＩ電力値を推定する手法がある。平均干渉電力算出部１２は、瞬時受信干渉電力測定部１１が測定する瞬時受信ＣＣＩ電力値に基づいて全てのチャネルの平均の干渉電力値（以下、平均ＣＣＩ電力値という）を算出する。また、平均干渉電力算出部１２は、算出した全てのチャネルの平均ＣＣＩ電力値を小さい順に並べ、当該順番で平均ＣＣＩ電力値とチャネルを対応付けて干渉テーブル１３に書き込む。なお、干渉テーブル１３に以前の情報が書き込まれている場合、上書きして更新していく。干渉テーブル１３は、図３（ａ）に示す通り、チャネル番号と平均ＣＣＩ電力値の項目を有するテーブル構成であり、平均ＣＣＩ電力値が小さい順に、平均ＣＣＩ電力値と当該値に対応するチャネル番号を記憶する。すなわち、平均ＣＣＩ電力値が最小値の情報が、最初の行である第１順位に書き込まれることになる。無線通信部１４は、アンテナ１５に接続され、無線ＡＰ装置１０が形成するセル内に存在する無線端末装置３０との間でアンテナ１５を通じて無線ＬＡＮによる通信を行う。ビーコン信号送信部１６は、干渉テーブル１３の最初の行に書き込まれている最小値の平均ＣＣＩ電力値と、当該平均ＣＣＩ電力値に対応する第１順位のチャネル番号とを読み出す。また、ビーコン信号送信部１６は、読み出した平均ＣＣＩ電力値とチャネル番号とを含むビーコン信号を生成する。また、ビーコン信号送信部１６は、読み出したチャネル番号のチャネルを無線通信部１４に選択させ、予め規定されているビーコン送信電力値にしたがって生成したビーコン信号を報知、すなわち無線セル内に存在する全ての無線端末装置３０に対して送信させる。

パケット送受信部１７は、無線通信部１４を通じて無線端末装置３０からパケットを受信する（以下、無線端末装置３０から無線ＡＰ装置１０へ送信するパケットを上りパケットという）。また、パケット送受信部１７は、受信した上りパケットの制御フィールドに無線端末装置３０において算出される距離の変化に伴う変動（距離変動）による損失と、シャドウイング（中央値変動）による損失と、フェージング（瞬時値変動）による損失との合計である合計伝搬損失値が含まれている場合、合計伝搬損失値を読み出して記憶部１９に書き込む。また、パケット送受信部１７は、無線端末装置３０に対してパケットを送信する要求（以下、無線ＡＰ装置１０から無線端末装置３０へ送信するパケットを下りパケットという）を検出した場合、干渉テーブル１３の最初の行に書き込まれている最小値の平均ＣＣＩ電力値と、当該平均ＣＣＩ電力値に対応する第１順位のチャネル番号を読み出し、読み出した平均ＣＣＩ電力値を出力して送信電力算出部１８に送信電力値を算出させる。また、パケット送受信部１７は、読み出したチャネル番号のチャネルを無線通信部１４に選択させ、送信電力算出部１８が算出する送信電力値にしたがって、無線通信部１４に下りパケットを送信させる。なお、パケットを送信する要求は、例えば、自装置の内部に備える、または自装置の外部に接続される装置に備えられるアプリケーションプログラムなどを実行することによって構成される機能部から要求される。送信電力算出部１８は、パケット送受信部１７から受けた平均ＣＣＩ電力値と、記憶部１９に記憶されている合計伝搬損失値と、予め定められる目標の受信信号対干渉及び雑音電力比、すなわち目標ＳＩＮＲ（Signal-to-Interference and Noise power Ratio）とに基づいて送信電力値を算出する。記憶部１９は、図３（ｂ）に示す通り、前述の合計伝搬損失値が書き込まれ、また、予め規定されているビーコン信号を送信する際の送信電力値であるビーコン送信電力値、及び予め定められる目標ＳＩＮＲの値を予め記憶する。

無線端末装置３０において、無線通信部３２は、アンテナ３１に接続され、無線ＡＰ装置１０との間でアンテナ３１を通じて無線ＬＡＮによる通信を行う。ビーコン信号受信部３３は、無線ＡＰ装置１０が報知したビーコン信号を無線通信部３２を通じて受信する。また、ビーコン信号受信部３３は、受信したビーコン信号に含まれるチャネル番号と平均ＣＣＩ電力値を読み出して記憶部３８に書き込む。ビーコン信号受信電力測定部３４は、ビーコン信号受信部３３がビーコン信号を受信した場合、無線通信部３２において受信されたビーコン信号の受信電力値を測定して出力する。合計伝搬損失算出部３５は、ビーコン信号受信電力測定部３４が測定したビーコン信号の受信電力値と、記憶部３８に予め記憶されているビーコン信号の送信電力値とに基づいて、伝搬損失と、シャドウイング損失と、フェージングによる損失との合計である合計伝搬損失値を算出し、算出した合計伝搬損失値を記憶部３８に書き込む。パケット送受信部３６は、無線通信部３２を通じて、無線ＡＰ装置１０から下りパケットを受信する。また、パケット送受信部３６は、上りパケットを送信する要求を検出した場合、記憶部３８に記憶されているチャネル番号と平均ＣＣＩ電力値を読み出し、読み出した平均ＣＣＩ電力値を出力して送信電力算出部３７に送信電力値を算出させる。また、パケット送受信部３６は、読み出したチャネル番号のチャネルを無線通信部３２に選択させ、送信電力算出部３７が算出する送信電力値にしたがって、上りパケットを無線通信部３２に送信させる。また、パケット送受信部３６は、上りパケットを生成する際に、上りパケットの制御フィールドに記憶部３８に記憶されている合計伝搬損失値を含めて生成する。なお、パケットを送信する要求は、例えば、自装置の内部に備える、または自装置の外部に接続される装置に備えられるアプリケーションプログラムなどを実行することによって構成される機能部から要求される。送信電力算出部３７は、パケット送受信部３６から受けた平均ＣＣＩ電力値と、記憶部３８に記憶されている合計伝搬損失値及び予め定められる目標ＳＩＮＲとに基づいて送信電力値を算出する。記憶部３８は、図３（ｃ）に示す通り、前述の合計伝搬損失値、チャネル番号、平均ＣＣＩ電力値が書き込まれ、また、予め規定されているビーコン送信電力値及び予め定められる目標ＳＩＮＲを予め記憶する。

次に、図４から図８を参照しつつ、無線通信システム１による上りリンクと下りリンクのそれぞれにおける送信電力制御（ＴＰＣ）の処理について説明する。

（干渉テーブルの更新、及び合計伝搬損失値の算出の処理）
まず、無線ＡＰ装置１０と、無線端末装置３０が、継続的に行う処理について、図４及び図５を参照しつつ説明する。図４は、無線ＡＰ装置１０が、干渉テーブル１３を更新する処理を示したフローチャートである。まず、一定間隔で瞬時受信干渉電力測定部１１が起動し、全てのチャネルの瞬時受信ＣＣＩ電力値を測定する（ステップＳＡａ１）。平均干渉電力算出部１２は、瞬時受信干渉電力測定部１１が測定した瞬時受信ＣＣＩ電力値に基づいて全てのチャネルの平均ＣＣＩ電力値を式（１）に基づいて算出する（ステップＳＡａ２）。

式（１）において、Ｉ_ｃｈ（ｔ）は、瞬時受信干渉電力測定部１１が算出したチャネルごとの瞬時受信ＣＣＩ電力値であり、βは、忘却係数であり、０≦β≦１の範囲の値である。左辺のＩ_ｃｈ（ｔ）の上に「−」が付いている記号と、右辺の第２項目のＩ_ｃｈ（ｔ−１）の上に「−」が付いている記号は、それぞれ時刻ｔと時刻ｔ−１における平均ＣＣＩ電力値を示す。すなわち、平均ＣＣＩ電力値は、忘却係数βと、瞬時受信ＣＣＩ電力値Ｉ_ｃｈ（ｔ）と、過去の平均ＣＣＩ電力値に基づいて算出される。平均干渉電力算出部１２は、全てのチャネルの平均ＣＣＩ電力値を算出すると、算出した平均ＣＣＩ電力値を小さい順に並べ、当該順番で平均ＣＣＩ電力値とチャネルを対応付けて干渉テーブル１３に書き込む（ステップＳＡａ３）。ビーコン信号送信部１６は、平均干渉電力算出部１２が干渉テーブル１３に新たに平均ＣＣＩ電力値とチャネル番号を書き込むと、干渉テーブル１３の最初の行に書き込まれている第１順位の平均ＣＣＩ電力値と第１順位のチャネル番号、すなわち最小の平均ＣＣＩ電力値と当該平均ＣＣＩ電力値に対応するチャネル番号を読み出す。時刻ｔにおける、第１順位のチャンネル番号は、式（２）で表され、第１順位の平均ＣＣＩ電力値は、式（３）で表される。

ビーコン信号送信部１６は、読み出した第１順位のチャネル番号のチャネルを無線通信部１４に出力し、無線通信部１４が、当該チャネルを選択する（ステップＳＡａ４）。ビーコン信号送信部１６は、読み出した第１順位のチャネル番号と平均ＣＣＩ電力値を含むビーコン信号を生成し、記憶部１９に予め記憶されているビーコン送信電力値Ｐｔ_ＡＰにしたがって、無線通信部１４を通じて無線端末装置３０に報知する（ステップＳＡａ５）。無線ＡＰ装置１０は、ステップＳＡａ１からＳＡａ５の処理を一定間隔で繰り返す。

図５は、図４の処理において無線ＡＰ装置１０から送信されたビーコン信号を受信した無線端末装置３０の処理を示すフローチャートである。ビーコン信号受信部３３は、無線通信部３２を通じてビーコン信号を受信する（ステップＳＳａ１）。ビーコン信号受信部３３は、受信したビーコン信号から第１順位のチャネル番号と平均ＣＣＩ電力値を読み出して記憶部３８に書き込ことにより、これらの値を取得する（ステップＳＳａ２）。ビーコン信号受信電力測定部３４は、ビーコン信号受信部３３がビーコン信号を受信したことを検出すると、無線通信部３２において受信されたビーコン信号の受信電力値Ｐｒ_ＳＴＡを測定して出力する（ステップＳＳａ３）。合計伝搬損失算出部３５は、ビーコン信号受信電力測定部３４が出力したビーコン信号の受信電力値Ｐｒ_ＳＴＡと、記憶部３８に予め記憶されているビーコン送信電力値Ｐｔ_ＡＰとにより式（４）に基づいて合計伝搬損失値Ｌを算出し、算出した合計伝搬損失値Ｌを記憶部３８に書き込む（ステップＳＳａ４）。

無線端末装置３０は、ビーコン信号を受信するごとに、ステップＳＳａ１からＳＳａ４を繰り返す。

（上りパケット送信の処理）
次に、図６及び図７を参照しつつ無線端末装置３０から無線ＡＰ装置１０に対してパケットを送信する際の処理について説明する。無線端末装置３０のパケット送受信部３６が、上りパケットの要求を検出する（ステップＳＳｂ１）。パケット送受信部３６は、記憶部３８に記憶されている第１順位のチャネル番号及び平均ＣＣＩ電力値を読み出し、読み出したチャネル番号を無線通信部３２に出力する。無線通信部３２は、パケット送受信部３６から受けたチャネル番号のチャネルを選択する（ステップＳＳｂ２）。パケット送受信部３６は、読み出した平均ＣＣＩ電力値を送信電力算出部３７に出力する。送信電力算出部３７は、パケット送受信部３６から平均ＣＣＩ電力値を受けると、記憶部３８に記憶されている合計伝搬損失値及び目標ＳＩＮＲを読み出し、式（５）にしたがって送信電力値を算出する（ステップＳＳｂ３）。

パケット送受信部３６は、上りパケットを生成する際に、当該パケットの制御フィールドに記憶部３８に記憶されている合計伝搬損失値を書き込む（ステップＳＳｂ４）。無線通信部３２は、送信電力算出部３７が算出した送信電力値にしたがい、既に選択している第１順位のチャネルを通じてパケット送受信部３６が生成した上りパケットを無線ＡＰ装置１０に送信する（ステップＳＳｂ５）。

次に、図７を参照しつつ、無線ＡＰ装置１０が、上りパケットを受信する際の処理について説明する。無線ＡＰ装置１０のパケット送受信部１７は、無線通信部１４を通じて無線端末装置３０が送信した上りパケットを受信する（ステップＳＡｂ１）。パケット送受信部１７は、パケットの制御フィールドに含まれている合計伝搬損失値を読み出し、記憶部１９に書き込む（ステップＳＡｂ２）。なお、パケットに含まれているデータは、例えば、自装置の内部に備える、または自装置の外部に接続される装置に備えられるアプリケーションプログラムなどを実行することによって構成される機能部に対して出力される。

（下りパケット送信の処理）
次に、図８を参照しつつ無線ＡＰ装置１０による下りパケットの送信処理について説明する。無線ＡＰ装置１０のパケット送受信部１７は、無線端末装置３０に送信する下りパケットを送信する要求を検出する（ステップＳＡｃ１）。パケット送受信部１７は、干渉テーブル１３の最初の行に書き込まれている第１順位のチャネル番号及び第１順位の平均ＣＣＩ電力値を読み出し、読み出した第１順位のチャネル番号を無線通信部１４に出力する。無線通信部１４は、パケット送受信部１７から受けたチャネル番号のチャネルを選択する（ステップＳＡｃ２）。パケット送受信部１７は、読み出した平均ＣＣＩ電力値を送信電力算出部１８に出力する。送信電力算出部１８は、パケット送受信部１７から平均ＣＣＩ電力値を受けると、記憶部１９に記憶されている合計伝搬損失値及び目標ＳＩＮＲを読み出し、式（６）にしたがって送信電力値を算出する（ステップＳＡｃ３）。

パケット送受信部１７が、送信する下りパケットを無線通信部１４に出力すると、無線通信部１４は、送信電力算出部１８が算出した送信電力値にしたがい、既に選択している第１順位のチャネルを通じて下りパケットを無線端末装置３０に送信する（ステップＳＡｃ４）。

上記の実施形態の構成において、無線ＡＰ装置１０は、一定間隔で、全てのチャネルの瞬時受信ＣＣＩ電力値を算出し、算出した瞬時受信ＣＣＩ電力値と過去の平均ＣＣＩ電力値とによって最新の平均ＣＣＩ電力値を算出する。算出した平均ＣＣＩ電力値の中から最小値を選択し、最小値の平均ＣＣＩ電力値と当該平均ＣＣＩ電力値に対応するチャネル番号を無線端末装置３０にビーコン信号により報知する。無線端末装置３０は、受信したビーコン信号の受信電力値を測定し、測定したビーコン信号の受信電力値と予め規定されている送信電力値に基づいて合計伝搬損失値を算出する。そして、無線端末装置３０は、無線ＡＰ装置１０にパケットを送信する際に、目標ＳＩＮＲの値と、当該合計伝搬損失値と、無線ＡＰ装置１０から報知された最小の平均ＣＣＩ電力値とに基づいて送信電力値を算出する。無線端末装置３０は、算出した送信電力値にしたがって、最小の平均ＣＣＩ電力値に対応するチャネルを通じてパケットを送信する。
すなわち、無線ＡＰ装置１０が、一定間隔で全てのチャネルの瞬時受信ＣＣＩ電力値を測定し、測定した瞬時受信ＣＣＩ電力値と、無線ＡＰ装置１０と無線端末装置３０間の合計伝搬損失値とに基づいて、無線端末装置３０が最終的に送信電力値を算出している。したがって、他の無線セルの干渉による影響度合いを考慮しつつ適切な送信電力値を無線端末装置３０において選択することが可能となる。それにより、最適な受信電界強度とすることができ、干渉電力を抑圧して、通信品質が向上させることが可能となる。また、測定した瞬時受信ＣＣＩ電力値を用いて最新の平均ＣＣＩ電力値を算出し、算出した平均ＣＣＩ電力値の中で最小値を選択し、当該最小値の平均ＣＣＩ電力値を用いて送信電力値を算出している。それにより、周辺に存在する、他の無線ＡＰ装置１０及び無線端末装置３０に与えるＣＣＩを低く抑えつつ、必要最小な送信電力値によるパケットの送信が可能となる。また、目標ＳＩＮＲを考慮して送信電力値を算出することにより、無線ＡＰ装置１０の受信ＳＩＮＲが目標値となるように送信電力の値を適応的に制御することを可能としている。これにより、ＳＩＮＲが目標値に近い状況で無線通信を行えることから、通信の効率を向上させることが可能となる。

また、上記の実施形態の構成は、無線端末装置３０は、パケットを無線ＡＰ装置１０に送信する際に、送信するパケットの制御フィールドに算出した合計伝搬損失値を含めて送信し、無線ＡＰ装置１０が受信したパケットから当該合計伝搬損失値を読み出して記憶しておく構成となっている。そして、無線ＡＰ装置１０が、無線端末装置３０にパケットを送信する際には、記憶してある合計伝搬損失値と、目標ＳＩＮＲの値と、干渉テーブル１３に記憶されている最小の平均ＣＣＩ電力値とに基づいて送信電力値を算出する。無線ＡＰ装置１０は、算出した送信電力値にしたがって、最小の平均ＣＣＩ電力値に対応するチャネルを通じてパケットを無線端末装置３０に送信する。
すなわち、無線ＡＰ装置１０が、一定間隔で全てのチャネルの瞬時受信ＣＣＩ電力値を測定し、測定した瞬時受信ＣＣＩ電力値と、無線ＡＰ装置１０と無線端末装置３０間の合計伝搬損失値とに基づいて、最終的に送信電力値を算出している。したがって、無線ＡＰ装置１０において、他の無線セルの干渉による影響度合いを考慮しつつ適切な送信電力値を選択することが可能となる。それにより、最適な受信電界強度とすることができ、干渉電力を抑圧して、通信品質が向上させることが可能となる。また、測定した瞬時受信ＣＣＩ電力値を用いて最新の平均ＣＣＩ電力値を算出し、算出した平均ＣＣＩ電力値の中で最小値を選択し、当該最小値の平均ＣＣＩ電力値を用いて送信電力値を算出している。それにより、周辺に存在する、他の無線ＡＰ装置１０及び無線端末装置３０に与えるＣＣＩを低く抑えつつ、必要最小な送信電力によるパケットの送信が可能となる。また、目標ＳＩＮＲに基づいて算出することにより、無線端末装置３０の受信ＳＩＮＲが目標値となるように送信電力の値を適応的に制御することを可能としている。これにより、ＳＩＮＲが目標値に近い状況で無線通信を行えることから、通信の効率を向上させることが可能となる。

なお、上述した、無線ＡＰ装置１０がビーコン信号を送信する際のビーコン送信電力値は、上述の通り、予め規定される値であり、無線ＡＰ装置１０及び無線端末装置３０において既知の値である。上記の実施形態では、無線ＡＰ装置１０の記憶部１９、及び無線端末装置３０の記憶部３８に予め記憶されるとしているが、例えば、ビーコン信号やパケットの送信などの際に、無線ＡＰ装置１０から無線端末装置３０に対して通知し、それを無線端末装置３０が記憶部３８に記憶させるようにしてもよい。
また、同様に、目標ＳＩＮＲの値も予め定められる値であり、無線ＡＰ装置１０及び無線端末装置３０において既知の値である。上記の実施形態では、無線ＡＰ装置１０の記憶部１９、及び無線端末装置３０の記憶部３８に予め記憶されるとしているが、例えば、ビーコン信号やパケットの送信などの際に、無線ＡＰ装置１０から無線端末装置３０に対して通知し、それを無線端末装置３０が記憶部３８に記憶させるようにしてもよい。
また、上記の実施形態の構成では、平均干渉電力算出部１２は、算出した平均ＣＣＩ電力値を干渉テーブル１３に書き込む際に、小さい順に並べて記憶させるようにしているが、本発明の実施形態は当該構成に限られない。例えば、干渉テーブル１３には、チャネル番号の小さい順に書き込みを行ったり、平均ＣＣＩ電力値を算出した順に書き込みを行うなど平均ＣＣＩ電力値の大小に依存することなく書き込みを行ってもよい。その場合、干渉テーブル１３から読み出す際に、平均ＣＣＩ電力値の最小値を検索し、最小値の平均ＣＣＩ電力値と当該平均ＣＣＩ電力値に対応するチャネル番号を読み出すことになる。
また、上記の実施形態の構成では、図６において説明したように、無線端末装置３０のパケット送受信部３６が、合計伝搬損失算出部３５によって算出された合計伝搬損失値を送信するパケットの制御フィールドに含めて送信するようにしているが、本発明の構成は当該実施の形態に限られない。送信電力値を算出したパケットの制御フィールドに合計伝搬損失値を含めて送信する図６の処理を行わず、例えば、定常的に無線ＡＰ装置１０と無線端末装置３０の間で送受信される制御信号であって、送信電力値がビーコン信号のように予め定められている制御信号等に合計伝搬損失値を含めて送信するようにしてもよい。この場合、図７の処理において、無線端末装置３０は、受信した制御信号等から合計伝搬損失値を読み出すことになる。

図９から図１２に、本実施形態を適用した計算機によるシミュレーション結果を示す。図９から図１２に示すグラフ及び表に関する数値の前提として、上述した受信ＳＩＮＲの目標値であるΛを２０ｄＢとしている。以下の結果において、ＴＰＣなしの場合（図中のw/o TPC (without TPC)）に与える送信電力は、無線端末装置３０が、無線セル端に位置する場合に、無線ＡＰ装置１０の平均受信信号対雑音電力比（ＳＮＲ:Signal to Noise Ratio）が、２０ｄＢとなる送信電力としている。複数の無線ＡＰ装置１０が形成する無線セルは、図２に示すような１０×１０の正方セルを仮定し、無線セル内の無線ＡＰ装置１０と無線端末装置３０は、ＴＤＤにより通信を行うものとしている。また、全ての無線セルにおいて上下リンクの送信タイミングは同期されている。瞬時受信ＣＣＩ電力値の測定間隔をタイムスロットと定義し、各タイムスロットにおいて無線ＡＰ装置１０の瞬時受信干渉電力測定部１１は、周辺に存在する無線端末装置３０からの上りリンクの瞬時受信ＣＣＩ電力値を測定し、平均干渉電力算出部１２が平均ＣＣＩ電力値を算出して干渉テーブル１３を更新する。平均ＣＣＩ電力値を算出する際の式（１）における忘却係数βは、β＝０．９９とする。距離変動に伴う伝搬損失の指数α（非特許文献１）は、α＝３．５とする。フェージングモデルは、Ｌ＝１６パスの等電力モデルを仮定している。１回あたりの計算機シミュレーションによる試行の時間長は、２０００タイムスロットとし、この間、無線端末装置３０の位置は変化しないものとした。上下リンク受信ＳＩＮＲ及び送信電力値の測定は、２０００タイムスロット時点において行っている。

図９は、上下リンクのＳＩＮＲの確率密度関数（以下、ＰＤＦ「Probability Density Function」という）を示すグラフであり、図１１は、上下リンクのＳＩＮＲの累積分布関数（以下、ＣＤＦ「Cumulative Distribution Function」という）を示すグラフである。これらのグラフに示される数値は、上記の計算機シミュレーションによる試行を２００回繰り返すことにより算出したものである。図９及び図１１のグラフにおいて、実線で示されるグラフが、本実施形態によるＴＰＣを適用した場合（w/TPC (with TPC)）の結果を示し、破線で示されるグラフが、当該ＴＰＣを適用しなかった場合(w/o TPC)の結果を示している。また、図９では、縦軸が、ＰＤＦを示し、横軸が、ＳＩＮＲを示しており、図１１では、縦軸が、ＣＤＦを示し、横軸がＳＩＮＲを示している。また、図９及び図１１の（ａ）は、上りリンクの場合を示し、図９及び図１１の（ｂ）は、下りリンクの場合を示している。

図９（ａ）、（ｂ）に示す上下リンクにおいて、本実施形態のＴＰＣを用いることで、上下リンク受信ＳＩＮＲを目標値である２０ｄＢ付近にすることができていることが示されている。図１０に、受信ＳＩＮＲの目標値Λ＝２０ｄＢからの誤差二乗平均平方根（以下、ＲＭＳ「Root Mean Square」という）を示す。本実施形態によるＴＰＣを用いない場合（w/o TPC）では、上下リンクにおいて、それぞれ目標値に対して７．５７ｄＢ、８．５０ｄＢの誤差を有している。これに対して、本実施形態によるＴＰＣを用いた場合（w/ TPC）では、上りリンクでは、１．６７ｄＢ、下りリンクでは、２．３９ｄＢにすることができており、上下リンク受信ＳＩＮＲを目標値の極めて近くの値にすることが可能となっている。これにより、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態によるＴＰＣを行うことで、受信ＳＩＮＲが１５ｄＢ以下となるアウテージ確率は、上りリンクおよび下りリンクの場合、それぞれ１％および４％にすることが可能となっている。これに対して、本実施形態によるＴＰＣを行わない場合のアウテージ確率は、図１１（ａ）、（ｂ）より、上下リンクの両方において１０％となっており、本実施形態によるＴＰＣによりアウテージ確率を大幅に改善できていることがわかる。

図１２は、正規化送信電力のＣＤＦを示すグラフであり、当該グラフに示される数値も、上記の計算機シミュレーションによる試行を２００回繰り返すことにより算出したものである。図１２のグラフにおいて、実線で示されるグラフが、本実施形態によるＴＰＣを適用した場合（w/TPC (with TPC)）の結果を示し、破線で示されるグラフが、当該ＴＰＣを適用しなかった場合(w/o TPC)の結果を示している。また、縦軸が、ＣＤＦを示し、横軸が、正規化送信電力(Normalized transmit power)を示している。図１２に示すように、ＴＰＣを用いない場合に比べて、ＴＰＣを用いる場合の方が、送信電力を低減できていることがわかる。ＣＤＦ５０％を与える送信電力をみた場合、ＴＰＣを用いない場合に比べてＴＰＣを用いる場合の方が、約１０ｄＢ送信電力を低減することができている。したがって、本実施形態により、干渉の低減に加えて、送信電力の低減も期待することができる。

上述した実施形態における無線ＡＰ装置１０及び無線端末装置３０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よく、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、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

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。

１ 無線通信システム
１０ 無線ＡＰ装置
１１ 瞬時受信干渉電力測定部
１２ 平均干渉電力算出部
１３ 干渉テーブル
１４ 無線通信部
１５ アンテナ
１６ ビーコン信号送信部
１７ パケット送受信部
１８ 送信電力算出部
１９ 記憶部
３０ 無線端末装置
３１ アンテナ
３２ 無線通信部
３３ ビーコン信号受信部
３４ ビーコン信号受信電力測定部
３５ 合計伝搬損失算出部
３６ パケット送受信部
３７ 送信電力算出部
３８ 記憶部

Claims (8)

1. 無線アクセスポイント装置と、無線端末装置とを備える無線通信システムであって、
   前記無線アクセスポイント装置は、
   他装置からの干渉の影響を受け得る複数チャネルについて一定間隔で測定する瞬時受信干渉電力値に基づいてチャネルごとの平均干渉電力値を算出する平均干渉電力算出部と、
   前記算出ごとに、算出された前記平均干渉電力値の最小値と、当該最小値に対応するチャネルを示す情報とを含むビーコン信号を当該チャネルを通じて予め定められた送信電力値で送信する送受信部と、を備え、
   前記無線端末装置は、
   前記ビーコン信号を受信する送受信部と、
   前記受信の際に測定する前記ビーコン信号の受信電力値と、前記ビーコン信号の送信電力値とに基づいて合計伝搬損失値を算出する合計伝搬損失算出部と、を備え、
   前記無線端末装置、または前記無線アクセスポイント装置は、
   前記合計伝搬損失値と、前記平均干渉電力値の最小値とに基づいて、前記送受信部が前記平均干渉電力値の最小値に対応するチャネルを通じて送信信号を送信する際の送信電力値を算出する送信電力算出部を備える
   ことを特徴とする無線通信システム。
2. 前記無線端末装置の前記送信電力算出部は、
   前記合計伝搬損失算出部が算出する前記合計伝搬損失値と、前記ビーコン信号に含まれる前記平均干渉電力値の最小値とに基づいて前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出し、
   前記無線端末装置の前記送受信部は、
   前記ビーコン信号に含まれる前記チャネルを示す情報に対応するチャネルを選択し、選択したチャネルを通じて前記送信信号を送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記無線端末装置の前記送受信部は、
   前記送信信号を送信する際に、前記送信信号に前記合計伝搬損失算出部が算出する前記合計伝搬損失値を含めて送信し、
   前記無線アクセスポイント装置において、
   前記送受信部は、
   前記送信信号を受信して前記合計伝搬損失値を読み出し、
   前記送信電力算出部は、
   読み出した前記合計伝搬損失値を用いて、前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 前記無線端末装置の前記送信電力算出部、または前記無線アクセスポイント装置の前記送信電力算出部は、
   前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出する際に、前記合計伝搬損失値及び前記平均干渉電力値の最小値に、予め定められる受信信号対干渉及び雑音電力比の目標値を加えて算出する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の無線通信システム。
5. 無線アクセスポイント装置が、
   他装置からの干渉の影響を受け得る複数チャネルについて瞬時受信干渉電力値を測定してチャネルごとの平均干渉電力値を算出し、
   算出した前記平均干渉電力値の最小値と、当該最小値に対応するチャネルを示す情報とを含むビーコン信号を当該チャネルを通じて予め定められた送信電力値で送信し、
   無線端末装置が、前記ビーコン信号を受信し、
   受信の際に測定した前記ビーコン信号の受信電力値と、前記ビーコン信号の送信電力値とに基づいて合計伝搬損失値を算出することを一定間隔で繰り返し、
   前記無線端末装置、または前記無線アクセスポイント装置が、
   前記合計伝搬損失値と、前記平均干渉電力値の最小値とに基づいて送信電力値を算出し、前記最小値の平均干渉電力値に対応するチャネルを通じて、算出した前記送信電力値により送信信号を送信する
   ことを含むことを特徴とする送信電力制御方法。
6. 前記無線端末装置は、
   算出した前記合計伝搬損失値と、前記ビーコン信号に含まれる前記平均干渉電力値の最小値とに基づいて前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出し、
   前記無線端末装置は、
   前記ビーコン信号に含まれる前記チャネルを示す情報に対応するチャネルを選択し、選択したチャネルを通じて前記送信信号を送信する
   ことを特徴とする請求項５に記載の送信電力制御方法。
7. 前記無線端末装置は、
   前記送信信号を送信する際に、算出した前記合計伝搬損失値を含めて前記送信信号を送信し、
   前記無線アクセスポイント装置は、
   前記送信信号を受信して前記合計伝搬損失値を読み出し、読み出した前記合計伝搬損失値を用いて、前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出する
   ことを特徴とする請求項６に記載の送信電力制御方法。
8. 前記無線端末装置または前記無線アクセスポイント装置は、
   前記送信信号を送信する際の前記送信電力値を算出する際に、前記合計伝搬損失値及び前記平均干渉電力値の最小値に、予め定められる受信信号対干渉及び雑音電力比の目標値を加えて算出する
   ことを特徴とする請求項５から７のいずれか１つに記載の送信電力制御方法。

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